(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマチャンバへＲＦ電力を結合する装置において、
ワークピース通路を有するプラズマチャンバと、
上記プラズマチャンバ内のプラズマへ電極から電力を結合するように位置付けられた電極であって、電極の第１の半分が電極の第２の半分より上記ワークピース通路に接近している電極と、
上記電極にＲＦ電力を供給するように接続された１つ以上のＲＦ電源と、
を備え、
上記１つ以上のＲＦ電源は、その組合せにおいて、上記電極の第１の半分へ第１の時間平均化レベルのＲＦ電力を、且つ上記電極の第２の半分へ第２の時間平均化レベルのＲＦ電力を供給し、
上記第２の時間平均化レベルのＲＦ電力は、ゼロ以上であり、
上記第１の時間平均化レベルのＲＦ電力は、上記第２の時間平均化レベルのＲＦ電力より大きくされた、装置。
【請求項２】
複数のキャパシタを更に備え、
上記電極は、更に、上記電極の第１の半分上に１つ以上のＲＦ駆動点を、且つ上記電極の第２の半分上に１つ以上のＲＦ駆動点を含み、
上記キャパシタの少なくとも１つは、上記１つ以上のＲＦ電源の１つと上記電極の第１の半分上の上記１つ以上のＲＦ駆動点との間に接続され、
上記キャパシタの少なくとも１つは、上記１つ以上のＲＦ電源の１つと上記電極の第２の半分上の上記１つ以上のＲＦ駆動点との間に接続され、
上記電極の第１の半分上のＲＦ駆動点に接続された上記キャパシタのキャパシタンスの和は、上記電極の第２の半分上のＲＦ駆動点に接続された上記キャパシタのキャパシタンスの和より小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記キャパシタの２つ以上は、時間と共に変化し、
上記時間と共に変化するキャパシタのうちの少なくとも第１のキャパシタのキャパシタンスは、上記時間と共に変化するキャパシタのうちの少なくとも第２のキャパシタのキャパシタンスが減少するときに増加して、上記時間と共に変化するキャパシタの合計キャパシタンスが一定に保たれるようにする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記キャパシタの各々は、その各キャパシタが前記ＲＦ電力を受け取るところの入力部において一緒に接続され、
上記キャパシタの２つ以上は、時間と共に変化し、
上記時間と共に変化するキャパシタのうちの少なくとも第１のキャパシタのキャパシタンスは、上記時間と共に変化するキャパシタのうちの少なくとも第２のキャパシタのキャパシタンスが減少するときに増加して、上記電極の入力部間の合計キャパシタンスが一定に保たれるようにする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
入力部及び複数の出力部を有する電力スプリッターを更に備え、
上記電極は、更に、上記電極の第１の半分上に１つ以上のＲＦ駆動点を、且つ上記電極の第２の半分上にゼロ以上のＲＦ駆動点を備え、
上記電力スプリッターの入力部は、上記１つ以上のＲＦ電源のうちの１つからＲＦ電力を受け取るように接続され、
上記電力スプリッターの各出力部は、１つ以上のＲＦ駆動点へＲＦ電力を供給するように接続され、
上記電力スプリッターは、上記電極の第２の半分上のゼロ以上のＲＦ駆動点への場合より高いレベルのＲＦ電力を上記電極の第１の半分上のＲＦ駆動点へ供給する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記電力スプリッターは、１つ以上の減衰器を含み、各減衰器は、上記電力スプリッターの入力部と、上記電力スプリッターの１つの出力部との間に接続される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
複数の減衰器が、時間と共に変化するリアクタンスを有し、それら減衰器のうちの少なくとも第１の減衰器のリアクタンスは、それら減衰器のうちの少なくとも第２の減衰器のリアクタンスが減少するときに増加して、上記電力スプリッターの入力部と上記電極との間に接続された減衰器の合計リアクタンスが一定に保たれるようにする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
１つ以上の減衰器を更に備え、各減衰器は、上記１つ以上のＲＦ電源の１つと、上記電極上の１つ以上のＲＦ駆動点との間に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記電極は、
１つ以上のＲＦ駆動点を有する後壁と、
シャワーヘッドと、
上記シャワーヘッドと後壁との間に接続されたサスペンションと、
を備え、上記１つ以上のＲＦ電源は、上記後壁上のＲＦ駆動点へＲＦ電力を供給するように接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
プラズマチャンバへＲＦ電力を結合する装置において、
ワークピース通路を有するプラズマチャンバと、
上記プラズマチャンバ内のプラズマへ電極から電力を結合するように位置付けられた電極であって、電極の第１の半分が電極の第２の半分より上記ワークピース通路に接近している電極と、
１つ以上のＲＦ電源と、
を備え、
上記電極の第１の半分は、上記１つ以上のＲＦ電源からＲＦ電力を受け取るように接続された１つ以上のＲＦ駆動点を含み、
上記電極の第２の半分は、ＲＦ電力を受け取るように接続されたＲＦ駆動点を含まないようにした、装置。
【請求項１１】
上記電極は、更に、
上記電極の中心に位置されて、上記１つ以上のＲＦ電源からＲＦ電力を受け取るように接続されたＲＦ駆動点を備えた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記電極は、更に、
上記１つ以上のＲＦ電源からＲＦ電力を受け取るように接続され、且つ上記電極の第１の半分と第２の半分との間の幾何学的境界に位置付けられた１つ以上のＲＦ駆動点を備えた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
上記電極は、
後壁と、
シャワーヘッドと、
上記シャワーヘッドと後壁との間に接続されたサスペンションと、
を備え、上記ＲＦ駆動点は、上記後壁にある、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
プラズマチャンバへＲＦ電力を結合する装置において、
ワークピース通路を有するプラズマチャンバと、
１つ以上のＲＦ駆動点を有する電極であって、この電極は、上記プラズマチャンバ内のプラズマへこの電極から電力を結合するように位置付けられ、且つ電極の第１の半分が電極の第２の半分よりワークピース通路に接近しているような電極と、
上記電極の第１の半分上の第１の数のＲＦ駆動点へ及び上記電極の第２の半分上の第２の数のＲＦ駆動点へＲＦ電力を供給するように接続された少なくとも１つのＲＦ電源と、
を備え、上記第１の数は、少なくとも１であり、上記第２の数は、少なくともゼロであり、且つ上記第１の数は、上記第２の数より大きい、装置。
【請求項１５】
プラズマチャンバへＲＦ電力を結合する装置において、
ワークピース通路を有するプラズマチャンバと、
上記プラズマチャンバ内のプラズマへ電極から電力を結合するように位置付けられた電極と、
上記電極上の複数のＲＦ駆動点へＲＦ電力を供給するように接続された１つ以上のＲＦ電源であって、各駆動点位置をその駆動点位置へ結合されるＲＦ電力の時間平均化レベルにより重み付けすることに基づく、ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置は、上記電極の中心と上記ワークピース通路との間である、ＲＦ電源を備えた、装置。
【請求項１６】
上記電極は、
後壁と、
シャワーヘッドと、
上記シャワーヘッドと後壁との間に接続されたサスペンションと、
を備え、上記ＲＦ駆動点は、上記後壁にある、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般的に、半導体、ディスプレイ及びソーラーセルのような電子装置を製造するのに使用されるプラズマチャンバの電極にＲＦ電源を結合することに関する。より詳細には、本発明は、このようなＲＦ電源を電極に非対称的に結合してチャンバの幾何学形状の非対称性を相殺することによりチャンバ内で遂行されるプラズマプロセスの均一性を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]プラズマチャンバは、通常、半導体、ディスプレイ及びソーラーセルのような電子装置を製造するためのプロセスを遂行するのに使用される。このようなプラズマ製造プロセスは、ワークピースの表面に半導体、導体又は誘電体層を化学的気相堆積したり、又はワークピースの表面上のこのような層の選択された部分をエッチングしたりすることを含む。
【０００３】
[0003]プラズマ製造プロセスは、ワークピースの表面上で高い空間的均一性で遂行するのが重要である。即ち、堆積プロセスは、堆積された材料がワークピースの表面の全ての位置において均一の厚み及びクオリティを有するように遂行されねばならない。同様に、エッチングプロセスは、そのような全ての位置において均一な割合で材料をエッチングしなければならない。
【０００４】
[0004]プラズマ製造プロセスの空間的均一性を改善するための多数の設計が開発されている。多くの在来設計は、プラズマの密度の空間的均一性を最大にすることによって製造プロセスの空間的均一性を改善するよう試みるものである。他の従来設計は、ワークピースの中心からの半径方向距離の関数として変化するプラズマ密度を生成することにより、ワークピースの中心と周囲との間の反応種の濃度の相違を修正するよう試みる。
【０００５】
[0005]在来設計の欠点は、プラズマチャンバの幾何学形状が非対称的である結果として半径方向に対称的でないプラズマ密度の非均一性を補償できないことである。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]プラズマチャンバ内のワークピース通路がプラズマ密度の非対称性を生じさせることが分かった。より詳細には、ＲＦ電力供給電極がプラズマに容量性結合されるプラズマチャンバにおいて、プラズマ密度は、その通路に最も近い電極端付近の方が、反対の電極端付近より高い。プラズマ密度の非対称性は、ワークピースに対して遂行されるプラズマプロセス（例えば、堆積又はエッチング）にもそれに対応する非対称性を生じさせるので、望ましくない。
【０００７】
[0007]本発明は、電力の供給がワークピース通路の方向に向かってオフセットされるようにＲＦ電力をプラズマチャンバの電極へ非対称的に供給することにより、このような非対称性を相殺する。
【０００８】
[0008]本発明の以下の定義及び説明では、ＲＦ電力が電極に電気的に接続される電極上の位置を意味する「ＲＦ駆動点」という語を使用する。
【０００９】
[0009]本発明において、駆動点位置の重み付けされた平均が電極の中心とワークピース通路との間となるようにプラズマチャンバの電極上の１つ以上のＲＦ駆動点にＲＦ電力が結合される。重み付けされた平均は、駆動点位置へ結合されるＲＦ電力の時間平均レベルによって各駆動点位置を重み付けすることに基づく。
【００１０】
[0010]本発明の最も簡単な具現化である第１の態様では、電極の中心からワークピース通路に向かってオフセットされた電極上の位置にある１つ以上のＲＦ駆動点へＲＦ電力が結合される。換言すれば、ＲＦ駆動点は、電極の中心とワークピース通路に最も近い電極の縁との間にある。
【００１１】
[0011]本発明の第２の態様では、ワークピース通路に近い電極の半分（第１の半分）上の１つ以上のＲＦ駆動点に結合されるＲＦ電力のレベルが、電極の他の半分（第２の半分）上のＲＦ駆動点（もしあれば）に結合されるＲＦ電力のレベルを越えるように、電極上の１つ以上のＲＦ駆動点へＲＦ電極が結合される。
【００１２】
[0012]本発明の第２の態様は、電力スプリッターが電極の第２の半分より高いレベルのＲＦ電力を第１の半分へ結合する実施形態を包含する。電力スプリッターは、電極の第１及び第２の半分に結合されるＲＦ電極の相対的レベルを確立する減衰器、好ましくは、受動的減衰器を含むことができる。一実施形態において、各受動的減衰器は、キャパシタンスであり、電極の第１の半分に接続される１つ以上の減衰器の合計キャパシタンスは、電極の第２の半分に接続される減衰器（もしあれば）の合計キャパシタンスより小さい。
【００１３】
[0013]本発明の第３の態様では、電極は、ワークピース通路に近い電極の半分（第１の半分）上のＲＦ駆動点の数が、電極の他の半分（第２の半分）上のＲＦ駆動点（もしあれば）の数より多くされる。
【００１４】
[0014]本発明の全ての態様において、各ＲＦ駆動点に結合されるＲＦ電力のレベルは、時間と共に変化することができ、この場合、本発明の目的としての有効ＲＦ電力は、時間で平均化されたＲＦ電力である。例えば、キャパシタで構成される電力スプリッターを有する実施形態では、キャパシタが時間と共に変化することができ、この場合、電極の２つの各半分に接続される各有効キャパシタンスは、各時間平均キャパシタンスである。
【００１５】
[0015]本発明は、ＲＦ電力駆動点をワークピース通路に近付けて位置させると、通路付近のプラズマ密度が更に高くなり、それにより、プラズマ密度の非対称性を悪化させることが予想されるので、反直感的（counter-intuitive）である。しかしながら、以下に述べるように、逆が真であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プラズマチャンバ側壁と、ＲＦ駆動点が電極の中心からオフセットした長方形電極とを含むプラズマチャンバの断面側面図である。
【図２】図１のプラズマチャンバの部分断面上面図である。
【図３】図２と同様であるが、電極の中心に第２のＲＦ駆動点を含むと共に、中心から外れたＲＦ駆動点と直列のリアクタンスを含む形態を示す。
【図４】図２と同様であるが、電力スプリッターに接続された４つのＲＦ駆動点を電極が有する形態を示す。
【図５】図４と同様であるが、電極が２つのＲＦ駆動点しかもたず、電力スプリッターが２つの減衰器を含む形態を示す。
【図６】図５と同様であるが、４つのＲＦ駆動点を有し、各減衰器がＲＦ駆動点の２つに接続される形態を示す。
【図７】図６と同様であるが、４つの減衰器を有する形態を示す。
【図８】図４と同様であるが、電極の中心からの種々の距離に６つのＲＦ駆動点を有する形態を示す。
【発明を実施する最良の態様】
【００１７】
１．プラズマチャンバの概略
[0024]図１は、本発明の一実施形態を含むプラズマチャンバを示す。本発明を説明する前に、プラズマチャンバの従来のコンポーネントについて述べる。
【００１８】
[0025]プラズマチャンバは、ワークピース１０にプラズマ処理ステップを受けさせて半導体装置、ディスプレイ又はソーラーセルのような電子装置をワークピースに製造することが意図される。ワークピースは、チャック又はサセプタとも称されるワークピース支持体１１によりチャンバ内に支持される。プラズマチャンバ内で処理されるワークピース１０は、例えば、フラットパネルディスプレイが製造される長方形ガラス基板、又は集積回路が製造される円形半導体ウェアを含む。
【００１９】
[0026]プラズマチャンバは、チャンバの内部に対して真空エンクロージャーをなすチャンバ壁１４−２０を有する。ここに例示する実施形態において、チャンバ側壁１４及びチャンバ底壁１６は、一体的な壁として具現化される。チャンバの頂部は、ヒンジ付きの蓋１８及びガス入口マニホールド後壁２０を含む。チャンバ側壁１４、チャンバ底壁１６、チャンバ蓋１８、及びガス入口マニホールド後壁２０は、全て、チャンバ壁の部分と考えられる。
【００２０】
[0027]チャンバ側壁１４の片側は、ワークピース通路１２を含み、これを通して、ワークピースを、処理の前にチャンバへ運び込み、又、処理の後にチャンバから取り出すことができる。ドア１３、典型的に、スリットバルブは、ワークピースを出し入れする間に開けられ、又、ワークピースのプラズマ処理中はプラズマチャンバ内に真空シールを与えるために閉じられる。
【００２１】
[0028]ワークピースにおいてプラズマ処理を遂行する際には、１つ以上のプロセスガスがガス入口マニホールド２０−２８を通してチャンバ内へ付与される。ガス入口マニホールドは、ガス入口マニホールド後壁２０、シャワーヘッド２２（ガス分配プレート又はディフューサーとも称される）、及びサスペンション２４を含み、これらは、全て、ガス入口マニホールドの内部領域を構成するガス入口プレナム２７と称される容積部を集合的に包囲する。簡単化のため、ガス入口マニホールド後壁２０は、単に「後壁」と称する。
【００２２】
[0029]ガス入口マニホールドは、外部ガス源（図示せず）からガス入口プレナム２７へガスを流すための通路をなす１つ以上のガス入口２８を含む。図１の実施形態において、ガス入口２８は、ガス入口マニホールド後壁２０を貫通して延びる開口である。ガス源（図示せず）は、プロセスガスをガス入口２８へ供給し、ここから、ガスは、ガス入口プレナム２７へ流れ込み、次いで、ガス入口プレナムからシャワーヘッド２２の多数のガス出口通路を経てチャンバの内部へ流れ込む。（図示簡単化のために、ガス入口２８は、図２−８では省略されている。）
[0030]シャワーヘッドの重量は、サスペンション２４により支持され、サスペンションは、ガス入口マニホールド後壁２０により支持され、この後壁は、チャンバ側壁１４により支持される。サスペンション２４は、シャワーヘッドの温度が上昇及び下降するときにシャワーヘッドの半径方向の膨張及び収縮を受け入れるように柔軟性のものであるのが好ましい。サスペンション２４は、その上端がガス入口マニホールド後壁２０に取り付けられ、その下端がシャワーヘッド２２の周囲のリムに取り付けられる。後者の取り付けは、固定であるか又はスライド式である。例えば、スライド式の取り付けは、シャワーヘッドをサスペンションの下端のリムに載せることにより具現化できる。
【００２３】
[0031]ここに例示する実施形態のようにシャワーヘッドが長方形である場合には、サスペンション２４の垂直に延びる部分は、長方形シャワーヘッド２２の４つの側部に各々取り付けられた４つの柔軟なアルミニウムシートより成るのが好ましい。各シートは、長方形シャワーヘッドの１つの側部と、長方形後壁２０の対応する側部との間に垂直に延びる。
【００２４】
[0032]ＲＦ電源３０は、その非接地（ＲＦホット）出力部３１と、その電気的接地出力部３２との間にＲＦ電圧を発生する。ＲＦ電源の非接地出力部３１は、プラズマチャンバの少なくとも１つの非接地電極に直接的又は間接的に接続される。ＲＦ電源の接地出力部３２は、電気的接地部を通して、その電気的接地部に直接的又は間接的に接続されたチャンバの少なくとも１つの他の電極に接続される。非接地及び接地電極は、ＲＦ電源により発生されるＲＦ電力をチャンバの内部へ容量性結合して、チャンバ内にプラズマを発生し又は持続させる。
【００２５】
[0033]電気的接地部に直接的又は間接的に接続され且つチャンバ内のプラズマに容量性結合されるプラズマチャンバの金属コンポーネントは、集合的に、チャンバのカソード電極として働く。このようなコンポーネントの電気的接地接続は、それらをＲＦ電源の接地出力部３２に有効に接続する。カソード電極は、一般的に、チャンバ側壁１４を含む。というのは、それが電気的に接地されるからである。更に、カソード電極は、一般に、ワークピース支持体１１も含む。というのは、それが電気的接地部に直接的又は間接的に接続されるからである。電気的接地部へのワークピース支持体の間接的接続は、キャパシタ（図示せず）を通して行ってもよいし、或いはＲＦホット出力部がワークピース支持体に電気的に接続され且つ第２出力部が電気的に接地された第２のＲＦ電源（図示せず）を通して行ってもよい。
【００２６】
[0034]電気的に接地されたチャンバ側壁１４に電気的及び機械的に取り付けられたチャンバ蓋１８の頂部にカバー２９が電気的及び機械的に取り付けられる。それ故、カバー２９は、電気的に接地され、ＲＦ電力供給電極の後壁２０に対して接地平面として働く。図１に示すように、同軸伝送線３４の電気的に接地された外側導体３５は、カバー２９に接続することができる。伝送線３４の内側導体は、カバー２９を貫通し且つそこから絶縁され、ＲＦ電力供給電極の後壁２０に電気的接続される。
【００２７】
[0035]本特許明細書内で使用する「ＲＦ電力供給電極」という語は、ＲＦ電源の非接地出力部に直接的又は間接的に接続され、即ちそこからＲＦ電力を受け取るプラズマチャンバの電極を指す。接地電極は、本発明の定義の部分ではないので、簡潔さのため、電極が接地型であると特に述べない限り、ここで使用する「電極」という語は、ＲＦ電力供給電極を意味するものとする。又、非接地出力部であるか又は接地出力部であるかを特定せずにＲＦ電源の「出力部」に言及するときは、意図された意味は、非接地（ＲＦホット）出力部３１である。
【００２８】
[0036]上述したガス入口マニホールド２０−２８は、ＲＦ電源の非接地出力部３１に接続され、従って、チャンバのＲＦ電力供給電極として機能する。換言すれば、後壁２０、サスペンション２４及びシャワーヘッド２２は、集合的に、２つの機能、即ちガス分配機能（即ち、プロセスガスをプラズマチャンバへ付与する）及び電気的機能（即ち、ＲＦ電力をプラズマへ結合する）を遂行する。電気的機能に関連してこれらコンポーネント２０−２８に言及するときには、これ以降、ガス入口マニホールドの後壁、サスペンション及びシャワーヘッドではなく、ＲＦ電力供給電極２０−２８の後壁２０、サスペンション２４及びシャワーヘッド２２と称する。
【００２９】
[0037]後壁２０、サスペンション２４及びシャワーヘッド２２は、導電性材料、好ましくは、アルミニウムで構成される。シャワーヘッド２２は、チャンバ内のプラズマに直面した、ひいては、それに直接容量性結合されたＲＦ電力供給電極２０−２８のコンポーネントである。以下に述べるコンポーネントは、ＲＦ電源３０からのＲＦ電力をシャワーヘッドに結合するための電気的接続を与え、次いで、シャワーヘッドがＲＦ電力をプラズマに結合する。
【００３０】
[0038]ＲＦ電源とＲＦ電力供給電極の後壁２０との間に１つ以上のＲＦ伝送線３４が電気的に接続される。サスペンション２４は、後壁及びシャワーヘッド２２に電気的及び機械的に接続され、後壁とシャワーヘッドとの間に信頼性のある低インピーダンスの電気的接続を与える。それ故、ＲＦ電力は、ＲＦ電源から後壁２０へ、次いで、サスペンション２４を経てシャワーヘッド２２へ結合される。
【００３１】
[0039]ＲＦ電源とＲＦ電力供給電極２０−２８との間にはインピーダンス整合ネットワーク４０が一般的に接続される。このインピーダンス整合ネットワークは、異なる物理的な場所においてリアクタンス（即ち、キャパシタ及びインダクタ）を含むことができる。例えば、１つ以上のリアクタンスをＲＦ電源に物理的に隣接して又はＲＦ電源内に装着することができ、又、１つ以上のリアクタンスをプラズマチャンバのＲＦ電力供給電極に物理的に隣接して又はＲＦ電力供給電極に直接的に装着することができる。
【００３２】
[0040]誘電体ライナー１９は、ＲＦ電力供給電極２０−２８を電気的に接地されたチャンバ蓋１８から電気的及び機械的に分離する。
【００３３】
[0041]電極２０−２８は、ここに例示する実施形態では、プラズマチャンバ内にあるが、誘電体であるチャンバの一部分に隣接する場合には、電極は、チャンバ壁１４−１８の外側にあって、ＲＦ電力を電極からチャンバ内のプラズマへ容量性結合できるようにしてもよい。電極は、チャンバ壁の内側でも外側でもよいので、ここでは、チャンバ「内(in)」の電極ではなく、チャンバ「の(of)」電極として述べる。
【００３４】
[0042]ここに例示する各実施形態の電極２０−２８は、セグメントに分割されない。しかしながら、電極は、ＲＦ電力の波長に対して大きいので、電極をセグメントに分割することが望まれてもよい。その場合には、本特許明細書に述べる電極は、全てのセグメントを集合的に単一の電極として包含する。
【００３５】
[0043]本発明は、主として、ＲＦ電力をプラズマへ容量性結合することに関するが、誘導性コイル又はマイクロ波導波管のような他の手段によって付加的なＲＦ電力がプラズマへ結合されてもよい。又、リモートプラズマ源で発生されたプラズマがガス入口を通してチャンバ内部へ流れ込むようにされてもよい。
【００３６】
[0044]以下に述べる図２−図８の実施形態は、各々、図１に示されて上述されたプラズマチャンバコンポーネントを備えている。図２−図８の実施形態は、ＲＦ駆動点５０−６０の位置、及び上述しなかった他のコンポーネント、例えば、電力スプリッター７０又は減衰器４１−４４が互いに異なる。
【００３７】
[0045]図２−図８の各々は、電極の後壁２０の上面図であるから、後壁より下のシャワーヘッド２２及びサスペンション２４は図２−図８では見えない。又、上述したように、ガス入口２８は、図示明瞭化のために図２−図８では省略されている。
【００３８】
２．発明の基本的原理
[0046]発明の概要で述べたように、ワークピース通路１２がプラズマ密度の非対称性を生じさせることが分かった。より詳細には、電極２０−２８が、電極の中心、又は電極の中心に対して対称的に分布されたＲＦ駆動点５０−５６において、ＲＦ電源に接続された場合には、プラズマ密度は、ワークピース通路１２に最も近い電極端付近の方が、電極の反対端付近より高くなる。
【００３９】
[0047]本発明は、電力の供給がワークピース通路の方向に向かってオフセットされるようにＲＦ電力をプラズマチャンバの電極へ非対称的に供給することにより、ワークピース通路１２によって生じる非対称性を相殺する。
【００４０】
[0048]本発明は、ＲＦ電力の供給をワークピース通路１２に近付けて位置させると、通路付近のプラズマ密度が更に高くなり、それにより、プラズマ密度の非対称性が悪化することが予想されるので、反直感的である。しかしながら、その逆が真であることが分かった。
【００４１】
[0049]本発明は、動作理論に限定されないが、本発明の理論的な基礎は、ＲＦ駆動点５０−５６、電極２０−２８の周囲、サセプタ１１の周囲及びプラズマの境界にインピーダンス不連続部が存在することであると考えられる。これらの不連続部が電極に沿って定在波パターンを発生し、電界強度が電極に沿った位置で変化することになる。
【００４２】
[0050]図１及び図２のように、１つのＲＦ駆動点５１しかない場合には、電極２０−２８に沿った定在波パターンによって生じる電界強度は、ＲＦ駆動点５１付近の方が、電極の遠方端より小さくなる。それ故、ＲＦ駆動点を電極の中心とワークピース通路との間に位置させることにより、そうでなければワークピース通路１２に向かって過剰となるプラズマ密度を改善することができる。換言すれば、ＲＦ駆動点のこのような位置付けは、ワークピース通路付近のプラズマ密度を減少し、従来のプラズマチャンバのようにＲＦ電力分配が対称的である場合に生じることになるワークピース通路付近のプラズマ密度の増加を相殺する。
【００４３】
[0051]ＲＦ駆動点の位置、即ちＲＦ駆動点が電極の中心からワークピース通路に向かってオフセットする距離は、プラズマ密度の空間的非均一性、又はワークピース上で遂行されるプラズマプロセスの空間的非均一性を最小とするように調整されるのが好ましい。
【００４４】
[0052]図３−図８の場合のように、複数のＲＦ駆動点５０−５６がある場合には、ＲＦ電力を複数のＲＦ駆動点へ供給する作用は、複数のＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置に配置された単一のＲＦ駆動点へ電力を供給するのと同様である。重み付けされた平均位置は、各駆動点位置を、その駆動点位置に結合されるＲＦ電力の時間平均レベルで重み付けすることにより定義される。それ故、ＲＦ駆動点の位置、及びＲＦ駆動点へ供給されるＲＦ電力の相対レベルを、ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置が電極の中心とワークピース通路との間に来るように確立することにより、そうでなければワークピース通路に向かって過剰となるプラズマ密度を改善することができる。
【００４５】
[0053]ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置は、プラズマ密度の空間的非均一性、又はワークピース上で遂行されるプラズマプロセスの空間的非均一性を最小とするように調整されるのが好ましい。換言すれば、重み付けされた平均位置は、ワークピース通路１２の付近に生じるプラズマ密度の減少が、従来のプラズマチャンバのようにＲＦ電力分配が対称的である場合にその領域に生じるプラズマ密度の増加を相殺するように調整される。
【００４６】
[0054]この調整は、ＲＦ駆動点の位置、又は各ＲＦ駆動点へ供給されるＲＦ電力の各相対的レベルを調整することにより達成される。
【００４７】
[0055]発明の要約で述べたように、ここで使用する「ＲＦ駆動点」という語は、ＲＦ電力が電極に接続される電極上の位置を意味する。
【００４８】
[0056]「１．プラズマチャンバの概略」の章で上述したように、シャワーヘッド２２は、チャンバ内のプラズマに対面し、従って、それに容量性結合された電極２０−２８のコンポーネントである。電極の後壁２０上でＲＦ駆動点の位置をシフトすると、シャワーヘッド２２の電界の空間分布に著しく影響が及び、プラズマ密度の空間分布に影響が及ぶことは明白ではない。後壁２０上でＲＦ駆動点の位置をシフトすると、シャワーヘッド２２上でＲＦ駆動点の位置を同じ方向に直接的にシフトしたかのように、プラズマ密度の空間分布が実際に変化する。
【００４９】
[0057]本発明は、動作理論に限定されないが、手前の段落で述べた作用は、導電性サスペンション２４が後壁２０の周囲とシャワーヘッド２２の周囲との間に電気的に接続されていることから生じると考えられる。後壁上のＲＦ駆動点がワークピース通路１２に最も近い後壁の辺に向かってシフトされた場合には、ＲＦ駆動点からワークピース通路１２に最も近いシャワーヘッドの端へＲＦ電流が流れる経路は、ＲＦ駆動点からシャワーヘッドの反対端、即ちワークピース通路から最も離れた端へＲＦ電流が流れる経路より短くなる。その結果、電極の後壁２０上のＲＦ駆動点の位置をシフトすることは、シャワーヘッド２２上のＲＦ駆動点の位置を同じ方向に直接的にシフトすることと同等である。
【００５０】
[0058]それ故、本特許明細書全体にわたり、電極２０−２８上の１つ以上のＲＦ駆動点５０−５６の位置に言及するときには、ＲＦ駆動点がシャワーヘッド２２上でもよいし、電極の後壁２０上でもよいことを理解されたい。
【００５１】
[0059]同様に、電極は、ガス分配機能をもたない従来のプラズマチャンバ電極でよいことを理解されたい。換言すれば、電極は、ガス入口マニホールドの一部分でなくてもよいし、シャワーヘッドを含まなくてもよい。
【００５２】
[0060]図２−図８は、後壁２０の中心を通過する仮想中心線６０を示し、これは、ワークピース通路１２に近い電極の第１の半分６１と、ワークピース通路から遠い電極の第２の半分６２との間の分割線又は境界を表している。中心線６０は、物理的な対象ではなく、幾何学的な仮想線である。というのは、電極の第１の半分６１と第２の半分６２との間に機械的又は電気的な分割部或いは不連続部がないことが好ましいからである。簡潔さのため、ワークピース通路に近い及びそこから離れた電極２０−２８の２つの半分は、各々、単に第１の半分６１及び第２の半分６２と称される。
【００５３】
[0061]図１−図８に示された電極２０−２８は、ここに示すプラズマチャンバが長方形のワークピースを処理するように適応されるので、長方形である。しかしながら、「１．プラズマチャンバの概略」の章で上述したように、本発明は、円形ワークピースを処理するように適応される円形の電極を有するプラズマチャンバにも等しく適用できる。例えば、幾何学的中心線６０は、直径線の両側に第１及び第２の半分６１、６２を有する円形電極の直径でよい。
【００５４】
３．中心からオフセットしたＲＦ駆動点
[0062]図１及び図２の実施形態は、中心からワークピース通路に向かってオフセットした電極上の位置にある１つ以上のＲＦ駆動点へＲＦ電力が結合される本発明の第１の、最も簡単な態様を示す。換言すれば、ＲＦ駆動点は、電極の中心と、ワークピース通路に最も近い電極の縁との間にある。図１及び図２に示す実施形態は、１つのＲＦ駆動点しかもたず、従って、本発明のこの第１の態様の最も簡単な具現化である。
【００５５】
[0063]図１及び図２に示すように、ＲＦ電源３０は、電極の後壁２０上のＲＦ駆動点５１において電極２０−２８へ電力を供給するように接続される。（上述したように、この回路は、ＲＦ電源の出力部とＲＦ駆動点との間に接続された従来のインピーダンス整合ネットワーク４０も備えている。）
[0064]ＲＦ駆動点５１は、後壁２０の中心とワークピース通路１２との間に位置付けられる。「２．発明の基本的原理」の章で上述したように、中心からワークピース通路に向かってＲＦ駆動点をオフセットすると、ワークピース通路の付近のプラズマ密度が減少する。これは、従来のプラズマチャンバのようにＲＦ電力分布が対称的である場合に生じることになるワークピース通路付近のプラズマ密度の増加を相殺する。
【００５６】
[0065]ＲＦ駆動点の位置、特に、ＲＦ駆動点が電極の中心からワークピース通路に向かってオフセットされる距離は、プラズマ密度の空間的非均一性、又はワークピース上で遂行されるプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を最小とするように確立されるのが好ましい。
【００５７】
[0066]電極の中心からのＲＦ駆動点のオフセット距離は、プラズマ密度の空間的非均一性を最小とするか、又はワークピース上で遂行されるプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を最小とするように確立されるのが好ましい。ＲＦ駆動点の最適なオフセット距離は、プラズマ製造プロセスの空間的非均一性をオフセット距離の種々の値に対して測定する日常の実験により確立することができる。
【００５８】
[0067]ＲＦ駆動点の位置の調整を容易にするために、後壁は、複数のねじ切りされた穴を有し、これに電気コネクタを固定することができる。ＲＦ駆動点の位置は、１つのねじ切りされた穴から別のねじ切りされた穴へ電気コネクタを移動することにより調整することができる。或いは又、後壁は、トラックを含み、それに沿って電気コネクタをスライドしてＲＦ駆動点の位置を調整することもできる。
【００５９】
[0068]「２．発明の基本的原理」の章で上述したように、別の実施形態は、インピーダンス整合ネットワークのＲＦ出力部を、後壁２０上のＲＦ駆動点ではなく、シャワーヘッド２２上のＲＦ駆動点へ直接的に接続することである。更に別の実施形態は、インピーダンス整合ネットワークのＲＦ出力部を、ガス入力マニホールドの一部分ではなく且つシャワーヘッドを含まない電極に接続することである。
【００６０】
４．不均一な電力分布
[0069]図３−図７は、本発明の第２の態様の種々の別の実施形態を示す。「発明の概要」で上述したように、本発明のこの第２の態様によれば、電極の第１の半分６１（ワークピース通路に近い方の半分）上のＲＦ駆動点５１−５２に結合されるＲＦ電力のレベルは、電極２０−２８の第２の半分６２上のＲＦ駆動点５３−５４（もしあれば）に結合されるＲＦ電力のレベルを越える。
【００６１】
[0070]図３は、図２の実施形態と同様であるが、電極の中心に第２のＲＦ駆動点５０を更に備えた実施形態を示す。電極の中心のＲＦ駆動点は、本発明の目的に対する電極の第１の半分６１又は第２の半分６２のいずれにもなく、従って、図３の実施形態は、実際には、中心からワークピース通路１２に向かってオフセットしたＲＦ駆動点５１を有する図２の実施形態と同様である。
【００６２】
[0071]換言すれば、図３の実施形態は、電極の第２の半分６２にＲＦ駆動点を含まず、従って、電極の第２の半分６２上のＲＦ駆動点に結合されるＲＦ電力はゼロである。それ故、図３の実施形態は、２つ前の段落で述べた本発明の第２の態様の定義を満足する。というのは、電極の第１の半分６１上のＲＦ駆動点５１に結合されるＲＦ電力のレベルが、電極の第２の半分６２に結合されるゼロのＲＦ電力を越えるからである。
【００６３】
[0072]図３の実施形態は、中心からずれたＲＦ駆動点５１に接続された減衰器４１も備えている。この減衰器は、受動的な減衰器、即ち受動的コンポーネントしか含まない回路であるのが好ましい。減衰器の電力消費を最小にするために、減衰器は、リアクタンス、即ちインダクタ、キャパシタ、又は１つ以上のインダクタ及びキャパシタの組合せであるのが好ましい。インダクタ又はキャパシタは、固定でも、調整可能でもよい。単一の調整可能なキャパシタより成る減衰器４１は、簡単で且つ融通性があるので、好ましい。
【００６４】
[0073]減衰器４１のリアクタンス値は、プラズマ密度の空間的非均一性、又はワークピース上で遂行されるプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を最小とするように確立され又は調整されるのが好ましい。最適なリアクタンス値は、プラズマ製造プロセスの空間的非均一性を減衰器４１のリアクタンスの種々の値に対して測定する日常の実験により決定することができる。
【００６５】
[0074]更に別のものとして、図３の実施形態は、第２のリアクタンス（図示せず）を、中心のＲＦ駆動点５０と直列に、即ちインピーダンス整合ネットワーク４０とＲＦ駆動点５０との間に挿入することにより、変更することができる。２つのリアクタンスが調整可能なキャパシタである場合には、一方のキャパシタンスを増加する間に、他方のキャパシタンスを同じ量だけ減少して、２つのキャパシタンスの和が一定に保たれるようにするのが好ましい。これは、２つのキャパシタが調整されるときにインピーダンス整合ネットワークの出力部に生じる負荷インピーダンスの変化を減少する。
【００６６】
[0075]図３の破線７０は、減衰器４０を通して、中心からずれたＲＦ駆動点５１へ至るＲＦ電力接続が、中心のＲＦ駆動点５０への接続（図示された直接接続、又は手前の段落で述べた第２のリアクタンスを通しての接続）と組み合わされて、図４についての以下の説明で一般に述べるＲＦ電力スプリッター７０の具現化を構成することを意味している。
【００６７】
[0076]図４の実施形態では、電極の長方形後壁２０の４つの象限に各々配置された４つのＲＦ駆動点５１−５４において長方形電極２０−２８へＲＦ電力が結合される。２つのＲＦ駆動点５１、５２は、ワークピース通路１２に近い後壁２０の第１の半分６１にあり、従って、ワークピース通路に近い電極の第１の半分にある。他の２つのＲＦ駆動点５３、５４は、後壁の反対の半分６２にあり、即ちワークピース通路から離れた電極の第２の半分にある。
【００６８】
[0077]図４は、従来のインピーダンス整合ネットワーク４０に接続されたＲＦ電源３０の出力部を示している。インピーダンス整合ネットワークの出力部は、２つの出力部７１、７２を有するＲＦ電力スプリッター７０の入力部７７に接続される。ＲＦ電力スプリッターの第１の出力部７１は、電極の第１の半分６１上の２つのＲＦ駆動点５１、５２に接続される。ＲＦ電力スプリッターの第２の出力部７２は、電極の第２の半分６２上の２つのＲＦ駆動点５３、５４に接続される。
【００６９】
[0078]ＲＦ電力スプリッター７０は、第２の出力部７２より高いレベルのＲＦ電力を第１の出力部７１へ与えるように構成され又は調整される。その結果、ワークピース通路に近い電極の半分上のＲＦ駆動点５１、５２へ結合されるＲＦ電力のレベルは、電極の他の半分上のＲＦ駆動点５３、５４へ結合されるＲＦ電力のレベルを越える。
【００７０】
[0079]「２．発明の基本的原理」の章で上述したように、ＲＦ電力のこの不均一な分布は、電極の第１の半分６１付近のプラズマ密度を減少すると共に、電極の第２の半分６２付近のプラズマ密度を増加する。これは、従来のプラズマチャンバのようにＲＦ電力の分配が対称的である場合に、第２の半分６２より第１の半分６１の付近に大きなプラズマ密度を生じさせるワークピース通路の影響を相殺する。
【００７１】
[0080]ＲＦ電力スプリッターの第１及び第２の出力部の電力レベル間の差は、プラズマ密度の空間的非均一性を最小とするか、又はワークピース上で遂行されるプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を最小とするように確立されるのが好ましい。ＲＦ電力レベルの差の最適値は、プラズマ製造プロセスの空間的非均一性を電力差の種々の値に対して測定する日常の実験により確立することができる。
【００７２】
５．電力スプリッターとしての受動的減衰器
[0081]図５は、電力スプリッター７０が第１及び第２の減衰器４１、４３として具現化される別の実施形態を示している。減衰器４１、４３の入力部は、電力スプリッターの入力部７７を構成するように一緒に接続される。各減衰器の出力部は、電力スプリッターの各出力部を構成する。
【００７３】
[0082]ＲＦ電源３０の出力部は、インピーダンス整合ネットワーク４０の入力部に接続され、その出力部は、電力スプリッターの入力部７７、即ち減衰器４１、４３の共通入力部に接続される。第１及び第２の減衰器４１、４３の各出力部は、各々、第１及び第２のＲＦ駆動点５１、５３に接続される。
【００７４】
[0083]各減衰器は、受動的減衰器であり、即ち受動的コンポーネントしか含まない回路であるのが好ましい。減衰器の電力消費を最小にするため、各減衰器は、リアクタンス、即ちインダクタ、キャパシタ、又は１つ以上のインダクタ及びキャパシタの組合せであるのが好ましい。インダクタ又はキャパシタは、固定でもよいし、調整可能でもよい。
【００７５】
[0084]図４の実施形態と同様に、電力スプリッター７０（減衰器４１、４３で構成される）は、電極の第２の半分６２上のＲＦ駆動点（図５の実施形態では、第２のＲＦ駆動点５３）（もしあれば）に結合されるＲＦ電力のレベルを越えるレベルのＲＦ電力を、電極の第１の半分６１上の１つ以上のＲＦ駆動点（図５の実施形態では、第２のＲＦ駆動点５１）へ供給する。図４の実施形態のように、第１及び第２の半分６１、６２は、各々、ワークピース通路に近い及びワークピース通路から遠い電極２０−２８の半分を表す。
【００７６】
[0085]より詳細には、第１及び第２の減衰器４１、４３の各電気的インピーダンスは、電力スプリッター入力部７７から第１の減衰器４１を通して電極の第１の半分上のＲＦ駆動点５１へ結合されるＲＦ電力のレベルが、電力スプリッター入力部７７から第２の減衰器４３を通して電極の第２の半分上のＲＦ駆動点５３へ結合されるＲＦ電力のレベルより大きくなるように確立され又は調整される。
【００７７】
[0086]各々のＲＦ駆動点５１、５３を通して結合されるＲＦ電力の各レベルは、電力スプリッター入力部７７から、各減衰器４１、４３を経、各ＲＦ駆動点５１、５３を経、プラズマを経て、カソード電極又は電気的接地部へ至るＲＦ電流路の合計インピーダンスに逆比例する。このような各合計インピーダンスは、各減衰器４１、４３のインピーダンス、並びに各ＲＦ駆動点５１、５３と電気的接地部との間の複素数負荷インピーダンス、の複素数和である。このような負荷インピーダンスは、実際上直列に接続され、それ故、加算的である次の複素数インピーダンスを含む。即ち、プラズマ本体のインピーダンス、プラズマシースのインピーダンス、プラズマシースとカソード電極との間のキャパシタンス、プラズマシースとシャワーヘッド２２との間のキャパシタンス、及び各ＲＦ駆動点とプラズマシースに向いたシャワーヘッドの表面との間のＲＦ電流路のインピーダンス。
【００７８】
[0087]各ＲＦ駆動点５１、５３と電気的接地部との間の負荷インピーダンスは、上記で列挙した最後の項目、即ち各ＲＦ駆動点から、プラズマシースに向いたシャワーヘッド２２の表面、即ちシャワーヘッドの下面までの電極内のＲＦ電流路のインピーダンスにより支配されることが分かった。ＲＦ駆動点が後壁２０の周囲に著しく接近していない限り、このインピーダンスは誘導性である。というのは、各個々のＲＦ駆動点からのＲＦ電流路は、電流が後壁を通してＲＦ駆動点５１、５３から半径方向外方に後壁の周囲へと流れ、次いで、サスペンション２４を下ってシャワーヘッド２２の周囲へ流れ、更に、シャワーヘッドの下面を半径方向内方に下面の中心に向かって流れるループを形成するからである。
【００７９】
[0088]減衰器４１、４３は、キャパシタであるのが好ましい。というのは、低い電力損失で高い電圧及び高い電力を取り扱うことのできるキャパシタは、インダクタよりコンパクトであり、且つ調整可能なキャパシタは、調整可能なインダクタより具現化が容易だからである。インダクタンスの複素数インピーダンスは、正のリアクタンスであり、キャパシタンスの複素数インピーダンスは、負のリアクタンスだからである。それ故、各駆動点５１、５３を通る（２つ前の段落で定義された）ＲＦ電流路の合計インピーダンスは、（前の段落で述べた）そのＲＦ駆動点の誘導性負荷インピーダンスの大きさから各減衰器４１、４３の容量性リアクタンスの大きさを差し引いたものに等しいリアクタンスである。好ましくは、各減衰器は、その容量性リアクタンスの大きさが、各ＲＦ駆動点における誘導性負荷インピーダンスより小さくて、前記差し引きの結果が正となり、前記合計インピーダンスが誘導性とならねばならない。これは、好都合である。というのは、インピーダンス整合ネットワーク４０は、その出力部が誘導性負荷に接続された場合にインダクタを要求しないからである。
【００８０】
[0089]要約すれば、合計インピーダンスが、上述したように誘導性であるとき、各ＲＦ駆動点５１、５３における負荷インピーダンスと直列の各減衰器４１、４３の合計インピーダンスは、各減衰器の容量性リアクタンスの増加と共に減少する。それ故、電極の第１の半分６１のＲＦ駆動点５１へ供給されるＲＦ電流は、第１の減衰器４１が第２の減衰器４３より大きな容量性リアクタンス（即ち、小さなキャパシタンス）を有する場合に、第２の半分６２のＲＦ駆動点５３へ供給されるＲＦ電流より大きくなる。これは、手前の章「４．不均一な電力分布」の最初の頃に定義された本発明の「第２の態様」の要件を満足する。
【００８１】
[0090]換言すれば、電極の第１の半分６１に接続された第１の減衰器４１のキャパシタンスは、第２の半分６２に接続された第２の減衰器４３のキャパシタンスより小さくなければならない。
【００８２】
[0091]各減衰器４１、４３が各調整可能なキャパシタを含む場合には、それらの各キャパシタンスを同じ量だけ逆方向に調整して、２つのキャパシタンスの和が一定のままであるようにするのが好ましい。換言すれば、一方のキャパシタンスが増加される場合には、他方のキャパシタンスを同じ量だけ減少しなければならない。このような同じで且つ逆の調整の効果は、電力スプリッター７０の入力部７７における合計インピーダンスがほぼ一定のままとされ、従って、キャパシタが調整されるときにインピーダンス整合ネットワークが異なるインピーダンスを整合する必要性を最小にすることである。
【００８３】
[0092]図４及び図５の実施例では、電力スプリッター又は各減衰器の各出力部が１つのＲＦ駆動点に接続される。或いは又、電力スプリッター又は各減衰器の各出力部は、２つ以上のＲＦ駆動点にＲＦ電力を供給するように接続することもできる。例えば、図６は、図５と同様であるが、電極の後壁２０が４つのＲＦ駆動点を有し、その２つのＲＦ駆動点が電力スプリッターの各出力部７１、７２に接続されるような実施形態を示す。電極の第１の半分６１上の２つのＲＦ駆動点５１、５２は、電力スプリッターの第１の出力部７１（即ち、第１の減衰器４１の出力部）に接続され、又、電極の第２の半分６２上の２つのＲＦ駆動点５３、５４は、電力スプリッターの第２の出力部７２（即ち、第２の減衰器４３の出力部）に接続される。
【００８４】
[0093]図６において、２つの減衰器４１、４３の相対的インピーダンス、及び２つの電力スプリッター出力部７１、７２により供給されるＲＦ電力の相対的レベルについての設計原理は、図５を参照して説明したものと同じである。
【００８５】
[0094]図７は、図６と同様であるが、各ＲＦ駆動点５１−５４が個別の減衰器４１−４４に各々接続される実施形態を示している。より詳細には、ＲＦ電力の第１部分が、減衰器４１及び４２を通して、電極の第１の半分６１上のＲＦ駆動点５１及び５２へ各々結合される。残りのＲＦ電力は、減衰器４３及び４４を通して、電極の第２の半分６２上のＲＦ駆動点５３及び５４へ各々結合される。
【００８６】
[0095]減衰器４１−４４の各電気的インピーダンスは、減衰器４１及び４２を経て電極の第１の半分上のＲＦ駆動点５１及び５２へ結合されるＲＦ電力の合計レベルが減衰器４３及び４４を経て電極の第２の半分上のＲＦ駆動点５３及び５４へ結合されるＲＦ電力の合計レベルより高くなるように確立され又は調整されねばならない。
【００８７】
[0096]減衰器４１−４４がキャパシタである場合には、手前の段落で定義された相対的電力レベルは、電力スプリッターの入力部７７と電極の第１の半分６１との間に接続される合計キャパシタンスが、電力スプリッターの入力部７７と第２の半分６２との間に接続される合計キャパシタンスより小さい場合に、達成される。図５の前記説明で述べたように、これは、電力スプリッターの入力部のインピーダンスが誘導性であることを前提とするもので、これは、各減衰器４１−４４のキャパシタンス値が充分に大きくて、その容量性リアクタンスの大きさが各ＲＦ駆動点５１−５４の誘導性負荷インピーダンスの大きさより低い場合に真となる。
【００８８】
[0097]電力スプリッターの入力部７７と電極の第１の半分６１との間に接続される合計キャパシタンスは、電極の第１の半分上のＲＦ駆動点５１及び５２に接続される減衰器４１及び４２のキャパシタンスの和である。同様に、電力スプリッターの入力部７７と電極の第２の半分６２との間に接続される合計キャパシタンスは、電極の第２の半分上のＲＦ駆動点５３及び５４に接続される減衰器４３及び４４のキャパシタンスの和である。
【００８９】
[0098]それ故、電極の第１の半分６１に結合された減衰器４１及び４２のキャパシタンスの和は、電極の第２の半分６２に結合された減衰器４３及び４４のキャパシタンスの和より低くなければならない。
【００９０】
[0099]上述した減衰器は、「２．発明の基本的原理」の章で述べた本発明の効果を達成する。より詳細には、電極の第１の半分６１へ第２の半分６２より高いＲＦ電力を供給すると、電極の第１の半分６１の付近のプラズマ密度を減少すると共に、電極の第２の半分６２の付近のプラズマ密度を増加する。これは、従来のプラズマチャンバのようにＲＦ電力分布が対称的である場合に、第１の半分６１の付近に第２の半分６２より高いプラズマ密度を発生することになるワークピース通路の影響を相殺する。
【００９１】
[0100]電極の第１の半分６１に接続された減衰器４１、４２の合成インピーダンスと、第２の半分６２に接続された減衰器４３、４４の合成インピーダンスとの間の差は、プラズマ密度の空間的非均一性、又はワークピース上で遂行されるプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を最小にするように確立されるのが好ましい。このインピーダンス差の最適値は、このインピーダンス差の種々の値に対してプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を測定する日常の実験により確立することができる。
【００９２】
[0101]前記インピーダンス差の調整を容易にするために、減衰器４１−４４の幾つか又は全部が、調整可能なリアクタンス、例えば、従来の調整可能なキャパシタ又は調整可能なインダクタである。或いは又、減衰器は、手前の段落で述べた実験により値が確立される固定のリアクタンスでもよい。
【００９３】
[0102]ＲＦ駆動点の幾つかは、減衰器を介在せずに電力スプリッターの入力部７７に直接接続することができる。これは、前記インピーダンス差を決定するためにこれらのＲＦ駆動点をゼロインピーダンスの減衰器に接続することと同等である。
【００９４】
[0103]逆に、電極の第２の半分６２、即ちワークピース通路から離れた方の半分にＲＦ電力接続する必要がない。これは、ＲＦ駆動点がワークピース通路に向かってオフセットした図２の実施形態と同等である。
【００９５】
[0104]「８．時間平均化」と題する章で以下に述べるように、各減衰器４１−４４のインピーダンスは、時間と共に変化し、従って、各ＲＦ駆動点に結合されたＲＦ電力のレベルを時間と共に変化させることができる。この場合には、電極の各半分に供給される有効ＲＦ電力は、電極のその半分に供給される時間平均化ＲＦ電力である。減衰器４１−４４がキャパシタである場合には、キャパシタが時間と共に変化することができ、この場合には、各キャパシタの有効キャパシタンスは、そのキャパシタンスの時間平均値となる。
【００９６】
[0105]減衰器４１−４４のインピーダンスが調整可能であるか又は時間と共に変化する場合には、２つ以上のインピーダンスを逆方向に変化させて、複数の減衰器の合計インピーダンスがほぼ一定のままとなるようにし、即ち電力スプリッター７０の入力部７７における合計インピーダンスがほぼ一定のままとなるようにするのが好ましい。これは、減衰器を調整するときに、インピーダンス整合ネットワーク４０が異なるインピーダンスと整合する必要性を最小にするという効果を有する。
【００９７】
[0106]より詳細には、減衰器４１−４４が調整可能なキャパシタである場合には、２つ以上のキャパシタンスを逆方向に変化させて、複数の減衰器の合計キャパシタンスがほぼ一定のままとなるようにするのが好ましい。例えば、電極の第１の半分６１に接続された減衰器４１、４２のキャパシタンスは、好ましくは、第２の半分６２に接続された減衰器４３、４４のキャパシタンスが減少すると同時に増加されねばならず、又、その逆のことも言える。
【００９８】
６．不均一な数のＲＦ駆動点
[0107]図８は、図２及び図３の実施形態と同様に、電極２０−２８の第１の半分６１上のＲＦ駆動点５１、５２、５５、５６の数が、電極の第２の半分６２上のＲＦ駆動点５３、５４の数より多い本発明の実施形態を示している。
【００９９】
[0108]より詳細には、図８の実施形態は、図４、図６及び図７のように、対称的に位置付けられた４つのＲＦ駆動点５１−５４と、後壁２０の第１の半分６１にあるが、第１の半分６１と第２の半分６２との間の境界を表す後壁の仮想中心線６０に接近した２つの付加的なＲＦ駆動点５５、５６とを備えている。
【０１００】
[0109]ＲＦ電源３０の出力部は、インピーダンス整合ネットワーク４０に接続され、その出力部は電力スプリッター７０に接続される。電力スプリッター７０は、３つの出力部７１−７３を有し、第１のスプリッター出力部７１は、後壁の第１の半分６１（即ち、ワークピース通路に近い方の半分）にあるＲＦ駆動点５１、５２に接続され、第２のスプリッター出力部７２は、後壁の第２の半分にあるＲＦ駆動点５３、５４に接続され、更に、第３のスプリッター出力部７３は、第１の半分６１にあるが仮想中心線６０から僅かにオフセットされただけであるＲＦ駆動点５５、５６に接続される。
【０１０１】
[0110]電力スプリッター７０がＲＦ駆動点５１−５６の各々にほぼ等しいレベルのＲＦ電力を供給する場合には、電極の第１の半分に供給されるＲＦ電力のレベルが、第２の半分に供給されるレベルより高くなり、従って、前記章「４．不均一な電力分布」の最初の頃に定義された本発明の「第２の態様」の要件を満足する。
【０１０２】
[0111]従って、本発明の別の定義は、電極２０−２８がその第１の半分（即ち、ワークピース通路に近い方の半分）上に有するＲＦ駆動点５１、５２、５５、５６の数が、電極の第２の半分上のＲＦ駆動点５３、５４の数より多いことである。
【０１０３】
７．ＲＦ駆動点位置の重み付けされた平均
[0112]或いは又、図８の電力スプリッター７０は、不均一なレベルのＲＦ電力をその出力部７１−７２に与えることができ、この場合に、図８は、本発明のより複雑な実施形態を示す。
【０１０４】
[0113]ＲＦ駆動点５１−５６は、その組合せにおいて、電極上の位置が実際のＲＦ駆動点５１−５６の位置の重み付けされた平均である単一のＲＦ駆動点によって生じるものと同様のプラズマ密度の空間的分布を生じさせる。それ故、実際のＲＦ駆動点の位置の重み付けされた平均は、「バーチャル」なＲＦ駆動点の位置とみなすことができる。この重み付けされた平均は、その駆動点位置に結合されるＲＦ電力の時間平均レベルにより各駆動点位置を重み付けすることに基づく。
【０１０５】
[0114]重み付けされた平均位置の定義を例示するために、図８のＲＦ駆動点の位置を、ｘ−ｙ座標系に対して考える。そのｘ軸は、先に定義された仮想中心線６０であり、そのｙ軸は、後壁２０の中心からワークピース通路に向かって正の方向に延びる。各ＲＦ駆動点５１−５６の位置のｙ座標は、それに対応する変数Ｙ１−Ｙ６により表されると仮定する。又、ＲＦ電力スプリッターにより各ＲＦ駆動点へ供給されるＲＦ電力レベルは、それに対応する変数Ｐ１−Ｐ６により表されると仮定する。それ故、ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置のｙ座標は、［（Ｐ１Ｙ１）＋（Ｐ３Ｙ３）＋（Ｐ５Ｙ５）］／（Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ５）となる。この式から、偶数番号の変数を省略することができる。というのは、駆動点及び電力レベルがｙ軸に対して対称的であり、即ちＰ１＝Ｐ２、Ｐ３＝Ｐ４、Ｐ５＝Ｐ６、Ｙ１＝Ｙ２、Ｙ３＝Ｙ４、及びＹ５＝Ｙ６だからである。又、ｙ軸に対して対称的であることは、重み付けされた平均位置のｘ座標がゼロとなり、従って、無視できることを意味する。
【０１０６】
[0115]より具体的な実施例として、ＲＦ駆動点の位置のｙ座標が次の通りであることを仮定する。即ち、点５１、５２（Ｙ１）は、＋１０００ｍｍであり、点５３、５４（Ｙ３）は、−８００ｍｍであり、点５５、５６（Ｙ６）は、＋５０ｍｍである。（Ｙ３は負である。というのは、電極の第２の半分６２上の位置がｙ軸の負の方向にあるからである。）ＲＦ電力スプリッター出力部７１−７３により供給される時間平均化電力レベルは、各々、Ｐ１＝５０００Ｗ、Ｐ２＝４０００Ｗ、及びＰ３＝３０００Ｗであると仮定する。それ故、ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置のｙ座標は、［（１０００＊５０００）−（８０００＊４０００）＋（５０＊３０００）］／（５０００＋４０００＋３０００）＝＋１６２．５ｍｍである。即ち、ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置は、仮想中心線６０からワークピース通路に向かう方向に１６２．５ｍｍオフセットされる。
【０１０７】
[0116]本発明において、ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置は、電極の中心とワークピース通路との間にあり、即ち電極の第１の半分６１にある。「３．中心からオフセットしたＲＦ駆動点」の章において単一のＲＦ駆動点に対して上述したように、これは、ワークピース通路付近のプラズマ密度を減少させる。これは、従来のプラズマチャンバのようにＲＦ電力分布が対称的である場合に生じることになるワークピース通路付近のプラズマ密度の増加を相殺する。
【０１０８】
[0117]ＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置、より詳細には、重み付けされた平均位置が電極の中心からワークピース通路に向かってオフセットされる距離は、プラズマ密度の空間的非均一性、又はワークピース上で遂行されるプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を最小にするように確立されるのが好ましい。このような非均一性は、ＲＦ電力スプリッターの出力部７１−７３の相対的電力レベルを調整するか、ＲＦ駆動点５１−５６の位置を調整するか、或いはその両方により、最小とすることができる。電力レベル及び位置の両方調整する能力は、その一方又は他方だけを調整することにより得られる以上に優れた空間的均一性を達成できるようにする。
【０１０９】
８．時間平均化
[0118]異なるＲＦ駆動点へ供給されるＲＦ電力レベルの差は、連続的な差ではなくて、時間平均化された差である。
【０１１０】
[0119]例えば、ＲＦ電力スプリッター７０を有する任意の実施形態において、その出力部に異なるＲＦ電力レベルを連続的に生じさせるのではなく、ＲＦ電力スプリッターは、ＲＦ電源３０からの全出力レベルをその異なる出力部へ順次に周期的に結合するように、その出力を時間マルチプレクスすることができる。
【０１１１】
[0120]例えば、ＲＦ電力スプリッター７０の一方の出力部７１が電極の第１の半分６１上のＲＦ駆動点に接続され、且つその他方の出力部７２が電極の第２の半分６２に接続される図４の実施形態について考える。電極の第２の半分６２より高い時間平均化電力レベルを第１の半分６１へ供給するためには、第１の時間周期Ｔ１を第２の時間周期Ｔ２より大きくしなければならない。プラズマ密度の空間的非均一性を最小にするか又はワークピース上で遂行されるプラズマ製造プロセスの空間的非均一性を最小にするために、２つの時間周期Ｔ１とＴ２との間の比が、上述した２つの電力レベル間の差と同様に日常の実験によって確立されるのが好ましい。
【０１１２】
[0121]より複雑な実施例として、３つの出力部７１、７２、７３を有する図８の電力スプリッター７０について考える。電力スプリッターは、ＲＦ電源３０からの全出力電力を、第１の期間Ｔ１中、第１の電力スプリッター出力部７１へ結合し、次いで、同じ出力レベルを、第２の期間Ｔ２中、第２の電力スプリッター出力部７２へ結合し、次いで、同じ出力レベルを、第３の期間Ｔ３中、第３の電力スプリッター出力部７３へ結合する。電力スプリッターの各出力部により供給される有効なＲＦ電力レベルは、全出力レベルに、各出力部がアクティブである（即ち、ターンオンされた）時間の分数を乗算したものである。例えば、第１の出力部７１により供給される有効なＲＦ電力レベルは、全出力電力レベルにＴ１／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）を乗算したものである。
【０１１３】
[0122]或いは又、図２−図８のいずれかの実施形態におけるＲＦ電力スプリッター７０は、一方の出力部への全電力と他方の出力部へのゼロ電力との間を交番するのではなく、各期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３等の間に異なる非ゼロ電力レベル出力することができる。例えば、減衰器を有するいずれかの実施形態（図５−図７）では、減衰器４１−４４は、段落［０１０４］から［０１０６］で上述したように、時間と共に変化するインピーダンス、例えば、時間と共に変化するキャパシタである。この場合に、各減衰器によって与えられるＲＦ出力レベルは、ある範囲の非ゼロレベルのＲＦ電力にわたって時間と共に変化する。前記段落で述べたように、２つ以上のインピーダンスを逆方向に変化させて、複数の減衰器の合計インピーダンスがほぼ一定のままとなるようにし、即ち電力スプリッター７０の入力部７７における合計インピーダンスがほぼ一定のままとなるようにするのが好ましい。これは、減衰器を調整するときに、インピーダンス整合ネットワーク４０が異なるインピーダンスと整合する必要性を最小にするという効果を有する。
【０１１４】
[0123]更に別の例として、ＲＦ電力スプリッターに接続されたここに例示する単一ＲＦ電源を、複数のＲＦ電源に置き換えて、各ＲＦ電源を１つ以上のＲＦ駆動点の異なるグループに接続することができる。
【０１１５】
９．複数のＲＦ電源
[0124]複数のＲＦ駆動点を有するいずれかの実施形態において、単一ＲＦ電源と組み合せたここに例示するＲＦ電力スプリッター又は減衰器を、複数のＲＦ電源に置き換えて、各ＲＦ電源を１つ以上のＲＦ駆動点の異なるグループに接続することができる。ＲＦ電源に接続されたコントローラは、異なる電力レベルを連続的に又は周期的に出力するようにＲＦ電源を制御することができる。いずれにせよ、上述したようにＲＦ駆動点の重み付けされた平均位置を決定する目的で、各ＲＦ駆動点へ供給される有効なＲＦ電力は、その各ＲＦ駆動点へ供給される時間平均化ＲＦ電力となる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０・・・ワークピース、１１・・・ワークピース支持体、１２・・・ワークピース通路、１３・・・ドア、１４・・・チャンバ側壁、１６・・・チャンバ底壁、１８・・・ヒンジ付き蓋、１９・・・誘電体ライナー、２０・・・ガス入口マニホールド後壁、２２・・・シャワーヘッド、２４・・・サスペンション、２７・・・ガス入口プレナム、２８・・・ガス入口、２９・・・カバー、３０・・・ＲＦ電源、３１・・・非接地出力部、３２・・・電気的接地出力部、３４・・・同軸伝送線、３５・・・電気的接地された外側導体、４０・・・インピーダンス整合ネットワーク、４１−４４・・・減衰器、５０−５６・・・ＲＦ駆動点、６０・・・仮想中心線、６１・・・電極の第１の半分、６２・・・第２の半分、７０・・・電力スプリッター
【図１】
0005524076.tif 000002
【図２】
0005524076.tif 000003
【図３】
0005524076.tif 000004
【図４】
0005524076.tif 000005
【図５】
0005524076.tif 000006
【図６】
0005524076.tif 000007
【図７】
0005524076.tif 000008
【図８】
0005524076.tif 000009