(57)【要約】【課題】  プラズマ処理装置にあっては、電極間に形成される処理のためのプロセス領域に、比較的大型の基板を配置した場合、基板の表面にわたって処理の不均一が生じる。【解決手段】  プラズマを用いて基板を処理するための装置は、互いに間隔を隔てて配置された、第１の電極と第２の電極とを備える。第１の電極と第２の電極との対向面には、真空気密に分離リングが係合して、両電極の間には、ガス抜きが可能なプロセス領域が形成される。プロセス領域には、プロセス領域へ処理用ガスを導入するための処理用ガスポートが連通している。第１及び第２の電極のいずれかに形成された真空ポートを介してプロセス領域を排気することで、プロセス領域内の処理用ガスからプラズマを励起させるのに適した圧力にして、第１及び第２の電極に電力を与える。【選択図】        図２
2006032344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて基板を処理するための装置であって、
第１の電極と、
該第１の電極に対し離して配置された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極との間に真空気密シールを形成し、該第１の電極と該第２の電極との間に排気可能なプロセス領域を形成する分離リングであって、該第１の電極はプラズマ処理のために基板を該プロセス領域内に支持し、該第１の電極と該第２の電極とを電気的に絶縁するような分離リングと、
該プロセス領域へ処理用ガスを導入するための処理用ガスポートと、
該プロセス領域内の処理用ガスからプラズマを発生させるのに適した圧力にすべく、該プロセス領域を排気するための真空ポートと、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記装置はさらに、
該真空ポートに結合された真空マニホールドであって、該第１の電極および該第２の電極に対して電気的に絶縁されているような真空マニホールドを備えていることを特徴とする。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、該真空マニホールドは、
前記装置において、前記真空マニホールドは、前記真空ポートの近接した閉じた容積を含み、
この装置はさらに、
電気絶縁材料から作られ、該閉じた容積内に配置されるインサートであって、前記真空マニホールドを前記真空ポートに結合させる複数の第１の流路を含んでいるような前記インサートを備えていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、
該真空ポートは、前記第１の電極を通って延在する複数の第２の流路により画定され、前記複数の第１の流路に位置合わせされていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記装置はさらに、前記真空ポートに結合され、該記プロセス領域内の処理用ガスからプラズマを発生させるような該圧力にするように、該プロセス領域を排気するための真空ポンプを備えていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記装置はさらに、前記処理用ガスポートに結合され、前記プロセス領域に処理用ガスを導入するための処理用ガス供給源を備えていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、
前記第２の電極は、前記処理用ガスポートから前記プロセス領域に処理用ガスを流すようなパターンで配置された複数の開口を備えていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、
前記プロセス領域の内部に配置され、前記第１の電極上に基板を支持すべく構成されてなる基板ホルダをさらに備えていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
前記基板ホルダは、前記第１の電極に電気的に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、
前記装置はさらに、
前記分離リングと前記第１の電極と前記第２の電極とを取り囲むような、導電体の格納器を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極は、空気ギャップによって前記導電体格納器から隔てられていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記格納器は、ベース部と、前記プロセス領域にアクセスすべく、開位置と閉位置との間にて該ベース部に対して可動であるような蓋部とを備え、該蓋部は、該ベース部に対して動かせるように前記第１の電極を支持していることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置であって、
前記第１の電極及び前記第２の電極を冷却すべく、前記空気ギャップへ冷媒流体の流れを供給するための冷媒ポートを前記蓋部にさらに備えていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の電極は、該真空ポートを備え、該第２の電極は前記処理用ガスポートを備えていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記第２の電極は該処理用ガスポートに結合されてなる複数のガス開口を備え、前記複数のガス開口は前記第２の電極において、基板における対向面にわたって処理用ガスを分配させるように配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
複数の基板をプラズマ処理するための装置であって、
第１の電極と、
該第１の電極に対して離して配置された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極との間に配置された、第３の電極と、
前記第１の電極と該第３の電極との間に真空気密シールを形成し、該第１の電極と該第３の電極との間に排気可能な第１のプロセス領域を形成する第１の分離リングであって、該第１の電極は、プラズマ処理のために基板を該第１のプロセス領域内に支持し、該第１の電極と該第３の電極とを電気的に絶縁する第１の分離リングと、
該第２の電極と該第３の電極との間に真空気密シールを形成し、該第２の電極と該第３の電極との間に排気可能な第２のプロセス領域を形成する第２の分離リングであって、該第３の電極は、プラズマ処理のために基板を前記第２のプロセス領域内に支持し、該第２の電極と該第３の電極とを電気的に絶縁する第２の分離リングと、
該第１のプロセス領域と第２のプロセス領域とへ処理用ガスを導入するための少なくともひとつの処理用ガスポートと、
該第１のプロセス領域および該第２のプロセス領域の中を処理用ガスからプラズマを発生させるような圧力にするための該プロセス領域を排気するための真空ポートと、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記真空ポートは前記第２の電極に形成されていることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記第１の電極は前記第１のプロセス領域へ処理用ガスを導入するための第１の処理用ガスポートを備え、前記第３の電極は前記第２のプロセス領域へ処理用ガスを導入するための第２の処理用ガスポートを備えていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、プラズマを用いて基板を処理するための処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、様々な産業用途において、基板の表面特性を改質するために、一般的に使用されている。プラズマ処理装置は、例えば、集積回路や、電子パッケージ、半導体用途における印刷回路基板、太陽電池パネル、水素燃料電池の部品、自動車の部品、フラット・パネル・ディスプレイ用の矩形ガラス基板などの表面に対して、プラズマ処理を施すために日常的に使用されている。また、プラズマ処理装置は、医療用途においても、人体に挿入されるステントやインプラントなどの装置において、それらの表面特性を改質するために使用されている。従来の平行平板タイプの電極を用いたプラズマ処理装置にあっては、電極間に形成される処理のためのプロセス領域に、比較的大型の基板を配置した場合、基板の表面にわたって処理の不均一が生じる。電極に高周波電力を供給すると、基板の表面にわたって等ポテンシャル場となるそれぞれの等ポテンシャル曲線が誘導される。プラズマ処理中には、プロセス領域において、プラズマからの正イオンが等ポテンシャル曲線を横切って加速し、基板の表面に衝突する。プラズマは代表的には、電極を取り囲んでいるプロセスチャンバにおける、排気された全容積にわたって分布し、プラズマの密度は電極間において最も高くなる。電極間のプロセス領域におけるプラズマ密度の均一性は、接地されたチャンバの側壁など、外界の電場効果要因による影響を受けて、電極間の等ポテンシャル曲線が変化して、これによって、プラズマを構成する帯電成分の分布が変化する。不均一性は、プロセス領域の周辺縁部において、特に著しくなる。
【０００３】
外界の電場効果を低下させるための従来のひとつの方法は、プロセスチャンバを大型化して、接地された側壁を電極から遠ざけることである。これには多数の不都合があるが、とりわけ、チャンバの体積と処理装置の占有設置面積とが大きくなる。チャンバ体積が大きくなると、プロセスチャンバの排気をする時間が長くなり、また、未処理の基板を挿入したり処理済みの基板を取り出す際、プロセスチャンバを大気圧にするために吹き込みや通気させる時間が長くなる。特に、大量の基板を連続的にプラズマ処理することを意図している、インライン型のプラズマ処理装置においては、毎回の処理サイクル後に基板を交換するために、周期的な排気および通気が必要になるので、スループットが著しく低下するという不都合な結果が生じる。
【０００４】
従来のプラズマ処理装置についての他の不都合は、電極間のプロセス領域の周辺におけるプロセスチャンバの内部の排気された領域において、意図に反してプラズマが発生することである。これらの領域に発生するプラズマは、プラズマ処理の制御を難しくすると共に、これらの領域内に配置された部品を損傷することがある。また、このような閉じ込められないプラズマは、プラズマ処理チャンバの内部において、プラズマに吸収される電力の位置を変化させ、これにより，一貫した再現性の良い処理が実行できるような電極への電力の送出の制御が困難になる。
【０００５】
プラズマを閉じ込めるための従来のアプローチでは一般的に、電気的又は磁力的のいずれかの性質である反発場を用いている。ひとつの従来のアプローチにおいては、平行平板タイプの電極の外周まわりに、閉じ込めリングを配置している。閉じ込めリングは、電気絶縁体から形成される。閉じ込めリングは、プラズマのポテンシャルに匹敵するポテンシャルに帯電し反発電場を発生させて、この電場がプラズマを横方向に閉じ込める。それにもかかわらず、電極及び閉じ込めリングは、排気することが必要であってプラズマの放出が依然として存在するかなり大型の真空チャンバの内部に配置され、取り囲まれている。閉じ込めリングは、電極間に形成されるプロセス領域を適切にガス抜きできるように、ギャップをもって配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、従来のプラズマ処理装置における、これらの及びその他の欠点を解消できるような、プラズマ処理装置を提供することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態による、基板をプラズマ処理する装置は、間隔を隔てて配置された第１及び第２の電極と、第１の電極と第２の電極との対向面と真空気密に係合して第１の電極と第２の電極との間に排気可能な真空プロセス領域を形成するような分離リングとを備えている。第１の電極又は第２の電極のいずれかは、プラズマ処理のために、プロセス領域内に基板を支持するようになっている。分離リングは、第１の電極と第２の電極とを電気的に絶縁する。装置はさらに、プロセス領域へ処理用ガスを導入のための処理用ガスポートと、第１の電極及び／又は第２の電極に電力が与えられる際にプロセス領域内の処理用ガスからプラズマの発生に適した圧力にするためのプロセス領域の排気のための真空ポートと、を備えている。
【０００８】
本発明におけるこれらの及びその他の利点については、添付図面と以下の詳細な説明によって明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付図面は、本願に組み込まれてその一部を構成するものであって、本発明の実施形態を示しており、前述した本発明の概要、及び以下の詳細な説明と併せて、本発明の原理を説明する上で役に立つものである。
【実施例１】
【００１０】
図１及び図２を参照すると、プラズマ処理装置１０は、蓋部１４とその蓋１４が載せられるベース部１６とを有する格納器１２と、蓋部１４から延びる一対の支持アーム１８及び２０と、上側電極２２と下側電極２４とを備えている。プラズマ処理装置１０はさらに、上側電極２２と下側電極２４との間に配置され、上側電極２２と下側電極２４との周囲の対向面に対して接触する分離部材または分離リング２６を備えている。電極２２及び２４の対向面は、略平坦で平行な平板であって、両者は、おおよそ同一である表面積を有している。シュラウド２５は、プラズマ処理装置１０へベース部１６から下方に延びている。
【００１１】
空気圧シリンダとして図示したように、支持アーム１８及び２０と機械的に結合されている昇降装置２８が、上昇位置（図３Ａ）と下降位置（図３Ｂ）との間において、蓋部１４をベース部１６に対して垂直に上昇させ、または下降させる。上昇位置で後述するプロセス領域４０（図３Ｂ）にアクセス可能になって、未処理の基板５５を挿入したり、処理済みの基板５５を取り出したりすることができる。下降位置（図３Ｂ）でプロセス領域４０の中に配置された基板５５に対してプラズマ処理を施すのに適した環境が、プロセス領域４０の中に確立される。本発明においては、プロセス領域４０に対するアクセスは、例えばベース部１６に対して蓋部１４をピボットさせるヒンジ結合など、当業者が理解するであろう、あらゆる代替的な方法によって行われることを想定している。
【００１２】
インラインの用途にあっては、処理装置１０は、未処理の基板５５を提供する入口キャリアと、処理済みの基板５５を受け取る出口キャリアとを備えると共に、入口キャリアからプロセスチャンバへ基板５５を搬送し、またプロセスチャンバから出口キャリアへ基板を搬送するための搬送アームまたはそのようなものを備える。さらに、複数の個々の基板５５を導入するに際しては、複数の基板５５の個々を独立的に処理装置１０の中に導入しても良いし、あるいは、複数の基板５５の１又は複数の基板５５を一緒に処理装置１０の中に導入しても良い。また、個々の基板５５は支持体又はキャリアの上に載置され、これを処理装置１０の中へ搬送しても良い。処理装置１０は、組立ラインのようなやり方で、複数の基板５５を順次複数の処理ステーションに移動させて、これを協働して処理するような、複数の処理ステーションのうちの、ひとつの処理ステーションを構成するものであっても良い。
【００１３】
電源３０は、シールド同軸ケーブル又は伝送線３２及び３４のそれぞれによって、電極２２及び２４に接続されていて、電極２２及び２４の動作について、電力レベルと周波数とを制御する。電源３０は、交流電源であって、５０Ｈｚ及び６０Ｈｚなどの極低周波や、４０ｋＨｚ及び１３．５６ＭＨｚなどの高周波、１ｋＨｚなどの中間的な高周波、または、２．４ＧＨｚなどのマイクロ波周波数において動作する。電源３０は、互いに重畳する２つの周波数にて動作するものでも良い。代替的には、電源３０は直流（ＤＣ）電源であって、プラズマは振動しない。変形例の実施形態においては、電源３０は、密なプラズマを得るための高周波（ＲＦ）である電力成分と、プラズマ密度に影響を与えずにイオンエネルギーを独立的に増加させるＤＣ電力成分とを供給する。
【００１４】
本発明のある種の実施形態においては、電源３０は、１又は複数の高周波にて動作するもので、インピーダンス・マッチング・ネットワーク（図示せず）を備えていて、電極２２及び２４とこれらの間に閉じ込められたプラズマによって代表される負荷から電源３０に戻ってくる反射電力を測定する。インピーダンス・マッチング・ネットワークは、反射電力が最小になるように、電源３０の動作周波数を調節する。そうしたマッチング・ネットワークの構成については、当業者に理解されている。例えば、インピーダンス・マッチング・ネットワークは、マッチング・ネットワークに含まれる可変コンデンサの容量を変化させることによって、マッチング・ネットワークを調節し、負荷の変動に対して、電源３０のインピーダンスを負荷のインピーダンスに整合させる。電力及び電圧のレベル、及び動作周波数は、もちろん、特定の用途に応じて変えられる。
【００１５】
真空ポンプ３６は、プラズマ処理装置１０が動作している間には常に、プラズマ処理によって生成した副産物と、反応しなかった処理用ガスとを、真空マニホールド３８を介して、プロセス領域４０からポンプ排出する。真空ポンプ３６は、プロセス領域４０の総圧力を、プラズマが容易に生成できるほどに充分に低い部分真空レベルに維持すべく動作する。プラズマの生成に適している代表的な圧力は、約２０ミリtorr〜約５０torrを越えるまでの範囲である。プロセス領域４０内の圧力は、特定の所望のプラズマ処理に従って制御され、かかる圧力は主として処理用ガスの分圧からなり、処理用ガスは１又は複数の独立したガス種であって、ガス抜きされたプロセス領域４０に供給される。
【００１６】
プラズマ処理装置１０は、マイクロプロセッサをベースとする制御装置を備えていて、この制御装置は、他の構成要素と併せて、特に電源３０と真空ポンプ３６と処理用ガス供給源１１４との動作を制御すべくプログラムされている。例えば、制御装置は、電源３０については、電力レベル、電圧、電流、及び周波数を調節し、処理用ガス供給源１１４からの処理用ガスの供給と、真空ポンプ３６のポンプ送出速度とを調和させて、プロセス領域４０の中の圧力を、特定のプラズマ処理及び用途に応じた適切な圧力にする。
【００１７】
基板５５の処理中には、後述の如く、蓋部１４とベース部１６とを接触させて、プラズマ処理に適した環境が得られると、電極２２及び２４の間に電源３０によって加えられる電力のために、２つの電極２２及び２４の間で画定されるプロセス領域４０に電磁場が生成する（図３Ｂ及び図４）。電磁場は、プロセス領域の中に存在している処理用ガスを励起して、これをプラズマ状態として、この状態は、プラズマ処理の持続時間にわたり電源３０から電力が加えられることで維持される。
【００１８】
プラズマの構成成分は、基板５５上に露出している材料と相互作用して、所望の表面改質を行う。プラズマは、基板５５に所望の表面改質を行うべく構成されていて、そのために、処理用ガスの化学組成や、プロセス領域４０の内部圧力、電極２２及び２４に加えられる電力の大きさ及び／又は周波数などのパラメータが選定される。処理装置１０は、プラズマ処理（例えばエッチング処理）が所定の終点に達したことを自動的に認識するような終了点認識装置（図示せず）を備えているか、あるいは、代替的に、プラズマ処理は経験的に定められた処理時間に基づいた時間ベースにて行われる。
【００１９】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、上側電極２２は、複数の電気的絶縁スペーサを介して、上側ハウジングから吊下されていて、図３Ａにはスペーサ４２及び４４が、図４にはスペーサ４６が示されている。本発明のひとつの実施形態では、上側電極２２は矩形形状になっていて、上側電極２２の各角部と蓋部１４における各角部との間には、スペーサ４２，４４，４６と同様な絶縁スペーサが配置されている。分離リング参照２６を蓋部１４に固定するための役目をもった保持リング４８は、蓋部１４の周辺に、在来式の固定具によって固定されている。その結果、昇降装置２８によって、蓋部１４がベース部１６に対して上昇位置と下降位置との間にて移動すると、上側電極２２と保持リング４８とは、蓋部１４と共に移動する。
【００２０】
シール部材５０は、保持リング４８が蓋部１４に固定されたときに、加えられる垂直な力によって、分離リング２６と上側電極２２との間に圧縮される。蓋部１４を下降させて、図３Ｂに示す如く、ベース部１６に対して接触させると、シール部材５２は、分離リング２６と下側電極２４の周辺との間にて圧縮される。シール部材５０及び５２は、在来式のエラストマーのＯリングとして図示しているけれども、本発明はそれに限定されるものではない。
【００２１】
下側電極２４には、基板ホルダ５４が取り付けられていて、この基板ホルダは、１又は複数の基板５５を支持するように構成され、あるいは、プロセス領域４０の内部におけるプラズマ処理に適した位置に、１又は複数の基板５５をそれぞれ支えるような１又は複数のキャリアを支持するように構成されている。基板ホルダ５４は、下側電極２４に対して良好に電気的に接触し、基板ホルダ５４と基板５５とは、下側電極２４と同一である電位になっている。しかしながら、本発明はそうした態様に限定されるものではなく、変形例の実施形態においては、基板ホルダ５４は、浮遊電位に置かれていて、下側電極２４から電気的に絶縁されていても良い。本発明においては、基板５５を上側電極２２によって支持したり、分離リング２６によって支持したりすることも想定している。蓋部１４とベース部１６とが接触しているとき、プロセス領域４０は、垂直方向については、電極２２及び２４の内側を向いた水平面の間によって区切られ、横方向については、分離リング２６により画定される側壁の内側を向いた垂直面によって区切られているような、空間として形成される。
【００２２】
ベース部１６は開口６１を備えていて、これにかぶせられて、ベースの薄壁金属製の囲み６２が配置され、これは格納器１２の構成要素になっている。下側電極２４と、ベース部１６及び囲み６２との組立体の間には、ポンプ送出されることのない、大気圧のキャビティないし空気ギャップ５８が形成されている。蓋部１４と、蓋部１４から取り外し可能である蓋カバー６０と、上側電極２２との間には、もうひとつの、ポンプ送出されることのない、大気圧のキャビティないし空気ギャップ５６が形成されている。代表的には、空気ギャップ５６及び５８は、その寸法が、電極２２及び２４から、蓋部１４、ベース部１６、及び囲み６２へのエネルギー損失が最小になるように定められ、図３Ｂに良く示されているように、電極２２及び２４の周縁を取り囲むギャップ５６及び５８の部分と分離リング２６とによって、単一の連続した空気充填空間として互いに結合されている。
【００２３】
蓋部１４が下降された位置にあるとき、蓋部１４とベース部１６とのそれぞれの周縁に保持されている、金属製である導電部材６４が、蓋部１４とベース部１６との間に良好な電気的接触を与える。蓋部１４と、ベース部１６と、カバー６０と、囲み６２とが一緒になることで、実質的に閉じられた電気的に導電体のシェルが形成されて、このシェルは、電極２２及び２４に供給される電力を格納器１２の内部に閉じ込めるためのシールドとして作用する。
【００２４】
伝送線３４は、公知のやり方にて、下側電極２４に電気的に接続されるものであって、開口６１を介して下側電極２４に経由している。伝送線３２は、着脱可能である蓋カバー６０と上側電極２２との間の箇所を介して、蓋部１４の中に入り、公知のやり方にて、上側電極２２に電気的に接続されている。両方の電極２２及び２４が電源３０に接続されて、電源３０が交流電流電源である場合には、電極２２及び２４のうち一方は、電極２２及び２４の他方に対して１８０度の位相差にて駆動され、両方の電極２２及び２４に電力が与えられる。変形例としては、電極２２及び２４のうちの一方を接地して、電極２２及び２４の他方に電力を与えても良い。
【００２５】
本発明のある種の実施形態においては、処理装置１０を冷却するため、特に電極２２及び２４を冷却するために、これらの空気ギャップ５６及び５８には、適当な冷媒が循環させられる。そのために、蓋部１４に取付具５７（図２）を設けることで冷媒ポートを形成し、冷媒供給源５９（図２）を空気ギャップ５６に結合させる。空気などの冷媒を、冷媒供給源５９から取付具５７を介して空気ギャップ５６へと押し流し、電極２２及び２４のまわりに、空気ギャップ５６及び５８を通るような連続的な冷媒流れを確立させる。空気ギャップ５８には、流れる冷媒を、処理装置１０の周囲の開かれた環境に排出するような排気経路が設けられている。
【００２６】
電極２２及び２４と、分離リング２６とによって境界を区切られた体積は、プロセス領域４０を構成し、真空マニホールド３８を除いて考えるならば、処理装置１０において、真空ポンプ３６によって排気される唯一の体積であり、ゆえに、プラズマ処理装置１０における真空包絡面を形成するものである。このことは、従来のプラズマ処理装置との顕著な対照的な相違点であって、従来の装置においては、電極は真空チャンバの内部に配置されていて、電極のまわりには排気すべき相当に大きな容積があって、その中で、処理ガスを励起させ、利用可能な電力を用いて閉じ込められないプラズマを発生させていたが、かかる閉じ込められないプラズマは、電極２２及び２４の間に配置されたワークピース５５を処理する上では利用できないものであった。その結果、従来のプロセスチャンバにおけるガス抜きされる体積に比べたとき、装置１０における有効排気体積は著しく小さい体積になる。このことは、複数の効果を奏するもので、限定はしないが、それらの効果には、プラズマ密度の向上や、プラズマの励起に適した圧力になるようにプロセスチャンバのガス抜きを行うための所要時間の顕著な短縮、及び、プロセスチャンバを大気圧に逃がし乃至通気させるための所要時間の顕著な短縮が含まれる。これらの効果は、従来のプラズマ処理装置に比べると、スループットを高めることに貢献し、運転コストを引き下げ、目的とするプラズマ処理を施すために要する処理時間を短縮する。
【００２７】
電極２２及び２４は、例えばアルミニウムなど電気導電材料から形成されている。分離リング２６は、非導電体の絶縁材料から形成されていて、この材料は、処理された基板５５をひどい汚染をすることなく、プロセス領域４０の内部のプラズマ環境において耐えることができる。このことは、一般的には、分離リング２６を形成する材料が、プロセス領域４０に存在するプラズマによるエッチングに対して、実質的に抵抗力を備えるべきであることを意味している。分離リング２６は、不導体材料による垂直側壁を形成すると共に、電極２２及び２４の間に真空シールを提供する。
【００２８】
従来の真空チャンバを必要としないため、外部の電場の影響を低減化し、あるいは少なくとも著しく減少させる。より詳しくは、プラズマ処理装置１０における電極２２及び２４は、従来の真空チャンバを特徴付けていた接地された金属製の壁によって、取り囲まれていることがない。代わりに、不導体である分離リング２６が、効果的に働いて、プロセス領域４０における垂直な側壁境界になる。従って、外部の電場の影響を最小限にとどめ、あるいは無くすことができ、等ポテンシャル曲線は基板５５の全面にわたって均一になって、電極の縁部におけるフリンジグが生じることがなく、基板５５にわたって均一な態様にて、プラズマ処理を進行させることが可能になる。
【００２９】
ひとつの実施形態においては、分離リング２６のための絶縁材料として、ジェードガラス（すなわち、カルシウム・マグネシウム・鉄・珪酸塩、または珪酸・アルミニウム・鉄・珪酸塩）を用いたけれども、例えばアルミナや、フロートガラス、シリカ、又は石英などのその他のセラミック材料を使用することもできる。本発明の代替的な実施形態においては、分離リング２６を構成する絶縁材料は、多数が存在するフルオロカーボン重合体のうちの任意のものであって、それらには限定はしないが、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＬＯＮ（登録商標）として販売されているテトラフルオロエチレンの単独重合体であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＦＥＰとして販売されているテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体であるパーフルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＰＦＡとして販売されているテトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重合体である、パーフルオロアルコキシフルオロカーボン樹脂（ＰＦＡ）、または、ＤｕＰｏｎｔ社によってＴＥＦＺＥＬの登録商標の下で販売されているエチレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体である、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、が含まれる。分離リング２６をそのような重合体を使用して構成することは、例えば、セラミックスを化学的に攻撃できるようなプラズマ種を用いる、エッチング用途において適している。分離リング２６は、プロセス領域４０における真空包絡面の一部分を構成するので、分離リング２６は、ガス抜きされたプロセス領域４０と、空気ギャップ５６及び５８の大気圧との圧力差から生じる外力に対して、充分に耐えられる強度を備えるように設計すべきである。
【００３０】
図３Ａ及び図５を参照すると、下側電極２４は、横方向に間隔を隔てた、一対の真空ポート６６及び６８を備えていて、これらの真空ポートのそれぞれは、真空マニホールド３８における反対向きアーム７４及び７６の端部にそれぞれ設けられてなるフランジ付きポート７０及び７２のうちのひとつに対して、空間的に一致すべく位置決めされている。フランジ付きポート７０及び７２は、ボルト（図示せず）を介して、下側電極２４に固定され、各シール部材７８及び８０を圧縮することで、真空シールを形成している。アーム７４及び７６は、垂直配管部分８２にて一点に集められて、その先は真空ポンプ３６につながっている。インサート８８は、フランジ付きポート７０の開口に部分的に受容され、またポート７０を取り囲んでいる取付プレート８４に部分的に受容される。同様に、インサート９０が、フランジ付きポート７２の開口に部分的に受容され、またポート７２を取り囲んでいる取付プレート８６における内側の一部分に受容される。また、フランジ付きポート７０及び７２のうち対応するひとつずつに、中心合わせリング９２及び９４が配置されている。ベース部１６と下側電極２４との間には、マニホールド取付スペーサ９６及び９８が配置され、これらはそれぞれ、真空ポート６６及び６８のうちのひとつに一致するような中央開口を有している。
【００３１】
互いに同一であるマニホールド取付スペーサ９６及び９８はそれぞれ、例えば熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などの電気的な絶縁材料から形成されていて、これらの存在は、格納器１２のベース部１６に対して下側電極２４を絶縁する上で役に立っている。互いに同一であるインサート８８及び９０はそれぞれ、比較的高い誘電率をもったセラミックなどの電気的な絶縁材料から形成されていて、これらは、格納器１２のベース部１６と、真空マニホールド３８のフランジ付きポート７０及び７２とに対して、下側電極２４を電気的に絶縁する上で役に立っている。
【００３２】
インサート８８及び９０は、またある程度の意味では、中心合わせリング９２及び９４もまた、下側電極２４と真空マニホールド３８との間の結合部分の、さもなければ空洞であったはずの空間を充填する。下側電極２４と真空マニホールド３８とは間隔を隔てている。下側電極２４と格納器１２のベース部１６との間に、電気的な絶縁が必要だからである。インサート８８及び９０と中心合わせリング９２及び９４が設けられていることから、仮にこれらがないならば開け放されていることになる、真空マニホールド３８と下側電極２４との間の空間において、プラズマが励起することが防がれる。インサート８８及び９０は、プラズマをプロセス領域４０に閉じ込めるための帯電粒子フィルターとして、有効に機能する。
【００３３】
図３、図５、及び図７を参照すると、下側電極２４におけるそれぞれの真空ポート６６及び６８は、流路１００の配列が備えられていて、この流路１００の配列は、それぞれ、インサート８８及び９０のうち対応する一方に形成され、流路１００の配列に対応するような流路１０２の配列に対して、また、中心合わせリング９２及び９４のうち対応する一方に形成されてなる、対応する流路１０４の配列に対して、それぞれ位置合わせされる。真空ポンプ３６は、プラズマ処理によって生成した副産物と、反応しなかった処理用ガスとを、位置合わせされた流路１００、１０２、及び１０４を通し、真空マニホールド３８を介して、プロセス領域４０からポンプ排出する。流路１００、１０２、及び１０４については、代表的には実質的に同一である配置及び寸法をもっており、これらの配置及び寸法に関しては、ポンピングコンダクタンスを最大化すると同時に、中空カソード効果に基づいたプラズマ励起を防ぐように選定される。その結果、プラズマはプロセス領域４０に閉じ込められて、そのために、入力された励起電力が効率的に使用される。
【００３４】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、流路１００、１０２、及び１０４のパターン及び形態は、図７に示した実施形態に限定されるものではなく、むしろ、プラズマ励起を生じさせることなく適当なポンピングコンダクタンスが得られるような、あらゆるパターン及び形態を含むものである。一般に、流路１００、１０２、及び１０４は、排出されるガスの流れの方向に対して、垂直である方向において、間隔を隔てられている。ひとつの特定の代替的な実施形態として、図７Ａを特に参照すると、図示のインサート８８ａに設けた流路１０２ａと、図示の下側電極２４ａの真空ポート６６ａに設けた流路１００ａとは、平行であるスロット溝孔のセットとして構成されている。中心合わせリング（図示せず）における流路は、流路１００ａ及び１０２ａに対して一致するように構成される。ひとつの別の代替的な実施形態として、図７Ｂを特に参照すると、図示のインサート８８ｂに設けた流路１０２ｂと、図示の下側電極２４ｂの真空ポート６６ｂに設けた流路１００ｂとは、同軸的に屈曲したスロット溝孔のセットとして構成されている。中心合わせリング（図示せず）における流路は、流路１００ｂ及び１０２ｂに対して一致するように構成される。
【００３５】
図４及び図６を参照すると、上側電極２２の水平である上面には、ガス入口板１０６が固定されている。ガス入口板１０６には、ガスポート１０８（図４）が延通していて、このガスポートは、導管１１０によって取付具１１２に結合されている。取付具１１２はさらに、送出ライン１１３を介して、処理用ガス供給源１１４（図２）に結合されている。送出ライン１１３と処理用ガス供給源１１４は、質量流量制御装置と流量測定装置（図示せず）とを備えていてこれらが協働して、個別の各処理用ガスについて、プロセス領域４０への流量を調節する。ガス入口板１０６において、上側電極２２に対面している平坦面１０６ａは、複数の凹状である放射状のチャネル１１６を備えていて、これらのチャネルは、ガスポート１０８の箇所にて交差していると共に、ガスポートの箇所から周辺へ向けて分岐している。上側電極２２には複数の打ち抜き孔ないしガス開口１１８が延通していて、これらが配列されているパターンは、ガス入口板１０６を上側電極２２に固定したときに、それぞれのガス開口１１８が、ガス入口板１０６における放射状チャネル１１６のうちのひとつに位置合わせされるようになっている。在来式のシール部材１２０は、在来式のエラストマーのＯリングとして図示されていて、ガス入口板１０６と上側電極２２とが隣接する周縁まわりをシールするために設けられている。
【００３６】
ガスポート１０８に供給された処理用ガスは、放射状のチャネル１１６を介して、ガス開口１１８に分配される。処理用ガスは、下側電極２４の上方における間隔を隔てた位置に、基板ホルダ５４に支持された基板５５の全域にわたるように配置されてなる、ガス開口１１８を通ることによって、プロセス領域４０へと進入する。ガスの分配は、１又は複数のガス開口１１８に栓１２２を挿入し、処理用ガスの流れを有効に封鎖することによって、特定の処理用途に応じてあつらえることができる。本発明のひとつの実施形態においては、ガス開口１１８にはネジが設けられていて、栓１２２は適切なサイズをもつ止めネジである。ガス分配の調節は、処理済みの基板５５上における処理の均一性を調べることによって、経験的に定められる。プロセス領域４０の中への処理用ガスの流れと、真空ポンプ３６のポンプ送出速度とを調節して、処理用ガスの分圧から、プラズマが容易に生成できるほどに充分に低いレベルに、プロセス領域４０内における総ガス圧力を維持する。
【００３７】
本発明によるガス分配装置は、基板５５の全域にわたる処理用ガスの均一な分布を促進し、ガス分布のパターンを調節可能であるという自在性を備える。本発明の変形例による実施形態においては、処理用ガスをプロセス領域４０へ供給するために、ガス分配リングや、ガス注入器、単一のガスポートなど、異なったタイプのガス分配装置を用いても良い。
【００３８】
本発明においては、プロセス領域４０内に、無イオンの又は下方へ流れるプラズマを発生させるように電極２２を構成することをも想定している。電極２２として適した構成は、共有され現在係属中である、２００２年１２月２０日にJames Scott Tyler らが出願した、発明の名称が「プラズマ処理装置」である出願、第１０／３２４，４３６号に開示されているので、同出願をここで参照してその全文を引用する。
【００３９】
本願において、「垂直」や「水平」などの用語は、説明の枠組みを確立するために用いられた例示であって、限定のための手段ではない。本願において、「水平」という用語は、その方位にかかわらず、電極２２及び２４の対向面のうちひとつを含む平面に対して実質的に平行である平面を定義している。「垂直」という用語は、上に記載した水平に対して垂直である方向を意味している。「上側」、「下側」、「上に」、「上方」、「下方」、「側方」（例えば「側壁」）、「高く」、「低く」、「わたって」、「直下に」、及び「下に」などの用語は、水平面に対して定義される。本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、様々な別の参照用語の枠組みを採用することができ、当業者は、参照用語の枠組みは相対的なものであり、絶対的なものではないことを理解するだろう。
【実施例２】
【００４０】
図８及び図９を参照すると、本発明の第２の実施形態によるプラズマ処理装置１０ａは、第１の処理レベルに対して垂直に積み重ねるようにして、第２の処理レベルを備えており、図１から図７と対応する要素には同一の参照符号を付している。これにより、１回の処理動作についての、装置１０ａのワークピース容量が増加して、装置１０（図１から図７）に比べて、装置のスループットは拡大する。第２のレベルを設けるために、上側電極２２と下側電極２４との間に、中間電極１３０を挿入すると共に、実質的には分離リング２６と同一である、追加的な分離部材ないし分離リング１３２を追加している。電極１３０と分離リング１３２とは、フレーム１３４に支持されていて、電気絶縁部材１３６（図８）によって、フレーム１３４に対して電気的に絶縁されている。
【００４１】
昇降装置２８（図１及び図２）と類似した、昇降装置（図示せず）によって、蓋部１４を上昇位置（図３Ａ）へと移動させた後、フレーム１３４をベース部１６に対して垂直に上昇及び下降させる。こうして、蓋部１４とフレーム１３４とが下降位置にあるとき（図８及び図９）、上側電極２２と分離リング２６と中間電極１３０とによって境界を区切られてなる第１の部分４０ａと、下側電極２４と中間電極１３０と分離リング１３２とによって境界を区切られてなる第２の部分４０ｂとからなる、プロセス領域に対するアクセスが提供される。
【００４２】
フレーム１３４は、この代替的な実施形態においては、格納器１２の一部分を構成していて、空気ギャップ５６及び５８に連続した空気ギャップ１３３によって、電極１３０及び分離リング１３２から隔てられている。蓋部１４が下降された位置にあるとき、導電部材と同一又は類似である導電部材１３８は、フレーム１３４と蓋部１４とのそれぞれの周縁に保持される。このとき、導電部材６４は、フレーム１３４とベース部１６とのそれぞれの周縁の間に保持される。蓋部１４と、ベース部１６と、囲み６２と、フレーム１３４とが一緒になることで、実質的に閉じられた電気的に導電体のシェルが形成されて、このシェルは、電極２２及び２４に供給される電力を格納器１２の内部に閉じ込めるためのシールドとして作用する。
【００４３】
プロセス領域における２つの部分４０ａ及び４０ｂは、中間電極１３０の周縁まわりに配置された流路１３５の配列（図９）によって連通している。プロセス領域４０ｂは、真空ポート６６及び６８によって直接的にガス抜きされ、プロセス領域４０ｂは流路１３５を介してポンプ排出される。プロセス領域４０（図３から図７）の場合と同様に、装置１０において、プロセス領域４０ａ及び４０ｂは排気される唯一の容積であり、これ故に、装置１０に関して上述したのと同一である様々な効果と利益が得られる。本発明は、２つの処理レベルに限定されるものではなく、同様なやり方でさらに追加的なレベルを導入することができる。
【００４４】
シール部材５０と同一又は類似である、シール部材５０ａは、保持リング１３７によって加えられる垂直な力によって、分離リング１３２と、中間電極１３０における下側部分１３０ａの周辺との間に圧縮される。シール部材５２と同一又は類似である、シール部材５２ａは、分離リング２６と、中間電極１３０における上側部分１３０ｂの周辺との間に圧縮される。このとき、シール部材５２は、分離リング１３２と下側電極２４との間に圧縮されることになる。
【００４５】
フレーム１３４は、昇降装置（図示せず）に取り付けられていて、電極１３０と分離リング１３２から構成された組立体を、ベース部１６に対して上昇させる。格納器１２における蓋部１４を電極１３０に対して上昇させた後には、電極１３０と分離リング１３２とから構成された組立体をベース部１６に対して移動させて、電極１３０に取り付けられた基板ホルダ１３８にアクセスする。基板ホルダ５４と同一である基板ホルダ１４０は、１又は複数の基板５５を支持するように構成され、あるいは、プロセス領域４０ａの内部におけるプラズマ処理に適した位置に、１又は複数の基板５５をそれぞれ支えるような１又は複数のキャリアを支持するように構成されている。同様に、このとき基板ホルダ５４を保持している基板ホルダ５４は、１又は複数の基板５５を支持するように構成され、あるいは、プロセス領域４０ｂの内部におけるプラズマ処理に適した位置に、１又は複数の基板５５をそれぞれ支えるような１又は複数のキャリアを支持するように構成されている。
【００４６】
中間電極１３０は、上側電極２２と同様に構成されてなる下側部分１３０ａを備え、ガス分配装置を備えていて、プロセス領域４０ｂに処理用ガスを均等かつ均一に分配させると共に、その上側部分１３０は基板ホルダ１４０を支持している。中間電極１３０における下側部分１３０ａは、ガス入口板１０６と同一又は類似であるガス入口板１４２を備えていて、ガス入口板にはガスポート１４４が延通していて、このガスポートは、導管１４６によって取付具１４８に結合され、取付具はさらに、処理用ガス供給源１１４（図２）に結合されている。ガス入口板１４２において、中間電極１３０の下側部分１３０ａに対面している平坦面は、複数の凹状である放射状のチャネル１５０を備えていて、これらのチャネルはチャネル１１６と同一又は類似であって、ガスポート１４４の箇所にて交差していると共に、ガスポートの箇所から周辺へ向けて分岐している。下側部分１３０ａには、ガス開口１１８と同一又は類似である、複数の打ち抜き孔ないしガス開口１５２が延通していて、これらが配列されているパターンは、それぞれのガス開口１５２が、ガス入口板１４２における放射状チャネル１５０のうちのひとつに位置合わせされるようになっている。在来式のシール部材１５４は、在来式のエラストマーのＯリングとして図示されていて、ガス入口板１４２と中間電極１３０の下側部分１３０ａとが隣接する周縁まわりをシールするために設けられている。本発明のこの実施形態においては、ガス開口１１８は、プロセス領域４０ａの中にあるワークピース５５の対向面にわたって処理用ガスを均一に分配させ、同様に、ガス開口１５２は、プロセス領域４０ｂの中にあるワークピース５５の対向面にわたって処理用ガスを均一に分配させる。
【００４７】
伝送線１５６は、公知のやり方にて、中間電極１３０に電気的に接続されている。代表的には、３つのすべての電極２２、２４、及び１３０は、電源３０に接続されて、電源３０が交流電流電源である場合には、中間電極１３０は、その他の電極２２及び２４に対して１８０度の位相差にて駆動される。
【００４８】
本発明について、様々な実施形態の説明によって例示し、これらの実施形態は詳細であると考えられるものであるけれども、本出願人による発明は、そうした詳細事項に限定されるものではなく、特許請求の範囲もそれらの詳細事項に限定されるものではない。当業者にとっては、追加的な利点や改変が明らかである。従って、広義における本発明は、特定の詳細事項や代表的な装置及び方法、及び図示して説明した例示的な実施例に限定されるものではない。従って、本願出願人の一般的な発明概念の精神及び範囲から逸脱せずに、そうした詳細事項から逸脱することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態によるプラズマ処理装置を示した斜視図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置を示した側面図である。
【図３Ａ】図１及び図２のプラズマ処理装置を示した前面断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａと同様な断面図であって、格納器の蓋部を格納器のベース部に係合させた状態について示している。
【図４】図１のプラズマ処理装置を示した側面断面図である。
【図５】図１のプラズマ処理装置における格納器のベース部について示した分解図である。
【図６】図１のプラズマ処理装置における格納器の蓋部について示した分解図である。
【図７】図３Ａの線７−７に沿っての上面図である。
【図７Ａ】図７と同様な上面図であって、本発明の変形例による実施形態について示している。
【図７Ｂ】図７と同様な上面図であって、本発明のさらに別の変形例による実施形態について示している。
【図８】図３Ａ及び図４に類似した前部及び側部断面図であって、本発明の代替的な実施形態によるプラズマ処理装置について示している。
【図９】図３Ａ及び図４に類似した前部及び側部断面図であって、本発明の代替的な実施形態によるプラズマ処理装置について示している。
【図１】
2006032344.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2006032344.tif 000006
【図４】
2006032344.tif 000007
【図５】
2006032344.tif 000008
【図６】
2006032344.tif 000009
【図７】
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【図７Ａ】
2006032344.tif 000011
【図７Ｂ】
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【図８】
2006032344.tif 000013
【図９】
2006032344.tif 000014
【外国語明細書】
１．Title  of  The Invention
ULTRA HIGH SPEED UNIFORM PLASMA PROCESSING SYSTEM
２．Detailed Description of Invention
Field of the Invention
The invention generally relates to processing apparatus for processing substrates with a plasma.
Background of the Invention
Plasma processing systems are commonly used for modifying the surface properties of substrates in various industrial applications.  For example, plasma processing systems are routinely used to plasma treat the surfaces of integrated circuits, electronic packages, and printed circuit boards in semiconductor applications, solar panels, hydrogen fuel cell components, automotive components, and rectangular glass substrates used in flat panel displays.  Plasma processing systems are also used in medical applications to modify the surface properties of devices, such as stents and implants, inserted into the human body.  Plasma processing systems that rely on conventional parallel-plate type electrodes may experience process non-uniformities across the surface of relatively large substrates positioned in a processing region defined between the electrodes for processing.  
When radio frequency power is supplied to the electrodes, equipotential field lines are induced across the surface of the substrate.  During plasma processing, positive ions from the plasma in the processing region accelerate across the equipotential field lines to impinge on the surface of the substrate.  The plasma is typically distributed over the entire evacuated volume of a processing chamber enclosing the electrodes with the highest plasma density observed between the electrodes.  The uniformity of the plasma density in the processing region between the electrodes is influenced by external field effects factors, such as grounded chamber sidewalls, that alter the equipotential electric field lines between the electrodes and thereby modify the distribution of the constituent charged components of the plasma.  The non-uniformity may be particularly significant at the peripheral edges of the processing region.
One conventional method of reducing external field effects is to make the processing chamber larger so that the grounded sidewalls are more distant from the electrodes.  Among other disadvantages, this increases the chamber volume and the footprint of the processing system.  The increase in chamber volume increases the time to evacuate the processing chamber and the time to bleed or vent the processing chamber to atmospheric pressure to insert unprocessed substrates or remove processed substrates.  In particular, these are especially undesirable effects that significantly reduce throughput in in-line plasma processing systems intended to serially plasma process large quantities of substrates, which requires periodic evacuation and venting to exchange substrates after each processing cycle. 
Another disadvantage of conventional plasma processing systems is that plasma is inadvertently generated in evacuated regions inside the processing chamber peripheral to the processing region between the electrodes.  The generation of plasma in these regions renders the plasma process difficult to control and may damage components positioned within these regions.  This unconfined plasma may also change the location of power absorbed by the plasma within the plasma processing chamber, thereby making it difficult to control the delivery of power to the electrodes to achieve consistent and reproducible processing.
Conventional approaches for confining the plasma generally include the use of repulsive fields, either electric or magnetic in nature.  One specific conventional approach is to position confinement rings about the outer periphery of the parallel-plate type electrodes.  The confinement rings, which are formed from an electrical insulator, charge to a potential comparable to that of the plasma, which generates a repulsive electric field that laterally confines the plasma.  Nonetheless, the electrodes and confinement rings are still positioned inside of, and surrounded by, a considerably larger vacuum chamber that must be evacuated and in which a plasma discharge may still exist.  The confinement rings are arranged with gaps so that the processing region defined between the electrodes is adequately evacuated
It would therefore be desirable to provide a plasma processing system that overcomes these and other deficiencies of conventional plasma processing systems, as described herein. 
Summary of The Invention 
In an embodiment of the invention, an apparatus for plasma processing a substrate includes first and second electrodes positioned with a spaced apart relationship and a separating ring having a vacuum-tight engagement with confronting surfaces of the first electrode and the second electrode to define an evacuatable vacuum processing region between the first electrode and the second electrode.  Either the first electrode or the second electrode is adapted to support the substrate in the processing region for plasma processing.  The separating ring electrically isolates the first electrode from the second electrode.  The apparatus further includes a process gas port for introducing a process gas to the processing region and a vacuum port for evacuating the processing region to a pressure suitable for generating a plasma from the process gas in the processing region when the first and/or second electrodes are powered.
These and other objects and advantages of the present invention shall become more apparent from the accompanying drawings and description thereof.
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with a general description of the invention given above, and the detailed description given below, serve to explain the principles of the invention.
With reference to Figs. 1 and 2, a plasma processing system 10 generally includes an enclosure 12 having a lid 14 and a base 16 upon which the lid 14 rests, a pair of support arms 18, 20 depending from the lid 14, an upper electrode 22, and a lower electrode 24.  The processing system 10 further includes a separating member or ring 26 positioned between the upper and lower electrodes 22, 24 and contacting confronting faces about the perimeter of the upper and lower electrodes 22, 24.  The confronting faces of the electrodes 22, 24 are generally planar and parallel plates and have approximately identical surface areas.  A shroud 25 extends downwardly from the base 16 toward the surface supporting system 10.  
Mechanically coupled with the support arms 18, 20 is a lifting device 28, illustrated as a pneumatic cylinder, that vertically lifts and lowers the lid 14 relative to the base 16 between a raised position (Fig. 3A) and a lowered position (Fig. 3B).  In the raised position, a processing region 40 (Fig. 3B), as defined below, is accessible for inserting unprocessed substrates 55 and removing processed substrates 55.  In the lowered position (Fig.3B), an environment may be established in the processing region 40 that is suitable for plasma processing a substrate 55 positioned in the processing region 40.  The invention contemplates that the processing region 40 may be accessed in any alternative manner understood by persons of ordinary skill in the art, such as a hinged connection that pivots the lid 14 relative to base 16.
For in-line applications, the processing system 10 may be provided with an input carrier that provides unprocessed substrates 55, an output carrier that receives processed substrates 55, and a transfer arm or the like for transferring substrates 55 from the input carrier to the process chamber and from the process chamber to the output carrier.  In addition, a plurality of discrete substrates 55 may be introduced in such a way that each substrate 55 within the plurality is independently introduced into the processing system 10 or in such a way that one or more substrates 55 within the plurality are jointly introduced into the processing system 10.  Discrete substrates 55 may also be positioned on a support or carrier and transported thereon into the processing system.  The processing system 10 may comprise a single process station among multiple process stations that cooperate to sequentially process multiple substrates 55 moving in an assembly line fashion among the multiple process stations.
A power supply 30, which is coupled with the electrodes 22, 24 by shielded coaxial cables or transmission lines 32, 34, respectively, controls the power level and frequency of operation of the electrodes 22, 24.  The power supply 30 may be an alternating current power supply operating at an extremely low frequency, such as 50 Hz and 60 Hz, at a high radio frequency, such as 40 kHz and 13.56 MHz, at a medium radio frequency, such as 1 kHz, or at a microwave frequency, such as 2.4 GHz.  The power supply 30 may also operate at dual frequencies superimposed upon one another.  Alternatively, the power supply 30 may be a direct current (DC) power supply in which the plasma is non-oscillating.  In other alternative embodiments, power supply 30 may supply a radio frequency (RF) power component that provides a dense plasma and a DC power component that independently increases ion energy without effecting the plasma density.
In certain embodiments of the invention, the power supply 30 may operated at one or more radio frequencies and include an impedance matching network (not shown) that measures reflected power from the load represented by the electrodes 22, 24 and plasma confined therebetween back to the power supply 30.  The impendence matching network adjusts the frequency of operation of power supply 30 to minimize the reflected power.  The construction of such matching networks is understood by a person of ordinary skill in the art.  For example, the impedance matching network may tune the matching network by changing the capacitance of variable capacitors within the matching network to match the impedance of the power supply 30 to the impedance of the load as the load changes.  The power and voltage levels and operating frequency(ies) may vary of course, depending upon the particular application.
A vacuum pump 36 continuously pumps byproduct generated by the plasma process and non-reacted process gas from the processing region 40, when the plasma processing system 10 is operating, through a vacuum manifold 38.  The vacuum pump 36 is operative to maintain the total pressure in the processing region 40 at a sub-atmospheric level low enough to facilitate creation of a plasma.  Typically pressures suitable for plasma formation range from about twenty (20) millitorr to greater than about fifty (50) torr.  The pressure within the processing region 40 is controlled in accordance with a particular desired plasma process and primarily consists of partial pressure contributions from the process gas, which may comprise one or more individual gas species, supplied to the evacuated processing region 40.
The plasma processing system 10 includes a microprocessor-based controller that is programmed to control the operation of, among other components, the power supply 30, the vacuum pump 36, and the process gas supply 114.  For example, the controller regulates the power levels, voltages, currents and frequencies of the power supply 30 and orchestrates the provision of process gas from process gas supply 114 and the pumping rate of vacuum pump 36 to define a suitable pressure in processing region 40 in accordance with the particular plasma process and application.
During processing of substrate 55, the power applied between the electrodes 22, 24 by power supply 30 produces an electromagnetic field in a processing region 40 (Figs. 3B and 4) defined between the two electrodes 22, 24, as described below, when the lid 14 and base 16 are contacting and an environment suitable for plasma processing is provided.  The electromagnetic field excites the process gas present in the processing region to a plasma state, which is sustained by the application of power from power supply 30 for the duration of the plasma treatment.  
Constituent components of the plasma interact with exposed material on the substrate 55 to perform the desired surface modification.  The plasma is configured to perform the desired surface modification of the substrate 55 by selecting parameters such as the chemistry of the process gas, the pressure inside the processing region 40, and the amount of power and/or frequency applied to the electrodes 22, 24.  The processing system 10 may include an end point recognition system (not shown) that automatically recognizes when a plasma process (e.g., an etching process) has reached a predetermined end point or, alternatively, plasma processes may be timed based upon an empirically-determined process time.
With reference to Figs. 3A and 3B, the upper electrode 22 is suspended from the upper housing by a plurality of electrically insulating spacers, of which spacers 42 and 44 are visible in Fig. 3A and spacer 46 is visible in Fig. 4.  In one embodiment of the invention in which the upper electrode 22 is rectangular, insulating spacers similar to spacers 42, 44 and 46 are positioned between each corner of the upper electrode 22 and each corner of the lid 14.  Secured by conventional fasteners to the perimeter of the lid 14 is a retaining ring 48 that operates to secure the separating ring 26 to the lid 14.  As a result, the upper electrode 22 and the retaining ring 48 move along with the lid 14 when the lid 14 is moved by the lifting device 28 between the raised and lowered positions relative to the base 16.
A sealing member 50 is compressed between separating ring 26 and the upper electrode 22 by a vertical force applied by the retaining ring 48 when fastened to the lid 14.  When the lid 14 is lowered into contact with the base 16 as shown in Fig. 3B, a sealing member 52 is compressed between the separating ring 26 and a perimeter of the lower electrode 24.  The sealing members 50, 52 are illustrated as conventional elastomeric O-rings, although the invention is not so limited.
Mounted to the lower electrode 24 is a substrate holder 54 configured to support either one or more substrates 55 or one or more carriers each bearing one or more substrates 55 at locations inside the processing region 40 suitable for plasma treatment.  The substrate holder 54 has a good electrical contact with the lower electrode 24 so that the substrate holder 54 and substrates 55 are at the same potential as the lower electrode 24.  However, the invention is not so limited as, in an alternative embodiment, the substrate holder 54 may be at a floating potential and electrically insulated from the lower electrode 24.  The invention also contemplates that the substrate 55 may be supported from the upper electrode 22 or by the separating ring 26.  When the lid 14 and base 16 are contacting, the processing region 40 is defined as the space bounded vertically between the inwardly-facing horizontal surfaces of the electrodes 22, 24 and bounded laterally inside the inwardly-facing vertical surface of the sidewall defined by the separating ring 26.
The base 16 includes an opening 61 over which is positioned a base thin-walled metallic closure 62, which constitutes a component of the enclosure 12.  An unpumped atmospheric-pressure cavity or air gap 58 is defined between the lower electrode 24 and the assembly of the base 16 and the closure 62, respectively.  Another unpumped atmospheric-pressure cavity or air gap 56 is defined between the lid 14, a lid cover 60 removable from lid 14, and the upper electrode 22.  Typically, the air gaps 56, 58 are dimensioned to minimize energy loss from the electrodes 22, 24 to the lid 14, base 16 and closure 62 and are coupled together as a single, continuous air-filled space by portions of gaps 56, 58 encircling the perimeter of the electrodes 22, 24 and separating ring 26, as best depicted in Fig. 3B.  
When the lid 14 is in its lowered position, a conducting member 64 captured between the respective perimeters of the lid 14 and base 16, which are metallic, supplies a good electrical contact between the lid 14 and base 16. The lid 14, base 16, cover 60, and closure 62 collectively define a substantially closed electrically conducting shell, which acts as a shield to confine power supplied to the electrodes 22, 24 within the interior of the enclosure 12.  
Transmission line 34, which is electrically coupled in a known manner with the lower electrode 24, is routed through opening 61 to lower electrode 24.  Transmission line 32 enters the lid 14 at a location between the removable lid cover 60 and the upper electrode 22, and is electrically coupled in a known manner with the upper electrode 22.  If both electrodes 22, 24 are coupled with the power supply 30 and the power supply 30 is an alternating current power supply, one of the electrodes 22, 24 may be driven 180°out of phase from the other of the electrodes 22, 24 so that both electrodes 22, 24 are powered.  Alternatively, one of the electrodes 22, 24 may be grounded and the other of the electrodes 22, 24 may be powered.
In certain embodiments of the invention, an appropriate cooling fluid may be circulated through these air gaps 56, 58 for cooling the processing system 10 and, in particular, for cooling the electrodes 22, 24.  To that end, a fitting 57 (Fig. 2) may be provided in the lid 14 to define a coolant port for coupling a coolant supply 59 (Fig. 2) with air gap 56.  A forced flow of a coolant, such as air, may be introduced from the coolant supply 59 to air gap 56 via fitting 57 to establish a continuous coolant flow about the electrodes 22, 24 through air gaps 56, 58.  Air gap 58 is structured to provide an exhaust path for the flowing coolant to the open environment about the processing system 10. 
The volume bounded by the electrodes 22, 24 and the separating ring 26 constitutes the processing region 40 and represents the only volume, aside from the vacuum manifold 38, in the processing system 10 that is evacuated by the vacuum pump 36 and, hence, represents the vacuum envelope of the plasma processing system 10.  This is in marked contrast to conventional plasma processing systems in which electrodes are positioned inside a vacuum chamber with a significant evacuated volume surrounding the electrodes in which the process gas may be excited to provide an unconfined plasma that uses available power but is otherwise not available for processing workpieces 55 positioned between the electrodes 22, 24.  As a result, the effective evacuated volume of system 10 is significantly smaller than the evacuated volume of conventional processing chambers.  This provides multiple benefits including, but not limited to, an increased plasma density, a significant reduction in the time required to evacuate the processing chamber to a pressure suitable for exciting the plasma, and a significant reduction in the time required to bleed or vent the processing chamber to atmospheric pressure. These benefits contribute to an increased throughput with decreased cost of operation and a reduced processing time required to provide a targeted plasma treatment as compared with conventional plasma processing systems.
The electrodes 22, 24 are formed from an electrically-conductive material, such as aluminum.  The separating ring 26 is formed from a non-conducting dielectric material that is able to withstand the plasma environment inside the processing region 40 without unduly contaminating the processed substrate 55.  Generally, this implies that the material forming the separating ring 26 should be substantially resistant to etching by the plasma present in the processing region 40.  The separating ring 26 defines a vertical sidewall of non-conductive material, in addition to providing the vacuum seal between the electrodes 22, 24.
The absence of a conventional vacuum chamber eliminates or, at the least, significant reduces external field effects.  More specifically, the electrodes 22, 24 of plasma processing system 10 are not surrounded by grounded metallic walls characterizing a conventional vacuum chamber.  Instead, the non-conducting separating ring 26 effectively operates as the vertical sidewall boundary of the processing region 40.  Therefore, external field effects are minimized or absent and the equipotential electric field lines are uniform across the entire surface of the substrate 55 without fringing at the electrode edges, which allows plasma processing to proceed in a uniform manner across the substrate 55.
In one embodiment, jade glass (i.e., calcium magnesium iron silicate or sodium aluminum iron silicate) is employed as the dielectric material for separating ring 26 but another ceramic material, such as alumina, float glass, silica or quartz, may also be used.  In alternative embodiments of the invention, the dielectric material constituting separating ring 26 may any of a number of polymeric fluorocarbon materials including but not limited to polytetrafluoroethylene (PTFE), the homopolymer of tetrafluoroethylene sold under the trademark TEFLON by DuPont; perfluorinated ethylene-propylene (FEP), the copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene sold under the trademark TEFLON FEP by DuPont; perfluoroalkoxy fluorocarbon resin (PFA), the copolymer of tetrafluoroethylene-perfluorovinyl ether sold under the trademark TEFLON PFA by DuPont; or ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), the copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene sold under the trademark TEFZEL by DuPont.  Use of such polymers to construct separating ring 26 may be appropriate, for example, in etching applications with plasma species capable of chemically attacking ceramics.  Because the separating ring 26 constitutes a portion of the vacuum envelope of the processing region 40, the separating ring 26 should be engineered with a strength sufficient to withstand the external forces arising from the pressure differential between the evacuated processing region 40 and the atmospheric pressure in air gaps 56, 58.
With reference to Figs. 3A and 5, the lower electrode 24 includes a laterally-spaced pair of vacuum ports 66, 68 each of which is positioned to coincide spatially with one of flanged ports 70, 72 at the ends of opposed arms 74, 76, respectively, of the vacuum manifold 38.  The flanged ports 70, 72 are fastened to the lower electrode 24 by bolts (not shown) to compress respective sealing members 78, 80 and thereby form vacuum seals.  The arms 74, 76 converge at a vertical tubing section 82 that leads to the vacuum pump 36.  Received partially in the opening in flanged port 70 and partially inside of a mounting plate 84 surrounding port 70 is an insert 88.  Similarly, received partially in the opening in flanged port 72 and partially inside of a mounting plate 86 surrounding port 72 is an insert 90.  A centering ring 92, 94 is also positioned inside a corresponding one of the flanged ports 70, 72.  Disposed between the base 16 and the lower electrode 24 are manifold mounting spacers 96, 98 each of which has a central opening that coincides with one of the vacuum ports 66, 68.
The identical manifold mounting spacers 96, 98 are each formed from an electrically insulating material, such as a thermoplastic elastomer (TPE), and their presence contributes to isolating the lower electrode 24 from the base 16 of the enclosure 12.  The identical inserts 88, 90, which are each formed from an electrically insulating material such as a ceramic with a relatively high dielectric constant, serve to electrically isolate the lower electrode 24 from the base 16 of the enclosure 12 and the flanged ports 70, 72 of the vacuum manifold 38.
The inserts 88, 90 and, to a minor extent, the centering rings 92, 94 fill otherwise empty spaces at the juncture between the lower electrode 24 and the vacuum manifold 38.  The lower electrode 24 and the vacuum manifold 38 are spaced apart due to the electrical isolation needed between the lower electrode 24 and the base 16 of enclosure 12.  The presence of the inserts 88, 90 and centering rings 92, 94 prevents plasma excitation in these otherwise unfilled spaces between the vacuum manifold 38 and the lower electrode 24.  The inserts 88, 90 effectively operate as a charged particle filter that confines the plasma to the processing region 40.
With reference to Figs. 3A, 5, and 7, each of the vacuum ports 66, 68 in the lower electrode 24 includes an array of passages 100, respectively, which are registered with a corresponding array of passages 102, respectively, formed in a corresponding one of the inserts 88, 90 and a corresponding array of passages 104, respectively, formed in a corresponding one of the centering rings 92, 94.  The vacuum pump 36 exhausts byproduct generated by the plasma process and non-reacted gas from the processing region 40 into the vacuum manifold 38 through the registered passages 100, 102, 104.  The arrangement and dimensions of the passages 100, 102, 104, which typically have substantially identical arrangement and dimensions, are selected to maximize pumping conductance while simultaneously preventing plasma excitation based on the hollow cathode effect.  As a result, the plasma is confined to the processing region 40, which makes efficient use of the input excitation power.  
With reference to Figs. 7A and 7B, the pattern and configuration of the passages 100, 102, 104 is not limited to the illustrated embodiment in Fig. 7 but, instead, is contemplated to include any pattern and configuration that provides suitable pumping conductance without plasma excitation.  Generally, the passages 100, 102, 104 are spaced apart in a direction normal to that of the flow of the exhausting gases.  In one specific alternative embodiment and with specific reference to Fig. 7A, the passages 102a in a representative insert 88a and the passages 100a in a representative vacuum port 66a of a lower electrode 24a are configured as a set of parallel slots.  The passages in a centering ring (not shown) are configured to coincide with the passages 100a, 102a.  In one specific alternative embodiment of the invention and with specific reference to Fig. 7B, the passages 102b in a representative insert 88b and the passages 100b in a representative vacuum port 66b of a lower electrode 24b are configured as a set of concentric curved slots.  The passages in a centering ring (not shown) are configured to coincide with the passages 100b, 102b. 
With reference to Figs. 4 and 6, fastened to an upper horizontal surface of the upper electrode 22 is a gas inlet plate 106.  Extending through the gas inlet plate 106 is a gas port 108 (Fig. 4) coupled by a conduit 110 with a fitting 112.  Fitting 112 is further coupled by a delivery line 113 with a process gas supply 114 (Fig. 2).  The delivery line 113 and process gas supply 114 may include a mass flow controller and a flow measurement device (not shown) that cooperate for regulating the flow rate of each individual process gas to the processing region 40.  A planar surface 106a of the gas inlet plate 106 facing the upper electrode 22 includes a plurality of recessed radial channels 116 that intersect at and diverge away from the location of the gas port 108.  Extending through the upper electrode 22 is a plurality of perforations or gas openings 118 arranged in a pattern such that each gas opening 118 is registered with one of the radial channels 116 in the gas inlet plate 106 when the gas inlet plate 106 is fastened to the upper electrode 22.  A conventional sealing member 120, illustrated as an elastomeric o-ring, provides a seal about the adjacent perimeters of the gas inlet plate 106 and the upper electrode 22.
Process gas supplied to the gas port 108 is distributed among the radial channels 116 to the gas openings 118.  The process gas is admitted to the processing region 40 through gas openings 118 positioned with spaced-apart locations above the lower electrode 24 and across the substrate 55 supported on the substrate holder 54.  The gas distribution may be tailored for a specific processing application by inserting a plug 122 into one or more of the gas openings 118 that is effective to block process gas flow.  In one embodiment of the invention, the gas openings 118 may be threaded and the plug 122 may be an appropriately-sized set screw.  The adjustment of the gas distribution may be empirically determined by examining the process uniformity on processed substrates 55.  The flow of process gas into the processing region 40 and the pumping rate of vacuum pump 36 are coordinated to maintain the total gas pressure in the processing region 40 at a level low enough to facilitate plasma creation from the partial pressure of process gas.
The gas distribution system of the invention promotes uniform distribution of the process gas across the substrate 55 and has the flexibility to permit adjustments to the pattern of gas distribution.  In alternative embodiments of the invention, the process gas may be supplied to the processing region 40 by a different type of gas distribution system, such as a gas distribution ring, gas injectors, a single gas port, etc.
The invention contemplates that electrode 22 may be configured to produce an ion-free or downstream plasma in the processing region 30.  A suitable configuration for electrode 22 is disclosed in commonly-owned and currently pending Application Serial No. 10/324,436, filed December 20, 2002 in the name of James Scott Tyler et al. and entitled 撤lasma Treatment System   which is hereby incorporated by reference herein in its entirety.
References herein to terms such as "vertical", "horizontal", etc. are made by way of example, and not by way of limitation, to establish a frame of reference.  The term 塗orizontal  as used herein is defined as a plane substantially parallel to a plane containing one of the confronting surfaces of the electrodes 22, 24, regardless of orientation.  The term “vertical” refers to a direction perpendicular to the horizontal, as just defined.  Terms, such as “upper”, “lower”, “on”, “above”, “below”, “side” (as in “sidewall”), “higher”, “lower”, “over”, “beneath” and “under”, are defined with respect to the horizontal plane.  It is understood various other frames of reference may be employed without departing from the spirit and scope of the invention as a person of ordinary skill will appreciate that the defined frame of reference is relative as opposed to absolute.
With reference to Figs. 8 and 9 in which like reference numerals refer to like features in Figs. 1-7 and in accordance with an alternative embodiment of the invention， a plasma processing system 10a features a second processing level stacked vertically in relationship with the first processing level.  This increases the workpiece capacity of system 10a for a single processing operation and expands the system throughput as compared with system 10 (Figs. 1-7).  The second level is provided by inserting an intermediate electrode 130 between upper and lower electrodes 22, 24 and adding an additional separating member or ring 132 that is substantially identical to separating ring 26.  Electrode 130 and separating ring 132 are carried by a frame 134 and electrically insulated from the frame 134 by electrically insulating member 136 (Fig. 8).  
A lifting device (not shown) similar to lifting device 28 (Figs. 1 and 2) vertically lifts and lowers the frame 134 relative to the base 16 after the lid 14 is moved to a raised position (Fig. 3A).  This provides access to a processing space consisting of, when the lid 14 and frame 134 are in a lowered position (Figs. 8 and 9), a first portion 40a bounded by the upper electrode 22, the separating ring 26, and the intermediate electrode 130 and a second portion 40b bounded by the lower electrode 24, the intermediate electrode 130 and the separating ring 132.  
The frame 134 constitutes a portion of the enclosure 12 in this alternative embodiment and is separated from the electrode 130 and separating ring 132 by an air gap 133 that is continuous with air gaps 56, 58.  When the lid 14 is in its lowered position, a conducting member 138, which is similar or identical to conducting member 64, is captured between the respective perimeters of the frame 134 and lid 14.  Conducting member 64 now is captured between the respective perimeters of frame 134 and base 16.  The lid 14, base 16, closure 62 and frame 134 collectively define a substantially closed electrically conducting shell, which acts as a shield to confine power supplied to the electrodes 22, 24 within the interior of the enclosure 12.  
The two portions 40a,b of the processing space communicate by an array of passages 135 (Fig. 9) arranged about the periphery of the intermediate electrode 130.  Processing space 40b is evacuated directly through vacuum ports 66, 68 and processing space 40a is pumped through passages 135.  In analogy to processing space 40 (Figs. 3-7), processing space 40a,b represents the only evacuated volume of system 10 and provides various advantages and benefits identical to those described above for system 10.  The invention is not limited to two processing levels as additional levels may be introduced in a consistent manner.
A sealing member 50a, which is similar or identical to sealing member 50, is compressed between separating ring 132 and a perimeter of the lower section 130a of the intermediate electrode 130 by a vertical force applied by a retaining ring 137.  A sealing member 52a, which is similar or identical to sealing member 52, is compressed between the separating ring 26 and a perimeter of the upper section 130b of the intermediate electrode 130.  Sealing member 52 is now compressed between separating ring 132 and the lower electrode 24.  
The frame 134 is mounted to a lifting device (not shown) that lifts an assembly including electrode 130 and separating ring 132 relative to base 14.  After the lid 14 of enclosure 12 is lifted relative to electrode 130, the assembly including electrode 130 and separating ring 132 may be moved relative to base 16 for accessing a substrate holder 138 mounted to electrode 130.  The substrate holder 140, which is identical to substrate holder 54, is configured to support either one or more substrates 55 or one or more carriers each bearing one or more substrates 55 at locations suitable for plasma treatment inside the processing region 40a.  Similarly, substrate holder 54 now holds substrates 55 supports either one or more substrates 55 or one or more carriers each bearing one or more substrates 55 at locations suitable for plasma treatment inside the processing region 40b.
The intermediate electrode 130 includes a lower section 130a configured similar to upper electrode 22 with a gas distribution system that evenly and uniformly distributes process gas into processing space 40b and an upper section 130 carrying substrate holder 140.  The lower section 130a of the intermediate electrode 130 includes a gas inlet plate 142, which is similar or identical to gas inlet plate 106, having a gas port 144 coupled by a conduit 146 with a fitting 148, which is further coupled with process gas supply 114 (Fig. 2).  A planar surface of the gas inlet plate 142 facing the lower section 130a of intermediate electrode 130 includes a plurality of recessed radial channels 150, which are similar or identical to channels 116, that intersect at and diverge away from the location of the gas port 144.  Extending through the lower section 130a is a plurality of perforations or gas openings 152, which are similar or identical to gas openings 118, arranged in a pattern such that each gas opening 152 is registered with one of the radial channels 150 in the gas inlet plate 142.  A conventional sealing member 154, illustrated as an elastomeric o-ring, provides a seal about the adjacent perimeters of the gas inlet plate 142 and the lower section 130a of intermediate electrode 130.  In this embodiment of the invention, gas openings 118 now uniformly distribute process gas across the confronting surface of workpiece 55 in processing region 40a and, in a similar manner, gas openings 152 distribute process gas across the confronting surface of workpiece 55 in processing region 40b.  
A transmission line 156 is electrically coupled in a known manner with the intermediate electrode 130.  Typically, all three electrodes 22, 24, and 130 are coupled with the power supply 30 and, if the power supply 30 is an alternating current power supply, the middle electrode 130 is driven 180°out of phase from the other electrodes 22, 24. 
While the present invention has been illustrated by a description of various embodiments and while these embodiments have been described in considerable detail, it is not the intention of the applicants to restrict or in any way limit the scope of the appended claims to such detail.  Additional advantages and modifications will readily appear to those skilled in the art.  The invention in its broader aspects is therefore not limited to the specific details, representative apparatus and methods, and illustrative examples shown and described.  Accordingly, departures may be made from such details without departing from the spirit or scope of applicants' general inventive concept. 
３．Brief Description of Drawings
Fig. 1     It is a perspective view of a plasma processing system in accordance with an embodiment of the invention.
Fig. 2     It is a side view of the plasma processing system of Fig. 1.
Fig. 3A      It is a front cross-sectional view of the plasma processing system of Figs. 1 and 2.
Fig. 3B      It is a cross-sectional view similar to Fig. 3A shown with the enclosure lid engaged with the enclosure base.
Fig. 4        It is a side cross sectional view of the plasma processing system of Fig. 1.
Fig. 5        It is an exploded view of the enclosure base of the plasma processing system of Fig. 1.
Fig. 6        It is an exploded view of the enclosure lid of the plasma processing system of Fig. 1. 
Fig. 7        It is a top view taken generally along line 7-7 in Fig. 3A.
Fig. 7A      It is a top view similar to Fig. 7 in accordance with alternative embodiments of the invention
Fig. 7B     It is a top view similar to Fig. 7 in accordance with alternative embodiments of the invention.
Figs. 8      It is a front and side cross-sectional views similar to Figs. 3A and 4 of a plasma processing system in accordance with an alternative embodiment of the invention.
Fig.9         It is a front and side cross-sectional views similar to Figs. 3A and 4 of a plasma processing system in accordance with an alternative embodiment of the invention.
1.            An apparatus for processing a substrate with a plasma, comprising:
a first electrode; 
a second electrode positioned with a spaced apart relationship relative to said first electrode;
a separating ring for forming a vacuum-tight seal between said first electrode and said second electrode and defining an evacuatable processing region between said first electrode and said second electrode, said first electrode adapted to support the substrate in said processing region for plasma processing, and said separating ring electrically isolating said first electrode from said second electrode; 
a process gas port for introducing a process gas to said processing region; and
a vacuum port for evacuating said processing region to a pressure suitable for generating the plasma from the process gas in said processing region.
2.            The apparatus of claim 1 further comprising:
a vacuum manifold coupled with said vacuum port, said vacuum manifold being electrically isolated from said first electrode and said second electrode.
3.            The apparatus of claim 2 wherein said vacuum manifold includes an enclosed volume proximate to said vacuum port and further comprising:
an insert of an electrically insulating material positioned inside said enclosed volume, said insert including a first plurality of passages coupling said vacuum manifold with said vacuum port.
4.            The apparatus of claim 3 wherein said vacuum port is defined by a second plurality of passages extending through said first electrode and registered with said first plurality of passages.
5.            The apparatus of claim 1 further comprising:
a vacuum pump coupled with said vacuum port and operative for evacuating said processing region to said pressure suitable for generating the plasma from the process gas in said processing region.
6.            The apparatus of claim 1 further comprising:
a process gas supply coupled with said process gas port for introducing the process gas to said processing region.
7.            The apparatus of claim 1 wherein said second electrode includes a plurality of openings arranged in a pattern effective for communicating process gas from said process gas port to said processing region.
8.            The apparatus of claim 1 further comprising a substrate holder positioned inside said processing region and configured to support the substrate on said first electrode.
9.            The apparatus of claim 8 wherein said substrate holder is electrically coupled with said first electrode.
10.            The apparatus of claim 1 further comprising:
an electrically-conductive enclosure surrounding said separating ring, said first electrode, and said second electrode, said first electrode and said second electrode each separated from said conductive enclosure by an air gap.
11.            The apparatus of claim 10 wherein said enclosure includes a base and a lid movable relative to said lid between opened and closed positions for accessing said processing region, said lid carrying said first electrode for movement relative to said base.
12.            The apparatus of claim 10 further comprising a coolant port in said lid for supplying a flow of a coolant fluid to said air gap for cooling said first electrode and said second electrode.
13.            The apparatus of claim 1 wherein said first electrode includes said vacuum port and said second electrode includes said process gas port.
14.            The apparatus of claim 13 wherein said second electrode includes a plurality of gas openings coupled with said process gas port, said plurality of gas openings positioned in said second electrode to distribute process gas across a confronting surface of the substrate.
15.            An apparatus for plasma processing a plurality of substrates, comprising:
a first electrode; 
a second electrode positioned with a spaced apart relationship relative to said first electrode;
a third electrode positioned between said first electrode and said second electrode;
a first separating ring for forming a vacuum-tight seal between said first electrode and said third electrode and defining a first evauatable processing region between said first electrode and said third electrode, said first electrode adapted to support one of the plurality of substrates in said first processing region for plasma processing, and said first separating ring electrically isolating said first electrode from said third electrode; 
a second separating ring for forming a vacuum-tight seal between said second electrode and said third electrode to define a second evauatable processing region between said second electrode and said third electrode, said third electrode adapted to support one of the plurality of substrates in said second processing region for plasma processing, and said second separating ring electrically isolating said second electrode from said third electrode;
at least one process gas port for introducing a process gas to said first processing region and second processing region; and
a vacuum port for evacuating said processing region to a pressure suitable for generating the plasma from the process gas in said first processing region and said second processing space.
16.            The apparatus of claim 15 wherein said vacuum port is defined in said second electrode.
17.            The apparatus of claim 16 wherein said first electrode includes a first process gas port for introducing the process gas to said first processing region and said third electrode includes a second process gas port for introducing the process gas to said second process region.
1. Abstract
An apparatus for processing a substrate with a plasma.  The apparatus includes first and second electrodes positioned with a spaced apart relationship.  A separating ring has a vacuum-tight engagement with confronting surfaces of the first electrode and the second electrode to define an evacuatable processing region therebetween.  Communicating with the processing region is a process gas port for introducing a process gas to the processing region.  The processing region may be evacuated through a vacuum port defined in one of the first and second electrodes to a pressure suitable for exciting a plasma from the process gas in the processing region when the first and second electrodes are powered.
2. Representative Drawing
図２
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