(57)【要約】  本発明の実施形態は、概して、プラズマ源装置、および、電磁エネルギー源の使用により磁性コア要素の周囲に対称的に位置決めされるプラズマ生成領域にラジカルおよび／またはガスイオンを生成することが可能なプラズマ源装置を使用する方法を提供する。概して、そのプラズマ生成領域および磁性コアの配向および形状により、プラズマ生成領域に位置するガスへの送出電磁エネルギーの効果的なおよび均一な結合が可能となる。概して、プラズマ生成領域に形成されるプラズマの特徴が改善されることにより、基板、またはプラズマ生成領域の下流に配設される処理チャンバの一部分に対して実施される堆積プロセス、エッチングプロセス、および／または洗浄プロセスを改善することが可能となる。
2013511812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバに結合されたプラズマ源であって、
第１の端部、第２の端部、およびコア要素中心軸を有するコア要素と、
第１の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第１のプラズマブロックであって、前記第１の環状形状プラズマ生成領域は、前記コア要素の第１の部分の周囲に位置する、第１のプラズマブロックと、
前記コア要素の一部分を覆って配設されたコイルと
を備える、プラズマ源。
【請求項２】
前記第１の環状形状プラズマ生成領域と流体連通状態にある第１の入口、および前記コア要素の第２の部分の周囲に位置する第２の環状形状プラズマ生成領域と流体連通状態にある第２の入口とを有する、前記処理チャンバの壁部であって、前記第１の入口および前記第２の入口は共に、前記処理チャンバの処理領域と流体連通状態にある、壁部
をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記コア要素の前記第１の部分は、第１の直径を有し、前記コア要素の前記第２の部分は、第２の直径を有し、前記第１の直径と前記第２の直径とが異なる、請求項２に記載のプラズマ源。
【請求項４】
入口および出口を有するハウジングであって、前記コア要素は、このハウジングの内部領域内に配設される、ハウジングと、
温度制御される流体を前記ハウジングの前記入口、前記内部領域、および前記出口を通して流すように構成された熱交換アセンブリと
をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記第１の環状形状プラズマ生成領域に対して前記コア要素を移動させるように構成されたアクチュエータ
をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記第１のプラズマブロックは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、および窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群より選択される材料を含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項７】
前記コイルは、前記第１の端部にて、または前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置する中間位置にて、前記コア要素の一部分を覆って配設される、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項８】
前記コア要素と前記第１の環状形状プラズマ生成領域との間に配設された複数の永久磁石をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項９】
前記コイルに結合されたＲＦ電源と、
前記第１の環状形状プラズマ生成領域の少なくとも一部分の周囲に配設され、ＤＣ電源に結合された、プラズマ再分布コイルと
をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１０】
前記コア要素は、バー形状を有する、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１１】
前記第１の環状形状プラズマ生成領域に隣接して配設された電極と、
前記コイルおよび前記電極に電気的に結合された第１の電源と
をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
処理チャンバに結合されたプラズマ源であって、
第１の端部、第２の端部、およびコア要素中心軸を有するコア要素と、
第１の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第１のプラズマブロックであって、前記第１の環状形状プラズマ生成領域は、前記コア要素の第１の部分の周囲に位置し、前記コア要素中心軸にほぼ一致する中心軸を有する、第１のプラズマブロックと、
第２の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第２のプラズマブロックであって、前記第２の環状形状プラズマ生成領域は、前記コア要素の第２の部分の周囲に位置し、前記コア要素中心軸にほぼ一致する中心軸を有する、第２のプラズマブロックと、
前記コア要素の一部分を覆って配設されたコイルと
を備える、プラズマ源。
【請求項１３】
前記第１のプラズマブロックの表面に結合された冷却プレートをさらに備える、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
前記第１のプラズマブロック中に形成された第１のガス出口であって、この第１のガス出口は、前記第１の環状形状プラズマ生成領域に形成されるガスラジカルを受け、前記処理チャンバの処理領域に前記ガスラジカルを送出するように構成される、第１のガス出口と、
前記第２のプラズマブロック中に形成された第２のガス出口であって、この第２のガス出口は、前記第２の環状形状プラズマ生成領域に形成されるガスラジカルを受け、前記処理チャンバの前記処理領域に前記ガスラジカルを送出するように構成される、第２のガス出口と
をさらに備える、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
入口および出口を有するハウジングであって、前記コア要素は、このハウジングの内部領域内に配設される、ハウジングと、
温度制御される流体を前記ハウジングの前記入口、前記内部領域、および前記出口を通して流すように構成された熱交換アセンブリと
をさらに備える、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１６】
前記第１の環状形状プラズマ生成領域に対して前記コア要素を移動させるように構成されたアクチュエータと、
前記第１の環状形状プラズマ生成領域に対して前記コア要素の位置を自動的に調節するように構成されたシステム制御装置と
をさらに備える、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１７】
前記第１のプラズマブロックおよび前記第２のプラズマブロックはそれぞれ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、および窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群より選択される材料を含む、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１８】
前記コイルは、前記第１の端部にて、または前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置する中間位置にて、前記コア要素の一部分を覆って配設される、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１９】
前記コア要素の一部分を覆って配設された前記コイルに結合されるＲＦ電源と、
前記第１の環状形状プラズマ生成領域の少なくとも一部分の周囲に配設され、ＤＣ電源に結合された、プラズマ再分布コイルと
をさらに備える、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項２０】
エネルギーガス原子を形成する方法であって、
第１のプラズマブロックの１つまたは複数の表面により少なくとも部分的に密閉される第１の環状形状プラズマ生成領域内にプロセスガスを流すステップであって、前記第１の環状形状プラズマ生成領域は、コア要素の一部分の周囲に位置する、ステップと、
前記コア要素の一部分の周囲に巻き付けられたコイルにＲＦ電力を送出することにより、前記第１の環状形状プラズマ生成領域にプラズマを生成するステップと
を含む、方法。
【請求項２１】
処理チャンバに結合されたプラズマ源であって、
第１の端部、第２の端部、およびコア要素中心軸を有するコア要素と、
第１の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第１のプラズマブロックであって、前記第１の環状形状プラズマ生成領域は、前記コア要素の第１の部分の周囲に位置する、第１のプラズマブロックと、
前記コア要素の第１の部分を覆って配設された第１のコイルと、
前記コア要素の第２の部分を覆って配設された第２のコイルであって、前記第１のプラズマブロックは、前記コア要素の前記第１の部分と前記コア要素の前記第２の部分との間に配設される、第２のコイルと
を備える、プラズマ源。
【請求項２２】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、ＲＦ電源に直列で接続される、請求項２１に記載のプラズマ源。
【請求項２３】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、ＲＦ電源に並列で接続される、請求項２１に記載のプラズマ源。
【請求項２４】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルは、前記コイル要素の周囲に同一方向に巻き付けられる、請求項２１に記載のプラズマ源。
【請求項２５】
前記第１のプラズマブロックは、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に対称的に位置決めされる、請求項２１に記載のプラズマ源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して、プラズマ処理システムと、プラズマ処理システムにおいてプラズマの均一性を制御するための材料および装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理チャンバは、エッチングプロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、および基板上における電子デバイスの製造に関連する他のプロセスなどの、様々な電子デバイス製造プロセスにおいて度々使用される。従来のプラズマチャンバ内において一般的に使用される容量結合ＲＦ源または誘導結合ＲＦ源など、多数の方式が、プラズマの密度、形状、および処理チャンバ内の電気的特徴をもたらすおよび／または制御するために用いられている。例えば、プラズマ支援化学気相堆積プロセスの際に、処理ガスが、プロセスキットにより囲まれた半導体基板の上方に配設された容量結合シャワーヘッドを通り、処理チャンバ内に導入される。プラズマが、ＰＥＣＶＤチャンバ内に形成されると、プラズマおよびプロセスガス（または複数のプロセスガス）が、基板と相互作用することにより、所望の材料層が、この基板上に堆積される。
【０００３】
生成されたプラズマが基板表面の上方に位置する従来のプラズマ処理チャンバデザインは、プラズマ中に形成された電子およびイオンが基板表面と相互作用を生じることにより、基板表面に対して望ましくないスパッタリングおよび損傷を引き起こす恐れがある。生成されたプラズマに曝露される浮動構成要素および電気的に接地された構成要素は、正味電荷を概して蓄積することとなる。形成されるこの正味電荷により、プラズマ中に形成される電子および／またはイオンが、基板またはチャンバの構成要素の露出された表面に衝突し、場合によっては損傷を与える。したがって、いくつかの用途においては、基板またはチャンバ構成要素の表面に対する強力な衝突を伴うことなく、基板表面またはチャンバ構成要素の表面と容易に反応することによって反応速度を高めるのに十分なエネルギーを有する、ガスラジカルを形成することが望ましい。基板またはチャンバ構成要素の表面に対する強力な衝突が生じない理由は、非イオン化ガスラジカルが、基板または構成要素の表面上に形成された電荷に影響されないためである。
【０００４】
したがって、基板およびチャンバ構成要素とのプラズマ相互作用を防止するまたは最小限に抑えるために、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）デザインが用いられてきた。典型的な遠隔プラズマ源デザインは、基板が位置決めされる処理チャンバの処理領域から遠くに位置決めされた、プラズマ生成領域を備える。このようにすることで、ＲＰＳデバイスのプラズマ生成領域において生成されるプラズマは、基板表面との間で概して相互作用を生じなくなる。
【０００５】
しかし、現行の従来的なＲＰＳデザインは、典型的には、幅狭なプラズマ生成領域を有するマイクロ波容量結合エネルギー源またはマイクロ波誘導結合エネルギー源を使用するため、この幅狭なプラズマ生成領域により、これらのデバイスは、望ましい大きさよりも小さなプラズマ処理ウィンドウを有することになり、これにより、従来のＲＰＳデバイスのプラズマ生成領域に形成される、形成されたガスラジカルおよびガスイオンのエネルギー範囲が制限される。一例においては、発行された米国特許第６，１５０，６２８号の図３に相当する図１に示すように、従来のＲＰＳデザインは、第１のコア１０４および第２のコア１０６にエネルギーを送出することによりプラズマが生成される、金属製プラズマチャンバ１００の領域１１２、１１４を概して備える。プラズマが形成される従来のＲＰＳデザインのこの領域に送出される電磁エネルギーは、均一にならず、プラズマ生成デバイス（または複数のプラズマ生成デバイス）（すなわちコイル）が位置決めされる領域「ＰＲ」（図１）に高活性部、すなわち「ホットスポット」を有することになることが、当業者には理解されよう。領域１１２、１１４の他の部分は全て、プラズマ誘発要素（例えば第１のコア１０４および第２のコア１０６）に対するそれらの距離および位置を理由に、「ＰＲ」領域の外部の弱い電力結合部を有するか、または電力結合部を有さないことになる。図１に概略的に示すように、従来のＲＰＳデザインは、プラズマ生成領域の一部分を囲む密封された透磁性コアの周囲に巻き付けられた巻線を有する閉ループＲＦ源構成を伝統的に使用する。領域「ＰＲ」に対するコア１０４、１０６の位置および形状によって焦点を合わせられる生成される場は、比較的小さな区域を有し、従来のＲＰＳデバイスを流通するガスにＲＦエネルギーを伝達するための時間が非常に制限される。したがって、小さなプラズマ生成領域を有する従来のＲＰＳデザインは、形成されたガスラジカルおよび／またはガスイオンのエネルギーを生成および／または制御する能力が、非常に制限される。
【０００６】
一般的には、エネルギー結合効率の問題を解決するために、ＲＰＳデバイス製造業者は、概して陰電性タイプのガス（例えばアンモニア（ＮＨ３））および陽電性タイプのガス（例えばアルゴン（Ａｒ））の両方をプラズマ生成領域内に同時に流し、それにより、この領域に生成されるプラズマをより容易に形成しおよび持続させる。しかし、いくつかの例においては、処理速度およびプラズマ処理成果を向上させるために、単一の陰電性ガスまたは単一の陽電性ガスのみを送出することが望ましい。また、プラズマ生成領域内の圧力が低い（例えば＜２００ミリトール）場合などの、低プラズマインピーダンスを有する領域内でプラズマを形成するおよび持続させることが望ましいことがしばしばある。処理ガスにプラズマエネルギーを非効率的に結合する従来のＲＰＳデザインは、現行においては、半導体処理業界の需要を満たすことができない。したがって、処理ガスに送出ＲＦエネルギーをさらに効果的に結合させ、さらに幅広なプロセスウィンドウを有し、さらに広範囲のプラズマインピーダンスにて作動することが可能なＲＰＳデザインが必要である。
【０００７】
また、従来のＲＰＳデザインは、ＲＰＳデバイスのプラズマ生成領域にプラズマを形成するために、スイッチング電源を使用するのが一般的である。スイッチング電源の使用は、ＲＰＳデバイスのプラズマ生成領域にエネルギーを送出するのにライン遮断回路またはインピーダンス整合ネットワークを必要としないため、従来のデザインにおいては好ましい。スイッチングモード電源は、パルスタイプまたはデューティサイクルタイプの送出構成において出力電圧または出力電流を調節することにより、送出されるＲＦエネルギーを調整する。しかし、ＲＰＳデザインにおけるスイッチング電源の使用は、プラズマに送出ＲＦエネルギーを効率的に結合させるのには有効ではないことが判明している。したがって、ＲＰＳデバイス中に送出されるガスに送出ＲＦエネルギーをより効率的に結合させることが必要である。
【０００８】
また、従来のＲＰＳデザインは、ＲＰＳデバイス内のプラズマ生成領域を密閉するために金属構成要素を一般的に使用する。しかし、ＲＰＳ励起されたガスによりこの金属構成要素が侵食されるのを防止するためには、プラズマおよびエネルギーガスに曝露されることとなる表面上にコーティングを堆積するのが一般的である。一般的には、陽極アルミニウムコーティングが、ＲＰＳプラズマにより生成された高エネルギー種によるベースアルミニウム表面の侵食を防止するために、アルミニウムパーツ上において使用されてきた。しかし、ＲＰＳデバイスのプラズマ形成領域においてコーティングを使用した場合には、重大なプロセス起因ドリフトが生じることが判明している。プロセスドリフトは、コーティングの有孔またはクラックなどのコーティング中の欠陥部を介して、構造金属構成要素の表面にＲＰＳ励起されたガスが相互作用を生じることによってもたらされる恐れがある。コーティングの問題は、プラズマが、最も一般的に使用される金属材料を侵食する傾向を有する酸化種またはフッ化種を含む場合には、特に問題となる。したがって、ＲＰＳデバイス内において生成されるプラズマを収容する要素の侵食によるプロセスドリフトおよびパーティクル形成を回避させるＲＰＳデザインが必要である。
【０００９】
また、処理コストまたはハードウェアコストを大幅に引き上げることなく、プラズマの均一性をさらに効果的にもたらしおよび制御し、さらに大きな処理ウィンドウを有する装置およびプロセスが、当技術において必要である。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の実施形態は、処理チャンバに結合されたプラズマ源であって、第１の端部、第２の端部、およびコア要素中心軸を有するコア要素と、第１の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第１のプラズマブロックであって、第１の環状形状プラズマ生成領域がコア要素の第１の部分の周囲に位置する、第１のプラズマブロックと、コア要素の一部分を覆って配設されたコイルとを備える、プラズマ源を、概して提供する。
【００１１】
また、本発明の実施形態は、処理チャンバに結合されたプラズマ源であって、第１の端部、第２の端部、およびコア要素中心軸を有するコア要素と、第１の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第１のプラズマブロックであって、第１の環状形状プラズマ生成領域がコア要素の第１の部分の周囲に位置し、コア要素中心軸にほぼ一致する中心軸を有する、第１のプラズマブロックと、第２の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第２のプラズマブロックであって、第２の環状形状プラズマ生成領域がコア要素の第２の部分の周囲に位置し、コア要素中心軸にほぼ一致する中心軸を有する、第２のプラズマブロックと、コア要素の一部分を覆って配設されたコイルとを備える、プラズマ源を提供し得る。
【００１２】
また、本発明の実施形態は、エネルギーガス原子を形成する方法であって、第１のプラズマブロックの１つまたは複数の表面により少なくとも部分的に密閉される第１の環状形状プラズマ生成領域内にプロセスガスを流すステップであって、第１の環状形状プラズマ生成領域がコア要素の一部分の周囲に位置する、ステップと、コア要素の一部分の周囲に巻き付けられたコイルにＲＦ電力を送出することにより第１の環状形状プラズマ生成領域にプラズマを生成するステップとを含む、方法を提供し得る。
【００１３】
別の態様においては、基板をプラズマ処理するための複数のプラズマ制御デバイスを有するプラズマチャンバが提供される。複数のプラズマ制御デバイスはそれぞれ、内方リング、外方リング、ならびに内方リングおよび外方リングを結合して内方リングと外方リングとの間にプラズマ生成領域を画成する側部プレートを有するプラズマブロックと、外方リングの一部分を貫通して形成されるガス入口であって、第１の外部ガス源に連結されるガス入口と、外方リングの一部分を貫通して形成されるガス出口であって、基板が配設されるプラズマチャンバ内の処理領域と流体連通状態にあるガス出口と、プラズマブロックの各内方リングを貫通して配設される透磁性コアとを備える。
【００１４】
また、本発明の実施形態は、処理チャンバに結合されたプラズマ源であって、第１の端部、第２の端部、およびコア要素中心軸を有するコア要素と、第１の環状形状プラズマ生成領域を少なくとも部分的に密閉する１つまたは複数の表面を有する第１のプラズマブロックであって、第１の環状形状プラズマ生成領域がコア要素の第１の部分の周囲に位置する、第１のプラズマブロックと、コア要素の第１の部分を覆って配設された第１のコイルと、コア要素の第２の部分を覆って配設された第２のコイルであって、第１のプラズマブロックがコア要素の第１の部分とコア要素の第２の部分との間に配設される、第２のコイルとを備える、プラズマ源を提供し得る。
【００１５】
本発明の上記特徴を詳細に理解することが可能となるように、上記で簡潔に要約した本発明のさらに具体的な説明を、一部が添付の図面に図示される複数の実施形態を参照として行う。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、したがって本発明によって他の同様に有効な実施形態が許容され得るので、本発明の範囲を限定するものとして見なすべきではない点に留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の遠隔プラズマ源デバイスの断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による処理チャンバに結合されたプラズマ源の等角図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による図２Ａに図示するプラズマ源の側面断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による図２Ａに図示するプラズマブロックの側面断面図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態によるプラズマブロックの側面断面図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態によるプラズマブロックの等角図である。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態によるプラズマ源のプラズマ生成領域にプラズマを形成するために使用される源アセンブリの概略側面断面図である。
【図２Ｇ】本発明の一実施形態によるコア要素の周囲に巻き付けられた２つ以上のコイルを有するプラズマ源の側面断面図である。
【図２Ｈ】本発明の一実施形態によるプラズマ源において使用し得るコア要素の断面形状の３つの例を示す図である。
【図２Ｉ】本発明の一実施形態による源アセンブリの概略側面断面図である。
【図２Ｊ】本発明の一実施形態による源アセンブリの概略側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるプラズマブロックの等角断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるプラズマ生成領域の少なくとも一部分の周囲に巻き付けられたコイルを有するプラズマ制御デバイスの側面断面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるプロセスチャンバに結合された２つのプラズマ制御デバイスを有するプラズマチャンバの概略断面図である。
【図６Ａ】本発明の別の実施形態によるプロセスチャンバに結合された少なくとも３つのプラズマ制御デバイスを有するプラズマチャンバの概略断面図である。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態によるプロセスチャンバに結合された少なくとも３つのプラズマ制御デバイスを有するプラズマチャンバの概略断面図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態による温度制御されるコア要素を有するプラズマチャンバの側面断面図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態による図７Ａに示す温度制御されるコア要素の部分の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態は、概して、プラズマ源装置、および、電磁エネルギー源の使用により磁性コア要素の周囲に対称的に位置決めされるプラズマ生成領域にラジカルおよび／またはガスイオンを生成することが可能なプラズマ源装置を使用する方法を提供する。概して、そのプラズマ生成領域および磁性コアの配向および形状により、プラズマ生成領域に位置するガスへの送出電磁エネルギーの効果的なおよび均一な結合が可能となる。本明細書に開示するプラズマ源の構成により、磁性鉄心に送出される電磁エネルギーによって、今日市場において見受けられる従来のプラズマ源デザインに比べて、ガスラジカルおよび／またはガスイオンをさらに効率的に形成し、ガスラジカルおよび／またはガスイオンを形成するためのさらに幅広なプロセスウィンドウを実現し、さらに広範なガスラジカルエネルギーおよび／またはイオン密度を形成することが可能となると考えている。概して、プラズマ生成領域に形成されるプラズマの特徴が改善されることにより、基板、またはプラズマ生成領域の下流に配設される処理チャンバの一部分に対して実施される堆積プロセス、エッチングプロセス、および／または洗浄プロセスを改善することが可能となる。
【００１８】
図２Ａは、プラズマ源１０００において見受けられるプラズマ制御デバイス１０７２のプラズマ生成領域１１１８（図２Ｂ）に形成されるガスラジカルおよび／またはガスイオンが、プロセスチャンバ１０２０の処理領域１１２８（図２Ｂ）に送出され得るように、プロセスチャンバ１０２０に結合されたプラズマ源１０００の一実施形態の等角図である。この場合に、プラズマ生成領域１１１８に形成されるガスラジカルおよび／またはガスイオンは、プロセスチャンバ構成要素および／またはプロセスチャンバ内に配設される基板に対して実施される堆積プロセス、エッチングプロセス、および／または洗浄プロセスを改善するために使用される。図２Ｂは、コア要素１１３０の中心軸１１３０Ｓを貫通するＸ−Ｙ平面（図２Ａ）に沿ってプラズマ源１０００を切断することにより形成される、図２Ａに示すプラズマ源１０００の断面図である。この構成においては、プラズマ源１０００は、本明細書において説明する実施形態の１つまたは複数を実施するために有用な、プラズマ制御デバイス１０７２およびプロセスチャンバ１０２０を備える。いくつかのプラズマ源の構成においては、プロセスチャンバ１０２０の処理領域１１２８に位置する基板またはチャンバ構成要素に対する、プラズマ生成領域１１１８の構成および／または位置により、好ましくは、プラズマ生成領域１１１８（例えば図２Ｂ〜２Ｄの参照符号「Ａ」）の外部に拡散する荷電種（例えばイオン、電子）の量が、処理の際に、基板またはチャンバ構成要素に最小限だけ到達し、それらと相互作用を生じることとなる。また、プラズマ生成領域１１１８から処理領域１１２８へのガスラジカルおよび／またはガスイオンの拡散または流動は、処理圧力、および／またはガス源１１２４からプラズマ生成領域１１１８を通過するガス原資の流れを調節することにより、制御することが可能となる。しかし、いくつかの例においては、プラズマ源１０００は、処理チャンバ１０２０の処理領域１１２８に配設される基板の表面と少量の荷電種との間において相互作用が生じることにより、エッチングプロセスまたはＣＶＤタイプの堆積プロセスをさらに促進させるように、構成される。
【００１９】
図２Ｂに図示するように、プロセスチャンバ１０２０は、チャンバ側壁部１００５およびチャンバ蓋１０１０などの、処理領域１１２８をシール自在に密閉する１つまたは複数の壁部を有するチャンバ本体１０２１を備えることが可能である。いくつかの構成においては、基板１０３０を支持するために使用される基板台座１０１５が、チャンバ蓋１０１０中に形成された入口１０１１に隣接して配設される。概して、入口１０１１は、プラズマ源１０００のプラズマ生成領域１１１８と流体連通状態にある。いくつかの実施形態においては、シャワーヘッドアセンブリ１０２７が、入口１０１１と基板台座１０１５との間に配設されることにより、プラズマ生成領域１１１８において形成されて、シャワーヘッドアセンブリ１０２７中に形成された穴１０２６を通り基板１０３０の表面１０３１に送出されることとなるガスラジカルおよび／またはガスイオンの均一な分配を可能にする。シャワーヘッドアセンブリ１０２７は、電気的に接地されるかまたは浮動状態であってもよく、穴１０２６のサイズおよび密度は、処理領域１１２８に進入するガスラジカルおよび／またはガスイオンの量および均一性を調節するように選択されてもよい。また、裏面ガス供給部１０１６が設けられて、アルゴンまたはヘリウムなどのガスを、基板１３０の裏面と基板台座１０１５との間に形成されるギャップ（図示せず）に供給することにより、温度制御される基板台座１０１５と基板１０３０との間における伝熱性を向上させてもよい。プロセスガス供給部１０２５は、処理領域１１２８内にプロセスガスを供給するために使用することが可能である。ターボポンプ、ラフポンプ、および／または他の同様のデバイスを備える真空ポンプシステム１０３５が、プロセスチャンバ１０２０および／またはプラズマ源１０００内の圧力を制御する。一例においては、処理中に、処理領域１１２８および／またはプラズマ生成領域１１１８内の圧力が、約０．５ミリトール（ｍＴ）から約１トールの間などの真空圧に維持される。いくつかの実施形態においては、シールド１１２９が、チャンバ蓋１０１０の上に直接的にまたは間接的に設置されて、プラズマ制御デバイス１０７２を格納する。シールド１１２９の頂部は、ガス入口１１２０の位置に対応する開口（図示せず）を備える。シールド１１２９は、プラズマ制御デバイス１０７２により生成される場の効果を低減させるように設計され、好ましくは、生成される場が全てシールド１１２９の内部領域内に留められるようにＭｕ材料から作製される。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態においては、プラズマ制御デバイス１０７２は、プロセスチャンバ１０２０のチャンバ蓋１０１０の上に装着または設置され、ガスラジカルおよび／またはイオン化ガス原子を生成し、プロセスチャンバ１０２０の処理領域１１２８内に導入するように構成される。プラズマ制御デバイス１０７２は、誘電材料（例えばセラミック材料）から作製された絶縁プレート１１４５により、プロセスチャンバ１０２０内の構成要素から離間され、電気的に絶縁されてもよい。プラズマ制御デバイス１０７２は、概して、磁性コアまたは以降においてはコア要素１１３０と、コア要素１１３０に結合される源アセンブリ１０３８と、処理領域アセンブリ１０７３とを包含する。コア要素１１３０の周囲に概して対称的に分布するプラズマ生成領域１１１８は、処理領域アセンブリ１０７３内に見受けられる１つまたは複数の構成要素によって密閉されてもよい。一実施形態においては、処理領域アセンブリ１０７３は、ドーム部分１１１０と、プラズマブロック１１１６と、冷却プレート１１３４と、側部カバー１１４０とを備え、これらは、プラズマ生成領域１１１８を密閉する。
【００２１】
プラズマ源１０００の作動中に、基板１０３０が、処理のために、プロセスチャンバ１０２０内の基板台座１０１５の上に配置される。次いで、プラズマ源１０００のプラズマ生成領域１１１８が、真空ポンプシステム１０３５により所定の圧力／真空へと引かれてもよい。所定の圧力が達成されると、堆積ガス、エッチングガス、または洗浄ガス（または複数のそれらのガス）が、ガス入口１１２０を経由してプラズマ制御デバイス１０７２内に導入され、ガス拡散器本体１１２２からプラズマ生成領域１１１８を通り流れてもよく、その一方で、真空ポンプシステム１０３５は、均衡処理圧力が達成されるように、プラズマ源１０００に対してポンプ作動し続ける。この処理圧力は、例えばプラズマ源１０００に対する真空システムの連絡を絞るか、またはガス入口１１２０を通りプラズマ源１０００内に導入されるプロセスガスもしくは洗浄ガスの流量を調節することなどによって、調節可能である。圧力およびガス流が確立されると、電源が作動される。源アセンブリ１０３８などのＲＦ電源は、コイル１１３２に電気的に接続される。コイル１１３２により生成される場は、コア要素１１３０内に磁場を誘導的に形成し、この磁場は、プラズマ生成領域１１１８に位置するガスに送出エネルギーを誘導的に結合させて、このガスをプラズマ状態に励起する。一実施形態においては、形成されたプラズマ内におけるイオン密度およびラジカル濃度は、コイル１１３２に供給される電力の調節により、またはプラズマ源１０００における処理圧力の調節により、上昇または低減されてもよい。
【００２２】
プラズマブロック１１１６は、図２Ｂ、図２Ｄ、および図２Ｅに図示されるように、環状形状プラズマ生成領域１１１８の少なくとも一部分が中に形成された構成要素を備える。環状形状プラズマ生成領域１１１８は、コア要素１１３０の周囲に概して形成される。一実施形態においては、図２Ｂに図示するように、環状形状プラズマ生成領域１１１８は、矩形状形状断面を有する。しかし、プラズマ生成領域１１１８の断面の形状は、円形形状、楕円形形状、または他の有用な形状などの、任意の所望の形状であることが可能であり、したがって、矩形状形状プラズマ生成領域は、本明細書において説明する本発明の範囲に関して限定的なものとなるようには意図されない。一構成においては、プラズマ生成領域１１１８は、プラズマブロック１１１６中に形成された内方壁部１１５０、外方壁部１１５６、および側壁部１１５８（図２Ｂ）によって少なくとも部分的に密閉される。一実施形態においては、プラズマ生成領域１１１８は、プラズマブロック１１１６の壁部１１５０、１１５６、１１５８と、従来的な固定具（図示せず）の使用によりプラズマブロック１１１６に装着される側方カバー１１４０とにより、完全に密閉される。一構成においては、図２Ｅに図示するように、環状形状プラズマ生成領域１１１８が、中心軸１１１６Ｓを中心として形成された体積を備える。一構成においては、出口ポート１１２６の領域および入口ポート１１２７の領域の追加的な体積を除外した、環状形状プラズマ生成領域１１１８の体積は、プラズマ生成領域の断面（例えば矩形断面）が中心軸１１１６Ｓを中心として回転された区域にほぼ等しい。いくつかの実施形態においては、環状形状プラズマ生成領域１１１８は、中心軸１１１６Ｓを中心として完全にまたは実質的に対称的であってもよい。
【００２３】
コア要素１１３０は、図２Ｂに図示するように、概して、プラズマブロック１１１６の内方壁部１１５０の隣接表面１１５０Ａの付近のプラズマブロックの一部分を貫通して配設される。一態様においては、コア要素１１３０は、例えばフェライトロッドなどの、高透磁性のロッドまたはチューブを備えるが、結合構造に応じて他の磁性材料であることも可能である。コア要素１１３０を形成するための磁性材料は、以下の特徴、すなわち１）高い印加周波数にてコア損失密度が低いこと、２）高いキュリー温度を有すること、および３）高いバルク抵抗率を有すること、を概して有することとなる。概して、コア要素１１３０は、源アセンブリ１０３８において見受けられる１つまたは複数のコイル（例えばコイル１１３２）を通りＲＦ電流が流れることにより生じる生成された場（例えば磁場）が、優先的に流れることとなる経路を形成するために使用し得る任意の材料から形成することが可能である。一実施形態においては、コア要素１１３０は、フェライト含有要素を備える。「フェライト要素」および「フェライト材料」という用語が、本明細書において使用されるが、これらの用語は、本明細書において説明する本発明の範囲に関して限定的なものとなるようには意図されない。また、一実施形態においては、コア要素１１３０は、図２Ｂに示すＸ軸と一致する中心軸１１３０Ｓなどの中心軸を中心として位置合わせされた、一群の比較的小径のシリンダまたはロッドを備える。
【００２４】
図２Ｃは、コア要素１１３０において磁場（すなわち磁場Ｂ「Ｂ」）を誘起するエネルギーを源アセンブリ１０３８から送出することによって、プラズマ生成領域１１１８に誘導結合プラズマ「Ｐ」が形成される本発明の一実施形態を全体的に概略的に図示する、図２Ｂに図示されるプラズマ制御デバイス１０７２の拡大断面図である。したがって、誘起された磁場は、プラズマ生成領域１１８に電界を生成し、この電界は、その中に位置するガス原子を励起状態へと励起して、ガスラジカルおよび／またはイオンを含むこととなるプラズマを形成するために使用される。プラズマ処理の際には、処理ガスが、プラズマブロック１１１６の外方壁部１１５６中に形成された入口ポート１１２７を通りプラズマ生成領域１１１８内に送出され、励起したガス原子は、プラズマブロック１１１６の外方壁部１１５６中にやはり形成された出口ポート１１２６を通りプラズマ生成領域１１１８から出る。したがって、出口ポート１１２６は、プロセスチャンバ１０２０の処理領域１１２８にプラズマ生成領域１１１８を流体的に結合する。したがって、プロセスチャンバ１０２０の処理領域１１２８に送出されるガスの化学的性質は、プロセスガス供給部１１２４により制御することが可能となり、ガス原子のエネルギーは、プラズマ生成領域１１１８におけるガス原子滞留時間（例えば流量に比例する）、送出されるＲＦ電力、プラズマ生成領域１１１８におけるガスの組成、およびプラズマ生成領域１１１８の圧力によって、制御することが可能となる。
【００２５】
プラズマ処理の際には、ＲＦ電流Ｉ１（図２Ｃ）が、コイル１１３２を介して送出される。このコイル１１３２は、コア要素１１３２の一部分の周囲に巻き付けられ、コア要素１１３０を通り流れる磁場「Ｂ」を生成し、この磁場「Ｂ」は、電界を生じさせて、この電界が、プラズマ生成領域１１１８（「＋」および「−」を参照）を通過し、その領域内に位置するガス原子にプラズマ「Ｐ」を形成させる。一実施形態においては、コイル１１３２に送出される電力は、約４００ｋＨｚのＲＦ周波数にて約０．１ワットから約１０キロワットの間で変動し得る一方で、ガスが、約０．５ｓｃｃｍから約１００ｌｐｍの間の流量で送出され、圧力は、約１ミリトールと約５００トールとの間で維持される。ＲＦ電源により送出される電力の周波数は、約４００ｋＨｚの周波数に限定されず、用途に応じて約１０ｋＨｚから４０ＭＨｚ超までなどの所望の周波数にて実施されてもよいことが予期される。いくつかの例においては、約１３．５６ＭＨｚ以下の周波数にてＲＦ電源からＲＦ電力を送出することが望ましい。
【００２６】
本明細書において説明するプラズマ源１０００の構成を使用することにより、プロセスウィンドウ、エネルギーガス原子生成効率、およびガスラジカルエネルギーの範囲が、従来のプラズマ生成デバイスに比べて大幅に改善され得ると考えている。透磁性コア要素（例えばコア要素１１３０）の周囲に対称的に形成される密閉されたプラズマ生成領域１１１８の使用は、他の従来のデザインに比べて複数の利点を有すると考えている。第１に、コア要素１１３０の形状およびプラズマ生成領域１１１８の対称的配向により、均一な密度を有するプラズマが、図２Ｃおよび図２Ｄに概略的に図示されるように、プラズマ生成領域１１１８に形成され得る。対称的に形成されるプラズマ生成領域１１１８を使用することにより、さらに広い区域にわたってＲＦエネルギーを送出し、上述のように従来のＲＰＳデザインにおいて見受けられる共通する「ホットスポット」の問題により生じる効率上の問題を回避することによって、送出されるＲＦ電力の結合効率が向上する。第２に、コア要素１１３０の周囲のプラズマ生成領域１１１８の対称的形状により、正方形プラズマ生成領域（図１）および局所的小プラズマ結合領域（例えば図１の「ＰＲ」領域）などの、従来のＲＰＳデザインにおいて見受けられるプラズマ生成領域の種々の領域に非均一な場密度を有するという共通の問題が、排除される。従来のＲＰＳデザインにおいて見受けられる非均一な場密度は、ラジカル生成効率、およびプラズマ生成領域の表面の複数部分と励起されたガス原子との間の望ましくない相互作用に対して影響を及ぼす恐れがある。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態においては、「開ループ」磁場、すなわち透磁性コア要素１１３０の中心軸を中心として３６０度の全てに均一に分布する磁場が、コア要素１１３０へのコイル１１３２の結合により生成される。したがって、この「開ループ」磁場は、プラズマ生成領域１１１８内においてプラズマ密度を均一にするのを助ける。いくつかの実施形態においては、本発明の透磁性コア要素１１３０は、中でプラズマが生成される導管を囲む密閉された透磁性コアの周囲に巻線またはコイルセクションが巻き付けられる、従来のトロイド状プラズマチャンバアンテナまたはＲＰＳデザインにおいて一般的に見受けられるような「閉ループ」デザインではなく、プラズマブロック１１１６を貫通して直線状に概して延在された「開ループ」デザインである。上述のように、従来の「閉ループ」デザインは、閉ループコア要素が位置決めされる導管の周囲の中央領域のみに比較的高い磁場を有することとなる。
【００２８】
図２Ｄは、プラズマ「Ｐ」が、プラズマ源１０００の複数部分を貫通する場（磁場Ｂ「Ｂ」）により形成される、プラズマブロック１１１６において形成されるプラズマ生成領域１１１８の概略側面断面図である。図２Ｄに図示するように、ページ中へと流れる、コア要素１１３０において形成される磁場Ｂ（すなわち「−」記号」、およびページの外方に流れる戻り磁場Ｂ（すなわち「Ｘ」記号）は、コア要素１１３０の軸を中心として外周方向に均一に分布する（例えば固定ラジアル位置において均一な３６０°）。接地されるチャンバ蓋１０１０に対するプラズマ制御デバイス１０７２の位置、ならびにプラズマ生成領域１１１８に形成される対称的に生成される場およびプラズマは、概して、プロセスチャンバ１０２０の処理領域１１２８の外部に留まるが、生成されたガスラジカルおよび一部のガスイオンの処理領域１１２８内への移動を可能にし、それにより、これらのガスラジカルおよびガスイオンが基板およびプロセスチャンバ構成要素と相互作用することが可能となることが、当業者には理解されよう。一実施形態においては、イオン衝突および損傷を引き起こし得るかなりの程度のプラズマ電位およびプラズマシースを基板上に形成する傾向をもたらす、プラズマ生成領域１１１８において生成されるプラズマと基板の表面１０３１との間における相互作用が生じないように、基板１０３０からある距離だけ離してプラズマ生成領域１１１８を位置決めすることが望ましい。
【００２９】
コア要素デザイン
図２Ａ〜図６Ｂは、密閉されたプラズマ生成領域に均一なプラズマを形成するのに有用な単一のコア要素１１３０を全体的に概略的に図示する。上述のように、コア要素１１３０は、単一のモノリシック要素である必要はなく、共に一括されることで、生成された場（例えば磁場）が優先的に流れる経路を形成する一連のさらに小さな要素を備えてもよく、または以下において論じるような様々な異なる形状および構成にて形成されてもよい。
【００３０】
一実施形態においては、図２Ａ〜図６Ｂに示すように、コア要素１１３０は、プラズマブロック１１１６を貫通して配設されるバー形状要素を備える。この構成においては、コア要素１１３０は、プラズマブロック１１１６を囲むリング形状、正方形形状、または従来のデザインにおいて通常見られるような他の密閉形状とは異なり、バー形状または直線状長尺部形状を有する。コア要素が直線状バー形状であることにより、誘導的に生成された場は、それらを優先的に流すための密閉されたコア要素を有さないため、広がることが可能となることによって、プラズマ生成領域１１１８（図２Ｂ）におけるイオン濃度が、大幅に改善される。したがって、直線状バー形状コア要素から生成される場は、プラズマ生成領域の小さな領域に制約されない。したがって、均一に分布する磁場は、対称的に形成されるプラズマ領域１１１８の全体にわたり均一なプラズマ密度を形成する傾向を有することとなる。
【００３１】
いくつかの構成においては、コア要素１１３０は、バー形状を有し、円形断面または円筒状断面など、規則的なまたは中心軸１１３０Ｓを中心として対称的な断面を有する。一例においては、コア要素１１３０の断面は、円形であり、約０．５インチから約２インチの間の直径と、約３インチから約２０インチの間の長さとを有する。一例においては、コア要素１１３０の直径（ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比（Ｌ／ｄ）は、約２から約１０の間など、約１．５から約４０の間である。コア要素１１３０は、ここでは円筒状のものとして説明するが、コア要素１１３０の断面形状は、規則的なもしくは不規則的な、正方形形状、六角形状、矩形形状、または任意の他の所望の形状などの、非円形または非円筒状であってもよいことが予期される。図２Ｈは、プラズマ源１０００において使用し得る種々のコア要素の３つの断面形状の例を示す。この例においては、コア要素１１３０は、「断面Ｉ」において示すような円形断面形状、「断面ＩＩ」において示すような管状断面形状、または「断面ＩＩＩ」において示すような中心軸を中心として規則的に形状設定された六角断面形状を有してもよい。別の例においては、コア要素１１３０は、図７Ｂのコア要素１７２１などの、１つまたは複数の特徴が中に形成された円形断面形状を有してもよい。一実施形態においては、バー形状コア要素１１３０は、コア要素１１３０の両端部に位置する２つの端部１１３１Ａおよび１１３１Ｂ（図２Ｂ）を有する。したがって、直線状バー形状のコア要素構成においては、コア要素１１３０の中心軸１１３０Ｓに一致する直線が、２つの端部１１３１Ａおよび１１３１Ｂを貫通することになる。
【００３２】
コア要素の物理特性または電気特性の変化が、プラズマ源の効率、安定性、および信頼性に対して重大な影響を及ぼし得ることが判明している。コア要素１１３０の温度が上昇するにつれて、飽和磁束密度および透磁率の両方が低下することが、当業者には理解されよう。したがって、プラズマ処理の際の「渦電流」加熱によるコア要素１１３０の温度の上昇を解消するために、コア要素１１３０の能動的冷却が、一般的には必要となる。
【００３３】
図７Ａは、温度制御されるコア要素１１３０を有するプラズマ源１０００の一実施形態の側面断面図である。図７Ｂは、本発明の一実施形態によるコア要素１１３０の側面断面図である。一実施形態においては、プラズマ源１０００は、コア要素１１３０および熱交換器アセンブリ１７１０を備える。一実施形態においては、プラズマ源１０００が作動する際に、温度制御された熱交換流体が、熱交換器アセンブリ１７１０からコア要素１１３０の一部分を通り送出され、次いで熱交換器アセンブリ１７１０に戻される。一般的には、熱交換器アセンブリ１７１０は、流体再循環冷却器などの従来の流体熱交換デバイスを備える。一般的には、脱イオン水などの熱交換流体は、高い電気抵抗特徴および良好な伝熱特徴を有することとなる。一実施形態においては、図７Ａに示すように、コア要素１１３０は、ハウジング１７１１内に密閉された透磁性コア要素１７２１を概して備える。この構成においては、熱交換器アセンブリ１７１０から送出される熱交換流体は、ハウジング１７１１内を、および透磁性コア要素１７２１の複数部分の周囲および中を通り流れ、それにより、ハウジング１７１１および透磁性コア要素１７２１において形成される生成された熱を除去する。透磁性コア要素１７２１は、一般的には、図２Ｂ〜図２Ｇに関連して上述したようなフェライトロッドなどの高透磁性材料を含む。
【００３４】
一実施形態においては、ハウジング１７１１は、熱交換流体が、コア要素１７２１の外方表面とハウジング１７１１の内方表面との間に形成されるギャップ１７２３（図７Ｂ）内を通過することが可能となるようにサイズ設定される。コア要素１７２１は、中央チャネル１７２２、および／または、コア要素の表面中に形成された溝などの複数の特徴部１７２４を備えてもよい。中央チャネル１７２２および／または複数の特徴部１７２４は、流動流体とコア要素１７２１との間における熱伝達を向上させるために、流動する熱交換流体を受けるように概して構成される。一構成においては、コア要素１７２１は、中央チャネル１７２２または特徴部１７２４などのコア要素中に形成された特徴部と係合する支持特徴部（図示せず）により、ハウジング１７１１およびプラズマブロック１１１６の中において支持され位置合わせされる。いくつかの構成においては、有孔プレートなどの流体流分配特徴部（図示せず）が、入口ポート１７１１Ｂおよび／または出口ポート１７１１Ｃに配設されて、コア要素１７２１の周囲および中を通る熱交換流体の均一な流れを促進するのを補助する。
【００３５】
図７Ｂを参照すると、一実施形態においては、ハウジング１７１１は、熱交換流体がハウジング１７１１の内部領域１７２５を通り送出される際に、ハウジング１７１１の外方表面１７１１Ａが著しく屈曲することのないように形成される。この構成においては、ハウジング１７１１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英、窒化アルミニウム、複合材料、または他の適切な材料などの、剛性誘電材料から形成される。代替の一実施形態においては、ハウジング１７１１は、ハウジング１７１１の外方表面１７１１Ａが、熱交換流体が内部領域１７２５を通り送出される際に屈曲するように構成され、それにより外方表面１７１１Ａが膨張し、それによりプラズマブロック１１１６の内方表面１１５０Ａの一部分とハウジング１７１１の外方表面１７１１Ａとの間の接触が可能となり得るように、形成される。プラズマブロック１１１６の内方表面１１５０Ａとハウジング１７１１の外方表面１７１１Ａとの間に生じる接触により、プラズマ生成領域１１１８において生成される熱が、ハウジング１７１１を通り流れる熱交換流体に伝達され得るようになる。この構成においては、ハウジング１７１１は、プラスチック材料、繊維含浸樹脂材料、エラストマー材料、複合材料、または可撓性かつ望ましい熱伝導率を有する他の適切な材料などの、可撓性誘電材料から形成される。
【００３６】
以下においてさらに論じるプラズマ源１０００の一実施形態においては、アクチュエータ１０４７およびシステム制御装置１００１を使用して、プラズマ生成領域１１１８に位置するガスに対するＲＦ結合を向上させるために、プラズマ生成領域１１１８に対する、ハウジング１７１１およびコア要素１７２１を備え得るコア要素１１３０の位置を調節および調整する。一構成においては、電力供給回路の別の領域に装着され、プラズマ生成領域１１１８と通信する、コイル１１３２にエネルギーを送出する電源内のセンサを使用して、プラズマ生成領域１１１８において生成されたプラズマの状態に関する情報をシステム制御装置１００１にフィードバックすることにより、システム制御装置１００１がプラズマへのエネルギー結合を調節することが可能となる。センサにより測定され、システム制御装置１００１に戻される情報は、反射電力量、チャンバインピーダンス、プラズマ密度、プラズマの光学発光、または、プラズマ生成領域１１１８において形成されるプラズマの状態に関する他の有用な情報を含んでもよい。
【００３７】
プラズマブロック
上述のような従来のトロイド状デザインまたはＲＰＳデザインにおいて見受けられる材料適合性の問題を回避するために、プラズマブロック１１１６は、プラズマ生成領域１１１８において形成されるガスラジカルもしくはイオンと、または反応プロセスガスとは反応しない材料から形成される。一般的には、プラズマブロック１１１６は、コア要素１１３０を中心として対称的な形状に形成され、プラズマ化学作用による著しい侵食を被らず、プラズマにより生成された熱を熱交換デバイスに伝達するための高い熱伝導率を有する材料を含む。一実施形態においては、プラズマブロック１１１６は、所望の対称的形状に形成された、高い熱伝導率の誘電材料を含む。固体誘電材料を含むプラズマブロック１１６は、従来のＲＰＳデザインにおいて通常見受けられるコーティング欠陥の問題および生じ得る損傷の問題を回避するので、従来のデザインに対して多数の利点を有する。一般的には、内部表面上にコーティングを有する２つの半部を接合することにより完全に密閉されたプラズマ処理領域を形成することは、この形成プロセスの際にこれらの半部間の接合部の表面コーティングが損傷を被らずに留まるようにすることが困難であるため、困難である。また、固体誘電材料を使用することにより、典型的には従来の金属含有プラズマ密閉領域の一部分同士の間に位置するブロック（例えば図１の参照数字１０８、１１０）を絶縁して、これらの金属含有領域における渦電流の形成をなくす必要性がなくなる。一実施形態においては、プラズマブロック１１１６は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、石英、または他の同様の材料から作製される。一例においては、プラズマブロック１１１６は、約２インチ厚（図２ＢのＸ方向）の窒化アルミニウム材料から作製される。一実施形態においては、用途に応じて、内方壁部１１５０の内方表面１１５０Ａは、直径が約２インチから約５インチの間であってもよく、外方壁部１１５６の内方表面は、直径が約５インチから約１０インチの間であってもよく、プラズマブロック１１１６の周囲は、約１０インチから約３０インチの間の範囲であってもよい。
【００３８】
図２Ｂに戻ると、プラズマブロック１１１６および関連する構成要素が処理中にさらに確実に冷温状態に留まるようにするために、一般的には、冷却プレート１１３４が、プラズマブロックの側壁部１１５８に装着される。したがって、冷却プレート１１３４は、処理中に生成される熱を除去することにより、処理中にシールまたは連結された構成要素が損傷を被るのを防止するように構成される。一実施形態においては、冷却プレート１１３４は、熱交換源１１３９から送出される水などの冷却媒体を受け循環させるための、中に埋め込まれた実質的に円形の冷却チャネル１１３８を有する。図２Ａにおいては、１つのみの冷却プレート１１３４およびチャネル１１３８が示されるが、本発明の一実施形態においては、同様の冷却チャネルを有する第２の冷却プレート１１４６（図２Ｂ）が、冷却チャネル１１３３の側壁部１１５８の反対側に配設されて、側部カバー１１４０に装着されてもよい。一実施形態においては、温度制御される冷却媒体は、熱交換源１１３９を使用することにより、冷媒入口１１４３（図２Ａ）に送出され、第１の冷却プレート１１３４および第２の冷却プレート１１４６の中に形成された冷媒出口１１４４（図２Ａ）から戻される。
【００３９】
プラズマ形成および電力送出
上述のように、コア要素１１３０は、一般的には、源アセンブリ１０３８において見受けられる１つまたは複数のコイル（例えばコイル１１３２）を通り流れるＲＦ電流によって生じる生成された場（例えば磁場）が、優先的に流れることにより、プラズマ生成領域１１１８にプラズマを生じさせるための経路を形成する。一構成においては、コイル１１３２は、コア要素１１３０の外方部分の周囲に巻き付けられて、コア要素１１３０にコイルを誘導的に結合する。一実施形態においては、コイル１１３２は、源アセンブリ１０３８に連結される、銅ストリップまたは銅ワイヤなどの複数ターンの導電性材料を備える。一例においては、コイル１１３２は、約３から５ターンの間などの、約１から２０ターンの間のコイルを備える。
【００４０】
源アセンブリ１０３８は、コイル１１３２にＲＦ電力を効率的に送出するために、１つまたは複数の動的インピーダンス整合要素を使用してもよい。一構成においては、源アセンブリ１０３８は、反射動力を最小限に抑え、コイル１１３２およびプラズマ生成領域１１１８にＲＦエネルギーを効率的に送出するために、周波数同調要素、インピーダンス整合ネットワーク同調、または順方向動力サーボを伴う周波数同調を利用してもよい。一実施形態においては、源アセンブリ１０３８はインピーダンス整合要素１０３７およびＲＦ電源１０３９を備える。プラズマ制御デバイス１０７２の外部に位置してもよいＲＦ電源１０３９は、インピーダンス整合要素１０３７を経由してコイル１１３２に電気的に結合し、コイル１１３２にＲＦエネルギーを供給する。
【００４１】
プラズマ源１０００の一実施形態においては、プラズマがプラズマ生成領域１１１８においてさらに容易に点火され得るように、点火促進電極を使用してプラズマ生成領域１１１８の一部分にＲＦ電力を送出するために、第２のＲＦ電源アセンブリ１０４２がさらに設けられてもよい。一実施形態においては、第２のＲＦ電源アセンブリ１０４２は、インピーダンス整合要素１０４１およびＲＦ電源１０４３を備える。プラズマ制御デバイス１０７２の外部に位置してもよいＲＦ電源１０４３は、第１の冷却プレート１１３４および／または第２の冷却プレート１１４６（図２Ｂ）などの点火促進電極に電気的に結合されて、プラズマ生成領域１１１８に位置するガス原子に対して電極に送出されるエネルギーを誘導的に結合する。一例においては、図２Ｂに示すように、ＲＦ電源１０４３は、プラズマ生成領域１１１８においてプラズマを点火するために、約２００ボルトから約１０キロボルトの間などのＲＦバイアスを第２の冷却プレート１１４６に印加するように構成される。第１の冷却プレート１１３４および第２の冷却プレート１１４６は、プラズマ生成領域１１１８に隣接しておよびプラズマ生成領域１１１８に対して平行に配設された導電性材料（例えば金属）から形成されてもよい。コア要素１１３０の少なくとも一部分が、環状形状の第１の冷却プレート１１３４および第２の冷却プレート１１４６の中心を貫通してもよい。一構成においては、第１の冷却プレート１１３４および第２の冷却プレート１１４６はそれぞれ、ラジアル方向の「切れ目」または「割れ目」（例えば図２Ａの参照数字１１４６Ａ）を有し、これは、処理中にコア要素１１３０により生成される場による環状形状要素における渦電流の形成を阻止する。概してプラズマ制御デバイス１０７２とチャンバ蓋１０１０との間に配設される絶縁プレート１１４５により、プラズマ点火および処理の際にプラズマ生成領域１１１８に位置するガスへの容量結合を向上させるために、ＲＦが「強い」大面積部分を有する点火促進電極（または複数の点火促進電極）の使用が可能となる。絶縁プレート１１４５は、これらの電極が、処理チャンバ１０２０内において見受けられる接地された構成要素を介して接地に短絡されるのを防ぐ。
【００４２】
別の構成においては、ＲＦ電源１０４３は、側部カバー１１４０内に埋め込まれた電極１１４２（図２Ｂ）に電気的に結合されることにより、プラズマ生成領域１１１８に位置するガス原子に対して電極１１４２に送出されるエネルギーを容量的に結合する。電極１１４２は、プラズマ生成領域１１１８に隣接しておよびプラズマ生成領域１１１８に対して平行に配設された表面１１４２Ａを有する導電性環状プレート（例えば金属）であってもよい。コア要素１１３０の少なくとも一部分が、環状形状電極１１４２の中心を貫通してもよい。一構成においては、電極１１４２は、誘電材料により、プラズマ生成領域１１１８において形成されるプラズマから分離され、物理的に絶縁され、処理の際にコア要素１１３０により生成される場による環状形状要素における渦電流の形成を阻止するラジアル方向の「切れ目」または「割れ目」をやはり備えてもよい。
【００４３】
代替の一実施形態においては、インピーダンス整合が、コア要素１１３０の周囲に巻き付けられたコイル１１３２に装着される同調コンデンサ１０３６の使用により達成されてもよい。同調コンデンサ１０３６の静電容量は、ＲＦ電源１０３９から送出されるエネルギーの周波数にてコイル１１３２を共振させるように選択される。一実施形態においては、動的インピーダンス整合が、この同調コンデンサ１０３６の構成との組合せで利用される。この例においては、プラズマ源１０００に送出されるＲＦエネルギーは、送出されるエネルギーが、処理ガスへの電力の送出を制御することによりプラズマを形成するためにデューティサイクル（すなわち経時的に分配されるパルスオン／オフ電力）の使用を必要としないため、スイッチング電源を使用する従来の電力送出方式よりもさらに効率的にプラズマ生成領域に送出される。この非断続的なプラズマへの電力送出により、プラズマ生成プロセスの効率が改善され、プラズマに送出される電力レベルを調節する能力が高まる。
【００４４】
図２Ｆに図示するように、いくつかの構成においては、源アセンブリ１０３８は、プラズマ生成領域１１１８にプラズマを形成するための、ＲＦ電源１０３９により駆動される一連の固定された電気要素を備えてもよい。電力供給回路において固定された電気要素を使用することは、源アセンブリ１０３８およびプラズマ源１０００の複雑性を低減させることが可能であるため、能動ＲＦ整合の利用に比べて有利である。一実施形態においては、図２Ｆに示すように、コンデンサ１０３３が、オプションの同調コンデンサ１０３６を経由して、一方の端部においては接地に、他方の端部においてはＲＦ電源１０３９に結合される。また、ＲＦ電源１０３９およびオプションの同調コンデンサ１０３６は、饋電回路１０３４および点火回路１０４４に結合される。この構成においては、単一のＲＦ電源１０３９が、点火促進電極に結合された点火回路１０４４を使用して、プラズマ生成領域１１１８にプラズマを形成すると共に、饋電回路１０３４の使用によりプラズマ生成領域１１１８においてプラズマを持続させることも可能である。饋電回路１０３４は、図２Ｆにおいて誘導コイルタイプの要素として概略的に示されるコイル１１３２に結合される。この例においては、第１の冷却プレート１１３４、第２の冷却プレート１１４６、および／または電極１１４２などの点火促進電極（または複数の点火促進電極）への点火回路１０４４の接続が加わるため、第２のＲＦ電源アセンブリ１０４２は必要とされない。一例においては、コンデンサ１０３３および同調コンデンサ１０３６は、形成されたＲＦ回路が近共振を生じ得るように選択され、一例においては、それぞれが０．５から３００ナノファラッドのコンデンサを備えてもよい。反射電力の問題を回避するために、ＲＦ電源１０３９は、コイル１１３２およびプラズマ生成領域１１１８に電力を効率的に送出するように、周波数同調モードにおいて使用されてもよい。
【００４５】
源アセンブリ１０３８からプラズマ生成領域１１１８への送出ＲＦエネルギーの結合をさらに改善するために、アクチュエータ１０４７およびシステム制御装置１００１を使用して、プラズマ生成領域１１１８に対するコア要素１１３０の位置を調節および調整することにより、プラズマ生成領域１１１８に位置するガスへのＲＦ結合を向上させる。プラズマ生成領域１１１８に対するコア要素１１３０の位置を調節することにより、電気特徴および結合効率を調節することが可能となることが判明している。したがって、一実施形態においては、プラズマ源１０００の初期設定の際には、電力結合を最大化するようにプラズマ生成領域１１１８に対するコア要素１１３０の位置を調節し、次いでこの位置にコア要素１１３０を固定してもよい。
【００４６】
あるいは、コア要素１１３０の位置は、アクチュエータ１０４７およびシステム制御装置１００１の使用により、プロセスチャンバ１０２０内で実施される基板処理シーケンスの１つまたは複数のステップの際に、プラズマ生成領域１１１８に対して調節されてもよい。一構成においては、アクチュエータ１０４７は、アクチュエータ（例えばモータエンコーダ）に結合されたセンサ、送出される順方向ＲＦ電力および反射ＲＦ電力の変動を検出し得るセンサ、ならびにシステム制御装置１００１を使用することにより、＋Ｘ方向または−Ｘ方向（図２Ｆ）におけるコア要素１１３０の位置を調節、閉ループ制御、および／または最適化することのできる、サーボモータまたはステッピングモータである。一実施形態においては、システム制御装置１００１は、プラズマ源１００１の中に収容される構成要素の全てを制御するように概して構成される。システム制御装置１００１は、本明細書において説明するプラズマ処理技術の制御および自動化を容易にするように概して設計され、一般的には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、および支援回路（またはＩ／Ｏ）（図示せず）を備えてもよい。ＣＰＵは、工業環境において、種々のプロセスおよびハードウェア（例えばモータ、電源、チャンバハードウェア）を制御し、プロセス（例えば基板温度、ガス流量、コア要素に送出されるエネルギー量、コア要素の位置）をモニタリングするために使用される、任意の形態のコンピュータプロセッサの中の１つであってもよい。メモリ（図示せず）は、ＣＰＵに接続され、ローカルまたはリモートの、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピディスク、ハードディスク、または任意の他の形態のデジタル記憶装置などの、１つまたは複数の容易に入手可能なメモリであってもよい。ソフトウェア命令およびデータは、ＣＰＵに命令するためにコード化され、メモリ内に記憶され得る。また、支援回路（図示せず）が、従来の態様でプロセッサを支援するためにＣＰＵに接続される。支援回路は、従来のキャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、およびサブシステム等々を備えてもよい。システム制御装置により読み込み可能なプログラム（またはコンピュータ命令）が、プラズマ源および基板に対していずれのタスクを実施し得るかを決定する。
【００４７】
図２Ｂは、トロイド状プラズマ源の外部に位置決めされる単一の誘導コイル１１３２のみを示すが、この構成は、本発明の範囲を限定するものではなく、適用するプラズマイオン密度または望ましいプラズマイオン密度に応じて、コイル１１３２の個数および位置を変更してもよい。いくつかの実施形態においては、図２Ｇに概略的に示すように、コイル１１３２は、コア要素１１３０の外方部分の周囲に、両端部にて、もしくはコア要素１１３０の中央部分にて（例えば図５の１１３２Ｂまたは１１３２Ｄ）巻き付けられてもよく、または、一方の端部から他方の端部にコア要素１１３０の周囲に均一に巻き付けられてもよい。一実施形態においては、図２Ｇに示すように、複数のコイルが使用される場合に、コイル１１３２Ｆ、１１３２Ｇがそれぞれ、源アセンブリ１０３８および１０５８などの各ＲＦ電源に個別に接続されてもよい。源アセンブリ１０５８は、ＲＦ電源１０５９および／またはインピーダンス整合要素１０５７を備えてもよい。ＲＦコイル１１３２Ｆ、１１３２Ｇのそれぞれに送出されるＲＦ電力信号のそれぞれの位相および電力レベルは、プラズマ生成領域１１１８におけるプラズマの均一性を向上させる、および／またはＲＦ電力結合を向上させるように、互いに対して調節または設定することが可能である。
【００４８】
いくつかの実施形態においては、コイル１１３２は、プラズマ生成領域１１１８においてコア要素１１３０に対して平行な方向に（すなわちＸ方向）均一なプラズマを形成するために、コア要素１１３０の上にプラズマ生成領域１１１８に対して対称的に位置決めされた２つ以上のコイル（例えばコイル１１３２Ｆおよび１１３２Ｇ）を備えてもよい。一例においては、図２Ｉに概略的に示すように、２つ以上のコイルが、源アセンブリ１０３８に直列で接続され、プラズマ生成領域１１１８の両側のコイル要素１１３０の周囲に巻き付けられる。直列接続されたコイルへの電源供給は、処理上の利点を有すると考えている。処理上の利点には、直列接続されたコイルの両方に同一の電流が流れるため、同様のターン数を有するコイルによりコア要素１１３０においてさらに対称的かつ均一な磁場が生成されることが含まれる。コア要素１１３０においてさらに対称的かつ均一な場が生成されることにより、プラズマ生成領域１１１８におけるコア要素１１３０に対して平行な方向（すなわちＸ方向）へのプラズマの側方均一性が改善され、生成された場のコア要素１１３０への結合が改善されると考えている。別の例においては、図２Ｊに概略的に示すように、２つ以上のコイルが源アセンブリ１０３８に並列で接続され、プラズマ生成領域１１１８の両側においてコア要素１１３０の周囲に巻き付けられる。一構成においては、コイル１１３２Ｆおよび１１３２Ｇなどの対称的に位置決めされたコイルが、コア要素の周囲に同一方向に巻き付けられる。いくつかの例においては、生成された場の少なくとも部分的な相殺により一般的に好ましくはないが、コイルが、コア要素１１３０の周囲に逆方向に巻き付けられる。固定された電気要素タイプの源アセンブリ１０３８が、図２Ｉおよび図２Ｊに図示されるが、この源アセンブリの構成は、本明細書において説明する本発明の範囲に関して限定的なものとなるようには意図されない。
【００４９】
プラズマ均一性の調節
図２Ｄに概略的に示すように、コア要素１１３０を介したＲＦエネルギーの送達により形成される磁場の強度が、ラジアル方向において差異を生ずることにより、プラズマ生成領域１１１８に形成されるプラズマは、プラズマブロック１１１６の外方壁部１１５６に比べて、内方壁部１１５０付近において比較的高いプラズマ密度を有することとなる。したがって、プラズマ結合をさらに改善する、および／またはプラズマ生成領域１１１８内におけるプラズマの均一性をさらに均一なものにするために、様々なプラズマ調節技術を用いることが可能である。
【００５０】
図３に示すようなプラズマ源１０００の一実施形態においては、永久磁石１１５２などの１つまたは複数の場成形要素が、プラズマの均一性を調節するために、プラズマ生成領域１１１８の周囲に位置決めされる。図３は、本発明の一実施形態によるプラズマブロック１１１６の部分等角断面図である。図３においては、破線により表される磁性コア要素１１３０、冷却プレート１１３４、および側部カバー１１４０が、明瞭化のために全て省略されている。プラズマ制御デバイス１０７２の一実施形態においては、複数の永久磁石１１５２が、プラズマ生成領域１１１８に形成されるプラズマを調節するために、プラズマブロック１１１６の内方壁部１１５０の円周部に沿って埋め込まれる。一態様においては、プラズマブロック１１１６の内方壁部１１５０が、永久磁石１１５２を中に受容するように構成された複数の開口１１５４を備える。永久磁石１１５２は、概して、対称パターンで離間され、交互の極性（すなわち、北「Ｎ」および南「Ｓ」が交互する）で配置される。内方壁部１１５０の円周部に沿って配設される永久磁石１１５２は、プラズマ生成領域１１１８において生成されるプラズマを、プラズマブロック１１１６の内方壁部１１５０から離れて円形領域の中央部の方向に、または外方壁部１１５６の方向に「押す」ような傾向を有する。したがって、場成形要素を使用することにより、内方壁部１１５０と外方壁部１１５６との間に形成されるプラズマ生成領域１１１８によって、プラズマ密度がさらに均一になる。場成形要素は、永久磁石、電磁石、またはプラズマ生成領域１１１８に形成される生成された場およびプラズマを形状設定することが可能な他の同様のデバイスを備えてもよい。
【００５１】
いくつかの例においては、場成形要素を使用する代わりに、コイルが、プラズマブロック１１１６の少なくとも一部分の周囲に巻き付けられて、それにより、この巻コイル１４３２を通り電流が流れることによって生成される場が、プラズマ生成領域１１１８に形成されるプラズマを再分布させる。図４は、本発明の一実施形態による巻コイルの構成を概略的に図示する、プラズマ制御デバイス１０７２の側面断面図である。この実施形態においては、１つまたは複数のコイル１４３２が、プラズマブロック１１１６の周囲に所望のターン数だけ巻き付けられる。一実施形態においては、コイル１４３２が、プラズマブロック１１１６の内方壁部１１５０、側壁部１１５８、および外方壁部１１５６、ならびに側部カバー１１４０の周囲に３６０°にわたってなど、プラズマブロック１１１６の全ての部分の周りに巻き付けられて、原源１４３３により電流がコイル１４３２を通過する際に、プラズマ生成領域１１１８に形成されるプラズマを均一に分布させる。一実施形態においては、ＤＣ電力が、コイル１４３２に送出されて、プラズマ生成領域１１１８に生成されるプラズマを誘導的に結合し再分布させる。さらに具体的には、コイル１４３２を通過する電流により生成される磁場が、内方壁部１１５０の中央付近において最強となる磁束密度を概して有することとなり、この磁場は、矢印により表すように、内方壁部１１５０の縁部から離れるようにプラズマを引き、プラズマ生成領域１１１８の中央の方向へとプラズマを再分布させる傾向がある。したがって、コイル１４３２を通して電流を送出することにより、プラズマ生成領域１１１８のプラズマ密度がさらに均一になる傾向が生ずることとなる。一実施形態においては、誘導コイル１４３２は、ＲＦエネルギーを送出することが可能な電源１４３３を使用することにより、プラズマ生成領域１１１８に形成されるプラズマを点火するために使用される。２つ以上のコイル１４３２が使用される場合には、コイル１４３２はそれぞれ、同一の電力および周波数を用いて駆動されてもよく、または、各コイル１４３２は、異なる電力および／または周波数で個別に駆動されてもよい。
【００５２】
また、コイル１４３２が、任意の所望の箇所において内方壁部１１５０および外方壁部１１５６の周囲に巻き付けられるか、または、所望の間隔で内方壁部１１５０および外方壁部１１５６の周囲に均等に巻き付けられてもよいことが予期される。一実施形態においては、コイル１４３２は、コア要素１１３０の外方部分の周囲に、および冷却プレート１１３４に隣接して巻き付けられる。一態様においては、コイル１４３２は、冷却プレート１１３４と支持要素１１３５との間に配置される。支持要素１１３５は、冷却プレート１１３４の側部に結合され、１つまたは複数の支持プレート（例えば図２Ｂに示す支持プレート１１３６、１１３７）を備えることにより、支持プレート１１３６および１１３７を貫通して延在するコア要素１１３０を固定してもよい。一構成においては、図４に図示するように、コイル１４３２が、同相で巻き付けられるものとして示されるが、すなわち、コイル１４３２を通り流れる電流により、プラズマは、プラズマ生成領域１１１８の周囲において同一方向に流れるように誘導される。あるいは、コイル１４３２は、互いに位相がずれた状態で巻き付けられ得る。
【００５３】
プラズマ源１０００のいくつかの構成においては、プラズマブロック１１１６のプラズマ生成領域１１１８に接触する内方表面のみが、プラズマの化学的性質に反応しない溶融シリカまたはセラミックなどの電気絶縁体から作製されてもよい。したがって、いくつかの構成においては、プラズマブロックは、誘電体被覆アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、またはステンレス鋼などの金属から主に作製することが可能である。内方壁部１１５０、側壁部１１５８、および／または外方壁部１１５６などのプラズマブロック１１１６の複数部分が導電性材料（例えば金属）から形成される構成においては、絶縁スペーサ（図示せず）、または誘電体遮断部が、コイル１４３２に電流を送出することにより生成される場に起因する壁部１１５０、１１５６、１１５８中を概して流れる渦電流を遮断および抑制するために設けられる必要がある。導電性壁部同士の間に絶縁スペーサを加えることにより、プラズマ源１０００アセンブリは、概して、さらに複雑かつ高価なものとなり、また真空気密構成でのプラズマ源１０００アセンブリの組立がさらに困難になる。したがって、絶縁スペーサ（または複数の絶縁スペーサ）は、内方壁部１１５０、外方壁部１１５６、および側壁部１１５８が絶縁材料または非導電性材料から作製される場合には、省くことが可能である。
【００５４】
ガス送出ハードウェア
上述のように、プラズマ処理の際には、処理ガスが、プラズマブロック１１１６の入口ポート１１２７（図２Ｂ）を通り、ガス供給部１１２４からプラズマ生成領域１１１８内に送出され、励起されたガス原子は、プラズマブロック１１１６中にやはり形成される出口ポート１１２６を通りプラズマ生成領域１１１８を励起する。一実施形態においては、プラズマ制御デバイス１０７２のドーム部分１１１０が、プラズマブロック１１１６の入口ポート１１２７およびプラズマブロック１１１６の中に形成されるプラズマ生成領域１１１８に処理ガス（または複数の処理ガス）を送出するために使用される。一実施形態においては、ドーム部分１１１０は、ガス入口１１２０およびガス拡散器本体１１２２を概して備える。ガス拡散器本体１１２２は、概して、プラズマブロック１１６６の外方壁部１１５６中の入口ポート１１２７を貫通して延在する。ガス入口１１２０は、プラズマ制御デバイス１０７２内にプロセスガスまたは洗浄ガス（または複数のそれらのガス）を導入するために、例えばプロセスガス供給部１１２４などの外部ガス源（または複数の外部ガス源）に連結される。一実施形態においては、ドーム部分１１１０は、ガス分配プレナム１１２３を備え、このガス分配プレナム１１２３は、ガス拡散器本体１１２２内に形成され、ガス拡散器本体１１２２中に形成された穴１１２１を通るプラズマ生成領域１１１８内へのガス送出を再分布および制御するために使用される。プラズマブロック１１１６の外方壁部１１５６は、ガス／プラズマ出口ポート１１２６を備え、このガス／プラズマ出口ポート１１２６は、プラズマ源１０００内の処理領域１１２８に通ずる。したがって、ガス分配プレナム１１２３およびプラズマ生成領域１１１８は、流体連通状態にある。
【００５５】
プロセスガスまたは洗浄ガスは、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｏ２などの酸素含有ガスもしくは窒素含有ガスか、またはＦ２、ＮＦ３、ＮＨ４Ｆ、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、ＳＦ６、もしくはＣ２Ｆ５Ｈなどのフッ素含有ガス、およびそれらの組合せ、ならびに、任意に、アルゴン、ヘリウム、もしくは窒素などのキャリアガスを含んでもよい。一態様においては、プロセスガスは、基本的にアルゴン（Ａｒ）を含む。別の態様においては、プロセスガスは、基本的にアンモニア（ＮＨ３）を含む。別の態様においては、アンモニア（ＮＨ３）ガスおよび三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスが、プラズマ制御デバイス１０７２内に導入されて、ＮＨ４Ｆプラズマが生成され、このＮＨ４Ｆは、次いでプラズマ源１０００内に配置される基板上の固有の酸素を除去するために使用されてもよい。ＴＳＡ、シラン、ＴＥＯＳ、または他の有用な前駆体ガスなどの他の処理前駆体ガスが、用途に応じて使用し得ることが予期される。前駆体ガスは、約１００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間の流量で供給されてもよい。処理中に、プラズマ源１０００内の処理領域１１２８内の圧力は、約１００ミリトールから約２０トールの間に維持されてもよい。一例においては、チャンバの圧力は、約１００ミリトールから約１．２５トールの間に維持される。
【００５６】
図４を参照すると、複数のガス開口または穴１１２１が、ガス拡散器本体１１２２の中心軸１１２１Ｂに対して１つまたは複数の角度１１２１Ａにて形成されてもよく、これにより、流動ガスをプラズマ生成領域１１１８内への進入後に内方壁部１１５０の内部表面に対して衝突させるのではなく、プロセスガスまたは洗浄ガスが、円形タイプの渦流パターンを形成するように接線方向に向かってプラズマ生成領域１１１８内に送出され得る。一例においては、穴１１２１は、ガス拡散器本体１１２２を二等分し、コア要素の中心軸１１３０Ｓを貫通して延在する図４に示す中心軸１１２１Ｂなどの、プラズマ生成領域１１１８のラジアル方向に対して、ある角度を成して形成される。一実施形態においては、所定の角度は、約４５°など、約２０°から約７０°の範囲であってもよい。複数の開口の各開口は、用途に応じて所望の幅および長さを有してもよい。ガス拡散器本体１１２２は、約２０個またはそれ以上の開口など、例えば約１０個またはそれ以上の開口などの所望の個数の開口を備えてもよい。
【００５７】
複数プラズマ源構成
いくつかの処理構成においては、同様のまたは異なる成分を有するプロセスガスが、各プラズマ源に送出されて、多様な混合比および／またはエネルギーを有するエネルギーガス原子をプロセスチャンバ１０２０の処理領域１１２８に供給することが可能となるように、複数のプラズマ源を並行して使用することが可能である。図５は、本発明の一実施形態による、プロセスチャンバ１０２０のチャンバ蓋１０１０に結合された２つのプラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂを有するプラズマチャンバの単純化された断面図を示す。図示を容易にするために、プラズマチャンバ構成要素は、省略されているが、プロセスチャンバ１０２０は、チャンバが２つのプラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂを受けるように構成される点を除いては、図２Ｂに図示するプロセスチャンバと同一の構成要素を全て含むことが予期される。この実施形態においては、２つのプラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂが、プロセスチャンバ１０２０のチャンバ蓋１０１０の上に装着または設置されて、ガスラジカルおよび／またはイオン化ガス（もしくは複数のイオン化ガス）を生成し、シャワーヘッドアセンブリ１０２７を経由して下流プロセスチャンバ１０２０内に導入する。２つのプラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂは、平行に配置され、プラズマブロック１０１６Ａ、１０１６Ｂの内方壁部１１５０Ａ、１１５０Ｂを貫通して配設される共通のコア要素１１３０を共有する。この構成のコア要素１１３０は、プラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂの両方に対して作動し得るように幾分か追加の長さを必要とする場合がある点を除いては、上述の構成要素と概して同様である。本発明のいくつかの実施形態においては、重複する構成要素の個数を減らし、コア要素１１３０に対する２つ以上のプラズマ生成領域の位置合わせ能力を向上させるために、例えばプラズマ生成領域１１１８Ａ、１１１８Ｂなどの２つ以上のプラズマ生成領域が全て、プラズマブロック１０１６Ａなどの単一のプラズマブロック（図示せず）内に形成される。
【００５８】
図５に図示するように、コイル１１３２Ａは、コア要素１１３０の外方部分の周囲に巻き付けられてもよい。コイル１１３２Ａのターン数は、約１ターンから約１０ターンの範囲において変更されてもよい。いくつかの例においては、コイル１１３２Ａは、１０以上のターンを有してもよい。コイル１１３２Ａは、コア要素１１３０に沿った様々な箇所に配置されてもよい。一実施形態においては、コイル１１３２Ａは、様々な箇所に分配された複数のコイルを備えてもよい。一実施形態においては、コイルは、適用するプラズマイオン密度または望ましいプラズマイオン密度に応じて、以下の態様のいずれか、すなわち（１）コイル箇所１１３２Ａおよび１１３２Ｅ、（２）コイル箇所１１３２Ｂおよび１１３２Ｄ、（３）コイル箇所１１３２Ｃのみ、（４）コイル箇所１１３２Ａおよび１１３２Ｃまたは１１３２Ｃおよび１１３２Ｅ、ならびに（５）コイル箇所１１３２Ａ、１１３２Ｂ、１１３２Ｃ、１１３２Ｄ、および１１３２Ｅに分配される。また、複数のコイルが使用される場合に、それらのコイルが、各ＲＦ電源アセンブリ（例えば図２Ｇの１０３８、１０５８）に個別に接続され得ることも予期される。ＲＦコイルのそれぞれに送出されるＲＦ電力信号は、所望のプラズマ均一性、ガスラジカルエネルギー、またはプラズマイオン分布を達成するために、相互に調節または設定することが可能である。同様に、生成されるプラズマの均一性は、プロセス条件（例えば電力、圧力、ガス流量、ガス組成）、プラズマ制御デバイスが位置決めされる様式、プラズマ内における基板の位置、および／またはプラズマ制御デバイスの固有の物理特徴が変更されるのに応じて変更されてもよい。一実施形態においては、２つのプラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂのプラズマ生成領域１１１８Ａ、１１１８Ｂに対する送出ＲＦエネルギーの結合をさらに改善するために、アクチュエータ１０４７およびシステム制御装置１００１を使用して、プラズマ生成領域１１１８Ａ、１１１８Ｂに対するコア要素１１３０の位置を調節および調整することにより、プラズマ生成領域１１１８Ａ、１１１８Ｂに位置するガスに対するＲＦ結合を向上させる。いくつかの構成においては、プラズマ制御デバイス１０７２Ａに対するコア要素１１３０の位置が、制御され、第２のプラズマ制御デバイス１０７２Ａに対するコア要素１１３０の位置は、その重要性が二次的なものとなる（すなわちスレーブ）。
【００５９】
一態様においては、プラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂのガス入口１１１０Ａ、１１１０Ｂは、用途に応じてプラズマ制御デバイス１０７２Ａ、１０７２Ｂに種々のプロセスガスまたは洗浄ガスを供給するために、同一のまたは異なる外部ガス源（図示せず）にそれぞれ連結されてもよい。デュアルプラズマ制御デバイス構成により、異なるプラズマ間の高速切り替えが可能となり、これは、堆積または洗浄の実施に関して遠隔プラズマ源を使用するＰＥＡＬＤ（プラズマ促進ＡＬＤ）用途またはＣＶＤ用途などのいくつかの用途においては有利となる場合がある。また、デュアルプラズマ制御デバイス構成は、単一のプラズマ制御デバイス内においては望ましい励起が不可能な相互に不適合なガスからのエネルギーガス種を同時に送出することを可能にするのに有用である。
【００６０】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の一実施形態による、コア要素（例えば参照数字１１３０Ａ、１１３０Ｂ）に結合された３つのプラズマ制御デバイス（例えば参照数字１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅ）を有するプラズマ源１０００の断面図を示す概略図である。図示の容易化のために、プロセスチャンバ１０２０の構成要素は、省略されており、プラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅならびに透磁性コア要素１１３０Ａ、１１３０Ｂは、図６Ａおよび図６Ｂにおいては概略的に図示するに過ぎない。しかし、これらの構成要素はそれぞれ、図２Ａ〜図２Ｇおよび図５に関連して上述したハードウェア構成要素を備えてもよい。一例においては、図６Ａまたは図６Ｂに示すプラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅはそれぞれ、図２Ｂに関連して上述したものと同一の構成要素の全てを備える。図５と同様に、３つオンプラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅは、平行に配置され、プラズマブロック（図示せず）の内方リングを貫通して配設されプラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅのそれぞれの両側を貫通して延在する共通のコア要素１１３０Ａ、１１３０Ｂを共有する。
【００６１】
一構成においては、コイル１１３が、コア要素１１３０Ａ（図６Ａ）または１１３０Ｂ（図６Ｂ）の外方部分の周囲に巻き付けられる。同様に、コイルのターン数および位置が、適用するプラズマイオン密度または望ましいプラズマイオン密度に応じて、図５に関連して見受けられる説明と同様の態様で調節されてもよい。プラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅのそれぞれに形成されたガス入口（図示せず）は、同一のまたは異なる外部ガス源（図示せず）にそれぞれ連結されてもよく、それにより、上述のように、所望のガスラジカルまたはガスイオンを形成するために、同一のまたは異なる組成を有するプラズマを形成するためのプロセスガスの高速切り替えが可能となる。
【００６２】
プラズマ源１０００の一実施形態においては、３つのプラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅは、コア要素の異なる部分に異なる直径を有する共通のコア要素（例えば参照数字１１３０Ａ、１１３０Ｂ）を共有する。例えば、図６Ａにおいては、第１のプラズマ制御デバイス１０７２Ｃ（すなわち最も左側または最も外側のもの）を貫通して延在するコア要素１１３０Ａの直径は、第２のプラズマ制御デバイス１０７２Ｄおよび第３のプラズマ制御デバイス１０７２Ｅを貫通して延在するコア要素１１３０Ａの領域よりも大きくてもよい。あるいは、図６Ｂに示すように、第２のプラズマ制御デバイス１０７２Ｄ（すなわち中央のもの）を貫通して延在するコア要素１１３０Ｂの直径が、第１のプラズマ制御デバイス１０７２Ｃおよび第３のプラズマ制御デバイス１０７２Ｅを貫通して延在するコア要素１１３０Ｂの部分の直径よりも小さくてもよい。コア要素の外方表面とプラズマ生成領域との間の距離が、生成されたＲＦ場のプラズマに対するプラズマ結合の効率に影響を及ぼすため、同様に構成されたプラズマブロックに対するコア要素の直径を変更することによって、プラズマ源のそれぞれにおける結合効率およびプラズマ密度が異なるものとなる。コア要素の直径、またはプラズマブロック中に形成されるプラズマ生成領域の形状もしくは直径、またはプラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅのそれぞれのプラズマ特性が異なることにより、プラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅのそれぞれにおいて見受けられるプラズマ生成領域のそれぞれに生じる異なるプラズマ特徴は、各プラズマ制御デバイスに送出される特定のタイプのプロセスガスまたはプロセスガス混合気に対して最適化することが可能である。コア要素の直径、またはコア要素の外方表面が位置決めされるプラズマ生成領域からの相対距離に応じて、異なるエネルギーが、プラズマ空洞部内に結合されてもよい。
【００６３】
したがって、プラズマ制御デバイス１０７２Ｃ、１０７２Ｄ、および１０７２Ｅにおけるハードウェア構成、ガス組成、および／またはガス流量の差異によりプラズマ生成領域のそれぞれにおいて生ずるプラズマ特徴の差異を利用して、異なる特徴を有するガスラジカルおよび／またはガスイオンを生成し、チャンバ蓋１０１０中の開口１０１１Ｃ、１０１１Ｄ、および１０１１Ｅを通してプロセスチャンバ１０２０のプロセス領域１１２８に送出することが可能である。
【００６４】
前述の内容は、本発明の実施形態を対象とするものであるが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の他のおよびさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2013511812.tif 000003
【図２Ａ】
2013511812.tif 000004
【図２Ｂ】
2013511812.tif 000005
【図２Ｃ】
2013511812.tif 000006
【図２Ｄ】
2013511812.tif 000007
【図２Ｅ】
2013511812.tif 000008
【図２Ｆ】
2013511812.tif 000009
【図２Ｇ】
2013511812.tif 000010
【図２Ｈ】
2013511812.tif 000011
【図２Ｉ】
2013511812.tif 000012
【図２Ｊ】
2013511812.tif 000013
【図３】
2013511812.tif 000014
【図４】
2013511812.tif 000015
【図５】
2013511812.tif 000016
【図６Ａ】
2013511812.tif 000017
【図６Ｂ】
2013511812.tif 000018
【図７Ａ】
2013511812.tif 000019
【図７Ｂ】
2013511812.tif 000020
【国際調査報告】
2013511812.tif 000021
2013511812.tif 000022