(57)【要約】【課題】  表面波プラズマソースと、プラズマ空間との間の結合を改良するための方法とシステムを提供することである。【解決手段】  表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースと、プラズマ空間との間の結合を改良するための方法とシステムは、記載されている。表面波プラズマソースは、電磁波ラウンチャ、例えば共振器プレートを有するスロットアンテナを含む。共振器プレートと、プラズマ空間との間のプラズマ表面で、モードスクランブラは、プラズマへの結合を改良するために利用される。【選択図】
2008515160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマに隣接する電磁気（ＥＭ）波ラウンチャのプラズマ表面上に表面波を生成することによって、所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギをプラズマに結合させるように構成された前記ＥＭ波ラウンチャと；
前記ＥＭ波ラウンチャに結合され、前記プラズマを形成するための前記ＥＭ波ラウンチャに前記ＥＭエネルギを提供するように構成されたパワー結合システムと；
前記ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面に結合され、前記所望のＥＭ波モードと、別のＥＭ波モードとの間のモードジャンプを減少するように構成されたモードスクランブラとを具備する表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソース。
【請求項２】
前記ＥＭ波ラウンチャは、ＴＭ０１モードとして前記所望のＥＭ波モードを結合させるように構成されている請求項１のＳＷＰソース。
【請求項３】
前記モードスクランブラは、前記ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面に結合された１つ以上の穴を有している請求項１のＳＷＰソース。
【請求項４】
前記１つ以上の穴は、そこを通ってガスを流すように構成された１つ以上のガス穴を有している請求項３のＳＷＰソース。
【請求項５】
前記１つ以上の穴は、１つ以上の止まり穴を有している請求項３のＳＷＰソース。
【請求項６】
前記１つ以上の止まり穴のサイズ、ジオメトリ、数または分配のうちの少なくとも１つは、空間的に制御されたプラズマを発生するように選ばれる請求項５のＳＷＰソース。
【請求項７】
前記１つ以上の止まり穴は、幅および深さによって特徴づけられる請求項５のＳＷＰソース。
【請求項８】
前記１つ以上の止まり穴の前記幅、および、前記１つ以上の止まり穴の前記深さは、実質的に同一である請求項７のＳＷＰソース。
【請求項９】
前記１つ以上の止まり穴の前記幅、および、前記１つ以上の止まり穴の前記深は、１ｍｍ以下である請求項７のＳＷＰソース。
【請求項１０】
前記１つ以上の止まり穴は、ＳｉＯ２を含んでいる材料で埋められる請求項５のＳＷＰソース。
【請求項１１】
前記１つ以上の止まり穴は、ＳｉＯ２より少ない誘電率を有する低誘電率材料を含んでいる材料で埋められる請求項５のＳＷＰソース。
【請求項１２】
前記１つ以上の止まり穴は、プラズマアレスタで埋められる請求項５のＳＷＰソース。
【請求項１３】
前記プラズマアレスタは、球状ペレットを含んでいる請求項１２のＳＷＰソース。
【請求項１４】
前記球状ペレットは、ＳｉＯ２またはＳｉＯ２より低い誘電率を有する低誘電率材料を含んでいる請求項１３のＳＷＰソース。
【請求項１５】
前記パワー結合システムは、ラジオ周波数（ＲＦ）パワー結合システムを備えている請求項１のＳＷＰソース。
【請求項１６】
前記パワー結合システムは、マイクロ波パワー結合システムを備えている請求項１のＳＷＰソース。
【請求項１７】
前記マイクロ波パワー結合システムは、
２．４５ＧＨｚでマイクロ波エネルギーを発生するように構成されたマイクロ波源と；
前記マイクロ波源の出口に結合された導波管と；
前記導波管に結合され、前記マイクロ波源へマイクロ波エネルギーの伝播を防止するように構成されたアイソレータと；
前記アイソレータに結合され、前記マイクロ波エネルギーを同軸フィードに結合させるように構成された同軸コンバータとを備え、
前記同軸フィードは、前記ＥＭ波ラウンチャに更に結合されている請求項１６のＳＷＰソース。
【請求項１８】
前記パワー結合システムは、ＥＭ波エネルギを前記ＥＭ波ラウンチャに結合させるための同軸フィードを備え、
前記ＥＭラウンチャは、前記同軸フィードの内部導体に結合された一方の端部と、前記同軸フィードの外部導体に結合された他方の端部とを有するスロットアンテナを備え、
前記スロットアンテナは、前記内部導体と、前記外部導体との間の前記スロットアンテナより上の第１の領域から、前記スロットアンテナの下の第２の領域に、前記ＥＭエネルギを結合させるように構成された１つ以上のスロットを有している請求項１７のＳＷＰソース。
【請求項１９】
前記ＥＭ波ラウンチャは、
前記第１の領域に置かれ、自由空間の波長に対して前記ＥＭエネルギの実効波長を減少するように構成された低速波長板と；
前記第２の領域に置かれ、前記ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面を含む下面を有する共振器プレートとを更に備えている請求項１８のプラズマ処理システム。
【請求項２０】
前記低速波長板と、前記共振器プレートとは、実質的に同じ材料組成である請求項１９のＳＷＰソース。
【請求項２１】
前記低速波長板と、前記共振器プレートとは、異なる材料組成である請求項１９のＳＷＰソース。
【請求項２２】
前記低速波長板と、前記共振器プレートとは、主として石英からなる請求項２０のＳＷＰソース。
【請求項２３】
前記共振器プレートは、プラズマの空間均一性を改良するように構成された少なくとも１つの同一中心の溝を備えている請求項２２のＳＷＰソース。
【請求項２４】
前記共振器プレートは、４の値より大きい誘電率を有する高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料である請求項１９のＳＷＰソース。
【請求項２５】
前記共振器プレートは、石英、内在性の結晶シリコン、アルミナ、およびサファイヤの１つ以上を備えている請求項１９のＳＷＰソース。
【請求項２６】
前記ＥＭ波ラウンチャに取り付けられ、前記ＳＷＰソースの腐食を低減するように構成されたカバープレートを更に具備する請求項１のＳＷＰソース。
【請求項２７】
プラズマに隣接する電磁気（ＥＭ）波ラウンチャのプラズマ表面上に表面波を生成することによって、所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギをプラズマに結合させるように構成された前記ＥＭ波ラウンチャと；
前記ＥＭ波ラウンチャに結合され、前記プラズマを形成するための前記ＥＭ波ラウンチャに前記ＥＭエネルギを提供するように構成されたパワー結合システムと；
前記所望のＥＭ波モードと、別のＥＭ波モードとの間のモードジャンプを低減するための手段とを具備する表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソース。
【請求項２８】
前記ＳＷＰソースの腐食を低減するために、前記ＥＭ波ラウンチャに取り付けられる手段を更に具備する請求項２７のＳＷＰソース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、同日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアル番号１０／ＸＸＸ，ＸＸＸで代理人整理番号ＹＹＹＹＹＹの名称「表面波プラズマ処理システムおよびその使用方法」、同日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアル番号１０／ＸＸＸ，ＸＸＸで代理人整理番号ＹＹＹＹＹの名称「基板を処理するためのプラズマ処理システムおよびその使用方法」、および同日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアル番号１０／ＸＸＸ，ＸＸＸで代理人整理番号ＹＹＹＹＹの名称「表面波の均一性を制御するための方法とシステム」に関連する。これらの出願全ての全体の内容は、これらの全体の引用によってここに取り入れられる。
【０００２】
本発明は、表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースと、プラズマとの間の結合を改良するための方法と装置に関し、より詳しくは、モードスクランブラを使用して、ＳＷＰソースと、プラズマとの間の結合を改良するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、半導体プロセス中、（ドライ）プラズマエッチングプロセスは、半導体基板上にパターニングされた微細線に沿った材料を、またはビアまたはコンタクト内の材料を除去するかまたはエッチングを行うために利用される。プラズマエッチングプロセスは、一般に処理チャンバ内に、上部にパターン化された、保護層、例えばフォトレジスト層を有する半導体基板を配置することを含む。一旦基板がチャンバ内に配置されると、真空ポンプが雰囲気処理圧力を達成するようにスロット調整される一方、イオン化可能な、解離性のガス混合は、予め指定の流量でチャンバ内に導入される。その後、存在する一部のガス種がエネルギを有する電子との衝突後にイオン化されるときに、プラズマは、形成される。さらに、加熱された電子は、雰囲気ガス種のいくつかの種を解離させ、露出された表面のエッチング化学に適している反応物種（または複数の反応物種）を生成するのに役に立つ。一旦プラズマが形成されると、基板のいずれかの露出された表面は、プラズマによってエッチングされる。プロセスは、基板の露出領域のさまざまな形態（例えばトレンチ、ビア、コンタクトなど）をエッチングするために望ましい反応物、および、イオン集団の適切な濃度を含む最適の条件を達成するように調整される。エッチングが必要とされる基板材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、ポリシリコン、および窒化シリコンが含まれる。
【０００４】
従来は、上記の通りに、さまざまな技術は、半導体デバイス製造において、基板の処理のためにプラズマ内のガスを励起して実行されている。特に、（「平行平板」）容量結合型プラズマ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ：ＣＣＰ）処理システム、または誘導結合型プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理システムは、一般にプラズマ励起のために利用されている。プラズマソースの他方式の中で、マイクロ波プラズマソース（電子サイクロトロン共鳴（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）を利用しているものを含む）、表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソース、およびヘリコンプラズマソースが、ある。しかしながら、一般的に用いられるプラズマ処理システムの多数は、プロセス化学制御（すなわち化学解離の制御）、エネルギを有する電子を有する相互作用による基板ダメージ、およびプロセス均一性を含むがこれに限らず多くの不備に苦しむ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの態様は、上記の問題の何らかまたは全てを低減するかまたは取り除くことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の別の態様は、表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースと、プラズマとの間の結合を改良するための方法およびシステムを提供することである。
【０００７】
本発明の別の態様は、所望の電磁気の（ＥＭ）波モードと、ＳＷＰソースの別のＥＭ波モードとの間のモードジャンプを防止するための方法およびシステムを提供することである。
【０００８】
１つの態様に係る表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースは、が記載され、そのＳＷＰソースは、プラズマに隣接するプラズマ表面上の表面波を生成することによって所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギをプラズマに結合させるように構成された電磁気（ＥＭ）波ラウンチャと；ＥＭ波ラウンチャに結合され、プラズマを形成するためのＥＭ波ラウンチャにＥＭエネルギを提供するように構成されたパワー結合システムと；ＥＭ波ラウンチャのプラズマ表面に結合され、プラズマの変化による所望のＥＭ波モードと、別のＥＭ波モードとの間のモードジャンプを防止するように構成されたモードスクランブラとを具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の説明では、本発明の完全な理解を容易にするために、並びに説明のために、およびそれに限定されるものではない具体的な詳細の説明、例えばプラズマ処理システムの特定のジオメトリ、およびシステムコンポーネントのさまざまな説明は、記載される。しかしながら、本発明は、これらの具体的な詳細からは離れる他の実施形態によっても実施されることができると理解されるべきである。
【００１０】
それでもなお、発明の本質が一般的な概念として説明されていたとしても、その発明の本質からなる形態が明細書内に含まれるのと理解されるべきである。
【００１１】
ここで図面を参照し、参照番号がいくつかの図の全体にわたって同一であるか対応する部品を示すように付され、図１は、実施形態に係るプラズマ処理システム１００を示す。プラズマ処理システム１００は、プラズマ空間１１６を規定するように構成された上部チャンバ部分１１２と、処理空間１１８を規定するように構成された下部チャンバ部分１１４とを有する処理チャンバ１１０を備える。下部チャンバ部分１１４において、処理チャンバ１１０は、基板１２５を支持するように構成された基板ホルダ１２０を備える。その中で、基板１２５は、処理空間１１８のプロセス化学に曝される。さらにまた、プラズマ処理システム１００は、上部チャンバ部分１１２に結合され、プラズマ空間１１６にプラズマを形成するように構成されたプラズマソース１３０を具備する。
【００１２】
加えて、プラズマ処理システム１００は、上部チャンバ部分１１２および下部チャンバ部分１１４に結合され、プラズマ空間１１６と、処理空間１１８との間に位置づけられたガス注入グリッド１４０を含む。ガス注入グリッド１４０は、プラズマを形成するためのプラズマ空間に第１のガス１４２を導入し、プロセス化学を形成するための処理空間に第２のガス１４４を導入するように構成される。第１のガス供給システム１５０は、ガス注入グリッド１４０に結合され、第１のガス１４２を供給するように構成される。さらに、第２のガス供給システム１６０は、ガス注入グリッド１４０に結合され、第２のガス１４４を供給するように構成される。
【００１３】
加えて、ガス注入グリッド１４０の温度は、温度制御システム１７０を使用して制御されることができ、ガス注入グリッド１４０の電位は、電気バイアスコントロールシステム１７５を使用して制御されることができる。
【００１４】
さらにまた、プラズマ処理システム１００は、処理チャンバ１１０に結合し、処理チャンバ１１０を排気するように、同じく処理チャンバ１１０内の圧力を制御するように構成された排気システム１８０を備えている。オプションとして、プラズマ処理システム１００は、処理チャンバ１１０、基板ホルダ１２０、プラズマソース１３０、ガス注入グリッド１４０、第１のガス供給システム１５０、第２のガス供給システム１６０、温度制御システム１７０、電気バイアスコントロールシステム１７５、および排気システム１８０に接続されたコントロールシステム１９０を更に具備する。コントロールシステム１９０は、プラズマ処理システム１００のエッチングプロセスおよび堆積プロセスのうちの少なくとも１つを達成するためのプロセスレシピを実行するように構成されることができる。
【００１５】
さらに図１を参照し、プラズマ処理システム１００は、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板、またはより大きいサイズの基板を処理するように構成されることができる。事実、当業者によって理解されるように、プラズマ処理システムが、基板、ウェハ、またはＬＣＤのそれらのサイズを問わずに処理するように構成されることができることは、予想される。従って、本発明の態様は、半導体基板のプロセスと関連して記載されているが、本発明は、単にそれに限定されるものではない。
【００１６】
上述の通り、処理チャンバ１１０は、プラズマ空間１１６内でプラズマの生成を容易にするように構成され、基板１２５の表面に隣接する処理空間１１８のプロセス化学を生成する。プラズマ空間１１６に導入される第１のガス１４２は、プラズマ形成ガスまたはイオン化可能ガスまたはガスの混合物を含んでいる。第１のガス１４２は、不活性ガス、例えば希ガスを含むことができる。処理空間１１８に導入される第２のガス１４４は、プロセスガスまたはプロセスガスの混合物を含んでいる。エッチングプロセスにおいて、たとえば、プロセスガスは、解離するときに、基板表面で材料をエッチングする反応性を有する分子成分を含むことができる。一旦プラズマがプラズマ空間１１６にて形成されると、プラズマのいくらかは、ガス注入グリッド１４０を介して処理空間１１８に拡散することができる。処理空間１１８内に拡散される加熱された電子は、たとえば、エッチングプロセスを実行する解離および反応性のラジカルの形成を引き起こすプロセスガス内の分子と衝突することができる。従って、ガス注入グリッド１４０の使用は、上記の通り、たとえば、処理空間に低い温度プラズマを発生する一方、プラズマ空間に、高密度、高温度（電子温度、Ｔｅ）プラズマの形成に作用することができる。
【００１７】
この際、第１および第２のガスに対する分割インジェクション方式は、プロセス化学を形成するために利用される第２のガスの分子組成の解離の減少に影響を及ぼす。加えて、例えば、不活性ガス（第１のガス）、例えばアルゴン（Ａｒ）は、プラズマ空間に導入され、プラズマは、形成され、中性のＡｒ原子は、加熱される。加熱されたＡｒ中性原子は、ガス注入グリッド１４０を介して下に拡散し、より低い温度のところ（基板に隣接する処理空間）に侵入する。中性ガスのこの拡散は、プロセスガス（第２ガス）の分子組成の逆拡散を取り除くことができる。
【００１８】
一つの実施例において、プラズマソースは、表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースを含むことができる。ここで図２を参照して、プラズマソース２３０は、内部導体２４０、外部導体２４２、および絶縁部２４１を有する同軸フィード２３８を有するスロットアンテナ、例えばラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含んで示される。加えて、プラズマソース１３０は、低速波長板２４４、スロット２４８を有するスロットアンテナ２４６、および、共振器プレート２５０を備えている電磁気の（ＥＭ）波ラウンチャ２４３を含む。スロットの数、スロットのジオメトリ、スロットのサイズ、およびスロットの分配は、プラズマ空間１１６に形成されるプラズマの空間均一性の一因となることができる全てのファクタである。例えば、共振器プレート２５０の正確な寸法（すなわち厚さ、および、直径）は、数値的に算出されることができる。
【００１９】
波ラウンチャ２４３は、プラズマ空間１１６にマイクロ波パワーを放射するように構成されたマイクロ波ラウンチャを含む。マイクロ波ラウンチャは、マイクロ波源、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源に結合されることができ、マイクロ波パワーは、同軸フィード２３８を介してマイクロ波ラウンチャに結合される。マイクロ波源によって生成されるマイクロ波エネルギーは、マイクロ波発振器へ反射されるマイクロ波エネルギーを吸収するためのアイソレータ（図示せず）に導波管（図示せず）を介して案内され、その後、それは同軸コンバータ（図示せず）を介して同軸ＴＥＭモードにコンバートされる。チューナは、インピーダンスマッチングのために、および改良されたパワー伝達のために使用されることができる。マイクロ波エネルギーは、同軸フィード２３８を介してマイクロ波ラウンチャに結合され、ここで、別のモード変化は、同軸フィード２３８内でＴＥＭモードからＴＭモードへと生じる。
【００２０】
なお図２を参照して、プラズマソース２３０は、処理チャンバ１１０の上部チャンバ部分１１２に結合され、そこにおいて、真空シールは、シーリングデバイス２５４を使用して、上部チャンバ壁２５２と、プラズマソース２３０との間に形成されることができる。シーリングデバイス２５４は、エラストマＯリングを含むことができる。
【００２１】
一般に、同軸フィード２３８の内部導体２４０および外部導体２４２は、導電材料、例えば金属を含み、さらに低速波長板２４４および共振器プレート２５０は、誘電材料を含む。後者において、低速波長板２４４および共振器プレート２５０は、同一材料である。誘電材料は、たとえば、石英を含むことができる。同軸フィード、および、波ラウンチャのデザインに関する付加的な詳細はＵＳ特許番号５，０２４，７１６号で名称「エッチング、アッシング、および、膜−形成のためのプラズマ処理装置」で見つかることができる。その全体の内容は、参照によってここに取り入れられたものとする。
【００２２】
低速波長板２４４および共振器プレート２５０の製造のために選ばれる材料は、自由空間波長に対して伝播する電磁（ＥＭ）波の波長を減少するように選択され、低速波長板２４４および共振器プレート２５０の寸法は、プラズマ空間１１６内にＥＭエネルギを放射するために効果的な定在波の形成を確実にするように選択される。
【００２３】
低速波長板２４４と、共振器プレート２５０とは、石英（二酸化珪素）から製造されるときに、特にプラズマ処理システムがエッチングプロセスアプリケーションのために利用されるときに、いくつかの問題は生じ得る。第１に、石英の選択は、エッチングプロセスとの互換性のために、多くの場合選ばれる。第２に、石英共振器および石英低速波長板の限界寸法は、非常に重要であり、従って、高費用消耗アイテムとなる。加えて、定在波電界の開始（ｏｎｓｅｔ）は、低電力プラズマプロセスに対する石英−プラズマ界面に隣接して滞在しなければならない。加えて、プラズマパラメータのシフトは、石英共振器の減衰している電界に影響を及ぼす。もし誘電体共振器の電界の強さがプラズマパラメータのシフトによる電界の変化より十分に大きくないならば、このようなシフトによって電圧定在波比（ＶＳＷＲ）ジャンプまたは定在波モードジャンプが生じ得ることとなる。本発明の発明者は、石英−プラズマ界面での定在波を有する石英共振器プレートの使用が、プラズマパラメータシフトとしてモードジャンプしやすくなり得ることを観測した。共振器プレートおよび低速波長板の製造のための材料として石英を使用するときは、また、スロットアンテナのデザイン（多数のスロット、それらのサイズ、ジオメトリ、および分布）は、プラズマ空間１１６の空間的に均一なプラズマに影響を及ぼすことに対して効果的ではない。従って、特別な形状は、均一なプラズマを形成するために必要であり得る。
【００２４】
さらに別の例では、プラズマソース２３１は、図２において示される同じ部材の多くを含んで図３にて記載される。しかしながら、プラズマソース２３１は、プラズマ空間１１６のプラズマの空間均一性を改良するように構成される１つ以上の同一中心の溝２６０を更に含むことができる。
【００２５】
別の形態として、低速波長板２４４および共振器プレート２５０は、高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料から製造されることができる。ここで、高誘電率は、二酸化珪素（ほぼ３．９の値）の値以上の誘電率を有する材料を指すものとして使用されることができる。ｈｉｇｈ−ｋ材料の使用は、たとえば、プロセス化学の分子成分の解離を減少させるに至ることができ、プラズマパラメータのシフトによるモードジャンプのリスクを減少し、プラズマ空間１１６に形成されたプラズマの空間均一性を制御するのに改良された有効性をしめす。たとえば、ｈｉｇｈ−ｋ材料は、内在性の結晶シリコン、アルミナセラミック、窒化アルミニウム、および、サファイヤを含むことができる。共振器プレート２５０が内在性の結晶シリコンから製造されるときに、プラズマ振動数は、４５℃の温度で２．４５ＧＨｚを上回る。従って、内在性の結晶シリコンは、低温過程（すなわち、４５℃未満）に対して適切である。より高温度プロセスのために、共振器プレート２５０は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはサファイヤから製造されることができる。
【００２６】
しかしながら、プラズマ空間１１６のプラズマの腐食性の性質のために、および共振器プレート２５０の限界寸法を維持することの要件のために、カバープレートは、より費用のかかる共振器プレート２５０を保護するために使用されることができる。さらにもう一つの実施例に係るカバープレート２６５は、図４において示され、共振器プレート２５０の下面に結合する。カバープレートの厚さは、その中で定在波を維持することがないように、十分に薄いものが選ばれる（すなわち、厚さは、電磁気的に臨界ではない）；しかしながら、それは、機械的安定度のために十分に厚い。たとえば、カバープレート２６５は、厚さ１〜５ｍｍ、または、望ましくは、厚さ２〜３ｍｍの石英カバープレートを含むことができる。さらに、共振器プレート２５０の下面（または接触面）およびカバープレート２６５の上面（または接触面）は、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間の良好なコンタクトを確実にするように磨かれていることができる。薄膜は、また、共振器プレート２５０の下面に堆積することができ、そして、良好なコンタクトを提供するために磨かれる。例えば、薄膜は、ＳｉＯ２の薄膜を含むことができ、それは、最高２ミクロンの熱（ｔｈｅｒｍａｌ）ＳｉＯ２または最高６ミクロンの物理蒸着（ＰＶＤ）ＳｉＯ２を含むことができる。
【００２７】
単純な幾何学的な界面、例えば無限の平板モデルを仮定して、共振器プレート２５０、およびカバープレート２６５に対して、図９Ａにて図示するように、電気および磁気フィールドの分析的表示は、すなわち、均一なヘルムホルツ方程式を使用して決定されることができる。
【数１】
2008515160.tif 000003
【数２】
2008515160.tif 000004
【００２８】
および
【数３】
2008515160.tif 000005
【００２９】
ここでｘ、ｙ、およびｚは、図８Ａで示す直角座標であり、Ｅｚがｚ方向の電界であって、Ｅｘは、ｘ方向の電界であって、Ｈｙは、ｙ方向の磁場である、ｋ２５０は、共振器プレートのカットオフ波数である。κ２５０は、共振器プレート材料の誘電率である。κ２６５は、カバープレート材料の誘電率である。βは、基本的な分散関係（すなわちβ２＝ｋ２−ｋｃ２＝κ２５０ｋ０２−ｋ２５０２＝κ２６５ｋ０２＋ｈ２、ここでｋは媒体波数であり、ｋｃは、媒体カットオフ波数であり、ｈは、フィールド減衰定数であり、ｋ０は、真空波数であり、ｋ２６５＝ｊｈである）からの伝搬定数である。Ｙ０は、真空波アドミタンス（Ｙ０＝（ε０／μ０）１／２＝Ｚ０−１）である。たとえば、共振器プレートは、内在性の結晶シリコンから製造されることができ、カバープレートは、二酸化珪素から製造されることができる。従って、下付き添字“２５０”は内在性の結晶シリコンの材料特性を指し、下付き添字“２６５”は、二酸化珪素の材料特性を指す。
【００３０】
第１の表面波が、共振器プレートと、カバープレート界面との間に存在し、消え去っていく（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ）電界の開始は、図９Ａに示すように、この界面で生ずる。ｋ１およびｋ２によって表される電磁波は、図９Ａの２つの典型的なモードとして記載される。波ｋ１，２およびｋ２，２は、内在性の結晶シリコン（例えばκ〜１２、およびλＳｉ〜１ｃｍ）の位相速度と、二酸化珪素（κ〜４、およびλＳｉＯ２〜３ｃｍ）の位相速度との間の位相速度で進行するこの界面での表面波を表す。もしカバープレートの厚さが、ＥＭ波の波長より非常に大きいならば、ｘ＞ｓに対する無限の平板モデルフィールド解は、
【数４】
2008515160.tif 000006
【数５】
2008515160.tif 000007
【００３１】
および
【数６】
2008515160.tif 000008
【００３２】
（ここで、真空中のとき、ｋＹ＝ｋ０Ｙ０；および、カバープレート内の表面波に対しては、ｋＹ＝κ２６５ｋ０Ｙ０）。しかしながら、カバープレートの厚さは、単なる波長の部分、従って、電界の減衰深さのより小さい部分であるので、解の上記セットは、不完全である。例えば、カバープレートと、プラズマとの間の界面での付加的な反射は、起こり、ｘ＞ｑに対する異なる崩壊定数が存在する。伝搬定数が、共振器プレート、カバープレート、およびプラズマに対して同じでなければならないという理由から、新しいβが存在する。さらに重要なことに、新しいβは、共振器プレート、カバープレート、およびプラズマにまたがっている新しい位相速度に至る。従って、カバープレートの影響として、プラズマ不安定性が、プラズマパラメータのシフトの結果として起こり得るかもしれない。プラズマに対する誘電率は、プラズマパラメータの広範囲にわたりほぼ単一の値であるが、ＥＭ波分散は、電子密度（ｎｅ）、電子温度（Ｔｅ）などに強く影響を受ける。分散関係がプラズマ内で変化するとき、表面波伝播定数は変化する。その結果として、フィールド解は、変化する。直接の影響は、ＶＳＷＲおよび可能なモードジャンプの増加を含み得る。
【００３３】
従って、モードジャンプの影響を軽減するために、モードスクランブラは、プラズマソースに結合されることができる。波ラウンチャ２４３のキャビティモードは、波ラウンチャキャビティの材料特性と同様に、波ラウンチャキャビティのジオメトリに依存でき、また、プラズマパラメータに依ることができる。モードスクランブラの使用は、その結果としてのキャビティモードのプラズマパラメータの変化の影響を減少する。さらにもう一つの実施例に係るモードスクランブラ２７０は、プラズマソース２３３の共振器プレート２５０の下面に結合され、図５において示される。ここで、モードスクランブラ２７０は、１つ以上のガスプレナム２７２に結合する１つ以上のガス穴２７４を有する。１つ以上のガスプレナム２７２および１つ以上のガス穴２７４は、ガス、例えば第１のガスまたは不活性ガスを導入するために構成される。１つ以上のガス穴２７４が１つ以上のガスプレナム２７２に結合することを示すが、それらがガスを導入するために構成され、１つ以上のガス穴２７４の１つ以上は、１つ以上のガスプレナム２７２の１つ以上に結合される必要はない。別の形態として、１つ以上のガス穴２７４の１つ以上は、排気されることができる。
【００３４】
なお図５を参照し、プラズマソース２３３は、処理チャンバ１１０の上部チャンバ部分１１２に結合され、そこにおいて、真空シールは、シーリングデバイス２５４を使用して、上部チャンバ壁２５２と、プラズマソース２３０との間に形成されることができる。シーリングデバイス２５４は、エラストマＯリングを含むことができる。さらにまた、第２および第３のシーリングデバイス、２５５Ａおよび２５５Ｂは、同軸フィード２３８の真空シールを提供するように利用される。
【００３５】
さらにもう一つの実施例に係るモードスクランブラ２７０は、プラズマソース２３３の共振器プレート２５０の下面に結合され、図６に示される。ここで、モードスクランブラ２７０は、１つ以上の止まり穴２７６を備える。図９Ｂに示すように、ｋ１、ｋ２、およびｋ３によって表される電磁波は、３つの典型的なモードとして記載される。表面波ｋ１，２（ｋ１，３）およびｋ２，２（ｋ２，３）は、プラズマ空間１１６のプラズマにエネルギの効果的な結合を表す。しかしながら、波ｋ３は、プラズマ加熱の一因とならず、それは、プラズマによって反射される。
【００３６】
１つ以上の止まり穴２７６の数、ジオメトリ、分布、およびサイズは、プラズマ空間１１６の均一なプラズマを提供するために選ばれることができる。加えて、１つ以上の止まり穴２７６は、プラズマに開放されることができる。しかしながら、各々の止まり穴のサイズ、例えば各々の穴の直径は、プラズマの形成を回避するために、十分に小さくされるべきである。たとえば、各々の止まり穴の直径は、１００ｍＴｏｒｒ未満の処理圧力に対して２ｍｍ以下であることができる。圧力が増加するに従って、止まり穴のサイズは、その中のプラズマの形成を防止するために減少されるべきである（例えば、ｐ＝２００ｍＴｏｒｒのとき、直径は１ｍｍ以下であるべきである）。加えて、たとえば、１ｍｍ未満の止まり穴径は、λＳｉ〜１ｃｍに対するキャビティモードを攪乱するために効果的であることができる。
【００３７】
１つ以上の止まり穴は、穿孔（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）またはミリング技術、ソニックミリング、レーザーミリングもしくはエッチングプロセス、またはそれらの何らかの組合せを使用して製造されることができる。エッチングプロセスは、共振器プレート２５０に止まり穴を形成するために利用されることができるドライまたは湿式のエッチングプロセスを含むことができる。加えて、薄いＳｉＯ２層、例えば熱ＳｉＯ２の２ミクロン層または物理蒸着（ＰＶＤ）ＳｉＯ２の６ミクロン層は、共振器プレート２５０の下面に堆積されることができる。その後、薄いＳｉＯ２層は、たとえば、エッチングプロセスを使用してパターニングされることができ、そのパターンとは、エッチングプロセスを使用して共振器プレート２５０に転写することができ、それによって薄いＳｉＯ２層は、ハードマスクをとしての機能を果たし、１つ以上の止まり穴のジオメトリを規定する。さらにまた、維持されている薄いＳｉＯ２層は、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間の良好な界面を確実にするのに役に立つことができる。
【００３８】
代わりに、プラズマソースのさらにもう一つの実施例に係る図６に記載された１つ以上の止まり穴２７６を有するモードスクランブラ２７０は、プラズマの形成を防止するために、材料で埋められることができる。たとえば、図７に記載の、コーティング２７８は、１つ以上の止まり穴２７６を埋めるために、共振器プレート２５０の下面に適用されることができる。コーティング２７８は、共振器プレート２５０の誘電率より低い誘電率を有する材料である。たとえば、コーティングは、ほぼ４の誘電率を有するＳｉＯ２を含むことができる。別の形態として、コーティングは、ＳｉＯ２の誘電率より低い誘電率を有する低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を含むことができる。代わりとして、コーティング２７８は、共振器プレートに対する膨張率とコンパチブルである熱膨張係数を有するｌｏｗ−ｋ材料を含むことができる。たとえば、ｌｏｗ−ｋ材料は、有機、無機、および無機−有機ハイブリッド材料の少なくとも１つを含むことができる。さらにまた、ｌｏｗ−ｋ材料は、多孔質または無孔質のコーティングを含むことができる。加えて、たとえば、コーティング２７８は、無機の、ケイ酸塩ベースの材料、例えば、ＣＶＤ技術を使用して堆積された酸化されたオルガノシラン（またはオルガノシロキサン）を含むことができる。このようなコーティングの実施例は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販されているブラックダイヤモンド（登録商標）ＣＶＤ有機珪酸塩ガラス（ＯＳＧ）膜、またはノベラスシステムから市販されているコーラル（登録商標）ＣＶＤ膜を含む。加えて、たとえば、コーティング２７８は、小さいボイド（または孔）を作成するために硬化（ｃｕｒｉｎｇ）プロセスの間に壊されるＣＨ３結合を有する酸化シリコンベースのマトリックスのようなシングルフェーズ材料を含むことができ、加えて、たとえば、コーティング２７８は、硬化プロセスの間に蒸発する有機材料（例えばポロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ））の孔を有する酸化シリコンベースのマトリックスのようなデュアルフェーズ材料を含むことができる。別の形態として、コーティング２７８は、無機の、ケイ酸塩ベースの材料、例えば水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）またはメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）を含むことができ、それは、ＳＯＤ技術を使用して堆積される。このようなコーティングの実施例は、ダウコーニングから市販されているＦＯｘ  ＨＳＱと、ダウコーニングから市販されているＸＬＫ多孔質ＨＳＱと、ＪＳＲマイクロエレクトロニクスから市販されているＪＳＲ  ＬＫＤ−５１０９とを含む。なお、あるいは、コーティング２７８は、ＳＯＤ技術を使用して堆積される有機材料を含むことができる。このようなコーティングの実施例は、ダウケミカルから市販されているＳｉＬＫ―Ｉ、ＳｉＬＫ−Ｊ、ＳｉＬＫ−Ｈ、ＳｉＬＫ−Ｄ、および多孔質ＳｉＬＫ半導体誘電体樹脂と、ハネウェルから市販されているＦＬＡＲＥ（登録商標）およびナノ−ガラス（Ｎａｎｏ−ｇｌａｓｓ）を含む。
【００３９】
加えて、たとえば、コーティング２７８は、化学気相成長（ＣＶＤ）技術、または、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から市販されているクリーントラックＡＣＴ  ８  ＳＯＤおよびＡＣＴ  １２  ＳＯＤコーティングシステムで提供されるようなスピンオン誘電体（ＳＯＤ）技術を使用して形成されることができる。クリーントラックＡＣＴ  ８（２００ｍｍ）およびＡＣＴ  １２（３００ｍｍ）コーティングシステムは、ＳＯＤ材料に対して、コーティングし、ベーキングし、そして硬化させるツールを提供する。トラックシステムは、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、およびより大きい基板サイズを処理するために構成されることができる。基板上にコーティングを形成するための他のシステムと方法は、スピンオン技術および蒸着技術の当業者にとって周知である。一旦、コーティング２７８が塗布されると、それは、たとえば、カバープレート２６５との界面を改良されるされた界面を提供するために研磨されることができる。研磨工程は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）を含むことができる。
【００４０】
代わりとして、さらにもう一つの実施例によれば、図６に記載された、１つ以上の止まり穴２７６を有するモードスクランブラ２７０は、プラズマの形成を防止するために、プラズマアレスタで埋められることができる。たとえば、図８に記載の、１つ以上の止まり穴２７６は、球状ペレット２８０で埋められる。球状ペレット２８０は、たとえば、上記の通り、ＳｉＯ２またはｌｏｗ−ｋ材料であることができる。一旦、１つ以上の止まり穴が、球状ペレット２８０を積み込まれる（ｌｏａｄ）と、各々のペレットは、各々のペレットを各々の止まり穴に圧入することによって、またはカバープレート２６５を共振器プレート２５０に結合させることによって止まり穴の中で各々のペレットを保持することによって固定される。ペレットの物理的存在は、加速された自由電子の経路を減少させ（電子は、ペレットに衝突する）、したがって、雪崩イオン化を抑制する。一つの実施例において、各々の止まり穴２７６は、２ｍｍ直径×２ｍｍ深さを含むことができ、各々のペレット２８０は、２ｍｍおよびより少ないの直径を有することができる（止まり穴内にフィットするように十分に小さいように）。加えて、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間の良好な界面を確実にするために、薄いＳｉＯ２層、たとえば熱ＳｉＯ２の２ミクロン層または物理蒸着（ＰＶＤ）ＳｉＯ２の６ミクロン層は、共振器プレート２５０の接触面に堆積されることができる。
【００４１】
ここで図１０を参照して、処理システムの一部は、記載されている。処理チャンバ３１０は、プラズマ空間３１６を囲う上部チャンバ部分３１２と、プロセス領域３１８を囲う下部チャンバ部分３１４とを含んで記載される。プラズマソース３３０、例えば上記の通りの表面波プラズマソースは、上部チャンバ部分３１２に結合され、プラズマ空間３１６にプラズマを形成するように構成される。ガス注入グリッド３４０は、上部チャンバ部分３１２と、下部チャンバ部分３１４に結合され、プラズマ空間３１６と、処理空間３１８との間に位置づけられる。図１０にて図示したように、ガス注入グリッド３４０は、上部チャンバ部分３１２に結合され、そして、それは、上部シーリングデバイス３４４、例えばエラストマＯリングを使用して真空で使用するために、シールされる。また、図１０にて図示したように、ガス注入グリッド３４０は、下部チャンバ部分３１４に結合され、それは、下部シーリングデバイス３４６、例えばエラストマＯリングを使用して真空で使用するために、シールされる。
【００４２】
ガス注入グリッド３４０は、プラズマ空間３１６をプラズマが処理空間３１８に結合させる１つ以上の通路３４２を備えている。加えて、ガス注入グリッド３４０は、第１のガスチャンネルアレイ３５６に結合された１つ以上のガス注入オリフィス（図示せず）を介してプラズマ空間３１６に第１のガスを導入するように構成される。第１のガスチャンネルアレイ３５６は、第１のガス供給システムに結合される１つのガスチャンネルまたは第１のガス供給システムに独立して結合されるガス注入グリッド３４０に複数のゾーンを形成する複数のガスチャンネルを含むことができる。後者の場合、第１のガスの組成、もしくは第１のガス流量、または両方は、１つのガスチャンネルから次へと変化することができる。また、図１０の実施形態に示すように、ガス注入グリッド３４０は、第２のガスチャンネルアレイ３６６に結合される１つ以上のガス注入オリフィス（図示せず）を介して処理空間３１８に第２のガスを導入するように構成される。第２のガスチャンネルアレイ３６６は、第２のガス供給システムに結合される１つのガスチャンネルを、または、第２のガス供給システムに独立して結合される複数のガスチャンネルを含むことができる。後者において、第２のガスの組成、もしくは第２のガス流量、または両方は、１つのガスチャンネルから次へと変化することができる。さらに、ガス注入グリッド３４０の温度は、冷却するときにガス注入グリッド３４０から熱交換器（図示せず）まで熱を移送するために、または、加熱するときに熱交換器からガス注入グリッド３４０まで熱を移送するために、流体チャンネルアレイ３７６を介して熱伝達流体を回して制御されることができる。流体チャンネルアレイ３７６は、温度制御システムに結合される１つの流体チャンネルを、または独立して温度制御システムに結合される複数の流体チャンネルを含むことができる。後者において、熱伝達流体の組成、もしくは熱伝達流体の温度、もしくは熱伝達流体の流量、またはそれらの何らかの組合せは、１つの流体チャンネルから次へと変化することができる。
【００４３】
図１０にて図示したように、第１のガスは、ガスライン３５４の第１のアレイを介して、第１のガスチャンネルアレイ３５６に結合される。第１のガスは、図１に記載された第１のガス供給システム１５０のような第１のガス供給システムを結合するためのポイントを可能にするガスフィッティング３５２の第１のアレイを介してガスライン３５４の第１のアレイに結合されている。たとえば、ガスフィッティング３５２の第１のアレイは、上部チャンバ部分３１２に位置づけられることができ、ガスライン３５４の第１のアレイは、ガス注入グリッド３４０内に、上部チャンバ部分３１２を介して通過することができ、そして、それによって、ガスシーリングデバイス３５８の第１のアレイは、第１のガスのリークを防止するように利用される。たとえば、ガスシーリングデバイス３５８の第１のアレイは、１つ以上のエラストマＯリングを含むことができる。
【００４４】
図１１にて図示したように、第２のガスは、ガスライン３６４の第２のアレイを介して、第２のガスチャンネルアレイ３６６に結合される。第２のガスは、図１に記載された第２のガス供給システム１６０のような第２のガス供給システムを結合するためのポイントを可能にするガスフィッティング３６２の第２のアレイを介してガスライン３６４の第２のアレイに結合されている。たとえば、ガスフィッティング３６２の第２のアレイは、上部チャンバ部分３１２に位置づけられることができ、ガスライン３６４の第２のアレイは、ガス注入グリッド３４０内に、上部チャンバ部分３１２を介して通過することができ、そして、それによって、ガスシーリングデバイス３６８の第２のアレイは、第２のガスのリークを防止するように利用される。たとえば、ガスシーリングデバイス３６８の第２のアレイは、１つ以上のエラストマＯリングを含むことができる。
【００４５】
加えて、図１２にて図示したように、熱伝達流体は、流体ライン３７４のアレイを介して、流体チャンネルアレイ３７６に結合される。熱伝達流体は、図１に記載された温度制御システム１７０のような温度制御システムを結合するためのポイントを可能にする流体フィッティング３７２のアレイを介して流体ライン３７４のアレイに結合されている。たとえば、流体フィッティング３７２のアレイは、上部チャンバ部分３１２に位置づけられることができ、流体ライン３７４のアレイは、ガス注入グリッド３４０内に、上部チャンバ部分３１２を介して通過することができ、それによって、流体シーリングデバイス３７８のアレイは、熱伝達流体のリークを防止するように利用される。たとえば、流体シーリングデバイス３７８のアレイは、１つ以上のエラストマＯリングを含むことができる。
【００４６】
ここで図１３および図１４を参照し、ガス注入グリッドのトップダウンの図を示す。図１３において、ガス注入グリッド３４０Ａは、記載され、そこにおいて、ガス注入グリッドは、通路３４２Ａの矩形分布を含む。例えば図１３に示すように、第１のガスは、３つの分離したガスライン３５４Ａ、３５４Ｂ、および３５４Ｃを介して、３つのガスチャンネル３５６Ａ、３５６Ｂ、および３５６Ｃに独立して接続される。図示はしていないが、別々のマスフローコントローラまたはマスフローコントローラの別々のアレイは、各々のガスラインに結合することができる。
【００４７】
図１４で、ガス注入グリッド３４０Ｂは、記載され、そこにおいて、ガス注入グリッドは、通路３４２Ｂの円形分配を含む。たとえば、図１４に示すように、第１のガスは、３つの分離したガスライン３５４Ａ、３５４Ｂ、および３５４Ｃを介して、３つのガスチャンネル３５６Ａ、３５６Ｂ、および３５６Ｃに独立して接続される。図示はしていないが、分離したマスフローコントローラ、または分離したマスフローコントローラのアレイは、各々のガスラインに接続されることができる。
【００４８】
第１のガスは、プラズマ形成ガスまたはイオン化可能ガスを含んでいる。たとえば、第１のガスは、不活性ガス、例えば希ガス（すなわちヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン）を含むことができる。第２のガスは、プロセスガスを含んでいる。たとえば、第２のガスは、ハロゲン含有ガス、例えばＣｌ２、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＮＦ３など）を含むことができる。加えて、たとえば、第２のガスはＣｘＦｙ含有ガス、例えばＣＦ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８を含むことができる。ここで、ｘおよびｙは、１以上の整数である。
【００４９】
図１０〜図１４に記載されたガス注入グリッド３４０（３４０Ａ、３４０Ｂ）は、アルミニウムのような金属、またはアルミナのようなセラミックから作られることができる。別の形態として、ガス注入グリッド３４０は、石英、シリコン、炭化珪素、窒化シリコン、窒化アルミニウム、またはカーボンで製作されることができる。加えて、ガス注入グリッド３４０は、コーティングによって保護されていることができる。例えば、コーティングは、表面陽極酸化、プラズマ電解酸化を使用して形成されたコーティング、または熱溶射皮膜（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｐｒａｙ  ｃｏａｔｉｎｇ）のようなスプレーコーティングのうちの１つを含むことができる。実施例において、コーティングは、Ａｌ２Ｏ３、およびＹ２Ｏ３のうちの少なくとも１つを含むことができる。他の例では、コーティングは、第ＩＩＩ列元素（周期表の列ＩＩＩ）、および、ランタニド系元素のうちの少なくとも１つを含む。他の例では、ＩＩＩ列元素は、イットリウム、スカンジウム、およびランタンのうちの少なくとも１つを含む。他の例では、ランタニド系元素は、セリウム、ジスプロシウム、およびユウロピウムのうちの少なくとも１つを含む。別の実施形態において、コーティングを形成する複合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、およびＤｙＯ３のうちの少なくとも１つを含む。他の例では、コーティングは、Ｋｅｒｏｎｉｔｅ（Ｋｅｒｏｎｉｔｅ株式会社（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ＰＯ  Ｂｏｘ  ７００，  Ｇｒａｎｔａ  Ｐａｒｋ，  Ｇｒｅａｔ  Ａｂｉｎｇｔｏｎ，  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  ＣＢ１  ６ＺＹ，  ＵＫ）から市販されている表面コーティング処理）を含むことができる。他の例では、コーティングは、シリコン、炭化珪素、アルミナ、テフロン（登録商標）、ベスペル、またはカプトンのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００５０】
再び図１を参照して、基板１２５は、機械的なクランピングシステムまたは電気的なクランピングシステム、例えば静電クランピングシステムを介して基板ホルダ１２０に固定されることができる。さらにまた、基板ホルダ１２０は、基板ホルダ１２０から熱を受け、そして、熱を熱交換器システム（図示せず）に移送し、または、加熱するときには、熱交換器システムから熱を移送する再循環クーラントフローを含む冷却システムを更に含むことができる。さらに、ガスは、基板１２５と、基板ホルダ１２０との間のガスギャップ熱伝導を改良するために、裏面ガスシステムを介して基板１２５の裏面に供給されることができる。基板の温度コントロールが上昇するか減少する温度で必要なときに、このようなシステムは利用されることができる。たとえば、裏面ガスシステムは、２ゾーンガス分配システムを含むことができ、そこにおいて、ヘリウム気体ギャップ圧力は、基板１２５の中心と、エッジとの間を独立して変化させることができる。他の実施の形態において、加熱／冷却素子、例えば抵抗加熱部材または熱電気ヒータ／冷却装置は、基板ホルダ１２０、同じく処理チャンバ１１０のチャンバ壁、および、プラズマ処理システム１００内の他のいかなるコンポーネントにも含まれることができる。
【００５１】
さらにまた、基板ホルダ１２０は、ラジオ周波数（ＲＦ）パワーが処理空間１１８のプロセスプラズマに結合される電極を含むことができる。たとえば、基板ホルダ１２０は、ＲＦ発振器（図示せず）から、インピーダンスマッチングネットワーク（図示せず）を介して、基板ホルダ１２０にＲＦ電力の伝達を介したＲＦ電圧で電気的にバイアスをかけられることができる。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚまでの範囲である。プラズマ処理のためのＲＦバイアスシステムは、当業者にとって周知である。
【００５２】
代わりとして、ＲＦ電力は、複数の周波数で基板ホルダ電極に印加される。さらにまた、インピーダンスマッチングネットワークは、反射パワーを減少することによってプラズマ処理チャンバ１０のプラズマへのＲＦ電力の移送を改良するために役に立つ。マッチングネットワークトポロジ（例えばＬ−タイプ、π−タイプ、Ｔ−タイプなど）、および自動制御法（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｍｅｔｈｏｄｓ）は、当業者にとって周知である。
【００５３】
温度制御システム１７０は、ガス注入グリッド１３０の温度を制御するために必要なコンポーネントを含むことができる。たとえば、温度制御システム１７０は、熱伝達流体の温度を制御するための熱交換器と、ガス注入グリッド１３０の１つ以上のチャネルに熱伝達流体の流量を供給し制御するためのポンプおよびマスフローコントローラと、温度感知装置と、コントローラなどとを含むことができる。
【００５４】
電気バイアスコントロールシステム１７５は、ガス注入グリッド１３０に電気的にバイアスをかけるために必要なコンポーネントを含むことができる。電気バイアスは、直流（ＤＣ）電気バイアス、もしくは交流（ＡＣ）電気バイアス、またはそれらの組合せを含むことができる。たとえば、電気バイアスは、ラジオ周波数（ＲＦ）電気バイアスを含むことができる。電気バイアスコントロールシステム１７５は、電圧／電流源またはパワーソース、電圧または電流またはインピーダンスの測定デバイス、コントローラなどを含むことができる。
【００５５】
排気システム１８０は、１秒あたり約５０００リットル（および、より高い）までの排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力をスロット調整するためのゲートバルブとを含むことができる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来のプラズマ処理装置において、１秒あたり１０００〜３０００リットルのＴＭＰは、一般に使用される。さらに、チャンバ圧力をモニタリング（図示せず）するためのデバイスは、処理チャンバ１１０に結合されることができる。圧力測定デバイスは、たとえば、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（アンドーバー、ＭＡ）から市販されているタイプ６２８Ｂ  Ｂａｒａｔｒｏｎ絶対キャパシタンスマノメータであることができる。
【００５６】
なお図１を参照し、コントロールシステム１９０は、マイクロプロセッサ、メモリ、および、プラズマ処理システム１００と通信し、プラズマ処理システム１００からの出力をモニターするのと同様に、プラズマ処理システム１００への入力をアクティブにするために十分な制御電圧を生成することが可能なデジタル入出力ポートを含むことができる。さらに、コントローラ１９０は、処理チャンバ１１０、基板ホルダ１２０、プラズマソース１３０、ガス注入グリッド１４０、第１のガス供給１５０、第２のガス供給１６０、温度制御システム１７０、電気バイアスコントロールシステム１７５、および、排気システム１８０に結合されることができ、それらと情報を交換することができる。たとえば、メモリに格納されたプログラムは、エッチングプロセスまたは堆積プロセスを実行するために、プロセスレシピによってプラズマ処理システム１００の上記コンポーネントへの入力をアクティブにするために利用されることができる。コントローラ１９０の１つの実施例は、テキサス州、オースティンのデル社から入手可能な、デルプレシジョンワークステーション６１０（登録商標）である。
【００５７】
コントローラ１９０は、プラズマ処理システム１００に対して近くに位置づけられることができ、または、それは、プラズマ処理システム１００に対して離れて位置づけられることができる。たとえば、コントローラ１９０は、直接接続、イントラネット、インターネット、および、ワイヤレス接続のうちの少なくとも１つを使用してプラズマ処理システム１００とデータを交換することができる。コントローラ１９０は、たとえば、顧客サイト（すなわちデバイスメーカーなど）でイントラネットに、接続されることができ、または、それは、たとえば、ベンダーサイト（すなわち装置製造業者）でイントラネットに、接続されることができる。加えて、たとえば、コントローラ１９０は、インターネットに接続されることができる。さらにまた、別のコンピュータ（すなわちコントローラ、サーバなど）は、直接接続、イントラネット、およびインターネットのうちの少なくとも１つを介して、データを交換するために、コントローラ１９０にアクセスすることができる。また、当業者によって理解されるように、コントローラ１９０は、ワイヤレス接続を介してプラズマ処理システム１００とデータを交換することができる。
【００５８】
ここで図１５を参照して、プラズマ処理システムを操作する方法は、記載されている。方法は、プラズマ処理システム、例えば、図１〜図１４に記載されたプラズマ処理システムに、基板を配置することに関する５１０で開始するフローチャート５００を含む。たとえば、基板は、プラズマ空間を規定するように構成された上部チャンバ部分と、処理空間を規定するように構成された下部チャンバ部分とを有する処理チャンバ内に配置されることができる。
【００５９】
５２０において、第１のガスは、上部チャンバ部分と、下部チャンバ部分との間に配置されたガス注入グリッドから、プラズマ空間へ導入される。５３０において、第２のガスは、ガス注入グリッドから処理空間へ導入される。
【００６０】
５４０において、プラズマは、上部チャンバ部分に結合されたプラズマソースを使用して第１のガスから、プラズマ空間内に形成される。５５０において、ガス注入グリッドを介して処理空間をプラズマ空間に結合させることによって、プロセス化学は、基板を処理するための処理空間内に形成される。
【００６１】
ここで図１６を参照して、プラズマ処理システムの均一性を制御する方法は、実施形態によって提供される。方法は、基板をプラズマ処理システム、例えば図１〜図１４に記載されたプラズマ処理システムに配置することに関する６１０で開始するフローチャート６００を含む。たとえば、基板は、プラズマ空間を規定するように構成された上部チャンバ部分と、処理空間を規定するように構成された下部チャンバ部分とを有する処理チャンバに配置されることができる。
【００６２】
６２０において、第１のガスは、上部チャンバ部分と、下部チャンバ部分との間に配置されたガス注入グリッドから、プラズマ空間へ導入される。プラズマ空間への第１のガスの導入は、上記の通りに、ガス注入グリッドに形成された複数のゾーンから起こる。第１のガスを導入するための各々のゾーンは、１つ以上の注入オリフィスを有するガス注入グリッドに形成されたガスチャンネルを含み、ガスチャンネルは、第１のガス供給システムに独立して接続される。図にて図１３および図１４に示したように、各々のゾーンは、たとえば、径方向に形成されることができる。
【００６３】
６３０において、第２のガスは、ガス注入グリッドから処理空間へ導入される。任意に、プラズマ空間への第２のガスの導入は、上記の通りに、ガス注入グリッドに形成された複数のゾーンから起こる。第２のガスを導入するための各々のゾーンは、１つ以上の注入オリフィスを有するガス注入グリッドに形成されたガスチャンネルを含み、ガスチャンネルは、第２のガス供給システムに独立して接続される。各々のゾーンは、たとえば、径方向に形成されることができ、図１３および図１４の第１のガスのために示される方式と同様である。
【００６４】
６４０において、プラズマ空間への第１のガスのフローは、基板の空間的に均一なプロセスを提供するために調整される。プラズマ空間への第１のガスの局所的な流量は、局所的なプラズマの密度を上げるか、または下げるかする。たとえば、プラズマソースの高出力動作の間、ホットプラズマは、非常に加熱され、したがって、流量の増加は、第１のガスのイオン化の過剰に至ることができる（すなわちプラズマ密度の増加）。別の形態として、たとえば、プラズマソースの低出力動作の間、ホットプラズマは、それ自体を維持し、流量の増加は、電子温度の消失（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）に導くことができる（すなわち中性と電子との間の衝突の消失）。したがって、プラズマ密度の減少に至る。一つの実施例において、ガス注入グリッドは、上記の通り、プラズマ空間に第１のガスを導入するための複数のゾーンを含むことができる。各々のゾーンに対する流量は、プロセスレシピの範囲内で、エッチングまたは堆積プロセスの対して、特定のプロセスのためのプラズマ空間のプラズマ密度の最適の空間的分布を達成するために、利用されることができる。例えば、実験計画法（ＤＯＥ）は、最適の結果を生ずるように各々のゾーンに対する流量の最適のセットを決定するために実行されることができる。
【００６５】
任意に、処理空間への第２のガスのフローは、基板の空間的に均一なプロセスを提供するために調整される。
【００６６】
６５０において、上部チャンバ部分に結合されたプラズマソースを使用して第１のガスから、プラズマは、プラズマ空間に形成される。６５０において、プロセス化学は、ガス注入グリッドを介して処理空間をプラズマ空間に結合させることによって基板を処理するための処理空間に形成される。
【００６７】
本発明の特定の典型的な実施形態だけが上で詳述されたが、当業者は、本発明の新規進歩の事項から逸脱することなく多数の変更態様が可能であることを容易に理解する。したがって、全てのこのような変更態様は、本発明の範囲内に含まれることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムの簡略化された概略表現を示す図である。
【図２】図１に記載されたプラズマ処理システムのためのプラズマソースの簡略化された概略表現を示す図である。
【図３】図１に記載されたプラズマ処理システムのためのプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。
【図４】図１に記載されたプラズマ処理システムのためのプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。
【図５】図１に記載されたプラズマ処理システムのためのプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。
【図６】図１に記載されたプラズマ処理システムのためのプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。
【図７】図１に記載されたプラズマ処理システムのためのプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。
【図８】図１において記載されるプラズマ処理システムのためのプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。
【図９Ａ】媒体の電磁波伝搬の概略表現を提供する図である。
【図９Ｂ】媒体の電磁波伝搬の概略表現を提供する図である。
【図１０】実施形態に係る処理チャンバの一部の分解図を提供する図である。
【図１１】実施形態に係る処理チャンバの一部の分解図を提供する図である。
【図１２】別の実施形態に係る処理チャンバの一部の分解図を提供する図である。
【図１３】実施形態に係るガス注入グリッドの上面図を示す図である。
【図１４】別の実施形態に係るガス注入グリッドの上面図を示す図である。
【図１５】実施形態に係るプラズマ処理システムを操作する方法を提供する図である。
【図１６】実施形態に係るプラズマ処理システムの均一性を制御する方法を提供する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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