(57)【要約】  真空プラズマプロセッサは、接地された壁および出口ポートを有するチャンバを含む。プラズマは、壁および出口ポートから離間したチャンバ領域内で第１ＲＦ周波数で励起される。構造は、プラズマを領域に閉じ込めるとともに、ガスが領域から出口ポートへ流れることを可能にする。閉じ込め構造に接続された第２周波数のＲＦ電力は、閉じ込め構造を、接地と異なる電位になるようにさせて、プラズマと閉じ込め構造との間のシースのサイズが増加し、閉じ込め構造の有効性が増す。領域は、第１周波数に対して直列共振し、シースの静電容量を含む回路によってアースに接続された電極を含む。
2008527634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバを備える真空プラズマプロセッサであって、
前記処理チャンバは、基準電位の壁と、出口ポートと、前記壁および前記出口ポートから離間し、プラズマが中で励起されるようになっている領域と、前記プラズマを実質的に前記領域に閉じ込めるための構造であって、ガスが前記領域から前記出口ポートへ流れることを可能にするギャップを含む構造と、実質的に異なる電圧を前記構造上の異なる離間した電気導体に同時に電気結合させ、電場が前記導体間のギャップ内に存在するようにさせる電力源とを有し、
前記電場は、前記電力源からの電力を前記プラズマ閉じ込め構造上の前記導体へ電気結合しない状態で得られるのに比べて、前記領域に対する前記プラズマのより大きな閉じ込めをもたらす
真空プラズマプロセッサ。
【請求項２】
処理チャンバを備える真空プラズマプロセッサであって、
前記処理チャンバは、基準電位の壁と、出口ポートと、前記壁および前記出口ポートから離間し、プラズマが中で励起されるようになっている領域と、前記プラズマを実質的に前記領域に閉じ込めるための構造と、前記閉じ込め構造に接続された電力源と、前記プラズマと前記閉じ込め構造との間に形成される傾向を有するシースとを有し、
前記電力源および前記閉じ込め構造は、電場を前記閉じ込め構造に供給するように構成され、
前記電場は、前記電力源が前記閉じ込め構造に接続されない状態で、前記プラズマと前記閉じ込め構造との間に形成される前記シースのサイズと比較して、前記閉じ込め構造内で前記シースのサイズを増加させるのに十分であり、
前記閉じ込め構造に印加されるように構成された前記電力は、前記閉じ込め構造に印加されるように構成された前記電圧が前記基準電位と異なる値を有する成分を常に含むように、多相を有する
真空プラズマプロセッサ。
【請求項３】
前記電力源はＡＣ源を含み、
前記ＡＣ源は、前記閉じ込め構造と前記壁との間の電荷キャリアがプラズマに形成されることを実質的に防止するための前記閉じ込め構造に、印加されるように構成される周波数および電力レベルを有する
請求項２に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４】
前記周波数は４．０ＭＨｚ未満のＲＦ周波数である
請求項３に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項５】
前記閉じ込め構造に印加されるように構成される前記電力は、９０°だけ分離した２相を含む
請求項２に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項６】
前記閉じ込め構造に印加されるように構成される前記電力は、１２０°だけ分離した３相を含む請求項２に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項７】
前記構造は少なくとも３つの異なる導体を含み、
前記閉じ込め構造に印加されるように構成される前記電力は、ＲＦであり、１２０°だけ分離した３相を含み、
前記電力源は、前記構造上の前記少なくとも３つの異なる電気導体に前記３相を同時に印加するように構成される
請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項８】
前記構造は、少なくとも２つの異なる導体を含み、
前記閉じ込め構造に印加されるように構成される前記電力は、ＲＦであり、９０°だけ分離した２相を含み、
前記電力源は、前記構造上の前記少なくとも２つの異なる電気導体に前記２相を同時に印加するように構成される
請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項９】
前記閉じ込め構造は、前記プラズマが中で励起されるようになっている領域を囲み、かつ、前記領域と同心の部材を含み、
前記部材は、前記領域と同心の、第１、第２、および第３の電気導体を搭載し、
前記第３導体は、前記第１および第２導体を囲み、かつ、前記基準電位に接続され、
前記第１および第２導体は前記２相に応答するように接続される
請求項８に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１０】
前記部材は誘電体を含み、前記導体は誘電体で覆われる
請求項９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１１】
前記閉じ込め構造は、前記導体のうちの少なくとも１つの導体を搭載する部材と積層関係にある少なくとも１つのルーバを含み、
前記ルーバはそれぞれ、前記プラズマが中で励起されるようになっている領域を囲み、かつ、前記領域と同心である
請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１２】
前記部材および前記ルーバは前記領域に関して同軸のリングを備える
請求項１１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１３】
前記電力源はＡＣ源を含み、
前記閉じ込め構造は前記プラズマが中で励起されるようになっている前記領域を囲む少なくとも１つの部材を含み、
前記少なくとも１つの部材は、前記領域を囲む第１、第２、第３、および第４の電気導体を搭載し、
前記第４導体は、前記第１、第２、および第３導体を囲み、かつ、前記基準電位に接続され、
前記第１、第２、および第３導体は、前記ＡＣ源の３相に応答するように接続される
請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１４】
前記部材は誘電体を含み、前記導体は誘電体で覆われる
請求項１３に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１５】
前記閉じ込め構造は、前記部材と積層関係のルーバを含み、
前記ルーバは、前記プラズマが中で励起されるようになっている前記領域を囲み、
前記ルーバの少なくともいくつかは、前記第１、第２、および第３電気導体にキャパシティブに結合する
請求項１３に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１６】
前記部材および前記ルーバは前記領域に関して同軸のリングを備える
請求項１４に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１７】
前記部材および前記導体は前記領域と同心である
請求項１３に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１８】
（ａ）前記プラズマが中で励起されるようになっている領域は、前記領域内で前記プラズマに電気結合するように構成された第１および第２電極を含み、
（ｂ）前記領域および前記閉じ込め構造は、シースを前記閉じ込め構造と前記プラズマとの間に存在させるように構成され、
前記シースは静電容量を有し、
真空プラズマプロセッサは、前記プラズマをＡＣ周波数に励起するための前記第１電極に接続されるさらなる電力源と、前記第２電極と前記基準電位の端子との間で電気接続される直列共振回路とをさら含み、
前記電極および前記共振回路は、前記第２電極と前記プラズマとの間の前記シースの静電容量が前記共振回路に含まれるように構成され、
前記共振回路は、前記ＡＣ周波数にほぼ等しい共振周波数を有する
請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項１９】
処理チャンバを備える真空プラズマプロセッサであって、
前記処理チャンバは、基準電位の壁と、出口ポートと、前記壁および前記出口ポートから離間し、プラズマが中で励起されるようになっている領域と、前記プラズマを前記領域に閉じ込めるための構造であって、ガスが前記領域から前記出口ポートへ流れることを可能にするギャップを含む構造と、前記閉じ込め構造に接続され、電場が前記ギャップ内に存在するようにさせるための電力源と、前記閉じ込め構造によるプラズマ閉じ込めの程度を効果的に監視する配置構成と、前記閉じ込め構造によるプラズマ閉じ込めの程度の指標に基づいて、前記閉じ込め構造に印加される前記電力のパラメータを制御するコントローラとを有する
真空プラズマプロセッサ。
【請求項２０】
前記ギャップの長さは、前記プラズマが中で励起されるようになっている前記領域から前記出口ポートへの流体の流れを制御するために可変である
請求項１９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２１】
前記監視用配置構成は、前記ギャップの前記長さの指標を生成するように構成される
請求項１９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記監視用配置構成に応答するように構成される
請求項１９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２３】
前記パラメータは電圧を含み、
前記第１部材と前記第２部材との間の間隔は、前記プラズマが中で励起されるようになっている前記領域から前記出口ポートへの流体の流れを制御するために可変である
請求項１９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２４】
処理チャンバを備える真空プラズマプロセッサであって、
前記処理チャンバは、基準電位の壁と、出口ポートと、前記壁および前記出口ポートから離間し、プラズマが中で励起されるようになっている領域と、前記プラズマを前記領域に閉じ込めるための構造であって、ガスが前記領域から前記出口ポートへ流れることを可能にするギャップを含む構造と、前記閉じ込め構造に接続され、電場が前記ギャップ内に存在するようにさせるための電力源とを有し、
前記ギャップの長さは、前記プラズマが中で励起されるようになっている前記領域から前記出口ポートへの流体の流れを制御するために可変であり、
前記ギャップの前記長さの指標を生成する供給源と、前記ギャップの前記長さの指標に基づいて、前記閉じ込め構造に印加される前記電力のパラメータを制御するコントローラとを有する
真空プラズマプロセッサ。
【請求項２５】
前記コントローラは、前記ギャップの前記長さの前記指標に応答するように構成される
請求項２４に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２６】
前記パラメータは電圧を含む
請求項２４に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２７】
前記電力源はＡＣ源を含み、
前記閉じ込め構造は、前記プラズマが中で励起されるようになっている前記領域を囲み、
前記部材は前記電気導体の少なくとも１つの電気導体を搭載し、
前記少なくとも１つの導体は前記領域を囲む
請求項１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２８】
前記電気導体のうちの複数の電気導体が前記領域を囲み、
前記複数の導体の少なくとも別の１つの導体は前記基準電位にある
請求項２７に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの導体および前記導体の前記別の導体は同じ部材に搭載される
請求項２８に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３０】
前記同じ部材は前記壁に固定式に機械接続される
請求項２９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３１】
工作物を保持する構造をさらに含み、
前記同じ部材は前記工作物を保持する前記構造に固定式に機械接続される
請求項２９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３２】
工作物を保持する構造をさらに含み、
前記同じ部材は、前記工作物保持構造から離間し、かつ、前記工作物保持構造の上に離間するルーバ上にある
請求項２９に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの導体および前記導体のうちの別の導体は、それぞれ、第１および第２の異なる部材上にある
請求項２８に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３４】
工作物を保持する構造をさらに含み、
前記第１および第２の異なる部材は、それぞれ、前記工作物保持構造の上に異なる距離だけ離間した、第１および第２の異なるプラズマ閉じ込めルーバである
請求項３３に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３５】
前記第１および第２導体は前記領域の中心軸から半径方向にほぼ整列する
請求項３４に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３６】
前記第１および第２導体は前記ＡＣ源の第１および第２出力端子の電圧に応答するように接続される
請求項３５に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３７】
前記第２導体および前記第２端子は前記基準電位にある
請求項３６に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３８】
前記第１導体および前記第１端子は前記ＡＣ源の第１位相に応答するように接続され、
前記第２導体および前記第２端子は前記ＡＣ源の第２位相に応答するように接続される
請求項３６に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項３９】
前記第１ルーバは前記第１導体を囲む第３導体を含み、
前記第２ルーバは前記第２導体を囲む第４導体を含み、
前記第３および第４導体は前記基準電位に接続される
請求項３８に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの導体および前記少なくとも１つの別の導体は、第１、第２、および第３の異なる部材に搭載される
請求項２８に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４１】
工作物を保持する構造をさらに含み、
前記第１、第２、および第３の異なる部材は、それぞれ、前記工作物保持構造から異なる距離だけ離間した、第１、第２、および第３の異なるプラズマ閉じ込めルーバである
請求項４０に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４２】
前記第１、第２、および第３のルーバは、それぞれ、前記第１、第２、および第３導体をそれぞれ囲む、第４、第５、および第６導体を含む
請求項４１に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４３】
前記第１、第２、および第３導体は、それぞれ、前記ＡＣ源に応答するように接続され、
前記第４、第５、および第６導体は、前記基準電位にある
請求項４２に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４４】
真空プラズマプロセッサであって、
基準電位の壁及び出口ポートを有する処理チャンバと、
前記壁および前記出口ポートから離間し、プラズマが中で励起されるようになっている領域であって、前記プラズマが中で励起されるようになっている該領域は、該領域内で前記プラズマに電気結合するように構成された第１および第２電極を含み、前記プラズマを該領域に閉じ込めるとともに、ガスが前記領域から前記出口ポートへ流れることを可能にする閉じ込め構造および前記プラズマが中で励起されるようになっている該領域は、シースを前記閉じ込め構造と前記プラズマとの間に存在させるように構成され、前記シースは静電容量を有する領域と、
前記第１電極に接続され、前記プラズマをＡＣ周波数に励起するための電力源と、
前記第２電極と前記基準電位の端子との間で電気接続される直列共振回路であって、前記閉じ込め構造、前記電極、および該共振回路は、前記閉じ込め構造と前記プラズマとの間の前記シースの静電容量が該共振回路に含まれるように構成され、該共振回路は前記電力源の前記ＡＣ周波数にほぼ等しい共振周波数を有する直列共振回路とを備える
真空プラズマプロセッサ。
【請求項４５】
前記共振回路は、前記第２電極と前記基準電位の前記端子との間で、互いに直列接続されたインダクタおよびコンデンサを含む
請求項４４に記載の真空プラズマプロセッサ。
【請求項４６】
基準電位の壁および出口ポートを有する処理チャンバを含む真空プラズマプロセッサの動作方法であって、
前記処理チャンバは、前記壁および前記出口ポートから離間した領域と、プラズマを前記領域に閉じ込めるとともに、ガスが前記領域から前記出口ポートへ流れることを可能にする構造と、前記プラズマと前記閉じ込め構造との間に形成される傾向を有するシースとを含み、
方法は、
前記領域内でプラズマを励起することと、前記プラズマが前記領域内で励起され、ガスが前記領域から前記出口へ流れる間、前記閉じ込め構造に前記基準電位と異なる電位を印加することとを含み、
前記閉じ込め構造に印加される前記電位は、電場が前記閉じ込め構造内に確立されるようにさせ、前記電場は前記電力が前記閉じ込め構造に印加されない状態で、前記プラズマと前記閉じ込め構造との間に形成される前記シースのサイズと比較して、前記シースのサイズを前記閉じ込め構造内で増加させるのに十分であり、それにより、前記閉じ込め構造に電位がまったく印加されない場合に比べて、前記閉じ込め構造に前記電位が印加される場合に前記領域に対する前記プラズマのより大きな閉じ込めが存在する
真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項４７】
前記電場は、前記閉じ込め構造と前記壁との間の電荷キャリアがプラズマ内に形成されることを実質的に防止する周波数および電力レベルを有するＡＣを前記閉じ込め構造に印加することによって生成される
請求項４６に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項４８】
前記周波数は、４ＭＨｚ未満、かつ、少なくとも４００ＫＨｚのＲＦ周波数であり、
前記閉じ込め構造に印加される前記ＡＣの前記電力は約５０ワット未満であり、
前記閉じ込め構造に印加される前記ＡＣ電圧は約３００ボルト未満である
請求項４７に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項４９】
前記閉じ込め構造に印加される前記電力は、前記閉じ込め構造に印加される前記電圧が前記基準電位と異なる値を有する成分を常に有するように、多相を有する
請求項４８に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５０】
前記閉じ込め構造に印加される前記電力は９０°だけ分離した２相を含む
請求項４９に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５１】
前記閉じ込め構造に印加される前記電力は１２０°だけ分離した３相を含む
請求項４９に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５２】
前記閉じ込め構造に印加される前記電力は、前記閉じ込め構造に印加される前記電圧が前記基準電位と異なる値を有する成分を常に含むように、多相を有する
請求項４６に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５３】
前記閉じ込め構造に印加される前記電力は９０°だけ分離した２相を含む
請求項５２に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５４】
前記閉じ込め構造に印加される前記電力は１２０°だけ分離した３相を含む
請求項５２に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５５】
前記閉じ込め構造は、前記電力を前記閉じ込め構造に印加する電圧源に接続された部材の上に積層関係の複数のルーバを含み、
電場を前記部材から前記ルーバにキャパシティブに結合させる
請求項５２に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５６】
前記閉じ込め構造は、前記プラズマを実質的に閉じ込める第１および第２の離間した部材を含み、
前記閉じ込め構造によるプラズマ閉じ込めの程度の指標に基づいて、前記第１部材と前記第２部材との間の間隔を変えることによって、前記プラズマが中で励起される前記領域から前記出口ポートへの流体の流れを制御する
請求項４６に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５７】
前記制御するステップは、前記閉じ込め構造によるプラズマ閉じ込めの程度の指標に基づいて、前記閉じ込め構造に印加される前記電力のパラメータを変えることを含む
請求項５６に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５８】
プラズマ閉じ込めの程度の前記指標は前記第１部材と前記第２部材との間の前記間隔である
請求項５６に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項５９】
前記閉じ込め構造は前記プラズマを閉じ込める第１および第２の離間した部材を含み、
前記第１部材と前記第２部材との間の前記間隔の指標に基づいて、前記第１部材と前記第２部材との間の電圧を変えることによって、前記プラズマが中で励起される前記領域から前記出口ポートへの流体の流れを制御する
請求項４６に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項６０】
前記閉じ込め構造は前記プラズマを閉じ込める第１および第２の離間した部材を含み、
前記閉じ込め構造に印加される電圧を変えることによって、前記プラズマが中で励起される前記領域から前記出口ポートへの流体の流れを制御する
請求項４６に記載の真空プラズマプロセッサの動作方法。
【請求項６１】
基準電位の壁および出口ポートを有する処理チェンバと、
前記壁および前記出口ポートから離間し、プラズマが中で励起されるようになっている領域と、
前記プラズマを前記領域に閉じ込めるとともに、ガスが前記領域から前記出口ポートへ流れることを可能にする構造であって、前記プラズマが中で励起される領域は前記領域内で前記プラズマに電気結合する第１および第２電極を含み、該閉じ込め構造および前記プラズマが中で励起される領域は、シースが該閉じ込め構造と前記プラズマとの間で形成させるようにさせ、前記シースは静電容量を有する構造と、
前記第１電極に接続され、前記プラズマをＡＣ周波数に励起するための電力源と、
前記第２電極と前記基準電位の端子との間で電気接続される直列共振回路とを含み、
前記閉じ込め構造、前記電極、および前記共振回路は、前記閉じ込め構造と前記プラズマとの間の前記シースの静電容量が、前記共振回路に含まれるように構成される、真空プラズマプロセッサの動作方法であって、
前記共振回路が前記電力源の前記ＡＣ周波数にほぼ等しい共振周波数を有するようにさせることを含む
真空プラズマプロセッサの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、プラズマプロセッサに関し、より詳細には、電気駆動式閉じ込め構造を有する閉じ込め式プラズマ領域を含むプラズマプロセッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空プラズマプロセッサは、通常、半導体、誘電体、および金属基材である工作物上に材料を堆積させ、材料をエッチングするのに使用される。ガスは、工作物が配置される真空プラズマ処理チャンバ内に導入される。チャンバ圧は、通常、０．１〜１０００トルの範囲である。ガスは、ＲＦ電場または電磁場に応答してＲＦプラズマに着火される。ＲＦ場は、磁気および静電ＲＦ場の両方をガスに結合する、通常、電極アレイかコイルのいずれかの、リアクティブインピーダンス要素によって提供される。リアクティブインピーダンス要素は、比較的高い第１ＲＦ周波数および十分な電力を有するのでガスがプラズマに着火される、第１ＲＦ源に接続される。一般に、ガスは、チャンバの上部を通してチャンバ内に導入され、チャンバの底部から取り出される。ガスが、励起領域内に流れるためのシャワーヘッド効果を実現するために、チャンバの上部の電極が、励起領域内への一連のバッフルおよび開口に連結されることが一般的である。工作物は、通常、チャンバ内のプラズマ励起領域の底部の電極上に取り付けられる。あるチャンバでは、工作物を搭載する電極は、第１ＲＦ周波数を供給されるリアクティブインピーダンス要素であり、工作物を搭載する電極から離間した、第２の、通常、上部の電極は、基準電位、通常、アースに接続される。他のチャンバでは、上部電極は、第２ＲＦ周波数を供給される。基準電位、すなわち、アースの外部金属壁配置構成と、外部壁から離間した、すなわち、チャンバの内部内のプラズマ閉じ込め領域とを備えるチャンバを、設けることが知られている。
【０００３】
プラズマ閉じ込め領域は、プラズマが領域から流れることを防止し、未荷電ガス分子が閉じ込め領域から流れることを可能にするように設計された、リング形状ルーバなどの構造を含む。未荷電ガス分子は、閉じ込め領域の周縁の付近で、対向する隣接表面間の１つまたは複数のギャップを通して流れる。ギャップ（複数可）から、未荷電ガスは、閉じ込め領域とチャンバ壁との間のチャンバ領域内を、真空ポンプに接続されたチャンバの出口まで流れる。
【０００４】
電荷粒子を含まず、プラズマ密度によって決まる厚さを有するシースが、閉じ込め領域ギャップ（複数可）とプラズマとの間に形成される。リング形状ルーバの隣接対間のギャップ（複数可）の間隔は、シースが、ルーバの隣接対間のギャップ（複数可）を通って全体に延びる厚さを有するようなものである。結果として、電荷粒子は、チャンバ外部壁上に入射せず、（１）閉じ込め領域内でのプラズマのよりよい制御および閉じ込め領域の外側でのより清浄なチャンバが提供され、（２）プラズマがチャンバのこれらの部分に入射しないことの結果として、閉じ込め領域の外側のチャンバの部分に対する損傷が低減される。
【０００５】
しかし、閉じ込め領域を有する典型的な従来技術のプラズマプロセッサでは、プラズマ閉じ込めの喪失が時折存在する、すなわち、プラズマが、閉じ込め領域の外側とチャンバ壁との間のチャンバ部分に存在することが知られている。プラズマ閉じ込めの喪失は、通常、（１）ギャップ（複数可）を通るプラズマの直接輸送、および／または、（２）リング形状ルーバ、すなわち、閉じ込めリングの外側でのプラズマ発生による。プラズマの漏れは、事実上、ＲＦ電極が、閉じ込め領域の外側とチャンバ壁との間で、閉じ込め領域からチャンバ領域まで、ギャップ（複数可）を通してＲＦ電位のプラズマを運ぶことであるため、理由（１）と（２）は相互に関係がある。たぶん、閉じ込め構造ギャップ（複数可）を通したプラズマの漏れが存在しない場合、プラズマを形成するための、閉じ込め領域の外側でガスに着火するのに十分なＲＦ電圧が、閉じ込め領域の外側に存在しないと思われる。
【０００６】
典型的な従来技術の閉じ込め構造を用いて、プラズマ閉じ込めの喪失を完全に防止するために必要な厚さを有するシースを確立するためには、ルーバの隣接対間のギャップの面する表面間の分離が、たびたび、非常に狭くなり、それによって、閉じ込め領域の内部と、閉じ込め領域の外側のチャンバの部分との間に、かなりのガスフローインピーダンスが存在する。その結果、閉じ込め領域内に、および、閉じ込め領域から、流れるガスの流量はしばしば最適でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、新しく、かつ、改善された閉じ込め領域を有するプラズマプロセッサを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、チャンバ壁から離間した領域に対するプラズマの増進された閉じ込めを提供するようにプラズマプロセッサを動作させる新しく、かつ、改善された方法を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、閉じ込め領域内でプラズマ閉じ込めに悪い影響を与えることなく、閉じ込め領域の内側と、閉じ込め領域の外側のチャンバの部分との間で、ガスフローインピーダンスが低い、すなわち、ガスフローコンダクタンスが高い閉じ込め領域を有するプラズマプロセッサを提供することである。
【００１０】
本発明の付加的な目的は、閉じ込め領域を有するプラズマプロセッサを動作させる新しく、かつ、改善された方法を提供することであり、閉じ込め領域内でプラズマ閉じ込めに悪い影響を与えることなく、閉じ込め領域の内側と、閉じ込め領域の外側のチャンバの部分との間に、低いガスフローインピーダンス、すなわち、高いガスフローコンダクタンスが存在するように、プラズマプロセッサが動作する。
【００１１】
本発明の付加される目的は、少なくとも１つのギャップを有する、新しく、かつ、改善された閉じ込め領域を有するプラズマプロセッサを提供することであり、ギャップ（複数可）の対向する隣接表面間の間隔が、閉じ込め領域内でプラズマ閉じ込めに悪い影響を与えることなく拡げる。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、少なくとも１つのギャップを有する閉じ込め領域を有するプラズマプロセッサを動作させる新しく、かつ、改善された方法を提供することであり、プラズマプロセッサは、ギャップ（複数可）の対向する隣接表面間の間隔が、閉じ込め領域内でプラズマ閉じ込めに悪い影響を与えることなく拡けることができるように動作する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、真空プラズマプロセッサは、処理チャンバを備え、処理チャンバは、（１）基準電位（例えば、アース）の壁と、（２）出口ポートと、（３）壁および出口ポートから離間し、プラズマが中で励起される領域と、（４）プラズマを領域に閉じ込めるための構造であって、ガスが領域から出口ポートへ流れることを可能にするギャップを有する、構造とを有する。閉じ込め構造に接続される電力源は、閉じ込め構造内のギャップの境界が、基準電位と異なる電位になるようにさせる。
【００１４】
本発明のさらなる態様は、処理チャンバを含む真空プラズマプロセッサを動作させる方法に関し、処理チャンバは、（１）基準電位の壁と、（２）出口ポートと、（３）壁および出口ポートから離間した領域と、（４）プラズマを領域に閉じ込めるとともに、ガスが、領域から出口ポートへ流れることを可能にする構造とを有する。この方法は、領域内でプラズマを励起すること、および、プラズマが、領域内で励起される間、閉じ込め構造に、基準電位と異なる電位を印加することを含む。
【００１５】
シースは、プラズマと閉じ込め構造内のギャップ（複数可）の境界との間に形成される傾向を有する。電力源および閉じ込め構造は、好ましくは、電力源が閉じ込め構造に接続されない状態で、プラズマと閉じ込め構造ギャップ（複数可）との間に形成されるシースのサイズと比較して、閉じ込め構造ギャップ（複数可）内でシースのサイズが増加するように構成される。
【００１６】
電力源は、好ましくは、ＡＣ源を含み、ＡＣ源は、閉じ込め領域内の電荷キャリアが、プラズマ内に形成されることを防止するために、閉じ込め構造内のギャップの境界に印加される。
【００１７】
電力源による、ギャップ内でのガスのイオン化を防止するために、好ましくは、（１）周波数は、約４ＭＨｚ未満のＲＦ周波数であり、（２）ギャップの対向する隣接表面間のギャップにおける電場は、約３ボルト／メートル未満である。
【００１８】
閉じ込め構造からのプラズマの流出を防止するのを補助するために、ある実施形態において閉じ込め構造に印加されるＡＣ電力は、閉じ込め構造に印加される電圧が、基準電位と異なる値を有する成分を常に含むように、多相を有する。閉じ込め構造に印加される電力は、好ましくは、９０°だけ分離した２相または１２０°だけ分離した３相を含む。
【００１９】
閉じ込め構造は、好ましくは、プラズマが中で励起されるようになっている領域を囲み、かつ、領域と同心の絶縁性部材を含む。部材は、好ましくは、領域と同心の３つ、または、４つの電気導体を搭載する。２相の実施形態では、３つの導体が存在し、導体のうちの１つの導体は、残りの導体を囲み、基準電圧に接続される。残りの導体は、電力の２つの異なる相に応答するように接続される。３相の実施形態では、４つの導体が存在し、導体のうちの１つの導体は、基準電圧に接続され、３つの残りの導体はそれぞれ、３相のそれぞれの異なる相に電気接続される。導体とプラズマとの間、また、導体とチャンバ内の他の構造との間の必要な電気絶縁を提供するために、導体は、誘電体で作られた部材を搭載し、導体は、誘電体によって覆われる。
【００２０】
閉じ込め構造は、一般に、積層関係の複数のルーバを含む。ルーバはそれぞれ、プラズマが中で励起されるようになっている領域を囲み、かつ、領域と同心である。ある実施形態では、ルーバは、ルーバ上の電極に単相または多相を供給することができるＡＣ源に接続される円形電極を搭載する。
【００２１】
プラズマが中で励起される領域は、閉じ込め構造に印加されるＡＣ周波数と異なる、第１周波数を有するＡＣ源によって駆動される第１電極を含む。第１電極は、領域内のプラズマに第１周波数を電気結合させる。直列共振回路は、好ましくは、（１）第１電極に面する第２電極と、（２）基準電位の端子との間で電気接続される。第２電極および共振回路は、第２電極とプラズマとの間のシースの静電容量が、共振回路に含まれるように構成される。共振回路は、直列タイプであり、第１周波数にほぼ等しい共振周波数を有するため、共振回路は、第１周波数について低いインピーダンスを有する。この配置構成は、チャンバ壁と閉じ込め構造との間でのプラズマ形成をさらに防止するのを補助するために、閉じ込め領域からの第１周波数の流出を防止するのに役立つ。
【００２２】
閉じ込め構造に印加される電圧は、好ましくは、閉じ込め構造ギャップの幅に応答して制御される。
【００２３】
本発明のさらなる態様は、真空プラズマプロセッサおよび真空プラズマプロセッサを動作させる方法に関し、プロセッサは、処理チャンバを含み、処理チャンバは、（１）基準電位の壁と、（２）出口ポートと、（３）壁から離間し、プラズマが中で励起されるようになっている領域と、（４）プラズマを領域に閉じ込めるとともに、ガスが、領域から出口ポートへ流れることを可能にする構造とを有する。プラズマが中で励起される領域は、領域内でプラズマと電気結合する第１および第２電極を含む。第１電極に結合する電力源は、プラズマをＡＣ周波数に励起する。共振回路は、第２電極と基準電位の端子との間で電気接続される。第２電極および共振回路は、プラズマと第２電極との間のシースの静電容量が電力源のＡＣ周波数にほぼ等しい共振周波数を有する共振回路に含まれるように、構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここで、図面の図１が参照され、プラズマプロセッサ１０は、真空チャンバ１２を含み、好ましくは、チャンバが中心縦軸１３に関して対称であるような円柱構成を有するものとして示される。チャンバ１２は、ＲＦおよびＤＣ基準電位（例えば、アース）に維持される、高電気伝導性の円柱金属側壁１４ならびに円形天井１６および円形ベース１８を含む。天井１６は、その下部面に高電気伝導性リング２１を搭載する環状外側高電気伝導性金属プレート２０を含む。プレート２０およびリング２１は、壁１４に電気的かつ機械的に接続されるため、プレート２０およびリング２１もまた、ＲＦおよびＤＣアース電位にある。天井１６はまた、円形電極２２、および、電極２２をプレート２０から分離し、電気絶縁する環状電気絶縁体２４を含む。プレート２０、リング２１、電極２２、および絶縁体２４は、軸１３に関して同軸である。
【００２５】
ベース１８は、壁１４に電気的かつ機械的に接続されるため、ＲＦおよびＤＣアース電位にある、環状外側金属プレート２６を含む。プレート２６は、高電気伝導性金属リング２８を搭載し、高電気伝導性金属リング２８は、チャンバ１２内に突出し、プレート２６に機械的かつ電気的に接続されるため、リングもまた、ＲＦおよびＤＣアース電位にある。リング２８は、高電気伝導性フランジ２９を搭載し、高電気伝導性フランジ２９は、チャンバ１２の半径方向内側に延びるため、ベースプレート２６に平行で、かつ、ＲＦおよびＤＣアース電位にある。プレート２６はまた、リング２８の内側側壁に接触する外側側壁およびフランジ２９の下部面を支える上部面を有する管状電気絶縁体３０を搭載する。絶縁体３０の上部面はまた、好ましくは半導体ウェハであるが、誘電体または金属基材である可能性がある、工作物３６を搭載するための、電気絶縁体リング３２および円形電極３４を搭載する。リング３２は、フランジ２９の内側縁と電極３４の外側縁にそれぞれ隣接する外側縁と内側縁を有するため、電極３４をフランジ２９から電気絶縁させる。電極３４は、しばしば、ＤＣチャッキング電圧源（図示せず）に接続される静電チャックとして構成され、その場合、電極３４は、工作物が、チャンバ１２内でプラズマによって処理されている間に、工作物３６を冷却する配置構成（図示せず）を含む。リング２８およびフランジ２９の同一平面上にある上部面は、好ましくは、石英で作られた絶縁体リング３７を搭載する。リング３７は、リング３２の外周からリング２８の外周まで延び、工作物が電極３４にチャッキングされると、工作物３６の上部面よりやや低い上部面を有する。プレート２６、リング２８、フランジ２９、絶縁体３０、リング３２、電極３４、およびリング３７は、軸１３に関して同軸であり、円形周縁を有する。すなわち、工作物３６が、電極３４上で適切に所定場所にあるとき、工作物もまた、軸１３に関して同軸になる。
【００２６】
適切な供給源（図示せず）からのプロセスガスは、電極２２を通して、プラズマ励起領域３８内に導入され、電極２２は、シャワーヘッド効果によって、プロセスガスが領域３８内に流れるように、一連のバッフルおよび開口を含む。プラズマ励起領域３８において、プロセスガスは、プラズマに変換され、プラズマは、工作物３６を処理する。電極２２および３４がそれぞれ比較的高い周波数および比較的低い周波数で励起領域に結合させる電場に応答して、プロセスガスはプラズマに変換される。好ましい実施形態では、高い周波数と低い周波数はそれぞれ約２７ＭＨｚと４．０ＭＨｚである。電極２２に供給される高い周波数の電力量は、主に、励起領域３８内のプラズマの密度を制御し、一方、電極３４に供給される低い周波数の電力量は、主に、プラズマ内のイオンエネルギーを制御する。低い周波数と高い周波数は、好ましくは、約４．０ＭＨｚと２７ＭＨｚであるが、プラズマ密度およびイオンエネルギーを制御する他の、また、３つ以上の適した周波数、ならびに、プラズマの他のパラメータを採用することができることが理解される。
【００２７】
軸１３に関して同軸であるプラズマ励起領域３８は、領域がルーバ配置構成４０を含むため、側壁１４から離間する。一実施形態では、配置構成４０のルーバは、ＤＣおよびＲＦについて接地されており、高い電気伝導性を有する、垂直に積層された３つの電気的に接地された円形リング４１〜４３を含む。接地されたリング４１〜４３ならびにリング２１および２９は、好ましくは、約２×１０3Ω−センチメートルの高い電気伝導性を有するようにドープされたシリコンカーバイドで作られ、領域３９内のプラズマの過酷な環境に耐えることができる。接地されたリング４１〜４３は、高い電気伝導性を有する他の材料、例えば、アルミニウムまたはグラファイトで作ることができる。接地されたリング４１〜４３は、金属ポスト４６によって、接地された金属プレート２０に電気的かつ機械的に接続される。軸１３に関して同軸であり、互いに対して固定して配置される接地されたリング４１〜４３は、リング２８の外周の外側にある整列した外縁、および、リング２８の外周の内側にある整列した内縁を有する。
【００２８】
リング４１〜４３の電気的接地は、ルーバ内の領域３８にプラズマを閉じ込めるのを補助する。リング４１〜４３の機械的関係はまた、もはやイオン化していないか、または、領域３８内でイオン化しなかったガスが、リング間の開口を通って、全体に水平方向に流れることを可能にしながら、プラズマを閉じ込めるのを補助する。ガスは、リング４１〜４３の間の空間を通り、軸１３に関して同軸であり、リング２８の外側壁および壁１４の内部によって、それぞれ画定される内側壁および外側壁を含む環状通路４８内に流れる。そのため、領域３８は、チャンバ壁１４から離間したプラズマ閉じ込め領域と考えられることができる。
【００２９】
通路４８の底部は、プレート２６内の開口４９によって、導管（図示せず）に接続され、次に、ポンプ（図示せず）に接続され、ポンプは、ガスをチャンバ１２の内部から吸出し、領域３８の外側のチャンバ内部を、通常、５０ミリトル未満、好ましくは、約５〜１０ミリトルを有する真空に維持する。領域３８内の圧力は、通常、かなり高い、例えば、２０〜５００ミリトルである。
【００３０】
領域３８とチャンバの残りとの間の、すなわち、内部領域３８から外部領域４８への、異なる圧力およびガス流の状況について、要求されるプラズマ閉じ込めを実現するのを補助するために、リング３７と４１の対向する面間の間隔が、モータ４７によって変更される。リング３７と４１との間の可変間隔（モータ４７とルーバ配置構成４０との間で結合した従来の機械式メカニズムを用いて得ることができる）は、領域３８内のガス圧および領域３８から通路４８へのガス流量を決定するのに役立ち、その結果、間隔を調整することは、閉じ込め領域の圧力、プラズマ閉じ込めの程度、およびガス流量を制御するのを補助する。モータ４７は、コントローラ４９の出力信号によって駆動され、コントローラ４９は、設定点源５１からの流量設定点信号に応答する。
【００３１】
プラズマ励起領域３８は、電極２２および３４、導電性リング２１および２９、および、絶縁体リング２４および３２、ならびに、ルーバリング４１〜４３によって境界付けられる。励起領域３８内のプラズマは、プラズマの間で静電容量を形成する中性粒子のシースによって境界付けられる。プラズマは、一般に、電極２２および３４上の抵抗性負荷として考えることができ、表面は、領域３８の境界を画定する。シースの両端のＤＣバイアス電圧は、電極２２および３４に供給される周波数の電力の合計によって主に制御される。
【００３２】
ＤＣバイアス、したがって、電極３４に関連するシース静電容量は、電極２２とプラズマとの間のＤＣ電圧を監視するためのＤＣ電圧プローブ（図示せず）を含むことによって能動的に制御することができる。こうしたＤＣ電圧プローブは、シース厚モニタ、および、インダクタ７６を含む直列共振回路７４の可変コンデンサ７２の値を制御するコンデンサコントローラ７０の一部である。電圧プローブはまた、コントローラ７０が、電極３４に供給される電力を制御するための信号を生成するようにさせ、それにより、比較的高いＤＣバイアス電圧が、プラズマ励起領域内部のすべての表面で維持される。
【００３３】
回路５０および５２は、それぞれ、電極２２および３４について、約２７ＭＨｚおよび４．０ＭＨｚの励起を提供する。回路５０は、領域３８内のガスをプラズマ状態に励起し、プラズマに所望の密度を提供するように、電極２２にエネルギー供給するのに十分な電力を有する２７ＭＨｚ電力源を含む。回路５２は、電極３４上の実質的なＤＣバイアス電圧および励起領域３８内でのプラズマ内の所望のイオンエネルギーを確立するように電極３４にエネルギー供給するのに十分な電力を有する４．０ＭＨｚ電力源を含む。
【００３４】
ＲＦ源５４および６０はそれぞれ、（１）電力源５４の出力インピーダンスおよび電力源５４が駆動する負荷（電極２２と領域３８内のプラズマを含む）と、（２）電力源６０の出力インピーダンスおよび電力源６０が駆動する負荷（電極３４と領域３８内のプラズマを含む）との間のインピーダンス整合を提供するリアクタンス（図示せず）を含むドライブ整合ネットワーク５６および６２を駆動する。ネットワーク５６および６２は、整合を達成するように制御される可変リアクタンスまたは固定リアクタンスを含むことができ、その場合、電力源５４および６０の周波数は、整合を達成するように制御される。
【００３５】
シース厚モニタおよび静電容量コントローラ７０は、電極２２上か、または、電極２２に隣接するＤＣバイアス監視プローブによって生成される電圧に応答する。コントローラ７０は、プローブによって生成されるＤＣ電圧を、プローブによって監視されるシースの静電容量を指示する信号に変換する。監視されたシース静電容量を指示する信号に応答して、コントローラ７０は、４ＭＨｚ電力源６０の周波数について直列共振を達成するために、コンデンサ７２の値に必要とされる静電容量変化を指示する信号を生成する。電力源６０が可変周波数タイプである場合、コントローラ７０は、電力源６０によって生成される正確な周波数を指示する信号（図示せず）に応答する。コントローラ７０は、コンデンサ７２の値に必要とされる静電容量変化を指示する生成信号に従ってコンデンサ７２の値を制御するための、モータなどの適切なアクチュエータを含む。
【００３６】
電力源６０の周波数での直列共振が励起領域３８内のプラズマとアースとの間の回路７４で達成されるようにコンデンサ７２を制御することによって、電力源６０の周波数についての電極２２とアースとの間の回路を通して低インピーダンスが提供される。電力源６０の周波数についての電極２２とアースとの間の回路７４の直列インピーダンスは、通常、電力源６０の周波数についての励起領域３８とチャンバ１２の壁との間のインピーダンスより著しく小さい。その結果、ルーバ配置構成４０のルーバ間およびルーバ４１の下部面と絶縁リング３７の上部面との間のガスを通して、励起領域３８からチャンバ１２の壁に、電力源６０からの十分な電流は流れない。これは、領域３８に対する、プラズマ内の４ＭＨｚエネルギーの実質的な閉じ込めをもたらす。
【００３７】
電極３４上、または、電極３４に隣接したシース厚を監視し、電極３４とアースとの間に、２７ＭＨｚ電力源５４の周波数に等しい共振周波数を有する第２直列共振回路を接続することによって、同様な結果を達成することができることが理解される。第２直列共振回路は、コントローラ７０と類似するコントローラによって制御される値を有する可変コンデンサを含むであろう。直列共振回路は、回路７４の種々の部品に相当する回路部品によって達成されることができることもまた理解される。
【００３８】
ルーバ４１〜４３の対向する面間、および、ルーバ４１の低部面とリング３７の上部面との間の距離の実質的な増加は、閉じ込め領域３８の外側でのプラズマ着火を引き起こすことなく、これらの面間の空間（すなわち、ギャップ）に電力を印加することによって、達成されることができる。特に、ゼロなしで、４００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの周波数を有するＲＦ場の印加は、こうした電力の印加がない状態で提供される状況と比べて、対向する面間の距離が、実質的に増加することを可能にする。ギャップ長の増加は、ルーバ４１〜４３の対向する面とリング３７との間の空間を通る、励起領域３８からのイオン化してないガスのかなり大きな流量、ならびに、電極２２を通る、領域３８内へのプロセスガスの増加した流量をもたらす。こうした電場の印加は、ルーバ４１〜４３の対向する面間で、また、ルーバ４１の低部面とリング３７の上部面との間で、シースの厚さと長さを増加させると思われる。シースの厚さと長さの増加は、プラズマが、面間のギャップを通して励起領域３８から流出する傾向を減らすようである。
【００３９】
電場は、工作物３６を保持する構造に固定して機械的に接続された、電極アレイ８０から生成される。特に、アレイ８０は、ルーバ４１〜４３のそれぞれの中心と内側縁との間に存在するように、リング３７の上部面上で、かつ、外縁（ｏｕｔｅｒ  ｅｄｇｅ）に隣接して配置される。電極アレイ８０は、軸１３に関して同軸であり、また、電極アレイ上に入射することがあるプラズマによる電極の汚れを防止するために適した誘電体で覆われる、複数の同心の、円形電気ワイヤ（すなわち導体または電極）を含む。アレイ８０のリード線のうちの１つは、接地され、一方、残りのリード線は、ケーブル８２によって多相ＲＦ電力源８４に接続される。ケーブル８２は、アレイ８０内のワイヤの数に等しい多数のリード線を含む。ケーブル８２は、ケーブルのリード線に接触する第１面、ならびに、（１）リング２８の外表面、（２）プレート２６の上部面、内部面、および、壁１４の内側面のそれぞれに接触する第２面を有する絶縁物を含み、それにより、ケーブル８２内のリード線は、リング２８、プレート２６、および壁１４のアース電位に非常に接近しているが、それらから電気絶縁される。こうした配置構成は、ケーブル８２内のリード線が、迷走電圧を拾い上げることを防止するのを補助する。
【００４０】
多相ＲＦ電力源８４は、４００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの周波数を有し、電力源８４の周波数は、電力源６０または５４の周波数と大幅に異ならなければならない。１つの好ましい実施形態では、電力源８４は、２．０ＭＨｚの周波数を有する。電力源８４の周波数が４００ｋＨｚ未満である場合、アレイ８０のワイヤおよびケーブル８２に関連するキャパシティブリアクタンスが、著しく高く、ルーバ４１〜４３の間の、また、絶縁体リング３７の上部面とルーバ４１との間のシース電圧を、電極が超えることになる可能性が存在する。こうした状況は、ルーバ構造を通過するガスの着火をもたらし、それにより、電場の目的を台なしにする。電力源の周波数が４ＭＨｚを超える場合、アレイ８０の接地されたリード線の伝送線路効果が見られ、それにより、アレイ８０の接地されたリード線は、もはや、等電位構造と考えられない、すなわち、接地されていない。アレイ８０の接地されたリード線が、等電位構造でない場合、ルーバ４１〜４３の間、また、絶縁体リング３７の上部面とルーバ４１との間を通過するガスは、着火される可能性がある。
【００４１】
多相ＲＦ電力源８４の位相は、アレイ８０が、リング３７と４１〜４３との間のギャップに印加する電場にゼロが存在しないようなものである。すなわち、閉じ込め構造のアレイ８０に印加される電圧は、アースである基準電位と異なる値を有する成分を常に有する。一実施形態では、ＲＦ電力源８４は、一対の正弦波を生成し、一対の正弦波は、互いから９０°だけ変位し、アレイ８０の一対の内部リード線またはワイヤに印加される。この実施形態では、アレイ８０は、接地され、かつ、電力源８４によってエネルギー供給される２つのリード線の外側にある１つのさらなるリード線を含み、ケーブル８２は、電力源８４とアレイ８０のワイヤとの間で接続される３つのリード線を含む。第２の実施形態では、ＲＦ電力源８４は、３の正弦波を生成し、３つの正弦波は、互いから１２０°だけ変位し、アレイ８０の３つの内部ワイヤに印加される。第２の実施形態では、アレイ８０は、接地され、かつ、電力源８４によってエネルギー供給される３つのリード線の外側にある第４ワイヤを含み、ケーブル８２は、電力源８４とアレイ８０のワイヤとの間で接続される４つのリード線を含む。３相配置構成は、プラズマにモーメントを与え、それにより、モーメントの方向は、アレイ８０のワイヤに瞬間的に印加される位相順序に依存する。
【００４２】
ＲＦ電力源８４は、コントローラ４９が、ルーバ４１の下部面とリング３７の上部面との間の間隔の指標に応答して変える可変電圧振幅を有する。電力源８４の電圧の制御は、電力源５１がコントローラに供給する流量設定点に応答して、コントローラ４９が生成する信号に直接応答することができる。あるいは、ルーバ４１の下部面とリング３７の上部面との間の間隔は、電力源８４の電圧を制御するために監視されることができる。ルーバ４１の下部面とリング３７の上部面との間の間隔が増加するにつれて、電力源８４の電圧が増加して、より大きな振幅を有する電場が、リング３７と４１〜４３との間のギャップに供給される。しかし、電力源の高電圧から生じる電場が、リング３７と４１〜４３との間のギャップにおいて、プラズマへのガスの着火をもたらす可能性があるため、電力源８４の電圧は、過度に高くすることができない。一実施形態では、エネルギー供給された、すなわち、接地されないアレイ８０のワイヤに、電力源８４が印加することができる最大電圧および電力は、着火を防止するためにそれぞれ３００ボルトおよび５０ワットである。
【００４３】
２相の実施形態は、図２に示され、電極アレイ８０を形成する、同心の電気メッキされた３つの銅ワイヤ、すなわち導体または電極９１、９２、および９３を備える。電極９１〜９３は、リング３７の外縁９４に近接するリング３７の上部面上に堆積される（図面を簡略化するために、リング３７の内縁は示されない）。電極９１〜９３は、プラズマ閉じ込めの増進を実現するために、軸１３に関して同軸であり、電極が、外縁より内縁に近くなるように、ルーバ４１の下部面の、それぞれ、内縁９６と外縁９８との間にある。１つの特定の実施形態では、電極９１、９２、および９３はそれぞれ、約３ｍｍの半径方向広さを有し、電極の隣接対間に約１．５ｍｍの半径方向ギャップを有する。電極９１〜９３は、絶縁体で覆われ、特定の実施形態では、絶縁体は、約０．５ｍｍの厚さを有するカプトンテープである。
【００４４】
外部電極９１は、ケーブル８２の接地されたリード線１００に接続され、一方、内部電極９２および９３は、それぞれ、ケーブル８２のリード線１０１および１０２に接続される。リング３７は、電極９１〜９３の周縁の周りに、同じ角度位置においてメッキされたスルーホール（図示せず）を含む。メッキされたスルーホールは、リード線１００〜１０２に接続される。
【００４５】
リード線１０１および１０２は、多相ＲＦ電力源８４に接続され、多相ＲＦ電力源８４は、互いから９０°だけ位相変位した２つのＲＦ正弦波電圧を、内部電極９２および９３に供給する。ＲＦ電力源８４は、特定の実施形態では、従来設計の、位相スプリッタ１０６を駆動する２ＭＨｚ発生器１０４を含む。位相スプリッタ１０６は、２ＭＨｚ発生器１０４の出力に応答して、互いから９０°だけ位相変位し、かつ、発生器１０４の周波数にある、等しい振幅の電圧を、リード線１０１および１０２に供給する。位相スプリッタ１０６は、リード線１００に接続された接地された出力端子を含む。電極９２および９３の２相励起ならびに電極９１のアース状態の結果として、互いから９０°位相変位し、かつ、発生器１０４の周波数にある２相ＡＣ電場は、リング３７と４１〜４３との間のギャップに結合される。その結果、リング３７と４１〜４３との間のギャップに結合される２相ＡＣ電場の結合値は、決してゼロ値を有さず、それにより、ギャップを通してプラズマが流出する可能性が最小になる。
【００４６】
３相の実施形態は、図３に示され、電極アレイ８０を形成する、同心の電気メッキされた４つの銅ワイヤ、すなわち導体または電極１１０〜１１３を備える。電極１１０〜１１３は、リング３７の外縁９４に近接するリング３７の上部面上に堆積される（図面を簡略化するために、リング３７の内縁は示されない）。電極１１０〜１１３は、軸１３に関して同軸であり、ルーバ４１の下部面の、それぞれ、内縁９６と外縁９８との間にあり、それにより、電極が、外縁より内縁に近くなって、プラズマ閉じ込めの増進が実現される。１つの特定の実施形態では、電極１１０〜１１３はそれぞれ、約３ｍｍの半径方向広さを有し、電極の隣接対間に約１．５ｍｍの半径方向ギャップを有する。電極１１０〜１１３は、絶縁体で覆われ、特定の実施形態では、絶縁体は、約０．５ｍｍの厚さを有するカプトンテープである。
【００４７】
外部電極１１０は、ケーブル８２の接地されたリード線１１６に接続され、一方、内部電極１１１、１１２、および１１３は、それぞれ、ケーブル８２のリード線１１７、１１８、および１１９に接続される。リング３７は、電極１１０〜１１３の周縁の周りに、同じ角度位置においてメッキされたスルーホール（図示せず）を含む。メッキされたスルーホールは、リード線１１６〜１１９に接続される。
【００４８】
リード線１１７〜１１９は、多相ＲＦ電力源８４に接続され、多相ＲＦ電力源８４は、互いから１２０°だけ位相変位した３つのＲＦ正弦波電圧を、内部電極１１１、１１２、および１１３に供給する。ＲＦ電力源８４は、特定の実施形態では、従来設計の、位相スプリッタ１２２を駆動する２ＭＨｚ発生器１０４を含む。位相スプリッタ１２２は、２ＭＨｚ発生器１０４の出力に応答して、互いから１２０°だけ位相変位し、かつ、発生器１０４の周波数にある、等しい振幅の電圧を、リード線１１７〜１１９に供給する。位相スプリッタ１２２は、リード線１１６に接続された接地された出力端子を含む。電極１１１〜１１３の３相励起ならびに電極１１０のアース状態の結果として、互いから１２０°位相変位し、かつ、発生器１０４の周波数にある３相ＡＣ電場は、リング３７と４１〜４３との間のギャップに結合される。その結果、リング３７と４１〜４３との間のギャップに結合される３相ＡＣ電場の結合値は、決してゼロ値を有さず、それにより、ギャップを通してプラズマが流出する可能性が最小になる。
【００４９】
ここで、図１に示す装置の改良版の分解図である図面の図４が参照され、電気絶縁された、固定ルーバ閉じ込めリング１３１および１３２は、ルーバ閉じ込めリング４１〜４３を置き換える。ルーバリング１３１および１３２は、軸１３に関して半径方向に整列して配置され、図１において、リング２８と天井１６に関してルーバ４１〜４３が配置されるのと同じ方法で、リング２８の上部表面と天井１６との間で、互いから垂直に離間する。ルーバ１３１および１３２は、垂直に整列する円形電極１３５および１３６をそれぞれ搭載する、対向する面を含み、電極１３５および１３６は、電極の外縁が、リング２８の垂直に延びる外壁と、垂直方向にほぼ整列するように配置される。電極１３５および１３６の内縁は、リング２８の外壁の内部にある。電極１３５および１３６は、アレイ８０の電極が覆われるのと同じ方法で、電気絶縁体によって覆われる。図４の実施形態では、リング３７上のアレイ８０の電極（図１）は、ルーバ１３１および１３２上の電極１３５および１３６によって置き換えられる。
【００５０】
電極１３５は、電気伝導性のあるリード線１３８によって接地された壁１４に接続されるため、電気的に接地されている。電極１３６は、壁１４を貫通しての延び、かつ、壁から電気絶縁されたリード線１４０の一端に接続される。電極１３６から反対のリード線１４０の端は、リード線１４０および電極１３６を、整合ネットワーク１４６を介して駆動する、単相ＲＦ発生器１４４を含む、ＲＦ電力源１４２に接続される。実際に構築される実施形態では、発生器１４４は、４００ＫＨｚの周波数を有した。整合ネットワーク１４６は、多くの場合、固定部品を含むことができ、あるいは、整合ネットワーク１４６は、従来の特質を持つ、適切な整合インピーダンス検出回路（図示せず）に応答して、値が変更される可変部品を含むことができる。
【００５１】
動作時、電力源１４４によって励起される電極１３６から生じるＲＦ電場は、接地された電極１３５および天井１６に結合する。（１）電極１３５と１３６との間、および、（２）電極１３６と天井１６との間に確立されるＲＦ場は、ルーバ１３１と１３２との間、および、ルーバ１３２と天井１６との間のシース効果を増大させるのに十分な強度である。しかし、電場強度は、ルーバ１３１と１３２との間、および、ルーバ１３２と天井１６との間の領域においてプラズマ励起を引き起こすのに十分ではない。
【００５２】
図４の装置に関して実際に実施された試験では、電極１３５および１３６のエネルギー供給がない状態でのルーバ１３１および１３２の閉じ込め効果と比較して、アースおよび４００ＫＨｚ発生器１４４にそれぞれ接続された電極１３５および１３６に応じて、閉じ込めの改善が起こることがわかった。
【００５３】
ここで、ルーバ１３１および１３２を含む、図４の改良型の図である図５が参照される。図５の実施形態では、ルーバ１３１および１３２は、それぞれ、電極１５１および１５２を搭載し、電極１５１および１５２は、それぞれ、電極１３５および１３６と同じように配置される。図５の実施形態では、ルーバ１３１および１３２の対向する面は、それぞれ、第２のセットの円形電極１５４および１５５を含む。円形電極１５４および１５５は、互いに垂直に整列し、また、電極１５１および１５２が垂直に整列するよりも、軸１３から半径方向に遠くに離間する。したがって、円形電極１５４および１５５の内縁は、リング２８の外壁の外側にあるが、天井１６の外縁の内側にある。
【００５４】
円形電極１５１および１５５は、リード線１５６によって、接地された壁１４に電極１５１と１５５が接続されるため、電気的に接地されている。電極１５２および１５４は、リード線１５８によって電極１５２および１５４に接続されるＲＦ電力源１４２の出力によって並列に駆動され、リード線１５８の一方のリード線は、壁１４を貫通して延び、かつ、壁１４から電気絶縁される。動作時、電力源１４２によって電極１５２に印加されるＲＦ励起は、ＲＦ電場が、励起される電極１５２と接地される電極１５１との間に存在するようにさせる。さらに、ＲＦ電場は、励起される電極１５２と天井１６の接地される面との間に確立される。ＲＦ電場はまた、励起される電極１５４と接地される電極１５５との間、および、励起される電極１５４と金属リング２８の接地される表面との間に確立される。ＲＦ電場が、ルーバ１３１と１３２およびリング２８ならびに天井１６の間のシース効果を増大させて、閉じ込め効果を増進させる。しかし、ＲＦ電場強度は、電極１５１、１５２、１５４、および１５５を搭載し、また、それらの電極に近接する種々の表面の間でのプラズマの形成を防止するように、十分に小さくなければならない。
【００５５】
電極１５１、１５２、１５４、および１５５の間にゼロ電場が決して存在しないように、電極１５１、１５２、１５４、および１５５は、アースおよび多相ＲＦ電力源に接続されることができることが理解される。例えば、電極１５１および１５５は接地され、互いから９０°だけ変位した位相を有するＲＦ電圧は、電極１５２および１５４に供給されることができる。あるいは、電極１５４は接地され、互いから１２０°だけ位相変位したＲＦ電圧は、それぞれ、電極１５１、１５２、および１５５に接続されることができる。
【００５６】
ここで、図６が参照され、図１に示す実施形態は、絶縁性リング２８上のアレイ８０のリング電極が、除去され、円形リング電極１６０、１６２、１６４、および１６６が、絶縁性ルーバリング４１〜４３の水平面上に搭載されるように変更される。リング電極１６０および１６２は、それぞれ、絶縁性ルーバリング４１および４２の上部面および下部面に搭載され、一方、リング電極１６４および１６６は、それぞれ、絶縁性ルーバリング４２および４３の上部面および下部面に搭載される。電極リング１６０および１６２は、電極リングの外縁が、リング２８の垂直に延びる外壁とほぼ整列し、また、電極リングの内縁が、リング２８の外壁より、中心軸１３の近くに位置するように、垂直に整列する。リング電極１６４および１６６は、電極リングの内縁が、リング２８の外壁より外側にあるように垂直に整列する。リング電極１６４および１６６の外縁は、電極１６４および１６６の内縁に比べて、中心軸１３から遠くにある。
【００５７】
４００ＫＨｚ発生器１７０および９０°位相変位器またはスプリッタ１７２を含むＲＦ電力源１６８は、ルーバ４１〜４３の電極にＲＦエネルギーを供給する。ＲＦエネルギーは、プラズマが、ルーバ間、および、電極に隣接するチャンバの部分間の空間に存在することなく、ルーバ４１〜４３に関連するシースの厚さが増加するような値である。位相スプリッタ１７２は、ケーブル１７４の第１および第２リード線に、発生器１７４の周波数を有する、９０°位相変位した第１および第２電圧を供給するように構成される。位相スプリッタ１７２はまた、接地された出力リード線を含む。スプリッタ１７２の位相変位した出力および接地された出力は、ケーブル１７４に供給され、ケーブル１７４は、リング電極１６０、１６２、１６４、および１６６へ接続するために、壁１４を貫通してチャンバ１２の内部に延びる。特に、ケーブル１７４の接地されたリード線は、リング電極１６０および１６６に接続され、一方、位相変位した２つの電圧を運ぶケーブル１７４のリード線は、それぞれ、リング電極１６２および１６４に接続される。その結果、電極１６０と１６２との間の電場は、電極１６４と１６６との間の電場から９０°位相変位する。結果として、ルーバリング４１、４２、および４３の間の領域にはゼロ電場が存在せず、プラズマ閉じ込めが増進される。
【００５８】
本発明の特定の実施形態が述べられ、また、示されたが、添付特許請求項に規定される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、特に示し、述べられた実施形態の詳細における変形が行われてもよいことが明らかであろう。例えば、ルーバと他の構造との間の間隔は固定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】静止構造上の複数のリング形状電極が複数のＲＦ相を供給される、本発明の好ましい実施形態の特徴を含むプラズマプロセッサの断面略図である。
【図２】図１の真空プラズマプロセッサチャンバ内の電極の一実施形態の平面図である。
【図３】図１に示す真空プロセッサチャンバ内の電極の第２の実施形態の平面図である。
【図４】第１ルーバ上の第１リング形状電極はＲＦを供給され、第２ルーバ上の第２リング形状電極は接地される、本発明の別の実施形態の特徴を含むプラズマプロセッサの断面略図である。
【図５】（ａ）第１ルーバ上の第１および第２リング形状電極はそれぞれＲＦおよびアースに接続され、（２）第２ルーバ上の第３および第４リング形状電極はそれぞれＲＦおよびアースに接続される、本発明のさらなる実施形態の特徴を含むプラズマプロセッサの断面略図である。
【図６】リング形状電極は３つ（すなわち、いくつかの）のルーバに搭載され、電極の一部は接地されるとともに、電極の他のものは異なる位相を有するＲＦによって駆動される、本発明のさらなる実施形態の特徴を含むプラズマプロセッサの断面略図である。
【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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【国際調査報告】
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