(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバと、
トロイダル軸の周囲で実質的に径方向に対称なプラズマキャビティ内で、プラズマを発生させるプラズマ源と
を備え、
前記プラズマ源は、
プラズマ発生ブロックと、
前記プラズマ発生ブロックの前記トロイダル軸方向の一方の側において、前記プラズマ発生ブロックに隣接し、前記プラズマ発生ブロックと共に前記プラズマキャビティを実質的に取り囲む平面プレートと、
前記平面プレート内に画定された複数の出口開孔と、
前記プラズマ発生ブロックに隣接して配置されている、磁気コア素子と、
少なくとも部分的に前記磁気コア素子の周囲に巻き付いている、誘導コイルと
を備え、
前記プラズマを発生させるために、前記誘導コイル内の電流が前記磁気コア素子内に磁束を誘起し、かつ、前記磁気コア素子内の前記磁束が前記プラズマキャビティの中に方位角電流を誘起し、
前記平面プレートが、誘電体材料を含み、
前記プラズマ発生ブロックが、導電性の材料を含み、かつ、前記磁束によって誘起された方位角電流を遮断する複数の誘電体断接部を含み、
前記プラズマによって生成されたプラズマ生成物は、前記複数の出口開孔を通り前記プラズマキャビティから前記処理チャンバに向かって進む、プラズマ処理システム。
【請求項２】
前記導電性の材料がアルミニウムである、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項３】
前記処理チャンバは前記トロイダル軸の周囲で実質的に径方向に対称であり、前記プラズマ生成物が前記プラズマキャビティから前記処理チャンバに向けて、径方向全体に均一に分配されるように、前記複数の出口開孔は、前記トロイダル軸に対して対称に配設される、請求項１または２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４】
前記プラズマ源と前記処理チャンバとの間に配置されたディフューザープレートであって、それを通る複数の開孔を画定するディフューザープレートを更に備え、前記ディフューザープレートは、前記ディフューザープレートの前記処理チャンバに面する側に未活性ガスを導く、一又は複数のガス通路を画定する、請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理システム。
【請求項５】
前記磁気コア素子は、前記プラズマ発生ブロックの前記一方の側において閉じておらず、前記プラズマ発生ブロックの前記トロイダル軸方向の他方の側に亘って延在する、アーチ型の磁気コア素子である、請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理システム。
【請求項６】
プラズマ処理システムであって、
チャンバ軸の周囲で実質的に径方向に対称な処理チャンバと、
外側プラズマキャビティ内で第１プラズマを発生させる外側プラズマ源であって、前記外側プラズマキャビティは、前記チャンバ軸と一致しているトロイダル軸の周囲で径方向に対称である、外側プラズマ源と、
内側プラズマキャビティ内で第２プラズマを発生させる内側プラズマ源であって、前記内側プラズマキャビティは、前記チャンバ軸と一致している前記トロイダル軸の周囲で径方向に対称であり、かつ、前記外側プラズマキャビティよりも径方向に内側にある、内側プラズマ源と
を備え、
前記外側プラズマ源と前記内側プラズマ源との各々は、
プラズマ発生ブロックと、
前記プラズマ発生ブロックの前記トロイダル軸方向の一方の側において、前記プラズマ発生ブロックに隣接し、前記プラズマ発生ブロックと共に前記外側プラズマキャビティまたは前記内側プラズマキャビティを実質的に取り囲む平面プレートと、
前記平面プレート内に画定された出口開口部であって、前記外側プラズマキャビティまたは前記内側プラズマキャビティが該出口開口部を通じて前記処理チャンバと流体連通している、出口開口部と、
前記プラズマ発生ブロックに隣接して配置されている、磁気コア素子と、
少なくとも部分的に前記磁気コア素子の周囲に巻き付いている、誘導コイルと
を備え、
前記第１プラズマおよび前記第２プラズマを発生させるために、前記誘導コイル内の電流が前記磁気コア素子内に磁束を誘起し、かつ、前記磁気コア素子内の前記磁束が前記外側プラズマキャビティおよび前記内側プラズマキャビティの中に方位角電流を誘起し、
前記平面プレートが、誘電体材料を含み、
前記プラズマ発生ブロックが、導電性の材料を含み、かつ、前記磁束によって誘起された方位角電流を遮断する複数の誘電体断接部を含み、
前記第１プラズマによって生成されたプラズマ生成物が、前記外側プラズマ源の前記出口開口部を通り、前記外側プラズマキャビティから前記処理チャンバに向かって進み、
前記第２プラズマによって生成されたプラズマ生成物が、前記内側プラズマ源の前記出口開口部を通り、前記内側プラズマキャビティから前記処理チャンバに向かって進む、
プラズマ処理システム。
【請求項７】
前記外側プラズマ源の前記出口開口部と前記内側プラズマ源の前記出口開口部の少なくとも一方は、実質的に方位角的に連続している、請求項６に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記外側プラズマ源の前記平面プレートと、前記内側プラズマ源の前記平面プレートとが、共通の底部プレートにより構成されている、請求項６または７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記内側プラズマ源の前記出口開口部及び前記外側プラズマ源の前記出口開口部は、前記処理チャンバの外側プレート内まで延在し、前記処理システムは、前記外側プレートと前記処理チャンバの中の処理の場所との間に配置された、ディフューザープレートを更に備える、請求項６から８のいずれか一項に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
径方向で前記内側プラズマ源と前記外側プラズマ源との間に配置されている、円形の領域セパレータを更に備え、前記領域セパレータは、前記領域セパレータの円周に沿って、前記処理チャンバの前記外側プレートと前記ディフューザープレートの両方に連続的に接触している、請求項９に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
前記内側プラズマ源及び前記外側プラズマ源への源ガス供給は、前記処理チャンバの中心領域とエッジ領域とで発生するプロセス効果を調節するよう、個別に制御可能である、請求項６から１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１２】
プラズマ処理の方法であって、
トロイダル軸を画定する実質的にトロイダルなプラズマキャビティ内に、源ガスを導入することと、
前記源ガスからプラズマを発生させ、プラズマ生成物を生成するために、前記プラズマキャビティの中に方位角電界を誘起することと、
前記プラズマ生成物を処理チャンバに、前記プラズマキャビティの前記トロイダル軸方向の一方の側において実質的に方位角的に分布している複数の出口開口部を通じて前記処理チャンバ内へと直接、分配することとを含み、
前記プラズマキャビティは、プラズマ発生ブロックと、前記プラズマ発生ブロックの前記一方の側において前記プラズマ発生ブロックに隣接する平面プレートとによって、規定され、
前記複数の出口開口部は、前記平面プレート内に画定され、
前記方位角電界を誘起することは、前記プラズマ発生ブロックに隣接して配置された磁気コア素子内に磁束を誘起し、それによって、前記磁気コア素子内の前記磁束が前記方位角電界を誘起するために、誘導コイル内に電流を提供することを含み、
前記平面プレートが、誘電体材料を含み、
前記プラズマ発生ブロックが、導電性の材料を含み、かつ、前記磁束によって誘起された方位角電流を遮断する複数の誘電体断接部を含む、
方法。
【請求項１３】
一又は複数の未活性ガスと前記プラズマ生成物とを混合することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記一又は複数の未活性ガスと前記プラズマ生成物とを混合することは、前記プラズマ生成物を、ディフューザープレートを通って形成された開孔に通すことと、前記一又は複数の未活性ガスを、前記ディフューザープレート内のガス通路を通じて供給することとを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示は、プラズマ処理設備の分野に広範に適合する。より具体的には、空間的に均一なプラズマ生成物を提供するためのシステム及び方法が、開示される。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］半導体処理では、半導体ウエハ上の材料をエッチングするか、洗浄するか、又は、半導体ウエハ上に材料を堆積させるために、プラズマ処理がよく利用される。かかるプロセスは全て、有利には、処理されるウエハの表面全体にわたり高度に均一である。ここ数年でウエハのサイズが著しく大きくなった一方でフィーチャのサイズは著しく小さくなったため、処理されるウエハ１枚につき、より多くの集積回路が取得可能になっている。典型的なウエハ直径は、１９７０年代の約２インチ又は３インチから、２０１０年代の１２インチ以上にまで、増大した。同じ期間に、市販の集積回路の典型的な最小フィーチャサイズは、約５ミクロンから約０．０１５ミクロンまで減少した。ウエハの大型化と共により小さなフィーチャを処理するには、処理均一性の著しい向上が必要となる。ウエハ以外の被加工物のプラズマ処理も、処理均一性の向上による恩恵を受けうる。
【発明の概要】
【０００３】
［０００３］一実施形態では、プラズマ処理システムは、処理チャンバと、プラズマキャビティ内でプラズマを発生させるプラズマ源とを含む。プラズマキャビティはトロイダル軸の周囲で実質的に対称である。プラズマ源は、プラズマキャビティの第１軸方向側に複数の出口開孔を画定する。プラズマによって生成されたプラズマ生成物は、複数の出口開孔を通りプラズマキャビティから処理チャンバに向かって、軸方向に進む。
【０００４】
［０００４］一実施形態では、プラズマ処理システムは、チャンバ軸の周囲で実質的に径方向に対称な処理チャンバと、外側プラズマキャビティ内で第１プラズマを発生させる外側プラズマ源と、内側プラズマキャビティ内で第２プラズマを発生させる内側プラズマ源とを、含む。外側プラズマキャビティと内側プラズマキャビティとは、チャンバ軸と一致しているトロイダル軸の周囲で径方向に対称である。内側プラズマキャビティは、外側プラズマキャビティよりも径方向に内側にある。外側と内側のプラズマキャビティは、外側プラズマ源の第１軸方向側に沿った、対応する外側出口開口部と内側出口開口部を通じて、処理チャンバと流体連通しており、それによって、第１プラズマによって生成されたプラズマ生成物が、外側と内側の出口開口部を通り外側と内側のプラズマキャビティから処理チャンバに向かって、軸方向に進む。
【０００５】
［０００５］一実施形態では、プラズマ処理の方法は、プラズマ生成物を生成するために、トロイダル軸を画定する実質的にトロイダルなプラズマキャビティの中で、プラズマを発生させることと、プラズマ生成物を処理チャンバに、プラズマキャビティの第１軸方向側に沿って実質的に方位角的に分布している複数の出口開口部を通じて処理チャンバ内へと直接、分配することとを、含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】［０００６］一実施形態によるプラズマ処理システムの主要な素子を概略的に示す。
【図２】［０００７］一実施形態による、直接出口型トロイダルプラズマ源の選択された素子を概略的に示す。
【図３】［０００８］一実施形態による、直接出口型トロイダルプラズマ源の選択された素子を概略的に示す。
【図４】［０００９］一実施形態による、直接出口型トロイダルプラズマ源の選択された素子を概略的に示す。
【図５】［００１０］一実施形態による、直接出口型トロイダルプラズマ源の選択された素子を概略的に示す。
【図６】［００１１］線６−６で切られた図５の直接出口型トロイダルプラズマ源の概略断面図である。
【図７】［００１２］線７−７で切られた図５の直接出口型トロイダルプラズマ源の概略断面図である。
【図８】［００１３］一実施形態による、プレートに隣接してプラズマブロックを配置することによって画定されるプラズマキャビティを有する、直接出口型トロイダルプラズマ源を概略的に示す。
【図９】［００１４］一実施形態による、プレートに隣接してプラズマブロックを配置することによって画定されるプラズマキャビティを有する、別の直接出口型トロイダルプラズマ源を概略的に示す。
【図１０】［００１５］一実施形態による、直接出口型トロイダルプラズマ源を概略的に示しており、内部のプラズマキャビティに源ガスを供給する入口ガスマニホールドを図示している。
【図１１】［００１６］図１０の線１１−１１に沿った概略断面図である。
【図１２】［００１７］一実施形態による、源ガスを導入するためのインラインガス注入ポートを有する直接出口型トロイダルプラズマ源のプラズマブロックを概略的に示す。
【図１３】［００１８］一実施形態による、源ガスを導入するための複数のインラインガス注入ポートを有する直接出口型トロイダルプラズマ源のプラズマブロックを概略的に示す。
【図１４】［００１９］一実施形態による、直接出口型トロイダルプラズマ源のプラズマブロックを概略的に示しており、出口開孔が、プラズマブロックの一方の軸方向側を形成するプレートに垂直な表面に対して複数の角度で、どのように画定されうるかを図示している。
【図１５Ａ】［００２０］一実施形態による、４つの出口開孔が画定されている直接出口型トロイダルプラズマ源を示す、概略底面図である。
【図１５Ｂ】［００２１］一実施形態による、６０を上回る数の出口開孔が画定されている直接出口型トロイダルプラズマ源を示す、概略底面図である。
【図１６】［００２２］一実施形態による、２つの直接出口型トロイダルプラズマ源を含むプラズマウエハ処理システムの断面図を概略的に示す。
【図１７Ａ】［００２３］２つの直接出口型トロイダルプラズマ源の底部プレートのフィーチャが視認できる、図１６のプラズマ処理システムの上面の、上向きの概略平面図を概略的に示す。
【図１７Ｂ】［００２４］図１６のプラズマ処理システムのディフューザープレートの、上向きの概略平面図を概略的に示す。
【図１８】［００２５］一実施形態による、２つの直接出口型トロイダルプラズマ源を含むプラズマウエハ処理システムの断面図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［００２６］本開示は、以下で説明する図面と併せて下記の詳細説明を参照することによって理解されうる。いくつかの図面を通じて、同様の構成要素を表すために類似の参照番号が使用される。図を分かりやすくするために、図面中のある種の素子は縮尺通りに描かれていない可能性があることに、留意されたい。あるアイテムの具体的な例は、括弧内番号（例えば、プラズマブロック２１０（１）、２１０（２）など）を使用することによって表されてよく、その一方で、括弧のない番号は、かかるアイテムの全て（例えば、プラズマブロック２１０）を表す。アイテムの複数の例が図示されている場合には、図を分かりやすくするために、その例の一部のみが標識されうる。
【０００８】
［００２７］図１は、一実施形態によるプラズマ処理システム１００の主要な素子を概略的に示している。システム１００は単一ウエハ・半導体ウエハプラズマ処理システムとして描かれているが、本書の技法及び原理が任意の種類のプラズマ発生システム（例えば、必ずしもウエハ又は半導体を処理するわけではないシステム）に適用可能であることが、当業者には明らかになろう。図１は、システム１００の選択された主要素子のみを示す、単純化された図であることも、理解すべきである。したがって実際の処理システムは、システム１００と比較すると、異なる外観を有し、おそらく追加の素子を内包することになる。
【０００９】
［００２８］処理システム１００は、ウエハインターフェース１１５、ユーザインターフェース１２０、プラズマ処理ユニット１３０、コントローラ１４０、及び、一又は複数の電源１５０のための、ハウジング１１０を含む。処理システム１００は、ガス（複数可）１５５と、電力１７０と、真空１６０と、オプションでそれら以外も含みうる、様々なユーティリティによってサポートされる。図を分かりやすくするために、処理システム１００の中の内部配管及び電気的接続は示されていない。
【００１０】
［００２９］処理システム１００は、第１の場所においてプラズマを発生させ、かつ、このプラズマ及び／又はプラズマ生成物（例えば、イオン、分子断片、フリーラジカル、励起種等）を、処理が行われる第２の場所へと方向付ける、いわゆる間接的な、又は遠隔の、プラズマ処理システムとして図示されている。ゆえに、図１では、プラズマ処理ユニット１３０は、処理チャンバ１３４にプラズマ及び／又はプラズマ生成物を供給する、遠隔プラズマ源１３２を含む。処理チャンバ１３４は、一又は複数のウエハペデスタル１３５を含み、このウエハペデスタル上に、ウエハインターフェース１１５が被加工物５０を処理のために載置する。被加工物５０は、例えば半導体ウエハであるが、他の任意の種類の、プラズマ処理を受けることになる被加工物でもありうる。動作中に、ガス（複数可）１５５がプラズマ源１３２内に導入され、高周波発生装置（ＲＦ  Ｇｅｎ）１６５が電力を供給して、プラズマ源１３２の中でプラズマを点弧する。プラズマ及び／又はプラズマ生成物は、プラズマ源１３２から、被加工物５０が処理される処理チャンバ１３４に移動する。典型的な最新システムは、例えば、プラズマ及び／又はプラズマ生成物を均一に拡散させ、付着させることを企図して、プラズマ及び／又はプラズマ生成物を、ノズル１３３及び／又はディフューザープレート１３７を通して移送しうる。実際のプラズマシステムは、上記以外の多数のオプションのフィーチャ又はサブシステムであって、それを通ってプラズマ源１３２と処理チャンバ１３４との間で、プラズマ、プラズマ生成物、及び／或いは、担体又は追加の処理ガスが流れ、かつ／又は混合する、オプションのフィーチャ又はサブシステムを提供しうる。
【００１１】
［００３０］システム１００の部品として示されている素子は、例として挙げられており、網羅的なものではない。その他の多数の可能な素子、例えば、圧力コントローラ及び／又は流量コントローラ、ガス又はプラズマのマニホールド又は分配装置、イオン抑制プレート、電極、磁気コア、及び／又は他の電磁的装置、機械的センサ、圧力センサ、温度センサ、化学的センサ、光センサ、及び／又は電子センサ、ウエハ又は他の被加工物を処理する機構、視認ポート及び／又は他のアクセスポートなども、含まれうるが、図を分かりやすくするために図示されていない。処理チャンバ１３４内の条件に影響を与える様々な制御方式が、可能である。例えば、処理チャンバ１３４内の圧力をモニタリングすること、及び、上向き又は下向きの全てのガス流を、測定された圧力が所望の圧力のいくらかの公差内に収まるまで調整することによって、圧力が維持されうる。温度は、ヒータ及び温度センサを付加することによって制御されうる。光センサは、発生したままの状態のプラズマ、及び／又は被加工物と相互反応したプラズマの、発光ピークを検出しうる。
【００１２】
［００３１］システム１００の中に示す素子間の内部接続及び協働についても、図を分かりやすくするために図示していない。ＲＦ発生装置１６５及びガス１５５に加えて、それ以外の、真空１６０及び／又は汎用電力１７０といった代表的なユーティリティも、システム１００に接続しうる。システム１００内に示している素子と同様に、システム１００に接続して示されているユーティリティも、網羅的ではなく例示的であることが意図されている。加熱流体又は冷却流体、加圧空気、ネットワーク性能、廃棄物処理システムなどといった、他の種類のユーティリティも、システム１００に接続されうるが、図を分かりやすくするために図示していない。同様に、プラズマは遠隔プラズマ源１３２の中で点弧されると上述したが、後述の原理は、被加工物処理の実際の場所においてプラズマを作り出す、いわゆる「直接（ｄｉｒｅｃｔ）」プラズマシステムにも等しく適用可能である。
【００１３】
［００３２］図１及びこの開示の別の部分では間接プラズマ処理システムが示されているが、本書で開示されている技法、装置、及び方法は、直接プラズマ処理システム（例えば、被加工物（複数可）の所在地でプラズマが点弧される）にも適用可能でありうることが、当業者には明らかになるはずである。同様に、実施形態において、処理システム１００の構成要素は、例えば、（１）複数の処理チャンバを有する単一の処理システムを提供すること、（２）単一の処理チャンバ用の複数の遠隔プラズマ源を提供すること、（３）単一の処理チャンバの中に複数の被加工物固定具（例えばウエハペデスタル１３５）を提供すること、（４）単一の遠隔プラズマ源を利用して、複数の処理チャンバにプラズマ生成物を供給すること、及び／又は、（５）様々な源ガスが処理チャンバに入る前又は入った後に、それらの源ガスが、０回、１回、２回、又はもっと多い回数活性化され（例えば、少なくとも一時的にプラズマの一部として存在し）、かつ、他の源ガスと混合されうるように、直列／並列に組み合わされた、プラズマ源とガス源とを提供することなどのために、再構成され、再分配され、かつ／又は複製されうる。プラズマの一部にまだなっていないガスは、本書では時に、「未活性（ｕｎ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ）」ガスと称される。
【００１４】
［００３３］図２は、一実施形態による、直接出口型トロイダルプラズマ源２００の選択された素子を概略的に示している。プラズマ源２００は、図１の遠隔プラズマ源１３２の一例である。図２及び別の部分に示すフィーチャを説明するために本書で使用される有用な座標系は、トロイダル軸１に沿っている軸方向位置、トロイダル軸１からの距離を表す径方向２、及び、トロイダル軸１の周囲の回転方向を表す方位角方向３を、画定する。本書で開示されているプラズマ源は、プラズマ源のプラズマ発生キャビティが、概してトロイダルであり、トロイダル軸に対して径方向に対称であり、かつ、トロイダル軸に垂直な平面においてトロイダル軸の周囲に延在していると、プラズマ源の図心を通過する（必ずしもプラズマ源の物理的フィーチャを通過するわけではない）トロイダル軸を画定すると見なされる。トロイダル素子の大円周２１は、トロイダル素子の外側境界上に、トロイダル軸の周囲に方位角的に延在するように（例えば、下記でプラズマブロック２１０（１）に関して示すように）画定される。大円周２１は、図を分かりやすくするために、図２のプラズマブロック２１０（１）の周囲全てにわたって延在して示されてはいない。小円周は、例えば図２の小円周２２として図示されている、トロイダル軸１に対する単一の方位角位置において、プラズマブロック２１０（１）などの素子の周囲に延在する。
【００１５】
［００３４］プラズマ源２００は、プラズマブロック２１０（１）と、磁気素子２２０（１）と、誘導コイル２３０とを含む。磁気素子２２０（１）は、少なくとも部分的にプラズマブロック２１０（１）の周囲に延在し、誘導コイル２３０は、少なくとも部分的に磁気素子２２０（１）の周囲に巻きついている。磁気素子２２０（１）はトロイダル形状で図示されているが、磁気素子２２０（１）がトロイダルであることも、円形断面を有することも、或いはプラズマブロック２１０の周囲に完全に延在することも、必要ではない。プラズマブロック２１０（１）は排気されてよく、プラズマ源ガスがプラズマブロック２１０（１）内に導入されうる。プラズマ源ガスがプラズマブロック２１０（１）の中にある状態で、電流が誘導コイル２３０を通過し、磁気素子２２０（１）の中に磁束を誘起する。この磁束は次いで、プラズマブロック２１０（１）の中に電流を誘起し、プラズマを点弧する。
【００１６】
［００３５］ゆえに、プラズマ源２００は、一次電流が誘導コイル２３０を通って流れ、かつ二次電流がプラズマブロック２１０（１）の中を流れる、変圧器に類似していることが分かる。有利には、プラズマ源２００は、プラズマブロック２１０（１）の中で点弧されるガス及び／又はプラズマの中に二次電流を限定し、ゆえに有利には、プラズマブロック２１０（１）は、完全な方位角回路を画定する導体では形成されない。ある種の実施形態では、プラズマブロック２１０（１）は誘電体材料で製造されるが、後述するように、アルミニウムが、多くの場合、プラズマブロック２１０（１）を少なくとも部分的に作製するのに便利な材料である。プラズマブロック２１０（１）がアルミニウム、又は別の実質的に導電性の材料から作製される場合、プラズマブロック２１０（１）の小円周の周囲に延在する一又は複数の誘電体断接部２４０を含むことによって、外部フィールドがプラズマブロック２１０（１）内と連結され、かつ、方位角回路の径路が遮断されうる。
【００１７】
［００３６］プラズマブロック２１０（１）は、複数の方位角位置に、ただしプラズマブロック２１０（１）の単一の軸方向側に、複数の放出開孔であって、それを通じてプラズマ処理に使用するプラズマ生成物が分配される放出開孔を、画定する。例えば図２では、放出開孔は、不可視であるが、図示した矢印の方向にプラズマ生成物を分配するために、出口２５０と接続している。プラズマブロック２１０（１）の一方の軸方向側に沿って、複数の方位角位置に放出開孔を提供することによって、プラズマ源２００は、有利には、出口２５０の円形分布において提供されるプラズマ生成物がプラズマ生成物を発生させるプラズマから等しく離間するように、かかる円形分布を提供する。これにより、プラズマ生成物が円形の空間的に広範なパターンで処理チャンバに到達すると共に、このパターンの全てのポイントでプラズマからの距離が実質的に等しくなるように、プラズマ生成物の円形パターンと処理チャンバとの直接連結が可能になる。
【００１８】
［００３７］本書の直接出口型トロイダルプラズマ源の実施形態の１つの利点は、広範で円形に対称なパターン全体にプラズマ生成物を提供することにあり、このパターンでは、全てのポイントがプラズマから実質的に等距離になる。これにより、場所の違いによってプロセス結果に影響を与えたはずの、再結合効果及び壁面効果における相違が、最少化される。典型的な誘導性プラズマシステムはトロイダルプラズマチャンバを利用してプラズマ生成物を発生させうるが、かかるシステムは、典型的には、単一のポート又はノズルを通じてプラズマ生成物を分配し、このポート又はノズルでは、プラズマから被加工物上の種々の場所までの距離が異なるようになる。
【００１９】
［００３８］本書の実施形態の別の利点は、高電界がイオンを加速することにより内表面を過度にスパッタリング損傷することなく、比較的高圧でプラズマを発生させる能力にある。本書の実施形態は、例えば０．５Ｔｏｒｒ以下〜１００Ｔｏｒｒ以上の圧力動態で、動作しうる。他の種類の誘導結合されたプラズマ源は、プラズマブロックを高電界に曝露することがよくあり、かかる電界は、典型的には、プラズマブロックの付近に位置付けられている誘導コイルから生じる。かかる電界を経由するプラズマ中のイオンは、この電界の方向に加速され、多くの場合、プラズマブロックの内壁に衝突し、そこの材料をスパッタリングする。スパッタリング損傷の結果として、設備寿命が低減し、かつ／又は、余分な保守作業が必要になり、人件費と材料費、及びツールの稼働停止時間が生じることになる。対照的に、本書の設計は、トロイダルプラズマキャビティの方向に沿ったものを除き、電界へのプラズマブロックの曝露を最少化し、それによって、磁気素子に導かれた磁束が、プラズマブロック表面のスパッタリングを引き起こしうる電界の誘起なく、プラズマ自体の中に二次電流を発生させる。ひいては、これにより、本書の少なくとも一部の実施形態が、主として、高価な材料ではなく、未処理表面を有するアルミニウム、又は特別に処理された表面を有するアルミニウムで作製されたプラズマブロックを使用することが、可能になる。処理された表面は、オプションにとどまる。
【００２０】
［００３９］本書の磁気素子２２０は、典型的にはフェライトで形成される。誘導コイル２３０は、典型的には銅で形成され、オプションで、外表面部の電気抵抗を減少させるために銀でめっきされる。磁気素子２２０と誘導コイル２３０の両方、及び、プラズマブロック２１０のある領域又は部分は、動作中の電気及び磁気の損失により発生した熱を除去するために、本書でより詳細に説明するように、冷却ガス又は冷却液のためのチャネルを含みうる。上記のように、プラズマブロック２１０は、未処理表面を有するアルミニウム、或いは、陽極酸化処理、又は、アルミナ、窒化アルミニウム、若しくはイットリアのコーティングといった表面処理がなされたアルミニウムで、製造されうる。他の材料を選択することも可能であり、かかる選択は、費用、機械加工性、導電性、熱膨張特性、熱拡散特性、並びに、使用予定のガス及びプラズマ生成物との適合性を勘案することによって、行われうる。
【００２１】
［００４０］図３は、直接出口型トロイダルプラズマ源３００の選択された素子を概略的に示している。プラズマ源３００は、多数の同じ素子を図２のプラズマ源２００と共有するが、プラズマブロック２１０（２）と、誘導コイル２３０をそれぞれ有する２つの磁気素子２２０（１）とを含む。トロイダル軸１、径方向２、及び方位角方向３が、参考のために図３にも示されている。対称かつ効率的なプラズマ発生のために、磁気素子２２０（１）は、プラズマブロック２１０（２）の周囲に、方位角的に互いとは反対側に配置される。また、プラズマ源３００のプラズマブロック２１０（２）は、４つの誘電体断接部２４０を含む。２つの誘電体断接部２４０が、磁気素子２２０（１）の付近に配置される一方、他の２つは、プラズマブロック２１０（２）の円周の周囲に、磁気素子２２０（１）から９０度間隔をあけて、配置される。
【００２２】
［００４１］図４は、直接出口型トロイダルプラズマ源４００の選択された素子を概略的に示している。プラズマ源４００は、多数の同じ素子をプラズマ源２００及び３００と共有するが、トロイダル型の代わりにＵ字型又は馬蹄形の、２つの磁気素子２２０（２）を含む。Ｕ字型又は馬蹄形の磁気素子を使用することは、より詳細に後述するように、直接出口型トロイダルプラズマ源のある種の構造を容易にするのに役立つ。
【００２３】
［００４２］図５は、直接出口型トロイダルプラズマ源５００の選択された素子を概略的に示している。トロイダル軸１、径方向２、及び方位角方向３が、図を分かりやすくするために図５にも示されているが、それらは図２で画定されたものと同じである。プラズマ源５００は、多数の同じ素子をプラズマ源２００、３００、及び４００と共有する。プラズマブロック２１０（３）は、誘電体断接部２４０（そのうちの２つは、図５では磁気素子２１０（３）に隠れている）を有する金属部位２４５を含む。プラズマブロック２１０（３）は、一方の軸方向側２１１（１）（図５では標識されているが見えない）が平らになっている。プラズマブロック２１０（３）は、部位２４５に入口開孔２６０を画定する。プラズマブロック２１０（３）は、図示しているように、軸方向側２１１（２）に出口開孔２７０も画定する。図５に示す入口開孔２６０及び出口開孔２７０の場所及び数は、例示的なものにすぎない。図を分かりやすくするために、かかる開孔の全ての例が図示又は標識されているわけではない。実際には、入口開孔２６０は、プラズマブロック２１０（３）内への均一な源ガス導入を提供するよう配置されうるが、それ以外に、プラズマ源５００の他の構成要素と都合よく一体化するよう、配設されうる。出口開孔２７０は、典型的には、図５に示すよりも数が多く、隣接する処理チャンバにプラズマ生成物の均一な分配を提供するよう配設され、かつ、部位２４５と誘電体断接部２４０のいずれの中にも画定されうる（図６及び図７参照）。破線６−６及び７−７は、図６と図７にそれぞれ示す断面図を切る平面を示している。
【００２４】
［００４３］図６及び図７は、それぞれ図５の破線６−６及び７−７で切られた、直接出口型トロイダルプラズマ源５００の概略断面図である。図６は、誘電体断接部２４０の１つ（図５では磁気素子２２０（３）の下に隠れている）を通って切られた断面を示している。トロイダル軸１及び径方向２は、参考のために図６及び図７にも示されている。方位角方向は、図６及び図７の平面に入り、或いはそこから出る弧を描き、トロイダル軸１の左から右へと符号を変える。一部の出口開孔２７０は、図示しているように、プラズマブロック２１０（３）の軸方向側２１１（２）に、誘電体断接部２４０によって画定される。プラズマキャビティ２８０とその中で生成されたプラズマ２９９も、図示されている。図７は、金属部位２４５のうちの１つを通って切られた断面図を示している。一部の出口開孔２７０は、図示しているように、プラズマブロック２１０（３）の軸方向側２１１（２）に、誘電体断接部２４０によって画定される。プラズマキャビティ２８０とその中で生成されたプラズマ２９９も、図示されている。
【００２５】
［００４４］図６及び図７は、磁気素子２２０（３）を通る冷却チューブ２７５も示している。冷却チューブ２７５は、磁気素子２２０（３）により拡散された熱を除去するための、ガス又は液体の流体接続を提供しうる。冷却チャネルを提供するという特徴は、本書に記載のどの磁気素子についても想定されるが、図を分かりやすくするために、図示されていないことが多い。同様に、冷却チューブは、誘導コイル２３０及び／又は他の様々なプラズマ源構成要素において提供されうる。かかる配設の一部は本書に図示され、記載されているものの、それ以外は図を分かりやすくするために示されていない。
【００２６】
［００４５］図８は、プラズマブロック２１０（４）をプレート６１０に隣接して配置することによってプラズマキャビティ２８０が画定されている、直接出口型トロイダルプラズマ源６００の一部分を概略的に示している。トロイダル軸の方向１０及び径方向２が、参考のために図８にも示されている。実際のトロイダル軸は、図８の外部のプラズマキャビティ２８０の図心を通過する。方位角方向は、図８の平面に入り、そこから出る弧を描く。製造可能性及び保守のために、容易に機械加工可能かつ交換可能な構成要素によって画定されたプラズマキャビティを提供することが、有利でありうる。ゆえにプラズマ源６００は、プラズマブロック２１０（４）を出口開孔２７０を内部に画定しているプレート６１０に封止する能力を、比較的単純な形状のプラズマブロック２１０（４）に提供することによって、プラズマキャビティ２８０を画定する。プラズマブロック２１０（４）をプレート６１０に封止する能力は、一又は複数のＯリング６２０を収容するプレート６１０内の溝６１５によって、提供される。プラズマキャビティ２８０が排気されると、外部大気の圧力がプラズマブロック２１０（４）をＯリング６２０に押し付けて、封止を形成する。図８に示す実施形態では、プレート６１０は誘電体材料で形成される。プレート６１０、ならびに誘電体断接部２４０のための安定した材料は、セラミック（特に窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム）、或いは溶融石英を含む。誘電体材料でプレート６１０を形成することで、プラズマブロック２１０（４）の誘電体断接部２４０が方位角電流を遮断することが可能になり、それによって、プラズマ２９９が生じうる。つまり、仮にプレート６１０が金属で形成され、プラズマブロック２１０（４）と電気的に接続されると、磁気素子によって誘起された電流は、形成された方位角回路を巡るだけとなり、電界とプラズマキャビティ２８０内との接続が低減する。誘電体断接部２４０は、本書では、プラズマブロック２１０の小円周の周囲に完全に延在する。方位角方向において、誘電体断接部２４０は、プラズマブロック２１０の隣接する金属セグメントのアーク放電を抑制するために、幅が十分なもの（例えば約４分の１インチ〜１インチ）である必要がある。
【００２７】
［００４６］図９は、プラズマブロック２１０（５）をプレート７１０に隣接して配置することによって画定されているプラズマキャビティ２８０を有する、直接出口型トロイダルプラズマ源７００を概略的に示している。トロイダル軸の方向１０及び径方向２が、参考のために図９にも示されている。方位角方向は、図９の平面に入り、そこから出る弧を描く。プレート７１０は、導体で形成され、プラズマブロック２１０（５）と接触するプレート７１０の表面に、誘電体バリア７２０を含む。ゆえに、誘電体バリア７２０は、プラズマブロック２１０（５）とプレート７１０を形成している導体との短絡を妨害して、そうしなければ形成されていたはずの方位角電流を遮断する。ゆえに、プラズマ源７００は、プラズマブロック２１０（５）を出口開孔２７０を内部に画定しているプレート７１０に封止する能力を、比較的単純な形状のプラズマブロック２１０（５）に提供することによって、プラズマキャビティ２８０を画定する。プラズマブロック２１０（４）をプレート７１０に封止する能力は、一又は複数のＯリング６２０を収容するプラズマブロック２１０（５）内の溝７１５によって、提供される。プラズマキャビティ２８０が排気されると、外部大気の圧力がプレート７１０をＯリング６２０に押し付けて、封止を形成する。図９に示す設計は、プラズマブロック２１０（５）とプレート７１０とが異なる電位に保たれることを可能にする。これにより、放出開孔２７０を通じて処理の場所に向けて放出されるプラズマ生成物中の、ラジカルとイオンの比率の制御が可能になる。図９は、プレート７１０のガス冷却又は液体冷却を提供する、冷却チューブ７７５も示している。冷却チューブ７７５は、プラズマブロック、プラズマ源又はプラズマチャンバの上部プレート又は底部プレート、或いは、プラズマチャンバの側壁といった、本書の他の構成要素において提供されることもある。
【００２８】
［００４７］図１０は、直接出口型トロイダルプラズマ源８００を概略的に示しており、その中のプラズマキャビティに源ガスを供給する入口ガスマニホールド８１０を図示している。径方向２及び方位角方向３が、参考のために図１０に示されている。トロイダル軸１は、図１０の平面から外部へと延在する。図１０に描かれた上面図は、プラズマブロック２１０（６）の対向する両側にある磁気素子２２０（３）を示しており、プラズマブロック２１０（６）のいずれの側部にもガスマニホールド８１０が１つずつある。ガスマニホールド８１０の各々は、一又は複数の入口８２０を通じて源ガスを受容するが、図１０には１つの入口８２０だけしか示されていない。入口８２０の数及び位置は変動しうると、理解されよう。ガスマニホールド８１０は、ここで説明しているように、プラズマブロック２１０（６）の開孔を通じて、源ガスをプラズマブロック２１０（６）内に分配する。破線１１−１１は、図１１に更なる詳細を示す、プラズマ源８００の断面を示している。
【００２９】
［００４８］図１１は、図１０の破線１１−１１に沿った概略断面図であり、直接出口型トロイダルプラズマ源８００を示している。トロイダル軸１及び径方向２は、参考のために図１１にも示されている。方位角方向は、図１１の平面に入り、或いはそこから出る弧を描き、トロイダル軸１の左から右へと符号を変える。入口ガス流は、入口開孔８２０を通じてガスマニホールド８１０内に導入され、次いで、プラズマブロック２１０（６）によって画定された開孔８３０を通じて、プラズマキャビティ２８０内に入る。入口開孔８２０は、図１１では垂直に（例えば、トロイダル軸１に平行に）示されているが、プラズマキャビティ２８０内での混合又はそれ以外の効果を促進するよう、その他の角度にも画定されうる（図１２及び図１３も参照）。ガスマニホールド８１０は、源ガス流（例えば、上流のバルブ又は他のガス管理設備によって導入される）の変化が、プラズマキャビティ２８０内に迅速に伝わるように、少量のガスのみを内包するよう構築されうる。ガスマニホールド８１０は、その中の圧力についての情報を提供して、プラズマ処理に影響を与える要因を理解することを容易にするために、圧力センサを含みうる。ガスマニホールド８１０のための材料の選択は、それに関連するプラズマブロック２１０のためのものと同じであり、例えば、処理済み表面を有するか又は有しないアルミニウムなどの金属、或いは、アルミナ、窒化アルミニウム、及び他のセラミックなどの誘電体が可能な選択肢となる。ガスマニホールド８１０とそれに関連するプラズマブロック２１０が両方とも金属で作製される場合、上述のように、方位角電気回路の完成を避けるために、ガスマニホールド８１０をプラズマブロック２１０から隔離すること、及び／又は、ガスマニホールド８１０内に誘電体断接部を設けることが、望ましいことがある。
【００３０】
［００４９］図１２は、源ガスを導入するためのインラインガス入口開孔８５０を有する直接出口型トロイダルプラズマ源のプラズマブロック２１０（７）を概略的に示している。トロイダル軸１、径方向２、及び方位角方向３が、参考のために図１２にも示されている。インラインガス入口開孔８５０は、図示しているように、実質的に、プラズマキャビティ２８０と方位角的に一列にされる。ガス入口開孔８５０を通じて源ガス流を導入することで、注入されたガスに方位角速度が付与されて、プラズマブロック２１０（７）の中での徹底した混合が促進される。実施形態において、インラインガス入口開孔８５０は、図１２に示すように、方位角的に正確に一列にされうるが、他の実施形態では、インラインガス入口開孔は、部分的にのみ一列にされて、例えば、それがプラズマキャビティ２８０と交わるところで角度を画定することもある。源ガスが、トロイダル軸に対して非ゼロの方位角成分を有する任意の角度で、インラインガス入口開孔８５０を通過することにより、ガスがプラズマキャビティ２８０内に導入される際に、このガスに少なくともいくらかの方位角速度が生成されることになる。
【００３１】
［００５０］図１３は、複数のインラインガス入口開孔８５０を有する直接出口型トロイダルプラズマ源のプラズマブロック２１０（８）を概略的に示している。トロイダル軸１、径方向２、及び方位角方向３が、参考のために図１３にも示されている。任意の数のインラインガス入口開孔８５０が利用されうること、並びに、インラインガス入口開孔８５０は、別の角度のガス入口開孔と、及び／又は、図１０及び図１１に示すガスマニホールド８１０の変形例と、組み合わされて使用されうることが、想定される。
【００３２】
［００５１］図１４は、直接出口型トロイダルプラズマ源９００のプラズマブロック２１０（９）を概略的に示しており、出口開孔２７０が、プラズマブロックの一方の軸方向側を形成するプレート９１０に垂直な表面に対して複数の角度９２０で、どのように画定されうるかを図示している。トロイダル軸の方向１０及び径方向２が、参考のために図１４にも示されている。方位角方向は、図１４の平面に入り、そこから出る弧を描く。複数の角度で出口開孔２７０を形成することは、均一な処理を容易にするために、隣接するプラズマ処理装置内に広範にプラズマ生成物を分配することに役立ちうる。
【００３３】
［００５２］図１５Ａは、４つの出口開孔２７０が画定されている直接出口型トロイダルプラズマ源１０００の、概略底面図である。図１５には直接出口型トロイダルプラズマ源１０００の底部プレートが概略的に描かれており、このプレートの反対側にあるプラズマブロックのおおよその境界が、破線で示唆されている。出口開孔２７０が４つしかなくとも、プラズマ源１０００は、１つの開孔のみから放出物を抽出する従来技術の遠隔プラズマ源よりも、著しく均一性が高い処理を提供しうる。トロイダル軸１は、図１５Ａ及び図１５Ｂの平面の中へと延在する。径方向２及び方位角方向３は、参考のために図１５Ａに示されているが、図１５Ｂでは図を分かりやすくするために省略されている。図１５Ｂは、６０を上回る数の出口開孔２７０が画定されている直接出口型トロイダルプラズマ源１１００の、概略底面図である。図１５Ｂには直接出口型トロイダルプラズマ源１１００の底部プレートが概略的に描かれており、このプレートの反対側にあるプラズマブロックのおおよその境界が、破線で示唆されている。対応するプラズマブロックの形状寸法及び材料と、磁気素子及び誘導コイルの数及び配置とは、出口開孔２７０を通じて抽出されたプラズマ生成物がプラズマ源１１００全体で空間的に均一になるように、最適化されてプラズマブロックの中に均一なプラズマ分配を発生させうる。実施形態では、直接トロイダルプラズマ源は、数百又は数千の出口開孔を含むことがある。
【００３４】
［００５３］図１６は、２つの直接出口型トロイダルプラズマ源１２０１及び１２０２を含むプラズマウエハ処理システム１２００の断面を概略的に示している。図を分かりやすくするために、処理システム１２００の代表的な構成要素のみが標識されており、図１６は縮尺通りではない。トロイダル軸１及び径方向２は、参考のために図１６にも示されている。方位角方向は、図１６の平面に入り、或いはそこから出る弧を描き、トロイダル軸１の左から右へと符号を変える。プラズマウエハ処理システムは、トロイダル軸１の周囲で径方向に対称な処理チャンバ１２３４を画定する。ゆえに、プラズマ源１２０１が外側プラズマ源と見なされうる一方、プラズマ源１２０２は内側プラズマ源と見なされてよく、プラズマ源１２０１及び１２０２の両トロイダル軸とプラズマチャンバ１２３４の対称軸は全て一致している。図１６も、ウエハ処理を対象とする一実施形態であるが、それ以外の実施形態も他の被加工物の処理のために同じ原理を利用しうると理解されよう。
【００３５】
［００５４］プラズマウエハ処理システム１２００は、プラズマ生成物を発生させるためにプラズマ源１２０１及び１２０２を利用し、かつ、プラズマ生成物と未活性ガスがプラズマの所在地から処理されている被加工物５０へと移動する際に、それらをオプションで混合するよう構成される。図示しているように、プラズマウエハ処理システム１２００は処理チャンバ１２３４を画定し、その中でペデスタル１２３５が被加工物５０を処理の場所に位置付ける。チャンバ１２３４の上面１２３２の上に、プラズマ源１２０１が外側トロイダル形状を形成し、プラズマ源１２０２が内側トロイダル形状を形成する。プラズマ源１２０１及び１２０２は、図１０及び図１１に示すガスマニホールド８１０を用いて又は用いずに、図５と図１１にそれぞれ示す入口開孔２６０又は８３０から、源ガスを受容しうるが、それらの構造物は図１６に図示していない。プラズマ源１２０１及び１２０２の各々は、対応するプラズマブロック２１０（１０）又は２１０（１１）を含み、かつ、その中で源ガスからプラズマを発生させるために、誘導コイル２３０及び磁気素子２２０（３）を利用する。プラズマ源１２０１及び１２０２は、プラズマ生成物を処理チャンバ１２３４に向けて分配するための開孔２７０を画定する、共通の底部プレート１２１０を共有する。
【００３６】
［００５５］底部プレート１２１０の開孔２７０は、プラズマ生成物が由来するプラズマから処理されている被加工物５０へとプラズマ生成物を分配するための、均一かつ軸方向（例えばトロイダル軸の方向）の短い経路を提供する。プラズマ源１２０１が外側トロイダル体（ｔｏｒｏｉｄ）を画定し、プラズマ源１２０２が内側トロイダル体を画定している、２つのプラズマ源１２０１及び１２０２を使用することで、被加工物５０の処理の、中心からエッジまでの均一性の最適化において、高次の自由度が提供される。プロセス方策は、プラズマ源１２０１及び１２０２に特有のプロセスパラメータを変動させること、並びに、システム１２００内で処理されるテストウエハ及び／又は製品ウエハに対する影響を測定することによって、最適化されうる。プラズマ源１２０１及び／又は１２０２に提供される、全体的なガス流及びＲＦエネルギーは、処理される各被加工物５０全体でその影響が均一になるまで、調整されうる。実施形態では、プラズマ源１２０１と１２０２とは、互いとは異なる比率の反応性ガスを流してよく、かつ／又は、互いとは完全に異なる源ガスを利用しうる。
【００３７】
［００５６］処理システム１２００は、プラズマ生成物と混合される未活性ガスを供給するための、底部プレート１２１０及び上面１２３２を貫通するガス入口１２７０も提供する（図１７Ａ参照）。図１６及び図１７Ａに示す開孔２７０及び／又はガス入口１２７０の数及び分布は、代表的なものにすぎず、実施形態間で変動しうる。
【００３８】
［００５７］底部プレート１２１０は、図示しているように、部品の組立及び交換可能性を容易にするために、実施形態ではチャンバ１２３４の上面１２３２とは分離している。つまり、プラズマ源１２０１及び１２０２は、底部プレート１２１０に組み付けられてよく、単一ユニットとして上面１２３２に取り付けられうるか、又はそれから取り外されうる。しかし、実施形態では、底部プレート１２１０及び上面１２３２という両フィーチャが、単一のプレートとして組み込まれることもある。
【００３９】
［００５８］図１６は、プラズマ生成物が処理チャンバ１２３４内に進入するための開孔１２４７を画定する、オプションのディフューザープレート１２３７も示している。ディフューザープレート１２３７は、プラズマ生成物と混合しうる未活性ガスを導くために、一又は複数のガス通路１２３９も含みうる。例えば、図１６に示しているように、ガス通路１２３９は、ディフューザープレート１２３７のチャンバに面した側に画定された、放出ガス開孔１２４１に接続している（図１７Ｂ参照）。図１６及び図１７Ｂに示す開孔１２４７及び／又は放出ガス開孔１２４１の数及び分布は、代表的なものにすぎず、実施形態間で変動しうる。
【００４０】
［００５９］図１７Ａは、直接トロイダルプラズマ源１２０１及び１２０２の底部プレート１２１０のフィーチャが視認できる、図１６のプラズマ処理システム１２００の上面１２３２の、上向きの概略平面図を概略的に示している。図を分かりやすくするために、上面１２３２及び底部プレート１２１０の代表的な構成要素のみが標識されており、図１７Ａは縮尺通りではない。トロイダル軸、径方向、及び方位角方向は、図１７Ａ及び図１７Ｂに図示していないが、他の図面に示したトロイダル軸、径方向、及び方位角方向から決定されうる。多数の開孔２７０は、プラズマが発生する場所のプラズマから処理されている被加工物までの、長さが非常に短く均一な、プラズマ源１２０１及び１２０２からのプラズマ生成物の経路を提供し、チャンバ１２３４全体での均一な処理を促進する。例えば、プラズマ源１２０１及び／又は１２０２の中のプラズマから、被加工物５０上の任意の場所までの経路は、実施形態では、４インチ未満でありうる。ガス入口１２７０を開孔２７０の間に点在させることで、未活性ガスとプラズマ生成物とを混合することが可能になる。ある種の実施形態は、有利には、プラズマ生成物及び未活性ガスが図１７Ａに示す構造物から出てくる際に、つまり、ディフューザー１２３７を含まない処理システム１２００内で、プラズマ生成物及び未活性ガスを用いてウエハを処理する。他の実施形態は、ディフューザープレート１２３７によって提供される追加的なガスとプラズマ生成物との混合から恩恵を得ることが可能である。
【００４１】
［００６０］図１７Ｂは、ディフューザー１２３７の、上向きの概略平面図を概略的に示している。図を分かりやすくするために、ディフューザープレート１２３７の代表的なフィーチャのみが標識されており、図１７Ｂは縮尺通りではない。開孔１２４７（白抜きの円で示す）がディフューザープレート１２３７を貫通して延在する一方、出口ガス開孔１２４１（点で示す）は、ディフューザープレート１２３７の底面の内部へと延在するだけであり、そこで、出口ガス開孔１２４１に、ガス通路１２３９から未活性ガスが供給される。ディフューザー１２３７は、一部のプラズマプロセスでは有利でありうる（ただしそれ以外では不必要でありうる）、プラズマ生成物と未活性ガスとの更なる混合、及び、未活性ガスとプラズマ生成物の比率の微細な制御を容易にする。
【００４２】
［００６１］図１８は、２つの直接出口型トロイダルプラズマ源１３０１及び１３０２を含むプラズマウエハ処理システム１３００の断面を概略的に示している。図１８も、ウエハ処理を対象とする一実施形態であるが、それ以外の実施形態も他の被加工物の処理のために同じ原理を利用しうると理解されよう。処理システム１３００の多くの特徴は、上述のシステムと実質的に同様であると認識されるため、再度説明しない。トロイダル軸１及び径方向２は、参考のために図１８にも示されている。方位角方向は、図１８の平面に入り、或いはそこから出る弧を描き、トロイダル軸１の左から右へと符号を変える。プラズマウエハ処理システムは、トロイダル軸１の周囲で径方向に対称な処理チャンバ１３３４を画定する。ゆえに、プラズマ源１３０１が外側プラズマ源と見なされうる一方、プラズマ源１３０２は内側プラズマ源と見なされてよく、プラズマ源１３０１及び１３０２の両トロイダル軸とプラズマチャンバ１３３４の対称軸は全て一致している。図１８は、底部プレートによって区切られているのではなく、下にある空間と開放式に流体連通しているという、プラズマブロック２１０（１２）及び２１０（１３）に追加の特徴を示している。図１８は、領域セパレータ１３６０も示している。
【００４３】
［００６２］プラズマ源１３０１及び１３０２は、プラズマ源１２０１及び１２０２の対応する場所と同様に、処理チャンバ１３３４の上に、内側と外側のトロイダル形状を画定する。プラズマ源１３０１及び１３０２は、図１０及び図１１に示すガスマニホールド８１０を用いて又は用いずに、図５と図１１にそれぞれ示す入口開孔２６０又は８３０から源ガスを受容しうるが、それらの構造物は図１８に図示していない。処理チャンバ１３３４の中で、ペデスタル１３３５が被加工物５０を処理のために位置付ける。プラズマブロック２１０（１２）及び／又は２１０（１３）は、その第１軸方向側に、実質的に方位角的に連続している開口部１３７０を形成する。つまり、プラズマ源１３０１及び１３０２は、プラズマ源１２０１、１２０２、前述したそれ以外のもののように第１軸方向側で実質的に区切られているわけではない。開口部１３７０が上部プレート１３３２を通って方位角方向に相当程度延在するという意味で、開口部１３７０は実質的に方位角的に連続しうるが、この文脈において、「実質的に方位角的に連続する」とは、上部プレート１３３２の径方向に内側の部分に機械的なサポートを提供するために開口部１３７０を遮断することを除外するわけではない。いずれかのプラズマ源の大円周の少なくとも約７５％に対応する開口部は、実質的に方位角的に連続していると見なされることになる。また、プラズマブロック２１０（１２）と２１０（１３）の両方が、実質的に方位角的に連続している開口部を画定することは、必須ではない。実施形態では、プラズマブロック２１０（１２）と２１０（１３）の一方が実質的に方位角的に連続している開口部を画定する一方で、他方は画定しない。ゆえに、プラズマ源１３０１及び１３０２のプラズマキャビティは、プラズマ生成物がプラズマブロック２１０（１２）及び２１０（１３）から出て開口部１３７０を通り、空間１３５５及び１３５７に入るように、処理チャンバ１３３４の上部に形成された空間１３５５、１３５７と流体連通する。プラズマ生成物は、空間１３５５、１３５７から、ディフューザープレート１３３７を通過して、処理チャンバ１３３４に入る。
【００４４】
［００６３］プラズマウエハ処理システム１３００は、言うまでもなく、プラズマ源１３０１及び１３０２に源ガスを供給するための仕組み（例えば、図１０から図１３に関連して説明したような個別のガス入口開孔及び／又はガスマニホールド）と、プラズマ生成物に更なるガスを付加するための仕組み（例えば、図１６、１７Ａ、及び図１７Ｂに示したガス入口１２７０及び／又はガス通路１２３９）とを、含みうる。
【００４５】
［００６４］プラズマブロック２１０（１２）及び２１０（１３）の開放設計とは、各プラズマブロックの下方の空間１３５５、１３５７の各々内の圧力が、それぞれのプラズマブロックへの入来ガス流によって実質的に決定されることを意味する。ゆえに、空間１３５５と１３５７との分離は、それが望ましければ、領域セパレータ１３６０を使用することによって維持されうる。領域セパレータ１３６０は、その全円周にわたって上部プレート１３３２とディフューザープレート１３３７の両方に接触する、円形のフィーチャである。図１８の断面図は、領域セパレータ１３６０の、断面の平面を通過する２つの部分のみを示している。領域セパレータ１３６０は、典型的には誘電体材料で形成され、処理チャンバ１３３４の中心領域に供給されるプラズマ生成物とエッジ領域に供給されるプラズマ生成物との間の分離を実行する。この分離は、処理チャンバ１３３４の中で中心の処理効果とエッジの処理効果とを別々に制御するために、ひいては、被加工物５０における、中心からエッジまでの処理均一性を最適化するために、実施形態で使用されうる。
【００４６】
［００６５］源ガスをプラズマ源１３０１及び１３０２に供給するための仕組みは、最良の処理均一性のために、（例えば、プラズマ源１３０２と１３０１によってそれぞれ最も影響を受ける領域におおよそ対応する）処理チャンバの中心領域とエッジ領域におけるプロセス効果を調節しうるように、個別に制御可能でありうる。プラズマ源１３０１と１３０２に対する源ガスの個別制御可能性は、領域セパレータ１３６０が存在してもしなくても、有利でありうる。
【００４７】
［００６６］処理チャンバまでの短い移動経路に沿って、プラズマ源の軸方向側からプラズマ生成物を抽出することによって、処理チャンバへのプラズマ生成物の均一な分配を提供するために、１つ、２つ、又はそれを上回る数のトロイダルプラズマ源が利用されうることが、上記の説明から明らかになるはずである。複数のトロイダルプラズマ源が、最良の均一性のために配設された、対応するプラズマブロック、プラズマブロックの誘電体断接部、磁気素子、誘導コイル、冷却装置、放出開孔、入口ガスマニホールド、及びその他の関連素子といった素子と、処理チャンバへのプラズマ生成物の最短移動経路とを伴って、配置されうる。
【００４８】
［００６７］いくつかの実施形態を説明してきたが、本発明の本質から逸脱することなく様々な変更例、代替構成、又は同等物が使用されうることが、当業者には認識されよう。加えて、本発明を不必要に曖昧にしないために、いくつかの周知のプロセス及び素子については説明しなかった。したがって、上記の説明は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００４９】
［００６８］ある範囲の値が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各介在値も、文脈上別途明示されない限り下限の単位の１０分の１まで、明確に開示されることが、理解されよう。ある規定された範囲における任意の規定値又は介在値と、その規定された範囲における他の任意の規定値又は介在値との間のより狭い範囲の各々は、包含される。これらの狭い方の範囲の上限と下限は、その範囲内に個別に含まれることも、除外されることもあり、限界値のいずれかが狭い方の範囲内に含まれる場合、限界値のいずれも狭い方の範囲内に含まれない場合、又は両方の限界値が狭い方の範囲内に含まれる場合の各範囲も、前記規定された範囲における明確に除外される任意の限界値を条件として、本発明に包含される。前記規定された範囲が、限界値の一方又は両方を含む場合、含まれる限界値の一方又は両方を除外した範囲も、含まれる。
【００５０】
［００６９］本書及び付随する特許請求の範囲において、単数形の「１つの（ａ、ａｎ）」、及び「その／この／前記（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り、複数の指示対象を含む。ゆえに、例えば、「１つのプロセス（ａ  ｐｒｏｃｅｓｓ）」への言及は、複数のかかるプロセスを含み、「その電極（ｔｈｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）」への言及は、一又は複数の電極、及び、当業者には既知であるその同等物への言及を含む、等々である。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ／ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ／ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という語も、この明細書及び以下の特許請求の範囲において使用する場合、規定された特徴、整数値、構成要素、又はステップの存在を明示することを意図しているが、一又は複数の他の特徴、整数値、構成要素、ステップ、作用、又はグループの存在又は追加を排除するものではない。
【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９】
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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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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