(57)【要約】【課題】  プラズマが加工物全体に均一に分布するようにした大形加工物用の新規な改良形高周波磁界励磁プラズマ加工機を提供する。【解決手段】  ガスをプラズマに変える手段には、室（１０）の壁に設けられた誘電体窓（１９）を介して高周波磁界をガスに結合させることによって、ガスを励磁してプラズマを発生、維持できるように配置されたコイル（３４）が含まれる。コイルは、高周波磁界を誘導する高周波電源（３６，３８）に接続される第１及び第２端子（６２，６４）と、ほぼ同一の電気的長さになるように第１及び第２端子間に電気的に接続された複数の巻線セグメント（５１〜５８，５９，６０）とを備えている。各セグメントにエレメント（５１〜５８）が、他のセグメントのエレメント（５１〜５８）と電気的に並列に設けられている。【選択図】  図２
2004235157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物を取り付ける真空室を備え、加工物をプラズマで処理する装置であって、
加工物を処理するプラズマに変えることができるガスを室内へ導入する手段と、
室の外表面上の誘電体窓を含む、ガスをプラズマに変える手段と、
窓を介して高周波磁界をガスに結合することによってガスをプラズマ状態に励磁することができるように配置されたコイルとを有しており、
コイルは、高周波磁界を誘導できるようにする高周波源に接続される第１及び第２端子と、第１及び第２端子間に平行に接続された複数の巻線セグメントとを含み、巻線セグメントの少なくとも２つは、第１及び第２端子間の電気的長さがほぼ同一である経路内に位置している
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
複数の誘電体窓が設けられており、前記コイルは該複数の窓の上全体に延在している
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
複数の誘電体窓が設けられており、前記コイルはそれぞれ個別に前記窓の各々に隣接している
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記個別コイルは互いに並列状態で前記高周波源に接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記経路は第１及び第２端子間の物理的長さがほぼ同一である
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記巻線セグメントの幾つかと、第１及び第２端子間の電気的長さがほぼ同一である同数の前記経路とが存在する
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記幾つかの経路及び巻線セグメントは、ある特定時において高周波源からの電流がすべてのセグメントをほぼ同一方向に流れるように構成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
コイルは、同一断面形状である第１及び第２の細長く空間的に平行なリード線を含み、第１及び第２端子はそれぞれ第１及び第２リード線の対向端部に位置しており、幾つかのセグメントの各々は、リード線間に延在して両端部をリード線に接続した細長いエレメントを備えており、各エレメントは長さ及び断面形状が同一である
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
各エレメントは、高周波源によってコイルに加えられる波の波長の約１／１６を超えない長さである
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
各セグメントは少なくとも１つのエレメントを備えており、経路及びセグメントは、エレメントが互いにほぼ平行に延在し、且つ、高周波源からの電流が隣接するエレメント内をほぼ逆方向に流れるように構成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
コイルは、同一断面形状である第１及び第２の細長く空間的に平行なリード線を含み、第１及び第２端子はそれぞれ第１及び第２リード線の対向端部に位置しており、幾つかのセグメントの各々は、１対の直列接続された細長いエレメントを備えており、リード線がほぼエレメントの一方側で互いに隣接するように構成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
物理的及び電気的長さがほぼ同一である経路は、（ａ）それぞれ第１及び第２端子に接続された第１及び第２のほぼ平行な細長いリード線と、（ｂ）第１及び第２リード線間に延在する第１及び第２コイルエレメントとを含み、端子は２つのコイルセグメント間の位置でリード線に接続されている
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１３】
電気的長さがほぼ同一である経路の少なくとも一部のものは、端子間の物理的長さが相当に異なっており、経路は、物理的長さが相当に異なっていると共に電気的長さがほぼ同一であり、値が異なるリアクタンスで電気的長さをほぼ同一にしている
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
経路の各々は、高周波源によってコイルに加えられる電流の周波数において同じ形式の主無効インピーダンス値を備えている
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
経路の各々は、第１及び第２端子に接続された１対のリード線間に接続されたエレメントを備えており、各エレメントは物理的及び電気的長さがほぼ同一である
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
各エレメントは、高周波源によってコイルに加えられる波の波長の約１／１６を超えない長さである
ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記リード線の少なくとも一方は、隣接の前記エレメント対との接続部間のインダクタンス値が異なっている
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
異なったインダクタンス値は、隣接の前記エレメント対との接続部間に断面積が異なったリード線を設けることによって得られるようにした
ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
経路の少なくとも一部のものは、高周波源によってコイルに加えられる電流の周波数において無効インピーダンス値を備えた直列コンデンサを含み、直列コンデンサによって経路がほぼ同一長さになるようにした
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
直列コンデンサは、各経路が高周波源によってコイルに加えられる電流の周波数において主容量インピーダンス値を有することができるようにする値を有する
ことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
直列コンデンサは、各経路が高周波源によってコイルに加えられる電流の周波数において主誘導インピーダンス値を有することができるようにする値を有する
ことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空室内で加工物をプラズマで処理する加工機、特に室外で発生した高周波磁界を室内へ結合させてプラズマ及びコイルの両方またはいずれか一方を励磁することによって磁界を誘導する複数の個別支持された誘電体窓を備えており、コイルに電気長さが同一の複数のセグメントを設けて、その各々にエレメントを、他のセグメントのエレメントと平行に接続して設けている加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空室の外部の装置から高周波磁界を供給することによって室内のガスを励磁してプラズマ状態にする様々な構造体が開発されている。高周波磁界は、容量性電極を含む電界源、電子サイクロトン共鳴器を含む電磁界源、及びコイルを含む誘導すなわち磁界源から誘導されてきた。励磁されたプラズマは、加工物との相互作用によって加工物のエッチングまたはそれへの物質の付着を行う。一般的に、加工物は、平面的な円形表面を有する半導体ウェハである。
【０００３】
加工物を誘導結合平面プラズマ（ＩＣＰ）で処理する加工機が、特に本発明と同一の譲受人に譲渡されているオウグル（Ｏｇｌｅ）の米国特許第４，９４８，４５８号に開示されている。磁界は、加工物平面にほぼ平行方向に延在する単一平面誘電体窓上またはその付近に配置された平面コイルから誘導される。市販の装置では、窓が一般的に水晶であるが、この材料は不純物含有量が低く、高周波磁界結合に最適結果を与えるからである。コイルは、周波数が１〜１００ＭＨｚの高周波源に応答するように接続されており、高周波源はそれの周波数に共振する回路を含むインピーダンス整合ネットワークによってコイルに結合されている。コイルは、高周波源に応答するように外側及び内側端子を接続した平面らせんとして開示されている。正方形及び矩形の加工物を処理するため、オウグル特許に開示されている円形らせんコイルは、ほぼらせん形の細長い線形エレメントを含むように変更されている。コールタス（Ｃｏｕｌｔａｓ）他の米国特許第５，３０４，２７９号は、永久磁石を平面らせんコイルと組み合わせて用いた同様な装置を開示している。
【０００４】
クオモ（Ｃｕｏｍｏ）他の米国特許第５，２８０，１５４号及びオウグルの米国特許第５，２７７，７５１号は、線形らせんコイルをソレノイド巻きコイルに変更した上記加工機の変更例を開示している。ソレノイド巻きコイルは、誘電マンドレル等に巻装されており、複数のらせん状巻線を含み、その一部が誘電体窓表面に沿って延在している。コイルの残りの部分は誘電体窓の上方に延出している。ソレノイド巻きコイルの両端部が高周波励磁源に接続されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
我々が知っている従来のプラズマ加工で、超大形基板、例えば大きさが３０〜１００ｃｍの矩形平面パネルディスプレイの形成に使用される基板を加工するのに十分にプラズマを励磁できるものはない。そのような大形基板の処理すなわち加工用のプラズマの励磁には、それに対応して大きい表面積を備えたコイルが、被処理加工物の面積に相当する大きい表面積を備えた誘電体窓構造体に接触した状態で、またはその付近に必要である。これらの従来の構造体を大形加工物の処理用のプラズマの励磁に使用した場合、従来は明らかには考慮されたり解決されていなかった多くの問題が発生する。
【０００６】
従来の加工機構造のすべてに共通する問題として、窓はそれの面積の増加に伴って相当に厚くしなければならない。そうしないと、窓は室の外側の大気圧と室内の真空との圧力差に耐えることができないであろう。例えば、約７５ｃｍ×８０ｃｍの矩形処理表面を備えた加工物を処理するためには、約８０ｃｍ×８５ｃｍの表面を備えた単一水晶窓を、５ｃｍを越える厚さにしなければならない。このような面積及び厚さの水晶窓は、非常に高価であると共に脆いので、それを使用することは加工機のコストを相当に増加させる。また、従来の加工機構造を使用して励磁源から誘導された高周波磁界は、一般的に大きい面積で厚い窓を備えた真空室内でプラズマを効果的に励磁できない。これは、高周波磁界は、厚い窓を貫通した後では、必要な励磁を行うだけの十分な磁束密度を備えていないからである。例えば、コイルから５ｃｍ厚さの誘電体窓を貫通した磁束密度は、２０ｃｍ直径の円形ウェハを処理するための従来の装置の２．５ｃｍ厚さの窓を貫通した磁界よりも有効磁束線の数がはるかに少ない。単純にコイルを励振する高周波源からの電流を増大させることによって磁束密度を増加させることは、増大電流によってコイル及び他の構成要素が過熱する可能性があるため、また適当な高出力高周波源を獲得することが困難であるため、実現できそうにない。
【０００７】
表面積が大きいプラズマ励磁用の従来の誘導コイルを使用する場合に特有な問題は、プラズマの不均一励磁であり、このためプラズマ密度が不均一になり、加工物の加工が不均等になる。この不均一分布が発生する理由の１つとして、従来のコイルは、大きい表面の窓全体に配置された時、高周波励振源の波長の１／８に近いか、それを超える長さになりやすいので送電線として機能することがある。コイルが長いために、コイルに沿って電圧及び電流の大きな変動があるため、プラズマ内に大きな磁束密度の変動が生じる。コイルの長さが高周波源の波長の１／８を超える場合、高周波源とそれによって励振される負荷との間の大きな不整合のため、ＲＭＳピーク値を備えた電流によって励振されるコイルにＲＭＳ電圧空白が存在する。不整合によってコイルの電圧及び電流に９０゜に近い位相のずれが発生するため、電圧がゼロになる。これらの磁束密度変動によって、ガスの励磁が不均一になり、加工物の加工が不均等になる。
【０００８】
高周波源に接続されている端子間のコイルの長さは高周波源出力の波長の１／８よりも相当に小さくなければならず、コイルに複数の平行な分岐エレメントまたはセグメントを設けることによってそのような結果が得られることがわかった。ハマモト他の米国特許第５，２６１，９６２号は、複数の平行分岐セグメントをそれに接続されたリード線の同じ端部に接続された１対の物理的に対向する端子にはしご形に接続した平面プラズマ励磁コイルを開示しているが、ハマモト他特許の構造は大きい表面積の窓全体に使用するのには適していない。ハマモト他特許を大面積の窓に使用した場合、対向端子間で長さが異なる様々な分岐セグメントが高周波送電線内に含まれるため、磁束分布やプラズマ密度が不均一になる傾向が生じるであろう。このため、端子に物理的に最も近い分岐セグメントは最も短い線になるのに対して、端子から物理的に最も離れた分岐セグメントは最も長い線になる。長さが違う線は、電源から違った電流を引き出すので、最も短い線に近いプラズマ部分は、最も長い線に近いプラズマ部分よりも励磁される程度が相当に大きい。これによって、大きい表面積の加工物を処理するための加工機内のプラズマ励磁が不均一になる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、特に大形加工物の処理に適した新規な改良形高周波磁界励磁プラズマ加工機を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、プラズマが加工物全体に均一に分布するようにした大形加工物用の新規な改良形高周波磁界励磁プラズマ加工機を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、比較的大形の加工物に適しており、プラズマを効果的に励磁することができる十分な密度を備えた高周波磁界を結合することができる薄さでありながら、室の内側と外側の間の圧力差に耐えることができるような構造の誘電体結合窓を備えた新規な改良形高周波磁界励磁プラズマ加工機真空室構造を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、大形加工物に対して比較的均一なプラズマ分布を与えるようにプラズマが効果的に誘導励磁されるようにした新規な改良形高周波磁界励磁プラズマ加工機を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、プラズマにほぼ同一の励磁磁束を与えるように配置された複数の電気的に並列の分岐コイルセグメントを備えた新規な改良形高周波磁界励磁プラズマ加工機を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、プラズマに均一の励磁磁束を与えると共にコイルの構造を簡単にするためにほぼ同一の電気的及び物理的長さの複数の電気的に並列の分岐コイルセグメントを備えた新規な改良形高周波磁界励磁プラズマ加工機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの態様によれば、加工物を取り付ける真空室を備えている、大形加工物をプラズマで処理する加工機を提供することによって、上記目的の幾つかが達成される。加工物を処理するプラズマに変えることができるガスが室へ供給される。真空外の高周波電源によってガスを励磁してプラズマ状態にする。高周波電源は、室の壁に個別に支持された複数の誘導体窓を介してプラズマに結合される磁界を誘導する。１つの大きい窓ではなく、個別に支持された複数の誘導体窓を設けているで、各窓は高周波磁界をプラズマに有効に結合させることができる薄さ、例えば２．５ｃｍであることができる。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、加工物を取り付ける真空室を備えている、加工物をプラズマで処理する加工機を提供することによって、本発明の別の目的が達成される。室内へ、加工物を処理するプラズマに変えることができるガスが供給される。ガスをプラズマに変える手段には、室の壁に設けられた誘電体窓構造を介して高周波磁界をガスに結合させることによって、ガスを励磁してプラズマを発生、維持できるように配置されたコイルが含まれる。コイルは、高周波磁界を誘導する高周波電源に接続される第１及び第２端子と、ほぼ同一の電気的長さになるように第１及び第２端子間に電気的に接続された複数の巻線セグメントとを備えている。各セグメントにエレメントが、他のセグメントのエレメントと電気的に並列に設けられている。これによって、様々なコイルエレメントを流れる交流電流のＲＭＳ振幅がほぼ同じになって、プラズマ内の磁束分布を比較的均一にすることができる。
【００１７】
ある好適な実施例では、コイルの第１及び第２端子とコイルセグメントは、第１及び第２端子間において少なくとも２つ、一部の実施例ではすべてのコイルセグメントを通る電流路の電気的及び物理的長さがほぼ同一になるように配置、構成されている。この特徴を備えた特に好都合な構造は、物理的及び電気的に平行な分岐導体エレメントをそのエレメントに直角に延出するリード線に接続して設けており、第１及び第２端子が対角線方向に対向するリード線端部に位置している。異なった誘導値を与えるように線の導体の断面形状を適当に設計すること、及び適当な値のコンデンサを平行なコイルエレメントに直列に挿入することの両方またはいずれか一方によっても、同様な電気長さの線を得ることができる。
【００１８】
本発明の上記及びさらなる目的、特徴及び利点は、特に添付の図面を参照しながら特殊な実施例の以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
第１図及び第１ａ図に示されている加工機は、矩形の金属、好ましくは陽極酸化処理アルミニウムの互いに平行な側壁１２及び１４と、それらに直角をなす矩形金属側壁１３及び１５によって形成されている電気接地された密封外表面を有する直角六面体として形成された真空室１０を備えている。真空室１０はまた、矩形の金属、好ましくは陽極酸化処理アルミニウムの底端部プレート１６と、個別に支持されたほぼ同一寸法の矩形の誘電体窓１９を含む矩形の上端部プレート構造体１８とを備えている。室１０のこれらの外表面は従来のガスケット（図示せず）によって密封されている。
【００２０】
窓１９は、好ましくは水晶で形成されており、非磁性金属、例えば陽極酸化処理アルミニウム製の一体形剛性フレーム２３によって個別に支持されている。フレーム２３は、互いに直交する周縁脚部２５と、内部の互いに直交して脚部の中心に接続されたレール２１とを備えている。レール２１及び脚部２５にノッチ２７が設けられ、窓の側壁及び窓の側壁付近の底部分がノッチの底部及び側壁上のガスケット（図示せず）にはまってその上に載っているので、ノッチが各窓１９を個別に支持している。フレーム２１の脚部２５は、室１０の側壁１２〜１５に接着されている。窓１９はレール２１及び脚部２５で個別に支持されているので、窓１９は厚さを約２．５ｃｍより薄くしながら、室１０の外側の大気と室内部の一般的に０．５〜５ミリトールである真空との間の圧力差に耐えることができる。窓１９を個別に支持するのではなく、単一の窓を用いたとすると、圧力差に耐えることができるようにするためにはそのような単一窓の厚さを少なくとも５ｃｍにしなければならないであろう。そのように厚い窓は、窓を介して結合させることができる高周波磁界エネルギの量を大幅に減少させると共に、非常に高価になってしまうであろう。大形加工物、例えば辺が７５ｃｍ×８５ｃｍの大きさの平面矩形構造を有するテレビ受像機アクティブマトリックス液晶ディスプレイを処理するための室１０の例では、各窓１９の面積が約４０ｃｍ×４３ｃｍになる。
【００２１】
側壁１２には、室１０の内部を０．５〜５ミリトールの圧力に維持する真空ポンプ（図示せず）に通じた導管（図示せず）に接続されたポート２０が設けられている。励磁されてプラズマになることができる公知の種類のガスが、適当な供給源（図示せず）から側壁１４のポート２２を介して室１０内へ導入される。
【００２２】
加工物２４、例えば上記のような矩形の大形半導体基板ウェハが、底端部プレート１６及び窓１９の平面に平行な平面上でプレート１６に近接させて金属チャック２６上に取り付けられる。一般的に約３０ＭＨｚの周波数の電界が、高周波源２８によってインピーダンス整合ネットワーク３０及びチャック２６を介して加工物２４に加えられる。チャック２６は、電気絶縁パッド２９に載置されているので、室１０の他の金属部分から電気的に絶縁されている。誘電端部プレート構造体１８は平面コイル３４を担持しており、このコイルは高周波源２８とは異なった周波数の、好ましくは約１３．３ＭＨｚの高周波源３８とインピーダンス整合ネットワーク３６とを含む高周波励磁装置３３に接続されている。高周波源３８の両端子は浮いていてもよいが、一方を室１０の金属壁に接地することもできる。整合ネットワーク３６は、共振結合回路を形成するように高周波源３８の周波数に同調させた回路を備えている。コイル３４は、ポート２２を介して結合されたガスに高周波磁束線を供給してガスをプラズマ状態に励磁できるように配置されて高周波源３８に応答する。プラズマは、基板のエッチングまたはそれへの分子の付着を行うように加工物２４を処理する。
【００２３】
平面コイル３４は、例えば第２図〜第１０図に示されているような多くの様々な形状にすることができる。これらのコイル構造の各々は、室１０内の加工物２４を処理する平面プラズマを発生、持続するために室１０内のガスに磁束線を誘導的に供給するための多数の線形導電性金属（好ましくは銀被覆銅）のストライプエレメントまたはセグメントを含む。コイル３４の線形エレメントは、好ましくは矩形断面で、長辺側部を誘電端面構造体１８上に固定配置するが、エレメントの短辺側部を窓１９に固定することもできる。コイル３４は、基本的に金属エレメントの自己インダクタンスから生じる分布直列インダクタンスと金属エレメント及び接地された室の外壁間の分路キャパシタンスを含む高周波送電線である。このためにプラズマを励磁して維持するため、電源３０はコイル３４に３０アンペアまで供給する。
【００２４】
コイル３４の線形導体を流れる電流から生じる磁力線を閉じ込めて集中させるため、高周波磁束線で高周波渦流を内部に誘導する、好ましくはアルミニウム製の磁気シールドカバー４０が、コイルの側部及び上部を包囲している。カバー４０は屋根４２と４側壁４４を備えており、これらは真空室１０に固定されている。
【００２５】
第２図に示されている１つの実施例によれば、４つの窓１９全体に延在するコイル３４は、８個の細長い直線状の金属導体エレメント５１〜５８を備えており、それらの両端部は、エレメント５１〜５８に直交する方向で互いに平行に延在した金属（好ましくは銀被覆銅）リード線５９及び６０に接続されている。エレメント５１〜５８とリード線５９、６０の底面は、第１ａ図に示されているように、レール２１を横切るギャップ３１を跨ぐエレメント５１〜５８の部分を除いて、窓１９の内側縁部間に接着されている。導体エレメント５１〜５８は、互いにほぼ等間隔であり（中央レール２１のために幾分異なっている中央エレメント５４及び５５の間隔を除く）、ほぼ同一長さで、互いに平行に延在している。リード線５９及び６０は、中央導体５４及び５５間の中間位置に中央端子６２及び６４を備えている。端子６２及び６４は、それぞれケーブル６８で高周波源３８の端子６６に、ケーブル７２で整合ネットワーク３６の出力端子７０に接続されている。整合ネットワーク３６は、高周波源３８の出力端子７４に接続されている。
【００２６】
高周波源３８の出力に応答して、電流が各導体エレメント５１〜５４を常にほぼ同一方向に流れることによって、第１１図の高周波磁束線１２４、１２８、１３０及び１３２を発生する。各導体エレメント５１〜５８の長さが高周波源３８から誘導される周波数の波長（λ）の比較的小さい分数、例えば約１／１６であるため、各導体エレメントにおける瞬間的な電流及び電圧変動が大きくない。中央の導体エレメント５４及び５５は、同一長さで同一断面形状であると共に、端子６２及び６４から等距離にあるため、端子６２から端子６４まで導体エレメント５４及び５５を通る送電線によって形成された電流路の長さが同一であり、このため、導体エレメント５４及び５５を流れるほぼ同一ＲＭＳ振幅の高周波電流から生じる磁束密度はほぼ同一である。同様に、中心からわずかに外れた導体エレメント５３及び５６でも、端子６２及び６４間の送電線及び電流路の長さが同一であるため、それらを流れるほぼ同一ＲＭＳ振幅の高周波電流から生じる磁束密度がほぼ同一になる。
【００２７】
導体エレメント５３及び５５を通る送電線及び電流路の長さが導体エレメント５４及び５５を通るものよりも幾分大きいため、エレメント５３及び５６を流れる高周波電流のＲＭＳ値が導体エレメント５４及び５５を流れるものより幾分小さくなる傾向があり、このため、エレメント５３及び５６から誘導される磁束密度が導体エレメント５４及び５５から誘導されるものより小さくなりがちである。同じ理由から、導体エレメント５２及び５７の高周波励磁から生じる磁束密度はほぼ同一であるが、導体エレメント５３及び５６を流れる電流から生じるものよりも小さくなる傾向がある。同じことが導体エレメント５１及び５８にも言える。
【００２８】
それぞれのエレメント５１〜５８を通る端子６２及び６４間の送電線の長さの違い及びそれに伴った電流路の長さの違いの結果、室１０内のプラズマの励磁及び分布に違いがある。これにより、加工物の中央部分（エレメント５４及び５５の下方）のプラズマ密度が加工物の周辺部分（エレメント５１及び５８の下方）よりも高くなるため、大きい表面積の加工物のプラズマ加工が不均一になりやすい。
【００２９】
本発明の１つの態様によれば、リアクタンスの値が異なったそれぞれの線を用いることによって、エレメント５１〜５８を含む送電線の長さが電気的にほぼ等化される。単一電線の自己インダクタンスは線の断面積に反比例し、線のインダクタンスは線の長さの増加に伴って増大するので、端子６２及び６４に最も近い線を、端子から最も遠い線の断面積よりも小さい断面積にすることによって電気的に長くすることができる。また、各エレメント５１〜５８の電気的長さを同一に維持することによって、その間でのＲＭＳ電圧及び電流変動を等化し、これらのエレメントの下方のプラズマ分布を同一にすることも望ましい。
【００３０】
このために、セグメント５１〜５８の断面積を同一にしながら、リード線５９及び６０の断面積を隣接セグメント対５５〜５８及び５１〜５４間で順次増大させる。これによって、リード線５９及び６０の断面積は、セグメント５５及び５６間及びセグメント５３及び５４間で相対的に小さくなり、セグメント５７及び５８間及びセグメント５１及び５２間で相対的に大きくなる。
【００３１】
あるいは、送電線の長さを等化するために、コンデンサ８１〜８８をエレメント５１〜５８に直列に接続する。第２ａ図に示されているように、コンデンサ８１〜８８がエレメント５１〜５８及びリード線５９と、各エレメントのリード線側端部で直列に接続されている。コンデンサの物理的寸法が比較的小さいことから、コンデンサ８１〜８８をこれらの位置に配置しても、エレメント５１〜５８の有効物理的長さに影響を与えない。
【００３２】
各エレメント５１〜５８の電流の位相をほぼ同一にする（エレメントで電圧を進めるか、遅らせる）ため、エレメント５１〜５８の配置及びコンデンサ８１〜８８の値は、エレメント５１〜５８を含む分岐セグメントの各々の電源３８の周波数における正味インピーダンスが同じリアクタンス形になる、すなわち誘導性か容量性になるように選択される。エレメント５１〜５８の誘導インピーダンスが主である場合、直列コンデンサ８１〜８８の各々は、相対的に大きい値であるほど、各エレメントに直列された時の容量インピーダンスが相対的に小さくなる。このため、エレメント５４及び５５に直列のコンデンサ８４及び８５の値が、エレメント５３及び５６に直列のコンデンサ８３及び８６よりも小さく、エレメント５３及び５６に直列のコンデンサ８３及び８６の値が、エレメント５２及び５７に直列のコンデンサ８２及び８７よりも小さいため、エレメント５１及び５８に直列のコンデンサ８１及び８８は最も大きい値になり、省略してもよい。しかし、エレメント５１〜５８を含む分岐セグメントの主インピーダンスが容量性である場合、コンデンサ８１〜８８の値が相対的に小さいほど、高い容量インピーダンスを与える。コンデンサ対８４、８５、８３、８６、８２、８７、８１、８８の値は、列挙した順に減少する。
【００３３】
第３図に示されているコイル３４は、第２図の導体エレメント５１〜５８と同じ配置及び構造の線形導体エレメント５１〜５８を含むように図示されている。第３図では、導体エレメント５１〜５８の両端部が、導体エレメント５１〜５８に直交して互いに平行に延在した細長い直線状の金属リード線９０及び９２に接続されている。リード線９０及び９２は断面積が大きいため、インダクタンスが小さいので、エレメント５１〜５８との間に通じた経路に大きな送電線長さまたは位相ずれを生じない。リード線９０は、導体５１よりわずかに先まで延出して端子９４で終了する部分を備えており、同様に、リード線９２は、リード線５０よりわずかに先まで延出して端子９６で終了する部分を備えている。端子９４及び９６は、それぞれ端子６２及び６４と同じリード線及び回路に接続されている。
【００３４】
第３図に示されている構造の利点は、各導体エレメント５１〜５８を通る端子９４及び９６間の電流路の物理的及び電気的長さが同一であることにある。従って、各導体エレメント５１〜５８を流れる交流電流のＲＭＳ振幅が実質的に同一である。各導体エレメント５１〜５８を流れる交流電流のＲＭＳ振幅がほぼ同一であるため、高周波源３８によるこれらの導体エレメントの励磁から生じる磁束密度がほぼ同一である。
【００３５】
導体エレメント５１〜５８の高周波励磁から生じる磁束線は、室１０内へ導入されたガス内に高周波磁束線１２４、１２８、１３０及び１３２（第１１図）を発生して、ガスを励磁して同数の正及び負帯電キャリヤを備えたプラズマにする。これによってプラズマ内に得られる分子束のため、プラズマは、一次巻線として導体エレメント５１〜５８を含む変圧器の単巻き二次巻線として機能する。プラズマの導電特性によって、高周波磁束線１２４、１２８、１３０及び１３２が対称的になる、すなわち磁束線は、窓１９の下方で真空室１０内へ延びるよりも、窓１９の上方で大気中へ相当に大きく延びる。帯電キャリヤがガス内で分散することによって、ガスが基板または加工物２４を処理するプラズマになる。
【００３６】
第４図は、細長い直線状のリード線１３４及び１３６を含むコイル３４のさらなる構造を示しており、リード線は互いに平行に延在し、端部の端子１３８及び１４０がそれぞれケーブル７２及び６８を介して高周波励磁装置３３に接続されている。リード線１３４及び１３６間に、第２図及び第３図の対応エレメントと同一の細長い直線状の平行導体エレメント５１〜５８が延在している。エレメント５１〜５８は高周波励磁装置３３によって励振されることによって、常に高周波平行電流がそれらをほぼ同一方向に流れる。第４図のリード線１３４及び１３６とエレメント５１〜５８は、端部端子１３８及び１４０が導体エレメントに対してリード線の同じ端部に位置して、導体エレメントの長さ分だけ互いに離れるように配置されている。第４図のコイル構造が端子１３８及び１４０間にリード線１３４及び１３６を介してエレメント５１〜５８を通る同一電気的長さの送電線を含むことができるようにするため、第２図に関連して説明したように、リード線の個々の部分の断面形状を変化させること、及び第２ａ図に関連して説明したようにコンデンサをエレメント５１〜５８に直列に接続することの両方または一方を行うことができる。
【００３７】
第２図〜第４図の各々において電流が導体エレメント５１〜５８を同一方向に流れる結果、導体エレメントの各々を包囲する少なくとも１つの磁束線１２４（第１１図）があり、エレメント５１〜５８内を流れる電流から得られる磁束の相互作用によって生じる累積効果がある。そのため、高度に集中して均一に分布した磁界が、窓１９の下側のプラズマに得られる。例えば、導体エレメント５２及び５３またはエレメント５６及び５７を同一方向の電流が流れるため、これらの２対の導体エレメントがそれぞれ磁束線１２８及び１２９によって包囲される。導体エレメント５５〜５８内を同一方向に流れる電流から生じる磁束間の相互作用によって、これらの導体エレメントが磁束線１３０によって包囲される。導体エレメント５１〜５８のすべてを同一方向に流れる電流から生じる磁束間の相互作用によって、これらの導体エレメント５１〜５８が磁束線１３２によって包囲される。導体エレメント５１〜５８の励磁パターンから生じる集中磁束線は、室１０内の上端部プレート構造体１８の下方にプラズマを比較的均一に分布させるため、加工物２４に対するエッチングまたは付着分子の分布が均一になる。
【００３８】
第５図〜第７図に示されている本発明のさらなる実施例によれば、コイル３４の導体エレメントは、電流がコイルの隣接した線形導体エレメント内を常に空間的にほぼ逆方向に流れるように構成されている。第５図の構造は、高周波励磁装置３３の両端子間で各導体を通る電流路が同じ物理的及び電気的長さになるという利点を備えている。第５図〜第７図の構造体によってプラズマに結合された磁束の密度は、第２図〜第４図のものよりも低いが、場合によっては磁束密度をプラズマの一定領域に合わせることが望ましく、これは第２図〜第４図の構造よりも第５図〜第７図の構造の方が容易である。
【００３９】
第５図の構造は、空間的に隣接して平行で細長い直線状のリード線１００及び１０２を含み、それぞれの端子１０４及び１０６が空間的に対向する端部に配置されて、高周波励磁装置３３の両端部６６及び７２に接続されている。第５図のコイル３４は４つのセグメント１１１、１１２、１１３及び１１４を備えており、その各々に１対の細長い直線状の平行な導体エレメントが設けられ、両端部の端子がそれぞれリード線１００及び１０２に接続されている。リード線１００及び１０２は、一般的にセグメント１１１〜１１４の一方側に配置されているため、導体エレメントは内側リード線１０２の側部まで同一方向に延在している。コイルセグメント及び導体エレメントは、コイルセグメント１１１が導体エレメント１１６及び１１７を含み、コイルセグメント１１２が導体エレメント１１８及び１１９を含み、コイルセグメント１１３が導体エレメント１２０及び１２１を含み、コイルセグメント１１４が導体エレメント１２２及び１２３を含むように構成されている。コイルセグメント１１１〜１１４の平行な導体エレメントは、リード線１００及び１０２に平行に延在する導体エレメント１２５によって互いに連結されている。導体エレメント１１６〜１２３は互いにほぼ等間隔であるため、例えばコイルセグメント１１１の導体エレメント１１７はコイルセグメント１１２の導体エレメント１１８との間隔が、コイルセグメント１１１の導体エレメント１１６との間隔と同じである。コイルセグメント１１１〜１１４を含む送電線の各々は、両端子１０４及び１０６間が同じ物理的及び電気的長さであり、その理由として、（１）コイルセグメント１１１〜１１４とリード線１００及び１０２との配列形状、（２）各セグメント１１１〜１１４の断面及び長手方向形状が同一であること、（３）リード線１００及び１０２の断面及び長手方向形状が同一であることが挙げられる。
【００４０】
電気的に並列に接続され、隣接の導体エレメントで電流がほぼ逆方向に流れるようにした空間的に平行な導体エレメントを設けるさらなる構造が、細長い直線状のリード線１５０、１５１、１５２及び１５３を細長い直線状の導体エレメント１６１〜１６８と組み合わせた編組みパターンとして第６図に示されている。リード線１５０〜１５３は互いに空間的に平行であると共に、互いにほぼ等間隔で互いに空間的に平行に延在している導体エレメント１６１〜１６８に直交する方向に延在している。リード線１５０、１５１はエレメント１６１〜１６８の一方側に位置し、リード線１５２、１５３はこれらのエレメントの他方側に位置している。リード線１５１及び１５３はそれぞれケーブル１５４及び１５５によって高周波励磁装置３３の第１端子１５６に接続されているのに対して、リード線１５０及び１５２はそれぞれケーブル１５７及び１５８によって高周波励磁装置３３の他方の第２端子１５９に接続されている。１つ置きの等しい長さの導体エレメント１６１、１６３、１６５及び１６７がリード線１５０及び１５３間に電気的に接続されているのに対して、残りの等しい長さの導体エレメント１６２、１６４、１６６及び１６８がリード線１５１及び１５２間に電気的に並列に接続されている。エレメント１６１、１６３、１６５及び１６７は外側リード線１５０及び１５３に接続され、エレメント１６２、１６４、１６６及び１６８は内側リード線１５１及び１５２に接続されており、前者のエレメントは後者のものより長い。そのため、常に電流が一般的に導体エレメント１６１、１６３、１６５及び１６７内を同一方向に流れるが、これは電流が一般的に導体エレメント１６２、１６４、１６６及び１６８内を流れる方向の逆である。このため、第５図に示されている構造によって得られるものと同様な磁束路が、第６図のコイル構造によって得られる。エレメント１６１〜１６８を含む送電線を介した端子１５６及び１５９間の物理的距離が異なるため、リード線１５０〜１５３の断面形状を第２図で説明したようにして変化させるか、第２ａ図で説明したようにコンデンサをエレメント１６１〜１６９に直列に接続するのが好ましい。
【００４１】
第６図の編組み状コイル構造は、第７図に示されているように、各導体エレメントが同一長さになるように変更することができる。このために、第７図の編組み状コイル構造は、細長い平行な直線状のリード線１７０、１７１、１７２及び１７３を細長い平行な直線状の導体エレメント１８１〜１８８と組み合わせて設けている。リード線１７０〜１７３は、等間隔の導体エレメント１８１〜１８８に対して直交する方向に延在している。外側のリード線１７０及び１７３は、それぞれケーブル１９１及び１９２によって高周波励磁装置３３の端子１９０に接続されている。内側のリード線１７１及び１７２は、それぞれケーブル１９４及び１９５によって高周波励磁装置３３の端子１９３に接続されている。導体エレメント１８１、１８３、１８５及び１８７は、リード線１７０及び１７２を通って電気的に並列に接続されている。一方、導体エレメント１８２、１８４、１８６及び１８８は、リード線１７０及び１７２を通って電気的に並列に接続されている。そのため、ほぼ逆方向の電流が隣接のリード線対１８１〜１８８を流れるため、例えば電流が導体エレメント１８２をリード線１７０からリード線１７２へ流れる時、電流は導体エレメント１８１及び１８３をリード線１７３からリード線１７１へ流れる。従って、第６図及び第７図の実施例では同様に電流が隣接の導体エレメントを逆方向に流れる。
【００４２】
第５図〜第７図に示されているコイルの高周波励磁装置３３による励磁に応答して、第１２図に示されているような磁束線が発生する。第１２図では、磁束線３８１〜３８８がそれぞれ第７図の同一長さの導体エレメント１８１〜１８８に対応している。第５図の導体エレメント１１６〜１２３及び導体エレメント１６１〜１６８に対しても同様な磁束線パターンが得られることを理解されたい。電流がエレメント１８１〜１８８の隣接エレメントを逆方向に流れるため、これらの電流から生じる磁束線は互いに逆方向になるため、磁束パターン３８１〜３８８に相互作用がなく、隣接した導体エレメント間に磁束空白が存在する。導体エレメント１８１及び１８８の外側に導体エレメントまたは磁気部材が存在しないので、磁束線３８１及び３８８はコイル３４の中心から離れる方向へ膨出する。導体エレメント１８４及び１８５は他の導体エレメント対よりも（レール２１のため）広く離れているため、磁束線３８４及び３８５が中央の誘電レール２１の方へ膨出している。導体エレメント１８２、１８３、１８６及び１８７は内部の等間隔の位置にあるため、磁束線３８２、３８３、３８６及び３８７は密度及び空間形状がほぼ同じである。
【００４３】
第２図〜第７図に示されているコイル構造は、上端部プレート構造体１８の４つの窓１９全体に延在するように設計されている。しかし、場合によっては、各窓１９に個別のコイルを設けることが望ましい。このために、第２図〜第７図に関連して説明したコイル構造のいずれも、第８図に示されているように、並列に接続して各窓１９の上に個別に重ねることができる。第８図の特殊な実施例では、各窓１９に個別のコイルセグメント２０１、２０２、２０３及び２０４が重なっており、その各々はほぼ第４図に関連して説明したように構成されている。コイルセグメント２０１及び２０２の隣接した内側リード線２０５及び２０６が端子２０７に接続され、これはケーブル２０８で高周波励磁装置３３の端子２０９に接続されている。端子２０９は、ケーブル２１１で端子２１２にも接続されており、この端子２１２はコイルセグメント２０３及び２０４の隣接内側リード線２１３及び２１４に接続されている。コイルセグメント２０１及び２０２の外側リード線２１５及び２１６は、ケーブル２１７で高周波励磁装置３３の他方の端子２１８に接続されている。端子２１８はケーブル２１９でコイルセグメント２０３及び２０４の外側リード線２２０及び２２１にも接続されている。これによって、コイル３０４のセグメント２０１〜２０４は、第８図に示されているように、装置３３によって平行に励振される。各コイルセグメントは、比較的短い（装置３３によって誘導される波の波長の１／１６を超えない）長さの電気的に並列の導体エレメントを備えており、電圧及び電流の両方またはいずれか一方の空白が存在する可能性を最小限に抑えることができる。４つのコイルセグメント２０１〜２０４は比較的短い送電線であるため、場合によっては個々の窓１９上の個々の送電線すべてを同一長さにする必要がないであろう。
【００４４】
第２図〜第８図の各実施例では、様々な平面コイルの導体エレメントの物理的長さが等しい。しかし、導体エレメントの物理的長さを等しくする必要はなく、場合によってはその物理的長さを変えることが望ましいであろう。第９図の実施例では、第２図の構造を変更して弓形リード線２２６及び２２８を設けており、その間に物理的長さが異なっている空間的に平行な細長い直線状の導体エレメント２３１〜２３８が延在している。弓形リード線２２６及び２２８の中間点に、それぞれ高周波励磁装置３３の異極性端子に接続された端子２４０及び２４１が設けられている。電流が導体エレメント２３１〜２３８をほぼ同一方向に平行に流れる。第９図の構造を用いることによって、室１０内のプラズマが特有の表面を備えた基板を処理するための特殊な空間形状を備えることができる。
【００４５】
物理的長さが異なった導体エレメント２３１〜２３８を設けることが望ましくても、これらのエレメントを含む送電線の電気的長さを同一にすることが好ましく、それは第２図または第２ａ図に関連して説明した構造を用いることによって達成される。エレメント２３１〜２３８は互いにほぼ等間隔であるように図示されているが、第２図〜第９図のいずれの構造の場合にも必ずしもこのようにする必要はない。
【００４６】
コイル３４を第１０図に示されているように複数の直列導体エレメントとして形成することによって、第１２図に示されているような磁束パターンを得ることができる。第１０図のコイルは、互いに空間的に平行に延在したほぼ同一長さの導体エレメント２４１〜２４８を備えており、それらの隣接端部が導体エレメント２４９及び２５０で互いに接続されている。導体エレメント２４１及び２４８は端部端子２５２及び２５４に接続されており、これらの端子は適当なケーブルによって高周波励磁装置３３の両端部端子に接続されている。このため、導体エレメントの波形または蛇行形状の結果、電流は隣接の導体エレメント２４１〜２４８をほぼ逆方向に流れる。第１０図の構造は、物理的及び電気的長さが大きく、そのためエレメント２４１〜２４８を形成しているコイルの長さに沿って電圧及び電流空白が存在する傾向があるため、第２図〜第９図の構造に較べて大きな問題点がある。これらの空白は、室１０内のガスに作用する磁束の分布を不均一にする。この問題は、第１図〜第９図の平行構造によって解消され、これらの構造はすべて、高周波励磁装置３３の端子間に導体エレメントを互いに平行に設けており、長さは装置３３によって誘導される波の波長の約１／１６である。第２図〜第１０図のすべての構造は、接続しやすいように外部端子を導体エレメントの外側に備えた平面コイルであるという利点を備えているため、一方が内部端子であるらせん平面コイルに伴った問題を回避できる。これらの平面コイルはすべて、らせん平面コイルと共に、第８図に関連して説明したように、端部プレート構造体１８の４つの窓１９に並列に接続された４つの個別コイルとして使用することができる。
【００４７】
端部プレート構造体１８は、同じ大きさの４つの矩形誘電体窓を矩形フレームの象限に配置して設けることが好ましいが、他の個別支持された誘電体窓形状、例えば第１３ａ図、第１３ｂ図及び第１３ｃ図に概略的に示されているような形状を用いることもできる。第１３ａ図のフレーム３１７内に個別支持された誘電体窓３０２〜３１０は大きさ及び形状が異なっており、矩形の周辺窓３０２〜３０８は異なった長さであって、互いに直角に延在して内側の方形の窓３１０を取り囲んでいる。第１３ｂ図には、中央のひし形の誘電体窓３１２と三角形の外側誘電体窓３１４とがフレーム３１６内に個別に支持されている。第１３ｃ図のフレーム３１８は、同じ大きさで長辺が平行な３つの矩形窓３２０を個別に支持している。第２図〜第１０図に示されているような平面コイルを第１３ａ図、第１３ｂ図及び第１３ｃ図の窓の上に配置することができる。
【００４８】
以上に本発明の特殊な実施例を説明してきたが、添付の請求項に定義されている発明の精神の範囲内において実施例の詳細に変更を加えることができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の１つの実施例に従ったプラズマ加工機の断面図である。
【図１ａ】図１に示されているプラズマ加工機の一部分の、図１の図面に対して直交する方向の断面図である。
【図２】複数の平行な線形導体セグメントまたはエレメントを用いており、すべての電流がセグメントを同一方向に流れるようにしたコイルの上面図である。
【図２ａ】図２の変更例の一部分の上面図である。
【図３】電流が同一方向に流れる平行なセグメントを備えており、セグメントが、高周波励磁源に応答するように接続されている対角線方向に対向する第１及び第２端子間に同一の物理的及び電気的長さを有する経路内にあるコイルの上面図である。
【図４】交流励磁源に接続された隣接の第１及び第２端子間ですべての電流が平行分岐セグメント内を同一方向に流れるようにしたさらなるコイル構造の上面図である。
【図５】隣接エレメント内を電流が逆方向に流れるようにした多重平行コイルセグメントを備えており、セグメントが、隣接リード線の対向端部に位置する第１及び第２端子間に同一の物理的及び電気的長さを有する経路内にあるコイル構造の上面図である。
【図６】平行なエレメントを編組みパターンに配置して設けて、隣接エレメント内を電流が逆方向に流れるようにしたコイルの上面図である。
【図７】図６に示されている編組みパターンの変更例である。
【図８】それぞれ個別に支持された個々の窓に互いに排他的な領域を占有して励磁源に並列に接続されている複数のコイル部分を備えたコイル構造の上面図である。
【図９】異なった長さの複数の平行な線形セグメントを備えたコイルの上面図である。
【図１０】高周波源に応答するように接続された外部端子間に直列に接続された複数の線形エレメントを備えたコイルの上面図である。
【図１１】図２〜図４及び図９のコイル構造の励磁によって発生する磁束線の側面図である。
【図１２】図５〜図８及び図１０のコイル構造の励磁によって発生する磁束線の側面図である。
【図１３ａ】変更形窓構造の上面図である。
【００５０】
である。
【図１３ｂ】変更形窓構造の上面図である。
【００５１】
である。
【図１３ｃ】変更形窓構造の上面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…真空室、１９…窓、２２…ポート、２４…加工物、３３…高周波励磁装置、３４…コイル、３６…整合ネットワーク、３８…高周波源、５１〜５８…エレメント、５９，６０…リード線、６２，６４…端子。
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図２ａ】
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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１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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