(57)【要約】本発明による装置は、金属真空チャンバ（４１０）を含んでおり、金属真空チャンバ（４１０）は、２つ、またはそれ以上の誘電体中断部（４２０、４６０）を備えている。その装置は、誘電体中断部に、チャンバにおける全ての誘導された電圧を分配するように配置された複数の励磁変圧器（４４０、４５０）も含んでいる。中断部に、全ての誘導された電圧を分配することにより、壁の損傷が減り、それ故に、プラズマチャンバの寿命が延びる。
2006516805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属真空チャンバと、
該チャンバの中に第１の中断部を形成する第１の誘電体要素と、
該チャンバの中の該第１の中断部の横において該チャンバに結合され、該真空チャンバの中において電磁場を誘導する第１の変圧器と、
該チャンバの中に第２の中断部を形成する第２の誘電体要素と、
該チャンバの中の該第２の中断部の横において該チャンバに結合され、該真空チャンバの中において電磁場を誘導する第２の変圧器とを備えた装置であって、
該真空チャンバに印加された電圧が該チャンバの中の該第１および第２の中断部に分配されるように、該第１および第２の変圧器が配置されている、装置。
【請求項２】
前記真空チャンバに印加された前記電圧が、該チャンバの中の前記第１および第２の中断部に等しく分配される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記チャンバがプラズマループを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記チャンバの中の前記第１および第２の中断部に前記電圧を分配することによって、該チャンバの中においてイオンのエネルギーを減少させる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記変圧器の一次巻線に結合され、前記真空チャンバに電力を供給する電源装置をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ＡＣ電源と前記変圧器の前記一次巻線との間に結合され、該変圧器のインピーダンス範囲を該ＡＣ電源の出力インピーダンス範囲に整合させるインピーダンス整合回路をさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
金属真空チャンバと、
該チャンバの中に第１の中断部を形成する第１の誘電体要素と、
該チャンバの中に第２の中断部を形成する第２の誘電体要素と、
該チャンバの中の該第１および第２の中断部の横において該チャンバに結合され、
該真空チャンバの中において電磁場を誘導する第１の変圧器と、
該チャンバの中に第３の中断部を形成する第３の誘電体要素と、
該チャンバの中に第４の中断部を形成する第４の誘電体要素と、
該チャンバの中の該第３および第４の中断部の横において該チャンバに結合され、
該真空チャンバの中において電磁場を誘導する第２の変圧器とを備えた装置であって、
該真空チャンバに印加された電圧が該チャンバの中の該第１、第２、第３、および第４の中断部に分配されるように、該第１および第２の変圧器が配置されている、装置。
【請求項８】
前記真空チャンバに印加された前記電圧が、該チャンバの中の前記第１、第２、第３および第４の中断部に等しく分配される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバがプラズマループを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記チャンバの中の前記第１および第２の中断部に前記電圧を分配することにより、該チャンバの中においてイオンのエネルギーを分配する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記変圧器の一次巻線に結合され、前記真空チャンバに電力を供給する電源装置をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
ＡＣ電源と前記変圧器の前記一次巻線との間に結合され、該変圧器のインピーダンス範囲を該ＡＣ電源の出力インピーダンス範囲に整合させるインピーダンス整合回路をさらに備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
プラズマ源と、
第１の変圧器の横においてチャンバの中に第１の中断部を形成する第１の誘電体要素と、
第２の変圧器の横において該チャンバの中に第２の中断部を形成する第２の誘電体要素とを備えたプラズマチャンバであって、
該第１および第２の変圧器によって該チャンバに印加された電圧が、該チャンバの中の該第１および第２の中断部に分配される、プラズマチャンバ。
【請求項１４】
前記チャンバの中の前記第１および第２の中断部に前記電圧を分配することによって、壁に衝突するイオンのエネルギーを低減させる、請求項１３に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１５】
前記プラズマチャンバに印加された前記電圧が、該チャンバの中の前記第１および第２の中断部に等しく分配される、請求項１３に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１６】
プラズマ源と、
第１の変圧器の横においてチャンバの中に第１の中断部を形成する第１の誘電体要素と、
該第１の変圧器の横において該チャンバの中に第１の中断部を形成する第２の誘電体要素と、
第２の変圧器の横において該チャンバの中に第３の中断部を形成する第３の誘電体要素と、
該第２の変圧器の横において該チャンバの中に第４の中断部を形成する第４の誘電体要素とを備えたプラズマチャンバであって、
該第１および第２の変圧器によって該チャンバに印加された電圧が、該チャンバの中の該第１、第２、第３、および第４の中断部に分配される、プラズマチャンバ。
【請求項１７】
前記真空チャンバに印加された前記電圧が、該チャンバの中の前記第１、第２、第３、および第４の中断部に等しく分配される、請求項１６に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１８】
前記チャンバの中の前記第１および第２の中断部に前記電圧を分配することによって、イオンのエネルギーを低減させる、請求項１６に記載のプラズマチャンバ。
【請求項１９】
真空チャンバと、
該チャンバに結合され、該真空チャンバの中において電磁場を誘導する第１の変圧器と、
第２の中断部の横において該チャンバに結合され、該真空チャンバの中において電磁場を誘導する第２の変圧器とを備えた装置であって、
該第１および第２の変圧器がそれぞれ、一次巻線と、二次巻線として機能する該チャンバの中のプラズマループとを有しており、
該第１および第２の変圧器の一次巻線が並列に結合されており、該第１および第２の変圧器の該二次巻線が直列に結合されている、装置。
【請求項２０】
前記チャンバの中に第１の中断部を形成する第１の誘電体要素と、
該チャンバの中に第２の中断部を形成する第２の誘電体要素とをさらに備え、
該真空チャンバに印加された電圧が該チャンバの中の該第１および第２の中断部に分配されるように、前記第１および第２の変圧器が配置されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記真空チャンバに印加された前記電圧が、該チャンバの中の前記第１および第２の中断部に等しく分配される、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔のプラズマ源のフィールドに関し、より詳しくは、本発明は、プラズマ源に結合された変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマに結合された変圧器は、通常、材料処理と、活性ガスの生成と、汚染物の低減とを含めた多くの異なる用途において用いられている。上記装置において、励磁変圧器の磁気コアは、真空チャンバの近傍に、真空チャンバの周囲に、または真空チャンバの中に配置される。無線周波数（ＲＦ）を用いてこの変圧器の一次巻線を励起するときにおいて、コアの周囲に誘導された電磁場は、真空装置の中におけるガスプラズマ放電を維持する。
【０００３】
その真空チャンバは、大抵、チャンバを介した閉ループの電流の生成を避けるために誘電体ギャップを含んでいる金属容器である。金属チャンバの伝導度は高いために、チャンバに沿って誘導された電圧の電圧降下の大部分は、このギャップにおいて起こる。この電圧降下は、大抵、誘電体ギャップを横切るコンデンサ放電を生成するに十分に大きい。
【０００４】
そのコンデンサ放電により、プラズマとチャンバの壁との間にアークが生じ得て、それにより、壁のコーディングに損傷が生じる。さらに、プラズマ操作の間において、プラズマからのイオンがチャンバの壁に衝突し得る。それによって、高エネルギーのイオンと壁材料との化学反応と、スパッタリングとが原因で壁に損傷が生じる。従って、コンデンサ放電とプラズマチャンバの壁へのイオン衝突とを最小限にするメカニズムが所望される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によって、装置が記載されている。その装置は、２つ以上の誘電体中断部を備えた金属真空チャンバを含んでいる。その装置は、チャンバにおいて誘導された全ての電圧を誘電体中断部（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｂｒｅａｋ）に分配させるように配置された複数の励磁変圧器も含んでいる。誘導された全ての電圧を中断部に分配することにより、壁の損傷が減り、それ故に、プラズマチャンバの寿命が延びる。
【０００６】
本発明は、下記の詳細な説明と、本発明の種々の実施形態の添付図面とにより最も良く理解されるであろう。しかし、それらは、単に説明と理解とを目的としたものであり、本発明を特定の実施形態に限定するものと解釈するべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
一実施形態によって、プラズマチャンバに結合された変圧器におけるイオン衝突を最小限にするメカニズムを記載する。以下の説明では、複数の詳細について記載する。しかし、それらの特定の詳細なしに本発明を実行し得るということは、当業者にとっては明らかであり得る。別の例において、本発明を不明瞭にすることを避けるために、詳細にではなく、ブロック図の形式により周知の構造と装置とを示す。
【０００８】
本明細書における参照「一実施形態」は、実施形態とともに記載された特定の特徴、構造、または特性とが本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味する。本明細書の様々な場所において句「一実施形態において」があるが、その全てが同一の実施形態を参照しているとは限らない。
【０００９】
図１は、例示的なＴＣＰ装置の回路表現を示す。その装置は、ＲＦ電源装置１１０と、変圧器１３０と、プラズマチャンバ１５０とを含んでいる。変圧器の一次巻線１６０は、ＲＦ電源装置に結合されている。抵抗Ｒｐとともに二次巻線１７０は、プラズマ負荷を表す。
【００１０】
図２は、図１に示されたＴＣＰ装置の例示的なプラズマ源チャンバの構成を示し、１つのギャップと１つの変圧器とを備えている。そのチャンバは、一次巻線および二次巻線を備えた変圧器と、誘電体中断部と、プラズマループとを含んでいる。チャンバ操作の間において、変圧器の一次巻線へのＲＦ励起により、変圧器のコアの周囲に電場が誘導される。
【００１１】
ファラデーの電磁誘導の法則により、全ての閉路に対して、誘導電場に関連した総電圧降下は、その経路に囲まれた有効磁束に比例する。真空チャンバの中において、誘導電場により、閉ループにおいて放電電流Ｉｐが駆動される。チャンバの中における誘導電場に関連した総電圧降下Ｖｐは、プラズマループに沿って一様に分布している。
【００１２】
チャンバの周囲に従いかつ誘電体中断部をまたぐ閉路に対して、囲まれた総磁束は、プラズマループに囲まれた総磁束と同じであり、いずれの場合においても、総電圧降下の値は、Ｖｐと等しい。しかし、伝導度の高い金属により金属壁において電場がゼロになるために、総電圧降下Ｖｐは誘電体中断部をまたいで現れる。
【００１３】
誘電体ギャップにおける電圧降下により、プラズマとチャンバの壁との間においてアークが生じ得る。それにより、壁の表面が損傷を受ける。さらに、プラズマ操作の間において、この電圧降下によりプラズマからのイオンが加速され、チャンバの壁に衝突し、また、スパッタリング、および高エネルギーのイオンと壁の材料との化学反応により、壁がさらに損傷を受ける。その損傷は、ギャップにおける電位差が増加するにつれ、増加する。従って、プラズマにおける駆動電圧を変化させずに、ギャップにおける電位差を低減することは望ましい。
【００１４】
チャンバの周囲に従っており、チャンバが有し得る誘電体中断部における電圧降下がプラズマ電圧Ｖｐと等しいために、２つ以上の誘電体ギャップを導入することは、ギャップあたりの電圧降下を低減する手段となり得る。しかし、下記のように、このアプローチが成功するかは、励磁変圧器に対するギャップの位置と、プラズマチャンバの接地とに依存する。
【００１５】
図３は、例示的なプラズマ源のチャンバ構成を示し、２つのギャップと２つの変圧器とを備えている。単一ギャップの例と比較するために、各変圧器がプラズマループに沿ってＶｐ／２の電圧降下を誘導するものと仮定し、総ループ電圧はＶｐある。しかし、チャンバに対する接地要求により、２つのギャップにおいて総電圧Ｖｐを等しく分配することは可能ではない。
【００１６】
通常、ガスフィードラインが存在するためにチャンバの上部において接地し、ポンプラインのためにチャンバの底部において接地する。その両部分を接地することと、２つの変圧器が誘電体ギャップのうちの１つに近接することとにより、もう一方のギャップに短絡が生じ、変圧器のコアに近いギャップにおいて完全な電圧降下Ｖｐが現れる。
【００１７】
この推定は、右側の誘電体中断部の一端から開始し、上部接地接続へとチャンバに沿い、下部接地接続のそばを通って戻り、開始位置に戻る閉路に沿うことにより、容易に確認される。上記閉路は、２つの変圧器の磁束を全て囲む。それ故に、誘電体中断部における電圧降下は総電圧降下と等しい。従って、この構成は２つのギャップを特徴とするが、誘電体中断部間における電圧の分配はない。イオン衝突と壁の損傷とについては、この構成は、図２において示された構成と実質的に同じである。
【００１８】
本発明は、一実施形態によって、２つ以上の誘電体中断部に電圧降下を分配するメカニズムについて説明する。それにより、イオン衝突、およびギャップの近傍におけるチャンバの壁の損傷が低減される。図４はプラズマ源チャンバ５１０の一実施形態を示す。
【００１９】
図４を参照すると、チャンバ４１０は、誘電体中断部４２０および４６０と、プラズマループ４３０と、変圧器４４０および４５０とを含んでいる。変圧器４４０は、誘電体中断部４２０の横かつチャンバ４１０の領域に配置されており、変圧器４５０は誘電体中断部４６０の横に（ｎｅｘｔ  ｔｏ）配置されている。変圧器のコアにおける磁束が図中において示されている方向を向くように、変圧器が配置されている。コアの断面の中に示されている×印は紙面の表から裏の方向の電磁流を、点は紙面の裏から表の方向の電磁流を示す。
【００２０】
操作の間において、チャンバの中において、強度Ｉｐの閉ループ電流４３０が生じる。
再度、単一ギャップの例と比較するために、各変圧器はＶｐ／２の閉ループ電圧を誘導するものと仮定し、両変圧器の効果を組み合わせたものに相応するプラズマにおける総電圧降下はＶｐと等しい。
【００２１】
図３に示した例とは対照的に、図４に示された配置により、チャンバの両領域が設置されている場合でさえ各ギャップにおける電圧降下はＶｐ／２に等しくなる。この推定は、右側の誘電体中断部の一端から開始し、上部接地接続へとチャンバに沿い、下部接地接続のそばを通って戻り、開始位置に戻る閉路に沿うことにより、容易に確認される。上記閉路は、１つの変圧器のみの磁束を囲んでいる。それにより、誘電体中断部における電圧降下は総電圧降下の半分と等しい。
【００２２】
従って、チャンバ４１０の各側にある変圧器を用いることにより、誘電体中断部４２０と４６０とに等しく電圧が分配される。誘電体中断部４２０および４６０における電圧の分配により、衝突するイオンのエネルギーは減少し、チャンバの壁の表面における損傷が軽減され、チャンバの寿命が延びる。
【００２３】
図５は、プラズマ源チャンバの別の実施形態を示す。この実施形態において、プラズマ源１３０はチャンバ５１０を備える。チャンバ５１０は、誘電体中断部５２０、５２５、５６０および５６５と、プラズマループ５３０と、変圧器５４０および５５０とを含んでいる。変圧器５４０は、誘電体中断部５２０と５２５との間のチャンバ５１０の領域に配置されており、変圧器５５０は、誘電体中断部５６０と５６５との間に配置されている。各変圧器はＶｐ／２に等しい閉ループ電圧を誘導する。２つの変圧器の効果を組み合わせたものに相応するプラズマにおける総電圧降下はＶｐと等しい。チャンバ５１０は上部および底部において接地されている。
【００２４】
チャンバ４１０と比較すると、チャンバ５１０の構成により、各誘電体中断部における電圧降下がＶｐ／４であるように総プラズマ電圧Ｖｐをさらに分配する。この推定は、右側の誘電体中断部の一端から開始し、上部接地接続へとチャンバに沿い、下部接地接続のそばを通って戻り、開始位置に戻る閉路であって、チャンバの右側の２つのギャップを横断する閉路に沿うことにより、容易に確認される。上記閉路は、１つの変圧器のみの磁束を囲んでおり、２つのギャップを横断するために、最近接のギャップに対して各変圧器が対称的な構成であるということを仮定すると、各誘電体中断部における電圧降下は総電圧降下の４分の１と等しい。
【００２５】
強誘電体中断部５２０、５２５、５６０および５６５に、電圧を分配することにより、衝突するイオンのエネルギーがさらに低減され、チャンバの壁の表面における損傷が軽減される。２つの変圧器と２つのギャップおよび４つのギャップとを有するチャンバの例について例示してきたが、本明細書において記載された原理をさらに多数の変圧器およびギャップの例に容易に拡張することができるということは明らかである。
【００２６】
図６は、チャンバ６１０に対する遠隔のプラズマ源の構成の一実施形態の回路表現を示す。ＲＦ生成器１１０は、変圧器６４０および６５０の一次巻線に結合されている。一実施形態によると、変圧器６４０と６５０とは、並列に結合されており、接地されている。変圧器の二次巻線と抵抗とは、プラズマ負荷を表す。直列の２つの抵抗がプラズマの総抵抗を表し、各抵抗は完全なループにおけるプラズマ抵抗の半分である。
【００２７】
さらなる実施形態によると、図６に示された変圧器の構成を実現することにより、任意の所与の有理数に等しい巻線比（ＴＲ）を得る。従来のプラズマ源においては、ＴＣＰに対する単一巻線数の二次巻線への要求により、ＴＲは整数値に限定される。
【００２８】
しかし、並列な一次巻線と直列の二次巻線とを有することにより、本発明によって、一次巻線における巻線数が適切に選択された場合において、任意の有理数に等しいＴＲを得る方法が提供される。例えば、図６に示された例において、ＴＲと巻線数Ｎ１およびＮ２とは、関係ＴＲ＝（１／Ｎ１＋１／Ｎ２）−１を満たす必要がある。
【００２９】
上述したように、複数の誘電体中断部において複数の変圧器を実装することにより、プラズマ電圧を誘電体中断部に分配し、それにより、全ての個々の誘電体中断部における電圧降下が最小化される。従って、各誘電体中断部におけるイオン衝突が低減され、チャンバの壁への損傷が軽減される。さらに、複数の変圧器の一次巻線を適切な巻き線数に選択し、それらを並列に配線することにより、任意の所与の有理数に等しい巻線比を達成することができる。
【００３０】
おそらく、上記の説明を読んだ後において、本発明の多様な変更および修正が当業者には明らかになるであろう。しかし、説明の目的で示し、記載した特定の実施形態が、本発明を限定すると考慮されるということを決して意図していないということは理解されるべきである。従って、種々の実施形態の詳細についての参照は、本発明に必要不可欠と見なされる特徴についてのみが列挙される特許請求の範囲の範囲を限定することを意図したものではない。
【００３１】
プラズマチャンバの壁に衝突するイオンエネルギーを最小化するメカニズムについて説明した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＲＦ電源装置に結合された例示的なプラズマ源の回路表現を示す。
【図２】チャンバ構成の一例を示す。
【図３】チャンバ構成の第２の例を示す。
【図４】チャンバ構成の一実施形態を示す。
【図５】チャンバ構成の別の実施形態を示す。
【図６】プラズマ源の一実施形態の回路表現を示す。
【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】
2006516805.tif 000007
【図６】
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【国際調査報告】
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