JP2002533868A

JP2002533868A - 早い電圧増加によるプラズマ点火を目的としたシステム

Info

Publication number: JP2002533868A
Application number: JP2000516513A
Authority: JP
Inventors: ジョフリーディー．ドラモンド，; ジョージマクドノー，; リチャードエイ．スコール，; ティムカー，; ジョンジー．ハーポルド，
Original assignee: Advanced Energy Industries Inc
Current assignee: Advanced Energy Industries Inc
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2002-10-08
Also published as: KR20010031093A; WO1999020087A3; WO1999020087A2; EP1023819A4; US6633017B1; EP1023819A2

Abstract

(57)【要約】プラズマ（３）点火の改良したシステムは、急激な電圧の立ち上がりを用いて動作し得、従って、前から存在し得るイオン（１２）に二次電子放出または類似のものを生成させる。１つの実施態様において、電圧の立ち上がりはプラズマを横切る電子の走行時間に匹敵するように合わせられ得る。それはまた、１０００マイクロ秒より短い時間で電圧の立ち上がりを達成するため、走行時間の１００倍未満の時間で結果的に遷移するため、二次電子放出を最小にするため、あるいは単に結果的に５〜５００電子ボルトの範囲の衝突エネルギーになるようさえするために調整され得る。遷移時間はプログラムされ得、出力格納デバイスの充電を含み得、あるいは格納要素がより完全に充電された後でプラズマに増加した電圧を供給するための遅延スイッチングを含み得る点火制御（９）によって制御され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明はプラズマプロセシングの分野に関する。プラズマプロセシングは、物
理蒸着法（ＰＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、薄膜のエッチングや
パターニング、表面の改質、アッシング、デスミアリング（ｄｅｓｍｅａｒｉｎ
ｇ）、そして産業および研究で使用されている他のプラズマプロセシングがある
。特に、本発明は、薄膜プロセシングがプラズマによって行われるプロセシング
システム内におけるプラズマの点火のより限られた局面に関する。

【０００２】（従来の発明）プラズマプロセシングを始めるためには、イオンと電子の拡散した混合物であ
るプラズマを通常（しかしながら必ずしもではないが）標準気圧未満の圧力下で
生成しなければならない。プラズマは多様な物理メカニズムによって立証されて
いるが、始めるためには過剰の電子またはイオンを生成しなければならない。多
くの場合、立証されているメカニズムは、システムにエネルギーを注入して荷電
粒子を他の原子に電離させ、このようにして動作レベルまでプラズマ密度を高め
る得る。

【０００３】しかしながら一つの例として、物理蒸着法（ＰＶＤ）の方式であるスパッタリ
ングと呼ばれるプロセスを用いるプラズマ蒸着システムを検討してもよい。スパ
ッタリングを達成するための共通のシステムには、電子に対して磁気的トラップ
を備え得るソースおよび電源、または、ターゲットと呼ばれるある要素に電圧を
印加することによって生じる電界を通してプラズマにエネルギーを供給する手段
を用いる。このマグネトロンと呼ばれるシステムのタイプは、適切な基板上に金
属および誘電体の薄膜をスパッタリングによる蒸着目的でプラズマを生成し、維
持するために非常によく用いられる。

【０００４】そのようなシステムは、通常いくつかの理由のために特定の圧力範囲に限定さ
れたものとして考慮されている。特に、いったん点火したプラズマを維持し、ス
パッタリングに利用することができるとしても、圧力範囲の低圧力下ではプラズ
マを点火させるのが困難になる。ほかの理由の中でも、成長中の薄膜に含まれる
バックグラウンド気体がより少ないこと、蒸着ストリームの気相の散乱は減少す
ること、およびバックグラウンド気体による望ましくない化学反応が減少するこ
とが原因で、これらのより低い圧力下で動作することがしばしば望ましいとされ
る。点火が難しい、もしくは不可能でさえある圧力領域下での動作の際に、いく
つかのアプローチではプラズマを生成する助けとなる従来技術を取り入れてきた
。最初に圧力のバーストがシステムに伝えられてもよい。すなわち、圧力制御シ
ステムは、プラズマ点火が達成され得るレベルまで圧力の増加を引き起こし、プ
ラズマ点火は確実かつ容易でさえあり得、その後圧力は再び動作レベルまで低下
する。あるいは、イオンまたは電子の補助的なソースを用いることで電荷が増加
し、それゆえ、プラズマ点火の可能性が増加し得る。これらは、ターゲット、あ
るいはシステムにくぼんだカソードまたは熱イオンのフィラメントを追加した補
助電極に、高周波電力を供給する電離放射線のソース（放射線源）、あるいはイ
オンや電子の他のソースを追加したものを含む。

【０００５】これら全ての方法によりシステムは複雑さを増し、かつ一様な、あるいは安定
した結果が得られないようにプロセスの動作特徴が変化するかもしれない。しか
しながら、より低圧力下において動作することが長い期間望まれており、そして
、このことは、それらの不利にもかかわらず、これらの方法を使用することをそ
の分野の作業者に余儀なくしている。

【０００６】加えて、多くの薄膜プロセシングの用途では、非常に動的な環境において１つ
以上のアイテムの正確にプロセシングすることを含む。この動的環境は、予測不
可能なだけではなく、含まれている気体によってプラズマ点火するのに必要な多
様な特性に揺らぎをもたらす可能性がある。このように、いくつかの他の用途に
おいて、プラズマは単に必要な条件に達すれば点火するかもしれないが、薄膜プ
ロセシングの用途において、これは必ずしも可能であるとは限らない。チャンバ
自体の動的性質およびその予測不可能性が、実用的見地から点火に必要な条件を
知ることを非常に困難にしている。したがって、（本発明の譲受人）Ａｄｖａｎ
ｃｅｄＥｎｅｒｇｙＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃによって開発された、（
本明細書中で参考として援用する）米国特許第５２８８９７１号で開示されてい
るようなアプローチがなされている。このアプローチは、多くの用途に対して有
益であるけれども、他の問題ある用途に完全に取り組んでいない。

【０００７】上述の従来技術が直面する状況におけるように、直面している薄膜のプロセシ
ングを目的とした、プラズマを点火するためのそれらの試みの困難さを説明する
二つの他の局面がある。第一に、先に述べたようにプロセシングはしばしば非常
にデリケイトである。半導体製造技術は洗練されているため、それらの内部の層
の厚さは原子スケールまで小さくなっている。このように、処理それ自身内の許
容性がさらに精密になってきている。一見して、これは、プラズマの点火ではな
くて、プラズマの動作にのみ関係しているようであり、そのようなことは点火そ
れ自身の最中の環境が、事実上所望のプロセシングを損ない得るような場合では
ない。しかしながら、本発明より先に、ここで取り組んだ用途の様式に関して研
究するとともに、好ましくない効果を適切に最小化したプロセシングシステムに
おけるプラズマ点火に関する技術は存在しない。

【０００８】前述のとおり、（プロセシングそれ自身と同様に）点火はある観点において取
捨選択的な技術であるとみなされ得る。一方、薄膜プロセシング中に含まれる物
理的および化学的プロセスは、非常に理論的な基礎から研究そして洗練されて最
先端技術のデバイスを生産しているいるけれども、しばしば実際に薄膜プロセシ
ングを達成するために利用したいくつかの装置および点火をさせるために適用さ
れている技術は、試行錯誤を基本に発展したとしてさえ特徴づけられ得る。薄膜
プロセシングの技術における当業者は、一般に、プラズマプロセシングそれ自身
について高度な技術および技術的な知識を有し得るけれども、なおその上、そう
いう技術を持った人達はプロセスおよびプラズマの点火、または電気的な回路の
特徴を必要とするメカニズムに相当する理解をした状態で、そのような知識を組
み合わせているだけとさえ言える。

【０００９】本発明より前に、いくつかの他の技術が一般にプラズマ点火について既知であ
った。第一に、これらの技術の中には気体を点火してプラズマにするために必要
な条件に達するために、別々の装置の追加を含む。これらの例の１つは、気体を
点火してプラズマにすること対して、より導電的な条件をもたらすように気体の
圧力を局所的に増加させる別々の装置の追加を開示した米国特許第４９０６８１
１号である。同様に、異なる技術は、他のそのような抜本的な変化を生み出すよ
うな別個の装置を追加している。米国特許第４５５７８１９号は、気体を介して
瞬時的に、電圧を約５，０００ボルト増加させるような独立したＤＣ電圧源を開
示している。米国特許第４８８８０８８号では、点火を達成するための独立した
さらに低周波数電源を開示している。そして最終的に、米国特許第４８５９９０
９号では気体を点火してプラズマ化することを促進するためのイオン源もしくは
電子源の利用を開示している。上記のように、これら各々が、プラズマの点火が
ほぼ起こるように全体の変化をもたらすための別個の装置を利用する。しかしな
がら、使用された技術は、ここで開示するように、環境の理解の様式を証明する
方法は成されていない。

【００１０】（発明の開示）それゆえ、本発明は、以前使用したアプローチに比べて利点をもたらす方法で
、プラズマ電極に印加した電圧を操作することによって、プラズマ点火の向上を
目的としたシステムに向けられている。このシステムは急激に立ち上がる電圧波
形が自由イオンを集中させ、従ってプラズマ点火を可能にする条件の可能性およ
び可変性を増加させるように作用し得るような操作を成し遂げるために設計され
ている。ここで本発明は、薄膜プロセシングシステムにおいて、プラズマの点火
を行う、またはおそらくより確実に点火するように行う技術を開示する。既存の
装置が動作する方法で一見微妙な変化と思われることを行うことによって、点火
の可能性においてかなりの増加がしばしば達成され得る。

【００１１】従って、本発明の一般的な目的は、装置を付加することなくして点火を成し遂
げることにある。この目的をやり遂げる際に、本発明は点火を目的とした新しい
方法で装置動作の使用を教示する。１つの実施態様として、急速にそして確実に
プラズマが点火する方法で装置の動作を操作することが本発明の目的である。

【００１２】特に、これまで可能であったよりもより低圧力下での多様な条件下において、
プラズマ点火を可能にすることもまた本発明の目的である。同様に、本発明の目
的は低い動作圧力下でより確実なプラズマ点火を可能にすることが目的である。
従って、プラズマ点火環境で可能な圧力におけるさらなる変動を可能にすること
、および、ある動作条件において使用されるために所望の圧力下で点火を可能に
することが目的である。

【００１３】本発明のさらなる目的は、プラズマ点火を成し遂げるための他の技術の使用を
最小化、または、ことによると除去することである。１つの例として、プラズマ
点火をもたらすために圧力の変化をおこすどんな必要性もできたら排除すること
が目的である。本発明のもう１つの広い目的は、プロセシングシステム内で点火
の衝撃を最小化することにある。従って目的は、プロセシング環境に別個の入力
を避けると同時に点火を可能にすることである。

【００１４】本発明の別の目的は、そのようなシステムに付加的な構成装置またはシステム
に対する任意の要件を避ける、または最小化することである。１つの例として、
低圧力下でプラズマ点火をもたらすために、イオンもしくは電子源を含むような
あらゆる必要性を排除することが目的である。

【００１５】以前の発明において、発明の別の広い目的は、確実な点火を成し遂げるために
、多様な技術を創作するように変えることができる基本的な基準の新しい様式を
確立することである。

【００１６】当然、本発明のさらなる目的は明細書の他の部分および特許請求の範囲を通じ
て開示されている。確かに、本発明の他の目的および利点は明細書の見解から明
らかである。

【００１７】（発明を実施するモード）容易に理解し得るように、本発明の基本的な概念は様々な方法で具体化され得
る。それらは適切な技術を達成するための点火技術およびデバイスの両方を含む
。加えて、いくつかのシステムの設計は開示されているけれども、これらは特定
の方法で達成するだけでなく、多数の方法に変形され得るということが当然理解
される。重要なことには、前述の全てに関して、これらの面全てが本開示によっ
て含まれると当然解釈できる。本発明は、発展され得る多数の技術からの特性を
広く教示する。

【００１８】それゆえ、本発明は、プラズマ電極に印加した電圧を異なる操作によってプラ
ズマ点火を向上させることを目的としたシステムに関する。これらの操作は急激
に立ち上がる電圧波形がプラズマ電極に印加されるように行わられ得る。電圧は
ゼロボルトから始まることが好ましくあり得る。そのような電圧における急激な
立ち上がりはプラズマの点火において重要な効果をもたらし得る。

【００１９】図１を参照して、基本的なプラズマプロセシングシステムのブロック図により
容易に理解可能である。そのようなシステムは通常処理されるためのアイテム（
２１）が置かれているチャンバ（１）を必要とする。チャンバ（１）内部は、通
常真空ポンプ（２０）を使用して真空が維持されている。プロセス気体（２）が
チャンバ（１）内に供給され、そしてある所望の圧力で維持され得る。チャンバ
（１）内の電極（４および５）は、チャンバ（１）内でしばしばプロセシング気
体（２）である気体を点火により最初にプラズマ（３）にするためのチャンバ（
１）内で働く動作回路機構（１９）に接続され得る。プラズマ（３）の動作を促
進するために、磁場（２２）がいくつかの様式の磁気要素（２３）のを通じて含
まれ得る。プラズマプロセシング中に、プラズマ（３）はチャンバ（１）内でア
イテム（２１）に作用する。この様式において、コーティング、エッチング、ク
リーニング、もしくはいくつかの他の作用がアイテム（２１）になされ得る。

【００２０】図１から理解されるように、動作回路機構（１９）には実際のシステムにおい
て組み込まれても組み込まれなくてもよいいくつかの要素を含み得る。確かに、
電力は電源（８）として図１において概略的に示されるあるソースから得られる
。電力は、また、電源（７）によって増幅、または他の方法によって調整され得
る。この調整された電力は現実にはＡＣまたはＤＣであり得る。本発明の１つの
実施態様において考察されるように、電源（７）は直流（ＤＣ）電力を供給する
。別の実施態様は典型的に約１３．５６メガヘルツの高周波範囲における交流（
ＡＣ）電力を供給し得る。それにかかわらず、電源（７）は直通でその出力をチ
ャンバ（１）に供給してもよく、または電圧コントローラ（６）を含んでもよい
。この電圧コントローラ（６）は適切なプロセシングを目的とした所望の電圧を
供給するために働き、チャンバ内の条件に対応さえし、一貫したプロセシングを
可能にし得る。加えて、電圧コントローラはある点火制御（９）によって点火を
成し遂げるために別々にもしくは統合されて制御され得る。

【００２１】システムの動作に対するバックグラウンドとして、（例えばプラズマ点火の前
に）電極（４および５）に電圧が印加されない真空チャンバのような、見たとこ
ろ不活性な環境においてさえ、自由空間に少数のイオンが存在するということが
既知であることは当然理解される。例えば、これらのイオンは、おそらくチャン
バを構成する天然に存在する金属が、放射性同位体からの電離放射線の中性気体
原子による遮断のようなメカニズムによって生成されている。中性原子によって
遮断される場合、それをイオン化する宇宙線もまた通常存在する。残留気体内で
熱エネルギーのために原子の衝突により作られるイオンが存在し、なおかつ、そ
の上に他のイオン化のメカニズムがあり得る。これらのほとんどは生じる可能性
が低く、従って、チャンバ（１）内にはいつでも存在するイオンはほんのわずか
であり得る。また、熱的速度でイオンが電子を得て、そして再び中性になり得る
チャンバの壁まで移動するイオンのような損失メカニズムもある。しかしながら
生成および損失メカニズムのバランスにより、チャンバ内である程度のイオン化
が生じる。

【００２２】図２における図表で見られるように、電極（４および５）上の電圧がゼロから
負に（自然に存在するイオンの運動に関して定義される）ゆっくりと変化する場
合、典型的な陽イオンはそれに誘引され、そしてチャンバ（１）から挿引される
。このことは、図２の調整されたカソード電圧波形（１１）および事象２Ａ−２
Ｄのそのシーケンスで見られる。事象２Ｂおよび２Ｃに示されるように、イオン
（１２）はカソードまたは陰極電極（４）まで移動し、そして到着の瞬間に陰極
電極（４）上に電圧に比例したエネルギーをもって衝突する。イオン（１２）は
あまり大きなかたまりではなく、そして電気力が強いために，イオンは電極の方
に加速され、そして、通常マイクロ秒オーダーの短時間で到達する。例として、
陰極電極（４）上の電圧がマイクロ秒ごとに１０ボルトの割合で（負に）増加し
、かつ（例として）イオンが陰極電極（４）に到達するのに５マイクロ秒を要す
る場合、イオンが個々に荷電していると仮定して、それらは５０電子ボルトのエ
ネルギーをもって到達する。（点火の時に有益な効果を達成するのに必要なエネ
ルギー量に匹敵するとして定義される）この比較的低い衝突エネルギーは、おそ
らく点火を促進しない。その代わりに、事象２Ｃのシーケンスにおいてイオン（
１２）の到着の場合に見られるように、イオン（１２）は到着し、二次電子放出
または同様なもの、および点火における有益な効果なく単に表面で中性化される
。

【００２３】一方、図３を参照して、陰極電極（４）上の電圧がはるかに早い割合で増加す
る場合、イオン（１２）はより高いエネルギーをもって陰極電極（４）に衝突す
る。例えば、マイクロ秒ごとに５００ボルトの割合の増加によって、イオンの初
めの位置から電極までイオンが走行する時間の間に、通常イオン（１２）はより
大きな加速電圧を有する。このより大きな加速によりイオンの走行時間は短くな
るが、イオンはさらにより高いエネルギーをもって到着する、なぜなら、エネル
ギー増加は直線的であるが、加速の増加による走行時間は電圧の平方根としてだ
け減少するからである。

【００２４】イオン（１２）が陰極電極（４）に衝突する場合、それによって二次放出とし
て知られるプロセスである電極表面から電子の放出が引き起こされ得る。二次放
出係数として既知のそのような電子の放出の可能性は、イオン（１２）のエネル
ギーが最大値まで増加するにつれて増加するということは周知である。最大値よ
り前では、イオン（１２）のエネルギーが高くなればなるほど電子（１３）が放
射される確率も高くなり、ある材料に対してエネルギーを増加させて、イオンの
衝撃によって１つより多い電子が表面から放出されることは可能である。。それ
ゆえ、プラズマ点火の可能性を高めるために、イオン（１２）が最多数の二次電
子または他の電子（１３）を生成するような最大値に近いエネルギーをもってタ
ーゲットに衝突することが望ましい。このように、点火の可能性を高めるため、
この最大値に対応する電圧までできるだけ早くプラズマチャンバ（１）内の陰極
電極（４）に印加する電圧を増加させることが望ましい。これが本発明に関する
１つの基本である。図３に示されるように、（所望の動作電圧で調整されてもよ
く、されなくてもよい）ある所望の最大の負の値までの電圧におけるより大きな
割合の増加により、点火を促進させ得る。事象３Ｂおよび３Ｃのシーケンスに見
られるように、高いｄＶ／ｄｔによって電子（１３）の放出を引き起こすような
十分に高いエネルギーをもったイオン（１２）が到着し得る。ここで、プラズマ
（３）が陽極電極（５）に対して存在することを望む位置を横切って動かされる
、これらの電子（１３）の存在は、プラズマ（３）が存在する場合、点火を促進
し得る。

【００２５】１つの実施態様において、（本明細書中で参考として援用するＡｄｖａｎｃｅ
ｄＥｎｅｒｇｙＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．の米国特許第５，５３５
，９０６号に記述されるように）多相スイッチモード電源のような低いエネルギ
ー電源は、早く立ち上がる電圧波形を供給するために急いでつけられ得る。これ
はそのような低いエネルギー電源は出力フィルタを有し得ない、およびそのよう
なフィルタがエネルギーを貯蔵し、および電源の出力がどの実質的な電圧にも送
達し得る前に充電されなければならないという理由で可能である。この配置の方
法を用いて、０〜１５００Ｖの電圧パルスが１０マイクロ秒未満内で送達され得
る。そのような電源設計の当該業者が迅速に理解するように、他の技術は急速に
立ち上がる電圧の生成を促進するように利用される得る。これらは、本明細書中
でまた記述されるように半導体のスイッチもしくは他の早いアクティング（ａｃ
ｔｉｎｇ）スイッチのような直列スイッチを含み得る。

【００２６】他の実施態様において、応答の遅いかもしれない通常の出力フィルタ（３２）
が原因で、直列スイッチ（１５）のついたスイッチ―モードＤＣ電源（１４）の
ような、図４に示される標準ＡＣまたはＤＣ電源は、点火制御（９）の結果動作
する場合、迅速に応答することを可能にするような電源の必要性はなく、プラズ
マチャンバ（１）に早く立ち上がる波形を印加し得る。示され、ならびに容易に
理解されるように、そのようなスイッチ―モード電源（１４）は（本明細書中で
参考として援用する）ＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｅｒｇｙＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ
，Ｉｎｃ．の米国特許第５，６４５，６９８号に記述されるように、種々の要素
を含み得る。これらの要素は、各々が既知の回路機構に含まれる、いくつかの変
換器または他の変換交流電力（１８）のための手段、スイッチャまたはスイッチ
ング要素（２６）のスイッチングを引き起こすための高周波発信器（２５）をそ
れ自身にふくむような直流スイッチングするための他の手段（２４）、整流器ま
たは整流するための他の手段（２９）、およびフィルタまたはフィルタリングす
るための他の手段（３２）を含み得る。加えて、そのようなシステムは、１つも
しくはもう１つのリード線（２７または２８）上の早い直列アクティングスイッ
チ（３０）を含み得る点火回路機構（３１）を含み得る。この点火回路機構は、
上で述べた効果を達成するために点火制御（９）または電圧コントローラ（６）
によって制御され得、もしくは、点火制御（９）もしくは電圧コントローラ（６
）を統合してもよい。

【００２７】上述したように、直列スイッチ（１５）は次に述べるどのデバイスＭＯＳＦＥ
Ｔ、ＩＧＢＴ、またはＳＣＲ、もしくは同様のそのようなアイテムから構成され
得る。そのような配置において、動作方法は直列スイッチ（１５）をまず最初に
開状態に動かす。次に、ＤＣまたはＡＣ源が開状態およびブロッキング状態にお
いて直列スイッチに付与され得る。最終的に、スイッチは閉じられ得る。この動
作様式において、カソード（４）の立ち上がり時間は１マイクロ秒未満の時間フ
レームであり得る。当然、上で説明した基本的な原理が達成される限り、述べら
れた全ての時間フレームは２、５、１０、２０もしくは１００でさえ、あるいは
それ以上、または強度のオーダーの因数（もしく除数）によって上下に変化する
可能性がある。

【００２８】パルス変圧器または整合ネットワークのような電圧の増幅をもたらすパッシブ
出力回路機構において作動する短絡型のスイッチもまた可能である。同じスイッ
チはまた、先に述べたように自己トリガーサイリスタもしくは「ブレイクオーバ
ーデバイス」のいくつかの型の付加した状態で使用され得る。電源出力電圧（お
よびチャンバ電圧）が所定のレベルに達した場合、この配置の短絡スイッチが活
性化され得る。

【００２９】可能な電圧レベルを確立する際に、衝突され得る様々な材料および衝突を引き
起し得る様々なイオンを目的として上で説明した原理によって電圧が設定され得
るということが当然理解できる。典型的な材料およびイオンに関して、発火は１
０００ボルト近くの値を用いることで生じる得ると考えられている。この場合も
先と同様に、上で説明した基本的な原理が達成される限り、これらは、また、全
ての時間フレームは２、５、１０、２０もしくは１００でさえ、あるいはそれ以
上、または強度のオーダーの因数（もしく除数）によって上下に変化し得る。加
えて、単に１００％、１５０％を越えるような割合または所望の動作電圧の２ま
たは３倍もまた用途の感度に応じて使用され得る。いくつかの用途にとってカソ
ード（４）でのピーク電圧を最小化することもまた望まれている。いくつかの用
途では、チャンバ内で静電的に誘発された粒子の移動のために基板上で粒子のダ
メージを増加させるかもしれない高電圧に敏感なので、最適な点火または二次電
子放出の電圧を減らすトレードオフさえ使用され得る。ユーザが点火のために利
用できる制御可能なピーク電圧を可能にすること、および再点火と最初の点火条
件との間の電圧を識別さえすることもまた可能であり得る。

【００３０】ＰＶＤおよび特にマグネトロンスパッタリングに関して本発明で述べる際に、
本発明がこの用途に対してあらゆる方法において限定されないと考慮されること
が理解されるべきである。いかなるプラズマシステムにおいても、低圧力下、ま
たは他の反する条件において点火は（望まれ得るが）難しく、かつ点火プロセス
を促進するための早く立ち上がる電圧の概念の実行は有益である。

【００３１】上述の典型的な動作モードに加えて、システムは、また反復のモードで動作さ
れ得、つまり、反復プロセスであり得るということを理解されるべきである。こ
の動作において、イオン濃度が低すぎて点火しない場合、電圧をゼロに減らすこ
と、イオン（１２）がチャンバ（１）内で再構成するための十分な時間をとって
おくこと、それから早く立ち上がる電圧を再印加することが可能である。このプ
ロセスはプラズマ点火が起こる前に繰り返され得る。反復の高いｄＶ／ｄｔパル
スまたは動作を点火の可能性を増加させるために印加され得る。最初の高いｄＶ
／ｄｔ電圧ランプが印加された後で、カソードまたは陰極電極（４）電圧をゼロ
もしくはある低い値まで減らすことが可能である。このゼロ電圧または低い電圧
パルスの間、ゼロまたは低い値のカソードまたは陰極電極（４）電圧のために、
スプリアスな放射線はゼロまたは正味ドリフト速度を有する電子―イオン対を発
生させ得る。このゼロ電圧または低い電圧位相の時間はイオン（１２）もしくは
電子イオン対の全個体数を最大にするのに必要ならば変化し得る。ゼロ電圧また
は低い電圧位相の終わった後に、別の高いｄＶ／ｄｔ電圧ランプがカソード（４
）に印加され得る。ゼロ電圧または低い電圧位相によって次に起こる高いｄＶ／
ｄｔ電圧スロープを印加するこのプロセスは、点火を達成するために必要なよう
に繰り返すことが可能である。ゼロ電圧または低い電圧位相によって次に起こる
高いｄＶ／ｄｔ電圧ランプを印加するこのプロセスは、プラズマ点火の感知もし
くは検出することによって終了することが可能であり、従ってシステムはいくつ
かの別個のセンサーもしくは電圧制御回路機構（６）の一部を含み得る。このセ
ンサーは上述したようにプロセシングの間に再点火を引き起こすまたは反復点火
を終了するためなどの多様な方法で作用し得る。回路機構もまた、タイマー要素
を含み得、それにより、反復プロセスの終了がプラズマ点火が検知されるかどう
か、もしくはいくつかの他の確定的な手段によってある固定された時間フレーム
の終わりで生じ得る。次いで、他の点火スキームを誘発しさえし得る。

【００３２】反復モードにおいて、ある平均値もしくは正味ＤＣレベルの外部のドリフト電
圧が効果的あるいは有益な個数濃度を減少もしくは除去する前に、利用可能な自
由なイオンに臨界運動エネルギーを与えることがこの点火向上システムの意図で
ある。ＡＣ電圧波形またはあらゆる任意、正味ゼロ、波形もまた、グロー放電も
しくは点火のプロセスを始めるための臨界運動エネルギーを供給する間、あらゆ
る平均値もしくは正味ＤＣ電圧がゼロあるいは最小になるように、カソード（４
）に印加され得る。ＡＣ電圧のこの印加の後、即時にＤＣ電力源からあるＤＣ電
圧を次に続けることもまた可能であり得る。このＤＣ源はグロー放電または点火
を開始するＡＣ源と接続されてもされなくてもよく、または、関連してもしなく
てもよい。このＤＣ源は、ＡＣ電圧がカソードまたはいくつかの他の電極を通じ
てプラズマに印加される場合に発生する、いくつかの自然に生じる整流に起因し
得る。この方式において、グロー放電および点火を開始するための、イオンの変
位に対して適切な高周波数およびＤＣマグネトロンスパッタリングへの適切な高
電圧のＡＣ波形を印加することで、低圧力下において点火の可能性を増加させる
ことが可能であり得る。正味ＤＣ電圧が印加される前にそのようなＲＦの使用は
、これがパッシブ「タンク」回路機構であろうと直列スイッチ配置に参照して述
べたような半導体デバイスであろうと、ＲＦのブロッキングデバイスを含むもし
くは必要とさえする可能性がある。

【００３３】本特許において含まれる考察は、基本的な記述に役立つように意図されている
。読者は、特定の考察がすべての可能な実施態様を明示的に記述することができ
ず、多くの改変が暗示されていることに気づくべきである。本発明の一般的な性
質を完全には説明することができず、かつ、どのようにして各々の特徴もしくは
要素が、より広範な機能または多様な改変あるいは等価な要素の実際的な代表で
あり得るかを明示的に示すことはできない。かさねて、これらは暗に本開示に含
まれている。本発明においてデバイスに適する用語で記述している場合は、デバ
イスの各々の要素は暗示的に機能を果たす。装置の発明が、記述されたデバイス
を含むだけでなく、本発明および各々の要素が実行する機能に取り組むことを包
含し得る方法またはプロセスの発明を含み得る。記述も用語も、特許請求の範囲
を限定するようなことはない。

【００３４】本発明の本質から逸脱することなく多様な変更がなされることも理解されるべ
きである。そのような変更はまた、記述に暗示的に含まれている。それらは依然
として本発明の範囲内にある。明示的に示される実施態様、非常に多様な暗示的
な代替の実施形態と、そして広い方法またはプロセスとを含む広い開示は、この
開示に含まれる。

【００３５】加えて、本発明の各々の要素および請求項もまた、多様な態様で達成され得る
。この本開示は、あらゆる装置の実施態様のうちの１つの実施態様、方法または
プロセスの実施態様の変形、もしくはこれらすべての要素の単なる変形のような
各々の変形を含むことが理解されるべきである。特に、たとえ機能または結果が
同じであったとしても、開示は本発明の要素に関するので、各々の要素に関する
言葉は、同等の装置用語もしくは方法用語によって表現され得る。そのような同
等で、より広範、あるいはより一般的でさえある用語によって、各々の要素もし
くは作用の記述が包含されるとみなされるべきである。そのような用語は、本発
明の権利の与えられる暗示的な広い範囲を明示することが所望のように置換され
得る。しかし、１つの例として、すべての作用がその作用を起こす手段として、
またはその作用を引き起こす要素として表現され得るということを理解すべきで
ある。同様に、開示された各々の物理的要素によってその物理的要素を促進する
作用の開示を包含することが理解されるべきである。例えば、この最終的な局面
に関して、「スイッチ」の開示は―明示的に議論されようがされまいが―、「ス
イッチング」の作用の開示を包含することを理解すべきであり、また逆に、スイ
ッチングの作用の開示は、そのような開示が「スイッチ」の開示を包含すること
を理解すべきである。そのような変更および代替の用語は記述中に明示的に含ま
れていると当然解釈できる。

【００３６】本特許の本願おいて述べられるあらゆる引例および本願とともに提出されたあ
らゆる情報開示に記録されている引例は、本明細書中で参考として援用される。
しかしながらそのような記述のこれ／これらの発明の特許権と矛盾するとされる
ような記述範囲まで、本願の出願人によって明確に考慮されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施様態により動作し得るシステムのブロック図を示す。

【図２】従来技術のいくつかの例において生じると考えられるような点火の事象の図お
よびプロットを示す。

【図３】本発明の１つの実施様態において生じると考えられるような点火の図とプロッ
トを示す。

【図４】本発明の１つの実施様態によって動作を達成するための１つの回路機構様式の
簡易化した電気的回路図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マクドノー，ジョージアメリカ合衆国コロラド 80537，ラブランド，サウスカントリーロード 29 1193 (72)発明者スコール，リチャードエイ．アメリカ合衆国コロラド 80526，フォートコリンズ，スカイセイルレーン 612 (72)発明者カー，ティムアメリカ合衆国コロラド 80526，フォートコリンズ，ビーバークリークドライブ 4231 (72)発明者ハーポルド，ジョンジー．アメリカ合衆国コロラド 80512，ベルビュー，ノースカントリーロード 29シー 6203

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマプロセシングシステムであって、ａ．表面をプロセシングすることのできるプラズマが中に存在し得るプラズ
マゾーンと、ｂ．電源と、ｃ．該電源が接続された電極と、ｄ．遷移時間の間にイオンが該プラズマゾーンを走行するのに必要な走行時
間に匹敵する該遷移時間に該電源の出力電圧を点火レベルまで遷移させる、点火
制御システムと、ｅ．該プラズマの作用を介して少なくとも部分的にプロセシングされるよう
に位置付けられる表面と、を備えるプラズマプロセシングシステム。
【請求項２】プラズマプロセシングシステムであって、ａ．表面をプロセシングすることのできるプラズマが中に存在し得るプラズ
マゾーンと、ｂ．電源と、ｃ．該電源が接続された電極と、ｄ．遷移時間の間にイオンが該プラズマゾーンを走行するのに必要な走行時
間の１００倍未満の時間内で該電源の出力電圧を点火レベルまで遷移させる、点
火制御システムと、ｅ．該プラズマの作用を介して少なくとも部分的にプロセシングされるよう
に位置付けられる表面と、を備えるプラズマプロセシングシステム。
【請求項３】プラズマプロセシングシステムであって、ａ．表面をプロセシングすることのできるプラズマが中に存在し得るプラズ
マゾーンと、ｂ．電源と、ｃ．該電源が接続された電極と、ｄ．急激な遷移による二次電子放出に該電源の出力電圧を遷移時間内に点火
レベルまでもたらすように働く点火制御システムと、ｅ．該プラズマの作用を介して少なくとも部分的にプロセシングされるよう
に位置付けられる表面と、を備えるプラズマプロセシングシステム。
【請求項４】前記電源は、該電源の出力回路内にエネルギー格納要素を有
し、前記点火制御システムは、該電源をプログラムし、前記遷移時間に前記電圧
遷移を得るのに十分なエネルギーで該エネルギー格納要素を充電させる回路を備
える、請求項１、２または３に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項５】前記電源は該電源の出力回路内にエネルギー格納要素を有し
、前記イグニション制御システムは、該電源をプログラムし、前記遷移時間に前
記電圧遷移を得るのに十分なエネルギーで該エネルギー格納要素を充電させる回
路を備える、さらに前記点火レベルに達する前に該点火レベルが前記プラズマに
印加されるのを防ぐ要素を備える、請求項１、２または３に記載のプラズマプロ
セシングシステム。
【請求項６】前記遷移時間が１０００マイクロ秒未満である、請求項４に
記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項７】前記遷移時間中に前記プラズマゾーンに走行した後の前記イ
オンのエネルギーは５〜５００電子ボルトの範囲である、請求項４に記載のプラ
ズマプロセシングシステム。
【請求項８】プラズマプロセシングの方法であって、ａ．表面をプロセシングすることのできるプラズマが中に存在し得るプラズ
マゾーンを作るステップと、ｂ．該プラズマゾーン内の電極に電圧を供給するステップと、ｃ．遷移時間の間に該プラズマゾーンにイオンが走行するのに必要な走行時
間に匹敵する該遷移時間内に該電圧をゼロから点火レベルまで変化させるステッ
プと、ｄ．該プラズマの作用によって少なくとも部分的に該表面をプラズマプロセ
シングするステップと、を含むプラズマプロセシングの方法。
【請求項９】プラズマプロセシングの方法であって、ａ．表面をプロセシングすることのできるプラズマが中に存在し得るプラズ
マゾーンを作るステップと、ｂ．該プラズマゾーン内の電極に電圧を供給するステップと、ｃ．遷移時間の間にイオンが前記プラズマゾーンを走行するのに必要な走行
時間の１００倍未満の該遷移時間内に該電圧をゼロから点火レベルまで変化させ
るステップと、ｄ．該プラズマの作用によって少なくとも部分的に該表面をプラズマプロセ
シングするステップと、を含むプラズマプロセシングの方法。
【請求項１０】プラズマプロセシングの方法であって、ａ．表面をプロセシングすることのできるプラズマが中に存在し得るプラズ
マゾーンを作るステップと、ｂ．該プラズマゾーン内の電極に電圧を供給するステップと、ｃ．遷移時間の間に点火レベルに該プラズマゾーン内の該電極に供給する該
電圧を急激に変化させることによって二次電子放出をもたらすステップと、ｄ．該プラズマゾーン内でプラズマ点火するステップと、ｅ．該プラズマの作用によって少なくとも部分的に該表面をプラズマプロセ
シングするステップと、を含むプラズマプロセシングの方法。
【請求項１１】前記電圧を供給するステップは、前記電極に接続され、出
力回路を有する電源をプログラミングするステップをさらに含み、前記電圧を変
化させるステップは、該電源をプログラムし、前記遷移時間の間に点火レベルま
で達するように十分なエネルギーを有する該電源の該出力回路におけるエネルギ
ー格納要素を充電させるステップをさらに含む、請求項８、９または１０に記載
のプラズマプロセシングの方法。
【請求項１２】前記電圧を供給するステップは、前記電極に接続され、そ
してすくなくとも１つの出力回路を有する電源をプログラミングするステップを
さらに含み、前記電圧を変化させるステップは、ａ．前記点火レベルに達するための十分なエネルギーを有する該電源の該出
力回路におけるエネルギー格納要素を充電するための該電源をプログラミングす
るステップと、ｂ．該点火レベルに達するまでに該点火レベルが前記プラズマに印加される
のを防ぐステップと、を備える、請求項８、９または１０に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項１３】前記電圧を変化させるステップが、１０００マイクロ秒未
満の時間で生じる、請求項１１に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項１４】前記電圧を変化させるステップは、前記遷移時間の間に前
記プラズマゾーンを遷移した後の前記イオンのエネルギーが５〜５００電子ボル
トの範囲内であるような時間で生じる、請求項１１に記載のプラズマプロセシン
グシステム。
【請求項１５】前記電圧を変化させるステップは、１０００マイクロ秒未
満内の時間で生じる、請求項１２に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項１６】前記電圧を変化させるステップは、前記遷移時間の間に前
記プラズマゾーンを走行した後の前記イオンのエネルギーが５〜５００電子ボル
ト内であるような時間で生じる、請求項１２に記載のプラズマプロセシングシス
テム。
【請求項１７】前記遷移時間が１０００マイクロ秒未満である、請求項５
に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項１８】前記遷移時間の間に前記プラズマゾーンを走行した後の前
記イオンのエネルギーが５〜５００電子ボルト内である、請求項５に記載のプラ
ズマプロセシングシステム。
【請求項１９】プラズマプロセシングシステムであって、ａ．プラズマが標準気圧未満で中に存在し得るプラズマゾーンと、ｂ．電源と、ｃ．該電源に接続された電極と、ｄ．遷移時間の間にイオンが該プラズマゾーンを走行するのに必要な走行時
間に匹敵する該遷移時間に該電圧の出力電圧を点火レベルまで遷移させる、点火
制御システムと、を備えるプラズマプロセシングシステム。
【請求項２０】プラズマプロセシングシステムであって、ａ．プラズマが標準気圧未満で中に存在し得るプラズマゾーンと、ｂ．電源と、ｃ．該電源に接続された電極と、ｄ．遷移時間の間にイオンが該プラズマゾーンを走行するのに必要な走行時
間の１００倍未満の時間で該電源の前記出力電圧を点火レベルまで遷移させる、
点火制御システムと、を備えるプラズマプロセシングシステム。
【請求項２１】プラズマプロセシングシステムであって，ａ．プラズマが標準気圧未満で中に存在し得るプラズマゾーンと、ｂ．電源と、ｃ．該電源に接続された電極と、ｄ．遷移時間内に点火レベルまで該電圧の前記出力電圧を急激に遷移するこ
とによる前記二次電子放出をもたらすように働く点火制御システムと、を備えるプラズマプロセシングシステム。
【請求項２２】前記電源は、その出力回路機にエネルギー格納要素を有し
、前記点火制御システムは、該電源をプログラムし、前記遷移時間に前記電圧遷
移を得るのに十分なエネルギーで該エネルギー格納要素を充電させる回路を備え
る、請求項１９、２０、または２１に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項２３】前記電源は、その出力回路内にエネルギー格納要素を有し
、前記点火制御システムは、該電源をプログラムし、前記遷移時間に前記電圧遷
移を得るのに十分なエネルギーで該エネルギー格納要素を充電させる回路を備え
、さらに前記点火レベルに達するまでに、該点火レベルが前記プラズマに印加さ
れるのを防ぐような要素を備える、請求項１９、２０、または２１に記載のプラ
ズマプロセシングシステム。
【請求項２４】前記遷移時間が、１０００マイクロ秒未満である、請求項
２２に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項２５】前記遷移時間の間に前記プラズマゾーンを走行した後の前
記イオンの前記エネルギーは５〜５００電子ボルトの範囲である、請求項２２に
記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項２６】前記遷移時間が１０００マイクロ秒未満である、請求項２
３に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項２７】前記遷移時間の間に前記プラズマゾーンを走行した後の前
記イオンの前記エネルギーが５〜５００電子ボルトの範囲である、請求項２３に
記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項２８】プラズマプロセシングの方法であって、ａ．プラズマが標準気圧未満で中に存在し得るプラズマゾーンを作成するス
テップと、ｂ．該プラズマゾーン内の電極に電圧を供給するステップと、ｃ．イオンが遷移時間の間に該プラズマゾーンに走行するのに必要な走行時
間に匹敵する該遷移時間で該電圧をゼロから点火レベルまで変化させるステップ
と、を含むプラズマプロセシングの方法。
【請求項２９】プラズマプロセシングの方法であって、ａ．プラズマが標準気圧未満で中に存在し得るプラズマゾーンを作成するス
テップと、ｂ．該プラズマゾーン内の電極に電圧を供給するステップと、ｃ．イオンが遷移時間の間に該プラズマゾーンを走行するのに必要な走行時
間の１００倍未満の該遷移時間で、該電圧をゼロから点火レベルまで変化させる
ステップと、を含むプラズマプロセシングの方法。
【請求項３０】プラズマプロセシングの方法であって、ａ．プラズマが標準気圧未満で中に存在し得るプラズマゾーンを作成するス
テップと、ｂ．該プラズマゾーン内の電極に電圧を供給するステップと、ｃ．遷移時間内に該プラズマゾーン内の該電極に供給される電圧を点火レベ
ルまで該電圧を急激に変化させることで、前記二次電子放出を引き起こすステッ
プと、ｄ．該プラズマゾーン内にプラズマ発火するステップと、ｅ．該プラズマの作用によって少なくとも部分的にプラズマプロセシングす
るステップと、を含むプラズマプロセシングの方法。
【請求項３１】前記電圧を供給するステップが、前記電極に接続され、出
力回路を有する電源をプログラミングするステップをさらに含み、前記電圧を変
化させるステップが、該電源をプログラミングし、前記遷移時間の間に前記点火
レベルに達するような十分なエネルギーを有する該電源の該出力回路内に、エネ
ルギー格納要素を充電させるステップをさらに含む、請求項２８、２９、または
３０に記載のプラズマプロセシングの方法。
【請求項３２】前記電圧を供給するステップが、前記電極に接続され、す
くなくとも１つの出力回路を有する電源をプログラミングするステップをさらに
含み、前記電圧を変化させるステップが、ａ．前記点火レベルに達するような十分なエネルギーを有する該電源の該出
力回路にエネルギー格納要素を充電させる該電源のプログラミングをするステッ
プと、ｂ．該点火レベルに達するまで該点火レベルが前記プラズマに印加されるの
を防ぐステップと、を含む、請求項２８、２９、または３０に記載のプラズマプロセシングシステム
。
【請求項３３】前記電圧を変化させるステップが、１０００マイクロ秒未
満の時間で生じる、請求項３１に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項３４】前記電圧を変化させるステップが、前記遷移時間内に前記
プラズマゾーンを走行した後の前記イオンのエネルギーが５〜５００電子ボルト
内であるような時間で生じる、請求項３１に記載のプラズマプロセシングシステ
ム。
【請求項３５】前記電圧を変化させるステップが、１０００マイクロ秒未
満の時間で生じる、請求項３２に記載のプラズマプロセシングシステム。
【請求項３６】前記電圧を変化させるステップが、前記遷移時間の間に前
記プラズマゾーンを走行した後の前記イオンのエネルギーが５〜５００電子ボル
ト内であるような時間で生じる、請求項３２に記載のプラズマプロセシングシス
テム。