JP2003318158A - プラズマ処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダウンストリーム型プラズマで加工物を処理
するプラズマ処理システムを提供すること。 【解決手段】 本プラズマ処理システムの処理チャンバ
は、電力供給電極と接地板の間に一般的に配置されたプ
ラズマ・キャビティを有するチャンバ蓋、プラズマ・キ
ャビティから接地板で隔離された処理空間、および加工
物を保持するための処理空間中の基板支持物を含む。プ
ラズマ・キャビティで、直接プラズマが生成される。接
地板は、プラズマ・キャビティから処理空間中に入るこ
とを許されるプラズマから電子およびイオンを除去して
遊離基のダウンストリーム型プラズマを供給する開口と
適合される。この開口は、プラズマ・キャビティと処理
空間の間の光の見通し通路も無くする。他の態様では、
チャンバ蓋から少なくとも１つの取外し可能な側壁部を
取り除いて、または挿入して、処理チャンバの体積を調
整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連出願のクロス・リファレンスこの出願
は、２００２年４月１９日に出願された米国仮出願番号
６０／３７４，０１０号の利益を請求し、この出願の開
示全体を参照して本明細書に組み込む。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にプラズマ
処理に関し、より詳細には、ダウンストリーム型プラズ
マ処理を行うように構成されたプラズマ処理システムに
関する。

【０００３】

【従来の技術】プラズマ処理は、集積回路、電子用パッ
ケージ、およびプリント回路基板に関係する用途で使用
される加工物の表面特性を変えるために広く応用されて
いる。プラズマ処理システムは、プロセス・ガスから直
接プラズマを生成し、基板または加工物の表面を直接プ
ラズマから生成された活性種にさらして、物理的スパッ
タリング、化学支援スパッタリング、または化学反応に
よって表面原子を除去するように構成される。物理的ま
たは化学的作用を使用して、密着のような特性を改善す
るように表面を条件づけし、プロセス材料の異質な表面
層を選択的に除去し、または表面から不要な汚染物質を
除去することができる。電子用パッケージでは、例え
ば、層間剥離不良およびボンド不良を無くし、ワイヤ・
ボンド強度を改善し、ボイドのないアンダーフィルを保
証し、酸化物を除去し、ダイ付着を強化し、および、封
止の密着を改善するために、表面活性化および／または
表面清浄度を高めるように、プラズマ処理が使用され
る。

【０００４】プラズマ処理システムは、インライン・シ
ステムおよびクラスタ・システム、または、連続するプ
ラズマ照射または処理サイクルで加工物のグループが処
理されるバッチ・プロセスに組み込むことができる。加
工物は様々な方法で供給することができる。この方法に
は、マガジンでの受渡し、コンベヤー搬送システムによ
る個々の受渡し、または処理チャンバ中への手操作挿入
がある。また、プラズマ処理システムは、プラズマ処理
実施のためにプロセス・チャンバに入れたり出したりす
る加工物取り替えを調整する自動ロボット・マニピュレ
ータを備えることができる。

【０００５】従来のプラズマ処理システムは、個々の加
工物の表面全体にわたって適切なプロセス一様性を実現
することができなかった。プラズマ密度が表面全体にわ
たって実質的に一様であるように、加工物の表面の全て
の場所でプラズマ密度を精密に正確に制御しなければな
らない。プラズマの一様性を制御するためのクリティカ
ルなパラメータに、励起電力およびプロセス・ガス分散
の空間的な一様性がある。加工物の表面でプラズマ密度
が一様でないと、プロセスの確実性が落ち、プロセス歩
留りが低下する。加工物間の一様性を達成するために、
活性種の流量が加工物の表面全体にわたって空間的に一
様であるように、プロセス・ガスを一様に分散させ、励
起電力で一様にイオン化しなければならない。

【０００６】従来のプラズマ処理システムは、さらに、
加工物の連続するバッチ間でプラズマ処理の適切な再現
性を実現することができなかった。バッチ間再現性は、
連続する加工物が実質的に全く同じプラズマ条件にさら
されるように、プロセス変数およびパラメータを精密に
制御することに依存している。さらに、従来のプラズマ
処理システムは、自動化処理ラインに適している処理能
力、すなわち製造の要求条件で加工物を高速に処理する
ことができない。システム処理能力およびプラズマ処理
の一様性を最大限にして、製造コストを低減しなければ
ならない。

【０００７】従来のインライン・プラズマ処理システム
は、また、イオン、電子、および電磁スペクトルの少な
くとも可視領域の光が実質的に無いダウンストリーム型
プラズマを生成する能力にも欠けている。よく知られて
いるように、直接プラズマは、正味電荷を有するイオン
および電子、ソース・ガス分子、および中性の遊離基を
含んだ多数の異なる種の組合せである。遊離基は、ほと
んどイオン化しているが電子という完全な補体を保持し
ているので、正にも負にも帯電していないガス分子であ
る。加工物は、全てのプラズマ種を含有する直接プラズ
マか、主に遊離基を含むダウンストリーム型プラズマか
で処理することができる。直接プラズマを用いた加工物
の処理では、イオンおよび電子のボンバードによる物理
的な作用と遊離基の表面相互作用で生じる化学的な作用
の両方で、処理が促進される。他方で、ダウンストリー
ム型プラズマによる処理は主に化学作用を含む。

【０００８】従来のプラズマ処理システムは、一般に、
固定された寸法のプラズマ・チャンバと、対向処理電極
間の固定位置に加工物を保持するプラズマ・チャンバ中
の基板支持物とを含む。加工物は固定位置に位置づけさ
れるので、プラズマ処理すべき表面は、処理電極に対し
て同様に間隔を空けて配置される。固定位置は、特定の
厚さの加工物に対して効果的なプラズマ処理を行うのに
効果的な間隔を実現するように選ばれる。当然の結果と
して、システムで処理される加工物の厚さが変化すると
き、表面の位置は最早所望の固定位置にないので、プラ
ズマ処理の効率が低下する可能性があるということにな
る。したがって、従来のプラズマ処理システムは、加工
物の厚さの変化に対応するように十分に必要な備え付け
がなされていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、プラズマ
・チャンバで加工物を処理するためにダウンストリーム
型プラズマを供給することができ、かつ効果的な処理効
率を維持しながら異なる厚さの加工物に対応することが
できるインライン・プラズマ処理システムが必要とされ
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ダウンストリ
ーム型プラズマ処理を行うことができるプラズマ処理シ
ステムを提供して、従来技術に関連したこれらの問題お
よび他の問題に対処する。このプラズマ処理システム
は、処理空間、チャンバ蓋、およびチャンバ蓋中に画定
されたプラズマ・キャビティを含む真空チャンバと、処
理空間中に位置づけされた加工物ホルダーと、真空チャ
ンバと流体連通状態で結合された真空源と、真空チャン
バと流体連通状態で結合されたプロセス・ガス供給源
と、第１のプラズマ励起源とを含む。プラズマ・キャビ
ティと処理空間は流体連通状態である。プロセス・ガス
供給源は少なくともプラズマ・キャビティにプロセス・
ガスを供給することができ、真空源は処理空間およびプ
ラズマ・キャビティを排気することができ、さらに第１
のプラズマ励起源はプラズマ・キャビティ中のプロセス
・ガスを励起してプラズマを生成することができる。プ
ラズマ励起源はさらにプラズマ・キャビティと処理空間
の間に位置づけされた接地板を含む。この接地板は、プ
ラズマ・キャビティから処理空間へのイオンおよび電子
のような荷電種の移動を妨げることができる、または少
なくとも実質的に減少させることができる複数の開口を
含む。しかし、この開口は、プラズマ・キャビティから
処理空間への遊離基の移動を選択的に可能にする。本発
明のこの態様に従って、荷電粒子および光子の無い、ま
たは実質的に無いダウンストリーム型プラズマが、加工
物のところに生成されて、そうでなければ荷電粒子で行
われる物理的作用の無い状態で、基の化学作用でプラズ
マ処理を行うことができる。

【００１１】本発明の原理に従って、加工物をプラズマ
で処理する方法が提供される。この方法は、プラズマ処
理システムの処理空間中に加工物を配置すること、荷電
粒子および遊離基を含む直接プラズマを生成すること、
直接プラズマから荷電種子をろ過して遊離基を含むダウ
ンストリーム型プラズマを生成すること、および処理空
間の加工物をダウンストリーム型プラズマの遊離基にさ
らすことを含む。

【００１２】本発明の他の態様に従って、プラズマ処理
システムは、チャンバ・ベース、および処理空間を画定
する閉じた位置と処理空間に加工物を入れたり出したり
移動するための開いた位置との間でチャンバ・ベースに
対して動かすことができるチャンバ蓋を有する真空チャ
ンバと、この真空チャンバと流体連通状態で結合された
真空源と、処理空間中に位置づけされた加工物ホルダー
と、真空チャンバと流体連通状態にあるプロセス・ガス
供給源と、プラズマ励起源とを含む。プロセス・ガス供
給源はプロセス・ガスを処理空間に供給することがで
き、真空源は処理空間を排気することができ、そして、
プラズマ励起源はプロセス・ガスから生成された処理空
間のプラズマを供給するように動作可能である。チャン
バ蓋はさらに、真空チャンバの垂直寸法を変えるために
チャンバ蓋から取り除くことができる第１の側壁部を含
む。本発明のこの態様に従って、処理電極から予測可能
な距離に加工物の露出表面を置いて基板厚さを補償する
ことで、異なる厚さの加工物に対応するように、チャン
バの垂直寸法を変えることができる。

【００１３】本発明の原理に従って、チャンバ蓋を有す
る真空チャンバ中の処理空間で加工物をプラズマ処理す
る方法が提供される。この方法は、加工物を処理空間に
配置すること、および、加工物の露出表面からチャンバ
蓋中に位置づけされた処理電極までの距離を加工物の厚
さに基づいて変えるためにチャンバ蓋の体積を変えるこ
とを含む。本発明のこれらおよび他の目的および利点
は、添付の図面およびそれの説明からいっそう明らかに
なるであろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】この明細書に組み込まれその一部
を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示し、
上で示した本発明の一般的な説明および以下に示す詳細
な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

【００１５】本発明は、その原理および目的に従って、
加工物をプラズマで処理するための装置および方法を提
供する。本発明は、一様な高密度プラズマ、高速な排気
とベントのサイクル、再現性のある処理条件、および簡
単化された材料取り扱いを実現するように構成されたプ
ラズマ処理システムを提供する。有利なことに、このシ
ステムでは、連続する加工物の各々を処理するために必
要なサイクル時間を最小にする制御アルゴリズムを使用
しながら、処理空間中に一様な高密度プラズマを起動し
かつ持続させるのに必要な励起パワーが減少する。

【００１６】本発明の原理に従ったプラズマ処理システ
ム１０を図１、２Ａ〜２Ｃおよび３に示す。図１を参照
すると、プラズマ処理システム１０は、処理チャンバ１
２、ローディング・ステーション２０、および出口ステ
ーション２２を含み、これ等は、機器筺体２６の一番上
の実質的に平らで機械的に安定な表面２４に位置してい
る。処理チャンバ１２は、蝶番アセンブリ１６でチャン
バ・ベース１８に蝶番式に動くように連結されたチャン
バ蓋１４を含む。チャンバ蓋１４は、図１および図２Ａ
に示すような開いた位置と図２Ｂに示すような閉じた位
置のどちらかに選択的に位置づけすることができる。チ
ャンバ・ベース１８およびチャンバ蓋１４は、アルミニ
ウム合金またはステンレス鋼のような高真空用途に適し
た電気伝導性材料で形成するのが好ましい。

【００１７】チャンバ蓋１４は、ドーム型天井２８、お
よび平らな縁３２で取り囲まれた一体型側壁３０を含
む。ビューポート開口３８が、ビューポート３４を保持
するために、天井２８に設けられている。図２Ｃに最も
適切に示すように、ビューポート３４は、フレーム３５
および留め具３６でチャンバ蓋１４に取り付けられた実
質的に平らな窓ガラスである。ビューポート開口３８に
外接する溝４２の中にＯリング４０が収容される。ビュ
ーポート３４は、Ｏリング４０に圧縮するように係合し
て、空密封止を形成する。この場合、封止力は、処理チ
ャンバ１２の内部と外部の間の圧力差と留め具３６でひ
とまとめにして与えられる。ビューポート３４は、低ス
パッタ係数を有し気体不浸透性でありさらに光学波長に
対して広い透過範囲を有する誘電体セラミックス、例え
ば石英で作られる。Ｏリング４０は、Ｖｉｔｏｎ（登録
商標）のようなエラストマーで形成するのが好ましい。

【００１８】チャンバ・ベース１８は、平らなリップ４
８で取り囲まれた側壁４６と一体化している床壁４４を
含む。リップ４８は、電気伝導経路およびチャンバ蓋１
４とチャンバ・ベース１８の間の実質的な空密封止を実
現する導電性弾性封止部材すなわちＯリング５１を収容
するための周囲溝５０を含む。溝５０およびＯリング５
１の寸法は、空密封止を作るように選ばれる。理解でき
ることであるが、Ｏリング溝５０、したがってＯリング
５１は、本発明の精神および範囲から逸脱することな
く、チャンバ蓋１４かチャンバ・ベース１８かいずれか
に位置づけすることができる。理解されることである
が、チャンバ蓋１４に位置づけされる場合、周囲の環境
からの粒子はＯリング５１に比較的付着し難く、Ｏリン
グ５１の封止能力を犠牲にすることがなさそうである。

【００１９】Ｏリング５１は、導電性エラストマーのガ
スケットであり、例えばシリコーン中の銀およびアルミ
ニウムの粉末のように、エラストマー結合剤中に導電性
充填粉末が充満されている複合材料で形成されるのが好
ましい。例示のＯリング５１は、Ｐａｒｋｅｒ Ｈａｎ
ｎｉｆｉｎ Ｃｏｒｐ．（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、ＯＨ）
の事業部であるＥＭＩ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｄ
ｕｃｔｓによって商品名Ｃｈｏ−ｓｅａｌ（登録商標）
で製造販売されている導電性複合材料で形成される。

【００２０】他の態様では、チャンバ・ベース１８は、
さらに、部品すなわち加工物５６を収容し支持するよう
に構成された加工物ホルダーすなわち基板支持物６４を
含む。一般に、加工物５６は、長方形の平面構造であ
り、所定の厚さの対向する側縁部５８、５９、前縁部６
０、および後縁部６２を有する周囲を含む。対向する側
縁部５８、５９は、加工物５６の長手方向の軸に対して
垂直に測定される所定の最大横幅だけ離れている。加工
物５６は、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）または
金属リード・フレーム、Ａｕｅｒボートに保持された分
離されたＢＧＡ、またはマルチチップ電子モジュールを
保持するパレット、集積回路チップなどのような細片型
部品でもよい。また、加工物５６は、シリコン、ガリウ
ム砒素、および当業者がよく知っている他の半導体材料
で形成されたディスク状半導体ウェーハすなわち基板で
もよいし、また、メタライゼーション、コンタクト、絶
縁層などのパターン形成された領域を含んでいてもよ
い。

【００２１】図２Ｃに最も適切に示すように、基板支持
物６４は、実質的な平面支持台６８から垂直に延びる対
向する側レール６６ａ、６６ｂを備える。側レール６６
ａは、加工物５６の側縁部５８と５９の間の最大幅が収
容されるように、支持台６８の長手方向の軸に沿って側
レール６６ｂに対して間隔を空けた関係にある。便宜
上、側レール６６ａについては、側レール６６ｂが同一
構造であることを理解した上で以下で詳細に説明する。
側レール６６ａは、図３に最適に示すように、リップ４
８を含む水平面の上に突出し、さらに、基板支持物６４
の長手方向の軸に平行に延びる細長いチャネル７２を含
んでいる。チャネル７２は、加工物５６の側縁部５９を
滑動可能に収容するような大きさのＵ字形断面プロファ
イルを有する。チャネル７２の対向する先端部は、図３
に最適に示すようにフレア・リップ７４を含み、このフ
レア・リップ７４は、ローディング中に加工物５６の側
縁部５９を物理的につかまえる。限定ではなく例とし
て、処理チャンバ１２および基板支持物６４は、２．
７”（幅）×９．２５”（長さ）×３／８”（厚さ）の
最大寸法または６”×１２”×１”の最大寸法を有する
加工物５６を受け入れるように構成することができる。
他の実施形態では、処理チャンバ１２は、１２”×１
２”の最大平面寸法を有する加工物５６を受け入れるよ
うに構成することができる。

【００２２】図１を参照すると、ローディング・ステー
ション２０および出口ステーション２２は、処理チャン
バ１２のそれぞれの対向する端部のすぐ近くにあり、処
理チャンバ１２に加工物５６、５６’を入れたり出した
り往復運動で運ぶように構成されている。ローディング
・ステーション２０は、実質的に平面の支持台７６およ
び対向するローディング側レール７８ａおよび７８ｂを
含む。ローディング側レール７８ａは、加工物５６の最
大幅が収容されるように支持台７６の長手方向の軸に沿
ってローディング側レール７８ｂに対して間隔を空けた
関係にある。便宜上、側レール７８ａについては、側レ
ール７８ｂが実質的に全く同じであるということを理解
した上で以下で詳細に説明する。ローディング側レール
７８ａは、リップ４８を含む水平面の上に突出し、さら
に細長いチャネル８２を含んでいる。このチャネル８２
は、加工物５６の１つの対向する側縁部５８または５９
を滑動可能に収容するような大きさに構成されたＵ字形
断面プロファイルを有する。チャネル８２の対向する先
端部はフレア・リップ８０を含み、このフレア・リップ
８０は、加工物５６の側縁部５８、５９を物理的につか
まえる。支持柱８４は支持台７６の底面から表面２４に
延びる。

【００２３】出口ステーション２２は、ローディング・
ステーション２０と同様に構成される。出口ステーショ
ン２２は、対向するアンローディング側レール８６ａ、
８６ｂを含み、このアンローディング側レールは平面支
持台８８から上方外側に延びている。便宜上、側レール
８６ａについては、側レール８６ｂが全く同じ構造であ
るということを理解した上で以下で詳細に説明する。側
レール８６ａは、縁部４８を含む水平面の上に突出し、
さらに長手方向のチャネル９０を含んでいる。チャネル
９０は、処理された加工物５６’の２つの周辺縁部５
８’、５９’の１つを滑動可能に受け入れるような大き
さのＵ字形断面プロファイルを有する。チャネル９０の
対向する先端部はフレア・リップ９１を含み、このフレ
ア・リップ９１は、アンローディング中に処理された加
工物５６’の側縁部５８’、５９’を物理的につかまえ
るのに役立つ。支持柱９２は支持台８８の底面から表面
２４まで延びる。

【００２４】プラズマ処理システム１０は、さらに、ロ
ーディング・ステーション２０および出口ステーション
２２に取り付けられたピンチ・ホイール９９、および位
置決めレバー９４を含む。ピンチ・ホイール９９は、加
工物５６または５６’を位置決めする際に微調整を行う
ように動作可能である。レバー９４は、機器筺体２６の
上面２４に画定されたスロット９６の長さに沿って移動
し、さらに垂直方向に平行移動するように動作可能であ
る。駆動機構（図示しない）は、レバー９４に取り付け
られ、スロット９６中でアーム９４を垂直方向および長
手方向に動かすように動作可能である。レバー９４は、
プラズマ処理サイクル中、処理チャンバ１２の完全に外
に位置づけされている。

【００２５】位置決めレバー９４は、さらに、第１の指
９８ａを有する棒９７を含む。この第１の指９８ａは、
ローディング側レール７８ａ、ｂの間に保持された加工
物５６の後方縁部６２と選択的に接し、第２の指９８ｂ
は、側レール６６ａ、ｂの間に保持された第２の加工物
５６の後方縁部６２と選択的に接する。理解できること
であるが、指９８ａ、ｂは棒９７に対して弾性的に片寄
らせることができ、さらに、指９８ａ、ｂは、例えば側
レールの組と位置合せ不良の加工物によって生じる位置
決めレバー９４の直線移動時の抵抗を検出するセンサを
含むことができる。

【００２６】加工物ローディング動作中に、加工物５６
は、自動搬送システム（図示しない）で引き渡され、ロ
ーディング・ステーション２０のローディング側レール
７８ａ、ｂに位置づけされる。ローディング・ステーシ
ョン２０のピンチ・ホイール９９を使用して、加工物５
６を短い距離動かして適切に位置づけする。チャンバ蓋
１４が開いた後で、指９８ａが後方縁部６２に係合し加
工物５６をローディング側レール７８ａ、ｂに沿って基
板支持物６４の方に押すように、位置決めレバー９４は
初期位置から下げられ、直線的に動かされる。加工物５
６の前縁部６０は、ローディング側レール７８ａ、ｂお
よび側レール６６ａ、ｂの間のギャップを通り抜ける。
加工物５６の対向する側縁部５８、５９を、側レール６
６ａ、ｂが滑動可能に収容する。その後、加工物５６が
基板支持物６４に適切かつ正確に位置づけされるまで、
位置決めレバー９４は加工物５６を押し続ける。好まし
くは、加工物５６の中心は、処理チャンバ１２の中心垂
直軸すなわち中心線と共通の軸を持つように位置づけさ
れる。それから、位置決めレバー９４が初期位置に後退
するときに、指９８ｂが加工物５６の前縁部をクリアー
するように位置決めレバー９４は垂直方向に平行移動す
る。

【００２７】加工物ローディング作業中に処理された加
工物５６’が基板支持物６４にある場合は、指９８ｂは
後方縁部６２’に係合し、位置決めレバー９４が処理さ
れた加工物５６’を出口ステーション２２の方に取り除
く。処理された加工物５６’の前縁部６０’が処理チャ
ンバ１２と出口ステーション２２の間のギャップを横切
る。アンローディング側レール８６ａ、ｂが処理された
加工物５６’の側縁部５８’、５９’をつかまえる。継
続する直線運動で、処理された加工物５６’は処理チャ
ンバ１２から完全に取り除かれる。出口ステーション２
２のピンチ・ホイール９９を使用して加工物５６’を短
い距離動かして、次の処理ステーションへの移動に備え
て適切に位置づけする。

【００２８】チャンバ蓋１４が、図２Ａに最も適切に示
すような開いた位置と図２Ｂに最も適切に示すような閉
じた位置の間で、チャンバ・ベース１８に対して選択的
に蝶番式に旋回するように、蝶番アセンブリ１６は構成
されている。蝶番アセンブリ１６は図１に最も適切に示
すように少なくとも２個のブラケット１００を含み、こ
れらのブラケットは、側壁４６の真空でない側に沿って
間隔を空けた関係で配置されている。チャンバ蓋１４が
閉じた位置に突き出すとき、例えば図２Ｂに示すよう
に、チャンバ蓋１４とチャンバ・ベース１８が空密処理
空間１０２の境界となる。

【００２９】各ブラケット１００は、留め具１０８で側
壁４６の真空でない側に取り付けられたＶ字形ブレース
１０４およびナブ１０６を含む。各ブレース１０４は、
ブレース１０４の湾曲部近くの開口部１１２およびナブ
１０６の同軸の開口部１２４の中に収容された蝶番ピン
１１０で支えられている。図１に示すように、両方のブ
ラケット１００が蝶番ピン１１０を共有している。図２
Ａに戻って、ブレース１０４の一端は、チャンバ蓋１４
の側壁３０の真空でない側につながっている。各ブレー
ス１０４の第２の端は、両方のブレース１０４が同じく
共有する連結棒１１６を収容する開口部１１４を含む。

【００３０】連結棒１１６がさらに棒端部１１８に取り
付けられ、この棒端部１１８は、双方向空気シリンダす
なわち蓋アクチュエータ１２２のピストン棒１２０の一
方の端でネジ形式で支えられている。棒端部１１８は、
さらに、連結棒１１６をその中に滑動可能に収容する大
きさに作られた内径を有する開口部（図示しないが、開
口部１１４と同様で、これと同一線上にある）を含む。
ピストン棒１２０は、ブレース１０４が蝶番ピン１１０
のまわりを旋回して開いた位置と閉じた位置のどちらか
にチャンバ蓋１４を突き出すように、往復直線垂直運動
を行うように構成されている。図２Ｃに示すように、蓋
アクチュエータ１２２の対向する端部は取付けブロック
１２６で機器筺体２６内の構造支持物（図示しない）に
取り付けられている。

【００３１】図２Ｂを参照すると、本発明の一態様で、
ナブ１０６の開口部１２４中にオブラウンド・ベアリン
グ１２８が滑動的に収容される。オブラウンド・ベアリ
ング１２８は、開口部１２４中に摩擦嵌合するように選
ばれた外径の環状外面および蝶番ピン１１０を収容する
ような大きさに作られた内部の穴１３０を有する。穴１
３０は、穴１３０の長手方向の軸に対して直角に見たと
きに、垂直方向に長軸を有する実質的に楕円形の断面プ
ロファイルを有する。図２Ａに示すように、チャンバ蓋
１４が開いた位置にあるとき、蝶番ピン１１０の一端の
長さは穴１３０の下の内面に接触する。チャンバ蓋１４
が蓋アクチュエータ１２２によって旋回するとき、蝶番
ピン１１０はそれの長手方向の軸のまわりを回転する。
回転中に、蝶番ピン１１０の外面は穴１３０の下の内面
と接触したままである。図２Ｂに示すように、リップ３
２がＯリング５１の表面に接触するとき、蓋アクチュエ
ータ１２２は延び続けるので、チャンバ蓋１４は下方に
動いてＯリング５１を押し縮める。オブランド・ベアリ
ング１２８があるために、蝶番ピン１１０は穴１３０の
中で自由に垂直上方に平行移動する。

【００３２】図２Ｃを参照すると、チャンバ蓋１４は閉
じた位置にあり、チャンバ蓋１４の内周面およびチャン
バ・ベース１８が処理空間１０２の境界となっている。
真空封止は、チャンバ・ベース１８とチャンバ蓋１４の
間のＯリング５１のいっそうの圧縮で強められる。Ｏリ
ング５１の追加の圧縮が、チャンバ蓋１４の外側に作用
する大気圧と処理チャンバ１２内の真空の間の圧力差に
よってもたらされる。この圧力差は、チャンバ蓋１４を
垂直下方にチャンバ・ベース１８の方に動かす力を加え
る。オブランド・ベアリング１２８が存在するために、
蝶番ピン１１０は垂直方向に最小の横運動で平行移動す
る。

【００３３】円形断面プロファイルの穴を有する従来の
ベアリングに比べると、オブランド・ベアリング１２８
内の穴１３０によって、蝶番ピン１１０に追加の垂直方
向自由度が与えられる。チャンバ蓋１４は、Ｏリング５
１を圧縮する力に応答して自由に垂直方向に動く。その
結果として、リップ３２とＯリング５１の間の空密封止
は、溝５０の周囲で一様になる。好ましい実施形態で
は、オブランド・ベアリング１２８の存在することで、
蝶番ピン１１０にほぼ５０ミルの垂直方向の移動が与え
られる。

【００３４】圧力計５２が、配管５３を介して側壁４６
に設けられた開口部に接続される。圧力計５２は、処理
空間１０２の中の真空圧力を感知するように動作可能で
あり、圧力帰還信号を供給する。例示の圧力計５２は、
ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ａｎｄｏｖｅｒ、Ｍ
Ａ）で製造されたＢａｒａｔｒｏｎ（登録商標）Ｃａｐ
ａｃｉｔａｎｃｅ Ｍａｎｏｍｅｔｅｒのようなキャパ
シタンス・マノメータである。ブリード・バルブ５４
が、配管５５を介して側壁４６に設けられた他の開口部
に接続される。ブリード・バルブ５４は、処理チャンバ
１２に周囲の空気または室素のような供給ガスを放出す
るように動作可能である。

【００３５】図３を参照すると、プラズマ処理システム
１０は、チャンバ・ベース１８の底壁４４の中心に位置
づけられた大きな排気口１３６を通して真空排気系１３
４と流体連通になるように接続されている。真空排気系
１３４は、円錐状縮小ニップル１３８、真空弁１４０、
排気真空導管（図示しない）、および真空ポンプ１４４
を含む。

【００３６】円錐状縮小ニップル１３８の対向する端部
には、第１の真空フランジ１４６および第２の真空フラ
ンジ１６６が付いている。第１の真空フランジ１４６
は、Ｏリング１５０が外接する網つき芯合せ環１４８お
よび複数のバルクヘッド・クランプ１５２によって排気
口１３６に接続される。バルクヘッド・クランプ１５２
は、第１の真空フランジ１４６の周囲に対象的に配置さ
れる。各バルクヘッド・クランプ１５２は、第１の真空
フランジ１４６の相補的な下面に係合するように構成さ
れたテーパ部分１５４と、留め具１６０を取外し可能に
収容する穴（図示しない）をさらに含むブロック部１５
６とを有する。好ましくは、留め具１６０は、底壁４４
の相補的な内部ネジ山（図示しない）を有する開口部に
取り付けることができるネジ込みボルトである。空密封
止を作るために、Ｏリング１５０を一様に圧縮するよう
にパターン化された順序で予め選ばれたトルクまで、留
め具１６０を締め付ける。

【００３７】真空弁１４０は、真空固定具１６４によっ
て円錐状縮小ニップル１３８に付いている第２の真空フ
ランジ１６６と流体連通になるように接続された上の真
空フランジ１６２を支持する。真空固定具１６４は、蝶
ナット・クロージャ１７０を有する取外し可能なクラム
シェル・クランプ１６８および貫通穴芯合せ環１７２を
備える。蝶ナット・クロージャ１７０が締め付けられる
とき、芯合せ環１７２に保持されるＯリング１７４が圧
縮されて空密封止を作る。また、真空弁１４０は、さら
に、真空ポンプ１４４と流体連通になるように接続され
る。

【００３８】真空ポンプ１４４は、真空技術分野の当業
者には明らかであるように、１つまたは複数の真空ポン
プを備えることができる。好ましい真空ポンプ１４４
は、例えば、Ａｌｃａｔｅｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．（Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡ）
で製造されている型の単一回転翼型真空ポンプであり、
これは、毎分約１１立方フィートの排気速度を有し、処
理チャンバ１２のコンダクタンスが高いために、約６秒
以下で処理空間１０２を約２００ｍＴｏｒｒの真空圧力
まで排気することができる。他の真空ポンプ１４４とし
て、乾式ポンプおよびターボ分子ポンプがある。

【００３９】本発明の他の態様で、真空分散バッフル１
８０がチャンバ・ベース１８の内側の肩部１７８に位置
づけされている。真空分散バッフル１８０は、複数のオ
リフィス１８４による穴が開いている平らな細長い板１
８２である。オリフィス１８４は、圧力差をなくするよ
うに真空排気系１３４の入口の方に向かうプロセス・ガ
スの流れを制限する。その結果として、加工物５６の全
処理表面はプラズマに一様にさらされ、同時に、プロセ
ス・ガスおよびプラズマ処理動作中にスパッタされた汚
染物質種の高速排出を可能にする。また、真空分散バッ
フル１８０は、真空ポンプ１４４へのガスの流れで基板
支持物６４上の加工物５６の位置が乱されることのない
ようにする。

【００４０】好ましくは、真空分散バッフル１８０は、
例えば機械加工可能なセラミックスのような、ガス放出
の可能性が最小である電気絶縁材料で形成される。適切
な械加工可能セラミックスには、アルミニウム酸化物ま
たはＭｙｋｒｏｙ／Ｍｙｃａｌｅｘ（登録商標）または
Ｍａｃｏｒ（登録商標）のようなガラス接着マイカ複合
物がある。

【００４１】本発明の一態様では、チャンバ蓋１４にガ
ス分配システムが一体化され、このガス分配システム
は、プロセス・ガスの流れを加工物５６の表面に対象的
かつ一様に分配するように構成されている。特に、チャ
ンバ蓋１４の天井２８は、埋め込みキャビティ１８６、
プロセス・ガス入口１９０、および複数の開口１９２を
含む。図２Ｃに最も適切に示すように、ガス入口１９０
はチャンバ蓋１４に位置づけされ、さらに、ガス・ライ
ン１９４を介して、プロセス・ガスを処理空間１０２に
供給するガス・マニホルド３０８（図４）に結合されて
いる。図３に最も適切に示すように、天井２８の真空側
には、キャビティ１８６から処理空間１０２中にプロセ
ス・ガスを注入するための開口１９２がある。好ましく
は、プロセス・ガスが加工物５６の表面全体に一様に流
れて、プラズマ均一性の向上に寄与するように、開口１
９２は、処理チャンバ１２の長手方向の軸のまわりに２
次元配列で対照的に分布される。

【００４２】他の態様では、チャンバ・ベース１８はさ
らに電力分配システムを含み、この電力分配システム
は、無線周波（ＲＦ）発生器３０２（図４）のようなプ
ラズマ励起源から電力を伝達して、処理空間１０２に閉
じ込められたプロセス・ガスをイオン化しかつ解離させ
る。電力分配システムは、ＲＦ発生器３０２に動作可能
に接続された電力分配棒１９８、一対の電力フィードス
ルー２００ａ、ｂ、下の電極２０２、および基板支持物
６４を含む。ＲＦ発生器３０２は、フィードスルー２０
０ａ、ｂによって基板支持物６４に動作可能に接続され
ている。この基板支持物６４は、励起エネルギーを処理
チャンバ１２中のプロセス・ガスと容量的に結合させる
電力供給電極として作用して、処理空間１０２でプラズ
マを引き起こし、さらに持続する。チャンバ蓋１４およ
びチャンバ・ベース１８が、ひとまとめで電力を供給さ
れない接地電極を形成する。

【００４３】チャンバ・ベース１８の床壁４４には、さ
らに、電力フィードスルー２００ａ、ｂを収容する２個
の開口２０４がある。各開口２０４の中心の長手方向軸
のまわりに、Ｏリング２１０を収容するための円形の溝
２０８が同心で形成されている。電力フィードスルー２
００ａ、ｂの各々は、遮蔽絶縁体座金２１４で同軸的に
囲繞された電気連結棒２１２、チャンバ絶縁体座金２１
６、および下部絶縁体座金２１８を含む。好ましくは、
座金２１４、２１６、２１８は、石英またはアルミナの
ようなガス不浸透性セラミック誘電体で構成され、さら
に、各連結棒は、銅、アルミニウム、またはそれらの合
金のような電気伝導体で形成される。電力フィードスル
ー２００ａ、ｂは、処理チャンバ１２から電気的に分離
される。

【００４４】電気連結棒２１２は、フランジ付き頭２２
２および対向したネジ切り端部２２６を含む。フランジ
付き頭２２２は、電気導通および下方への動きを阻止す
る機械的な固定を行うために、下部電極２０２の上面に
形成された相補的な凹部２２８の中に収容される。連結
棒２１２は、遮蔽絶縁体座金２１４、チャンバ絶縁体座
金２１６および下部絶縁体座金２１８の中心の穴を通っ
て下方に延びる。ネジ切り端部２２６は、励起電源との
接続のために底壁４４を越えて突出する。

【００４５】下部絶縁体座金２１８は、より小さな第２
の外径の環状上部２３４と連続する第１の外径の環状下
部２３２を含む。上部２３４が開口２０４の中に収容さ
れ、その結果、下部２３２の上面は、床壁４４の真空で
ない表面と空密封止を行うようにＯリング２１０に接す
るようになる。穴２３０の切頭円錐部２３６はＯリング
２３８を収容するように構成されている。切頭円錐部２
３６は、Ｏリング２３８が留め具２３９で圧縮されて連
結棒２１２の周囲と下部絶縁体座金２１８の間に真空封
止を実現することができるように、そのような寸法に作
られ、また構成される。

【００４６】遮蔽絶縁体座金２１４は、下部電極２０２
の下の表面と真空分散バッフル１８０の上の表面の間に
置かれる。遮蔽絶縁体座金２１４は、より大きな第２の
外径の環状上部２４４と一体の第１の直径の環状下部２
４２を含む。上部２４４は真空分散バッフル１８０に接
し、下部２４２は下方に開口の中に突き出る。

【００４７】チャンバ絶縁体座金２１６は、チャンバ・
ベース１８の内部下面と真空分散バッフル１８０の下の
表面の間に置かれる。チャンバ絶縁体座金２１４は、対
向する平行な表面２４８、２５０を有する。表面２４８
は、下部絶縁体座金２１８の上部２３４の長さ全体に適
合するように構成された第１の凹部を含む。対向する表
面２５０は、チャンバ絶縁体座金２１６の下部２４２の
長さを収容する異なる直径の第２の凹部を含む。

【００４８】留め具２３９は、連結棒２１２のネジ切り
端部２２６と対になるように構成されたネジ切り穴を有
する。留め具２３９を締め付けるとき、下部絶縁体座金
２１８の上の表面が圧縮するようにＯリング２１０に係
合し、Ｏリング２１０に逆らって上方に動いて、チャン
バ・ベース１８の外面と下部絶縁体座金２１８の間に空
密封止を作る。留め具２３９の上の表面は切頭円錐テー
パ２３４に配置されたＯリング２３８に圧縮するように
係合して、連結棒２１２の周囲と下部絶縁体座金２１８
の内径の間に空密封止を作る。

【００４９】電力分配棒１９８は、連結棒２１２のネジ
切り端部２２４に２個の留め具２５６、２５８で取り付
けられる。下部電極２０２の上の表面は、電気導通を与
えるよう密接接触で基板支持物６４の下の表面に係合す
る。したがって、電力分配棒１９８に供給された電力は
連結棒２１２を介して基板支持物６４に伝達され、基板
支持物６４自体が電力供給電極の一部として機能する。
下部電極２０２および基板支持物６４は、アルミニウム
のような電気伝導性材料で形成されるのが好ましい。他
の実施形態では、基板支持物６４だけで電力供給電極を
構成するように、下部電極２０２はセラミックスで構成
することができる。

【００５０】上で詳細に説明した真空分散バッフル１８
０は、また、下部電極２０２の下側の面とチャンバ・ベ
ース１８の間のＲＦ電界強度を減少させるプラズマ遮蔽
としても機能する。その結果として、基板支持物６４で
保持される加工物５６の表面近くでプラズマが強くな
り、各加工物５６のプラズマ処理を行う電力および時間
が最小になる。さらに、電力供給電極および接地電極の
構成によって、基板支持物６４の上にある加工物５６に
対して実質的に垂直な電界が生成されるので、イオン軌
道は加工物５６の表面の法線に対して実質的に垂直にな
る。

【００５１】加工物５６は、チャンバ蓋１４の天井２８
と支持台６８の上面の中間の面内に実質的に垂直位置を
有するように、処理チャンバ１２内に位置づけされるの
が有利である。知られているプラズマ処理システムに比
べて、排気速度を高くするためにチャンバ１２の体積を
最小化することおよび加工物５６を精密に位置決めする
ことによって、低い電力レベルで高速プラズマ処理が可
能になる。

【００５２】図４を参照すると、プラズマ処理システム
１０は、ガス・フロー制御３００および処理チャンバ１
２に接続されたＲＦ発生器３０２を含む。処理システム
制御３０４は、プラズマ処理システム１０内の様々な装
置から入力信号を受け取り、ガス・フロー制御３００お
よびＲＦ発生器３０２を動作させる出力信号を供給す
る。制御３０４は、プログラム可能グラフィックス・ユ
ーザ・インタフェース３０６にも接続されている。この
インタフェースは、例えば、プッシュボタン、スイッ
チ、その他のユーザ入力装置を提供し、さらに、出力装
置、例えば光および表示画面を有し、それによって、ユ
ーザはプラズマ処理システム１０の動作の状態を追跡
し、その動作を制御することができるようになる。制御
３０４は、論理能力と演算能力の両方を有する任意の型
のマイクロプロセッサをベースにした制御であることが
できる。例えば、Ｋｏｙｏで製造され、Ａｕｔｏｍａｔ
ｉｏｎＤｉｒｅｃｔ ｏｆ Ｃｕｍｍｉｎｇｓ、Ｇｅｏ
ｒｇｉａから市販されるＭｏｄｅｌ Ｄｉｒｅｃｔ Ｌ
ｏｇｉｃ２０５のようなプログラム可能論理制御器であ
る。さらに、グラフィックス・ユーザ・インタフェース
３０６は、同じく、Ｄｉｒｅｃｔ Ｌｏｇｉｃ２０５用
にＫｏｙｏで製造され、同じくＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ
Ｄｉｒｅｃｔから市販されている。

【００５３】通常、処理チャンバ１２内のプラズマ処理
動作中に、複数のプロセス・ガスがマニホルド３０８の
中で混合される。例示のプロセス・ガスには、Ａｒ、Ｈ
ｅ、ＣＯ₂、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＦ₄、ＳＦ₆、Ｈ₂、およびそれ
らの混合物がある。各プロセス・ガスは、ガス供給源３
１０、マス・フロー・コントローラ３１２、隔離弁３１
４、および電磁弁３１５で構成される独立したガス供給
システム３０９を有する。２つのガス、例えばＡｒとＯ
₂が使用される場合には、ガス供給源３１０ａ、３１０
ｂ、マス・フロー・コントローラ３１２ａ、３１２ｂ、
隔離弁３１４ａ、３１４ｂ、および電磁弁３１５ａ、３
１５ｂで構成される２個の独立したガス供給システム３
０９ａ、３０９ｂがあってもよい。理解されるであろう
が、任意の数の追加のガス供給３０９ｎをマニホルド３
０８に接続することができ、各追加のガスはそれ自体の
ガス供給源３１０ｎ、マス・フロー・コントローラ３１
２ｎ、隔離弁３１４ｎ、および電磁弁３１５ｎを有す
る。

【００５４】独立したガス供給に加えて、ガス・フロー
制御３００は、真空ポンプ１４４、真空弁１４０、電磁
弁３４１および圧力計５２を含む。プラズマ処理システ
ム１０は、処理パラメータの変化に対して非常に敏感で
ある。したがって、圧力計５２はチャンバ１２のすぐ近
傍に配置され、さらに、大きな直径が有利であるチュー
ブ５５、例えば直径０．５００インチのチューブでチャ
ンバ１２に流動体的に接続される。ガス・フロー制御３
００は、さらに、プラズマ処理サイクルの終わりに処理
チャンバ１２を大気圧に戻すためのブリード・バルブ５
４およびこれの電磁弁３５７を含む。再び、減圧プロセ
スを最小限にするために、ブリード・バルブ５４は通常
処理チャンバ１２のすぐ近傍にあり、それとの比較的大
きな流体連通開口を有する。したがって、ブリード・バ
ルブ５４は、ほぼ１秒で処理チャンバ１２を大気圧に戻
すことができる。

【００５５】ＲＦ発生器３０２は、ＲＦ電力をＬ回路同
調器すなわちインピーダンス整合装置３２０、例えば一
対の可変空気コンデンサに供給するＲＦ電源３１８で構
成されている。ＲＦ電源３１８は、約４０ＫＨｚから約
１３．５６ＭＨｚの周波数で、好ましくは約１３．５６
ＭＨｚで、および約０ワットから約６００ワットの電力
で、好ましくは約６０ワットから約４００ワットまでの
電力で動作する。可変空気コンデンサ３２０、３２４か
らのＰＦ電力は、出力３２８で処理チャンバ１２内の基
板支持物６４（図３）に加えられる。位相コンデンサ３
２０はモータ３２１に接続された可動極板を含み、さら
に、制御３０４の入力３２３上でアナログ帰還信号を供
給する位相制御３２２を有する。振幅コンデンサ３２４
はモータ３２５に接続された可動極板を有し、さらに、
制御３０４の入力３２７上でアナログ帰還信号を供給す
る位相制御３２６を有する。制御３０４は、知られてい
るＰＩＤ制御ループを利用して出力３２８、３２９上で
アナログ命令信号をそれぞれのモータ３２１、３２５に
供給し、知られているやり方で可変空気コンデンサ３２
０、３２４の極板を動かす。

【００５６】本発明のＰＩＤ制御ループは、境界条件で
の性能を改善するように可変利得を自動的に供給する制
御アルゴリズムを使用する。入力３２３上の帰還信号の
振幅は、−５ボルトから＋５ボルトまでの範囲を有す
る。一定利得システムでは、帰還信号の振幅がゼロ交差
に近づきさらにゼロ交差を通過するので、正確で安定し
たシステム制御が困難である。従来、利得は、高信号レ
ベルで制御システムを飽和させないようにしながら低信
号レベルを取り扱うのに必要とされる利得である妥協の
固定値に設定されている。その結果、システム応答性お
よび性能は、一般に妥協されたレベル、すなわち低レベ
ルのものである。すなわち、制御システムが安定するの
に必要な時間は比較的長い。本発明では、入力３２３上
の帰還信号の信号強度の関数として利得値を絶えず計算
し直し、動的に設定する。したがって、ＰＩＤループは
きわどく減衰する。すなわち、ＰＩＤループは最小限の
オーバーシュートで素早く安定状態に達する。他の点で
は、同調回路３２０は、知られているやり方で機能し
て、ＲＦ電源３１８のＲＦ出力、同調回路３２０、およ
び処理チャンバ１２内のＲＦ回路で与えられるＲＦ負荷
で構成されるＲＦシステムのインピーダンスを所望のイ
ンピーダンス値、例えば５０オームに整合させる。

【００５７】理解されるであろうが、様々なリミット・
スイッチまたは近接スイッチ３３０が処理チャンバ１２
の動作に関連して使用される。例えば、処理チャンバ１
２のチャンバ蓋１４（図１）の開いた位置および閉じた
位置それぞれを検出し、制御３０４のそれぞれの入力３
３１上で状態帰還信号を供給するために、リミット・ス
イッチが使用される。これらのリミット・スイッチは、
蓋１４を作動させる蓋アクチュエータ１２２（図２Ｃ）
に接続することができるし、蓋１４に取り付けることが
できるし、または、そうでなければ蓋１４の位置を検出
することができる。また、近接スイッチは、処理チャン
バ１２内の加工物５６の所望の位置を検出するために使
用される。磁気、機械的接触、光、その他を使用して物
体の近接または位置を検出する多くの異なる市販のリミ
ット・スイッチがある。設計者の用途および好みに依存
して、特定の型の市販リミット・スイッチが選ばれる。

【００５８】プラズマ処理サイクルの終点はいくつかの
方法で決定することができる。本発明のプラズマ処理シ
ステムは、制御のレベルが非常に高い。したがって、プ
ラズマ処理サイクルは繰り返しに非常に適している。し
たがって、本発明のプラズマ処理システムでは、制御３
０４は、通常、内部タイマを使用してプラズマ処理サイ
クルの所要時間を測定する。いくつかの用途では、終点
検出器３３４は処理チャンバ１２と効果的に接続され
る。終点検出器３３４は、通常、光電スイッチであり、
この光電スイッチは、処理チャンバ１２内で生成された
プラズマの光の所望の特定波長の検出に応答して状態を
変える。終点検出器３３４と処理チャンバ１２の内部の
間の光学的連通は、ビューポート３４（図１）を通して
終点検出器３３４を向けることで、または、処理チャン
バ１２の壁の開口部または穴（図示しない）の中に終点
検出器３３４を取り付けることで実現することができ
る。処理チャンバ１２内でのガス・プラズマの生成で光
が発生する。さらに、この光の波長は、チャンバ１２中
のガス・プラズマの異なる材料の組成で変化する。例え
ば、エッチング・プロセスでは、ガス・プラズマは加工
物の表面から様々な材料をエッチングするので、プラズ
マで生成される光の波長は、ガス・プラズマとそれらの
材料の原子の結合の関数である。表面から被膜および不
純物がエッチングされた後で、継続するエッチングで、
加工物の固有の材料とガス・プラズマの原子の結合が生
じる。この結合で固有の波長の光が生成され、これが終
点検出器３３４で検出され、検出器３３４は出力３３６
上で２進帰還信号を制御３０４に戻す。このようにし
て、制御３０４は、その帰還信号が状態を変えるときに
プラズマ処理サイクルが完了した時を検出することがで
きる。

【００５９】図５は、代表的なプラズマ処理サイクルを
実施する際の制御３０４の動作を説明する流れ図であ
る。６０２で、部品移動サイクルが始動する。このプロ
セス中に、制御３０４は命令信号を制御器（図示しな
い）に送り、この制御器によって、位置決めレバー９４
が未処理加工物５６を側レール７８ａ、ｂの間のチャン
バ１２に移動する。部品５６が所定位置に移動したと
き、リミット・スイッチ３３０の１つが、部品の置かれ
た位置を検出し、それぞれの出力３３１上で状態帰還信
号を制御３０４に供給する。６０４で、部品が置かれた
ことを示すスイッチ状態の変化を制御が検出するとすぐ
に、制御３０４は出力３３７上で命令信号を与えて電磁
弁３３８を開く。開いた電磁弁３３８は、空気供給源例
えば工場空気３４０からの加圧空気を、蓋アクチュエー
タ１２２に蓋１４を閉じた位置に動かさせる方向で、蓋
アクチュエータ１２２に向けて送り出す。リミット・ス
イッチ３３０の１つがこの閉じた位置を検出し、状態を
変え、それぞれの入力３３１上で状態帰還信号を制御３
０４に与える。

【００６０】６０８で、蓋の閉じた位置を検出するとす
ぐに、６１０で、制御３０４は出力３４２上で信号を与
えてソレノイド３４１に真空弁１４０を開くように命令
する。同時に、６１２で、制御３０４はＰＲ_PROCESSに
等しい圧力設定点を設定し、プロセス圧力監視の動作を
始動する。通常、プラズマ処理システムでは、プラズマ
処理サイクルの開始前に、チャンバ１２は所望の固定部
分真空圧力に排気される。しかし、チャンバ１２の初期
排気は時間のかかるプロセスである。出願人は、チャン
バ１２内の通常使用される処理圧力より上および下の圧
力の範囲で高品質プラズマ処理を保証できることを発見
した。多くの部品をチャンバ１２内の異なる条件の下で
処理して、許容圧力範囲を決定した。したがって、本発
明のプラズマ処理システムでは、圧力境界の上の限界例
えば２５０ｍＴｏｒｒは、通常使用される処理圧力例え
ば２００ｍＴｏｒｒにオフセット圧力例えば５０ｍＴｏ
ｒｒを加えることで決定される。さらに、圧力境界の下
の限界、例えば１５０ｍＴｏｒｒは、通常使用される処
理圧力、例えば２００ｍＴｏｒｒからオフセット圧力例
えば５０ｍＴｏｒｒを引くことで決定される。この例で
は、圧力監視システムは通常使用される処理圧力の２０
０ｍＴｏｒｒを圧力設定点として設定するが、圧力が２
５０ｍＴｏｒｒと１５０ｍＴｏｒｒのそれぞれ上と下の
境界限界の間にある限りは、圧力監視システムはアラー
ムをセットしない、またはプラズマ処理システムの動作
に影響を与えない。したがって、真空ポンプ１４４が動
作している限り、制御３０４は、圧力計５２からの圧力
帰還信号を与えている入力３４８を監視している。チャ
ンバ１２が２５０ｍＴｏｏｒまで排気されたことを制御
３０４が検知したとき、ガス・プラズマが始まる。

【００６１】６１２での圧力監視の開始と同時に、制御
３０４は、６１４で、出力３４４、３４６上で命令信号
を与えて、それぞれのマス・フロー・コントローラ３１
２および隔離弁３１４を作動させる。プロセス・ガス
は、例えばＡｒについて毎分５〜１００標準立方センチ
メートル（ｓｃｃｍ）のように、所定の流量でプロセス
・ガス入口１９０を通して導入される。マス・フロー・
コントローラ３１２で供給されるガスの流量および真空
ポンプ１４４の排気速度を調整して、その後のプラズマ
処理が維持されるようにプラズマ生成に適した処理圧力
が与えられる。チャンバ１２内の処理圧力は、一般にお
およそ５０から１０００ｍＴｏｒｒであり、好ましくは
１２５から２５０ｍＴｏｒｒまでの範囲である。従来の
システムと異なり、処理チャンバ１２は、チャンバ１２
から雰囲気ガスを抜くために最初に使用される処理ガス
が導入されると同時に絶えず排気されている。一実施形
態では、マス・フロー・コントローラ３１２は、ほぼ
０．５リットルの体積の処理チャンバに３０ｓｃｃｍの
流量を供給するように動作する。このようにして、処理
チャンバ１２内では毎秒約４回新鮮なガスが交換され
る。多くの従来のプラズマ処理システムは、５秒にほぼ
一度処理チャンバのガスを交換する。本発明のシステム
のガス流量が大きいことで、エッチングされた材料およ
び処理チャンバからの他の汚染物質の除去が改善され、
またエッチングされた材料の処理チャンバ１２内の壁お
よび細工への堆積が最小になる。

【００６２】制御３０４は、処理チャンバ１２内の圧力
または分圧を絶えず測定している圧力計５４から帰還信
号を入力３４８上で絶えず監視する。６１６で、処理チ
ャンバ１２内の圧力が初期圧力、すなわち通常使用され
る処理圧力にオフセット圧力値を加えたもの、上の例で
は２５０ｍＴｏｏｒ、に等しくなる時を、制御３０４は
検出する。そのとき、６１８で、制御は出力３５０上で
命令信号を与えて、ＲＦ電源３１８をオンにする。しか
し、ＲＦ電源３１８からの全電力を供給するのではな
く、制御３０４はＲＦ電源に命令して最小電力レベルだ
けを、例えば３０ワットを供給させる。従来のプラズマ
処理システムは、同調回路３２０によって最初に全電力
を処理チャンバ１２に加える。全電力でガス・プラズマ
を生成すると、プラズマ・スパイク、アーク放電、エネ
ルギー・ホット・スポット、その他の異常、および非常
に不安定なガス・プラズマをもたらすことが多い。さら
に、ガス・プラズマの変化は処理チャンバ１２内のＲＦ
負荷の変化をもたらすことになるので、不安定なガス・
プラズマのために、同調回路３２０がＲＦシステムのイ
ンピーダンスを所望の値に整合させることは非常に困難
になる。したがって、最初にガス・プラズマを全電力で
生成することで、プラズマが処理チャンバ１２内で安定
するのを待ち、その後、所望のインピーダンス整合が確
立するまで同調回路３２０を動作させるのに、かなりの
時間がかかる。本発明のプラズマ処理システムでは、最
初に比較的低いまたは最小レベルの電力、例えば３０ワ
ットをシステムに加えることで、従来システムに比べる
と、チャンバ１２内のプラズマは非常に急速に安定する
ことができるようになる。

【００６３】最小電力レベルにＲＦ電源３１８をオンさ
せた後で、６２０で、制御３０４は２００ミリ秒の遅延
を実施する。この遅延期間によって、最小電力レベルの
プラズマが安定することができる。その後、６２２で、
制御３０４は、自動同調サイクルすなわち自動同調制御
の動作を始動し、この自動同調制御で、電源３１８の出
力のＲＦインピーダンスおよび処理チャンバ１２の入力
のＲＦインピーダンスを所望のインピーダンス、例えば
５０オームに整合させるように、可変空気コンデンサが
使用される。このプロセス中に、位相振幅制御３２２、
３２６からのアナログ帰還信号が制御３０４のそれぞれ
の入力３２３、３２９上に与えられる。制御はＰＩＤ制
御ループを実施し、出力３２８、３２９上で命令信号を
与えて、可変空気コンデンサ３２０、３２４で所望のイ
ンピーダンス整合が実現されるようにそれぞれのモータ
３２１、３２５を動作させる。

【００６４】それから、６２４で、同調回路３２０が所
望のインピーダンス整合を達成したかどうかを、制御は
決定する。それが行われたとき、制御３０４は、６２６
で、最小レベルから最大レベルまで電力をランプ増加し
始める。電力が増加するときに、６２８で、制御は各連
続する電力レベルで同調回路３２０を動作させ続ける。
このようにして、制御が最小電力レベルから最大電力レ
ベルに移行するときに、ＲＦ電源３１８の見るインピー
ダンスが依然として所望の５０オーム負荷に整合されて
いるように、可変空気コンデンサ３２０は絶えず調整さ
れる。ＲＦ電力を最大レベルまで傾斜増加させながらイ
ンピーダンス整合を維持することで、ＲＦ電源３１８を
最初に最大電力レベルにオンさせてインピーダンス整合
動作を実施する場合よりも短時間で、全電力で安定した
ガス・プラズマを実現できることを出願者は発見した。

【００６５】留意すべきことであるが、電力が最大レベ
ルまで傾斜増加しているとき、プロセス・ガスは所望の
流量で処理チャンバ１２を流れ、真空ポンプ１４４は処
理チャンバを減圧し続けている。前に説明したように、
動作圧力の範囲は、異なるプロセス・パラメータを使用
して多くの加工物を処理することで求めた。同様な実験
方法を使用して、同調されたＲＦシステムを維持しなが
らＲＦ電力を増加することができる最大速度を求めた。
ＲＦ電力増加のその最大速度で、プラズマ処理サイクル
の減少が実現される。

【００６６】６３０で、ＲＦ電力は最大レベルでないと
制御３０４が決定する場合、６２８で、制御は再び電力
レベルをインクリメントし、同調回路３２０を動作させ
てインピーダンスを所望の値に整合させる。６３０で、
電力は現在最大値であると制御３０４が決定する場合、
６３２で、制御は、電力が最大値のままであり、かつプ
ラズマ処理プロセスが続いている間、プラズマ処理サイ
クルの終点を求めて監視を始める。プラズマ処理動作中
に、加工物５６の表面からスパッタされた汚染物質種
は、プロセス・ガスの流れとともに排気口１３６を介し
て処理空間１０２から排出される。プラズマ処理システ
ム１０は、プラズマ処理の空間的な一様性とシステム処
理能力の両方を高めるように最適化される。

【００６７】６３４で、制御３０４は、終点検出器３３
４からの入力３５２上の帰還信号の状態を調べて、プラ
ズマ処理サイクルが完了であるかどうか決定する。説明
した実施形態では、処理サイクルの終点は、プラズマの
光の特定の波長を検出しそのようなもの表す信号を制御
３０４に与える終点検出器３３４で決定される。理解さ
れるであろうが、異なる処理パラメータを使用して多数
の加工物を処理することで、加工物を処理するのに必要
な時間の長さを決定することができる。他の実施形態で
は、制御３０４は、６２２で自動同調制御が始動される
のと同時に内部タイマを始動することができる。タイマ
は、実験的に求められたような加工物を処理するのに要
する時間の長さに設定する。したがって、内部タイマの
時間が切れてプラズマ処理サイクルの終わりを示すと
き、３０４で、制御はタイマの満了をプラズマ処理サイ
クルの終点として検出する。

【００６８】６３４で、プラズマ処理サイクルの終わり
を表す入力３５２上の終点帰還信号の状態を制御が検出
するとすぐに、６３６で、制御３０４は出力３５０上で
命令信号を与えて、ＲＦ電源３１８がＲＦ電力を最大レ
ベルから最小レベルにデクリメントする、すなわち傾斜
減少させるようにする。通常、電力を最小レベルから最
大レベルに傾斜増加させるのに必要とされるのと同じ速
度で、したがって全く同じ時間で、電力は最大レベルか
ら最小レベルに傾斜減少される。６３８で、ＲＦ電源３
１８が最小レベルの電力を供給していることを制御３０
４が検出するとすぐに、６４０で、制御３０４はＲＦシ
ステムが最小電力レベルで同調されていることを検査す
る。その後、６４２で、制御３０４は自動同調制御をオ
フし、２００ミリ秒の遅延を実行する。この遅延によっ
て、最小電力レベルのプラズマが安定化することができ
る。

【００６９】従来のプラズマ処理サイクルでは処理サイ
クルの終わりにＲＦ発生器をオフにし、同調回路はＲＦ
電源からの処理電力出力に対応する状態になっている。
したがって、異なった電力レベルの可能性がある次のサ
イクルが開始されるとき、同調回路３２０がインピーダ
ンスを整合させるのに時間が必要になる。対照的に、本
発明では、サイクルの終わりに、同調回路は最小電力に
同調される。したがって、ＲＦ電源３１８が最小電力に
オンされる次の処理サイクルの始めに、同調回路３２０
は、所望のインピーダンス整合がすでに存在している
か、すぐに整合に同調させることができるかいずれかの
ような状態にある。ＲＦシステムの調整を最小限にする
ことで、結果的に最高で１５秒のサイクル時間の節約と
なる。

【００７０】次に、制御３０４は、６４４で、圧力監視
の動作を停止し、出力３４２および３４６上で命令信号
を与えて、それぞれの電磁弁３４１および３１５がそれ
ぞれの真空弁１４０および隔離弁３１４を閉じるように
する。さらに、制御３０４は出力３４４上で命令信号を
与えて、適切なマス・フロー・コントローラ３１２を流
れるガスの流量を終わらせる。さらに、制御３０４は、
出力３５６上で命令信号を与えて、電磁弁３５７がブリ
ード・バルブ５４を開くようにし、それによって、処理
チャンバ１２を減圧する。６４６で、制御３０４は、処
理チャンバ１２内の圧力が実質的に大気圧に等しいこと
を決定する。この決定は、通常、ブリード・バルブ５４
で処理チャンバ１２を減圧するのに必要な時間を測定す
るように内部タイマを使用する制御で行われる。したが
って、６４８で、制御３０４は出力３３７上で命令信号
を与えて、電磁弁３３８が状態を変えて蓋アクチュエー
タ１２２の動作を逆にするようにする。その後、６５０
で、制御３０４は、蓋１４が開いた位置に持ち上げられ
ていることを検出し、さらに、その次の部品移動サイク
ル６０２を始動する。そして、上記のプロセスは次の加
工物について繰り返される。

【００７１】図６および７は、本発明の原理に従った処
理チャンバ１２の他の実施形態を示し、この実施形態
は、可変幅基板支持物２６０を含む。有利なことに、支
持物２６０は、いろいろな寸法の加工物を収容すること
ができる。図６を参照すると、基板支持物２６０は、２
個の可動の対向する側レール２６４、２６６を滑動可能
に支持する高い台２６２と、各連結棒２１２が加える下
向きの力で下部電極２０２に取り付けられた平板２６７
とを含む。高い台２６２は、複数の留め具２６９で平板
２６７に機械的電気的に取り付けられている。矢印２６
８、２７０で示すように、側レール２６４、２６６は、
支持台２６２の周囲近くの極限位置から高い台２６２の
長手方向の軸に沿った中心位置までの間で動かすことが
できる。その結果として、側レール２６４、２６６の間
の間隔は、所定の横幅の加工物２７２に対応して変える
ことができる。

【００７２】側レール２６４および側レール２６６は全
く同じ構造であり、この構造を側レール２６６に関連し
て説明する。図７を参照すると、側レール２６６は、各
対向端に一体の垂直な柱２７６のある水平部材２７４を
備える。チャネル２７８は水平部材２７４の長さ全体に
沿って長手方向に延び、加工物２７２の周辺縁部を受け
入れる所定幅のＵ字形断面を有する。チャネル２７８の
各対向端は、フレア・リップ２８０を含み、このリップ
によって、加工物２７２の側縁部を滑動可能に容易につ
かまえることができるようになる。

【００７３】各垂直柱２７６は、固定ネジ２８６を収容
するネジ切り穴２８４を有する上の突出し部分２８２お
よび傾斜のついた下の突出し部分２８８を含む。上の突
出し部分２８２の下面は、下の突出し部分２８８の上面
から垂直方向に変位して、高い台２６２の厚さよりも僅
かに小さな幅のくぼみ２９０を形成する。このくぼみ２
９０は高い台２６２の周辺縁部を滑動可能に収容する。
したがって、各側レール２６４、２６６は、所定の横位
置に独立に移動させ、固定ネジ２８６で取り付けること
ができる。

【００７４】図８〜１２を参照すると、同様な参照数字
は図１〜７の同様な特徴を指し、さらに、本発明の他の
実施形態に従って、プラズマ処理システム１０は、チャ
ンバ・ベース１８および蝶番式に動かすことができるよ
うにチャンバ・ベース１８と結合されたチャンバ蓋４０
２を含む処理チャンバ４００を備えることができる。特
に、処理空間１０２に加工物５６を入れるか出すか移動
させるための開いた位置とチャンバ蓋４０２がチャンバ
・ベース１８と封止接触する閉じた位置との間で、チャ
ンバ蓋４０２がチャンバ・ベース１８に対して選択的に
旋回しまたは１つの端が飛び出すように、チャンバ蓋４
０２の１つの側は蝶番アセンブリ１６に取り付けられて
いる。ローディング・ステーション２０（図１）および
出口ステーション２２（図１）を使用して、処理チャン
バ１２に関してここで説明したように、処理チャンバ４
００に加工物５６を入れたり出したり往復運動で運ぶこ
とができる。プラズマ処理システム１０の能力を拡張す
るために、チャンバ蓋４０２をチャンバ蓋１４（図１）
と取り替えることができる。その結果、元のチャンバ蓋
を有する既存のプラズマ処理システムに、本発明の態様
のチャンバ蓋４０２を組み込んだ代替チャンバ蓋を後付
けすることができるようになる。

【００７５】チャンバ蓋４０２は、下部側壁部４０４、
ドーム型天井部４０６、およびドーム型天井部４０６か
ら下部側壁部４０４を隔離する中間側壁部４０８を含む
アセンブリである。側壁部４０４、４０８およびドーム
型天井部４０６は、アルミニウムまたはアルミニウム合
金のような比較的高い電気伝導率を有する材料で形成さ
れる。中間側壁部４０８の周囲上部縁部と上のドーム型
部４０６の周囲下部縁部の間に、圧縮性エラストマーの
Ｏリング封止材４０１が設けられる。他の圧縮性エラス
トマー・Ｏリング封止材４０３が、中間側壁部４０８の
周囲下部縁部と下部側壁部４０４の周囲上部縁部の間に
設けられる。Ｏリング５１が、下部側壁部４０４の周囲
下部縁部とチャンバ・ベース１８のエプロンの間に圧縮
的に保持される。下部側壁部４０４は、処理チャンバ４
００の処理空間１０２で起こるプラズマ・プロセスを見
るための２個のビューポート・アセンブリを含み、その
うちのビューポート・アセンブリ４１０を図１２に見る
ことができる。

【００７６】無線周波（ＲＦ）キャビティ４７２からプ
ラズマ・キャビティ４４２を隔離するドーム型天井部４
０６の分割壁４０６ａに、ガス口４０９が設けられる。
このガス口４０９は、プラズマ・キャビティ４４２をプ
ロセス・ガスの供給源４０７まで延びるガス・ライン４
０５と流体連通状態に結合するガス取付け部品４１１で
構成される。このガス取付け部品４１１はガス分配通路
でプラズマ・キャビティ４４２と結合され、このガス分
配通路は、プロセス・ガス通路４１３、プロセス・ガス
通路４１３と結合された一対のプロセス・ガス通路４１
５ａ、ｂ、および、セラミックス絶縁板４１６の上の平
面の近くで終端するようにガス通路４１５ａ、ｂから延
びる多数のガス通路４１７を含む。プラズマを生成する
ようにＲＦエネルギーで励起されたときに、ここで説明
したように、加工物５６のダウンストリーム型プラズマ
処理を行うために適切な遊離基および他の活性種を供給
することができる任意の適切なプロセス・ガスまたはプ
ロセス・ガス混合物を供給することができる。代表的な
プロセス・ガスには、Ｏ₂、ＣＦ₄、Ｎ₂およびＨ₂があ
り、Ａｒのような不活性ガスと混合されてプロセス・ガ
ス混合物を実現することができる。処理チャンバ４００
中でのダウンストリーム型プラズマ処理に適したガス流
量は、一般に、約１ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍまで
の範囲にあり、プラズマ・キャビティ４４２の適切な圧
力は約５０ｍＴｏｒｒから約１０００ｍＴｏｒｒまでの
範囲にある。

【００７７】処理チャンバ４００を囲繞する環境からの
雰囲気空気のマス・フロー制御された流れは、プロセス
・ガスとして使用することができ、表面汚染物質を除去
するためのある特定の用途で特に有効であることが分か
っている。そのようなダウンストリーム型プラズマは、
水素、酸素、窒素および空気の他の主要な構成物から得
られる、酸素ベースの遊離基および窒素ベースの遊離基
を含んだ遊離基を含むと思われる。

【００７８】続けて図８〜１２を参照すると、チャンバ
蓋４０２のドーム型天井部４０６は、接地板４１２と、
接地板４１２に対向しかつ接地板４１２と一般的に平行
な電力供給平面を画定する電力供給電極４１４を含む。
接地板４１２、およびプラズマ・キャビティ４４２を囲
繞するドーム型天井部４０６の部分が、共同で、接地面
を画定する。長方形の平面セラミックス電極絶縁物４１
６は、接地板４１２を含んだドーム型天井部４０６から
電力供給電極４１４を分離する。プラズマ・キャビティ
４４２は、接地板４１２と電力供給電極４１４の間に囲
まれた体積として、ドーム型天井部４０６中に画定され
る。接地板４１２と電力供給電極４１４は各々、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金のような高電気伝導率を
有する材料で形成される。

【００７９】接地板４１２は、加工物５６の幾何学的形
状に依存した構成、寸法、および／または配列を有する
複数の開口または貫通孔４２１（図１３）を含む。貫通
孔４２１は、プラズマ・キャビティ４４２で生成された
直接プラズマから処理空間への遊離基および正味電荷の
ない他のプロセス・ガス種の好ましい透過を可能とし、
プラズマ・キャビティ４４２に存在する直接プラズマか
ら処理空間１０２へのイオンおよび電子のような荷電種
の移動を阻止するか、または防げる。一般に、接地板４
１２は、プラズマ・キャビティ４４２から処理空間１０
２に入ることを許されたプラズマからかなりのパーセン
ト値の荷電種を除去するのに効果的である。貫通孔４２
１は、プラズマ・キャビティ４４２から処理空間１０２
への見通し通路を持たない曲がりくねった経路である。
処理空間１０２のプラズマは、荷電粒子のない、または
実質的にないダウンストリーム型のプラズマであり、そ
うでなければ荷電粒子が行う物理的作用のない状態で、
基の化学作用によって加工物５６のプラズマ処理を行
う。

【００８０】貫通孔４２１は、アレイまたはマトリック
ス状に配列することができ、または、周期性のない中心
間穴間隔で配列することができる。接地板４１２の貫通
孔４２１の面積密度は、１平方インチ当たり約１０個の
穴から１平方インチ当たり約２００個の穴の範囲でよ
い。個々の貫通孔４２１の直径は、約０．００１インチ
から約０．１２５インチの範囲でよい。

【００８１】図１３および１４を参照すると、チャンバ
蓋４０２は、接地板４１８（図１３）および接地板４２
０（図１４）のような他の接地板を使用して新たに構成
することができる。接地板４１８、４２０は、プラズマ
・キャビティ４４２中の直接プラズマから処理空間１０
２に送られ最終的には基板支持物６４に支持される加工
物５６の露出表面５６ａに送られる遊離基の分布または
パターンを変えるために、接地板４１２と交換すること
ができる。接地板４１８および４２０の貫通孔４１９
は、プラズマ・キャビティ４４２から処理空間１０２に
入ることを許される遊離基の空間分布を変えるように、
構成、寸法および／または配列が接地板４１２と違って
いる。

【００８２】接地板４１８は、ディスク状の穴パターン
の円形の外周の内側に配列された複数の貫通孔４１９を
含む。接地板４１８は、例えば、３００ｍｍシリコン・
ウェーハのような半導体ウェーハをダウンストリーム型
プラズマで処理するために使用することができる。接地
板４２０は、長方形の中心開口を有する２枚のフレーム
板４２２、４２４、および中心開口を部分的にふさぐよ
うにフレーム板４２２、４２４の間に取り込まれた遮蔽
格子または格子４２６を含む。遮蔽格子４２６は、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金のような比較的高電気
伝導率を有する材料で作られた目の細い針金の網であ
る。

【００８３】様々な接地板４１２、４１８および４２０
の中から選ぶことができることで、プラズマから加工物
５６に送られる遊離基の幾何学的なパターンを調整する
ことができるようになる。そのために、接地板４１２の
貫通孔４２１のような貫通孔の穴パターンは、ダウンス
トリーム型プラズマでプラズマ処理される加工物５６の
形状寸法に対応するように調整することができる。例え
ば、接地板４１２の貫通孔４２１は、丸い加工物を処理
するためにはディスク状穴パターンに、正方形の加工物
には正方形状穴パターンに、長方形の加工物には長方形
状穴パターンに、さらに、加工物５６の幾何学的形状に
一致するために必要なような当業者には明らかな他の幾
何学的配列に、配列することができる。一般に、貫通孔
４２１は、穴パターンの周囲限界が加工物５６の外周縁
または周囲に実質的に対応するように、接地板４１２に
位置づけされる。

【００８４】図８〜１２を参照すると、チャンバ蓋４０
２は、さらに、無線周波（ＲＦ）バルクヘッド取付け部
品４２８、一対のセラミックス・キャップ４３０ａ、
ｂ、一対の環状セラミックス・スプール４３２ａ、ｂ、
一対の電力フィードスルー４３４ａ、ｂ、電力分配棒４
３６、および無線周波（ＲＦ）蓋クロージャ要素４３８
を含む。無線周波（ＲＦ）電源４３９は、伝導線４４０
によってＲＦバルクヘッド取付け部品４２８と電気的に
結合されている。ＲＦ電源４３９およびチャンバ蓋４０
２の部品が、共同で、プラズマ・キャビティ４４２のプ
ロセス・ガスを励起してプラズマを生成することができ
るプラズマ励起源を実現する。電力フィードスルー４３
４ａ、ｂは、ＲＦ電力をＲＦバルクヘッド取付け部品４
２８および電力分配棒４３６から電力供給電極４１４に
伝達する。ＲＦ電源４３９は、一般に、約４０ｋＨｚと
約１３．５６ＭＨｚの間の周波数、好ましくは約１３．
５６ＭＨｚで、さらに約０ワットと約６００ワットの間
の電力、一般には約５０ワットから約６００ワットまで
の電力で動作する。

【００８５】セラミックス・キャップ４３０ａは、電力
フィードスルー４３４ａの上部に固定され、電力分配棒
４３６とクロージャ要素４３８の間に位置づけされる。
セラミックス・スプール４３２ａは、分割壁４０６ａと
電力分配棒４３６の間に取り込まれ、電力フィードスル
ー４３４ａは、セラミックス・スプール４３２ａの穴を
通って延びて、電力分配棒４３６と電力供給電極４１４
を電気的に接触させる。セラミックス・キャップ４３０
ｂは、電力フィードスルー４３４ｂの上部に固定され、
電力分配棒４３６とクロージャ要素４３８の間に位置づ
けされる。セラミックス・スプール４３２ｂは、分割壁
４０６ａと電力分配棒４３６の間に取り込まれ、電力フ
ィードスルー４３４ｂは、セラミックス・スプール４３
２ｂの穴を通って延びて、電力分配棒４３６と電力供給
電極４１４を電気的に接触させる。セラミックス・キャ
ップ４３０ａ、ｂは協働して、電力棒４３６および電力
フィードスルー４３４ａ、ｂの上端部をクロージャ要素
４３８から電気的に分離する。セラミックス・スプール
４３２ａ、ｂは協働して電力フィードスルー４３４ａ、
ｂをドーム型天井部４０６の分割壁４０６ａから電気的
に分離する。また、セラミックス・スプール４３２ａ、
ｂは、セラミックス絶縁板４１６と分割壁４０６ａの間
にガスの流れが生じるように、その間に垂直方向寸法の
小さなギャップを維持する。

【００８６】使用中に、また、図８〜１２を続いて参照
すると、プロセス・ガスは、ガス取付け部品４１１を通
ってチャンバ蓋４０２に入り、さらにガス通路４１３、
４１５ａ、ｂを通って、セラミックス絶縁板４１６の上
側で終っている多数のガス通路４１７に向けて送られ
る。プロセス・ガスの流れがドーム型天井部４０６の外
の縁部に向けて送られるように、プロセス・ガスは電力
供給電極４１４およびセラミックス絶縁板４１６の周囲
または周辺を流れ、またはそこからしみ出る。プロセス
・ガスは、セラミックス絶縁板４１６の縁部のまわりの
処理空間１０２で真空力によって横方向に、さらに貫通
孔４２１の方に引き寄せられる。これによって、プラズ
マ・キャビティ４４２中の一様なプロセス・ガス分布が
促進される。

【００８７】接地板４１２と電力供給電極４１４の間に
加えられたＲＦエネルギーは、プラズマ・キャビティ４
４２中に存在するプロセス・ガスからプラズマを発火さ
せ、さらに持続させる。プラズマ・キャビティ４４２中
のプラズマは、イオン、電子、遊離基および分子種を含
んだ完全な直接プラズマである。プラズマ処理システム
１０内のプロセス・ガスの流れは一般的に底壁４４にあ
る排気口１３６の方に導かれるので、プラズマ・キャビ
ティ４４２中の直接プラズマの様々な成分は、吸引力す
なわち真空力によって、接地板４１２の貫通孔４２１の
方に引き寄せられる。接地板４１２はアース接地に対し
て接地されているので、電子およびイオンは貫通孔４２
１の内側で再結合する傾向がある。その結果として、イ
オンおよび電子はほとんど処理空間１０２に入る可能性
は小さくなる。接地板４１２によって、遊離基および中
性分子のような正味電荷の無いプラズマ種は貫通孔４２
１を通って処理空間１０２に移動することができるよう
になる。一般に、接地板４１２は、プラズマ・キャビテ
ィ４４２から処理空間１０２に移送された、すなわち入
ることを許されたプラズマから実質的に全ての荷電種を
取り除くために効果的である。

【００８８】真空ポンプ１４４（図３）の真空動作すな
わち排気動作によって、遊離基および中性分子は、加工
物５６の方に動かされてダウンストリーム型プラズマ処
理を行う。ダウンストリーム型プラズマで処理すべき加
工物５６は、基板支持物６４の側レール６６ａ、６６ｂ
で支えられている。処理空間１０２に入った遊離基は、
加工物５６の露出表面５６ａと接触し、加工物５６を形
成する材料と科学的に反応して表面処理を行う。過剰な
遊離基、未反応プロセス・ガス分子、および加工物５６
から除去された汚染物質は、真空ポンプ１４４の排気動
作によって処理空間１０２から排出される。

【００８９】チャンバ蓋４０２は、表面処理のためのダ
ウンストリーム型プラズマを生成することができること
のほかに、様々な異なる能力をプラズマ処理システム１
０に与える。接地板４１２は接地面を形成するので、処
理空間１０２中に直接プラズマを生成するようにＲＦ発
生器３０２（図４）で基板支持物６４を付勢することが
できる。この結果、プラズマ処理システム１０のよう
な、チャンバ蓋４０２を備えたプラズマ処理システムを
使用して、プロセスの要求に応じて直接プラズマかダウ
ンストリーム型プラズマかいずれかで加工物５６を選択
的にプラズマ処理することができるので、両方の能力を
単一のシステム１０で利用することができるということ
になる。

【００９０】代わりの動作モードでは、接地板４１２を
取り除き、基板支持物６４をアース接地に接地し、さら
に電力供給電極４１４を付勢して処理空間１０２および
プラズマ・キャビティ４４２中に直接プラズマを生成す
ることによって、逆の直接プラズマを供給するように、
プラズマ処理システム１０を構成することができる。接
地板４１２を取り除いた状態では、電力供給面が電力供
給電極４１４で与えられ、かつ接地面が基板支持物６４
で与えられるように、チャンバ構成が変化する。逆直接
プラズマの構成によって、加工物５６の上の露出表面５
６ａのプラズマ処理が向上するために、ある特定の環境
の下で、プロセス時間が減少する。

【００９１】他の動作モードでは、接地板４１２が取り
除かれた状態で電力供給電極４１４に電力を供給し、こ
れに加えて、ここで説明するように、基板支持物６４を
付勢するように、プラズマ処理システム１０を構成する
ことができる。この動作モードでは、ＲＦ電源４３９で
電極４１４に供給されるＲＦ電力は、発生器３０２（図
４）で基板支持物６４に供給されるＲＦ電力に対して１
８０電気度（１８０Ｅ）位相がずれる。その結果、処理
空間１０２（図３）でプロセス・ガスをイオン化する励
振力を与える電圧電位は、全体的に同じ量のＲＦ電力で
実効的に２倍になる。この動作モードの１つの可能性の
ある利点は、電力供給電極４１４が付勢されるとき供給
される直接プラズマの電子およびイオンのために、基板
支持物６４に加えられるＲＦ電力が減少することであ
る。

【００９２】さらに他の動作モードでは、接地板４１２
が取り付けられた状態で電力供給電極４１４に電力を供
給し、これに加えて、ここで説明するように、基板支持
物６４を付勢するように、プラズマ処理システム１０を
構成することができる。この動作モードでは、荷電粒子
を接地板４１２でろ過した後で処理空間１０２に入るこ
とを許された遊離基がプラズマ・キャビティ４４２の直
接プラズマから注入される処理空間１０２中で生成され
た直接プラズマに、加工物５６はさらされる。本発明の
原理に従って、プロセス・ガス供給源４０７からプラズ
マ・キャビティ４４２中に流れ込むプロセス・ガスは、
独立したプロセス・ガス供給源（図示しない）から処理
空間１０２に直接流れ込むプロセス・ガスと違う可能性
があるので、プラズマ・キャビティ４４２から接地板４
１２を通って処理空間１０２に移される遊離基は、処理
空間１０２で生成される直接プラズマの種と違ってい
る。

【００９３】本発明の原理に従って、また、続いて図８
〜１２を参照すると、中間側壁部４０８は、垂直方向の
チャンバ蓋４０２のチャンバ寸法を増すように作用す
る。チャンバ蓋４０２から中間側壁部４０８を取り除く
ことで、垂直方向のチャンバ寸法を減少することができ
る。元の中間側壁部４０８に追加の中間側壁部４０８を
加えて、すなわち積み重ねて、チャンバ蓋４０２の高さ
をさらに増し、垂直方向のチャンバ寸法をさらに高くす
ることができる。本発明がさらに考えていることである
が、例えば中間側壁部４０８を伸長可能な真空ベローと
して作るような多数の異なるやり方で、チャンバ蓋４０
２の垂直方向の寸法を変えることができる。下部側壁部
４０４およびドーム型天井部４０６は、チャンバ蓋４０
２を形成するアセンブリに常に存在し、中間側壁部４０
８のない状態で組み立てられるとき、部分４０４および
４０６の寸法によって、電力供給電極４１４と電力供給
電極４１４に直面する加工物５６の露出表面５６ａとの
間の最小間隔が画定される。

【００９４】中間側壁部４０８は取外し可能に下部側壁
部４０４に取り付けられる。取付け時に、下部側壁部４
０４に対する中間側壁部４０８の位置決めの助けになる
ように、案内４４４が設けられる。同様に、案内４４４
は、取付け時に、中間側壁部４０８に対してドーム型天
井部４０６を位置決めするのを手助けする。中間側壁部
４０８がアセンブリから取り除かれる場合、下部側壁部
４０４に対してドーム型天井部４０６を位置決めするた
めにも、案内４４４を使用することができる。中間側壁
部４０８を下部側壁部４０４と固定し、かつＯリング４
０３に圧縮力を加えて空密封止を形成するために、留め
具４４８が使用される。同様に、ドーム型天井部４０６
を中間側壁部４０８と固定し、かつＯリング４０１に圧
縮力を加えて空密封止を形成するために、留め具４５０
が使用される。

【００９５】１つまたは複数の中間側壁部４０８の挿入
および取外しによって処理チャンバ４００の垂直方向の
チャンバ寸法を変えることができることで、プラズマ処
理システム１０は異なる厚さの加工物５６に対応するこ
とができるようになる。特に、電力供給電極４１４と基
板支持物６４で保持された加工物５６の露出表面５６ａ
との間に再現性のある、すなわち予測可能な距離すなわ
ち間隔を維持することができる。そのために、各中間側
壁部４０８の垂直方向の寸法は、電力供給電極４１４と
露出表面５６ａの間に所望の間隔を与えるように選ぶこ
とができる。例えば、チャンバ蓋４０２を２個の１イン
チ厚さの中間側壁部４０８で構成することで、２インチ
厚さの加工物５６の露出表面５６ａは、チャンバ蓋４０
２が単一の１インチ中間側面部４０８を有する処理チャ
ンバ構成における１インチ厚さの加工物５６と同じ距離
だけ、電力供給電極４１４から離れる。

【００９６】加工物５６の処理表面と電力供給電極４１
４の間の間隔は、直接プラズマか処理の一様性が十分で
あるダウンストリーム型プラズマかいずれかで効果的な
プラズマ処理を行うために制御しなければならない基本
的な変数である。理解されるであろうが、１つまたは複
数の取外し可能な中間側壁部４０８を使用してチャンバ
蓋４０２および処理空間１０２の囲まれた体積を変える
機能は、直接プラズマ処理システムとダウンストリーム
型プラズマ処理システムの両方に制限なしに応用するこ
とができる。

【００９７】同様な参照数字は図１〜１４の同様な特徴
を示す図１５〜１８を参照すると、また、本発明の他の
実施形態に従って、プラズマ処理システム１０は、チャ
ンバ・ベース１８と、チャンバ・ベース１８と蝶番式に
可動に結合された、チャンバ蓋４０２と同様なチャンバ
蓋５０２とを含む処理チャンバ５００を備えることがで
きる。チャンバ蓋５０２は、蝶番アセンブリ１６に取り
付けられて、処理空間１０２に加工物５６を入れたり出
したり移動するための開いた位置とチャンバ蓋５０２が
封止するようにチャンバ・ベース１８に接触する閉じた
位置のどちらかに、チャンバ・ベース１８に対して選択
的に旋回するか、または一端を突き出すようになる。チ
ャンバ蓋５０２は、チャンバ蓋１４（図１）またはチャ
ンバ蓋４０２（図８〜１４）と交換して、チャンバ蓋５
０２と同様なやり方でプラズマ処理システム１０の機能
を拡張することができる。さらに、チャンバ蓋５０２
は、プラズマ処理システム１０のような既存のプラズマ
処理システムに後付けすることができる。

【００９８】チャンバ蓋５０２は、プラズマ・キャビテ
ィ５４２を有するドーム型天井部５０４およびドーム型
天井部５０４と固定された下部側壁部５０６を含むアセ
ンブリである。ドーム型天井部５０４は、プラズマ・キ
ャビティ５４２の周囲のまわりに延びる側壁５０１およ
び無線周波（ＲＦ）チャンバ５４３をプラズマ・キャビ
ティ５４２から分離する分割壁５０８を含む。案内５４
４（図１６）は、下部側壁部５０６に対してドーム型天
井部５０４を位置決めするために使用される。圧縮性エ
ラストマーＯリング封止材５０３が、ドーム型天井部５
０４の周囲の下の縁部と下部側壁部５０６の周囲の上の
縁部の間に設けられる。ドーム型天井部５０４を下部側
壁部５０６と固定し、かつＯリング５０３に圧縮力を加
えて空密封止を形成するために、留め具４４８が使用さ
れる。Ｏリング５１は、下部側壁部５０６の周囲の下の
縁部とチャンバ・ベース１８のエプロンの間に圧縮的に
保持されて、空密封止を形成する。下部側壁部５０６
は、観察者が処理チャンバ５００の処理空間１０２中で
起こっているプラズマ・プロセスを見ることができるよ
うにするサイト・ガラスを組み込んだビューポート・ア
センブリ５１０を含む。本発明の考えることであるが、
ここで説明した中間側壁部４０８（図８〜１２）と同様
な１つまたは複数の中間側壁部（図示しない）をドーム
型天井部５０４と下部側壁部５０６の間に入れることが
できる。

【００９９】続けて図１５〜１８を参照すると、ガス・
ライン５０５は、ガス取付け部品５１１を介して、プロ
セス・ガス供給源５０７（図１６）をドーム型天井部５
０４に設けられたガス口５０９を結合する。ガス口５０
９は、ガス分配通路によってチャンバ蓋５０２に画定さ
れたプラズマ・キャビティ５４２と流体連通状態に結合
され、このガス分配通路は、プロセス・ガス通路５１３
と、このプロセス・ガス通路５１３と流体連通状態に結
合されたガス分配チャンバ５１５を画定するガス分配バ
ッフル５４６とを含む。ガス分配チャンバ５１５は、ガ
ス分配バッフル５４６の多数のガス出口５１７の分布配
列によって、プラズマ・キャビティ５４２と流体連通状
態に結合される。ガス出口５１７は、異なる種類および
構成の加工物５６をプラズマ処理するために処理チャン
バ１０２に入ることを許されるプラズマを調整するのに
適したガス負荷を与えるように、任意の寸法または配列
をとることができる。ここで説明したように、プラズマ
・キャビティ５４２で直接プラズマを生成するようにＲ
Ｆエネルギーで励起されたとき、加工物５６のダウンス
トリーム型プラズマ処理を行うのに適切な遊離基および
他の反応種を供給することができる任意の適切なプロセ
ス・ガスまたはプロセス・ガス混合物を、プラズマ・キ
ャビティ５４２に供給することができる。ガス分配バッ
フル５４６は省略することができ、さらにプロセス・ガ
スの流れはプロセス・ガス通路５１３の出口を通ってプ
ラズマ・キャビティ５４２に入ることができると、本発
明は考える。そのために、プロセス・ガス通路５１３の
出口は、ドーム型天井部５０４の幾何学的な中心とほぼ
一致するように位置づけすることができる。

【０１００】ドーム型天井部５０４は、接地板５１２
と、この接地板５１２から垂直方向に間隔を空けて配置
された電力供給電極５１４とを備える。この電力供給電
極５１４は、接地板５１２と対向しかつ一般に平行な、
プラズマ・キャビティ５４２中の電力供給面を画定す
る。接地板５１２は側壁５０１と良好に電気的に接触
し、この側壁５０１は、チャンバ蓋５０２が接地される
ときに接地板５１２を電気的に接地する。接地板５１２
およびプラズマ・キャビティ５４２を囲繞するドーム型
天井部５０４の部分が共同で接地面を画定する。接地板
５１２および電力供給電極５１４は、各々、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金のような高電気伝導率を有す
る材料で形成される。

【０１０１】図１５〜１８を続いて参照すると、接地板
５１２は、上のスロット付き板５１６、中央のスロット
付き板５１８および下のスロット付き板５２０を含むア
センブリである。板５１６、５１８および５２０は実質
的に等しい厚さであるが、本発明はそのように限定され
ない。上のスロット付き板５１６には多数の開口すなわ
ちスロット５２２が開いており、このスロットは、加工
物５６がローディング・ステーション２０から基板支持
物６４にさらに基板支持物６４から出口ステーション２
２に移動される機械方向、図１６のページの面に出入り
する方向、に対して横向きに延びる長軸を有する。同様
に、中心および下のスロット付き板５１８、５２０各々
には、多数の開口すなわちスロット５２４、５２６それ
ぞれが開いており、そのスロット各々は、加工物移動の
機械方向に対して横向きに延びる長軸を有する。垂直方
向に見たときの各スロット５２２、５２４、５２６の断
面プロファイルは、機械方向に対して横向き並んだ長軸
を有するどのような形でもよく、特に長方形か楕円形か
であることができる。

【０１０２】図１５および１５Ａを参照すると、上およ
び下のスロット付き板５１６および５２０のスロット５
２２および５２６は、それぞれ垂直方向に一直線に並ん
でいる。中央のスロット付き板５１８のスロット５２４
は、スロット５２２および５２６から機械方向にずれて
いる。スロット５２２、５２４および５２６は、プラズ
マ・キャビティ５４２から処理空間１０２へのプロセス
・ガスおよび基の流体の流れを可能にするが、スロット
付き板５１６と５１８の間およびスロット付き板５１８
と５２０の間の相関的な板間隔と協働して、処理空間１
０２からプラズマ・キャビティ５４２への見通し通路全
てを実質的に無くする、曲がりくねったすなわち迷路の
ような経路を与える。見通し通路を無くすることで、プ
ラズマ・キャビティ５４２で直接プラズマによって生成
される一般に電磁スペクトルの可視領域にある光が、光
が反射で向きを変える以外には、処理空間１０２に入る
ことがなくなる。

【０１０３】図１５、１６および１８を参照すると、上
のスロット付き板５１６は、複数の例えば４個の周囲に
配置されたスペーサ５５０で、中央のスロット付き板５
１８から間隔を空けて配置され、このスペーサ５５０は
板５１６と５１８を電気的に良好に接触させる。同様
に、下のスロット付き板５２０は、複数の例えば４個の
周囲に配置されたスペーサ５５１で、中央のスロット付
き板５１８から間隔を空けて配置され、このスペーサ５
５１は板５１８と５２０を電気的に良好に接触させる。
スペーサ５５０は、板５１６と５１８を一様なギャップ
で分離する寸法であり、同様に、スペーサ５５１は、板
５１８と５２０を一様なギャップで分離する寸法であ
り、このギャップは板５１６と５１８の間のギャップと
異なっていてよい。

【０１０４】本発明で考えられることであるが、スロッ
ト５２２、５２４および５２６は、板間隔と協働してプ
ラズマ・キャビティ５４２と処理空間１０２の間の見通
し通路を無くするか、妨げるか、または少なくとも実質
的に減少させる任意の相関的な空間配列であることがで
きる。また、本発明の考えることであるが、スロット５
２２、５２４、５２６は、加工物５６の幾何学的な形状
に対応した構成、寸法、および／または配列を有するこ
とができる。一実施形態では、スロット５２２、５２４
および５２６は、処理空間１０２とプラズマ・キャビテ
ィ５４２の間に延びる方向で見た断面プロファイルが長
方形であり、ほぼ２インチの長軸に沿った寸法、ほぼ３
／１６インチの短軸に沿った寸法、約３／３２インチの
隣り合うスロット間の間隔を有し、さらに、スロット５
２４はスロット５２２および５２６から３／１６インチ
だけずれている。上と中央の板５１６と５１８は、板厚
さにほぼ等しい距離だけ離れ、さらに、中央と下の板５
１８と５２０は、板厚さの１．５倍にほぼ等しい距離だ
け離れている。

【０１０５】接地板５１２は、プラズマ・キャビティ５
４２の直接プラズマから処理空間１０２へのイオンおよ
び電子を含んだ荷電種の移動を妨げ、プラズマ・キャビ
ティ５４２から処理空間１０２への遊離基および正味電
荷の無い他のプロセス・ガス種の移動を可能にする。特
に、スロット５２２、５２４、５２６をそれぞれ囲繞す
る接地されたスロット付き板５１６、５１８、５２０の
材料で、荷電種は捕獲される。真空ポンプ１４４（図
３）の排気動作で、遊離基および中性分子は、スロット
５２２、５２４、５２６を通ってプラズマ・キャビティ
５４２から処理空間１０２中にさらに加工物５６の方に
引き寄せられて、ダウンストリーム型プラズマ処理を行
う。処理空間１０２のプラズマは、荷電粒子および光の
無いまたは実質的に無いダウンストリーム型プラズマで
あり、そうでなければ荷電粒子で行われる物理的な作用
のない状態で、遊離基の化学作用によって加工物５６の
プラズマ処理を行う。一般に、接地板５１２は、プラズ
マ・キャビティ５４２から処理空間１０２中に移送され
た、すなわち入ることを許された直接プラズマの部分か
ら、実質的に全ての荷電種を取り除くのに効果的であ
る。一般に、接地板５１２は、荷電粒子の少なくとも約
９０％を取り除くために効果的であり、さらに、荷電粒
子の９９％以上を取り除くために効果的である。

【０１０６】接地板４１２、４１８、および４２０（図
１２〜１４）に関して本明細書で説明したように、例え
ばプラズマ処理される加工物５６の種類の変化に対応す
るようにスロット５２２、５２４、５２６の構成、寸
法、および／または配列を変えるために、接地板５１２
は、チャンバ蓋５０２から取外し可能であるように構成
される。例えば、スロット５２２、５２４、５２６は、
丸い加工物を処理するためにディスク状パターンに、正
方形の加工物のために正方形状パターンに、長方形の加
工物のために長方形パターンに、さらに加工物５６の幾
何学的な形と相関するのに必要なような当業者には明ら
かな他の幾何学的な配列に、必要な大きさに作り、かつ
配列することができる。

【０１０７】図１５〜１８を参照すると、チャンバ蓋５
０２は、さらに、無線周波（ＲＦ）バルクヘッド取付け
部品５２８、一対の電気絶縁キャップ５３０ａ、ｂ、一
対の誘電体スプール５３２ａ、ｂ、一対の電力フィード
スルー５３４ａ、ｂ、電力分配棒５３６、ＲＦチャンバ
５４３への接近を可能にする取外し可能な無線周波（Ｒ
Ｆ）蓋クロージャ要素５３８、および一対の環状セラミ
ックス・スペーサ５４０ａ、ｂを含む。無線周波（Ｒ
Ｆ）電源５３９は、伝導線５４０でＲＦバルクヘッド取
付け部品５２８と結合されている。ＲＦ電源５３９、お
よびチャンバ蓋５０２の部品が共同で、プラズマ・キャ
ビティ５４２中のプロセス・ガスを励起してプラズマを
生成することができるプラズマ励起源を実現する。電力
フィードスルー５３４ａ、ｂは、ＲＦバルクヘッド取付
け部品５２８および電力分配棒５３６から電力供給電極
５１４にＲＦ電力を伝達する。ＲＦ電源５３９は、一般
に、約４０ｋＨｚと約１３．５６ＭＨｚの間の周波数、
好ましくは約１３．５６ＭＨｚで、かつ約０ワットと約
６００ワットの間の電力、一般に約５０ワットから約６
００ワットで動作する。

【０１０８】電力フィードスルー５３４ａ、ｂおよびセ
ラミックス・スプール５３２ａ、ｂは、分割壁５０８を
通って延びるそれぞれの開口５４１ａ、ｂ中に位置づけ
される。キャップ５３０ａは、電力フィードスルー５３
４ａの上部に固定され、電力分配棒５３６とクロージャ
要素５３８の間に位置づけされる。セラミックス・スプ
ール５３２ａは、分割壁５０８と電力分配棒５３６の間
に押さえられるフランジを有し、電力フィードスルー５
３４ａは、セラミックス・スプール５３２ａの穴を通っ
て延びて電力分配棒５３６と電力供給電極５１４を電気
的に接触させる。キャップ５３０ｂは、電力フィードス
ルー５３４ｂの上部に固定され、電力分配棒５３６とク
ロージャ要素５３８の間に位置づけされる。セラミック
ス・スプール５３２ｂは、分割壁５０８と電力分配棒５
３６の間に押さえられたフランジを有し、電力フィード
スルー５３４ｂは、セラミックス・スプール５３２ｂの
穴を通って延びて電力分配棒５３６と電力供給電極５１
４を電気的に接触させる。セラミックス・スペーサ５４
０ａは、分割壁５０８と電力供給電極５１４の間に押さ
えられ、セラミックス・スプール５３２ａと同心であ
る。同様に、セラミックス・スペーサ５４０ｂは、分割
壁５０８と電力供給電極５１４の間に押さえられ、セラ
ミックス・スプール５３２ｂと同心である。キャップ５
３０ａ、ｂは協働して電力棒５３６および電力フィード
スルー５３４ａ、ｂの上端部をクロージャ要素５３８か
ら電気的に分離する。セラミックス・スプール５３２
ａ、ｂおよびセラミックス・スペーサ５４０ａ、ｂは協
働して電力フィードスルー５３４ａ、ｂをドーム型天井
部５０４の分割壁５０８から電気的に分離する。

【０１０９】図１５〜１８を続いて参照すると、電力供
給電極５１４の平面の上面５１４ａ、平面の下面５１４
ｂおよび側縁部５１４ｃが、電気的に接地されたドーム
型天井部５０４および接地板５１２の隣り合う囲繞する
表面から実質的に等距離に位置づけされるように、電力
供給電極５１４はプラズマ・キャビティ５４２中に位置
づけされる。特に、下面５１４ｂが上のスロット付き板
５１６の上向き平面５１６ａから離れているのとほぼ同
じ距離だけ、上面５１４ａはガス分配バッフル５４６の
下向き平面５４６ａから垂直方向に離れ、かつこの平面
５４６ａと一般的に平行な関係にある。表面５１４ａお
よび５１４ｂは、一般的に平行な関係にある。さらに、
側面５１４ｃと側壁５０１の内向きの表面５０１ａの隣
り合う部分との間の横方向距離は、表面５１４ａおよび
５４６ａと表面５１４ｂおよび５１６ａとの間の間隔に
ほぼ等しい。その結果、電力供給電極５１４は表面５０
１ａ、５４６ａおよび５１６ａに対して対称に、かつこ
れらの表面から等距離に位置づけされることになる。プ
ラズマ・キャビティ５４２中に特に一様なプラズマ、し
たがって処理空間１０２中に特に一様なダウンストリー
ム型プラズマを実現する一実施形態では、電力供給電極
５１４と表面５０１ａ、５４６ａ、および５１６ａの間
の間隔はそれぞれほぼ１インチである。等距離間隔およ
び間隔の大きさが協働して、プラズマ・スパイク、アー
ク放電、エネルギー・ホット・スポット、またはプラズ
マ不安定を引き起こすことなしに、ＲＦ電源５３９から
電力供給電極５１４へのランピングの無い全電力の供給
を可能にする。

【０１１０】続けて図１５〜１８を参照すると、使用時
に、プロセス・ガスはガス口５０９を通ってチャンバ蓋
５０２に入り、ガス通路５１３を通ってガス分配バッフ
ル５４６の上側に向けて送られる。ガスは、ガス分配バ
ッフル５４６の上側からガス出口５１７を通ってプラズ
マ・キャビティ５４２中に流れ、このガス分配バッフル
５４６はプラズマ・キャビティ５４２中の一様なプロセ
ス・ガスの分配を促進する。接地板５１２と電力供給電
極５１４の間に加えられたＲＦエネルギーは、プラズマ
・キャビティ５４２中に存在するプロセス・ガスからプ
ラズマを発火し、持続させる。プラズマ・キャビティ５
４２中のプラズマは、イオン、電子、遊離基、および分
子種を含有する完全な直接プラズマである。プラズマ処
理システム１０でのプロセス・ガスの流れは、一般的
に、底壁４４の排気口１３６に向かって導かれるので、
プラズマ・キャビティ５４２中の直接プラズマの様々な
成分は、吸引力すなわち真空力によって、接地板５１２
を共同して構成するスロット付き板５１６、５１８、お
よび５２０の方に引き寄せられる。接地板５１２はアー
ス接地に対して接地されているので、電子およびイオン
のような荷電種はスロット５２２、５２４、および５２
６の内側で再結合する。その結果として、イオンおよび
電子は処理空間１０２に入る可能性がほとんど小さくな
る。接地板５１２によって、プロセス・ガスの遊離基お
よび中性分子のような正味電荷の無いプラズマ種がスロ
ット５２２、５２４および５２６を通って処理空間１０
２中に移動することを可能にする。スロット５２２、５
２４および５２６の相対的な配列、および上および中心
のスロット付き板５１６、５１８と中心および下のスロ
ット付き板５１８、５２０との間の空間関係によって、
プラズマ・キャビティ５４２から処理空間１０２への見
通し通路が無くなるので、または実質的に無くなるの
で、プラズマ・キャビティ５４２中の直接プラズマで生
成される光は処理空間１０２では見えない。

【０１１１】真空ポンプ１４４（図３）の真空動作すな
わち排気動作によって、遊離基および中性分子は加工物
５６の方に動いて、ダウンストリーム型プラズマ処理を
行う。ダウンストリーム型プラズマで処理すべき加工物
５６は、基板支持物６４の側レール６６ａ、６６ｂで支
持される。処理空間１０２に入ることを許された遊離基
は、加工物５６の露出表面５６ａと接触し、加工物５６
を形成する材料または露出表面５６ａを覆う汚染物と化
学的に反応して表面処理を行う。過剰な遊離基、未反応
プロセス・ガス分子、および加工物５６から除去された
汚染物は、真空ポンプ１４４の排気動作によって処理空
間１０２から排出される。

【０１１２】本発明を様々な実施形態の説明で明らかに
し、またこれらの実施形態はかなり詳細に説明したが、
添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に限定す
ることは、またはいずれにしても制限することは、本出
願人の目的ではない。その他の有利点および修正物は当
業者には容易に明らかになるであろう。したがって、よ
り広い態様の本発明は、特定の詳細、代表的な装置およ
び方法、および図示し説明した例示の例に限定されな
い。したがって、出願人の一般的な発明の概念の精神ま
たは範囲から逸脱することなし、そのような詳細から逸
脱することができる。本発明自体の範囲は、請求する特
許請求の範囲によって定義されるだけであるべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に従ったプラズマ処理システムを
示す透視図である。

【図２Ａ】図１のプラズマ処理システムを示す側面概略
部分切欠図である。

【図２Ｂ】チャンバ蓋が閉じた位置にある図１のプラズ
マ処理システムを示す側面概略部分切欠図である。

【図２Ｃ】図１のプラズマ処理システムを示す詳細側面
図である。

【図３】図１のプラズマ処理システムを示す正面図であ
る。

【図４】図１のプラズマ処理システムの制御システムを
示す概略ブロック図である。

【図５】図４の制御システムを使用するプラズマ処理サ
イクルを実施するプロセスを示す流れ図である。

【図６】本発明の原理の他の実施形態に従った基板支持
物を示す側面図である。

【図７】図６の基板支持物を示す部分正面図である。

【図８】本発明の原理に従ったプラズマ・チャンバを示
す上面図である。

【図９】図８の線９−９に一般的に沿った断面を示す断
面図である。

【図１０】図８の線１０−１０に一般的に沿った断面を
示す断面図である。

【図１１】図１０の一部を示す詳細図である。

【図１２】図８〜１１のプラズマ・チャンバを示す分解
図である。

【図１３】図８〜１２のプラズマ・チャンバで使用され
る接地板の他の実施形態を示す透視図である。

【図１４】図８〜１２のプラズマ・チャンバで使用され
る接地板の他の実施形態を示す透視図である。

【図１５】本発明の原理に従ったプラズマ・チャンバの
他の実施形態を示す図９と同様な断面図である。

【図１５Ａ】図１５の一部を示す詳細図である。

【図１６】図１５のプラズマ・チャンバを示す図１０と
同様な断面図である。

【図１７】図１６の一部を示す詳細図である。

【図１８】図１５〜１７のプラズマ・チャンバを示す分
解図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ ディー． ゲッテイ アメリカ合衆国 95688 カリフォルニア, ヴェイカヴィル，ギブソン キャニオン ロード 6763 (72)発明者 トーマス ヴィ． ボールデン ザ セカ ンド アメリカ合衆国 94954 カリフォルニア, ペタルマ，レイクヴィル サークル 230 (72)発明者 ロバート セルゲイ コンドラショフ アメリカ合衆国 94598 カリフォルニア, ウォルナット クリーク，ラコルソ ドラ イヴ 646 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 BA03 BA04 BB18 BB24 BB32 DB00 EB08

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工物をプラズマで処理するための装置
   であって、 処理空間、チャンバ蓋、および前記チャンバ蓋中に画定
   されたプラズマ・キャビティを含む真空チャンバであっ
   て、前記プラズマ・キャビティと前記処理空間が流体連
   通状態にある真空チャンバと、 前記処理空間に位置づけされた加工物ホルダーと、 前記真空チャンバと流体連通状態で結合され、前記処理
   空間および前記プラズマ・キャビティを排気することが
   できる真空源と、 前記真空チャンバと流体連通状態で結合され、プロセス
   ・ガスを少なくとも前記プラズマ・キャビティに供給す
   ることができるプロセス・ガス供給源と、 前記プラズマ・キャビティ中のプロセス・ガスを励起し
   てプラズマを生成することができ、前記プラズマ・キャ
   ビティと前記処理空間の間に位置づけされた接地板を含
   む第１のプラズマ励起源とを備え、 前記接地板が、前記プラズマ・キャビティから前記処理
   空間へのイオンおよび電子の移動を妨げ、かつ前記プラ
   ズマ・キャビティから前記処理空間への遊離基の移動を
   可能にすることができる複数の開口を有する装置。
2. 【請求項２】 前記第１のプラズマ励起源が、前記プラ
   ズマ・キャビティ中に位置づけられた第１の電力供給電
   極を備え、前記第１の電力供給電極が前記プラズマ・キ
   ャビティ中にプラズマを生成するために前記接地板と協
   働する、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記第１のプラズマ励起源が、さらに、
   前記第１の電力供給電極と電気的に結合された第１の無
   線周波電源を備え、前記第１の無線周波電源が前記プラ
   ズマ・キャビティ中のプロセス・ガスを励起するために
   無線周波励起エネルギーを前記第１の電力供給電極に供
   給する、請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 さらに、前記処理空間中に位置づけされ
   た第２の電力供給電極および前記第２の電力供給電極と
   電気的に結合された第２の無線周波電源を備え、前記第
   ２の無線周波電源が前記処理空間中のプロセス・ガスを
   励起してプラズマを生成するために励起エネルギーを前
   記第２の電力供給電極に供給することができる、請求項
   ３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記第１の無線周波電源が、前記第２の
   無線周波電源によって前記第２の電力供給電極に供給さ
   れる無線周波電力に対して１８０電気度位相のずれた無
   線周波電力を前記第１の電力供給電極に供給する、請求
   項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記複数の開口が、プラズマ処理される
   加工物の幾何学的な形に対応するパターンで配列され
   る、請求項１に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記パターンの外周縁が、前記加工物の
   外周縁に実質的に対応する、請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記チャンバ蓋が、前記加工物ホルダー
   への加工物の導入および前記加工物ホルダーからの加工
   物の取出しを可能にするために、開いた位置と閉じた位
   置の間で動かすことができる、請求項１に記載の装置。
9. 【請求項９】 さらに、 前記チャンバ蓋が開いた位置にあるときに、加工物を前
   記加工物ホルダーに導入するために構成されたローディ
   ング・ステーションと、 前記チャンバ蓋が開いた位置にあるときに、前記加工物
   ホルダーから加工物を取り出すために構成された出口ス
   テーションとを備える、請求項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記チャンバ蓋が、さらに、前記プロ
    セス・ガス供給源を前記プラズマ・キャビティと流体連
    通状態で結合するプロセス・ガス入口を含む、請求項１
    に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記チャンバ蓋が、さらに、前記プロ
    セス・ガス入口から入って来たプロセス・ガスを前記プ
    ラズマ・キャビティに分配するためのガス分配通路を含
    む、請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記第１のプラズマ励起源が、前記プ
    ラズマ・キャビティ中に位置づけされた第１の電力供給
    電極および前記第１の電力供給電極と前記チャンバ蓋の
    間に位置づけされた電極絶縁体を含み、さらに、前記ガ
    ス分配通路が、前記プラズマ・キャビティ中に実質的に
    一様な分配を行うために、前記電極絶縁体の外周および
    前記第１の電力供給電極の外周のまわりにしみ出るプロ
    セス・ガスを放出する前記電極絶縁体のすぐ近くの複数
    の出口を含む、請求項１１に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記ガス分配通路が、プロセス・ガス
    の流れを前記プラズマ・キャビティ中に分配するように
    位置づけされた複数の空間的に配列されたガス出口を有
    するガス分配バッフルを備える、請求項１１に記載の装
    置。
14. 【請求項１４】 前記接地板が、前記プラズマ・キャビ
    ティと前記処理空間の間に取外し可能に位置づけされて
    いる、請求項１に記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記開口が、前記処理空間と前記プラ
    ズマ・キャビティの間の見通し通路を実質的に無くする
    ように配列されている、請求項１に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記接地板が、複数のスロット付き板
    を供え、各スロット付き板が見通し通路を実質的に無く
    するために協働するスロット配列を有する、請求項１５
    に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記スロット付き板のうちの隣り合う
    ものが、見通し通路を実質的に無くするために前記スロ
    ット配列と協働する、前記プラズマ・キャビティと前記
    処理空間の間に延びる方向の板間の間隔を有する、請求
    項１６に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記スロット付き板のうちの少なくと
    も１つの前記スロット配列が、前記スロット付き板の少
    なくとも別の１つの前記スロット配列から空間的にずれ
    ている、請求項１６に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記真空チャンバが、加工物がその方
    向に搬送される機械方向を有し、前記少なくとも１つの
    スロット付き板の前記スロット配列が前記機械方向と同
    じ方向にずれている、請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記プラズマ・キャビティが、前記チ
    ャンバ蓋の複数の内側を向いた表面と前記接地板の表面
    で画定され、前記電力供給電極が前記チャンバ蓋の前記
    複数の内側を向いた表面および前記接地板の前記表面か
    ら等距離に位置づけされている、請求項１に記載の装
    置。
21. 【請求項２１】 加工物をプラズマで処理するための装
    置であって、 チャンバ・ベース、および処理空間を画定する閉じた位
    置と前記処理空間に加工物を入れたり出したり移動する
    ための開いた位置との間で前記チャンバ・ベースに対し
    て動かすことができるチャンバ蓋を有する真空チャンバ
    であって、前記真空チャンバの垂直寸法を変えるために
    前記チャンバ蓋から取り除くことができる第１の側壁部
    を含む真空チャンバと、 前記真空チャンバと流体連通状態で結合され、前記処理
    空間を排気することができる真空源と、 前記処理空間に位置づけされた加工物ホルダーと、 前記真空チャンバと流体連通状態であり、プロセス・ガ
    スを前記処理空間に供給することができるプロセス・ガ
    ス供給源と、 前記プロセス・ガスから生成される前記処理空間のプラ
    ズマを供給するように動作可能なプラズマ励起源とを備
    える装置。
22. 【請求項２２】 前記チャンバ蓋が、さらに、プラズマ
    ・キャビティを含むドーム型天井部を備え、前記プラズ
    マ励起源が前記プラズマ・キャビティ中に位置づけされ
    た電力供給電極を含む、請求項２１に記載の装置。
23. 【請求項２３】 前記プラズマ励起源が、さらに、前記
    プラズマ・キャビティと前記処理空間の間に位置づけさ
    れた接地板を備える、請求項２２に記載の装置。
24. 【請求項２４】 前記接地板が、前記プラズマ・キャビ
    ティ中のプラズマから前記処理空間に遊離基を選択的に
    移動させることができる複数の開口を含む、請求項２３
    に記載の装置。
25. 【請求項２５】 さらに、前記チャンバ・ベースと密封
    するように係合することができる第２の側壁部を備え、
    前記第１の側壁部が前記ドーム型天井部と前記第２の側
    壁部の間に位置づけされる、請求項２２に記載の装置。
26. 【請求項２６】 さらに、前記第１の側壁部を前記第２
    の側壁部と位置合せするための案内を備える、請求項２
    ５に記載の装置。
27. 【請求項２７】 前記案内が、さらに、前記第２の側壁
    部を前記ドーム型天井部と位置合せすることができる、
    請求項２６に記載の装置。
28. 【請求項２８】 さらに、前記取外し可能な側壁部を前
    記ドーム型天井部と位置合せするための案内を備える、
    請求項２５に記載の装置。
29. 【請求項２９】 前記プラズマ励起源が、前記加工物ホ
    ルダーを含むアセンブリの部分である電力供給電極を備
    える、請求項２１に記載の装置。
30. 【請求項３０】 厚さと露出表面を有する加工物を、チ
    ャンバ蓋およびチャンバ蓋中に位置づけされた処理電極
    を有する真空チャンバの処理空間でプラズマ処理する方
    法であって、 前記加工物の前記露出表面から前記処理電極までの距離
    を前記加工物の厚さに基づいて変えるために、前記チャ
    ンバ蓋の体積を変えるステップと、 前記処理空間中に加工物を配置するステップと、 前記加工物の前記露出表面を前記プラズマにさらすステ
    ップとを含む方法。
31. 【請求項３１】 前記体積を変えるステップが、さら
    に、前記チャンバ蓋から少なくとも１つの側壁部を取り
    除くことを含む、請求項３０に記載の方法。
32. 【請求項３２】 前記体積を変えるステップが、さら
    に、前記チャンバ蓋に少なくとも１つの側壁部を追加す
    ることを含む、請求項３０に記載の方法。
33. 【請求項３３】 加工物をプラズマで処理する方法であ
    って、 プラズマ処理システムの処理空間中に加工物を配置する
    ステップと、 プロセス・ガスから荷電種および遊離基を含む直接プラ
    ズマを生成するステップと、 前記直接プラズマから荷電種をろ過して遊離基を含むダ
    ウンストリーム型プラズマを生成するステップと、 前記処理空間で前記加工物を前記ダウンストリーム型プ
    ラズマの遊離基にさらすステップとを含む方法。
34. 【請求項３４】 前記荷電種をろ過することが、前記直
    接プラズマが生成されるプラズマ・キャビティと前記処
    理空間の間に接地された穴あき板を位置づけすることを
    含み、前記穴が、前記プラズマ・キャビティ中の直接プ
    ラズマから前記処理空間に遊離基を選択的に移動させる
    ことができる、請求項３３に記載の方法。
35. 【請求項３５】 前記プラズマ処理システムが、可動チ
    ャンバ蓋を有する真空チャンバおよび前記接地された穴
    あき板で前記処理空間から隔離された前記チャンバ蓋中
    のプラズマ・キャビティを含み、さらに、前記直接プラ
    ズマの生成が前記プラズマ・キャビティ中で起こる、請
    求項３４に記載の方法。
36. 【請求項３６】 前記プロセス・ガスが空気であり、前
    記直接プラズマが空気から生成され、さらに、前記第２
    のプラズマが、空気の構成ガス特有の基を含む、請求項
    ３３に記載の方法。
37. 【請求項３７】 前記直接プラズマの生成で光が生じ、
    前記直接プラズマから生じる光の前記処理空間中への伝
    達を実質的に無くすることをさらに含む、請求項３３に
    記載の方法。