JP2003529926A

JP2003529926A - プラズマ処理システム内への調整可能なガス注入のための方法及び装置

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Publication number: JP2003529926A
Application number: JP2001573060A
Authority: JP
Inventors: ストラング、エリック・ジェイ
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2003-10-07
Also published as: WO2001075188A2; WO2001075188A3; US20030019580A1; AU2001247685A1; TW501168B; US6872259B2

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】プラズマ処理システム（１０、１０’）内の調整可能なガスの注入を提供するための方法及び装置。この装置は、ガス注入マニホルド（５０）を有しており、このマニホルドは、加圧可能なプレナムと、調節可能なノズルユニット（２５０）のアレイ、又は、調節不能なノズルユニット（５０２、６０２）のアレイとを有しており、これらのノズルを通って、プレナムからのガスは、プラズマ（４１）を収容するプラズマ反応チャンバ（１４）の内部領域（４１）内に流れ得る。前記調節可能なノズルユニットは、ノズルのボア（１６６）内に配置されるノズルプラグ（１６０）を有している。このノズルプラグは、通過するガスの流れを調節するように軸方向に移動可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、プラズマ処理システム、特に、このようなシステム内での調整可能
なガス注入を提供するための方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

集積回路（ＩＣ）の製造の全体に影響を与える重要なファクターの１つは、エ
ッチング速度、及び／又は、堆積速度である。特に、限界のディメンジョンが、
減少し続け、セルフアラインメントコンタクト（ｓｅｌｆａｌｉｇｎｃｏｎ
ｔａｃｔ）のような様々な特徴の各々のアスペクト比が、増大し続けているため
、高アスペクト比（ＨＡＲ）のベア及びコンタクトの底部に、エッチング反応種
、及び／又は、堆積材料を移動する（及び、エッチングの生成物を除去する）技
術は、本質的に困難になりつつある。これは、主に、中性流の方向性（ｄｉｒｅ
ｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）の欠如のためである。例えば、エッチングの利用におい
て、エッチング反応物を、高アスペクト比のセルフアラインメントコンタクト（
ＨＡＲＳＡＣ）の底部に移動するための改良された方法が、技術の持続のため
に不可避である。ＩＣ製造処理の質に寄与する第２の重要なファクターは、処理
の選択性である。例えば、特定のエッチングの利用において、１つの特定された
材料を、（フォトレジストのマスク等のような）存在する他の材料よりも、実質
的に速い速度でエッチングすることが、所望である。ＩＣの生産及び全体の品質
を決定する第３の重要なファクターは、基板の表面で生じる半導体製造処理（例
えば、膜のエッチング、及び／又は、堆積）の均一性である。ウェハの処理シス
テムで、材料の堆積又は除去の速度、選択性、並びに、均一性は、反応炉全体の
設計により支配される。首尾良いＩＣの製造について、上述した重要なファクタ
ーに寄与し得る、システム全体の設計における重要な要素は、ガス供給システム
、特に、ガスをプラズマ反応チャンバの内部に供給するように使用されるガスの
ノズルの設計である。

【０００３】半導体基板上のＩＣの処理のためのシステムの１つは、典型的に、真空チャン
バと、このチャンバ内でウェハを支持するためのペデスタルと、ＲＦ電力を前記
真空チャンバ内のプラズマに結合するようなＲＦ電力発生装置と、前記チャンバ
にガスを供給するためのガス注入システムとを有している。反応炉が、誘導性結
合反応炉の場合には、前記チャンバの周りに、プラズマＲＦ電力ソースに接続さ
れているコイルアンテナを有し得る。逆に、反応炉が、容量性結合反応炉の場合
、基板に対面し、プラズマＲＦ電力ソースに接続されている追加の平行平板電極
を有し得る。さらに、ウェハのペデスタルは、また、同じ、あるいは、分離され
ているＲＦ電力ソースに接続され得る。他のタイプのプラズマ反応炉で、前記反
対側で対面する平行電極、又は、前記コイルアンテナがなく、前記プラズマＲＦ
電力ソースは、前記ウェハのペデスタルのみに接続している。追加のプラズマソ
ースが、マイクロ波の電力が、プラズマと結合する電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）ソースであり得る。どの場合でも、反応炉のガス注入システムは、１以上
のガスの分配装置を有している。複数のガス分配装置が、利用される場合、各々
は、典型的に、チャンバ内の異なった領域にガスを供給するように、反応炉の別
個の部分に配置されている。

【０００４】利用される前記ガス供給装置は、行われる処理の特定の要求に応じて決定され
る。通常、ガス状の種は、複数の小さなオリフィス（ボア）を有している「シャ
ワーヘッド状の（ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ）」ガス注入プレートを通って前記真空
チャンバ内に入る。典型的には、前記ボアは、典型的に０．５ないし１ｍｍの特
恵の一定の面積の円形ダクトである。１つの前記注入プレートは、数１００から
数１０００のボアを有し得る。ガスの導入における噴出（ｅｆｆｕｓｉｖｅ）の
性質による、これらボアを通る流れの２つの明らかな特徴は、特定の方向への非
常に小さな「体積（ｂｕｌｋ）」速度（即ち、ガス分子は、高速で所望の方向に
集団で移動しない）と、方向性（ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ）の全体的な欠如とで
ある。本質的に、ガスは、基板表面上に「注がれる（ｓｈｏｗｅｒ）」。

【０００５】改善された処理の均一性を達成するために、入口での質量流の、及び／又は、
ガス種の空間分布を調節し、結果として生じる中性流の圧力場、及び、他のパラ
メーター（即ち、ＲＦ場）に関連している流れの力学を、固有の非均一性を相殺
するように調節することが必用である。

【０００６】従来技術で、質量流の分布を調節する多くの方法は、典型的に、次の２つのカ
テゴリーに属している。ａ）ボアの面積又はボアの数密度の空間分布の調節、従
って、Ａの調節、ｂ）ボアの質量流量又はρＶの調節。上述したように、第１の
方法は、ボアの面積又はボアの数密度の空間分布を含んでいる。米国特許Ｎｏ．
４，７８０，１６９を含んでいる幾つかの特許、及び、日本国特許出願Ｎｏ．２
−１９８１３８、６−２０４１８１、６０−４６０２９を含んでいる日本国特許
庁に出願された幾つかの特許が、第１の方法を採用している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、第１の方法には欠点がある。例えば、別々の注入プレートが、
試験される各分布について機械加工されなければならず、真空又は低圧環境を解
除することなしに調節され得ない。第２の方法を考察すると、米国特許Ｎｏ．５
，６８３，５１７は、個々のボア又はボア集団への質量流量の分布を調節するよ
うな、プログラムによって制御可能なガス流の仕切り部材（ｄｉｖｉｄｅｒ）を
使用する方法を開示している。他の米国特許が、米国特許Ｎｏ．５，８５３，４
８４及び５，２６９，８４７である。これら発明の各々は、複数のサブボアへの
質量流量の調節を含んでおり、また、これら全ては、質量流量の分布をその場で
調節する性能がある。しかしながら、この設計は、ガス注入の相当に複雑で高価
な配管の配置を生じ得る。

【０００８】第２のタイプのガス注入装置は、様々な処理作動（例えば、プラズマ化学気相
成長）中、典型的にはウェハの高さの付近での、反応炉の側壁からチャンバ内へ
のガスの径方向への注入を行う。この径方向へのガス分配装置は、単独で、又は
、他のガス分配装置、例えば、上述した所謂シャワーヘッドのタイプのガス供給
ノズルと組み合せて使用され得る。上述した２つの装置のいずれにおいても、ガ
ス注入は、方向性、特に基板の表面に垂直な方向への方向性を欠いている。これ
は、ＩＣの製造時、高アスペクト比の深いトレンチ又はベア内での、中性原子／
分子／基（ｒａｄｉｃａｌ）の堆積を阻害する。

【０００９】強い方向性を有するガスジェットを生じる方法の１つは、ガスが、高圧の領域
から低圧の領域へ広げられ、基板に向かって加速されているとき、ガスの広がる
割合を制約するように適切に設計されているガスのノズルを使用することである
。従来技術は、プラズマ反応炉のような半導体装置内で使用されるようなガスの
ノズルを開示している。例えば、米国特許Ｎｏ．５，８８５，３５８（’３５８
特許）は、プラズマ反応炉内にガスを注入するようなガス注入システムを開示し
ている。この反応炉は、側壁を備えている真空チャンバと、処理される半導体ウ
ェハを支持するためのペデスタルと、前記チャンバ内にＲＦ電力を適用するＲＦ
電力適用装置とを有している。前記ガス注入システムは、ガスを収容する少なく
とも１つのガス供給装置と、チャンバの内部領域に面しているすくなくとも１つ
の細長いアパーチャを備えているガス分配装置と、前記ガス供給装置に接続し、
前記ガス分配装置に供給する１以上のガス供給ラインとを有している。径方向へ
ガスを分配する装置の好ましい実施形態は、チャンバの側壁内に配置されており
、また、チャンバの内部に面している細長いアパーチャを各々が備えている複数
のガス分配ノズルを有している。前記ガス供給ラインは、夫々、各ガス分配ノズ
ルをガス供給装置の別の１つに接続しているように使用される。しかしながら、
このシステムの欠点は、基板の表面に垂直な入射角で基板に近づくガスの原子又
は分子の統計的確率を高めるように、ガスが、ウェハの表面に最適に向けられて
いないことである。さらに、このシステムは、ガスが、方向性を有しているガス
流を実現するように、ノズルを通って導入され又は広げられるような手段に注意
を向けず、ガスの注入の方向性を調整するような技術を論じるよう試みることも
ない。

【００１０】米国特許Ｎｏ．５，７４６，８７５は、プラズマ反応真空チャンバ内にガスを
注入するためのガス注入装置の発明の実施形態を開示しており、このチャンバは
、チャンバ容器と、処理されるワークピースを支持するペデスタルと、ＲＦエネ
ルギーを前記チャンバ内に適用する装置と、ガス内のエッチング種を収容してい
るガス供給装置を備えているガス注入装置と、前記チャンバ容器の開口と、前記
チャンバの内部に面している少なくとも１つの細長いアパーチャ、及び、これら
１以上の細長いアパーチャからのガスの流速を制御するような装置を備えている
、このチャンバ容器の開口内に配置されているガス分配装置と、前記供給装置か
ら前記ガス分配装置へのガスの供給ラインとを有している。好ましい一実施形態
で、前記ガス分配装置は、少なくとも１つの環状部材で囲まれている中心部材を
有しており、これらの間に隙間が存在しており、この隙間が、前記細長いアパー
チャである。好ましくは、前記ガス分配装置の各々の部材は、エッチング種の衝
突から少なくともあまり影響を受けない材料で作られている。一例において、前
記ガス分配装置の各々の部材は、セラミック材、融解石英材、重合体（ｐｏｌｙ
ｍｅｒｉｃ）、並びに、陽極酸化されているアルミニウム材の１つで作られてお
り、前記ガス供給ラインは、ステンレス鋼で作られている。好ましくは、各々の
部材は、前記ガス分配装置に組み立てられる前にポリシングされた表面を有して
いる。しかしながら、前述した’３５８特許のように、このシステムの欠点は、
基板の表面に垂直な入射角で基板に近づくガスの原子又は分子の統計的確率を高
めるように、ガスが、ウェハの表面に最適に向けられないことである。さらに、
このシステムは、ガスが、方向性を有しているガス流を実現するようにノズルを
通って導入され、又は、広げられるような手段に注意を向けず、ガス注入の方向
性を調整するような能力を論じることもない。

【００１１】米国特許Ｎｏ．５，２８６，３３１（’３３１特許）は、超音速分子ビームに
よるエッチングにおいて、前置されている分子（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｍｏｌｅ
ｃｕｌｅ）との化学反応を介して大きな内部エネルギーを有しているエッチング
ガス分子を生じ、反応チャンバ内にエッチングガス分子のクラスターを形成し、
エッチングガス分子及びエッチングガス分子のクラスターをノズルを通して真空
内に広げ、分子及び分子のクラスターを基板の方向に向けることにより、エッチ
ングガスと基板の表面との反応性が、どのように改善されるか開示している。分
子及び分子のクラスターの移動のエネルギーは、不活性ガス分子をシーディング
することにより改善され得る。この処理は、改善されている制御可能性、表面の
清浄さ（ｐｕｒｉｔｙ）、並びに、エッチングの選択性及び異方性を提供する。
エッチング分子は、また、クラスターを生じるように（チャンバ内で反応せずに
）直接広げられ得、クラスターの移動のエネルギーは、シーディングガスと共に
広げられることを介して増大され得る。しかしながら、このシステムの欠点は、
幾つかある。第１に、この発明は、超高真空（１０^−８ないし１０^−１４Ｔｏｒ
ｒ以下のチャンバの圧力の範囲）内へガスを広げ、中性ビームによるエッチング
について使用される超音速分子ビームを生じるように、１つのガス注入ノズルを
使用している。第２に、このノズルシステムの設計は、約１０ｍＴｏｒｒより大
きいチャンバの圧力で、通る流れを著しく妨害するスキマー（ｓｋｉｍｍｅｒ）
を有している。さらに、従来のポンプ技術では、均一な処理を生じるのに必用な
複数のノズルについて、チャンバを上述した圧力まで排気し得ない。

【００１２】米国特許Ｎｏ．５，１０８，５３５は、ドライエッチング装置を開示しており
、この装置は、ガスプラズマが、放電によって生成される放電室と、プラズマガ
スを注入するような注入ノズルと、プラズマガスが、この注入ノズルを通って、
プラズマガスの超音速の広がりとして導入される第１の真空ルームと、超音速の
分子流を引き出すようなスキマーを備えている第２の真空ルームとを有しており
、このプラズマガスの超音速分子流は、第２の真空ルーム内に入れられ、エッチ
ングされる材料に吹きつけられる。しかしながら、’３３１特許で示されている
適用と同様に、多数の同じ欠点が、中性ビームによるエッチングのために設計さ
れているそのようなシステムに備わっている。

【００１３】本発明のガス流のマニホルドの設計の利点をより理解するために、等方性の連
続体であるガス流のチョーキングと、超音速のガスジェットを生成するようなノ
ズルユニットの設計とのコンセプトを理解することが役立つ。図１を参照すると
、従来の収束し発散するラバールノズル８００が、示されており、このノズルは
、ガスの入口領域８１０と、中央に位置している狭い喉部８２０と、ガスの出口
領域８３０とを備えている、砂時計の断面形状のボアを有している。また、ガス
の入口の全圧は、Ｐ_ｔであり、喉部の圧力は、Ｐ^＊であり、ガスの出口の圧力は
、Ｐ_ｅであり、領域８４０内のプラズマ反応チャンバの圧力は、Ｐ_ｃである。

【００１４】前記ノズル８００が、チョーキング状態にされているとき、マッハ数Ｍ（音速
に対する局所的な速度の比）は、ノズルの前記喉部８２０で１である。ガスの流
れが、いったん前記喉部８２０で音速となると、（面積の拡大に対して減速する
亜音速流と異なり）面積の増大に対して超音速（Ｍ＞１）まで加速される。この
ような状態で、喉部の後方に発散している壁を有しているノズルは、流れを超音
速まで加速する。流れが、いったん超音速になると、（圧力波の伝播の線（ｒａ
ｙ）によって規定されるような）流れの特性線（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
）は、実数（ｒｅａｌ）となり、マッハ波（膨張）及び衝撃波（圧縮）として認
識できる。このような波の伝播の方向は、影響を受けるドメイン（ｄｏｍａｉｎ
ｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅ）に限定されており、完全なドメイン内の点は、そ
の点の下流の、その点で交差している左右に走っている特性線を境界としている
領域にのみ影響を与え得る。従って、Ｍ＞１のとき、圧力波は、ノズルを通り上
流に伝播し得ず、（ガスの入口の全圧Ｐ_ｔが、一定に保たれているとき、）流入
する流れ、即ち、体積流速又は質量流速に影響を与え得ない。

【００１５】一定の断面積を有しているノズル（即ち、まっすぐな円筒形ボア）については
、ガスの出口の圧力Ｐ_ｅは、周囲のチャンバの圧力Ｐ_ｃよりも大きい（数オーダ
ーの大きさだけ、実質的に大きい）。事実、発散しているノズルのセクションが
、利用されているとき、広げられているガスの（即ち、チャンバの圧力まで完全
に広げられていない）状態、あるいは、絞られているガスの（即ち、チャンバの
圧力を越えて広げられている）状態を生じ得る。後者の状態は、通常、ガスのノ
ズル内に強い垂直衝撃波を生じる。代って、広げられている状態では、ボアを出
たガスは、真空チャンバ内に自由に広がる。しかしながら、ボアの開口部の出口
近くの壁から反射された膨張波は、合体して樽形の衝撃波（ｂａｒｒｅｌｓｈ
ｏｃｋ）を形成し、その後、衝撃波は、ボアの出口の平面から短い距離だけ下流
に（圧力比Ｐ_ｔ／Ｐ_ｃに応じ、１００から２００のオーダーの圧力比について、
ノズルの直径の１０倍のオーダーであり得る）、マッハディスク（Ｍａｃｈｄ
ｉｓｋ）を生成する。面積比及びノズルの外形を注意深く設計することによって
のみ、平行にされている均一なガス流の、圧力がマッチされている状態を達成し
得る。

【００１６】多くのプラズマ反応システムの利用について、ガスが注入される、プラズマ反
応チャンバのチャンバの内部領域８４０の低圧環境は、典型的に、１＜Ｐ_ｃ＜１
０００ｍＴｏｒｒの範囲である。同様に、ガスの入口の全圧Ｐ_ｔは、典型的に、
０．１＜Ｐ_ｃ＜１００Ｔｏｒｒの範囲である。これら圧力範囲にわたって、ガス
の力学は、局所的な圧力のクヌーセン数（Ｋｎ）に応じて、さらに、その結果と
しての連続体の流れから自由分子流（比較的大きなＫｎの結果）への遷移のため
に、充分に変化し得る。定義から、クヌーセン数は、ガス原子（又は、分子）の
衝突の平均自由行程を、流れの特徴的な長さのスケールに関連させる無次元のパ
ラメーターである。本発明で、適切な長さのスケールは、ノズルの直径、あるい
は、流れのマクロな性質が、充分に変化する軸方向の長さである。

【００１７】上述した圧力の上方の境界（Ｐ_ｔ＞〜１０ないし１００Ｔｏｒｒ）では、約０
．５ｍｍのオーダーのボアの半径を有しているノズルを通るガス流は、連続体の
流体としてふるまうのに充分な回数の衝突を行う。即ち、原子又は分子の平均自
由行程が、流れの特徴的な長さスケールよりもずっと小さい、又は、Ｎｎ＜＜１
である。さらに、クヌーセン数は、ノズルからの連続体の流れが、等方的である
と考えられ得るほど充分小さい（そして、レイノルズ数は、充分大きい）。この
ような状態で、ガスのノズルは、上述したのと同様にふるまう。

【００１８】しかしながら、前記ガスの出口領域８３０での圧力がマッチされている状態に
ついて、低圧での適用に関しては、前記ノズル８００を通して増大しているＫｎ
のために、遷移流の効果が観察されると考えられる。例えば、ガスが、面積の増
大につれて広がっている場合、圧力は、減少し、また、Ｋｎは、増大する。即ち
、ガス原子（又は、分子）の衝突間の平均自由行程は、ノズルの特徴的な長さス
ケールに匹敵する程度まで大きくなる。通常、Ｋｎは、遷移領域（即ち、０．０
１＜Ｋｎ＜１）に入るだろうし、また、ガスは、前記ノズル８００から、自由分
子流として発せられ得る。前記ノズルの出口領域８３０での平均自由行程は、衝
撃波が生じ得るスケールより大きくなっているので、この現象は、ガスの加速に
有益であり得る。

【００１９】上述した圧力範囲の中間（０．５＜Ｐ_ｔ＜５ないし１０Ｔｏｒｒ）で、粘性は
、前記ノズル８００を通るガスの流れにおいて、増大する役割（ｇｒｏｗｉｎｇ
ｒｏｌｅ）を果す。結局、連続体の等方的な流体として扱われ得る流れの場の
領域は、存在しない。おおよそ、この圧力領域にわたって、ノズルからのガスの
流れは、効果的な分子流に遷移する。低圧で、ノズル８００内で生じるガス／分
子の衝突は、ガス流が、自由分子流としてのふるまいを示す場合よりも頻繁にな
るだろう（そして、マクロな性質は、連続体という意味で、もはや流れとしての
性質を相応に示し得ない）。

【００２０】従って、比較的速い質量流速、即ち、５００から１０００ｓｃｃｍ以上の質量
流速が、達成されているとき、ソースの比較的大きな全圧が、達成され得る。半
導体処理において、このような状態で作動をする利点は、処理される基板に当た
る前に、合流（ｃｏａｌｅｓｃｅ）とされ得る、高い方向性を有しているガスジ
ェットが、生成され得ることである。さらに、ガスジェットは、ガスの出口領域
８３０で、自由分子流に遷移するように設計され得る。そうすると、広がってい
くガスは、基板の面に名目上は垂直な方向の、（数回の衝突を有している）超音
速ビームとなる。実験的な測定及び理論的予測（直接的なモンテカルロシミュレ
ーション、ＤＳＭＣ（ＤｉｒｅｃｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＭｏｎｔｅＣａ
ｒｌｏ））が、連続体の流れから自由分子流のふるまいへの遷移を分析するよう
に利用され得る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ処理システム、特に、このようなシステムで、調整可能な
ガスの注入を与えるための方法及び装置に関する。本発明は、ノズルのガスの出口の圧力を、その周囲のチャンバの圧力に対して
調節するように、ノズル内部のガス流を調節し得る空間的に設計されている「調
整可能な（ｔｕｎａｂｌｅ）」ノズルのアレイを通る、ガスの超音速の広がりを
可能にしている装置及び方法である。ガスのノズルの構造の一部は、ノズルプラ
グの位置を、ノズルのボアを通して、共通の軸に沿って移動することを可能にし
ており、従って、ノズルを通るガスの広がりを制御する方法を提供している。そ
うすることで、ノズルの出口において、広げられている状態、絞られている状態
、又は、圧力がマッチされている状態が、達成され得る。上述した状態は、前記
ノズルの出口における、発散しているガスジェット、収束しているガスジェット
、平行にされているガスジェットに夫々対応している。

【００２２】本発明は、また、１つのボア又はボア集団を通る質量流速の、別の１つのボア
又はボア集団に対する調節を可能にしている装置及び方法であり、複数のボア又
は複数のボア集団は、ガスの注入のためのボアのアレイを形成している。前記ノ
ズルプラグの位置は、最小の面積（即ち、ノズルの喉部の面積）を変化させるよ
うに、即ち、質量流速を変化させるように調節され得る。

【００２３】本発明は、また、空間的に設計されている「調整可能な」又は「調節可能な（
ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ）」ノズルのアレイを通る、ガスの広がりと質量流速との
両方の調節を可能にしている装置及び方法である。さらに、ガスの注入システム
は、基板の上方の異なった領域に近接するガスの性質に影響を与え得ることが示
されている。

【００２４】従って、本発明の第１の態様は、プラズマ処理装置内で、ガス流を調節可能に
制御するためのガス注入マニホルド装置である。この装置は、少なくとも１つの
貫通アパーチャが形成されているバックプレートを有しており、このバックプレ
ートは、上面と、下面と、第１及び第２の端部とを有している。上面と、下面と
を有しているプラグプレートが、前記バックプレートの近くで前記バックプレー
トに平行に配置されている。前記プラグプレートは、互いに離隔している複数の
貫通ボアと、前記プラグプレートの下面から延びている対応している複数のノズ
ルプラグとを有している。前記装置は、上面と、下面と、第１及び第２の端部を
備えている注入プレートをさらに有している。この注入プレートは、前記プラグ
プレートの下面の近くに配置されており、変位アクチュエータによって、互いに
離隔して移動可能に配置されている。前記注入プレートは、複数の貫通ボアを有
しており、各ボアは、ボアの中心軸を有している。前記注入プレートは、複数の
接続部材を介して、前記バックプレートに接続されている。前記ノズルプラグが
、夫々の前記貫通ボア内に前記ボアの中心軸に沿って移動可能に延ばされ、従っ
て、ガスの入口領域と、喉部と、ガスの出口領域とを各々が有する複数の調節可
能なノズルユニットを形成するように、前記注入プレートは、配置されている。
適切な前記ノズルユニットの様々な好ましい実施形態は、以下で詳細に示されて
いる。前記背面プレートの下面と、前記注入プレートの上面と、前記接続部材と
は、プロセスガスが、供給される加圧可能なプレナムを形成している。さらに、
前記変位アクチュエータは、前記加圧可能なプレナムから前記ノズルユニットを
通りプロセスチャンバ内に到るガス流を調節するよう、前記貫通ボア内の前記喉
部の位置及び大きさを変化させるように調節可能である。本発明の第２の態様は、上述した注入マニホルドを有しているプラズマ処理シ
ステムである。

【００２５】本発明の第３の態様は、プラズマを維持し得る内部領域を備えているチャンバ
を有しているプラズマ反応システム内で、ウェハを処理する方法である。この方
法は、ウェハの近くに配置され、ガス流を制御し得る調節可能な複数のノズルユ
ニットを有している、ガス注入マニホルドを与える第１の工程を有している。次
の工程は、前記ガス注入マニホルドにガスを流す工程である。最後の工程は、１
以上の前記調節可能なノズルユニットからのガス流の状態が、圧力がマッチされ
ている状態と、広げられている状態と、絞られている状態との１つであるように
、１以上の前記ノズルユニットを調節することによって、前記注入マニホルドか
ら前記チャンバの内部領域内への、ウェハに向かうガス流を調節する工程である
。

【００２６】

【発明の実施の形態】

本発明は、プラズマ処理システム、特に、このようなシステム内で、調整可能
なガスの注入を与えるための方法及び装置に関する。半導体デバイスの製造におけるウェハの処理で、ウェハの表面に対する垂直な
入射角からのガス分子の方向性のずれは、ＩＣを製造するときに行われる大きな
アスペクト比の処理の質を減じることが知られている。増大されているガスのス
ピードと、ガス流の強い方向性とは、ＩＣの製造で使用される大きいアスペクト
比の深いトレンチ又はベア内の、材料のエッチングと堆積との両方の質を向上す
る。

【００２７】図２を参照すると、本発明の誘電性結合プラズマ（ＩＣＰ）反応システム１０
が、プラズマ反応チャンバ１４を有しており、このチャンバは、上壁２０と、内
面２８を備えている下壁２６と、側壁３０及び３４と、プラズマ４１を収容し得
るチャンバの内部領域４０とを有している。前記システム１０は、処理される一
面４４Ｓを備えている半導体ウェハ４４を支持するための、ペデスタルの表面４
２Ｓを備えているウェハのペデスタル４２を有している。前記システム１０は、
ほぼ平らな下面５０Ｌを備えているガス注入マニホルド５０をさらに有しており
、このマニホルドは、前記平らな下面５０Ｌが、前記ペデスタルの表面４２Ｓに
ほぼ平行な状態で、前記内部領域４０内に配置される。前記ガス注入マニホルド
５０の設計及び作動は、以下で詳細に示されている。前記ガス注入マニホルド５
０に作動的に接続されている（ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）
アクチュエータ制御ユニット１８０が、このマニホルドに関連しており、以下で
詳細に示されている。

【００２８】誘電的に稼動されるシステム１０について、このシステムは、プラズマを生成
し維持することを通常目的として、マッチングネットワーク５７を通じてＲＦソ
ース５６と電気的に接続し、前記反応チャンバ１４に巻き付いているＲＦコイル
アンテナ５２を有している。前記システム１０は、ウェハ４４に印加することを
通常目的として、マッチングネットワーク６１を通じて前記ウェハのペデスタル
４２に電気的に接続しているＲＦ電力ソース６０を有している。しかしながら、
他の電力ソースの形態が、利用され得る。例えば、前記誘電コイルアンテナ５２
は、４分の１波長又は半波長の螺旋状共振器であり得、ここでコイルは、一方の
端部で接地されており、他方の端部で解放され、接地されている端部の近くで、
マッチングネットワークを通じてＲＦ発生装置に接続される。前記システム１０
は、容量性結合のシステムでもあり得、ここで前記ガス注入マニホルド５０は、
上部電極内に収容されており、また、前記ウェハのペデスタル４２は、下部電極
として働き、そして、これら上部及び下部電極は、平行平板放電反応炉に相当し
ている。各電極は、以下で示されている独立なマッチングネットワークを通じて
、分離されているＲＦ発生装置により稼動され得る。

【００２９】前記システム１０は、真空ポンプシステム６６と、前記チャンバの内部領域４
０内のガスの圧力を制御するようなスロットルバルブ（図示されていない）とを
さらに有している。加えて、前記システム１０は、ガス供給ライン７４を通じて
、前記ガス注入マニホルド５０に気体連通（ｐｎｅｕｍａｔｉｃｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎ）しているガス供給システム７０を有している。前記ガス供給シ
ステム７０は、ウェハ４４の処理で使用されるＡｒ、Ｈｅ、Ｈ_２、Ｏ_２、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、ＳＦ_６等（又は、これらの混合物）のようなガスを供給す
る。さらに、前記システム１０は、このシステム１０の全体の作動を制御するよ
うに、前記ガス供給システム７０と、前記ＲＦ電力ソース５６と、前記ＲＦ電力
ソース６０と、前記アクチュエータ制御ユニット１８０と、前記真空ポンプシス
テム６６とに電気的に接続している制御ユニット８０を有している。

【００３０】図３を参照すると、容量性結合プラズマ（ＣＣＰ）反応システム１０’は、図
２の誘電的に稼動されるシステム１０と同じ部材を多く有しているが、前記誘電
コイルアンテナ５２を有していない。逆に、前記システム１０'は、名目上平ら
な上部電極装置９０を有しており、その下面５０Ｌは、前記下部電極即ち前記ウ
ェハのペデスタル４２の上面４２Ｓ（そして、ウェハの表面４４Ｓ）にほぼ平行
である。前記上部電極装置９０は、上部の導電平板部材９２と、導電側方部材９
３と、下部の導電平板部材９４と、前記導電側方部材９３とチャンバの側壁３４
との間に配置されている誘電（絶縁）部材９６とを有している。前記上部電極装
置９０は、前記ガス注入システム５０を収容している。ＲＦ電力は、前記ＲＦ発
生装置５６から、ＲＦマッチングネットワーク５７を通じ、ＲＦ伝達供給部９７
を介して前記上部電極９０に供給される。システム１０のように、前記ガス供給
システム７０からのガスが、ガスの導管７４を通じて前記上部電極９０に導入さ
れる。前記上部電極９０と、システム１０’において下部電極として働く前記ウ
ェハのペデスタル４２とは、容量性放電反応炉についての平行平板電極を構成し
ている。

【００３１】調整可能なガス注入マニホルド図４を参照し、第１の実施形態に従うガス注入マニホルド５０の設計及び作動
が、詳細に示される。前記ガス注入マニホルド５０は、中心のアパーチャ１０４
、上面１１０、並びに、下面１１４を備えているバックプレート１００と、円筒
内面１１８及び円筒外面１２０を備えている円筒側壁１１６と、まっすぐな壁で
囲まれているあるいは所定の外形を有している複数のボア１６６、上面１３４、
下面１３６、並びに、側面１３７ａ及び１３７ｂを備えている注入プレート１２
４とを有している。前記バックプレート１００の前記下面１１４は、前記注入プ
レート１２４の前記上面１３４と名目上平行である一方、前記円筒側壁１１６の
前記円筒内壁１１８は、前記下面１１４及び前記上面１３４に名目上垂直な中心
軸を規定している。本実施形態は、円筒形のシステムを示しているが、長方形の
システム、又は、他の複数の側面を有するシステムへの拡張が、制限されるわけ
ではないことを記しておく。前記円筒側壁１１６（前記プラグプレートと前記注
入プレートとを接続する部材として働いている）の前記円筒内面１１８と、前記
パックプレート１００の前記下面１１４と、前記注入プレート１２４の前記上面
１３４とは、全体で、加圧可能な容積（プレナム）１５０を規定している。好ま
しい一実施形態で、前記バックプレート１００、前記壁１１６、並びに、前記注
入プレート１２４は、一体の構造を構成している。

【００３２】前記プレナム１５０内で、前記ガス注入マニホルド５０は、前記バックプレー
ト１００と、前記注入プレート１２４とに平行に、夫々から離隔して配置されて
いる自由に移動するプラグプレート１５４をさらに有している。このプラグプレ
ート１５４は、上面１５４Ｕと、下面１５４Ｌとを有しており、この上面１５４
Ｕは、前記バックプレート１００の前記下面１１４と対面しており、前記下面１
５４Ｌは、前記注入プレート１２４の前記上面１３４と対面している。前記プラ
グプレート１５４は、ガスが通過し得る複数の大きなアパーチャ１５６と、複数
のノズルプラグ１６０とを有している名目上平らなプレートであり、各ノズルプ
ラグ１６０は、基端部即ち下部１６０ｌと、先端部１６０ｔを備えている上部１
６０ｕと、これら上部と下部との間のエッジ部１６０ｅとを有している。各ノズ
ルプラグ１６０は、前記注入プレート１２４に形成されている各ボア１６６内に
延びる。各ボア１６６は、内面１６６ｉと、ボアの軸１６６Ａとを有している。

【００３３】本実施形態で、前記注入プレート１２４に対して移動されたとき、全てのノズ
ルプラグを同じ量だけ移動する共通の堅い中間部材に、全てのノズルプラグ１６
０を接続するという主要な目的を、前記プラグプレート１５４は、果たしている
一方で、前記プレナム１５０内のガスの移動を妨げない（即ち、圧力が、前記プ
レナム１５０全体で平衡にされている）のに充分な透過性を有している。

【００３４】好ましい一実施形態で、前記プラグプレート１５４の前記下面１５４Ｌは、複
数の変位アクチュエータ１７０を介して、前記注入プレート１２４の前記上面１
３４に移動可能に接続されている。複数の前記変位アクチュエータ１７０は、電
気信号を介してその作動を稼動及び制御するアクチュエータ制御ユニット１８０
に、夫々電気的に接続している。

【００３５】本発明の好ましい一実施形態で、前記変位アクチュエータ１７０として圧電変
換器を使用している。しかしながら、他の知られているアクチュエータも、使用
され得る。例えば、プレートを通る、ねじ山をつけられている親ねじを駆動する
ステッパーモータのような機械的な装置、又は、気圧若しくは油圧装置が、使用
され得る。しかしながら、圧電アクチュエータは、コンパクトなサイズ、素早い
応答速度、並びに、処理への最小の微粒子汚染のために好ましい。前記注入プレ
ート１２４は、前記ノズルプラグ１６０が、前記変位アクチュエータ１７０の働
きを介して、各々のボア１６６内に延び得るように配置されている。前記ノズル
プラグ１６０は、前記ボア１６６内で、前記ボアの中心軸１６６Ａに沿って、好
ましくは中心にアラインメントされている。

【００３６】全てのノズルプラグが、前記注入プレートの直径のオーダーの直径を有してい
る１つの前記プラグプレートに取着されているとき（典型的には、前記注入プレ
ートの直径は、基板の直径より２０％ないし５０％だけ大きい）、前記プラグプ
レートの周縁の周りに等しく離隔している３つの前記変位アクチュエータが、所
望である。前記プラグプレートの堅さのために、方位方向に１８０度だけ移動さ
れている２つのアクチュエータで、充分であり得る。より小さいプラグプレート
について、さらに、個々のノズルプラグについて、プレート又はプラグ毎に１つ
の変位アクチュエータで、充分であり得る。

【００３７】図５を参照すると、第２の実施形態において、前記プラグプレート１５４の前
記上面１５４Ｕは、前記バックプレート１００の前記下面１１４に移動可能に接
続されている。さらに、前記プラグプレート１５４は、２つのプレート部材１９
２Ａ及び１９２Ｂを有している。本実施形態において、前記複数の大きなアパー
チャ１５６の代わりに、唯１つのアパーチャ１５６が、ガスの供給部１０４を通
ったガスの前記プレナム１５０内への通過を可能にするために必用である。前記
プラグプレート１５４を２つの前記プレート部材１９２Ａ及び１９２Ｂに分割し
ている理由は、プラグプレートが、２つの異なった材料で作られ得るようにする
ためである。加えて、前記プレート部材１９２Ａは、前記プレナム１５０に接触
し、プラズマに最も近いため、シリコン処理におけるシリコン、シリコンカーバ
イド等のような、プラズマ処理に適合している材料で作られている。さらに、前
記ノズルプラグ１６０は、強く陽極酸化されている表面を有しているアルミニウ
ムで作られ得る。本発明の本実施形態で、前記プレート部材１９２Ａは、前記変
位アクチュエータ１７０を分離することなしに容易に取り替えられ得る。

【００３８】さらに図５を参照すると、第２の注入プレート２００が、前記（第１の）注入
プレート１２４の前記下面１３６に装着されている。前記第２の注入プレート２
００は、上面２００Ｕと、下面２００Ｌと、複数のボア２０２とを有しており、
これらボアは、前記注入プレート１２４の前記ボア１６６と好ましくはアライン
メントされている。前記ボア２０２は、前記ボア１６６の形状にマッチするよう
に、まっすぐな、テーパが形成されている、又は、所定の外形を有しているボア
であり得る。前記第２の注入プレート２００は、前記第２の注入プレートの前記
上面２００Ｕが、前記第１の注入プレート１２４の前記下面１３６に対して押圧
されているように前記第１の注入プレート１２４に（例えば、ねじ２０６によっ
て）装着されている。この方法で、プラズマ４１に接触する主な表面は、前記ノ
ズルプラグ１６０の前記プラグの上部１６０ｕ、前記先端部１６０ｔ、前記第２
の注入プレート２００の前記下面２００Ｌ、並びに、前記ボア２０２の前記内面
２００ｉである（図２，３参照）。

【００３９】エッチングへの利用で、前記注入プレート１２４は、高エネルギーのイオンに
よってエッチングされ得る。従って、前記注入プレート１２４、又は、少なくと
もプラズマ４１と接触する部分（前記ノズルの先端部１６０ｔを含む）の材料は
、特定の処理に適合しなければならない。シリコン処理について、消耗可能な前
記プレート部材１９２Ａ及び前記第２の注入プレートは、シリコンである。加え
て、所定のエッチング（即ち、酸素エッチング）の利用において、フッ素基を除
去又は不活性化する（ｓｃａｖｅｎｇｅ）ようにプラズマ内にシリコンを導入す
ることが有利である。この場合、前記プレート部材１９２Ａ及び前記第２の注入
プレート２００の好ましい材料は、特定の処理（即ち、酸素エッチング）に適合
する材料である。このような材料は、シリコン、シリコンカーバイド等を含んで
いる。さらに、前記注入プレート２００は、強く陽極酸化されている表面を有し
ているアルミニウムであり得る。

【００４０】図６を参照すると、図４と同様な、本発明のガス注入マニホルド装置の第３の
実施形態が、示されている。図６の装置で、プラグプレート１５４は、複数のセ
クションに分割されており、例えば、２つのセクション１５４Ａ及び１５４Ｂで
あり、このセクション１５４Ａは、セクション１５４Ｂと同心である。前記プラ
グプレートのセクション１５４Ａ及び１５４Ｂは、独立に変位され得、従って、
ウェハ４４の異なった領域の上方のガスの注入の性質の調節及び制御を可能にし
ている。図６は、図４で示されているのと同様な設計の実施形態を示しているが
、同じ設計の修正は、図５の第２の実施形態にも拡張され得る。事実、各及び全
ての前記ノズルプラグ１６０の独立な移動という極限を取った前記プラグプレー
ト１５４の分割は、前記ノズルプラグ１６０を前記注入プレート１２４に接続す
るよりも、前記ノズルプラグ１６０を前記変位アクチュエータ１７０を介して前
記バックプレート１００に接続することによって、簡単に行われ得るため、本発
明の第２の実施形態への拡張は、好ましいものであり得る。図７は、図５で示さ
れているのと同様な設計の部分断面図であり、各及び全ての前記ノズルプラグ１
６０は、変位アクチュエータ１７０に接続され、独立に移動され得る。

【００４１】図８及び９は、前記プラグプレート１５４の複数のセクションへの分割の２つ
の例を示している。第１の例（図８）で、前記プラグプレート１５４は、２つの
同心のセクション１５４Ａ及び１５４Ｂを有している。第２の例（図９）で、前
記同心のセクション１５４Ａは、方位方向のセクション２１０Ａないし２１０Ｄ
にさらに分割されている。このような方法による前記プラグプレート１５４の分
割は、ウェハ４４に対する径方向と方位方向との両方の、ガスの性質の調節を可
能にしている。

【００４２】図８及び９で示されている実施形態で、全てのプラグプレートセクションは、
図６で示されているように１つのガスのプレナム１５０に関連し得る。代って、
ガスのプレナムは、各プラグプレートセクションへのガスの供給を個々に制御す
ることを可能にするように、複数の個々のセクション又はプレナムに分割され得
る。１つのプレナムの複数のプレナムへの分割は、図９において破線によって示
されており、これは、選択的な仕切りを示している。

【００４３】図１０は、このような配置を示しており、プラグプレート１５４が、複数のセ
クション１５４'、１５４''、１５４'''に分割されている。加えて、前記ガスの
プレナム１５０は、仕切部１５０Ｐ１、１５０Ｐ２によって分割されており、従
って、前記プラグプレートの個々のセクション１５４'、１５４''、１５４'''に
対応している個々のセクション、即ち、個々のプレナム１５０'、１５０''、１
５０'''を形成している。例えば、前記セクション１５４'、１５４''、１５４''
'は、図９で示されている配置のセクション２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに夫
々対応し得る。さらに、前記バックプレート１００は、分離されているアパーチ
ャ１０４'、１０４''、１０４'''を有している。前記プラグプレートの各セクシ
ョン１５４'、１５４''、１５４'''は、独立に移動され得、従って、ウェハ４４
の異なった領域の上方のガスの注入の性質の調節及び制御を可能にしている。さ
らに、ガスの各プレナム１５０'、１５０''、１５０'''は、各々のガス供給ライ
ン７４'、７４''、７４'''及び各々の入口の前記アパーチャ１０４'、１０４''
、１０４'''を通じて、別個のガス供給装置、及び／又は、ガスの質量流量コン
トローラから供給され得る。

【００４４】図４を参照すると、各ノズルプラグ１６０と、対応するボア１６６は、調節可
能なノズルユニット２５０に形成されている。このノズルユニット２５０は、環
形状の喉部２６０、即ち、ノズルの外側の前記エッジ部１６０ｅと前記ボア１６
６の前記内壁１６６ｉとの間で最小の面積をもつ環状領域を有している。各々の
前記ノズルユニット２５０は、前記注入プレート１２４の前記上面１３４におけ
る、前記プラグプレート１５４に近いガスの入口領域２７０と、前記注入プレー
ト１２４の前記下面１３６における（図４）又は前記第２の注入プレート２００
の前記下面２００Ｌにおける（図５）ガスの出口領域２８０とを有している。

【００４５】図４及び５で示されているガス注入マニホルドは、図２で示されているように
誘導性結合プラズマソース（ＩＣＰ）内でアノードとして、又は、図３で示され
ているように容量性結合プラズマソース（ＣＣＰ）内で上部ＲＦ電極として働き
得る。後者の場合、ガスは、前記上部電極の内部導電部材２８１の内部を通り、
前記ガス供給ライン７４を介して、前記プレナム１５０に導入され得る。ＲＦを
供給する前記内部導電部材２８１、前記バックプレート１００、前記側壁１１６
、並びに、前記注入プレート１２４は、ＣＣＰの上部電極として働き得る。

【００４６】ガス供給マニホルドの作動本発明のガス供給マニホルドの作動が、示される。図２ないし５を参照すると
、作動において、１以上のガスが、前記ガス供給システム７０から、前記ガス供
給ライン７４を介して、前記プレナム１５０内に、１以上の前記アパーチャ１０
４（１つのアパーチャのみが、図示されている）を通じて供給される。前記ガス
供給システム７０、前記ガス供給ライン７４、並びに、前記プレナム１５０は、
前記プレナム１５０内の圧力が、安定状態の作動中、相対的に不変に保たれ得る
ように設計されている。従って、前記プレナム１５０は、全温度（ｔｏｔａｌ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔ_ｔで全圧Ｐ_ｔの所定の体積のガスを保持する。そし
て、前記プレナム１５０内のガスは、圧縮された状態かつ制御可能な方法で、プ
ラズマ反応チャンバの前記チャンバの内部領域４０に、複数の調節可能な前記ノ
ズルユニット２５０を通じて導入され、ウェハ４４の表面４４Ｓの方向に向けら
れる。

【００４７】前記ノズルユニット２５０から前記チャンバの内部領域へのガス流は、前記変
位アクチュエータ１７０に電気的に接続されている前記アクチュエータ制御ユニ
ット１８０を介して、前記変位アクチュエータ１７０の働きによって制御され得
る。前記変位アクチュエータ１７０は、前記ノズルプラグ１６０が、前記注入プ
レート１２４に対して前記プラグプレート１５４を移動することにより前記ボア
１６６内に延びる量を、変化させる。前記ノズルプラグ１６０の設計（外形、形
状等）、及び／又は、前記ノズルボア１６６の設計（外形、形状等）、並びに、
前記ボアの軸１６０Ａに沿う、前記ノズルのボア１６６中への、ボアに対する前
記ノズルプラグ１６０の軸方向の移動は、前記ガスの出口領域２８０の面積を一
定に保持する一方で前記喉部２６０の面積を変化させ、あるいは、前記喉部２６
０の面積を一定に保持する一方で前記ガスの出口領域２８０の面積を変化させ、
あるいは、記喉部２６０の面積と前記ガスの出口領域２８０の面積との両方を変
化させ得る。前記ノズルのボア１６６内での前記ノズルプラグ１６０の移動によ
るこれらノズルの性質の調節は、前記ノズルユニット２５０を通るガスの質量流
量、及び／又は、ガスの広がりを、近くのノズルユニット２５０又はノズルユニ
ット集団に対して調節することを可能にしている。

【００４８】例えば、図１１を参照すると、前記注入プレート１２４を通っているボア１６
６内に挿入されるノズルプラグ１６０を有しているノズルユニット２５０が、示
されている。前記ノズルプラグ１６０が、前記ボア１６６内に挿入される量を変
化させることは、前記喉部２６０のサイズ（即ち、面積）自体に影響を与えない
が、ガスの出口領域２８０の面積を変化させる。より厳密には、前記ガスの出口
領域２８０の面積は、前記ノズルプラグが、前記ボア１６６内に延びるにつれて
減少する。

【００４９】図１１のノズルユニット２５０の前記ノズルプラグ１６０の外向きにテーパが
形成されている形状のために、前記ボア１６６内のプラグの位置は、前記ガスの
出口領域２８０の面積と前記喉部２６０の環状部分の面積との間の面積比Ｒを規
定する。この比は、出口のマッハ数Ｍ（即ち、局所的な音速に対する局所的な速
度の比）を規定する。ガス流が、前記喉部２６０でチョーキング状態にあるとき
にのみ、出口のマッハ数Ｍは、１より大きく、即ち超音速のガス流であり得る。
チョーキング状態は、以下で詳細に示されている。しかしながら、前記プレナム
１５０の全圧Ｐ_ｔと前記チャンバの内部領域４０内の静圧Ｐ_ｃとの両方だけによ
って決定される、圧力がマッチされている超音速のガス流を可能にする面積比Ｒ
（従って、出口のマッハ数Ｍ）のただ１つの解が存在する。

【００５０】図１７（Ａ）ないし（Ｃ）は、前記ボア１６６内の前記ノズルプラグ１６０の
３つの異なった配置に対応している、３つの異なったガス流の状態を示している
。図１７（Ｂ）を参照すると、前記ノズルプラグ１６０の配置は、対応している
面積比Ｒが、前記プレナム１５０から前記ノズルユニット２５０を通って前記チ
ャンバの内部領域４０内へ流れるガスの所定の広がりを可能にするようになって
いる。これは、「圧力がマッチされている（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｍａｔｃｈｅｄ
）」状態と言われる。圧力がマッチされている状態で、ガスは、前記ボア１６６
の前記ボアの中心軸１６６Ａに名目上平行な方向のガスジェット３２０として、
超音速（Ｍ＞１）の体積速度で、前記ガスの出口領域２８０から流出する。前記
ガスジェット３２０は、前記ガスの出口領域に存在しているとき、「平行にされ
ている（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）」と言われ得る。

【００５１】図１７（Ａ）を参照すると、前記ノズルプラグ１６０が、圧力がマッチされて
いる状態に関連している位置から、前記ボア１６６内にさらに延ばされた場合、
圧力比Ｒは、減少され、また、前記ノズルユニット２５０を通るガス流は、「広
げられている（ｕｎｄｅｒ−ｅｘｐａｎｄｅｄ）」状態になる。ガスが、前記出
口領域２８０で広げられているとき、比が、Ｐ_ｅ／Ｐ_ｃ＞１のような、出口の圧
力Ｐ_ｅと、チャンバの内部領域の圧力Ｐ_ｃとの間の圧力の勾配が存在する。この
状態で、ガスジェット３４０が、前記プラズマチャンバの内部領域４０内に広が
り、従って、前記ボアの中心軸１６６Ａに対して発散する。

【００５２】図１７（Ｃ）を参照すると、前記ノズルプラグ１６０が、上述した圧力がマッ
チされている状態に関連している位置に対して、前記ボア１６６から一部引き抜
かれた場合、圧力比Ｒは、増大され、ガス流は、「絞られている（ｏｖｅｒ−ｅ
ｘｐａｎｄｅｄ）」状態になる。ガスが、前記出口領域２８０で絞られていると
き、比が、Ｐ_ｅ／Ｐ_ｃ＜１のような、出口の圧力Ｐ_ｅと、チャンバの圧力Ｐ_ｃと
の間の圧力の勾配が存在する。この状態で、ガスジェット３６０が、形成される
。このガスジェットは、圧力と平衡しているような衝撃波を受ける。通常、ガス
ジェット３６０は、前記ガスの出口領域２８０に存在するとき、前記ボアの中心
軸１６６Ａに対して名目上収束する。

【００５３】図１７（Ａ）ないし（Ｃ）に関して上述された、ガスジェット３２０、３４０
、３６０の流れの状態のどれにおいても、ガスは、超音速の方法で、ウェハ４４
の方向に向いている。このタイプのガス流は、本発明の前記システム１０を使用
するウェハの処理中、ウェハの表面４４Ｓにほぼ垂直な方向に移動し、ウェハと
相互作用するガス原子又は分子の統計的確率を最大化するという利点を有してい
る。

【００５４】さらに図１７（Ａ）ないし（Ｃ）を参照すると、前記ガスの出口領域の後方の
チャンバの圧力Ｐ_ｃに対する前記プレナム１５０内の（例えば、前記ガスの入口
領域２７０での）全圧Ｐ_ｔの比が、充分大きいとき、前記ノズルユニット２５０
は、「チョーキングされている（ｃｈｏｃｋｅｄ）」状態に至り、この状態で、
体積流速は、後方の圧力のさらなる減少、あるいは、Ｐ_ｔのさらなる増大に対し
て不変である。一定のサイズの前記喉部２６０について、前記ノズルユニット２
５０を通る質量流は、前記ガスの入口領域の全圧を増大すること、従って、ガス
の密度に影響を与えること、又は、前記喉部の面積を調節することによってのみ
増大され得る。

【００５５】代って、図１０及び１２を参照すると、テーパが形成されているボア１６６内
に挿入されるノズルプラグ１６０を有しているノズルユニット２５０が、示され
ている。図１１において、ノズルプラグの前記下部１６０ｌは、前記エッジ部１
６０ｅまで外向きに線形のテーパが形成されており、また、前記上部１６０ｕは
、前記エッジ１６０ｅから前記先端部１６０ｔまで内向きに非線形のテーパが形
成されている。図１２で、下部１６０ｌは、エッジ部１６０ｅまで外向きに線形
のテーパが形成されており、また、前記上部１６０ｕは、先端部１６０ｔに頂点
を有している円錐形状である。図１２のノズルユニット２５０についての前記ボ
ア１６６内への前記プラグ１６０の変位（即ち、下方への変位）は、喉部２６０
の面積の減少を生じるのに対して、前記ボア１６６からの前記プラグ１６０の変
位（即ち、上方への変位）は、前記喉部２６０の面積の拡大を生じる。しかし、
これは、図１１で示されているノズルユニット２５０について、真ではない。し
かしながら、図１１のノズルユニット２５０と異なり、ノズルプラグの前記先端
部１６０ｔが、前記ノズルのボア１６６内にある場合、即ち、ノズルプラグの前
記先端部１６０ｔが、前記注入プレート１２４の前記下面１３６によって規定さ
れている面の上方にある場合、出口２８０の面積は、一定のままである。全ての
ノズルユニットが１つのガスプレナム１５０（１つのガス供給装置７０及び質量
流コントローラ（図示されていない）から、前記アパーチャ１０４を通じて供給
される）に気体連通しており、また、ノズルプラグのアレイ中の全ての前記ノズ
ルプラグ１６０が、（図４及び５で示されているように）夫々の前記ボア１６６
のアレイ内に同時に移動された場合、前記喉部２６０の面積の変化は、前記ガス
のプレナム１５０の全圧Ｐ_ｔの変化に影響を与えるだろう。この全圧の変化は、
前記喉部２６０の面積の変化を相殺するだろう。従って、各ノズルユニット２５
０を通るガスの質量流速は、変化されずに保たれる。従って、前記喉部２６０の
面積の変化を介して、（喉部の面積に対する出口の面積の比に加えて）圧力比は
、真空の前記内部領域４０内へのガスの広がりに影響を与えるように、また、所
望の出口のマッハ数を達成するように前記注入プレート１２４の一方から反対側
へと調節され得る。

【００５６】代って、図１２を参照すると、ノズルユニット２５９の変形例が、示されてお
り、このノズルユニットは、前記注入プレート１２４を通る、テーパを形成され
ているボア１６６内に挿入される、ノズルプラグ１６０を有している。図１３に
示されているノズルプラグ１６０は、図１２で示されている設計と、図１２にお
ける前記円錐形の上部１６０ｕが、前記先端部１６０ｔで先端を切られ、外面１
６０ｏを有していることを除いて同様であり、ここで、円錐形の表面のテーパの
程度は、ボア１６６の表面１６６ｉのテーパの程度とほぼ同じである。前記ボア
１６６内への前記プラグ１６０の変位は、喉部２６０の面積の増大又は減少を生
じる。しかしながら、どちらの場合にも、面積比、即ち、前記喉部２６０の面積
に対する前記出口領域２８０の面積の比は、一定、即ち、１に保たれる。このプ
ラグの設計は、前記喉部２６０を、ノズルユニットの前記出口２８０と同じ位置
に移動している。従って、ガスは、膨張領域２８２において、低圧の真空の前記
内部領域４０内に自由に広がる。

【００５７】所望の圧力比、即ち、前記内部領域４０内のチャンバの圧力Ｐ_ｃに対する前記
ガスプレナム１５０の全圧Ｐ_ｔの比について、ガスが、図１７（Ｂ）で示されて
いるのと同様な、平行にされている自由なジェットとして、前記ノズルユニット
２５０から発せられるような、前記ボア１６６のテーパ角及び前記ノズルプラグ
１６０の前記外面１６０ｏのテーパ角についての設計が存在している。圧力比が
、所定の設計の場合から変化するような、（質量流速の変化による）チャンバの
圧力Ｐ_ｃ又は全圧Ｐ_ｔのずれは、図１７（Ａ）に関連して示されている広げられ
ている場合、又は、図１７（Ｃ）に関連して示されている絞られている場合と同
様な流れの状態に至る。

【００５８】非粘性の等方的な連続体の流体について、テーパ角又は面積比と、圧力比との
間の関係が存在している。この関係は、圧縮性流体の標準的な教科書から確めら
れ得る。上述した仮定からの変化に関して、この関係は、より複雑な理論的なモ
デル、及び、この関係の実験的な検証から決定され得る。これは、ノズルの設計
及び制御を目的として、実験的に確立され得る。

【００５９】例えば、所定の設計の場合からの圧力比の増大は、広げられている場合と同様
な流れの状態に至るだろうし、また、所定の設計からの圧力比の減少は、絞られ
ている場合と同様な流れの状態に至るだろう。上述したように、全てのノズルユ
ニットが、１つのガス供給装置７０及び質量流コントローラ（図示されていない
）から前記アパーチャ１０４を通じて供給される１つのガスプレナム１５０に気
体連通しており、また、ノズルプラグのアレイ中の全ての前記ノズルプラグ１６
０が、（図４及び５で示されているように）夫々の前記ボア１６６のアレイ内に
同時に移動された場合、前記喉部２６０の面積の変化は、ガス流がチョーキング
状態にあるとき、前記ガスのプレナム１５０の全圧Ｐ_ｔを変化させる。この全圧
の変化は、前記喉部２６０の面積の変化を相殺するだろう。従って、各ノズルユ
ニット２５０を通るガスの質量流速は、変化されずに保たれる。従って、前記喉
部２６０の面積の変化を介して、圧力比は、真空の前記内部領域４０内へのガス
の広がり、及び、達成可能なマッハ数に影響を与えるように、前記注入プレート
１２４の一方から反対側へと調節され得る。

【００６０】図１４を参照すると、図１２のノズルユニット２５０の変形例が示されている
。図１４で、ノズルプラグ１６０は、図１３のノズルプラグの設計と、下部１６
０ｌが、まっすぐな外壁を有している円筒であることを除いて同様である。さら
に、ノズルのボア１６６は、ガスの出口領域２８０で、テーパが形成されている
ごく短いセクション（即ち、ナイフ状のエッジ）を有している、まっすぐな壁で
囲まれている円筒形のボアである。前の変形例のように、ノズルの喉部２６０は
、前記ガスの出口領域２８０と一致する。ノズルユニット２５０の本変形例の主
な利点は、このノズルユニット２５０の狭い環状領域が、ガスの出口領域２８０
での１つの平面に限定され得る（即ち、ノズルの喉部２６０となる前記環状領域
が、短くされ得る）ことである。通常、図１３のノズルユニット２５０について
示されているのと同じ設計のルールが、図１４のノズルユニットにも拡張され得
る。図１４のノズルユニット２５０は、図１３のそれに対していくぶん複雑であ
るが、低圧での利用に関して、境界層の発達するノズルの長さが、短くされ得る
という利点を提供する。これは、低圧での利用に関して、特に、前記ノズルユニ
ット２５０内の内部の流れが、遷移流のふるまいを示すときに重要であり得る。

【００６１】図１５を参照すると、図１４で示されているノズルユニットのデザインの変形
例が、示されている。図１５において、ノズルプラグ１６０は、図１４のノズル
プラグの設計と、図１４のノズルプラグ１６０の外面１６０ｏに加えて、ノズル
のボア１６６の内面１６６ｉが、滑らかに変化している（即ち、壁の勾配が、連
続である）ことを除いて同様である。前記表面１６６ｉ及び１６６ｏは、（圧力
比が、上述した臨界圧力比を越え、また、ノズルを通る支配的な非粘性流が、存
在しているとき）高圧の領域から低圧の領域へのノズルを通るガスの広がりにつ
いての特性線の方法（ＭｅｔｈｏｄｏｆＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）
を使用して、設計され得る。図１５のノズルユニット２５０の設計は、図１４の
ノズルユニットの設計よりもいくぶん複雑であるが、流れは、前記ノズルユニッ
ト２５０を通じて広がっていくとき、急激な変化をしない。

【００６２】図１６を参照すると、最後の変形例で、図１６のノズルユニット２５０は、ボ
ア１６６を有しており、ここで、内面１６６ｉは、軸１６６Ａに対し、外向きに
テーパが形成されている（従って、ガスの出口領域２８０の面積は、入口２７０
の面積よりも大きい）。ノズルプラグ１６０は、外向きにテーパが形成されてい
る外面１６０ｏを有している純粋な円錐形状の部材であり、そのテーパ角は、前
記ノズルのボア１６６の内面１６６ｉのテーパ角よりも小さい。ノズルプラグの
先端部１６０ｔは、平らなノズルの端部１６０ｆとなっている平らな部分を有し
ており、この端部の直径は、前記ボア１６６内に挿入されたとき、前記ノズルの
入口２７０で、すきまを備える程度に小さい。ノズルユニット２５０の本変形例
で、喉部２６０は、前記ノズルの入口２７０に一致する。前記ノズルプラグ１６
０が、前記ボア１６６から引き抜かれたとき、ノズルの前記喉部２６０の面積は
、減少するのに対して、前記ノズルプラグ１６０が、前記ボア１６６に挿入され
たとき、前記ノズルの喉部２６０の面積は、増大する。上述したように、同様な
状態で、前記ノズルの喉部２６０の面積の増大及び減少は、前記ガスのプレナム
１５０の全圧への対応している同様な効果を与える。さらに、前記ノズルプラグ
１６０の移動にかかわらず、前記出口領域２８０の面積は、変化されずに保たれ
る。図１２の設計に対する本変形例の設計の利点は、面積比が、通常、ずっと大
きくされ得る（即ち、より大きな圧力比に適用可能である）ことである。しかし
ながら、前記ノズルユニット２５０が、プラズマ処理の利用中、使用されている
とき、図１６の（典型的に）比較的大きな前記ノズルの出口領域２８０は、プラ
ズマが、前記ボア１６６内に入ることを可能にし、その結果生じるノズル内の高
エネルギーのエッチング又はスパッタリングは、ノズルユニットの内面の劣化に
至り得る。

【００６３】全ての場合で、図１１ないし１６に関連して上で示されているノズルユニット
２５０内の、内部の流れの状態にかかわらす、前記プレナム１５０から前記内部
領域４０へのガスの広がりは、前記ノズルのボア１６６内の前記ノズルプラグ１
６０の移動によって影響を受け得る。これは、前記内部領域４０内の基板の最適
な処理のための、ガスの注入状態の調整を可能にしている。

【００６４】図１８を参照すると、図４及び５で示されている分割されていない前記プラグ
プレート１５４を使用しているとき、好ましい幾何学的配置において、前記ノズ
ルユニット２５０は、基板４４からの垂線Ｎ（図２参照）によって規定される中
心Ｃを中心としている同心の一連のリング４５０内にある。

【００６５】デカルト座標の又は六角形の幾何学的配置のような、前記ノズルユニット２５
０の他の幾何学的配置も可能であることが理解されるだろう。事実、前記注入プ
レート１２４の全体にわたるノズルユニット２５０の分布は、ウェハ４４の上方
の入り口でのガスの質量流速の空間分布を調節するように変化され得る。さらに
、前記注入プレート１２４の全体にわたるノズルユニット２５０の数密度、及び
／又は、前記ガスの喉部領域２６０の面積（即ち、サイズ）の空間分布は、ウェ
ハ４４の上方の、１種類(数種類)のガス種の密度の空間分布に影響を与えるよう
に変化され得る。ノズルユニットは、ガスジェットの合流を最適化するように、
又は、ウェハ４４の上方の選択された領域内へのフレッシュなガスの流量を増大
又は減少するように、集団にされ得る。例えば、プラズマ反応チャンバの前記内
部領域４０内の基板４４のエッジ４４Ｅへのガスの質量流速を増大するように、
基板のエッジ４４Ｅの上方の前記注入プレート１２４の前記ノズルユニット２５
０は、他より大きなガスの喉部領域の断面積を与えられ得る。代って、基板のエ
ッジ４４Ｅの方向にガス流を向けているノズルユニット２５０の数密度は、増大
され得る。

【００６６】ガスの性質の空間分布の調節上述したように、１つのノズルユニット２５０又はノズルユニット集団を通る
、前記チャンバの内部領域４０へのガスの広がりは、単に、プラグプレート１５
４の１つの領域の別の領域に対する（例えば、図８の領域１５４Ｂに対する１５
４Ａ）移動を調節することによって、ウェハ４４の異なった領域の上方で変化さ
れ得る。さらに、図１０で示されている設計は、制御の柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉ
ｌｉｔｙ）を追加している。特に、別個の各ガスプレナム１５０'、１５０''等
に供給されるガス種、及び／又は、ガスの質量流速の変化を可能にしている。こ
の追加されている柔軟性は、ウェハ４４の上方のプラズマ４１の異なった領域に
導入されるガスの質量流速、及び／又は、ガス種の調節を可能にしている。加え
て、単なるガス種の変化(即ち、ガス又はガス混合物についての比熱の比の変化
のため)、又は、ガスのプレナムを供給する質量流コントローラによって制御さ
れる質量流速の変化（即ち、ガスのプレナムの全圧、従って、圧力比の変化のた
め）は、前記ノズルユニット２５０を通るガスの広がりに影響を与え得る。これ
は、ウェハ４４の異なった領域の上方へのガスの流れの速度分布（及び、軌道の
分布）に影響を与える。

【００６７】ウェハ４４の上方の異なった領域への質量流量の空間分布を調節することは、
前記ノズルプラグ１６０が、前記ノズルのボア１６６（即ち、図１２ないし１６
）内に挿入されているとき、前記ノズルの喉部２６０の面積の変化に影響を与え
る、図１２ないし１６に関連して示されているノズルユニットの設計のいずれか
を有している、図６の分割されている仕切られていないノズルユニット２５０の
アレイを使用して達成され得る。１つの前記ノズルプラグ１６０又はノズルプラ
グ集団が、他の全てのノズルプラグ又はノズルプラグ集団に対して移動されたと
き、前記ガスのプレナム１５０の全圧Ｐ_ｔの変化は、小さい。これは、ノズルユ
ニットの喉部の全面積（即ち、前記ガス注入システム５０内の全てのノズルユニ
ットの喉部の面積の合計）の変化が、比較的小さいためである。しかしながら、
１つの前記ノズルユニット又はノズルユニット集団の喉部の面積の変化は、所望
のノズルユニット又はノズルユニット集団の喉部の面積に対して、大きくなり得
る。従って、（ノズルの喉部の面積の変化による）ノズルユニットの体積流速の
局所的な変化のため、前記内部領域４０の特定のセクション内への局所的な質量
流速は、同領域の他のセクションに対して、変化され得る。もちろん、質量を保
存するように、ノズルユニット（集団）の１つの領域を通る質量流速が、減少さ
れた場合、変化されていないノズルユニット通る質量流は僅かに増大する（逆の
場合も同様である）。物理的なメカニズムが、異なり得るが、これは、ノズル内
の全ての状態（例えば、連続体の／自由分子の流れ、又は、チョーキング状態に
ある／ない）に適用し得ることを記しておく。

【００６８】処理状態のモニタ図２ないし６、並びに、９を参照すると、特定の半導体処理についての反復可
能な所定のガスジェットの状態を達成するように、前記ガスマニホルド５０の前
記プレナム１５０（又は、前記サブプレナム（セクション）１５０'、１５０''
等）の全圧Ｐ_ｔと、前記チャンバの内部領域４０のチャンバの圧力Ｐ_ｃとの、そ
の場でのモニタが、前記プレナム１５０内及び前記内部領域４０内に夫々配置さ
れている圧力センサＰ１及びＰ２（例えば、図２参照）の使用して利用される。
これら圧力センサＰ１及びＰ２は、前記制御ユニット８０に電気的に接続してい
る。前記ボア１６６内の前記ノズルプラグ１６０の位置は、上述したように、所
望のガス流の状態（例えば、図１７（Ａ）ないし（Ｃ）毎のガスジェット３２０
、３４０、３６０）を生成するように、前記ノズルユニット２５０の圧力比又は
面積比Ｒを設定するように調節され得る。前記制御ユニット８０は、前記圧力セ
ンサＰ１及びＰ２を夫々用いて、前記内部領域１５０及び４０内の圧力をモニタ
する。前記圧力センサＰ１及びＰ２を用いて探知された圧力に基づいて、前記制
御ユニット８０は、前記変位アクチュエータ１７０を稼動するように、前記アク
チュエータ制御ユニット１８０へ電気的な信号を送り、前記変位アクチュエータ
１７０は、前記ノズルユニット２５０中のノズルプラグ１６０の位置を調節する
。

【００６９】前記ノズルの出口領域で圧力がマッチされている状態が、所望である場合、前
記制御ユニット８０は、前記圧力センサＰ１及びＰ２からの測定値Ｐｔ及びＰｃ
を使用して、（上述したように）連続体の理論から適切な圧力比を決定し、そし
て、前記ノズルユニット２５０についての所望の面積比及び圧力比を生じるよう
に前記ノズルプラグ１６０を相応に調節する。上述したように、非粘性の等方的
な連続体の流体について、面積比と圧力比との間の関係は、圧縮性流体力学の標
準的な教科書から確定され得、また、この関係のより複雑な理論的モデル及び実
験的な検証から決定され得、又は、ノズルの設計及び制御を目的として、実験的
に確立され得る。

【００７０】前記制御ユニット８０から前記アクチュエータ制御ユニット１８０への電気的
な信号は、適切な制御電圧が、前記変位アクチュエータに印加されるように、校
正される。前記ノズルユニット２５０内のガスの広がりが、遷移流の領域を介し
て推移するようなものであり得るため、連続体の理論の適合性は、ガスジェット
の分離速さ測定（ｓｅｐａｒａｔｅｖｅｌｏｃｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎ
ｔ）を使用して確認され得る。例えば、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ）が、前
記ガスの出口領域２８０の下流の中性ガスの速さ分布及び方向性を探知するよう
に利用され得る。本発明の好ましい実施形態で、このような測定が、行われて、
前記制御ユニット８０に蓄積される測定値のデータベースを構成するように使用
される。そして、前記制御ユニット８０は、適切な面積比Ｒを決定するように、
連続体理論からのずれを取り扱うために使用され得、最終的に、前記ノズルユニ
ット２５０を適切に調節するように、変換器制御ユニット１８０への適切な電気
制御信号を生じ得る。

【００７１】さらに、前記制御ユニット８０は、また、前記喉部２６０の面積を、前記ノズ
ルのボア１６６内の前記ノズルプラグ１６０の軸方向の位置と関連づけることに
よって、各ノズルユニット又はノズルユニット集団（図６）の喉部の面積をモニ
タし得る。この決定は、前記ガスのプレナム１５０の全圧Ｐ_ｔの測定と共に、１
つのノズルユニット又はノズルユニット集団を通る質量流速を決定する。

【００７２】調整可能なノズルユニット２５０に関連している実施形態の利点の１つは、特
定の半導体処理についての、広い範囲の可能な作動状態にわたるガス流の調節可
能性の見地において提供される柔軟性にある。しかしながら、他の利用について
、例えば、低コストの解決手段が、所望であり、狭い範囲の作動状態が、適当で
あると知られているとき、前記ガスマニホルド５０のノズルユニット２５０の幾
つかの別の実施形態が、使用され得る。

【００７３】二重の円錐形のノズルのアレイ図１９及び２０を参照すると、本発明のガス注入マニホルド５０の別の実施形
態が、ガス注入マニホルド５００であり、このガス注入マニホルド５００は、収
束し発散する二重の円錐の形状のノズル５０４を複数含んでいるノズルアレイ５
０２を備えているノズルアレイプレート５０１を有している。各々のノズル５０
４は、内壁５０８と、ガスの入口領域５１０と、ガスの出口領域５１６と、ノズ
ルの中点の又はその近くの喉部５２０とを有している。前記ノズル５０４の前記
喉部５２０の下方の部分は、発散している部分であり、また、前記ノズルの前記
喉部の上方の部分は、収束している部分である。ガス流の力学は、前記ガスマニ
ホルド５０に関して上述したものと同様である。しかしながら、前記ガスマニホ
ルド５００は、移動する部品を有していないため、より狭い範囲の作動状態で働
く。上述したように、固定されている幾何学的配置の性質のために、質量流速（
又は、前記プレナム１５０の全圧Ｐ_ｔ）、及び／又は、チャンバの圧力Ｐｃの変
化は、ノズルの出口の状態、即ち、出口のマッハ数、並びに、ガスの速度の方向
性等に影響を与えるだろう。この問題を避ける１つの方法は、複数の収束し発散
するノズルを有している注入プレートを設計することであり、ここで、トータル
のノズルの分布は、異なったサイズの、又は、変化している面積比のノズルの全
体にわたる（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）分布の重ね合わせである。換言すれば、前記
ノズルアレイ５０２が、前記ノズル５０４の複数のグループからなる場合、各グ
ループのノズルは、異なったセットの作動状態について最適化されているように
設計されており、そして、可能な範囲で、各グループのノズルは、ノズルプレー
トの表面５０１の全体にわたって好ましくは均一に分布されている。

【００７４】例えば、第１の流れの状態（例えば、第１の前記ガスの入口領域５１０の面積
と、第１の前記ガスの出口領域５１６の面積と、第１の前記喉部５２０の面積と
を有している）に適するように設計されている（「大きさに作られている」）ノ
ズルのグループは、第２の流れの状態（例えば、第２の前記ガスの入口領域５１
０の面積と、第２の前記ガスの出口領域５１６の面積と、第２の前記喉部５２０
の面積とを有している）に適するように設計されている（「大きさに作られてい
る」）ノズルのグループと混ぜられ得る。従って、所望の処理及び関連する状態
について、幾つかの前記ノズル５０４は、最適な設計で作動するのに対して、他
は、最適の設計ほど適していない設計で作動するだろう。この方法で、前記ノズ
ル５０４のアレイが、最適である範囲は、拡張される。

【００７５】前記円錐形のノズル５０４の発散している部分で、ガスは、前記内壁５０８に
沿って外に向かって広がる。従って、ガス流のある部分は、（所望の）垂直な流
れに直交する。即ち、ガス流は、前記ガスの出口領域５１６で、０でない横方向
の速度を含む。最大の壁の角度θは、円錐形状の設計については、約１８°を好
ましくは越えない。角度θが、１８°より大きい場合、流れは、分離され得、境
界層が、前記壁５０８に形成され得る。損失のない（ｌｏｓｓｌｅｓｓ）発散し
ているノズルの設計及び製造は簡単なことであるが、最大の壁の角度は、所望の
面積比についてのノズルの長さに対応している。よって、大きな面積比を得るた
めには、ノズルは、長くなければならず、実用的であり得ない。従って、前記ガ
スの出口領域５１６及び喉部５２０の好ましいディメンジョンは、夫々、直径で
約０．００１から０．２インチ及び直径で約０．００１から０，０４０インチの
範囲である。前記ガスの入口領域５１０の好ましいディメンジョンは、前記喉部
５２０を特徴づけているディメンジョンに等しい、又は、（好ましくは）より大
きいものである。

【００７６】最後に、第６の実施形態が、円錐形の断面に制限されない、図１で示されてい
るラバールノズルのような滑らかに変化する壁（連続な壁の勾配）を有している
、ノズルの設計を可能にするような形態である。この滑らかに変化している壁は
、内部の流れの力学を改良し得、この力学において、膨張波と圧縮波の夫々は、
壁の勾配の不連続な点又は領域から発し得る強い波であるよりはむしろ、（もし
あったとしても）無限小に弱い。しかしながら、滑らかに変化している壁を有し
ているノズルは、製造がより複雑であり得る。

【００７７】凹形のノズルのアレイ図２１及び２２を参照すると、本発明のガス注入マニホルドの別の実施形態が
、ガス注入マニホルド６００であり、このマニホルドは、複数の凹形のノズル６
０４を含んでいるノズルアレイ６０２を有しており、各ノズル６０４は、上部の
円筒形セクション６１０Ｕと、表面６１０Ｓを持つ下部の凹形領域６１０Ｌとを
備えているキャビティを規定している内壁６０８を有している。各ノズル６０４
は、ガスの入口領域６１２と、ガスの出口領域６１６と、喉部６２０とを有して
いる。前記ノズル６０４の前記喉部６２０の下方の前記領域６１０Ｌは、発散し
ている部分である。前記ガス注入マニホルド５００のように、前記ガス注入マニ
ホルド６００は、移動する部品を有しておらず、前記ガス注入マニホルド５０よ
りも狭い範囲の作動状態で働く。

【００７８】前記ノズル６０４の前記内壁６０８の外形は、流れが内側に向いているときの
斜め衝撃波による全圧の損失を最小化するように、即ち、「最小の長さの（ｍｉ
ｎｉｍｕｍｌｅｎｇｔｈ）」又は「完全な（ｐｅｒｆｅｃｔ）」ノズルを設計
するように特性線の方法を使用して設計されている。この「完全な」ノズル６０
４は、ノズルの発散している部分で、凸形及び凹形のセクションを備えている（
例えば、図１で示されているラバールノズル）、滑らかに変化している表面６１
０Ｓを有している。ノズルの長さを減少すると、凸形の表面は、「最小の長さの
」ノズルで知られているように、１点に縮小し得る。同様に、所定のノズルが、
設計されたとすると、全圧Ｐ_ｔとチャンバの圧力Ｐ_ｃとの間の１つの関係に適す
るように設計されていることになる。従って、Ｐ_ｔあるいはＰ_ｃの変化は、ガス
の出口領域で圧力がマッチされていない状態を生じる。

【００７９】しかしながら、上述したように、本発明の発散しているノズルを複数有してい
る注入プレートが、設計され得、ここで、トータルのノズルの分布は、異なった
サイズの（又は、変化している面積比）ノズルの全体にわたる分布の重ね合わせ
である。例えば、第１の流れの状態（例えば、第１の前記ガスの入口領域６１２
の面積と、第１の前記ガスの出口領域６１６の面積と、第１の前記喉部６２０の
面積とを有している）に適するように設計されているノズルのグループは、第２
の流れの状態（例えば、第２の前記ガスの入口領域６１２の面積と、第２の前記
ガスの出口領域６１６の面積と、第２の前記喉部６２０の面積とを有している）
に適するように設計されているノズルのグループと混ぜられ得る。従って、所望
の処理状態について、幾つかの前記ノズル６０４は、最適な設計で作動するのに
対して、他は、最適の設計ほど適していない設計で作動するだろう。この方法で
、前記ノズル６０４のアレイの最適な状態の範囲は、拡張されている。

【００８０】ノズルユニットの製造本発明のノズル注入システムは、幾つかの方法のいずれかを使用して製造され
得る。ノズルが、（半導体デバイスの製造に適用されるエッチング、堆積等の処
理のような）ＶＬＳＩ技術に適合していない材料で形成されるとき、ノズルプラ
グ及びノズルのボアは、機械加工、研削若しくはＥＤＭ、又は、これらの結合の
ような従来の方法を使用して、製造され得る。

【００８１】上述したように、特定の処理に「適合する」真空用囲いの表面をプラズマに与
えることは、好ましく、多くの場合必要である。用語「適合する（ｃｏｍｐａｔ
ｉｂｌｅ）」は、特定の処理に実質的に有害でない材料（即ち、故障の点で）を
示すように使用されている。従って、シリコンのような材料で作られている第２
の前記注入プレート２００、前記ノズルプラグ１６０、並びに、前記プラグプレ
ート１９２Ｂの製品が、有利であるような利用が存在する。

【００８２】

【発明の効果】

本発明の多くの特徴及び利点が、詳細な特定により明らかにされており、そし
て、本発明の真の精神及び範囲に従う、示されている発明のこのような特徴及び
利点の全てを包括することが、特許請求の範囲によって意図されている。さらに
、多数の改良及び変更が、当業者に容易に想定されるであろうから、本発明を、
示されている構成及び作動に厳密に限定することは、所望ではない。さらに、本
質的に複雑な半導体の技術分野で使用される関連する方法及び装置のように、本
発明の装置及び方法は、しばしば、作動パラメーターの適切な値を実験的に決定
することにより、又は、所望の適用に関して最善の設計に到達するようにコンピ
ューターシミュレーションを行うことにより最善に実施される。従って、本発明
の真の精神及び範囲に含まれる全ての適切な改良及び相当物が、考えられるべき
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、高圧の領域から低圧の領域へのガスの広がりに関連している流れの力
学を説明するための、ラバールノズルの断面図である。

【図２】図２は、本発明の誘導性結合プラズマ反応システムの概略的な断面図である。

【図３】図３は、本発明の容量性結合プラズマ反応システムの概略的な断面図である。

【図４】図４は、アクチュエータ制御ユニットを有している、本発明の第１の実施形態
のガス注入マニホルドの概略的な断面図である。

【図５】図５は、本発明の第２の実施形態のガス注入マニホルドの概略的な断面図であ
り、マニホルド内の変位アクチュエータに電気的に接続されているアクチュエー
タ制御ユニットを示している。

【図６】図６は、本発明の第３の実施形態のガス注入マニホルドの概略的な断面図であ
り、ここで、プラグプレートは、複数のセクションに分割されている。

【図７】図７は、本発明のガス注入マニホルドの概略的な部分断面図であり、ここで、
各ノズルプラグは、変位アクチュエータと接続されており、従って、個々のノズ
ルユニットの制御が可能である。

【図８】図８は、図６のガス注入マニホルドの概略的な平面図であり、同心的に配置さ
れているプラグプレートのセクションを示している。

【図９】図９は、図６のガス注入マニホルドの概略的な平面図であり、同心的に配置さ
れ、さらに、方位角方向の４つのセクションに分割されているプラグプレートの
セクションを示している。

【図１０】図１０は、本発明のガス注入マニホルドの概略的な断面図であり、プレナムの
複数のセクションに対応している、バックプレートの複数のアパーチャに接続さ
れているガスの複数の導管を示している。

【図１１】図１１は、第１の変形例のノズルユニットの概略的な断面図である。

【図１２】図１２は、第２の変形例のノズルユニットの概略的な断面図である。

【図１３】図１３は、第３の変形例のノズルユニットの概略的な断面図である。

【図１４】図１４は、第４の変形例のノズルユニットの概略的な断面図である。

【図１５】図１５は、第５の変形例のノズルユニットの概略的な断面図である。

【図１６】図１６は、第６の変形例のノズルユニットの概略的な断面図である。

【図１７】図１７（Ａ）ないし（Ｃ）は、（Ａ）広げられているモード、（Ｂ）圧力がマ
ッチされているモード、並びに、（Ｃ）絞られているモードで作動しているガス
注入マニホルドのセクションの概略的な断面図である。

【図１８】図１８は、放射状に配置されているノズルユニットを有している、ガス注入マ
ニホルドの平面図である。

【図１９】図１９は、本発明のガス注入マニホルドの概略的な断面図であり、このマニホ
ルドは、ノズルアレイを形成されているノズルアレイプレートを有しており、ま
た、このノズルアレイ内のノズルは、収束し発散している二重の円錐形の断面を
有している。

【図２０】図２０は、図１９のガス注入マニホルドのノズルの概略的な拡大断面図である
。

【図２１】図２１は、図１９と同様な本発明のガス注入マニホルドの概略的な断面図であ
るが、ノズルは、ガスの入口部の円筒形の上部セクションと、ガスの出口部の凹
形の下部セクションとを有している。

【図２２】図２２は、図２１のガス注入マニホルドのノズルの概略的な拡大断面図である
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 4K030 CA04 DA04 EA05 FA03 FA04 KA30 KA39 LA15 5F004 BA04 BA20 BB28 BB29 BC03 BD04 CA02 DA00 DA01 DA04 DA18 DA22 DA23 DA24 DA26 EB04 EB05 5F045 AA08 DP03 EE04 EF05 EF08 EF09 EF11 EH05 EH11 EH13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貫通ボア内で移動されたとき、真空チャンバ内への前記貫通
ボアを通るガス流を変化させるように、前記貫通ボア内に調節可能に配置されて
いる移動可能なノズルプラグと、前記貫通ボアとを、各々が有し、前記チャンバ
内に配置されている複数の調節可能なノズルユニットを具備している、前記チャ
ンバ内へのガス流を調節可能に制御するガス注入マニホルド装置。
【請求項２】ａ）上面と、下面と、第１及び第２の端部とを有し、少なく
とも１つの貫通アパーチャが形成されているバックプレートと、ｂ）上面と、下面とを有し、前記バックプレートの近くで前記バックプレート
にほぼ平行に配置されており、また、下面から延びている前記ノズルプラグをさ
らに有しているプラグプレートと、ｃ）上面と、下面と、第１及び第２の端部とを有し、前記プラグプレートの下
面の近くに配置されており、また、各々がボア中心軸を備えている、前記貫通ボ
アを有しており、接続部材を介して、前記バックプレートと接続されており、そ
して、前記ノズルプラグは、前記ボア中心軸に沿って、夫々の前記貫通ボア内で
移動可能に延ばされ、従って、前記ノズルユニットの各々に、ガスの入口領域と
、喉部と、ガスの出口領域とを形成するように配置されている注入プレートとを
、さらに具備しており、ｄ）前記バックプレートの下面と、前記注入プレートの上面と、前記接続部材
とは、加圧可能なプレナムを規定しており、また、この加圧可能なプレナムから
前記真空チャンバへの前記ノズルユニットを通るガス流を調節するために、前記
ノズルプラグは、前記喉部の配置と、前記喉部の面積と、前記出口領域の面積と
、前記貫通ボア内の前記出口領域の向こうの前記真空チャンバと前記加圧可能な
プレナムとの間の圧力比との少なくとも１つを変化させるように移動可能である
、請求項１の装置。
【請求項３】前記ノズルプラグの数は、前記貫通ボアの数と同じである請
求項１の装置。
【請求項４】前記接続部材は、前記バックプレート及び前記注入プレート
の夫々の、第１及び第２の前記端部に接続されている請求項２の装置。
【請求項５】前記バックプレートに接続されている変位アクチュエータを
さらに具備し、この変位アクチュエータによって、前記バックプレートに対して
前記プラグプレートを変位させるような請求項２の装置。
【請求項６】前記変位アクチュエータは、電気機械的な装置である請求項
５の装置。
【請求項７】前記変位アクチュエータは、圧電変換器である請求項５の装
置。
【請求項８】前記変位アクチュエータの全てと電気的に接続している変位
アクチュエータ制御ユニットをさらに具備している請求項５の装置。
【請求項９】前記プレナムは、複数のセクションに分割されている請求項
２の装置。
【請求項１０】前記バックプレートは、前記プレナムの複数のセクション
の夫々に開通している複数の貫通アパーチャを有している請求項９の装置。
【請求項１１】前記注入プレートは、陽極酸化されているアルミニウムの
ような材料で形成されている請求項２の装置。
【請求項１２】前記注入プレートは、アルミナ又は石英のような誘電材で
形成されている請求項２の装置。
【請求項１３】前記ノズルプラグは、陽極酸化されているアルミニウムの
ような材料で形成されている請求項２の装置。
【請求項１４】前記ノズルプラグは、アルミナ又は石英のような誘電材で
形成されている請求項２の装置。
【請求項１５】前記プラグプレートの下面は、消耗材で作られている請求
項２の装置。
【請求項１６】前記消耗材は、シリコン、シリコンカーバイド、並びに、
石英からなる材料のグループ中の少なくとも１つである請求項１５の装置。
【請求項１７】前記プラグプレートは、第１及び第２のプレート部材を有
しており、この第２のプレート部材は、前記注入プレートの近くにあり、消耗材
で作られている請求項２の装置。
【請求項１８】各々の前記ノズルプラグの少なくとも一部分が、消耗材で
作られている請求項１７の装置。
【請求項１９】前記消耗材は、シリコン、シリコンカーバイド、並びに、
石英からなる材料のグループ中の少なくとも１つである請求項１７の装置。
【請求項２０】前記注入プレートの下面は、消耗材で作られている請求項
２の装置。
【請求項２１】前記消耗材は、シリコン、シリコンカーバイド、並びに、
石英からなる材料のグループ中の少なくとも１つである請求項２０の装置。
【請求項２２】前記注入プレートは、第１及び第２のプレート部材を有し
ており、この第２のプレート部材は、前記プラグプレートの反対側にあり、消耗
材で作られている請求項２の装置。
【請求項２３】前記消耗材は、シリコン、シリコンカーバイド、並びに、
石英からなる材料のグループ中の少なくとも１つである請求項２２の装置。
【請求項２４】前記プラグプレートは、独立して移動可能な複数のセクシ
ョンを有している請求項２の装置。
【請求項２５】前記プラグプレートの複数のセクションは、同心的に配置
されている請求項２４の装置。
【請求項２６】前記プラグプレートの複数のセクションは、方位方向のセ
クションにさらに分割されている請求項２５の装置。
【請求項２７】前記プラグプレートは、前記プレナムの複数のセクション
の各々に対応している、独立して移動可能なセクションを有している請求項９の
装置。
【請求項２８】各々の前記ノズルプラグは、これらの独立した移動を与え
るように、変位アクチュエータによって前記バックプレートに接続されている請
求項２の装置。
【請求項２９】各前記調節可能なノズルユニットは、環形状の喉部を有し
ている請求項２の装置。
【請求項３０】前記ノズルユニットは、圧力がマッチされている状態と、
広げられている状態と、絞られている状態との間で調節可能であるガス流を与え
るように調節可能である請求項２の装置。
【請求項３１】前記ノズルユニットは、関連している喉部の面積を備えて
いる喉部領域を有しており、この喉部の面積を変化させるように調節可能である
請求項１の装置。
【請求項３２】前記ノズルユニットは、関連している出口の面積を備えて
いる出口領域を有しており、この出口の面積を変化させるように調節可能である
請求項１の装置。
【請求項３３】前記ノズルユニットは、喉部の面積を備えている喉部領域
と、出口の面積を備えている出口領域とを有しており、この喉部の面積及び出口
の面積を変化させるように調節可能である請求項１の装置。
【請求項３４】前記ノズルユニットは、前記真空チャンバ内の圧力に対す
る加圧可能なプレナムの圧力の比を変化させるように調節可能である請求項１の
装置。
【請求項３５】前記ノズルユニットは、ノズルの出口領域の圧力に対する
加圧可能なプレナムの圧力の比を変化させるように調節可能である請求項１の装
置。
【請求項３６】前記ノズルプラグの少なくとも１つは、前記プラグプレー
トに近接している下部と、この下部の反対側にある上部とを有しており、この下
部は、外向きにテーパが形成されており、前記上部は、内向きにテーパが形成さ
れている請求項２の装置。
【請求項３７】前記下部のテーパは、線形、あるいは、非線形である請求
項３６の装置。
【請求項３８】前記上部のテーパは、線形、あるいは、非線形である請求
項３６の装置。
【請求項３９】前記ボアは、円筒形であり、前記ガスの出口に向かって、
内向きにテーパが形成されている請求項３６の装置。
【請求項４０】前記ノズルプラグは、前記注入プレートの下面を越えて延
び得る先端部をさらに有している請求項３６の装置。
【請求項４１】前記先端部は、平らな部分を有している請求項４０の装置
。
【請求項４２】前記ガスの出口領域は、関連しているガスの出口の面積を
有しており、また、前記環形状の喉部は、関連している喉部の面積を有しており
、そして、前記喉部の面積に対する前記ガスの出口の面積の比は、前記ノズルユ
ニットの調節とは独立している請求項２９の装置。
【請求項４３】前記ノズルプラグの少なくとも１つは、前記プラグプレー
トに近接している下部と、この下部の反対側にある上部とを有しており、この下
部は、円筒形であり、前記上部は、内向きにテーパを形成されており、また、前
記ボアは、前記注入プレートの下面で内向きに形成されている急なテーパを除い
て円筒形である請求項２の装置。
【請求項４４】前記ノズルプラグのテーパ及び前記ボアのテーパは、非線
形で、滑らかに変化している請求項４３の装置。
【請求項４５】前記ノズルプラグの少なくとも１つは、外向きにテーパを
形成されており、また、前記ボアは、外向きにテーパを形成されている請求項２
の装置。
【請求項４６】前記ボアのテーパは、前記ノズルプラグのテーパよりも大
きい、又は、等しい請求項４５の装置。
【請求項４７】前記ノズルの喉部は、前記ガスの入口領域と前記ガスの出
口領域との１つに位置する請求項２９の装置。
【請求項４８】前記ノズルの喉部は、前記ガスの入口領域と前記ガスの出
口領域との間に位置する請求項２９の装置。
【請求項４９】前記ノズルユニットの空間的な分布が、前記ガス注入マニ
ホルドの全体にわたって変化している請求項２の装置。
【請求項５０】ａ）上面と、下面と、第１及び第２の端部とを有し、１以
上の貫通ボアが形成されているバックプレートと、ｂ）第１及び第２の端部を有し、前記バックプレートの近くに配置され、夫々
の第１及び第２の端部で接続部材を介して前記バックプレートに接続されており
、また、前記接続部材と前記バックプレートと共に加圧可能なプレナムを規定し
ているノズルアレイプレートと、ｃ）内壁と、ガスの入口領域と、ガスの出口領域と、これらガスの入口領域と
ガスの出口領域との間に実質的に配置されている喉部とを備えているボアを、各
々が有し、前記ノズルアレイプレートに形成されている複数のノズルとを、具備している、プラズマ処理装置の真空チャンバ内へのガスの音速流を制御す
るためのガス注入マニホルド装置。
【請求項５１】前記複数のノズルは、互いに同じ大きさで作られている請
求項５０の装置。
【請求項５２】前記内壁は、ガスが、前記ノズルを通っているとき、全圧
の損失が最小化されるように設計されている請求項５０の装置。
【請求項５３】前記ノズルは、前記ノズルの出口での第１の圧力と、前記
真空チャンバ内の第２の圧力との間で圧力をマッチされる請求項５０の装置。
【請求項５４】前記ノズルは、二重の円錐の形状と凹形との少なくとも１
つである請求項５０の装置。
【請求項５５】第１の前記ノズルの各々が、第１の流れの状態に基づいて
所定の大きさに作られており、また、第２の前記ノズルの各々が、第２の流れの
状態に基づいて所定の大きさに作られている請求項５４の装置。
【請求項５６】ａ）プラズマを維持し得る内部領域を有しているチャンバ
と、ｂ）このチャンバの前記内部領域内に配置されている請求項１のガス注入マニ
ホルド装置と、ｃ）前記チャンバの内部領域内で、前記ガス注入マニホルド装置の近くに配置
されている、ウェハを支持するためのペデスタルとを、具備している、ウェハを処理するためのプラズマ処理システム。
【請求項５７】ａ）前記ガス注入マニホルド装置と気体連通しているガス
供給システムと、ｂ）前記貫通ボア内で、前記複数のノズルプラグを変位させるような複数の変
位アクチュエータと、ｃ）これら複数の変位アクチュエータと電気的に接続している変位アクチュエ
ータ制御ユニットと、ｄ）前記ガス供給システムと、前記変位アクチュエータ制御ユニットとに電気
的に接続している制御ユニットとを、さらに具備している請求項５６のシステム。
【請求項５８】ａ）前記プレナム内に配置され、前記制御ユニットに電気
的に接続されている第１の圧力センサと、ｂ）前記チャンバの内部領域内に配置され、前記制御ユニットに電気的に接続
されている第２の圧力センサとを、さらに具備している請求項５７の装置。
【請求項５９】前記チャンバの内部領域と気体連通している真空システム
をさらに具備している請求項５６の装置。
【請求項６０】ａ）プラズマを維持し得る内部領域を有しているプラズマ
反応チャンバと、ｂ）処理されるウェハを支持するための、前記内部領域内に配置されているペ
デスタルと、ｃ）前記チャンバの内部領域内で、前記ペデスタルの近くで前記ペデスタルに
ほぼ平行に配置されている請求項１のガス注入マニホルドと、ｄ）このガス注入マニホルドにガスを供給するためのガス供給システムと、ｅ）プラズマを生成するようなコイル又は電極と電気的に接続している第１の
ＲＦ電力のソースと、ｆ）前記プラズマチャンバの内部領域内に、ＲＦで駆動される場を生成するよ
うな、前記ウェハのペデスタルに電気的に接続している第２のＲＦ電力のソース
とを、具備している、ウェハを処理するためのプラズマ処理システム。
【請求項６１】ａ）プラズマ反応チャンバ内にウェハを配置する工程と、ｂ）前記チャンバを排気する工程と、ｃ）前記プラズマチャンバ内にプラズマを生成する工程と、ｄ）ガスが、ウェハ全体にわたって、ウェハに対してほぼ垂直な角度の平行に
されているビームの形態でウェハに当てられるように、ウェハの上方に直接配置
されている複数のノズルユニットを通して音速又は音速以上の速さでガスを流す
工程とを、具備している、プラズマ反応システム内でウェハを処理する方法。
【請求項６２】ａ）真空チャンバ内にウェハを配置する工程と、ｂ）前記チャンバを排気する工程と、ｃ）ガスが、ウェハ全体にわたって、ウェハに対してほぼ垂直な角度の平行な
ビームの形態で、ウェハに当たるように、ウェハの上方に直接配置されている複
数のノズルユニットを通して音速又は音速以上の速さでガスを流す工程とを、具備している、真空システム内でウェハを処理する方法。
【請求項６３】ａ）ウェハの近くに配置され、ガス流を制御し得る複数の
調節可能なノズルユニットを有しているガス注入マニホルドを与える工程と、ｂ）このガス注入マニホルドにガスを流す工程と、ｃ）調節されている前記１以上のノズルユニットからのガス流の状態が、圧力
がマッチされている状態と、広げられている状態と、絞られている状態との１つ
であるように、前記１以上のノズルユニットを制御することによって、前記注入
マニホルドからチャンバの内部領域内への、ウェハに向かうガス流を調節する工
程とを、具備している、プラズマを維持し得る前記内部領域を備えている前記チャンバ
を有しているプラズマ反応システム内でウェハを処理する方法。
【請求項６４】ｄ）前記チャンバの内部領域内及び前記ガス注入マニホル
ド内の圧力をモニタする工程と、ｅ）工程ｄ）での圧力をモニタする工程に基づいて、前記チャンバ内へのガス
流を調節する工程とを、さらに具備している請求項６３の方法。
【請求項６５】前記工程ｃ）は、ウェハの異なった領域へのガス流を、変
化させることを含んでいる請求項６４の方法。
【請求項６６】前記ガス注入マニホルドは、複数のプレナムセクションに
分割されている加圧可能なプレナムを有しており、また、複数の前記プレナムセ
クションの各々へのガス流は、ウェハの異なった領域へのガス流を変化させるよ
うに独立に制御され得る請求項６４の方法。
【請求項６７】前記ガス注入マニホルドを与える工程ａ）は、プラズマに
よって消耗可能な材料で形成されている、プラズマに露出される表面を有してい
る前記マニホルドを与える工程である請求項６４の方法。
【請求項６８】前記チャンバの内部領域へのガス流は、データベースに蓄
積されている、様々な処理状態の１つに関連している情報に基づいて制御される
請求項６４の方法。
【請求項６９】ａ）ガスが、通ってウェハに流れ得る、所望のセットの処
理状態についてガスを最適に流すような大きさで作られている複数のノズルを有
しているガス注入マニホルドを、ウェハの近くに与える工程と、ｂ）ウェハにほぼ垂直に当てるように、前記ガス注入マニホルドを通してガス
を流す工程とを、具備している、プラズマを維持し得る内部領域を備えているチャンバを有して
いるプラズマ反応システム内でウェハを処理する方法。
【請求項７０】前記工程ａ）は、第１の流れの状態に基づいて所定の大き
さで作られている第１のセットのノズルと、第２の流れの状態に基づいて所定の
大きさで作られている第２のセットのノズルとを与える工程を含んでいる請求項
６９の方法。