JP2008515163A - 表面波プラズマ処理システム及び使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面波プラズマ処理システム及び使用方法を提供することである。
【解決手段】 ＳＷＰソースは、プラズマに隣接する電磁気（ＥＭ）波ラウンチャのプラズマ表面上の表面波を生成することによって所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギをプラズマに結合させるように構成されたＥＭ波ラウンチャを含む。パワー結合システムは、ＥＭ波ラウンチャに結合され、プラズマを形成するためのＥＭ波ラウンチャにＥＭエネルギを提供するように構成される。ＥＭ波ラウンチャのプラズマ表面に結合されたカバープレートは、ＥＭ波ラウンチャをプラズマから保護する。
【選択図】

Description

本出願は、同日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアル番号１０／ＸＸＸ，ＸＸＸで代理人整理番号２５８５３７ＵＳ６ＹＡの名称「表面波プラズマソースおよびプラズマ空間の間のカップリングを改善する方法およびシステム」、同日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアル番号１０／ＸＸＸ，ＸＸＸで代理人整理番号２５７４７０ＵＳ６ＹＡの名称「基板を処理するためのプラズマ処理システム」、および同日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアル番号１０／ＸＸＸ，ＸＸＸで代理人整理番号２５８５３８ＵＳ６ＹＡの名称「基板を処理するための方法」に関連する。これらの出願全ての全体の内容は、これらの全体の引用によってここに取り入れられる。

本発明は、表面波プラズマ（ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｐｌａｓｍａ：ＳＷＰ）のソースおよびプラズマに対するダメージを減少する方法と装置に関し、より詳しくは、ＳＷＰソースに対するプラズマダメージを予防するための方法と装置に関する。

一般的に、半導体プロセス中、（ドライ）プラズマエッチングプロセスは、半導体基板上にパターニングされた微細線に沿った材料を、またはビアまたはコンタクト内の材料を除去するかまたはエッチングを行うために利用される。プラズマエッチングプロセスは、一般に処理チャンバ内に、上部にパターン化された、保護層、例えばフォトレジスト層を有する半導体基板を配置することを含む。一旦基板がチャンバ内に配置されると、真空ポンプが雰囲気処理圧力を達成するようにスロット調整される一方、イオン化可能な、解離性のガス混合は、予め指定の流量でチャンバ内に導入される。その後、存在する一部のガス種がエネルギを有する電子との衝突後にイオン化されるときに、プラズマは、形成される。さらに、加熱された電子は、混合ガス種のいくつかの種を解離させ、露出された表面のエッチング化学に適している反応物種（または複数の反応物種）を生成するのに役に立つ。一旦プラズマが形成されると、基板のいずれかの露出された表面は、プラズマによってエッチングされる。プロセスは、基板の露出領域のさまざまな形態（例えばトレンチ、ビア、コンタクトなど）をエッチングするために望ましい反応物、および、イオン集団の適切な濃度を含む最適の条件を達成するように調整される。たとえば、エッチングが必要とされる基板材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、ポリシリコン、および窒化シリコンが含まれる。

従来は、上記の通りに、さまざまな技術は、半導体デバイス製造において、基板の処理のためにプラズマ内のガスを励起して実行されている。特に、（「平行平板」）容量結合型プラズマ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＣＣＰ）処理システム、または誘導結合型プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理システムは、一般にプラズマ励起のために利用されている。プラズマソースの他方式の中で、マイクロ波プラズマソース（電子サイクロトロン共鳴（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）を利用しているものを含む）、表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソース、およびヘリコンプラズマソースが、ある。これらの従来システムは、一般的に、単一の真空チャンバ空間を提供し、そこにおいて、プラズマを生成するためのイオン化可能ガスがプロセスのために使用される解離性のガスに混合される。しかしながら、本発明の発明者は、これら従来のプラズマ処理システムは、多くの不備に苦しんでいると認識した。

第一に、共通チャンバ内で、イオン化および解離性のガスを提供することは、プロセス化学の限定された制御（すなわち化学的な解離の制御）をもたらすことになる。さらに、共通のプラズマおよびプロセス空間は、プラズマソースを腐食するか材料を堆積し得るプロセスガスに、プラズマソースを曝し、このことによりプラズマソースの動作に影響を及ぼしている。同様に、共通のガス混合空間によって、プラズマの、エネルギを有する電子およびイオンによる基板のインタラクションのために、基板ダメージが生じ得る。またさらに、発明者は、従来システムが、基板のプロセス均一性を制御するための従来の技術、例えば、プラズマおよび／またはプロセスガスの不均一性を補うように基板の温度を制御することによって限定を受けると認識した。

したがって、本出願の発明の１つの目的は、上記の問題のいずれかまたは全てを低減すること、または取り除くことである。

本出願の発明の別の目的は、プラズマ処理システムのプロセス化学の制御を改良するための方法およびシステムを提供することである。

本出願の発明の別の目的は、プラズマソースのようなシステムコンポーネントに対するダメージを低減する方法およびシステムを提供することであり、および／または、被処理基板に対するダメージの可能性を減少することである。

本出願の発明のさらに他の目的は、基板に対するプロセス均一性の制御を改良する方法およびシステムを提供することである。

本発明のこれらのいずれかの、および／または、その他の目的は、本発明の１つの実施形態に係る表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースによって提供されることができる。本発明の一態様によれば、ＳＷＰソースは、プラズマに隣接する電磁気（ＥＭ）波ラウンチャのプラズマ表面上に表面波を生成することによってプラズマに所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギを結合させるように構成されたＥＭ波ラウンチャを含む。パワー結合システムは、ＥＭ波ラウンチャに結合され、プラズマを形成するためのＥＭ波ラウンチャにＥＭエネルギを提供するように構成される。ＥＭ波ラウンチャのプラズマ表面に結合されるカバープレートは、ＥＭ波ラウンチャをプラズマから保護する。

本発明の別の態様では、表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースは、プラズマに隣接するＥＭ波ラウンチャのプラズマ表面に表面波を生成することによってプラズマに所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギを結合させるように構成された電磁気（ＥＭ）波ラウンチャを含む。パワー結合システムは、ＥＭ波ラウンチャに結合し、プラズマを形成するためのＥＭ波ラウンチャにＥＭエネルギを提供するために構成される。ＥＭ波ラウンチャをプラズマから保護するための手段は、ＥＭ波ラウンチャのプラズマ表面に結合される。

以下の説明では、本発明の完全な理解を容易にするために、並びに説明のために、およびそれに限定されるものではない具体的な詳細の説明、例えばプラズマ処理システムの特定のジオメトリ、およびシステムコンポーネントのさまざまな説明は、記載される。しかしながら、本発明は、これらの具体的な詳細からは離れる他の実施形態によっても実施されることができると理解されるべきである。それでもなお、発明の本質が一般的な概念として説明されていたとしても、その発明の本質からなる形態が明細書内に含まれるのと理解されるべきである。

ここで図面を参照し、参照番号がいくつかの図の全体にわたって同一であるか対応する部品を示すように付され、図１は、実施形態に係るプラズマ処理システム１００を示す。プラズマ処理システム１００は、プラズマ空間１１６を規定するように構成された上部チャンバ部分１１２（すなわち第１のチャンバ部分）と、処理空間１１８を規定するように構成された下部チャンバ部分１１４（すなわち第２のチャンバ部分）とを有する処理チャンバ１１０を備える。下部チャンバ部分１１４において、処理チャンバ１１０は、基板１２５を支持するように構成された基板ホルダ１２０を備える。その中で、基板１２５は、処理空間１１８のプロセス化学に曝される。さらにまた、プラズマ処理システム１００は、上部チャンバ部分１１２に結合され、プラズマ空間１１６にプラズマを形成するように構成されたプラズマソース１３０を具備する。

図１に示すように、プラズマ処理システム１００は、上部チャンバ部分１１２と、下部チャンバ部分１１４とに結合され、プラズマ空間１１６と、処理空間１１８との間の位置づけられたグリッド１４０を含む。図１は、上部チャンバ部分１１２が、下部１１４とサイズにおいて実質的に等しいような処理チャンバを割けるように中央に配置されたガス注入グリッドを示すが、本発明は、この構成に限定されるものではない。たとえば、ガス注入グリッドは、基板の上面から２００ｍｍ以内に位置づけられることができ、望ましくは、ガス注入グリッドは、基板の上面からほぼ１０ｍｍ〜ほぼ１５０ｍｍの範囲内に配置される。グリッドは、好ましくは、プラズマを形成するためのプラズマ空間１１６に第１のガス１４２を導入し、プロセス化学を形成するための処理空間１１８に第２のガス１４４を導入するように構成されたガス注入グリッド１４０である。しかしながら、第１および第２のガスがグリッド１４０を経由してそれらのそれぞれのチャンバ部分に導入されることは、必要ではない。たとえば、プラズマソース１３０は、プラズマ空間１１６に第１のガス１４２を供給するように構成されることができる。図１の実施形態において、第１のガス供給システム１５０は、ガス注入グリッド１４０に結合され、第１のガス１４２を供給するように構成されている。さらに、第２のガス供給システム１６０は、ガス注入グリッド１４０に結合され、第２のガス１４４を供給するように構成されている。ガス注入グリッド１４０の温度は、温度制御システム１７０を使用して制御されることができ、ガス注入グリッド１４０の電位は、電気バイアスコントロールシステム１７５を使用して制御されることができる。

さらにまた、プラズマ処理システム１００は、処理チャンバ１１０に結合し、処理チャンバ１１０を排気するように、同じく処理チャンバ１１０内の圧力を制御するように構成された排気システム１８０を備えている。オプションとして、プラズマ処理システム１００は、処理チャンバ１１０、基板ホルダ１２０、プラズマソース１３０、ガス注入グリッド１４０、第１のガス供給システム１５０、第２のガス供給システム１６０、温度制御システム１７０、電気バイアスコントロールシステム１７５、および排気システム１８０に接続されたコントロールシステム１９０を更に具備する。コントロールシステム１９０は、プラズマ処理システム１００のエッチングプロセスおよび堆積プロセスのうちの少なくとも１つを達成するためのプロセスレシピを実行するように構成されることができる。

さらに図１を参照し、プラズマ処理システム１００は、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板、またはより大きいサイズの基板を処理するように構成されることができる。事実、当業者によって理解されるように、プラズマ処理システムが、基板、ウェハ、またはＬＣＤのそれらのサイズを問わずに処理するように構成されることができることは、予想される。従って、本発明の態様は、半導体基板のプロセスと関連して記載されているが、本発明は、単にそれに限定されるものではない。

上述の通り、処理チャンバ１１０は、プラズマ空間１１６内でプラズマの生成を容易にするように構成され、基板１２５の表面に隣接する処理空間１１８のプロセス化学を生成する。プラズマ空間１１６に導入される第１のガス１４２は、プラズマ形成ガスまたはイオン化可能ガスまたはガスの混合物を含んでいる。第１のガス１４２は、不活性ガス、例えば希ガスを含むことができる。処理空間１１８に導入される第２のガス１４４は、プロセスガスまたはプロセスガスの混合物を含んでいる。エッチングプロセスにおいて、たとえば、プロセスガスは、解離するときに、基板表面で材料をエッチングする反応性を有する分子成分を含むことができる。一旦プラズマがプラズマ空間１１６にて形成されると、プラズマのいくらかは、ガス注入グリッド１４０を介して処理空間１１８に拡散することができる。処理空間１１８内に拡散される加熱された電子は、たとえば、エッチングプロセスを実行する解離および反応性のラジカルの形成を引き起こすプロセスガス内の分子と衝突することができる。本発明の発明者は、グリッドによる処理空間からプラズマ空間のこの分離が上で記載されている従来システムを超えるいくつかの利点を提供することができることを見いだした。

第一に、図１の典型的なプラズマ処理システムに示されているように、プラズマと、処理空間との分離は、従来システムを超える改良されたプロセス制御を提供することができる。特に、ガス注入グリッド１４０の使用は、上記の通り、たとえば、処理空間１１８に低い温度のプラズマを発生する一方、プラズマ空間１１６の高密度で、高い温度（電子温度、Ｔｅ）のプラズマの形成に作用することができる。この際、第１および第２のガスに対する分割インジェクション方式は、プロセス化学を形成するために利用される第２のガスの分子組成の解離の減少に影響を及ぼし、それは、基板表面でのプロセスのより高い制御を提供する。

加えて、典型的な図１の構成は、プロセスガスがプラズマ空間１１６に侵入するのを防ぐことによって、プラズマソース１３０のようなチャンバコンポーネントへのダメージを低減することができる。例えば、アルゴン（Ａｒ）のような不活性ガス（第１のガス）は、プラズマ空間１１６に導入され、プラズマは、生成され、中性のＡｒ原子は、加熱される。加熱されたＡｒ中性原子は、ガス注入グリッド１４０を介して下に拡散し、より冷えた、基板に隣接した処理空間に侵入する。中性ガスのこの拡散は、プロセスガス（第２のガス）の分子組成の逆拡散を減少または排除することができる処理空間１１８内へのガス流れを作る。

またさらに、図１の構成は、基板１２５とイオンおよび電子の相互作用によって生じる基板ダメージを低減することができる。特に、処理空間１１８への注入グリッド１４０を介した電子およびイオンの拡散は、上記の従来のチャンバに対して、より少ない電子およびイオンをこの空間に提供する。さらに、これらの電子およびイオンの多数は、それらのエネルギをプロセスガスの解離のために引き渡す。したがって、ほとんどの電子およびイオンは、基板と相互作用し、それにダメージを生じることの可能性はなく、これは、基板１２５に対するダメージが必要とされるプロセス温度によってアニールされることができない低温プロセスにとって特に重要である。

したがって、本発明の発明者は、グリッドによる処理空間からのプラズマ空間の分離が、混合チャンバ構成上の利点を提供することができることを見いだした。しかしながら、本発明は、上記の利点の全てまたはいずれかを提供することに限定されないことは、理解されている。たとえば、グリッド分離構造は、上記の利点のいずれかまたは全てをを排除して利用されることができる知られていない利点を提供することができる。

ここで図１のプラズマソース１３０を参照し、このソースは、平行平板容量結合型プラズマソース、誘導結合型プラズマソース、マイクロ波プラズマソース（たとえば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、ヘリコンプラズマソース、または表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソースを利用するそれらを含む）とすることができる。従来技術において当業者によって理解されるように、他の周知のプラズマソースは使用されることができる。図２は、図１のプラズマソース１３０として使用されることができるＳＷＰソースを示す。ここで図２を参照して、プラズマソース２３０は、内部導体２４０、外部導体２４２、および絶縁部２４１を有する同軸フィード２３８を有するスロットアンテナ、例えばラジアルラインスロットアンテナ（ｒａｄｉａｌ ｌｉｎｅ ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ：ＲＬＳＡ）を含んで示される。流体チャンネル２５６は、プラズマソース２３０の温度コントロールのために温度コントロール流体を流すのに使用されることができる。

加えて、プラズマソース２３０は、低速（ｓｌｏｗ）波長板（ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）２４４と、スロット２４８を有するスロットアンテナ２４６と、共振器プレート２５０とを備えている電磁気（ＥＭ）波ラウンチャ２４３を含んでいる。スロットの数、スロットのジオメトリ、スロットのサイズ、およびスロットの分布は、プラズマ空間１１６に形成されるプラズマの空間均一性に寄与することができる全てのファクタである。したがって、スロットアンテナ２４６のデザインは、プラズマ空間１１６のプラズマの空間均一性を制御するのに使用されることができる。さらに、共振器プレート２５０の正確なディメンション（すなわち厚さおよび直径）は、所望のマイクロ波振動数に対して数値的に算出されることができる。共振器プレート２５０のこれらの限界寸法は、このコンポーネントを製造するのを高額にする。

波ラウンチャ２４３は、プラズマ空間１１６にマイクロ波パワーを放射するように構成されたマイクロ波ラウンチャを含む。マイクロ波ラウンチャは、マイクロ波源、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源に結合されることができ、マイクロ波パワーは、同軸フィード２３８を介してマイクロ波ラウンチャに結合される。マイクロ波源によって生成されるマイクロ波エネルギーは、マイクロ波発振器へ反射されるマイクロ波エネルギーを吸収するためのアイソレータ（図示せず）に導波管（図示せず）を介して案内され、その後、それは同軸コンバータ（図示せず）を介して同軸ＴＥＭモードにコンバートされる。チューナは、インピーダンスマッチングのために、および改良されたパワー伝達のために使用されることができる。マイクロ波エネルギーは、同軸フィード２３８を介してマイクロ波ラウンチャに結合され、ここで、別のモード変化は、同軸フィード２３８内でＴＥＭモードからＴＭモードへと生じる。同軸フィードおよび波ラウンチャのデザインに関する付加的な詳細は、米国特許番号５，０２４，７１６号、名称「エッチング、アッシング、および膜−形成のためのプラズマ処理装置」で見いだすことができ、その全体の内容は、参照によってここに取り入れられたものとする。

なお図２を参照して、プラズマソース２３０は、処理チャンバ１１０の上部チャンバ部分１１２に結合され、そこにおいて、真空シールは、シーリングデバイス２５４を使用して、上部チャンバ壁２５２と、プラズマソース２３０との間に形成されることができる。シーリングデバイス２５４は、エラストマＯリングを含むことができるが、しかしながら、他の周知のシール機構が、使用されることができる。一般に、同軸フィード２３８の内部導体２４０および外部導体２４２は、導電材料、例えば金属を含み、さらに低速波長板２４４および共振器プレート２５０は、誘電材料を含む。後者において、低速波長板２４４および共振器プレート２５０は、好ましくは同一材料であるが、しかしながら異なる材料が、使用されることができる。低速波長板２４４および共振器プレート２５０の製造のために選ばれる材料は、自由空間波長に対して伝播する電磁（ＥＭ）波の波長を減少するように選択され、低速波長板２４４および共振器プレート２５０の寸法は、プラズマ空間１１６内にＥＭエネルギを放射するために効果的な定在波の形成を確実にするように選択される。１つの実施形態において、低速波長板２４４および共振器プレート２５０は、石英（二酸化珪素）から製造される。特に、プラズマ処理システムが、エッチングプロセスアプリケーションのために利用されるときに、石英は、多くの場合、エッチングプロセスとの互換性のために選ばれる。しかしながら、本発明の発明者は、低速波長板２４４および共振器プレート２５０の材料として石英を使用することに関するいくつかの問題を観測した。

定在波電界の開始（ｏｎｓｅｔ）は、低電力プラズマプロセスに対する石英−プラズマ界面に隣接して滞在しなければならない。本発明の発明者は、石英−プラズマ界面での定在波を有する石英共振器プレートの使用が、プラズマパラメータシフトとしてモードジャンプしやすくなり得ることを観測した。特に、プラズマパラメータのシフトは、石英共振器の減衰する電界に影響を及ぼす。もし誘電体共振器内の電界の強さが、プラズマパラメータのシフトによる電界の変化より十分に大きくないならば、このようなシフトによって電圧定在波比（ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ ｒａｔｉｏ：ＶＳＷＲ）ジャンプまたは定在波モードジャンプが生じ得る。共振器プレートおよび低速波長板の製造のための材料として石英を使用するときは、また、スロットアンテナのデザイン（多数のスロット、それらのサイズ、ジオメトリ、および分布）は、プラズマ空間１１６の空間的に均一なプラズマに影響を及ぼすことに対して効果的ではない。従って、特別な形状は、均一なプラズマを形成するために必要であり得る。図３は、プラズマ空間１１６のプラズマの空間均一性を改良するように構成された１つ以上の同一中心の溝２６０を更に含むことができるプラズマソース２３１である。しかしながら、この構成は、石英共振器プレートの費用を増加させ得る。

本発明の他の実施例において、低速波長板２４４および共振器プレート２５０は、高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料から製造されることができる。ここで使用しているように、「高誘電率」および「ｈｉｇｈ−ｋ」材料は、二酸化珪素（ほぼ３．９の値）の値以上の誘電率を有する材料を指す。本発明の発明者は、ｈｉｇｈ−ｋ材料の使用が、たとえば、上記の石英のような他の材料に対して、プラズマパラメータのシフトによるモードジャンプのリスクの減少に至ることができると認識した。さらに、ｈｉｇｈ−ｋ材料の使用によって、スロットアンテナのデザインが、プラズマ空間１１６に形成されたプラズマの空間均一性を制御する際の有効性を改良する。またさらに、ｈｉｇｈ−ｋ材料の使用が、プロセス化学の分子成分の減少した解離を許容し、このことにより、図１に関する上記のようなより高いプロセス制御を許容する。この点に関しては、本発明の発明者は、低速波長板２４４および共振器プレート２５０に対するｈｉｇｈ−ｋ材料の使用は、典型的な図１の分割されたチャンバ構成と同様に従来の単一のチャンバのプラズマチャンバのプロセス制御を改良することができることを認識した。

１つの実施形態において、ｈｉｇｈ−ｋ材料は、内在性の（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）結晶シリコン、アルミナセラミック、窒化アルミニウム、およびサファイヤを含むことができる。しかしながら、他のｈｉｇｈ−ｋ材料は、本発明によって使用されることができる。さらに、特定のｈｉｇｈ−ｋ材料は、特定のプロセスのパラメータに従って選ばれることができる。たとえば、共振器プレート２５０が、内在性の結晶シリコンから製造されるときに、プラズマ振動数は、４５℃の温度で２．４５ＧＨｚを上回る。従って、内在性の結晶シリコンは、低温過程（すなわち、４５℃未満の）に対して適切である。より高温度プロセスに対して、共振器プレート２５０は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはサファイヤから製造されることができる。

上述の通り、プラズマソースの共振器プレートは、共振器プレートを高額にする限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）を有する。上記のｈｉｇｈ−ｋ材料でできている共振器プレートと同様に、これは、石英共振器プレートに対しても、該当する。しかしながら、プラズマ空間１１６のプラズマの腐食性の性質によって、共振器プレート２５０がその限界寸法からの逸脱を生じ得て、このことにより費用のかかる共振器プレート２５０の頻繁な交換を必要とする。これは、特に、共振器プレートがプラズマと同様にプロセスガスに曝される従来の単一のチャンバプラズマシステムに対しても該当する。本発明の発明者は、腐食性のプラズマおよび共振器プレート２５０の限界寸法を維持する要件のために、カバープレートが、より費用のかかる共振器プレート２５０を保護するために消耗可能なコンポーネントとして使用されることができることを認識した。

したがって、さらにもう一つの実施例に係るカバープレート２６５は、図４にて図示したように、共振器プレート２５０の下面に結合する。カバープレートの厚さは、その中で定在波を維持することがないように、十分に薄いものが選ばれる（すなわち、厚さは、電磁気的に臨界ではない）；しかしながら、それは、機械的安定度のために十分に厚い。たとえば、カバープレート２６５は、厚さ１〜５ｍｍ、または、望ましくは、厚さ２〜３ｍｍの石英カバープレートを含むことができる。さらに、共振器プレート２５０の下面（または接触面）およびカバープレート２６５の上面（または接触面）は、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間の良好なコンタクトを確実にするように磨かれていることができる。薄膜は、また、共振器プレート２５０の下面に堆積することができ、そして、良好なコンタクトを提供するために磨かれる。例えば、薄膜は、ＳｉＯ_２の薄膜を含むことができ、それは、最高２ミクロンの熱（ｔｈｅｒｍａｌ）ＳｉＯ_２または最高６ミクロンの物理蒸着（ＰＶＤ）ＳｉＯ_２を含むことができる。従来技術において当業者によって理解されるように、カバープレート２６５は、カバープレート２６５の除去および交換を許容する固定具またはいくつかの他の機構によって共振器プレートに、好ましくは結合される。

費用のかかる共振器プレートコンポーネントに対して腐食保護を提供するカバープレート２６５の利点にも関わらず、本発明の発明者は、カバープレートが、プラズマ処理システム、例えば図１のプラズマシステムまたは従来の単一のチャンバのプラズマシステムのプラズマの不安定性の一因となり得ることを見いだした。図９Ａは、共振器プレート２５０およびカバープレート２６５に対する単純な幾何学的な界面を記載する無限の平板モデルである。電気および磁気フィールドの分析的表示は、均一なヘルムホルツ方程式（すなわち以下に示す）を使用して決定されることができる。

および

ここでｘ、ｙおよびｚは、図９Ａで示すように直交座標系（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）であり、Ｅｚは、ｚ方向の電界であって、Ｅｘは、ｘ方向の電界であって、Ｈｙはｙ方向の磁場であって、ｋ_２５０は、共振器プレートのカットオフ波数であって、κ_２５０は、共振器プレート材料の誘電率であって、Ｙ_０は、真空波（ｖａｃｕｕｍ ｗａｖｅ）アドミタンス（Ｙ_０＝（ε_０／μ_０）^１／２＝Ｚ_０ ^−１）である。また、上記の方程式で、βは、基本の分散関係β^２＝ｋ^２−ｋ_ｃ ^２＝κ_２５０ｋ_０ ^２−ｋ_２５０ ^２＝κ_２６５ｋ_０ ^２＋ｈ^２からの伝搬定数であり、ここで、κ_２６５は、カバープレート材料の誘電率であり、ｋは、媒体波数（ｍｅｄｉｕｍ ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ）であり、ｋ_ｃは、媒体カットオフ波数（ｍｅｄｉｕｍ ｃｕｔ−ｏｆｆ ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ）であり、ｈは、フィールド減衰定数（ｆｉｅｌｄ ｄａｍｐｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、ｋ_０は、真空波数（ｖａｃｕｕｍ ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ）であり、および、ｋ_２６５＝ｊｈである。したがって、ここで共振器プレートは、内在性の結晶シリコンから製造され、カバープレートは、二酸化珪素から製造され、下付き添字「２５０」は、内在性の結晶シリコンの材料特性を指し、下付き添字「２６５」は、二酸化珪素の材料特性を指す。

図９Ａに示すように、第１の表面波が、共振器プレートと、カバープレート界面との間に存在し、消え去っていく（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ）電界の開始は、この界面で生ずる。ｋ_１およびｋ_２によって表される電磁波は、図９Ａの２つの典型的なモードとして記載される。波ｋ_１，２およびｋ_２，２は、内在性の結晶シリコン（例えばκ〜１２、およびλ_Ｓｉ〜１ｃｍ）の位相速度と、二酸化珪素（κ〜４、およびλ_ＳｉＯ２〜３ｃｍ）の位相速度との間の位相速度で進行するこの界面での表面波を表す。もしカバープレートの厚さが、ＥＭ波の波長より非常に大きいならば、ｘ＞ｓに対する無限の平板モデルフィールド解は、

および

（ここで、真空中のとき、ｋＹ＝ｋ_０Ｙ_０；および、カバープレート内の表面波に対しては、ｋＹ＝κ_２６５ｋ_０Ｙ_０）
しかしながら、カバープレートの厚さは、単なる波長の部分、従って、電界の減衰深さのより小さい部分であるので、解の上記セットは、不完全である。例えば、カバープレートと、プラズマとの間の界面での付加的な反射は、起こり、ｘ＞ｑに対する異なる崩壊定数が存在する。伝搬定数が、共振器プレート、カバープレート、およびプラズマに対して同じでなければならないという理由から、新しいβが存在する。さらに重要なことに、新しいβは、共振器プレート、カバープレート、およびプラズマにまたがっている新しい位相速度に至る。

従って、カバープレートの影響として、プラズマ不安定性が、プラズマパラメータのシフトの結果として起こり得るかもしれない。プラズマに対する誘電率は、プラズマパラメータの広範囲にわたりほぼ単一の値であるが、ＥＭ波分散は、電子密度（ｎ_ｅ）、電子温度（Ｔ_ｅ）などに強く影響を受ける。分散関係がプラズマ内で変化するとき、表面波伝播定数は変化する。その結果として、フィールド解は、変化する。直接の影響は、プラズマ処理チャンバの安定性を減少させ、これによりプラズマ処理システムで実行されるプロセスの再現性を減少させるＶＳＷＲおよび可能なモードジャンプの増加を含み得る。このようなモードホップが、カバープレートなしで存在し得る一方、増加したプラズマの不安定の可能性は、表面波プラズマソース上の消耗可能なカバープレートを使用する現在の不良に関与するファクタであるかもしれない。

しかしながら、本発明の発明者は、モードスクランブラが、モードジャンプの影響を軽減するためにプラズマソースに結合することができることを見いだした。特に、波ラウンチャ２４３のキャビティモードは、プラズマパラメータと同様に、波ラウンチャキャビティのジオメトリおよび波ラウンチャキャビティの材料特性に依存し得る。モードスクランブラの使用は、その結果としてキャビティモードのプラズマパラメータの変化の影響を低減する。この点に関しては、モードスクランブラは、防護カバー２６５の使用を容易にするように提供されることが出来るが、一方では、上記のようにモードホップが生じる可能性のために使用されることができない。上記で議論した図１のシステムと同様に、これは、従来のプラズマシステムに対して該当する。さらに、モードスクランブラは、カバープレートを有する、もしくはカバープレートを有しないＳＷＰソースのためのモードホッピングを抑制するように使用されることができる。

図５は、プラズマソースの１つの実施形態に係る共振器プレートの下面に結合されたモードスクランブラを示す。この図に示すように、モードスクランブラ２７０は、１つ以上のガスプレナム２７２に結合された１つ以上のガス穴２７４を備える。図５の実施形態において、ガス、例えば第１のガスすなわち不活性ガスがプラズマ空間１１６に導入されるように、ガスプレナム２７２は、ガス穴２７４によってプラズマ空間１１６に結合される。図５において、各々のガス穴２７４は、ガスプレナム２７２に結合されていることを示すが、一つ以上のガス穴２７４の１つ以上は、ガスプレナム２７２に結合されることができない。更に、１つの実施の形態において、一つ以上のガス穴２７４の１つ以上は、排気されることができる。

なお図５を参照し、プラズマソース２３３は、処理チャンバ１１０の上部チャンバ部分１１６に結合され、そこにおいて、真空シールは、シーリングデバイス２５４を使用して、上部チャンバ壁２５２と、プラズマソース２３０との間に形成されることができる。シーリングデバイス２５４は、エラストマＯリングを含むことができるが、しかしながら、他の周知のシーリングデバイスも、使用されることができる。さらにまた、第２および第３のシーリングデバイス、２５５Ａおよび２５５Ｂは、同軸フィード２３８の真空シールを提供するように利用されることができる。

図６は、さらにもう一つの実施例に係るプラズマソースを示す。この図に示すように、モードスクランブラ２７０は、プラズマソース２３３の共振器プレート２５０の下面に結合される。ここで、モードスクランブラ２７０は、カバープレート２６５と、共振器プレート２５０の界面とに形成される１つ以上の止まり穴２７６を備える。図９Ｂは、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間に形成された止まり穴２７６に対して単純な幾何学的な界面を示している無限の平板モデルである。図９Ｂに示すように、ｋ_１、ｋ_２、およびｋ_３によって表される電磁波は、３つの典型的なモードとして記載される。表面波ｋ_１，２（ｋ_１，３）およびｋ_２，２（ｋ_２，３）は、プラズマ空間１１６のプラズマにエネルギの効果的な結合を表す。しかしながら、波ｋ_３は、プラズマ加熱の一因とならず、それは、プラズマによって反射される。本発明の発明者は、電磁波の特定のモードのこの反射が、ＳＷＰソースに起こり得るモードホッピングの可能性を低減し、カバープレート２６５によって増強されることができることを確定した。

１つ以上の止まり穴２７６の数、ジオメトリ、分布、およびサイズは、また、プラズマ空間１１６の均一なプラズマを提供するために選ばれることができる。したがって、モードスクランブラは、プラズマ均一性の付加的な制御を提供するように使用されることができる。加えて、１つ以上の止まり穴２７６は、図６に示すようにプラズマからシールするよりはむしろ、プラズマ空間１１６に開放されることができる。しかしながら、このような構成において、各々の止まり穴のサイズ、例えば各々の穴の幅または直径は、モードホッピングの一因となり得る穴内のプラズマの形成を回避するために、十分に小さくされるべきである。もしプラズマが、１つ以上の穴内で形成を可能にされるならば、それで、１つ以上の穴は、プラズマによる腐食に曝されることができ、それ故、穴に損害を与え、穴の寸法を変えてしまう。穴寸法のこれらの変化は、プラズマソースと、プラズマとの間のパワーを結合させる際の変化につながり得る。たとえば、各々の止まり穴の幅または直径は、１００ｍＴｏｒｒ未満の処理圧力に対して２ｍｍ以下であることができる。圧力が増加するに従って、止まり穴のサイズは、その中のプラズマの形成を防止するために減少されるべきである（例えば、ｐ＝２００ｍＴｏｒｒのとき、直径は１ｍｍ以下であるべきである）。加えて、たとえば、１ｍｍ未満の止まり穴径は、λ_Ｓｉ〜１ｃｍに対するキャビティモードを攪乱するために効果的であることができる。

１つ以上の止まり穴は、穿孔（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）またはミリング技術、ソニックミリング、レーザーミリングもしくはエッチングプロセス、またはそれらの何らかの組合せを使用して製造されることができる。エッチングプロセスは、共振器プレート２５０に止まり穴を形成するために利用されることができるドライまたは湿式のエッチングプロセスを含むことができる。１つの実施形態において、薄いＳｉＯ_２層、例えば熱ＳｉＯ_２の２ミクロン層または物理蒸着（ＰＶＤ）ＳｉＯ_２の６ミクロン層は、共振器プレート２５０の下面に堆積されることができる。その後、薄いＳｉＯ_２層は、たとえば、エッチングプロセスを使用してパターニングされることができ、そのパターンとは、エッチングプロセスを使用して共振器プレート２５０に転写することができ、それによって薄いＳｉＯ_２層は、ハードマスクをとしての機能を果たし、１つ以上の止まり穴のジオメトリを規定する。さらにまた、維持されている薄いＳｉＯ_２層は、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間の良好な界面を確実にするのに役に立つことができる。

プラズマソースのさらにもう一つの実施例に係る図６に記載されたモードスクランブラの止まり穴２７６は、穴の中でのプラズマの形成を予防するために、材料で埋められることができる。たとえば、図７に記載の、コーティング２７８は、１つ以上の止まり穴２７６を埋めるために、共振器プレート２５０の下面に適用されることができる。コーティング２７８は、好ましくは、共振器プレート２５０の誘電率より低い誘電率を有する材料である。たとえば、共振器プレートがｈｉｇｈ−ｋ材料であるところ、コーティング２７８は、ほぼ４の誘電率を有するＳｉＯ_２を含むことができる。別の形態として、コーティングは、ＳｉＯ_２の誘電率より低い誘電率を有する低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を含むことができる。さらに、コーティング２７８は、好ましくは、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間の界面の確実性を改良するために共振器プレートに対する膨張率とコンパチブルである熱膨張係数を有するｌｏｗ−ｋ材料を含むことができる。たとえば、ｌｏｗ−ｋ材料は、有機、無機、および無機−有機ハイブリッド材料の少なくとも１つを含むことができる。さらにまた、ｌｏｗ−ｋ材料は、多孔質または無孔質のコーティングを含むことができる。

加えて、たとえば、コーティング２７８は、無機の、ケイ酸塩ベースの材料、例えば、ＣＶＤ技術を使用して堆積された酸化されたオルガノシラン（またはオルガノシロキサン）を含むことができる。このようなコーティングの実施例は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から市販されているブラックダイヤモンド（登録商標）ＣＶＤ有機珪酸塩ガラス（ＯＳＧ）膜、またはノベラスシステムから市販されているコーラル（登録商標）ＣＶＤ膜を含む。コーティング２７８は、また、小さいボイド（または孔）を作成するために硬化（ｃｕｒｉｎｇ）プロセスの間に壊されるＣＨ_３結合を有する酸化シリコンベースのマトリックスのようなシングルフェーズ材料、および／または硬化プロセスの間に蒸発する有機材料（例えばポロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ））の孔を有する酸化シリコンベースのマトリックスのようなデュアルフェーズ材料を含むことができる。別の形態として、コーティング２７８は、無機の、ケイ酸塩ベースの材料、例えば水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）またはメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）を含むことができ、それは、ＳＯＤ技術を使用して堆積される。このようなコーティングの実施例は、ダウコーニングから市販されているＦＯｘ ＨＳＱと、ダウコーニングから市販されているＸＬＫ多孔質ＨＳＱと、ＪＳＲマイクロエレクトロニクスから市販されているＪＳＲ ＬＫＤ−５１０９とを含む。なお、あるいは、コーティング２７８は、ＳＯＤ技術を使用して堆積される有機材料を含むことができる。このようなコーティングの実施例は、ダウケミカルから市販されているＳｉＬＫ―Ｉ、ＳｉＬＫ−Ｊ、ＳｉＬＫ−Ｈ、ＳｉＬＫ−Ｄ、および多孔質ＳｉＬＫ半導体誘電体樹脂と、ハネウェルから市販されているＦＬＡＲＥ（登録商標）およびナノ−ガラス（Ｎａｎｏ−ｇｌａｓｓ）を含む。

コーティング２７８は、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）技術、または、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から市販されているクリーントラックＡＣＴ ８ ＳＯＤおよびＡＣＴ １２ ＳＯＤコーティングシステムで提供されるようなスピンオン誘電体（ＳＯＤ）技術を使用して形成されることができる。クリーントラックＡＣＴ ８（２００ｍｍ）およびＡＣＴ １２（３００ｍｍ）コーティングシステムは、ＳＯＤ材料に対して、コーティングし、ベーキングし、そして硬化させるツールを提供する。トラックシステムは、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、およびより大きい基板サイズを処理するために構成されることができる。基板上にコーティングを形成するための他のシステムと方法は、スピンオン技術および蒸着技術の当業者にとって周知である。一旦、コーティング２７８が塗布されると、それは、たとえば、カバープレート２６５との界面を改良されるされた界面を提供するために研磨されることができる。研磨工程は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）を含むことができる。

プラズマソースのさらにもう一つの実施例によれば、１つ以上の止まり穴２７６を有するモードスクランブラ２７０は、止まり穴内のプラズマの形成を防止するために、プラズマアレスタで埋められることができる。たとえば、図８に記載の、１つ以上の止まり穴２７６は、球状ペレット２８０で埋められる。球状ペレット２８０は、たとえば、上記の通り、ＳｉＯ_２またはｌｏｗ−ｋ材料であることができる。一旦、１つ以上の止まり穴が、球状ペレット２８０を積み込まれる（ｌｏａｄ）と、各々のペレットは、各々のペレットを各々の止まり穴に圧入することによって、またはカバープレート２６５を共振器プレート２５０に結合させることによって止まり穴の中で各々のペレットを保持することによって固定される。ペレットの物理的存在は、加速された自由電子の経路を減少させ（電子は、ペレットに衝突する）、したがって、雪崩イオン化を抑制する。一つの実施例において、各々の止まり穴２７６は、２ｍｍ直径×２ｍｍ深さを含むことができ、各々のペレット２８０は、２ｍｍおよびより少ないの直径を有することができる（止まり穴内にフィットするように十分に小さいように）。加えて、共振器プレート２５０と、カバープレート２６５との間の良好な界面を確実にするために、薄いＳｉＯ_２層、たとえば熱ＳｉＯ_２の２ミクロン層または物理蒸着（ＰＶＤ）ＳｉＯ_２の６ミクロン層は、共振器プレート２５０の接触面に堆積されることができる。

上記のように、図１のグリッド１４０は、プラズマ処理システムのプロセス均一性を制御するように構成されることができる。特に、グリッド１４０は、第１および第２のガスを導入するためのガス注入グリッドとして使用されることができる。図１０は、１つの実施形態に係るガス注入グリッドの詳細を示す処理システムの一部である。処理チャンバ３１０は、プラズマ空間３１６を囲う上部チャンバ部分３１２と、プロセス領域３１８を囲う下部チャンバ部分３１４とを含んで記載される。プラズマソース３３０、例えば上記の通りの表面波プラズマソースは、上部チャンバ部分３１２に結合され、プラズマ空間３１６にプラズマを形成するように構成される。ガス注入グリッド３４０は、上部チャンバ部分３１２と、下部チャンバ部分３１４に結合され、プラズマ空間３１６と、処理空間３１８との間に位置づけられる。図１０にて図示したように、ガス注入グリッド３４０は、上部チャンバ部分３１２に結合され、そして、それは、上部シーリングデバイス３４４、例えばエラストマＯリングを使用して真空で使用するために、シールされる。また、図１０にて図示したように、ガス注入グリッド３４０は、下部チャンバ部分３１４に結合され、それは、下部シーリングデバイス３４６、例えばエラストマＯリングを使用して真空で使用するために、シールされる。

ガス注入グリッド３４０は、プラズマ空間３１６をプラズマが処理空間３１８に拡散することができる処理空間３１８に結合させる１つ以上の通路３４２を備えている。図１０の実施形態において、ガス注入グリッド３４０は、第１のガスチャンネルアレイ３５６に結合された１つ以上のガス注入オリフィス（図示せず）を介してプラズマ空間３１６に第１のガスを導入するように構成される。第１のガスチャンネルアレイ３５６は、第１のガス供給システムに結合される１つのガスチャンネルまたは第１のガス供給システムに独立して結合されるガス注入グリッド３４０に複数のゾーンを形成する複数のガスチャンネルを含むことができる。後者の場合、第１のガスの組成、もしくは第１のガス流量、または両方は、１つのガスチャンネルから次へと変化することができる。このような変化によって、プラズマ空間３１６のプラズマの条件は、要求されるように空間均一性または不均一性を達成するように空間的に制御されることができる。たとえば、プラズマの空間均一性は、プロセス均一性を維持するように使用されることができ、プラズマの不均一性は、処理システムの他の条件を補うように使用されることができる。

また、図１０の実施形態に示すように、ガス注入グリッド３４０は、第２のガスチャンネルアレイ３６６に結合される１つ以上のガス注入オリフィス（図示せず）を介して処理空間３１８に第２のガスを導入するように構成される。第２のガスチャンネルアレイ３６６は、第２のガス供給システムに結合される１つのガスチャンネルを、または、第２のガス供給システムに独立して結合される複数のガスチャンネルを含むことができる。後者において、第２のガスの組成、もしくは第２のガス流量、または両方は、１つのガスチャンネルから次へと変化することができる。第１のガスと同様に、このような変化は、要求されるように空間均一性または不均一性を達成するようにプロセスガス空間の空間制御を提供するように使用されることができる。

また、図１０の実施形態において、ガス注入グリッド３４０の温度は、冷却するときにガス注入グリッド３４０から熱交換器（図示せず）まで熱を移送するために、または、加熱するときに熱交換器からガス注入グリッド３４０まで熱を移送するために、流体チャンネルアレイ３７６を介して熱伝達流体を回して制御されることができる。流体チャンネルアレイ３７６は、温度制御システムに結合される１つの流体チャンネルを、または独立して温度制御システムに結合される複数の流体チャンネルを含むことができる。後者において、熱伝達流体の組成、もしくは熱伝達流体の温度、もしくは熱伝達流体の流量、またはそれらの何らかの組合せは、１つの流体チャンネルから次へと変化することができる。したがって、流体チャンネルアレイ３７６は、また、プラズマおよび処理空間の空間制御を提供するように使用されることができる。

図１０にて図示したように、第１のガスは、ガスライン３５４の第１のアレイを介して、第１のガスチャンネルアレイ３５６に結合される。第１のガスは、図１に記載された第１のガス供給システム１５０のような第１のガス供給システムを結合するためのポイントを可能にするガスフィッティング３５２の第１のアレイを介してガスライン３５４の第１のアレイに結合されている。たとえば、ガスフィッティング３５２の第１のアレイは、上部チャンバ部分３１２に位置づけられることができ、ガスライン３５４の第１のアレイは、ガス注入グリッド３４０内に、上部チャンバ部分３１２を介して通過することができ、そして、それによって、ガスシーリングデバイス３５８の第１のアレイは、第１のガスのリークを防止するように利用される。たとえば、ガスシーリングデバイス３５８の第１のアレイは、１つ以上のエラストマＯリングを含むことができる。

図１１にて図示したように、第２のガスは、ガスライン３６４の第２のアレイを介して、第２のガスチャンネルアレイ３６６に結合される。第２のガスは、図１に記載された第２のガス供給システム１６０のような第２のガス供給システムを結合するためのポイントを可能にするガスフィッティング３６２の第２のアレイを介してガスライン３６４の第２のアレイに結合されている。たとえば、ガスフィッティング３６２の第２のアレイは、上部チャンバ部分３１２に位置づけられることができ、ガスライン３６４の第２のアレイは、ガス注入グリッド３４０内に、上部チャンバ部分３１２を介して通過することができ、そして、それによって、ガスシーリングデバイス３６８の第２のアレイは、第２のガスのリークを防止するように利用される。たとえば、ガスシーリングデバイス３６８の第２のアレイは、１つ以上のエラストマＯリングを含むことができる。

加えて、図１２にて図示したように、熱伝達流体は、流体ライン３７４のアレイを介して、流体チャンネルアレイ３７６に結合される。熱伝達流体は、図１に記載された温度制御システム１７０のような温度制御システムを結合するためのポイントを可能にする流体フィッティング３７２のアレイを介して流体ライン３７４のアレイに結合されている。たとえば、流体フィッティング３７２のアレイは、上部チャンバ部分３１２に位置づけられることができ、流体ライン３７４のアレイは、ガス注入グリッド３４０内に、上部チャンバ部分３１２を介して通過することができ、それによって、流体シーリングデバイス３７８のアレイは、熱伝達流体のリークを防止するように利用される。たとえば、流体シーリングデバイス３７８のアレイは、１つ以上のエラストマＯリングを含むことができる。

したがって、上記のように、ガス注入グリッドの１つの実施形態によって、第１のガスチャンネルアレイ、第２のガスチャンネルアレイ、および／または第３のガスチャンネルアレイが、処理チャンバの条件の空間制御を提供するために使用されることができる。この空間制御は、基板表面でのプロセスの空間制御を改良するために上で記載されている従来の処理チャンバの制御技術を置き換えるかまたは増大させるように使用されることができる。図１３および図１４は、本発明の２つの実施形態に係る改良された空間制御を提供するためのガス注入グリッドのトップダウンの図を示す。

図１３において、ガス注入グリッド３４０Ａは、記載され、そこにおいて、ガス注入グリッドは、通路３４２Ａの矩形分布を含み、しかしながら、異なった通路が使用されることもできる。図１３の実施例において、第１のガスは、３つの分離したガスライン３５４Ａ、３５４Ｂ、および３５４Ｃを介して、３つのガスチャンネル３５６Ａ、３５６Ｂ、および３５６Ｃに独立して接続される。同様に、図１４で、ガス注入グリッド３４０Ｂは、記載され、そこにおいて、ガス注入グリッドは、通路３４２Ｂの円形分配を含む。たとえば、図１４に示すように、第１のガスは、３つの分離したガスライン３５４Ａ、３５４Ｂ、および３５４Ｃを介して、３つのガスチャンネル３５６Ａ、３５６Ｂ、および３５６Ｃに独立して接続される。図示はしていないが、分離したマスフローコントローラ、または分離したマスフローコントローラのアレイは、ガス注入グリッド３４０Ａにわたって異なったガス組成および／または流量の使用を許容するように、図１３及び図１４の各々のガスラインに接続されることができる。図１３は、閉じられた矩形ループを示し、図１４は、同心で間隔を置かれ、ガス供給によって各々提供される閉じられた円形ループを示す一方、本発明は、この構成に制限される。たとえば、図１３の矩形のガスチャンネルの各辺は、空間制御のより高い度合いを提供するために、分離したガス供給で提供されることができる。さらに、図１３および図１４は、第１のガスのガスチャンネルおよびガスラインを示しているガス注入グリッド３４０の上部表示であり、図１３および図１４の空間構成は、第２のガスチャンネルアレイまたは流体チャンネルアレイのために使用されることができる。加えて、異なった空間制御構成は、必要に応じて、これらのチャネルアレイの各々のために使用されることができる。

図１０〜図１４に記載されたガス注入グリッド３４０（３４０Ａ、３４０Ｂ）は、アルミニウムのような金属、またはアルミナのようなセラミックから作られることができる。別の形態として、ガス注入グリッド３４０は、石英、シリコン、炭化珪素、窒化シリコン、窒化アルミニウム、またはカーボンで製作されることができる。加えて、ガス注入グリッド３４０は、コーティングによって保護されていることができる。例えば、コーティングは、表面陽極酸化、プラズマ電解酸化を使用して形成されたコーティング、または熱溶射皮膜（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）のようなスプレーコーティングのうちの１つを含むことができる。実施例において、コーティングは、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＹ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを含むことができる。他の例では、コーティングは、第ＩＩＩ列元素（周期表の列ＩＩＩ）、および、ランタニド系元素のうちの少なくとも１つを含む。他の例では、ＩＩＩ列元素は、イットリウム、スカンジウム、およびランタンのうちの少なくとも１つを含む。他の例では、ランタニド系元素は、セリウム、ジスプロシウム、およびユウロピウムのうちの少なくとも１つを含む。別の実施形態において、コーティングを形成する複合物は、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｆ_３、ＹＦ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｅｕ_２Ｏ_３、およびＤｙＯ_３のうちの少なくとも１つを含む。他の例では、コーティングは、Ｋｅｒｏｎｉｔｅ（Ｋｅｒｏｎｉｔｅ株式会社（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ＰＯ Ｂｏｘ ７００， Ｇｒａｎｔａ Ｐａｒｋ， Ｇｒｅａｔ Ａｂｉｎｇｔｏｎ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ ＣＢ１ ６ＺＹ， ＵＫ）から市販されている表面コーティング処理）を含むことができる。他の例では、コーティングは、シリコン、炭化珪素、アルミナ、テフロン（登録商標）、ベスペル、またはカプトンのうちの少なくとも１つを含むことができる。

再び図１を参照して、基板１２５は、機械的なクランピングシステムまたは電気的なクランピングシステム、例えば静電クランピングシステムを介して基板ホルダ１２０に固定されることができる。さらにまた、基板ホルダ１２０は、基板ホルダ１２０から熱を受け、そして、熱を熱交換器システム（図示せず）に移送し、または、加熱するときには、熱交換器システムから熱を移送する再循環クーラントフローを含む冷却システムを更に含むことができる。さらに、ガスは、基板１２５と、基板ホルダ１２０との間のガスギャップ熱伝導を改良するために、裏面ガスシステムを介して基板１２５の裏面に供給されることができる。基板の温度コントロールが上昇するか減少する温度で必要なときに、このようなシステムは利用されることができる。たとえば、裏面ガスシステムは、２ゾーンガス分配システムを含むことができ、そこにおいて、ヘリウム気体ギャップ圧力は、基板１２５の中心と、エッジとの間を独立して変化させることができる。他の実施の形態において、加熱／冷却素子、例えば抵抗加熱部材または熱電気ヒータ／冷却装置は、基板ホルダ１２０、同じく処理チャンバ１１０のチャンバ壁、および、プラズマ処理システム１００内の他のいかなるコンポーネントにも含まれることができる。

さらにまた、基板ホルダ１２０は、ラジオ周波数（ＲＦ）パワーが処理空間１１８のプロセスプラズマに結合される電極を含むことができる。たとえば、基板ホルダ１２０は、ＲＦ発振器（図示せず）から、インピーダンスマッチングネットワーク（図示せず）を介して、基板ホルダ１２０にＲＦ電力の伝達を介したＲＦ電圧で電気的にバイアスをかけられることができる。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚまでの範囲である。プラズマ処理のためのＲＦバイアスシステムは、当業者にとって周知である。代わりとして、ＲＦ電力は、複数の周波数で基板ホルダ電極に印加される。さらにまた、インピーダンスマッチングネットワークは、反射パワーを減少することによってプラズマ処理チャンバ１０のプラズマへのＲＦ電力の移送を改良するために役に立つ。マッチングネットワークトポロジ（例えばＬ−タイプ、π−タイプ、Ｔ−タイプなど）、および自動制御法（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ）は、当業者にとって周知である。

典型的な図１の温度制御システム１７０は、ガス注入グリッド１３０の温度を制御するために必要なコンポーネントを含むことができる。たとえば、温度制御システム１７０は、熱伝達流体の温度を制御するための熱交換器と、ガス注入グリッド１３０の１つ以上のチャネルに熱伝達流体の流量を供給し制御するためのポンプおよびマスフローコントローラと、温度感知装置と、コントローラなどとを含むことができる。

電気バイアスコントロールシステム１７５は、ガス注入グリッド１３０に電気的にバイアスをかけるために必要なコンポーネントを含むことができる。電気バイアスは、直流（ＤＣ）電気バイアス、もしくは交流（ＡＣ）電気バイアス、またはそれらの組合せを含むことができる。たとえば、電気バイアスは、ラジオ周波数（ＲＦ）電気バイアスを含むことができる。電気バイアスコントロールシステム１７５は、電圧／電流源またはパワーソース、電圧または電流またはインピーダンスの測定デバイス、コントローラなどを含むことができる。

典型的な図１の排気システム１８０は、１秒あたり約５０００リットル（および、より高い）までの排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力をスロット調整するためのゲートバルブとを含むことができる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来のプラズマ処理装置において、１秒あたり１０００〜３０００リットルのＴＭＰは、一般に使用される。さらに、チャンバ圧力をモニタリング（図示せず）するためのデバイスは、処理チャンバ１１０に結合されることができる。圧力測定デバイスは、たとえば、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（アンドーバー、ＭＡ）から市販されているタイプ６２８Ｂ Ｂａｒａｔｒｏｎ絶対キャパシタンスマノメータであることができる。

なお図１を参照し、コントロールシステム１９０は、マイクロプロセッサ、メモリ、および、プラズマ処理システム１００と通信し、プラズマ処理システム１００からの出力をモニターするのと同様に、プラズマ処理システム１００への入力をアクティブにするために十分な制御電圧を生成することが可能なデジタル入出力ポートを含むことができる。さらに、コントローラ１９０は、処理チャンバ１１０、基板ホルダ１２０、プラズマソース１３０、ガス注入グリッド１４０、第１のガス供給１５０、第２のガス供給１６０、温度制御システム１７０、電気バイアスコントロールシステム１７５、および、排気システム１８０に結合されることができ、それらと情報を交換することができる。たとえば、メモリに格納されたプログラムは、エッチングプロセスまたは堆積プロセスを実行するために、プロセスレシピによってプラズマ処理システム１００の上記コンポーネントへの入力をアクティブにするために利用されることができる。コントローラ１９０の１つの実施例は、テキサス州、オースティンのデル社から入手可能な、デルプレシジョンワークステーション６１０（登録商標）である。

コントローラ１９０は、プラズマ処理システム１００に対して近くに位置づけられることができ、または、それは、プラズマ処理システム１００に対して離れて位置づけられることができる。たとえば、コントローラ１９０は、直接接続、イントラネット、インターネット、および、ワイヤレス接続のうちの少なくとも１つを使用してプラズマ処理システム１００とデータを交換することができる。コントローラ１９０は、たとえば、顧客サイト（すなわちデバイスメーカーなど）でイントラネットに、接続されることができ、または、それは、たとえば、ベンダーサイト（すなわち装置製造業者）でイントラネットに、接続されることができる。加えて、たとえば、コントローラ１９０は、インターネットに接続されることができる。さらにまた、別のコンピュータ（すなわちコントローラ、サーバなど）は、直接接続、イントラネット、およびインターネットのうちの少なくとも１つを介して、データを交換するために、コントローラ１９０にアクセスすることができる。また、当業者によって理解されるように、コントローラ１９０は、ワイヤレス接続を介してプラズマ処理システム１００とデータを交換することができる。

ここで図１５を参照して、プラズマ処理システムを操作する方法は、記載されている。方法は、プラズマ処理システム、例えば、図１〜図１４に記載されたプラズマ処理システムに、基板を配置することに関する５１０で開始するフローチャート５００を含む。たとえば、基板は、プラズマ空間を規定するように構成された上部チャンバ部分と、処理空間を規定するように構成された下部チャンバ部分とを有する処理チャンバ内に配置されることができる。

５２０において、第１のガスは、上記の通りの、上部チャンバ部分と、下部チャンバ部分との間に配置されたガス注入グリッドから、または代わりのガス注入方式によって、プラズマ空間へ導入される。第１のガスは、プラズマ形成ガスまたはイオン化可能ガスを含んでいる。たとえば、第１のガスは、不活性ガス、例えば希ガス（すなわちヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン）を含むことができる。５３０において、第２のガスは、ガス注入グリッドまたは他のいかなるガス注入方式からも処理空間へ導入される。第２のガスは、プロセスガスを含んでいる。たとえば、第２のガスは、ハロゲン含有ガス、例えばＣｌ_２、ＨＢｒ、ＳＦ_６、ＮＦ_３などを含むことができる。加えて、たとえば、第２のガスは、Ｃ_ｘＦ_ｙ含有ガス、例えばＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８を含むことができ、ここで、ｘおよびｙは、１以上の整数である。第１または第２のガスは、上記したような空間コントロール技術を使用して注入されることができる。

５４０において、プラズマは、上部チャンバ部分に結合されたプラズマソースを使用して第１のガスから、プラズマ空間内に形成される。プラズマソースは、上記のいずれかのソースである。５５０において、ガス注入グリッドのようなグリッドを介して処理空間をプラズマ空間に結合させることによって、プロセス化学は、基板を処理するための処理空間内に形成される。それは、上記の通り、処理空間へのプラズマの拡散を許容する。

ここで図１６を参照して、プラズマ処理システムの均一性を制御する方法は、実施形態によって提供される。方法は、基板をプラズマ処理システム、例えば図１〜図１４のいずれかに記載されたプラズマ処理システムに配置することに関する６１０で開始するフローチャート６００を含む。たとえば、基板は、プラズマ空間を規定するように構成された上部チャンバ部分と、処理空間を規定するように構成された下部チャンバ部分とを有する処理チャンバに配置されることができる。

６２０において、第１のガスは、上部チャンバ部分と、下部チャンバ部分との間に配置されたガス注入グリッドから、プラズマ空間へ導入される。任意に、プラズマ空間への第１のガスの導入は、上記の通りに、ガス注入グリッドに形成された複数のゾーンから起こる。第１のガスを導入するための各々のゾーンは、１つ以上の注入オリフィスを有するガス注入グリッドに形成されたガスチャンネルを含み、ガスチャンネルは、第１のガス供給システムに独立して接続される。図にて図１３および図１４に示したように、各々のゾーンは、たとえば、径方向に形成されることができる。しかしながら、他の空間的分布も、上記の通りに使用されることができる。このような構成は、グリッドにわたって、異なった流量および／またはガス組成を許容する。

６３０において、第２のガスは、ガス注入グリッドから処理空間へ導入される。任意に、プラズマ空間への第２のガスの導入は、上記の通りに、ガス注入グリッドに形成された複数のゾーンから起こる。第１のガスが、空間制御なしで導入される所で、第２のガスは、空間制御されて導入される。第１および第２のガスの１つは、空間制御を提供する方法によって注入されることが、単に必要なだけであって、しかしながら、このような方法で両方のガスが、注入されることもできる。さらに、空間温度コントロールは、上記のように提供されることができる。第２のガスを導入するための各々のゾーンは、１つ以上の注入オリフィスを有するガス注入グリッドに形成されたガスチャンネルを含み、ガスチャンネルは、第２のガス供給システムに独立して接続される。各々のゾーンは、たとえば、径方向に形成されることができ、図１３および図１４の第１のガスのために示される方式と同様である。

６４０において、プラズマ空間への第１のガスのフローは、基板のプロセスの空間制御を提供するために調整される。好ましい実施態様において、空間的に均一なプロセスは、基板で達成される。プラズマ空間への第１のガスの局所的な流量は、局所的なプラズマの密度を上げるか、または下げるかする。たとえば、プラズマソースの高出力動作の間、ホットプラズマは、非常に加熱され、したがって、流量の増加は、第１のガスのイオン化の過剰に至ることができる（すなわちプラズマ密度の増加）。別の形態として、たとえば、プラズマソースの低出力動作の間、ホットプラズマは、それ自体を維持し、流量の増加は、電子温度の消失（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）に導くことができる（すなわち中性と電子との間の衝突の消失）。したがって、プラズマ密度の減少に至る。一つの実施例において、ガス注入グリッドは、上記の通り、プラズマ空間に第１のガスを導入するための複数のゾーンを含むことができる。各々のゾーンに対する流量は、プロセスレシピの範囲内で、エッチングまたは堆積プロセスの対して、特定のプロセスのためのプラズマ空間のプラズマ密度の最適の空間的分布を達成するために、利用されることができる。例えば、実験計画法（ＤＯＥ）は、最適の結果を生ずるように各々のゾーンに対する流量の最適のセットを決定するために実行されることができる。

任意に、処理空間への第２のガスのフローは、基板の空間的に均一なプロセスを提供するために調整される。

６５０において、上部チャンバ部分に結合されたプラズマソースを使用して第１のガスから、プラズマは、プラズマ空間に形成される。６５０において、プロセス化学は、ガス注入グリッドを介して処理空間をプラズマ空間に結合させることによって基板を処理するための処理空間に形成される。

本発明の特定の典型的な実施形態だけが上で詳述されたが、当業者は、本発明の新規進歩の事項から逸脱することなく多数の変更態様が可能であることを容易に理解する。したがって、全てのこのような変更態様は、本発明の範囲内に含まれることを目的とする。

本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムの簡略化された概略表現を示す図である。 １つの実施形態に係る図１に記載されたプラズマ処理システムのために使用されることができるプラズマソースの簡略化された概略表現を示す図である。 別の実施形態に係る図１に記載されたプラズマ処理システムのために使用されることができるプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。 別の実施形態に係る図１に記載されたプラズマ処理システムのために使用されることができるプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。 さらにもう１つの実施形態に係る図１に記載されたプラズマ処理システムのために使用されることができるプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。 別の実施形態に係る図１に記載されたプラズマ処理システムのために使用されることができるプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。 更なる実施形態に係る図１に記載されたプラズマ処理システムのために使用されることができるプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。 さらに別の実施形態に係る図１に記載されたプラズマ処理システムのために使用されることができるプラズマソースの別の簡略化された概略表現を示す図である。 媒体の電磁波伝搬の概略表現を提供する図である。 媒体の電磁波伝搬の概略表現を提供する図である。 実施形態に係る処理チャンバの一部の分解図を提供する図である。 実施形態に係る処理チャンバの一部の分解図を提供する図である。 別の実施形態に係る処理チャンバの一部の分解図を提供する図である。 実施形態に係るガス注入グリッドの上面図を示す図である。 別の実施形態に係るガス注入グリッドの上面図を示す図である。 実施形態に係るプラズマ処理システムを操作する方法を提供する図である。 実施形態に係るプラズマ処理システムの均一性を制御する方法を提供する図である。

Claims (26)

1. プラズマに隣接する電磁気（ＥＭ）波ラウンチャのプラズマ表面上に表面波を生成することによって、所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギをプラズマに結合させるように構成された前記ＥＭ波ラウンチャと；
   前記ＥＭ波ラウンチャに結合され、前記プラズマを形成するための前記ＥＭ波ラウンチャに前記ＥＭエネルギを提供するように構成されたパワー結合システムと；
   前記ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面に結合され、前記ＥＭ波ラウンチャを前記プラズマから保護するように構成されたカバープレートとを具備する表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソース。
2. 前記ＥＭ波ラウンチャは、ＴＭ_０１モードとして前記所望のＥＭ波モードを結合させるように構成されている請求項１のＳＷＰソース。
3. 前記カバープレートは、交換可能であるように構成されている請求項１のＳＷＰソース。
4. 前記カバープレートは、厚さ５ｍｍ以下の薄い材料のシートである請求項１のＳＷＰソース。
5. 前記カバープレートの厚さは、電磁的に重要でない請求項１のＳＷＰソース。
6. 前記カバープレートの厚さは、ほぼ１ｍｍから５ｍｍまでの範囲である請求項１のＳＷＰソース。
7. 前記カバープレートの厚さは、ほぼ１ｍｍから３ｍｍまでの範囲である請求項１のＳＷＰソース。
8. 前記カバープレートは、ＳｉＯ_２である請求項１のＳＷＰソース。
9. 前記パワー結合システムは、ラジオ周波数（ＲＦ）パワー結合システムを含んでいる請求項１のＳＷＰソース。
10. 前記パワー結合システムは、マイクロ波パワー結合システムを含んでいる請求項１のＳＷＰソース。
11. 前記マイクロ波パワー結合システムは、
    ２．４５ＧＨｚでマイクロ波エネルギーを発生するように構成されたマイクロ波源と；
    前記マイクロ波源の出口に結合された導波管と；
    前記導波管に結合され、前記マイクロ波源へマイクロ波エネルギーの伝播を防止するように構成されたアイソレータと；
    前記アイソレータに結合され、前記マイクロ波エネルギーを同軸フィードに結合させるように構成された同軸コンバータとを備え、
    前記同軸フィードは、前記ＥＭ波ラウンチャに更に結合されている請求項１０のＳＷＰソース。
12. 前記パワー結合システムは、ＥＭエネルギを前記ＥＭ波ラウンチャに結合させるための同軸フィードを備え、
    前記ＥＭラウンチャは、前記同軸フィードの内部導体に結合された一方の端部と、前記同軸フィードの外部導体に結合された他方の端部とを有するスロットアンテナを備え、
    前記スロットアンテナは、前記内部導体と、前記外部導体との間の前記スロットアンテナより上の第１の領域から、前記スロットアンテナの下の第２の領域に、前記ＥＭエネルギを結合させるように構成された１つ以上のスロットを有している請求項１０のＳＷＰソース。
13. 前記ＥＭ波ラウンチャは、
    前記第１の領域に置かれ、自由空間の波長に対して前記ＥＭエネルギの実効波長を減少するように構成された低速波長板と；
    前記第２の領域に置かれ、前記ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面を含む前記共振器プレートの下面を有する共振器プレートとを更に備えている請求項１２のプラズマ処理システム。
14. 前記低速波長板と、前記共振器プレートとは、同じ材料組成である請求項１３のＳＷＰソース。
15. 前記低速波長板と、前記共振器プレートとは、異なる材料組成である請求項１３のＳＷＰソース。
16. 前記低速波長板と、前記共振器プレートとは、主として石英からなる請求項１４のＳＷＰソース。
17. 前記共振器プレートは、プラズマの空間均一性を改良するように構成された少なくとも１つの同一中心の溝を備えている請求項１６のＳＷＰソース。
18. 前記共振器プレートは、４の値より大きい誘電率を有する高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料である請求項１３のＳＷＰソース。
19. 前記共振器プレートは、内在性の結晶シリコン、アルミナ、およびサファイヤの１つ以上を備えている請求項１８のＳＷＰソース。
20. 前記カバープレートは、前記共振器プレートの前記下面に結合されている請求項１３のＳＷＰソース。
21. 前記共振器プレートおよび前記カバープレートのうちの少なくとも１つは、カバープレートと、共振器プレートとの界面で、改良された電気的接点を提供するために磨かれている請求項２０のＳＷＰソース。
22. 改良された電気的接点を提供するために、前記共振器プレートと、前記カバープレートとの間に配置された薄膜を更に具備する請求項２０のＳＷＰソース。
23. 前記薄膜は、熱ＳｉＯ_２膜、および堆積されたＳｉＯ_２薄膜のうちの少なくとも１つである請求項２２のＳＷＰソース。
24. ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面と、前記カバープレートとの間に配置され、前記ＥＭ波ラウンチャと、前記プラズマとの間の結合を改良するように構成されたモードスクランブラを更に具備する請求項１のＳＷＰソース。
25. プラズマに隣接する電磁気（ＥＭ）波ラウンチャのプラズマ表面上に表面波を生成することによって、所望のＥＭ波モードのＥＭエネルギをプラズマに結合させるように構成された前記ＥＭ波ラウンチャと；
    前記ＥＭ波ラウンチャに結合され、前記プラズマを形成するための前記ＥＭ波ラウンチャに前記ＥＭエネルギを提供するように構成されたパワー結合システムと；
    前記ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面に結合され、前記ＥＭ波ラウンチャを前記プラズマから保護するための手段とを具備する表面波プラズマ（ＳＷＰ）ソース。
26. 前記ＥＭ波ラウンチャの前記プラズマ表面の間に配置され、前記ＥＭ波ラウンチャと、前記プラズマとの間の結合を改良するための手段を更に具備する請求項２５のＳＷＰソース。

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