JP2017531282A - プラズマ処理システム用のコンパクトな構成可能なモジュール式高周波整合ネットワークアセンブリ - Google Patents

プラズマ処理システム用のコンパクトな構成可能なモジュール式高周波整合ネットワークアセンブリ Download PDF

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Abstract

RFジェネレータから出力されたRFエネルギーを可変インピーダンス負荷に整合させるためのコンパクトな構成可能な高周波(RF)整合ネットワークが開示される。整合ネットワークは、入力コネクタと、出力コネクタと、1以上の整調及び負荷電気部品を含む部品アセンブリアレイとを含む。電気部品のうちの少なくとも1つは、入力コネクタに結合され、電気部品のうちの少なくとも1つは、出力コネクタに結合され、部品アセンブリアレイは、選択されたトポロジに配置されるように構成され、選択されたトポロジは、可変インピーダンス負荷から反射されたRFエネルギーを低減させるように構成される。多数の他の態様が提供される。

Description

関連出願
本出願は、「改善された高周波整合ネットワーク」の名称で2014年11月25日に出願された米国仮出願第62/084,554号、及び「改善された高周波整合ネットワークのためのシステム及び方法」の名称で2014年8月15日に出願された米国仮出願第62/037,917号の優先権を主張し、これらの両方は、すべての目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に援用される。
分野
本発明は、概して、高周波整合ネットワークに関し、具体的には、プラズマ処理システム用の高出力整合ネットワークに関する。
背景
一般的に、整合ネットワークは、電源又はジェネレータ(発電機)の出力インピーダンスを負荷の入力インピーダンスに整合させるように選択及び構成された電気部品及び回路を含む。整合ネットワークがないと、出力インピーダンスと入力インピーダンスの間の差が、電源からの電気エネルギーに反射やその他の混乱をもたらし、電力伝送の非効率性、負荷の動作の摂動を引き起こす可能性があり、その差が十分に大きい場合は、システム内の部品の破壊をもたらす可能性がある。従って、ジェネレータから負荷(例えば、プラズマ処理チャンバ)への電力伝送を最大にするために、典型的には整合ネットワークが使用され、ジェネレータと負荷との間のインピーダンスの不一致による電力信号の反射を防止するか、又は少なくとも低減させる。
図1を参照すると、プラズマ処理システムは、高周波又は無線周波数(以下、「RF」と称する)整合ネットワーク100、可変インピーダンス負荷102(例えば、プラズマ処理チャンバ)、RFジェネレータ104、及びRF伝送システム106を含むことができる。RF整合ネットワーク100は、RF伝送システム106と可変インピーダンス負荷102の間に配置され、電気的に結合される。RF伝送システム106は、RFジェネレータ104に電気的に結合される。RF整合ネットワーク100は、典型的には固定インピーダンス値を有する電気部品(例えば、コンデンサ及び/又はインダクタ)を含むことができる。RF伝送システム106は、高出力同軸ケーブルアセンブリ及びコネクタなどのアイテムを含むことができる。
RFジェネレータ104は、RF伝送システム106及びRF整合ネットワーク100を介して可変インピーダンス負荷102にRFエネルギーを供給することができる。RF整合ネットワーク100の機能は、可変インピーダンス負荷102のインピーダンスをRFジェネレータ104及びRF伝送システム106の出力インピーダンスに整合(一致)させることとすることができる。可変インピーダンス負荷102のインピーダンスをRFジェネレータ104及びRF伝送システム106の出力インピーダンスに整合させることによって、可変インピーダンス負荷102からのRFエネルギーの反射を低減させることができる。RFエネルギーの反射を低減させることは、RFジェネレータ104によって可変インピーダンス負荷102に供給されるRFエネルギーの量を効果的に増加させることができる。
RF整合の従来の方法は、印加周波数及び負荷インピーダンスの値及び/又は範囲に応じて、集中素子又は伝送線路の整合ネットワーク、又はその両方の組み合わせを生成することを含む。整合ネットワークにおける損失を最小にするために、低直列抵抗(すなわち高Q)を有するリアクタンスインピーダンスを有する素子(例えば、コンデンサ、インダクタ、及び/又は低損失伝送線路)が、典型的に、可変インピーダンス負荷をRFジェネレータの出力インピーダンスに整合させるために使用される。図2A〜図2Dは、従来技術の整合ネットワーク100A〜100Dの最も一般的なタイプの素子を示すより詳細な概略図である。これらの描写は、RF整合ネットワーク100A〜100Dの4つの異なるタイプのネットワークトポロジの1以上の整調部品108、108−1、108−2と1以上の負荷部品110、110−1、110−2の配置を示す。より具体的には、図2Aは、負荷102と直列の整調部品108と、負荷102と並列であり、ジェネレータ104と整調部品108との間に配置された負荷部品110とを含むL型整合ネットワークを示す。図2Bは、負荷102と直列の整調部品108と、負荷102と並列であり、負荷102と整調部品108との間に配置された負荷部品110とを含む逆L型ネットワークを示す。図2Cは、負荷102と直列の整調部品108と、ジェネレータ104と整調部品108との間に配置された第1の負荷部品110−1と、負荷102と整調部品108との間に配置された第2の負荷部品110−2とを含み、第1及び第2の負荷部品110−1、110−2の両方が負荷102と並列であるΠネットワークを示す。図2Dは、負荷102と直列の第1及び第2の整調部品108−1、108−2と、負荷102と並列であり、第1及び第2の整調部品108−1、108−2の間に配置された負荷部品110とを含むTネットワークを示す。
可変インピーダンス負荷102のインピーダンスをRFジェネレータ104のインピーダンスに整合させる第2の従来の方法は、可変周波数整合を利用することができる。可変RF周波数ジェネレータ104の出力に対するRF整合ネットワーク100によって提示されるインピーダンスは、周波数によって変化させることができる。RFジェネレータ104から特定の周波数を出力することによって、可変インピーダンス負荷102は、RFジェネレータ104及びRF伝送システム106のインピーダンスと整合させることができる。この技術は、可変周波数整合と呼ぶことができる。可変周波数整合は、固定値整調部品108と負荷部品110(例えば、固定値コンデンサ、インダクタ、及び/又は抵抗器)とを含むRF整合ネットワーク100を使用することができる。整調部品108及び負荷部品110の値は、RFジェネレータ104のインピーダンスが可変インピーダンス負荷102のインピーダンスに確実に整合するのを助長するように選択することができる。
従来技術のRF整合ネットワークは、可変インピーダンス負荷によって反射されるエネルギーの量を低減するのを助長することができる。しかしながら、本発明の発明者らは、いくつかの状況において、既存のRF整合ネットワークは、異なる電力レベルで異なる負荷を整合させるのを取り扱うために容易かつ費用効果的に再構成される柔軟性を提供しないことを見出した。従って、必要とされるのは、RF整合のための改善された方法及び装置である。
概要
いくつかの実施形態では、本発明は、RFジェネレータから出力されたRFエネルギーを、可変インピーダンス負荷を有するプラズマチャンバに整合させるための高周波(RF)整合ネットワークアセンブリを提供する。RF整合ネットワークアセンブリは、入力コネクタと、出力コネクタと、1以上の整調及び負荷電気部品を含むコンパクトな構成可能な部品アセンブリアレイとを含む。電気部品のうちの少なくとも1つは、入力コネクタに結合され、電気部品のうちの少なくとも1つは、出力コネクタに結合され、部品アセンブリアレイは、固定数のバスと構成可能なコネクタを使用して複数のネットワークトポロジに配置されるように構成され、ネットワークトポロジは、1つの選択されたネットワークトポロジを含み、選択されたネットワークトポロジは、可変インピーダンス負荷から反射されたRFエネルギーを低減させるように構成される。
いくつかの他の実施形態では、プラズマ処理システムが提供される。本システムは、RFジェネレータと、RFジェネレータに結合すべきであるンピーダンス整合ネットワークアセンブリと、インピーダンス整合ネットワークアセンブリに結合された可変インピーダンス負荷を有するプラズマチャンバとを含む。インピーダンス整合ネットワークアセンブリは、入力コネクタと、出力コネクタと、1以上の整調及び負荷電気部品を含むコンパクトな構成可能な部品アセンブリアレイとを含む。電気部品のうちの少なくとも1つは、入力コネクタに結合され、電気部品のうちの少なくとも1つは、出力コネクタに結合され、部品アセンブリアレイは、固定数のバスと構成可能なコネクタを使用して複数のネットワークトポロジに配置されるように構成され、ネットワークトポロジは、1つの選択されたネットワークトポロジを含み、選択されたネットワークトポロジは、可変インピーダンス負荷から反射されたRFエネルギーを低減させるように構成される。
更に他の実施形態では、RFジェネレータから出力されたRFエネルギーを、可変インピーダンス負荷を有するプラズマチャンバに整合させる方法が提供される。本方法は、入力コネクタでRF電力を受ける工程と、1以上の整調及び負荷電気部品を含むコンパクトな構成可能な部品アセンブリアレイにRF電力を印加する工程と、プラズマチャンバの可変インピーダンス負荷に整合するインピーダンスを有する出力コネクタを介してプラズマチャンバにRF電力を出力する工程であって、少なくとも1つの電気部品が入力コネクタに結合され、少なくとも1つの電気部品が出力コネクタに結合される工程と、複数の可能なネットワークトポロジ設定の間から選択された1つの選択されたネットワークトポロジ設定に部品アセンブリアレイを配置する工程であって、複数の可能なネットワークトポロジ設定のうちのすべては、部品アセンブリアレイを使用して組み立てることができる。選択されたネットワークトポロジ設定は、可変インピーダンス負荷から反射されたRFエネルギーを低減させするように構成される。
本発明の他の構成及び態様は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付図面からより完全に明らかになるであろう。
RFジェネレータ、RF整合ネットワーク、及び可変インピーダンス負荷を有する従来技術のRF電力システムを示すブロック図である。 図1のシステムで使用可能な従来技術のRF整合ネットワークの4つの一般的なタイプの詳細を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る一例のハウジング内における一例のコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの出力側の斜視図である。 一例の入力コネクタ端部を示す図3の例示的なハウジング内の例示的なコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの反対側の斜視図である。 図4Aの例示的なコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの反対側の端部の斜視図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第1構成例の斜視図である。 図5Aの第1構成例の概略図である。 図5Aの第1構成例の正面図である。 本発明の実施形態に係る図5Aに示された第1構成例の「鏡像」構成例の斜視図である。 図7Aの鏡像構成例の概略図である。 図7Aの鏡像構成例の正面図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第2構成例の斜視図である。 図9Aの第2構成例の概略図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第3構成例の斜視図である。 図10Aの第3構成例の概略図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第4構成例の斜視図である。 図11Aの第4構成例の概略図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第5構成例の斜視図である。 図12Aの第5構成例の概略図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第6構成例の斜視図である。 図13Aの第6構成例の概略図である。 図13Aの第6構成例の正面図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第7構成例の斜視図である。 図15Aの第7構成例の概略図である。 図15Aの第7構成例の正面図である。 本発明の実施形態に係るコンパクトな構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第8構成例の斜視図である。 図17Aの第8構成例の概略図である。 図17Aの第8構成例の正面図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な高電力入力コネクタの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的なアクチュエータの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な可変インピーダンス部品の斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な絶縁体の斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な固定インピーダンス部品の斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な接地シールドコネクタの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な第1バスの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な第2バスの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な補強ブラケットの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの第1から第5の構成可能なコネクタの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的な出力バックプレートの斜視図である。 本発明の実施形態に係る構成可能なインピーダンス整合ネットワークアセンブリの例示的なRF出力ストラップの斜視図である。
説明
電源(ソース)RFエネルギーと負荷との間の最大電力伝送は、インピーダンス整合を介して達成される。整合されていないRF回路は反射電力をもたらす。電源と負荷との間の伝送線路上の定在波は、反射波電力から、前進波と反射波との間の位相に基づいて得られ、互いに加算又は減算することができる。結果として、伝送線上で電圧が2倍になる点と、最終的に電圧がゼロに等しい点(すなわち、最大電流)が存在する可能性がある。伝送線上に定在波が位置して、特定の電気部品に最大電圧又は電流が印加されると、部品は破壊される可能性がある。
より大型の基板を収容するために、より大型の新しいプラズマ処理チャンバが開発されている。より大型のプラズマ処理チャンバは、必要な処理工程(例えば、エッチング、堆積、及び/又は注入)を実行するために、より多量の電力を使用する。更に、新しい処理技術の開発により、処理レシピ内の電力要件及びインピーダンス負荷の変動が大幅に広がってきた。本発明の発明者らは、RF電力の増加及びインピーダンス負荷のより広い変動が、従来のRF整合ネットワークによって適切には対応されていないことを見出した。
従来、高出力整合ネットワークは限られた整調空間を提供していた。本発明の実施形態は、はるかにより広い整調空間範囲、並びにコンパクトなフォームファクタで構成可能なネットワークトポロジを有する整合ネットワークキットを提供する。
図3、図4A、及び図4Bは、本発明の実施形態の整合ネットワークアセンブリの様々な異なる構成での使用に適した筐体300の一例の図を示す。なお、全ての実施形態において、(整合ネットワークアセンブリの本体のフレーム/ホルダとして機能し、放熱/冷却プレートとしても機能する)出力バックプレート302に取り付けられた部品、コネクタ、及びRF−入力コネクタ304(例えば、電子工業会(EIA)1−5/8インチ50オーム同軸インタフェース)は、多くの異なるプラズマチャンバ(すなわち、ロード)構成に適合させるために、左右の側から交換又は逆転され、及び/又は必要に応じて回転させることができることに留意すべきである。コンパクトな設計はまた、レイアウトがプラズマチャンバの蓋の上に配置された整合ネットワークアセンブリ及びRFジェネレータを含む構成もサポートする。
いくつかの実施形態では、筐体300は、整合ネットワークアセンブリ内のアクチュエータ及び他のデバイスを動作させるための1以上のコントローラ(例えば、プロセッサ)及び関連回路を含むコントローラコンパートメント306を含むことができる。例えば、整合ネットワークアセンブリの電気的部品(例えば、可変コンデンサ)、他のコントローラ、及び関連する電子機器を調整するためのステッピングモータをコントローラコンパートメント306内に収容することができる。更に、1以上のファン308を、コントローラによって操作される筐体300に取り付けることができる。同様に、コントローラによって操作される筐体300には、1以上のポンプを含めることができる。更に、例えば、追加の冷却が必要なときや他の状態変化が発生したときを検出するために、1以上のセンサ(例えば、熱、湿度など)を筐体300内に含め、コントローラに操作可能に結合させることができる。
図3、図4A、及び図4Bに示される例示的な実施形態は、構成可能な整合ネットワークアセンブリのコンパクト性を示す。例えば、整合ネットワークアセンブリは、13.56MHzで600A rms及び10kVpに定格されたRF出力と、13.56MHzで最大40kWのRF電力を取り扱うことができるRF入力とを備え、長さ約21インチ、奥行き約11インチ、高さ約14インチである筐体300内で図示の実施形態を実行することができる。他の寸法も可能である。更に、RF出力及び入力の両方は、好ましいインタフェース及び/又は電力要件に従って変更することができる。いくつかの実施形態では、約13.5MHz±1MHzの誘導性負荷を使用することができる。これらの負荷はまた、(例えば、約2MHzから約60MHzまでの)より低い周波数又はより高い周波数で使用することもできる。
本発明の実施形態によれば、複数の固定インピーダンス部品502及びオプションの可変インピーダンス部品504を含む、本発明のコンパクトな構成可能なRF整合ネットワークアセンブリ500の一例が、図5A、図5B、及び図6に示されている。部品502、504(例えば、コンデンサ)が、複数の導電性バス508、510に隣接して電気的に結合されたコンパクトな部品アセンブリアレイ506内に配置される。また、バス508、510、高出力RF入力コネクタ304、RF出力ストラップ522、及び出力バックプレート302が互いに容易に結合/分離することを可能にする構成可能なコネクタ512、514、516、518のセットが、導電性バス508、510に結合される。これらのモジュラ要素は、部品502、504及び導電性バス508、510が、異なるネットワークトポロジ(例えば、L、逆L、T、Πなど)で共に結合されることを可能にする。例えば、図5Aに示される特定の構成は、図5Bに最も明瞭に示されているように、「Π」ネットワークトポロジを形成する。
いくつかの実施形態では、可変インピーダンス部品504を制御するためにアクチュエータ526が提供される。アクチュエータ526は、処理コントローラ(図5Aには図示せず)が可変インピーダンス部品504のインピーダンスを調整することを可能にする。アクチュエータ526は、サーボモータを使用して具現化されるが、いくつかの実施形態では、他のタイプの電気モータ、油圧駆動装置、空気圧シリンダ、電子ソレノイドなど、又はそれらの任意の組み合わせなどの任意の実用可能なアクチュエータを含むことができる。いくつかの実施形態では、統合されたアクチュエータを含む部品を使用することができる。例えば、サーボモータ制御の可変コンデンサを可変インピーダンス部品504用に使用することができる。
いくつかの実施形態では、部品502、504は、それらをバス508、510から物理的に置き換えることにより、又は1つのバス508を別のバス510から物理的に置き換えることによって、ネットワークに結合させる、及びネットワークから分離させることができる。例えば、部品502は、バス510から解放されるか、又はバス510から切り離され、非導電性スペーサ又は絶縁体と置き換えることができる。なお、部品502、504は、取り外し可能な締結具(例えば、ボルトやナット)を使用して、バス508、510及びコネクタ508、510、512、514、518に結合することができることに留意すべきである。任意の数の他の実施可能な締結具を使用することができる。更に、部品502、504(例えば、コンデンサ)は、導電性バス508、510のすぐ近くのコンパクトな部品アセンブリ506内に互いに近接して配置され、それによってRF電流経路の長さを最小にし、直列抵抗及び直列インダクタンスを最小にする。
図5Aの実施形態でも図示されるように、RF整合ネットワークアセンブリ500を冷却するために、装置が提供され、起こり得る過熱を防止することができる。冷却は、RF出力ストラップ522の本体内に流体リザーバ及びチャネルを形成することによって提供することができる。なお、入力及び出力冷却流体チャネル528が示されていることに留意すべきである。更に、これらの流体チャネル528は、筐体300(図3)の冷却流体入力及び出力コネクタに結合可能であることに留意すべきである。更に、1以上のファン308を含む吸排気又は通気された筐体(図5Aには示されていないが、図4Aを参照)を使用して、増加した厚さの出力バックプレート302と共に熱を更に散逸させることができる。いくつかの実施形態では、出力バックプレート302は、冷却流体チャネルを含むことができる。
図5Aに示される整合ネットワークアセンブリ500の(及び以下に説明する全ての構成の実施形態に共通する)注目すべき構成は、整合ネットワークアセンブリ500全体が、出力グランド(又はRFリターン)として機能する厚い金属プレート(すなわち、出力バックプレート302)上にあり、すべての重要な整合ネットワーク要素及び部品がRF出力に物理的に近接していることである。この構成は、整合ネットワークアセンブリ500の内部直列抵抗及びインダクタンスを最小にする、すなわち、RF出力における損失及び電圧を最小にする。上述したように、いくつかの実施形態では、出力バックプレート302は、オプションで流体冷却させることができる。
図5A、図5B、及び図6に示される構成可能な整合ネットワークアセンブリ500は、誘導性負荷に対してΠネットワークトポロジで図示されている。この第1構成例は、固定コンデンサ(CL1、C、及びCL2)の3つのバンクを含み、それぞれがCL1及びCコンデンサバンクに最大3つのコンデンサ及び2つの可変コンデンサを含む。以下でより詳細に説明するように、整合ネットワークアセンブリ500内の部品502、504のいくつかを移動及び/又は置換することによって、RF入力、ネットワークトポロジ、及び/又は等価回路を容易に変更することができる。換言すれば、本発明の実施形態の整合ネットワークアセンブリ500は、容易に、迅速に、かつコスト効率よく再構成可能である。
ここで、図7A、図7B、及び図8を参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を示す整合ネットワークアセンブリ700の第2構成例が示されている。整合ネットワークアセンブリ700は、図5A、図5B、及び図6の整合ネットワークアセンブリ500と同じ部品(例えば、部品502、504、バス508、510、及びコネクタ512、514、516、518)を含むが、RF入力コネクタ304は、整合ネットワークアセンブリの左側から右側に変更されている。ネットワークトポロジは、2つの整合ネットワークアセンブリにおいて同じであるが、RF入力側は、ジェネレータ104及び/又は負荷102への接続をより良くサポートするために(例えば、便宜上又は必要性のために)異なる。本発明の実施形態のこの構成は、全体的な整合ネットワークアセンブリ設計の対称的なレイアウトに由来する。
ここで、図9A及び図9Bを参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を更に示す整合ネットワークアセンブリ900の第3構成例が示されている。整合ネットワークアセンブリ900は、図5A、図5B、及び図6に示されている構成と同様のΠネットワークトポロジで構成されているが、可変コンデンサの異なる組合せ及び配置を有する。特に、固定コンデンサであったCL2(図9B)を可変コンデンサで置き換え、可変コンデンサであったCを固定コンデンサで置き換えている。言い換えれば、負荷コンデンサCL1及びCL2の両方がここでは可変コンデンサであり、整調コンデンサCは固定コンデンサに変更されている。高価な部品及び配線(可能な場合、それらすべて)の変更を必要とする従来の整合ネットワークとは異なり、この変更は、整合ネットワークアセンブリ900の右手側の可変部品504の上部コネクタ512をバス508の代わりに出力バックプレート302に接続するように単に変更するだけで、現場で容易に、迅速に、コスト効率よく行うことができる。このような「回路変更」は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を可能にする。
ここで、図10A及び図10Bを参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を更に示す整合ネットワークアセンブリ1000の第4構成例が示されている。整合ネットワークアセンブリ1000は、図9A及び図9Bに示されている構成と同様のΠネットワークトポロジで構成されているが、可変コンデンサの異なる組合せ及び配置を有する。特に、可変コンデンサであった負荷部品CL1(図10B)を固定コンデンサで置き換え、固定コンデンサであった整調部品Cを可変コンデンサで置き換えている。言い換えれば、図9A及び図9Bに示された構成と比較して、可変負荷部品の位置が、固定整調部品の位置と交換されている。高価な部品及び配線(可能な場合、それらすべて)の変更を必要とする従来の整合ネットワークとは異なり、この変更は、整合ネットワークアセンブリ1000の左手側の可変部品504の下部コネクタ518を出力バックプレート302の代わりにバス510に接続するように単に変更するだけで、現場で容易に、迅速に、コスト効率よく行うことができる。前述のように、このような回路変更は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を効果的に可能にする。
ここで、図11A及び11Bを参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を更に示す整合ネットワークアセンブリ1100の第5構成例が示されている。整合ネットワークアセンブリ1100は、可変負荷及び整調コンデンサを有するLネットワークトポロジで構成される。なお、これは、例えば、図5A、図5B、及び図6に示される構成のΠネットワークとは異なるネットワークトポロジであることに留意すべきである。特に、固定負荷部品CL2は回路から除去されている。高価な部品及び配線(可能な場合、それらすべて)の変更を必要とする従来の整合ネットワークとは異なり、ΠネットワークからLネットワークへのこの変更は、バス510に取り付けられていた固定部品502を単に絶縁体402に交換するだけで、現場で容易に、迅速に、コスト効率よく行うことができる。しかしながら、この実施形態における絶縁体402の使用はオプションであり、それらは単に整合ネットワークアセンブリの機械的強度を維持するために使用されていることに留意すべきである。前述のように、このような回路変更は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を効果的に可能にする。
ここで、図12A及び図12Bを参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を更に示す整合ネットワークアセンブリ1200の第6構成例が示されている。整合ネットワークアセンブリ1200は、可変負荷及び整調コンデンサを有する逆Lネットワークトポロジで構成される。これは、例えば、図5A、図5B、及び図6に示される構成のΠネットワークとは異なるネットワークトポロジであることに留意すべきである。特に、可変負荷コンデンサCL1は回路から除去され、固定負荷コンデンサCL2は可変コンデンサに変更されている。高価な部品及び配線(可能な場合、それらすべて)の変更を必要とする従来の整合ネットワークとは異なり、Πネットワークから逆Lネットワークへのこの変更は、単に(a)バス508に取り付けられていた固定部品502を絶縁体402に交換し、(b)整合ネットワークアセンブリ1200の左手側の可変部品504の下部コネクタ518を出力バックプレート302の代わりにバス510に接続するように変更し、(c)整合ネットワークアセンブリ1200の右手側の可変部品504の上部コネクタ512をバス508の代わりに出力バックプレート302に接続するように変更するだけで、現場で容易に、迅速に、コスト効率よく行うことができる。しかしながら、この実施形態における絶縁体402の使用はオプションであり、それらは単に整合ネットワークアセンブリの機械的強度を維持するために使用されていることに留意すべきである。前述のように、このような回路変更は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を効果的に可能にする。
ここで、図13A、図13B、及び図14を参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を更に示す整合ネットワークアセンブリ1300の第7構成例が示されている。整合ネットワークアセンブリ1300は、可変整調コンデンサ及び固定負荷コンデンサを有するTネットワークトポロジに構成されている。これは、(例えば、図11A及び図11Bに示される構成の)Lネットワークとは異なるネットワークトポロジであることに留意すべきである。特に、(図11Bと比較されるように)図13Bに示されるように、可変負荷コンデンサCL1は固定コンデンサに変更され、可変整調コンデンサCT1が、ジェネレータ104と負荷コンデンサCL1との間に既存の可変整調コンデンサCT2と直列に回路に追加されている。高価な部品及び配線(可能な場合、それらすべて)の変更を必要とする従来の整合ネットワークとは異なり、LネットワークトポロジからTネットワークトポロジへのこの変更は、単に整合ネットワークアセンブリの左手側の可変部品504の下部コネクタ518を出力バックプレート302の代わりにRF入力コネクタ304に接続するように変更する(そして、そうすることで、コネクタ512からRF入力コネクタ304を切り離す)だけで、現場で容易に、迅速に、コスト効率よく行うことができる。前述のように、このような回路変更は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を効果的に可能にする。
あるいはまた、(例えば、図5A、図5B、及び図6に示されるような)Πネットワークトポロジは、Tネットワークトポロジの第8構成例に、容易に、迅速に、コスト効率良く変更することができる。これは、単に整合ネットワークアセンブリの左手側の可変部品504の下部コネクタ518を出力バックプレート302の代わりにRF入力コネクタ304に接続するように変更する(そして、そうすることで、コネクタ512からRF入力コネクタ304を切り離す)だけで行うことができる。前述のように、このような回路変更は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を効果的に可能にする。
ここで、図15A、図15B、及び図16を参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を更に示す整合ネットワークアセンブリ1500の第9構成例が示されている。整合ネットワークアセンブリ1500は、図15Bに示されるように、可変整調コンデンサCT1、固定整調コンデンサCT2、及び可変負荷コンデンサCL1を有するTネットワークトポロジで構成される。これは、(例えば、図11A及び図11Bに示される構成の)Lネットワークとは異なるネットワークトポロジであることに留意すべきである。特に、(図11Bと比較されるように)図15Bに示されるように、可変整調コンデンサCT2が、ジェネレータ104と負荷コンデンサCL1との間に既存の整調コンデンサCT2と直列に回路に追加されている。高価な部品及び配線(可能な場合、それらすべて)の変更を必要とする従来の整合ネットワークとは異なり、LネットワークトポロジからTネットワークトポロジへのこの変更は、単に(a)整合ネットワークアセンブリの左手側の可変部品504の下部コネクタ518を出力バックプレート302の代わりにRF入力コネクタ304に接続するように変更し(そして、そうすることで、コネクタ512からRF入力コネクタ304を切り離し)、(b)整合ネットワークアセンブリの右手側の可変部品504の下部コネクタ514をバス510の代わりに出力バックプレート302に接続するように変更するだけで、現場で容易に、迅速に、コスト効率よく行うことができる。前述のように、このような回路変更は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を効果的に可能にする。
あるいはまた、(例えば、図13A、図13B、及び図14に示されるような)Tネットワークトポロジは、Tネットワークトポロジの第10構成例に、容易に、迅速に、コスト効率良く変更することができる。これは、単に整合ネットワークアセンブリの右手側の可変部品504の下部コネクタ514をバス510の代わりに出力バックプレート302に接続するように変更するだけで行うことができる。前述のように、このような回路変更は、特定の所与の負荷(例えば、特定の処理レシピに対して要求される負荷インピーダンスの範囲又はスペクトル)を調整するための整合ネットワークアセンブリの整調空間のシフト又は拡張を効果的に可能にする。
ここで、図17A、図17B、及び図18を参照すると、本発明の実施形態の柔軟性及び構成可能性を更に示す整合ネットワークアセンブリ1700の第11構成例が示されている。可変コンデンサを使用しないΠネットワークトポロジ内の固定整合ネットワークアセンブリが示されている。この整合ネットワークアセンブリは、いくつかの実施形態では、例えば、可変周波数RFジェネレータが使用される場合、負荷インピーダンス範囲が所与の周波数又は周波数範囲に対して十分に狭い場合、又はその逆の場合(周波数範囲が所与のインピーダンス(又はインピーダンス範囲)に対して十分に広い場合)に十分である可能性がある。もちろん、上述の可変/プリセットRF整合構成は、固定周波数ジェネレータ又は可変周波数ジェネレータのいずれかと共に使用することができる。
いくつかの例示的な実施形態及び構成が、上に記載され、図5A〜図18に示されてきた。同じコネクタ512、514、516、518、バス508、510、及び部品502、504を使用して、多くの異なる構成が可能であり、可能な構成のサブセットのみが明示的に記載されているが、当業者であれば数多くの追加構成が可能であることを容易に理解するであろう。更に、例えば、上記のトポロジの各々におけるバス508、510上の部品502の1つ又は2つを絶縁体402で置換することによって、多くの追加の代替構成が可能であることに留意すべきである。
図19〜図32は、整合ネットワークアセンブリの各要素をより明確に示すために、図5A〜図18に示される要素を示している。図19は、高出力RF入力コネクタ304の例示的な一実施形態を示す。RF入力コネクタ304には、RF入力コネクタ304をコネクタ512に結合するために使用される同軸アダプタ1902が取り外し可能に結合される。図20は、アクチュエータ526の例示的な一実施形態を示す。図21は、可変インピーダンス部品504の例示的な一実施形態を示す。図22は、絶縁体402の例示的な一実施形態を示す。図23は、固定インピーダンス部品502の例示的な一実施形態を示す。なお、絶縁体402及び固定インピーダンス部品502は、整合ネットワークアセンブリ内で交換可能となるように、同じ高さになるように選択されることに留意すべきである。
いくつかの実施形態では、例えば、固定インピーダンス部品502は、約10pF〜約5000pF範囲の長さ約20mm〜約100mmの固定真空コンデンサ(例えば、スイスのフラマットのコメットAG(COMET AG)、日本の東京の株式会社明電舎、又はカリフォルニア州サンノゼのジェニングステクノロジー社(Jennings Technology Co.)によって製造されたもの)として具現化することができる。いくつかの実施形態では、約250pF、約350pF、又は約500pFで、約3kVp〜約30kVpで、約100A rmsで定格される約52mmの長さの固定コンデンサを使用することができる。
いくつかの実施形態では、例えば、可変インピーダンス部品504は、約100pF〜約5000pF範囲の長さ約50mm〜約200mmの可変コンデンサ(例えば、日本の東京の株式会社明電舎、スイスのフラマットのコメットAG、又はカリフォルニア州サンノゼのジェニングステクノロジー社によって製造されたもの)として具現化することができる。いくつかの実施形態では、約50pF〜約1000pFで、約5kVp〜約15kVpで、約100A rmsで定格される約100mmの長さの可変コンデンサを使用することができる。
図24は、高出力RF入力コネクタ304の接地シールドを出力バックプレート302に結合するために使用されるコネクタ516の例示的な一実施形態を示す。図25は、バス508の例示的な一実施形態を示し、図26は、バス510の例示的な一実施形態を示す。バス508、510ならびに他のコネクタは、部品が取り付けられたときの製造公差による部品の長さのばらつきに対応するために、可撓性のある導体(例えば、板金)で作ることができる。図27は、バス510に結合してバス510の一部に剛性を提供し、バス510の出力バックプレート302への同一平面内の結合を保証するように構成されたオプションの補強バー2702の例示的な一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、補強バー2702は、バス510に一体的に形成することができる。
図28〜図32はそれぞれ、コネクタ512、1302、518、902、及び514の例示的な一実施形態を示す。なお、バス508、510及びコネクタ512、1302、518、902、514はそれぞれ、(a)部品502、504、(b)絶縁体402、(c)同軸アダプタ1902、(d)出力バックプレート302、及び(e)RF出力ストラップ522のうちの少なくとも2つへの結合を可能にするように構成された穴パターンを含むことに留意すべきである。また、いくつかの実施形態では、コネクタ518、902、及び514は、コネクタ518、902、及び514のいずれかとして機能する穴パターンを含む単一のコネクタによって置換することができることに留意すべきである。この置換は、5つのタイプのコネクタから、上述した様々な異なる構成を作成するために使用される独自のコネクタ512、1302、518、902、及び514の数を、5つのタイプのコネクタからたった3つのタイプ(例えば、512、1302、及び新たなコネクタ)へと低減させる。同様に、いくつかの実施形態では、バス508、510は、単一のバス部分がバス508及び510の両方として機能することを可能にする穴パターンを含む単一のバス部分で置き換え、これによって独自部品の数を更に低減させることができる。
上述の例示的な実施形態は、部品502、504としてコンデンサを使用するが、代替実施形態では、部品は、インダクタ及び/又はコンデンサ、インダクタ、及び/又は抵抗器の組み合わせを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、1以上の固定インピーダンス部品502を、整合ネットワーク部品内の固定インピーダンス部品502の代わりに適合するように構成される形状因子(フォームファクター)に含まれるモジュール回路で置き換えることができる。
上述したように、可変インピーダンス部品504を含めることにより、整調空間(すなわち、整合ネットワークアセンブリを調整してソースインピーダンスと負荷インピーダンスが整合するように調整可能な領域及び範囲)を大幅に拡張することが可能になる。化学気相成長(CVD)プロセス、及び洗浄工程及びレシピ、ならびに処理チャンバハードウェアの継続的な開発は、RFジェネレータの安定性を維持し、負荷電力警報状態を回避しながら、RF電力を負荷に効率的に結合するために、整合される負荷インピーダンスのより大きな範囲をもたらしてきた。
迅速に、容易に、コスト効率よく、かつ効率的にインピーダンスを変更し、トポロジ構成、したがって整調空間を整合させる機能を提供することによって、本発明の実施形態は、ケーブル長の問題を回避し、使用される固定コンデンサの数を低減させる。更に、オペレータが維持しなければならないコンデンサの在庫を減らし、それによって操業コストを低減する、より少ないタイプのコンデンサが必要とされる。例えば、本発明の実施形態に係るΠネットワークトポロジを使用すると、負荷へのRF電流が2つの分岐を通って流れるので、コンデンサバンク当たりの電流定格はより小さくすることができ、これは従来の装置よりも少ないコンデンサが必要とされ、より少ない全キャパシタンスが必要とされることを意味する。
更に、本発明の実施形態のコンパクトな部品アレイは、より低い直列インダクタンスを意味し、したがって、より低いRF駆動電圧、アーク放電のより低い危険性、及び潜在的に低いRF電力損失をも意味するRF電流経路を最小にする。更に、本発明の実施形態のコンパクトな部品アレイは、整合ネットワークアセンブリ及びRFジェネレータをプラズマチャンバの蓋の上に取り付けることを可能にする従来技術の整合ネットワークよりも全体的な設置面積を小さくし、RF電流経路を更に短くする。いくつかの実施形態では、整合ネットワークアセンブリは、幅約20インチ×深さ約11インチ×高さ約14インチの筐体内に実装できるほど十分にコンパクトである。他のより小さな寸法も可能である。
図33は、出力バックプレート302の例示的な一実施形態を示し、図34は、RF出力ストラップ522の一例を示す。出力バックプレート302は、整合ネットワークアセンブリの様々な要素を支持するため、筐体に結合するため、及びプラズマ処理チャンバに結合するための穴パターンを含む。出力バックプレート302はまた、RF出力ストラップ522へのアクセスを提供する窓、ならびに部品502、504によって吹き出された空気を排出するための開口部を含む。いくつかの実施形態では、出力バックプレート302は、熱伝導性材料から作られ、ヒートシンクとして機能するように寸法決めされている。例えば、いくつかの実施形態では、出力バックプレート302は、幅約20インチ×高さ約12インチ×厚さ約0.8インチのアルミニウム(Al)プレートで作られ、幅約9インチ×高さ約5インチのRF出力ストラップ522用の開口部を有する。いくつかの実施形態では、RF出力ストラップ522は、銀(Ag)めっきでコーティングされた厚さ0.8インチの銅(Cu)から作られる。他の実施形態では、RF出力ストラップ522及びバックプレート302は、アルミニウム(Al)又は任意の実用可能な金属又は導体から作られる。更に、RF出力ストラップ522及びバックプレート302のための他の厚さ及び寸法を使用することができる。いくつかの実施形態では、出力バックプレート302は、冷却流体チャネルを含むことができる。
したがって、本発明はその例示的な実施形態に関連して開示されてきたが、以下の特許請求の範囲によって規定されるように、他の実施形態も本発明の趣旨及び範囲内に入ることができることを理解すべきである。

Claims (15)

  1. RFジェネレータから出力されたRFエネルギーを、可変インピーダンス負荷を有するプラズマチャンバに整合させるための高周波(RF)整合ネットワークアセンブリであって、
    入力コネクタと、
    出力コネクタと、
    1以上の整調及び負荷電気部品を含むコンパクトな構成可能な部品アセンブリアレイとを含み、
    電気部品のうちの少なくとも1つは、入力コネクタに結合され、電気部品のうちの少なくとも1つは、出力コネクタに結合され、部品アセンブリアレイは、固定数のバスと構成可能なコネクタを使用して複数のネットワークトポロジに配置されるように構成され、ネットワークトポロジは、1つの選択されたネットワークトポロジを含み、選択されたネットワークトポロジは、可変インピーダンス負荷から反射されたRFエネルギーを低減させるように構成されるRF整合ネットワークアセンブリ。
  2. 部品アセンブリアレイは、2つのバスと、構成可能なコネクタの固定セットとを含む、請求項1記載のRF整合ネットワークアセンブリ。
  3. バスはそれぞれ、固定インピーダンス部品のバンクに結合するように構成され、構成可能なコネクタの固定セットは、選択されたネットワークトポロジを含む複数の異なるネットワークトポロジ内の部品アセンブリアレイの設定を可能にするように構成される、請求項2記載のRF整合ネットワークアセンブリ。
  4. バスはフレキシブルであり、それぞれが固定インピーダンス部品のバンクに結合するように構成され、構成可能なコネクタの固定セットは、選択されたネットワークトポロジを含む複数の異なるネットワークトポロジ内の部品アセンブリの設定を可能にするように構成される、請求項2記載のRF整合ネットワークアセンブリ。
  5. 出力コネクタは、出力バックプレートとRF出力ストラップとを含み、
    出力バックプレートは、RF出力ストラップにアクセスするための開口部を含む、請求項1記載のRF整合ネットワークアセンブリ。
  6. RF出力ストラップは、流体冷却のためのチャネルを含む、請求項5記載のRF整合ネットワークアセンブリ。
  7. RF電流の流れの長さを最小にするように、部品アセンブリアレイの電気部品は、互いに直接隣接している、請求項6記載のRF整合ネットワークアセンブリ。
  8. プラズマ処理システムであって、
    RFジェネレータと、
    RFジェネレータに結合すべきであるンピーダンス整合ネットワークアセンブリと、
    インピーダンス整合ネットワークアセンブリに結合された可変インピーダンス負荷を有するプラズマチャンバとを含み、
    インピーダンス整合ネットワークアセンブリは、入力コネクタと、出力コネクタと、1以上の整調及び負荷電気部品を含むコンパクトな構成可能な部品アセンブリアレイとを含み、
    電気部品のうちの少なくとも1つは、入力コネクタに結合され、電気部品のうちの少なくとも1つは、出力コネクタに結合され、部品アセンブリアレイは、固定数のバスと構成可能なコネクタを使用して複数のネットワークトポロジに配置されるように構成され、ネットワークトポロジは、1つの選択されたネットワークトポロジを含み、選択されたネットワークトポロジは、可変インピーダンス負荷から反射されたRFエネルギーを低減させるように構成されるプラズマ処理システム。
  9. 部品アセンブリアレイは、2つのバスと、構成可能なコネクタの固定セットとを含む、請求項8記載のプラズマ処理システム。
  10. バスはそれぞれ、固定インピーダンス部品のバンクに結合するように構成され、構成可能なコネクタのセットは、選択されたネットワークトポロジを含む複数の異なるネットワークトポロジ内の部品アセンブリアレイの設定を可能にするように構成される、請求項9記載のプラズマ処理システム。
  11. 出力コネクタは、出力バックプレートとRF出力ストラップとを含む、請求項10記載のプラズマ処理システム。
  12. 出力バックプレートは、RF出力ストラップにアクセスするための開口部を含む、請求項11記載のプラズマ処理システム。
  13. RF出力ストラップは、流体冷却のためのチャネルを含む、請求項12記載のプラズマ処理システム。
  14. RF電流の流れの長さを最小にするように、部品アセンブリアレイの電気部品は、互いに直接隣接している、請求項13記載のプラズマ処理システム。
  15. RFジェネレータから出力されたRFエネルギーを、可変インピーダンス負荷を有するプラズマチャンバに整合させる方法であって、
    入力コネクタでRF電力を受ける工程と、
    1以上の整調及び負荷電気部品を含むコンパクトな構成可能な部品アセンブリアレイにRF電力を印加する工程と、
    プラズマチャンバの可変インピーダンス負荷に整合するインピーダンスを有する出力コネクタを介してプラズマチャンバにRF電力を出力する工程であって、少なくとも1つの電気部品が入力コネクタに結合され、少なくとも1つの電気部品が出力コネクタに結合される工程と、
    複数の可能なネットワークトポロジ設定の間から選択された1つの選択されたネットワークトポロジ設定に部品アセンブリアレイを配置する工程であって、複数の可能なネットワークトポロジ設定のうちのすべては、部品アセンブリアレイを使用して組み立てることができ、選択されたネットワークトポロジ設定は、可変インピーダンス負荷から反射されたRFエネルギーを低減させるように構成される工程とを含む方法。
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