JP4859331B2 - 真空プラズマ処理装置用のｒｆプラズマ励起コイル - Google Patents

Description

本発明は、真空プラズマ処理装置に用いられるＲＦプラズマ励起コイルに関する。

真空チャンバ内でＲＦプラズマを用いて加工物を処理する処理装置の一形式は、コイル上方のハウジング内に位置する端子間に垂直に延びるリード線によってＲＦ供給源に応答性を有して接続されたコイルを含む。このコイルは、通常、平面形、球形またはドーム形であり、ＲＦ供給源で駆動されてチャンバ内のイオン化可能な気体をプラズマに励起する電磁場を生成する。コイルを励起源に接続するリード線（ｌｅａｄ）は、コイルの端子と直角に交差する。通常、このコイルは誘電体窓上にあるかそれに隣接しており、この誘電体窓は加工された加工物の水平に延びる平らな表面に概して平行な方向に延びている。励起されたプラズマは、チャンバ内の加工物と相互作用して、加工物をエッチングするか、またはその上に物質を堆積させる。この加工物は、一般的には、平らな円形表面を有する半導体ウエハか、または固体誘電体プレート、例えばフラット・ディスプレイに使用される長方形ガラス基板または金属プレートである。

Ｏｇｌｅの米国特許第４，９４８，４５８号は、上記の結果を達成するための多重旋回スパイラル平面コイルを開示している。このスパイラルは、一般にアルキメデス型であり、インピーダンス・マッチング・ネットワークを介してＲＦ供給源に接続されたその内部端子および外部端子の間で、半径方向、且つ、円周方向に延びる。このようなコイルは、磁場成分および電場成分を有する振動ＲＦ場を生成し、これが誘電体窓を貫通して窓に近いプラズマ・チャンバの部分において電子およびイオンを励起する。窓に近いプラズマ部分における磁場の空間分布は、コイルの各点における電流によって生成される個々の磁場成分の合計の関数である。電場の誘導成分は、時間変動磁場によって生成されるのに対して、電場のキャパシタンス成分はコイル中のＲＦ電圧によって生成される。誘導電場は、加工物に対して方位方向（ａｚｉｍｕｔｈａｌ）であるのに対して、キャパシタンス電場は垂直方向である。電流および電圧は、ＲＦ供給源の周波数におけるコイルの伝送線路効果が原因で、場所によって異なる。

Ｏｇｌｅ '４５８号特許が開示し、且つ、それに基づくスパイラル設計に対して、スパイラル・コイル中のＲＦ電流は、トロイダル形電場を生成するように分布し、窓の近傍のトロイダル・プラズマを生じ、この場所は、電力がガスに吸収されて気体をプラズマに励起する場所である。トロイダル形磁場は、トロイダル形プラズマ分を生成する、リング形電場によって達成される。１．０から１０ミリトール範囲の低圧力において、プラズマ濃度がピークとなるトロイダル形領域からのプラズマの拡散は、プラズマの非均一性を不鮮明化し（ｓｍｅａｒ ｏｕｔ）、加工物の中心直上のチャンバ中央でのプラズマ密度を増加させる傾向がある。しかしながら、一般に拡散のみでは十分にチャンバ壁へのプラズマ損失を補償することができず、また加工物周囲付近のプラズマ密度を独立して変化させることができない。１０〜１００ミリトールの中間圧力範囲においては、プラズマ中の電子、イオンおよび中性子の気相衝突によって、トロイダル領域からのプラズマ荷電粒子の実質的な拡散がさらに妨げられる。その結果、加工物のリング形領域ではプラズマ密度は比較的高いが、加工物の中央部分および周辺部分ではプラズマ密度が低くなる。

このような異なる作動状態に起因して、トロイド内側とトロイド外側の間と共に、加工物ホルダの面に直角であるチャンバの中心線（すなわちチャンバ軸）に対して異なる方位角においても、実質的に大きなプラズマ流束（すなわちプラズマ密度）変動が生じる。これらのプラズマ流束変動によって、結果的に、加工物に入射するプラズマ流束の大きな標準偏差、すなわち６％を超える標準偏差を生じる。加工物に入射するプラズマ流束の大きな標準偏差によって、不均一加工物処理、すなわち加工物の異なる部分を異なる程度にエッチングし、および／または異なる量の材料をその上に堆積させる傾向がある。

加工物に入射するプラズマ密度の均一性を改善することを目的とする多くの装置は、通常はコイル形状に関係する幾何学的原理に注目している。例えば、米国特許第５，３０４，２７９号、第５，２７７，７５１号、第５，２２６，９６７号、第５，３６８，７１０号、第５，８００，６１９号、第５，４０１，３５０号、第５，５５８，７２２号、第５，７５９，２８０号、第５，７９５，４２９号、第５，８４７，０７４号および第６，０２８，３９５号を参照されたい。しかしながら、これらのコイルは一般に、半径方向プラズマ流束均一性を改善するように設計されているが、方位方向プラズマ流束均一性または方位対称性（ａｚｉｍｕｔｈａｌ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）はおおむね無視していた。

本願出願人が同時に譲渡された、「誘導結合プラズマ生成システム用の多重コイル・アンテナ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｃｏｉｌ Ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」という名称の米国特許第６，１６４，２４１は、同心で、電気的に平行な２つの巻線を含み、それぞれが、各巻線の入力および出力端子と考えることのできる、第１および第２の端子を有する、別のコイルを開示している。それぞれの第１端子は、ＲＦ電源によって駆動されるマッチング・ネットワークの出力端子に、第１の組のキャパシタを介して接続されている。それぞれの第２端子は、第２の組のキャパシタを介してマッチング・ネットワークとＲＦ供給源の共通接地端子に接続されている。各巻線には、単一の巻線または、２つの巻線の共通軸に対して円周方向および半径方向にスパイラル状に延びる複数巻線を含めることができる。各巻線は、平面または３次元形状（すなわち球形またはドーム形）であるか、または単一巻線の個別の巻線を互いに積み重ねて、個別の巻線によってプラズマに結合された電磁場の量を増強することができる。

Ｈｏｌｌａｎｄらの米国特許第６，０２８，３９５号は、複数の電気的に平行な巻線を含むコイルを開示している。巻線の周辺部が、互いに垂直に、且つ、コイルを真空チャンバ内部から分離している誘電体窓に対して垂直に積み重ねられている。積重ねコイル・セグメントの配設は、２つのセグメントを通過して平行に流れる電流から生じる電磁フィールドが加法的となるようにして、チャンバ内に比較的均一な電磁場を維持すると共に、加工物上で比較的均一なプラズマ密度を維持するのを助ける。

積重ねコイル部分の平行接続は、２つの平行な、積重ねコイル部分と実質的に直角に延びるストラットによって確立される。リード線がコイル端末に直角に接続されている結果として、悪影響を生ずる可能性がある。とりわけ、我々は、ストラットおよびリード線は、コイルおよび積重ねコイルによって生成される電磁場に、特にリード線およびコイル端子が接続される領域周辺で、摂動を与えると思われることを見出した。さらに、ストラットおよびリード線は、比較的大きな定常波変動をコイルに生成する傾向があり、この変動によって通常、加工物に不均一プラズマが入射される。

したがって本発明の目的は、真空プラズマ処理装置用の新規の改良型コイルを提供することである。

本発明のさらなる目的は、真空プラズマ処理装置用の新規の改良型コイルであって、処理装置の加工物に入射するプラズマ密度の、方位均一性および半径方向均一性が比較的に高いコイルを提供することである。

本発明のさらなる目的は、真空プラズマ処理装置のＲＦプラズマ励起コイルを駆動するＲＦ励起端子と該コイルの端子との間の新規の改良型接続構造を提供することである。

本発明の別の目的は、真空プラズマ処理装置の誘電体窓に対して異なる面にあるＲＦプラズマ励起コイルの部分間における新規の改良型接続構造を提供することである。

本発明の一態様によれば、処理装置の真空チャンバの窓の上方に位置するように配設された、真空プラズマ加工物処理装置多重旋回プラズマ励起コイルは、少なくとも１つの実質的に平面の旋回とその平面旋回の一部分を積み重ねたセグメントを有する。この積重ねセグメントは、平面旋回巻線とチャンバ内部の屋根との間の間隔（通常は窓の厚さ）と異なる距離だけ、平面旋回から間隔を空けられていると共に、平面旋回と直列に接続されており、その結果、平面旋回と積重ねセグメントを通過して同一の電流が同一方向に流れる。積重ねセグメントの使用は、主として、プラズマの個別領域への誘導ＲＦ結合を増加させて、周方向のプラズマ均一性を向上させ、かつチャンバとコイルが完全に対称でないことによる周方向の非対称を補正するためである。積重ねセグメントの位置、積重ねセグメントの弧の長さ、および積重ねセグメントと平面旋回との間の間隔は、それぞれのチャンバおよび／またはコイル構成に対して選択することによって、個々のプラズマ領域へのＲＦ結合を最適化するのが好ましい。

積重ねセグメントは、好ましくは、平面状旋回への直列接続のための第１および第２の端子を含む。積重ねセグメントは、平面状旋回に接続された両端の第１および第２の端子を有する、追加の延長部分旋回を形成する。一実施形態においては、積重ねセグメントの第２の端子と平面状旋回の第１の端部との間の接続を確立する金属リード線は、相互接続ループを含む。このループの第１および第２の端部は、それぞれ積重ねセグメントの第２の端子と平面状旋回の第１の端部に接続されている。ループは急な湾曲部なしに緩やか、且つ、円滑に曲げられて、その結果、積重ねセグメントと平面状旋回とによって生成される電磁場に摂動を実質的に起こさせない。

本発明の別の態様によれば、第１の金属接続構造は、コイルの入力端子とマッチング・ネットワークの出力にそれぞれ接続された第１および第２の端部を有する。第２の金属接続構造は、コイルの出力端子に接続された第１の端部と、終端キャパシタに接続された第２の端部とを有する。第１および第２の金属接続構造は、急な湾曲部なしに緩やか、且つ、円滑に延びて、その結果、それらによって生成される電磁場が、コイル（および利用可能な場合には積重ねセグメント）によって生成される主磁場に、互いに強め合って（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ）重ね合わされる。

本発明のさらなる態様によれば、平面状旋回の第１の部分と積重ねセグメントの一端とにそれぞれ接続された第１および第２の端部を有する金属接続構造は、その第１および第２の端部間で、急な湾曲部なしに緩やか、且つ、円滑に延びるように配設される。

好ましくは、積重ねセグメントは、平面状旋回巻線の両端間の相互接続間隙に隣接して位置する。積重ねセグメントは、間隙から両方向に延びて、間隙からプラズマへの低いＲＦ結合を補償する。

一実施形態においては、金属接続構造は、（１）平面状旋回の第１の端部から間隙から離れる方向にループを描き、間隙から遠い点まで延びる第１の部分と、（２）その点から積重ねセグメントの第１の端部にループを描いて戻る第２の部分とを含む。金属接続構造の第１の部分は、好ましくは、積重ねセグメントの第１の端部に対して接線方向に延びる。積重ねセグメントは、ＲＦ供給源からの電流に応答するように接続されたコイル端子の１つを画定する第２の端部を含む。

本発明の追加の態様によれば、平面状旋回は第１および第２の端部を含み、これらは空間的に互いに近接すると共に、間隙によって互いに間隔を空けられており、そのために電流は、第１および第２の端部の間の平面状旋回の残り部分を流れる。端部の１つは、半径方向、且つ、円周方向に延びる導電ストラップによって巻線の隣接旋回に接続されている。積重ねセグメントは、間隙を越えて延びており、その結果、積重ねセグメントの第１および第２の端部は間隙の両側にある。

第１の実施形態によれば、積重ねセグメントの第１および第２の端部は、平面状旋回の間隙からほぼ等しい角度で変位させてある。接続構造は、最初に電流が平面状旋回内の電流の方向と反対の方向に戻るように流れ、次いで緩やかに湾曲した接続構造に沿って徐々に方向を変え、最後には平面旋回内で元の電流の流れと同一方向に流れるように配設されている。

第２の実施形態によれば、積重ねセグメントの第１および第２の端部は、第２の端部が、平面状旋回の間隙を越えて円周方向に変位させられると共に、間隙の角度変位よりも実質的に大きく延びて、間隙領域からプラズマへの低ＲＦ結合を補償するように配設される。好ましくは、積重ねセグメントは、その第２の端部が平面状旋回の第１の端部の上に載っている。積重ねセグメントの第２の端部は、短く、直線の接続を介して平面状旋回の第１の端部に接続することによって、平面状旋回内で電流が同一方向に流れ続けるようにすることができる。

本発明の、上記およびさらなる目的、特徴および利点は、その具体的な実施形態の詳細な説明を、特に添付の図面を合わせて考慮すれば明らかになるであろう。

添付図面の図１の真空プラズマ処理装置は、研磨加工された金属壁１２、金属底部エンド・プレート１４、およびその中心から周辺まで同一厚さの誘電体窓１９からなる円形トップ・プレート構造１８を有する、円筒に成形された真空チャンバ１０を含む。真空チャンバ１０のシーリングは、従来型のガスケット（図示せず）によって提供される。

図１の処理装置は、半導体、誘電体または金属基板のエッチング、またはそのような基板に材料を堆積させるのに使用することができる。

プラズマ状態に励起することのできる好適な気体は、気体供給源（図示せず）から金属壁１２のポート２０を介して真空チャンバ１０の内部に供給され、さらに気体配送機構（図示せず）を介して均一に分布させる。真空チャンバ１０の内部は、底部エンド・プレート１４内のポート２２に接続された真空ポンプ（図示せず）によって、１〜１０００ミリトールの範囲で変動可能な圧力で、真空状態に維持される。

真空チャンバ１０内の気体は、好適な電気供給源によって、制御された空間密度を有するプラズマに励起される。電気供給源は、誘電体窓１９の直上に装着されて、一般に１３．５６ＭＨｚの固定周波数を有する可変電力のＲＦ供給源２６によって励起される、平面、または球形、またはドーム状のコイル２４を含む。

インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８は、ＲＦ供給源２６の出力端子とコイル２４の端子１１１との間に接続されて、ＲＦ供給源２６からのＲＦ電力をコイル２４に結合する。インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８は、可変リアクタンスを含み、この可変リアクタンスを、検出器４３によって検知されるマッチング・ネットワークの入力端末に反射された電圧の振幅と位相角の指示値に応答して、コントローラ２９が公知の方法で変化させる。コントローラ２９は、インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８のリアクタンス値を変化させ、その結果、ＲＦ供給源２６と、コイル２４およびコイル２４が駆動するプラズマ負荷を含む負荷とのインピーダンス・マッチングを達成する。

コントローラ２９はまた、入力デバイス４１に応答して、コイル２４に結合された可変リアクタンスを制御する。入力デバイス４１は、ポテンショメータまたはキーパッドのキーなどの手操作デバイスとするか、または加工物３２の異なる処理処方に対してコンピュータ・メモリに記憶させた信号に応答するマイクロプロセッサとすることができる。処方の変数には、（１）ポート２０から真空チャンバ１０中に流入する気体種、（２）ポート２２に接続された真空ポンプにより制御される真空チャンバ１０内の圧力、（３）コイル２４に供給される電力と実質的に等しいＲＦ供給源２６の全出力電力、および（４）コイル２４に接続されたキャパシタの値がある。

加工物３２は、真空チャンバ１０内の加工物ホルダ（すなわち圧盤またはチャック）３０の表面に強固に装着されており、加工物３２を担持する加工物ホルダ３０の表面は誘電体窓１９の表面と平行である。加工物３２は、通常、ＤＣ電源（図示せず）が加工物ホルダ３０のチャック電極（図示せず）に印加するＤＣ電圧によって、加工物ホルダ３０表面に静電気的に締め付けられている。ＲＦ供給源４５は、可変リアクタンス（図示せず）を含むインピーダンス・マッチング・ネットワーク４７にＲＦ電力を供給する。インピーダンス・マッチング・ネットワーク４７は、ＲＦ供給源４５の出力を加工物ホルダ３０に結合する。コントローラ２９は、振幅および位相の検出器４９が導き出した信号に応答してインピーダンス・マッチング・ネットワーク４７の可変リアクタンスを制御し、ＲＦ供給源４５のインピーダンスを加工物ホルダ３０の電極（図示せず）のインピーダンスにマッチングさせる。加工物ホルダ３０内の電極に結合された負荷は、主として真空チャンバ１０内のプラズマである。周知のように、ＲＦ供給源４５が加工物ホルダ３０の電極に印加するＲＦ電圧は、プラズマ中の荷電粒子と相互作用して加工物３２上にＤＣバイアスを生成する。

コイル２４を取り囲み、且つ、トップ・プレート構造１８上方に延びているのは、金属壁１２の内径よりもいくぶん大きな内径を有する金属チューブまたは缶状のシールド３４である。シールド３４は、コイル２４内に発生する電磁場を周囲環境から減結合する。円筒状に成形された真空チャンバ１０の直径は、コイル２４によって生成される電磁場の境界を画定する。誘電体窓１９の直径は、真空チャンバ１０の全上部表面が誘電体窓１９で構成される程度に、真空チャンバ１０の直径よりも大きい。

加工物３２の処理表面と誘電体窓１９の底部表面の間の距離は、露出され、処理された加工物の表面上に最も均一なプラズマ流束を提供できるように選択する。本発明の好ましい実施態様に対して、加工物３２の処理表面と誘電体窓１９の底部表面との間の距離は真空チャンバ１０の直径の約０．２〜０．４倍である。

コイル２４には、１つの巻線または複数の平行巻線を含めることができる。どちらの配設においても、各巻線は、ＲＦ供給源２６の１３．５６ＭＨｚにおいて、電気的に十分な長さであり、約３０°〜４５°の全電気的長さ有する伝送線路として機能して、巻線の長さに沿って定常波パターンを生成する。この定常波パターンは、巻線の長さに沿った定常波ＲＦの電圧および電流の大きさに変動を生じる。巻線によって生成される磁束が、これらのＲＦ電流の大きさに依存するために、コイル２４の異なる巻線の下の、真空チャンバ１０の異なる部分において異なるプラズマ密度が生成されることになる。

コイル２４の異なる部分を流れるＲＦ電流の大きさにおける変動が、空間的に平均化されて、これによってプラズマ濃度空間分布を制御するのを支援する。これらの異なる電流値を空間的に平均化することによって、特に巻線における低ＲＦ電流領域において、プラズマ密度における方位非対称を実質的に防止することができる。別の選択肢としては、ＲＦ供給源２６の周波数を４．０ＭＨｚとするが、この場合にはコイル２４の巻線は電気的に短く、約１０°〜１５°であり、巻線内の定常波電流および電圧は実質的に一定になる。

次に添付図面の図２に示す、図１のコイル２４の一構成の上面部を参照する。コイル２４は、３つの同心旋回１０１、１０２、１０３を有する単一巻線を含み、これらのすべては、円のセクタ（扇形）であり、同一面内にある。旋回１０１〜１０３は、コイル中心軸１０５と同心であり、旋回１０１、１０２、および１０３の半径は漸進的に大きくなる。旋回１０１〜１０３のそれぞれの角度長さは約３４０°、すなわち円の全一回転よりもわずかに小さい。旋回１０１、１０２、１０３の隣接する端部は、半径方向および円周方向に延びるまっすぐな直線セグメント１０７および１０９によって、それぞれ互いに相互接続されており、その結果、直線セグメント１０７の内部および外部端部はそれぞれ内部旋回１０１および中央旋回１０２の隣接端部に接続され、一方、直線セグメント１０９の内部および外部端部は、中央旋回１０２および外部旋回１０３の隣接端部にそれぞれ接続されている。内部旋回１０１の他端は、適当なケーブルまたはストラップ１８０で、インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８のＲＦ電圧出力端子に接続された端子１１１を含む。

外部旋回１０３の他方の端部の端子１１３は、銀メッキした銅製のシート・メタル・ストラップ（すなわちリード線）１１７によって、積重ねセグメント１１５と直列に接続されている。積重ねセグメント１１５は、（１）弧の長さが約１２０°であり、（２）旋回１０３の半径と等しい半径を有する円のセクタとして成形されており、（３）旋回１０３の１２０°セクタの上に重なり、且つ、位置合わせされている。積重ねセグメント１１５は、コイル２４のｙ軸１２０から両方向に約６０°延びており、ｙ軸１２０は、コイル中心軸１０５から延びると共に、旋回１０３の互いに空間的に近接する２つの端部間の２０°間隙の両端部から等距離にある直線として定義される。積重ねセグメント１１５は、旋回１０１、１０２、１０３の面の上方、且つ、平行な面内に位置する。

好ましくは、それぞれの旋回１０１〜１０３は長方形横断面を有し、各横断面の幅は約１．０ｃｍ、各横断面の高さが約１．６ｃｍである。旋回１０１〜１０３のそれぞれは、銀被覆を施した銅で製作し、図３に示すように冷却流体が流れる中空中心１２４を有するのが好ましい。積重ねセグメント１１５は、好ましくは銀被覆を施した銅で製作し、幅が約１．０ｃｍで高さが約０．６ｃｍの中実長方形横断面を有する。

誘電体支持ブロック１１９は、積重ねセグメント１１５を、旋回１０１〜１０３に平行、且つ、その上方の面に強固に位置決めする。誘電体支持ブロック１１９は、概して長方形であり、旋回１０３の上部ならびに積重ねセグメント１１５の底部がそれぞれ適合するノッチ１２１、１２３を含む。

積重ねセグメント１１５は、端子１２５および１２７を含み、これらは、図２に示すように、ｙ軸１２０の左右に等しい角度変位でそれぞれ配置されている。したがって、端子１２５は旋回１０３の端子１１３から約５０°間隔を空けた旋回１０３の部分の上方にあり、同時に端子１２７は直線セグメント１０９によって旋回１０２に接続された旋回１０３の端部から約５０°間隔を空けた旋回１０３の部分の上方にある。銀メッキされた銅シート金属ストラップ（すなわちリード線）１２８の一端は、端子１２７に接続されて、電磁場分布を支援するために端子１２７が配置されている積重ねセグメント１１５の端部から接線方向に延びている。ストラップ１２８の他端は、終端キャパシタ１２９を介して接地されている。

ストラップ１１７は、最初にコイルｘ軸およびｙ軸１２０，１２２から離れて、すなわち端子１１３から外側に延びる、第１の端部を有する部分１１６を含む。次いで部分１１６は、垂直、且つ、実質的に旋回１０３および積重ねセグメント１１５と平行に、且つ、端子１２５を越えて延びる。ストラップ１１７はまた、旋回１０３、積重ねセグメント１１５および端子１２５の方向にループを形成して戻る部分１１８を含む。部分１１８の端部（ストラップ１１７の第２の端部）は、端子１２５に機械的、且つ、電気的に接続され、ストラップ１１７の第１の端部は、端子１１３に機械的、且つ、電気的に接続されている。図６に示すように、ストラップ１１７は、捩じられており、完全には閉じていないメビウス・ループに似ている。

積重ねセグメント１１３は、積重ねセグメントと位置合わせされたプラズマ領域への誘導ＲＦ結合を増大させ、周方向プラズマ均一性を改善し、例えば旋回１０３の両端部間の間隙内でチャンバとコイルが完全に対称でないことによる、周方向の非対称性を補正する。積重ねセグメント１１５の位置、端子１２５と１２７の間の積重ねセグメントの弧の長さ、および積重ねセグメント１１５と平面形旋回１０３の間隔は、各チャンバ構成に対して、個々のプラズマ領域へのＲＦ結合を最適化するように選択するのが好ましい。

積重ねセグメント１１５とストラップ１１７の構成が望ましい理由は、旋回１０３からわずかに垂直に湾曲して離れる部分１１６における電流から生じる場は、積重ねセグメント１１５および旋回１０３によって生成される場にわずかに摂動を与えるだけであると共に、部分１１８における電流から生じる場は、コイルが生成する他の場に互いに強め合って（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ）加わるためである。このストラップ１１７の構成は、ストラップ１１７の部分１１６を流れる電流が、端子１２５および１１３の間の旋回１０３および積重ねセグメント１１５の部分を流れる電流と反対に流れるにもかかわらず、端子１１３から端子１２５に流れる電流が、旋回１０３とセグメント１１５の重畳部分に流れる電流の複合効果によって生じる場から実質的に減算をする電磁場を生成しないようにする。積重ねセグメント１１５の上方にあるストラップ１１７の部分１１８は、ストラップ１１７の部分１１８が、セグメント１１５およびセグメント１１５の下方の旋回１０３の重畳部分によって生成される磁束に追加される磁束を生成するように、実質的に積重ねセグメント１１５に位置合わせされている。

ＲＦ供給源２６の周波数およびコイル２４の長さは、好ましくは、コイル２４がＲＦ供給源２６の波長と比較して電気的に短い（４５°以下、例えば２０°〜３０°）。したがって、電流は、端子１１１と端子１２７の間でコイル２４を通過して常に同じ方向に流れる。終端キャパシタ１２９の値を適切に選択することによって、端子１１１および１２７における定常波電流の振幅がほぼ等しくなり、且つ、端子１１１および１２７から等距離の点に、コイル２４の中心における定常波電流ピーク振幅がある。

ストラップ１１７の形状は、旋回１０３から積重ねセグメント１１５へと高さが滑らか、且つ、緩やかに変わり、ストラップ１１７の第１の端部と第２の端部との間で急な湾曲部がなく、この形状は、旋回１０３と積重ねセグメント１１５の間で誘導結合を緩やかに変化させ、コイル２４の電磁場分布を乱さない。旋回１０３および積重ねセグメント１１５が、コイルとセグメントの間に直接、垂直に伸ばされた、すなわち旋回１０１〜１０３の面に直角に延ばされたストラップまたはその他の導体によって接続されている場合には、急な誘導結合変化およびコイル電磁波分布の実質的な妨害があるであろう。これらの悪影響が起こる理由は、旋回１０３および積重ねセグメント１１５がそれらを通過する同一のＲＦ電流を有し、それらを（旋回１０１〜１０３の面に直角に）接続するストラップが電磁場を生成し、この電磁場が、旋回１０１〜１０３および積重ねセグメント１１５によって生成された場を、直交して妨害することになるからである。

図７に示すように、コイル端子１１１および１２７は、それぞれ金属ストラップ１２８および１８０によって、コイル２４上のハウジング内に位置するキャパシタ１２９を介して接地され、およびコイル２４上のハウジング内に位置するマッチング・ネットワーク２８の出力端子に接続されている。ストラップ１２８は端子１２７とキャパシタ１２９の間で円滑、かつゆるやかに（急な湾曲部なしに）接続され、これにより前記と同じ利点の多くが提供される。ストラップ１８０の両端は、前記と同様の結果を得るために、ストラップ１２８と端子１２７とを接続するのと同様の方法で、端子１１１およびマッチング・ネットワーク２８の出力端子に接続されている。

図２〜６のコイル配設と類似の積重ねコイル配設は、インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８のＲＦ出力によって並列に駆動される２つの平行で同心の巻線を含むコイルを用いて利用することもできる。そのようなコイルを図８に示してあり、このコイルは、コイル軸１４０と同心の、多重旋回の、ほぼ等しい長さの内部および外部巻線１３０、１３２を含む。多重コイル（または複数巻線）の作動の原理は、Ｃｈｅｎらの米国特許第６，１６４，２４１号に記述されている。図８に示す、積重ねセグメント１６４なしのコイルの作動のさらなる詳細は、本願出願人らの同時係属の「Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｈａｖｉｎｇ Ｃｏｉｌ ｗｉｔｈ Ｐｌｕｒａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ Ｄｅｎｓｉｔｙ」という名称の出願（ＬＨＧＢ Ｄｏｃｋｅｔ ２３２８−０５０、本出願と同時に申請）にも示してあり、これには図８のコイルに使用されるインピーダンス・マッチング・ネットワークならびにチューニングおよび制御配設と類似するか、または同一のインピーダンス・マッチング・ネットワーク２８ならびにチューニングおよび制御配設の詳細が含まれる。

巻線１３０は、３つの旋回１３４、１３６および１３８を含み、このそれぞれは、軸１４０と同心の個別の円のセクタに沿っており、これらの円の半径は異なる。内部旋回１３４および外部旋回１３８はそれぞれ、入力端子１４２および出力端子１４４を含む。端子１４２は、インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８の電力出力端末に接続され、同時に、端子１４４はストラップ１４５によって終端キャパシタ１４６を介して接地されている。これらの接続は、端子１４２が終端キャパシタ１４６を介して接地され、端子１４４がインピーダンス・マッチング・ネットワーク２８に接続されるように、逆転させることもできることがわかるであろう。ストラップ１４３および１４５は、ストラップ１２８と同じ構成である。旋回１３４および１３８の端部は、半径方向および円周方向に延びる巻線１３０の直線セグメント１４８および１５０によって、旋回１３６の両端部にそれぞれ接続されている。

巻線１３２は、入力端子１５６および出力端子１５８をそれぞれ含む外部旋回１５２および内部旋回１５４を含む。端子１５６はストラップ１５７によってインピーダンス・マッチング・ネットワーク２８の電力出力端子に接続され、同時に、端子１５８はストラップ１５９によって、終端キャパシタ１６０を介して接地されるか、またはその逆である。ストラップ１５７および１５９は、ストラップ１２８と同じ構成である。旋回１５２および１５４は、円周方向および半径方向に延びる直線セグメント１６２によって互いに接続されている。旋回１５２および１５４は、コイル軸１４０と同心であり、軸１４０から異なる半径で間隔を空けられている。図８のコイルの旋回１３４、１３６、１３８、１５２および１５４のすべては、実質的に平面状であり、図３に示す旋回１０１〜１０３の横断面と同一の横断面を有する。内部巻線１３０内の直線セグメント１４８および１５０は、好ましくは、外部旋回１５２の直線セグメント１６２と半径方向反対側に位置合わせし、プラズマに与えるＲＦ結合の半径方向非対称性の影響を最小化する。

図８のコイルは、旋回１５２の面の上方に積み重ねられて、約１５０°の弓形長さで延びる、弓形の積重ねセグメント１６４を含む。積重ねセグメント１６４は好ましくは、中実断面を有し、図３に示すように積重ねセグメント１１５と同様に構成する。積重ねセグメント１６４は、図３〜５の誘電体支持ブロック１１９と同じ構造によって旋回１５２の一部分の上方に位置決めされている。積重ねセグメント１６４は、旋回１５２と同じ半径を有する円のセクタであり、軸１４０に中心を有し、それによって旋回１５２に位置合わせされている。積重ねセグメント１６４の一端は、ストラップ１５７によってインピーダンス・マッチング・ネットワーク２８の電力出力端子に接続された端子１５６を含む。端子１５６に接続されたストラップ１５７の端部は、（１）端子１５６が位置する積重ねセグメント１６４の部分から接線方向に、（２）実質的にセグメントの上部と同じ面内に延びている。したがって、ストラップ１５７は、螺旋階段の高さが増加するのと同様に、緩やか、且つ、円滑に、（１）巻線１３２の内側方向、および（２）上方に延びている。ストラップ１５７の反対側端部は、インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８のＲＦ出力端子に接続されている。ストラップ１４３はまた、螺旋階段と同様に、滑らか、且つ、緩やかに、端子１４２とインピーダンス・マッチング・ネットワーク２８のＲＦ出力端子との間に延びている。

端子１５６の反対側の積重ねセグメント１６４の端部は、実質的に旋回１５２の端部と位置合わせされると共に、垂直に延びる金属ねじ１６６および金属スペーサ１６８によって、旋回１５２の端部において、電気的、且つ、機械的に旋回１５２に接続されており、この旋回１５２の端部では中空横断面がなく、旋回１５２内のねじ穴は、図９に示すように完全貫通にでも、または十分な深さにでもできる。スペーサ１６８は、好ましくは銀メッキした銅で製作するのに対して、ねじ１６６は銀メッキしたステンレス鋼または真鍮で製作して、良好な機械的強度を与える。ねじ１６６を締結することによって、電流は積重ねセグメント１６４からねじ１６６およびスペーサ１６８を介して旋回１５２へと連続して流れる。

さらなる選択肢としては、図１０に示すように、積重ねセグメント１６４は金属ストラップ１７０および中実金属部分１７２を含む。ストラップ１７０の両端部は、旋回１５２の端部と、旋回１５２に平行な面内に延びて、誘電体支持ブロック１１９で支持された中実金属部分１７２の端部とに、それぞれ接続されている。金属ストラップ１７０は、旋回１５２の端部と中実金属部分１７２の端部との間で、滑らか、且つ、緩やかに延びている。

作動に際しては、図８のコイルは、比較的電気的長さが短く、すなわち供給源２６の周波数（例えば４ＭＨｚ）であり、巻線１３０および１３２の長さは、巻線１３０および１３２のそれぞれにおける定常波電流が電気的長さにおいて約２０°から３０°となるようにされている。その結果、巻線１３０および１３２の長さに沿っては、実質的な定常波電流および電圧は変動がない。インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８のＲＦ出力端子によって並列に駆動される入力端子１４２および１５６の位置、および巻線１３０および１３２の短い電気的長さは、旋回１３４、１３６、１３８、１５２および１５４の同じ方位角に沿ったＲＦ電流が実質的に同一方向に流れるようにされている。終端キャパシタ１４６および１６０の値は、巻線１３０および１３２の全体インピーダンスを調整して各巻線の電流を制御するようにそれぞれ選択されて、インピーダンスが低いほど、電流が高くなる。

積重ねセグメント１６４の下の旋回１５２の部分内を流れる電流の大きさと方向が、積重ねセグメント１６４内とほぼ同じであるので、積重ねセグメント１６４を通過する電流によって生じる磁場は、積重ねセグメント１６４と位置合わせされた旋回１５２の部分を通過する電流によって生じる磁場を補助する。全体的に、コイルは、方位的に変更することによってプラズマ方位不均一性を実質的な範囲で補正または補償することのできる電磁場分布を生成する。

本発明の具体的な実施形態を記述し説明したが、添付の請求の範囲に定義する本発明の真の趣旨と範囲から逸脱することなく、具体的に説明し記述した実施形態の詳細の変更が、可能であることは明らかであろう。

例えば、本発明の多くの原理は、１つまたは２つの巻線を有するコイルに限定されることなく、３つまたは４つ以上の巻線を有するコイルにも適用できる。

真空プラズマ処理装置の概略図である。 図１の処理装置に使用されるコイルの一実施形態の上面図である。 図２の３−３線に沿う縦断面図である。 図２の部分縦断面図である。 図２の部分縦断面図である。 図２のコイルの部分斜視図である。 図２のストラップの形態を示すコイルの部分側面図である。 図１の処理装置に使用されるコイルの他の実施形態の上面図である。 図８の部分縦断面図である。 図８のコイルの修正形態を示すコイルの部分側面図である。

Claims (24)

1. 真空チャンバの窓の外に位置するように配設される、真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルであって、
   複数の旋回を有し該複数の旋回のうちの少なくとも１つが端部間にコイル周方向の間隙を有する平面状旋回である少なくとも１つの巻線と、
   巻線の平面状旋回の軸線方向に間隔をおき、且つ、前記少なくとも１つの巻線の平面状旋回のコイル周方向の間隙を横断するように重ねられ、平面状旋回と同一方向に電流が流れるように該平面状旋回に接続された積重ねセグメントと、を備える真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
2. 請求項１に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   積重ねセグメントは、終端キャパシタを介して接地するため又はＲＦ供給源の端子に接続するための第１端子と、平面状旋回に接続された第２端子とを有する真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
3. 請求項２に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   積重ねセグメントの第２端子は、該第２端子と位置合わせされた平面状旋回の部分に接続されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
4. 請求項２に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   積重ねセグメントの第２端子は、第１端子と第２端子との間において積重ねセグメントが重なる平面状旋回の部分に接続されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
5. 請求項４に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   積重ねセグメントの第２端子は、ループを有するストラップを介して平面状旋回に接続されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   積重ねセグメントは前記巻線から前記コイル周方向の間隙に対応するプラズマの個別の領域までの誘導結合を増大するように配置されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
7. 真空チャンバの窓の外に位置するように配設される、真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   巻線は、端部間にコイル周方向の間隙を有する少なくとも１つの平面状旋回と、平面状旋回の軸線方向に間隔をおき、且つ、前記巻線の平面状旋回のコイル周方向の間隙を横断するように重ねられた積重ねセグメントとを含み、
   平面状旋回と積重ねセグメントとは、端部が前記平面状旋回の接線方向と略平行に配置され、急な湾曲部を有することなく緩やか、且つ、滑らかに延びる第１金属接続構造によって接続されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
8. 請求項７に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   励起用の第１，第２端子がそれぞれ設けられた第１，第２端部を同一平面に有する少なくとも１つの巻線を備え、さらに
   （ａ）巻線の第１端子にその一端部を接続された第２金属接続構造と、
   （ｂ）巻線の第２端子にその一端部を接続された第３金属接続構造とを備え、
   第２，第３金属接続構造が、前記それぞれの一端部において、前記第２，第３金属接続構造を、前記巻線の接線方向と略平行に配置され、それぞれ第１，第２端子からその終端までの間で鋭い屈曲部を有することなく緩やか、且つ、滑らかに延び、第２，第３金属接続構造の前記終端が第１，第２端子の何れにも接続されていない真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
9. 請求項７または８に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
   第２，第３金属接続構造における巻線の第１，第２端子に接続された端部が、巻線の第１，第２端部と同一平面にある真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
10. 真空チャンバの窓の外に位置するように配設される、真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルであって、
    複数の旋回を有し該複数の旋回のうちの少なくとも１つが端部間にコイル周方向の間隙を有する平面状旋回である少なくとも１つの巻線と、
    巻線の平面状旋回の軸線方向に間隔をおき、且つ、前記少なくとも１つの巻線の平面状旋回のコイル周方向の間隙を横断するように重ねられた積重ねセグメントと、
    巻線の平面状旋回の所定部分と積重ねセグメントの端部との間に接続され、急な湾曲部を有することなく緩やか、且つ、滑らかに延びるように配設された金属接続構造とを備える真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
11. 請求項１０に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    巻線の平面状旋回の所定部分は、該平面状旋回の端部である真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
12. 請求項１０または１１に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    積重ねセグメントは、平面状旋回の周方向の間隙の両側方向に延びている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
13. 請求項１０〜１２の何れか１項に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    金属接続構造は、平面状旋回の周方向の間隙から離れてループを描いている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
14. 請求項１０〜１２の何れか１項に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    金属接続構造は、積重ねセグメントの端部から離れて延びる部分と、平面状旋回の所定の部分にループして戻る部分を有している真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
15. 請求項１０〜１４の何れか１項に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    金属接続構造は、平面状旋回および積重ねセグメントと平行に延びる部分を有している真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
16. 真空チャンバの窓の外に位置するように配設される、真空プラズマ処理装置用ＲＦプラズマ励起コイルであって、
    複数の旋回を有し該複数の旋回のうちの少なくとも１つが端部間にコイル周方向の間隙を有する平面状旋回である少なくとも１つの巻線と、
    巻線の平面状旋回の軸線方向に間隔をおき、且つ、前記少なくとも１つの巻線の平面状旋回のコイル周方向の間隙を横断するように重ねられ、平面状旋回と同一方向に電流が流れるように該平面状旋回に接続され、各端部が前記少なくとも１つの巻線の平面状旋回のコイル周方向の間隙の両側にある積重ねセグメントとを備える真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
17. 請求項１６に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    積重ねセグメントの各端部のコイル中心から見た場合における角度位置が、前記コイル周方向の間隙の中央に対し、ほぼ等しくなるように配設されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
18. 請求項１６に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    積重ねセグメントは、一方の端部のコイル中心から見た場合における前記コイル周方向の間隙の中央に対する角度位置が、他方の端部のコイル中心から見た場合における前記コイル周方向の間隙の中央に対する角度位置より大きくなるように配設されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
19. 請求項１６〜１８の何れか１項に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    積重ねセグメントは、平面状旋回を流れる電流と同一方向に積重ねセグメント内に電流が流れるように該平面状旋回に接続されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
20. 請求項１９に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    積重ねセグメントと平面状旋回との接続が、急な湾曲部を有することなく緩やか、且つ、滑らかに延びる金属接続構造によって提供されている真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
21. 請求項２０に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    金属接続構造は、積重ねセグメントを流れる電流と反対の方向に電流が流れる部分を有する真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
22. 請求項２０または２１に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    金属接続構造は、積重ねセグメントを流れる電流と反対の方向に電流が流れる部分と、積重ねセグメントを流れる電流と同じ方向に電流が流れる部分とを有する真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
23. 請求項１０に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルにおいて、
    金属接続構造は、積重ねセグメントを流れる電流と同じ方向に電流が流れる部分を有する真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイル。
24. 真空プラズマ処理装置であって、
    請求項１〜２３の何れか１項に記載の真空プラズマ処理装置用のＲＦプラズマ励起コイルを含み、該コイルが真空チャンバ外で、且つ、窓に近接して配置されている真空プラズマ処理装置。

Images