JP5707341B2 - Ｒｆ電力をプラズマチャンバの内部に結合させるための装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、半導体装置、画像表示装置、太陽電池、および固体発光装置といった電子装置の製造に用いられるプラズマチャンバの電極にＲＦ電力を結合することに関する。特に、本発明は、電極に接続されたＲＦ母線導体およびＲＦ帰還母線導体に関し、電極に対するＲＦ母線導体の向きに関する。本発明は、チャンバ内でのＲＦ電力とプラズマとの結合効率を改善する。

プラズマチャンバは、通例、半導体装置、画像表示装置、および太陽電池といった電子装置を製造するための処理工程を行うために用いられる。このようなプラズマ製造工程は、半導体、導体、あるいは誘電体層の加工物表面への化学気相堆積、あるいは、加工物表面のそうした層の選択された部分のエッチングを含む。

図１に従来のプラズマチャンバを示す。加工物１０は、チャンバ内のサセプタ１２上に支持されている。加工物へのプラズマ工程を行なうに当たって、１種またはそれ以上のプロセスガスがガス注入マニフォールド２０〜２６からチャンバ内に分配される。ガス注入マニフォールドは、マニフォールド背面壁部２０、シャワーヘッド２２（ガス分配板またはディフューザとも呼ばれる）、およびサスペンション２４を含み、これらすべてが一括して、ガス注入マニフォールドの内部２６の容積を包囲している。

ガス注入管２８は、マニフォールド背面壁部２０の中央を貫通して延びている。ガス源は、図示していないが、ガス注入管の上端にプロセスガスを供給する。プロセスガスは、ガス注入管からガス注入マニフォールドの内部２６に流れる。そして、その後、シャワーヘッド２２の多数のガス通路を通ってプラズマチャンバの内部１１に分配される。

ガス注入マニフォールド２０〜２６は、ＲＦ電源からのＲＦ電力をプラズマチャンバの内部１１のシャワーヘッドとサセプタの間のプラズマに結合させる電極として機能する。マニフォールド背面壁部２０、シャワーヘッド２２、サスペンション（懸架器具）２４およびガス注入管２８は導電性である。第１のＲＦケーブル３６が、ＲＦ電源３２の出力部からのＲＦ電力をインピーダンス整合回路網３４と結合する。第２のＲＦケーブル３０は、インピーダンス整合回路網３４からのＲＦ電力を、プラズマチャンバのＲＦ入力部４０として機能するガス注入管２８と結合する。

ガス注入管２８はマニフォールド背面壁部の中央と電気的に接続されている。ＲＦ電力は、マニフォールド背面壁部の中央にあるガス注入管から、マニフォールド背面壁部の４辺の各々の４つのサスペンション壁部２４へとマニフォールド背面壁部を通じて放射状に流れ、そして、４個のサスペンション壁部を経由して、シャワーヘッド２２の４辺に流れる。ＲＦ電力は、シャワーヘッドからシャワーヘッドとサセプタ１２の間のプラズマチャンバの内部１１のプラズマと結合される。

この従来のＲＦ電力接続の設計の欠点は以下の通りである。ＲＦ入力部４０（即ち、第２ＲＦケーブル３０がガス注入管２８と電気的に接続している場所）に存在する電気的負荷の複素インピーダンスが、通例、その抵抗成分よりも遙かに大きい誘導成分を持つことで、このことがガス注入マニフォールド２０〜２６、インピーダンス整合回路網３４、および、それらの間に接続されたＲＦ回路内に高いピーク電圧を生み出す。このような高いピーク電圧は、大気中に露出しているＲＦ回路の部分に大気アーク放電（電気放電）を発生させる可能性があり、ＲＦ回路中でキャパシタの故障を招きかねないので、望ましくない。

本発明は、プラズマチャンバのＲＦ入力部からのＲＦ電力をプラズマチャンバ内に結合するための装置および方法である。本発明は、ＲＦ入力部とプラズマチャンバ電極の間で接続されたＲＦ母線導体を含む。

本発明の一つの態様は、さらに、チャンバの電気的に接地された壁部に接続されたＲＦ帰還母線導体を含むことである。ＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体は、互いに平行で互いに対面しているそれぞれの面を持つ。

平行なＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体は、ＲＦ入力部とプラズマチャンバ電極の間の電気的接続のインダクタンスを減少させる利点がある。この減少されたインダクタンスは、ＲＦ回路中のピーク電圧を減少させる利点がある。このことは、大気中に晒されているＲＦ回路の一部の大気中アーク（即ち、電気放電）の危険を減少させ、このことがＲＦ回路中のキャパシタの故障の危険を減少させることに役立つ。

本発明の別の態様によれば、このＲＦ母線導体は、ＲＦ母線導体に最も近いプラズマチャンバ電極の表面に垂直に向けられた最も長寸法の辺を持つ横方向の断面を持つ。ＲＦ導体のこの方向付けは、電極への電気的接続が意図される場所以外の電極領域でＲＦ電力の寄生容量結合を減少させる効果がある。

好ましくは、プラズマチャンバ電極は、ガス注入マニフォールドが貫通して伸びるマニフォールド背面壁部、背面壁部の下側に位置するシャワーヘッド、およびシャワーヘッドサスペンション、または、その他の背面壁部とシャワーヘッドの間に接続された導体を含むガス注入マニフォールドからなり、ＲＦ母線導体は背面壁部に接続されている。

図１は、マニフォールド背面壁部の中央に接続されたガス注入管にＲＦ入力部を有する従来のプラズマチャンバの部分模式断面の側面図である。 図２は、本発明によるプラズマチャンバの部分模式断面の側面図である。断面はプラズマチャンバの中央を通過して切断して得ている。 図３は、図２のプラズマチャンバのＲＦ母線導体、ＲＦ帰還母線導体および上壁部の部分模式断面平面図である。 図４は、ＲＦ母線導体と図２のプラズマチャンバの上壁部の部分模式断面側面図である。断面はＲＦ母線導体のＵ字型形状を貫通して切断して得ている。 図５は、ＲＦ帰還母線導体のＵ字型形状を貫通して断面を得たことを除いて、図４と類似の断面図である。 図６は、ＲＦ入力部を一端に有する２つのＲＦ母線導体を持つ第２の実施の形態におけるＲＦ母線導体、ＲＦ帰還母線導体および上壁部の部分模式断面上面図である。 図７は、図６のプラズマチャンバのＲＦ母線導体と上壁部の部分模式断面の側面図である。断面はＲＦ母線導体の一つのＵ字型形状を貫通して得ている。 図８は、図７に示すＲＦ母線導体に隣接するＲＦ帰還母線導体のＵ字型形状を貫通して得たことを除いて、図７と類似の図である。 図９は、ＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体がマニフォールド背面壁部とプラズマチャンバの上壁部の間にある第３の実施の形態のＲＦ母線導体、ＲＦ帰還母線導体およびマニフォールド背面壁部の部分模式断面上面図である。 図１０は、図９のプラズマチャンバのＲＦ母線導体とマニフォールド背面壁部の部分模式断面側面図である。断面は、ＲＦ母線導体の一つのＵ字型形状を貫通して得ている。 図１１は、図１０に示すＲＦ母線導体に隣接するＲＦ帰還母線導体のＵ字型形状を貫通して得ている点を除いて、図１０と類似の図である。

１．プラズマチャンバの概要
図２は、本発明の一実施の形態を含むプラズマチャンバを示す。本発明を記述する前に、プラズマチャンバの従来の特徴を以下に示す。

加工物１０は、プラズマチャンバの内部１１のサセプタ１２上に支持されている。そのプラズマチャンバは、加工物上に半導体装置、画像表示装置、太陽電池、あるいは固体発光装置などの電子装置を作成するために、加工物をプラズマ処理ステップにかけるよう意図されている。プラズマチャンバ内で処理される加工物１０の例は、平面パネル表示装置がその上に形成される四角形のガラス基板、あるいは、集積回路がその上に形成される円形の半導体ウエーハなどである。

プラズマチャンバは、チャンバ内部１１を真空に封入可能な、望ましくはアルミニウム製の電気伝導性チャンバ壁部１４〜１８を持つ。図示した実施の形態において、チャンバの側壁１４とチャンバの底面壁１６は一体の壁部とされている。チャンバの壁部は、また、チャンバの蓋または上面カバーとも呼ばれる上壁部１８を含む。チャンバ壁部の全ての部分は、電気的に一体に接続され、電気的に接地されている。

加工物上にプラズマ処理を行う場合、１種またはそれ以上のプロセスガスがガス注入マニフォールド２０〜２６を通してチャンバ内に分配される。ガス注入マニフォールドは、マニフォールド背面壁部２０、（ガス分配板またはディフューザとも呼ばれる）シャワーヘッド２２、およびサスペンション２４を含み、これら全てが一括してガス注入マニフォールドの内部２６を構成する内容積を包んでいる。

ガス注入管２８は、マニフォールド背面壁部２０の中央を貫通して延びる。図示していないガス源は、数種のプロセスガスをガス注入管の上端に供給する。プロセスガスは、ガス注入管からガス注入マニフォールドの内部２６に流れ、その後、シャワーヘッド２２の多数のガス通路を経由して、シャワーヘッドとサセプタ１２の間のプラズマチャンバの内部１１に分配される。

シャワーヘッドの重量は、サスペンジョン２４によって支持され、サスペンションはマニフォールド背面壁部２０に支持され、マニフォールド背面壁部はチャンバの側面壁部１４に支持されている。サスペンション２４は、シャワーヘッドの温度が上下するに従って、シャワーヘッドの膨張および収縮に順応できるように柔軟であることが好ましい。サスペンション２４はマニフォールド背面壁部２０に取り付けられた上端と、シャワーヘッド２２周囲の周縁に取り付けられた下端を持つ。後者の取り付けは、固定されるか滑り支持されればよい。例えば、滑り支持は、サスペンションの下端上にシャワーヘッド周縁を乗せることによって実行できる。

図示した実施の形態のように、もしシャワーヘッドが長方形であれば、サスペンション２４の垂直に延びる部分が、長方形のシャワーヘッド２２の４辺にそれぞれ取り付けられる４つの柔軟なシートからなることが好ましい。各シートは、長方形のシャワーヘッドの一辺とそれに相当する長方形のマニフォールド背面壁部２０の一辺との間に垂直に延在する。

ガス注入マニフォールド２０〜２６はまた、ＲＦ電力をチャンバ内のプラズマと容量的に結合する電極として機能する。マニフォールド背面壁部２０、シャワーヘッド２２、およびサスペンション２４は、電気的に導電性の、例えば、アルミニウム製である。誘電体ライナー１９は、ガス注入マニフォールドのＲＦ電力源とした部品２０〜２４を、電気的に接地されたチャンバ壁部１４〜１８から電気的かつ機械的に分離する。

第１のＲＦケーブル３６は、ＲＦ電源３２の出力部からのＲＦ電力をインピーダンス整合回路網３４と結合する。第２のＲＦケーブル３０は、インピーダンス整合回路網３４からのＲＦ電力をプラズマチャンバのＲＦ入力部４０と結合する。（このＲＦ入力部は本発明の新規な態様に関するので、本明細書の次の項目「２．本発明の基本原理」において記述する。）

第１のＲＦケーブル３６は、通例、ＲＦ電源の出力インピーダンスに一致する特性インピーダンスを持つ同軸ＲＦケーブルである。インピーダンス整合回路網３４が、概して、チャンバの上壁部１８の上、またはその近くに設置されているので、第２のＲＦケーブル３０は、通例、その長さが、ＲＦ電力の波長の１０分の１より短い導体である。従って、第２のケーブル３０を負荷インピーダンスに整合した特性インピーダンスを持つように設計する価値は無い。上述の通例のケーブルの如何に関わらず、本明細書を通じて、本発明者らが用いる語句「ケーブル」は、単一の導体、あるいは、多数の導体を持つ通信線を含む、あらゆる導体を幅広く包含する。

ＲＦ電力は、ＲＦ電源３２の出力からインピーダンス整合回路網３４へ流れる。それから、インピーダンス整合回路網の出力からプラズマチャンバのＲＦ入力部４０に流れる。その後、マニフォールド背面壁部２０へ、その後、マニフォールド背面壁部の４辺の各々にある４個のサスペンション壁部２４に流れ、次いで、４個のサスペンション壁部を経由して、シャワーヘッド２２の４辺に流れる。ＲＦ電力は、シャワーヘッドからシャワーヘッドとサセプタの間のプラズマチャンバの内部領域１１にあるプラズマと結合する。帰還ＲＦ電力は、プラズマから電気的に接地されているチャンバ壁部１４〜１８に流れ、その後、インピーダンス整合回路網３４の電気接地に流れ、その後、ＲＦ電源３２の電気接地に流れる。

インピーダンス整合回路網３４の部品は、物理的に分散できる。例えば、インピーダンス整合回路網は、ＲＦ電源に物理的に隣接するか、その中に設置される１個またはそれ以上のリアクタンス（即ち、キャパシタとインダクタ）と、ガス注入マニフォールド２０〜２６の直上、または物理的に隣接して１個またはそれ以上の付加的なリアクタンスとを含むことができる。

ここで述べた実施の形態において、アルミニウム製サスペンション２４は、シャワーヘッド２２の重量を支える機械的機能とともに、ＲＦ電力をマニフォールド背面壁部２０からシャワーヘッドに伝導する電気的機能をも持つ。これに代えて、これらの機械的機能および電気的機能は、別々の構成部材によって行なうこともできる。例えば、２００５年８月２５日付けのＷｈｉｔｅらによる米国特許出願公報第２００５−０１８３８２７号は、その、図２および５に、誘電体壁部により機械的に支持されるシャワーヘッドを開示している。シャワーヘッドを機械的に支持していない導体は、ガス注入マニフォールドの背面壁部からシャワーヘッドに、ＲＦ電力を伝導する。特に、導体は、マニフォールド背面壁部の下面周囲付近の点と接続している上端と、シャワーヘッドの上面周囲付近の点と接続している下端とを有する。

２．インダクタンスの減少
プラズマチャンバは、上述のように、ＲＦ電源３２と整合回路網３４によってＲＦ電力が供給されるＲＦ入力部４０を含む。本発明の新規な特徴は、プラズマチャンバのＲＦ入力部４０からのＲＦ電力を、プラズマチャンバの電極２０〜２６上の１個又はそれ以上のＲＦ接続点４１、４２と結合する１つ以上のＲＦ母線導体４３、４４である。電極は、ＲＦ電力を電極と加工物１０を支持するサセプタ１２との間のプラズマチャンバの内部１１のプラズマと容量的に結合する。

図示した実施の形態において、プラズマチャンバ電極は、ガス注入管２８がその中を貫通して伸びるマニフォールド背面壁部２０と、背面壁部の下部に吊り下げられているシャワーヘッド２２と、背面壁部とシャワーヘッドとの間に接続されているシャワーヘッドサスペンション２４とを含む、ガス注入マニフォールド２０〜２６である。ＲＦ接続点４１、４２は、背面壁部にある。然しながら、本発明の範囲は、電極からのＲＦ電力をプラズマチャンバの内部１１のプラズマと容量的に結合するように配置されあるいは構成されたその他のあらゆる種類の電極も含む。

図示された各実施の形態において、プラズマチャンバ電極上へのＲＦ接続点の数４１、４２は２である。しかし、本発明の範囲は、ＲＦ母線導体と電極との間のあらゆる数のＲＦ接続点を含み、ＲＦ接続点が１点のみの場合も含む。

図２〜５は、共にＵ字形で、チャンバの上壁部の上部にあるＲＦ母線導体４３とＲＦ帰還母線導体５３とを持つ本発明の第１の実施の形態に係るプラズマチャンバを示している。プラズマチャンバのＲＦ入力部４０は、ＲＦ母線導体の中心部にある接続点である。図６〜８は、一端でＲＦ入力部と接続されている２個のＵ字型ＲＦ母線導体４３、４４を持つ第２の実施の形態を示している。図９〜１１は、第２の実施の形態と類似の第３の実施の形態を示すが、この実施の形態では、ＲＦ母線導体およびＲＦ帰還母線導体がチャンバの上壁部の下部に設置されている。

（図２を簡略化するため、ＲＦ母線導体４３およびＲＦ帰還母線導体５３は、図２には、その形状を図示せずに、模式的にのみ示した。ＲＦ母線導体４３およびＲＦ帰還母線導体５３の形状は図３〜１１に示した。また、ガス注入管２８は、各実施の形態において同じ位置を占めているが、ガス注入管は、図３〜１１の簡略化のために、図２にのみ示した。）

本明細書の前述の「背景技術」の項目に示したように、従来設計の欠点は、プラズマチャンバのＲＦ入力部４０にある電気的負荷の複素インピーダンスが、典型的に抵抗成分より遥かに大きい誘導成分を持つことであり、このことがガス注入マニフォールド２０〜２６、インピーダンス整合回路網３４、およびそれらの間に接続されたＲＦ回路内に高いピーク電圧を生み出す。このような高いピーク電圧は望ましくない。何故なら、高いピーク電圧は、大気中に露出しているＲＦ回路の部分に大気アーク放電（電気放電）を発生させる可能性があり、ＲＦ回路中でキャパシタの故障を招きかねないからである。

本発明は、プラズマチャンバのＲＦ入力部４０での電気的負荷インピーダンスのインダクタンスを減少させることによって、この欠点を改善する二つの設計上の特徴を含んでいる。

第１に、ＲＦ入力部４０は、何れもマニフォールド背面壁部の中心に位置しない１個またはそれ以上のＲＦ接続点４１、４２においてマニフォールド背面壁部２０に接続されている。このことは、ＲＦ電源がマニフォールド背面壁部の中心に接続されている図１の従来のプラズマチャンバと対照的である。各ＲＦ接続点を中心から離すことによって、各ＲＦ接続点に於ける負荷インピーダンスの誘導成分を減少させる。

第２に、ＲＦ入力部４０からプラズマチャンバ電極２０〜２６上のＲＦ接続点４１、４２の各々への電気的接続には、ＲＦ入力部４０と各ＲＦ接続点４１、４２の間に接続された電気的に遮蔽されたＲＦ母線導体４３、４４を含むことである。各ＲＦ接続点４１、４２とＲＦ入力部４０の間に挟まれたＲＦ母線導体４３、４４によるインダクタンスを有利に減少させるために、１個又はそれ以上のＲＦ帰還母線導体５３、５４は、電気的に接地され、それぞれが、相当するＲＦ母線導体４３、４４と平行に延在する（図３、５〜６、８〜９、および１１）。

具体的には、各ＲＦ帰還母線導体５３、５４は、プラズマチャンバの電気的に接地された壁部１４〜１８の一つと電気的に接続されている。好ましくは、このような接続は、各ＲＦ帰還母線導体を上壁部と電気的に接続するように、各ＲＦ帰還母線導体をプラズマチャンバの電気的に接地された上壁部１８上に取り付けることによって実現する。図５および８は、各ＲＦ帰還母線導体５３、５４が、プラズマチャンバの上壁部１８の上面に設けられている第１および第２の実施の形態を示している。図１１は、各ＲＦ帰還母線導体５３、５４がプラズマチャンバの上壁部１８の下面に設けられている結果、ＲＦ母線導体４３、４４とＲＦ帰還母線導体５３、５４が電気的に接地されている上壁部１８とＲＦ電力を印加した電極２０〜２６のマニフォールド背面壁部２０との間にある第３の実施の形態を示している。

図２〜５の第１の実施の形態において、ＲＦ帰還母線導体は、ＲＦ母線導体の半径方向の内側に配置されている。図６〜８の第２の実施の形態および図９〜１１の第３の実施の形態においてはその反対となる。即ち、各ＲＦ帰還母線導体５３、５４は相当するＲＦ母線導体４３、４４の半径方向の外側にある。どちらの配列でも良い。２個のＲＦ帰還母線導体５３、５４を持つ実施の形態において、２個のＲＦ帰還母線導体は、２個の別個の導体としてではなく１個の連続した導体として実装することもできる。

上述のように、ＲＦ電力は、インピーダンス整合回路網３４の出力部からプラズマチャンバのＲＦ入力部４０に流れ、その後、１つまたはそれ以上のＲＦ母線導体４３、４４を経由して、プラズマチャンバ電極２０〜２６上（特に、マニフォールド背面壁部２０上）の１つまたはそれ以上のＲＦ接続点４１、４２に流れ、その後、マニフォールド背面壁部のそれぞれの４辺の４つのサスペンション壁部２４に流れ、その後、４つのサスペンション壁部を経由してシャワーヘッド２２の４辺に流れる。ＲＦ電力は、シャワーヘッドから、シャワーヘッドとサセプタの間のプラズマチャンバの内部領域１１のプラズマと結合する。帰還ＲＦ電力はプラズマから電気的に接地されているチャンバ壁部１４〜１８に流れ、その後、１つまたはそれ以上のＲＦ帰還母線導体５３、５４を経由してインピーダンス整合回路網３４の電気接地に流れる。

ＲＦ入力部４０とプラズマの間のＲＦ電力の流れの経路のインダクタンスは、各ＲＦ帰還母線導体５３、５４を相当するＲＦ母線導体４３、４４と近接させることによって有利に減少することができる。隙間を減少させるとインダクタンスは減少する。好ましくは、このようなインダクタンスは、各ＲＦ母線導体と相当するＲＦ帰還母線導体とを、その間に電気アーク（電気放電）が生じさせずにできるだけ近接して配置することにより最小化する。インダクタンスを大幅に減少させるためにその隙間を如何に近接させるべきかについて別の定義に基づく代替の実施形態も、本発明に包含される。

一実施の形態において、ＲＦ帰還母線導体５３、５４がそれに相当するＲＦ母線導体４３、４４に十分近接されることにより、それらの間のキャパシタンスは、ＲＦ母線導体とその他の電気的に接地された導体との間のキャパシタンスより大きくなる。

第２の実施の形態において、ＲＦ母線導体４３、４４とそれに相当するＲＦ帰還母線導体５３、５４の間のキャパシタンスは、ＲＦ母線導体と電気的に接地されているチャンバ壁部１４〜１８との間のキャパシタンスより大きい。

第３の実施の形態において、ＲＦ母線導体４３、４４およびそれに相当するＲＦ帰還母線導体５３、５４は、互いに平行で互いに対面するそれぞれの面を有する。ここで、これら２つの面は、ＲＦ母線導体と上記第１面と平行な電気的に接地されたチャンバ壁部のいずれかとの間より少ない隙間で分離されている。

第４の実施の形態において、ＲＦ母線導体４３、４４およびそれに相当するＲＦ帰還母線導体５３、５４は、互いに平行で互いに対面するそれぞれの面を有する。ここで、これら２つの面は、これら２つの面のいずれかのいずれの方向における幅よりも小さい間隔で分離されている。

上に定義した実施の形態のいずれにおいても、本発明の互いに平行で、互いに近接したＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体によって実施されるそうしたＲＦ電流経路の割合を最大化することによって、インピーダンス整合回路網３４の出力部からプラズマに至るＲＦ電流の全経路のインダクタンスを減少できるという利点を最大化することができる。換言すれば、ＲＦ母線導体およびＲＦ帰還母線導体が、そうしたＲＦ電流経路の実質的な割合を占めると有益である。

例えば、この「実質的な割合」という標準は、ＲＦ母線導体が、ＲＦインピーダンス整合回路網の出力部からプラズマチャンバ電極２０〜２６上のＲＦ接続点４１、４２の一つまで伸びる電気接続経路の長さの少なくとも２分の１を占めれば満足される。インピーダンス整合回路網３４の出力部はＲＦ母線導体にできるだけ近い位置に配置され、かつ、インピーダンス整合回路網の接地との接続部はＲＦ帰還母線導体にできるだけ近い位置に配置されることが好ましい。

上記に代わる例として、この「実質的な割合」という標準は、ＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体との間のキャパシタンスに関して定義された上記の第１および第２の実施の形態によっても満足される。その理由は、そうしたキャパシタンスはＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体の長さに比例するからである（また、それらの間の隙間に反比例するからである）。

同様に、上に定義した実施の形態のいずれにおいても、本発明の互いに平行で、互いに近接したＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体によって実施されるそうしたＲＦ電流経路の割合を最大化することによって、プラズマチャンバ電極２０〜２６上の２つのＲＦ接続点４１、４２の間のＲＦ電流経路のインダクタンスを減少できるという利点を最大化することができる。換言すれば、ＲＦ母線導体およびＲＦ帰還母線導体が、そうしたＲＦ電流経路の実質的な割合を占めると有益である。例えば、この基準は、そうした２つのＲＦ接続点４１、４２の間に接続されたＲＦ母線導体が２つのＲＦ接続点の間の距離の２分の１より長ければ満足される。

また、上記に定義された如何なる実施の形態においても、各ＲＦ母線導体４３、４４は、接地された上壁部１８から十分に距離を離して、両者の間の電気的アーク（電気放電）を防止することが好ましい。図２〜５に示す第１の実施の形態および図６〜８に示す第２の実施の形態の形態において、このことは、ＲＦ母線導体を接地された上壁部１８から上方へ間隔をあけるとともに、ＲＦ母線導体をマニフォールド背面壁部２０（図４および７）上のＲＦ接続点４１、４２と接続する機能を持つ導体脚部４５、４６を含むＲＦ母線導体４３によって達成されている。もし、ＲＦ母線導体が、自立できるに十分なほど機械的強度が無ければ、図４および７に示すように、１つまたはそれ以上の誘電体スペーサ６０によって支持することができる。
３．ＲＦ母線とＲＦ電力分布の対称性

図２〜５に示す第１の実施の形態において、ＲＦ母線導体４３は、それぞれ第１と第２のＲＦ接続点４１、４２（図３および４）に接続されている２つの端部を持つ。（ＲＦ電源３２とインピーダンス整合回路網３４から電力を受ける）プラズマチャンバのＲＦ入力部４０は、ＲＦ母線導体の２つの端部の間の中間点にあるＲＦ母線導体上の接続点である。この結果、ＲＦ入力部から２つのＲＦ接続点４１、４２へのＲＦ電力分布は、対称的であり、かつ等しい。

図６〜８に示す第２の実施の形態および図９〜１１に示す第３の実施の形態において、ＲＦ母線導体４３、４４は、マニフォールド背面壁部の向き合った半分ずつの上の２つの鏡像をなす導体セグメントを有する。ＲＦ母線導体のそれぞれのセグメント４３、４４は、第１と第２のＲＦ接続点４１、４２の間に延び、それらに接続されている。短い導体４８は、第１のＲＦ接続点４１とＲＦ入力部４０の間に延びている。ＲＦ母線導体の２つのセグメント４３、４４は、図６および９に示すように、単一の連続的な導体とすることが好ましいが、しかし、それに代えて２つのセグメント４３、４４は２つの別々な導体（図示していない）とすることも可能である。

図６〜８に示す第２の実施の形態および図９〜１１に示す第３の実施の形態において、ＲＦ入力部４０は、第２のＲＦ接続点４２より第１のＲＦ接続点４１に遙かに近い。特に、ＲＦ入力部は第１のＲＦ接続点４１とほぼ一致している一方、ＲＦ導体４３、４４はＲＦ入力部と第２のＲＦ接続点４２の間に介在している。従って、図２〜５に示す第１の実施の形態と異なり、ＲＦ入力部から２つのＲＦ接続点４１、４２へのＲＦ電力の分布は、非対称であり、等しくないこともある。

結果として、２つのＲＦ接続点に希望する比率のＲＦ電力分布を付与するために、付加的なインピーダンスを一方または両方のＲＦ接続点に直列に付与することが必要となろう。図７および１０に示すように、そうしたインピーダンスは、それぞれ第１および第２のＲＦ接続点４１、４２とＲＦ母線導体４３の間に接続された第１および第２のキャパシタ７１、７２とすることができる。キャパシタは固定値形または調整可能形のいずれでもよい。２つのキャパシタのそれぞれのキャパシタンス間の差または割合は、ＲＦ入力部から２つのＲＦ接続点までのＲＦ電力の供給を等しくするように、あるいは、２つのＲＦ接続点へ供給されるＲＦ電力の相互のレベル間で望ましい割合とするように調整するかまたは固定することができる。

キャパシタ７１を１つのみとした（即ち、第２のキャパシタ７２を削除する）代替の実施の形態において、キャパシタは、駆動ＲＦ点４１、４２の１つのみとＲＦ母線導体４３の間に接続し、その他のＲＦ接続点はキャパシタを介在させずに直接ＲＦ母線導体に接続することができる。キャパシタは、固定値形か調整可能形いずれでもよい。この実施の形態において、ＲＦ入力部から２つのＲＦ接続点へ等しいＲＦ電力を与えるか、あるいは、２つのＲＦ接続部に供給されるＲＦ電力のそれぞれのレベルを望ましい割合とするかのいずれかのために、キャパシタのキャパシタンスは調整または確定可能である。

図７および１０に示す実施の形態におけるキャパシタ７１、７２は、ＲＦ入力部４０の複素インピーダンスの虚数部を減少させるように、ＲＦ接続部４１、４２での負荷インピーダンスのインダクタンスを相殺させる付加的な利点もある。図３〜５に示す実施の形態において同じようにインダクタンスを減少させるためには、それぞれのＲＦ接続点４１、４２とＲＦ母線導体４３の間に直列に接続されたキャパシタ７１、７２を追加することは利点があるかもしれない。
４．ＲＦ母線とＲＦ帰還母線の曲率

上記項目「２．インダクタンスの減少」で述べたように、ＲＦ入力部４０とマニフォールド背面壁部２０との間のＲＦ電流経路のインダクタンスを減少させる設計上の１つの特徴は、ＲＦ接続点４１、４２を背面壁部の中心から離して配置することである。例えば、図２、３、６および９は、背面壁部の中心を挟んで両側に対称的に配置されている２つのＲＦ接続点４１、４２を有する種々の実施の形態を示している。

図２は、ガス注入管２８が背面壁部の中心を貫通して延びていることを示している。（上述のように、ガス注入管は、図示されている実施の形態の各々において同じ場所を占めているが、図３〜１１を簡略化するために、ガス注入管は図２にのみ示されている。）背面壁部の中心にあるガス注入管との機械的干渉を避けるために、ＲＦ母線導体４３、４４とＲＦ帰還母線導体５３、５４は、（図３、６および９に示すように）「Ｕ」字型に曲げられるので、ＲＦ母線導体は、背面壁部の中心を挟んで両側の２つのＲＦ接続点４１、４２と接続可能である。換言すれば、ＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体は、それぞれ、２つの９０度の角度を含んでいる。

上述のように所望の低いインダクタンスを得るためには、ＲＦ母線導体と、それに相当するＲＦ帰還母線導体は、図３、６および９に示すように、それぞれの対面する表面が互いに平行で、より好ましくは均一な隙間を持つように配置された対応の湾曲部を持つことが好ましい。

図示した実施の形態の各々において、ＲＦ母線導体もＲＦ帰還母線導体も「Ｕ」字型に曲げられ、９０度の角度を持つが、上述の段落に定義された本発明は、どのように曲げられた形状をもつＲＦ母線導体およびＲＦ帰還母線導体にも該当する。

５．電極に垂直に向けられたＲＦ母線導体
ＲＦ母線導体４３、４４は、好ましくは、形状が長方形の横断面を持ち、該長方形の長手寸法がマニフォールド背面壁部２０の隣接面に垂直に向けられている。このようなＲＦ母線導体の例は、金属ストリップである。薄い幅広の金属ストリップは、図３、６および９に示すように「Ｕ」字型に容易に曲げることができ、その結果、マニフォールドの中心から大きな半径方向の距離を維持できる。

ＲＦ母線導体４３、４４のこの形状は、ＲＦ母線導体とマニフォールド背面壁部２０の間には電気的に接地された面が無い図９〜１１に示す第３の実施の形態では特に有益である。図示されたＵ字型、半円形、あるいは、ＲＦ母線導体の全体の長さをマニフォールド背面壁部の中心から離した状態に維持するその他の形状は、ＲＦ入力部４０におけるＲＦケーブル３０に示されるインピーダンスの誘導成分を減少するために有益である。

（前の２段落に説明したように）マニフォールド背面壁部に垂直に最長の長手寸法が向けられた横断面を持つＲＦ母線導体４３、４４のさらなる利点は、このような方向付けによって、ＲＦ母線導体とマニフォールド背面壁部２０の間の容量型結合を弱めることである。マニフォールド背面壁部上の１つまたはそれ以上のＲＦ接続点４１、４２の位置は、典型的に、プラズマチャンバの内部１１におけるＲＦ電界の望ましい空間分布を獲得できるように決定される。また、上述のように、ＲＦ電流の流れの経路のインダクタンスを減少させるために、ＲＦ接続点は、マニフォールド背面壁部の中心から実質的な距離を離して配置されることがある。もし、電力を伝導させる目的のＲＦ接続点４１、４２を通してではなく、ＲＦ母線導体とマニフォールド背面壁部の間で寄生容量によって実質的な割合のＲＦ電力が伝導されると、上記の２つの利点は軽減されてしまいかねない。

本発明の一態様によれば、図９〜１１に示すように、ＲＦ母線導体にもっとも近いプラズマチャンバ電極の表面に垂直に向けられた最長寸法を持つ横断面を持つＲＦ母線導体４３、４４によって、そのような寄生容量を減少させることができる。そのような横断面は長方形であることが好ましい。

本項目「５．電極に垂直に向けられたＲＦ母線導体」で述べた本発明により達成される寄生容量減少の効果は、ＲＦ帰還母線導体を必要としない。従って、ＲＦ母線導体が電極に垂直な横断面を持つそうした発明では、ＲＦ帰還母線導体を必要とする本特許明細書の前項に記載した本発明とは独立に有益である。

図示した実施の形態において、プラズマチャンバ電極は、ガス注入マニフォールド２０〜２６であり、そして、表面は、マニフォールド背面壁部２０の上面である。しかし、本発明は、プラズマチャンバ電極のあらゆるその他の種類や形状に広く適用される。

６．その他の改良
図示された実施の形態において、ガス注入マニフォールド２０〜２６は、ＲＦ電源３２からのＲＦ電力をプラズマチャンバ内のプラズマと結合する機能を持つ電極である。しかし、図示した実施の形態のＲＦ接続点４１、４２は、電極がガス分配の機能をも持つか否かに関わらず、いかなる従来のプラズマチャンバ電極上のＲＦ接続点と置き換えることもできる。換言すれば、電極はガス注入マニフォールドの一部である必要は無く、またシャワーヘッドを含む必要も無い。従って、ここでのマニフォールド背面壁部への言及はすべて、そうしたＲＦ接続点４１、４２を持つ電極への言及と置き換えることができる。

図示されたガス注入マニフォールド２０〜２６は、図示されたプラズマチャンバが長方形の加工物を処理するために適合されているため、長方形とされている。しかし、本発明は、円形の加工物を処理するために適合されたプラズマチャンバにも等しく適用でき、ガス注入マニフォールド２０〜２６またはその他プラズマチャンバ電極は、円形とすることができる。

図示されたマニフォールド背面壁部２０はセグメントに分割されていない。しかし、ある用途では、マニフォールド背面壁部あるいはその他の電極はセグメントに分割することが望ましい。そのような場合、本特許明細書に記載されたマニフォールド背面壁部は、マニフォールド背面壁部の全セグメントあるいはその他の電極の全セグメントを単一電極として一括して包含する。

本発明は、ＲＦ電力をプラズマに容量結合することに主として関連しているが、追加のＲＦ電力を、誘導コイルあるいはマイクロ波導波管といったその他の手段でプラズマに結合させても良い。また、離れたプラズマ源で発生されたプラズマを、ガス注入部を通してチャンバ内部に供給しても良い。

２点間を接続する導体についての言及はすべて、ＲＦ電力を伝導し、互いに直列または並列に接続された部品を含むそうした２点間を一括して接続する複数の電気部品を含むと解釈されたい。ＲＦ電力を伝導するそのような電気部品の例は、キャパシタおよびインダクタを含む。

Claims (8)

1. １つまたはそれ以上の電気的に接地されたチャンバ壁部を有し、かつ、電気的接地から絶縁されたプラズマチャンバ電極を有するプラズマチャンバであって、プラズマチャンバ電極が、間隔を置いて配置された第１と第２の接続点を含むプラズマチャンバと、
   （ｉ）ＲＦ入力部と電気的に接続され、かつ、（ｉｉ）プラズマチャンバ電極の第１と第２の接続点にそれぞれ電気的に接続された第１と第２の接続点を含む、ＲＦ母線導体であって、ＲＦ母線導体の第１と第２の接続点の間のＲＦ母線導体の部分が、プラズマチャンバ電極に電気的に接続されておらず、第１と第２の接続点の間のＲＦ母線導体が平面である第１面を含むＲＦ母線導体と、
   電気的に接地されたチャンバ壁部の各々とは別個であり、電気的に接地されたチャンバ壁部の１つと電気的に接続され、そして、平面であり、第１面に平行かつ対面して配置された第２面を含むＲＦ帰還母線導体と、
   を備えた、ＲＦ入力部からのＲＦ電力をプラズマチャンバの内部に結合させるための装置であって、
   第１面と第２面がある隙間だけ分離されており、ＲＦ母線導体の第１面に平行である電気的に接地されたチャンバ壁部のそれぞれが、その隙間より大きい距離だけ第１面から離れて間隔があけられている装置。
2. １つまたはそれ以上の電気的に接地されたチャンバ壁部を有し、かつ、電気的接地から絶縁されたプラズマチャンバ電極を有するプラズマチャンバであって、プラズマチャンバ電極が、間隔を置いて配置された第１と第２の接続点を含むプラズマチャンバと、
   （ｉ）ＲＦ入力部と電気的に接続され、かつ、（ｉｉ）プラズマチャンバ電極の第１と第２の接続点にそれぞれ電気的に接続された第１と第２の接続点を含む、ＲＦ母線導体であって、ＲＦ母線導体の第１と第２の接続点の間のＲＦ母線導体の部分が、プラズマチャンバ電極に電気的に接続されておらず、第１と第２の接続点の間のＲＦ母線導体が平面である第１面を含むＲＦ母線導体と、
   電気的に接地されたチャンバ壁部の各々とは別個であり、電気的に接地されたチャンバ壁部の１つと電気的に接続され、そして、平面であり、第１面に平行かつ対面して配置された第２面を含むＲＦ帰還母線導体と、
   を備えた、ＲＦ入力部からのＲＦ電力をプラズマチャンバの内部に結合させるための装置であって、
   ＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体との間のキャパシタンスは、ＲＦ母線導体と１つまたはそれ以上の電気的に接地されたチャンバ壁部との間のキャパシタンスより大きい装置。
3. １つまたはそれ以上の電気的に接地されたチャンバ壁部に囲まれたプラズマチャンバと、
   電気的接地から絶縁されたプラズマチャンバ電極であって、背面壁部と、背面壁部の下部に配置されたシャワーヘッドと、背面壁部とシャワーヘッドの間に接続された導電体とを含むプラズマチャンバ電極と、
   ＲＦ入力部と電気的に接続され、かつ背面壁部上に間隔を置いて配置された少なくとも第１と第２の接続点と電気的に接続されたＲＦ母線導体であって、ＲＦ母線導体の第１と第２の接続点の間のＲＦ母線導体の部分が、プラズマチャンバ電極に電気的に接続されておらず、第１と第２の接続点の間のＲＦ母線導体が第１面を含むＲＦ母線導体と、
   電気的に接地されたチャンバ壁部の各々とは別個であり、かつ電気的に接地されたチャンバ壁部の１つと電気的に接続されたＲＦ帰還母線導体であって、第２面を含むＲＦ帰還母線導体と、
   第１と第２の接続点の間の背面壁部の中央に接続されたガス注入管と、
   を備えた、ＲＦ入力部からのＲＦ電力をプラズマチャンバの内部に結合するための装置であって、
   第１面が、第２面と平行であり、かつ第２面と対面しており、
   接続点のいずれも背面壁部の中心位置には無く、
   ＲＦ母線導体が、第１と第２の接続点にそれぞれ接続された向かい合った端を有するＵ字型の導体を含み、
   ＲＦ帰還母線導体がＵ字型の導体を含む装置。
4. プラズマチャンバ電極が、ＲＦ母線導体とＲＦ帰還母線導体に面し、かつプラズマチャンバ電極の第１と第２の接続点を含む、表面を含み、
   第１面と第２面が、プラズマチャンバ電極の前記表面に垂直である請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. ＲＦ母線導体が、プラズマチャンバ電極の第１と第２の接続点の間のＲＦ母線導体を通るＲＦ電流のための接続経路を提供し、
   ＲＦ母線導体の前記第１面が接続経路の長さの２分の１より大きい長さを有する請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記ＲＦ入力部と接続された出力部を有するＲＦインピーダンス整合回路網であって、ＲＦインピーダンス整合回路網の出力部からプラズマチャンバ電極上の前記接続点への電気接続経路を提供するＲＦインピーダンス整合回路網をさらに備え、
   ＲＦインピーダンス整合回路網の出力部から前記接続点の１つへと延在する電気接続経路の少なくとも２分の１の長さが、ＲＦ母線導体を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. プラズマチャンバ電極が、
   ガス注入管を有する背面壁部と、
   背面壁部の下部に設置されているシャワーヘッドと、
   背面壁部とシャワーヘッドとの間に接続されている導電体とを備え、
   プラズマチャンバ電極の第１と第２の接続点が、背面壁部上にある請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. ＲＦ母線導体と接続点の１つとの間に接続されたキャパシタをさらに含む請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。

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