JP6739566B2 - マイクロ波プラズマ・ソース - Google Patents

Description

この出願は、「マイクロ波プラズマ・ソース（ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＰＬＡＳＭＡ ＳＯＵＲＣＥ）」という名称の２０１８年６月２８日にＭａｒｋ Ａ． Ｍｅｌｏｎｉによって出願された米国特許出願第１６／０２２，３８９号の一部継続出願であり、その米国特許出願は、「マイクロ波プラズマ・ソース（ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＰＬＡＳＭＡ ＳＯＵＲＣＥ）」という名称の２０１７年７月１０日にＭａｒｋ Ａ． Ｍｅｌｏｎｉによって出願された米国仮出願第６２／５３０，５８９号の恩恵を主張し、両者ともこの出願に共通に譲渡され、その全体が引用により本明細書に組み込まれている。

この出願は、一般に、半導体プロセスをモニタすること、より具体的に、プロセス・ガスのマイクロ波励起及び得られる光学信号の観測を介してプロセスを光学的にモニタすることに向けられている。

半導体ウェハ上に集積回路構造を形成するために半導体ウェハから材料を選択的に除去すること又は堆積することが、半導体処理の技術ではよく知られている。半導体ウェハからの材料の除去は、反応性イオン・エッチング又はプラズマ・エッチングなどのエッチング・プロセスを採用することによって一般になされている。ウェハ上への材料の堆積は、化学及び物理気相堆積並びに分子線エピタキシなどのプロセスを伴うことがある。他の除去及び堆積プロセスもやはり知られている。上記のプロセスは、精密に制御され、そして調整されたプロセス・チャンバ内で実行される。

材料の適確な量を半導体ウェハ上へと堆積しなければならい又は半導体ウェハ上から除去しなければならないという理由で、特定のプロセス及び関係するウェハの状態を精密に判断するために、プロセスを継続的に且つ正確にモニタしなければならない。プロセスの光学的モニタリングは、進行中のプロセスの状態を判断するための１つの非常に有用なツールである。例えば、プロセス・チャンバの内部で励起されたガスを、光学的にモニタすることができ、そして励起されたガスから形成されたプラズマから放出された光の所定の波長をスペクトル解析することによってある種の知られている化合物をよく調べることができる。従来の光学的モニタリング法は、光学発光分光法（ＯＥＳ：ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、吸収分光法、及び反射測定法を含む。

半導体プラズマ・プロセス・チャンバ内からの光学発光（光）をモニタするための１つの慣習的な方法は、アレイ−ベースの光学分光器及びチャンバの内部のプラズマから分光器へと光を伝送する光結合システムから構成される光学的モニタリング・システムを使用することである。光学発光スペクトルは、一連の光強度測定値として典型的には記録され、特定の時間間隔で繰り返して再サンプリングされる。一連の光強度測定値を、バンド・パス・フィルタを有するフォトダイオード検出器によって狭いスペクトル・バンドのセットに、又は分光器によって広いスペクトルにわたり記録することができる。

１つの態様では、開示は、１種又は複数種のガスからプラズマの励起のため及び上記プラズマからの光学発光のモニタリングのためのプラズマ・ソースを提供する。１つの実施例では、上記プラズマ・ソースは：（１）内側長を有し、第１の端部、第２の端部、内側電極及び外側電極を含む同軸共鳴キャビティ体と、（２）上記内側長に沿った固定の場所で上記内側及び外側電極に電気的に結合され、上記同軸共鳴キャビティ体へ無線周波数信号を与えるように構成された無線周波数信号インターフェースと、（３）上記同軸共鳴キャビティ体の上記第１の端部のところに配置された窓と、（４）上記同軸共鳴キャビティ体の上記第１の端部のところの上記窓に近接して配置され、プラズマ・キャビティを画定するマウンティング・フランジであって、上記窓が、上記プラズマ・キャビティの一方の側を形成し、上記同軸共鳴キャビティ体を上記プラズマ・キャビティ内のプラズマから隔離する、マウンティング・フランジとを含む。

もう１つの態様では、開示は、プラズマの励起のための励起システムを提供する。１つの実施例では、上記励起システムは：（１）内側長を有し、第１の端部、第２の端部、内側電極及び外側電極を含む同軸共鳴キャビティ体と、上記内側長に沿った固定の場所で上記内側及び外側電極に電気的に結合され、上記同軸共鳴キャビティ体へ無線周波数信号を与えるように構成された無線周波数信号インターフェースと、（３）上記無線周波数信号インターフェースへ無線周波数信号を与えるように構成されたソース制御装置とを含む。

さらにもう１つの態様では、開示は、光学的モニタリング・システムを提供する。１つの実施例では、上記光学的モニタリング・システムは：（１）プロセス・チャンバとガス連通しているプラズマ・キャビティ内でプラズマを点火し、励起し、そして上記プラズマから光学発光を生成するように構成されたプラズマ・ソースと、（２）上記プラズマ・ソースの無線周波数信号インターフェースへ無線周波数信号を与えて、上記プラズマの上記点火及び励起のために上記プラズマ・キャビティ内に電磁場を発生させるように構成されたソース制御装置と、（３）上記プラズマの上記励起から観測された光学信号を伝送するように構成された光学的結合システムと、（４）上記光学信号を受け取り、電気信号へと変換するように構成された分光器とを備える。

下記に簡潔に説明する図面とともに次の詳細な説明を参照することによって、開示を理解することができる。

励起のためのプラズマ・ソース及びプロセス・ツール内のプロセスの状態を判断するためにプラズマの光学的モニタリングを利用する実例のプロセス制御システムのブロック図である。 開示の原理にしたがって構築された３／４波プラズマ・ソースの実施例の三次元図である。 図２Ａのプラズマ・ソースの分解組立図である。 開示の原理にしたがって構築された１／４波プラズマ・ソースの実施例の三次元図である。 図３Ａのプラズマ・ソースの分解組立図である。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソースの実施例の三次元断面図である。 図４Ａに図示したプラズマ・ソースの端面図である。 開示の原理にしたがって構築された他のプラズマ・ソースの実施例の三次元図である。 開示の原理にしたがって構築された他のプラズマ・ソースの実施例の三次元図である。 開示の原理にしたがって構築された他のプラズマ・ソースの実施例の三次元図である。 開示の原理にしたがって構築された他のプラズマ・ソースの実施例の三次元図である。 開示の原理にしたがって構築されたモジュール式内側電極の種々の図である。 開示の原理にしたがって構築されたモジュール式内側電極の種々の図である。 開示の原理にしたがって構築されたモジュール式内側電極の種々の図である。 開示の原理にしたがって構築されたモジュール式内側電極の種々の図である。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソースの軸に沿った電場強度のプロットである。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソースの点火及び持続パワー・レベルのプロットである。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソースによって与えられる実例のスペクトルのプロットである。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース用のマウンティング・フランジの三次元図及び断面図である。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース用のマウンティング・フランジの三次元図及び断面図である。 開示の原理にしたがって構築された外部ＲＦマッチング装置／チューナ及びマウンティング・フランジをともなうプラズマ・ソース・システムの実施例の三次元図である。 マウンティング・フランジの周りにネオジウム・リング磁石を含んでいる図１０Ａのプラズマ・ソース・システムの三次元図である。 開示の原理にしたがって構築された外部ＲＦマッチング装置／チューナをともなうもう１つのプラズマ・ソース・システムの実施例の三次元図及びマウンティング装置による流れの図である。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソースの実例の共鳴挙動のプロットである。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース用のソース制御装置のブロック図である。 開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース又はその一部分を動作させるためのプロセスに関するフロー・チャートである。

プラズマが半導体ウェハと反応するときにチャンバ内でのプラズマ光学発光の測定は、いくつかの用途では困難なことがある。例えば、チャンバ内のプロセス・ガスがウェハから遠く離れて励起され且つ励起された反応物質がウェハ表面と相互作用し合うためにかなりの時間を必要とするときには、ウェハに関係するプラズマ光学発光の量は、限られる又は存在しないことがある。例えば、結果として詳細を欠いた信号になるとき、低い信号対雑音比を有するとき、又は予期したデータを欠くときには、プラズマ光学発光の量は限られる。これらのいわゆる「ダーク・プラズマ」用途では、プラズマ光学発光の測定値は、得ることができる場合でさえも、プラズマ光学発光がウェハ表面上で生じている反応の光学発光特性を含まないことがあるので、半導体ウェハ上に作用しているプロセスの正確な特性評価を提供しないことがある。同様に、いくつかの半導体プロセスは、プラズマを利用せず、観察すべき光学発光がない。

プロセス・チャンバ内の又は関係するウェハ又は他の関連する若しくは便利な位置に近接する１種又は複数種のプロセス・ガスの励起がチャンバ内の反応から放出されるある種の知られている発光線又は広いスペクトル特徴の光学的モニタリング用の光を発生させることがしばしば必要であることが、ここでは理解される。本開示は、プラズマ励起及び励起からもたらされる光学発光のモニタリングについての解決策を提供する。一般に、本開示は、無線（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を受信し、そしてプロセス・ガスの励起源としての電磁（ＥＭ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）場を与えるように設計されているプラズマ・ソースを提供する。

プラズマ・ソースは、キャビティの開放端から短くした端部まで延びる内側長Ｌ１として本明細書では記される長さを有するキャビティを含んでいる同軸共鳴キャビティ体を含む。開放端は、同軸共鳴キャビティ体のプロセス端部に近接して位置し、短くした端部は、同軸共鳴キャビティ体の反対の端部のところに位置する。ＲＦ信号インターフェースを、結合点距離Ｌ２として本明細書では記される内側長に沿った場所のところで同軸共鳴キャビティ体に結合させる。結合点距離Ｌ２は、同軸共鳴キャビティ体の開放端から同軸共鳴キャビティ体の中へと延びるＲＦ信号インターフェースの中心導体の中心線まで延びる。

内側長Ｌ１及び結合点距離Ｌ２の値は、ＲＦ信号インターフェースを介して受信したＲＦ信号を使用してプロセス端部のところのプロセス環境表面のところ又は近くに確立される電磁（ＥＭ）場の最大化に基づく。同軸共鳴キャビティ体の内側長Ｌ１及び結合点距離Ｌ２は、動作の実際の周波数及びＲＦ信号インターフェースを介して与えられるＲＦ波の関係する自由空間波長に依存する。内側長Ｌ１及び結合点距離Ｌ２のさらなる検討は、図４Ａに関してなどで下記に論じられる。図４Ａは、プラズマ・ソース４００の実施例に関する寸法Ｌ１及びＬ２を図示している。

本明細書における検討及び実例は、プラズマに基づくプロセス及びプラズマ・プロセス・チャンバを参照しているが、プロセス・ガスの励起及び光学励起のモニタリングを実行することができる他のタイプのシステムを用いて、開示の様々な原理及び特徴を使用することができることを当業者なら理解するだろう。半導体ウェハに直接か変わるプロセスに加えて、チャンバ・クリーニングなどのプロセスを、本明細書において説明するプラズマ・ソースの適用によってやはり光学的にモニタすることができる。説明するプラズマ・ソースを、ガスのモニタリングが関心事である非半導体用途でもやはり使用することができる。例えば、プラズマ・ソースを、産業用煙突、化学プラント、等に関係する発光モニタリングのために使用することができる。

図１は、プロセス・ツール内のプロセスの状態を判断するためにプラズマの励起及びモニタリングのためのプラズマ・ソースを採用しているプロセス制御システム１００の実施例のブロック図を図示している。プロセス・システム１００では、プロセス・チャンバ１１０内のプロセス・ガスを、ウェハ１２０から離れて励起する。励起された反応物質がウェハ１２０の表面と相互作用する時間まで、光学発光の量は、上に論じたように制限される又は存在しないことがある。これゆえ、プラズマ１３０からの光学発光の測定値は、プラズマ１３０からの光学発光がウェハ１２０の表面上で生じる反応からの発光を含まないことがあるので、半導体ウェハ１２０のエッチング・プロセスの正確な特性評価を与えないことがある。

したがって、プロセス・システム１００は、観察のための光学信号を与えるためにプラズマ・ソース１５０及び１５０’を有利なことに採用する。プラズマ・ソース１５０を、ウェハ１２０の近くの適したポートを介してプロセス・チャンバ１１０に直接取り付け、そしてプラズマ・ソース１５０’をシステム１００の排気ラインに設置する。一般に、本明細書において開示するプラズマ・ソースを、プロセス・ガスとの相互作用が行われる任意の１つ又は多数の位置に設置することができる。プラズマ・ソース１５０は、プラズマ・ソース１５０の窓を通って透過して集められた光を分光器１６０へ向ける光ケーブル・アセンブリ１５２である又はその一部であるプラズマ・ソース１５０内に配置された光学素子を含むことができる。同様に、光ケーブル・アセンブリ１５２’は、プラズマ・ソース１５０’によって与えられる光を分光器１６０へ向ける。光ケーブル・アセンブリ１５２及び１５２’は、例えば、光ファイバの束であってもよい又はレンズ若しくはフィルタなどの他の光学素子を含むことができる。図１に図示したように、多数のプラズマ・ソース１５０及び１５０’を、独立したモニタリングを行うためにプロセス・システム１００の異なる位置に同時に採用することができる。そのような実装形態では、各プラズマ・ソース１５０及び１５０’は、測定のための生じた光学信号を配信する分光器１６０の対応する入力ポートを有する。図１には共用型の分光器１６０が示されているが、独自の分光器又はフォトダイオード・センサなどの他の光測定システムを、各プラズマ・ソースに対して使用することができる。

プラズマ・ソース１５０及び１５０’に加えて、コリメータ又は他の光学素子を含むことができる光学インターフェース１４０を、プラズマ１３０からの光学発光を集めるように配向させることができる。図１に示したように、光学インターフェース１４０は、プラズマ１３０から放出された光を直接観測する。しかしながら、プラズマ１３０が不十分な光学信号しか与えない場合には、光学インターフェース１４０を、プラズマ・ソース１５０及び１５０’と同様のプラズマ・ソースと置き換えることができる。

分光器１６０及びコンピュータ１７０に加えて、プロセス・システム１００はやはり、チャンバ制御装置１７５及びソース制御装置１７７も含む。多くの場合にあるタイプの産業用コンピュータであるチャンバ制御装置１７５を、コンピュータ１７０又は分光器１６０からモニタリング・データ及び制御信号を受信することによってプロセス・チャンバ１１０の動作を管理するように構成することができる。ソース制御装置１７７は、プロセス設定値、ガスのタイプ、ガス圧、等のなどの情報、並びに少なくともＲＦパワー・レベル、位相及び周波数のプラズマ・ソース制御パラメータを受信するためにチャンバ制御装置１７５と通信することができる。ソース制御装置１７７は、図１３に関係して説明するソース制御装置であってもよい又は同様であってもよい。ソース制御装置１７７を、プラズマ・ソース１５０及び１５０’への決められたパワー・レベル、位相及び周波数のＲＦ信号を与えるようにやはり構成することができる。ソース制御装置１７７は、各ソースのＲＦインターフェースを介してプラズマ・ソース１５０及び１５０’へ同軸ケーブル１７８及び１７９を介してＲＦ信号を与えることができる。ソース制御装置１７７は、例えば、２．４〜２．５ＧＨｚＩＳＭバンド内の２．４５ＧＨｚの公称周波数を有するＲＦ信号を与えることができる。ＲＦ信号周波数の他の実例は：９０２〜９２８ＭＨｚＩＳＭバンド内の９１５ＭＨｚの公称周波数、５．７２５〜５．８７５ＧＨｚＩＳＭバンド内の５．８ＧＨｚの公称周波数、又は２４〜２４．２５ＧＨｚＩＳＭバンド内の２４．１２５ＧＨｚの公称周波数を含む。典型的に、周波数は、一定である又は連続した若しくは不連続なステップで狭い範囲で変動する。供給されるＲＦパワーの大きさを、手動で又は自動的に制御することができる。ソース制御装置１７７は、点火のために又は本明細書において説明するような外部命令に応じてＲＦパワーをやはり変えることができる。したがって、ソース制御装置１７７を、分光器１６０、コンピュータ１７０及び／又はチャンバ制御装置１７５に結合することができて、プラズマ・ソース１５０及び１５０’へ配信されるＲＦ信号パワー・レベルを変えることができる。ソース制御装置１７７を、プラズマ・ソース１５０及び１５０’の同軸ＲＦ共鳴器へ与えるＲＦ信号のパワーの大きさ又は中心周波数を自動的に制御するためにやはり使用することができる。ソース制御装置１７７は、ＲＦ信号を制御するために、必要な論理回路、ソフトウェア、回路とソフトウェアとの組合せ、等を含むことができる。

明確にするために、図１の要素同士の間のすべての接続が説明される又は列挙されるとは限らない。一般に、ソース制御装置１７７がプラズマ・ソース１５０及び１５０’と直接的にそしてチャンバ制御装置１７５、分光器１６０及びコンピュータ１７０と直接的に又は間接的に相互作用できることが理解されるはずである。例えば、分光器１６０は、ソース制御装置１７７へ信号を送ることができて、ＲＦ信号レベルの所定の値に応じて測定した光学信号レベルを変えるためにＲＦ信号レベルをいずれか高くする又は低くすることができる。同様に、プラズマ・ソースのプラズマ励起を連続的に持続させることが有利なことがあるので、チャンバ制御装置１７５及び／又はコンピュータ１７０は、ソース制御装置１７７へ信号を送ることができて、分光器１６０によって測定されるいずれかの光学信号とは関係なくＲＦ信号レベルを設定することができる。安定性向上のためプラズマ・ソースの温度を維持するために又はチャンバ１１０内で生じる多ステップ・プロセス中の変化を調節するために、この作業を実行することができる。

光学的モニタリングの目的を、プラズマ・ソースの位置をもとにして変えることができる。例えば、プラズマ・ソースをウェハとのプロセス・ガスの相互作用の前に設置する場合には、光学的モニタリングを、適切な分解又はある種の反応物質の存在の特性解析のためとすることができる。ウェハに近接する場合には、光学的モニタリングをやはり、プロセス・ガスとウェハの相互作用からもたらされるプロセス・ガス組成の変化の特性解析のためとすることもできる。ウェハとの相互作用の後の場合には、光学的モニタリングを、プロセス・ガス組成の変化の特性解析のため又は反応生成物形成の理解のためとすることができる。位置の実例、前に、近接する、及び後は、それぞれ図１に図示したように、光学インターフェース１４０、プラズマ・ソース１５０、及びプラズマ・ソース１５０’の位置に対応する。

図２Ａは、開示の原理にしたがって構築された３／４波プラズマ・ソース２００の実施例の三次元図を図示している。図２Ｂは、プラズマ・ソース２００の基本的構成要素並びに、修理及び／又は保守のための分解の容易さを表しているプラズマ・ソース２００の三次元分解組立図を図示している。プラズマ・ソース２００を、図１のプラズマ・ソース１５０及び／又は１５０’とすることができる。プラズマ・ソース２００を、既存の技術の複雑さを減少させ、マウンティング・フランジ２１０、Ｏ−リング２２０、窓２３０、同軸共鳴キャビティ体２４０、及び図２Ａ及び図２Ｂでは機械要素２６０として一般的に記されているボルト又はねじなどの機械的留め金具によって接合されたＲＦ信号インターフェース２５０から都合よく組み立てることができる。光ファイバ通路２７０が、同軸共鳴キャビティ体２４０の端部のところに示されている。

プラズマ・ソース２００の光学機械的及びＲＦ構成は、プラズマ・ソース２００のプロセス容積と動作条件とを分離させる。プラズマ・ソース２００の同軸共鳴キャビティ体２４０は、窓２３０によってプロセス容積から分離され、これゆえ、既存の設計と比較して、プロセス・ガス種、圧力負荷及び他の相互作用からの強い影響を減少させている。窓２３０には、プロセス側２３４と大気側２３８とがある。一般に、同軸共鳴キャビティ体２４０のＲＦ共鳴条件は、窓２３０のプロセス側２３４の表面が接触しているプロセス容積の変化とは関係なしに安定である。

プラズマ・ソース２００は、同軸共鳴キャビティ体２４０の外へ、窓２３０を横切り、そしてプロセス・チャンバとガス連通しているマウンティング・フランジ２１０内のプラズマ・キャビティに含まれるいずれかのプロセス・ガス中へと高強度電磁場を投射する。図４は、マウンティング・フランジに対するプラズマ・キャビティ４６０を図示している。プラズマ・ソース２００の設計の利点のうちの１つは、プロセス空間との相互作用の最小化である。例えば、プラズマ・ソース２００の構成要素のうちの大部分は、プロセス環境から隔離され、その結果、マウンティング・フランジ２１０、Ｏ−リング２２０、及び窓２３０だけが、プロセス空間、関係するプロセス・ガス、及び何らかの励起されたプラズマと接触することがある。

プラズマ・ソース２００の機械的な及び材料の複雑さの低減は、汚染の可能性、材料の非互換性及びチャンバ内で生じているプロセスとの悪い相互作用を減少させる。マウンティング・フランジ２１０を、プロセス・チャンバにとって一般的であるアルミニウム合金から形成することができ、必要であれば内部コーティングすることができる。窓２３０は、好ましくは、プロセス・ガス及びプラズマ腐食に対して高い耐性がある１から５ｍｍ厚のｃ−軸配向したサファイア製である。Ｏ−リング２２０を、プロセス・ガス及びプラズマ環境に耐性のあるパーフルオロエラストマ化合物から形成することができる。同軸共鳴キャビティ体２４０をやはり、アルミニウム合金又は他の金属から構築することもできる。

プラズマ・ソース２００は、広い圧力範囲で動作可能であり、多数のプロセス・タイプに対して適しており、そして図１のプラズマ・ソース１５０及び１５０’によって表されたようなプロセス・チャンバ及びフォアライン動作を含め様々なモニタリング位置で動作可能である。実際の圧力が変わることがあるとはいえ、プラズマ・ソース２００の動作圧力範囲は、プロセス・チャンバに直接接続されたときのほぼ０．１ミリトール（０．０１３３Ｐａ）以下からチャンバ・フォアラインに取り付けられたときの１０トール（１３３０Ｐａ）よりも大きくまで変わることがある。

様々な位置のところへの設置を容易にするために、プラズマ・ソース２００は、有利なことにコンパクト・フォーム・ファクタを有することができる。例えば、３／４波プラズマ・ソース２００は、ケーブル及び電子回路を除いてほぼ１００ｍｍ×３５ｍｍ×３５ｍｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）の寸法を有することができる。図２Ａに示したように、プラズマ・ソース２００は、従来型のＫＦ４０インターフェースなどのクライン・フランジ（ＫＦ：Ｋｌｅｉｎ Ｆｌａｎｇｅ）インターフェースへのマウンティングのために都合よく設計されている。本明細書において下記に詳細に説明するように、プラズマ・ソース２００をやはり、他のＫＦインターフェース、ＡＳＡインターフェース、コンフラット（ＣｏｎＦｌａｔ）若しくはＣＦインターフェース、又は他の真空フランジ・タイプなどの他の従来型の又はそれどころかプロプライエタリ・インターフェース・デザインと一致するように構成することもできる。

図３Ａは、開示の原理にしたがって構築された１／４波プラズマ・ソースの実施例の三次元図を図示している。図３Ｂは、プラズマ・ソース３００の基本的構成要素並びに修理及び／又は保守のための分解の容易さを表しているプラズマ・ソース３００の三次元分解組立図を図示している。プラズマ・ソース２００と同様に、プラズマ・ソース３００を、マウンティング・フランジ３１０、Ｏ−リング３２０、窓３３０、同軸共鳴キャビティ体３４０、及びＲＦ信号インターフェース３５０から都合よく組み立てることができる。機械的留め金具を、プラズマ・ソース３００の構成要素と一緒に接続し、保持するために使用することができ、そして図３Ａ及び図３Ｂでは機械要素３６０として一般的に記している。機械的留め金具３６０は、マウンティング・フランジ３１０のねじ孔３６７と噛み合うようにクリアランス開口部３６５を貫通することができる。機械的留め金具を、本明細書において開示する他のプラズマ・ソースにおいてクリアランス開口部及びねじ孔とともに同様に採用することができる。

光ファイバ通路３７０を、同軸共鳴キャビティ体３４０の端部のところに示している。１／４波プラズマ・ソース３００は、ほぼ４０ｍｍ×４０ｍｍ×４０ｍｍの寸法を有することができる。プラズマ・ソース３００の構成要素を、プラズマ・ソース２００を構築するために使用した材料から構築することができる。プラズマ・ソース２００及び３００の同軸共鳴キャビティ体は、ＲＦ信号インターフェース２５０、３５０を介して与えられるＲＦ励起波長の四分の一長さの奇数倍に名目的には基づく固定の内側長を各々有する。より長い５／４波又は７／４波プラズマ・ソースを含め複数の同軸共鳴キャビティ体の名目的な内側長さは、窓のところの電磁（ＥＭ）場を最適化するために協働する。

図４Ａは、開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース４００の実施例の三次元断面図を図示している。図４Ｂは、プラズマ・ソース４００の端面図を図示している。プラズマ・ソース４００は、同軸共鳴キャビティ体４１０、ＲＦ信号インターフェース４２０、マウンティング・フランジ４３０、窓４４０、隔離スクリーン４５０（図４Ｂにだけ示す）、及びプラズマ・キャビティ４６０を含む。いくつかの実施例では、同軸共鳴キャビティ体４１０の内側長Ｌ１及び結合点距離Ｌ２の値は、ＲＦ信号インターフェース４２０を介して受信するＲＦ信号を使用して、窓４４０のプロセス環境表面のところ又は近くに確立される電磁（ＥＭ）場の最大化に基づいている。窓４４０のところのＥＭ場の最大化は、得られるプラズマが窓４４０を濡れさせることができ、これにより、窓温度の上昇を持続させることによって、励起したプラズマの作用による窓４４０の自己クリーニングを補助する。したがって、プラズマ・ソース４００は、汚染の低減によって窓４４０の光学透過特性を変わらない状態に保つ。同軸共鳴キャビティ体４１０の他の寸法を、関心のある動作周波数のところの波長特性解析よって定める。動作周波数を、使用及び干渉に関する国際標準化のために、２．４〜２．５ＧＨｚ、５．７２５〜５．８７５ＧＨｚなどの産業、科学及び医療（ＩＳＭ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ， Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ）バンド内にすることができるが、必ずしも必要ではない。

いくつかの３／４波実施例では、プラズマ・ソース４００を、全長でほぼ１００ｍｍとすることができ、そして寸法Ｌ１によって表される同軸共鳴キャビティ体４１０の内側長を、ほぼ７０から９５ｍｍとすることができ、結合点距離Ｌ２を、ほぼ１０から８０ｍｍとすることができる。プラズマ・ソース４００の全長は、マウンティング・フランジ４３０の境界部４３２からマウンティング・フランジ４３０の反対のプラズマ・ソース４００の端部のところに位置する光ファイバ通路４９０用の開口部まで延びる。マウンティング・フランジの反対のプラズマ・ソース４００の端部はやはり、プロセス端部の反対の同軸共鳴キャビティ体４１０の第２の端部でもある。同軸共鳴キャビティ体４１０の具体的な又は固定の内側長は、動作の実際の周波数及びＲＦ波の関係する自由空間波長に依存する。例えば、２．４〜２．５ＧＨｚＩＳＭバンドに関して、波長は、１２５から１２０ｍｍまでの範囲であり、３／４波共鳴器は、長さでほぼ９０ｍｍ、すなわち、９０ｍｍの内側長である。同様に、１／４波共鳴器は、１２５から１２０ｍｍの波長範囲をもった２．４〜２．５ＧＨｚＩＳＭバンドに関して、長さでほぼ３０ｍｍ、すなわち、３０ｍｍの内側長である。同軸共鳴キャビティ体４１０の内側長Ｌ１及び結合点距離Ｌ２の値を、窓４４０のＲＦ特性（複素誘電率、等）に基づいて修正することができる。

同軸共鳴キャビティ体４１０は、機械的に堅固であり、窓４４０を通りマウンティング・フランジ４３０内のプラズマ・キャビティ４６０の中へと向けられたものを除きＲＦインターフェース４２０を介して受信されるＲＦ信号の発光を最小にするように設計される。同軸共鳴キャビティ体４１０は、内側電極４７０及び外側電極４８０を含む。ＲＦ信号インターフェース４２０を内側及び外側電極４７０、４８０に電気的に結合して、受信したＲＦ信号を介してプラズマ・ソース４００の励起を行う。内側電極４７０及び外側電極４８０の相対寸法を、ＲＦ信号インターフェース４２０を介して接続したときに同軸共鳴キャビティ体４１０の５０Ｏｈｍの公称インピーダンスに近づけるように選択する。内側及び外側電極４７０、４８０の相対寸法は、ＲＦ信号インターフェース４２０及び外部ＲＦ構成要素のインピーダンスに対応するように変えることができる。他の実例では、内側電極４７０及び外側電極４８０の寸法を、７５Ｏｈｍの公称インピーダンスに近づけるように選択することができる。図４Ａに示したように、ＲＦ信号インターフェース４２０の中心導体４２２を内側電極４７０と直接電気的に接続するので、同軸共鳴キャビティ体４１０はＲＦ信号インターフェース４２０に誘導結合される。他の実施例では、ＲＦ信号インターフェース４２０の中心導体４２２を内側電極４７０とは接触させずに外側電極４８０と内側電極４７０との間の領域へと延伸させることによって、同軸共鳴キャビティ体４１０を容量結合させることができる。ＲＦ信号インターフェース４２０は、外側電極４８０と直接接触している。

１つ又は複数の同調スタブ４２５を、ＲＦ信号インターフェースに対するインピーダンス・マッチング及び／又はプラズマ・ソース４００に関する周波数調節を実行するために使用することができる。同調スタブ４２５を、金属製若しくは非金属性ねじ又は外側電極４８０と内側電極４７０との間の空間へと入る他の調節可能な突起物とすることができる。空間の中への同調スタブ４２５の侵入部分の大きさを、インピーダンス及び／又は周波数を変えるために調節することができる。同軸共鳴キャビティ体４１０に沿った同調スタブ４２５の数及び配置は、経験、試験データ、及び電磁モデリングに基づくことがある。同調スタブ４２５の位置及びその数もやはり、プラズマ・ソースのタイプ又はサイズに応じて変えることができる。例えば、同調スタブの数及び位置は、プラズマ・ソースが１／４波又は３／４波プラズマ・ソースであるどうかに応じて変わることがある。図４Ａは、実例の位置及び実例の同調スタブの数を示している。

ＲＦ信号を、図１のソース制御装置１７７などのソース制御装置を介して与えることができる。上に記したように、ＲＦ信号は、２．４〜２．５ＧＨｚＩＳＭバンド内の２．４５ＧＨｚの公称周波数を有することができる。ＲＦ信号インターフェース４２０を、図１のケーブル１７８及び１７９などのＲＦ信号を配信するケーブル／ソース、並びにソース制御装置１７７のＲＦ電源のインピーダンスにマッチングするように設計する。ＲＦ信号インターフェース４２０を、タイプＮコネクタ、サブミニチュア・バージョンＡコネクタ、又は別のタイプのＲＦコネクタなどの５０オームのＲＦコネクタとすることができる。

マウンティング・フランジ４３０は、同軸共鳴キャビティ体４１０に機械的に結合され、窓４４０及びこれらの間に配置されたＯ−リング４３５、並びに窓４４０とマウンティング・フランジ４３０との間に配置されたＯ−リング４３５をともなう。有利なことに、同軸共鳴キャビティ体４１０及びマウンティング・フランジ４３０を、一緒に取り外し可能に結合させる。これらの構成要素を容易に分解しそして再組み立てする能力は、窓４４０及びＯ−リング４３５の保守を可能にする。ねじ４３７又は別のタイプの機械的留め金具を、同軸共鳴キャビティ体４１０とマウンティング・フランジ４３０との取り外し可能な機械的な結合のために使用することができる。同軸共鳴キャビティ体４１０のマウンティング・フランジ４３０への結合はやはり、ＲＦシールディング及び接地用の低抵抗導電性パスのための同軸共鳴キャビティ体４１０及びマウンティング・フランジ４３０の接合表面を通る電気的接続を与える。

マウンティング・フランジ４３０の境界部４３２は、プロセス・チャンバからの１種又は複数種のガスとの連通のための境界部に接続するように構成される。マウンティング・フランジ４３０の境界部４３２を、例えば、ＫＦ４０−スタイル・コネクタ用とすることができる。境界部４３２は、接続しようとする境界部のタイプに依存して変わることがある。加えて、図９Ａ及び図９Ｂに図示したもののように、同軸共鳴キャビティ体４１０とともに使用されるマウンティング・フランジのプラズマ・キャビティは、変わることがあり、そしてプラズマ・ソース４００の動作特性への限定された強い影響で同軸共鳴キャビティ体４１０とプロセス容積との間を分離することを依然として行うことができる。Ｏ−リング４３５を、プロセス・ガス、圧力、及び熱に耐えるために産業において典型的に使用されるカルレッツ（Ｋａｌｒｅｚ）・パーフルオロエラストマなどの材料から構築することができる。

マウンティングのための境界部に適応することに加えて、マウンティング・フランジ４３０は、プラズマ・ソース４００の同軸共鳴キャビティ体４１０を機械的にサポートする。マウンティング・フランジ４３０はやはり、使用される場合には隔離スクリーン４５０をサポートすることもできる。隔離スクリーン４５０は、マウンティング・フランジ４３０の内面によって画定されるプラズマ・キャビティ４６０とプロセス・チャンバ内などのプロセス容積との間のプロセス・ガスの流出を調節するための開口部又は穴を含む。隔離スクリーン４５０は、さらにその上、窓４４０の近くで励起されたプラズマの移動が接続したプロセス容積の主要部分へと入ることを防止することができる。図１のプラズマ・ソース１５０によって表されたようにプロセス・チャンバに結合するときなどの、汚染が関心事であり得るいくつかの用途では、隔離スクリーン４５０を使用することができ、そして図１のプラズマ・ソース１５０’によって表されたようなフォアライン位置などの汚染がそれほど関心事ではないいくつかの用途では使用されないことがある。

隔離スクリーン４５０を、マウンティング・フランジ４３０に取り付けることができ、そして界面４３２と完全に一致して又はプラズマ・キャビティ４６０内の他の位置のところに配置することができる。隔離スクリーン４５０を、マウンティング・フランジ４３０と同じ材料で作ることができる。例えば、隔離スクリーン４５０を、アルミニウムから構築することができる。隔離スクリーン４５０を、クランプ若しくはねじ接続部を介してなどでマウンティング・フランジ４３０に取り外し可能に取り付けることができる、又は溶接を介してなどで恒久的に取り付けることができる。隔離スクリーン４５０をやはり、プラズマ・ソース４００の非一体化部品とすることもでき、そしてＫＦタイプのインターフェースに関して、適切に設計されたスクリーン型芯出しリングを使用することができる。プラズマ及び／又はプロセス・ガスにより触れられることがあるプラズマ・キャビティ４６０の内面を、ジルコニア、イットリア、耐火性酸化物、プロセス・ガスに起因する汚染及び損傷を低減する別の類似の製品でコーティングすることができる。窓４４０を、プロセス・ガスに起因する汚染に耐えるために使用される従来の材料からやはり構築することもできる。例えば、窓４４０を、サファイア又は石英ガラス窓とすることができる。

プラズマ・ソース４００の大部分をプロセス容積から隔離することに加えて、窓４４０は、プラズマ・キャビティ４６０の中へのＲＦエネルギーの透過、及びプラズマ・キャビティ４６０内のプラズマ４６５の励起によって発生した光学発光の透過を実現する。上記のように、窓４４０の一方の側、プロセス側４４４は、プロセス容積の環境とガス接触しており、窓４４０の他方の側、大気側４４８は、都合よく大気状態である。

光ファイバ・アセンブリ（図示せず）を、マウンティング・フランジ４３０の反対のプラズマ・ソース４００の端部のところに位置する光ファイバ通路４９０を介して内側電極４７０内に設置することができる。光ファイバ・アセンブリは、図１の分光器１６０などの分光器へ光学信号を与えることができる。アパーチャ４９５を、窓４４０の近くに配置して、プラズマ４６５によって与えられる光学発光への光ファイバ・アセンブリの直接のアクセス及び強い結合を可能にする。製造への強い影響並びにＥＭ場及び得られるプラズマの局在化を制限するように、アパーチャ４９５を設計する。アパーチャ４９５は、ＲＦ励起波長と比較して典型的には小さく、ほぼ１ｍｍ直径であり、そして光ファイバ・ケーブル・アセンブリによりアクセス可能なプラズマの眺望を与えるように配置された光学信号アパーチャである。光ファイバ・アセンブリ（図４Ａには図示せず）は、円筒状の断面を有することができ、そして光ファイバ通路４９０の中に設置ねじ又は他の留め金具によって保持される。

いくつかの用途では、磁石を、プラズマ・ソース４００のプラズマ・キャビティ４６０の付近で磁気閉じ込め行うために使用することができて、電子サイクロトロン共鳴をサポートし、より低いＲＦパワーで又はより広い圧力範囲にわたりプラズマ４６５を点火しそして持続させる際に支援することができる。１つ又は複数の磁石を、マウンティング・フランジ４３０の周りに設置することができる又はマウンティング・フランジ４３０の中に埋め込むことができる。図９Ｂは、マウンティング・フランジの中へと埋め込まれた円筒状磁石を図示し、図１０Ｂは、マウンティング・フランジの周りに設置されたネオジウム・リング磁石を図示している。２．４５ＧＨｚ励起の公称作業条件に関して、８７５ガウスの磁場を、電子サイクロトロン共鳴をサポートするために使用することができる；他の磁場強度もやはり使用することができる。

上に記したように、アパーチャ４９５及び光ファイバの配置を、プラズマ励起と調和させる。プラズマ・キャビティ４６０内でのプラズマ励起の位置を画定する際にさらに支援するために、窓端部４９７と呼ばれる窓４４０のところの内側電極の端部を整形することができる。アパーチャ４９５の位置はやはり、窓端部４９７のところの内側電極４７０の形状に対応するように変えることができる。したがって、光ファイバ通路は、アパーチャ４９５と一致するように変えることができる。図５Ａ〜図５Ｄは、開示の原理にしたがって、内側電極の様々な整形した窓端部を用いて構築されたプラズマ・ソースの同軸共鳴キャビティ体の実施例の三次元図を図示している。

図５Ａは、４個の非対称アームをもった十字の形状の内側電極の窓端部５１２を有する同軸共鳴キャビティ体５１０を図示している。窓端部５１２のこの構成は、最長アーム５１４の場所の近くにプラズマ励起を局在化させる。したがって、光ファイバ通路５１６の位置を、再配置する。この実施例では、光ファイバは、もはや内側電極内の軸方向に向けられないが、代わりに光ファイバ通路５１６を通って配置され、最長アーム５１４と同軸共鳴キャビティ体５１０の外側電極の内径との間のギャップに位置を合わせられる。所定の場所に光ファイバを保持するために、止めねじを開口部５１９に使用することができる。図５Ｂは、単一点５２４から同軸共鳴キャビティ体５２０の外側電極の内面までの距離を変えるため調節可能キーウェイ５２６とは反対の単一点５２４を有する形状の内側電極の窓端部５２２を有する同軸共鳴キャビティ体５２０を図示している。光ファイバを、光ファイバ通路５２８の中へと挿入することができ、そして点５２４と調節可能キーウェイ５２６との間のギャップと位置を合わせることができる。図５Ｃは、対称的な丸みを帯びたアームを有する十字の形状の内側電極の窓端部５３２を有する同軸共鳴キャビティ体５３０を図示している。アパーチャ５３４を、窓端部５３２の中心に設置する。この実施例では、光ファイバを、同軸共鳴キャビティ体５３０の内側電極内で軸方向に向けることができる。図５Ｄは、円錐台の形状の内側電極の窓端部５４２を含んでいる同軸共鳴キャビティ体５４０を図示している。アパーチャ５４４を、窓端部５４２の円錐台の中心に設置する。同軸共鳴キャビティ体５４０は、図１０Ａのマウティング・ブラケット１０４０などのマウティング・ブラケットを受けるように構成されたリセス５４８をさらに含む。同軸共鳴キャビティ体５３０と同様にこの実施例では、光ファイバを、同軸共鳴キャビティ体５４０の内側電極内で軸方向に向けることができる。図５Ａ〜図５Ｄの同軸共鳴キャビティ体を、マウンティング・フランジ又は開口部５１１、５２１、５３１及び５４１を通って設置された機械的留め金具を介して他のマウティング面と接続することができる。

プラズマ・ソースの構成可能性をサポートするために、様々な異なる窓端部を、適応性内側電極に取り外し可能に機械的に取り付けることができる。図６Ａは、図６Ｂ〜図６Ｄに図示した適応性内側構成部品６１０及び６２０から組み立てられた同軸共鳴キャビティ体６００の断面図を図示している。内側電極体６１０は、窓端部６２０の雄ねじ部分を受けるように設計された雌ねじ部分を含む。一緒に組み立てたときに、内側電極体６１０及び窓６２０は、同軸共鳴キャビティ体６００の内側電極６３０を形成する。同軸共鳴キャビティ体６００はやはり、外側電極６４０、留め金具用の貫通孔６５０、及びアパーチャ６６０も含む。組み立てられた内側電極６３０は、図５Ｃの内側電極に対応する。同軸共鳴キャビティ体６００はやはり、図２Ａのインターフェース２５０などのＲＦ信号インターフェースの据え付けのために構成されたボア６７０及び平坦部分６７５も含む。

内側電極、窓及びアパーチャの設計の整合性は、プラズマ励起用の最適化したＲＦパワー配信及び光学発光信号の便利で効率的な収集のためのプラズマの局在化を提供することを求めている。したがって、設計の整合性は、窓表面の近くに及びファイバ光学系の観測点のところにプラズマを形成することに向けられている。プラズマの局在化は、ＲＦソースにより与えられそして同軸共鳴キャビティにより整形された電場の集中に関係することがある。図７Ａは、プラズマ・ソースの窓のところの電場の強い局在化を表している電場強度グラフ７００を図示している。グラフ７００は、窓からの距離が増加するにつれてボルト／メートルで電場の大きさ又は強度の減少を示しているプロット７０５を含む。グラフ７００は、プラズマの点火の前に本明細書において開示したようなプラズマ・ソースの３／４波設計のモデルから作られている。グラフ７００に関して使用したプラズマ・ソースは、図５Ｄに示した窓端部５４２を含む。図７Ｂは、グラフ７００からもたらされるパワー・パフォーマンスを図示している。

図７Ｂは、開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソースのプラズマ・キャビティ内の圧力をＲＦ信号源のパワーに対して示しているグラフ７００である。グラフ７１０は、図５Ｄに示したような窓端部５４２を有する内側電極をもった３／４波プラズマ・ソースの点火及び持続パワー・パフォーマンスを図示している。破線プロット７２０は、点火又は励起パワー・レベルであり、実線プロット７３０は、持続パワー・レベルである。具体的に、このプラズマ・ソースを、２００ｍＷ未満のパワー・レベルで点火することができ（破線の曲線７２０）、そして１００ｍＷ未満のパワー・レベルで持続させることができる（実線の曲線７３０）。パッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ）の法則から予測されるように、パワー対圧力曲線は一般に、圧力の低下とともに必要なパワー・レベルがより高くなることを示している。ある種の動作シナリオに関して、プラズマ・ソースを、高い圧力で且つ付随する低いパワー条件で点火することができ、そして圧力をより低いレベルに減少させながらその同じ又は異なるパワー条件で持続させることができる。

図８は、図７Ａに表現されたような電場強度及び図７Ｂに表現されたようなプラズマ・ソースのパワー・パフォーマンスをもったプラズマ・ソースによって与えられる実例のスペクトル８１０のグラフ８００を図示している。スペクトルを、図１の分光器１６０などの分光器によって与えることができる。プラズマの局在化、低パワー動作、及び効率的な光学的結合は、スペクトル８１０に示したような大きな光学信号を与える。スペクトル８１０に関して、混合した窒素及び酸素ガスのプラズマを、ほぼ２００ミリトール（２６．６Ｐａ）の圧力及び２．４１０ＧＨｚ励起での３００ｍＷの印加ＲＦパワーで点火し、持続させる。３００ｍＷにおけるようなプラズマ・ソースの低パワー動作は、励起したガスの脱会合の減少をもたらし、多原子種のプロセス解析及び化合物を判断する際に有用であり得る原子及び分子スペクトル特徴の表現を可能にする。

本明細書において説明するプラズマ・ソースの適応性は、有利には、本明細書において開示した同軸共鳴キャビティ体を多数のインターフェース及び位置に接続することを可能にする。図９Ａ及び図９Ｂは、開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース用のマウンティング・フランジの図を図示している。チャンバ・インターフェースを変えること及びガス流に関する必要条件を変えることは、マウンティング・フランジの設計に強い影響を与えることがある。一般に、最小の容積をもったマウンティング・フランジは、ガス輸送に起因する遅い応答を都合よく緩和する。この利点は、しかしながら、マウティングのための機械的必要条件に対して釣り合うことを必要とする。

フランジ内径などのある種のマウンティング・フランジ構成は、ＥＭ場及び得られるプラズマの局在化を助ける。関連して、腐食及び粒子発生のために、プラズマがマウンティング・フランジの金属部品と直接接触することを防止することは、有利である。プラズマによる曝露のために、マウンティング・フランジの内径部を保護のためコーティングすることができる。図９Ａ及び図９Ｂは、異なるプラズマ・キャビティ形状及び容積を有するマウンティング・フランジの２つの実例を図示している。

図９Ａに示したマウンティング・フランジ９１０は、プラズマ・キャビティ９２０を形成する円筒状の内側ボアを有し、ガス流を容易にすること及びプラズマを非局在化させる傾向がある窓の近くの大きな開口面積を可能にする。マウンティング・フランジ９１０は、窓リセス９８０及び窓とＯ−リングとを収容するためのＯ−リング溝９３０を含む。マウンティング・フランジ９１０はやはり、同軸共鳴キャビティ体をマウンティング・フランジ９１０に接続するための留め金具を受けるための開口部９４０も含む。

図９Ｂに示したマウンティング・フランジ９５０は、図９Ａのマウンティング・フランジ９１０と比較して短くされそしてテーパを付けた内部ボアを有する。テーパ付き内部ボアは、プラズマ・キャビティ９６０を形成する。窓近くの開口面積が小さいほど、プラズマの局在化が大きくなるという結果になる。プラズマ・キャビティ９６０の小さな開口面積は、ガス流を妨げることがある。いくつかの実施例では、ガス流に対する抑制を、プラズマ・キャビティ９６０のプロセス側直径を大きくし、マウンティング・フランジ９５０の全長を短くすることによって部分的に緩和することができる。マウンティング・フランジ９５０は、窓リセス９８２及び窓とＯ−リングとを収容するためのＯ−リング溝９３２を含む。マウンティング・フランジ９５０はやはり、同軸共鳴キャビティ体をマウンティング・フランジ９５０に接続するための留め金具を受けるための開口部９４２も含む。マウンティング・フランジ９５０は、埋め込まれて示されているが、マウンティング・フランジ９５０から突き出すことがある磁石９９０をさらに含む。図９Ｂに示したマウンティング・フランジ９５０の断面図は、マウンティング・フランジ９５０のテーパ付き内部ボアがマウンティング・フランジ９５０中への磁石９９０の埋め込みをどのようにサポートするかを表している。この構成における磁石９９０を、ＥＭ場の電気的構成部品に対して垂直な磁場を与えるように分極させる（すなわち、プラズマ・ソースの円筒軸に対して半径方向に分極させる）ことができる。

窓から遠くのＥＭ場の速い減衰は、同軸共鳴キャビティ体及び窓からフランジの設計の結合を減少させる。これゆえ、同軸共鳴キャビティ体を、「普遍的」であると考えることができ、そして他のマウティング配置を、プラズマ・ソースの据え付けのための必要条件に合うように容易に適合させることができる。ある種の実施例では、独立したマウンティング・フランジを使用しないことがあり、Ｏ−リング及び窓に関する適切に設計した構成を、チャンバ、フォアライン、又は他のマウティング位置に直接構築することができる。したがって、図４のねじ４３７などの機械的留め金具を、マウンティング・フランジを用いない境界部に同軸共鳴キャビティ体を接続するために使用することができる。

マウンティング・フランジを用いないいくつかの用途では、同軸共鳴キャビティ体を境界部に押し付け、そしてその間にＯ−リング及び窓を固定するために機械的留め金具を使用することができる。マウンティング・フランジ９１０及び９５０がマウンティング・フランジと同軸共鳴キャビティ体とを接合させるために機械的留め金具の使用を表しているけれども、接合させることを、他の手段を介して、例えば、マウンティング・フランジの雌ねじ部分と係合することができる雄ねじ部分又はその逆を用いて同軸共鳴キャビティ体を埋め合わせることによって実行することができる。さらにその上、９８０及び９８２などの窓リセスを、マウンティング・フランジの代わりに同軸共鳴キャビティ体の一部分に、全体を又は部分的に形成することができる。

図１０Ａは、マウティング・ブラケット１０４０を介してプラズマ・ソース１０３０に接続された外部ＲＦマッチング装置／チューナ１０２０をもったプラズマ・ソース・システム１０００の実施例の三次元図を図示している。プラズマ・ソース１０３０は、開示の原理にしたがって構築された同軸共鳴キャビティ体１０５０及びマウンティング・フランジ１０６０を含む。同軸共鳴キャビティ体１０５０は、軸方向に配向した光ファイバ通路１０５５を含む。製造及びＲＦ構成部品の性能のバラツキのために、インピーダンス・マッチングが一般に必要である。ＲＦマッチング装置／チューナ１０２０などの外部チューナを、インピーダンス・マッチング用に使用することができる。チューナ１０２０は、図１のＲＦソース制御装置１７７などのＲＦ接続部１０２２を介したＲＦ供給部と、図２Ａのソース２００などのプラズマ・ソースとの間に直列に接続された「チューニング・パッド」アレイに基づくチューニング回路を含むことができる。チューナ１０２０をやはり、エルボウ・コネクタ１０２４を介して同軸共鳴キャビティ体１０５０にマウントされたＲＦ信号インターフェースに接続する。ＲＦ信号は、ＲＦ接続部１０２２のところで入り、ＲＦマッチング装置／チューナ１０２０の内部の回路基板を通過し、ＲＦエルボウ・コネクタ１０２４に入り、次いで同軸共鳴キャビティ体１０５０にマウントされたＲＦ信号インターフェース１０２６（図１０Ａには図示せず）に接続する。

図１０Ｂは、マウンティング・フランジ１０６０の周りにネオジウム・リング磁石１０７０を含んでいる図１０Ａのプラズマ・ソース・システム１０００の三次元図を図示している。この構成での磁石を、ＥＭ場の電気成分に対して平行磁場又は反平行磁場を与えるように軸方向に分極させる（すなわち、プラズマ・ソース１０３０の円筒軸に対して軸方向に分極させる）ことができる。図１０Ｂはまた、図１０Ａには示されていないＲＦ信号インターフェース１０２６を図示している。

ある種の実装例では、ガスが窓近くの励起領域を通り過ぎることを可能にすることが、有用であることがある。図１１は、マウティング・ブラケット１１３０によって外部ＲＦマッチング装置／チューナ１１２０に接続された同軸共鳴キャビティ体１１１０をもったもう１つのプラズマ・ソース・システム１１００の実施例の三次元図を図示している。同軸共鳴キャビティ体１１１０は、軸方向に配向した光ファイバ通路１１５５を含む。チューナ１１２０は、ＲＦ接続部１１２２を含み、そしてＲＦエルボウ・コネクタ１１２４を介して同軸共鳴キャビティ体１１１０のＲＦ信号コネクタ１１２６にやはり接続される。チューナ１１２０及び同軸共鳴キャビティ体１１１０の「横並び」の機械的配置を変えることができ、そして例えば、ＲＦエルボウ・コネクタ１１２４を取り除くことができ、チューナ１１２０をチューブ・アセンブリ１１６０に「平行」に配置することができる。このフロー・バイ（ｆｌｏｗ ｂｙ）の配列では、「ユニバーサル」同軸共鳴キャビティ体１１１０を、適切に設計したチューブ・アセンブリ１１６０の横に取り付ける。この構成を、図１のプラズマ・ソース１５０’によって表されたようにフォアラインで、及び応答時間が重要である差動的にポンピングする用途で利用することができる。もう１つの実施例では、チューブ・アセンブリ１１６０を使用しないことがあり、同軸共鳴キャビティ体１１１０を、図１にプラズマ・ソース１５０の位置により表されたようなチャンバの外壁などの平坦面にマウントすることができる。

本明細書において説明する共鳴キャビティ・プラズマ・ソースを、共鳴周波数の変化をもたらすキャビティの圧力負荷、キャビティＱ、反射パワー、電圧定在波比（ＶＷＳＲ：ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ ｒａｔｉｏ）、等などのプロセス環境により与えられる様々な動作条件の強い影響を減少させるように設計する。しかしながら、これらの強い影響は、あるアコモデーションを必要とする。図１２は、図１０Ｂに示したようなプラズマ・ソースの実例の共鳴挙動変化のプロット１２００を図示している。実線の曲線１２１０は、プラズマ点火より前の共鳴状態を表しており、そして破線の曲線１２２０は、プラズマ・ソースが励起され、持続する光学発光を与えている間の共鳴状態を表している。実線の曲線１２１０によって表されたようなプラズマ点火より前の共鳴をプラズマ・ソースが破線の曲線１２２０から励起される間の共鳴と比較することは、共鳴周波数がほぼ１ＭＨｚシフトし、Ｓ１１（入力反射減衰量）がほぼ−２５から−１５ｄＢまで増加することを表している。本質的に、プラズマは、同軸キャビティ共鳴器に結合された負荷として作用する。プラズマ負荷は、効率的でないパワー伝達をもたらし、そして励起したプラズマからの光学発光信号をさらに変化させるプラズマの励起を変化させる。結果としての光学発光信号不安定性は、プロセス制御にとって望ましくなく、補償を要求されることがある。不安定性は、光学発光信号振幅の変化又はスペクトル特徴の変化として現れることがある。

これらの目的のために、ソース制御装置を使用することができる。図１３は、開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース用のソース制御装置１３００のブロック図を図示している。ソース制御装置１３００を、プラズマ・ソースのＲＦ信号インターフェースへＲＦ信号を与え、そしてＲＦ信号のパワーの大きさ、位相及び周波数を制御するように構成する。ＲＦ信号がパルスである場合には、ソース制御装置１３００はやはり、任意のパルス型ＲＦ波形の周期性及びデューティ・サイクルを調整することもできる。プラズマ・ソースへ与えられるＲＦ信号を、プラズマ・ソースのプラズマ・キャビティ内などのプラズマを点火しそして持続させるために産み出されるＥＭ場を発生させるために使用する。ソース制御装置１３００を、スタンドアロンとすることができる、又は図１の分光器１６０、コンピュータ１７０、及びチャンバ制御装置１７５などの他の制御デバイスと一体化させることができる。

ソース制御装置１３００は、ＲＦ信号を規定しそして制御するための構成要素を含む。ＲＦ信号を規定しそして制御するための適したＲＦ信号チェーンの多数の構成を考案することができる。本明細書において規定される構成は、少なくとも、所望の周波数、信号レベル及び信号安定性、並びにプラズマ・ソースの動作のために有用な信号レベル測定能力を提供する。ソース制御装置１３００は、シンセサイザ１３１０、減衰器１３２０（アナログ、ディジタルであってもよく、又は増幅器のバイアス制御部と一体化されてもよい）、増幅器１３３０（１つ又は複数の増幅器又は前置増幅器を含むことができる）、アイソレータ１３５０、双方向性カプラ１３６０、及びパワー・センサ１３７０を含む。ソース制御装置（又は統合型）の外部には、（図１０Ａのチューナ１０２０などの）マッチング・ネットワーク１３８０があってもよく、これはその時にはプラズマ・ソース１３９０に接続される。ソース制御装置１３００は、すべての用途においてこれらの構成要素のうちのすべてを含むとは限らない又は起動させるとは限らないことがある。例えば、双方向性カプラ１３６０及びパワー・センサ１３７０は、正方向／反射ＲＦパワーのモニタリングが望まれないときのように、含むとは限らないことがある。加えて、ある種のＲＦ増幅器構成に関して、例えば、フィードバックが関心事ではない場合には、アイソレータ１３５０を除外することができる。

シンセサイザ１３１０を、ＲＦ信号についての周波数、位相及びパワーを設定することを含めＲＦ信号を発生させるように構成する。シンセサイザ１３１０は、ＲＦ信号を発生させるためＤＣ電源からＤＣパワーを受ける。シンセサイザ１３１０はやはり、ユーザ又は外部制御装置から命令を受信して、周波数、位相及びパワーを設定する。シンセサイザ１３１０はやはり、分光器又はプラズマ・ソースに結合されているもう１つの光学的モニタリング・デバイスから命令を受信することもでき、そしてパワー又は周波数を変えるために命令を利用することができる。例えば、分光器からのフィードバックは、プラズマ・ソースのプラズマ・キャビティ内でのプラズマの点火を指示することができ、シンセサイザ１３１０がプラズマの励起を維持するためパワーを減少させることを可能にする。１つの適したＲＦシンセサイザは、米国マサチュセッツ州ノーウッドのＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓから入手可能なモデルＡＤＦ４３５５である。ＤＣ電源を、従来型のＤＣ源とすることができ、シンセサイザ１３１０は、従来型のパワー接続部及びインターフェースを介してＤＣパワーを受けることができる。

減衰器１３２０は、シンセサイザ１３１０からＲＦ信号を受信し、そして所望のレベルまでＲＦ信号を減衰させる。１つの適した減衰器は、米国カルフォルニア州サンノゼのＩＤＴから入手可能なモデルＦ１９５６ディジタル・ステップ減衰器である。増幅器１３３０は、減衰器１３２０から減衰したＲＦ信号を受信し、そして固定又は可変利得係数により減衰したＲＦ信号をブーストする。増幅器１３３０を、必要に応じて所望の利得を与えるために単一の又は多数の増幅器又は前置増幅器とすることができる。適した増幅器を、米国ノースカロライナ州ダーラムのＣｒｅｅからのＣＧＨ２７０３０ＨＥＭＴを中心にして設計することができる。アイソレータ１３５０を、反射パワーからソース制御装置１３００の構成要素を保護するように構成する。適したアイソレータは、米国マサチュセッツ州ウォーバーン（Ｗｏｂｕｒｎ）のＳｋｙｗｏｒｋｓから入手可能である。

双方向性カプラ１３６０を、増幅したＲＦ信号をタップし、そしてタップした信号をパワー・センサ１３７０へ与えるように構成する。パワー・センサ１３７０は、増幅したＲＦ信号の利得及び位相（又は正方向／反射ＲＭＳパワー）を検出する。ソース制御装置１３００によって与えられるＲＦパワー・レベルを調節するため又はマッチング・ネットワーク１３８０を調節するために、パワー・センサ１３７０からの出力を使用することができる。パワー・センサ１３７０からの値をやはり、図１の分光器１６０などの外部システムへ転送することができ、そしてＲＦ信号レベルと光学信号レベルとの間の相関を考慮して、光学信号解析の改善のために光学信号レベルを規格化するために使用することができる。双方向性カプラを、Ｐａｓｔｅｒｎａｋなどの多数の供給者から供給することができる。マッチング・ネットワーク１３８０を、増幅したＲＦ信号をプラズマ・ソース１３９０へ配信するためのインピーダンス・マッチングを行うように構成する。

ソース制御装置１３００は、図１のコンピュータ１７０又は分光器１６０などの外部システムへの通信を行うための通信モジュール１３０７を含むことができる。ソース制御装置１３００は、ＵＳＢ、イサーネット、又は他の通信プロトコルを使用することができる。例えば、シンセサイザ１３１０は、通信モジュール１３０７を介して命令を受信することができる。シンセサイザ１３１０及びソース制御装置１３００の他の素子を、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（ＳＩＰ：ｓｅｒｉａｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）又は集積回路間（Ｉ２Ｃ：ｉｎｔｅｒ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）バス・デバイスとすることができるので；マイクロコントローラ１３０５を、ソース制御装置１３００の内部構成要素を制御するために使用することができる。パワー・モジュール１３０３は、外部２４ＶＤＣパワーを受け、そして内部構成要素での使用のため必要な３．３又は５ＶＤＣ電圧へと変換することができる。ＲＦ信号放出を制限しそして外部同軸ＲＦ接続を行うためにＲＦシールドされた筐体又は箱へと、ソース制御装置１３００の構成要素を適切に集積することができる。ソース制御装置１３００は、２．４〜２．５ＧＨｚなどの周波数範囲にわたって可変の公称出力レベル０．０１から４０ワットを与えることができる。信号レベル及び周波数調節を、連続又は不連続とすることができる。例えば、１０ミリワット・ステップごとの信号レベル調節及び１ＭＨｚステップごとの周波数調節を使用することができる。調節中にプラズマの励起を維持するために、ソース制御装置１３００は、移行中にはＲＦ信号を弱めるべきではない。

半導体プロセスは、同じチャンバ内での多数のプロセス・ステップをしばしば必然的に含み、そこでは異なる処理がウェハに適用される。本明細書において開示したプラズマ・ソース、プラズマ・ソース・システム、又はその一部分を、これらのプロセス・ステップのうちの１つ又は複数に対して使用することができる。プロセス制御の安定性がウェハに必要な変化を生じさせるために重要であるので、いずれかのプロセスをモニタするプラズマ・ソースの安定性もやはり重要である。プラズマ・ソースがプロセス・ガスを励起し、熱が生成されることを仮定すると、プラズマ・ソースは、考えるべき安定性時定数を有する。さらにその上、プラズマ・ソースの窓の温度上昇を持続させることは、窓上の汚染の付着を防止することができる。この観点から、図１４は、多数ステップの半導体プロセス中に、開示の原理にしたがって構築されたプラズマ・ソース又はその一部分を動作させるためのプロセス１４００に関するフロー・チャートを図示している。

方法１４００は、本明細書において開示したようなプラズマ・ソースのうちの１つを採用することができ、準備ステップ１４１０で始まる。準備は、プラズマ・ソースにとって実効的に準備が整った状態を明確にするために各プロセスに対して使用する期間、圧力、及びガスの再検討を含むことができる。ステップ１４２０では、準備が整った状態を、プラズマ・ソース用のソース制御装置によって設定することができる。準備が整った状態は、プラズマ・ソースに関する所定のＲＦ信号レベル及び周波数を設定することを含むことができる。例えば、ＲＦ信号レベルを、高いレベル、例えば１０ワットのところに設定することができ、プラズマ・ソース及びその構成要素の迅速な暖機運転をサポートすることができる。ステップ１４２０を、モニタするためのいずれかの最初のプロセス・ステップよりも十分前に規定することができて、相応の暖機運転時間を与えることを確実にすることができる。ステップ１４２０に続いて、次に来るプロセス・ステップ中のプラズマ・ソースに関する動作パラメータを、ステップ１４３０でソース制御装置において受信することができる。動作パラメータは、次に来るプロセス・ステップのモニタリングに対して必要とされる光学信号レベルを与えるために選択したプラズマ・ソースに関する所定のＲＦ信号レベル及び周波数を含むことができる。例えば、ＲＦ信号レベルを、プロセス・ステップのガス及び圧力に基づいて１００ｍＷの値に設定して、分光器のところで集められる過剰な光学信号を回避することができる。

動作パラメータの受信に引き続いて、ステップ１４４０では、これらのパラメータをプラズマ・ソースに適用して、その動作状態を調節することができる。一旦、適切な動作状態を実現すると、ステップ１４５０の間に、現在のプロセス・ステップの期間にわたって、プラズマ・ソースを動作させることを認めることができる。方法１４００は、次いでステップ１４５５に続き、そこではモニタする追加のプロセス・ステップがあるかどうかの判断を行う。追加のプロセス・ステップがある場合には、プロセス１４００は、ステップ１４２０に戻り、そして追加のプロセス・ステップに対するプラズマ・ソースの準備が整った状態を再確立する。実行すべき追加のプロセス・ステップがない、又はモニタリングを必要としない場合には、方法１４００は、ステップ１４６０に続き、そこではプラズマ・ソースをアイドル状態に設定することができる。アイドル状態は、準備が整った状態、動作状態と同じ条件を有することができる、又はプラズマ・ソースを「止め」てもよい。例えば、圧力がチャンバからウェハを取り除くためのベント・サイクル中のようにプラズマ・ソースの動作をサポートする範囲外である場合である動作条件を、半導体チャンバが経るときには、アイドル状態は、オフ状態までＲＦ信号を低下させることができる。プロセス１４００は、ステップ１４７０で終わり、この時点でプラズマ・ソースを、シャットダウンすることができる又は新しいモニタリング・サイクルに対して準備することができる。

上に説明した装置、システム又はモジュール、又は少なくともその一部分を、ディジタル・データ・プロセッサ又はコンピュータなどの（図１の制御装置及びコンピュータなどの）様々なプロセッサで具現化する又はプロセッサにより実行することができ、ここではプロセッサは、ソフトウェア命令の実行可能なプログラム又はシーケンスをプログラムされ又は記憶して、方法のステップ又は装置若しくはシステムの機能のうちの１つ又は複数を実行する。このようなプログラムのソフトウェア命令は、アルゴリズムを表現することができ、そして非一時的なディジタル・データ記憶媒体、例えば、磁気若しくは光ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ハード・ディスク、フラッシュ・メモリ、及び／又は読出し専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）上に機械実行可能な形態に符号化されてもよく、様々なタイプのディジタル・データ・プロセッサ又はコンピュータが上に説明した方法のうちの１つ若しくは複数のステップ又は本明細書において説明したシステムの機能のうち１つ、多数若しくはすべてを実行することを可能にする。

本明細書において開示したある種の実施例は、非一時的コンピュータ可読媒体をもったコンピュータ記憶装置製品にさらに関係する又は含むことができ、上記媒体は、装置、システムの少なくとも一部分を具現化する又は本明細書において記述した方法のステップのうちの少なくともいくつかを実行する若しくは管理する様々なコンピュータに実装された動作を実行するために媒体上にプログラム・コードを有する。本明細書において使用する非一時的媒体は、一時的、伝播する信号を除いたすべてのコンピュータ可読媒体を呼ぶ。非一時的コンピュータ可読媒体の実例は、限定しないが：ハード・ディスク、フロッピ・ディスク、及び磁気テープなどの磁気媒体；ＣＤ−ＲＯＭディスクなどの光媒体；フロプティカル・ディスクなどの磁気光媒体；並びにプログラム・コードを記憶し実行するように特別に構成された、ＲＯＭ及びＲＡＭデバイスなどのハードウェア・デバイスを含む。プログラム・コードの実例は、コンパイラによって作られたものなどの機械コード、及びインタープリッタを使用してコンピュータによって実行することができる高レベル・コードを格納するファイルの両者を含む。

この出願に関係する当業者なら、他の及びさらなる追加、削除、置き換え及び修正を、説明した実施例に行なってもよいことを認識するだろう。

本明細書において開示したような装置、システム、及び方法を含め、開示の様々な態様の権利を主張することができる。本明細書において開示した態様は下記を含む：

Ａ．１種又は複数種のガスからプラズマの励起のため及び上記プラズマの光学的モニタリングのためのプラズマ・ソースであって、上記プラズマ・ソースが：（１）内側長を有し、第１の端部、第２の端部、内側電極及び外側電極を含む同軸共鳴キャビティ体と、（２）上記内側長に沿った固定の場所で上記内側及び外側電極に電気的に結合され、上記同軸共鳴キャビティ体へ無線周波数信号を与えるように構成された無線周波数信号インターフェースと、（３）上記同軸共鳴キャビティ体の上記第１の端部のところに配置された窓と、（４）上記同軸共鳴キャビティ体の上記第１の端部のところの上記窓に近接して配置され、プラズマ・キャビティを画定するマウンティング・フランジであり、上記窓が、上記プラズマ・キャビティの一方の側を形成し、上記同軸共鳴キャビティ体を上記プラズマ・キャビティ内のプラズマから隔離する、マウンティング・フランジとを含むプラズマ・ソース。

Ｂ．プラズマの励起のための励起システムは：（１）内側長を有し、第１の端部、第２の端部、内側電極及び外側電極を含む同軸共鳴キャビティ体と、（２）上記内側長に沿った固定の場所で上記内側及び外側電極に電気的に結合され、上記同軸共鳴キャビティ体へ無線周波数信号を与えるように構成された無線周波数信号インターフェースと、（３）上記無線周波数信号インターフェースへ無線周波数信号を与えるように構成されたソース制御装置とを含む。

Ｃ．光学的モニタリング・システムは、（１）プロセス・チャンバとガス連通しているプラズマ・キャビティ内でプラズマを点火し、励起し、そして上記プラズマから光学発光を生成するように構成されたプラズマ・ソースと、（２）上記プラズマ・ソースの無線周波数信号インターフェースへ無線周波数信号を与えて、上記プラズマの上記点火及び励起のために上記プラズマ・キャビティ内に電磁場を発生させるように構成されたソース制御装置と、（３）上記プラズマの上記励起から観測された光学信号を伝送するように構成された光学的結合システムと、（４）上記光学信号を受け取り、電気信号へと変換するように構成された分光器とを含む。

態様Ａ、Ｂ、及びＣの各々は、下記の追加の要素のうちの１つ又は複数を組み合わせて有することができる。

要素１：上記同軸共鳴キャビティ体の上記内側長が、上記与えられた無線周波数信号の名目的には四分の一波長の奇数倍である。要素２：上記固定の場所が、上記内側長に沿って上記第１の端部から結合点距離のところにあり、上記結合点距離及び上記内側長の値が、上記与えられた無線周波数信号から導き出され、上記窓に近接する電磁場を強め且つ局在化させるために協働する。要素３：上記窓が、３ミリメートル以下の厚さをもったサファイア及び石英ガラスから選択される材料製である。要素４：上記無線周波数信号インターフェースが、上記内側及び外側電極に電気的に誘導結合される。要素５：上記無線周波数信号インターフェースが、上記内側及び外側電極に電気的に容量結合される。要素６：上記外側電極と上記内側電極との間の容積内に調節可能な１つ又は複数の同調スタブをさらに備える。要素７：上記同軸共鳴キャビティ体、上記マウンティング・フランジ、及び上記窓が、取り外し可能に接続される。要素８：上記第１の端部のところに、上記内側電極が、上記プラズマ・キャビティ内の上記プラズマの位置を規定する形状をもった窓端部を有する。要素９：上記形状が、対称的な丸みを帯びたアームを有する十字、頭を切り詰めたアームをもった十字、非対称な十字、単一点、及び円錐台から選択される。要素１０：上記内側電極の上記窓端部が取り外し可能である。要素１１：隔離スクリーンをさらに備える。要素１２：上記窓に近接し、上記プラズマの位置と一致する光学信号アパーチャをさらに備える。要素１３：上記光学信号アパーチャの上記位置が、上記第１の端部のところの上記内側電極の形状に対応する。要素１４：上記光学信号アパーチャと一致する光ファイバ通路をさらに備える。要素１５：上記光ファイバ通路が、上記第１の端部と上記第２の端部との間を上記同軸共鳴キャビティ体の長さに沿って延びる。要素１６：上記同軸共鳴キャビティ体が、上記無線周波数信号のソースのインピーダンスにマッチングするインピーダンスを有する。要素１７：上記プラズマの点火及び上記点火の後の上記プラズマの持続を支援するために上記プラズマ・キャビティ内の上記プラズマと相互作用する磁場を供給する磁石をさらに備える。要素１８：上記磁石が、上記マウンティング・フランジと接続される。要素１９：上記ソース制御装置が、上記無線周波数信号のパワー・レベル、周波数、位相、及びデューティ・サイクルを制御する。要素２０：上記ソース制御装置が、上記ソース制御装置と上記プラズマ・ソースとの間で測定した正方向及び反射パワーに基づいてパワーの大きさを自動的に制御する。要素２１：上記ソース制御装置が、上記無線周波数信号の上記周波数を規定する無線周波数シンセサイザ、及びパワーの大きさを設定する可変利得無線周波数信号パスを含む。要素２２：上記ソース制御装置が、上記ソース制御装置と上記プラズマ・ソースとの間で測定した無線周波数信号利得及び位相情報に基づいて上記無線周波数信号の上記周波数を自動的に制御する。要素２３：上記ソース制御装置が、上記同軸共鳴キャビティ体から遠くに設置される。要素２４：上記同軸共鳴キャビティ体の上記第１の端部のところに配置された窓と、上記同軸共鳴キャビティ体の上記第１の端部のところの上記窓に近接して配置され、プラズマ・キャビティを画定するマウンティング・フランジとをさらに備え、上記窓が、上記プラズマ・キャビティの一方の側を形成し、上記同軸共鳴キャビティ体を上記プラズマ・キャビティ内のプラズマから隔離する。要素２５：上記ソース制御装置が、上記ソース制御装置と上記プラズマ・ソースとの間で測定した正方向及び反射パワーに基づいて上記無線周波数信号のパワーの大きさを自動的に制御する。

１００ プロセス制御システム
１１０ プロセス・チャンバ
１２０ 半導体ウェハ
１３０ プラズマ
１４０ 光学インターフェース
１５０、１５０’ プラズマ・ソース
１５２、１５２’ 光ケーブル・アセンブリ
１６０ 分光器
１７０ コンピュータ
１７５ チャンバ制御装置
１７７ ソース制御装置
１７８ 同軸ケーブル
２００ プラズマ・ソース
２１０ マウンティング・フランジ
２２０ Ｏ−リング
２３０ 窓
２３４ プロセス側
２３８ 大気側
２４０ 同軸共鳴キャビティ体
２５０ ＲＦ信号インターフェース
２６０ 機械要素
２７０ 光ファイバ通路
３００ プラズマ・ソース
３１０ マウンティング・フランジ
３２０ Ｏ−リング
３３０ 窓
３４０ 同軸共鳴キャビティ体
３５０ ＲＦ信号インターフェース
３６０ 機械的留め金具
３６５ クリアランス開口部
３６７ ねじ孔
３７０ 光ファイバ通路
４００ プラズマ・ソース
４１０ 同軸共鳴キャビティ体
４２０ ＲＦ信号インターフェース
４２２ 中心導体
４２５ 同調スタブ
４３０ マウンティング・フランジ
４３２ 境界部
４３５ Ｏ−リング
４３７ ねじ
４４０ 窓
４４４ プロセス側
４４８ 大気側
４５０ 隔離スクリーン
４６０ プラズマ・キャビティ
４６５ プラズマ
４７０ 内側電極
４８０ 外側電極
４９０ 光ファイバ通路
４９５ アパーチャ
４９７ 窓端部
５１０、５２０、５３０、５４０ 同軸共鳴キャビティ体
５１１、５２１、５３１、５４１ 開口部
５１２、５２２、５３２、５４２ 窓端部
５１４ 最長アーム
５１６ 光ファイバ通路
５１９ 開口部
５２０ 同軸共鳴キャビティ体
５２４ 単一点
５２６ 調節可能キーウェイ
５２８ 光ファイバ通路
５３０ 同軸共鳴キャビティ体
５３４ アパーチャ
５４０ 同軸共鳴キャビティ体
５４４ アパーチャ
５４８ リセス
６００ 同軸共鳴キャビティ体
６１０ 内側電極体
６２０ 窓
６３０ 内側電極
６４０ 外側電極
６５０ 貫通孔
６６０ アパーチャ
６７０ ボア
６７５ 平坦部分
７００ 電場強度グラフ
７０５ プロット
７１０ グラフ
７２０ 破線プロット
７３０ 実線プロット
８００ グラフ
８１０ スペクトル
９１０ マウンティング・フランジ
９２０ プラズマ・キャビティ
９３０、９３２ Ｏ−リング溝
９４０、９４２ 開口部
９５０ マウンティング・フランジ
９６０ プラズマ・キャビティ
９８０、９８２ 窓リセス
９９０ 磁石
１０００ プラズマ・ソース・システム
１０２０ 外部ＲＦマッチング装置／チューナ
１０２２ ＲＦ接続部
１０２４ ＲＦエルボウ・コネクタ
１０２６ ＲＦ信号インターフェース
１０３０ プラズマ・ソース
１０４０ マウティング・ブラケット
１０５０ 同軸共鳴キャビティ体
１０５５ 光ファイバ通路
１０６０ マウンティング・フランジ
１０７０ ネオジウム・リング磁石
１１００ プラズマ・ソース・システム
１１１０ 同軸共鳴キャビティ体
１１２０ 外部ＲＦマッチング装置／チューナ
１１２２ ＲＦ接続部
１１２４ ＲＦエルボウ・コネクタ
１１２６ ＲＦ信号コネクタ
１１３０ マウティング・ブラケット
１１５５ 軸方向に配向した光ファイバ通路
１２００ プロット
１２１０ 実線の曲線
１２２０ 破線の曲線
１３００ ソース制御装置
１３０３ パワー・モジュール
１３０５ マイクロコントローラ
１３０７ 通信モジュール
１３１０ シンセサイザ
１３２０ 減衰器
１３３０ 増幅器
１３５０ アイソレータ
１３６０ 双方向性カプラ
１３７０ パワー・センサ
１３８０ マッチング・ネットワーク
１３９０ プラズマ・ソース
１４００ 方法

Claims (27)

1. １種又は複数種のガスからプラズマの励起のため及び前記プラズマからの光学発光のモニタリングのためのプラズマ・ソースであって、
   内側長を有し、第１の端部、第２の端部、内側電極、及び外側電極を含む同軸共鳴キャビティ体と、
   前記内側長に沿った固定の場所で前記内側及び外側電極に電気的に結合され、前記同軸共鳴キャビティ体へ無線周波数信号を与えるように構成された無線周波数信号インターフェースと、
   前記同軸共鳴キャビティ体の前記第１の端部に位置決めされた窓と、
   前記同軸共鳴キャビティ体の前記第１の端部の前記窓に近接して位置決めされ、プラズマ・キャビティを画定するマウンティング・フランジであって、前記窓が、前記プラズマ・キャビティの一方の側を形成し、前記同軸共鳴キャビティ体を前記プラズマ・キャビティ内のプラズマから隔離する、マウンティング・フランジと、
   前記内側電極及び前記プラズマ・キャビティ内の前記プラズマの位置に対応する前記窓に位置決めされた光学信号アパーチャと
   を備える、プラズマ・ソース。
2. 前記同軸共鳴キャビティ体の前記内側長が、前記与えられた無線周波数信号の名目的には四分の一波長の奇数倍である、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
3. 前記固定の場所が、前記内側長に沿った前記第１の端部からの結合点距離にあって、前記結合点距離及び前記内側長の値が、前記与えられた無線周波数信号から導き出され、前記位置の前記窓に近接する電磁場を強め且つ局在化させるように協働する、請求項２に記載のプラズマ・ソース。
4. 前記窓が、３ミリメートル以下の厚さを有するサファイア及び石英ガラスから選択される材料製である、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
5. 前記無線周波数信号インターフェースが、前記内側及び外側電極に電気的に誘導結合されている、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
6. 前記無線周波数信号インターフェースが、前記内側及び外側電極に電気的に容量結合されている、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
7. 前記外側電極と前記内側電極との間の容積内に調節可能な１つ又は複数の同調スタブをさらに備える、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
8. 前記同軸共鳴キャビティ体、前記マウンティング・フランジ、及び前記窓が、取り外し可能に接続されている、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
9. 前記第１の端部に、前記内側電極が、前記プラズマ・キャビティ内で前記プラズマの前記位置を画定する形状を有する窓端部を有する、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
10. 前記形状が、対称的な丸みを帯びたアームを有する十字、頭を切り詰めたアームを有する十字、非対称な十字、単一点、及び円錐台から選択されている、請求項９に記載のプラズマ・ソース。
11. 前記内側電極の前記窓端部が、取り外し可能である、請求項９に記載のプラズマ・ソース。
12. 隔離スクリーンをさらに備える、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
13. 前記光学信号アパーチャの前記位置が、前記第１の端部の前記内側電極の形状に対応する、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
14. 前記光学信号アパーチャと一致する光ファイバ通路をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
15. 前記光ファイバ通路が、前記第１の端部と前記第２の端部との間を前記同軸共鳴キャビティ体の長さに沿って延びる、請求項１４に記載のプラズマ・ソース。
16. 前記同軸共鳴キャビティ体が、前記無線周波数信号のソースのインピーダンスにマッチングするインピーダンスを有する、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
17. 前記プラズマの点火及び前記点火の後の前記プラズマの持続を支援するために前記プラズマ・キャビティ内の前記プラズマと相互作用する磁場を供給する磁石をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ・ソース。
18. 前記磁石が、前記マウンティング・フランジと接続されている、請求項１７に記載のプラズマ・ソース。
19. プラズマの励起のための励起システムであって、
    内側長を有し、第１の端部、第２の端部、内側電極、及び外側電極を含む同軸共鳴キャビティ体と、
    前記内側長に沿った固定の場所で前記内側及び外側電極に電気的に結合され、前記同軸共鳴キャビティ体へ無線周波数信号を与えるように構成された無線周波数信号インターフェースと、
    前記同軸共鳴キャビティ体の前記第１の端部に位置決めされた窓と、
    前記内側電極及びプラズマ・キャビティ内のプラズマの位置に対応する前記窓に位置決めされた光学信号アパーチャであって、前記窓が、前記プラズマ・キャビティの一方の側を形成する、光学信号アパーチャと、
    前記無線周波数信号インターフェースへ無線周波数信号を与えるように構成されたソース制御装置と
    を備える、励起システム。
20. 前記ソース制御装置が、前記無線周波数信号のパワー・レベル、周波数、位相、及びデューティ・サイクルを制御する、請求項１９に記載の励起システム。
21. 前記ソース制御装置が、前記ソース制御装置とプラズマ・ソースとの間で測定された正方向及び反射パワーに基づいてパワーの大きさを自動的に制御する、請求項２０に記載の励起システム。
22. 前記ソース制御装置が、前記無線周波数信号の周波数を画定する無線周波数シンセサイザ、及びパワーの大きさを設定する可変利得無線周波数信号パスを含む、請求項１９に記載の励起システム。
23. 前記ソース制御装置が、前記ソース制御装置とプラズマ・ソースとの間で測定された無線周波数信号利得及び位相情報に基づいて前記無線周波数信号の周波数を自動的に制御する、請求項２２に記載の励起システム。
24. 前記ソース制御装置が、前記同軸共鳴キャビティ体から遠くに設置されている、請求項１９に記載の励起システム。
25. 前記同軸共鳴キャビティ体の前記第１の端部の前記窓に近接して位置決めされたマウンティング・フランジをさらに備え、前記マウンティング・フランジ及び前記窓が、前記プラズマ・キャビティを画定し、前記窓が、前記同軸共鳴キャビティ体を前記プラズマ・キャビティ内の前記プラズマから隔離する、請求項１９に記載の励起システム。
26. プロセス・チャンバとガス連通しているプラズマ・キャビティ内でプラズマを点火し、励起し、そして前記プラズマから光学発光を生成するように構成されたプラズマ・ソースであって、
    内側長を有し、第１の端部、第２の端部、内側電極、及び外側電極を含む同軸共鳴キャビティ体、
    前記同軸共鳴キャビティ体の前記第１の端部に位置決めされた窓、並びに
    前記内側電極、及び前記窓によって一方の側が形成されたプラズマ・キャビティ内のプラズマの位置に対応する前記窓に位置決めされた光学信号アパーチャ
    を含むプラズマ・ソースと、
    前記プラズマ・ソースの無線周波数信号インターフェースへ無線周波数信号を与えて、前記プラズマの前記点火及び励起のために前記プラズマ・キャビティ内に電磁場を発生させるように構成されたソース制御装置と、
    前記プラズマの前記励起から観測された光学信号を伝送するように構成された光学的結合システムと、
    前記光学信号を受け取り、電気信号へと変換するように構成された分光器と
    を備える、光学的モニタリング・システム。
27. 前記ソース制御装置が、前記ソース制御装置と前記プラズマ・ソースとの間で測定された正方向及び反射パワーに基づいて前記無線周波数信号のパワーの大きさを自動的に制御する、請求項２６に記載の光学的モニタリング・システム。