JPH088096A - ４分の１波長送電線を用いる多極プラズマ・システムのための改善された電力配分 - Google Patents

４分の１波長送電線を用いる多極プラズマ・システムのための改善された電力配分

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JPH088096A
JPH088096A JP7150204A JP15020495A JPH088096A JP H088096 A JPH088096 A JP H088096A JP 7150204 A JP7150204 A JP 7150204A JP 15020495 A JP15020495 A JP 15020495A JP H088096 A JPH088096 A JP H088096A
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transmission line
electrodes
electrode
plasma
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Francesco Frank De
ド フランチェスコ フランク
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 １／４波長伝送線の特性を利用して平衡電力
を複数のパワード電極に供給する多重電極プラズマ・リ
アクタ電力スプリッタ及び送達システムを開示する。 【構成】 各電極は、Ｎ＝０，１，２，．．．である、
負荷整合ネットワークの出力における共通点に接続され
た、分離（２Ｎ＋１）λ／４波長ケーブルにより電力を
供給される。プラズマ負荷を標準ネットワークにより更
に効率的に整合されるものに変換するためにこれらの線
のインピーダンス変換特性も採用される。また、ワーキ
ング容積にわたりリアクティブ・プラズマの最大均等性
を達成するために単一の大きなアクティブ電極を上述の
配分スキームにより電力供給される小さなアクティブ電
極に分割する技術も開示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ・リアクタ・
システムの電極に電力を供給するデバイス及び方法に関
し、特に、各電極への電力が平均化されるように複数の
パワード電極(powered electrodes)のそれぞれに嵌合さ
れた１／４波長送電線を利用するＲＦ電力配分デバイス
及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多重電極（以下、多極と略称する）構造
は、リアクタ・ボリューム中で均等に励起されたプラズ
マを得るために大きなプラズマ・リアクタにおいて有利
である。しかしながら、各電極へのエネルギーの均等配
分は、容易には達成されない。これらの課題は、米国特
許第4,381,965 号、第4,664,890 号及び第4,887,005 号
に論ぜられている。米国特許第4,381,965 号及び第4,66
4,890 号は、電極間の均等電力配分を達成すべく外部調
整可能反応素子を介してリアクタ電極インピーダンスを
平均化する方法を取り扱う。この技術の一つの欠点は、
それが気体形式、圧力、温度、電力等のある単一なプラ
ズマ条件でインピーダンスを平均化するだけのことであ
る。米国特許第5,077,499 号は、リアクタ・インピーダ
ンスを送電線インピーダンスに良く整合させるべく短い
スタブ・チューニングまたは集中素子の使用により電力
送達効率を最大化することを考慮する。それらの付随電
力分割(attendant power splitting) の争点を有する多
極の示唆がない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ・リアクタ・
チャンバは、サイズがスケール・アップされると、電極
領域は、電極インピーダンスにおける合成減少を伴って
必然的に増大する。これは、リアクタ・チャンバ負荷に
ＲＦ発生器を整合することの困難性を混ぜ合わせかつ電
極供給線及び整合ネットワークにおける高電流による高
い抵抗損失を結果として生ずる。複数のパワード電極を
有するリアクタでは、個別電力供給線の非同一インピー
ダンスにより、各電極要素に送達された電力の平均化も
また更に困難になる。米国特許第4,887,005 号におい
て、Rough （ラフ）は、多極システムに送達される電力
を平均化する電力配分の方法を述べている。Ｎ電極リア
クタでは、この方法は、非常に熱くなり、かつ水冷を必
要としうる第１のコイルを通って全てのＲＦ電流が流れ
るバイナリー・トリー構造で構成されたＮ−１コイルを
必要とする。多数の電極に対して、各レベルにおけるあ
る電力損失を伴って、コイルの多重レベルが必要とされ
る。整合ネットワークから見た負荷は、全ての電極イン
ピーダンスと大きなリアクタ・システムで必要な長いリ
ード線からのかなりの漂遊インダクタンスの並列結合で
ある；それゆえに、全ての電極電流は、整合ネットワー
クで合計される。この特徴は、整合ネットワークにおけ
る高電流構成要素の使用及びそれらの付随コストを時々
必要とする。別の欠点は、全ての電極に等しくＲＦエネ
ルギーを配分することを望むならば、２N の電極を必要
とする。
【０００４】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点に鑑み、電極の表面の大きさにわたり均等プラズマ特
性を有する大きなアクティブ電極領域を生成するプラズ
マ・リアクタ電極構造を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、リ
アクタ・チャンバと、ＲＦ発生器と、ＲＦ発生器に接続
された電気的整合ネットワークと、リアクタ・チャンバ
内に配置された二つ以上のパワード電極と、整合ネット
ワークと各パワード電極の間に接続された少なくとも一
つの分離伝送線とを備え、各伝送線は、１／４波長伝送
線におおよそ等しい長さを有する多極プラズマ・リアク
タによって達成される。本発明では、二つ以上の伝送線
は、少なくとも一つの電極に並列に接続されるように構
成してもよい。本発明では、各伝送線の長さは、１／４
波長伝送線の実験的に決定された長さの５％内であるよ
うに構成してもよい。本発明では、各伝送線の長さは、
１／４波長伝送線の実験的に決定された長さの２％内で
あるように構成してもよい。本発明では、少なくとも一
つの伝送線は、１／４波長線でありかつ少なくとも一つ
の伝送線は、３／４波長線であり、電極の対向ペアで電
圧の位相が１８０°ずれて、対向電極の間でプラズマを
差分的に励起するように構成してもよい。
【０００６】本発明では、少なくとも二つの電極は、電
極間でプラズマの形成を抑制するために十分小さい間隙
によって分離されるように構成してもよい。また、上述
した本発明の目的は、各伝送線が他の伝送線の他の第１
の端と共に共通電気的接続点で前記整合ネットワークに
電気的に接続される第１の端を有し、各伝送線は、電極
の一つに接続される第２の端を有し、各伝送線は、Ｎ＝
０，１，２，．．．であり、かつλが該伝送線内を伝播
している電圧の波長である、（２Ｎ＋１）λ／４におお
よそ等しい長さを有する多極プラズマ・リアクタを備え
た電力配分システムによっても達成される。本発明で
は、各電極は、同相で電力供給され、かつ各伝送線の長
さは、Ｋ＝０，１，２．．．である、式 Ｋλ＋λ／４
から選択された値におおよそ等しいように構成してもよ
い。本発明では、各電極は、同相で電力供給され、かつ
各伝送線の長さは、Ｌ＝０，１，２．．．である、式
Ｌλ＋３λ／４から選択された値におおよそ等しいよう
に構成してもよい。ステム。
【０００７】更に、上記本発明の目的は、リアクタ・チ
ャンバ内の相対的に大きな電極表面にわたり均等プラズ
マを生成する方法であって、リアクタ・チャンバ内の複
数のパワード電極を定着して嵌合し、リアクタ・チャン
バのプラズマ形成条件に対する暗黒部間隙以下の間隙が
各パワード電極の隣接するエッジ部分間に生成されるよ
うにパワード電極を離間し、均等プラズマが全ての電極
の結合表面にわたり生成されるように、少なくとも一つ
の１／４波長伝送線を介して各パワード電極へ電力を供
給する段階を具備する方法によっても達成される。
【０００８】
【作用】多重パワード電極を有するプラズマ・チャンバ
における均等プラズマ配分を達成するために、各伝送線
の長さが、伝送線内を伝播している電圧の波長の１／４
の奇数倍である、最適化された伝送線が利用される。そ
の表面にわたり均等プラズマ配分を有する大きな電極の
効果は、同じ長さの１／４波長伝送線で電力供給される
複数の電極セグメントを利用することによって生成され
る。代替実施例は、インピーダンス整合を容易にするた
めに各電極に二つ以上の伝送線を利用し、かつ対向電極
構成を差分的に励起するために、１／２波長の奇数倍に
より長さが異なる、１／４波長伝送線の奇数倍のものが
利用される。本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点
は、添付した複数の図面を参照する好ましい実施例の下
記の説明から明らかであろう。
【０００９】
【実施例】プラズマ・チャンバ内で複数のパワード電極
（powered electrodes）にわたり制御された、均等プラ
ズマを達成することが望ましい。そのような均等プラズ
マが生成されたときには、複数の電極は、その面全体に
わたり均等プラズマを有する一つの大きな電極として作
用すべく構成されうる。本発明は、各パワード電極に等
しい電流を供給することによってそのような均等に電力
供給された複数の電極と、標準整合ネットワークの出力
からプラズマ・リアクタの電極のそれぞれへ放射されて
いる１／４波長伝送線を用いることによって好都合なイ
ンピーダンス変換も達成する。１／４波長伝送線は、伝
送線内を伝播している電圧の波長の１／４に等しい長さ
を有する（同軸ケーブルのような）伝送線である。しか
しながら、このアプリケーションでは、項目“１／４波
長伝送線”の定義は、伝送線内を伝播している電圧の波
長の四分の一のあらゆる奇数倍に等しい長さを有する伝
送線も含むべく拡張される；即ち、一般に、（２Ｎ＋
１）λ／４であり、ここで、λは、線を通って伝播して
いる電圧の波長で、Ｎ＝０，１，２，．．．である。同
位相（以下、同相と称する）で電力供給される複数の電
極に対して、受容可能な伝送線長さは、λ／４、λ＋λ
／４、そして一般にｋλ＋λ／４、ここでｋ＝０，１，
２，．．．であることが従って理解されるべきである。
加えて、同相電力配分は、長さ３λ／４、λ＋３λ／
４、そして一般にＬλ＋３λ／４、ここでＬ＝０，１，
２，．．．を有する複数の伝送線を用いることによって
同様に達成される。同相電極電力配分の重要な特徴は、
伝送線のそれぞれが、電極に供給される電圧の位相に関
して同等な長さを有することであり、かつ、上述したよ
うに、そのような伝送線の長さは、１／４波長伝送線で
あるべくここに規定される。以下の簡単な解析は、１／
４波長伝送線の使用に対応付けられた利点を証明するた
めに提供される。
【００１０】１／４波長無損失伝送線は、一端での負荷
インピーダンスＺloadを他端でＺch ar 2 ／Ｚloadに変え
る。ここで、Ｚcharは、伝送線特性インピーダンスであ
る。Ｚloadが複素インピーダンスｘ−ｊｙからなると想
定すると、伝送線の中に見えている負荷は、以下のよう
になる：
【００１１】
【数１】 実数部及び虚数部を得るために解くと：
【００１２】
【数２】 負荷から線の反対（対向）側の端に電圧Ｖを印加するな
らば、線に供給された電力は：
【００１３】
【数３】 ここで、Ｒｅ（Ｚsource）は、変換された負荷インピー
ダンスの実数構成部分である。これは、以下のように簡
略化される：
【００１４】
【数４】 負荷端での電力は、無損失線の反対（対向）端の中への
電力に等しくなけらばならないので、次の質（クォリテ
ィ）を書くことができる：
【００１５】
【数５】 または、
【００１６】
【数６】 ここで、負荷電流は、伝送線の他の端に供給される電圧
及び線の特性インピーダンスにのみ依存するということ
がわかる。従って、共通電圧ノード、この場合には整合
ネットワークの出力に接続されたその端の一つを有する
多重１／４波長伝送線は、終了のインピーダンスと独立
にそれらの他端で同等な電流を全て供給する。それゆえ
に、複数の電極に対する供給線インピーダンスの相違
は、電極への電力分割に最小の効果を有する。１／４波
長伝送線のインピーダンス変換特性は、電流ストレス及
び電力損失並びにシステムのこの構成要素のコストを低
減すべく整合ネットワークに対してより好都合な値まで
特性プラズマ・インピーダンスを増大するために用いる
ことができる。インピーダンス変換なしで電力が多数の
電極に送達されたならば、共通配分点へのリード線は、
全電極電流の合計を搬送する。これは、容易に大きなシ
ステムにおいてＲＦ電流の数百アンペアでありうる。付
随損失及びそれによる加熱は、システムの設計者にとっ
て重要な問題になる。しかしながら、１／４波長伝送線
は、上述したインピーダンス変換特性を有する、即ち、
整合ネットワークは、それぞれがＺchar 2 ／Ｚloadn の
負荷を表わす線の並列セクションからなる負荷で動作す
る。ここで、Ｚloadn は、ｎ番目の電極のＲＦインピー
ダンスである。伝送線特性インピーダンスが負荷のイン
ピーダンスの大きさよりも大きいならば、効果は、整合
ネットワークが供給する１／４波長伝送線の端のインピ
ーダンスを増大することである。これは、電流を減少し
かつ整合ネットワーク構成要素における損失及び加熱を
低減する。上述した説明から、インピーダンス変換を利
用するために、整合ネットワークで見られる負荷インピ
ーダンスの大きさの増加を達成するように線の特性イン
ピーダンスを選択することが必要である、ということが
わかる。しかしながら、あまりにも大きな変換率が選択
されたならば、伝送線の定在波は、過大になり、かつさ
もなくば達成されるであろうよりも高い損失を結果とし
てもたらす。また、変換された負荷の並列結合のインピ
ーダンスは、ネットワークが受け入れることができるよ
りも高くなりうる。従来の技術で用いられる共通“Ｌ”
ネットワークは、実部（実数部分）が発生器のソース・
インピーダンスよりも大きい負荷に整合できない。伝送
線インピーダンスは、並列な多重線を用いることによっ
てある程度まで調整されうる。このファッションで用い
られるときに、結合は、多数の線によって分割された単
一線インピーダンスに等しい特性インピーダンスを有す
る一つの伝送線として作用する。
【００１７】本発明は、プラズマ・リアクタ・チャンバ
の大きなアクティブ・プレーナ電極を、所望のアクティ
ブ領域の表面を形成するようにきわめて接近して配置さ
れた、より小さな、個別に電力が供給される電極の配列
に分割する技術も含む。これらの小さなプレートは、上
述したように多数の１／４波長伝送線からＲＦエネルギ
ーが供給される。この方法の利点は、アクティブ電極表
面の個別領域が同等な電流を共有すべく拘束されて、そ
れにより大きな領域の電極に電力を供給するときに遭遇
するよく知られた影響（効果）を無効にする、即ち、グ
ロー放電が電極のある一定の領域に位置決めされる傾向
があり、同時に他の領域において放電現象があったとし
てもほんの少しだけであるということである。これは、
被加工物の大きさにわたる処理の非均等性を結果として
生ずる。セグメント化された電極の有効な利用は、隣接
する電極セグメント間の間隔が電極間のプラズマ形成を
防ぐべく十分に密であることを必要とする；即ち、二電
極間の暗黒部間隙(dark space gap)以下である。総電極
領域が均等グロー放電を通常支持しうるそれよりも遙に
大きいときでさえも、電極セグメント化のこの方法を用
いて、電極全体にわたり均質均等(homogeneous unifor
m) グロー放電が達成される。上述した電力配分スキー
ムとの組合せによるこの方法は、単一ＲＦ発生器及び単
一変調電力整合ネットワークを使用する利点を有すると
共に、、電極領域にわたる均等な電力配分、高出力（高
電力）効率、整合及び配分システムにおける水冷の不
要、ノン・クリティカルな組立部分を有するアセンブリ
の気楽さ、簡単な拡張性、及び複雑でないＲＦシールデ
ィング要求の利点をも有する。以下に添付した図面を参
照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【００１８】図１は、一般的な従来技術の高周波数ＲＦ
励起プラズマ・システムを示す。ＲＦ発生器１０は、一
つの側１１で接地されかつ一般に５０オーム（Ω）のソ
ース・インピーダンス１２を有する。接地されたプラズ
マ・チャンバ１３は、その間に放電が発生するパワード
電極１４と接地された電極１５を含む。プラズマは、シ
ース静電容量及びプラズマ抵抗を表しているファントム
(phantom) で示された直列コンデンサ１６及び抵抗１７
として電気的にモデル化できる。発生器からリアクタへ
最大エネルギーを結合するために、プラズマ負荷を発生
器インピーダンスまで変換するために整合ネットワーク
１８が用いられる。大きな電極表面領域で、等価プラズ
マ抵抗１７は、５０オーム以下であり、Ｌ型整合ネット
ワークがしばしば用いられる。これは、入力コンデンサ
１９と直列インダクタンス２０を含む。整合ネットワー
クの特定のインプリメンテーション及びトポロジーは、
重要ではないが、しかし説明のためにここではＬリアラ
イゼーションを用いる。図２は、発生器２１の出力、整
合ネットワーク２２及びパワード電極３５に接続してい
る１／４波長セクション２５の追加を有する同等システ
ムを示す。１／４波長線２５の変換効果(transforming
effect) は、細部２ａの構成要素を等価回路で置換する
ことによって説明される；等価回路は、図３に示す。図
３では、発生器４０は、直列インダクタ４４及び抵抗４
５で表される細部２ａの等価負荷への最大電力転送のた
めにネットワーク４２によって整合される。式（２）を
用いると、上述のように規定した記号を用いて等価抵抗
４５に対して次のように解くことができる：
【００１９】
【数７】 等価リアクタンス４４は、同様に；
【００２０】
【数８】 であり、従ってｙが正の量なので誘導性である。記号ｘ
及びｙは、細部２ａの抵抗３４及びコンデンサ３３のイ
ンピーダンスに対応する。プラズマ負荷から整合ネット
ワーク出力へのインピーダンス変換率は、負荷インピー
ダンスの大きさに対する伝送線の特性インピーダンスの
割合い（比率）の２乗である。線よりも低いインピーダ
ンスの負荷は、整合ネットワークにて変換されたインピ
ーダンスの増大をもたらし、それゆえにネットワークに
おける電流の低減を結果として生ずる。ある場合には、
変換された負荷がここで誘導性なので、整合ネットワー
ク４２の直列インダクタは、負または容量性リアクタン
スを実際に有することが必要でありうる。これは、同調
可能インダクタが可変コンデンサと直列な固定インダク
タによってエミュレートされる一般的なネットワークに
おいて容易に達成される。
【００２１】図４は、本発明の４電極の実施例を示し、
かつ上述した、セグメント化された、大きな電極のアプ
リケーションも表わす。ＲＦ電力供給（以下、ＲＦ電源
と称する）１００は、整合ネットワーク１０２をフィー
ドする。整合ネットワーク１０２の出力は、接地された
プラズマ・チャンバ１１０のセクション１１１、１１
２、１１３、及び１１４からなるセグメント化された電
極に電力を配分する４つの１／４波長同軸線１０５、１
０６、１０７、及び１０８をフィードする。電極は、単
一の大きな領域電極として機能するためにリアクタの内
側に密に離間されている；即ち、パワード電極の隣接エ
ッジ間の間隙１０９は、暗黒部間隙以下である。非導電
性シート１１５は、チャンバ壁から電極を絶縁しかつ支
持する。同軸線のシールドは、一端でチャンバに接地さ
れかつ他端で整合ネットワーク筐体に接続される。ＲＦ
電源が１３．５６ＭＨｚで電力を発生すると仮定する
と、その波長は、真空中で約７２．６フィート（（約２
２．１メータ）である。６６％の位相速度低減を有する
ＲＧ２１７同軸ケーブルを利用すると、同軸ケーブル内
の一全波の長さは、約４８フィート（約１４．６メー
タ）であり、１／４波長伝送線の長さは、約１２フィー
ト（約３．７メータ）である。図４に示した構造を利用
して、それぞれが１７インチ（約４３．２センチメー
タ）×１８インチ（約４５．７センチメータ）の大きさ
の４つの電極が、各電極間で約０．１インチの間隙を伴
って並んで位置合わせされ、かつ４つの１２フィート
（約３．７メータ）同軸伝送線が整合ネットワークと４
つの電極のそれぞれの間に接続されている。この電極構
成の動作特性は、４つの電極セグメント１１１、１１
２、１１３及び１１４の結合表面領域の全体にわたり均
等プラズマが生成されるようなものである。
【００２２】図５は、図４に示したシステムの別の実施
例であるが、各個別電極にそれ自体の自己バイアス・ポ
テンシャルを想定させるべく各電極にＤＣ阻止コンデン
サ１１６、１１７、１１８、及び１１９を利用している
ものを描く。これは、被加工物及び特に大きなサイズの
チャンバのチャンバ壁における異常放電現象を防ぐこと
を援助することが見出された。適当な阻止コンデンサ
は、ニューヨーク州、ハンティントン・ステーション(H
untington Station)に有るアメリカン・テクニカル・セ
ラミックス・コーポレーション(American Technical Ce
ramics Corporation) によって製造される磁器コンデン
サ・モデルＡＴＣ１００Ｅのような、２，０００から１
０，０００ピコファラッドの範囲の、低損失、高電流Ｒ
Ｆコンデンサである。図６は、低特性インピーダンスの
ケーブルを得るための多重ケーブルの使用を示す。再
度、発生器１２０は、整合ネットワーク１２１により変
換された負荷に整合される。整合ネットワーク出力は、
セクション１２４及び１２５を含む分割電極１２３を有
するプラズマ・チャンバ１２２に供給される。電極１２
４は、並列な二つの等しい長さの線１２６及び１２７か
ら電力を受け取り、電極１２５は、これも並列な二つの
等しい長さの線１２８及び１２９によって電力を供給さ
れる。図６に示した実施例を生成するために、図４に示
しかつ上述した詳細な実施例は、二つの１７×３６イン
チ電極に電力を供給する二つの１２フィート長同軸伝送
線を利用すべく変更される。
【００２３】図７は、発生器１３０及び整合ネットワー
ク１３１が以前のように構成されているが、しかし金属
リアクタ・チャンバ１３２が絶縁プレート１３５及び１
３６に配置された差分的に励起された電極１３３及び１
３４からなる別の代替実施例を示す。整合ネットワーク
１３１の出力は、一方が１／４波長の長さを有する１３
７、他方が３／４波長の長さを有する１３８の、二つの
同軸伝送線（１３７、１３８）を駆動する。３／４波長
伝送線の長さは、１／４波長線よりもλ／２の奇数倍長
いものであるとしてここに規定される；即ち、線１３８
は、線１３７よりも（２Ｍ＋１）λ／２長い。ここで、
Ｍ＝０，１，２，．．．である。３／４波長線の長さ
は、１／４波長線の奇数倍のセットに含まれるので、電
流共有及びインピーダンス変換特性が等しい。しかしな
がら、３／４波長線の余分な半波遅延は、本実施例で差
分的に電極を駆動するために用いられる１８０度の移相
をもたらす。図４に示しかつ詳細に上述した特定の電源
及び構成要素を利用して、図７に示した特定の実施例
は、それぞれが１７インチ×１８インチの大きさの対向
矩形電極に電力を供給する、１２フィートの長さを有す
る第１の伝送ケーブル及び３６フィートの長さを有する
第２の伝送ケーブルを利用する。
【００２４】標準高周波数（例えば、１３．５６ＭＨ
ｚ）プラズマ発生方法を、同等の大さきの電極（最も長
い寸法が約３０インチよりも大きい）を有する大きなプ
ラズマ・リアクタに適用するときには、電極の表面にわ
たり均等プラズマ配分を得ることがますます難しくな
る。これは、その寸法が励起電圧の波長の相当な部分(a
ppreciable fraction)に近づくときに、主に電極表面の
定在波の影響による。これらの定在波は、電極に沿って
非均一な電圧配分を結果として生じ、それにより、プラ
ズマの非均等性をもたらす。しかしながら、小さな、電
気的に絶縁された電極のモザイクが単一の大きな電極の
代わりに用いられ、かつＲＦエネルギーがモザイクの各
素子に均等に印加されるならば、大きな電極領域にわた
りかなり均等なプラズマを達成することが可能である。
図８は、それぞれがそれに嵌合した電力伝送線１４２を
有する、６つの電気的に隔離された、矩形電極１４０を
含むモザイクを示す。これらの電極１４０は、絶縁表面
１４５に配置されかつアプリケーションに対する所望の
大きさ及び形状により一次元または二次元のタイルとし
て構成される（二次元のものが図８に示されている）。
隣接電極１４０のエッジは、互いの暗黒部間隙１４４
（約０．１インチ）内に位置決めされて、これがグロー
均等性に対して不利益であるような、間隙１４４におけ
るグロー放電のエンハンスメントを妨げる。図８に示す
ように、各電極１４０が同等な領域のものであるなら
ば、最大プラズマ均質性を実現するために全ての電極に
同等な電力が配分されるべきである。ここに示された１
／４波長伝送線配分システムまたは米国特許第4,887,00
5 号に記載されたようなラフ(Rough) のバラン・スキー
ムのような技術は、同等にパワード電極の点でこの要求
と調和すべく利用できる。三角形、正方形及び六角形の
ような電極形状も本発明の範疇内である。
【００２５】加えて、特定のアプリケーションに対する
非同等な大きさの電極１４０の使用がありうることが予
見される。この場合には、各個別電極１４０に送達され
た電力がその電極の領域でスケールされ、かつ最も大き
い電極の寸法が波長よりも小さいままに維持されること
だけが必要である。図６に関して上述した電力配分技術
は、異なる大きさの電極への電力配分に対して利用する
ことができる。１／４波長線の電気的長さを有する伝送
線を利用することが最も望ましいが、理論的な理想から
離れる原因となるケーブル損失及び他のパラメータによ
り、どの長さの伝送線がこの長さを最も正確に達成する
かということを正確に予め知ることがしばしば不可能で
ある。１／４波長伝送線（実験的に決定された長さ）を
構成する（その特定材料、寸法及び他のパラメータに対
応付けられた、特定の損失、等を有する）ケーブルの特
定な形式または製品の長さを決定するための実験は、最
適結果に達するための好ましい方法である。実験的に決
定された長さからの５％以下の伝送線長さの変化は、受
容可能な電力要求を有する受容可能な均等プラズマを供
給すること、及び２％以下の線長さの変化でかなり改善
された結果が達成されることは、発明者の経験である。
【００２６】本発明は、ある一定の好ましい実施例を参
照して特に示されかつ説明されたが、フォーム及び細部
における種々の代替及び変更がその中で行われうること
は、当業者によって理解されるであろう。従って、添付
した特許請求の範囲が本発明の真の精神及び範疇内にあ
りうるような全ての代替及び変更を網羅することを企図
する。
【００２７】
【発明の効果】本発明の多極プラズマ・リアクタは、リ
アクタ・チャンバと、ＲＦ発生器と、ＲＦ発生器に接続
された電気的整合ネットワークと、リアクタ・チャンバ
内に配置された二つ以上のパワード電極と、整合ネット
ワークと各パワード電極の間に接続された少なくとも一
つの分離伝送線とを備え、各伝送線は、１／４波長伝送
線におおよそ等しい長さを有するので、プラズマ・チャ
ンバ内で複数のパワード電極にわたり制御された均等プ
ラズマを達成することができ、そのような均等プラズマ
が生成されたときには、複数の電極は、その面全体にわ
たり均等プラズマを有する一つの大きな電極として作用
する。また、各パワード電極に等しい電流を供給するこ
とによってそのような均等にパワード複数の電極と、標
準整合ネットワークの出力からプラズマ・リアクタの電
極のそれぞれへ放射されている１／４波長伝送線を用い
ることによって好都合なインピーダンス変換を達成する
こともできる。また、本発明の電力配分システムは、各
伝送線が他の伝送線の他の第１の端と共に共通電気的接
続点で前記整合ネットワークに電気的に接続される第１
の端を有し、各伝送線は、電極の一つに接続される第２
の端を有し、各伝送線は、Ｎ＝０，１，２，．．．であ
り、かつλが該伝送線内を伝播している電圧の波長であ
る、（２Ｎ＋１）λ／４におおよそ等しい長さを有する
多極プラズマ・リアクタを備えているので、プラズマ・
チャンバ内で複数のパワード電極にわたり制御された均
等プラズマを達成することができ、そのような均等プラ
ズマが生成されたときには、複数の電極は、その面全体
にわたり均等プラズマを有する一つの大きな電極として
作用する。また、各パワード電極に等しい電流を供給す
ることによってそのような均等に電力供給された複数の
電極と、標準整合ネットワークの出力からプラズマ・リ
アクタの電極のそれぞれへ放射されている伝送線内を伝
播している電圧の波長の四分の一のあらゆる奇数倍に等
しい長さを有する伝送線も含むことができ、それを用い
ることによって好都合なインピーダンス変換を達成する
こともできる。
【００２８】更に、本発明のリアクタ・チャンバ内の相
対的に大きな電極表面にわたり均等プラズマを生成する
方法は、リアクタ・チャンバ内の複数のパワード電極を
定着して嵌合し、リアクタ・チャンバのプラズマ形成条
件に対する暗黒部間隙以下の間隙が各パワード電極の隣
接するエッジ部分間に生成されるようにパワード電極を
離間し、均等プラズマが全ての電極の結合表面にわたり
生成されるように、少なくとも一つの１／４波長伝送線
を介して各パワード電極へ電力を供給する段階を具備す
るので、単一ＲＦ発生器及び単一変調電力整合ネットワ
ークを使用する利点を有すると共に、、電極領域にわた
る均等な電力配分、高出力効率、整合及び配分システム
における水冷の不要、ノン・クリティカルな組立部分を
有するアセンブリの気楽さ、簡単な拡張性、及び複雑で
ないＲＦシールディング要求の利点をも有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術及び等価回路構成要素を有するリアク
タ・チャンバで用いられるような標準高周波数発生器及
び整合ネットワークを示す図である。
【図２】システム・インピーダンスにおける１／４波長
伝送線の効果に関する説明図である。
【図３】図２の細部２ａの等価回路である。
【図４】４つのセグメントに分割されかつ同様な数の１
／４波長伝送線によって供給される電極を有するチャン
バを示す一つの好ましい実施例の部分略図及び部分絵画
図である。
【図５】独立電極ＤＣバイアスを許容する図１の代替実
施例を示す図である。
【図６】低特性インピーダンスを得るべく並列に多重伝
送線を利用する方法を示す図である。
【図７】電極の差分的励起が、１／２波長の長で異なる
伝送線長さを用いることによって達成される技術を示
す。
【図８】その表面にわたり均等プラズマ配分を有する一
つの相対的に大きな電極として機能すべく配置された相
対的に小さい複数の電極を示す図である。
【符号の説明】
１００ ＲＦ電力供給（ＲＦ電源） １０２ 整合ネットワーク １０５，１０６，１０７，１０８ １／４波長同軸線 １０９ 間隙 １１０ プラズマ・チャンバ １１１，１１２，１１３，１１４ セクション １１５ 非導電性シート

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リアクタ・チャンバと、ＲＦ発生器と、
    前記ＲＦ発生器に接続された電気的整合ネットワーク
    と、前記リアクタ・チャンバ内に配置された二つ以上の
    パワード電極と、前記整合ネットワークと各パワード電
    極の間に接続された少なくとも一つの分離伝送線とを備
    え、各伝送線は、１／４波長伝送線におおよそ等しい長
    さを有することを特徴とする多極プラズマ・リアクタ。
  2. 【請求項２】 二つ以上の伝送線は、少なくとも一つの
    電極に並列に接続されることを特徴とする請求項１に記
    載の多極プラズマ・リアクタ。
  3. 【請求項３】 各伝送線の長さは、１／４波長伝送線の
    実験的に決定された長さの５％内であることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の多極プラズマ・リアクタ。
  4. 【請求項４】 各伝送線の長さは、１／４波長伝送線の
    実験的に決定された長さの２％内であることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の多極プラズマ・リアクタ。
  5. 【請求項５】 少なくとも一つの伝送線は、１／４波長
    線でありかつ少なくとも一つの伝送線は、３／４波長線
    であり、電極の対向ペアで電圧が１８０°位相がずれて
    おり、対向電極の間でプラズマを差分的に励起すること
    を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記
    載の多極プラズマ・リアクタ。
  6. 【請求項６】 少なくとも二つの電極は、電極間でプラ
    ズマの形成を抑制するために十分小さい間隙によって分
    離されることを特徴とする請求項１から請求項５のいず
    れか一項に記載の多極プラズマ・リアクタ。
  7. 【請求項７】 各伝送線が他の伝送線の他の第１の端と
    共に共通電気的接続点で前記整合ネットワークに電気的
    に接続される第１の端を有し、各伝送線は、電極の一つ
    に接続される第２の端を有し、各伝送線は、Ｎ＝０，
    １，２，．．．であり、かつλが該伝送線内を伝播して
    いる電圧の波長である、（２Ｎ＋１）λ／４におおよそ
    等しい長さを有することを特徴とする請求項１から請求
    項６のいずれか一項に記載の多極プラズマ・リアクタを
    有する電力配分システム。
  8. 【請求項８】 各電極は、同相で電力供給され、かつ各
    伝送線の長さは、Ｋ＝０，１，２．．．である、式 Ｋ
    λ＋λ／４から選択された値におおよそ等しいことを特
    徴とする請求項７に記載の多極プラズマ・リアクタを有
    する電力配分システム。
  9. 【請求項９】 各電極は、同相で電力供給され、かつ各
    伝送線の長さは、Ｌ＝０，１，２．．．である、式 Ｌ
    λ＋３λ／４から選択された値におおよそ等しいことを
    特徴とする請求項７に記載の多極プラズマ・リアクタを
    有する電力配分システム。
  10. 【請求項１０】 リアクタ・チャンバ内の相対的に大き
    な電極表面にわたり均等プラズマを生成する方法であっ
    て、 リアクタ・チャンバ内の複数のパワード電極を定着して
    嵌合し、 リアクタ・チャンバのプラズマ形成条件に対する暗黒部
    間隙以下の間隙が各パワード電極の隣接するエッジ部分
    間に生成されるようにパワード電極を離間し、 均等プラズマが全ての電極の結合表面にわたり生成され
    るように、少なくとも一つの１／４波長伝送線を介して
    各パワード電極へ電力を供給する段階を具備することを
    特徴とする方法。
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