JP2004533090A - プラズマ励起コイル用電流センサを含む誘導プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
誘導プラズマ処理装置は、複数の巻線を有するＲＦプラズマ励起コイルを含み、各巻線は、単一のマッチング・ネットワークを介して単一のＲＦ供給源によって駆動される、並列に接続された第１の端部を有する。巻線の第２の端部は、リード線によって接地された終端キャパシタによって接地されている。各終端キャパシタと接地との間で、トロイダル・コアの回りの巻線を含む電流センサが、リード線に接続されている。この電流センサは、接地されたシールドで取り囲まれている。周辺ＲＦ環境から電流センサへの電磁干渉は最小であり、正確な電流センサが提供される。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にＲＦ励起コイルを含む誘導プラズマ処理装置に関し、より詳細には、コイルの巻線を含む分岐の低電圧部分に結合された、シールドされた電流センサを含む処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＲＦ供給源に応答するコイルを含む。このコイルは、ＲＦ供給源に応答して電磁場を生成し、これがチャンバ内のイオン化可能な気体を励起してプラズマを生成する。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。
【０００３】
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、半径方向かつ円周方向に延びる。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加速する。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下方向である。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。
【０００４】
Ｏｇｌｅ４５８号特許が開示し、か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、リング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。１．０から１０ミリトール範囲の低圧力において、プラズマ濃度が最大となるリング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。
【０００５】
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、かつ／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。
【０００６】
本願出願人の同時譲渡され、同時係属中の「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ ＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ ＨＡＶＩＮＧ ＣＯＩＬ ＷＩＴＨ ＰＬＵＲＡＬ ＷＩＮＤＩＮＧＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＰＬＡＳＭＡ ＤＥＮＳＩＴＹ （Ｌｏｗｅ Ｈａｕｐｔｍａｎ Ｇｉｌｍａｎ ａｎｄ Ｂｅｒｎｅｒ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．２３２８−０５０」という名称の出願は、加工物に入射するプラズマ流束の均一性を高める装置を開示している。この同時係属中の出願に開示された好ましい装置では、コイル中に適正な電流が流れていることを確認し、必要であれば、プラズマ濃度の制御を支援するために、コイル電流振幅が計測される。
【０００７】
過去においては、ＲＦコイル励起プラズマ処理装置の動作の制御を支援する電気的パラメータには、コイル電流振幅、電圧振幅および電圧と電流との位相角度などのパラメータの計測を含んでいた。また、前進電力および反射電力などのその他のパラメータも監視されていた。これらのパラメータは、マッチング・ネットワークまたはコイルを駆動する回路の高電圧部分で計測されていた。その結果として、コイル巻線を含む分岐内のリード線を取り囲むトロイダル・コイルを含む電流センサは、通常、ノイズ誘起ＲＦ場に結合される。その結果、これらのセンサは、周辺ＲＦ場の影響を受け、不正確なコイル電流の示度を導きやすい。
【０００８】
これらの従来技術構成における、センサ・トロイダル・コイルに結合された電気ノイズを低減または実質的に除去するためのコイル・トロイダル巻線のシールドは、通常、実現不可能であった。この理由は、シールドを有効にするには、シールドが、接地されているとともに、回路の高電圧部分に結合されたセンサ・トロイダル・コイルに近接していなくてはならないからである。この高電圧およびシールド近接性の要件によって、シールドとコイルの間、またはシールドとコイルを駆動する回路の他の部品の間に放電が起こりやすい。さらに、接地シールドは、高電圧の近傍に強力に結合されて、電場分布に外乱を与える可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、コイルに流れる電流用の改良型センサを備えたＲＦ励起コイルを有する、新規の改良型誘導プラズマ処理装置を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、改良型高精度電流センサを備えるＲＦプラズマ励起コイルを含む、誘導プラズマ処理装置を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、電流センサを備えるＲＦプラズマ励起コイルを含む誘導プラズマ処理装置であって、電流センサが、電磁場からシールドされているとともに、シールドが接地されているにもかかわらず、特に絶縁破壊を起こしやすくはないように配設されている、誘導プラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、誘導処理装置は、入力端子および出力端子を有する巻線を含むＲＦプラズマ励起コイルを含む。コイルに結合されたＲＦ供給源は、入力端子にＲＦ励起電流を供給する。巻線は、一端をＲＦ供給源およびマッチング・ネートワークに接続され、他端をリード線によって接地されている。電流センサはリード線に結合されるとともに、周辺ＲＦ場がセンサに結合されるのを防止するために、接地シールドによって取り囲まれている。
【００１３】
好ましくは、コイルは複数巻線を含み、それぞれの巻線が別の分岐にあるとともに入力端子および出力端子を含む。入力端子のそれぞれは、ＲＦ供給源とマッチング・ネットワークによって並列に駆動されるように接続される。出力端子のそれぞれは、別個のリード線によって接地されている。別個の電流センサは、各接地リード線に接続されて、各センサに結合されたシールド機構がセンサからＲＦ場を減結合する。
【００１４】
好ましい一実施形態においては、各分岐は分岐のコイル出力端子と接地リード線の間に接続されたキャパシタを含む。電流センサは、好ましくは、キャパシタと接地リード線との間に、ＲＦ電圧とともにＦＲ場が実質的にゼロに近くなるように配置し、電流センサに対する電磁干渉（ＥＭＩ）を最小にする。
【００１５】
一般にセンサは、トロイダル構造、例えばトロイダル・コイル、トロイダル磁気コアとともに、整流およびフィルタリング回路を含み、接地されたシールドはトロイダル構造を実質的に取り囲んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
添付図面の図１の真空プラズマ加工物処理装置は、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構造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。
【００１７】
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）から側壁１２のポート２０を介してチャンバ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。チャンバの内部は、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。
【００１８】
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、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ＲＦ発生装置２６によって励起される、平面、または球形、またはドーム状コイル２４を含む。
【００１９】
インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８は、ＲＦ発生装置２６の出力端子とコイル２４の励起端子との間に接続されて、発生装置からのＲＦ電力をコイルに結合する。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、ネットワーク２８のリアクタンス値を変化させ、その結果、供給源２６と、コイル２４およびコイル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。
【００２０】
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。
【００２１】
加工物３２は、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を担持するホルダは窓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、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に無線周波数電磁波を供給する。マッチング・ネットワーク４７は、供給源４５の出力をホルダ３０に結合する。コントローラ２９は、振幅および位相検出器４９が導き出した信号に応答してマッチング・ネットワーク４７の可変リアクタンスを制御し、供給源４５のインピーダンスをホルダ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。ホルダ３０内の電極に結合された負荷は、主としてチャンバ１０内のプラズマである。周知のように、供給源４５がホルダ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。
【００２２】
コイル２４を取り囲み、かつ上部エンド・プレート１８上方に延びているのは、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。誘電体窓構造１９の直径は、チャンバ１０の全上部表面が誘電体窓構造１９で構成される程度に、チャンバ１０の直径よりも大きい。
【００２３】
加工物３２の処理表面と誘電体窓構造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、加工物処理表面と誘電体窓の底部との距離はチャンバ１０の直径の約０．２〜０．４倍である。
【００２４】
コイル２４は、複数の平行巻線を含み、各巻線は、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絶対値に変動を生じる。巻線によって生成される磁束が、これらのＲＦ電流に依存するために、コイル２４の異なる巻線の下の、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。
【００２５】
コイルの異なる巻線を流れる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。コイルの異なる巻線の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、発生装置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。
【００２６】
コントローラ２９は、マイクロプロセッサ３３（図２）を含み、このマイクロプロセッサは、（１）入力デバイス４１、（２）検出器３１が導き出す電圧振幅および位相角信号、および（３）マイクロプロセッサ３３を制御するプログラムとともに、コイル２４に接続された可変キャパシタの値と、ＲＦ生成装置２６の出力電圧とを制御する信号を記憶するメモリ・システム３５に応答する。メモリ・システム３５が記憶するプログラムには、マッチング・ネットワーク２８、４７の可変リアクタンス値の制御プログラムがある。供給源２６の出力電圧およびコイル２４に接続されるキャパシタ２４の値は、処理装置が製造さるとき、または特に処理装置が単一処方の専用である場合には、それが実装されるときに、事前設定することができる。
【００２７】
図２に示すように、コイル２４は２つの並列巻線４０、４２を含み、これらの両方とも中央コイル軸４４と概して同心であり、軸４４に対して半径方向および円周方向に延びるらせん状旋回（ｓｐｉｒａｌ−ｌｉｋｅ ｔｕｒｎ）を含む。内部巻線４０は、全体が外部巻線４２の内部にあり、その結果巻線４２は巻線４０を完全に取り囲む。巻線４０は、内部端子４６および外部端子４８を含むのに対して、巻線４２は外部端子５０および内部端子５２を含む。
【００２８】
内部巻線４０は、異なる半径を有する３つの同心旋回５４、５６、５８とともに、２つの直線セグメント６０、６２を含む。旋回５４、５６、５８のそれぞれは、約３４０°の角度範囲の軸４４を中心とする円のセグメントである。旋回５４および５６の隣接する端部は、直線セグメント６０で接続され、同時に直線セグメント６２は旋回５６および５８の隣接する端部を互いに接続する。直線セグメント６０および６２は、実質的に平行な経路に沿って半径方向かつ円周方向に延びている。
【００２９】
外部巻線４２は、異なる半径を有する２つの旋回６４および６６とともに、直線セグメント６８を含む。旋回６４および６６のそれぞれは、約３４０°の角度範囲の軸４４を中心とする円のセグメントである。直線セグメント６８は、半径方向かつ円周方向に延びて、旋回６４および６６の隣接する端部を互いに接続する。
【００３０】
巻線４０の旋回５４、５６、５８およびセクタ６０、６２の長さの合計は、巻線４２の旋回６４、６６、とともにセクタ６８の長さの合計にほぼ等しい。巻線４０および４２は、実質的に長さが同じであるので、これらの巻線はその長さに沿って、発生装置２６から供給される周波数に関係なく、実質的に同一の定常波電圧および電流の変動を有する。
【００３１】
コイル２４の巻線４０および４２は、制御された可変出力電力を有する一台の固定周波数ＲＦ生成装置２６によって得られるＲＦ電流によって並列に駆動される。以下に記述するように、発生装置２６の低周波数（例えば４．０ＭＨｚ）または高周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）のいずれかにおいて、巻線４０および４２のそれぞれにおいて、単一の電流最大値がある。高周波数においては、電流最大値は、各巻線の端子間のほぼ中間の位置にある。電流最大値は、軸４４に対して半径方向に反対側の巻線４０および４２の位置で生じ、この結果、発生装置２６による巻線４０、４２のＲＦ励起によって生じるトロイダル電場に対して、およその方位対称性（ａｚｉｍｕｔｈａｌ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）を与える。
【００３２】
巻線４０および４２はそれぞれ、別個の並列回路分岐８１および８３にある。分岐８１は、直列接続の巻線４０および可変キャパシタ８０、８４を含み、分岐８３は、直列接続の巻線４２および可変キャパシタ８２、８６を含む。コイル２４の巻線４０および４２の旋回は、マッチング・ネットワーク２８の出力端子からの電力で並列に駆動される、入力端子４６、５０が、コイル軸４４の反対側にあるように配設され、その結果、電流は端子４６、５０から巻線４０、４２の残部に同一方向に流れる。端子４６は、コイル２４の最小半径旋回５４上にあり、端子５８は最大半径旋回６６上にある。端子４６および５０はそれぞれ、直列可変キャパシタ８０および８２によって、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。
【００３３】
コイル２４の出力端子４８および５２は、軸４４に対して直径方向反対側にあり、直列可変キャパシタ８４および８６を介して共通接地端子に接続されている。
【００３４】
供給源２６の高周波数出力に対して、キャパシタ８４および８６の値は、定常波電圧が最大となる巻線４０の出力端子４６、４８および巻線４２の出力端子５０、５２において、巻線４０および４２における定常波電流が最小振幅を有するように設定される。巻線４０および４２における定常波電流は、キャパシタ８４、８６の値を調整した結果として定常波電圧が最大となる、巻線４０および４２の半径方向反対位置で最大となる。定常波電流最大値の位置は、定常波電圧を監視することによって、特定することができる。電流最大値は、電圧が最小値（ゼロボルトに近い）になる場所に生じる。巻線４０および４２における定常波電流最大値を、互いに半径方向に反対側に配置することによって、方位対称なプラズマ密度の提供が支援される。
【００３５】
キャパシタ８０、８２の値は、巻線４０、４２それぞれのインピーダンスをマッチング・ネットワーク２８に同調させておくのを助ける。巻線４０、４２の定常波電流の最大振幅はそれぞれ、キャパシタ８０、８２の値によって制御される。巻線４０、４２の物理的構成および端子４６、４８、５０、５２の位置は、巻線４０、４２における最大定常波電流の位置に影響を与える。
【００３６】
キャパシタ８０、８２、８４および８６の値とともに、発生装置２６の全出力電力、すなわち発生装置２６が巻線４０、４２に並列に印加する電力を適切に制御することによって、巻線４０または４２の一方における電流を実質的に一定に保ち、同時に他方の巻線において電流を変化させる。巻線４０または４２の１つにおける電流を実質的に一定に維持しながら全体電力を変化させる能力によって、巻線を励起した結果得られる電磁場分布を実質的に制御することを可能にする。巻線４０または４２の一方における電流を実質的に一定に維持することによって、その巻線によって生成されて、チャンバ１０内のプラズマに供給される電磁場は比較的不変となる。他方の巻線４０または４２を変化させることによって、その巻線がチャンバ１０内のプラズマに供給する電磁場が変化する。前述のように、工作物の処理処方が異なると、巻線４０によって投入される電磁力は実質的に一定に保たれ、巻線４２がプラズマに結合する電力が変化することが要求される。他の処方に対しては、巻線４２がチャンバ１０内のプラズマに供給する電力分布が一定に保たれ、分岐４０がチャンバ１０内のプラズマに供給する電力が変化することが望ましい。
【００３７】
キャパシタ８０、８２、８４、８６および発生装置２６の出力電力は、異なる処方に対して、入力コントローラ４１からの処方信号に応答して、マイクロプロセッサ３３によって読み出されてメモリ・システム３５内に記憶された信号に応答して、これらの部分を手操作で調整するか、またはそれを自動的に調整することによって制御する。代替手法として、特定のコイルが常に同一の処方を有する処理装置と接続されて作動する場合には、キャパシタ８０、８２、８４、８６の値、および発生装置２６の出力電力は、工場において、または処理装置の製造時、または処理装置の設置時に設定することができる。
【００３８】
巻線４０および４２のそれぞれの抵抗が、概して６オームであるとすると、これによって巻線４２におけるＲＭＳ（自乗平均）電流値を実質的に一定に維持することが可能となり、かつ巻線４０におけるＲＭＳ電流値を、発生装置２６の出力電力および分岐８１、８３の全リアクタンス（Ｘ1）、（Ｘ2）を表Ｉにしたがって調整することによって、変化させることができる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
同様に、内部巻線４０において実質的に一定の電流値を維持し、外部巻線４２において変動電流値を維持することが望ましい場合には、分岐８１および分岐８２のリアクタンス（Ｘ1）、（Ｘ2）、ならびに発生装置２６の出力電圧を表ＩＩに従って調整する。
【００４１】
【表２】
【００４２】
キャパシタ８０、８２、８４、８６の値および供給源２６の電力を変化させることによって、加工物に入射するプラズマ密度の制御が、方位（ａｚｉｍｕｔｈａｌ）座標方向および半径座標方向の両方において達成される。
【００４３】
電流およびインピーダンスが、それぞれ、分岐８１に対してＩ1およびｚ1、分岐８３に対してＩ2、ｚ2とする。各分岐は、直列結合の入力キャパシタ、巻線および出力キャパシタから構成されるので、インピーダンスｚ1またはｚ2は、入力キャパシタ（Ｃ1またはＣ2）および出力キャパシタ（Ｃ3またはＣ4）のインピーダンス、ならびに分岐８１および分岐８３の巻線（Ｌ1またはＬ2）からの全インピーダンスの総和である。したがって、ｚ1＝Ｒ1＋ｊ［ωＬ1−１／（ωＣ1）−１／（ωＣ3）］＝Ｒ1＋ｊＸ1、ここでＲ1およびＸ1＝ωＬ1−１／（ωＣ1）−１／（ωＣ3）は、インピーダンスｚ1の実（抵抗）部および虚（反動）部を表す。同様に、ｚ2＝Ｒ2＋ｊＸ2、ここでＲ2およびＸ2＝ωＬ2−１／（ωＣ2）−１／（ωＣ4）は、それぞれインピーダンスｚ2の抵抗部および反動部を表す。表ＩおよびＩＩに示す結果の定量的分析は、本願出願人の同時係属中の「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ ＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ ＨＡＶＩＮＧ ＣＯＩＬ ＷＩＴＨ ＰＬＵＲＡＬ ＷＩＮＤＩＮＧＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＰＬＡＳＭＡ ＤＥＮＳＩＴＹ」（Ｌｏｗｅ Ｈａｕｐｔｍａｎ Ｇｉｌｍａｎ ａｎｄ Ｂｅｒｎｅｒ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．２３２８−０５０）という名称の出願に記載してある。
【００４４】
簡単のために、ＲＦ供給源２６の周波数を１３．５６ＭＨｚ、分岐４０および４２のそれぞれの電気的長さを１３．５６Ｈｚで７７°とし、キャパシタ８０、８２、８４、８６の値は適切に調整されて、巻線４０および４２には等しい電流が流れるとする。このような状況に対して、巻線４０および４２のそれぞれの長さに沿っての定常波電流振幅を、図３の曲線９０によって示してある。曲線９０には、巻線４０および４２のそれぞれの入力端子および出力端子の間でサイン波状の変動がある。曲線９０には、曲線の中央点、すなわち３８°において約１４．５アンペアＲＭＳのピークがあるとともに、巻線４０および４２の入力および出力端子において約１０．７アンペアＲＭＳの等しい最小値を示す。したがって、巻線４０および４２のそれぞれにおける、最大定常波電流は、最小定常波電流よりも約３．８アンペアＲＭＳ、すなわち約２１％大きい。
【００４５】
図２に示す装置を周波数１３．５６ＭＨｚで作動させる上で起こり得る問題は、巻線４０および４２から得られる電磁場分布の所望の関係を維持するために、キャパシタ８０、８２、８４、８６を同時に、または繰り返して調整しなくてはならない可能性があることである。例えば、加工物上での方位対称密度を維持するには、各コイルの最大電流を、軸４４に対して互いに半径方向に反対側に配置する必要がある。このことは、巻線４０、４２の出力端子と接地との間に接続された、キャパシタンス８４および８６の値を調整することによって達成される。キャパシタンス８４および８６の値を調整するには、表ＩおよびＩＩに示す値を達成するためには、定常波の所望の値を提供するために、キャパシタ８０および８２の調整を必要とすることがある。しかしながら、キャパシタ８０および８２の値を調整することによって、巻線４０および４２における電流定常波パターンがさらに移動する可能性があり、それによって電流定常波パターンの最大点が、コイル軸４４に対して、直径方向に反対側にはなくなる。電流定常波最大点が、このように移動すると、キャパシタ８４および８６の値の調整がさらに必要となる可能性がある。
【００４６】
この問題を克服するために、我々は、巻線４０および４２に沿った電流変動を実質的に低減することができる場合には、巻線４０および４２における定常波電流最大点の位置が重要ではなくなる、すなわち最大点がコイル軸４４に直径方向反対側にある必要がなくなり、単一の可変キャパシタのみを巻線４０および４２のそれぞれに接続すればよいことに気づいた。言い換えると、４つすべてのキャパシタ８０、８２、８４、８６を同時、または繰り返して調整する必要がなくなることになる。
【００４７】
このような目的で、巻線４０および４２の伝送線路効果が大幅に低減されるように、ＲＦ供給源２６の周波数を低減する。巻線４０、４２のそれぞれの電気的長さが、実質的に４５°未満であれば、定常波電流の最大値と最小値の間の変化割合が、十分に低減されて、単一の可変キャパシタ８４、８６を巻線４０、４２とそれぞれ直列に接続することが可能となり、各巻線入力端子とマッチング・ネットワーク２８の電力出力端子との間にキャパシタを接続することが不要となる。
【００４８】
前述したように、ＲＦ供給源２６の周波数は、１３．５６ＭＨｚから４．０ＭＨｚに低減されて、その結果として巻線４０、４２の電気的長さが３．４分の１に減少する。図３の、曲線９２は、巻線４０、４２に等しい定常波電流が流れるようにキャパシタ８４、８６が調整された状況を表している。１３．５６ＭＨｚ（曲線９０に図示）で分析された同一の物理的巻線が、４．０ＭＨｚ（曲線９２で図示）で再分析される。分岐４０および４２のそれぞれの電気的長さは、２２．６°（すなわち７７°割る３．４）となる。曲線９２では、巻線４０、４２の入力および出力端子において約２５．７アンペアＲＭＳの定常波電流最小点があり、最大定常波電流は、巻線の中央において約２６アンペアＲＭＳである。曲線９０の長い伝送線路条件に対するよりも曲線９２の短い伝送線路条件に対して、巻線４０および４２における実質的に大きな電流が流れるということにもかかわらず、供給源２４の出力電力は、両方の条件について同じ２４００ワットである。図３の例示的な等電流曲線９０および９２に対して、キャパシタ８４、８６のキャパシタンスは互いに等しく、供給源２６の周波数１３．５６ＭＨｚに対して１３７ピコファラッド（ｐＦ）の値となるのに対して、キャパシタ８４、８６の値は、供給源２６の４．０ＭＨｚ励起に対して１８０８ｐＦである。
【００４９】
曲線９２の最大および最小定常波電流の間の変化割合は、曲線９０の２１％の変化と対照的に、約２％である。励起供給源２６の比較的低い周波数によって、巻線４０および４２の最小および最大定常波電流値間の変化が比較的小さいために、比較的均一な方位電磁場が巻線４０および４２のそれぞれによって生成されてチャンバ１０内のプラズマに供給される。結果として、巻線４０および４２における最大定常波電流の位置を調整するために、キャパシタ８０および８２を含める必要性はなくなる。表ＩおよびＩＩは、キャパシタ８４、８６のキャパシタンスおよびＲＦ供給源２６の出力電力を調整し、コイル４０および４２それぞれにおいて一定電流を達成するための低周波数励起に必要な情報を提供する。
【００５０】
巻線４０および４２内の最大定常波電流の比（Ｉ1／Ｉ2）は、供給源２６の４．０ＭＨｚ励起電力に対して、２０：１から１：１まで、次いで１：１から１；１０まで、キャパシタ８６の値を一定に維持しつつキャパシタ８４の値を調整することによって、連続的に変化させることができ、ここでＩ1は巻線４０における最大定常波電流であり、Ｉ2は巻線４２における最大定常波電流である。キャパシタ８４および８６の値を変化させると、供給源２６の出力電力が変わり、表ＩおよびＩＩで示すのと同じ効果が得られる。
【００５１】
キャパシタ８０、８２、８４、８６の値を、マイクロプロセッサ３３の出力信号に応答して制御するために、キャパシタのそれぞれを、別個の１つのＤＣモータ８７で駆動する。モータ８７のそれぞれは、マイクロプロセッサ３３の異なる出力信号に応答する。マイクロプロセッサ３３がモータ８７に供給する信号は、キャパシタ８０、８２、８４、８６の所望のキャパシタンス値を達成するためにモータの出力シャフトが回転される量に対応する値を有する。マッチング・ネットワーク２８は、モータ８８によって駆動される可変リアクタンス（好ましくはキャパシタ、図４）を含む。モータ８８は、メモリ・システム３５に記憶されたプログラムと検出器４３とによって得られる信号に応答してマイクロプロセッサ３３が導き出す異なる信号に応答する。検出器４３は、（１）マッチング・ネットワーク２８によって発生装置２６に向かって反射された電圧振幅、および（２）反射電圧と電流の位相差を表す信号を導き出す。マイクロプロセッサ３３は、発生装置２６に適切なＤＣ信号を供給し、発生装置の出力電力を制御する。マイクロプロセッサ３３は、ＲＦ供給源２６およびマッチング・ネットワーク２８によって分岐８１、８２に並列に印加される電圧を示す信号とともに、図４に関連して記述した回路によって得られる、分岐８１、８３の出力端子４８、５２における定常波電流を示す信号に応答する。
【００５２】
次いで添付図面の図４の、コイル２４の４．０ＭＨｚ駆動に関連する電子回路の好ましい実施形態の回路図を参照する。ＲＦ供給源２６は、位相および振幅検出器４３と好ましくは２０００ｐＦのキャパシタンスを有する、固定直列キャパシタ１００とを介してマッチング回路２８を駆動する。マッチング・ネットワーク２８は、モータ８８によって変えられるキャパシタンス値を有する、可変分路キャパシタ１０２および可変直列キャパシタ１０４を含む。
【００５３】
マッチング回路２８の出力電力は、直列インダクタ１０６、ＲＦ電圧検出器１０８および位相検出器１０９を介して、分岐８１および８２に並列に結合されている。ＲＦ電圧検出器１０８は、分岐８１、８３の共通入力端子におけるＲＦ電圧のピーク振幅を示すＤＣ電圧を導き出し、これに対して位相検出器１０９は、分岐８１、８３の共通入力端子におけるＲＦ電圧および電流の位相差を示すＤＣ電圧を導き出す。検出器１０８および１０９の出力は、マイクロプロセッサ３３にフィードバックされ、このマイクロプロセッサはモータ８７および発生装置２６の出力電圧を制御して先述の結果を達成する。分岐８１および８３を通過する電流は、可変キャパシタ８４および８６を介してそれぞれ接地結合されている。
【００５４】
分岐８１および８３における定常波電流の大きさは、キャパシタ８４、８６の低電圧端と接地との間に接続されたリード線１１１、１１３にそれぞれ誘導結合された電流振幅センサ１１０、１１２によってそれぞれ検出される。図５に示すように、電流センサ１１０、１１２のそれぞれは、トロイダル・コア２１６の回りに巻かれたトロイダル巻線２１４からなる電流変換器を含む。リード線１１１または１１３を流れるＲＦ電流Ｉ（ｔ）は、時間変化磁場Ｂ（ｔ）（ループ１２６で示す）をコア２１６内に生成する。磁場Ｂ（ｔ）は、時間変化電場、または等価的に、トロイダル巻線２１４の各旋回１２４内に誘起電流ｉ（ｔ）を誘起する。図５に示す誘起電流ｉ（ｔ）の方向は、ｉ（ｔ）が
【００５５】
【数１】
【００５６】
に比例し、この項もまた
【００５７】
【数２】
【００５８】
に比例するので、リード線１１１または１１３中を流れる駆動電流Ｉ（ｔ）の大きさが時間と共に増加、すなわちｄＩ（ｔ）／ｄｔ＞０となると仮定している。コア２１６は、フェリ磁性材料（フェライトと呼ばれる）または強磁性材料（例えば鉄）で製作して、リード線１１１または１１３中を流れる駆動電流と巻線２１４中を流れる誘起電流との間の互いの誘導結合をさらに強化してもよい。
【００５９】
誘起電流ｉ（ｔ）は、回路１３０の２つの入力端子２２１、２２２間のレジスタ２２０中を流れて、レジスタ２２０の両端でサイン波形を生成する。このサイン波形は、ダイオード２２４で整流されて、その結果ダイオード閾値電圧（通常は０．６〜０．７ｖ）より大きな正電圧のみがダイオードを通過することができる。キャパシタ２２６、誘導チョーク２２８、およびキャパシタ２３０がローパス・フィルタを形成し、このフィルタが回路出力端子２３３および２３４間でＤＣ電圧Ｖを生成する。電圧Ｖを、マイクロプロセッサ３３に供給して、端子４８および５２をそれぞれ流れる電流を示すことができる。
【００６０】
好ましい一実施形態における電流センサ１１０または１１２用の機械式装着具の概略を図７に示してある。キャパシタ８４または８６は、端子４８または５２に接続された１つのエンド・プレート１４０およびシールド１１９に接続された第２のエンド・プレート１４２を有する。リード線１１１または１１３は、電気伝導性金属、好ましくは銀メッキした銅で製作して、ねじ切りした中心穴を備えるシリンダに加工されている。リード線１１１または１１３は、電流センサ１１０または１１２の中央開口に挿入され、この電流センサは絶縁ディスク１４８に支持され、かつそれに装着されている。電気接続は、金属ねじ１４４および１４５を、リード線１１１または１１３のねじ切り穴に締結することによって達成され、その結果、端子４８または５２からの同一電流が、キャパシタ８４または８６、シールド１１９、リード線１１１または１１３、および最終的にハウジング１１７内の接地プレート１１５を通過して流れる。前述のように、リード線１１１または１１３を通過する電流は、時間変化する磁場を生成し、この磁場が、トロイダル巻線２１４内に誘起電流を生成する。センサ１１０または１１２のリード線線は、円筒シールド１２１で包囲された領域内の接地プレート１１５に装着された、電気コネクタ（図示せず）に接続されている。
【００６１】
接地された電磁シールド１１４または１１６は、電流センサ１１０および１１２とキャパシタ８４および８６との間にそれぞれ置かれて、残りの装置のＲＦ場、特に巻線４０および４２からの電磁干渉を最小化する。シールド１１４または１１６は、リング形金属プレート１１９とシールド１２１で構成されている。シールド１１９は、リード線１１１または１１３が貫通する開口を有する。シールド１２１は、センサ１１０または１１２、およびリード線１１１または１１３を水平に包囲する金属円筒である。シールド１１９およびセンサを縦方向に挟むプレート１１５と共に、センサ１１０、１１２およびリード線１１１、１１３は周辺ＲＦ場から完全にシールドされて、それによって電流センサの精度を大幅に向上させる。シールド１１９および１２１は、好ましくは銀メッキした銅で製作される。シールド１２１は、プレート１１５にのみ機械的かつ電気的に接続されている。巻線４０および４２の出力端子におけるすべての電圧は、キャパシタ８４および８６の両端の電圧であり、したがって、リード線１１１および１１３に接続されたキャパシタのエンドプレート１４２は実質的に接地されている。シールド１１４および１１６、ならびに電流検出器１１０および１１２は、検出器４３、キャパシタ１００、１０２、１０４、コイル１０６および検出器１０８、１０９と共に、金属ハウジング１１７内に配設されている。
【００６２】
添付図面の図４に戻ると、キャパシタ８４、８６、１００、１０２、１０４は、ＲＦ供給源２６から巻線４０、４２へと流れる比較的大きな電流を処理できる真空キャパシタである。４ＭＨｚにおける巻線４０および４２のそれぞれの電気的長さが比較的短いために、比較的大きなキャパシタンス値が、キャパシタ８４および８６に必要となり、典型的なキャパシタの最大値は２５００ｐＦである。分路装荷キャパシタ１０２は、１４００ｐＦの比較的大きな最大値を有し、並列分岐４０および４２の低インピーダンスに適合する。直列キャパシタ１０４は、１５００ｐＦの最大値を有して並列分岐８１および８３の低誘導リアクタンスに同調する、比較的大きなキャパシタである。
【００６３】
固定入力直列接続キャパシタ１００は、好ましくは２００ｐＦの値を有し、供給源２６とコイル２４の並列巻線４０、４２との間のインピーダンス変換の一部を提供する。キャパシタ１００は、分路装荷キャパシタ１０２がより合理的な値を持つことを可能にし、そうでない場合には、キャパシタ１０２は、最大値１４００ｐＦを有するキャパシタに関連する値よりも相当に大きなキャパシタンス値を持つことになる。固定キャパシタ１００はまた、良好な同調分解能を提供し、その結果、マッチング回路２８とコイル２４の並列巻線４０、４２との共振同調を改善する。
【００６４】
固定インダクタ１０６は、好ましくは３．５マイクロヘンリーの比較的大きな値を有し、マッチング・ネットワーク２８の同調範囲を拡張する。インダクタ１１０は、ハウジング１１７の外部にあり、任意選択で内部巻線４０に接続されており、巻線４０および４２に関連する並列分岐８１および８３に実質的に等しいインピーダンスを提供するのに使用することができる。インダクタ１１０は、巻線４２が巻線４０のインダクタンスよりも実質的に大きなインダクタンスを有する場合に使用される。
【００６５】
電圧検出器１０８および電流センサ１１０、１１２は、マイクロプロセッサ３３に信号を供給する。マイクロプロセッサ３３は、電圧検出器１０８、電流センサ１１０、１１２、および位相示度検出器１０９からの信号に応答して、ＲＦ供給源２６の全出力電力の示度を導き出す。全電力の示度は、ＲＦ発生装置２６の出力電圧を制御して、表ＩおよびＩＩに示す電力を達成することを可能にする。電流センサ１１０および１１２が得る信号は、マイクロプロセッサ３３に使用されて、キャパシタ８４、８６のキャパシタンスを変化させて、表ＩおよびＩＩに設定された電流を達成するのに適正な電流が、巻線４０、４２を流れることを保証する。
【００６６】
処理装置の製作中には、方位電場分布および方位プラズマ密度分布の制御を支援するために、内部巻線４０が外部巻線４２に対して旋回される。巻線４０を軸４４の回りに旋回させて、端子４６および４８を、図２に示す場所と異なる場所にすることもできる。巻線４０は、同じタイプの処理装置が、処理装置ごとに一定の方位電場およびプラズマ密度分布を有する場合には、所定の位置に旋回させることができる。しかしながら、同じタイプの別個の処理装置が、処理装置ごとに異なる方位電場分布およびプラズマ密度分布を有する場合には、巻線４０は、それぞれの特定の処理装置において最適な均一なプラズマ分布が達成されたことが試験によって示されるまで、巻線４２に対して旋回される。
【００６７】
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、２つの同じ巻線を有するコイルに限定されることなく、１つまたは複数の巻線を有するコイルにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明と関係して用いる形式の真空プラズマ処理装置の概略図である。
【図２】図１の処理装置に含まれるコイルの電気概略図であって、ＲＦ供給源、マッチング・ネットワーク、ならびにコイル駆動用および（１）コイルに接続された可変キャパシタのキャパシタンスと（２）コイルに供給される全電力の制御用の電子制御回路を組み合わせた電気概略図である。
【図３】１３．５６ＭＨｚおよび４．０ＭＨｚでの励振に対して、図２に示すコイルの巻線中の定常波電流の振幅計算値をプロットしたグラフである。
【図４】図２のコイルを駆動する電流用のセンサを備える、図２のマッチング・ネットワークの好ましい一実施形態の回路図である。
【図５】図４の回路で使用される電流センサとその回路の概略図である。
【図６】図５の電流センサで駆動される検出回路の回路図である。
【図７】電流センサ用の機械的装着構造の好ましい実施形態の概略図である。
【０００１】
本発明は、一般にＲＦ励起コイルを含む誘導プラズマ処理装置に関し、より詳細には、コイルの巻線を含む分岐の低電圧部分に結合された、シールドされた電流センサを含む処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＲＦ供給源に応答するコイルを含む。このコイルは、ＲＦ供給源に応答して電磁場を生成し、これがチャンバ内のイオン化可能な気体を励起してプラズマを生成する。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。
【０００３】
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、半径方向かつ円周方向に延びる。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加速する。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下方向である。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。
【０００４】
Ｏｇｌｅ４５８号特許が開示し、か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、リング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。１．０から１０ミリトール範囲の低圧力において、プラズマ濃度が最大となるリング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。
【０００５】
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、かつ／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。
【０００６】
本願出願人の同時譲渡され、同時係属中の「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ ＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ ＨＡＶＩＮＧ ＣＯＩＬ ＷＩＴＨ ＰＬＵＲＡＬ ＷＩＮＤＩＮＧＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＰＬＡＳＭＡ ＤＥＮＳＩＴＹ （Ｌｏｗｅ Ｈａｕｐｔｍａｎ Ｇｉｌｍａｎ ａｎｄ Ｂｅｒｎｅｒ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．２３２８−０５０」という名称の出願は、加工物に入射するプラズマ流束の均一性を高める装置を開示している。この同時係属中の出願に開示された好ましい装置では、コイル中に適正な電流が流れていることを確認し、必要であれば、プラズマ濃度の制御を支援するために、コイル電流振幅が計測される。
【０００７】
過去においては、ＲＦコイル励起プラズマ処理装置の動作の制御を支援する電気的パラメータには、コイル電流振幅、電圧振幅および電圧と電流との位相角度などのパラメータの計測を含んでいた。また、前進電力および反射電力などのその他のパラメータも監視されていた。これらのパラメータは、マッチング・ネットワークまたはコイルを駆動する回路の高電圧部分で計測されていた。その結果として、コイル巻線を含む分岐内のリード線を取り囲むトロイダル・コイルを含む電流センサは、通常、ノイズ誘起ＲＦ場に結合される。その結果、これらのセンサは、周辺ＲＦ場の影響を受け、不正確なコイル電流の示度を導きやすい。
【０００８】
これらの従来技術構成における、センサ・トロイダル・コイルに結合された電気ノイズを低減または実質的に除去するためのコイル・トロイダル巻線のシールドは、通常、実現不可能であった。この理由は、シールドを有効にするには、シールドが、接地されているとともに、回路の高電圧部分に結合されたセンサ・トロイダル・コイルに近接していなくてはならないからである。この高電圧およびシールド近接性の要件によって、シールドとコイルの間、またはシールドとコイルを駆動する回路の他の部品の間に放電が起こりやすい。さらに、接地シールドは、高電圧の近傍に強力に結合されて、電場分布に外乱を与える可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、コイルに流れる電流用の改良型センサを備えたＲＦ励起コイルを有する、新規の改良型誘導プラズマ処理装置を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、改良型高精度電流センサを備えるＲＦプラズマ励起コイルを含む、誘導プラズマ処理装置を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、電流センサを備えるＲＦプラズマ励起コイルを含む誘導プラズマ処理装置であって、電流センサが、電磁場からシールドされているとともに、シールドが接地されているにもかかわらず、特に絶縁破壊を起こしやすくはないように配設されている、誘導プラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、誘導処理装置は、入力端子および出力端子を有する巻線を含むＲＦプラズマ励起コイルを含む。コイルに結合されたＲＦ供給源は、入力端子にＲＦ励起電流を供給する。巻線は、一端をＲＦ供給源およびマッチング・ネートワークに接続され、他端をリード線によって接地されている。電流センサはリード線に結合されるとともに、周辺ＲＦ場がセンサに結合されるのを防止するために、接地シールドによって取り囲まれている。
【００１３】
好ましくは、コイルは複数巻線を含み、それぞれの巻線が別の分岐にあるとともに入力端子および出力端子を含む。入力端子のそれぞれは、ＲＦ供給源とマッチング・ネットワークによって並列に駆動されるように接続される。出力端子のそれぞれは、別個のリード線によって接地されている。別個の電流センサは、各接地リード線に接続されて、各センサに結合されたシールド機構がセンサからＲＦ場を減結合する。
【００１４】
好ましい一実施形態においては、各分岐は分岐のコイル出力端子と接地リード線の間に接続されたキャパシタを含む。電流センサは、好ましくは、キャパシタと接地リード線との間に、ＲＦ電圧とともにＦＲ場が実質的にゼロに近くなるように配置し、電流センサに対する電磁干渉（ＥＭＩ）を最小にする。
【００１５】
一般にセンサは、トロイダル構造、例えばトロイダル・コイル、トロイダル磁気コアとともに、整流およびフィルタリング回路を含み、接地されたシールドはトロイダル構造を実質的に取り囲んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
添付図面の図１の真空プラズマ加工物処理装置は、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構造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。
【００１７】
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）から側壁１２のポート２０を介してチャンバ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。チャンバの内部は、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。
【００１８】
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、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ＲＦ発生装置２６によって励起される、平面、または球形、またはドーム状コイル２４を含む。
【００１９】
インピーダンス・マッチング・ネットワーク２８は、ＲＦ発生装置２６の出力端子とコイル２４の励起端子との間に接続されて、発生装置からのＲＦ電力をコイルに結合する。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、ネットワーク２８のリアクタンス値を変化させ、その結果、供給源２６と、コイル２４およびコイル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。
【００２０】
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。
【００２１】
加工物３２は、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を担持するホルダは窓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、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に無線周波数電磁波を供給する。マッチング・ネットワーク４７は、供給源４５の出力をホルダ３０に結合する。コントローラ２９は、振幅および位相検出器４９が導き出した信号に応答してマッチング・ネットワーク４７の可変リアクタンスを制御し、供給源４５のインピーダンスをホルダ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。ホルダ３０内の電極に結合された負荷は、主としてチャンバ１０内のプラズマである。周知のように、供給源４５がホルダ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。
【００２２】
コイル２４を取り囲み、かつ上部エンド・プレート１８上方に延びているのは、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。誘電体窓構造１９の直径は、チャンバ１０の全上部表面が誘電体窓構造１９で構成される程度に、チャンバ１０の直径よりも大きい。
【００２３】
加工物３２の処理表面と誘電体窓構造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、加工物処理表面と誘電体窓の底部との距離はチャンバ１０の直径の約０．２〜０．４倍である。
【００２４】
コイル２４は、複数の平行巻線を含み、各巻線は、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絶対値に変動を生じる。巻線によって生成される磁束が、これらのＲＦ電流に依存するために、コイル２４の異なる巻線の下の、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。
【００２５】
コイルの異なる巻線を流れる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。コイルの異なる巻線の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、発生装置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。
【００２６】
コントローラ２９は、マイクロプロセッサ３３（図２）を含み、このマイクロプロセッサは、（１）入力デバイス４１、（２）検出器３１が導き出す電圧振幅および位相角信号、および（３）マイクロプロセッサ３３を制御するプログラムとともに、コイル２４に接続された可変キャパシタの値と、ＲＦ生成装置２６の出力電圧とを制御する信号を記憶するメモリ・システム３５に応答する。メモリ・システム３５が記憶するプログラムには、マッチング・ネットワーク２８、４７の可変リアクタンス値の制御プログラムがある。供給源２６の出力電圧およびコイル２４に接続されるキャパシタ２４の値は、処理装置が製造さるとき、または特に処理装置が単一処方の専用である場合には、それが実装されるときに、事前設定することができる。
【００２７】
図２に示すように、コイル２４は２つの並列巻線４０、４２を含み、これらの両方とも中央コイル軸４４と概して同心であり、軸４４に対して半径方向および円周方向に延びるらせん状旋回（ｓｐｉｒａｌ−ｌｉｋｅ ｔｕｒｎ）を含む。内部巻線４０は、全体が外部巻線４２の内部にあり、その結果巻線４２は巻線４０を完全に取り囲む。巻線４０は、内部端子４６および外部端子４８を含むのに対して、巻線４２は外部端子５０および内部端子５２を含む。
【００２８】
内部巻線４０は、異なる半径を有する３つの同心旋回５４、５６、５８とともに、２つの直線セグメント６０、６２を含む。旋回５４、５６、５８のそれぞれは、約３４０°の角度範囲の軸４４を中心とする円のセグメントである。旋回５４および５６の隣接する端部は、直線セグメント６０で接続され、同時に直線セグメント６２は旋回５６および５８の隣接する端部を互いに接続する。直線セグメント６０および６２は、実質的に平行な経路に沿って半径方向かつ円周方向に延びている。
【００２９】
外部巻線４２は、異なる半径を有する２つの旋回６４および６６とともに、直線セグメント６８を含む。旋回６４および６６のそれぞれは、約３４０°の角度範囲の軸４４を中心とする円のセグメントである。直線セグメント６８は、半径方向かつ円周方向に延びて、旋回６４および６６の隣接する端部を互いに接続する。
【００３０】
巻線４０の旋回５４、５６、５８およびセクタ６０、６２の長さの合計は、巻線４２の旋回６４、６６、とともにセクタ６８の長さの合計にほぼ等しい。巻線４０および４２は、実質的に長さが同じであるので、これらの巻線はその長さに沿って、発生装置２６から供給される周波数に関係なく、実質的に同一の定常波電圧および電流の変動を有する。
【００３１】
コイル２４の巻線４０および４２は、制御された可変出力電力を有する一台の固定周波数ＲＦ生成装置２６によって得られるＲＦ電流によって並列に駆動される。以下に記述するように、発生装置２６の低周波数（例えば４．０ＭＨｚ）または高周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）のいずれかにおいて、巻線４０および４２のそれぞれにおいて、単一の電流最大値がある。高周波数においては、電流最大値は、各巻線の端子間のほぼ中間の位置にある。電流最大値は、軸４４に対して半径方向に反対側の巻線４０および４２の位置で生じ、この結果、発生装置２６による巻線４０、４２のＲＦ励起によって生じるトロイダル電場に対して、およその方位対称性（ａｚｉｍｕｔｈａｌ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）を与える。
【００３２】
巻線４０および４２はそれぞれ、別個の並列回路分岐８１および８３にある。分岐８１は、直列接続の巻線４０および可変キャパシタ８０、８４を含み、分岐８３は、直列接続の巻線４２および可変キャパシタ８２、８６を含む。コイル２４の巻線４０および４２の旋回は、マッチング・ネットワーク２８の出力端子からの電力で並列に駆動される、入力端子４６、５０が、コイル軸４４の反対側にあるように配設され、その結果、電流は端子４６、５０から巻線４０、４２の残部に同一方向に流れる。端子４６は、コイル２４の最小半径旋回５４上にあり、端子５８は最大半径旋回６６上にある。端子４６および５０はそれぞれ、直列可変キャパシタ８０および８２によって、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。
【００３３】
コイル２４の出力端子４８および５２は、軸４４に対して直径方向反対側にあり、直列可変キャパシタ８４および８６を介して共通接地端子に接続されている。
【００３４】
供給源２６の高周波数出力に対して、キャパシタ８４および８６の値は、定常波電圧が最大となる巻線４０の出力端子４６、４８および巻線４２の出力端子５０、５２において、巻線４０および４２における定常波電流が最小振幅を有するように設定される。巻線４０および４２における定常波電流は、キャパシタ８４、８６の値を調整した結果として定常波電圧が最大となる、巻線４０および４２の半径方向反対位置で最大となる。定常波電流最大値の位置は、定常波電圧を監視することによって、特定することができる。電流最大値は、電圧が最小値（ゼロボルトに近い）になる場所に生じる。巻線４０および４２における定常波電流最大値を、互いに半径方向に反対側に配置することによって、方位対称なプラズマ密度の提供が支援される。
【００３５】
キャパシタ８０、８２の値は、巻線４０、４２それぞれのインピーダンスをマッチング・ネットワーク２８に同調させておくのを助ける。巻線４０、４２の定常波電流の最大振幅はそれぞれ、キャパシタ８０、８２の値によって制御される。巻線４０、４２の物理的構成および端子４６、４８、５０、５２の位置は、巻線４０、４２における最大定常波電流の位置に影響を与える。
【００３６】
キャパシタ８０、８２、８４および８６の値とともに、発生装置２６の全出力電力、すなわち発生装置２６が巻線４０、４２に並列に印加する電力を適切に制御することによって、巻線４０または４２の一方における電流を実質的に一定に保ち、同時に他方の巻線において電流を変化させる。巻線４０または４２の１つにおける電流を実質的に一定に維持しながら全体電力を変化させる能力によって、巻線を励起した結果得られる電磁場分布を実質的に制御することを可能にする。巻線４０または４２の一方における電流を実質的に一定に維持することによって、その巻線によって生成されて、チャンバ１０内のプラズマに供給される電磁場は比較的不変となる。他方の巻線４０または４２を変化させることによって、その巻線がチャンバ１０内のプラズマに供給する電磁場が変化する。前述のように、工作物の処理処方が異なると、巻線４０によって投入される電磁力は実質的に一定に保たれ、巻線４２がプラズマに結合する電力が変化することが要求される。他の処方に対しては、巻線４２がチャンバ１０内のプラズマに供給する電力分布が一定に保たれ、分岐４０がチャンバ１０内のプラズマに供給する電力が変化することが望ましい。
【００３７】
キャパシタ８０、８２、８４、８６および発生装置２６の出力電力は、異なる処方に対して、入力コントローラ４１からの処方信号に応答して、マイクロプロセッサ３３によって読み出されてメモリ・システム３５内に記憶された信号に応答して、これらの部分を手操作で調整するか、またはそれを自動的に調整することによって制御する。代替手法として、特定のコイルが常に同一の処方を有する処理装置と接続されて作動する場合には、キャパシタ８０、８２、８４、８６の値、および発生装置２６の出力電力は、工場において、または処理装置の製造時、または処理装置の設置時に設定することができる。
【００３８】
巻線４０および４２のそれぞれの抵抗が、概して６オームであるとすると、これによって巻線４２におけるＲＭＳ（自乗平均）電流値を実質的に一定に維持することが可能となり、かつ巻線４０におけるＲＭＳ電流値を、発生装置２６の出力電力および分岐８１、８３の全リアクタンス（Ｘ1）、（Ｘ2）を表Ｉにしたがって調整することによって、変化させることができる。
【００３９】
【表１】
同様に、内部巻線４０において実質的に一定の電流値を維持し、外部巻線４２において変動電流値を維持することが望ましい場合には、分岐８１および分岐８２のリアクタンス（Ｘ1）、（Ｘ2）、ならびに発生装置２６の出力電圧を表ＩＩに従って調整する。
【００４１】
【表２】
キャパシタ８０、８２、８４、８６の値および供給源２６の電力を変化させることによって、加工物に入射するプラズマ密度の制御が、方位（ａｚｉｍｕｔｈａｌ）座標方向および半径座標方向の両方において達成される。
【００４３】
電流およびインピーダンスが、それぞれ、分岐８１に対してＩ1およびｚ1、分岐８３に対してＩ2、ｚ2とする。各分岐は、直列結合の入力キャパシタ、巻線および出力キャパシタから構成されるので、インピーダンスｚ1またはｚ2は、入力キャパシタ（Ｃ1またはＣ2）および出力キャパシタ（Ｃ3またはＣ4）のインピーダンス、ならびに分岐８１および分岐８３の巻線（Ｌ1またはＬ2）からの全インピーダンスの総和である。したがって、ｚ1＝Ｒ1＋ｊ［ωＬ1−１／（ωＣ1）−１／（ωＣ3）］＝Ｒ1＋ｊＸ1、ここでＲ1およびＸ1＝ωＬ1−１／（ωＣ1）−１／（ωＣ3）は、インピーダンスｚ1の実（抵抗）部および虚（反動）部を表す。同様に、ｚ2＝Ｒ2＋ｊＸ2、ここでＲ2およびＸ2＝ωＬ2−１／（ωＣ2）−１／（ωＣ4）は、それぞれインピーダンスｚ2の抵抗部および反動部を表す。表ＩおよびＩＩに示す結果の定量的分析は、本願出願人の同時係属中の「ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ ＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ ＨＡＶＩＮＧ ＣＯＩＬ ＷＩＴＨ ＰＬＵＲＡＬ ＷＩＮＤＩＮＧＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＰＬＡＳＭＡ ＤＥＮＳＩＴＹ」（Ｌｏｗｅ Ｈａｕｐｔｍａｎ Ｇｉｌｍａｎ ａｎｄ Ｂｅｒｎｅｒ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．２３２８−０５０）という名称の出願に記載してある。
【００４４】
簡単のために、ＲＦ供給源２６の周波数を１３．５６ＭＨｚ、分岐４０および４２のそれぞれの電気的長さを１３．５６Ｈｚで７７°とし、キャパシタ８０、８２、８４、８６の値は適切に調整されて、巻線４０および４２には等しい電流が流れるとする。このような状況に対して、巻線４０および４２のそれぞれの長さに沿っての定常波電流振幅を、図３の曲線９０によって示してある。曲線９０には、巻線４０および４２のそれぞれの入力端子および出力端子の間でサイン波状の変動がある。曲線９０には、曲線の中央点、すなわち３８°において約１４．５アンペアＲＭＳのピークがあるとともに、巻線４０および４２の入力および出力端子において約１０．７アンペアＲＭＳの等しい最小値を示す。したがって、巻線４０および４２のそれぞれにおける、最大定常波電流は、最小定常波電流よりも約３．８アンペアＲＭＳ、すなわち約２１％大きい。
【００４５】
図２に示す装置を周波数１３．５６ＭＨｚで作動させる上で起こり得る問題は、巻線４０および４２から得られる電磁場分布の所望の関係を維持するために、キャパシタ８０、８２、８４、８６を同時に、または繰り返して調整しなくてはならない可能性があることである。例えば、加工物上での方位対称密度を維持するには、各コイルの最大電流を、軸４４に対して互いに半径方向に反対側に配置する必要がある。このことは、巻線４０、４２の出力端子と接地との間に接続された、キャパシタンス８４および８６の値を調整することによって達成される。キャパシタンス８４および８６の値を調整するには、表ＩおよびＩＩに示す値を達成するためには、定常波の所望の値を提供するために、キャパシタ８０および８２の調整を必要とすることがある。しかしながら、キャパシタ８０および８２の値を調整することによって、巻線４０および４２における電流定常波パターンがさらに移動する可能性があり、それによって電流定常波パターンの最大点が、コイル軸４４に対して、直径方向に反対側にはなくなる。電流定常波最大点が、このように移動すると、キャパシタ８４および８６の値の調整がさらに必要となる可能性がある。
【００４６】
この問題を克服するために、我々は、巻線４０および４２に沿った電流変動を実質的に低減することができる場合には、巻線４０および４２における定常波電流最大点の位置が重要ではなくなる、すなわち最大点がコイル軸４４に直径方向反対側にある必要がなくなり、単一の可変キャパシタのみを巻線４０および４２のそれぞれに接続すればよいことに気づいた。言い換えると、４つすべてのキャパシタ８０、８２、８４、８６を同時、または繰り返して調整する必要がなくなることになる。
【００４７】
このような目的で、巻線４０および４２の伝送線路効果が大幅に低減されるように、ＲＦ供給源２６の周波数を低減する。巻線４０、４２のそれぞれの電気的長さが、実質的に４５°未満であれば、定常波電流の最大値と最小値の間の変化割合が、十分に低減されて、単一の可変キャパシタ８４、８６を巻線４０、４２とそれぞれ直列に接続することが可能となり、各巻線入力端子とマッチング・ネットワーク２８の電力出力端子との間にキャパシタを接続することが不要となる。
【００４８】
前述したように、ＲＦ供給源２６の周波数は、１３．５６ＭＨｚから４．０ＭＨｚに低減されて、その結果として巻線４０、４２の電気的長さが３．４分の１に減少する。図３の、曲線９２は、巻線４０、４２に等しい定常波電流が流れるようにキャパシタ８４、８６が調整された状況を表している。１３．５６ＭＨｚ（曲線９０に図示）で分析された同一の物理的巻線が、４．０ＭＨｚ（曲線９２で図示）で再分析される。分岐４０および４２のそれぞれの電気的長さは、２２．６°（すなわち７７°割る３．４）となる。曲線９２では、巻線４０、４２の入力および出力端子において約２５．７アンペアＲＭＳの定常波電流最小点があり、最大定常波電流は、巻線の中央において約２６アンペアＲＭＳである。曲線９０の長い伝送線路条件に対するよりも曲線９２の短い伝送線路条件に対して、巻線４０および４２における実質的に大きな電流が流れるということにもかかわらず、供給源２４の出力電力は、両方の条件について同じ２４００ワットである。図３の例示的な等電流曲線９０および９２に対して、キャパシタ８４、８６のキャパシタンスは互いに等しく、供給源２６の周波数１３．５６ＭＨｚに対して１３７ピコファラッド（ｐＦ）の値となるのに対して、キャパシタ８４、８６の値は、供給源２６の４．０ＭＨｚ励起に対して１８０８ｐＦである。
【００４９】
曲線９２の最大および最小定常波電流の間の変化割合は、曲線９０の２１％の変化と対照的に、約２％である。励起供給源２６の比較的低い周波数によって、巻線４０および４２の最小および最大定常波電流値間の変化が比較的小さいために、比較的均一な方位電磁場が巻線４０および４２のそれぞれによって生成されてチャンバ１０内のプラズマに供給される。結果として、巻線４０および４２における最大定常波電流の位置を調整するために、キャパシタ８０および８２を含める必要性はなくなる。表ＩおよびＩＩは、キャパシタ８４、８６のキャパシタンスおよびＲＦ供給源２６の出力電力を調整し、コイル４０および４２それぞれにおいて一定電流を達成するための低周波数励起に必要な情報を提供する。
【００５０】
巻線４０および４２内の最大定常波電流の比（Ｉ1／Ｉ2）は、供給源２６の４．０ＭＨｚ励起電力に対して、２０：１から１：１まで、次いで１：１から１；１０まで、キャパシタ８６の値を一定に維持しつつキャパシタ８４の値を調整することによって、連続的に変化させることができ、ここでＩ1は巻線４０における最大定常波電流であり、Ｉ2は巻線４２における最大定常波電流である。キャパシタ８４および８６の値を変化させると、供給源２６の出力電力が変わり、表ＩおよびＩＩで示すのと同じ効果が得られる。
【００５１】
キャパシタ８０、８２、８４、８６の値を、マイクロプロセッサ３３の出力信号に応答して制御するために、キャパシタのそれぞれを、別個の１つのＤＣモータ８７で駆動する。モータ８７のそれぞれは、マイクロプロセッサ３３の異なる出力信号に応答する。マイクロプロセッサ３３がモータ８７に供給する信号は、キャパシタ８０、８２、８４、８６の所望のキャパシタンス値を達成するためにモータの出力シャフトが回転される量に対応する値を有する。マッチング・ネットワーク２８は、モータ８８によって駆動される可変リアクタンス（好ましくはキャパシタ、図４）を含む。モータ８８は、メモリ・システム３５に記憶されたプログラムと検出器４３とによって得られる信号に応答してマイクロプロセッサ３３が導き出す異なる信号に応答する。検出器４３は、（１）マッチング・ネットワーク２８によって発生装置２６に向かって反射された電圧振幅、および（２）反射電圧と電流の位相差を表す信号を導き出す。マイクロプロセッサ３３は、発生装置２６に適切なＤＣ信号を供給し、発生装置の出力電力を制御する。マイクロプロセッサ３３は、ＲＦ供給源２６およびマッチング・ネットワーク２８によって分岐８１、８２に並列に印加される電圧を示す信号とともに、図４に関連して記述した回路によって得られる、分岐８１、８３の出力端子４８、５２における定常波電流を示す信号に応答する。
【００５２】
次いで添付図面の図４の、コイル２４の４．０ＭＨｚ駆動に関連する電子回路の好ましい実施形態の回路図を参照する。ＲＦ供給源２６は、位相および振幅検出器４３と好ましくは２０００ｐＦのキャパシタンスを有する、固定直列キャパシタ１００とを介してマッチング回路２８を駆動する。マッチング・ネットワーク２８は、モータ８８によって変えられるキャパシタンス値を有する、可変分路キャパシタ１０２および可変直列キャパシタ１０４を含む。
【００５３】
マッチング回路２８の出力電力は、直列インダクタ１０６、ＲＦ電圧検出器１０８および位相検出器１０９を介して、分岐８１および８２に並列に結合されている。ＲＦ電圧検出器１０８は、分岐８１、８３の共通入力端子におけるＲＦ電圧のピーク振幅を示すＤＣ電圧を導き出し、これに対して位相検出器１０９は、分岐８１、８３の共通入力端子におけるＲＦ電圧および電流の位相差を示すＤＣ電圧を導き出す。検出器１０８および１０９の出力は、マイクロプロセッサ３３にフィードバックされ、このマイクロプロセッサはモータ８７および発生装置２６の出力電圧を制御して先述の結果を達成する。分岐８１および８３を通過する電流は、可変キャパシタ８４および８６を介してそれぞれ接地結合されている。
【００５４】
分岐８１および８３における定常波電流の大きさは、キャパシタ８４、８６の低電圧端と接地との間に接続されたリード線１１１、１１３にそれぞれ誘導結合された電流振幅センサ１１０、１１２によってそれぞれ検出される。図５に示すように、電流センサ１１０、１１２のそれぞれは、トロイダル・コア２１６の回りに巻かれたトロイダル巻線２１４からなる電流変換器を含む。リード線１１１または１１３を流れるＲＦ電流Ｉ（ｔ）は、時間変化磁場Ｂ（ｔ）（ループ１２６で示す）をコア２１６内に生成する。磁場Ｂ（ｔ）は、時間変化電場、または等価的に、トロイダル巻線２１４の各旋回１２４内に誘起電流ｉ（ｔ）を誘起する。図５に示す誘起電流ｉ（ｔ）の方向は、ｉ（ｔ）が
【００５５】
【数１】
に比例し、この項もまた
【００５７】
【数２】
に比例するので、リード線１１１または１１３中を流れる駆動電流Ｉ（ｔ）の大きさが時間と共に増加、すなわちｄＩ（ｔ）／ｄｔ＞０となると仮定している。コア２１６は、フェリ磁性材料（フェライトと呼ばれる）または強磁性材料（例えば鉄）で製作して、リード線１１１または１１３中を流れる駆動電流と巻線２１４中を流れる誘起電流との間の互いの誘導結合をさらに強化してもよい。
【００５９】
誘起電流ｉ（ｔ）は、回路１３０の２つの入力端子２２１、２２２間のレジスタ２２０中を流れて、レジスタ２２０の両端でサイン波形を生成する。このサイン波形は、ダイオード２２４で整流されて、その結果ダイオード閾値電圧（通常は０．６〜０．７ｖ）より大きな正電圧のみがダイオードを通過することができる。キャパシタ２２６、誘導チョーク２２８、およびキャパシタ２３０がローパス・フィルタを形成し、このフィルタが回路出力端子２３３および２３４間でＤＣ電圧Ｖを生成する。電圧Ｖを、マイクロプロセッサ３３に供給して、端子４８および５２をそれぞれ流れる電流を示すことができる。
【００６０】
好ましい一実施形態における電流センサ１１０または１１２用の機械式装着具の概略を図７に示してある。キャパシタ８４または８６は、端子４８または５２に接続された１つのエンド・プレート１４０およびシールド１１９に接続された第２のエンド・プレート１４２を有する。リード線１１１または１１３は、電気伝導性金属、好ましくは銀メッキした銅で製作して、ねじ切りした中心穴を備えるシリンダに加工されている。リード線１１１または１１３は、電流センサ１１０または１１２の中央開口に挿入され、この電流センサは絶縁ディスク１４８に支持され、かつそれに装着されている。電気接続は、金属ねじ１４４および１４５を、リード線１１１または１１３のねじ切り穴に締結することによって達成され、その結果、端子４８または５２からの同一電流が、キャパシタ８４または８６、シールド１１９、リード線１１１または１１３、および最終的にハウジング１１７内の接地プレート１１５を通過して流れる。前述のように、リード線１１１または１１３を通過する電流は、時間変化する磁場を生成し、この磁場が、トロイダル巻線２１４内に誘起電流を生成する。センサ１１０または１１２のリード線線は、円筒シールド１２１で包囲された領域内の接地プレート１１５に装着された、電気コネクタ（図示せず）に接続されている。
【００６１】
接地された電磁シールド１１４または１１６は、電流センサ１１０および１１２とキャパシタ８４および８６との間にそれぞれ置かれて、残りの装置のＲＦ場、特に巻線４０および４２からの電磁干渉を最小化する。シールド１１４または１１６は、リング形金属プレート１１９とシールド１２１で構成されている。シールド１１９は、リード線１１１または１１３が貫通する開口を有する。シールド１２１は、センサ１１０または１１２、およびリード線１１１または１１３を水平に包囲する金属円筒である。シールド１１９およびセンサを縦方向に挟むプレート１１５と共に、センサ１１０、１１２およびリード線１１１、１１３は周辺ＲＦ場から完全にシールドされて、それによって電流センサの精度を大幅に向上させる。シールド１１９および１２１は、好ましくは銀メッキした銅で製作される。シールド１２１は、プレート１１５にのみ機械的かつ電気的に接続されている。巻線４０および４２の出力端子におけるすべての電圧は、キャパシタ８４および８６の両端の電圧であり、したがって、リード線１１１および１１３に接続されたキャパシタのエンドプレート１４２は実質的に接地されている。シールド１１４および１１６、ならびに電流検出器１１０および１１２は、検出器４３、キャパシタ１００、１０２、１０４、コイル１０６および検出器１０８、１０９と共に、金属ハウジング１１７内に配設されている。
【００６２】
添付図面の図４に戻ると、キャパシタ８４、８６、１００、１０２、１０４は、ＲＦ供給源２６から巻線４０、４２へと流れる比較的大きな電流を処理できる真空キャパシタである。４ＭＨｚにおける巻線４０および４２のそれぞれの電気的長さが比較的短いために、比較的大きなキャパシタンス値が、キャパシタ８４および８６に必要となり、典型的なキャパシタの最大値は２５００ｐＦである。分路装荷キャパシタ１０２は、１４００ｐＦの比較的大きな最大値を有し、並列分岐４０および４２の低インピーダンスに適合する。直列キャパシタ１０４は、１５００ｐＦの最大値を有して並列分岐８１および８３の低誘導リアクタンスに同調する、比較的大きなキャパシタである。
【００６３】
固定入力直列接続キャパシタ１００は、好ましくは２００ｐＦの値を有し、供給源２６とコイル２４の並列巻線４０、４２との間のインピーダンス変換の一部を提供する。キャパシタ１００は、分路装荷キャパシタ１０２がより合理的な値を持つことを可能にし、そうでない場合には、キャパシタ１０２は、最大値１４００ｐＦを有するキャパシタに関連する値よりも相当に大きなキャパシタンス値を持つことになる。固定キャパシタ１００はまた、良好な同調分解能を提供し、その結果、マッチング回路２８とコイル２４の並列巻線４０、４２との共振同調を改善する。
【００６４】
固定インダクタ１０６は、好ましくは３．５マイクロヘンリーの比較的大きな値を有し、マッチング・ネットワーク２８の同調範囲を拡張する。インダクタ１１０は、ハウジング１１７の外部にあり、任意選択で内部巻線４０に接続されており、巻線４０および４２に関連する並列分岐８１および８３に実質的に等しいインピーダンスを提供するのに使用することができる。インダクタ１１０は、巻線４２が巻線４０のインダクタンスよりも実質的に大きなインダクタンスを有する場合に使用される。
【００６５】
電圧検出器１０８および電流センサ１１０、１１２は、マイクロプロセッサ３３に信号を供給する。マイクロプロセッサ３３は、電圧検出器１０８、電流センサ１１０、１１２、および位相示度検出器１０９からの信号に応答して、ＲＦ供給源２６の全出力電力の示度を導き出す。全電力の示度は、ＲＦ発生装置２６の出力電圧を制御して、表ＩおよびＩＩに示す電力を達成することを可能にする。電流センサ１１０および１１２が得る信号は、マイクロプロセッサ３３に使用されて、キャパシタ８４、８６のキャパシタンスを変化させて、表ＩおよびＩＩに設定された電流を達成するのに適正な電流が、巻線４０、４２を流れることを保証する。
【００６６】
処理装置の製作中には、方位電場分布および方位プラズマ密度分布の制御を支援するために、内部巻線４０が外部巻線４２に対して旋回される。巻線４０を軸４４の回りに旋回させて、端子４６および４８を、図２に示す場所と異なる場所にすることもできる。巻線４０は、同じタイプの処理装置が、処理装置ごとに一定の方位電場およびプラズマ密度分布を有する場合には、所定の位置に旋回させることができる。しかしながら、同じタイプの別個の処理装置が、処理装置ごとに異なる方位電場分布およびプラズマ密度分布を有する場合には、巻線４０は、それぞれの特定の処理装置において最適な均一なプラズマ分布が達成されたことが試験によって示されるまで、巻線４２に対して旋回される。
【００６７】
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、２つの同じ巻線を有するコイルに限定されることなく、１つまたは複数の巻線を有するコイルにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明と関係して用いる形式の真空プラズマ処理装置の概略図である。
【図２】図１の処理装置に含まれるコイルの電気概略図であって、ＲＦ供給源、マッチング・ネットワーク、ならびにコイル駆動用および（１）コイルに接続された可変キャパシタのキャパシタンスと（２）コイルに供給される全電力の制御用の電子制御回路を組み合わせた電気概略図である。
【図３】１３．５６ＭＨｚおよび４．０ＭＨｚでの励振に対して、図２に示すコイルの巻線中の定常波電流の振幅計算値をプロットしたグラフである。
【図４】図２のコイルを駆動する電流用のセンサを備える、図２のマッチング・ネットワークの好ましい一実施形態の回路図である。
【図５】図４の回路で使用される電流センサとその回路の概略図である。
【図６】図５の電流センサで駆動される検出回路の回路図である。
【図７】電流センサ用の機械的装着構造の好ましい実施形態の概略図である。
Claims (14)
- 入力端子および出力端子を有する巻線であって、巻線が、分岐内でマッチング・ネットワークおよびＲＦ供給源に直列に接続された一端と、接地されたリード線を含む他端を有し、その結果、巻線出力端子を通過するのと同じ電流がリード線を通過する巻線と、リード線に結合された電流センサと、電流センサに結合されて、周辺ＲＦ環境からの電磁干渉をシールドするための接地シールドとを含む、ＲＦプラズマ励起コイルを備える誘導プラズマ処理装置。
- コイル出力端子と、リード線を介して巻線から接地に電流を結合するリード線との間に、直列に接続されたキャパシタをさらに含む、請求項１に記載の処理装置。
- センサが、トロイダル構造を含んで、キャパシタと接地の間にあると共に、ＲＦ電圧およびＲＦ場が実質的にゼロである、請求項２に記載の処理装置。
- センサが、リード線を取り囲むトロイダル構造を含み、接地シールドがトロイダル構造を実質的に取り囲む、請求項２に記載の処理装置。
- トロイダル構造が、トロイダル・コアを含む、請求項３に記載の処理装置。
- センサが、リード線を取り囲むトロイダル構造を含み、接地シールドがトロイダル構造を実質的に取り囲む、請求項１に記載の処理装置。
- トロイダル構造が、トロイダル・コアを含む、請求項６に記載の処理装置。
- コイルが、複数巻線であって、複数巻線のそれぞれが別個の分岐にあるとともに、入力端子および出力端子を含み、入力端子のそれぞれが、ＲＦ供給源によって並列に駆動されるように接続され、出力端子のそれぞれが、別個のリード線によって接地されている複数巻線と、別個のリード線のそれぞれに結合された別個の電流センサと、各電流線に結合されて電流センサからＲＦ場を減結合する接地シールド機構とを含む、請求項１に記載の処理装置。
- 各分岐が、それぞれの分岐の巻線の出力端子とそれぞれの分岐のリード線との間に接続されて、それぞれの分岐の巻線からの電流を、それぞれの分岐のリード線に結合するためのキャパシタを含む、請求項８に記載の処理装置。
- センサが、トロイダル構造を含み、キャパシタとリード線の間にあるとともに、センサのＲＦ電圧およびＲＦ場が実質的にゼロである、請求項９に記載の処理装置。
- センサのそれぞれが、リード線を取り囲むトロイダル構造を含み、接地されたシールドのそれぞれが、その関連するトロイダル構造を実質的に取り囲む、請求項９に記載の処理装置。
- トロイダル構造のそれぞれが、トロイダル・コイルを含む、請求項１０に記載の処理装置。
- センサのそれぞれが、リード線を取り囲むトロイダル構造を含み、接地シールドのそれぞれが、その関連するトロイダル構造を実質的に取り囲む、請求項８に記載の処理装置。
- トロイダル構造のそれぞれが、トロイダル・コイルを含む、請求項１３の処理装置。
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