特許 6057480 放出型プラズマ源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6057480

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】放出型プラズマ源

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20161226BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20161226BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20161226BHJP

   C23C 16/507 20060101ALI20161226BHJP

   C23C 16/509 20060101ALI20161226BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 M

   H05H1/46 L

   H01L21/265 F

   H01L21/302 101B

   C23C16/507

   C23C16/509

【請求項の数】18

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-518666(P2014-518666)

(86)(22)【出願日】2012年6月21日

(65)【公表番号】特表2014-527259(P2014-527259A)

(43)【公表日】2014年10月9日

(86)【国際出願番号】US2012043616

(87)【国際公開番号】WO2013003203

(87)【国際公開日】20130103

【審査請求日】2014年9月10日

(31)【優先権主張番号】13/173,752

(32)【優先日】2011年6月30日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】597112542

【氏名又は名称】アドバンスト・エナジー・インダストリーズ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】ホフマン， ダニエル ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】カーター， ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ピーターソン， カレン

(72)【発明者】

【氏名】グリレイ， ランディー

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０３５６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０４７９７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−０２８２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５４１６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１８６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０５５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８３４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０８４３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

Ｃ２３Ｃ １６／５０７

Ｃ２３Ｃ １６／５０９

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン化電磁場を放出型プラズマ源の場発生部分内の中心電極と前記中心電極を少なくとも部分的に包囲する周縁電極との間に発生させることであって、前記イオン化電磁場は、前記放出型プラズマ源の場放出部分を通して、前記放出型プラズマ源に結合された受容部分まで延在し、前記場放出部分は、前記場発生部分と前記受容部分との間に結合されている、ことと、
プラズマの第１の部分を前記場発生部分内に持続させることと、
前記場放出部分の伝導性管であって、誘電体層を有する伝導性管に結合された制御回路を用いて前記イオン化電磁場の減衰を制御することにより、減衰されたイオン化電磁場を前記受容部分の少なくとも一部内に形成することと、
前記減衰されたイオン化電磁場を用いて前記プラズマの第２の部分を前記受容部分の少なくとも一部内に持続させることと
を含む、方法。

【請求項2】

前記場放出部分は、その長さおよび断面寸法と前記場放出部分の内側表面上の誘電体との組み合わせを介して、前記イオン化電磁場を減衰させる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記イオン化電磁場は、電場である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記イオン化電磁場は、前記プラズマに容量結合される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記イオン化電磁場は、前記プラズマに誘導結合される、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

活性化していないガスを前記プラズマに通すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記活性化していないガスを前記受容部分内側の前記プラズマに通すことをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記場発生部分の電圧と前記受容部分の電圧との間の差を確立することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記減衰されたイオン化電磁場を介して、前記放出型プラズマ源と前記受容部分との間の界面に、前記プラズマの第２の部分を持続させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

場発生部分であって、
中心電極と、
前記中心電極を少なくとも部分的に包囲する周縁電極であって、前記中心電極および前記周縁電極は、エネルギーをプラズマに結合することによってプラズマを静電的に発生させ、前記中心電極および前記周縁電極は、イオン化電磁場を発生させ、前記イオン化電磁場は、前記場発生部分から延在する、周縁電極と、
前記中心電極と前記周縁電極との間に電流を発生させる電源と
を含む、場発生部分と、
前記場発生部分に結合された場放出部分であって、前記場放出部分は、誘電体層を有する伝導性管を含み、前記場放出部分は、前記イオン化電磁場が前記場放出部分を通過するにつれて、前記イオン化電磁場を減衰させることにより、減衰されたイオン化電磁場を発生させる、場放出部分と、
前記場放出部分の前記伝導性管に結合された制御回路であって、前記イオン化電磁場の減衰を調整するための制御回路と、
前記減衰されたイオン化電磁場を受容する受容部分であって、前記受容部分は、前記減衰されたイオン化電磁場を用いて前記受容部分内にプラズマを持続させる、受容部分と
を備えている、装置。

【請求項11】

前記場放出部分は、前記イオン化電磁場が前記場放出部分を通過するにつれて、前記イオン化電磁場を減衰させる誘電体を含む、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記場放出部分は、前記イオン化電磁場をさらに減衰させる断面および長さを有する、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記イオン化電磁場は、電場である、請求項１０に記載の装置。

【請求項14】

活性化していないガスは、前記プラズマに送給され、前記イオン化電磁場によって少なくとも部分的に第１のラジカルに変換される、請求項１０に記載の装置。

【請求項15】

前記活性化していないガスは、前記プラズマに送給され、前記減衰されたイオン化電磁場によって少なくとも部分的に第２のラジカルに変換される、請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記場発生部分は、エネルギーを前記プラズマに誘導結合する、請求項１０に記載の装置。

【請求項17】

前記場発生部分は、エネルギーを前記プラズマに容量結合する、請求項１０に記載の装置。

【請求項18】

場発生部分であって、
中心電極と、
前記中心電極を少なくとも部分的に包囲する周縁電極であって、前記中心電極および前記周縁電極は、エネルギーをプラズマに静電的に結合し、前記中心電極および前記周縁電極は、イオン化電磁場を発生させ、前記イオン化電磁場は、前記場発生部分から延在する、周縁電極と、
前記中心電極と前記周縁電極との間に電流を発生させる電源と
を含む、場発生部分と、
前記イオン化電磁場を減衰させることにより、減衰されたイオン化電磁場を形成する場放出部分であって、前記減衰されたイオン化電磁場は、前記場放出部分に結合された受容部分内に前記プラズマを持続させるために十分なエネルギーを有し、前記場放出部分は、誘電体層を有する伝導性管を含む、場放出部分と、
前記場放出部分の前記伝導性管に結合された制御回路であって、前記イオン化電磁場の減衰を調整するための制御回路と
を備えている、プラズマ源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、プラズマ源に関する。特に、限定ではないが、本開示は、プラズマを処理チャンバから遠隔で発生させるためのシステム、方法、および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理は、多くの場合、基板との直接プラズマ相互作用を伴い、プラズマ洗浄は、多くの場合、プラズマ生成ラジカルと処理チャンバの表面との間の相互作用を伴う。処理の状況では、プラズマは、典型的には、高電圧を使用して、処理チャンバ内で生成され、したがって、プラズマは、高度にエネルギーを与えられる。プラズマ中の高エネルギーイオンは、チャンバ内の表面および材料に衝突し、望ましくないエッチングまたは望ましくない堆積を生じさせ得る。また、いくつかの化学エッチング用途では、高イオンエネルギーは、望ましくない。洗浄目的に対して、ラジカルは、多くの場合、処理チャンバ内のプラズマ中に形成されるが、ここでも再び、高エネルギーイオンは、処理チャンバを有害にエッチングし得る。

【0003】

プラズマが、処理チャンバと別個のチャンバ内で発生する場合、遠隔プラズマ源は、高イオンエネルギー問題を克服することができる。ガスは、遠隔プラズマを通過し、チャンバを洗浄するため、または化学エッチングのために処理チャンバ内に送給されるラジカルを形成することができる。しかしながら、ラジカルは、チャンバへの途中で減弱し、したがって、あまり理想的ではないラジカルの混合物および密度が、チャンバに到達する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

図面に示される、本開示の例示的実施形態が、以下に要約される。これらおよび他の実施形態については、「発明を実施するための形態」により詳細に説明される。しかしながら、本開示を本概要または「発明を実施するための形態」に説明される形態に限定する意図がないことが、理解される。当業者は、特許請求の範囲に表されるような本開示の精神および範囲内にある、多数の変更、均等物、および代替構造が存在することを認識し得る。

【0005】

本開示のいくつかの実施形態は、場発生部分から延在するプラズマおよびイオン化電磁場を発生させる場発生部分を含む装置として特徴付けられ得る。場放出部分は、場発生部分に結合され、場放出部分は、イオン化電磁場が場放出部分を通過するにつれて、イオン化電磁場を減衰させ、減衰されたイオン化電磁場を発生させる。受容部分は、減衰されたイオン化電磁場を受容し、減衰されたイオン化電磁場を用いて受容部分内にプラズマを持続させる。

【0006】

他の実施形態は、場放出部分内に延在するイオン化電磁場を発生させる場発生部分と、イオン化電磁場を減衰させ、プラズマを場放出部分に結合された受容部分内に持続させるために十分なエネルギーを有する減衰されたイオン化電磁場を形成する場放出部分とを含む、プラズマ源として特徴付けられ得る。

【0007】

前述のように、上記実施形態および実装は、例証目的のためにすぎない。本開示の多数の他の実施形態、実装、および詳細が、以下の説明および特許請求の範囲から、当業者によって容易に認識される。

【0008】

本開示の種々の目的および利点ならびにより完全な理解は、付随の図面と関連して検討されるとき、以下の発明を実施するための形態および添付の請求項を参照することによって、明白となり、より容易に理解される。
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
（項目１）
イオン化電磁場を放出型プラズマ源の場発生部分内に発生させることであって、前記イオン化電磁場は、前記放出型プラズマ源の場放出部分を通して、前記放出プラズマ源に結合された受容部分まで延在し、前記場放出部分は、前記場発生部分と前記受容部分との間に結合されている、ことと、
プラズマの第１の部分を前記場発生部分内に持続させることと、
前記場放出部分内の前記イオン化電磁場を減衰させることにより、減衰されたイオン化電磁場を前記受容部分の少なくとも一部内に形成することと、
前記減衰されたイオン化電磁場を使用して、前記プラズマの第２の部分を前記受容部分の少なくとも一部内に持続させることと
を含む、方法。
（項目２）
前記場放出部分は、その長さおよび断面寸法と前記場放出部分の内側表面上の誘電体との組み合わせを介して、前記イオン化電磁場を減衰させる、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記イオン化電磁場は、電場である、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記イオン化電磁場は、前記プラズマに容量結合される、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記イオン化電磁場は、前記プラズマに誘導結合される、項目３に記載の方法。
（項目６）
活性化していないガスに前記プラズマを通過させることをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記活性化していないガスに前記受容部分内側の前記プラズマを通過させることをさらに含む、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記場発生部分と前記受容部分との間に電圧電位を確立することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記減衰されたイオン化電磁場を介して、前記放出型プラズマ源と前記受容部分との間の界面に、前記プラズマの第２の部分を持続させることをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
プラズマおよびイオン化電磁場を発生させる場発生部分であって、前記イオン化電磁場は、前記場発生部分から延在する、場発生部分と、
前記場発生部分に結合された場放出部分であって、前記場放出部分は、前記イオン化電磁場が前記場放出部分を通過するにつれて、前記イオン化電磁場を減衰させることにより、減衰されたイオン化電磁場を発生させる、場放出部分と、
前記減衰されたイオン化電磁場を受容する受容部分であって、前記受容部分は、前記減衰されたイオン化電磁場を用いて前記受容部分内にプラズマを持続させる、受容部分と
を備える、装置。
（項目１１）
前記場放出部分は、前記イオン化電磁場が前記場放出部分を通過するにつれて、前記イオン化電磁場を減衰させる誘電体を含む、項目１０に記載の装置。
（項目１２）
前記場放出部分は、前記イオン化電磁場をさらに減衰させる断面および長さを有する、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
前記減衰されたイオン化電磁場は、少なくとも、前記イオン化電磁場の１０分の１以下である、項目１２に記載の装置。
（項目１４）
前記イオン化電磁場は、電場である、項目１０に記載の装置。
（項目１５）
活性化していないガスが、前記プラズマに送給され、前記イオン化電磁場によって、少なくとも部分的に、第１のラジカルに変換される、項目１０に記載の装置。
（項目１６）
前記活性化していないガスは、前記プラズマに送給され、前記減衰されたイオン化電磁場によって、少なくとも部分的に、第２のラジカルに変換される、項目１５に記載の装置。
（項目１７）
前記場発生部分は、エネルギーを前記プラズマに誘導結合する、項目１０に記載の装置。
（項目１８）
前記場発生部分は、エネルギーを前記プラズマに容量結合する、項目１０に記載の装置。
（項目１９）
イオン化電磁場を発生させる場発生部分であって、前記イオン化電磁場は、前記場発生部分から延在する、場発生部分と、
前記イオン化電磁場を減衰させることにより、減衰されたイオン化電磁場を形成する場放出部分であって、前記減衰されたイオン化電磁場は、前記場放出部分に結合された受容部分内にプラズマを持続させるために十分なエネルギーを有する、場放出部分と
を備える、プラズマ源。
（項目２０）
前記場放出部分は、前記イオン化電磁場を制御可能に減衰させる、項目１９に記載のプラズマ源。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、放出型プラズマ源の実施形態を図示する。

【図2】図２は、放出型プラズマ源の別の実施形態を図示する。

【図3】図３は、放出型プラズマ源のさらに別の実施形態を図示する。

【図4】図４は、放出型プラズマのなおも別の実施形態を図示する。

【図5】図５は、放出型プラズマ源の別の実施形態を図示する。

【図6a】図６ａは、放出型プラズマ源の場放出部分の実施形態を図示する。

【図6b】図６ｂは、放出型プラズマ源の場放出部分の別の実施形態を図示する。

【図6c】図６ｃは、場放出部分のさらに別の実施形態を図示する。

【図7a】図７ａは、例示的放出型プラズマ源に結合された受容部分の実施形態を図示する。

【図7b】図７ｂは、例示的プラズマ源に結合された受容部分の別の実施形態を図示する。

【図8】図８は、受容部分のさらに別の実施形態を図示する。

【図9】図９は、図１〜図８を参照して説明される実施形態と関連して検討され得る、方法の実施形態を図示する。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、放出型プラズマ源１００の実施形態を図示する。放出型プラズマ源１００は、場発生部分１０２および場放出部分１０４を含むことができ、放出型プラズマ源１００は、受容部分１０６に結合されることができる。

【0011】

場発生部分１０２は、場放出部分１０４を通して受容部分１０６へと延在または放出するイオン化電磁場（例えば、電気、磁気、またはその２つの組み合わせ）を介して、プラズマの第１の部分１１０を点弧および持続させる。場は、点弧されると、誘導的手段または静電（容量）的手段を介して、あるいはその２つの組み合わせを介して、プラズマの第１の部分１１０に結合されることができる。場は、制御回路または論理１５０を介して制御された電源１４０から提供されるエネルギーを介して、発生する。電源１４０は、ＡＣ電流および電圧、パルス状ＤＣ電流および電圧、または他の時変電流および電圧ならびにＤＣ電流および電圧を提供する１つ以上の電源によって、実現されることができる。イオン化電磁場は、減衰されたイオン化電磁場を形成するように、場放出部分１０４内で制御可能に減衰されることができる。イオン化電磁場は、例えば、受容部分１０６内の減衰されたイオン化電磁場と見なされ得る。減衰されたイオン化電磁場は、受容部分１０６内に延在することができ、プラズマ１０８の第２の部分を持続させるために十分なエネルギーを保持することができる。プラズマの第２の部分１０８はまた、受容部分１０６内に存在することができる。このプラズマの第２の部分１０８は、低エネルギーを有することができ、受容部分１０６に関しての１つ以上の処理ステップ（例えば、２つ挙げると、基板エッチングまたはチャンバ洗浄のためのラジカルの発生）において使用されることができる。

【0012】

イオン化電磁場は、少なくともいくつかの粒子をイオン化させ、プラズマを持続させるために十分な強度を有することができる。イオン化電磁場は、場所によって変動する場強度を有してもよい。例えば、場発生部分１０２内のイオン化電磁場は、受容部分１０６内のイオン化電磁場より強力であり得る場放出部分１０４内のイオン化電磁場より強力であってもよい。本開示の目的のために、プラズマは、所望のプラズマ密度（電子密度またはイオン密度としても知られる）を維持することによって、または所望の値だけ、電子−イオン再結合率を超えるイオン化率を維持することによって、持続される。ある実施形態では、プラズマは、１０^８〜１０^１３個の自由電子／ｃｍ^３のプラズマ密度が存在するときに、持続される。

【0013】

プラズマ密度は、シース１０８と呼ばれる領域において、遠隔放出源１００および受容部分１０６内の縁または表面近傍で降下または減少し得る。シース１０８は、電子より大きなイオン密度のため、正味正電荷を有するプラズマの領域である。電圧の実質的な割合は、電荷不均衡から生じるシース内の強電場のため、シースにわたって降下する。高い場強度は、プラズマ中への電子の加速に寄与し得、それらの電子は、プラズマ中の中性原子および分子に衝突し、それらをイオン化し得る。したがって、シース１０８内の場強度は、電子の加速に寄与し得、その電子は、受容部分１０６内のガスをイオン化し、プラズマの第２の部分１０８を持続させる。シース１０８は、発生部分１０２、場放出部分１０４、および受容部分１０６内に存在し得る。

【0014】

場発生部分１０２は、ＡＣ周波数の範囲、例えば、ＶＨＦ範囲内で動作することができるが、ＤＣ場またはパルス状ＤＣ場を介して、プラズマの第１および第２の部分１０８、１１０を持続させることもできる。電力、周波数、ＤＣおよび／またはＡＣバイアス、パルス幅、およびパルス変調とともに、場発生部分１０２の他の電気特性は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせ内に具現化され得る制御回路または論理１５０を介して、制御されることができる。当業者は、制御回路または論理１５０が、本開示の後半でより詳細に論じられる実施形態のうちのいずれかと併用され得ることを認識する。プラズマ密度または場強度（例えば、受容部分１０６内）を検出するためのセンサは、場発生部分１０２が、フィードバックシステムまたはフィードフォワードシステムとして動作するように、制御回路または論理１５０と通信することができる。場発生部分１０２の種々の非限定的実施形態の詳細な説明および図は、図２〜図５を参照して論じられる。

【0015】

場放出部分１０４は、プラズマの第１の部分１１０内の電圧が、受容部分１０６への途中で減衰され得る経路（例えば、誘電体から作製された内側表面を有する接地伝導性管）である。ある実施形態では、プラズマの第２の部分１０８内の電圧は、プラズマの第１の部分１１０内の電圧より低いレベルまで減衰され得るが、依然として、プラズマの第２の部分１０８を受容部分１０６内に持続させるために十分に大きい。場放出部分１０４は、管または他の経路であることができ、管または他の経路は、それを通して延在する電磁場を減衰させるような寸法を有する。場放出部分１０４の種々の非限定的実施形態の詳細および図は、図６ａ、図６ｂ、図６ｃを参照して論じられる。

【0016】

受容部分１０６は、イオン化電磁場を場放出部分１０４から受容することができる。例示的受容部分１０６は、プラズマの第２の部分１０８、フリーラジカル、またはその両方が、半導体または他の基板と相互作用し、１つ以上の処理ステップ（例えば、いくつかの非限定的実施例を挙げると、プラズマ強化エッチング、プラズマ強化化学蒸着、またはプラズマスパッタリング）を実施することができる処理チャンバである。受容部分１０６の種々の非限定的実施形態の詳細および図は、図７〜図８を参照して論じられる。

【0017】

図１の詳細は、例証的目的にすぎず、図示される構造の各部分の実施形態を限定する意図はない。各部分の具体的実施形態は、図２〜図８の以下の議論に詳細に説明される。各図は、３つの部分１０２、１０４、１０６のうちの１つの実施形態に焦点を当てるものであり、各部分１０２、１０４、１０６実施形態では、多くの例において、相互に交換可能であることを理解されたい。

【0018】

遠隔放出型源１００および他の図を参照して論じられる他の実施形態の利点の１つは、プラズマがチャンバ内で（例えば、エッチングのために、またはチャンバ洗浄のためのラジカルの生成のために）所望されるとき、高電圧プラズマの効果の低下が、処理チャンバ内で回避され得る一方、低イオンエネルギーエッチング用途において、低電圧プラズマが、より低いイオンエネルギー分布を可能にすることである。さらに、高周波数プラズマ（例えば、５〜３００ＭＨｚ）が、低周波数プラズマのみのために構築された処理チャンバ内に使用されることができる。

【0019】

化学エッチングおよびイオン支援堆積等の低エネルギーイオン用途は、多くの場合プラズマを発生させるために使用される、数百または数千ボルトに適合できない場合がある。いくら低いスパッタリングまたはエッチング基板ホルダバイアスが、設定されても、例えば、イオンは、依然として、それらを発生させるために、エネルギーの有意な部分を使用させる。したがって、イオンエネルギーに対する下限は、基板におけるスパッタリングまたはエッチングバイアスによってではなく、プラズマ発生エネルギーによって設定され得る。遠隔で高電圧場を発生させ、それらを処理チャンバ内に放出することによって、プラズマが、処理チャンバ内で発生および持続されることができるが、数桁低い電圧（例えば、０．５Ｖ〜１０Ｖ）を伴う。そのような放出および減衰された場では、イオンエネルギー分布の下限は、プラズマ発生電圧から独立して設定されることができる。

【0020】

超高周波数（ＶＨＦ）プラズマ（例えば、６０ＭＨｚ）は、いくつかの利点を有するが、プラズマが、ＶＨＦで形成されるとき、プラズマ中のＶＨＦ波は、ＶＨＦを取り扱うために、より高価かつ複雑な処理チャンバを要求し得る。例えば、ＶＨＦエネルギーのより短い波長は、ほぼチャンバ窓のサイズであり、したがって、チャンバから逃散可能であり得る。ＶＨＦチャンバは、ＶＨＦ放射を含み、そのような放射の応力下、より長持ちすることを可能にする、より小さい窓および他の変更物を有する。処理チャンバに到達すると減衰される放出された場を使用してプラズマを発生させることによって、低周波数チャンバは、遠隔プラズマ源が、ＶＨＦエネルギーを使用してプラズマを発生させる場合でも、使用されることができる。

【0021】

図２は、放出型プラズマ源２００の別の実施形態を図示する。放出型プラズマ源２００は、プラズマの第１の部分２１０の点弧およびイオン化電場２１８の発生の両方のために、エネルギーをプラズマの第１の部分２１０に静電結合する２つの電極２１４、２１６を有する場発生部分２０２を有する。イオン化電場２１８は、場放出部分２０４を通して、受容部分２０６まで延在する。活性化していないガス２２２が、プラズマ発生チャンバ２１２内に送給されることができ、そこで、電源２２０が、電力（例えば、電圧）を第１の電極２１４および第２の電極２１６に印加し、静電的（容量的）に、ガス２２２の少なくとも一部をイオン化し、プラズマの第１の部分２１０を点弧することができる。電源２２０および電極２１４、２１６を通る電流ループは、点弧されると伝導性となる、プラズマの第１の部分２１０を介して、完成されることができる。電極２１４、２１６は両方とも、プラズマ発生チャンバ２１２を包囲またはその周囲に巻着することができる。

【0022】

イオン化電場２１８は、電極２１６から、任意のより低い電位表面に向かって、延在または放出される。図示される実施形態では、場放出部分２０４は、接地されるか、または電極２１６より低い電位にバイアス（ＤＣまたはＡＣまたはパルス状ＤＣ）をかけられることができ、したがって、場２１８は、電極２１６から、場放出部分２０４の種々の部分に延在することができる。受容部分２０６はまた、接地されるか、または電極２１６より低い電位にあることができ、したがって、場２１８は、受容部分２０６まで延在することができる。プラズマは、概して、電荷中性であるため、電圧電位差、およびそれと共にイオン化電場２１８の開始が、発生部分２０２と場放出部分２０４との間の界面と一致し得る。

【0023】

図２に例示的に描写される実施形態では、プラズマの第１の部分２１０を発生および持続させるイオン化電場２１８は、プラズマの第２の部分（例えば、図１の第２の部分１０８）が、電極２１４、２１６およびイオン化電場２１８の最強部分から遠隔の受容部分２０６内で発生および持続され得るように、場発生部分２０２から受容部分２０６へと延在または放出される。イオン化電場２１８はまた、イオンを場発生部分２０２から受容部分２０６に放出してもよい。しかしながら、ある状況下では、発生部分２０２を通過するガス２２２の力は、受容部分２０６に向かうイオンおよび非帯電粒子の移動に対して、イオン化電場２１８よりも大きな影響を及ぼし得る。同時に、受容部分２０６に到達するイオン化電場２１８は、受容部分２０６内に押動されるガス２２２の少なくとも一部をイオン化し、イオン化された粒子のイオン化を維持し続ける。

【0024】

電源２２０は、ＡＣ（例えば、ＲＦ）源として図示されるが、いくつかの変形例では、電源２２０は、ＤＣ電源またはパルス状ＤＣ電源であることができる。電源２２０は、例えば、電圧源または電流源であることができる。いくつかの実施形態では、高または低周波数ＲＦが、プラズマの第１の部分２１０に印加または結合されることができ、特定の実施形態では、周波数は、ＶＨＦ範囲内であることができる。ＲＦ周波数は、１０ｋＨｚ〜１ＧＨｚ、２〜５００ＭＨｚ、または３０〜１５０ＭＨｚの範囲を含むことができる。いくつかの一般的プラズマ処理周波数として、４５０ｋＨｚ、２ＭＨｚ、４ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、および２７．１２ＭＨｚが挙げられる。ある実施形態では、単一ＲＦ周波数が、発生部分２０２において、プラズマの第１の部分２１０に結合されることができ、別の実施形態では、２つ以上のＲＦ周波数が、プラズマの第１の部分２１０に結合されることができる。代替実施形態では、第１および第２の電極２１４、２１６は、電力をプラズマの第１の部分２１０に誘導結合する磁場を発生させるインダクタ（図示せず）を介して、結合されることができる。インダクタは、図示された電源２２０と並列に接続されることができる。

【0025】

プラズマ発生チャンバ２１２は、場放出部分２０４の断面に整合するように定寸されるか、またはそのような断面を有することができるが、図示されるように、プラズマ発生チャンバ２１２は、場放出部分２０４の管より大きい断面を有する。プラズマ発生チャンバ２１２はまた、場放出区画２０４内へのガス２２２流を向上させる形状（例えば、場放出部分２０４の形状に整合する形状）を有することができる。ある実施形態では、プラズマ発生チャンバ２１２は、ガラス等の誘電体を含む。図示された実施形態では、プラズマ発生チャンバ２１２は、接地されるが、フローティング状態であるか、またはバイアスをかけられることもできる（例えば、ＤＣバイアス、ＡＣバイアス、またはパルス状ＤＣバイアス）。

【0026】

第２の電極２１６は、イオン化電場２１８を発生し、場放出部分２０４と同一平面となるか、または図示されるように、場放出部分２０４からオフセットされるかのいずれかで配列されることができる。場発生部分２０２と場放出部分２０４との間の界面における電圧は、プラズマを受容部分２０６内に持続させるために十分に大きくあることができる。言い換えると、十分な密度のプラズマが、受容部分２０６の少なくとも一部内に持続されることができる。これは、十分に大きなイオン化電場２１８によってか、またはより大きなプラズマ密度を場発生部分２０２内に発生させることによってかのいずれかによって、促進されることができる。ある実施形態では、場発生部分２０２と場放出部分２０４との間の界面における電圧は、少なくとも１０^９個の自由電子／ｃｍ^３、最大１０^１３個の自由電子／ｃｍ^３のプラズマ密度を場放出部分２０４と受容部分２０６との間の界面または受容部分２０６の少なくとも一部内に持続させるために十分である。

【0027】

図３は、放出型プラズマ源３００のさらに別の実施形態を図示する。放出型プラズマ源３００は、中心電極３１４および周縁電極３１２を有する場発生部分３０２を含み、中心電極３１４および周縁電極３１２は、ともにエネルギーをプラズマの第１の部分３１０に静電結合し、プラズマの第１の部分３１０の点弧および持続の両方を行なう。電極３１２、３１４はまた、受容部分３０６内に延在または放出するイオン化電場３１８を発生させる。電源３１６は、プラズマ発生チャンバ３２４の中心電極３１４と周縁電極３１２との間に電流を発生させる。周縁電極３１２は、プラズマ発生チャンバ３２４の外側表面または包絡面の一部であることができる。周縁電極３１２は、図示されるように、接地されることができるか、あるいはフローティング状態であるか、もしくはＡＣバイアス、ＤＣバイアス、またはパルス状ＤＣバイアスをかけられることができる。中心電極３１４は、プラズマ発生チャンバ３２４内に軸方向に配列されることができる。活性化していないガス３２２が、プラズマ発生チャンバ３２４内に進み、中心電極３１４と周縁電極３１２との間の電圧によって発生したイオン化電場３１８によって少なくとも部分的にイオン化されることができる。本イオン化電場３１８は、プラズマ発生チャンバ３２４が、管状であるとき、半径方向成分を含むことができる。プラズマ発生チャンバ３２４はまた、２つの他の非限定的実施例を挙げると、長方形であるか、または正方形断面を有することができる。

【0028】

プラズマ発生チャンバ３２４は、場放出部分３０４の断面に整合するように成形および定寸されることができる。図示された実施形態では、プラズマ発生チャンバ３２４の直径は、場放出部分３０４の管のものより大きい。他の実施形態では、チャンバ３２４の直径は、場放出部分３０４の管の直径よりも小さいか、または等しくあることができる。

【0029】

電場３１８の図示された電場線は、例証にすぎず、限定形状を有するものとして解釈されるべきではない。例えば、いくつかの変形例では、電場線のより正確な描画は、プラズマの縁、例えば、電場線がシース領域に入射する場所において、電場線の変曲点を示す場合がある。また、プラズマの第１の部分３１０の形状も、例証にすぎず、限定として解釈されるべきではない。電源３１６が、ＡＣ（例えば、ＲＦ）源として図示されるが、いくつかの変形例では、電源３１６は、ＤＣ電源またはパルス状ＤＣ電源であることができる。電源３１６は、例えば、電圧源または電流源であることができる。

【0030】

図４は、放出型プラズマ源４００のなおも別の実施形態を図示する。放出型プラズマ源４００は、場発生部分４０２を含み、場発生部分４０２は、エネルギーをプラズマの第１の部分４１０に静電結合し、プラズマの第１の部分４１０を点弧および持続させる単一電極４１２を有する。電極４１２はまた、受容部分４０６内に延在または放出するイオン化電場４１８を発生させる。活性化していないガス４２２が、図示されるようにプラズマ発生チャンバ４１６内に送給されるか、または電極４１２を通過し、かつ電極４１２に垂直である導管を介して、プラズマ発生チャンバ４１６内に送給されることができる。いくつかの変形例では、電源４１４は、ＡＣ、パルス状ＡＣ、またはＤＣであることができる。電源４１４は、例えば、電圧源または電流源であることができる。

【0031】

例示的実施形態のいくつかの実装では、電極４１２は、２つの容量電極のうちの一方を形成することができ、他方は、受容部分４０６の基板ホルダから形成される。第２の電極はまた、基板ホルダと、基板と、受容部分４０６および場放出部分４０４の壁または他のより低い電位表面との間に分散されることができる。電極４１２は、場発生部分４０２と場放出部分４０４との間の界面に電圧を発生させることができ、電圧は、電極４１２からの距離の関数として減少する。電極４１２は、プラズマ発生チャンバ４１６の外側に結合されるように図示されるが、変形例では、プラズマ発生チャンバ４１６の外側表面を形成することができるか、またはプラズマ発生チャンバ４１６内に配列されることができる。プラズマ発生チャンバ４１６は、場放出部分４０４の管のものより大きい断面または直径を有するように図示される。しかしながら、いくつかの実施形態では、プラズマ発生チャンバ４１６は、場放出部分４０４の管の断面に整合するように成形および定寸されることができる。さらに、図示されたプラズマ４１０の形状は、単に、例証であって、限定として解釈されるべきではない。

【0032】

イオン化電場４１８は、電極４１２から、より低い電位を有する任意の表面に向かって指向される。例えば、図示された実施形態では、場放出部分４０４は、電極４１２より低い電位（例えば、接地される）における管を備え、したがって、イオン化電場４１８は、場放出部分４０４の管へと軸方向に下って、管側壁内へと指向される。本実施例は、単に、例証であって、多くの他の実施形態が、種々の代替方式において、イオン化電場４１８の力線に影響及ぼし得る特徴および構造を含む。

【0033】

図５は、放出型プラズマ源５００の別の実施形態を図示する。放出型プラズマ源５００は、場発生部分５０２を有し、場発生部分５０２は、誘導的（および、幾分、容量的）にプラズマの第１の部分５１０に結合し、受容部分５０６内に延在または放出するイオン化電場５１８を発生させることができる。場発生部分５０２は、２つのインダクタ５１４、５１６を含み、プラズマ５１０を誘導的に持続させる。示されるように、活性化していないガス５２２が、プラズマ発生チャンバ５１２内に送給され、第１および第２のインダクタ５１４、５１６を通過するＡＣ電流が、電力をプラズマの第１の部分５１０に誘導的に結合し、プラズマの第１の部分５１０を持続させ、ガス５２２の少なくとも一部をイオン化させる。誘導結合は、インダクタ５１４、５１６のそれぞれを通過されるＡＣ（例えば、ＲＦ）電流、パルス状ＤＣ電流、または任意の他の時変電流の結果であり、電源５３６、５３８によって発生する。

【0034】

電源５３６、５３８は、受容部分５０６に向かって、かつその中に延在または放出するイオン化電場５１８が、プラズマを受容部分５０６内に持続するために十分なエネルギーを伴って、発生するように、インダクタ５１４、５１６に半径方向バイアスを発生させることができる（例えば、各インダクタ５１４、５１６の最外ループ上に最高電位があり、徐々に減少する電位が各々のより小さい直径ループ上にある）。そのようなバイアスは、可変キャパシタ５３２、５３４を介して、確立されることができるが、非可変キャパシタもまた、使用されることができる。可変キャパシタ５３２、５３４は、インダクタ５１４、５１６の外側ループおよび内側ループ間の電位を（例えば、図１を参照して説明されるように、制御回路または論理１５０を介して）制御し、その結果、イオン化電場強度５１８を制御し、順に、受容部分５０６内のプラズマ密度を制御することができる。

【0035】

活性化していないガス５２２が、プラズマ発生チャンバ５１２内に送給されることができ、そこで、第１および第２のインダクタ５１４、５１６を通過するＡＣ電流が、プラズマの第１の部分５１０に誘導結合し、プラズマの第１の部分５１０を持続させ、ガス５２２の少なくとも一部をイオン化する。

【0036】

イオン化電場５１８は、インダクタ５１４、５１６のそれぞれの外側ループと、場放出部分５０４および／または受容部分５０６との間の電位差によって発生することができる。例えば、場放出部分５０４が、接地された伝導性管である場合、インダクタ５１４、５１６の外側ループは、場放出部分５０４より高い電位であり、したがって、イオン化電場５１８は、インダクタ５１４、５１６から、場放出部分５０４の一部（例えば、伝導性管の壁）に指向される。別の実施例では、受容部分５０６はまた、イオン化電場５１８が、場放出部分５０４および受容部分５０６に向かって指向されるように接地されてもよい。インダクタ５１４、５１６の中心（最内ループ）は、インダクタ５１４、５１６の外側ループより高いまたは低い電位であることができる。しかしながら、インダクタ５１４、５１６の中心ループと外側ループとの間の電位差がどのようなものであれ、外側ループは、場放出部分５０４および受容部分５０６より高い電位にある。したがって、インダクタ５１４、５１６は、受容部分５０６内に延在または放出するイオン化電場５１８を発生させる。

【0037】

図示された実施形態のインダクタ５１４、５１６は、例証目的のためだけに、若干、角度付けられている。実装では、２つのインダクタ５１４、５１６は、相互に平行であり、プラズマ発生チャンバ５１２に対して平行であり、プラズマの第１の部分５１０に対して平行である。ある実施形態では、第１および第２のインダクタ５１４、５１６は、複数のコイルまたはループを備える螺旋形状の導体であり、かつ平面配列にあり、第１のインダクタ５１４を通る平面は、第２のインダクタ５１６を通る平面と平行である。本実施形態では、電力は、主に、プラズマの第１の部分５１０に誘導結合するが、容量結合もまた、生じることができ、点弧のために使用されることができる。インダクタは、別個として、かつ別個の電源５３６、５３８を有するように図示されるが、インダクタは、単一電源（例えば、電源５３６）を介して、伝導的に結合され、かつ／またはバイアスをかけられることもできる。

【0038】

２つのインダクタ５１４、５１６を介した誘導結合を利用するプラズマ発生部分５０２の種々の実施形態は、仮特許出願第６１／４６６，０２４号に詳細に説明され、参照することによって本明細書に組み込まれる。

【0039】

図示されるように、インダクタ５１４、５１６と場放出部分５０４との間に、オフセット、空間、または間隙が、存在することができる。そのような間隙は、場発生部分５０２と場放出部分５０４との間の界面において、イオン化電場５１８強度を減少させることができる。間隙が減少または排除されるように、インダクタ５１４、５１６が、場放出部分５０４により近接して配列される場合、より強いイオン化電場５１８が、場放出部分５０４および受容部分５０６内に存在し得る。

【0040】

図示された実施形態は、インダクタのそれぞれが、容量的にバイアスされているように示すが、変形例では、インダクタ５１４、５１６のうちの１つのみが、容量的にバイアスをかけられる。キャパシタ５３２および５３４が、図示されるが、他のタイプのリアクタンス性インピーダンスが、キャパシタ５３２、５３４に代替することができる（例えば、インダクタ）。図示されないが、誘電体が、インダクタ５１４、５１６のそれぞれとプラズマの第１の部分５１０との間に配列されることができる。例えば、プラズマ発生チャンバ５１２の内側表面は、誘電体でコーティングされることができる。チャンバ５１２は、部分的に、誘電体から作製されることもできる。イオン化電場５１８およびプラズマ５１０形状は、例証にすぎず、限定として解釈されるべきではない。

【0041】

図６ａは、放出型プラズマ源６００の場放出部分６０４Ａの実施形態を図示する。放出型プラズマ源６００Ａは、接地された伝導性管６１０とともにプラズマの第３の部分６０９と伝導性管６１０との間の誘電体層６１２を備える、場放出部分６０４Ａを有する。場発生部分６０２内に発生するイオン化電場は、場放出部分６０４Ａ内およびそれを通して、次いで、受容部分６０６内へと延在または放出される。場発生部分６０２と場放出部分６０４Ａとの間の界面における場強度は、場放出部分６０４Ａと受容部分６０６との間の界面における場強度より大きくあることができる。場強度は、場放出部分６０４Ａを通る通過の間、減弱または減衰され、本減衰は、制御可能である。極端な一例では、減衰は、無視可能であることができる一方、他の極端な例では、減衰は、場強度をプラズマの第２の部分を受容部分６０６内に持続させるために十分なちょうどの大きさのレベルまで減衰させることができる。コントローラまたは他の機構が、減衰を本範囲内の任意のレベルに制御可能に設定するために使用されることができる。

【0042】

減衰は、場放出部分６０４Ａの長さによって、場放出部分６０４Ａの断面（例えば、高さおよび幅）によって、および／または誘電体６１２によって、制御されることができる。例えば、より長い長さ、より小さい断面、より高い誘電定数、およびより厚い誘電体厚のうちの１つ以上を含むように場放出部分６０４Ａを変化させることは、より大きな減衰を生じさせる。そのうえ、接地された伝導性管６１０の全内側表面よりも小さい部分が、誘電体６１２によって被覆される場合、減衰は、より小さくなる。減少された断面は、場強度を減衰させるだけではなく、ガス圧力も増加し、より高い粒子衝突率を生じさせ、プラズマを消弧し、プラズマ密度を減少させ得る（例えば、高電子エネルギーでは、電子衝突は、イオン化する傾向がある一方、より低い電子エネルギーでは、衝突は、電子吸収につながる傾向がある）。したがって、場放出部分６０４Ａおよび受容部分６０６の界面における所望のプラズマ密度は、前述のパラメータに基づいて、選択および変動されることができる。前述のパラメータはまた、シース６１４の厚さを制御することができ、シース６１４は、電子より高い密度のイオンのため、正味の正電荷を有するプラズマの領域である。シース６１４の厚さは、受容部分６０６内のプラズマ密度を制御するために、変更されることができる。

【0043】

接地された伝導性管６１０はまた、ほんのいくつかの非限定的実施例を挙げると、正方形断面、長方形断面、または楕円断面等の管以外の形状を有することができる。伝導性管６１０は、接地されるように図示されるが、フローティング状態であってもよく、またはＤＣバイアスを有してもよい。

【0044】

図６ｂは、放出型プラズマ源６００Ｂの場放出部分６０４Ｂの別の実施形態を図示する。放出型プラズマ源６００Ｂは、バイアスをかけられた伝導性管６１６とともにプラズマの第３の部分６０９とバイアスをかけられた伝導性管６１６との間に誘電体層６１２を備える、場放出部分６０４Ｂを有することができる。バイアスをかけられた伝導性管６１６は、場発生部分６０２内に印加されたＡＣから位相シフトされる（図示されるような）ＡＣバイアスを有することができ、位相シフトは、付加的電場成分が、受容部分６０６に到達する電場強度を向上するように選択されることができる。付加的場強度は、受容部分６０６内のより大きなプラズマ密度を可能にし得る。ＡＣバイアスは、図１を参照して論じられたもの等の制御回路または論理を介して、制御されることができる。制御回路または論理は、ＡＣバイアスのフィードバック制御またはフィードフォワード制御を提供するために、放出型プラズマ源６００Ｂおよび／または受容部分６０６内の１つ以上のセンサと通信することができる。変形例では、バイアスは、伝導性管６１６に印加されず、代わりに、伝導性管６１６は、フローティング状態である。

【0045】

バイアスをかけられた伝導性管６１６は、受容部分６０６内の開口部と同一平面にあることができる。しかしながら、ある実施形態では、バイアスをかけられた伝導性管６１６の一部は、受容部分６０６内に延在することができる。そのような延在は、プラズマの第３の部分６０９が、受容部分６０６の内側壁に干渉することを防ぐのに役立つことができる。そのうえ、磁場は、場放出部分６０４Ｂ内のプラズマの第３の部分６０９の閉じ込めを向上することができる（例えば、同軸磁場）。同軸磁場はまた、受容部分６０６内へ場が延在および放出することを向上させるために使用されることができる。

【0046】

バイアスをかけられた伝導性管６１６は、１つ以上のキャパシタ６１４またはリアクタンス成分を有するインピーダンスを有する任意の他のデバイスを介して、場発生部分６０２の構造から電気的に絶縁されてもよい。キャパシタ６１４は、イオン化電場の制御のさらなるパラメータを追加するために、可変であることができ、図１を参照して論じられたような制御回路または論理１５０等の制御回路または論理によって制御されることができる。キャパシタ６１４の場所は、単に、例証であって、キャパシタ６１４が、場発生部分６０２に結合され得る場所を限定することを意図するものではない。

【0047】

一変形例では、バイアスをかけられた伝導性管６１６は、イオン化電場を制御可能に減衰させるように、ＤＣバイアスをかけられることができる（可能性として、ＡＣバイアスと組み合わせて）。ＤＣバイアスを変えることによって、減衰のレベル、およびそれと共に受容部分６０６内の場強度が、制御されることができる。

【0048】

図６ｃは、場放出部分６０４Ｃのさらに別の実施形態を図示する。放出型プラズマ源６００Ｃは、フローティング状態の伝導性管６１８とともにプラズマの第３の部分６０９とフローティング状態の伝導性管６１８との間の誘電体層６１２を備える、場放出部分６０４Ｃを有する。

【0049】

図６ａ、図６ｂ、および図６ｃにおけるプラズマ６０９の形状は、単に、例証であり、限定として解釈されるべきではない。

【0050】

図７ａは、例示的放出型プラズマ源７００に結合された受容部分７０６Ａの実施形態を図示する。放出型プラズマ源７００は、受容部分７０６Ａに結合され、プラズマの第２の部分７０８は、受容部分７０６Ａ内に持続されている。イオン化電場は、いくつかの粒子をイオン化し、プラズマの第２の部分７０８を持続するために十分な強度および電圧を伴って、受容部分７０６Ａに入射する。プラズマの第２の部分７０８が、受容部分７０６Ａに入射し得るため、プラズマの第２の部分７０８を持続させるためのエネルギーは、イオン化プロセスを支援するためのプラズマ７０８が存在しない場合より低くなり得る。プラズマの第２の部分７０８は、種々の半導体および薄膜処理ならびにチャンバ洗浄動作うちの任意のもののために使用されることができる。例えば、ほんの３つの非限定的実施例を挙げると、基板ホルダ７１２に固定され、電源７１８を介してバイアスをかけられた基板７１４のエッチング、または堆積プロセス後の受容部分７０６Ａの内側の表面を洗浄するためのラジカルの発生、または基板７１４上への薄膜の堆積の支援が挙げられる。

【0051】

電源７１８は、ＡＣ電力、ＤＣ電力、パルス状ＤＣ電力、または任意の他の時変電力を問わず、図１を参照して論じられた制御回路または論理１５０等の制御回路または論理を介して制御されることができる。受容部分７０６Ａ内のセンサは、電源７１８が、フィードバック制御またはフィードフォワード制御され得るように、制御回路または論理と通信することができる。

【0052】

基板は、ほんのいくつかの非限定的実施例を挙げると、半導体ウエハ、ガラスシート、およびポリマーシートを含むことができる。基板７１４は、図示されるように、ＡＣバイアス、パルス状ＤＣバイアス、または他の時変バイアス７１８を介して、伝導性基板ホルダ７１２を通してバイアスをかけられることができるか、あるいはＤＣバイアスをかけられるか、または接地されることができる。ある実施形態では、基板７１４は、ＡＣバイアスおよびＤＣバイアスの両方によってバイアスをかけられることができる。

【0053】

ある実施形態では、受容部分７０６Ａは、プラズマ処理チャンバを含む。プラズマ処理チャンバは、低周波数プラズマを取り扱い、かつそれを含むように構築されることができる。ある実施形態では、受容部分７０６Ａは、プラズマ処理チャンバ７２２に結合された随意のガス−プラズマ相互作用チャンバ７２０を含む。活性化していないガス７１０およびプラズマの第２の部分７０８は、ガス−プラズマ相互作用チャンバ７２０内において、ラジカルを形成するように相互作用することができる（図７ｂ参照）。図７ｂでは、受容部分７０６Ｂは、プラズマ処理チャンバ７２２およびガス−プラズマ相互作用チャンバ７２０を含む。

【0054】

再び、図７ａを参照すると、いくつかのプラズマ処理用途（例えば、金属エッチング）では、一次イオンバイアス（例えば、電力供給源７１８）に対して、無視できるほどの電圧を有するプラズマを使用することが望ましくあり得る。典型的には、原位置発生プラズマは、一次イオンバイアスに加えられる固有の電圧を有し、一次イオンバイアスが、ゼロに設定される場合でも、プラズマバイアスおよび一次イオンバイアスの和は、所望のものを上回り得る。したがって、原位置発生プラズマは、イオンエネルギーに関して、より低い限界を設定し得る。

【0055】

減衰されたイオン化電場を受容部分７０６Ａに提供することによって、プラズマバイアスは、例えば、プラズマバイアスが、一次イオンバイアスに対して無視され得る点まで、有意に低減または排除されることができる。受容部分７０６Ａは、電源７１８を介して、基板ホルダ７１２を通して、プラズマの第２の部分７０８内のエネルギーではなく、電源７１８によって左右されるバイアスによってバイアスをかけられた基板７１４を含むことができる。言い換えると、受容部分７０６Ａ内のイオンまたは基板バイアス７１４に及ぼす、プラズマの第２の部分７０８のエネルギーバイアスの影響は、電源７１８のバイアスに対して無視可能であることができる。ある実施形態では、基板７１４に印加される実効最小電圧バイアス（または、最小イオンエネルギー分布）は、原位置プラズマ発生と関連付けられるものよりも小さい。プラズマの第２の部分７０８は、約１Ｖまたはそれより小さい受容部分７０６Ａ内のイオンエネルギーと関連付けられることができる。例えば、プラズマの第２の部分７０８のイオンエネルギーは、原位置発生プラズマの電圧の０．００１〜０．１であることができる。

【0056】

低イオンエネルギーを有するプラズマの第２の部分７０８は、種々の半導体および薄膜処理用途を有する。例えば、プラズマの第２の部分７０８は、エッチング（例えば、プラズマ支援化学エッチング）において使用されることができ、実験結果は、少なくとも３４ミクロン／分のシリコンエッチング率が、本明細書に開示されるシステム、方法、および装置を使用して可能であることを実証している。この高いエッチング率は、ウエハ貫通ビア、シリコン薄化、および他のシリコンエッチングに対して、特定の用途を有する。拡張される場合、この高いエッチング率は、例えば、放出型プラズマ源のアイレを介して、単一処理チャンバ内における、複数のウエハの大面積均一エッチングに適用可能であり得る。プラズマの第２の部分７０８はまた、スパッタリング、イオン注入、堆積（例えば、いくつか挙げると、プラズマ支援化学蒸着、ＡＬＤ、およびＭＯＣＶＤ）、フォトレジスト剥離、ポリマーエッチング、低Ｋアッシング、および原位置洗浄において使用されることができる。

【0057】

プラズマは、物理的偏向器（例えば、バッフル、角度付き偏向器、シャワーヘッド）または電磁プラズマ指向手段（例えば、受容部分７０６Ａに入射すると、プラズマ方向を変化させる電場）を含む種々の手段を介して、受容部分７０６Ａ全体を通して指向および分散されることができる。

【0058】

ある実施形態では、プラズマ７０８が受容部分７０６Ａに入射後、活性化していないガス７１０が、プラズマの第２の部分７０８に接触するように指向されることができる。活性化していないガス７１０が、プラズマの第２の部分７０８に接触すると、プラズマの第２の部分７０８は、活性化していないガス７１０中の粒子を励起させ、ガス７１０の少なくとも一部にエネルギーを与え、種々の半導体および薄膜処理用途のために使用され得るラジカルを形成する。有利な点として、本実施形態は、遠隔源または従来の原位置源の不利点を伴わずに、ラジカルが形成されることを可能にする。具体的には、ラジカルは、プラズマ受容部分７０６Ａの内側に形成されるため、遠隔源から進行する必要はなく、潜在的に、システム構成要素およびガス分子と処理チャンバへの途中で相互作用しない。また、イオン化電場を形成するために使用される高エネルギーは、受容部分７０６Ａから遠隔にあって、イオン化電場が、プラズマの第２の部分７０８を持続させるためにちょうど十分なエネルギーを有するため、受容部分７０６Ａは、プラズマ内の高エネルギー電力によって損傷されることも、高エネルギーイオンによってエッチングされることも、例えば、処理チャンバのガラス視認窓を介して、高周波数電力を放つこともない。したがって、いくつかの実施形態は、遠隔源および原位置源の利点を組み合わせると同時に、その不利点を回避する。

【0059】

別の実施形態では、ラジカルの２つ以上の異なるストリームが、放出型プラズマ源７００内の異なる場所に形成されることができる。例えば、第１の活性化していないガス（例えば、２つ挙げると、ＮＦ_３またはＮ_２）は、場発生部分７０２内のプラズマを通過し、少なくとも部分的に、イオン化され、第１のラジカルを形成することができる。第１のラジカルおよびイオン化電場は、場放出部分７０４を通過して、受容部分７０６Ａ内へと進むことができる。第２の活性化していないガス（例えば、シラン）７１０は、受容部分７０６Ａへの入口またはその近傍において、プラズマの第２の部分７０８と相互作用し、少なくとも部分的に、プラズマの第２の部分７０８によってイオン化され、第２のラジカルを形成することができる。第１および第２のラジカルは両方とも、次いで、種々の半導体および薄膜プロセス（例えば、チャンバ洗浄）のために、受容部分７０６Ａ内で使用されることができる。ある実施形態では、シラン等の活性化していないガス７１０は、活性化していないガス７１０が、リングパターンに分散されるように、リング形状散布機構（図示せず）を介して、受容部分７０６Ａ内に散布されることができる。

【0060】

図８は、受容部分８０６のさらに別の実施形態を図示する。受容部分８０６は、放出型プラズマ源８００に結合され、バイアスをかけられた基板ホルダ８１２に結合された基板８１４にガス流を散布および指向させるためのガスディスプレーサ８２０およびシャワーヘッド８１０を含む。プラズマ支援堆積では、ガスは、受容部分８０６内のガスを指向および散布するために、シャワーヘッド８１０内に送給され、複数の開口８１６を通過することができる。随意に、ディスプレーサ８２０が、シャワーヘッド８１０内のガスをさらに散布することができる。ガスは、次いで、電源８１８によって基板ホルダ８１２を通してバイアスをかけられた基板８１４上に薄膜を堆積させるために使用されることができる。

【0061】

薄膜は、基板８１４上だけではなく、処理チャンバ全体を通して堆積する傾向にある。これらの表面は、活性化していないガスがプラズマを通過されると形成されるラジカルへの暴露を介して、洗浄されることができる（基板８１４を除去後）。これを行なうための方法の１つは、遠隔源内におけるラジカル形成を介したものである。しかしながら、ラジカルのいくつかは、特に、帯電粒子およびエネルギー性原子種は、受容部分８０６に到達する前に中性化し、したがって、典型的には、洗浄プロセスの一部ではない（例えば、イオンは、非イオンとなり、エネルギーを与えられた粒子は、そのエネルギーの一部を喪失する）。しかし、これらの帯電粒子およびエネルギー性原子種は、洗浄を向上させ得るため、望ましい。

【0062】

放出型プラズマは、いくつかのラジカルを受容部分８０６自体内で発生させることによって、受容部分８０６を洗浄する際に使用され得るエネルギー性粒子の数を増加させる。多くのラジカルは、依然として、活性化していないガスに発生部分８０２内のプラズマの第１の部分を通過させることによって形成されるが、プラズマの第２の部分８０８は、ラジカルが、受容部分８０６内に形成され続けるように、受容部分８０６内に持続される。これらのラジカルは、洗浄されるべき表面に遥かに近接するため、遠隔非放出型源が使用されるときよりも多くのエネルギー性の粒子が、洗浄に関与するために利用可能である。故に、放出型プラズマ源８００は、公知の遠隔源より、受容部分８０６を洗浄するためのラジカルの遥かに有効な混合を生み出す。

【0063】

電源８１８は、ＡＣ（例えば、ＲＦ）源として図示されるが、いくつかの変形例では、電源８１８は、ＤＣ電源またはパルス状ＤＣ電源であることができる。電源８１８は、例えば、電圧源または電流源であることができる。いくつかの変形例では、基板ホルダ８１２および基板８０８は、バイアスをかけられない（例えば、基板ホルダ８１２は、接地されるか、またはフローティング状態であることができる）。

【0064】

従来のシャワーヘッド８１０は、プラズマの熱および反応性に耐えることができず、したがって、プラズマの第２の部分８０８との相互作用に耐えるために、設計し直される必要があり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるような放出型プラズマ源は、典型的かつ変えられていない受容部分８０６と組み合わせて、使用されることができる。図８のシャワーヘッド８１０を回避することは、プラズマの第２の部分８０８のより大きな密度が、基板８１４との直接相互作用（例えば、エッチング）のために所望される場合、好ましくあり得る。そのような用途に対して、シャワーヘッド８１０は、プラズマの第２の部分８０８が、開口８１６を通過すると、消弧され得るため（例えば、プラズマの第２の部分８０８が開口８１６を通過するにつれて、開口８１６の「冷却」表面との接触およびより高い圧力によって）、プラズマ密度を低減させることができる。

【0065】

図９は、図１〜図８を参照して説明される実施形態と関連して検討され得る方法９００の実施形態を図示する。方法９００は、場発生部分内のイオン化電場を介して、プラズマの第１の部分を発生させ、イオン化電磁場を場放出部分を通してプラズマ受容部分へと放出し、減衰されたイオン化電場を使用して、プラズマの第２の部分を受容部分の内側に持続させる。方法９００は、図１〜図８を参照して前に論じられたような放出型プラズマ源の実施形態のいずれかを使用して実施されることができる。方法９００は、発生動作９０２において、イオン化電磁場を放出型プラズマ源の場発生部分内に発生させることと、第１の持続動作９０４において、プラズマの第１の部分を場発生部分内に持続させることと、減衰動作９０６において、場放出部分内のイオン化電磁場を減衰させ、減衰されたイオン化電磁場を受容部分の少なくとも一部内に形成することと、第２の持続動作９０８において、減衰されたイオン化電磁場を使用して、プラズマの第２の部分を受容部分の少なくとも一部内に持続させることとを含む。

【0066】

発生動作９０２は、場放出部分を通して受容部分へと延在するイオン化電磁場（例えば、電場または磁場）を発生させる。場放出部分は、場発生部分と場受容部分との間に結合されることができる。イオン化電磁場は、電気、磁気、またはその２つの組み合わせであることができ、かつ容量的（例えば、図２〜図４）または誘導的（例えば、図５）に、プラズマに結合することができる。プラズマに結合されると、場は、プラズマの伝導性のため、殆ど損失も減衰も伴わずに、プラズマを通過することができる。方法９００は、場放出部分を通して受容部分内へと延在するプラズマを持続させるため、イオン化電磁場は、本プラズマを横断し、殆ど減衰を伴わずに、受容部分内に入射することができる。

【0067】

第１の持続動作９０４は、プラズマの第１の部分を場発生部分内およびその近位に持続させる。プラズマの第２の部分は、受容部分内に存在し、プラズマの第１の部分より少ないエネルギーであるが、プラズマの第２の部分を持続させるために十分なエネルギーを有する。

【0068】

しかしながら、場放出部分は、受容部分への途中でプラズマを横断する場合、減衰動作９０６を介して、イオン化電磁場を制御可能に減衰させるように構成されることができる。場放出部分は、イオン化電磁場が受容部分に到達するまでに、イオン化電磁場が減衰されたイオン化電磁場となるように、イオン化電磁場を減衰させるように構成された、長さおよび／または断面寸法（例えば、長さおよび幅または直径）を有することができる。場放出部分はまた、同様に、または代替として、イオン化電磁場を減衰させる、場放出部分の内側表面上の誘電体コーティングまたは層を含むことができる。イオン化電磁場強度はまた、動作の間、例えば、場放出部分における可変ＤＣバイアスまたはＡＣバイアスによって、変更されることができる。減衰動作９０６は、減衰されたイオン化電磁場（場発生部分内のイオン化電磁場より少ないエネルギーを有するが、プラズマの第２の部分を受容部分内に持続させるために十分なエネルギーを有する）をもたらす。言い換えると、減衰動作９０６は、プラズマの第２の部分内のエネルギーが、受容部分内のイオン化を維持するために必要であるにすぎないもの（例えば、イオン化率が、帯電粒子再結合率または中性化率を超える場合）であるように、場を減衰させることができる。

【0069】

前述のように、プラズマの第２の部分は、第２の持続動作９０８において、減衰されたイオン化電磁場を介して、受容部分の少なくとも一部内に持続されることができる。プラズマは、受容部分全体を含む、受容部分の任意の部分内に持続されることができる。例えば、シャワーヘッドが使用される場合、または場強度が、受容部分内で急速に減弱する場合、プラズマは、受容部分の一部のみ内に持続されてもよい。対照的に、シャワーヘッドが使用されない場合、および／または場強度が、受容部分全体を通して、比較的に一定のままである場合、プラズマは、受容部分全体ではないにしても、受容部分のより大きな部分内で持続されてもよい。

【0070】

そのうえ、活性化していないガスが、プラズマ中に進められることができる（例えば、プラズマの第１または第２の部分のいずれかにおいて）。ある実施形態では、第１の活性化していないガスは、プラズマの第１の部分中に進められることができ、第２の活性化していないガスは、プラズマの第２の部分中に進められることができる。

【0071】

結論として、本開示は、とりわけ、プラズマの第１の部分を遠隔で発生および持続させ、プラズマを発生させるために使用される場を受容部分に延在させ、そこで、場が減衰されると、その場を使用して、プラズマの第２の部分が、持続されることができる、方法、システム、および装置を提供する。当業者は、多数の変形例および代用が、本開示、その使用、およびその構成に行なわれ、本明細書に説明される実施形態によって達成されるものと実質的に同一の結果を達成してもよいことを容易に認識し得る。故に、本開示を開示された例示的形態に限定する意図はない。多くの変形例、変更、および代替構造が、本開示の範囲および精神内にある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】