▶ エムケイエス インストゥルメンツ， インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-06
(54)【発明の名称】多角形トロイダルプラズマソース
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20220629BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 L
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021565943
(86)(22)【出願日】2020-05-07
(85)【翻訳文提出日】2021-11-29
(86)【国際出願番号】 US2020031836
(87)【国際公開番号】W WO2020227502
(87)【国際公開日】2020-11-12
(31)【優先権主張番号】16/406,339
(32)【優先日】2019-05-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505477121
【氏名又は名称】エムケイエス インストゥルメンツ， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】メネギーニ、ポール マイケル
(72)【発明者】
【氏名】スミス、ショーン
【テーマコード（参考）】
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G084BB26
2G084BB28
2G084CC13
2G084DD13
2G084FF02
2G084FF04
2G084FF33
2G084FF38
(57)【要約】
複数の金属ブロックを備えたプラズマソースが提供される。トロイダルプラズマチャンバと変圧器とが金属ブロック内に実質的に埋め込まれている。トロイダルプラズマチャンバは、プロセスガスを受け取るように構成されたガス入口と、プラズマチャンバからプロセスガスの少なくとも一部分を排出するように構成されたガス出口と、を備える。また、プラズマチャンバは、金属ブロック内に機械加工された複数の線形チャネルセグメント、複数の結合部、入口結合部、及び出口結合部を備える。入口結合部、出口結合部、及び複数の結合部のそれぞれは、線形チャネルセグメントのペアを接続している。線形チャネルセグメント、結合部、入口結合部、及び出口結合部は、組合せにおいてトロイダルプラズマチャンバを形成している。ガス入口は、入口結合部上において配設されている。ガス出口は、出口結合部上において配設されている。結合部のそれぞれのものの内角は、約９０度超である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマソースであって、複数の金属ブロックと、
前記金属ブロック内に埋め込まれたトロイダルプラズマチャンバであって、
プロセスガスを受け取るように構成されたガス入口、
前記プラズマチャンバから前記プロセスガスの少なくとも一部分を排出するように構成されたガス出口、
前記金属ブロック内に機械加工された複数の線形チャネルセグメント、複数の結合部、入口結合部、及び出口結合部であって、前記入口結合部、前記出口結合部、及び前記複数の結合部のそれぞれは、前記線形チャネルセグメントのペアを接続しており、（ｉ）前記線形チャネルセグメント、前記結合部、前記入口結合部、及び前記出口結合部は、組合せにおいて前記トロイダルプラズマチャンバを形成し、（ｉｉ）前記ガス入口は、前記入口結合部上において配設され、（ｉｉｉ）前記ガス出口は、前記出口結合部上において配設され、且つ、（ｉｖ）前記結合部のそれぞれのものの内角は、約９０度超である、複数の線形チャネルセグメント、複数の結合部、入口結合部、及び出口結合部
を含むトロイダルプラズマチャンバと、
前記金属ブロック内に実質的に埋め込まれた変圧器であって、
前記金属ブロック内に埋め込まれた、且つ、前記トロイダルプラズマチャンバの少なくとも１つの線形チャネルセグメントを取り囲む、複数のフェライト部材、及び、
前記トロイダルプラズマチャンバの内径に隣接した状態において位置決めされた複数の一次巻線、
を含む変圧器と、
を備えるプラズマソース。
【請求項2】
前記複数の線形チャネルセグメントは、少なくとも６つの線形チャネルセグメントである、請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項3】
前記複数の金属ブロックは、少なくとも２つの金属ブロックである、請求項２に記載のプラズマソース。
【請求項4】
前記複数の金属ブロックは、アルミニウムブロックである、請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項5】
複数の冷却プレートを更に備え、それぞれの冷却プレートは、前記プラズマチャンバ及び前記変圧器を冷却するべく前記金属ブロックの少なくとも１つのものの外側表面との物理的な接触状態にある、請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項6】
前記冷却プレートは、前記金属ブロック内において少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項５に記載のプラズマソース。
【請求項7】
前記ガス入口は、前記プロセスガスを受け取るための前記プラズマチャンバの唯一の入口である、請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項8】
それぞれの金属ブロックは、（ｉ）少なくとも２つの線形チャネルセグメントの一部分と、（ｉｉ）前記複数の結合部の少なくとも１つと、を含み、前記入口結合部又は前記出口結合部は、前記少なくとも２つの線形チャネルセグメントに接続されている、請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項9】
前記金属ブロックは、前記金属ブロック内に埋め込まれた前記線形チャネルセグメントが前記トロイダルプラズマチャンバ内においてトロイダルプラズマチャネルを形成するべくアライメントされるように、複数のインターフェイスにおいて固定された方式で装着されている、請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項10】
前記インターフェイスのそれぞれにおいて真空封止及び誘電体ブレークを更に備える、請求項９に記載のプラズマソース。
【請求項11】
それぞれのフェライト部材は、前記金属ブロックのペアの間のインターフェイスにおいて埋め込まれており、前記フェライト部材は、前記金属ブロックのそれぞれのもの内に機械加工されたポケットのペアによって形成されたフェライトチャンバ内において収容されている、請求項９に記載のプラズマソース。
【請求項12】
前記一次巻線の１つ又は複数は、前記フェライト部材のセクションの周りにおいて包み込まれており、前記一次巻線は、前記インターフェイスにおいて前記金属ブロックのペアの対応するポケットによって形成された前記フェライトチャンバ内において実質的に収容されている、請求項１１に記載のプラズマソース。
【請求項13】
前記フェライトチャンバは、熱インターフェイス材料によって充填されている、請求項１１に記載のプラズマソース。
【請求項14】
それぞれのフェライト部材は、丸い環状セクション及び台形セクションを含む一体的な部品として成形されている、請求項１に記載のプラズマソース。
【請求項15】
それぞれのフェライト部材の前記丸い環状セクションは、前記プラズマチャンバの外径に隣接した状態において位置決めされ、且つ、それぞれのフェライト部材の前記台形セクションは、前記プラズマチャンバの前記内径に隣接した状態において位置決めされており、前記台形セクションの一部分は、これに対して包み込まれた前記一次巻線の１つ又は複数を有する、請求項１４に記載のプラズマソース。
【請求項16】
プラズマソースを製造する方法であって、複数の金属ブロックを提供するステップと、
前記金属ブロック内において、埋め込まれたトロイダルプラズマチャンバを形成するステップであって、
複数の線形チャネルセグメント、複数の結合部、入口結合部、及び出口結合部を前記金属ブロック内に穿孔することであって、それぞれの結合部、入口結合部、及び出口結合部は、前記線形チャネルセグメントのペアを接続している、こと、
前記入口結合部上においてガス入口を配設すること、
前記出口結合部上においてガス出口を配設すること、
約９０度超の内角を生成するべく前記複数の結合部のそれぞれを形成すること、並びに、
前記それぞれの金属ブロック内において埋め込まれた前記線形チャネルセグメントがトロイダルプラズマチャネルを前記トロイダルプラズマチャンバ内において形成するべくアライメントされるように、前記金属ブロックを組み立てること、
を有するステップと、
複数のフェライト部材を前記金属ブロック内において埋め込み且つ１つ又は複数の一次巻線をそれぞれのフェライト部材のセクションの周りにおいて包み込むことにより、変圧器を前記金属ブロック内に形成するステップと、
を備える方法。
【請求項17】
前記ガス入口は、プロセスガスを受け取るための前記プラズマチャンバの唯一の入口である、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
それぞれの金属ブロックは、（ｉ）少なくとも２つの線形チャネルセグメントの一部分と、（ｉｉ）前記結合部の少なくとも１つと、を含み、前記入口結合部又は前記出口結合部は、前記少なくとも２つの線形チャネルセグメントを接続している、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記金属ブロックを組み立てるステップは、前記トロイダルプラズマチャンバを形成するべく複数のインターフェイスにおいて前記金属ブロックを固定された方式で装着するステップを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記複数のフェライト部材のそれぞれは、複数のインターフェイスにおいて前記金属ブロック内において埋め込まれており、それぞれのフェライト部材は、前記プラズマチャンバの少なくとも１つの線形チャネルセグメントを取り囲んでいる、請求項１６に記載の方法。
【請求項21】
複数のフェライト部材を前記金属ブロック内に埋め込むステップは、対応するインターフェイスにおいて前記金属ブロックのそれぞれのもの内に機械加工されたポケットのペアによって形成されたフェライトチャンバ内においてそれぞれのフェライト部材を収容するステップを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
それぞれのフェライト部材の前記１つ又は複数の一次巻線を対応するフェライトチャンバ内において収容するステップと、前記プラズマチャンバの内径に隣接した状態において前記１つ又は複数の一次巻線を配置するステップと、
前記フェライトチャンバを熱インターフェイス材料によって充填するステップと、
を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
それぞれのフェライト部材を丸い環状セクション及び台形セクションを含む一体的な部品として成形するステップを更に備え、前記環状セクションは、前記プラズマチャンバの外径に隣接した状態において位置決めされるように適合されており、且つ、前記台形セクションは、前記プラズマチャンバの内径に隣接した状態において位置決めされるように適合されており、前記台形セクションの一部分は、これに対して包み込まれた前記一次巻線を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項24】
それぞれの冷却プレートが前記金属ブロック内において少なくとも部分的に埋め込まれるように、複数の冷却プレートを前記金属ブロックに結合するステップを更に備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項25】
それぞれの冷却プレートは、前記プラズマチャンバ及び前記変圧器を冷却するべく前記金属ブロックの少なくとも１つのものの外側表面との物理的接触状態にある、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
真空封止及び誘電体ブレークを前記インターフェイスのそれぞれにおいて形成するステップを更に有する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、プラズマ生成及び処理装置の分野に関し、且つ、更に詳しくは、プラズマ生成及び処理用の改善された構造に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマ放電は、イオン、遊離基、原子、及び分子を含む活性化されたガスを生成するためにガスを励起するべく使用することができる。活性化されたガスは、半導体ウエハ、粉体、及びその他のガスなどの固体材料の処理を含む多数の産業的且つ科学的用途に使用されている。プラズマのパラメータ及び処理対象の材料に対するプラズマの曝露の条件は、用途に応じて大きく変化している。
【0003】
例えば、いくつかの用途は、低運動エネルギー（即ち、数電子ボルト）を有するイオンの使用を必要としており、その理由は、処理対象の材料が損傷の影響を受けやすいからである。異方性エッチング又は平坦化誘電体堆積などのその他の用途は、高運動エネルギーを有するイオンの使用を必要としている。反応性イオンビームエッチングなどの更にその他の用途は、イオンエネルギーの正確な制御を必要としている。
【0004】
いくつかの用途は、高密度プラズマに対する処理対象の材料の直接的な曝露を必要としている。１つのこのような用途は、イオン活性化化学反応を生成することである。その他の用途は、高アスペクト比の構造への材料のエッチング及び堆積を含む。その他の用途は、プラズマからの処理対象の材料の遮蔽を必要としており、その理由は、材料が、イオンによって生成される損傷の影響を受けやすいからであり、或いは、プロセスが高い選択制要件を有しているからである。
【0005】
プラズマは、直流（ＤＣ）放電、高周波（ＲＦ）放電、及びマイクロ波放電を含む様々な方法において生成することができる。ＤＣ放電は、ガス中において２つの電極の間に電位を印加することによって実現されている。ＲＦ放電は、電源からのエネルギーをプラズマに容量又は誘導結合することによって実現されている。マイクロ波放電は、マイクロ波エネルギーソースをガスを収容している放電チャンバに結合することによって生成することができる。
【0006】
プラズマ放電は、プラズマによって活性化されうるプラズマを構成する帯電した種及び中性種の両方が処理対象の材料との緊密な接触状態になるような方式によって生成することができる。或いは、この代わりに、プラズマ放電は、中性種が依然として処理対象の材料に接触可能な状態にありつつ、帯電した種の相対的に少ないものが処理対象の材料との接触状態となるように、処理対象の材料から離れた状態において生成することもできる。このようなプラズマ放電は、リモート又は下流プラズマ放電と一般に呼称されている。一例として、リモートプラズマソースは、チャンバ上において取り付けられたリモート装置内などのプロセスチャンバの外側においてプラズマを生成することができると共に、反応性種及びプラズマの副産物をプロセスチャンバ内に供給することができる。その構造、処理対象の材料との関係における位置決め、及び動作状態（例えば、ガス種、圧力、流量、及びプラズマ内に結合される電力）に応じて、プラズマソースは、これら２つの一般的なタイプのいずれか又は両方のものの特性を有することができる。
【0007】
リモートプラズマソースは、電流がガスの内側の閉鎖ループ経路を中心として誘発され、これにより、形状がほぼトロイダルであるプラズマを生成しているトロイダルプラズマソースとして構築することができる。具体的には、リモートトロイダルプラズマソースにおいては、ガスは、プラズマソースに進入し、且つ、プラズマソースの内側のガスのループした経路を生成するべく装置の出口において収束する２つの経路に分割されている。電流は、ガス内に誘導結合され、且つ、装置内においてトロイダル形状のプラズマを形成するべくループした経路を中心として循環している。更なるガスが、プラズマソースに進入し、プラズマソース内のプラズマと混合及び反応し、且つ、次いで、プラズマソースを離脱し、これにより、プラズマの反応性副産物をプロセスチャンバに搬送している。
【0008】
現時点においては、リモートトロイダルプラズマソースを構築する２つの方法が存在している。１つは、特許文献１において開示されている方法などのように、全体的に誘電材料からリモートトロイダルプラズマソースの内部プラズマチャンバを構築するステップを伴っている。もう１つの方式は、特許文献２及び特許文献３に開示されている方法などのように、ガスに対する誘電体遮蔽を生成するべく陽極酸化された内部空洞を有する且つトロイダルループの周りにおいて誘電体ブレークを有する金属ブロック（例えば、アルミニウムブロック）を組み立てることにより、プラズマチャンバを構築するステップを伴っている。一般には、製造及び冷却の容易性及び低減された費用に起因して、金属ブロックを使用してプラズマソースを構築する第２の方法が好ましい。
【0009】
一般に、リモートトロイダルプラズマソース内において生成されるプラズマは、トロイダルガス経路の内径に沿って丸い形状を構成しており、その理由は、これが、電流が循環するための最短の且つ最低抵抗値の経路であるからである。但し、１つ又は複数の金属ブロックから生成されたトロイダルプラズマソースにおいて、丸い形状をブロックの内側において機械加工することは困難である。その代わりに、既存の方式は、相対的に線形の空洞を金属ブロック内に機械加工しており、且つ、結果的に得られるループした経路は、複数のまっすぐなセクションから形成されている。例えば、図１は、ブロック１０２ａ、ｂとして機械加工された４つのまっすぐなチャネルセグメント１０４ａ～ｄを有する２つの金属ブロック１０２ａ、ｂから生成されたプラズマチャネルを有する従来技術のリモートトロイダルプラズマソース１００を示している。ブロック１０２ａ、ｂは、チャネルセグメント１０４ａ～ｄが相互の関係において直角に位置決めされるように組み立てられている。従って、結果的に得られるループしたプラズマチャネル１０６は、４つのほぼ９０°の方向転換１０８ａ～ｄを有する矩形である。このような角度を伴ってループしたプラズマチャネル１０６と関連する１つの欠点は、プラズマが方向転換１０８ａ～ｄの内側コーナの内側壁に衝突する可能性が高いという点にあり、これは、チャネル内の陽極酸化された被覆を侵食し、これにより、乏しい性能、粒子の生成、及び早期の装置障害をもたらしうる。実際に、プラズマ－チャネル壁の相互作用からの誘電障害は、主要な障害モードを構成しており、且つ、プラズマソースの寿命を制限するイベントである。
【0010】
プラズマチャネルの内側壁とのプラズマの相互作用を防止することに多大な努力及び支出が払われているが、限られた成功しか示していない。１つの典型的な方式は、プラズマチャネルの内部コーナの半径を拡大及び制御するというものである。但し、これらの場所に対するアクセスは、図１のプラズマチャネル１０６の９０°の内部コーナ１０８ａ～ｄなどの埋め込まれた角度を伴う方向回転に対するアクセスにおける困難に起因して制限されている。これらの場所に対するアクセスを取得するべく、且つ、これらの場所を拡大するべく、しばしば、蒸気噴射又は手磨きなどの費用を所要するフローに基づいた方法が使用されているが、これは、完全に自動化された機械加工プロセスの費用又は反復可能性という利点を提供してはいない。プラズマ－壁の相互作用を制限するための別の既知の技法は、慎重にチューニングされた流体力学である。一般に、プラズマの外側のガスは、プラズマ自体よりも格段に高い密度を有しており、且つ、ガスのこの外側層は、プラズマチャネルのコーナ及びその他の場所において壁から離れるようにプラズマを押し出す可能性がある。従って、プラズマチャネル内のプラズマを中心としてスピンする保護層を生成し、これにより、プラズマがチャネル壁と相互作用することを防止するような方式でガスをプラズマチャネル内に注入することに多大な努力が合焦されている。これらの努力は、しばしば、複雑であり、費用を所要し、且つ、複数の場所においてガスを注入するための更なる構造を伴っている。例えば、図２は、メインガス入口２０６に加えて、プラズマチャネル２０２及び１つ又は複数の上流ガスプレナム２０４を有する別の従来技術のリモートトロイダルプラズマソース２００を示している。これらの更なるガスプレナム２０４は、特許文献４に記述されているように、ガス注入場所をプラズマチャネル２０２の鋭い９０°のコーナ２０８に分散させている。プラズマチャネル２０２内においてプラズマを中心としてガスをスピンさせるべく利用されている更なる注入ポイント２０４は、負担になると共に高価であり、その理由は、これらが、更なる封止、被覆、及び複雑な穿孔パターンを有する部分の構築を伴っているからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】米国特許第７５０１６００号明細書
【特許文献2】米国特許第６１５０６２８号明細書
【特許文献3】米国特許第６３８８２２６号明細書
【特許文献4】米国特許第９２７５８３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の目的は、改善されたプラズマソースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、半導体製造プロセスにおいて使用されうる改善されたリモートトロイダルプラズマソースを特徴としている。いくつかの実施形態において、改善されたプラズマソースは、矩形プラズマチャネルを有する図１及び図２のプラズマソース１００及び２００などの従来のプラズマソースのものよりも実質的に丸いループした経路を有する多角形トロイダルプラズマチャネルを形成する複数の金属ブロック（例えば、アルミニウムブロック）から構築されている。本発明の多角形トロイダルプラズマチャネルは、チャネルの内部壁に衝突するプラズマの傾向を低減する１つ又は複数の鈍角の内角を有することができる。一例として、本発明のリモートトロイダルプラズマソースは、複数の陽極酸化されたアルミニウムブロックから構築することができる。６つ以上の辺及び鈍角の内角を有する多角形の形状におけるトロイダルプラズマチャネルをアルミニウムブロック内において埋め込むことができる。いくつかの実施形態において、本発明のプラズマソースは、金属ブロック内において実質的に埋め込まれた変圧器及び／又は金属ブロック内において少なくとも部分的に埋め込まれた１つ又は複数の冷却構造を含む。
【0014】
一態様では、プラズマソースが提供される。該プラズマソースは、複数の金属ブロックと、金属ブロック内に埋め込まれたトロイダルプラズマチャンバと、金属ブロック内に実質的に埋め込まれた変圧器とを備える。トロイダルプラズマチャンバは、プロセスガスを受け取るように構成されたガス入口と、プラズマチャンバからプロセスガスの少なくとも一部分を排出するように構成されたガス出口と、金属ブロック内に機械加工された複数の線形チャネルセグメント、複数の結合部、入口結合部、及び出口結合部とを備える。入口結合部、出口結合部、及び複数の結合部のそれぞれは、線形チャネルセグメントのペアを接続している。線形チャネルセグメント、結合部、入口結合部、及び出口結合部は、組合せにおいてトロイダルプラズマチャンバを形成している。ガス入口は、入口結合部上において配設されている。ガス出口は、出口結合部上において配設されている。結合部のそれぞれのものの内角は、約９０度超である。さらに、プラズマソースの変圧器は、金属ブロック内に埋め込まれた、且つ、トロイダルプラズマチャンバの少なくとも１つの線形チャネルセグメントを取り囲む、複数のフェライト部材を備える。また、変圧器は、トロイダルプラズマチャンバの内径に隣接した状態において位置決めされた複数の一次巻線を備える。
【0015】
他の態様では、プラズマソースを製造する方法が提供される。該方法は、複数の金属ブロックを提供するステップと、金属ブロック内において、埋め込まれたトロイダルプラズマチャンバを形成するステップと、複数のフェライト部材を金属ブロック内において埋め込み且つ１つ又は複数の一次巻線をそれぞれのフェライト部材のセクションの周りにおいて包み込むことにより、変圧器を金属ブロック内に形成するステップとを備える。埋め込まれたトロイダルプラズマチャンバを形成するステップは、複数の線形チャネルセグメント、複数の結合部、入口結合部、及び出口結合部を金属ブロック内に穿孔することであって、それぞれの結合部、入口結合部、及び出口結合部は、線形チャネルセグメントのペアを接続している、ことを備える。また、埋め込まれたトロイダルプラズマチャンバを形成するステップは、入口結合部上においてガス入口を配設すること、出口結合部上においてガス出口を配設すること、約９０度超の内角を生成するべく複数の結合部のそれぞれを形成すること、並びに、それぞれの金属ブロック内において埋め込まれた線形チャネルセグメントがトロイダルプラズマチャネルをトロイダルプラズマチャンバ内において形成するべくアライメントされるように、金属ブロックを組み立てること、を備える。
【0016】
上記態様のいずれも次の一つ以上の特徴を含むことができる。いくつかの実施形態では、プラズマチャンバの複数の線形チャネルセグメントは、少なくとも６つの線形チャネルセグメントである。いくつかの実施形態では、複数の金属ブロックは、少なくとも２つの金属ブロックである。複数の金属ブロックは、アルミニウムブロックであり得る。
【0017】
いくつかの実施形態では、プラズマソースは複数の冷却プレートを備える。それぞれの冷却プレートは、プラズマチャンバ及び変圧器を冷却するべく金属ブロックの少なくとも１つのものの外側表面との物理的な接触状態にある。いくつかの実施形態では、冷却プレートは、金属ブロックの外側表面と物理的に接触している状態で、金属ブロック内において少なくとも部分的に埋め込まれている。
【0018】
いくつかの実施形態では、ガス入口は、プロセスガスを受け取るためのプラズマチャンバの唯一の入口である。いくつかの実施形態では、それぞれの金属ブロックは、（ｉ）少なくとも２つの線形チャネルセグメントの一部分と、（ｉｉ）複数の結合部の少なくとも１つと、を含み、入口結合部又は出口結合部は、少なくとも２つの線形チャネルセグメントに接続されている。
【0019】
いくつかの実施形態では、金属ブロックは、金属ブロック内に埋め込まれた線形チャネルセグメントがトロイダルプラズマチャンバ内においてトロイダルプラズマチャネルを形成するべくアライメントされるように、複数のインターフェイスにおいて固定された方式で装着されている。インターフェイスのそれぞれにおいて真空封止及び誘電体ブレークが配置され得る。いくつかの実施形態では、それぞれのフェライト部材は、金属ブロックのペアの間のインターフェイスにおいて埋め込まれており、フェライト部材は、金属ブロックのそれぞれのもの内に機械加工されたポケットのペアによって形成されたフェライトチャンバ内において収容されている。いくつかの実施形態では、一次巻線の１つ又は複数は、フェライト部材のセクションの周りにおいて包み込まれている。一次巻線は、インターフェイスにおいて金属ブロックのペアの対応するポケットによって形成されたフェライトチャンバ内において実質的に収容されている。フェライトチャンバは、熱インターフェイス材料によって充填されている。
【0020】
いくつかの実施形態では、それぞれのフェライト部材は、丸い環状セクション及び台形セクションを含む一体的な部品として成形されている。それぞれのフェライト部材の丸い環状セクションは、前記プラズマチャンバの外径に隣接した状態において位置決めされ、且つ、それぞれのフェライト部材の台形セクションは、プラズマチャンバの内径に隣接した状態において位置決めされている。台形セクションの一部分は、これに対して包み込まれた一次巻線の１つ又は複数を有する。
【0021】
本明細書に記載の発明の利点は、さらなる利点とともに、添付図面と併せて以下の説明を参照することによりさらによく理解されるであろう。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ技術の原理を説明することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
図３は、本発明のいくつかの実施形態による例示用のリモートトロイダルプラズマソース３００の断面図を示している。プラズマソース３００は、一般に、トロイダルプラズマチャネル３０３、ガス入口３１０、及びガス出口３１２を有するトロイダルプラズマチャンバ３０２を含む。ループした閉鎖経路を定義するトロイダルプラズマチャネル３０３は、複数のプラズマチャネルセグメント（全体的に３０４と呼称されている３０４ａ～ｆ）及び複数の結合部（全体的に３０５と呼称されている３０５ａ～ｆ）によって形成されており、これらのすべては、２つ以上の金属ブロック（全体的に３０６と呼称されている３０６ａ及びｂ）内において埋め込まれている。金属ブロック３０６は、誘電材料によって被覆された又はチャネルセグメント３０４の内部表面上において誘電障壁を生成するべく陽極酸化されたアルミニウムなどの金属材料を有することができる。また、プラズマソース３００は、金属ブロック３０６内において実質的に埋め込まれた１つ又は複数の磁気コア３０８及び一次巻線３０９を有する変圧器３２０をも含む。少なくとも１つのプラズマチャネルセグメント３０４を取り囲むように構成されたそれぞれの磁気コア３０８は、ＡＣ電源（図示されてはいない）との電気通信状態にある。ガスがガス入口３１０を介してプラズマチャネル３０３に進入するのに伴って、電源によって電力供給される磁気コア３０８から放射された誘導エネルギーは、プラズマチャネル３０３内においてプラズマを生成するべく、ガスをイオン化する。このプラズマは、ガス出口３１２を介してプラズマチャネル３０３を離脱することが可能であり、且つ、処理対象の少なくとも１つのウエハを含む下流のプラズマ処理チャンバ（図示されてはいない）に進入することができる。
【0024】
一般に、プラズマチャネルセグメント３０４は線形である。プラズマチャネルセグメント３０４及び結合部３０５は、六角形又は八角形の形状などの多角形形状を有するトロイダルプラズマチャネル３０３を形成するように構成されている。いくつかの実施形態において、プラズマチャネル３０３の多角形形状は、実質的に対称である。いくつかの実施形態において、多角形トロイダルプラズマチャネル３０３は、２つ以上の金属ブロック３０６内に機械加工された６つ以上のチャネルセグメント３０４及び６つ以上の結合部３０５によって形成されている。複数の結合部３０５は、（ｉ）プラズマチャネル３０３内にプロセスガスを受け取るべくその上部において配設されたガス入口３１０を有する入口結合部３０５ａ、（ｉｉ）プラズマチャネル３０３からプロセスガスの少なくとも一部分を排出するべくその上部において配設されたガス出口３１２を有する出口結合部３０５ｆ、及び（ｉｉｉ）１つ又は複数の残りの内部結合部３０５ｂ～ｅを含むことができる。いくつかの実施形態において、多角形トロイダルプラズマチャネル３０３のそれぞれの内部結合部３０５ｂ～ｅの内角３１６は、矩形結合部を有する従来のプラズマチャネル（例えば、図１の従来技術のプラズマソース１００）よりも実質的に丸いプラズマ経路を生成するように鈍角（即ち、９０度超）である。多角形トロイダルプラズマチャネル３０３の丸い鈍角の結合部は、チャネル壁に衝突し、これにより、チャネル３０３内の陽極酸化された被覆を侵食する、乏しい性能、粒子の生成、及び早期の装置障害をもたらしうる、プラズマチャネル３０３内のプラズマの傾向を低減するように適合されている。
【0025】
いくつかの実施形態において、それぞれの金属ブロック３０６は、チャネルセグメント３０４のペアの少なくとも一部分を流体接続する少なくとも１つの結合部３０５を含むように機械加工されている。組立の際に、金属ブロック３０６は、金属ブロック３０６内において埋め込まれた線形チャネルセグメント３０４が多角形トロイダルプラズマチャネル３０３を形成するべくアライメントされるように複数のインターフェイス（全体的に３１４と呼称されている３１４ａ及びｂ）において互いに固定した方式で装着されるように構成されている。
【0026】
図３に示されているように、プラズマチャンバ３０２は、２つの金属ブロック３０６ａ、ｂ内において埋め込まれた６つのチャネルセグメント３０４ａ～ｆ及び６つの結合部３０５ａ～ｆによって形成された六角形形状のトロイダルプラズマチャネル３０２を有する。具体的には、第１金属ブロック３０６ａは、第１金属ブロック３０６ａとして機械加工された２つの完成したチャネルセグメント３０４ａ、ｂに直接的に接続された入口結合部３０５ａを含む。また、第１金属ブロック３０６ａは、第１金属ブロック３０６ａとして機械加工された完成したチャネルセグメント３０４ａ及び部分的チャネルセグメント３０４ｃ１に接続された第１内部結合部３０５ｂをも含む。第１金属ブロック３０６ａは、第１金属ブロック３０６ａとして機械加工された完成したチャネルセグメント３０４ｂ及び部分的なチャネルセグメント３０４ｄ１に接続された第２内部結合部３０５ｃを更に含む。同様に、第２金属ブロック３０６ｂは、第２金属ブロック３０６ｂとして機械加工された２つの完成したチャネルセグメント３０４ｅ、ｆに直接接続された出口結合部３０５ｆを含む。また、第２金属ブロック３０６ｂは、第２金属ブロック３０６ｂとして機械加工された完成したチャネルセグメント３０４ｅ及び部分的チャネルセグメント３０４ｃ２に接続された第１内部結合部３０５ｄを含む。第２金属ブロック３０６ｂは、第２金属ブロック３０６ｂとして機械加工された完成したチャネルセグメント３０４ｆ及び部分的チャネルセグメント３０４ｄ２に接続された第２内部結合部３０５ｅを更に含む。第１及び第２金属ブロック３０６ａ、ｂをインターフェイス３１４ａ、ｂにおいて固定された方式で装着した際に、部分的なチャネルセグメント３０４ｃ１、３０４ｃ２は、インターフェイス３１４ａにおいて完成したチャネルセグメント３０４ｃを形成するようにアライメントされ、且つ、部分的チャネルセグメント３０４ｄ１、３０４ｄ２は、インターフェイス３１４ｂにおいて完成したチャネルセグメント３０４ｄを形成するようにアライメントされている。更には、２つの金属ブロック３０６ａ、ｂの組立の際に、チャネルセグメント３０４ａ～ｆは、プラズマチャンバ３０２の六角形形状のトロイダルプラズマチャネル３０３を形成するように流体接続されている。
【0027】
図４は、本発明のいくつかの実施形態による別の例示用のリモートトロイダルプラズマソース４００の断面図を示している。プラズマソース４００のプラズマチャンバ４０２は、４つの金属ブロック４０６ａ～ｄとして機械加工された８つのチャネルセグメント４０４ａ～ｈ及び８つの結合部４０５ａ～ｈによって形成された八角形トロイダルプラズマチャネル４０３を有する。従って、相対的に大きなプラズマソース４００は、図３のプラズマソース３００との比較において、２つの更なる中間セクション金属ブロック４０６ｂ、４０６ｃを有する。一般に、多角形トロイダルプラズマチャネル内の辺の数は、それぞれの金属ブロックが追加されるのに伴って増大している。プラズマソース３００と同様に、プラズマチャネル４０３の内部結合部４０５ｂ～ｇの内角は、実質的に丸いトロイダル形状を生成するように鈍角である。また、当業者には理解されるように、本発明は、８つ超の辺を有する多角形トロイダルプラズマチャネルを有するプラズマソースをも想定しており、この場合にも、内部結合部は鈍角である。これは、一般に、増大された数の金属ブロックとして機械加工された増大した数のチャネルセグメント及び結合部を必要としている。
【0028】
いくつかの実施形態において、２つ以上の金属ブロック内において埋め込まれたプラズマチャネルの多角形形状は、金属ブロック内に内部空洞を機械加工することによって形成されている。具体的には、プラズマソースのそれぞれの金属ブロックは、入口結合部、出口結合部、又は内部結合部などの結合部に接続された少なくとも２つの線形チャネルセグメントの一部分を有する少なくとも１つの機械加工された内部ガス経路を含む。結合部が内部結合部である場合には、ガス経路内のガスは、内部結合部を通過しつつ、鈍角の角度において方向転換している。図５は、本発明のいくつかの実施形態による金属ブロック内のプラズマチャネルの少なくとも一部分を生成する例示用の穿孔動作の断面図を示している。図５を参照して記述されている動作は、図３のプラズマチャネル３０３及び図４のプラズマチャネル４０３を機械加工するべく使用することができる。一般に、所与の金属ブロックの場合に、それぞれの内部結合部は、内部結合部を形成する鈍角の角度においてブロックの内部において遭遇するようにブロックの反対側から機械加工することによる２つの盲穿孔動作により、製造することができる。
【0029】
図５に示されているように、金属ブロック５００内において内部結合部５０２ｂを形成するべく、チャネルセグメント５０４ａが、ブロック５００の内部に向かって第１方向５０８に沿ってブロック５００の１つの側部５０６から金属ブロック５００内に穿孔されている。チャネルセグメント５０４ｃが、ブロック５００の内部に向かって第２方向５１４において反対側５１２から金属ブロック５００内に穿孔されている。２つの穿孔動作は、内部結合部５０２ｂが形成される鈍角の角度５１６において遭遇するように適合されている。第２内部結合部５０２ｃを形成するべく、類似の動作を使用することが可能であり、これは、結合部５０２ｃを形成する鈍角の角度５２４において遭遇する時点まで、個々の方向５２０、５２２に沿ってブロック５００の反対側５０６、５１２から２つのチャネルセグメント５０４ｂ、５０４ｄを穿孔するステップを含む。入口結合部５０２ａを有する図５の金属ブロック５００などの入口結合部又は出口結合部をも含む金属ブロックの場合には、入口結合部５０２ａは、それぞれ、２つの異なる内部結合部５０２ｂ、５０２ｃに接続された２つのチャネルセグメント５０４ａ、５０４ｂの交差によって形成されている。図示のように、チャネルセグメント５０４ａ、５０４ｂは、入口結合部５０２ａを形成するようにブロック５００の１つの側部５０６上において交差しており、入口結合部５０２ａは、その上部に配設されたガス入口５３２を有する。
【0030】
いくつかの実施形態において、入口結合部５０２ａの内角５３４は、鈍角ではない。内角５３４は、鋭角又は直角であってよい。入口結合部５０２ａにおいて鈍角の角度を有することは、重要ではない場合があり、その理由は、これがガス注入の場所であるからである。具体的には、ガスは、プラズマ－チャネル壁の相互作用を低減するべく、従来の注入方法を使用してガス入口５３２を介してプラズマチャネル内に注入することができる。例えば、ガスは、入口結合部５０２ａの表面からプラズマを持ち上げるのみならず、ガスフィールドがチャネル方向５２０、５０８に接したプラズマチャネル内のプラズマの周りにおいて形成されるようにスピニングパターンを確立するような方式により、プラズマチャンバ内に注入することができる。このガス注入方法は、入口結合部５０２ａにおけるプラズマチャネル内のプラズマとプラズマチャネル壁の間の相互作用を既に極小化していることから、ガスの進入及び離脱を有していない内部結合部５０２ｂ、５０２ｃの内角とは対照的に、入口結合部５０２ａの内角５３４が鈍角であることを保証することは重要ではない。いくつかの実施形態において、本発明のプラズマチャンバは、プロセスガスを受け取るべく１つの入口のみを有する。例えば、図３のガス入口３１０は、プラズマチャンバ３０２用の唯一のガス入口であり、且つ、図４のガス入口４１０は、プラズマチャンバ４０２用の唯一のガス入口である。プラズマチャンバ内の更なるガス注入構造及び場所は、必要とされない場合があり、その理由は、プラズマチャネルの内部結合部が、プラズマチャネルの壁との間のプラズマ相互作用を極小化するべく滑らかであり且つ鈍角であるからである。また、代替実施形態においては、プラズマチャネルの入口結合部も鈍角である。
【0031】
いくつかの実施形態において、図３の出口結合部３０５ｆ又は図４の出口結合部４０５ｈなどのガス出口が配設されている出口結合部の内角は、鈍角ではない。ガス出口を有する出口結合部を含む金属ブロックの場合に、離脱するガスの勢いが、通常、結合部壁からプラズマを持ち上げており、従って、更なるプラズマ－チャネル壁の相互作用を防止するための鈍角の角度を必要としてはいない。また、代替実施形態においては、プラズマチャネルの出口結合部も鈍角である。
【0032】
いくつかの実施形態において、複数のチャネルセグメント及び結合部を有するプラズマチャネルを形成する穿孔動作は、穿孔動作が遭遇する内部結合部の表面を滑らかにするための１つ又は複数の面取り動作によって後続されている。上述のように、プラズマチャネルの壁との間のプラズマの相互作用を極小化するべく、プラズマチャネルの形状は、６つ以上の辺を有する多角形などのように、実質的に丸い。これは、プラズマチャネルのそれぞれの内部結合部の面取り半径が極大化される必要があることを意味している。但し、プラズマを中心とした回転するガスフィールドを最良に伝播させるべく、内部結合部の鈍角の方向転換を通じて、実質的に一定の直径を有する大きな丸い断面が望ましい。これらの競合する設計目標は、面取りツールを使用して金属ブロック内において埋め込まれた内部結合部の半径に対するアクセスの保証という更なるニーズとの間において、バランスさせる必要がある。鈍角の内角を有するプラズマチャネルの内部結合部を形成することが、これらの目標を実現している。図６は、本発明のいくつかの実施形態による図５の金属ブロック５００内において埋め込まれたプラズマチャネル部分の異なるセクションを面取りするべく使用されうる例示用のツールを示している。図示のように、ロリポップ面取りツール６０２は、内部結合部５０２ｂ又は５０２ｃにおけるものなどの内部結合部の場所においてプラズマチャネルの壁を滑らかにするべく使用されている。例えば、ロリポップ面取りツール６０２は、内部結合部５０２ｃを面取りするためのツール経路６０６などの、金属ブロック５００の辺５１２に進入するか又はこれから離脱するツール経路に沿って内部結合部５０２ｂ又は５０２ｃの内径及び外径を面取りすることができる。内部結合部５０２ｂ又は５０２ｃの鈍角の内角は、直角を有する従来技術の内部結合部との比較において、ロリポップ面取りツール６０２に対する格段に良好なアクセスを提供している。これに加えて、入口結合部５０２ａを面取りするべく、ボールエンドミル６０４を使用することができる。図６において、ボールエンドミル６０４は、入口結合部５０２ａを面取りするべく経路６０８に沿って移動している間にツール６０４の先端が回転するのに伴う３つの異なる位置において示されている。いくつかの実施形態において、ロリポップ面取りツール６０２及びボールエンドミル６０４を使用した多角形トロイダルプラズマソースの様々な結合部の面取りは、ロボット機器を使用して完全に自動化されており、これにより、完全に自動化された面取りプロセスの費用及び反復可能性の利点を維持しつつ、埋め込まれた内部結合部場所に対するアクセスを大幅に増大させている。
【0033】
従って、図３のプラズマソース３００又は図４のプラズマソース４００などの本発明のプラズマソースの場合に、プラズマソース内のトロイダルプラズマソースの内部結合部を定義している鈍角の内角は、これらの内部結合部における大きな且つ滑らかな面取りとの組合せにおいて、プラズマチャネルを通じた丸いトロイダルガス経路を生成している。本発明のプラズマチャネルは、図１及び図２に示されている従来技術の矩形プラズマチャネルよりも格段に丸いトロイダル形状（例えば、図３の六角形形状又は図４の八角形形状）を有していることから、本発明のプラズマソースのプラズマチャネルは、本質的に、プラズマチャネルの結合部において壁に衝突するプラズマの発生に対して相対的に安定している。また、本発明のプラズマソースは、プラズマチャネル内のプラズマを中心とした保護用の回転ガス層を相対的に良好に維持し且つ伝播させ、これにより、ガス注入方式を単純化している。例えば、上述のように、プロセスガスを受け取るべく、図２のプラズマソース２００などの従来技術のプラズマソースにおける複数の入口の代わりに、１つのガス入口のみが必要とされている。更には、上述のように、ガス入口が配設されているプラズマチャネルの入口結合部は、鈍角である必要はない。入口結合部の内角は、鋭角又は直角であってよい。
【0034】
図７は、本発明のいくつかの実施形態による図５の金属ブロック５００内において埋め込まれたプラズマチャネル部分の内側のプロセスガスの例示用の伝播パターンを示している。図示のように、プロセスガスは、ガス入口５３２を介してプラズマチャネルに注入されている。いくつかの実施形態において、ガス入口５３２は、プラズマチャネルに対する唯一の入口である。ガス入口５３２は、入口５３２のエッジの周りの複数のまっすぐな孔７０２を含むように構築することができる。これらのまっすぐな孔７０２は、プラズマチャンバ内のプラズマが内部壁に衝突することを防止するべく、到来するガスに接した渦巻７０４を導入するように構成することができる。まっすぐな孔７０２を含む入口５３２の例示用の実施形態は、その内容のすべてが引用によって本明細書に包含されるマサチューセッツ州アンドーバに所在するＭＫＳインスツルメンツ社（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．，ｏｆ Ａｎｄｏｖｅｒ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）に譲渡された米国特許第６８７２９０９号明細書及び同第６３８８２２６号明細書において見出すことができる。チャネルの内部結合部５０２ｂ、５０２ｃの鈍角の内角５１６、５２４及び大きな滑らかな面取りと組み合わせられたプラズマチャネルの多角形トロイダル形状は、プロセスガスの接した渦巻７０４がチャネルを通じて伝播することを許容し、これにより、プラズマがチャネルの内部壁に衝突することを実質的に防止している。例えば、図７に示されているように、プロセスガスは、内部結合部５０２ｂ、５０２ｃを通じて移動している間にその渦巻パターンを維持することができる。対照的に、図１の従来技術の構造におけるような直角又は鋭角を有する従来技術の内部結合部は、プロセスガスの渦巻フローを破壊する可能性が高く、これにより、結合部の場所におけるプラズマチャネルの壁との間のプラズマの相互作用を可能にしている。
【0035】
別の態様において、本発明は、この場合にも図３のプラズマソース３００又は図４のプラズマソース４００などのその内部に埋め込まれた多角形トロイダルプラズマチャンバを有する実質的に金属ブロック組立体内において埋め込まれた変圧器を特徴としている。上述のように、埋め込まれたプラズマチャンバは、内部プラズマチャネルセグメント及び結合部が多角形（例えば、六角形又は八角形）プラズマチャネルをアライメントさせ且つこれを形成するように２つの以上の金属ブロックを組み立てることにより、構築することができる。図８は、本発明のいくつかの実施形態による金属ブロック３０６ａ、ｂ内に埋め込まれたトロイダルプラズマチャンバ３０２及び変圧器３２０を含む図３のプラズマソース３００の例示用の組立体の分解図を示している。２つの金属ブロック３０６ａ、ｂは、金属ブロック３０６内において埋め込まれた線形チャネルセグメント３０４がプラズマチャンバ３０２の多角形トロイダルプラズマチャネル３０３を形成するべくアライメントされるように、少なくとも２つのインターフェイス３１４ａ、ｂを介して互いに固定された方式によって装着することができる。いくつかの実施形態において、インターフェイス３１４ａ、３１４ｂのそれぞれは、セラミックＯリングの形態でありうる誘電体ブレーク８１２と、誘電体Ｏリング８１２との関係において同心状に位置決めされたポリマーＯリングの形態でありうる真空封止８１４と、を含む。
【0036】
いくつかの実施形態において、変圧器３２０は、（ｉ）フェライト部材の形態における１つ又は複数の磁気コア３０８と、（ｉｉ）１つ又は複数の一次巻線３０９と、を含む。また、フェライト部材３０８及び一次巻線３０９は、インターフェイス３１４ａ、ｂにおいて金属ブロック３０６ａ、ｂ内に埋め込むこともできる。一般に、それぞれのフェライト部材３０８は、金属ブロック３０６のペアの間のインターフェイス３１４において埋め込まれており、この場合に、それぞれのフェライト部材３０８は、プラズマチャネルセグメント３０４を取り囲むように適合されている。これに加えて、一次巻線３０９は、それぞれのフェライト部材３０８の少なくとも１つのセクションの周りを包み込み、且つ、プラズマチャンバ３０２の内径８１０に隣接した状態において位置決めされている。図８に示されているように、２つのフェライト部材３０８は、１つに積層され、且つ、インターフェイス３１４ａにおいて線形プラズマチャネルセグメント３０４ｃを取り囲んでおり、且つ、２つのフェライト部材３０８は、１つに積層され、且つ、インターフェイス３１４ｂにおいて線形プラズマチャネルセグメント３０４ｄを取り囲んでいる。
【0037】
いくつかの実施形態において、それぞれのフェライト部材３０８は、そのインターフェイス表面から且つ真空封止特徴８１４の周りにおいて金属ブロック３０６内に機械加工されたフェライトポケット８０２内において配設されている。具体的には、フェライトポケット８０２は、可能な限り小さな空間を伴ってフェライト部材３０８のセクションの周りにおいて包み込まれた一次巻線２０９と共に少なくとも１つのフェライト部材３０８を収容するように構成することができる。いくつかの実施形態において、インターフェイス３１４ａ、ｂに沿ったプラズマチャンバ３０２の内径８１０における金属ブロック３０６ａ、ｂの厚さは、伝導性の冷却を促進するべく、その他の場所における金属ブロック３０６ａ、ｂの厚さを上回っている。図８においては、拡大された厚さを有する金属ブロック３０６ａ、ｂのエリア８２０は、丸で囲まれている。一般に、プラズマチャンバ３０２内のプラズマが内径８１０に近接した状態において進む傾向を有し、これにより、外径８１６に沿ったものよりも格段に大きな熱流束を内径８１０に沿って生成するという事実に起因し、プラズマソース３００内の最も温度が高い場所の１つは、プラズマチャンバ３０２の内径８１０に沿っている。これに加えて、有効な冷却を提供するべく内径８１０に十分に近接するように冷却構造を配置することは、かなり困難である。従って、フェライト部材３０８の台形セクション９０４に隣接したエリア８２０内のフェライトポケット８０２の周りの（即ち、プラズマチャンバ３０２の内径８１０に隣接した）金属ブロック３０６ａ、ｂの厚さを増大させることは、増大した伝導を通じて熱の除去を促進することができる。図示のように、この厚さは、フェライト部材３０８を収容するべく、特に、フェライト部材３０８の台形セクション９０４を収容するべく、使用されるポケット８０２の形状によって制御することができる。いくつかの実施形態において、後述する冷却システムによってしばしば冷却されている金属ブロック３０６に対するフェライト部材３０８の適切な熱結合を保証するべく、それぞれのフェライトポケット８０２の空間を充填するために、熱グリース、薄膜、又はポッティング材料などの熱インターフェイス媒体が使用されている。
【0038】
２つのインターフェイス３１４ａ、ｂにおいて２つの金属ブロック３０６ａ、ｂを結合した際に、それぞれのインターフェイスは、個々のポケット８０２内においてフェライト部材３０８及び一次巻線３０９を実質的に収容するべく、個々のフェライトポケット８０２からフェライトチャンバ８０４を形成している。従って、変圧器３２０のフェライト部材３０８及び一次巻線３０９は、２つの金属ブロック３０６ａ、ｂ内において実質的に埋め込まれている。図示のように、フェライト部材３０８の積層された構成をそれぞれのフェライトチャンバ８０４内において形成することができる。それぞれのフェライトチャンバ８０４の空間は、熱インターフェイス材料によって充填することができる。いくつかの実施形態において、それぞれのフェライトポケット８０２は、少なくとも１つのフェライト部材３０８を収容しており、これは、結果的に得られるフェライトチャンバ８０４が、それぞれの金属ブロックインターフェイスにおいて２つ以上のフェライト部材３０８を封入していることを意味している。代替実施形態においては、フェライトチャンバ８０４は、それぞれの金属ブロックインターフェイスにおいて１つのフェライト部材３０８を封入している。
【0039】
いくつかの実施形態において、それぞれのフェライト部材３０８は、冷却及び磁気性能を極大化するのみならずフットプリント及び材料の浪費を極小化する形状を生成するようにカスタム成形されている。図９は、本発明のいくつかの実施形態による図８の変圧器３２０のフェライト部材３０８の例示用の形状を示している。このような形状は、図８に示されている変圧器３２０の構成と互換性を有しており、この場合に、一次巻線３０９は、一次巻線３０９のリード８１４がプラズマチャンバ３０２の中心との間において進入及び離脱する状態においてプラズマチャンバ３０２の内径８１０上において配置されている。図９に示されているように、成形されたフェライト部材３０８は、境界線９０６によって分離された丸い環状セクション９０２及び台形セクション９０４を含む一体的な部品である。丸い環状セクション９０２は、プラズマチャンバ３０２の外径８１６に隣接した状態において位置決めされており、且つ、フェライト部材３０８を収容する金属ブロック３０６のサイズ及びフットプリントを極小化するように外径８１６に隣接した状態において延在するように設計されている。フェライト部材３０８の台形セクション９０４は、プラズマチャンバ３０２の内径８１０に隣接した状態において位置決めされており、且つ、プラズマチャンバ３０２の内径８１０から離れるように一次巻線３０９を運動させると共に変圧器３２０内におけるフェライト材料の結合の合計量を増大させつつ一次巻線３０９用の空間を提供するように設計されている。
【0040】
いくつかの実施形態においては、図８及び図９との関係において上述した変圧器３２０に類似した変圧器構造４２０が、図４のプラズマソース４００について構築されている。図４に示されているように、フェライト部材４０８及び一次巻線４０９を含む変圧器４２０は、インターフェイス４１４ａ～ｄにおいて、金属ブロック４０６ａ～ｄ内において実質的に埋め込まれている。具体的には、それぞれのインターフェイスにおいて、フェライトチャンバ（図示されてはいない）は、少なくとも１つのフェライト部材４０８及びその一次巻線４０９を封入するように形成されており、この場合に、それぞれのフェライトチャンバは、図８のフェライトチャンバ８０４と実質的に同一である。更には、当業者には明瞭に理解されるように、類似の変圧器構造は、本発明の任意の多角形トロイダルプラズマソースについて構築することができる。
【0041】
別の態様において、本発明は、本発明の多角形トロイダルプラズマソースを冷却するシステム及び方法を特徴としている。従来は、金属ブロック内に埋め込まれたプラズマチャンバ内においてプラズマによって生成された高熱を低減するべく、１つ又は複数のコールドプレートがそれぞれの金属ブロック上にクランプされている。また、従来の冷却システムは、フェライト部材及び一次巻線を含む変圧器の形態における第２熱源用の更なる冷却構造をも必要としている。例えば、従来の冷却システムを有する従来技術のプラズマソースにおいて、コールドプレートは、金属ブロックの反対側に直接的にクランプされている。従って、コールドプレートの１つの表面のみが単一の次元において金属ブロックを冷却している。これに加えて、従来技術のプラズマソースの変圧器のフェライト部材は、冷却された金属ブロックの外側に配置された少なくとも１つの部分を有していることから、変圧器を冷却するべく、ヒートシンク、コールドプレート、又はヒートパイプなどの別個の指定された冷却構造が使用されており、これが更なる複雑性及び費用をもたらしている。
【0042】
対照的に、本発明の多角形トロイダルプラズマソースの場合には、フェライト部材及び一次巻線を含む変圧器が実質的に金属ブロック組立体の内側において埋め込まれている。これは、変圧器に専用の更なる冷却構造に対するニーズを除去しており、これは、プラズマソースの複雑性及び費用を低減している。いくつかの実施形態においては、金属ブロック組立体を冷却するべく、１つ又は複数のコールドプレートなどの冷却構造のみが使用されており、次いで、この金属ブロック組立体が、その内部に埋め込まれた変圧器を冷却している。また、いくつかの実施形態においては、金属ブロック組立体用の冷却構造は、金属ブロック内において実質的に埋め込まれており、従って、冷却構造の複数の側部（それぞれのコールドプレートの３つの側部）によって金属ブロック組立体を冷却する能力を有する。これは、複数の次元における熱フローを可能にすることによって熱源に対する伝導性経路を低減すると共に金属ブロックに対する伝導性エリアを増大させることにより、冷却の効率を大幅に改善している。
【0043】
図１０ａ及び図１０ｂは、それぞれ、本発明のいくつかの実施形態による結合された冷却システムを有する図３のプラズマソース３００の等角図及び断面図を示している。図示のように、２つのコールドプレート１００２が、全体的に、それぞれの金属ブロック３０６の反対側の外部表面に装着されており、この場合には、合計で４つのコールドプレート１００２が２つの金属ブロック３０６ａ、ｂを冷却するべく使用されている。これらのコールドプレート１００２は、プラズマソース３００のプラズマチャンバ３０２内のプラズマによって生成された高熱負荷を散逸させるように構成されている。金属ブロック３０６内において埋め込まれた変圧器３２０は、更なる熱負荷を構成しているのみならず、フェライト部材３０８の動作温度の限度に起因して相対的に厳しい温度要件を生成している。いくつかの実施形態においては、増大した冷却要件を充足するべく、コールドプレート１００２が金属ブロック３０６内において少なくとも部分的に埋め込まれている。図示のように、２つの凹部１００４がそれぞれの金属ブロック３０６の反対側において機械加工されており、この場合に、それぞれの凹部１００４は、コールドプレート１００２を受け入れるように寸法設定されている。金属ブロック３０６は、その内部に埋め込まれた変圧器３２０を有するように十分大きいものである必要があることから、コールドプレート１００２を収容するための凹部１００４を機械加工するべく、それぞれの金属ブロック３０６内には、十分な未使用の容積が存在している。このような凹入した構造は、金属ブロック３０６を冷却するべくそれぞれのコールドプレート１００２の少なくとも３つの側部１００６を利用することによって２次元冷却を促進しており、この場合に、これらの側部は、コールドプレート１００２と金属ブロック３０６の間のインターフェイスを表している。更には、図１０ａ及び図１０ｂに示されているように、それぞれのコールドプレート１００２の少なくとも１つの側部は、変圧器３２０の一部分を収容しているフェライトチャンバ８０４に隣接しており、従って、変圧器部分を効果的に冷却している。また、少なくとも２つの熱源－プラズマチャンバ３０２及び変圧器３２０－の加熱された表面１００８に近接するように冷却表面１００６を運動させることにより、改善された冷却が実現されている。いくつかの実施形態においては、熱インピーダンスを低減するべく且つ機械的公差について補償するべく、グリース、薄膜、又はパッドのなどの熱インターフェイス材料が冷却表面１００６に適用されている。
【0044】
図１０ａ及び図１０ｂを参照して上述した冷却システムは、いくつかの辺を有する多角形トロイダルプラズマソースに対して一般化することができる。例えば、プラズマソース内において使用されているそれぞれの金属ブロックごとに、プラズマチャンバ及び変圧器の埋め込まれた部分を含む金属ブロック用の冷却を提供するべく、２つのコールドプレートを凹入させることができると共に金属ブロックの外部表面に装着することができる。
【0045】
図１１は、本発明のいくつかの実施形態による図３のプラズマソース３００又は図４のプラズマソース４００などの多角形トロイダルプラズマソースを製造する例示用のプロセス１１００を示している。プロセス１１００は、プラズマソースを構築するべくアルミニウムブロックなどの複数の金属ブロックを提供することにより、ステップ１１０２において開始している。例えば、六角形プラズマソースの場合には、少なくとも２つの金属ブロックが使用されている。八角形プラズマソースの場合には、少なくとも４つの金属ブロックが使用されている。
【0046】
ステップ１１０４において、プラズマチャンバがブロック内において実質的に埋め込まれるように、多角形トロイダルプラズマチャンバが金属ブロック内に機械加工されている。これは、ステップ１１０４ａにおいて、図５及び図６を参照して上述した方式を使用するなどにより、結合部によって接続された複数の線形チャネルセグメントを金属ブロック内に穿孔するステップを含みうる。一般的に、入口結合部、出口結合部、又は内部結合部でありうるそれぞれの結合部は、線形チャネルセグメントのペアを接続している。ステップ１１０４ｂにおいて、ガス入口が入口結合部上において配設されている。一般に、多角形トロイダルプラズマチャンバは、プロセスガスを受け取るための１つ又は複数の入口を有することができる。プロセスガスは、到来するガスに接した渦巻を導入するように、入口を介してプラズマチャンバ内に注入することができる。ステップ１１０４ｃにおいて、ガス出口が出口結合部上において配設されており、この場合に、ガス出口は、プロセスガスの少なくとも一部分がプラズマチャンバから離脱することを許容するように構成されている。いくつかの実施形態において、それぞれの金属ブロックは、その内部に埋め込まれた少なくとも１つの結合部及び２つの接続チャネルセグメントを含むように機械加工されている。例えば、ガス入口又は出口を収容している金属ブロックの場合には、ブロックは、その接続しているチャネルセグメントと共に、少なくとも３つの結合部（入口又は出口結合部及び少なくとも２つの内部結合部）を含むように機械加工されている。中間セクションの金属ブロックの場合には、２つの接続している線形チャネルセグメントと共に少なくとも１つの内部結合部を含むように、それぞれを機械加工することができる。
【0047】
ステップ１１０４ｄにおいて、プラズマチャンバの内部結合部は、鈍角である、即ち、約９０度超である内角を生成するように形成されている。鈍角の角度は、プラズマチャネルの結果的に得られる多角形形状が実質的に丸くなることを許容しており、これは、上述の多くのその他の利益に加えて、プラズマ－チャネル壁の相互作用を極小化している。ステップ１１０４ｅにおいて、金属ブロックは、その内部にチャネルセグメント及び結合部が機械加工された後に、トロイダルプラズマチャンバを形成するべくアライメントされ且つ組み立てられている。
【0048】
ステップ１１０６において、変圧器は、図８との関係において上述した方式を使用するなどにより、金属ブロック内において埋め込まれている。例えば、２つの金属ブロックの間のそれぞれのインターフェイスにおいて、フェライト部材のセクションの周りにおいて包み込まれた状態において一次巻線を有する少なくとも２つのフェライト部材を収容するように、フェライトチャンバを金属ブロック内に機械加工することができる。それぞれのフェライト部材は、プラズマチャネルの線形チャネルセグメントを取り囲むように且つ図９との関係において先ほど図示及び記述した形状を有するように、構築することができる。
【0049】
いくつかの実施形態において、プロセス１１００は、図１０ａ及び図１０ｂを参照して上述したように、それぞれのコールドプレートが金属ブロック内において少なくとも部分的に埋め込まれる（例えば、凹入する）ように、金属ブロックに１つ又は複数のコールドプレートを結合するステップを更に含む。これらのコールドプレートは、埋め込まれたプラズマチャンバ及び変圧器の両方を含む金属ブロック組立体を冷却するように適合されている。
【0050】
上述のように、本発明の多角形トロイダルプラズマソースは、チャネル内の誘電体被覆の相対的に低い侵食レートをもたらしうるプラズマチャネル内のプラズマとプラズマチャネルの壁の間における相互作用の発生を低減し、その結果、生成される相対的に少ない数の粒子、相対的に少ない数の誘電体障壁障害、及び相対的に長い装置の寿命をもたらしている。この低減は、ガス経路に沿ったプラズマチャネルの内部結合部において鈍角の内角及び滑らかな大きな面取りを有する、６つ以上の辺を有するなどの、実質的に丸い多角形トロイダルプラズマチャネルを生成することにより、実現することができる。更には、この形状は、プラズマチャネルに沿った複数の場所においてガス注入を分散させるニーズを除去することにより、プラズマチャンバ内へのガス注入を単純化させ且つ改善している。その代わりに、いくつかの実施形態においては、複数の注入サイトを有するプラズマチャネルと同一のガス伝播品質を実質的に維持しつつプロセスガスを受け取るべく、単一のガス入口のみが使用されている。この結果、本発明のプラズマソースの場合には、相対的に少ない数の部分及び封止が存在しており、これにより、相対的に低い費用及び相対的に高い信頼性をもたらしている。これに加えて、本発明は、金属ブロック及び変圧器用の別個の冷却メカニズムを使用している複雑な冷却システムに対するニーズを除去している。このような低減は、相対的に少ない数の部分、相対的に低い費用、及びプラズマソースの相対的に良好な冷却を結果的にもたらしている。これは、金属ブロックの内側に変圧器を埋め込むことによって金属ブロック内に埋め込まれた変圧器及びプラズマチャンバの両方を冷却するべく１つの冷却構造のみ（例えば、１つ又は複数のコールドプレート）を使用することにより、実現することができる。更には、本発明の凹入した／埋め込まれた冷却能力は、冷却表面を増大させると共にプラズマソース内の熱源までの伝導性経路を低減しており、これにより、冷却性能を改善し、プラズマソースの動作空間を延長し、且つ、変圧器用の更なる冷却構造の除去を促進している。
【0051】
以上、特定の実施形態を参照し、本発明について具体的に図示及び記述したが、当業者は、添付の請求項によって定義されている本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、これらにおいて形態及び詳細における様々な変更が実施されうることを理解するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10a】
【図10b】
【図11】
【国際調査報告】