JP7787282B2 - プラズマ発生のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、プラズマ源内に局所的プラズマの１つ以上の領域を生成するように構成されたプラズマ源に関する。

化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを含む堆積プロセスは、半導体デバイスの製造において一般的に使用される。例えば、典型的なＣＶＤプロセスでは、反応ガスが反応チャンバ内に導入され、加熱された基板に向けられて、制御された化学反応を誘発し、その結果、基板の表面上に薄膜が堆積される。堆積プロセス中、チャンバ圧力は、反応チャンバから下流に接続された真空バルブなどの１つ以上の機械装置によって正確に制御される。例えば、隔離バルブは、典型的には、反応チャンバの排気ガスポートに直接接続され、スロットルバルブは、隔離バルブから下流に位置し、真空ポンプは、隔離バルブ及びスロットルバルブの両方から更に下流に位置する。反応チャンバと真空ポンプとの間の配管（例えば、パイプライン及びバルブ）は、一般に、フォアライン、粗引きライン、又は真空ポンプラインと呼ばれる。

堆積プロセスの間、スロットルバルブは、開位置と閉位置との間で周期的に切り替わって、反応チャンバ内部のガス圧を調整することができる。反応ガスから生成された材料の大部分は、反応チャンバ内の基板表面上に堆積される。しかしながら、一部の材料は、スロットルバルブ上などの反応チャンバの外側の表面にも堆積する。望ましくない材料がスロットルバルブ上に蓄積すると、スロットルバルブの有効寿命は、例えば、シール摩耗の発生、負荷追加、高トルク駆動システムの必要性、及びコンダクタンス特性の変化によって減少する可能性がある。最終的に、スロットルバルブ上への望ましくない材料の堆積は、バルブの正確な動作を低下させ、それによって反応チャンバ内部のガス圧を制御するバルブの能力を低下させる。真空ポンプラインに沿った他の真空バルブは、望ましくない材料の堆積によって同様に影響を受ける可能性がある。加えて、閉ループ圧力制御中のスロットルバルブの位置は、有用な診断情報を提供することができる。しかしながら、バルブ位置は堆積物の量によって変化するので、バルブ上の望ましくない堆積物は、システムにおける他の変化の指標としてのバルブ位置決めの有用性を制限する可能性がある。

典型的には、操作者は、洗浄又は交換のために機械システム内のバルブを手動で取り外す必要がある。これは、ツールの停止時間及びフォアライン配管の通気を必要とする。代替として、遠隔プラズマ源が、ポンプ及びフォアライン洗浄のために使用されており、プラズマ出力は、フォアラインに指向されるが、最適化され標的化された構成要素洗浄を提供するように、バルブにあまり近くない。

更に、ウェハ堆積プロセス中に、反応ガスから生成された不要な材料も、反応ガスがポンプラインを通して処理チャンバから排出される際に、真空ポンプラインに沿って堆積する可能性がある。スロットルバルブと同様に、真空ポンプライン内の望ましくない材料の蓄積は、ポンプライン及び他の下流の機器を詰まらせること、関連する真空ポンプの通常の動作を妨げること、真空ポンプの有効寿命を短くすること、及び処理チャンバ内の処理ステップを汚染することを含む、多くの問題を引き起こす可能性がある。

円筒形プラズマ発生器は、バルブ／ポンプライン洗浄に利用可能であることが知られているが、これらの装置の放電ギャップは、円筒形構造の長手方向軸線に沿っており、結果として生じる放電電流は、構造の供給（例えば、電力供給）電極及び戻り（例えば、接地）電極の両方に平行である。より具体的には、これらの装置では、供給電極及び戻り電極は典型的にはガス流方向に平行であり、放電ギャップは明確に画定されていない。したがって、結果として生じる放電電流の大部分は、電圧が最も低くなる傾向があり総エネルギーが最小になる、供給電極の縁部に集中する。これにより、供給電極の縁部に、集中した浸食が生じる。他の既知のプラズマ発生器は、発生器の入力ポートと出力ポートとの間の見通し線の欠如（例えば、ラビリンス構造）、構造及び／又は材料組成の複雑さによる製造の複雑さ、並びにプラズマを点火することが困難であり得るプラズマ発生のための誘導結合の使用に起因して、コンダクタンスに限度がある。

したがって、容量性放電に基づいてプラズマを生成することができるプラズマ発生器であって、実質的に均一な電流密度をその中に生成するように構成された１つ以上の実質的に均一な放電ギャップを含むプラズマ発生器が必要とされている。いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるプラズマ発生器は、堆積がポンプラインにとって問題となる１つ以上のターゲット位置で局所的プラズマを生成するために、ポンプラインと一体化するように適切に構成される。例えば、プラズマ発生器は、最大化されたポンピングコンダクタンスを有するパイプ状構造とすることができる。

一態様では、入力ポート、出力ポート、及び入力ポートと出力ポートとの間の中心長手方向軸線に沿って延びる少なくとも１つの放電セクションを画定する、本体を含むプラズマ源が提供される。少なくとも１つの放電セクションは、中心長手方向軸線に垂直に配置された第１の内径を有する第１の略円筒形の内部容積を画定する戻り電極と、供給電極を備える供給プレートとを含む。供給プレートは、中心長手方向軸線に垂直に配置された第２の内径を有する第２の略円筒形の内部容積を画定する。少なくとも１つの放電セクションはまた、中心長手方向軸線に垂直に配置された第３の内径を有する第３の略円筒形の内部容積を画定する少なくとも１つのスペーサを含む。第３の内径は、第１又は第２の内径とは異なる。少なくとも１つの放電セクションは、中心長手方向軸線に沿って戻り電極と供給プレートとの間に配置されたスペーサから形成され、その中にプラズマを発生させるための略円筒形の放電ギャップを画定する。第１、第２及び第３の内部容積は、放電セクションにおいて同じ中心長手方向軸線を共有する。

別の態様では、プラズマ源を製造する方法が提供される。この方法は、少なくとも１つの放電セクションを組み立てることを含み、この組み立てることは、中心長手方向軸線に垂直に配置された第１の内径を有する第１の略円筒形の内部容積を画定する戻り電極を提供することと、供給電極を備える供給プレートを提供することとを含む。供給プレートは、中心長手方向軸線に垂直に配置された第２の内径を有する第２の略円筒形の内部容積を画定する。少なくとも１つの放電セクションを組み立てることはまた、中心長手方向軸線に垂直に配置された第３の内径を有する第３の略円筒形の内部容積を画定する少なくとも１つのスペーサを提供することであって、第３の内径は第１又は第２の内径とは異なる、提供することと、中心長手方向軸線に沿って戻り電極と供給プレートとの間にスペーサを配置して、その中にプラズマを発生させるための略円筒形の放電ギャップを画定することとを含む。第１、第２及び第３の内部容積は、放電セクションにおいて同じ中心長手方向軸線を共有する。本方法は更に、入力ポート、出力ポート、及び入力ポートと出力ポートとの間の中心長手方向軸線に沿って延びる少なくとも１つの放電セクションを備える、本体を形成することを含む。

上記の態様のいずれも、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、供給プレートは、供給電極を横方向に囲む少なくとも１つの誘電体部材を更に備える。いくつかの実施形態では、供給プレートの少なくとも１つの誘電体部材は、リング状の供給電極を横方向に取り囲むように構成されたリング状バリア誘電体部材である。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの放電セクションは、中心長手方向軸線に沿って供給プレートに隣接して配置されたリング状の分離誘電体部材を更に備える。

いくつかの実施形態では、戻り電極の第１の内径及び供給プレートの第２の内径は、実質的に同じである。いくつかの実施形態では、スペーサの第３の内径は、第１及び第２の内径よりも大きく、その結果、スペーサの内部容積の一部は、戻り電極及び供給プレートに対して横方向に凹んでいる。いくつかの実施形態では、放電ギャップは、スペーサの内部容積の凹部に配置される。いくつかの実施形態では、放電ギャップは、戻り電極の側面と供給プレートの側面との間で長手方向に境界付けられ、スペーサによって横方向に境界付けられる。いくつかの実施形態では、放電は、戻り電極の側面と供給プレートの側面との間の放電ギャップ内に形成され、放電電流は、中心長手方向軸線に平行に、かつ側面に垂直に流れるように適合される。いくつかの実施形態では、放電電流の電流密度は、中心長手方向軸線の周囲で実質的に均一である。

いくつかの実施形態では、戻り電極は電気的に接地される。いくつかの実施形態において、放電セクションの少なくとも１つのスペーサは、中心長手方向軸線に沿って接合された複数のスペーサを含む。いくつかの実施形態では、スペーサは、非導電性材料から作られる。

いくつかの実施形態では、プラズマ源の本体は、中心長手方向軸線に沿って配置された複数の放電セクションを備える。いくつかの実施形態では、複数の放電セクションは、プラズマのそれぞれを発生させるために、中心長手方向軸線に沿って複数の不連続放電ギャップを形成する。いくつかの実施形態では、複数の放電ギャップは実質的に均一である。

いくつかの実施形態では、戻り電極、供給プレート、及び少なくとも１つのスペーサは、同時焼成又は接着のうちの１つによって接合される。
上述した本発明の利点は、更なる利点と共に、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによってより良く理解することができる。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、概して、本技術の原理を示すことに重点が置かれている。

それぞれ、本発明のいくつかの実施形態による例示的なプラズマ源の断面図、外観図及び分解図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による、図１ａ～図１ｃのプラズマ源の供給プレートの例示的な構造を示す。 本発明のいくつかの実施形態による、図１ａ～図１ｃのプラズマ源を組み立てるための例示的なプロセスを示す。 それぞれ、本発明のいくつかの実施形態による別の例示的なプラズマ源の断面図、外観図及び分解図を示す。 本発明のいくつかの実施形態による、図４ａ～図４ｃのプラズマ源の本体の例示的な構成を示す。 本発明のいくつかの実施形態による、図１ａ～図１ｃのプラズマ源の内部容積内に維持される例示的なガス流パターンを示す。

概して、本明細書に記載のプラズマ源は、局所的プラズマ放電を発生させるための誘電体バリア放電構造を含むことができる。誘電体バリア放電構造は、（ｉ）供給電極、（ｉｉ）供給電極に隣接して配置された戻り電極、及び（ｉｉｉ）供給電極と戻り電極との間など、供給電極及び戻り電極に近接したバリア誘電体材料、によって形成することができる。高電圧交流電流を供給電極と戻り電極との間に供給して誘電体バリア放電構造を活性化し、それによって誘電体バリア放電構造内に局所的なプラズマを発生させることができる。いくつかの実施形態では、結果として生じるプラズマの電力は、約２０ワット～約１０００ワットである。更に、本明細書で説明する供給電極は、概して、接続された電源から正電圧、例えば約３００～約２０００Ｖを受け取る電極を指す。戻り電極は、概して、供給電極に比べてより低い電圧で維持される電極を指す。例えば、戻り電極は、電気的に接地され得るか、浮いている（すなわち、電源に接続されていない）か、又は供給電極に対して負電圧にバイアスされ得る。いくつかの実施形態では、誘電体バリア放電構造の供給電極及び戻り電極は両方とも、バリア誘電体材料に埋め込まれ、戻り電極は、電気的に接地されるか、又は接地されない（例えば、浮いている）。いくつかの実施形態では、供給電極はバリア誘電体材料に埋め込まれ、一方、電気的に接地された戻り電極はバリア誘電体材料の外部にある。埋め込み電極アセンブリは、概して、バリア誘電体材料を含み、バリア誘電体材料に埋め込まれた戻り電極又は供給電極のうちの少なくとも１つを有する構造を指す。

図１ａ、図１ｂ及び図１ｃは、それぞれ、本発明のいくつかの実施形態による例示的なプラズマ源１００の断面図、外観図及び分解図を示す。プラズマ源１００は、入力ポート１０６と、出力ポート１０８と、入力ポート１０６と出力ポート１０８との間の中心長手方向軸線Ａに沿って延び、その周りに配置された少なくとも１つの放電セクション１０４と、を画定する本体を含む。各放電セクション１０４は、戻り電極１１６と、１つ以上のスペーサ１１４と、供給プレート１０２と、長手方向軸線Ａに沿って概して積層構成で配置された任意選択の分離誘電体部材１２２とを含むことができる。

いくつかの実施形態において、各放電セクション１０４の供給プレート１０２は、中心長手方向軸線Ａに垂直な内径１４２を画定する略円筒形の内部容積１４０を有する。図２は、本発明のいくつかの実施形態による、図１ａ～図１ｃのプラズマ源１００の供給プレート１０２の例示的な構造を示す。図示のように、供給プレート１０２は、リング状とすることができ、少なくとも１つのリング状誘電体部材２０２によって横方向／半径方向に取り囲まれたリング状供給電極２０４を含むことができる。例えば、外側リング状誘電体部材２０２ａは、供給電極２０４の外周を実質的に囲むことができ、及び／又は内側リング状誘電体部材２０２ｂは、供給電極２０４の内周を実質的に囲むことができる。いくつかの実施形態では、内側リング状誘電体部材２０２ｂの半径方向幅は、約０．０６インチであり、それにより供給電極２０６は、この幅だけ供給プレート１０２の内周から後退している。したがって、供給電極２０４は、２つの誘電体部材２０２の間に半径方向に挟まれ／埋め込まれ得る。いくつかの実施形態では、誘電体部材２０２ａ、２０２ｂの一方又は両方が存在する。代替実施形態では、供給プレート１０２内に誘電体部材が存在せず、その場合、供給プレート１０２は、供給電極２０４のみからなる。更に、供給プレート１０２は、供給電極２０４と電源（図示せず）との間の電気的接触を確立するように構成された、供給電極２０４の外向きに延びる部分を組み込む、外向きに延びるフランジ２０６を含むことができる。例えば、動作中、例えば約３００～約２０００Ｖの正電圧をフランジ２０６を介して供給電極２０４に印加することができる。供給電極２０４は、導電性材料、例えば銅から作ることができる。誘電体部材２０２は、セラミック材料などの非導電性材料から構成されたバリア誘電体部材とすることができる。

図１ａ～図１ｃに戻って参照すると、各放電セクション１０４はまた、少なくとも１つのスペーサ１１４を含み、このスペーサ１１４は、リング状とすることができ、中心長手方向軸線Ａに垂直な内径１４６を画定する略円筒形の内部容積１４４を有する。いくつかの実施形態では、各スペーサ１１４の内径１４６は、供給プレート１０２の内径１４２よりも大きい。いくつかの実施形態では、各スペーサ１１４は、セラミック材料などの非導電性材料から作られる。

各放電セクション１０４は、戻り電極１１６を更に含むことができ、戻り電極１１６は、リング状であり得、中心長手方向軸線Ａに垂直な内径１５０を画定する略円筒形の内部容積１４８を有する。いくつかの実施形態では、各戻り電極１１６の内径１５０は、各スペーサ１１４の内径１４６よりも小さい。いくつかの実施形態では、各戻り電極１１６の内径１５０は、各供給プレート１０２の内径１４２とほぼ同じである。戻り電極１１６は、導電性材料、例えば、銅から作ることができる。いくつかの実施形態では、戻り電極１１６は電気的に接地される。

いくつかの実施形態では、各放電セクション１０４は、各放電セクション１０４の供給プレート１０２に隣接して、例えば長手方向軸線Ａに沿って供給プレート１０２の隣に物理的に接触して配置された分離誘電体部材１２２を更に含む。いくつかの実施形態では、分離誘電体部材１２２は、非導電性材料、例えばセラミック材料から作られる。いくつかの実施形態では、図１ａ～図１ｃに示すように、各分離誘電体部材１２２はリング状であり、中心長手方向軸線Ａに垂直な内径１５４を画定する略円筒形の内部容積１５２を有する。各分離誘電体部材１２２の内径１５４は、供給プレート１０２の内径１４２とほぼ同じとすることができる。

図１ａ～図１ｃに示すようなプラズマ源１００の放電セクション１０４の例示的な構成では、少なくとも１つのスペーサ１１４が、戻り電極１１６と供給プレート１０２との間に長手方向軸線Ａに沿って積層されて配置され、供給プレート１０２、スペーサ１１４及び戻り電極１１６のそれぞれの内部容積１４０、１４４、１４８が同心であり、同じ中心長手方向軸線Ａを共有するようになっている。したがって、少なくとも１つのスペーサ１１４が、戻り電極１１６と供給プレート１０２との間に長手方向に挟まれている。この構成では、スペーサ１１４の内径１４６は、供給プレート１０２の内径１４２及び戻り電極１１６の内径１５０よりも大きいので（直径１４２及び１５０は実質的に同じであり得る）、スペーサ１１４の内部容積１４４の一部は、供給プレート１０２及び戻り電極１１６の内部容積１４０、１４８に対して半径方向に凹んでいる。これにより、スペーサ１１４の内部容積１４４内に、プラズマを生成するための放電ギャップとして機能することができるリング状凹部領域１２０が形成される。したがって、放電ギャップ１２０は、戻り電極１１６の側面と供給プレート１０２の側面との間で長手方向に境界付けられ、スペーサ１１４の内側垂直面によって横方向に境界付けられる。いくつかの実施形態では、２つ以上のスペーサ１１４（例えば、図１ａ～１ｃに示されるような２つのスペーサ１１４）が、中心長手方向軸線Ａに沿ってともに積層され、戻り電極１１６と供給プレート１０２との間に挟まれて、各放電セクション１０４内の放電ギャップ１２０を拡大する。概して、放電ギャップ１２０の寸法は、放電セクション１０４内に存在するスペーサ１１４の数を増減することによって、及び／又は各スペーサ１１４の内径１４６の長さを変えることによって調整することができる。

更に、放電セクション１０４の積層配置では、分離誘電体部材１２２は、誘電体部材１２２及び供給プレート１０２の内部容積１５２、１４０が実質的に位置合わせされ、同心円状になるように、長手方向軸線Ａに沿って供給プレート１０２の隣に任意選択で配置することができる。この構成では、供給プレート１０２の一方の側面が放電ギャップ１２０に面し、供給プレート１０２の反対側の側面が分離誘電体部材１２２と物理的に接触している。したがって、分離誘電体部材１２２及び供給プレート１０２は、埋め込み電極アセンブリを形成することができ、供給電極２０４は、供給プレート１０２のバリア誘電体部材２０２と供給プレート１０２に隣接する分離誘電体部材１２２との間に埋め込まれる。加えて、各放電セクション１０４は、（ｉ）バリア誘電体部材２０２及び分離誘電体部材１２２に埋め込まれた供給電極２０４を備える埋め込み電極アセンブリと、（ｉｉ）埋め込み電極アセンブリの外部に配置された（例えば、放電ギャップ１２０によって埋め込み電極アセンブリから分離された）戻り電極１１６とを含む、誘電体バリア放電構造を形成することができる。

放電セクション１０４が作動すると、戻り電極１１６の側面と供給プレート１０２の側面との間の各放電ギャップ１２０内に放電電流を形成することができる。より具体的には、放電電流は、側面間の中心長手方向軸線Ａに平行に、したがって、側面の両方に実質的に垂直な方向に流れることができる。いくつかの実施形態では、放電ギャップ１２０内の放電電流の電流密度は、中心長手方向軸線Ａの周りで実質的に均一であり、その結果、各放電ギャップ１２０は、その全放電面積を最適に利用して、実質的に均一な電流密度を生成することができる。各放電ギャップ１２０は放電電流が均一に分布するように構成されているので、構造浸食はより均一に分布し、プラズマ源１００の寿命が長くなる。更に、バリア放電が、放電セクション１０４内の埋め込み電極アセンブリの供給プレート１０２、戻り電極１１６、及び／又は分離誘電体部材１２２を通って侵食する場合であっても、真空容器の完全性は依然として維持される。いくつかの実施形態では、各放電ギャップ１２０は、６７Ｐａ～約６７０Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ～約５Ｔｏｒｒ）の圧力で動作される。

いくつかの実施形態では、プラズマ源１００は、中心長手方向軸線Ａに沿って積層して（例えば、一連の積層されたリングを形成するように）配置された複数の放電セクション１０４を含み、放電セクション１０４は、同心であり、同じ中心長手方向軸線Ａを共有する。複数の放電セクション１０４は、それらのそれぞれの放電ギャップ１２０内に離散した不連続な局所的プラズマを形成するように構成される。いくつかの実施形態では、複数の放電セクション１０４の放電ギャップ１２０は、長手方向軸線Ａに沿ってプラズマの実質的に均一な領域を生成するために、寸法が実質的に均一である（例えば、同じ数／タイプのスペーサ１１４が使用される）。概して、プラズマ源１００内により多くの放電セクションが存在するほど、プラズマ源１００によってより高い電力が生成される。いくつかの実施形態では、図１ａ～図１ｃに示すように、複数の放電セクション１０４の戻り電極１１６は、それらのそれぞれの電気接点１３４を介して、積層された放電セクション１０４に近接して配置されて長手方向軸線Ａに実質的に平行に配向された導電性バスバー１３０に電気的に接続される。バスバー１３０は、バスバー１３０が実質的に同じ電力を複数の戻り電極１１６に供給して、これらの電極１１６を電気的に接地するか、又は供給電極２０４に対してより低い電圧に設定するように、一端で電源と電気的に通信するように構成される。

いくつかの実施形態では、プラズマ源１００の入力ポート１０６及び出力ポート１０８の各々は、プラズマ源１００の放電セクション１０４の一部である。例えば、入力ポート１０６は、プラズマ源１００の入力領域における放電セクション１０４の戻り電極１１６の一部とすることができ、出力ポート１０８は、プラズマ源１００の出力領域における別の放電セクション１０４の戻り電極１１６の一部とすることができる。入力ポート１０６及び出力ポート１０８の各々の内径は、供給プレート１０２の内径１４２、分離誘電体部材１２２の内径１５４、及び／又は戻り電極１１６の内径１５０とほぼ同じであり得る。いくつかの実施形態では、長手方向軸線Ａに沿ってプラズマ源本体の一端に位置する入力ポート１０６は、入力ポンプラインセグメント（図示せず）に結合するように構成される。出力ポート１０８は、出力ポンプラインセグメント（図示せず）に結合するために、長手方向軸線Ａに沿って入力ポート１０６に対して反対側の端部に配置することができる。したがって、プラズマ源１００が入力ポート１０６において入力ポンプラインセグメントに接続され、出力ポート１０８において出力ポンプラインセグメントに接続されると、プラズマ源１００はポンプライン全体のセグメントになる。加えて、流体がポンプラインセグメント又はプラズマ源１００を通って移動しているかどうかにかかわらず、結果として得られる接続されたポンプライン構造全体にわたって、ほぼ一定のポンピング速度及び／又はコンダクタンスを維持することができる。いくつかの実施形態では、分離誘電体部材１２２の内径１５４、供給プレート１０２の内径１４２、戻り電極１１６の内径１５０、並びに入力ポート１０６及び出力ポート１０８の内径は、プラズマ源１００が接続される入力ポンプラインセグメント及び出力ポンプラインセグメントの内径とほぼ同じである。更に、各放電ギャップ１２０は、半径方向外向きに延びている、すなわち、ポンプラインセグメントの内径に対してより大きい内径を有する。

動作中、洗浄ガスが、長手方向軸線Ａに平行な流路内でポンプラインからプラズマ源１００内に流れると、プラズマ源１００内の放電セクション１０４を作動させて、各放電セクション１０４の放電ギャップ１２０内に放電電流を生成することができ、放電電流は、流路内のガスを解離させて各放電ギャップ１２０内に局所的プラズマ放電を発生させるように適合される。１つ以上の放電セクション１０４を作動させるために、供給プレート１０４は、それらのそれぞれのフランジ２０６を介して電圧を供給されることができ、戻り電極１１６は、バスバー１３０へのそれらの接続部１３４を介して、浮いているか、又は電気的に接地されている／より低い電圧に設定されていることができる。上述したように、各放電セクション１０４において結果として生じる放電電流は、長手方向軸線Ａに実質的に平行であり、長手方向軸線Ａの周りに均一に分布することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ放電は、約２０ワット～約１０００ワットの電力を有することができる。局所的プラズマ放電の各々は、対応する放電ギャップ１２０の容積の大部分を充填するように適合され、それによって、長手方向軸線Ａの周りに略トロイダル形状を維持する。プラズマ源１００の放電ギャップ１２０内で生成されたラジカルは、拡散又は乱流によって流路内にもたらされ得る。いくつかの実施形態では、放電電流は流路内のガスを部分的に解離させ、放電セクション１０４を作動させるために使用される電力レベルは、加熱を低減し、プラズマ源１００の寿命を延ばすために低減されるように選択される。入力ガスの部分的な解離は、ポンプラインセグメントの許容可能な洗浄結果を生成するのに十分な量のガスのラジカル種を生成することができる。

図３は、本発明のいくつかの実施形態による、図１ａ～１ｃのプラズマ源１００を組み立てるための例示的なプロセス３００を示す。プラズマ源１００の放電セクション１０４は、最初に、（ｉ）ステップ３０２で供給プレート１０２を、（ｉｉ）ステップ３０４で１つ以上のスペーサ１１４を、（ｉｉｉ）ステップ３０６で戻り電極１１６を提供することによって組み立てられる。いくつかの実施形態では、各スペーサ１１４の内径１４６は、供給プレート１０２及び戻り電極１１６の内径１４２、１５０よりも大きい。いくつかの実施形態では、供給プレート１０２及び戻り電極１１６の内径１４２、１５０は、実質的に同じである。いくつかの実施形態において、供給プレート１０２の内径とほぼ同じ内径１５４を有する分離誘電体部材１２２が更に設けられる。

ステップ３０８において、放電セクション１０４は、戻り電極１１６、スペーサ１１４、供給プレート１０２、及び任意選択的に分離誘電体部材１２２を長手方向軸線Ａに沿ってともに積層することによって形成される。例えば、スペーサ１１４は、戻り電極１１６と供給プレート１０２との間に挟まれて、その中にプラズマを発生させるための略リング状の放電ギャップ１２０を画定することができる。活性化されると、放電ギャップ１２０は、戻り電極１１６の側面と供給プレート１０２の側面との間に放電電流を発生させることができ、放電電流は、中心長手方向軸線Ａに概ね平行に、かつ側面に垂直に流れるように適合される。いくつかの実施形態では、分離誘電体部材１２２は、長手方向軸線Ａに沿って供給プレート１０２の隣に配置され、それにより、供給プレート１０２は、一方の側のスペーサ１１４／放電ギャップ１２０と、反対側の分離誘電体部材１２２との間に挟まれる。この積層配置では、積層された構成要素の内径は同心であり、同じ中心長手方向軸線Ａを共有する。

いくつかの実施形態では、例えば、より高電力のシステムが必要とされる場合、複数の放電セクション１０４が、プラズマ源１００内の中心長手方向軸線Ａに沿って組み立てられ、積層され得る。複数の放電セクション１０４の例示的な積層配置では、１つの放電セクション１０４の端部構成要素を別の放電セクション１０４と共有することができる。例えば、図１ｃに示すように、分離誘電体部材１２２は、放電セクション１０４ａ、１０４ｂの両方によって使用することができ、これは、放電セクション１０４ａ、１０４ｂが背中合わせに積層されることを意味する。加えて、中間戻り電極１１６は、２つの放電セクション１０４ｂ、１０４ｃによって共有され得る。概して、複数の放電セクション１０４は、入力ガスを解離するために使用される放電電流のそれぞれ１つを発生させるために、中心長手方向軸線Ａに沿って不連続放電ギャップ１２０のそれぞれ１つを形成し、それによって、それぞれの放電ギャップ１２０内に局所的プラズマを生成する。

更に、ステップ３１０において、入力ポート１０６及び出力ポート１０８は、プラズマ源１００の端部に配置され、放電セクション１０４は、２つのポート１０６、１０８の間で中心長手方向軸線Ａに沿って延びる。ポート１０６、１０８は、プラズマ源１００がポンプライン全体の一部となるように、２つのポンプラインセグメントの間でプラズマ源１００を接続するように適切に構成することができる。更に、入力ポート１０６及び出力ポート１０８の各々は、放電セクション１０４の戻り電極１１６として機能し得る。

図１ａ～図１ｃ、図２、及び図３を参照して上述したプラズマ源構成１００は、単なる例示である。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の変更を行うことができる。一例では、プラズマ源１００内の供給電極及び戻り電極と指定された構成要素は、供給電極が戻り電極として機能することができるように（戻り電極が電気的に浮いている場合）極性を反転させることができ、その逆も同様であるが、依然として実質的に同じプラズマ発生能力を維持する。いくつかの実施形態では、プラズマ源１００の積層された構成要素は、同時焼成技術によって接合される。例えば、バリア誘電体材料及び／又は分離誘電体材料は、セラミックであってもよく、「グリーン状態」（例えば、室温）で形成されてもよい。次に、バリア誘電体及び／又は分離誘電体のセラミック材料と同様の熱膨張係数を有する少なくとも１つの高温金属元素を、セラミック材料上にパターニングすることができる。高温金属は、埋め込み電極アセンブリの供給電極２０４として機能することができる。得られた構造をプレスし、高温、例えば約１５５０℃～約２０００℃で同時焼成して、一体構造を形成する。いくつかの実施形態では、積層された構成要素は、例えば、Ａｂｌｅｓｔｉｋ（登録商標）５６３エポキシを使用して接着することによって接合される。いくつかの実施形態では、（図１ａに示されるような）Ｏリングシール１３２が、放電セクション１０４を組み立てるとき、スペーサ１１４を戻り電極１１６にシールするために使用される。いくつかの実施形態では、図１ｃに示すように、Ｏリングシール１３２の適切な圧縮を提供することを含む、積層プラズマ源１００の軸方向圧縮のために、負荷構造１７０が提供される。例えば、負荷構造１７０は、一貫した機械的圧縮を確実にするために、１つ以上のボルト１７０ａ並びにばね及び／又はばね座金１７０ｂを使用するボルト締め構成であり得る。

図４ａ、図４ｂ及び図４ｃは、それぞれ、本発明のいくつかの実施形態による別の例示的なプラズマ源４００の断面図、外観図及び分解図を示す。概して、プラズマ源４００は、図１ａ～図１ｃのプラズマ源１００と実質的に同じ機能及び構成を有するが、結果として得られるプラズマ源構造を形成するために組み立てるための個々の構成要素がより少ない。図４ｂに示すように、プラズマ源４００は、概して、セラミック材料（例えば、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム）などの非導電性材料から作られたプラズマ源本体４０２と、銅などの導電性材料から作られた電極プレート４０４の積層と、相互接続プリント回路基板（ＰＣＢ）４０６とを含む。

プラズマ源本体４０２は、概して、図１ａ～図１ｃのプラズマ源１００の複数の非導電性（例えば、セラミック製）構成要素を１つのモノリシック構造に封入する。例えば、すべて非導電性とすることができる別個の異なる戻り電極１１６、スペーサ１１４、バリア誘電体部材２０２、及び分離誘電体部材１２２を有する代わりに、これらは単一構造に形成される。図５は、本発明のいくつかの実施形態による、図４ａ～図４ｃのプラズマ源４００の本体４０２の例示的な構成を示す。示されるように、プラズマ源本体４０２は、中心長手方向軸線Ｂに沿って入力ポート４０８と出力ポート４１０との間に延びるモノリシック構造を画定する。いくつかの実施形態では、入力ポート４０８及び出力ポート４１０は、図１ａ及び図１ｂのプラズマ源１００の入力ポート１０６及び出力ポート１０８とそれぞれ実質的に同じ構成及び機能を有する。プラズマ源１００と同様に、プラズマ源４００のプラズマ源本体４０２は、入力ポート４０８と出力ポート４１０との間で長手方向に延びる１つ以上の放電セクション４１２を画定する。

いくつかの実施形態では、各放電セクション４１２は、プラズマ源本体４０２内方へと配置されてプラズマ源本体４０２の外面に対して凹んでいる外部スロット４１４を含む。外部スロット４１４は、リング状とすることができ、長手方向軸線Ｂに対して垂直に配向することができる。外部スロット４１４は、一対の電極プレート４０４を受容するように構成され、各プレート４０４は、外向きに延びるフランジ４０５を伴う半リング形状を有する。したがって、２つの電極プレート４０４は、各外部スロット４１４に嵌合して、対応するスロット４１４内に完全なリング状の供給電極を形成するように構成される。２つの電極プレート４０４の延在するフランジ４０５は、プラズマ源本体５０２の外面から外向きに延びるように適合され、一対の電極プレート４０４のフランジ４０５は、外部電源（図示せず）から電圧を受け取るように構成される。（ｉ）電極プレート４０５と、（ｉｉ）スロット４１４を画定し、電極プレート４０４を取り囲む本体４０２の非導電性誘電体材料との組み合わせは、図１ａ～図１ｃを参照して上述したプラズマ源１００の放電セクション１０４の埋め込み電極アセンブリと同様の埋め込み電極アセンブリを形成する。より具体的には、この組み合わせは、プラズマ源１００内の供給プレート１０２と、供給プレート１０２に隣接する１つ以上の分離誘電体部材１２２とに同等である。いくつかの実施形態では、２つの半リング状電極プレート４０４を使用して１つの完全なリング状供給電極を形成する代わりに、単一のリング状電極プレートが使用される。

いくつかの実施形態では、プラズマ源本体４０２の各放電セクション４１２は、プラズマ源本体４０２内に配置され、プラズマ源本体４０２の内面に対して凹んだ内部スロット４１６を更に含む。内部スロット４１６は、リング状とすることができ、長手方向軸線Ｂに垂直に配向することができる。内部スロット４１６は、放電セクション４１２内で長手方向軸線Ｂに沿って外部スロット４１４に隣接して（例えば、隣に）配置される。各内部スロット４１６は、図１ａ～図１ｃのプラズマ源１００の放電ギャップ１２０と実質的に同じリング状の放電ギャップを画定する。より具体的には、放電ギャップを横方向に境界付ける内部スロット４１６の垂直壁セクション４１６ａは、プラズマ源１００の１つ以上のスペーサ１１４と同等であり得る。放電ギャップはまた、（ｉ）プラズマ源１００の戻り電極１１６と同等であり得る内部スロット４１６の側壁セクション４１６ｂと、（ｉｉ）プラズマ源１００の供給プレート１０２の一部と同等であり得る内部スロット４１６の別の側壁セクション４１６ｃとの間で長手方向に境界付けられる。プラズマ源１００の放電ギャップ１２０と同様に、放電電流は、側壁４１６ｂ、４１６ｃ間の放電ギャップ４１６内に形成することができる。放電電流は、中心長手方向軸線Ｂに平行に、かつ側壁４１６ｂ、４１６ｃに垂直に流れるように適合される。この放電電流に関連する電流密度は、中心長手方向軸線Ｂの周りで実質的に均一である。

いくつかの実施形態では、プラズマ源本体４０２は、電極プレート４０４と共に、プラズマ源４００内に複数の放電セクション４１２を画定する。プラズマ源本体４０２に隣接して配置されているプラズマ源４００の相互接続ＰＣＢ４０６は、放電セクション４１２の電極プレート４０４のフランジ４０５を電気的に相互接続するように構成することができる。より具体的には、相互接続ＰＣＢ４０６は、電源（図示せず）と電気通信することができ、相互接続された電極プレート４０４のすべてに、それらのそれぞれのフランジ４０５を介して同じ電圧を提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ源本体４０２は電気的に接地される。

プラズマ源４００を組み立てるには、まず、電極プレート４０４をプラズマ源本体４０２内のそれぞれの外部スロット４１４に挿入する。電極プレート４０４が所定の位置に配置された（例えば、ポッティング材料で固定された）後、電極プレート４０４のフランジ４０５は、相互接続ＰＣＢ４０６に適切に取り付けられる。プラズマ源４００の放電セクション４１２を作動させるために、相互接続ＰＣＢ４０６を介して電極プレート４０４に電圧が印加され、これにより、入力ポート４０８を介してプラズマ源４００に供給される入力ガスを解離するように適合されたプラズマ源本体４０２の放電ギャップ４１６（すなわち、内部スロット）内に放電電流が生成される。

別の態様では、本明細書に記載のプラズマ源は、半導体処理システム内の１つ以上のポンプラインセグメントとインライン接続を形成することができ、各インラインプラズマ源は、ポンプラインに沿ったポンピング速度及び／又はコンダクタンスを変えることなく、ポンプラインからのガスが通って流れることを可能にする内部容積を提供する。局所的プラズマは、各プラズマ源の内部容積内の１つ以上の不連続放電ギャップ内に形成され、その中のガス流を解離させることができる。図６は、本発明のいくつかの実施形態による、図１ａ～図１ｃのプラズマ源１００の内部容積内に維持される例示的なガス流パターンを示す。図６は、図１ａ～図１ｃのプラズマ源１００に関して説明されているが、実質的に同じ流れパターンを、図４ａ～図４ｃの積層プラズマ源４００の内部容積内に維持することができる。図示のように、ガス流６００は、プラズマ源１００の入力ポート１０６に供給される。ガス流６００のかなりの部分６０８は、入力ポート１０６から出力ポート１０８へ、プラズマ源１００の内部容積内の開放された高コンダクタンス中央領域６０２を通って進む。しかしながら、拡散及び乱流による混合がプラズマ源１００の内部容積内で発生する可能性があり、このことにより、非解離ガス６０４が中央流れ領域６０２からプラズマ源１００の放電ギャップ１２０内に移動し、解離する。また、この混合により、解離した原子ラジカル６０６が放電ギャップ１２０から中央流れ領域６０２内に移動することができ、出力ポート１０８へと運ばれる。このような混合及び解離は、プラズマ源１００の積層構成におけるすべての放電ギャップ１２０において起こり得る。いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるプラズマ源は、ＣＶＤシステムを洗浄するために使用することができ、プラズマ源のうちの１つ以上は、処理チャンバから下流に配置され、ポンプラインとインラインで結合される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のプラズマ源は、米国特許出願第１７／１０７，１４６号に記載の洗浄システム及び方法と互換性があり、この米国特許出願は、本出願の譲受人によって所有され、参照によりその全体が組み込まれる。

本発明は、特定の実施形態を参照して具体的に示され説明されてきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における様々な変更がなされ得ることが、当業者によって理解されよう。

Claims (24)

1. プラズマ源であって、
   入力ポート、出力ポート、及び前記入力ポートと前記出力ポートとの間の中心長手方向軸線に沿って延びる少なくとも１つの放電セクションを画定する、本体を含み、
   前記少なくとも１つの放電セクションは、
   前記中心長手方向軸線に垂直に配置された第１の内径を有する第１の略円筒形の内部容積を画定する戻り電極と、
   供給電極を備える供給プレートであって、前記中心長手方向軸線に垂直に配置された第２の内径を有する第２の略円筒形の内部容積を画定する、供給プレートと、
   前記中心長手方向軸線に垂直に配置された第３の内径を有する第３の略円筒形の内部容積を画定する少なくとも１つのスペーサであって、前記第３の内径は、前記第１の内径および前記第２の内径よりも大きく、その結果、前記少なくとも１つのスペーサの前記内部容積の一部が、前記戻り電極および前記供給電極に対して横方向に凹んでいる、少なくとも１つのスペーサと、を含み、
   前記少なくとも１つの放電セクションは、前記中心長手方向軸線に沿って前記戻り電極と前記供給プレートとの間に配置された前記少なくとも１つのスペーサから形成されて、その中にプラズマを発生させるためのリング状の放電ギャップを画定し、前記放電ギャップは、前記少なくとも１つのスペーサの前記内部容積の前記凹み部分に配置され、前記第１の内部容積、前記第２の内部容積及び前記第３の内部容積は、前記少なくとも１つの放電セクションにおいて同じ前記中心長手方向軸線を共有し、
   前記供給プレートは、前記供給電極を横方向に囲む少なくとも１つの誘電体部材を更に備える、プラズマ源。
2. 前記戻り電極は、電気的に接地されている、請求項１に記載のプラズマ源。
3. 前記供給プレートの前記少なくとも１つの誘電体部材は、リング状の前記供給電極を横方向に取り囲むように構成されたリング状バリア誘電体部材である、請求項１に記載のプラズマ源。
4. 前記少なくとも１つの放電セクションは、前記中心長手方向軸線に沿って前記供給プレートに隣接して配置されたリング状の分離誘電体部材を更に備える、請求項１に記載のプラズマ源。
5. 前記戻り電極の前記第１の内径及び前記供給プレートの前記第２の内径は、実質的に同じである、請求項１に記載のプラズマ源。
6. 前記放電ギャップは、前記戻り電極の側面と前記供給プレートの側面との間で長手方向に境界付けられ、前記少なくとも１つのスペーサによって横方向に境界付けられる、請求項１に記載のプラズマ源。
7. 放電電流は、前記戻り電極の前記側面と前記供給プレートの前記側面との間の前記放電ギャップ内に形成され、前記放電電流は、前記中心長手方向軸線に平行に、かつ前記側面に垂直に流れるように適合される、請求項６に記載のプラズマ源。
8. 前記放電電流の電流密度は、前記中心長手方向軸線の周囲で実質的に均一である、請求項７に記載のプラズマ源。
9. 前記放電セクションの前記少なくとも１つのスペーサは、前記中心長手方向軸線に沿って接合された複数のスペーサを含む、請求項１に記載のプラズマ源。
10. 前記プラズマ源の前記本体は、前記中心長手方向軸線に沿って配置された複数の放電セクションを備える、請求項１に記載のプラズマ源。
11. 前記複数の放電セクションは、プラズマのそれぞれを発生させるために、前記中心長手方向軸線に沿って複数の不連続放電ギャップを形成する、請求項１０に記載のプラズマ源。
12. 前記複数の不連続放電ギャップは実質的に均一である、請求項１１に記載のプラズマ源。
13. 前記戻り電極、前記供給プレート、または前記少なくとも１つのスペーサのうちの少なくとも１つは、同時焼成又は接着のうちの１つによって形成される、請求項１に記載のプラズマ源。
14. 前記少なくとも１つのスペーサは、非導電性材料から作られる、請求項１に記載のプラズマ源。
15. プラズマ源を製造する方法であって、
    少なくとも１つの放電セクションを組み立てることであって、
    中心長手方向軸線に垂直に配置された第１の内径を有する第１の略円筒形の内部容積を画定する戻り電極を提供することと、
    供給電極を備える供給プレートを提供することであって、前記供給プレートは、前記中心長手方向軸線に垂直に配置された第２の内径を有する第２の略円筒形の内部容積を画定する、ことと、
    前記中心長手方向軸線に垂直に配置された第３の内径を有する第３の略円筒形の内部容積を画定する少なくとも１つのスペーサを提供することであって、前記第３の内径は前記第１の内径および前記第２の内径よりも大きく、その結果、前記少なくとも１つのスペーサの前記内部容積の一部が、前記戻り電極および前記供給電極に対して横方向に凹んでいる、ことと、
    前記中心長手方向軸線に沿って前記戻り電極と前記供給プレートとの間に前記スペーサを配置して、その中にプラズマを発生させるためのリング状の放電ギャップを画定することであって、前記放電ギャップは、前記少なくとも１つのスペーサの前記内部容積の前記凹み部分に配置され、前記第１の内部容積、前記第２の内部容積及び前記第３の内部容積は、前記少なくとも１つの放電セクションにおいて同じ前記中心長手方向軸線を共有する、ことと、
    を含む、少なくとも１つの放電セクションを組み立てることと、
    入力ポート、出力ポート、及び前記入力ポートと前記出力ポートとの間の前記中心長手方向軸線に沿って延びる前記少なくとも１つの放電セクションを備える、本体を形成することと、を含み、
    前記供給プレートが、前記供給電極を横方向に囲む少なくとも１つの誘電体部材を更に備える、プラズマ源を製造する方法。
16. 前記戻り電極を電気的に接地することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの放電セクションを組み立てることが、リング状分離誘電体部材を提供することと、前記中心長手方向軸線に沿って前記供給プレートに隣接して前記分離誘電体部材を配置することとを更に含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記放電ギャップが、前記戻り電極の側面と前記供給プレートの側面との間で長手方向に境界付けられ、前記スペーサによって横方向に境界付けられている、請求項１５に記載の方法。
19. 前記戻り電極の前記側面と前記供給プレートの前記側面との間の前記放電ギャップ内に放電電流を発生させることと、
    前記放電電流を、前記中心長手方向軸線に概ね平行に、かつ前記側面に垂直に流すことと、
    を更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記放電電流の密度は、前記中心長手方向軸線の周囲で実質的に均一である、請求項１９に記載の方法。
21. 複数の放電セクションを組み立てることと、
    前記入力ポートと前記出力ポートとの間で前記中心長手方向軸線に沿って前記複数の放電セクションを配置して前記プラズマ源の前記本体を形成することと、
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
22. プラズマのそれぞれを発生させるために、前記中心長手方向軸線に沿って前記複数の放電セクションによって複数の不連続な放電ギャップを形成することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記戻り電極、前記供給プレート、または前記少なくとも１つのスペーサのうちの少なくとも１つを、同時焼成又は接着のうちの１つによって形成して、前記少なくとも１つの放電セクションを組み立てることを更に含む、請求項１５に記載の方法。
24. 前記スペーサが、非導電性材料から作られている、請求項１５に記載の方法。