CN1849690A - 具有直线性的等离子体出口的ecr等离子体源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有一直线性的等离子体出口(9，27，28，30)的ECR－等离子体源，它包括一个等离子体室，在其中配有一个中心的波分配器，以及在直线性的等离子体出口的区域内配置一个多极磁场装置。作为中心的波分配器有至少两个单独的波分配器(3，4)，它们分别安置在一个部分等离子体室(1，2，21，22，32，33)中。在每个部分等离子体室(1，2，21，22，32，33)处设置了一个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35)，并配有多极磁场装置(10，11，38，39)。所述至少两个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35)是如此地相对布置的，使得它们共同地形成ECR等离子体源的至少一个等离子体出口(9，27，28，30)。

Description

具有直线性的等离子体出口的ECR等离子体源
技术领域
本发明涉及一种ECR(电子回旋共振)等离子体源，它具有一个在等离子体室上的直线性等离子体出口，所述等离子体室同时起着外导体的作用，在该等离子体室中有一个中心的波分配器，所述波分配器同一个用于产生高频的装置相连，并与一个处于直线性等离子体出口区域中的多极磁场装置相连。作为高频可以考虑的是所有在技术上可应用的和允许的频率范围。在实际中已证明合适的频率特别在13.56MHz和2.45GHz之间。
背景技术
根据现有技术，已知有各式各样的等离子体产生装置。DE 198 12558 A1介绍了一种用于产生线性膨胀的ECR等离子体( Electron- Zyklotron- Resonanz-Plasmen)的装置。一个内导体同一个用于产生微波(910MHz至2.45GHz)的装置相连，并同轴地安置在一个良好传导性的外同轴波导体中，该同轴波导体同时限界等离子体室。管状的等离子体室具有一个平行于纵轴线的缝隙形的孔口，在孔口上两边对应于纵轴线各有一个多极磁场装置以用于产生静磁场。如果经过内导体(波分配器)将微波馈入到以气体载体加以充斥的等离子体室中，即可在等离子体室中形成一个等离子体。在缝隙状的孔口区域内，该等离子体通过多极磁场装置的磁场以强的电场分量大大得以增强。
利用这样一种装置，可以很有利地产生一个线性膨胀的等离子体。不过也有一个缺点：等离子体密度在缝隙状孔口的纵轴线上有相当大波动，而垂直于纵轴线则具有一个有相当小顶点曲率半径的抛物线形膨胀。
发明内容
本发明的基本目的是，提出文首述及的那样一种线性ECR等离子体源，利用该等离子体源可以在等离子体出口形成一个大面积的均质的等离子体。
本发明的上述目的是通过权利要求1中所述特征得以实现的。
本发明的一些有利的发展在各从属权利要求中指明，下面将结合对本发明的优选的实施例说明包括附图，就这些发展做详细解释。
本发明的核心在于：依本发明提出的方式，将至少两个作为已知的、具有波分配器和多极磁场装置的线性ECR等离子体源进一步发展成为一种有效的、具有至少一个等离子体出口的线性ECR等离子体源。
对于许多种用途来说，一个具有两个部分等离子体室的ECR等离子体源就足够了。不过，一个依本发明的ECR等离子体源，特别是针对基质的具体形态或基质载体上基质的分布情况加以协调后，也可以具有三个或多个部分等离子体室。相似地，该ECR等离子体源可以具有一个或两个等离子体出口，而在有三个或多个部分等离子体室的情况下也可以具有多个等离子体出口。
按权利要求2至4，ECR等离子体源具有一些特定的等离子体出口，这些等离子体出口基本上取决于固有的产生等离子体的部分等离子体室的位置和它们彼此相对的位置。
按权利要求6，ECR等离子体源可以有利地加以如此发展，使得在除了在部分等离子体出口区域内的多极磁场装置之外，还可在部分等离子体室外面固定地或可移动地设置一个或多个另外的多极磁场装置。这样就能以特定方式影响部分等离子体室内部中的等离子体形成。
在下面的几个实施例中对其它一些有利的发展予以详细说明。
本发明提出的ECR等离子体源的优点特别在于：通过至少两个单独的等离子体的叠加，便可产生一个致密的和非常均匀的等离子体，利用该等离子体可有利地对大基质或基质布置进行有效等离子处理。
按现有技术，在较大的线性等离子体情况下，例如在层淀积情况下，层厚度所具有的非均匀性超过±8％；而利用本发明提出的ECR等离子体源可在等离子体出口的大约800mm的一个长度上制取的氮化硅层的层厚度所具有的非均匀性小于±2％。
依此，通过所馈入的波功率的变化，以及通过部分等离子体室形状、多极磁场装置的磁场的位置和强度的变化，和通过可变的气体引导的改变，便可实现一种实际上非常灵活的作业。
附图说明
下面将参照四个实施例对本发明做详细解释。
属于实施例I的图1表示一个示意的ECR等离子体源的断面图，该等离子体源配有一个等离子体出口，在此出口处分别处于各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线彼此倾斜90°的角度。
属于实施例II的图2表示一个示意的ECR等离子体源的断面图，该等离子体源配有两个等离子体出口，在此出口处分别处于各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线在一条轴线上，而ECR等离子体源的两个等离子体出口则布置成直角。
属于实施例III的图3表示一个示意的ECR等离子体源的断面图，该等离子体源配有一个等离子体出口，在此出口处分别处于各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线是彼此平行地布置的。
属于实施例IV的图4a表示一个ECR等离子体源的结构性设计的断面图，该等离子体源配有一个等离子体出口，在此出口处分别处于各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线在一条轴线上，而ECR等离子体源的等离子体出口则是与之成直角地布置。图4b表示图4a所示的ECR等离子体源的一个透视视图。
具体实施方式
实施例I
本发明提出的依实施例I的ECR等离子体源基本上由两个单独的ECR等离子体源组成。图1示出两个部分等离子体室1和2，它们共同形成ECR等离子体源的等离子体室，并被布置在一个在图中未示的真空室中。
部分等离子体室1和2是设计呈管状的，在其内部同轴地分别布置一个单独的波分配器3和4。波分配器3和4相当于已知的方案，包含一个内导体，该内导体与一个用于产生微波特别是910MHz至2.45GHz之间范围内的微波的装置相连。波分配器3和4被用石英玻璃制的保护管围住。保护管的内腔可以用一种气体冲淋，从而将波分配器3和4加以冷却。
部分等离子体室1和2的壁对于微波起着外同轴波导体的作用，并按已知类型特别具有用介电或导电材料制成的保护衬里。分别依其纵轴线，在管状的部分等离子体室1和2上各有一个直线性部分等离子体出口5和6。其中，分别处于各个波分配器3和4与部分等离子体出口5和6的宽度中点之间的径向线7和8，彼此以一个90°的角度相倾斜地加以布置。径向线7和8的交点大致位于ECR等离子体源的等离子体出口9的中心。
在部分等离子体出口5和6的区域内，在外面在部分等离子体室1和2上分别布置一个例如具有静磁场的多极磁场装置10和11。
其它多极磁场装置12于外面布置在部分等离子体室1和2的周边。
所有的多极磁场装置10、11和12是如此固定在部分等离子体室1和2上的，即，使得它们的位置以及与之相关的磁场线的效应能够做到轻微改变，借以适应于具体工艺要求。
下面将根据实施例I，就其功能详细说明ECR等离子体源。ECR等离子体源处在一个真空室中，在此真空室中为了ECR等离子体源的运行调定出一个气体载体例如氩气的压力到达2×10-2mbar。两个波分配器3和4被连接到一个用于产生例如具有915MHz的微波的装置上。这两个波分配器3和4起着微波天线的作用，并将微波馈送到部分等离子体室1和2中，从而在这两个室中形成一个等离子体。在多极磁场装置10和11的区域内，磁场分量作用于该等离子体，从而使得从ECR等离子体源的等离子体出口9中出来的等离子体大大被增强。多极磁场装置12的磁场分量也以相应方式作用于该等离子体。
多极磁场装置10、11和12借助于定位如此地安置在部分等离子体室1和2上，使得它们的磁场分量适应于具体工艺要求而实现达到ECR等离子体源的等离子体出口9的均匀的等离子体膨胀(Plasmaausdehnung)，无论在长度上还是在宽度上都具有很大的均匀性。这样，就能以高效率和最佳质量确保一种在图中未示出的基质的等离子体处理，该基质被定位在等离子体出口9的前面或者被引导经过该出口。
实施例II
属于实施例II的图2中示意地绘出一个具有两个等离子体出口27和28的ECR等离子体源。在图2中以相同的位置标号表示与实施例I相一致的位置。
两个纵长延伸的U形的部分等离子体室21和22分别具有一个波分配器3和4，该波分配器被安置在其内部与U形的部分等离子体室21和22的壁同心，这两个部分等离子体室在内径的宽度上具有部分等离子体出口23和24。其中，分别处于各个波分配器3和4与部分等离子体出口23和24的宽度中点之间的径向线25和26，在一个轴线上。
部分等离子体出口23和24彼此的间距是如此选择的，即，使得呈直角地在径向线25和26的两边形成两个作用相反的线性的等离子体出口27和28。与实施例I的情况相似，为了影响等离子体的形成，在等离子体出口27和28处安置了多极磁场装置10和11，及在部分等离子体室21和22处安置了多极磁场装置29。
按实施例II的ECR等离子体源的功能与实施例I相似。在使用时，可以将基质当然从两边布置在等离子体出口27和28前面。
实施例III
属于实施例III的图3中示意地绘出一个具有一个等离子体出口18的ECR等离子体源。在图3中以相同的位置标号表示与实施例I相一致的位置。
两个纵长延伸的U形的部分等离子体室13和14，各自具有波分配器3和4，该波分配器被安置在其内部与U形的部分等离子体室13和14的壁同心，这两个部分等离子体室在内径的宽度上各自具有一个部分等离子体出口17。其中，分别处于各个波分配器3和4与部分等离子体出口17的宽度中点之间的径向线19和20是彼此平行的，并形成ECR等离子体源的等离子体出口18。
其中，U形的部分等离子体室13和14在部分等离子体出口17的两个外边分别具有一个朝外折角的延长部16，该延长部的长度和形状取决于给定的工艺条件。
两个部分等离子体出口17彼此的间距是如此选择的，即，使得在部分等离子体出口17处的均匀的单个等离子体在ECR等离子体源的等离子体出口18处进一步合并成一个均匀的等离子体。
与实施例I的情况相似，在部分等离子体出口17的外侧配置了多极磁场装置10和11，以及在部分等离子体室13和14上配置了另外的多极磁场装置12。在实施例III中，依权利要求5，在两个部分等离子体出口17之间配置了一个多极磁场装置15，该多极磁场装置在两边作用于在部分等离子体出口17处的各单个等离子体。利用上述发展，可以有利地影响ECR等离子体源的等离子体出口18处的等离子体的均匀性。
依实施例III的ECR等离子体源的功能与实施例I的情况相似。
实施例IV
属于实施例IV的图4a表示一个与实施例II相似的ECR等离子体源的结构的断面图。图4b表示ECR等离子体源的一个透视视图。
实施例IV是以实施例II的原理为设计基础的，也就是说，径向线25和26在一个轴线上。其主要区别在于：ECR等离子体源只具有一个等离子体出口，而相对置的一边则用一块金属板31加以遮盖。
按具体的实施情况，两个波分配器3和4彼此的间距为300mm。波分配器3和4由一个其直径为8mm的内管和一个其直径为30mm的保护管组成，安置在U形的部分等离子体室32和33内，依此，该U形是由一个带有倒圆角的，一边敞开的四角管做成的。该四角管的内部宽度为110mm，这就是说，保护管和部分等离子体室32和33的内壁之间的间距为40mm。ECR等离子体源的等离子体出口30为200mm。在部分等离子体出口34和35与等离子体出口30之间配置了导板36和37。
在部分等离子体出口34和35的两侧，成对地直接在部分等离子体出口34和35处安置多极磁场装置38和39。这些多极磁场装置是以水冷却的，因而即使高的环境温度也不会导致磁感应强度的变化。
在背向部分等离子体出口34和35的部分等离子体室32和33的那侧有直线性的气体喷头41，而在部分等离子体出口34和35的两侧有直线性的气体喷头42，以用于导入气体载体或过程气体。
多极磁场装置38和39的磁场是如此调定的，使得优先在波分配器3和4的区域内形成ECR等离子体。
在接通点40近旁，为了微波的耦合(图4b)，如此地将磁场加以减弱，使得ECR等离子体沿着朝部分等离子体出口34和35的方向移动。这样，由于在接通点40近旁增高的功率消耗而产生的等离子体密度梯度，可通过对直接在波分配器3和4上的等离子产生所施加的较小的磁场影响来加以补偿。上述布置在沿着部分等离子体出口34和35产生一个均匀的等离子体，该等离子体最后以载流子淹没ECR等离子体源的中区。这种叠加还在ECR等离子体源的等离子体出口30处导致获得具有一定等离子体密度的一个均匀的等离子区。
ECR等离子体源相对环境真空密封地悬置在一个真空室中。该真空室的长度为1000mm，有效的等离子区的长度大约是950mm。
经过波分配器3和4而馈入到ECR等离子体源中的微波所具有的频率为2.45GHz。波分配器3和4中的每一个都与一个微波发生器相连，该微波发生器能产生一个2kW的功率。
根据实施例提出的装置的一项发展，也可以在ECR等离子体源外面的等离子体出口30的区域内安置一个在附图中未示出的栅极系统。这样，ECR等离子体源就也可以用作为离子束源。按这一项发展，可优先使用配有电磁线圈装置的多极磁场装置。
在采用本发明提出的ECR等离子体源时，被处理的基质连续地经过等离子体出口30。对应其大的宽度，也可以处理具有一均匀等离子体的大的基质面积。
在尺寸为125mm×125mm的硅圆片上淀积氮化硅层时，这种硅圆片同时处在一个支承板上的一个5行×6列的格栅中。其中，6个行是沿等离子体出口30的轴向布置的，所述支承板沿5个行的扩展方向连续地从等离子体30下面经过。
为了产生氮化硅层，经过气体喷头41导入氨气，经过气体喷头42导入气体硅烷。利用一个在附图中未示出的辐射加热装置将硅圆片加热到一个确定的温度。
为了保持与工艺上预定的淀积氮化硅层厚度约80nm相一致，如此地调定支承板的速度，使得所要求的氮化硅层厚度在一个运动周期后即可达到。
氮化硅层的层厚度在层宽度为大约800mm时，其非均匀性小于±2％。于此有利的是：由于相对均匀的层厚度之故，氮化硅层的折射率在一个大的层宽度为800mm以上时，其容许误差范围小于±1％。

Claims (8)

1.具有一直线性的等离子体出口(9，27，28，30)的ECR等离子体源，它包括一个等离子体室，在该等离子体室中有一个中心的波分配器，所述波分配器与一个用于产生高频的装置相连，并同时起着外导体的作用；以及在直线性的等离子体出口的区域内配有一个多极磁场装置，其特征在于：
·作为中心的波分配器有至少两个单个的波分配器(3，4)，它们分别设置在一个部分等离子体室(1；2；21；22；32；33)内，
·所述部分等离子体室(1，2，21，22，32，33)在等离子体室内是如此设计的，即，使得它们基本上同轴地包围着所述单独的波分配器(3，4)，而且各自有一个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35)，
·在每个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35)处都有一个多极磁场装置(10，11，38，39)，
·所述至少两个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35)是如此相互配置的，即，使得它们共同地形成ECR等离子体源的至少一个等离子体出口(9，27，28，30)。
2.按权利要求1所述的ECR等离子体源，其特征在于：分别处于所述单个波分配器(3，4)和所述部分等离子体出口(6，7)的宽度中点之间的两条径向线(7，8)按下述方式彼此成角度地布置，即，它们大致在ECR等离子体源的等离子体出口(9)的中心相交。
3.按权利要求1所述的ECR等离子体源，其特征在于：分别处于所述单个波分配器(3，4)和所述部分等离子体出口(23，24，34，35)的宽度中点之间的两条径向线(25，26)处在一条共同的轴线上，并在侧向特别是与该共同的轴线成直角，设有ECR等离子体源的至少一个等离子体出口(28，27，30)。
4.按权利要求1所述的ECR等离子体源，其特征在于：分别处于所述单个波分配器(3，4)和所述部分等离子体出口(17)的宽度中点之间的两条径向线(19，20)彼此平行地布置，并在两条径向线(19，20)的方向上，设有ECR等离子体源的一个等离子体出口(18)。
5.按权利要求4所述的ECR等离子体源，其特征在于：在所述直线性的部分等离子体出口(17)的那些彼此相邻接的侧边上设置一个多极磁场装置(15)作为多极磁场装置，它作用于两个部分等离子体出口(17)。
6.按权利要求1至5中任一项所述的ECR等离子体源，其特征在于：与所述等离子体室呈轴向地并在其外面，最好与所述部分等离子体室呈轴向地设有至少一个另外的多极磁场装置(12，29)。
7.按权利要求1至6中任一项所述的ECR等离子体源，其特征在于：多极磁场装置(10，11，12，29)中至少有一个可以相对于一个部分等离子体室(1，2，21，22，32，33)移动。
8.按权利要求1至7中任一项所述的ECR等离子体源，其特征在于：在ECR等离子体源的等离子体出口(3)的区域内设有一个能导电的栅极。
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