JP2000514595A - 電子サイクロトロン共振プラズマ源用の同軸マイクロ波アプリケータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子サイクロトロン共振（ECR）プラズマ源（２Ｏ）と共に処理応用に用いられるマイクロ波アプリケータ（１２）を用いた方法および装置を開示する。縦軸（２４）に関して対称なチャンバ（２２）の近傍に円をなすように配設された磁石（３２、３４）によって磁界が生成される。マイクロ波アプリケータ（１２）は、一対または複数対のスロットアンテナアレイ（６０）を備え、チャンバのプラズマ形成部の周辺近傍の全領域にマイクロ波を均一に注入して分配する。アンテナアレイ（６０）は、マイクロ波電力を輻射する複数の輻射スタブ（６２）を含む。これらの輻射スタブは、アンテナアレイに沿って所定の間隔で配設され、マイクロ波電力をプラズマ形成部の周辺近傍に均一に効率的に分配する。

Description

【発明の詳細な説明】 電子サイクロトロン共振プラズマ源用のマイクロ波アプリケータ 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、一般的には、プラズマ流を生成するための電子サイクロトロン共振 加熱プラズマ源、例えば、VLSIウェーハ等の試料のＣＶＤ（化学的気相成長）、 エッチング、洗浄を含む処理応用に用いるプラズマ源に関し、より詳細には、電 子サイクロトロン共振加熱プラズマ源と共に用いられるマイクロ波アプリケータ およびこれを採用した方法および装置に関する。 ２．関連する技術 本発明は、冷たいプラズマの生成、より詳細には、電子サイクロトロン共振加 熱により様々な望ましい性質を向上させるプラズマを生成することに関する。よ り詳細には、本発明および関連する先行技術は、加えられるマイクロ波電力、周 囲ガスの圧力と組成、磁界の構成（コンフィギュレーション）の詳細およびマイ クロ電力をプラズマに結合する手段等によって決定される定常状態値でのプラズ マの密度と組成、並びに電子とイオンの温度等を支配する物理条件に関する。こ れらの条件は、結合される種、つまり、電子、イオン、および中性ガス原子の各 々の粒子と電力のバランスに起因するプロセスの観点から考察することができる 。 プラズマのほぼ完全な現実的な移送モデルの近似としての理想化ポイントモデ ルの場合でさえも、このような系（システム）を特性化する様々な基本的プラズ マパラメータの相互に関連し合う値の間には、幾つかの重要な依存性があること が示される。これらの依存性は、実用化に際して様々な応用、例えば大規模集積 (VLSI)回路に用いるウェーハ等の試料の処理において必須であると信じられる、 要求される濃度の反応種を含む大容積の一様な静止低温プラズマの達成を困難に する幾つかの基本的な妨害要因を明確にする。これらのプラズマの応用には、Ｃ ＶＤ、エッチング、洗浄や、特に、サブミクロンサイズの形状を持つ半導体デバ イスのプラズマ支援処理が含まれる。 好適なプラズマを形成するに当たっての基本的な問題が以下の先行技術文献に おいて示されている。以下では、先行技術と、本発明の実施例とを、一部先行技 術との比較に基づいて行なうことで、先行技術において一般的に指摘されている 短所および妨害要因を克服する本発明の方法および装置の新規な点を実証する。 上述したような半導体処理応用において電子サイクロトロン共振（ECR）加熱 を採用するプラズマ源は、新たに出現し現在でも発達中の新技術を備え、これら は、例えば大規模集積（VLSI）ウェーハの洗浄、エッチングおよび材料の堆積等 に適用することができる。ただし、本発明は、半導体ウェーハ上にサブミクロン の形状寸法を達成する能力、高速な処理速度、大きな試料を一様に処理する能力 等を要求されるこれらの典型的な応用以外にも、類似の他の処理技術にも適用で きる。さらに、これらの全ての技術において、反復製造できることや、コスト的 に実効性ある方法であることも要求される。ただし、これらの技術の一般的な特 性については、当業者においては良く理解されていると思われるために、ここで は詳細には触れない。 本発明の電子サイクロトロン共振（ECR）プラズマ源は、様々なＣＶＤあるい はエッチング応用に用いることを意図するが、ただし、これらの応用の一般パラ メータは本発明の部分を構成するものではない。以下では、これらの応用におけ る幾つかの重要な点を本発明のより良い理解のために簡単に述べる。 以下に説明する本発明や先行技術によって提供されるECRプラズマ源は、磁界 とマイクロ波電力を用いることで、化学的に活性なプラズマを、非常に低い圧力 値に至るまでの様々なガス圧力の範囲に渡って生成する。この低圧動作は、低温 イオン、ラジカル、および他の種の反応物の、異方性でかつ指向性の高い流れ（ ストリーム）を、処理される試料よりかなり大きな横方向の寸法に渡って均一に 形成するために必要となる。 例えば、VLSIウェーハのプラズマ強化型ＣＶＤあるいは反応性イオンエッチン グ用に設計された一つのECRプラズマ源においては、好適な混合ガスが、好適に 形成された定常磁界内に浸漬された真空のチャンバ内に導入され、電磁輻射を照 射される。電磁輻射f_μの周波数は、共振相互作用領域と呼ばれる定常磁界の領 域内の電子のジャイロ（サイクロトロン）周波数と等しくなるように選択される 。共振状態においては、共振相互作用領域Ｂ_res内の定常磁界の強度と、電磁輻 射線の周波数との間には、f_μ＝ｅＢ_res／（２πｍ）なる関係があり、ここで、 ｅは電荷の大きさであり、ｍは電子の質量である。 共振相互作用領域内の電子は、電磁輻射から運動エネルギーを取得し、輻射電 力とガスの圧力が適正に調節された場合、加熱された電子は、ガスの分子をイオ ン化し、プラズマを生成する。プラズマイオンおよび電子は共振相互作用領域か ら流出してVLSIウェーハ上に当たり、このウェーハ上でこれらのイオンは、新た な材料の堆積、現存の材料のスパッタリング、あるいは現存の膜のエッチングの 促進を行うことができる。プラズマの密度が十分に高ければ、堆積、スパッタリ ング、あるいはエッチング速度をかなり高速にできる。イオンのエネルギーが十 分に低ければ、試料に無線周波数（RF）バイアスを用いた場合でも、処理される 試料への損傷を防止することができる。また、サブミクロンスケールの形状を狭 く、深く、エッチングするためには、イオン軌道が高い指向性を有することが必 要である。これは、無線周波数（RF）バイアスと十分に低いガス圧力を用いて動 作し、イオン散乱の平均自由行程が、試料をプラズマの本体から分離するシース 領域の長さよりも長くなることを確保することにより可能になる。 加えて、プラズマイオンの温度が十分に低く、エネルギーイオンの超熱グルー プが存在しない場合は、試料を、例えば試料にRF電力を印加することでプラズマ 内部に対して電気的にバイアスすることができる。この方法で、試料を電気的に 十分に大きな静電電位にバイアスし、しきい値イオンエネルギーを超えて試料に 過剰な損傷が発生することなく、高度に異方的な処理を実現することが可能とな る。 商用の試料を処理するためには、ECR源からのプラズマの流れが、１５〜２０ ｃｍより大きな横方向の寸法に渡って均一となることを保証する必要がある。本 発明は、中性ガスの低圧混合物内のイオンと電子の密度を高く維持したままで低 温プラズマの流れを大きくかつ均一にする必要性に答えることを目的とする。 先行技術における一つのクラスのECRプラズマ源として、一般的に、「スミト モソース（Sumitomo source）」と呼ばれるプラズマ源がある。このスミトモソ ースは、例えば、1983年8月30日付けでMatsuoらに付与された合衆国特許第4,401 ,054号のプラズマ堆積装置において開示されれており、T．0no、M．Oda、C．Tak ahashiおよびS．MatsuoらによってJ．Vac．Technol．B4．696(1986)において詳 しく説明されている。Matsuoらに付与された合衆国特許第4,401,054号に開示さ れた装置では、プラズマは、試料に向って磁力線に沿って流れる。開示された装 置を用いるプラズマ密度では、望ましい程度の空間的な均一性を達成することは 非常に困難である。さらに、共振相互作用領域内で加熱された電子が磁力線に沿 って試料に向って直接流れるために、高エネルギー電子の不安定なバーストおよ び関連する高エネルギーイオンのグループが生成され、これによって処理される 試料が損傷するの回避するために、加えるマイクロ波電力を制限することが必要 となる。 これらの不安定な電子のバーストおよび不随する高エネルギーイオンの超熱グ ループの生成原因となる物理過程は、B．H．QuonおよびR．A．Dandlらの論文“P referential electron-cyclotron heating of hot electrons and formation of overdense plasma（熱電子の選択的電子サイクロトロン加熱および超密プラズマ の形成）”，Phys．Fluids B1(10)October 1989：G．E．Guest．M．E．Fetzerお よびR．A．Dandlらの論文“Whistler-wave electron cyclotron heating in uni form and nonuniform magnetic fields（均一および非均一磁場内でのホイッス ラー波電子サイクロトロン加熱）”、Phys．Fluids B2(6)June 1990：およびR． A．DandlおよびG．E．Guestらの論文“On the low-pressure mode transition i n electron cyclotron heated plasmas（電子サイクロトロン加熱プラズマにお ける低圧モード遷移に関して）”、J．Vac．Sci．Technol．A9(6)．November/De cember 1991において説明されている。 関連する先行技術としては、1985年1月8日付けでMatsuoらに付与された“Plas m Deposition Method and Appatatus（プラズマ堆積法および装置）”という名 称の合衆国特許第4,492,620号および1986年1月21日付けでMatsuoらに付与された “Semiconductor Device and Manufacturing Process Thereof（半導体デバイス とその製造プロセス）”という名称の合衆国特許第4,564,997号がある。上述し た３つの合衆国特許は、Nippon Telegraph & Telephone Public Corporationな る譲受人の下で付与されている。同一の譲受人の下で付与された追加の関連する 特許としては、1984年5月22日付けでOnoらに付与された“Ion Shower Apparatus （イオンシャワー装置）”という名称の合衆国特許第4,450,031号；1985年3月12 日付けでNakayamaらに付与された“Chemical Vapor Deposition Apparatus（Ｃ ＶＤ装置）”という名称の合衆国特許第4,503,807号；および1986年1月28日付け でItsumiらに付与された“Manufacturing Process for Semiconductor Integrat ed Circuits（半導体集積回路の製造プロセス）”という名称の合衆国特許第4,5 66,940号等もある。 ECRプラズマ源のもう一つの設計（基本的な性質は非常に異なる）は、フラン スに起源を持ち、1985年8月13日付けでArnalらに付与された“Process and Devi ce for Producing A Homogeneous Large-Volume Plasma of High Density and L ow Electronic Temperature（高密低電子温の均質な大容積のプラズマを生成す るためのプロセスおよびデバイス）”という名称の合衆国特許第4,534,842号に おいて開示されている。この特許に開示されるプロセスおよびデバイスでは、プ ラズマが、プラズマの空間的な均一性を向上させるために、非常に低い磁界強度 の大きな体積内に集められる。ただし、共振相互作用領域は、チャンバの壁に近 接して設置された金属性の伝導アンテナ付近の小さな体積内に局所化される。マ イクロ波電力をプラズマに結合するこのアプローチでは、プラズマの生成効率が 制限され、また、金属不純物が過剰に生成された。 イオン源に関する様々な概念が、多くの合衆国特許において開示される。これ らには、1971年3月23日に交付された合衆国特許第3,571,734号；1973年11月20日 に交付された合衆国特許第3,774,001号；1974年2月5日に交付された合衆国特許 第3,790,787号；1983年11月22日に交付された合衆国特許第4,417,178号；1987年 1月20日に交付された合衆国特許第4,638,216号；1970年3月10日に交付された合 衆国特許第3,500,077号；1971年6月1日に交付された合衆国特許第3,582,849号； 1972年5月2日に交付された合衆国特許第3,660,715号；1972年5月16日に交付され た合衆国特許第3,663,360号；および1973年6月26日に交付された合衆国特許第3, 742,219号が含まれる。上述の先行技術や、引用の参照文献を、ECRプラズマ源お よびその応用の背景の理解を得るために参照されたい。 Dandlに付与された合衆国特許第5,370,765号、およびこの特許で引用される参 照事項において開示される方法および装置は、ECRプラズマ源を用いて、半導体 処理応用に対して理想的に適合されたプラズマを生成することができる。この方 法および装置では、新規なスロット導波マイクロ波アプリケータが、新規な磁界 構成（コンフィギュレーション）が得られるように適合され、電子サイクロトロ ン加熱電力の空間的に均一な高い磁界の照射が提供される。開示される方法およ び装置の実用例においては、アプリケータおよび結果としてのプラズマ源の物理 サイズが、６あるいは８インチのいずれかのウェーハに対して設計された今日の 処理装置に適合するように、比較的高い周波数のマイクロ波電力が採用される。 ６．２ＧＨｚ付近の周波数を持つ既に利用可能なマイクロ波電力源を、高エネル ギー密度の永久磁石とともに用いて、6．２ＧＨｚのマイクロ波周波数ｆ_μに対 するサイクロトロン共振値Ｂ_resとして必要な２．２ｋｇを超える磁界強度が生 成される。 上述のDandlによって開示されたアプローチは、様々な応用に対する様々な要 件を満すことができるというECRプラズマ源に対する必要性を満たすことが発見 された。開示された方法および装置は、イオンと電子の密度を特に中性ガスの低 圧混合物内で高く維持したままで静止低温プラズマの大きく均一な流れを生成す ることができ、これにより反応種の望ましい組成のみならず、異方性の高い指向 性を持つプラズマの流れを得ることができる。さらに、開示されるアプローチは 、円筒形状、平面形状、その他より-般的な形状の構成を含む多様な構成（コン フィギュレーション）で実現することができる。開示された装置のチャンバ壁は 、プラズマを用いるべきプロセス特有の要件次第で、例えば溶融石英、電融アル ミナ、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウムから製造することができる。 しかしながら、より低周波のマイクロ波電力、例えば、非常に一般的な２．４ ５ＧＨｚのマイクロ波周波数を用いることができれば、望ましいことである。２ ．４５ＧＨｚの周波数を用いた場合、より安価で、またはより小さな、またはよ り安価でかつより小さい、エネルギー密度のより低い永久磁石材の使用が可能と なり、これにより著しい経済的利益の達成が促進される。さらに、２．４５ＧＨ ｚの周波数の場合、より安価なマグネトロンマイクロ波源と関連する電源を用い ることが可能となる。 ２．４５ＧＨｚにて動作するために、上述のDandlによって開示されたスロッ ト導波マイクロ波アプリケータでは、５〜８平方インチの範囲の断面積を持つこ とが必要となる。このようなアプリケータでは、構造が非常に大きくかさばるこ とになり、これにより関連する磁界生成構造が非効率となり、通常は、今日構成 される半導体処理の応用には向かない。Dandlによって開示されたECRプラズマ源 の本質的な特徴は、新規な磁界構成（コンフィギュレーション）にうまく適合さ れた分散型マイクロ波アプリケータにある。Dandlによって開示されたスロット 導波アンテナを変形する場合は有益である。特に、スロット導波アンテナを同様 に機能する同軸アンテナと置換した場合は、アプリケータのサイズを数分の一イ ンチの厚さに縮小することができ、磁界生成構造が特に効率的になり、同時に、 均一なプラズマの生成に最高に効果的なものになり得る。 発明の要約 本発明の一つの目的は、先行技術の一つあるいは複数の短所を克服し、同時に 関連する長所を達成することができる電子サイクロトロン共振加熱の手段により プラズマを生成するための方法および装置を提供することにある。 本発明のさらにもう一つの目的は、ＣＶＤやエッチングの応用、あるいは負の イオン源のような他の応用に用いることができる電子サイクロトロン共振加熱の 手段によりプラズマを生成するための方法および装置を提供することにある。プ ラズマ源のチャンバは、対称な円筒状あるいは他の好適な構成で形成することが できる。このチャンバは縦軸を持ち、この縦軸の一端には出口が設けられる。こ のチャンバは、またチャンバ内にガス媒体を導入するための手段をこの縦軸の他 端に持つ。本発明のいくつかの実施形態は、それぞれ後述するが、いずれの形態 もチャンバ内に大容積の均一な冷たいプラズマを生成することができる。チャン バは応用に応じて、溶融石英から製造することも、別の方法として金属壁を持つ こともできる。 円筒状の構成（コンフィギュレーション）では、磁界形成磁石はチャンバの周 辺に配設され、チャンバの周辺を連続的に延びる軸対称な環状構造の形態で軸対 称構成（コンフィギュレーション）の磁力線を形成し、チャンバ内に軸対称な共 振相互作用領域を生成する。このような構成の下で、マイクロ波電力がプラズマ 形成チャンバ内にチャンバの縦軸に垂直に延びる注入経路に沿って好ましくは径 方向に注入される。こうして、プラズマ電子がマイクロ波電力との相互作用によ って高エネルギー化されるが、これらは磁力線に沿って出口に直接に流れること はできない。 マイクロ波電力は、本発明のマイクロ波アプリケータを用いて注入される。こ の新規のマイクロ波アプリケータは、磁界構成も適当に修正されることを前提と して、溶融石英、電融アルミナ等の誘電材や、他の様々な金属から製造できるチ ャンバ内で機能するように適合することができる。加えて、本発明のマイクロ波 アプリケータは、大きな直線状のアレイの磁石と共に、非常に大きな表面積を持 つ試料を処理するために用いることもできる。 マイクロ波電力は、結果としての高エネルギー電子が磁気ミラーに類似の磁界 領域内で複数の反射を経験し、周辺に配設された磁石によって形成される環状の 磁気ミラー領域内で歳差運動するようにチャンバ内に注入されることが好ましい 。別の方法として、高エネルギー電子が複数の衝突の結果、内側に流れるように しても良い。帯電した粒子の磁気ミラー構成内での歳差運動については、David J．RoseおよびMelville Clark，Jr．による著作(Plasmas and Controlled Fusio n)、John Wiley and Sons．N．Y．,1961の特に198-221ページなどの刊行物で長 く記載されている。この構成は、高エネルギー電子と中性ガス原子との間の衝突 の可能性を促進し、これにより、プラズマ形成チャンバ内のガスの圧力が低い場 合でも、プラズマ密度が大幅に増大する。プラズマ形成チャンバ内のガスの圧力 を１０^-5Torr未満から１０^-3Torrを超える範囲に維持することが好ましい。これ は、試料への高い方向性を持つ流れを形成するプラズマの密度を十分に維持しな がら 反応種の要求される混合物を確保するためである。 上述のように形成されたプラズマチャンバ内に、プラズマ形成チャンバと出口 との間に非常に低い磁界強度の領域を形成して、プラズマが大きな横方向の寸法 に渡る均一性を達成できるようにすることが好ましい。このプラズマ源をＣＶＤ 、エッチングその他のモードの表面処理のために用いることにより、処理される べき試料が出口に通じるところには配置され、高度に均一なプラズマを包含する 横方向の寸法が試料のサイズより大きくなり、試料の表面全体に渡って均一な処 理が保証される。 こうして、本発明の方法および装置によると、先行技術によって利用できたも のと比較して、より大きなプラズマ密度を持つプラズマ流を生成することができ 、結果として、より大きなイオンフラックス（流）すなわち電流密度を得ること が可能なことが発見された。同時に、プラズマ流に対するプラズマ分布の均一性 が、無磁界領域内で達成される。さらに、これらの条件を、幅広いレンジのガス 圧力に渡って達成することができるために、反応種を広い範囲で制御して指向性 ある処理が可能となる。加えて、このプラズマ源はこれらの機能を、産業応用に 適する高い再現性にて遂行する。 上述のような構成内で用いるマイクロ波アプリケータは、好ましくは、一対あ るいは複数の対のアンテナアレイを含む。このアンテナアレイは、チャンバの周 辺に配設され、振相互作用領域内に、先行技術と比較して、より均一な、軸対称 のマイクロ波電力密度を生成する。マイクロ波電力は、共振相互作用領域（高磁 界発射）内より大きな磁界密度を持つ領域領域から輻射され、これにより、高密 度のプラズマを生成することができる。この高密度なプラズマの電子プラズマ周 波数特性は電子ジャイロ周波数を大幅に超える。これは例えば、Quon and Dandl による著作において議論されるように、通常「過密動作(over-dense operation) 」と呼ばれている状態である。 対のアンテナアレイは、ある間隔で配設されてマイクロ波電力を輻射する複数 の輻射スタブを含む。これらの輻射スタブは、各アンテナアレイに沿って所定の 間隔にて配設され、プラズマ形成部のほぼ周辺にマイクロ波電力を均一に効率的 に分配する。これらのスタブは、アンテナによって輻射されるマイクロ波電力の レベルを、先行技術によるスロット同軸導波アンテナと比較して、約２倍から３ 倍のオーダの規模で増大させる。このような輻射スタブの間隔と方位のために、 各アンテナはコヒーレントな平面波を発射し、この平面波は望ましい極性で共振 相互領域内に向かって伝播する。このアンテナアレイの効率の良さのために、本 発明においては２．４５ＧＨｚという低い周波数にてマイクロ波電力を輻射する 能力を持つマイクロ波アプリケータを用いることが可能となる。本発明によるこ のマイクロ波アプリケータは、Dandlによって開示される上述のスロット導波ア プリケータにてより高いマイクロ波周波数例えば６．２ＧＨｚにて輻射するのと 同様にマイクロ波電力を好適な分布を持つ共振相互作用領域内に輻射する。 本発明のもう一つの目的は、マイクロ波アプリケータを、幾つかの応用、特に 処理される試料が高エネルギーの荷電粒子による損傷を受けにくい応用に対して 、適合化された直線状のアレイにて適切な磁界形成構造とともに提供することに ある。本発明のマイクロ波アプリケータは、好ましくは、先行技術によって開示 されるように、処理されている試料が共振相互作用領域からの高エネルギーの荷 電粒子によって損傷を受けるのを防止するために、アプリケータは、磁力線が試 料に直接に当たらないように、直線状のチャンバの片面に配設しても良い。 本発明の方法および装置における追加の特徴を用いて、チャンバの出口で生成 されるプラズマ流の望ましい特性やプラズマ源の望ましい動作特性をさらに向上 させることも好ましい。例えば、本発明によるマイクロ波アプリケータは、結果 として生成される高エネルギー電子の一部が、軸対称の円筒チャンバの周囲を連 続的で均一に延びる環状磁気ミラー領域内で歳差運動するように、周辺磁界形成 磁石手段との関連で配設されることが好ましくい。こうすることで、高エネルギ ー電子内のエネルギーが周囲のガス原子に効率的に移動し、チャンバ内のガスの 圧力が低い場合でも、プラズマ密度が最大化される。さらに、選択された反応ガ スが環状磁気ミラー領域を通過してプラズマの中央領域に流れるようにすること により、そのイオンの濃度を中性原子に対して大きく増大させるように、選択さ れた反応ガスを導くことができる。これにより、プラズマは異なる「キャリア」 ガス種を多く含むようになり、反応ガスのイオンを共振電荷交換反応を介して除 去することができなくなる。 本発明のさらにもう一つの目的は、反射してマイクロ波発生器に逆戻りする入 射マイクロ波電力の割合を最小にするマイクロ波アプリケータを提供することに ある。この特徴は、平行に配設されるが、一つのアンテナから反射される電力が 第二の、対のアンテナから反射される電力を確実に打消すように分離して配設さ れた複数対のアンテナからアプリケータを形成することによって達成される。こ うして、本発明の方法および装置は、イオン電流密度が実質的に１０ミリアンペ ア／平方センチを超え、２０ｃｍを超える横方向の寸法に渡って高度に均一であ り、イオンおよび電子の温度が非常に低く、しかも、高密度の超熱的荷電粒子が ないプラズマ流を生成することができる。 図面の簡単な説明 本発明の新規性のある目的および特徴は、最後に添付する請求の範囲に特に示 す通りである。以下の記述を添付図面と関連づけて参照することにより、その構 成および動作方法に関して他の目的および長所とともに、本発明を最も良く理解 することができる。 図面においては； 第１図は、本発明のスロット同軸マイクロ波アプリケータを直線状の形態を用 いる先行技術による直線状のアレイプラズマ源の概略を示す断面図； 第２図は、本発明に従って構成されたスロット同軸マイクロ波アプリケータを 用いる円筒状プラズマ形成チャンバの概略を示す断面図； 第３図は、本発明のスロット同軸マイクロ波アプリケータを４カドラント(qua drant)中の一カドラントで示す概略部分図； 第４Ａ図は、本発明のスロット同軸マイクロ波アプリケータの２本の対アンテ ナアレイの円筒部分の略示部分平面図； 第４Ｂ図は、第４Ａ図の２本の対のアンテナアレイの一部の概略を示す側面図 であり； 第５Ａ図および第５Ｂ図は、本発明のマイクロ波アプリケータの一つの輻射ス タブを示す概略図； 第６図は、本発明のマイクロ波電力源を示す概略図 好ましい実施例の説明 以下の説明は当業者が本発明を製造および使用できるように提供され、発明者 によって考えられた本発明を遂行する最良の形態を示す。ただし、ここでは主に 本発明の一般的原理を説明するため、当業者において様々な修正がいつでも可能 であることは明白である。 第１図は、Dandlに付与された合衆国特許第5,370,765号に開示されるタイプの 構成を持つ大エリア直線状のAMPCプラズマ源１０を示す。このプラズマ源１０は 、本発明の原理に従って構成されるマイクロ波アプリケータ１２のサイズと磁界 生成構造との間の関係を示す目的で示される。プラズマ源１０は好適な永久磁石 材を有する平行なバー１４を含む。磁石１４は交番する極性を有し、磁石１４の 各々は中心間の間隔が所定の距離λとなるように配設される。当業者においては 周知のように、結果として得られる磁界の強度は、磁石１４の面１６からの距離 とともに指数関数的に低減し、Ｂ（Ｌ）＝Ｂ（０）exp（−Ｌ／λ）に等しい特 性長λを持つ。ここで、Ｂ（Ｌ）は磁石１４の面１６からの距離Ｌにおける磁界 の 強度を表し、Ｂ（０）は磁石１４の面１６における磁界の強度である。マイクロ 波アプリケータ１２が最適に機能するためには、アプリケータ１２の面１８にお ける磁界の強度が共振値よりも１．５倍から２倍高くなるように、共振での磁界 強度（２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力の場合は８７５ガウス）の位置を少なく ともアプリケータ１２の面１８から２ｃｍ離すことが望ましい。アプリケータ１ ２の厚さが約１ｃｍであり、特性長λが約３ｃｍである場合は、望ましい共振領 域（後に説明する）の位置を達成することができる。さらに、この寸法の場合は 、磁界の強度は磁石１４の面１６から１０ｃｍより大きく離れた距離においては 低い値に落ち、これにより、プラズマは事実上の無磁界領域（これについても後 に説明する）内に流れ、空間内を均一に自由に広がることができる。 第２図は、本発明の原理に従って構成され、新規のスロット同軸マイクロ波ア プリケータ１２を採用する新規の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源２０の第１ の実施の形態を示す。本発明のプラズマ源２０は、直径が大きい均一な低温プラ ズマの流れを、好ましくは低いガス圧の広いレンジに渡ってチャンバ２２内に生 成することを目的とする。 プラズマ源２０は、円筒の形状を有し、自身の縦軸２４に関して軸対称なチャ ンバ２２を備える。従来のガス源２６から中性の反応ガス混合物がチャンバ２２ 内に導入され、これにより、歳差運動する高エネルギー電子の環状層に向かわせ ることができる。別の方法として、反応ガスをチャンバ２２内の他の部分に導入 することで、プラズマ媒体のイオン、ラジカル、あるいは反応ガスの他の活性成 分の反応種との間の相対濃度を制御することもできる。 チャンバ２２は、チャンバ２２内のガスの圧力を所定の値に維持するように適 合された高速真空ポンプ２８をも備える。図には示さないが、当業者においては 、溶融石英や電融アルミナ等の誘電体ライナを採用するプラズマ源２０の代替的 な実施形態もすぐに構成することができる。先行技術による直線状のプラズマ源 １ ０（第１図に示す）も同様な真空ポンプ手段とチャンバ２２に好適なガス混合物 を供給するための手段に適している。 永久磁石３０の複数の円筒アレイによってチャンバ２２内には磁力線が軸対称 構成（コンフィギュレーション）に形成される。２つの環状の円筒永久磁石アセ ンブリ３２、３４がプラズマ形成部３６の周囲に配設される。これらの磁石アセ ンブリ３２、３４は、軸対称構成の概ね環状で円筒ローブの形状を持つ磁力線を 発生する。単に解説を目的として、第一の円筒磁石アセンブリ３２に対しては、 環状ローブの形状を持つ３つの磁力線３８、４０、４２が示される。他方の円筒 磁石アセンブリ３４に対しても、類似の磁力線４４、４６、４８が示される。こ れらの磁石アセンブリ３２、３４が、円筒状で、チャンバ２２の周辺に関して概 ね軸対称であり、ローブ形状の磁力線の隣接するペア３８、４０と、４４、４６ が環状の磁界ミラー領域５０、５２を形成することは重要な特徴である。第２図 にはこれらの環状の磁界ミラー領域５０、５２が、これらの領域の位置を強調す るためにクロスハッチングにて（影を付けて）示される。 第６図にも示されるマイクロ波電源５４が、磁石アセンブリ３２、３４の前部 にチャンバ２２のプラズマ生成部３６に近接して配設される。マイクロ波電源５ ４は、スロット同軸マイクロ波アプリケータ１２を備えることが好ましい。アプ リケータ１２は、後に詳述する環状セクタの４対のスロット同軸アンテナアレイ を有する。マイクロ波電力はこのアプリケータ１２を介してチャンバ２２のプラ ズマ生成部３６に導入される。マイクロ波電力は、チャンバ２２の縦軸２４に対 して垂直に延びる複数の径方向輻射線注入軸５６に沿ってこのプラズマ形成部３ ６内に導入される。 スロット付きのすなわちマルチ開口を持つ同軸マイクロ波アプリケータ１２に より、マイクロ波電力が、チャンバ２２のプラズマ形成部３６の周囲全体に均一 に導入される働きを持つ。加えて、チャンバ２２の軸対称構造のために、各発射 軸５６はチャンバ２２の縦軸２４に対して輻射状に配設される。磁界の強度は、 アプリケータ１２での局所最大値から、共振相互作用領域５８（後に説明する） に向かって次第に低減し、これにより過密なプラズマ動作が可能になる。 第３図、第４Ａ図、第４Ｂ図および第６図に示すように、本発明の新規の要素 は、電源５４に接続され、対の同軸アンテナアレイ６０を備えたアプリケータ１ ２の設計にある。アンテナアレイ６０は、Dandlによって以前に開示されたタイ プの磁気構成（コンフィギュレーション）、つまり、環状のカスプ(cusp)磁界を 持つ円筒構成や直線状のカスプ磁界を持つプレーナ構成に対して、分散型マイク ロ波アプリケータとして構成することができる。 スロット同軸アンテナアレイ６０の本質的な設計要素は、電源５４に接続され た同軸ラインあるいは同軸導波管６６の外側導体６４のスロット６３内に形成さ れた個々の輻射スタブ６２の幾何構成（コンフィギュレーション）と、これら一 連の輻射スタブ６２の間隔にある。周知のように、同軸ライン６６の外側導体６ ４内に単純な横方向スロット６３を設けた場合は、TEM伝送直線状のモードによ って導電壁内に誘導される縦電流は単にスロット６３の周囲を流れるだけなので 、同軸ライン６６に結合されるわずかな量の電力のみが輻射される。つまり、TE Mモードによって導電壁内に誘導される電流はスロット６３の両端近傍に流れ、 スロット６３を横断して出現する電界を大きくショートするため、横方向スロッ ト６３は非常に非効率な輻射器である。 しかしながら、本発明による輻射スタブ６２は、それぞれ、図面に簡略的に示 すようなより複雑な構造を採用し、スロット６３によって典型的に輻射される電 力を２倍から３倍のオーダの規模で増大させる。スタブ６２からの輻射は、同軸 ライン６６に対して平行に延びる電界Ｅと同軸ライン６６に対して垂直に延びる 磁界Ｈと直線状に偏波される。同軸アンテナアレイ６０内に、図示するような適 当に選択されたサイズと間隔並びに好適な終端を持つ形式の複数のスタブ６２を 採用することで、分散型マイクロ波アプリケータ１２に対して用いるのに適する 共振アンテナ構造をいつでも実現することができる。このアンテナ構造は電磁場 をコヒーレントな平面波の形式にて発射する。 第３図、第５Ａ図、および第５Ｂ図は、対のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂの 一つの可能な構成（コンフィギュレーション）を示す。各アンテナアレイ６０Ａ 、６０Ｂ上には、二分の一波長λ／２だけ離された複数対のスタブ６２が設けら れている。マイクロ波電力は、電源５４に接続された同軸ライン６６を用いて、 各アンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂに供給される。同軸ライン６６はやや直線状と され、チャンバ２２の外側シェルを構成する軟質鋼シェルを好適な程度だけ貫通 する。各マイクロ波源すなわち導波６６は、電力を２つのアンテナアレイ６０Ａ 、６０Ｂに供給する。さらに、スタブ６２を非磁性のボス７３とともに構成し、 これを用いてスタブ６２が構造的に支持されるようにしても良い。ボス７３は、 非磁性のステンレス鋼を含み、例えば、ろう付で外側導体６４に固着すると良い 。 図示される２本のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂは、４つの同一のカドラント ６８のうちの１つのカドラントを表し、これらが一体となって、プラズマ源２０ の周囲にマイクロ波電力を均一に分配する。これらの２本のアンテナアレイ６Ａ 、６０Ｂを並列に接続して、アプリケータ１２のカドラント６８を形成する。各 同軸ライン６６は、例えばそれぞれ銅を含む外側導体６４と内側導体７０、およ び外側導体６４と内側導体７０の間の間隔を満たす誘電媒体７２を備えている。 ポリテトラフルオエチレンのような好適な誘電材料を含むスペーサ７１が、内側 導体７０と外側導体６４との間に挿入される。スペーサ７１は内側導体７０と外 側導体６４の間の距離を維持するために備えても良い。対の輻射スタブ６２が、 アプリケータ１２のカドラント６８の各脚部に沿って、二分の一波長λ／２の間 隔にて形成される。結合要素７４が備えられてスタブ６２が誘電媒体７２に電気 的に結合される。さらに、一つあるいは複数の誘電体チューニングプレート７５ を オプションとして備えて、同軸ライン６６の誘電強度を微調節することもできる 。これによってアンテナの共振周波数をマイクロ波発生器に整合させることが可 能となる。 対のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂのうち、ひとつのアンテナアレイ６０Ａ上 の対の輻射スタブ６２が、第二のアンテナアレイ６０Ｂ上の対応するスタブ６２ に対して四分の一波長λ／４に等しい距離だけオフセットされる点に注意された い。２本のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂを並列に接続する同軸ライン６６の結 合部６７の長さも四分の一波長λ／４に等しい場合は、プラズマにより反射され てこれら２つのアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂに戻るマイクロ波電力は、給電点 において位相が１８０°だけずれ、このため合衆国特許第5,370,765号において 開示されるハイブリッド結合器によって達成される方法と同様の方法で干渉する ことは明らかである。 図面、特に、第２図を再び参照しながら、マイクロ波電力と、共振相互作用領 域５８の磁界によって磁化された電子との間の相互作用についてより詳細に説明 する。ただし、その前に、チャンバ２２の一端に出口７６が設けられている点に 注目されたい。チャンバ２２の他端は終端壁７８にて囲まれる。さらに、複数の 永久磁石アレイ１４が備えられて、終端壁７８に対する従来の磁気絶縁が形成さ れるが、同時にこれはチャンバ２２のプラズマ形成部３６の内部に望ましい中央 無磁界領域を有する磁界が発生することを助ける。 マイクロ波電源５４を上述のように配設した場合、マイクロ波電力と、チャン バ２２内の存在する背景プラズマとの相互作用によって生成および加熱される電 子が、磁力線、例えば、３８、４０、４２に沿って処理中の試料８０に向かって 直接自由に流れることが阻止されることに注目することは重要である。というよ りも、マイクロ波電力によって加熱された高エネルギー電子は、２つのクラスに 分けて考えることができる。第一のクラスの加熱された電子はプラズマ形成部３ ６の中央領域８２に入る傾向を持つ。つまり、第一のクラスの加熱された電子は 、磁力線３８、４０、４２に当たり、プラズマ形成部３６内を、前後に、横方向 にはずむ（バウンスする）傾向を持つ。加熱された電子は、プラズマ形成部３６ の内部を最終的に中性のガス原子と衝突してエネルギーが低下するまで横方向に 移動し、冷たいプラズマの密度の増大を助ける。 第二のクラスの加熱された電子は２つの円筒磁石アセンブリ３２、３４に近接 するマイクロ波電源５４の配列に依存する。第二のクラスの高エネルギー電子は 、磁界ミラー領域５０、５２内に閉込められる。磁界ミラー領域５０、５２が、 連続的で、環状の軸対称な性質を持つために、いわゆる第二のクラス内の高エネ ルギー電子は、磁界ミラー領域５０、５２によって形成される環状経路の周囲を 連続的に伝播する。高エネルギー電子のこの運動は、当業者においては、“prec ession（歳差運動）”として知られている。プラズマ形成部３６の周辺を、環状 の磁界ミラー領域５０、５２内に閉込められて、歳差運動するこれらの高エネル ギー電子は、これらの磁界ミラー領域５０、５２内に、中性のガス原子と衝突す るまで閉込められ続ける傾向にある。これらの電子は、ガス原子と衝突すると、 非弾性衝突を通じてエネルギーを伝達し、この結果、ガス原子をイオン化あるい は励起する。これは、プラズマ形成部３６内のプラズマの密度の増大に寄与する 。同時に、幾らかの電子は、上述のDandlに付与された合衆国特許において説明 される移送機構を通じて、次第に中央領域８２内に流入する。 円筒チャンバ２２の軸対称な構成（コンフィギュレーション）は、同様の軸対 称な円筒磁石アセンブリ３２、３４と、新規なアプリケータ１２がマイクロ波電 力を同様に軸対称な分配に分配することと相まって、マイクロ波電力から冷たい プラズマへの変換効率を高める。さらに、チャンバ２２、磁石アセンブリ３２、 ３４、および電力の分配の軸対称な構成により、磁力線３８、４０、４２に沿っ て高エネルギー電子が処理中の試料８０に直接流れることが阻止される。 プラズマ源２０は、試料８０のＣＶＤ、エッチング、スパッタリング、スパッ タ洗浄、あるいは同様のタイプの表面処理等の応用に用いるように適合されるこ とが好ましい。試料８０は、出口７６に通じる好適なプラットホームあるいはホ ルダ８４上に置かれる。同時に、チャンバ２２内には、プラズマ形成部３６と出 口７６の中間部に、無磁界領域８６が形成される。無磁界領域８６の周囲に絶縁 磁石８８をさらに配設することにより、無磁界領域８６内のプラズマが、近接す るチャンバ２２の壁部９０と衝突することが阻止される。絶縁磁石８８は、内部 中央磁界の強度をさらに低減し、十分に低い値に落とす。加えて、電磁コイル９ ２を好適な定常電力の外部電源とともに用いて、無磁界領域８６内の磁界の強度 を微調節できるようにしても良い。 従来の電子サイクロトロン加熱方法によると、マイクロ波源５４と磁石アセン ブリ３２、３４を用いて、共振相互作用領域５８が生成される。この共振相互作 用領域５８は、プラズマ形成部３６内にかなり延びてアプリケータ１２の対のア ンテナアレー６０の正面に達する。共振相互作用領域５８を通過する電子が、ア プリケータ１２のスタブ６２によって輻射されるマイクロ波の場からエネルギー を吸収し、これにより高エネルギーとなることを理解されたい。前述のように、 第一のクラスの電子は、一般に、共振相互作用領域５８を一度のみ通過する傾向 を持ち、その後は、ガス原子と相互に作用するまでプラズマ形成部３６の中央領 域８２内にとどまる傾向を持つ。 環状の磁界ミラー領域５０、５２内を歳差運動する第二のクラスの高エネルギ ー電子は、共振相互作用領域５８を何度も通過することができるので、チャンバ ２２の周辺を歳差運動しながら自身のエネルギーをさらに増大させる。この理由 から、好ましくは、共振相互作用領域５８が高エネルギー電子の加熱を促進する ような方法で磁界ミラー領域５０、５２と交差するように磁石アセンブリ３２、 ３４を設計する。円筒状の磁石アセンブリ３２、３４も、関連する磁力線をアセ ンブリ３２、３４の近傍によりきつく閉じこめるように構成して、ミラー比を増 大させ、磁界ミラー領域５０、５２を通過する際の高エネルギー電子の損失を最 小にすることが好ましい。 上述の説明から、本発明のプラズマ源２０とマイクロ波アプリケータ１２の動 作のモードは、当業者において明白であると信じるのが一般的である。しかしな がら、本発明の完全な理解を助けるために、以下では、動作の方法について簡潔 に説明する。 再び第２図を参照しながら動作を説明すると、最初に、電源５４からのマイク ロ波電力と、チャンバ２２のプラズマ形成部３６内に存在する背景プラズマや中 性ガスとの相互作用によって、高エネルギー電子が生成される。上述したように ２つのクラスの高エネルギー電子が生成されるが、これらは、両方とも、磁力線 、例えば、４４、４６、４８に沿ってホルダ８４上で処理中の試料８０に向って 直接流れることは阻止される。チャンバ２２、磁石アセンブリ３２、３４、およ びマイクロ波電源５４の設計により、高エネルギー電子内に蓄えられたエネルギ ーを高密度の冷たいプラズマに高い効率で変換することが達成される。チャンバ ２２内には低いガス圧力が維持され、このため、試料８０へのプラズマの流れは 、単一方向となり、それぞれ指定されるプロセスに対して反応種の相対濃度を最 適化することが可能となる。 冷たいプラズマがプラズマ形成部３６から出口７６に向って流れるとき、プラ ズマは磁界強度が次第に弱くなる領域を通過し、無磁界領域８６に到達する。無 磁界領域８６内では、磁界圧力の値が低いために、冷たいプラズマは、チャンバ ２２の縦軸１４に対して横方向に自由に広がり、均一な密度となって出口７６に 接近する。こうして、プラズマが無磁界領域８６を通過して出口７６へと向うと き、プラズマは、高密度であることだけでなく、プラズマ密度と温度が均一であ るこという性質をも有し、これにより、試料８０の処理の均一性が増進する。 望ましいプロセスの遂行にあたり、追加の反応ガスを、不活性な「キャリア」 ガスとともに、あるいは環状の共振相互作用領域５８の背後から別個に、あるい はそのプロセスを最適化するように選択することができる方法で無磁界領域８６ 内に導入することもできることは理解されたい。さらに、本発明において可能な 広い動作範囲に渡って圧力を制御することにより、反応プラズマ種の所望の濃度 を達成し、処理中の試料８０に到達させることができる。さらに、本発明による 電子サイクロトロン加熱にてプラズマを生成する方法は他の応用にも有効となり 得ることを理解されたい。例えば、本発明のプラズマ源は、上述のプラズマ源の 要素と実質的に同一である要素を実質的に全て用いて、負のイオン源として用い ることもできる。本発明の方法および装置を他の関連する応用に用いることも可 能である。 当業者において理解できるように、上述の好ましい実施形態の様々な適合化お よび修正が本発明の範囲および精神から逸脱することなく可能である。従って、 本発明は、最後に添付する請求の範囲に規定される範囲内で、上述の説明とは異 なる方法で実施できることも理解されたい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１月１３日（１９９８．１．１３） 【補正内容】 明細書 電子サイクロトロン共振プラズマ源用の同軸マイクロ波アプリケータ 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、一般的には、プラズマ流を生成するための電子サイクロトロン共振 加熱プラズマ源、例えば、VLSIウェーハ等の試料のＣＶＤ（化学的気相成長）、 エッチング、洗浄を含む処理応用に用いるプラズマ源に関し、より詳細には、電 子サイクロトロン共振加熱プラズマ源と共に用いられるマイクロ波アプリケータ およびこれを採用した方法および装置に関する。 ２．関連する技術 本発明は、冷たいプラズマの生成、より詳細には、電子サイクロトロン共振加 熱により様々な望ましい性質を向上させるプラズマを生成することに関する。よ り詳細には、本発明および関連する先行技術は、加えられるマイクロ波電力、周 囲ガスの圧力と組成、磁界の構成（コンフィギュレーション）の詳細およびマイ クロ電力をプラズマに結合する手段等によって決定される定常状態値でのプラズ マの密度と組成、並びに電子とイオンの温度等を支配する物理条件に関する。こ れらの条件は、結合される種、つまり、電子、イオン、および中性ガス原子の各 々の粒子と電力のバランスに起因するプロセスの観点から考察することができる 。 プラズマのほぼ完全な現実的な移送モデルの近似としての理想化ポイントモデ ルの場合でさえも、このような系（システム）を特性化する様々な基本的プラズ マパラメータの相互に関連し合う値の間には、幾つかの重要な依存性があること が示される。これらの依存性は、実用化に際して様々な応用、例えば大規模集積 （VLSI）回路に用いるウェーハ等の試料の処理において必須であると信じられる 、 要求される濃度の反応種を含む大容積の一様な静止低温プラズマの達成を困難に する幾つかの基本的な妨害要因を明確にする。これらのプラズマの応用には、Ｃ ＶＤ、エッチング、洗浄や、特に、サブミクロンサイズの形状を持つ半導体デバ イスのプラズマ支援処理が含まれる。 つまり、TEMモードによって導電壁内に誘導される電流はスロット６３の両端近 傍に流れ、スロット６３を横断して出現する電界を大きくショートするため、横 方向スロット６３は非常に非効率な輻射器である。 しかしながら、本発明による輻射スタブ６２は、それぞれ、図面に簡略的に示 すようなより複雑な構造を採用し、スロット６３によって典型的に輻射される電 力を２〜３倍のオーダの規模で増大させる。スタブ６２からの輻射は、同軸ライ ン６６に対して平行に延びる電界Ｅと同軸ライン６６に対して垂直に延びる磁界 Ｈと直線状に偏波される。同軸アンテナアレイ６０内に、図示するような適当に 選択されたサイズと間隔並びに好適な終端を持つ形式の複数のスタブ６２を採用 することで、分散型マイクロ波アプリケータ１２に対して用いるのに適する共振 アンテナ構造をいつでも実現することができる。このアンテナ構造は電磁場をコ ヒーレントな平面波の形式にて発射する。 第３図、第５Ａ図、および第５Ｂ図は、対のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂの 一つの可能な構成（コンフィギュレーション）を示す。各アンテナアレイ６０Ａ 、６０Ｂ上には、二分の一波長λ／２だけ離された複数対のスタブ６２が設けら れている。マイクロ波電力は、電源５４に接続された同軸ライン６６を用いて、 各アンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂに供給される。同軸ライン６６はやや直線状の とされ、チャンバ２２の外側シェルを構成する軟質鋼シェルを好適な程度だけ貫 通する。各マイクロ波源すなわち導波６６は、電力を２つのアンテナアレイ６０ Ａ、６０Ｂに供給する。さらに、スタブ６２を非磁性のボス７３とともに構成し 、これを用いてスタブ６２が構造的に支持されるようにしても良い。ボス７３は 、非磁性のステンレス鋼を含み、例えば、ろう付で外側導体６４に固着すると良 い。 図示される２本のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂは、４つの同一のカドラント （quadrant）６８のうちの１つのカドラントを表し、これらが一体となって、プ ラズマ源２０の周囲にマイクロ波電力を均一に分配する。これらの２本のアンテ ナアレイ６Ａ、６０Ｂを並列に接続して、アプリケータ１２のカドラント６８を 形成する。各同軸ライン６６は、例えばそれぞれ銅を含む外側導体６４と内側導 体７０、および外側導体６４と内側導体７０の間の間隔を満たす誘電媒体７２を 備えている。ポリテトラフルオエチレンのような好適な誘電材料を含むスペーサ ７１が、内側導体７０と外側導体６４との間に挿入される。スペーサ７１は内側 導体７０と外側導体６４の間の距離を維持するために備えても良い。対の輻射ス タブ６２が、アプリケータ１２のカドラント６８の各脚部に沿って、二分の一波 長λ／２の間隔にて形成される。結合要素７４が備えられてスタブ６２が誘電媒 体７２に電気的に結合される。さらに、一つあるいは複数の誘電体チューニング プレート７５をオプションとして備えて、同軸ライン６６の誘電強度を微調節す ることもできる。これによってアンテナの共振周波数をマイクロ波発生器に整合 させることが可能となる。 対のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂのうち、ひとつのアンテナアレイ６０Ａ上 の対の輻射スタブ６２が、第二のアンテナアレイ６０Ｂ上の対応するスタブ６２ に対して四分の一波長λ／４に等しい距離だけオフセットされる点に注意された い。２本のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂを並列に接続する同軸ライン６６の結 合部６７の長さも四分の一波長λ／４に等しい場合は、プラズマにより反射され てこれら２つのアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂに戻るマイクロ波電力は、給電点 において位相が１８０°だけずれ、このため合衆国特許第5,370,765号において 開示されるハイブリッド結合器によって達成される方法と同様の方法で干渉する ことは明らかである。 図面、特に、第２図を再び参照しながら、マイクロ波電力と、共振相互作用領 域５８の磁界によって磁化された電子との間の相互作用についてより詳細に説明 する。ただし、その前に、チャンバ２２の一端に出口７６が設けられている点に 注目されたい。チャンバ２２の他端は終端壁７８にて囲まれる。さらに、複数の 永久磁石アレイ１４が備えられて、終端壁７８に対する従来の磁気絶縁が形成さ れるが、同時にこれはチャンバ２２のプラズマ形成部３６の内部に望ましい中央 無磁界領域を有する磁界が発生することを助ける。 マイクロ波電源５４を上述のように配設した場合、マイクロ波電力と、チャン バ２２内の存在する背景プラズマとの相互作用によって生成および加熱される電 子が、磁力線、例えば、３８、４０、４２に沿って処理中の試料８０に向かって 直接自由に流れることが阻止されることに注目することは重要である。というよ りも、マイクロ波電力によって加熱された高エネルギー電子は、２つのクラスに 分けて考えることができる。第一のクラスの加熱された電子はプラズマ形成部３ ６の中央領域８２に入る傾向を持つ。つまり、第一のクラスの加熱された電子は 、磁力線３８、４０、４２に当たり、プラズマ形成部３６内を、前後に、横方向 にはずむ（バウンスする）傾向を持つ。加熱された電子は、プラズマ形成部３６ の内部を最終的に中性のガス原子と衝突してエネルギーが低下するまで横方向に 移動し、冷たいプラズマの密度の増大を助ける。 請求の範囲 １． 縦軸に関して対称的なチャンバであって、前記縦軸に沿ってプラズマ形 成部が形成されたチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの近傍に配設され、前記チャンバの近傍に延在するローブと、前 記チャンバの縦軸に沿って延在して前記プラズマ形成部を囲む共振相互作用領域 とを形成する磁力線を有する磁界を生成する磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸端に近接するように実質的に無磁界の領域を拡大すると ともに、磁力線が前記無磁界領域中に延在して前記試料に向かうことを最小限に 抑制する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、前記プラズマ形 成部に向って内側にかつ前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在する発射軸 を有し、前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射する マルチ開口同軸アンテナアレイを少なくとも一対含むマイクロ波電力アプリケー タであって、前記開口を経由して同軸伝送線に連結され、前記電磁輻射を輻射す る複数の輻射スタブを前記アンテナアレイがそれぞれ有する同軸マイクロ波電力 アプリケータと、 前記チャンバ内にガス圧力を維持する手段と、を備えた、 同軸マイクロ波アプリケータを用いるプラズマ源。 ２． 前記輻射スタブから電磁輻射が輻射され、前記チャンバ内のガス状媒体 と相互に作用し、前記プラズマ形成領域を通過して前記試料に向って流れるプラ ズマ流を形成し、前記プラズマの密度は高く、前記試料よりも大きな横方向寸法 に渡って均一であり、前記プラズマの温度は低く、高エネルギー粒子が存在しな いという特性を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプラズマ源。 ３． 前記チャンバ内の前記ガス圧力は、約１０^-3Torrから１０^-5Torrの範囲 であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプラズマ源。 ４． 前記アンテナアレイは、マイクロ波電源に結合された同軸線と、この同 軸線に沿って空間に配設されたスタブとをそれぞれ備え、前記スタブは、２つの スタブが互いに近接して一対のスタブをなし、この一対のスタブが近接するスタ ブ対間の距離とともに一対のスタブの長さに実質的に等しい長さを有するように 前記同軸線に沿って配設され、電磁輻射が前記輻射スタブから輻射されて前記チ ャンバ内のガス状媒体と相互に作用し、前記プラズマ形成領域を通過して前記試 料に向って流れるプラズマ流を形成し、前記プラズマの密度は高く、前記試料よ りも大きな横方向寸法に渡って均一であり、前記プラズマの温度は低く、プラズ マの不安定性に起因する高エネルギー粒子が存在しないという特性を有し、実質 的に１０^-3Torrから実質的に１０^-5Torrの範囲のガス圧力で動作することを特徴 とする請求の範囲第１項に記載のプラズマ源。 ５． 前記近接するスタブ対間の距離と一対のスタブの長さとは、前記アンテ ナアレイに供給されるマイクロ波電力の波長の二分の一であることを特徴とする 請求の範囲第４項に記載のプラズマ源。 ６． 縦軸に関して対称的なチャンバであって、前記縦軸に沿ってプラズマ形 成部が形成されたチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの周辺に配設され、前記チャンバの近傍に延在するローブと、前 記チャンバの縦軸に沿って延在して前記プラズマ形成部を囲む共振相互作用領域 とを形成する磁力線を有する磁界を生成する磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸の一端に近接する内部無磁界領域を有する磁界壁であっ て、磁力線が前記無磁界領域内に延在し、前記試料に向うことを最小限に抑制す る磁界壁を生成する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、前記プラズマ形 成部に向って内側にかつ前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在する発射軸 を有し、前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射する マルチ開口同軸アンテナアレイを少なくとも一対含む同軸マイクロ波電力アプリ ケータであって、前記開口を経由して前記同軸伝送線に連結され、前記電磁輻射 を輻射する複数の輻射スタブを前記アンテナアレイがそれぞれ有するマイクロ波 電力アプリケータと、 前記チャンバ内にガス圧力を維持する手段と、を備えた、 同軸マイクロ波アプリケータを用いるプラズマ源。 ７． エッチングおよびＣＶＤ（化学的気相成長）を含むプロセスで試料を処 理するために用いられるプラズマ源であって、 縦軸に関して対称の形状を有し、前記縦軸に沿ってプラズマ形成部が形成され たチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの近傍に配設され、前記チャンバの近傍に延在する連続的な環状 ローブと、前記チャンバの前記縦軸に沿って延在して前記プラズマ形成部を囲む 連続的な共振相互作用領域とを形成する磁力線を有する連続的な対称形の磁界を それぞれ生成する一対の磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸の一端に近接するように実質的に無磁界の領域を拡大す るとともに、磁力線が前記無磁界領域中に延在して前記試料に向かうことを最小 限に抑制する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、前記プラズマ形 成部に向って内側にかつ前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在する発射軸 を有し、前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射する マルチ開口同軸アンテナアレイを少なくとも一対含むマイクロ波電力アプリケー タであって、前記開口を経由して前記同軸伝送線に連結され、前記電磁輻射を輻 射する複数の輻射スタブを前記アンテナアレイがそれぞれ有する同軸マイクロ波 電力アプリケータと、 前記チャンバ内にガス圧力を維持する手段と、を備え、 前記輻射スタブから電磁輻射が輻射されて前記チャンバ内でガス媒体と相互に 作用し、前記プラズマ形成部を通過して前記試料に向って流れるプラズマ流を形 成し、前記プラズマの密度は高く、前記試料よりも大きな横方向寸法に渡って均 一であり、前記プラズマの温度は低く、高エネルギー粒子が存在しないという特 性を有することを特徴とする、マイクロ波アプリケータを用いる電子サイクロト ロン共振（ECR）プラズマ源。 ８． 前記チャンバ内の前記ガス圧力は、約１０^-3Torrから約１０^-5Torrの範 囲であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載のECRプラズマ源。 ９． 前記チャンバは円筒形状を有し、前記磁石アセンブリは円筒状で前記チ ャンバの近傍に円をなすように配設され、前記磁石アセンブリの各々が、前記チ ャンバの近傍に同様に円をなすように延在する連続的な環状ローブを形成する磁 力線を有する円をなすように連続で対称な磁界をそれぞれ生成することを特徴と する請求の範囲第７項に記載のECRプラズマ源。 １０． 前記アンテナアレイは、マイクロ波電源に結合された同軸ラインと、 この同軸ラインに沿って所定の空間間隔で配設されて前記アンテナアレイをなす 複数の輻射スタブと、をそれぞれ備え、前記スタブは、２つのスタブが互いに近 接して配設されて一対のスタブをなし、この一対のスタブが近接するスタブ対間 の距離とともに一対のスタブの長さに実質的に等しい長さを有するように前記同 軸線に沿って配設されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載のECRプラズ マ源。 １１． 前記近接する対のスタブ間の距離と一対のスタブの長さは、前記アン テナアレイに供給されるマイクロ波電力の波長の二分の一であることを特徴とす る請求の範囲第１０項に記載のECRプラズマ源。 １２． 対をなすアンテナアレイの一方のアレイ上の前記複数の輻射スタブは 、前記対をなすアンテナアレイの他方のアレイ上の対応するスタブに対して四分 の一波長だけ離隔され、前記対のアンテナアレイを前記マイクロ波電源に接続す る前記同軸ラインの結合部は、四分の一波長とされて、前記プラズマ形成部内の プラズマにより反射されて前記対のアンテナアレイに戻るマイクロ波電磁輻射を 打消すことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のECRプラズマ源。 １３． 前記マイクロ波電源は、約２．４５ＧＨｚの周波数で電磁輻射を輻射 することを特徴とする請求の範囲１０に記載のECRプラズマ源。 １４． 前記対のアンテナアレイは、弓形をなすように形成されることを特徴 とする請求の範囲第１０項に記載のECRプラズマ源。 １５． 前記対のアンテナアレイは、マイクロ波アプリケータのカドラント（ quadrant）をそれぞれ１つ有し、前記アプリケータは、これら４つのカドラント を備えることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のECRプラズマ源。 １６． 前記チャンバは金属合金を含むことを特徴とする請求の範囲第７項に 記載のECRプラズマ源。 １７. エッチングおよびＣＶＤ（化学的気相成長）を含むプロセスで試料を 処理するために用いられるプラズマ源であって、 縦軸に関して対称の形状を有し、前記縦軸に沿って内部にプラズマ形成部が形 成されたチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの近傍に円をなすように配設され、前記チャンバの近傍に同様に 円をなすように延在する連続的な環状ローブと、前記チャンバの前記縦軸に沿っ て延在して前記プラズマ形成部を包囲する連続的な共振相互作用領域とを形成す る磁力線を有する、円をなすように連続的な対称形の磁界をそれぞれ生成する一 対の円筒状磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸の一端に近接するように実質的に無磁界の領域を拡大す るとともに、磁力線が前記無磁界領域中に延在して前記試料に向かうことを最小 限に抑制する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、それぞれ弓状を なすように形成された複数対のマルチ開口同軸アンテナアレイを含む同軸マイク ロ波電力アプリケータであって、前記複数対のアンテナアレイは、前記プラズマ 形成部に向って内側に輻射状上に延在するとともに前記チャンバの前記縦軸に対 して垂直に延在するマルチ発射軸をそれぞれ有し、前記チャンバの前記プラズマ 形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射し、前記電磁輻射を輻射する複数の輻射ス タブをそれぞれ有し、これらのスタブは、前記アンテナアレイに沿って空間内に 配設されて前記プラズマ形成部の近傍でマイクロ波電磁輻射を分配し、これらの スタブは、２つのスタブが相互に近接して配設されて一対のスタブをなし、この 一対のスタブが近接するスタブ対間の距離とともに一対のスタブの長さに実質的 に等しい長さを有するように前記アンテナアレイに沿って配設される、同軸マイ クロ波電力アプリケータと、 前記チャンバ内に低いガス圧力を維持する手段と、を備え、 前記アンテナアレイから電磁輻射が均一に輻射されて前記チャンバ内でガス媒 体と相互に作用し、前記プラズマ形成領域を通過して前記試料に向って一定方向 に流れ、高密度で、前記試料よりも大きな横方向寸法に渡る均一性を有し、プラ ズマの温度が低く、プラズマの不安定性に起因する高エネルギー粒子が存在しな いという特性を有するプラズマ流を形成し、動作ガス圧力が実質的に１０^-3Torr から実質的に１０^-5Torrの範囲であることを特徴とする、同軸マイクロ波アプリ ケータを用いる電子サイクロトロン共振（ECR）プラズマ源。 １８． 前記対のアンテナアレイは、マイクロ波電源に結合された同軸線をそ れぞれさらに含み、この同軸線はスロット付きの外側導体を有し、前記輻射スタ ブが、前記同軸線内の前記スロットによって輻射されるマイクロ波電磁輻射より 約２倍から約３のオーダだけ大きな規模でマイクロ波電磁輻射を輻射するように 、前記スロット内に形成されることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のEC Rプラズマ源。 １９． 前記近接する対のスタブ間の距離と一対のスタブの長さは、前記アン テナアレイに供給されるマイクロ波電力の波長の二分のーであり、前記対をなす アンテナアレイの一方のアレイ上の前記複数の輻射スタブは、前記対をなすアン テナアレイの他方のアレイ上の対応するスタブに対して四分の一波長だけ離隔さ れ、前記対のアンテナアレイを前記マイクロ波電源に接続する前記同軸線の結合 部は、四分の一波長であり、これにより前記プラズマ形成部内のプラズマによっ て反射され前記対のアンテナアレイに戻るマイクロ波電磁輻射が打消されること を特徴とする請求の範囲第１７項に記載のECRプラズマ源。 ２０． 前記マイクロ波電源は、約２．４５ＧＨｚの周波数で電磁輻射を輻射 することを特徴とする請求の範囲第１８項に記載のECRプラズマ源。 ２１． 前記対のアンテナアレイは、前記マイクロ波アプリケータのカドラン ト（quadrant）の１つをそれぞれ有し、前記アプリケータは、これら４つのカド ラントを備えることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のECRプラズマ源。 ２２． 前記アンテナアレイによって輻射される電磁輻射線の共振周波数を前 記マイクロ波電源によって供給されるマイクロ波電源の周波数に整合させる手段 をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載のECRプラズマ源。 ２３． 表面処理を含むプロセスによって試料を処理するため電子サイクロト ロン共振（ECR）加熱によりプラズマを生成する方法であって、 縦軸に関して対称の形状を有し、この縦軸に沿ってプラズマ形成部が形成され る円筒チャンバを形成するステップと、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入するステップと、 前記チャンバ内で低いガス圧力を維持するステップと、 前記チャンバの軸の一端に近接するように試料を支持するステップと、 前記チャンバの近傍に同様に円をなすように連続かつ対称なローブと、前記チ ャンバの前記縦軸に沿って前記プラズマ形成部を包囲する連続な共振相互作用領 域とを生成する磁力線を有する、円をなすように連続的かつ対称形の磁界を生成 するステップと、 前記プラズマ形成部に向って内側に輻射状に延在し、かつ前記チャンバの縦軸 に対して垂直に延在するマルチ放射軸をそれぞれ有する複数対のマルチ開口同軸 アンテナアレイであって、前記アンテナアレイに沿って空間内に配設された複数 の輻射スタブであって、２つのスタブが相互に近接して配設されて一対のスタブ をなし、この一対のスタブが、近接するスタブ対間の距離とともに一対のスタブ の長さに実質的に等しい長さを有するように配設されて前記プラズマ形成部の近 傍でマイクロ波電磁輻射を均一に分配する複数の輻射スタブをそれぞれ含むアン テナアレイを備えた環状アプリケータを形成することにより、前記プラズマ形成 部に電磁輻射を均一に輻射して、前記プラズマ形成部を通過して前記試料に向っ て一定方向に流れ、高密度で、前記試料よりも大きな横方向寸法に渡る均一性を 有し、プラズマの温度が低く、プラズマの不安定性に起因する高エネルギー粒子 が存在しないという特性を有し、動作ガス圧力が実質的に１０^-3Torrから実質的 に１０^-5Torrの範囲であるプラズマ流を形成するステップとを備えた方法。 ２４． エッチングおよびＣＶＤ（化学的気相成長）を含むプロセスにより試 料を処理する用途に用いられるサイクロトロン共振（ECR）プラズマ源であって 、縦軸に関して対称で、かつ、前記縦軸に沿ってプラズマ形成部が形成されたチ ャンバと、前記チャンバの前記縦軸に沿って形成されたプラズマ形成部と、前記 チャンバの前記軸の一端に近接して試料を支持する手段と、前記チャンバの近傍 に円をなすように配設され、前記チャンバの近傍に同様に円をなすように延在す る連続的な環状ローブと、前記チャンバの前記縦軸に沿って延在して前記プラズ マ形成部を包囲する連続的な共振相互作用領域とを形成する磁力線を有する、円 をなすように連続的な対称形の磁界をそれぞれ生成する一対の円筒状磁石アセン ブリと、を含むプラズマ源内で、前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との 間に挿入されたマイクロ波電力アプリケータであって、 それぞれ弓状をなすように形成された複数対のマルチ開口同軸アンテナアレイ を含み、前記アンテナアレイは、前記プラズマ形成部に向って内側に輻射状上に 延在するとともに前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在するマルチ発射軸 をそれぞれ有し、 前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射し、 約２．４５ＧＨｚの周波数でマイクロ波電力を供給するマイクロ波電源に接続 され、外側導体にマルチ開口を有する同軸線と、 前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射し、前記電 磁輻射を輻射する複数の輻射スタブであって、前記外部導体内で形成され所定の 空間間隔で前記同軸線に沿って配設されて、前記プラズマ形成部の周辺近傍の全 領域でマイクロ波電磁輻射を均一に分配し、２つのスタブが相互に近接して配設 されて一対のスタブをなし、この一対のスタブが、近接するスタブ対間の距離と ともに一対のスタブの長さに実質的に等しい長さを有するように前記同軸線に沿 って配設され、前記近接する対のスタブ間の距離と一対のスタブの長さは、前記 アンテナアレイに供給されるマイクロ波電力の波長の二分の一であり、前記同軸 線内の前記開口によって輻射されるマイクロ波電力より約２倍から約３のオーダ だけ大きな規模でマイクロ波電磁輻射を輻射するように、前記開口内に形成され る輻射スタブと、 をそれぞれ備え、 前記アンテナアレイの前記輻射スタブから電磁輻射が均一に輻射されて前記チ ャンバ内でガス媒体と相互に作用し、前記プラズマ形成部を通過して前記試料に 向って一定方向に流れ、高密度で、前記試料よりも大きな横方向寸法に渡る均一 性を有し、プラズマの温度が低く、プラズマの不安定性に起因する高エネルギー 粒子が存在しないという特性を有するプラズマ流を形成し、動作ガス圧力が実質 的に１０^-3Torrから実質的に１０^-5Torrの範囲であるマイクロ波アプリケータ。 ２５． 対をなすアンテナアレイの一方のアレイ上の前記複数の輻射スタブは 、前記対のアンテナアレイの他方のアレイ上の対応するスタブに対して四分の一 波長だけ離隔され、前記対をなすアンテナアレイを前記マイクロ波電源に接続す る前記同軸線の結合部は、四分の一波長であり、これにより、前記プラズマ形成 部内のプラズマによって反射され前記対のアンテナアレイに戻るマイクロ波電磁 輻射が打消されることを特徴とする請求の範囲第２４項に記載のマイクロ波アプ リケータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 縦軸に関して対称的なチャンバであって、前記縦軸に沿ってプラズマ形 成部が形成されたチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの近傍に配設され、前記チャンバの近傍に延在するローブと、前 記チャンバの縦軸に沿って延在して前記プラズマ形成部を囲繞する共振相互作用 領域とを形成する磁力線を有する磁界を生成する磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸端に近接するように実質的に無磁界の領域を拡大すると ともに、磁力線が前記無磁界領域中に延在して前記試料に向かうことを最小限に 抑制する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、前記プラズマ形 成部に向って内側にかつ前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在する発射軸 を有し、前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射する スロット同軸導波アンテナアレイを少なくとも一対含むマイクロ波電力アプリケ ータであって、前記アンテナアレイが前記電磁輻射を輻射する複数の輻射スタブ をそれぞれ有するマイクロ波電力アプリケータと、 前記チャンバ内に所定のガス圧力を維持する手段と、を備えた、 マイクロ波アプリケータを用いるプラズマ源。 ２． 前記輻射スタブから電磁輻射が輻射され、前記チャンバ内のガス状媒体 と相互に作用し、前記プラズマ形成領域を通過して前記試料に向って流れるプラ ズマ流を形成し、前記プラズマの密度は高く、前記試料よりも大きな横方向寸法 に渡って均一であり、前記プラズマの温度は低く、高エネルギー粒子が存在しな いという特性を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプラズマ源。 ３． 前記チャンバ内の前記所定のガス圧力は、約１０^-3Torrから１０^-5Torr の範囲であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプラズマ源。 ４． 前記アンテナアレイは、マイクロ波電源に結合された同軸線と、この同 軸線に沿って所定の空間間隔で配設されたスタブとをそれぞれ備え、前記スタブ は、２つのスタブが互いに近接して配設されて一対のスタブをなし、近接するス タブ対間の距離が一対のスタブの距離に実質的に等しくなるように前記同軸線に 沿って配設され、これにより、前記輻射スタブから電磁輻射が輻射され、前記チ ャンバ内のガス状媒体と相互に作用し、前記プラズマ形成領域を通過して前記試 料に向って流れるプラズマ流を形成し、前記プラズマの密度は高く、前記試料よ りも大きな横方向寸法に渡って均一であり、前記プラズマの温度は低く、プラズ マの不安定性に起因する高エネルギー粒子が存在しないという特性を有し、実質 的に１０^-3Torrから実質的に１０^-5Torrの範囲のガス圧力で動作することを特徴 とする請求の範囲第１項に記載のプラズマ源。 ５． 前記近接するスタブ対間の距離は同様であり、一対のスタブの長さは、 前記アンテナアレイに供給されるマイクロ波電力の波長の二分の一であることを 特徴とする請求の範囲第４項に記載のプラズマ源。 ６． 縦軸に関して対称的なチャンバであって、前記縦軸に沿ってプラズマ形 成部が形成されたチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの周辺に配設され、前記チャンバの近傍に延在するローブと、前 記チャンバの縦軸に沿って延在して前記プラズマ形成部を囲む共振相互作用領域 とを形成する磁力線を有する磁界を生成する磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸の一端に近接する内部無磁界領域を有する磁界壁であっ て、磁力線が前記無磁界領域内に延在し、前記試料に向うことを最小限に抑制す る磁界壁を生成する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、前記プラズマ形 成部に向って内側にかつ前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在する発射軸 を有し、前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射する スロット同軸導波アンテナアレイを少なくとも一対含むマイクロ波電力アプリケ ータであって、前記アンテナアレイが前記電磁輻射を輻射する複数の輻射スタブ をそれぞれ有するマイクロ波電力アプリケータと、 前記チャンバ内に所定のガス圧力を維持する手段と、を備えた、 マイクロ波アプリケータを用いるプラズマ源。 ７． エッチングおよびＣＶＤ（化学的気相成長）を含むプロセスで試料を処 理するために用いられるプラズマ源であって、 縦軸に関して対称の形状を有し、前記縦軸に沿ってプラズマ形成部が形成され たチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの近傍に配設され、前記チャンバの近傍に延在する連続的な環状 ローブと、前記チャンバの前記縦軸に沿って延在して前記プラズマ形成部を囲む 連続的な共振相互作用領域とを形成する磁力線を有する連続的な対称形の磁界を それぞれ生成する一対の磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸の一端に近接するように実質的に無磁界の領域を拡大す るとともに、磁力線が前記無磁界領域中に延在して前記試料に向かうことを最小 限に抑制する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、前記プラズマ形 成部に向って内側にかつ前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在する発射軸 を有し、前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射する スロット同軸導波アンテナアレイを少なくとも一対含むマイクロ波電力アプリケ ータであって、前記アンテナアレイが前記電磁輻射を輻射する複数の輻射スタブ をそれぞれ有するマイクロ波電力アプリケータと、 前記チャンバ内に所定のガス圧力を維持する手段と、を備え、 前記輻射スタブから電磁輻射が輻射されて前記チャンバ内でガス媒体と相互に 作用し、前記プラズマ形成領域を通過して前記試料に向って流れるプラズマ流を 形成し、前記プラズマの密度は高く、前記試料よりも大きな横方向寸法に渡って 均一であり、前記プラズマの温度は低く、高エネルギー粒子が存在しないという 特性を有することを特徴とする、マイクロ波アプリケータを用いる電子サイクロ トロン共振（ECR）プラズマ源。 ８． 前記チャンバ内の前記所定のガス圧力は、約１０^-3Torrから約１０^-5To rrの範囲であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載のECRプラズマ源。 ９． 前記チャンバは円筒形状を有し、前記磁石アセンブリは円筒状で前記チ ャンバの近傍に円をなすように配設され、前記磁石アセンブリの各々が、前記チ ャンバの近傍に同様に円をなすように延在する連続的な環状ローブを形成する磁 力線を有する円をなすように連続で対称な磁界をそれぞれ生成することを特徴と する請求の範囲第７項に記載のECRプラズマ源。 １０． 前記アンテナアレイは、マイクロ波電源に結合された同軸ラインと、 この同軸ラインに沿って所定の空間間隔で配設されて前記アンテナアレイをなす 複数の輻射スタブと、をそれぞれ備え、前記スタブは、２つのスタブが互いに近 接して配設されて一対のスタブをなし、近接するスタブ対間の距離が一対のスタ ブの距離に実質的に等しくなるように配設されることを特徴とする請求の範囲第 ７項に記載のECRプラズマ源。 １１． 前記近接する対のスタブ間の距離は同様であり、一対のスタブの長さ が、前記アンテナアレイに供給されるマイクロ波電力の波長の二分の一であるこ とを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のECRプラズマ源。 １２． 前記対のアンテナアレイの一方の上の前記複数の輻射スタブは、他方 のアンテナアレイ上の対応するスタブに対して四分の一波長だけ離隔され、前記 対のアンテナアレイを前記マイクロ波電源に接続する前記同軸ラインの結合部は 、四分の一波長とされて、前記プラズマ形成部内のプラズマにより反射されて前 記対のアンテナアレイに戻るマイクロ波電磁輻射を打消すことを特徴とする請求 の範囲第１１項に記載のECRプラズマ源。 １３． 前記マイクロ波電源は、約２．４５ＧＨｚの周波数で電磁輻射を輻射 することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のECRプラズマ源。 １４． 前記対のアンテナアレイは、弓形をなすように形成されることを特徴 とする請求の範囲第１０項に記載のECRプラズマ源。 １５． 前記対のアンテナアレイは、マイクロ波アプリケータのカドラント(q uadrant)をそれぞれ１つ有し、前記アプリケータは、これら４つのカドラントを 備えることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のECRプラズマ源。 １６． 前記チャンバは金属合金を含むことを特徴とする請求の範囲第７項に 記載のECRプラズマ源。 １７． エッチングおよびＣＶＤ（化学的気相成長）を含むプロセスで試料を 処理するために用いられるプラズマ源であって、 縦軸に関して対称の形状を有し、前記縦軸に沿ってプラズマ形成部が形成され たチャンバと、 試料を前記チャンバの前記軸の一端に近接して支持する手段と、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入する手段と、 前記チャンバの近傍に円をなすように配設され、前記チャンバの近傍に同様に 円をなすように延在する連続的な環状ローブと、前記チャンバの前記縦軸に沿っ て延在して前記プラズマ形成部を包囲する連続的な共振相互作用領域とを形成す る磁力線を有する、円をなすように連続的な対称形の磁界をそれぞれ生成する一 対の円筒状磁石アセンブリと、 前記チャンバの前記軸の一端に近接するように実質的に無磁界の領域を拡大す るとともに、磁力線が前記無磁界領域中に延在して前記試料に向かうことを最小 限に抑制する手段と、 前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間に挿入され、それぞれ弓状を なすように形成された複数対のスロット同軸導波アンテナアレイを含むマイクロ 波電力アプリケータであって、前記複数対のアンテナアレイは、前記プラズマ形 成部に向って内側に輻射状上に延在するとともに前記チャンバの前記縦軸に対し て垂直に延在するマルチ発射軸をそれぞれ有し、前記チャンバの前記プラズマ形 成部に向けて電磁輻射を均一に輻射し、前記電磁輻射を輻射する複数の輻射スタ ブをそれぞれ有し、これらのスタブは、所定の空間間隔で前記アンテナアレイに 沿って配設されて前記プラズマ形成部の周辺近傍の全領域でマイクロ波電磁輻射 を分配し、これらのスタブは、２つのスタブが相互に近接して配設されて一対を なし、近接するスタブ対間の距離が一対のスタブの長さと実質的に等しくなるよ うに前記同軸線に沿って配設される、マイクロ波電力アプリケータと、 前記チャンバ内に低いガス圧力を維持する手段と、を備え、 前記アンテナアレイから電磁輻射が均一に輻射されて前記チャンバ内でガス媒 体と相互に作用し、前記プラズマ形成領域を通過して前記試料に向って一定方向 に流れ、高密度で、前記試料よりも大きな横方向寸法に渡る均一性を有し、プラ ズマの温度が低く、プラズマの不安定性に起因する高エネルギー粒子が存在しな いという特性を有するプラズマ流を形成し、動作ガス圧力が実質的に１０^-3Torr から実質的に１０^-5Torrの範囲であることを特徴とする、マイクロ波アプリケー タを用いる電子サイクロトロン共振（ECR）プラズマ源。 １８． 前記対のアンテナアレイは、マイクロ波電源に結合された同軸線をそ れぞれさらに含み、この同軸線はスロット付きの外側導体を有し、前記輻射スタ ブが、前記同軸線内の前記スロットによって輻射されるマイクロ波電磁輻射より 約２倍から約３のオーダだけ大きな規模でマイクロ波電磁輻射を輻射するように 、前記スロット内に形成されることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のEC Rプラズマ源。 １９． 前記近接する対のスタブ間の距離と一対のスタブの長さは、いずれも 前記アンテナアレイに供給されるマイクロ波電力の波長の二分の一であり、前記 対のアンテナアレイの一方の上の前記複数の輻射スタブは、他方のアンテナアレ イ上の対応するスタブに対して四分の一波長だけ離隔され、前記対のアンテナア レイを前記マイクロ波電源に接続する前記同軸線の結合部は、四分の一波長であ り、これにより前記プラズマ形成部内のプラズマによって反射され前記対のアン テナアレイに戻るマイクロ波電磁輻射が打消されることを特徴とする請求の範囲 第１７項に記載のECRプラズマ源。 ２０． 前記マイクロ波電源は、約２．４５ＧＨｚの周波数で電磁輻射を輻射 することを特徴とする請求の範囲第１８項に記載のECRプラズマ源。 ２１． 前記対のアンテナアレイは、前記マイクロ波アプリケータのカドラン トの１つをそれぞれ有し、前記アプリケータは、これら４つのカドラントを備え ることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のECRプラズマ源。 ２２． 前記アンテナアレイによって輻射される電磁輻射線の共振周波数を前 記マイクロ波電源によって供給されるマイクロ波電源の周波数に整合させる手段 をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載のECRプラズマ源。 ２３． 表面処理を含むプロセスによって試料を処理するため電子サイクロト ロン共振（ECR）加熱によりプラズマを生成する方法であって、 縦軸に関して対称の形状を有し、この縦軸に沿ってプラズマ形成部が形成され る円筒チャンバを形成するステップと、 ガス媒体を前記チャンバ内に導入するステップと、 前記チャンバ内で低いガス圧力を維持するステップと、 前記チャンバの軸の一端に近接するように試料を支持するステップと、 前記チャンバの近傍に同様に円をなすように連続かつ対称なローブと、前記チ ャンバの前記縦軸に沿って前記プラズマ形成部を包囲する連続な共振相互作用領 域とを生成する磁力線を有する、円をなすように連続的かつ対称形の磁界を生成 するステップと、 前記プラズマ形成部に向って内側に輻射状に延在し、かつ前記チャンバの縦軸 に対して垂直に延在するマルチ放射軸をそれぞれ有する複数対のスロット同軸導 波アンテナアレイであって、所定の空間間隔で前記アンテナアレイに沿って配設 された複数の輻射スタブであって、２つのスタブが相互に近接して配設されて一 対をなし、近接するスタブ対間の距離が一対のスタブの長さと実質的に等しくな るように配設されて前記プラズマ形成部の周辺近傍の全領域でマイクロ波電磁輻 射を均一に分配する複数の輻射スタブをそれぞれ含むアンテナアレイを備えた環 状アプリケータを形成することにより、前記プラズマ形成部に電磁輻射を均一に 輻射して、前記プラズマ形成領域を通過して前記試料に向って一定方向に流れ、 高密度で、前記試料よりも大きな横方向寸法に渡る均一性を有し、プラズマの温 度が低く、プラズマの不安定性に起因する高エネルギー粒子が存在しないという 特性を有し、動作ガス圧力が実質的に１０^-3Torrから実質的に１０^-5Torrの範囲 であるプラズマ流を形成するステップとを備えた方法。 ２４． エッチングおよびＣＶＤ（化学的気相成長）を含むプロセスにより試 料を処理する応用に用いられるサイクロトロン共振（ECR）プラズマ源であって 、縦軸に関して対称で、かつ、前記縦軸に沿ってプラズマ形成部が形成されたチ ャンバと、前記チャンバの前記縦軸に沿って形成されたプラズマ形成部と、前記 チャンバの前記軸の一端に近接して試料を支持する手段と、前記チャンバの近傍 に 円をなすように配設され、前記チャンバの近傍に同様に円をなすように延在する 連続的な環状ローブと、前記チャンバの前記縦軸に沿って延在して前記プラズマ 形成部を包囲する連続的な共振相互作用領域とを形成する磁力線を有する、円を なすように連続的な対称形の磁界をそれぞれ生成する一対の円筒状磁石アセンブ リと、を含むプラズマ源内で、前記磁石アセンブリと前記プラズマ形成部との間 に挿入されたマイクロ波電力アプリケータであって、 それぞれ弓状をなすように形成された複数対のスロット同軸導波アンテナアレ イを含み、前記複数対のアンテナアレイは、前記プラズマ形成部に向って内側に 輻射状上に延在するとともに前記チャンバの前記縦軸に対して垂直に延在するマ ルチ発射軸をそれぞれ有し、 前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射し、 約２．４５ＧＨｚの周波数でマイクロ波電力を供給するのに適合されたマイク ロ波電源に接続され、スロットされた外側導体を有する同軸線と、 前記チャンバの前記プラズマ形成部に向けて電磁輻射を均一に輻射し、前記電 磁輻射を輻射する複数の輻射スタブであって、前記外部導体内で形成され所定の 空間間隔で前記同軸線に沿って配設されて、前記プラズマ形成部の周辺近傍の全 領域でマイクロ波電磁輻射を均一に分配し、２つのスタブが相互に近接して配設 されて一対をなし、近接するスタブ対間の距離が一対のスタブの長さと実質的に 等しくなるように前記同軸線に沿って配設され、前記近接する対のスタブ間の距 離と一対のスタブの長さは、いずれも前記アンテナアレイに供給されるマイクロ 波電力の波長の二分の一であり、前記同軸線内の前記スロットによって輻射され るマイクロ波電力より約２倍から約３のオーダだけ大きな規模でマイクロ波電磁 輻射を輻射するように、前記スロット内に形成される輻射スタブと、 をそれぞれ備え、 これにより、前記アンテナアレイの前記輻射スタブから電磁輻射が均一に輻射 されて前記チャンバ内でガス媒体と相互に作用し、前記プラズマ形成領域を通過 して前記試料に向って一定方向に流れ、高密度で、前記試料よりも大きな横方向 寸法に渡る均一性を有し、プラズマの温度が低く、プラズマの不安定性に起因す る高エネルギー粒子が存在しないという特性を有するプラズマ流を形成し、動作 ガス圧力が実質的に１０^-3Torrから実質的に１０^-5Torrの範囲であるマイクロ波 アプリケータ。 ２５． 前記対のアンテナアレイの一方の上の前記複数の輻射スタブは、前記 対の他方のアンテナアレイ上の対応するスタブに対して四分の一波長だけ離隔さ わ、前記対のアンテナアレイを前記マイクロ波電源に接続する前記同軸線の結合 部は、四分の一波長であり、これにより、前記プラズマ形成部内のプラズマによ って反射され前記対のアンテナアレイに戻るマイクロ波電磁輻射が打消されるこ とを特徴とする請求の範囲第２４項に記載のマイクロ波アプリケータ。