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
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Info
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Abstract
Description
Claims (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。
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