JP2002500429A - Ｅｃｒプラズマ源用の同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータ - Google Patents

Ｅｃｒプラズマ源用の同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータ

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JP2002500429A JP2000527682A JP2000527682A JP2002500429A JP 2002500429 A JP2002500429 A JP 2002500429A JP 2000527682 A JP2000527682 A JP 2000527682A JP 2000527682 A JP2000527682 A JP 2000527682A JP 2002500429 A JP2002500429 A JP 2002500429A
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Abstract

(57)【要約】 エッチング及び化学蒸着を含むアプリケーションのために、ＥＣＲプラズマ源と共に使用されるマイクロ波アプリケータを使用する方法及び装置が提供される。その長手方向の軸を中心にして対称的であるチャンバの円周上に配置される磁石によって、磁場を発生させる。少なくとも一対の同軸共鳴マルチポートマイクロ波アンテナアレイを備えるマイクロ波アプリケータが、チャンバのプラズマ形成部分付近にマイクロ波電力を射出し分布させる。スタブは所定の間隔及び同軸送信線に対する選択された方位でアレイに沿って位置決めされ、プラズマ形成部分付近に均一にマイクロ波電力を効率的に分布させる。放射スタブの位置と方位が、電子サイクロトロン加熱に適した分極状態で、マイクロ波電力を伝搬する電磁波の形態のプラズマ内へと送出させる。好ましくは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アプリケータが結合される。無磁場領域がチャンバの出口に近づくプラズマ流内に均一なプラズマ分布を作り出す。プラズマ流は広範囲にわたって変化し得る気体圧で操作する一方、高密度、見本より大きな横寸法に亘る均一性、低プラズマ温度という特徴を備えて、プラズマ形成領域を通って見本に向って流れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願の相互参照） 本出願は１９９８年１月１３日に発行された米国特許第５，７０７，４５２号
の一部継続出願である。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は一般的に化学蒸着、エッチング、クリーニングを含むプロセスによっ
て、ＶＬＳＩウエハ等の見本処理等のアプリケーションにおいて使用するために
、プラズマ流を作り出す電子サイクロトロン共鳴加熱プラズマ源に関し、より詳
細には、電子サイクロトロン共鳴加熱プラズマ源と共に同軸共鳴マルチポートマ
イクロ波アプリケータを使用する方法及び装置に関する。
【０００３】 （関連技術の説明） 本発明はプラズマ内に種々の所望の特徴を発展させるために、電子サイクロト
ロン共鳴加熱による冷プラズマの発生に基づく。より詳細には、本発明及び関連
する先行技術はプラズマ密度及び組成の定常値を支配する物理的条件と共に、印
加されるマイクロ波電力によって決定される電子及びイオン温度、周囲気体圧及
び組成、磁場形状の詳細、プラズマにマイクロ波電力を結合する手段に基づいて
いる。これらの条件は各々の結合種、すなわち電子、イオン、中性気体原子に対
する粒子と電力のバランスに責任のあるプロセスの点から説明され得る。
【０００４】 プラズマの幾分完成した現実的な輸送モデルの理想化されたポイントモデル近
似においてさえも、このような系を特徴付ける基本的なプラズマパラメータ相関
値は幾つかの主な依存性を立証している。様々なアプリケーション、例えば超大
規模集積（ＶＬＳＩ）回路に使用されるウエハ等の見本の処理に必須であると考
えられる望ましい濃度の反応種を含む、多量の静止した均質の低温プラズマを実
際に達成することを困難にする幾つかの基本的な障害をこれらの依存性が特定し
ている。これらのアプリケーションは化学蒸着、エッチング、クリーニング、ま
た特にサブミクロン特性サイズの半導体デバイスのプラズマ援用処理を含んでい
てよい。
【０００５】 適当なプラズマを形成する際の基本的な問題については、以下の先行技術参照
に記載されている。先行技術についての以下の説明、及び部分的に先行技術との
比較に基づいている本発明の実施形態についての以下の説明は、先行技術におい
て一般的に言及したような欠点や障害を克服するための本発明の方法及び装置の
新規性を立証するためである。
【０００６】 上述の半導体処理アプリケーションにおいて、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）加熱を使用するプラズマ源は、例えば、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）ウエ
ハ上の材料のクリーニング、エッチング、蒸着に適用しうる新生の、または開発
中の技術よりなる。このようなアプリケーションはこれらのウエハでサブミクロ
ンの特性寸法を達成する能力、実質的な処理率、大型見本を均等に処理する能力
を必要とする他の処理技術を代表するものである。このような技術は再生可能な
方法で動作しなければならず、費用効果的な方法で実装されなければならない。
これらの技術の全般的な特徴は当業者によって充分理解されると考えられるので
、ここで詳細には説明しない。
【０００７】 本発明のＥＣＲプラズマ源は広範囲の化学蒸着またはエッチングアプリケーシ
ョンにおいて使用するために企図されているが、アプリケーションの一般的なパ
ラメータは本発明の一部ではない。本発明のマイクロ波アプリケータをよりよく
理解できるようにするために、このようなアプリケーションにおける問題点を以
下に簡単に要約する。
【０００８】 後述する本発明及び先行技術によって提供されるもの等のＥＣＲプラズマ源は
、非常に低い値にまで及ぶ気体圧の範囲に亘って化学的に活性のプラズマを作り
出すために磁場とマイクロ波電力を使用する。被処理見本より実質的に大きな横
寸法に亘って均一である低温イオンや、ラジカルや、他の反応種の異方性で高度
に指向性の流れを形成させるために、低圧操作が望ましいかもしれない。
【０００９】 ＶＬＳＩウエハのプラズマ加速化学蒸着または反応性イオンエッチングのため
に設計されたＥＣＲプラズマ源において、例えば、適当なガス混合物を真空チャ
ンバに導入し、それを適宜構成された定常磁場に浸し、電磁放射を照射する。共
鳴干渉領域と呼ばれる定常磁場領域において、電子ジャイロ振動数を等しくする
ように放射ｆμの周波数を選択する。共鳴状態は共鳴干渉領域Ｂｒｅｓ内の定常
磁場の強度を電磁放射周波数に関係付ける、つまり、ｆμ＝ｅＢｒｅｓ／（２π
ｍ）であり、式中ｅは電荷の大きさであり、ｍは電子の質量である。
【００１０】 共鳴干渉領域内の電子は電磁放射から運動エネルギーを得て、放射電力と気体
圧が適宜調整された場合、加熱された電子が気体分子をイオン化してプラズマを
作り出すことができる。プラズマイオン及び電子は共鳴干渉領域から流出し、Ｖ
ＬＳＩウエハに衝突し、そこでイオンが新しい材料を蒸着し、既存の材料を跳ね
返させる、または既存フィルムのエッチングに参加させることができる。プラズ
マ密度が充分に高ければ、蒸着、スパッタリング、エッチ速度は実質的に急ピッ
チであり得る。イオンエネルギーが充分に低ければ、たとえ見本の無線周波数（
ＲＦ）バイアスを使用しても、被処理見本に対する損傷を防止することができる
。狭くて深いサブミクロン規模の特徴部をエッチングするためには、イオン軌道
が高度に指向性であることが必要である。これはＲＦバイアスで、また充分に低
い気体圧で操作することにより可能となり、イオン散乱用の平均自由行程がプラ
ズマ本体から見本を分離する被覆域の長さより長いことを保証する。
【００１１】 更に、プラズマイオン温度が充分に低ければ、また精力的な超熱的イオン群が
なければ、例えば見本にＲＦ電力を印加することによって、プラズマ内部に対し
て電気的に見本を偏らせることができる。この方法で、見本に対する過度の損傷
が発生するかもしれないしきい値イオンエネルギーを超えることなく、高度に異
方性の処理を提供するのに充分な大きさである静電位に見本を偏らせることがで
きる。
【００１２】 商業的に関心のある見本を処理するために、ＥＣＲ源からのプラズマ流が１５
ｃｍ〜３０ｃｍの横寸法に亘って均一であることを保証することが必要である。
本発明のマイクロ波アプリケータは中性気体の低圧混合物において高密度のイオ
ン及び電子を含む、大きくて均一な低温プラズマ流に対する需要を重点的に取り
上げる。
【００１３】 先行技術において、ＥＣＲプラズマ源の１つのクラスは該して「住友源」と称
される。住友源については、例えば、１９８３年８月３０日に発行された米国特
許第４，４０１，０５４号、Ｍａｔｓｕｏらのプラズマ蒸着装置によって図示さ
れており、また１９８６年東京でのＩＩＳＩＡＴに関する第１０回シンポジウム
議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｅｎｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉ
ｕｍ ｏｎ ＩＩＳＩＡＴ）、Ｔ．Ｏｎｏ、４７１ページ、及びＴ．ＯｎｏとＭ
．ＯｄａとＣ．ＴａｋａｈａｓｈｉとＳ．ＭａｔｓｕｏによるＪ．Ｖａｃ．Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ．Ｂ４，６９６（１９８６年）において議論されている。
【００１４】 Ｍａｔｓｕｏらの米国特許第４、４０１，０５４号に開示されている装置では
、プラズマは磁気力線に沿って見本に向って流れる。開示された装置を使用して
プラズマ密度において所望の程度の空間的均一性を達成することは困難である。
更に、共鳴干渉領域において加熱された電子は磁気力線に沿って見本に向って直
接流れるので、被処理見本を傷つけるかもしれない精力的な電子と関連する精力
的なイオン群の不安定な爆発の発生を避けるために、印加されるマイクロ波電力
を制限することが必要である。
【００１５】 付随する精力的な超熱的イオン群と共に、これらの電子の不安定な爆発の発生
に責任のある物理的工程については、第１参照である、Ｂ．Ｈ．Ｑｕｏｎ及びＲ
．Ａ．Ｄａｎｄｌによる、「ホットエレクトロンの優先的電子サイクロトロン加
熱及びオーバーデンスプラズマの生成」（“Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ−ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｏｆ ｈｏｔ ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｓ ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｖｅｒｄｅｎｓｅ ｐｌａｓ
ｍａｓ”）と題された文献、Ｐｈｙｓ．Ｆｌｕｉｄｓ Ｂ１（１０）、１９８９
年１０月；及び第２参照である、Ｇ．Ｅ．ＧｕｅｓｔとＭ．Ｅ．Ｆｅｔｚｅｒと
Ｒ．Ａ．Ｄａｎｄｌによる、「均一及び非均一の磁場におけるホイスラ波電子サ
イクロトロン加熱」（“Ｗｈｉｓｔｌｅｒ−ｗａｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙ
ｃｌｏｔｒｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎ ｕｎｉｆｏｒｍ ａｎｄ ｎｏｎｕｎ
ｉｆｏｒｍ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ”）と題された文献、Ｐｈｙｓ．
Ｆｌｕｉｄｓ Ｂ２（６）、１９９０年６月；及び第３参照である、Ｒ．Ａ．Ｄ
ａｎｄｌとＧ．Ｅ．Ｇｕｅｓｔによる、「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」（“Ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏ
ｎ ｈｅａｔｅｄ ｐｌａｓｍａｓ”）と題された文献、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．
Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ９（６）、１９９１年１１月／１２月において論じられてい
る。
【００１６】 関連する先行技術の参照としては、１９８５年１月８日にＭａｔｓｕｏらに対
して発行され、「プラズマ蒸着方法及び装置」（“Ｐｌａｓｍａ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”）と題された米国特許
第４，４９２，６２０号、及び１９８６年１月２１日にＭａｔｓｕｏらに対して
発行され、「半導体デバイス及びその製造工程」（“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔ
ｈｅｒｅｏｆ”）と題された米国特許第４，５６４，９９７号が挙げられる。上
記３つの米国特許は日本電信電話公社に譲渡されている。一般に譲渡された付加
的な関連参照としては、１９８４年５月２２日にＯｎｏらに対して発行され、「
イオンシャワー装置」（“Ｉｏｎ Ｓｈｏｗｅｒ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”）と題
された米国特許第４，４５０，０３１号；１９８５年３月１２日にＮａｋａｙａ
ｍａらに対して発行され、「化学蒸着装置」（“Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ”）と題された米国特許第４，５
０３，８０７号；１９８６年１月２８日にＩｔｓｕｍｉらに対して発行され、「
半導体集積回路の製造工程」（“Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ
ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉ
ｔｓ”）と題された米国特許第４，５６６，９４０号がある。
【００１７】 ＥＣＲプラズマ源の別のデザイン（非常に異なる基本的な性質の）はフランス
において創作され、１９８５年８月１３日にＡｒｎａｌらに対して発行され、「
高密度、低電子温度の均質かつ大容積のプラズマを作り出すプロセス及び装置」
（“Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ａ
Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｌａｒｇｅ−Ｖｏｌｕｍｅ Ｐｌａｓｍａ ｏｆ
Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅ”）と題された米国特許第４，５３４，８４２号に開示されてい
る。開示されたプロセス及び装置では、プラズマの空間的均一性を高めるために
、大容積の非常に低い磁場強度にプラズマが集積される。しかしながら、共鳴干
渉領域はチャンバの壁に近接して置かれる金属伝導アンテナ付近の小さな体積に
局所化される。プラズマにマイクロ波電力を結合させるこのアプローチはプラズ
マ発生のために制限された性能しか提供せず、過度の金属不純物生成に導いた。
【００１８】 イオン源に対する様々なコンセプトが多数の米国特許に開示されており、それ
らは、１９７１年３月２３日に発行された米国特許第３，５７１，７３４号；１
９７３年１１月２０日に発行された米国特許第３，７７４，００１号；１９７４
年２月５日に発行された米国特許第３，７９０，７８７号；１９８３年１１月２
２日に発行された米国特許第４，４１７，１７８号；１９８７年１月２０日に発
行された米国特許第４，６３８，２１６号；１９７０年３月１０日に発行された
米国特許第３，５００，０７７号；１９７１年６月１日に発行された米国特許第
３，５８２，８４９号；１９７２年５月２日に発行された米国特許第３，６６０
，７１５号；１９７２年５月１６日に発行された米国特許第３，６６３，３６０
号；１９７３年６月２６日に発行された米国特許第３，７４２，２１９号を含む
。上記において引用した先行技術及びそこに引用された参照は、ＥＣＲプラズマ
源及びそれに対するアプリケーションの背景を理解しやすくするために、ここに
参照として取り込まれるものとする。
【００１９】 Ｄａｎｄｌの米国特許第５，３７０，７６５号及びそこに引用された参照は、
半導体処理アプリケーションに理想的に適しているプラズマを、ＥＣＲプラズマ
源を使用して作り出すことができる方法及び装置を開示しており、そこで独特な
スロット導波管マイクロ波アプリケータを新規の磁気構成に整合させて、電子サ
イクロトロン加熱電力の空間的に分布した高電界ローンチを提供している。開示
された方法及び装置の実際的な実施形態は、アプリケータの物理的な大きさと結
果的に生じるプラズマ源が６インチまたは８インチのウエハ用に設計されている
現在の処理設備に整合するように、比較的高い周波数でマイクロ波電力を使用す
る。６．２ＧＨｚのマイクロ波周波数ｆμに対するサイクロトロン共鳴磁場強度
Ｂｒｅｓである、２．２ｋｇを超える必要な磁場強度を作り出すために、６．２
ＧＨｚ近傍の周波数で容易に利用できるマイクロ波電源が、高エネルギー密度永
久磁石と共に使用される。
【００２０】 Ｄａｎｄｌにより開示されたアプローチは、種々のアプリケーションに対する
要件を満たすことができるＥＣＲプラズマ源に対する需要を満たすことが見出さ
れた。開示されたこの方法及び装置は、異方性の高度に指向性のプラズマ流及び
所望の組成の反応種を産出するために、特に中性気体の低圧混合物において、高
密度のイオン及び電子を含む、大きくて均一な静止低温プラズマ流を作り出すこ
とができる。更に、開示されたアプローチは円筒形や平面、更にはより一般的な
形状の構成を含む種々の構成で実装することができる。開示された装置のチャン
バ壁は、例えば、プラズマを使用するプロセスの特殊な要件に応じて、石英ガラ
ス、アルミナ、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウムから製造されてよい。
【００２１】 しかしながら、２．４５ＧＨｚの非常に一般的なマイクロ波周波数等の、より
低い周波数のマイクロ波電力を使用することが望ましいであろう。２．４５ＧＨ
ｚの周波数の使用は、より安価な、またはより少量の、あるいは安価でかつ少量
の低エネルギー密度の永久磁石材料を使用することから生じるかなり経済的な利
点を達成する助けをする。更に、２．４５ＧＨｚの周波数はより安価なマグネト
ロンマイクロ波源及び関連する電源の使用を可能にするであろう。
【００２２】 ２．４５ＧＨｚで操作するためには、Ｄａｎｄｌにより開示されたスロット導
波管マイクロ波アプリケータは断面積で５〜８平方インチの範囲になければなら
ないであろう。このようなアプリケータの欠点は、実質的に大きくて嵩が張るこ
とであり、従って関連する磁場発生構造は非効率的で、現在構成されている半導
体処理アプリケーションには概してふさわしくないであろう。Ｄａｎｄｌにより
開示されたＥＣＲプラズマ源の本質的な特徴は、新規の磁場構成に適宜整合され
る分散マイクロ波アプリケータである。Ｄａｎｄｌにより開示されたスロット導
波管アンテナの変種が好都合であろう。特に、アプリケータのサイズを数分の１
インチの厚みに減少させ得るように、また磁場発生構造を特に効率的にすると共
に、均一のプラズマを発生させる際に最適かつ効果的にすることができるように
、スロット導波管アンテナを同様に機能する同軸アンテナで置き換えることがで
きれば好都合であろう。
【００２３】 （発明の要約） 従って、本発明の目的は先行技術の欠点の１つ以上を克服する一方で、関連す
る利点を達成する、電子サイクロトロン共鳴加熱によりプラズマを生成するため
の方法及び装置を提供することである。
【００２４】 本発明の別の目的は、電子サイクロトロン共鳴加熱プラズマ源と共に使用され
る改良された同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータを提供することであ
る。
【００２５】 更に本発明の目的は、化学蒸着やエッチング等のアプリケーション、または負
のイオン源等の他のアプリケーションのいずれかにおいて使用される電子サイク
ロトロン共鳴加熱によりプラズマを生成するための方法及び装置を提供すること
である。プラズマ源チャンバは対称的なシリンダまたは他の適当な構成として形
成されてよい。チャンバは長手方向の軸を有し、出口が一端にあり、他端にチャ
ンバ内へと気体状媒体を導入するための手段を備える。本発明の別の実施形態に
ついても後述するが、各々石英ガラスから製作されてもよいし、あるいは金属壁
を有していてもよいが、多量の均一な冷プラズマをプラズマ源チャンバにおいて
発生させるようにする。
【００２６】 円筒形の構成では、チャンバの円周上で連続的に伸びる軸対称の環状構造物の
形態で磁気力線の軸対称構成を形成するために、また同様に軸対称の共鳴干渉領
域をチャンバ内に作り出すために、プラズマ源チャンバの円周に磁場形成磁石が
配置される。この組合せにおいて、チャンバの長手方向の軸に対して垂直に、ま
た好ましくは長手方向の軸に対して放射状の関係に伸びる射出路に沿って、マイ
クロ波電力がプラズマ形成チャンバへと射出される。このように、プラズマ電子
はマイクロ波電力との相互作用により精力的になり、磁気力線に沿って出口へと
直接連通しない。
【００２７】 マイクロ波電力は本発明のマイクロ波アプリケータを使用して射出される。本
発明の新規のマイクロ波アプリケータは石英ガラス、アルミナ、種々の金属等の
誘電体から製造することができるチャンバにおいて機能するように適合され得る
が、但し磁場構成も適宜修正される。更に、本発明のマイクロ波アプリケータは
非常に大きな表面積を有する見本を処理するために、大きな直線磁石アレイと共
に使用することができる。
【００２８】 好ましくは、結果的に生じる精力的な電子が磁場領域のような磁気鏡内で多数
の反射を経験し、また円周上に配置された磁石により形成される環状磁気鏡領域
内で歳差運動をするような方法で、マイクロ波電力がチャンバ内へと射出される
。あるいは精力的な電子は多数の衝突の結果内向きに流れるようにされてもよい
。磁気鏡構成内の荷電粒子の歳差運動については、「プラズマ及び制御された融
合」（“Ｐｌａｓｍａｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｆｕｓｉｏｎ”）Ｄ
ａｖｉｄ Ｊ．ＲｏｓｅとＭｅｌｖｉｌｌｅ Ｃｌａｒｋ，Ｊｒ．共著、Ｊｏｈ
ｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ発行、Ｎ．Ｙ．１９６１年、特に１９８〜２
２１ページ等の刊行物において充分論じられている。この構成は精力的な電子と
中性気体原子間の衝突の確率を高め、それによってプラズマ形成チャンバ内の低
気体圧にも関わらずプラズマ密度の実質的な上昇を生じさせる。反応種の所望の
混合物を入手し、プラズマの適度の密度を持続する一方で見本に対する高度に指
向性の流れを保証するために、プラズマ形成チャンバ内の気体圧は１０−５Ｔｏ
ｒｒ未満１０−２Ｔｏｒｒ以上の範囲に維持されることが好ましい。
【００２９】 上述のように形成されるプラズマチャンバ内で、ほぼ横寸法に亘るプラズマの
均一性を達成するために、非常に低い磁場強度の領域は好ましくはプラズマ形成
領域と出口の間に形成される。化学蒸着、エッチング、他の表面処理モードのた
めにプラズマ源を使用し、見本の全表面を横切って均一の処理ができることを保
証するために、高度の均一性を有するプラズマを含む実質的な横寸法が見本より
大きくなるように、被処理見本は出口と連通して配置される。
【００３０】 このように、本発明の方法及び装置は、実質的なプラズマ密度を有し、先行技
術において利用されてきたものより大きなイオン流量または電流密度を生じさせ
るプラズマ流を生成することが見出された。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場領域内で達成される。更に、これらの状態は広範囲の気
体圧に亘って達成され、広範囲の反応種制御で指向性の処理を可能にする一方、
プラズマ源は産業的アプリケーションに適した高度に再生可能な方法でこれらの
機能を果たす。
【００３１】 上述の組合せにおいて、本発明の同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケー
タは、共鳴干渉領域において、先行技術において作り出されていたものより均一
で軸対称のマイクロ波電力密度を作り出すために、好ましくはチャンバ付近に円
周上に配置される１つ以上の対のアンテナアレイを含む。高プラズマ密度の形成
を可能にするために、マイクロ波電力は共鳴干渉（高電界ローンチ）領域におけ
るより大きな磁気強度領域から放射される。この緻密なプラズマの電子プラズマ
周波数特徴は電子ジャイロ振動数を大きく超え、この状態は一般に「オーバデン
ス操作」と呼ばれ、例えばＱｕｏｎとＤａｎｄｌによる刊行物において論じられ
ている。
【００３２】 対アレイはマイクロ波電力を放射するために、空間的に位置決めされ、横断方
向または長手方向に方位付けられた複数の放射スタブを含む。スタブはプラズマ
形成部分の周囲に均一にマイクロ波電力を効率的に分布させるために、所定の間
隔で各々のアレイに沿って位置決めされる。スタブは先行技術のスロット付き同
軸導波管アンテナより約２から３のオーダーの大きさ分、アンテナによって放射
されるマイクロ波電力レベルを増大させる。放射スタブの間隔及び横断方向また
は長手方向の方位のために、各アンテナは干渉性平面波を送り出し、この平面波
は共鳴干渉領域内へと所望の分極状態で伝搬する。放射スタブのアレイの性能に
より、本発明のマイクロ波アプリケータが２．４５ＧＨｚ程度の低い周波数でマ
イクロ波電力を放射できるようになる。発明のマイクロ波アプリケータはＤａｎ
ｄｌにより以前に開示されたスロット付き導波管アプリケータにより６．２ＧＨ
ｚ等の高いマイクロ波周波数で提供されるものと同様の方法で、適度に分布した
共鳴干渉領域内へとマイクロ波電力を放射する。更に、放射スタブの横断方向の
方位が、発明のマイクロ波アプリケータの他の特徴と共に、コンパクトなデザイ
ンで容易に製造できる新規の同軸マイクロ波アプリケータを提供する。
【００３３】 本発明の別の目的は、特定のアプリケーション、特に被処理見本が精力的な荷
電粒子から損傷を受けにくいアプリケーション用の適当な磁場形成構造と共に、
直線アレイでマイクロ波アプリケータを提供することである。本発明のマイクロ
波アプリケータは、好ましくは磁気力線と直接連通しないようにアプリケータを
配置するために、先行技術に開示されているもの等の直線チャンバの一表面に配
置されてよく、見本は共鳴干渉領域からの精力的な荷電粒子により見本が損傷を
受けるのを防止するように処理される。
【００３４】 チャンバの出口において作り出されるプラズマ流の望ましい特徴と共に、プラ
ズマ源の望ましい操作特徴を更に高めるために、本発明の方法及び装置において
付加的な特徴も使用されることが好ましい。例えば、発明のマイクロ波アプリケ
ータは好ましくは円周上の磁場形成磁石手段と関連して配置され、結果的に生じ
る精力的な電子の一部が軸対称の円筒形チャンバ付近に連続的かつ均一に伸びる
環状磁気鏡領域において歳差運動をするようにする。この方法で、チャンバ内の
低気体圧にも関わらずプラズマ密度を最大にするために、精力的な電子内のエネ
ルギーが周囲気体原子に効率的に移される。更に、選択された反応ガスが環状磁
気鏡領域を通って、プラズマの中央領域へと流れるようにすることにより、反応
ガスの中性原子に対するイオン濃度を実質的に上昇させるような方法で、選択さ
れた反応ガスを導入することができ、それらの反応ガスは、共鳴電荷交換反応を
通して反応ガスのイオンを取り除くことができない、主に異なる「キャリア」ガ
ス種より成っていてよい。
【００３５】 更に本発明の目的は、マイクロ波発生器へと反射して戻される入射マイクロ波
電力部分を最小にするマイクロ波アプリケータを提供することである。この特徴
は、並列に供給されるが、１つのアンテナからの反射電力が第２の対アンテナか
らの反射電力を取り消すことを保証するように分離される、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。このように、本発明の方法及び
装置は、２０ｃｍ以上の横寸法に亘って高度の均一性を備え、非常に低いイオン
・電子温度と、超熱的荷電粒子の重要でない密度で、１平方センチメートル当た
り１０ミリアンペアを実質的に超えるイオン電流密度でプラズマ流を作り出すこ
とができる。
【００３６】 （好適な実施形態の説明） 新規であると考えられる本発明の目的及び特徴は、特に添付特許請求の範囲に
記載されている。本発明は、更なる目的及び利点と共に、その組織及び操作方法
に関して添付図面と関連して為される以下の説明を参照して最も良く理解される
であろう。
【００３７】 以下の説明は当業者が本発明を使用できるようにするために提供され、発明を
実施する発明者が企図した最良のモードを記載する。しかしながら、本発明の一
般的な原理をここに定義するので、当業者には様々な修正が容易に自明となるで
あろう。
【００３８】 図面の図１において、Ｄａｎｄｌの米国特許第５，３７０，７６５に開示され
ているような構成を有する、大きな範囲の直線ＡＭＰＣプラズマ源１０が示され
ている。本発明の原則に従って構成された新規の同軸共鳴マルチポートマイクロ
波アプリケータ１２のサイズと、磁場発生構造間の関係を図示するために、プラ
ズマ源１０を示している。プラズマ源１０は適当な永久磁石材料を備える平行バ
ー１４を含む。磁石１４は交互の極性を有し、各磁石１４の中心間に所定の距離
λがあるように間隔を開けて配置される。結果的に生じる磁場強度は磁石１４の
面１６からの距離に対して指数関数的に減少することが当業者には公知であり、
特性長がλ：Ｂ（Ｌ）＝Ｂ（０）ｅｘｐ（−Ｌ／λ）に等しく、式中Ｂ（Ｌ）は
磁石１４の面１６から距離Ｌの所における磁場強度であり、Ｂ（０）は磁石１４
の面１６における磁場強度である。マイクロ波アプリケータ１２の最適の機能の
ためには、アプリケータ１２の面１８における磁場強度が１．５から２倍共鳴値
が高くなるように、アプリケータ１２の面１８から少なくとも２ｃｍの所に配置
される共鳴点（２．４５ＧＨｚマイクロ波電力に対して８７５ガウス）において
磁場強度の位置を有することが望ましい。例えば、アプリケータ１２の厚みがほ
ぼ１ｃｍであり、特性長λがほぼ３ｃｍである場合、共鳴領域（後述）の所望の
位置が達成される。更に、これらの寸法に対して、プラズマが事実上無磁場領域
（後述）内へと流れ込み、空間的均一性のために自由に拡散することができるよ
うに、磁場強度は磁石１４の面１６から１０ｃｍ以上の距離の所で低い値に降下
する。
【００３９】 次に図面の図２において、本発明の原則に従って構成され、新規の同軸共鳴マ
ルチポートマイクロ波アプリケータ１２を使用する、新規の電子サイクロトロン
共鳴プラズマ源２０の第１の実施形態が示されている。本発明のプラズマ源２０
はプラズマ源チャンバ２２において好ましくは低気体圧の広い範囲に亘って大き
な直径の均一の低温度プラズマ流を作り出すために企図されている。
【００４０】 プラズマ源２０は円筒形で長手方向の軸２４を中心に軸対称であるチャンバ２
２を備える。中性反応ガス混合物が従来の源２８からチャンバ２２内へと導入さ
れ、反応ガスは歳差運動の精力的な電子の環状層を通して方向付けられてもよい
。あるいは、反応ガスはガスのイオン、ラジカル、他の活性成分の反応種とプラ
ズマ媒体の相対的な濃度を制御するために、チャンバ２２の他の部分へと反応ガ
スを導入してもよい。
【００４１】 チャンバ２２には、チャンバ２２内に所定の気体圧を維持するために適合され
る、概略的に２６で示す高速真空ポンプが設けられる。石英ガラスまたはアルミ
ナ等の誘電性ライナーを使用するプラズマ源２０の代替実施形態は図示していな
いが、当業者によって容易に構成され得る。真空ポンピング手段２６とチャンバ
２２へと適当なガス混合物を供給する手段に直線プラズマ源１０（図１に図示）
を同様に嵌合する。
【００４２】 複数の永久磁石３０、３２、３４、８８の円筒形アレイによって、磁気力線の
軸対称構成がチャンバ２２内に形成される。２つのリング形状の円筒形永久磁石
アッセンブリ３２、３４がプラズマ形成部分３６の周囲に配置される。磁石アッ
センブリ３２、３４は幾分環状の円筒形ローブの形成を有する磁気力線の軸対称
構成を展開させる。図示目的のためだけに、第１対の円筒形磁石アッセンブリ３
０、３２に対して、このような環状ローブの３つの磁気力線を３８、４０、４２
で示している。他の円筒形磁石アッセンブリ３２、３４に対して、同様の磁気力
線４４、４６、４８を図示している。各々の隣接する対の切れ込みのある磁気力
線３８、４０、４２と４４、４６、４８が環状の磁気鏡領域５０、５２を形成す
るように、磁石アッセンブリ３２、３４は円筒形であって、チャンバ２２の周囲
で軸対称であることに注意することが重要である。環状の磁気鏡領域５０、５２
はこれらの領域５０、５２の位置を強調するために網目模様で示している。
【００４３】 図２及び図９において、マイクロ波電源５４は磁石アッセンブリ３２、３４の
前に、チャンバ２２のプロセッサ形成部分３６に隣接して位置付けられる。好ま
しくは、マイクロ波電源５４は同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータ１
２と共に設けられる。アプリケータ１２は、下記において詳述するように、同軸
共鳴マルチポートアンテナアレイの４対の環状セクターより成る。マイクロ波電
力はアプリケータ１２を通してチャンバ２２のプラズマ形成部分３６内へと導入
される。マイクロ波電力はチャンバ２２の長手方向の軸２４に対して垂直に伸び
る複数の放射状射出軸５６に沿って、プラズマ形成部分３６へと導入される。
【００４４】 同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータ１２はマイクロ波電力をチャン
バ２２のプラズマ形成部分３６の全周まわりに均一に導入させる。更に、チャン
バの軸対称構成のために、射出軸５６がチャンバ２２の長手方向の軸２４に対し
て各々放射状に配置される。アプリケータ１２の位置において磁気強度が極大か
ら共鳴干渉領域５８（後述）へと減少し、高電界ローンチとその結果生じるオー
バーデンスプラズマ操作を許す。
【００４５】 図面の図３〜図９において、本発明の新規の成分は、電源５４に結合される、
概して６０で示される一対の同軸アンテナアレイを備えるアプリケータ１２のデ
ザインである。アンテナアレイ６０はＤａｎｄｌにより以前に開示されているタ
イプの磁気構成用の、つまり、リング尖点磁場を備えた円筒形の構成と、線尖点
磁場を備えた平面構成用の分布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。
【００４６】 同軸共鳴マルチポートアンテナアレイ６０の本質的なデザイン成分は、個々の
放射スタブ６２の幾何学的構成であり、これらのスタブは連続したスタブ６２の
間隔と共に、電源５４に結合される同軸線または同軸導波管６６の外部導体６４
内の開口部６３に形成される。ＴＥＭ送信線モードによって導体壁において誘導
される長手方向の電流が単に開口部６３の付近を流れるので、同軸線６６の外部
導体６４内の、簡単な横スロット６３Ａまたは円形開口部６３Ｂ等の開口部６３
が同軸線６６内へと結合される電力のほんの一部のみを放射することは公知であ
る。このように、ＴＥＭ送信線モードにより導体壁において誘導される電流が開
口部６３の両端付近に流れ、開口部６３を横切って現れる電場を大きく短絡させ
るので、横スロット６３Ａ等の開口部６３は非常に非効率的な放射器である。
【００４７】 しかしながら、本発明の個々の放射スタブ６２は図において概略的に示した更
に複雑な構造を使用し、開口部６３によって典型的に放射される電力を２〜３の
オーダーの大きさ分増大させる。第１の実施形態では、放射スタブは図３に示す
ように、長手方向に方向付けられた放射スタブ６２Ｌより成る。第２の実施形態
では、放射スタブは図６Ａ〜図８Ｂに示すように、横方向に方向付けられた放射
スタブ６２Ｔより成ることができる。
【００４８】 図４Ａ〜図５Ｂに示すように、第１の実施形態では、長手方向のスタブ６２Ｌ
の電流通過部分６５Ｌが同軸送信線６６に対して平行に、または逆平行に並べら
れる。長手方向のスタブ６２Ｌからのマイクロ波放射は、同軸線６６に対して平
行に伸びる電場Ｅ１と、同軸線６６に対して垂直に伸びる磁場Ｈ１とで線形に分
極される。
【００４９】 図８Ａと図８Ｂに示すように、第２の実施形態では、横方向の放射スタブ６２
Ｔの電流通過部分６５Ｔが同軸送信線６６の長手方向の軸に対して垂直に、交互
の極性を備えて装着される。横方向のスタブ６２Ｔからのマイクロ波放射は、同
軸線６６に対して垂直に伸びる電場Ｅ２と、同軸線６６に対して平行に伸びる磁
場Ｈ２とで線形に分極される。図示した形態のアレイ６０において、複数の長手
方向の放射スタブ６２Ｌまたは横方向の放射スタブ６２Ｔを使用することにより
、また適当な成端を備えて、適宜選ばれたサイズと間隔を有することにより、分
布型マイクロ波アプリケータ１２として使用するのに適した共鳴アンテナ構造が
容易に実現される。
【００５０】 図面に概略的に示すように、交互の極性のスタブ６２Ｔが同軸送信線６６に沿
って半波長間隔で間隔を開けて配置された場合、全ての横方向の放射スタブ６２
Ｔは同相で放射するであろう。長手方向と横方向の放射スタブの実施形態６２Ｌ
と６２Ｔの基礎をなす概念的な成分は同じである。特に、外部導体シェル６４内
の開口部６３を通して同軸送信線６６に容量的に結合される放射スタブ６２の共
鳴周期的アレイは、コンパクトな同軸送信線上で伝搬するＴＥＭモードの形態の
マイクロ波電力を、自由空間で伝播する指向型電磁波に変換する。この構造は干
渉性平面波の形態で電磁場を送り出す。
【００５１】 図面の図６Ａ〜図１０Ｃ、特に図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、より完全な理
解を助けるために、以下に横方向の放射スタブ６２Ｔの無線周波数（ＲＦ）特徴
について簡単に説明する。同軸共鳴マルチポートマイクロ波アンテナ６１の第２
の実施形態を構成する横方向の放射スタブ６２Ｔの各々は短絡された送信線とし
て設計することができる。ロスのない送信線のリアクタンスに対する一般的な送
信線公式は以下の通りである。
【００５２】 Ｘa=Ｒs(Ｒt+jＲstanθ)/(Ｒs+jＲttanθ) 短絡された成端に対して、Ｒｔ＝０であり、これは（１）まで減少する： Ｘa=jＲstanθ （１） ここで、Ｒｓはスタブの特性インピーダンスであり、Ｒｔは成端インピーダン
スである（これは短絡された成端のために消失する）。また位相角θは、θ＝２
πｌ／λによって与えられ、式中ｌはスタブの長さであり、λはマイクロ波電力
の波長である。
【００５３】 同軸送信線６６に容量的に結合されるスタブアンテナ６１用の等価回路が図１
０Ａ〜１０Ｂに示されている。方程式１とこの等価回路を使用して、スタブイン
ピーダンスＺｓが以下の式（２）によって与えられる： Ｚs=(jωＣc)-1+[(Ｒa)-1+(jＲstanθ)-1+jωＣｓ]-1 （２） この式では、Ｃｃは主な結合キャパシタンスであり、Ｃｓはエッジ効果による
迷、寄生容量である。Ｒａは各放射スタブの放射抵抗である。Ｎ個のスタブ（並
列に電気接続される）で作られた共鳴マルチポートアレイにおいて、アレイの正
味インピーダンスＲ０は以下の式によって与えられる： Ｒo=Ｒa/Ｎ 本発明の系に対して、各スタブ６２Ｔを同軸送信線６６に結合するキャパシタ
ンス、Ｃｃは送信線６６の壁と中心導体間の通常のキャパシタンスにほぼ等しい
。概略的に図１０（ｃ）に示した等価回路を使用して、共鳴点におけるスタブイ
ンピーダンスを評価することができる： Ｚs=Ｒa(1+jωＲaＣc)-1=ＮＲo(1+jωＮＲoＣc)-1 （３） しかし、このインピーダンスは方程式２の式と一致しなければならない。
【００５４】 Ｚs=(jωＣc)-1+[(Ｒa)-1+(jＲstanθ)-1+jωＣc]-1 方程式２と方程式３の実際の部分と仮想部分を同一視することで、以下の２つ
の結果が得られる： tanθ=[ωＲa(Ｃc+Ｃs)]-1 および Ｎ=(ωＲoＣc)-1 このように、共鳴点において、放射スタブの長さは下記の条件を満たさなけれ
ばならない： 1=(λ/2π)tan-1[ωＲｓ(Ｃc+Ｃs)]-1 そして各スタブの放射抵抗が下記の式によって与えられる： Ｒa=(ωＣc)-1 再び図３〜図５Ｂにおいて、本発明の新規のマイクロ波アプリケータ１２のア
ンテナアレイ６０の第１の実施形態が示されている。第１の実施形態において、
アンテナアレイ６０は一対のアンテナアレイ６０Ａと６０Ｂより成る。アレイ６
０Ａ、６０Ｂの各々において、対の長手方向に方向付けられたスタブ６２Ｌが１
／２波長、λ／２だけ分離されている。マイクロ波電力は電源５４に結合された
同軸線６６を使用して各アレイ６０Ａ、６０Ｂに供給される。同軸線６６は、幾
分直線であってよいが、チャンバ２２の外部シェルを構成する軟鋼シェルの適当
な溶け込みを貫通する。各マイクロ波源または導波管６６は２つのアンテナアレ
イ６０Ａ、６０Ｂに電力を供給する。更に、スタブ６２Ｌ用の構造的な支えを提
供するために、長手方向のスタブ６２Ｌに非磁性ボス７３を設けて構成してもよ
い。ボス７３は好ましくは非磁性ステンレス鋼より成り、例えばろう付けにより
外部導体６４に貼付される。
【００５５】 図３〜図５Ｂに示した２つのアレイ６０Ａ、６０Ｂは、共に利用されて、プラ
ズマ源２０の周辺に均一にマイクロ波電力を分布させる、４つの同じ四分円の１
つを表す。２つのアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂはアプリケータ１２の四分円６
８を構成するために並列に接続される。各々の同軸線６６には外部導体６４と内
部導体７０が設けられ、その各々が例えば銅で形成されてよく、誘電媒体７２が
外部導体６４と内部導体７０間の空間を埋めている。ポリテトラフルオロエチレ
ンまたは石英ガラス等の適当な誘電体材料より成るスペーサ７１が内部導体７０
と外部導体６４間に挿入される。スペーサ７１は導体６４、７０間の距離を維持
するために設けられてよい。対の長手方向の放射スタブ６２Ｌは四分円６８の各
脚に沿って、半波長λ／２の間隔に形成される。誘電媒体７２を通してスタブ６
２Ｌを中央導体７０に容量的に結合するために結合成分７４が設けられる。更に
、同軸線６６の誘電強度を細かく調節するために、任意で１つ以上の誘電同調プ
レート７５が設けられてもよい。それによってアンテナ６０の共鳴周波数をマイ
クロ波発生器に整合させることができる。
【００５６】 アンテナアレイ６０Ａの１つにある対の長手方向の放射スタブ６２Ｌは、ペア
６０Ａ、６０Ｂの第２のアンテナアレイ６０Ｂにある対応するスタブ６２Ｌに対
して、１／４波長、λ／４に等しい距離だけ偏っていることに注意。２つのアン
テナアレイ６０Ａ、６０Ｂを並列に接続する同軸線６６の結合部分６７の長さも
１／４波長、λ／４に等しい場合、プラズマにより反射されて２つのアンテナア
レイ６０Ａ、６０Ｂへと戻されるマイクロ波電力は給電点において１８０°位相
がずれるであろうし、従って、米国特許第５，３７０，７６５号に開示されてい
るハイブリッド結合器により達成されるのと同じ方法で干渉するであろう。
【００５７】 再び図６Ａ〜図８Ｂを参照して、本発明の新規のマイクロ波アプリケータ１２
のアンテナアレイの第２の実施形態６１が示されている。第２の実施形態におい
て、アンテナアレイ６１は横方向の放射スタブ６２Ｔを利用する。アンテナアレ
イ６１を構成する横方向の放射スタブ６２Ｔの全てに対して適宜反射幾何学的形
状を提供するために、送信線の電気成端は最後の横方向の放射スタブから１／４
波長、λ／４であることに注意。全ての横方向のスタブ６２Ｔの放射ローディン
グはこの成端に対して同じであり、それは簡単に作成される。全ての横方向の放
射スタブ６２Ｔの位相は１／２波長（λ／２）の間隔に容易にまた正確に整合さ
せることができ、共鳴干渉領域の照明の優れた均一性を達成する。
【００５８】 横方向の放射スタブ６２Ｔは同時送信線６６の外部導体シェル６４の外側表面
に装着することができ、アンテナ６１に対して強固な機械的サポートと広範囲の
電気接地面とを提供する。従って、アンテナアレイ６１の第２の実施形態は第１
の実施形態の対のアンテナアレイ６０Ａ、６０Ｂに対して１つのアレイ６１より
成り、実質的にコンパクトで作成が容易であるアンテナアレイ６１を提供する。
【００５９】 再び図面の図に戻って、特に図２において、共鳴干渉領域５８の磁場により磁
化される電子とマイクロ波電力との相互作用について詳細に説明する前に、チャ
ンバ２２にはその一端に出口７６と、他端に端壁７８とが設けられ、チャンバ２
２を囲んでいることに注意すべきである。複数の永久磁石アレイ１４が設けられ
て端壁７８用に従来の磁気絶縁が提供される一方、所望の中央無磁場領域と共に
、チャンバ２２のプラズマ形成部分３６内の磁場展開を助ける。
【００６０】 上述のようにマイクロ波電源５４が配置され、チャンバ２２に存在する背景プ
ラズマとマイクロ波電力との相互作用により形成され加熱された電子が、３８、
４０、４２や４４、４６、４８等の磁気力線に沿って、直接被処理見本８０へと
自由に流れるのを防止することに注意することが重要である。直接流れるのでは
なく、新規のアプリケータ１２により印加されたマイクロ波電力により加熱され
た精力的な電子は２つのクラスであると考えることができる。第１のクラスの加
熱された電子は、プラズマ形成部分３６の中央領域８２に入ろうとする傾向があ
る。第１クラスの加熱された電子は３８、４０、４２及び４４、４６、４８の磁
気力線と衝突し、プラズマ形成部分３６内で水平に前後に跳ね返る傾向がある。
電子は中性気体原子と次第に衝突してエネルギーを低下させるまで、この部分３
６内で水平に移動し、冷プラズマの密度上昇を助ける。
【００６１】 第２クラスの加熱された電子は２つの円筒形磁石アッセンブリ３２、３４に隣
接するマイクロ波電源５４の配置に依存する。第２クラスの加熱された電子は磁
気鏡領域５０、５２に閉じ込められる。磁気鏡領域５０、５２の連続した環状の
軸対称性のために、いわゆる第２クラスの精力的な電子は鏡領域５０、５２によ
り形成される環状路付近を連続的に移動する。精力的な電子の動きは当業者の間
で「歳差運動」と称されている。プラズマ形成部分３６の周辺で歳差運動するこ
れらの精力的な電子は、環状の磁気鏡領域５０、５２において、中性気体原子と
衝突するまで、これらの領域５０、５２内に捉えられたままである傾向がある。
電子が気体原子と衝突した時、電子は弾力性のない衝突を通してエネルギーを伝
え、それは気体原子のイオン化または励磁を生じさせ、それによってプラズマ形
成部分３６におけるプラズマの密度に貢献する。同時に、電子の一部は、米国特
許第５，３７０，７６５号に記載されているように、輸送機構を通して次第に中
央領域８２へと流れ込む。
【００６２】 円筒形チャンバ２２の軸対称構成は、同様に軸対称の円筒形磁石アッセンブリ
３２、３４及び同様に軸対称の新規のアプリケータ１２によるマイクロ波電力分
布と共に、高い効率でマイクロ波電力を冷プラズマに変換させる。チャンバ２２
と磁石アッセンブリ３２、３４と電力分布の軸対称構成は、精力的な電子が磁気
力線３８、４０、４２及び４４、４６、４８に沿って被処理見本８０へと直接流
れるのを抑制する。
【００６３】 プラズマ源２０は好ましくは化学蒸着、エッチング、スパッタリング、スパッ
タクリーニング、見本８０の同様のタイプの表面処理等のアプリケーションにお
ける使用のために適合される。見本８０は適当な台またはホルダ８４上に、出口
７６と連通して配置される。同時に、プラズマ形成部分３６と出口７６の中間に
無磁場領域８６がチャンバ２２内に形成される。絶縁磁石８８が無磁場領域８６
の周囲に付加的に配置され、無磁場領域８６内のプラズマがチャンバ２２の隣接
する壁部分９０に衝突するのを防止する。更に磁石８８は中央内部磁場強度を充
分低い値にまで低下させる。加えて、無磁場領域８６内の磁場強度を細かく調整
するために、適当な外部定常電力源と共に電磁コイル９２を使用してもよい。
【００６４】 従来の電子サイクロトロン加熱によれば、マイクロ波源５４と磁石アッセンブ
リ３２、３４が共鳴干渉領域５８を作り出すために適合される。共鳴干渉領域５
８はアプリケータ１２の対アンテナアレイ６０の前部に、プラズマ形成領域３６
において実質的に伸びる。共鳴干渉領域５８を通過する電子はアプリケータ１２
のスタブ６２から放射されたマイクロ波フィールドからエネルギーを吸収し、そ
れによって精力的になることが理解される。概して、第１クラスの電子は共鳴干
渉領域５８を一度だけ通過し、その後前述のように気体原子と相互作用するまで
、プラズマ形成部分３６の中央領域８２に留まる傾向がある。
【００６５】 環状磁気鏡領域５０、５２において歳差運動をする第２クラスの精力的な電子
は、チャンバ２２の円周まわりで歳差運動をする間、共鳴干渉領域５８を何度も
通過できるので、そのエネルギーが更に増大する。その理由のために、磁石アッ
センブリ３２、３４は精力的な電子の加熱を高める方法で、共鳴干渉領域５８が
好ましくは鏡領域５０、５２と交差するように設計される。更に円筒形磁石アッ
センブリ３２、３４は、磁気鏡領域５０、５２を通してミラー比を上昇させ、精
力的な電子の損失を最小にするために、アッセンブリ３２、３４付近でその関連
する磁場線をよりしっかりと閉じるように構成されることが好ましい。
【００６６】 プラズマ源２０と本発明のマイクロ波アプリケータ１２の操作モードは前述の
説明から当業者には自明であろうと考えられる。しかしながら、本発明の完全な
理解を助けるために、操作方法について以下に簡単に説明する。
【００６７】 図面の図２において、操作に際して、背景プラズマと中性気体がチャンバ２２
のプラズマ形成部分３６に存在する状態で、電源５４からのマイクロ波電力の相
互作用によって精力的な電子が初期に形成される。２つのクラスの精力的な電子
が上述のように形成され、その両方が４４、４６、４８等の磁気力線に沿ってホ
ルダ８４上の被処理見本８０へと直接流れるのが防止される。チャンバ２２と、
磁石アッセンブリ３２、３４と、マイクロ波電源５４のデザインのために、高い
効率で精力的な電子に蓄えられたエネルギーが高密度の冷プラズマに変換される
。低気体圧がチャンバ２２内に維持され、見本８０に対するプラズマ流を一方向
性にすることができ、反応種の相対濃度を各々の指定されたプロセスのために最
適化することができる。
【００６８】 冷プラズマがプラズマ形成部分３６から見本８０に向って流れるので、プラズ
マは累進的に弱くなる磁場強度領域を通り無磁場領域８６へと流れる。その無磁
場領域８６において、磁気圧が低値であるので、冷プラズマはチャンバ２２の長
手方向の軸２４に対して横断方向に自由に広がり、見本８０に近づくにつれて密
度が均一になる。このように、プラズマが無磁場領域８６を通って見本８０に向
って流れるにつれて、高密度ばかりでなく、プラズマ密度と温度の均一性によっ
て、見本８０の処理の均一性が高められることが特徴付けられる。
【００６９】 所望のプロセスを実施する際に、環状共鳴干渉領域５８の背後から分離して、
あるいはプロセスを最適化するために選ぶことができる方法で、無磁場領域８６
において、不活性「キャリア」ガスと共に付加的な反応ガスを導入してもよいこ
とを理解すべきである。本発明で可能な広範囲の操作に亘って圧力を制御するこ
とで、反応プラズマ種の所望の濃度を達成し、被処理見本８０に到達することが
できるようにする。更に、本発明による電子サイクロトロン加熱によってプラズ
マを発生させる方法はその他のアプリケーションにおいても有用であることを理
解すべきである。
【００７０】 例えば、本発明のプラズマ源は、ここに記載したものにほぼ類似するプラズマ
源の実質的に全ての成分と共に、負のイオン源として使用されても良い。本発明
の方法及び装置を使用してその他の関連アプリケーションも可能である。例えば
、本発明の同軸共鳴マルチポートアンテナは、指定された分極のコンパクトなア
ンテナ放射マイクロ波電力が必要である他の多くのアプリケーションにおいて好
都合であろう。長手方向及び横方向の放射スタブを選択できることが、発明され
たコンパクトなアンテナアレイの使用において重大な柔軟性を提供する。
【００７１】 本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、上述した好適な実施形態の様々
な改作や修正を構成できることを当業者は認識するであろう。従って、添付特許
請求の範囲内において、ここに特に記載したもの以外にも本発明を実施できるこ
とを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータの直線の実施形態を使
用する、先行技術の直線アレイプラズマ源を示す概略横断面図である。
【図２】 本発明により構成された同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータを使用
する円筒形のプラズマ形成チャンバを示す概略横断面図である。
【図３】 長手方向の放射スタブを使用する、本発明の同軸共鳴マルチポートマイクロ波
アプリケータの１つの四分円を示す概略的な断片的表示である。
【図４】 図４Ａは長手方向の放射スタブを使用する、本発明の同軸共鳴マルチポートマ
イクロ波アプリケータの２つの対アンテナアレイの円筒形部分を示す概略的な上
面図、図４Ｂは２つの対アンテナアレイの部分を示す概略的な側正面図である。
【図５】 本発明の同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータの１つの長手方向の放
射スタブを示す概略図である。
【図６】 本発明のマイクロ波アプリケータの１つの横断方向の放射スタブを示す概略図
である。
【図７】 図７Ａは横断方向の放射スタブを使用する、本発明の同軸共鳴マルチポートマ
イクロ波アプリケータアンテナの１つの四分円の円筒形部分を示す概略的な上面
図、図７Ｂはアンテナアレイの部分を示す概略的な側正面図である。
【図８】 図８Ａは横断方向の放射スタブを使用する、本発明の同軸共鳴マルチポートマ
イクロ波アプリケータの一部の概略的かつ断片的な横断面図、図８Ｂはアンテナ
アレイの部分の概略的上面図である。
【図９】 本発明のマイクロ波電源を示す概略図である。
【図１０】 図１０Ａは１つの放射スタブの等価回路モデルとそのインピーダンスを示す概
略図、図１０ＢはＲａとＣｃの並列の組合せとしての共鳴点において１つの放射
スタブの等価回路モデルを示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 FA02 JA01 JA03 JA09 JA18 KA30 KA32 KA34 LA15 5F004 AA01 AA16 BA14 BB14 BB18 BC08 BD04 5F045 AA10 AE01 BB01 DP04 DQ10 EH17

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータを具体化するプラズマ源であっ
    て、 その長手方向の軸を中心にして対称的であり、プラズマ形成部分がその長手方
    向の軸に沿って形成されるチャンバと、 チャンバの１つの軸端に隣接して見本を支持する手段と、 チャンバ内へと気体状媒体を導入する手段と、 チャンバ付近と、チャンバの長手方向の軸に沿って伸び、プラズマ形成部分を
    囲む共鳴干渉領域の付近に伸びるローブを形成する力線を有する磁場を発生させ
    る、チャンバまわりに配置される磁石アッセンブリと、 チャンバの軸端に隣接して実質的に無磁場領域を発展させる一方、無磁場領域
    内への、また見本に向う磁場力線の伸長を最小にする手段と、 磁石アッセンブリとプラズマ形成部分間に挿入される同軸マイクロ波電力アプ
    リケータであって、前記アプリケータはプラズマ形成部分に向って内向きに伸び
    、チャンバのプラズマ形成部分に向って電磁放射を均一に放射するためにチャン
    バの長手方向の軸に対して垂直である射出軸を有する、少なくとも一対の同軸共
    鳴マルチポートマイクロ波アンテナアレイを備え、前記アンテナアレイはその中
    の開口を通して同軸送信線に結合される複数の放射スタブを含み、前記放射スタ
    ブは電磁放射を放射するために同軸送信線に対して特定の方位で同軸送信線に沿
    って位置決めされる、前記アプリケータと、 チャンバ内の気体圧を維持する手段とを備え、 少なくとも一対のアンテナアレイが マイクロ波電源に結合される同軸送信線と、 アンテナアレイを形成するために同軸送信線に沿って空間的に位置決めされる
    複数の放射スタブとを含み、前記スタブは、２つのスタブが互いに隣接して位置
    決めされて、隣接する対のスタブ間の距離が一対のスタブの長さにほぼ等しくな
    るような長さを有する一対のスタブを形成するように、同軸送信線に沿って位置
    決めされ、またその電流通過部分が同軸線の長手方向の軸に対して平行または逆
    平行に整列するように同軸送信線に沿って位置決めされ、その結果同軸線に平行
    に伸びる電場と同軸線に垂直に伸びる磁場とで、長手方向のスタブからの電磁放
    射が線形に分極され、 チャンバ内の気体状媒体と相互作用するために、電磁放射が放射スタブから放
    射されてプラズマ流を形成し、前記プラズマ流は高プラズマ密度、横寸法に亘っ
    て見本より大きなプラズマ密度の均一性、低プラズマ温度、操作気体圧がほぼ１
    ０−２Ｔｏｒｒからほぼ１０−５Ｔｏｒｒの範囲である、プラズマ不安定性から
    生じる精力的な粒子の欠如という特徴を備えて、プラズマ形成領域を通って見本
    に向って流れることを特徴とするプラズマ源。
  2. 【請求項２】 隣接する対のスタブ間の距離と一対のスタブの長さが、アレイに印加されるマ
    イクロ波電力の１／２波長である特徴とする、請求項１に記載のプラズマ源。
  3. 【請求項３】 同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータを具体化するプラズマ源であっ
    て、 その長手方向の軸を中心にして対称的であり、プラズマ形成部分がその長手方
    向の軸に沿って形成されるチャンバと、 チャンバの１つの軸端に隣接して見本を支持する手段と、 チャンバ内へと気体状媒体を導入する手段と、 チャンバ付近と、チャンバの長手方向の軸に沿って伸び、プラズマ形成部分を
    囲む共鳴干渉領域の付近に伸びるローブを形成する力線を有する磁場を発生させ
    る、チャンバまわりに配置される磁石アッセンブリと、 チャンバの軸端に隣接して実質的に無磁場領域を発展させる一方、無磁場領域
    内への、また見本に向う磁場力線の伸長を最小にする手段と、 磁石アッセンブリとプラズマ形成部分間に挿入される同軸マイクロ波電力アプ
    リケータであって、前記アプリケータはプラズマ形成部分に向って内向きに伸び
    、チャンバのプラズマ形成部分に向って電磁放射を均一に放射するためにチャン
    バの長手方向の軸に対して垂直である射出軸を有する、少なくとも一対の同軸共
    鳴マルチポートマイクロ波アンテナアレイを備え、前記アンテナアレイはその中
    の開口を通して同軸送信線に結合される複数の放射スタブを含み、前記放射スタ
    ブは電磁放射を放射するために同軸送信線に対して特定の方位で同軸送信線に沿
    って位置決めされる、前記アプリケータと、 チャンバ内の気体圧を維持する手段とを備え、 各々の対のアンテナアレイが マイクロ波電源に結合される同軸送信線と、 アンテナアレイを形成するために同軸送信線に沿って空間的に位置決めされる
    複数の放射スタブとを含み、前記スタブはアレイに印加されるマイクロ波電力の
    １／２波長にほぼ等しい間隔で同軸送信線に沿って位置決めされ、またその電流
    通過部分が同軸線の長手方向の軸に対して横断方向に整列するように、交互の極
    性で同軸送信線に沿って位置決めされ、その結果同軸線に垂直に伸びる電場と同
    軸線の長手方向の軸に対して平行に伸びる磁場とで、横断方向のスタブからの電
    磁放射が線形に分極され、 チャンバ内の気体状媒体と相互作用するために、電磁放射が放射スタブから放
    射されてプラズマ流を形成し、前記プラズマ流は高プラズマ密度、見本より大き
    な横寸法に亘るプラズマ密度の均一性、低プラズマ温度、操作気体圧がほぼ１０ −２ Ｔｏｒｒからほぼ１０−５Ｔｏｒｒの範囲である、プラズマ不安定性から生
    じる精力的な粒子の欠如という特徴を備えて、プラズマ形成領域を通って見本に
    向って流れることを特徴とするプラズマ源。
  4. 【請求項４】 同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータを具体化する電子サイクロトロ
    ン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ源であって、前記プラズマ源はエッチングと化学蒸着
    とを含むプロセスによって見本を処理するために使用され、 その長手方向の軸を中心にして対称的であり、プラズマ形成部分がその長手方
    向の軸に沿って形成されるチャンバと、 チャンバの１つの軸端に隣接して見本を支持する手段と、 チャンバ内へと気体状媒体を導入する手段と、 チャンバ付近、及びチャンバの長手方向の軸に沿って伸び、プラズマ形成部分
    を囲む連続的な共鳴干渉領域の付近に伸びる連続的な環状ローブを形成する力線
    を有する連続した対称的な磁場を発生させる、チャンバまわりに配置される一対
    の磁石アッセンブリと、 チャンバの一方の軸端に隣接して実質的に無磁場領域を展開させる一方、無磁
    場領域内への、また見本に向う磁場力線の伸長を最小にする手段と、 磁石アッセンブリとプラズマ形成部分間に挿入される同軸マイクロ波電力アプ
    リケータであって、前記アプリケータはプラズマ形成部分に向って内向きに伸び
    、チャンバのプラズマ形成部分に向って電磁放射を均一に放射するためにチャン
    バの長手方向の軸に対して垂直である射出軸を有する、少なくとも一対の同軸共
    鳴マルチポートマイクロ波アンテナアレイを備え、前記アンテナアレイはその中
    の開口を通して同軸送信線に結合される複数の放射スタブを含み、前記放射スタ
    ブはプラズマ形成部分に対して選択された分極で電磁放射を放射するために、同
    軸送信線に対して特定の方位で線に沿って位置決めされる、前記アプリケータと
    、 チャンバ内の気体圧をほぼ１０−２Ｔｏｒｒからほぼ１０−５Ｔｏｒｒの範囲
    に維持する手段とを備え、 チャンバ内の気体状媒体と相互作用するために、電磁放射が放射スタブから放
    射されてプラズマ流を形成し、前記プラズマ流は高プラズマ密度、横寸法に亘っ
    て見本より大きなプラズマ密度の均一性、低プラズマ温度、精力的な粒子の欠如
    という特徴を備えて、プラズマ形成領域を通って見本に向って流れ、 チャンバが円筒形であり、磁石アッセンブリも円筒形であって、チャンバの
    周辺に配置され、磁石アッセンブリの各々がチャンバの周辺に伸びる連続的な環
    状ローブを形成する力線を有する、円周上で連続する対称的な磁場を発生させ、 また各々の対のアンテナアレイが マイクロ波電源に結合される同軸送信線と、 アンテナアレイを形成するために同軸送信線に沿って空間的に位置決めされる
    複数の放射スタブとを含み、前記スタブは、２つのスタブが互いに隣接して位置
    決めされて、隣接する対のスタブ間の距離が一対のスタブの長さにほぼ等しくな
    るような長さを有する一対のスタブを形成するように、同軸送信線に沿って位置
    決めされ、またその電流通過部分が同軸線の長手方向の軸に対して平行または逆
    平行に整列するように同軸送信線に沿って位置決めされ、その結果同軸線に平行
    に伸びる電場と同軸線に垂直に伸びる磁場とで、長手方向のスタブからの電磁放
    射が線形に分極されることを特徴とするプラズマ源。
  5. 【請求項５】 隣接する対のスタブ間の距離と一対のスタブの長さが、アレイに印加されるマ
    イクロ波電力の１／２波長であることを特徴とする、請求項４に記載のＥＣＲプ
    ラズマ源。
  6. 【請求項６】 対アンテナアレイの内の１つのアレイ上の複数の放射スタブが対アンテナアレ
    イの他のアレイ上の対応するスタブに対して１／４波長だけ偏っており、対アン
    テナアレイ内へとプラズマ形成部分内のプラズマにより反射されるマイクロ波電
    磁放射を削除するために、対アンテナアレイをマイクロ波電源に接続する線の結
    合部分が１／４波長であることを特徴とする、請求項５に記載のＥＣＲプラズマ
    源。
  7. 【請求項７】 対アンテナアレイがアーチ形構成に形成されることを特徴とする、請求項６に
    記載のＥＣＲプラズマ源。
  8. 【請求項８】 対アンテナアレイが各々マイクロ波アプリケータの１つの四分円を備え、アプ
    リケータが４つのこのような四分円より成ることを特徴とする、請求項７に記載
    のＥＣＲプラズマ源。
  9. 【請求項９】 マイクロ波電源はほぼ２．４５ＧＨｚの周波数で電磁放射を放射することを特
    徴とする、請求項４に記載のＥＣＲプラズマ源。
  10. 【請求項１０】 同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータを具体化する電子サイクロトロ
    ン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ源であって、前記プラズマ源はエッチングと化学蒸着
    とを含むプロセスによって見本を処理するために使用され、 その長手方向の軸を中心にして対称的であり、プラズマ形成部分がその長手方
    向の軸に沿って形成されるチャンバと、 チャンバの１つの軸端に隣接して見本を支持する手段と、 チャンバ内へと気体状媒体を導入する手段と、 チャンバ付近、及びチャンバの長手方向の軸に沿って伸び、プラズマ形成部分
    を囲む連続的な共鳴干渉領域の付近に伸びる連続的な環状ローブを形成する力線
    を有する連続した対称的な磁場を発生させる、チャンバまわりに配置される一対
    の磁石アッセンブリと、 チャンバの一方の軸端に隣接して実質的に無磁場領域を展開させる一方、無磁
    場領域内への、また見本に向う磁場力線の伸長を最小にする手段と、 磁石アッセンブリとプラズマ形成部分間に挿入される同軸マイクロ波電力アプ
    リケータであって、前記アプリケータはプラズマ形成部分に向って内向きに伸び
    、チャンバのプラズマ形成部分に向って電磁放射を均一に放射するためにチャン
    バの長手方向の軸に対して垂直である射出軸を有する、少なくとも一対の同軸共
    鳴マルチポートマイクロ波アンテナアレイを備え、前記アンテナアレイはその中
    の開口を通して同軸送信線に結合される複数の放射スタブを含み、前記放射スタ
    ブはプラズマ形成部分に対して選択された分極で電磁放射を放射するために、同
    軸送信線に対して特定の方位で線に沿って位置決めされる、前記アプリケータと
    、 チャンバ内の気体圧をほぼ１０−２Ｔｏｒｒからほぼ１０−５Ｔｏｒｒの範囲
    に維持する手段とを備え、 チャンバ内の気体状媒体と相互作用するために、電磁放射が放射スタブから放
    射されてプラズマ流を形成し、前記プラズマ流は高プラズマ密度、横寸法に亘っ
    て見本より大きなプラズマ密度の均一性、低プラズマ温度、精力的な粒子の欠如
    という特徴を備えて、プラズマ形成領域を通って見本に向って流れ、 また各々の対のアンテナアレイが マイクロ波電源に結合される同軸送信線と、 アンテナアレイを形成するために同軸送信線に沿って空間的に位置決めされる
    複数の放射スタブとを含み、前記スタブはアレイに印加されるマイクロ波電力の
    １／２波長にほぼ等しい間隔で同軸送信線に沿って位置決めされ、またその電流
    通過部分が同軸線の長手方向の軸に対して横断方向に整列するように、交互の極
    性で同軸送信線に沿って位置決めされ、その結果同軸線に垂直に伸びる電場と同
    軸線の長手方向の軸に対して平行に伸びる磁場とで、横断方向のスタブからの電
    磁放射が線形に分極されることを特徴とするプラズマ源。
  11. 【請求項１１】 アンテナアレイがアーチ形構成に形成されることを特徴とする、請求項１０に
    記載のＥＣＲプラズマ源。
  12. 【請求項１２】 アンテナアレイが各々マイクロ波アプリケータの１つの四分円を備え、アプリ
    ケータが４つのこのような四分円より成ることを特徴とする、請求項１１に記載
    のＥＣＲプラズマ源。
  13. 【請求項１３】 マイクロ波電源はほぼ２．４５ＧＨｚの周波数で電磁放射を放射することを特
    徴とする、請求項１０に記載のＥＣＲプラズマ源。
  14. 【請求項１４】 チャンバが金属合金より成ることを特徴とする請求項４に記載のＥＣＲプラズ
    マ源。
  15. 【請求項１５】 同軸共鳴マルチポートマイクロ波アプリケータを具体化する電子サイクロトロ
    ン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ源であって、前記プラズマ源はエッチングと化学蒸着
    とを含むプロセスによって見本を処理するために使用され、 その長手方向の軸に沿って対称的であり、プラズマ形成部分がその長手方向の
    軸に沿って形成される円筒形チャンバと、 チャンバの１つの軸端に隣接して見本を支持する手段と、 チャンバ内へと気体状媒体を導入する手段と、 チャンバの周囲、及びチャンバの長手方向の軸に沿ってプラズマ形成部分を囲
    む連続的な共鳴干渉領域の周囲に伸びる連続的な環状ローブを形成する力線を有
    する、円周上で連続した対称的な磁場を発生させる、チャンバの周囲に配置され
    る一対の円筒形磁石アッセンブリと、 チャンバの一方の軸端に隣接して実質的に無磁場領域を展開させる一方、無磁
    場領域内への、また見本に向う磁場力線の伸長を最小にする手段と、 磁石アッセンブリとプラズマ形成部分間に挿入される同軸マイクロ波電力アプ
    リケータであって、前記アプリケータは複数の同軸共鳴マルチポートマイクロ波
    アンテナアレイを備え、各々のアレイはアーチ形の構成に形成され、前記アンテ
    ナアレイは各々プラズマ形成部分に向って放射状に内向きに伸び、チャンバのプ
    ラズマ形成部分に向って電磁放射を均一に放射するためにチャンバの長手方向の
    軸に対して垂直である多数の射出軸を有する、前記アプリケータとを備え、各ア
    ンテナアレイは、 マイクロ波電源に結合される同軸送信線と、 アンテナアレイを形成するために同軸送信線に沿って空間的に位置決めされる
    複数の放射スタブであって、前記スタブはアレイに印加されるマイクロ波電力の
    １／２波長にほぼ等しい間隔で同軸送信線に沿って位置決めされ、またその電流
    通過部分が同軸線の長手方向の軸に対して横断方向に整列するように、また交互
    の極性で同軸送信線に沿って位置決めされ、その結果同軸線に垂直に伸びる電場
    と同軸送信線の長手方向の軸に対して平行に伸びる磁場とで、横断方向のスタブ
    からの電磁放射が線形に分極され、前記スタブは電磁放射を放射するためのもの
    であり、プラズマ形成部分付近で均一にマイクロ波電磁放射を分布させるために
    、アレイに沿って空間的に位置決めされる、前記放射スタブと、 チャンバ内を低気体圧に維持する手段とを備え、 チャンバ内の気体状媒体と相互作用するために、電磁放射がアンテナアレイか
    ら均一に放射されてプラズマ流を形成し、前記プラズマ流は高密度、見本より大
    きな横寸法に亘る均一性、低プラズマ温度、操作気体圧がほぼ１０−２Ｔｏｒｒ
    からほぼ１０−５Ｔｏｒｒの範囲である、プラズマ不安定性から生じる精力的な
    粒子の欠如という特徴を備えて、プラズマ形成領域を通って見本に向って一方向
    に流れることを特徴とするＥＣＲプラズマ源。
  16. 【請求項１６】 同軸送信線の各々がスロット付き外部導体を有し、同軸線内のスロットによっ
    て放射されるマイクロ波電磁波よりほぼ２からほぼ３のオーダーだけ大きな大き
    さのマイクロ波電磁放射を放射スタブが放射するように、スタブがスロット内に
    形成されることを特徴とする、請求項１５に記載のＥＣＲプラズマ源。
  17. 【請求項１７】 マイクロ波電源がほぼ２．４５ＧＨｚの周波数で電磁放射を放射することを特
    徴とする、請求項１５に記載のＥＣＲプラズマ源。
  18. 【請求項１８】 更に、アンテナアレイにより放射される電磁放射の共鳴周波数を、マイクロ波
    電源により提供されるマイクロ波電力の周波数に整合させる手段を備えることを
    特徴とする、請求項１５に記載のＥＣＲプラズマ源。
  19. 【請求項１９】 表面処理を含むプロセスによって見本を処理するために、電子サイクロトロン
    共鳴（ＥＣＲ）加熱によってプラズマを発生させる方法であって、前記方法は、 その長手方向の軸を中心にして対称的であり、プラズマ形成部分がその長手方
    向の軸に沿って形成されるチャンバを形成するステップと、 チャンバ内へと気体状媒体を導入するステップと、 チャンバ内を低気体圧に維持するステップと、 チャンバの一方の軸端に隣接して見本を支持するステップと、 チャンバと、チャンバの長手方向の軸に沿ってプラズマ形成部分を囲む共鳴干
    渉領域との周囲に伸びる連続的な環状ローブを形成する力線を有する、円周上で
    連続した対称的な磁場を発生させるステップと、 複数の同軸共鳴マルチポートアンテナアレイを備える環状アプリケータを形成
    することによって、プラズマ形成部分にマイクロ波電磁放射を均一に放射するス
    テップとを備え、各アレイはプラズマ形成部分に向って放射状に内向きに伸び、
    チャンバの長手方向の軸に対して垂直である多数の射出軸を有し、各アンテナア
    レイは、マイクロ波電源に結合される同軸送信線と、アンテナアレイを形成する
    ために同軸送信線に沿って空間的に位置決めされる複数の放射スタブとを含み、
    前記スタブはアレイに印加されるマイクロ波電力の１／２波長にほぼ等しい間隔
    で同軸送信線に沿って位置決めされ、またその電流通過部分が同軸線の長手方向
    の軸に対して横断方向に整列するように、また交互の極性で同軸送信線に沿って
    位置決めされ、その結果同軸線に垂直に伸びる電場と同軸送信線の長手方向の軸
    に対して平行に伸びる磁場とで、横断方向のスタブからの電磁放射が線形に分極
    されて、プラズマ形成部分の全周でマイクロ波電磁放射を均一に分布させ、高密
    度、見本より大きな横寸法に亘る均一性、低プラズマ温度、操作気体圧がほぼ１
    ０−２Ｔｏｒｒからほぼ１０−５Ｔｏｒｒの範囲である、プラズマ不安定性から
    生じる精力的な粒子の欠如という特徴を備えて、プラズマ形成領域を通って見本
    に向って一方向に流れるプラズマ流を展開させることを特徴とするＥＣＲ加熱に
    よりプラズマを発生させる方法。
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