JP2006523934A - トロイダル低電場反応性気体および誘電真空槽を有するプラズマ源 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全体として、プラズマ発生および加工装置に関する。詳しくは、本発明は、プラズマ点火およびプラズマ槽の冷却のための方法および装置に関する。
プラズマ放電を用いて気体を解離させ、イオン、フリーラジカル、原子および分子を含む活性化気体を製造できる。活性化気体は、半導体ウエハ、粉末および他の気体などの材料を加工することを含む多数の産業および科学の用途に用いられる。プラズマのパラメータおよび加工される材料に対するプラズマの曝露の条件は、用途によって広く変化する。
本発明は、部分として、槽内のプラズマの信頼できる点火を提供し、有効で信頼できる槽の冷却を提供できる装置および方法を特徴とする。このために、本発明は、従来のプラズマシステムより大面積のおよび/または長い点火電極、プラズマ槽への入り口気体の点火時のバイパス、プラズマ槽の気体入り口ポート近傍での点火、およびヒートシンクと槽との間に配置されるギャップ付きまたはギャップなし除熱構造を特徴とする。本発明のこれらの特徴によって、従来のプラズマシステムでは利用できない範囲の用途が可能になる。
(定義)
「プラズマシステム」は、プラズマ発生構成部品を含み、材料加工構成部品を含むことがある装置である。プラズマシステムは、一つ以上の槽、電源構成部品、計測構成部品、制御構成部品およびその他の構成部品を含むことがある。加工は、一つ以上の槽、および/または一つ以上の槽と連通する一つ以上の加工チャンバで起こってよい。プラズマシステムは、プラズマ、またはプラズマ中で発生する反応性気体化学種の供給源、あるいは加工ツール全体であってよい。
例を示すように、点火電極890を、槽810の表面または上流部分880の表面に配置することができる。上流部分880は、例えば気体吐出パイプラインと適合するフランジであってよい。上流部分880および槽810を、材料の単一片、例えば融解石英の単一片から作製することができる。
Claims (68)
- プラズマ点火装置であって、
内側にチャンネルを定める槽、および
前記槽に隣接し、前記チャンネルの隣接部分に沿った方向の寸法を有する少なくとも一つの点火電極であって、前記少なくとも一つの点火電極の前記寸法の全長は前記チャンネルの長さの10%より大きい点火電極
を含み、前記少なくとも一つの点火電極は、前記チャンネル中で気体に電場を印加して、前記気体のプラズマ放電を開始させることができるものとする
装置。 - 前記チャンネルは、トロイダル形状を定め、前記チャンネルの全長は、前記トロイダル形状の周りの一周回の長さである、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも一つの点火電極の寸法の全長は、前記チャンネルの全長の20%より大きい、請求項1に記載の装置。
- 前記槽は、誘電体材料からなる、請求項1に記載の装置。
- 前記槽は、少なくとも一つの金属部分、および前記金属部分の中のギャップを満たす少なくとも一つの誘電体部分を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも一つの点火電極は、互いに間隔をおいて配置される少なくとも二つの点火電極を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも二つの点火電極は、チャンネルに沿って間隔をおいて配置される、請求項6に記載の装置。
- 前記槽中でプラズマが点火した後、電場を除去するように構成される点火調節回路をさらに含む、請求項7に記載の装置。
- 前記装置は、前記槽に隣接する基準電極をさらに含み、前記少なくとも一つの点火電極および前記基準電極は、前記気体のプラズマ放電を開始させるために、協同して前記チャンネル中の前記気体に電場を印加する、請求項1に記載の装置。
- 前記基準電極は、前記槽の温度を効果的に限定するために、前記槽と熱連通する、請求項9に記載の装置。
- 前記槽は、少なくとも4つの表面を有し、前記基準電極は、前記4つの表面のうちの3つの少なくとも一部分を覆い、前記点火電極は、前記槽の前記4つの表面のうちの残る表面の少なくとも一部分を覆う、請求項9に記載の装置。
- 前記槽の断面は、直線状部分を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記槽の断面は、長方形の形状を有する、請求項12に記載の装置。
- 前記槽は、少なくとも一つの平らな外部表面を有し、前記点火電極は前記平らな外部表面の一部を覆う、請求項12に記載の装置。
- 前記平らな外部表面は、輪の形状を有する、請求項14に記載の装置。
- 前記槽の断面は、湾曲部分を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記槽の断面は、楕円形状を有する、請求項16に記載の装置。
- チャンネルの内部の振動電場の生成を支援するために前記槽の一部を少なくとも部分的に囲む少なくとも一つの磁気コアをさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 前記槽は線形の形状を定め、近位端および遠位端を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも一つの点火電極は、セラミック基板および前記セラミック基板上に形成される伝導性膜を含む、請求項1に記載の装置。
- 内側にチャンネルを定める槽、および
前記チャンネル中の気体に電場を印加するために前記槽に隣接する少なくとも一つの点火電極であって、前記槽の全外部面積の1%より大きな面積を有する前記少なくとも一つの点火電極
を含むプラズマ点火装置。 - 前記少なくとも一つの点火電極の合計面積は、前記槽の前記全外部面積の5%より大きい、請求項21に記載の装置。
- 前記少なくとも一つの点火電極の合計面積は、前記槽の全外部面積の10%より大きい、請求項21に記載の装置。
- 前記槽は誘電体材料からなる、請求項21に記載の装置。
- 前記装置は、基準電極をさらに含み、前記基準電極と前記少なくとも一つの点火電極との合計面積は、前記槽の全内部面積の2%から100%の範囲である請求項21に記載の装置。
- 前記槽は、少なくとも一つの金属部分、および前記金属部分中のギャップを満たす少なくとも一つの誘電体部分を含む、請求項21に記載の装置。
- 前記チャンネルは、トロイドを定める、請求項21に記載の装置。
- 内側にチャンネルを定める槽、および
前記槽に隣接する少なくとも3つの点火電極
を含むプラズマ点火装置であって、前記複数の点火電極は、プラズマを起動するために、前記チャンネル中で気体に電場を印加できる装置。 - 前記チャンネルはトロイドを定め、前記少なくとも3つの点火電極は前記トロイドの周りに設けられている、請求項28に記載の装置。
- 前記少なくとも3つの点火電極は、前記槽に沿って設けられている、請求項28に記載の装置。
- 気体入り口ポートおよび気体出口ポートを有し、気体を閉じ込めるチャンネルを定める槽、および
前記槽の入り口ポートの近傍を流れる気体への電場の印加のために前記気体入り口ポートに隣接する点火電極
を含むプラズマ点火装置。 - 前記チャンネルは、トロイドを定める、請求項31に記載の装置。
- 前記点火電極は、前記気体入り口ポートから上流に配置される、請求項31に記載の装置。
- 誘電体材料を含み、気体を閉じ込めるチャンネルを定める槽、
前記槽に隣接するヒートシンク、および
前記槽と前記ヒートシンクとの間にこれらと機械的連通して配置される熱インターフェイス
を含むプラズマ装置であって、前記熱インターフェイスは、熱的に誘起される寸法変化に応える前記熱インターフェイス、前記ヒートシンクおよび前記槽の少なくとも一つの動きを調節する空間を、前記ヒートシンクと前記槽との間に定める装置。 - 前記チャンネルは、トロイダル形状を有する、請求項34に記載の装置。
- 前記ヒートシンクは、前記槽を実質的に囲み少なくとも一つのバネ式機構によって一緒に結合する少なくとも二つのセグメントを含む、請求項34に記載の装置。
- 前記槽はトロイダル形状を有し、前記ヒートシンクは少なくとも二つのバネ式機構によって結合される少なくとも4つのセグメントを含み、該機構は、前記少なくとも4つのセグメントを前記槽に対して圧迫し、前記槽と前記ヒートシンクとの間の熱的なミスマッチを調節する、請求項36に記載の装置。
- 前記ヒートシンクおよび前記少なくとも一つのバネ式機構は、自立冷却シェルを定める、請求項36に記載の装置。
- 前記熱インターフェイスは、コンポジット材料、繊維材料および積層材料の少なくとも一つを含む、請求項34に記載の装置。
- 前記熱インターフェイスは、複数のカンチレバー型フィンガーを備える、請求項34に記載の装置。
- 前記複数のカンチレバー型フィンガーは、銅およびベリリウムの少なくとも一つを含む、請求項40に記載の装置。
- 前記槽は、前記誘電体材料からなる、請求項34に記載の装置。
- 前記熱インターフェイスは、複数のコイルを含む、請求項34に記載の装置。
- 前記熱インターフェイスは、共形材料を含む、請求項34に記載の装置。
- 前記共形材料は、前記槽の外側表面積の25%から100%を覆う、請求項44に記載の装置。
- 前記空間は、前記槽から前記ヒートシンクへの伝熱のための気体で満たされ、前記空間は、100マイクロメートルより薄い厚みを有する、請求項34に記載の装置。
- 前記空間の前記厚みは、25マイクロメートルより薄い、請求項34に記載の装置。
- 前記空間の前記厚さは、12マイクロメートルより薄い、請求項34に記載の装置。
- 前記槽と前記熱インターフェイスとの間に配置される紫外線遮光層をさらに含む、請求項34に記載の装置。
- 前記熱インターフェイスは、共形層およびバネ層を含み、前記共形層は、前記ヒートシンクおよび前記槽の一つと接触する第一の側および前記バネ層と接触する第二の側を有する、請求項34に記載の装置。
- 前記槽の入り口に隣接して配置され、入り口気体の流れの大部分を前記槽の内側表面に沿って導く開口部を定める気体入り口シャワーヘッドをさらに含む、請求項34に記載の装置。
- 内側にチャンネルを定める誘電体トロイダル槽、
前記槽に隣接し、前記チャンネルの隣接部分に沿った方向の寸法を有する少なくとも一つの点火電極であって、前記少なくとも一つの点火電極の寸法の全長は前記チャンネルの長さの10%より大きく、それによって、前記少なくとも一つの点火電極は、前記気体中でプラズマ放電を開始させるために、前記チャンネル中の気体に電場を印加できる電極、
磁気コアおよび前記槽の一部分を囲む一次側巻線を含む変圧器、
前記トロイダル槽中のプラズマを維持するために前記一次側巻線に電力を供給する交流電源、および
前記槽から活性化気体化学種を受けるプロセスチャンバを定めるプロセス槽
を含むプラズマ加工装置。 - プラズマに点火する方法であって、
気体入り口ポートおよび出口ポートを有し、チャンネルを定める槽を提供する工程、
前記入り口ポートを通して前記チャンネルに気体を流す工程、および
前記チャンネル中に前記気体を流しながら、前記気体入り口ポート近傍の前記気体にイオン化電場を印加することによって、前記チャンネル中で前記気体に点火する工程
を含む方法。 - 前記チャンネルは、トロイドを定める、請求項53に記載の方法。
- 前記チャンネル中で前記気体に点火する工程は、前記気体入り口ポートから上流で前記イオン化電場を印加する工程を含む、請求項53に記載の方法。
- プラズマに点火する方法であって、
内側にチャンネルを定める槽を提供する工程、
前記チャンネルの外で、ある流量および圧力を有する気体を提供する工程、
前記気体の前記流量の一部分を前記チャンネルに導く工程、および
前記流量の残りの一部分を前記チャンネルから離れた場所に導く一方、前記チャンネル中で前記気体に点火する工程。
を含む方法。 - 前記気体に点火する工程に先立って、前記流量を前記槽の動作値に固定する工程をさらに含む、請求項56に記載の方法。
- 前記流量は、前記槽の動作流量に関連する、請求項56に記載の方法。
- 前記チャンネル中で前記気体に点火した後、前記流量のすべてを前記チャンネル中に導く工程をさらに含む、請求項56に記載の方法。
- 前記流量の一部分を前記チャンネル中に導く工程は、前記槽の出口が接続されるプロセスチャンバ中の圧力と少なくとも同じ圧力である前記チャンネル中の気体圧力を提供する工程を含む、請求項56に記載の方法。
- 前記チャンネル中の前記気体圧力は、0.01トール(Torr)より大きい、請求項60に記載の方法。
- 前記流量の残りの一部分を前記チャンネルから離れた場所に導く工程は、前記流量のすべてを前記チャンネルから離れた場所に導く工程を含む、請求項56に記載の方法。
- プラズマ加工のための方法であって、
内側にチャンネルを定めるトロイダル槽を提供する工程、
前記槽に隣接し、前記チャンネルの隣接部分に沿った方向の寸法を有する少なくとも一つの点火電極を提供する工程であって、前記少なくとも一つの点火電極の前記寸法の全長は、前記チャンネルの長さの10%より大きいものとする工程、
前記少なくとも一つの点火電極に電圧を印加することによって、前記チャンネル中の気体中でプラズマ放電を開始させる工程、
磁気コア、および前記槽の一部を囲む一次側巻線を含む変圧器を提供する工程、
前記トロイダル槽中の前記プラズマを維持するために、交流電源から前記一次側巻線に電力を供給する工程、および
活性化気体化学種を前記トロイダル槽からプロセス槽によって定められるプロセスチャンバに誘導する工程
を含む方法。 - 点火する工程は、前記気体が本質的にアルゴンフリーであるときに前記プラズマに点火する工程を含む、請求項63に記載の方法。
- 点火する工程は、基本的に前記気体がプロセス圧力および流量を有するときに前記プラズマに点火する工程を含む、請求項63に記載の方法。
- プラズマ加工のための方法であって、
基本的に誘電体材料からなり、内側にチャンネルを定めるトロイダル槽を提供する工程、
前記槽に隣接するヒートシンクを提供する工程、
前記槽と前記ヒートシンクとの間に配置され、前記槽および前記ヒートシンクの両方と機械連通する熱インターフェイスを提供する工程であって、前記熱インターフェイスは、熱的に誘起される寸法変化に応えて前記熱インターフェイス、前記ヒートシンクおよび前記槽の少なくとも1つの動きを調節する空間を前記ヒートシンクと前記槽との間に定める工程、
磁気コアおよび前記槽の一部を囲む一次側巻線を含む変圧器を提供する工程、
前記トロイダル槽中の前記プラズマを維持するために、交流電源から前記一次側巻線に電力を供給する工程、および
活性化気体化学種を前記トロイダル槽からプロセス槽によって定められるプロセスチャンバに導く工程
を含む方法。 - 前記ヒートシンクは、少なくとも二つのセグメントを含み、前記少なくとも二つのセグメントをバネ式機構で結合することによって前記少なくとも二つのセグメントを前記槽に対して押し付ける工程をさらに含む、請求項66に記載の方法。
- 前記槽の温度を950℃より低く維持する工程をさらに含む、請求項66に記載の方法。
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