JP2007258706A - 励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大マイクロ波能力で使用でき同時に気体放電チャンバの有効寿命が長い、プラズマ中で励起および／またはイオン化された粒子を発生する装置および方法を提供すること。
【解決手段】マイクロ波発生器１９、中空導波管１１、励起された、および／またはイオン化された粒子が形成される気体放電空間１４と、気体放電空間１４が形成される誘電体１３を有する気体放電チャンバ１２を有し、気体放電チャンバ１２が中空導波管１１内に設けられた、励起された、および／またはイオン化された粒子をプロセスガスからプラズマ内で発生するための装置であって、誘電体１３が端面側ペース１３ａを形成し、そこから気体放電空間１４を形成しながら側壁１３ｂが延び、マイクロ波が端面側ペース１３ａに放出可能になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロセスガスからプラズマ内で励起および／またはイオン化された粒子を発生する装置に関し、当該装置は、電磁波を発生する発生器、中空導波管、気体放電空間を有する気体放電チャンバを有し、気体放電空間内で励起および／またはイオン化された粒子が形成され、気体放電チャンバが誘電体を有し、その中で気体放電空間が形成され、気体放電チャンバが中空導波管内に設けられている。本発明は更にプロセスガスからプラズマ内で励起および／またはイオン化された粒子を発生する方法に関し、当該方法では電磁波が生成され気体放電チャンバの誘電体内に放出され、その際プロセスガスを供給または排気するための気体入口と気体出口を有する気体放電空間が誘電体内に形成され、また、中空導波管内に気体放電チャンバが設けられている。

高出力プラズマ装置は原則的には先行技術から既知である。これらは例えば外部プラズマ源、いわゆる「リモートプラズマ源」として、コーティングチャンバ、エッチングチャンバの洗浄に使用され、この際プラズマが、励起された気体をパイプまたは他の適した供給手段により反応チャンバ内へ導入すべく別個の空間内で生成される。高出力プラズマ装置の他の適用は例えば、装置を直接コーティングチャンバまたはエッチングチャンバに内蔵することである。この際リモートプラズマ源と逆に、所望の結果に達成するためには励起された気体が反応チャンバ内である程度の立体角に渡って均一に分配される点を考慮すべきである。

高効率の高周波プラズマ装置は半導体素子およびマイクロメカ製品のエッチングプロセスおよびコーティングプロセス用使用に適している。このためには特殊プラズマ装置が必要であり、この際プロセスガスは高周波電磁波により最狭空間で分解され、その断片が更に励起される。高出力プラズマ装置を使用することにより、例えばＮＦ_３，ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，ＳＦ_６，Ｏ_２といったエッチガスがほとんど完全に構成部分に分解され、それにより特に環境にやさしい。電磁波としては一般にマイクロ波が使われる。マイクロ波エネルギーが最狭空間に集積することにより気体放電チャンバの物質は特に高度の熱負荷にさらされ、その際同時に放電チャンバの内部表面もまた、周知のように物質温度とともに指数増加する化学的腐食に曝されている。

既知の高出力プラズマ装置は例えば特開０７０２９８８９（ＪＰ０７０２９８８９Ａ）に開示されている。ここでは、放電チャンバが中空導波管の部分領域に設けられ、その放電チャンバから離れた端部にはマイクロ波発生器により生成されたマイクロ波が放出される（ＪＰ０７０２９８８９Ａの図４参照）。かような装置では、中空導波管領域のマイクロ波が放電チャンバに侵入しなければならず、このことは例えば水冷装置により放電チャンバを被覆することで妨害されるかもしれないため、プラズマ帯域または放電チャンバの効果的冷却が不可能である。マイクロ波が同軸導体システムにより放電チャンバにもたらされ、その際内側導体が気体放電チャンバのほぼ全長に亘って延びるＪＰ０７０２９８８９Ａの図１および図３の高出力プラズマ装置においても、放電チャンバを水冷で完全に被覆することはやはり不可能である。これにより放電チャンバの部分的な高度な熱負荷は回避不可能である。不均等な熱負荷により、一般的には脆性セラミックまたは脆性ガラスからなる放電チャンバの多大な機械的ストレスが結果として生じる。より大きなマイクロ波能力では放電チャンバ内のクラックを引き起こし、その結果上記の装置は大幅に制限された能力においてのみ使用可能である。更に予期される化学的腐食は放電チャンバの強度に加熱された部分では顕著なものである。

したがって本発明の課題は、大マイクロ波能力で使用でき同時に気体放電チャンバの有効寿命が長い、プラズマ中で励起および／またはイオン化された粒子を発生する装置および方法を提供することである。この課題は請求項１の上位概念に記載の装置により解決され、当該装置では誘電体が端面側ベースを形成し、このベースから気体放電空間を形成しながら同様に誘電からなる側壁が延びる。またこの装置は、電磁波が端面側ベースに放出可能に形成されている。

つまり本発明の装置は気体放電チャンバを有し、これがまた誘電体、例えばセラミック、および誘電体内で形成された空洞である気体放電空間からなる。気体放電空間内でプラズマが生成される。本発明の気体放電チャンバは、誘電体が端面側ベースを形成するように構成される。これは、誘電体が気体放電チャンバの端面にベースまたは底部を形成することを意味する。ベースは原則的にはいかなる任意の形状または便宜な形状を有することができ、誘電体からなる。このベースから側壁が延び、これらも同様に誘電体からなる。ベースと側壁はともに空洞を形成し、この空洞は気体放電空間としての役割を果たす。したがって側壁は周回するように形成されていると好都合である。また本発明では発生器で発生する電磁波が気体放電チャンバの端面側ベースに放出される。つまり先行技術と反対に本発明では電磁波は点限定的にまたは局部に限定されてのみ気体放電チャンバに放出されるかまたは導入される。すると電磁波は端面側ベースから気体放電チャンバの残部、つまり誘電体からなる側壁と、マイクロ波により励起される必要な気体が存在する気体放電空間を通過し続けて広がる。

本発明の特殊形態により、また、とりわけ電磁波が気体放電チャンバ内に点限定的にのみ放出されることにより、放電空間で発生する熱をできるだけ均一に冷却流体、例えば水、に排出するために気体放電チャンバがほぼ全面的な冷却機構を有することが可能となる。これにより、プラズマ帯域内で生成された均一な熱供給が冷却機構を通じてやはり均一に排出され、それにより誘電体内の機械的ストレス、例えばセラミック体やガラス体が最小限に抑えられることが確実になる。そのうえ前面冷却により放電チャンバの温度ができるだけ低く抑えられるため、チャンバ材への化学的腐食が最小限に抑えられる。本発明の更なる利点は、励起チャンバまたは放電チャンバの放電空間を、放電チャンバの均一な熱負荷が達成され、それにより機械的ストレスが最小化されるように構成できることである。つまり本発明により全体的に、高出力プラズマ装置の生産性、とりわけ半導体生産装置に使われるものの生産性が向上し、プロセスの環境へのやさしさがアップする。

本発明による装置では電磁波、とりわけ通例かつ公的に許可された周波数である９１５ＭＨｚ，２，４５ＧＨｚまたは５，８ＧＨｚを有するマイクロ波が、好適にはそれを通ってマイクロ波発生器の波が気体放電チャンバへと導かれる同軸線の一部である放出ピンにより、気体放電チャンバへ放出される。原則的にはマイクロ波エネルギーの、同軸システムから中空導波管システムへの放出ピンによる内への放出もしくは外への放出が一般的に知られている。本発明による装置では放出ピンの構造は全マイクロ波エネルギーが気体放電チャンバ内に、エネルギーの一部が反射されることなしに放出されるように選択される。この際、誘電体内の波の波及速度がε^−１／２（相対誘電率の根）で減少し、それにより放出ピンの寸法と、それと反射面との距離が相応に適応されなくてはならないことを考慮すべきである。例えば相対誘電率が約９のアルミナが誘電体として使われると、誘電体内のマイクロ波の波及速度は空中または真空中の値の３分の１に減り、誘電体とピンの相応の寸法により放出は相応に適応されるため波反射は起こらない。

更に放出ピンは、同軸線から気体放電チャンバの誘電体への過渡時にインピーダンスの飛躍が起こらず、それにより全エネルギーが誘電体内に、反射損が発生することなしに放出されるように寸法付けされ気体放電チャンバの誘電体内にはめ込まれると好都合である。放出ピンが気体放電チャンバの誘電体部分と中空導波管への通路部分における相応した寸法付けにより電磁振動回路として形成されているととりわけ有利である。これによりマイクロ波はとりわけ効果的に気体放電チャンバに供給され得る。これは例えば、放出ピンが誘電体部分と中空導波管通路部分においてその直径と長さが、放出ピンが与えられたマイクロ波周波数において振動回路として作用するように形成することにより達成される。これにより例えば、１０^３の圧力差や、また異なったプロセスガスといった、装置のおよそ可能な限り異なった動作条件が装置の反射された能力に及ぼす影響は無視できるものである。

更に放出ピンの端部が直接密接して、放出ピンと誘電体の間に隙間がないように、誘電体内にはめ込まれると有利である。これによりマイクロ波はとりわけ良好かつ無反射で誘電体内に供給され得る。その上同軸導体内でマイクロ波の表面電流により発生した熱は放出ピンを介して誘電体内に排出され得る。この構成はとりわけマイクロ波能力が高い装置に適している。マイクロ波を放出ピンで放出する他の利点は、能力と圧力に関し装置の動作条件が可及的に異なるにもかかわらず後調整が不要であることである。

放出ピンによりマイクロ波エネルギーを誘電体内へ容量放出する他にもコイルによる誘導放出も可能である。この方法は特に小さめの周波数においてよく適している。そのうえマイクロ波はとりわけ非常に高い周波数においては中空導波管供給によっても誘電体に供給される。

本発明の好適な実施形態では気体放電チャンバは中空導波管をほぼ満たすように形成されている。これは、気体放電チャンバが、中空導波管の内部空間がほぼ完全に気体放電チャンバで覆われるように寸法付けされていることと理解できる。つまり誘電体の外側表面は中空導波管の内側表面に当接し、誘電体の内部にはまた気体放電空間が形成されている。この形成形態は、それにより一方で場所をとらないコンパクトな構造が製造可能であるから有利であり、他方ではこれによりマイクロ波の全エネルギーが気体放電チャンバに集中されたままであるからこのエネルギーは気体放電空間内で消費されることが達成される。中空導波管は通常金属製であり、とりわけこの実施形態では冷却体として形成されると好適である。つまり中空導波管に冷却手段、とりわけ水冷手段を設けると好適である。これは気体放電チャンバをその端面側ベースから気体出口まで取り囲む。マイクロ波が点限定的にのみ気体放電チャンバに放出され、その他の点では、比較的小さく構成され局部限定されたプロセスガス用入口のみが気体放電チャンバ内へ延びるため、冷却手段は気体放電チャンバの表面に大面積で隣接でき、それにより最適な冷却結果が達成できる。

気体放電チャンバを、気体放電空間の端面側ベースに対向する端部に気体放電空間用気体出口が設けられているように形成されると好都合である。また、気体出口を端面側ベースに隣接する気体放電空間の端部に設けると好都合である。それによりプラズマが放電空間全体に亘って均一に広がるようになる。これにより熱負荷は気体放電チャンバ全体に渡って見ると比較的一定に保持され、これがまた誘電体内の破損の防止に寄与する。また、気体放電空間内に導入される全プロセスガスがマイクロ波により把握され、それにより高効率となることが確実である。

気体放電チャンバが中空導波管の長手軸を基準に対称に形成されると好都合である。このような形成は熱負荷の均一分布に貢献し、本発明の装置の製造が簡単になる。

端面側ベースをマッシーフ体、円筒体または半円形体として形成すると有利である。中空導波管の内部形状は、好適には直接端面側ベースに隣接するように相応に適応するべきである。この結果放電空間を側壁との協働で形成するべく有利な形状が生まれ、端面側ベースに放出されたマイクロ波はより均一に全気体放電チャンバを通じて分配され得る。

本発明の更なる実施形態では、気体放電チャンバの側壁は少なくとも一つの断面テーパを有する。この断面テーパが周回するように形成されるととりわけ好適である。とりわけ好適には気体出口部分に設けられた、この少なくとも一つの意図的断面テーパもしくは誘電体断面の縮小により、気体放電チャンバ内に放出されたマイクロ波は断面テーパ部分で誘電体からより多く気体放電空間内へ出ることができ、それにより気体放電空間または気体放電チャンバの端部、つまり気体出口部分で最大放電値が防がれる。かような最大放電値はそこでは気体放電チャンバの破損につながりかねない。

複数の断面テーパを設けると有利であり、その際、誘電体の断面縮小を気体入口から気体出口へ向かって段階的に設けるととりわけ有利である。なぜなら、それにより気体放電チャンバの端面で端面側ベース内に供給されるマイクロ波エネルギーが段階的に気体放電空間に供給され得るからである。ここで、テーパの大きさが気体出口へ向かって増加すると、とりわけ均一でそれにより有利なマイクロ波エネルギー分配が達成できる。つまり、テーパ部分の誘電体の断面は気体出口の方向に減少する。

少なくとも一つの断面テーパが周回する谷部形状、とりわけ周回する環状溝として形成されていると有利である。この環状溝は例えばＵ字型断面輪郭を有することができ、誘電体の内側に形成されると好適である。

本発明の更なる実施形態においては、気体放電チャンバの側壁を、その断面が気体出口の方向へ恒常的にテーパするよう形成する。これは、端面側ベースの側壁の始点から気体出口におけるその終点までその断面が恒常的に縮小することを意味する。断面のここの恒常的縮小は一定の縮小度または部分的に異なる縮小度でも所定され得る。断面テーパ度が一定であると好適である。これは例えば放電空間の円錐状形成により達成でき、その際側壁の外側は互いに平行に形成されるべきである。これによりマイクロ波は誘電体のテーパ断面から均一に出るためプロセスガスは均一に全円錐空間に亘って励起される。更にこの実施形態においては、円錐のしゅん度が、気体出口が円錐底部の全幅に渡り延びるように形成されている時に気体放電空間から励起された気体が出る立体角を所定すると有利である。立体角は励起されたプロセスガスができるだけ均一に各対象物に渡って分配されるべく所定できる。

本発明の更なる実施形態においては、放電チャンバの側壁が少なくとも一つの、とりわけ周回的に形成された突起を有する。突起は側壁の中空導波管側サイドから突出し、突起の通常Ｕ字形の断面の、側壁を越えた周囲は誘電体内の電磁波（λ／２）の波長の半分に相当する。つまり、この周囲はＵ字形断面の場合、両Ｕ字脚の長さとＵ字脚間の接合片の和から構成される。突起の断面は原則的にはあらゆる他の任意の形状を有することもでき、その際、断面周囲がλ／２に相当することを常に考慮すべきである。この少なくとも一つの突起はマイクロ波遮断素子として作用し、マイクロ波の波及制限の役割を果たす。したがって、この少なくとも一つの突起が気体出口に設けられ、それにより気体放電チャンバの端部に気体流方向に設けられると有利である。これによりマイクロ波の波及は気体放電チャンバの端部、つまり気体出口部分に制限され得る。これにより、マイクロ波が気体放電チャンバから、処理工程に悪影響を与えかねない、対象物を励起されたプロセスガスにより処理されるように設けるべく後続された処理室または反応室の中へ侵入する可能性が防がれる。この少なくとも一つの突起が周回するビード、とりわけ比較的幅の狭い誘電体リングとして形成されるととりわけ好適である。この誘電体リングは誘電体側壁上に載置される。好適にはＵ字形に形成された少なくとも一つの突起がマイクロ波の波長の半分の断面周囲を有することにより突起の一面にポジティブな半波が、他方の面にネガティブな半波が発生し、これらは重なり合ってゼロに補償される。この結果電磁波が放電チャンバの端面側ベースに対向する端部に到達してそこで破損につながりかねないことが防止される。特に高いマイクロ波能力においては、遮断素子を側壁の断面テーパと組み合わせ、エネルギーが気体出口まで確実に気体放電チャンバ内で消費されるようにするととりわけ好適である。同様に少なくとも一つの突起を、側壁が気体出口の方向へ恒常的にテーパする断面を有して形成される本発明による装置に設けてもよい。

更なる好適な実施形態においては、側壁の内面に少なくとも一つの、とりわけ周回的に形成された肩部を設ける。複数の肩部を相前後して設け、それにより気体放電空間をピラミッド状階段にするととりわけ好適である。その階段を、気体放電空間が気体排出方向へ広がるように設けると有利である。肩部の長さはλ／４誘電体内電磁波路に相当する。それにより肩部に、先行する電磁波と側壁の肩部で反射された逆行電磁波から形成される多数の極大が発生し、その際極大中の気体放電の有効性は意図的に改良されるうえマイクロ波エネルギーは均一間隔で気体放電空間に分配され得る。ピラミッド状に段階づけられた放電空間においては、気体がこの空間から出る立体角は所定可能でありピラミッドの傾斜に相当する。このためには気体出口を段階づけられたピラミッドの全底部に渡って延びるように形成するべきである。それにより立体角は処理対象物の寸法に適合可能である。λ／４の代わりに肩部の長さはλ／４＋ｎλ、ｎ＝１，２，３，…，であってもよい。

中空導波管はほぼ平行六面体、円筒形、楕円形または円錐形にすると好適である。中空導波管が円柱形に形成されている時は、中空導波管の直径は端面側ベース部分に、電磁波の臨界波長より大きく、それにより少なくとも基本モードで電磁波が波及することが可能であるよう選択すると有利である。円筒形中空導波管内電磁波の界磁配位は円筒座標で表すと最上である。円筒座標ではベッセル関数が波動方程式の解を与える。気体放電チャンバの放電空間領域でもその直径はマイクロ波の臨界波長より大きくなるよう選択すべきである。中空導波管が平行六面体に形成される時は中空導波管の幅は電磁波のλ／２より大きく所定すると有利である。円形中空導波管の直径を相応に選択することにより、あるいは平行六面体の中空導波管の幅を相応に選択することにより電磁波モードを有利な数だけ形成することが可能となる。

更に中空導波管は部分的に様々な形状を有するように形成することができる。更なる実施形態によれば中空導波管は端面側ベース部分に円筒状に形成され、特に大きな立体角を有する燃焼室もしくは気体放電空間を有する気体放電チャンバを可能とするために、気体放電空間の他の領域で円錐状に広がる。これにより例えば直径が３００ｍｍの半導体ウエハのような大面積対象物を励起ガスで非常に均一に処理できる。本発明の更なる実施形態においては、気体放電チャンバの気体放電空間は同様に円錐状に構成され、誘電体の側壁の断面は気体出口の方向へ均一にテーパするためマイクロ波が均一に出ることができる。気体放電空間の端部にはマイクロ波遮断素子が周回環状ビードの形状で設けられている。更にこの実施形態においては側壁の内面に肩部を設けることも可能である。気体放電チャンバを囲む中空導波管の断面は円形、楕円形または長方形に形成すると有利である。

処理対象物の大きさと必要なマイクロ波能力の大きさに関する各要求に応じて大きさの異なる励起室を作り、そのために相当して適したマイクロ波周波数（例えば９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚ）を選択できる。つまり、例えば９１５ＭＨｚの装置は同じ構造で５．８ＧＨｚ装置より約６倍大きい。

更なる好適な実施形態においては気体放電チャンバは押圧はめ合いにより中空導波管内にはめ込まれる。それにより気体放電時に発生する熱は冷却ジャケットの気体放電チャンバ上への押圧はめ合いによりとりわけ良好に冷却流体へ運ばれ、それにより気体放電チャンバを非常に良好に冷却できるようになる。

以下本発明により形成された高出力プラズマ装置の典型的適用例を幾つか挙げる。

リモートプラズマ源
コーティングチャンバおよびエッチングチャンバの洗浄のためのプロセス
マイクロ波能力： ２ｋＷ〜３０ｋＷ、好適には２ｋＷ〜６ｋＷ
周波数： ２．４５ＧＨｚもしくは９１５ＭＨｚ
圧力： ０．５Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒ
気体： ＮＦ_３， Ｃ_２Ｆ_６＋Ｏ_２， ＳＦ_６＋Ｏ_２， Ｃｌ_２＋ＮＦ_３

円錐状気体出口と比較的大きい立体角を有するプラズマ源
ホトレジスト剥離と対象物エッチング
マイクロ波能力： ０．５ｋＷ〜３０ｋＷ、好適には０．５ｋＷ〜４ｋＷ
周波数： ２．４５ＧＨｚもしくは９１５ＭＨｚ
圧力： ０．１Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒ
気体： Ｏ_２， Ｎ_２， フォーミングガス、ＮＦ_３， ＣＦ_４
表面の活性化と洗浄
マイクロ波能力： ０．５ｋＷ〜３０ｋＷ、好適には０．５ｋＷ〜４ｋＷ
周波数： ２．４５ＧＨｚ
圧力： ０．０５Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒ
気体： Ｏ_２， Ｎ_２， Ｈ_２フォーミングガス， ＣＦ_４， Ａｒ

課題はまた、電磁波が生成され気体放電チャンバの誘電体に放出される、励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内でプロセスガスから発生するための方法で、誘電体内で気体放電チャンバが形成され、この気体放電チャンバがプロセスガスを供給および／または排気する気体入口と気体出口を有する方法により解決される。更に電磁波が誘電体の端面側ベースに放出され、その際端面側ベースと気体出口の間に気体放電空間が設けられている。またこの方法においては、誘電体の適した形態により、端面側ベースで気体放電チャンバに放出された電磁波のエネルギーが気体放電空間内で気体出口に到達するまでに消費される。

以下に記載される様々な実施形態においては同様の構成部分は同じ符号を付ける。図に記載のものは全て本発明の装置の縦断面である。

図１はプロセスガスから励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置１０を示す。プラズマ発生装置１０は適した材料、とりわけ金属から製造された円筒形に形成された中空導波管１１を有する。中空導波管１１は同様に円筒形で端面側に閉鎖された端部に半円形に形成された空洞を有し、その中に気体放電チャンバ１２が設けられている。気体放電チャンバはまた誘電体１３からなる物体と、誘電体１３内に形成された気体放電空間１４からなる。誘電体１３の全外側表面は中空導波管１１の内面に隣接している。誘電体１３は端面側ベース１３ａおよび側壁１３ｂからなり、側壁１３ｂは端面側ベース１３ａから延び空洞はまたは気体放電空間１４を形成する。端面側ベース１３ａは中空導波管１１の閉鎖端部に隣接している。側壁１３ｂは周回的に形成されている。また側壁１３ｂは一定幅で周方向に形成され、側壁１３ｂの内側と外側はほぼ互いに平行である。中空導波管１１も誘電体１３もオープンな自由端を有し、その際開口の寸法はそれぞれほぼ同じであり、両開口は同じ大きさでぴったり重なりあって設けられている。これら開口は気体出口１６を形成する。気体出口１６の直径は気体放電空間１４の直径にほぼ相当する。これは端面側ベース１３ａに対向して設けられている。気体出口１５はまた端面側ベース１３ａに直接形成され、気体供給機構１７と接合され、この気体供給機構１７を介して気体が気体放電空間１４内にもたらされる。

中空導波管１１には開口が設けられ、それを通じて、誘電体１３の端面側ベース１３ａで終結する同軸導体１８が延びている。同軸導体１８はその端部に放出ピン１８ａを有し、これは誘電体１３に全サイドに隣接するように端面側ベース１３ａにはめ込まれている。この同軸導体１８はマイクロ波発生器１９と接合されている。マイクロ波発生器１９により発生したマイクロ波は同軸導体１８とその放出ピン１８ａにより端面側ベース１３ａに放出される。そこからマイクロ波は全気体放電チャンバ１２を通じて広がる。同軸導体１８は斜め左上からプラズマ発生装置内にもたらされる。中空導波管１１内にはその端面側領域にも側壁にも冷却管２０があり、その中で冷却流体、とりわけ水が冷却用に気体放電チャンバ１２に沿って流れる。冷却管２０は気体放電チャンバ１２のほぼ全表面部分を覆い、同軸導体１８および気体供給機構１７によってのみ局部的に中断される。誘電体１３の側壁１３ｂの内面には二つの周回的環状溝２１が設けられている。環状溝２１は長方形断面を有し、長手方向に見ると側壁１３ｂの気体出口１６の方を向いた部分に設けられている。上部の環状溝は下部の環状溝より深くない。つまり、下部環状溝部分の誘電体の厚みは上部の環状溝のそれより小さい。

図２に示されたプラズマ発生装置１０は図１のそれと反対に断面テーパや環状溝２１を有さない。その代わりに誘電体１３に二つの周回して形成された突起が設けられ、これらは周回する環状ビード２２として形成されている。環状ビード２２は側壁１３ｂの下端部に気体出口１６部分に設けられている。これらは側壁１３ｂの外面の表面から突出する。中空導波管１１には相応の谷部が設けられ、これらは環状ビード２２をポジティブフィットではめ込む。環状ビード２２はＵ字形断面を有し、側壁１３ｂにほぼ直交するように存在する。その断面は、ビード断面の周周りが電磁波路λ／２に相当し、その結果ポジティブ半波とネガティブ半波の重なりがゼロに補償され、電波が放電チャンバ２３の下端部に到達することが防がれるように寸法付けされる。本発明の図１と図２に示した実施形態はとりわけ、いわゆる「リモートプラズマ源」に有利に適している。

図３に示されたプラズマ発生装置１０では側壁１３ｂの内側に肩部２４が設けられている。肩部２４は端面側ベース１３ａから気体出口１６まで並んで設けられ、周回的に形成されているため、気体放電空間１４のピラミッド状もしくは段階上階段が結果生じ、その際気体放電空間１４が気体出口１６の方へ広がる。一つの肩部はそれぞれほぼ直交して重なり合う鉛直フランクと水平フランク２４ａ、２４ｂを有する。鉛直フランク２４ａの長さは電磁波路のλ／４である。それにより端面側ベース１３ａに導入されたマイクロ波のエネルギーは気体放電チャンバ１２のオープン端２３までに使い尽くされる。

図４に示された装置１０では気体放電空間１４は円錐状に形成され、その際、円錐先端が端面側ベース１３ａに接し、円錐の底部が気体出口１６を形成する。気体放電空間１４を同時に側壁１３ｂの外側を鉛直かつ互いに平行に整合しながら円錐状に形成することにより、端面側ベース１３ａから気体放電チャンバ２３の端部へ向かって側壁１３ｂが恒常的にテーパする。気体放電チャンバ２３の端部には環状ビードとして形成された遮断素子２２が設けられている。図３でも図４でも励起された気体はそれぞれ円錐または階段状ピラミッドのピッチにより所定された特定の立体角で装置１０から出る。それによりこれらの装置では、気体出口に直接接続して処理対象物を有する反応室を設け、処理対象物が完全に励起気体によりカバーされるように気体出口１６の下に設けることが提供される。

図５は中空導波管１１が端面側ベース１３ａ部分では円筒形に、そして残りの部分、つまり側壁１３ｂを囲む部分では円錐形に形成されるプラズマ発生装置１０を示す。更に側壁１３ｂは図４の装置に相応して、断面が気体出口１６の方へ向かってテーパするように形成されている。中空導波管も気体放電空間１４も円錐状に形成することにより図５の装置１０で、そのもとに励起された気体が放電空間１４から出るとりわけ大きな立体角が達成できる。また気体出口１６の部分に遮断素子として作用する周回環状ビード２２が設けられている。

図６に示された装置１０は図５の装置に類似して形成されている。違う点は側壁１３ｂの内側には階段状肩部２４が設けられていることである。それによりとりわけプラズマ密度の高い規則的ゾーンが作られ、このことは所期のプロセス結果に関してとりわけ有利である。マイクロ波の放電チャンバを越えた波及を遮断するために、この装置においてもまた周回環状ビード２２が気体出口１６部分に設けられている。図５と図６に示された装置１０では同軸導体もしくはそれに設けられた放出ピン１８ａが端面側ベース１３ａのサイドに収容される。端面側ベース１３ａの形成においてはマイクロ波エネルギーの無反射放出を許す形状を選択するよう考慮すべきである。

図７の装置は図６の装置に類似して形成され、その際これと異なって全中空導波管１１も全誘電体１３も円錐状に形成されている。これは、端面側ベース１３ａが誘電体１３の円錐の先端部分を形成することを意味する。また当該ケースではそれぞれ斜め上から装置１０内に延び、気体放電空間１４の上部端点で終結する２つの気体供給機構１７が設けられている。また図６と反対に同軸導体１８は垂直に上から装置１０内に収容される。

図８と図１０はそれぞれ装置１０を示し、この装置１０においては端面側ベース１３ａは完全に誘電体１３からなる円筒状体として形成されている。これに側壁１３ｂが気体放電空間１４を形成しながら接続される。側壁１３ｂは環状溝２１と環状ビード２２を有する。気体放電空間１４の上端部分は半円形に形成され、その端面は端面側ベース１３ａに接する。図８では同軸導体１８がサイドに、図１０では垂直に上から端面側ベース１３ａに収容される。

図９と図１１では図８と図１０の装置と反対に端面側ベース１３ａが半円形に形成されている。気体放電チャンバの端面側ベースの半円形の形成は、反射された能力が装置の全適用において特に少ないため、斜め上からのマイクロ波の放出に特に適している。また図１１では放出ピンの代わりにコイル１８ｂが設けられる。それゆえ図１１の装置でのマイクロ波エネルギーの端面側ベース１３ａへの放出は誘導的に行なわれる。両装置において同軸導体１８はそれぞれ斜め左上から装置１０内に収容される。

図１２と図１３の装置ではマイクロ波エネルギー発生器１９のマイクロ波はそれぞれ中空導波管供給管２５を介して端面側ベース１３ａに放出される。中空導波管供給管２５は中空導波管１１内の谷部を貫通し、端面側ベース１３ａの外縁部分で終結するように形成されている。図１２の装置では中空導波管供給管２５はサイドで、図１３の装置では垂直に上から装置１０内に収容される。

以下本発明を図面の実施例を参照して記述する
側壁に断面テーパを有する、励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置の概略図。 断面テーパのかわりに側壁から外へ突出する突起が形成された図１の装置の概略図。 相前後して設けられた階段状肩部を有する、励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置の概略図。 側壁が恒常的にテーパする断面を有する、励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置の概略図。 部分的に円錐状の中空導波管を有する、励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置の概略図。 側壁の内側に相前後して設けられた階段状肩部が設けられた図５の装置の概略図。 全中空導波管が円錐状に形成された図６の装置の概略図。 同軸導体がマイクロ波をサイドで端面側ベースに放出した、励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置の概略図。 同軸導体が電磁波を上から斜めに端面側ベースへ放出する、励起された、および／またはイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置の概略図。 放出が上から行なわれる、図８の装置の概略図。 マイクロ波が誘導放出される、図９の装置の概略図。 マイクロ波が中空導波管供給管によりサイドから放出される、図８の装置の概略図。 放出が上から行なわれる図１２の装置の概略図。

Claims (28)

1. 電磁波を発生する発生器（１９）、中空導波管（１１）、励起された、および／またはイオン化された粒子が形成される気体放電空間（１４）と、気体放電空間（１４）が形成される誘電体（１３）を有する気体放電チャンバ（１２）を有し、気体放電チャンバ（１２）が中空導波管（１１）内に設けられた、励起された、および／またはイオン化された粒子をプロセスガスからプラズマ内で発生するための装置であって、誘電体（１３）が端面側ペース（１３ａ）を形成し、そこから気体放電空間（１４）を形成しながら側壁（１３ｂ）が延び、電磁波が端面側ペース（１３ａ）に放出可能であることを特徴とする励起された、および／またはイオン化された粒子をプロセスガスからプラズマ内で発生するための装置。
2. 気体放電チャンバ（１２）が中空導波管（１１）をほぼ満たすことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. プロセスガスを気体放電空間（１４）に供給する、および／またはそこから排気するための気体入口（１５）および気体出口（１６）を有し、気体入口（１６）が気体放電空間（１４）の端面側ベース（１３ａ）に対向する端部に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 気体入口（１５）が気体放電空間（１４）の端面側ベース（１３ａ）向き端部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 気体放電チャンバ（１２）が中空導波管（１１）の長手軸に関し対称に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
6. 端面側ベース（１３ａ）が円筒状または半円形体として形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の装置。
7. 気体放電チャンバ（１２）の側壁（１３ｂ）が少なくとも一つの、とりわけ周回的に形成された断面テーパ（２１）を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
8. プロセスガスを気体放電空間（１４）に供給する、および／またはそこから排気するための気体入口（１５）および気体入口（１６）を有し、少なくとも一つの断面テーパ（２１）が気体出口（１６）部分に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. プロセスガスを気体放電空間（１４）に供給する、および／またはそこから排気するための気体入口（１５）および気体出口（１６）を有し、複数の断面テーパ（２１）が設けられ、その際断面テーパ（２１）の大きさが気体出口（１６）の方向へ増大することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の装置。
10. 少なくとも一つの断面テーパ（２１）が周回的環状溝形状で形成されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の装置。
11. プロセスガスを気体放電空間（１４）に供給する、および／またはそこから排気するための気体入口（１５）および気体出口（１６）を有し、気体放電チャンバ（１２）の側壁（１３ｂ）が、断面が気体出口（１６）の方向へ恒常的にテーパするように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置。
12. 気体放電チャンバ（１２）の側壁（１３ｂ）が、側壁（１３ｂ）の中空導波管（１１）向きサイドから突出し、その断面周周りが電磁波の半波長に相当する、少なくとも一つのとりわけ周回的に形成された突起（２２）を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
13. プロセスガスを気体放電空間（１４）に供給する、および／またはそこから排気するための気体入口（１５）および気体出口（１６）を有し、少なくとも一つの突起（２２）が気体出口（１６）部分に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 少なくとも一つの突起（２２）が周回的ビードとして形成されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の装置。
15. 側壁（１３ｂ）の気体放電空間（１４）を向いたサイドに少なくとも一つの、とりわけ周回的に形成された肩部（２４）が設けられ、その長さ（２４ａ）が電磁波の波長の４分の１に相当することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の装置。
16. プロセスガスを気体放電空間（１４）に供給する、および／またはそこから排気するための気体入口（１５）および気体出口（１６）を有し、気体出口（１６）が気体放電空間（１４）の端面側ベース（１３ａ）に対向する端部に設けられ、複数の周回的に形成された肩部（２４）が相前後して階段状に、気体放電空間（１４）が気体排出方向に広がるように設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 中空導波管（１１）がほぼ平行六面体、円筒体または円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかに記載の装置。
18. 中空導波管（１１）が平行六面体に形成され、その際中空導波管（１１）の幅が電磁波の波長の半分より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 中空導波管（１１）が円筒として形成され、その際、円筒直径が電磁波の臨界波長より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
20. 中空導波管（１１）が部分的に様々な形状で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれかに記載の装置。
21. 中空導波管（１１）が端面側ベース（１３ａ）部分では円筒状に、そして気体放電空間（１４）部分では円錐状に形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 気体放電チャンバ（１２）が押圧はめ合いで中空導波管（１１）内にはめ込まれていることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれかに記載の装置。
23. 中空導波管（１１）に気体放電チャンバ（１２）を大面積で覆う冷却機構（２０）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項２２のいずれかに記載の装置。
24. 電磁波が端面側ベース（１３ａ）に同軸胴体（１８）の放出ピン（１８ａ）または放出コイル（１８ｂ）で放出可能であることを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかに記載の装置。
25. 放出ピン（１８ａ）が端部に誘電体（１３）に直接隣接して設けられた接合点を有することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 電磁波が端面側ベース（１３ａ）内に中空導波管供給管（２５）で放出可能であることを特徴とする請求項１から請求項２３のいずれかに記載の装置。
27. 電磁波が生成され気体放電チャンバ（１２）の誘電体（１３）に放出され、その際誘電体（１３）内に気体放電空間（１４）が形成され、気体放電空間（１４）が プロセスガスを供給する、および／またはそこから排気するための気体入口（１５）および気体出口（１６）を有し、気体放電チャンバ（１２）が中空導波管（１１）内部に設けられた、励起された、および／またはイオン化された粒子をプロセスガスからプラズマ内で発生するための方法であって、電磁波が誘電体（１３）の端面側ベース（１３ａ）内に放出され、その際気体放電空間（１４）が端面側ベース（１３ａ）と気体出口（１６）の間に設けられていることを特徴とする励起された、および／またはイオン化された粒子をプロセスガスからプラズマ内で生成するための方法。
28. 誘電体（１３）の適した形態により端面側ベース（１３ａ）内で気体放電チャンバ（１２）に放出された電磁波のエネルギーが気体出口（１６）に到達するまでに消費されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。

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