JP2007505451A - 直線プラズマ放電開口部を有するｅｃｒプラズマ源 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、プラズマ・チャンバから構成された直線プラズマ放電開口部（９，２７，２８，３０）及びこの直線プラズマ放電開口部の領域内に多重極磁場装置を有するＥＣＲプラズマ源に関する。少なくとも２つの個々の分波器（３，４）が、中心にある分波器として存在する。これらの分波器（３，４）はそれぞれ、部分プラズマ・チャンバ（１，２，２１，２２，３２，２３）内に配置されている。直線部分プラズマ放電開口部（７，８，２３，２４，３４，３５）及び多重極磁場装置（１０，１１，３８，３９）が、各部分プラズマ・チャンバ（１，２，２１，２２，３２，２３）に沿って存在する。少なくとも２つの直線部分プラズマ放電開口部（７，８，２３，２４，３４，３５）が、ＥＣＲプラズマ源の少なくとも１つのプラズマ放電開口部（９，２７，２８，３０）を形成するように、これらの直線部分プラズマ放電開口部（７，８，２３，２４，３４，３５）は、向き合って配置されている。

Description

本発明は、プラズマ・チャンバに直線プラズマ放電開口部とこの直線プラズマ放電開口部の領域内に多重極磁場装置とを有するＥＣＲプラズマ源に関する。このプラズマ・チャンバは、同時に外部導体として作用する。中心にある分波器が、このプラズマ・チャンバ内に存在する。この分波器は、高周波を生成する装置に接続されている。高周波としては、技術的に利用可能で許容される全ての周波数範囲が考えられる。実際には、特に13.56MHz〜2.45GHz の周波数が適することが実証されている。

多様なプラズマ生成装置が、従来の技術にしたがって公知である。ドイツ連邦共和国特許出願公開第198 12 558号明細書は、直線状に拡張するＥＣＲプラズマ(electron cyclotron resonance plasma) を生成する装置を記す。内部導体が、マイクロ波(910 MHz〜2.45GHz)を生成する装置に接続されていて、良好な伝導性の外部の同軸導波管内に同軸に配置されている。この同軸導波管は、同時にプラズマ・チャンバを限定する。管状のプラズマ・チャンバは、長手軸線に対して平行にスリット形の開口部を有する。静的な磁場を生成する多重極磁場装置が、長手軸線に対して開口部の両側に沿って設けられている。マイクロ波が、内部導体（分波器）を通じてキャリアガスで満たされたプラズマ・チャンバ内に供給される場合、プラズマが、プラズマ・チャンバ内に発生する。スリット形の開口部内では、プラズマは、強い電界成分を有する多重極磁場装置の磁場によって大幅に増幅される。

非常に好ましくは直線状に拡散するプラズマが、このような装置によって生成され得る。しかしながら、プラズマ密度が、スリット形の開口部の長手軸線に沿って比較的強く減衰し、かつ長手軸線に対して横に比較的小さい頂点極率半径(Scheitelkruemmungsradius)の放射状の拡張を有することが欠点である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第198 12 558号明細書

本発明の課題は、冒頭で述べた種類の直線ＥＣＲプラズマ源を提供することにある。広い面の均質なプラズマが、直線ＥＣＲプラズマ源によってプラズマ放電開口部で生成され得る。

本発明は、この課題を請求項１中に記載の特徴によって解決する。

本発明の好適な構成は、各従属請求項，以下の本発明の好適な構成の説明及び図面に詳しく記載されている。

本発明の本質は、分波器及び多重極磁場装置を有するこのように公知の少なくとも２つの直線ＥＣＲプラズマ源が少なくとも１つのプラズマ放電開口部を有する１つの高性能な直線ＥＣＲプラズマ源に創造的にさらに改良される点にある。

多くの使用状況に対しては、２つの部分プラズマ・チャンバを有する１つのＥＣＲプラズマ源が十分である。しかしながら、本発明のＥＣＲプラズマ源は、特に基板又は基板キャリア上の基板の配置の具体的な形に調整でき、３つ及び多数の部分プラズマ・チャンバを有してもよい。同様に、ＥＣＲプラズマ源は、１つ又は２つのプラズマ放電開口部を有してもよく、３つ又は多数の部分プラズマ・チャンバの場合は多数のプラズマ放電開口部を有してもよい。

請求項２〜４によれば、ＥＣＲプラズマ源が、特別なプラズマ放電開口部を有する。これらのプラズマ放電開口部は、主に実際にプラズマを生成する部分プラズマ・チャンバの位置及びこれらの部分プラズマ・チャンバの相対位置に依存する。

請求項６によれば、部分プラズマ放電開口部の領域内の多重極磁場装置に加えて、１つ又は多数の別の多重極磁場装置が部分プラズマ・チャンバの外側に固定して又は摺動可能に配置されているように、ＥＣＲプラズマ源が効果的にさらに構成され得る。したがって、プラズマの発生が、部分プラズマ・チャンバの内部で特別に影響され得る。

その他の好適な構成を以下の実施の形態で詳しく説明する。

本発明のＥＣＲプラズマ源の利点は、特に密で十分に均質なプラズマが少なくとも２つのプラズマの重なりによって生成され得ることにある。大きい基板又は基板配置の有効なプラズマ処理が、このプラズマによって好ましく実施され得る。

より大きい直線プラズマでの従来の技術によれば、例えば層の析出時に、層厚が±８％を超える不均質性を有する一方で、本発明のＥＣＲプラズマ源によれば、約800mm のプラズマ出口の長さにわたるシリコン窒化物の層の層厚が、±２％の不均質性で製造され得る。

この場合、供給される波の出力，部分プラズマ・チャンバの形，多重極磁場装置の磁場の位置及び強さ並びに可変なガス供給を変更することによって、実際に非常に柔軟なプロセスが実施可能である。

以下に、本発明を４つの実施の形態にしたがって詳しく説明する。

図１は、実施の形態Ｉの一部を成す、１つのプラズマ放電開口部を有する概略的なＥＣＲプラズマ源の断面を示す。このＥＣＲプラズマ源の場合、個々の分波器と部分プラズマ放電開口部の幅の中心との間のラジアル線が、互いに90°の角度だけ傾いている。

図２は、実施の形態ＩＩの一部を成す、２つのプラズマ放電開口部を有する概略的なＥＣＲプラズマ源の断面を示す。このＥＣＲプラズマ源の場合、これらのラジアル線は、軸線上の個々の分波器と部分プラズマ放電開口部の幅の中心との間にあり、ＥＣＲプラズマ源の２つのプラズマ放電開口部が、これらのラジアル線に対して直角に配置されている。

図３は、実施の形態ＩＩＩの一部を成す、１つのプラズマ放電開口部を有する概略的なＥＣＲプラズマ源の断面を示す。このＥＣＲプラズマ源の場合、分波器と部分プラズマ放電開口部の幅の中心との間のラジアル線が互いに平行に配置されている。

図４ａは、実施の形態ＩＶの一部を成す、１つのプラズマ放電開口部を有する概略的なＥＣＲプラズマ源の構造の断面を示す。このＥＣＲプラズマ源の場合、これらのラジアル線は、軸線上の個々の分波器と部分プラズマ放電開口部の幅の中心との間にあり、ＥＣＲプラズマ源の２つのプラズマ放電開口部が、これらのラジアル線に対して直角に配置されている。図４ｂは、図４ａのＥＣＲプラズマ源の投影図である。

実施の形態Ｉ
実施の形態Ｉによる本発明のＥＣＲプラズマ源は、主に２つの個別のＥＣＲプラズマ源から構成される。図１は、２つの部分プラズマ・チャンバ１，２を示す。これらの部分プラズマ・チャンバ１，２は、一緒にＥＣＲプラズマ源のプラズマ・チャンバを構成し、図示しなかった真空チャンバ内に配置されている。

部分プラズマ・チャンバ１，２は、管状に形成されている。個別の分波器３，４が、同軸状に内側に配置されている。分波器３，４は、公知の解決手段に相当しかつ内部導体から形成される。この内部導体は、特に910MHz〜2.45GHz の範囲内のマイクロ波を生成する装置に接続され得る。分波器３，４は、石英ガラスから成る保護管によって包囲されている。保護管の内部空間が、ガスで吹き付けられ、分波器３，４が冷却され得る。

部分プラズマ・チャンバ１，２の内壁が、マイクロ波に対して外部の同軸導波管として作用し、公知の方式で特に絶縁材料又は伝導性の材料から成る内部の保護内張り部を有する。直線部分プラズマ放電開口部５，６が、それぞれの保護内張り部の長手軸線ごとに管状の部分プラズマ・チャンバ１，２に対して１つずつ存在する。この場合、それぞれの分波器３，４と部分プラズマ放電開口部５，６の幅の中心との間のラジアル線７，８が、互いに90°の角度だけ傾いて配置されている。これらのラジアル線７，８の交点が、ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部９のほぼ中心にある。

部分プラズマ放電開口部５，６の領域内には、例えば静的磁場を有する多重極磁場装置１０，１１が、部分プラズマ・チャンバ１，２の外側に１つずつ配置されている。

その他の多重極磁場装置１２が、部分プラズマ・チャンバ１，２の外周に沿って配置されている。

多重極磁場装置１０，１１，１２の位置及び磁場線の作用が容易に変更でき、具体的な技術条件に適合できるように、全ての多重極磁場装置１０，１１，１２は、部分プラズマ・チャンバ１，２に対して固定されている。

以下に、実施の形態ＩによるＥＣＲプラズマ源の機能を詳しく説明する。ＥＣＲプラズマ源は、真空チャンバ内に存在する。ＥＣＲプラズマ源を作動するため、キャリアガス、例えばアルゴンの圧力が、真空チャンバ内で２×10^-2 mbar に設定される。両分波器３，４は、例えば915 MHz のマイクロ波を生成する装置に接続される。両分波器３，４は、マイクロ波アンテナとして作用し、マイクロ波を部分プラズマ・チャンバ１，２内に送る。これによって、プラズマが、これらの部分プラズマ・チャンバ１，２内で発生する。多重極磁場装置１０，１１の領域内では、磁場成分がプラズマに作用する。ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部９から放出したプラズマが大幅に増幅される。同様に、多重極磁場装置１２の磁場成分もプラズマに作用する。

部分プラズマ・チャンバ１，２の磁場成分が、具体的な技術条件に応じてＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部９に対するプラズマの長さ方向と幅方向の均質な拡大を著しい均質性でもたらすように、多重極磁場配置１０，１１，１２は、位置決めによって部分プラズマ・チャンバ１，２に対して配置される。したがって、プラズマ放電開口部９の前方に位置決め又は敷設される図示しなかった基板のプラズマ処理が、高い効果と最大品質で保証される。

実施の形態ＩＩ
２つのプラズマ放電開口部２７，２８を有するＥＣＲプラズマ源が、実施の形態ＩＩの一部を成して図２中に概略的に示されている。実施の形態Ｉと同じ位置は、図２中では同じ位置番号で示されている。

分波器３，４を１つずつ有する細長いＵ字状の２つの部分プラズマ・チャンバ２１，２２が、内径の幅内に部分プラズマ放電開口部２３，２４を有する。分波器３，４は、Ｕ字状の部分プラズマ・チャンバ２１，２２の円形部分に対して同心状に内側に配置されている。この場合、ラジアル線２５，２６が、それぞれの分波器３，４と部分プラズマ放電開口部２３，２４との間の軸線上にある。

２つの逆に作用する直線プラズマ放電開口部２７，２８が、ラジアル線２５，２６に対して直角にかつ両側に形成されるように、部分プラズマ放電開口部２３，２４の距離が選択されている。実施の形態Ｉの場合と同様に、プラズマの発生に影響するため、多重極磁場装置１０，１１が、プラズマ放電開口部２７，２８に配置されていて、多重極磁場装置２９が、部分プラズマ・チャンバ２１，２２に配置されている。

実施の形態ＩＩによるＥＣＲプラズマ源の機能は、実施の形態Ｉに類似する。使用する場合、しかしながら基板が、プラズマ放電開口部２７，２８の前方の両側に配置され得る。

実施の形態ＩＩＩ
１つのプラズマ放電開口部１８を有するＥＣＲプラズマ源が、実施の形態ＩＩＩの一部を成して図３中に概略的に示されている。実施の形態Ｉと同じ位置は、図３中では同じ位置番号で示されている。

分波器３，４を１つずつ有する細長いＵ字状の２つの部分プラズマ・チャンバ１３，１４が、内径の幅内に部分プラズマ放電開口部１７を１つずつ有する。この場合、ラジアル線１９，２０が、それぞれの分波器３，４と部分プラズマ放電開口部１７の幅の中心との間に互いに平行に存在し、ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部１８を形成する。

この場合、部分プラズマ放電開口部１７の外側にある側面に沿ったＵ字状の部分プラズマ・チャンバ１３，１４がそれぞれ、外側に曲げられた１つの延長部１６を有する。これらの延長部の長さ及び形は、与えられる技術条件に依存する。

部分プラズマ放電開口部１７の均質な個々のプラズマが、ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部１８で１つの均質なプラズマに一体になるように、互いの両部分プラズマ放電開口部１７の距離が選択されている。

実施の形態Ｉと同様に、多重極磁場装置１０，１１が、部分プラズマ放電開口部１７の外面に沿って設けられていて、その他の多重極磁場装置１２が、部分プラズマ・チャンバ１３，１４に沿って設けられている。実施の形態ＩＩＩでは、多重極磁場装置１５が、請求項５に応じて両部分プラズマ放電開口部１７間に設けられる。この多重極磁場装置１５は、両部分プラズマ放電開口部１７の双方の個々のプラズマに作用する。ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部１８のプラズマの均質性が、この構成によって好ましく影響され得る。

実施の形態ＩＩＩによるＥＣＲプラズマ源の機能は、実施に形態Ｉに類似する。

実施の形態ＩＶ
図４ａは、実施の形態ＩＶの一部を成す、実施の形態ＩＩに類似のＥＣＲプラズマ源の構造の断面を示す。図４ｂは、ＥＣＲプラズマ源の投影図である。

この実施の形態ＩＶは、実施の形態ＩＩの原理を構成する。すなわち、線２５，２６が軸線上にある。重要な相違は、ＥＣＲプラズマ源がプラズマ放電開口部３０を１つだけ有する点である。その一方で対向する側面は、金属板３１で覆われている。

具体的な構造の場合、互いの両分波器３，４の距離は300mm である。８mmの直径の内側管及び30mmの直径の保護管から構成された分波器３，４は、Ｕ字状の部分プラズマ・チャンバ３２，３３内部に配置されている。この場合、Ｕ字形は、丸くされた角を有する片面を開けた水平管から形成される。この水平管の内側の幅は、110mm である。すなわち保護管と部分プラズマ・チャンバ３２，３３の内壁との距離は40mmである。ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部３０は200mm である。ガイド板３６，３７が、部分プラズマ放電開口部３４，３５とプラズマ放電開口部３０との間に設けられている。

部分プラズマ放電開口部３４，３５の両側では、多重極磁場装置３８，３９が、部分プラズマ放電開口部３４，３５に沿って対になって直接配置されている。これらの多重極磁場装置３８，３９は水で冷却されている。これによって、高い周囲温度が、磁束密度を変化させることはない。

キャリアガス又はプロセスガスを流入するため、直線状のガス注入部４１が、部分プラズマ放電開口部３４，３５に面していない部分プラズマ・チャンバ３２，３３の側面に沿って存在し、直線状のガス注入部４２が、部分プラズマ放電開口部３４，３５の両側に存在する。

好ましくはＥＣＲプラズマが分波器３，４の領域内に形成されるように、多重極磁場装置３８，３９の磁場が調整される。

マイクロ波を導入するための接続点の近くでは（図４ｂ）、ＥＣＲプラズマが部分プラズマ放電開口部３４，３５の方向に移動するように、磁場が減衰される。そのため、上昇した電力消費によって接続点４０の近くで発生するプラズマ密度勾配が、プラズマの生成に対するより僅かな磁場の影響によって分波器３，４で直接補正される。この配置は、部分プラズマ放電開口部３４，３５に沿って均質なプラズマを生成する。この均質なプラズマは、ＥＣＲプラズマ源の中心領域を荷電キャリアで満たす。この重なりは、ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部３０に対しても所定のプラズマ密度の均質なプラズマ領域をもたらす。

ＥＣＲプラズマ源は、周囲に対して真空気密に吊るされて真空チャンバ内に配置されている。この真空チャンバは1000mmの長さを有し、実際のプラズマ領域の長さは、約950mm である。

分波器３，４を通じてＥＣＲプラズマ源内に供給されたマイクロ波の周波数は、2.45GHz である。各分波器３，４は、２kWの電力を生成できるマイクロ波発生器に接続されている。

実施の形態の装置のその他の構成では、図示しなかった光子系も、ＥＣＲプラズマ源の外側のプラズマ放電開口部３０の領域内に配置され得る。これによって、ＥＣＲプラズマ源が、イオンビーム源としても使用され得る。このような構成の場合、好ましくは、電気コイル装置を有する多重極磁場装置が使用される。

本発明のＥＣＲ源を使用する場合、処理すべき基板が、プラズマ放電開口部３０に沿って連続的に通過して移動する。大きい基板面も、このプラズマ放電開口部３０の大きい幅に応じて均質なプラズマによって処理され得る。

125mm ×125mm の寸法のシリコン基板上にシリコン窒化物の層を析出させる場合、30個のこのようなシリコン板が、キャリア板上の５行×６スリットのラスター内に存在する。この場合、６つのスリットは、プラズマ放電開口部３０の６方向に配置されている。５行の拡張部内のキャリア板が、プラズマ放電開口部３０の下を連続的に通過して移動する。

シリコン窒化物の層を生成するため、アンモニアガスがガス注入部４１内に注入され、気体であるハイドロシリコンが、ガス注入部４２を通じて注入される。シリコン基板が、図示しなかったビーム加熱によって所定の温度に加熱される。

約80nmの析出すべきシリコン窒化物の層を技術的にプリセットされている厚さによって調整する場合、要求される層厚が１移動サイクルで得られるように、キャリア板の速度が調整される。

約800mm の被覆幅の場合、シリコン窒化物の層の層厚の不均質性は、±２％未満である。この場合、連続する比較的均質な層厚において、800mm の大きい被覆幅にわたるシリコン窒化物の層の屈折率も、±１％の許容範囲内にあることが好ましい。

２つの部分プラズマ・チャンバ１，２を示す。 ２つのプラズマ放電開口部２７，２８を有するＥＣＲプラズマ源を示す。 １つのプラズマ放電開口部１８を有するＥＣＲプラズマ源を示す。 実施の形態ＩＶの一部を成す、実施の形態ＩＩに類似のＥＣＲプラズマ源の構造の断面を示す。 ＥＣＲプラズマ源の投影図である。

符号の説明

１ 部分プラズマ・チャンバ
２ 部分プラズマ・チャンバ
３ 分波器
４ 分波器
５ 部分プラズマ放電開口部
６ 部分プラズマ放電開口部
７ ラジアル線
８ ラジアル線
９ プラズマ放電開口部
１０ 多重極磁場装置
１１ 多重極磁場装置
１２ 多重極磁場装置
１３ 部分プラズマ・チャンバ
１４ 部分プラズマ・チャンバ
１５ 多重極磁場装置
１６ 延長部
１７ 部分プラズマ放電開口部
１８ プラズマ放電開口部
１９ ラジアル線
２０ ラジアル線
２１ 部分プラズマ・チャンバ
２２ 部分プラズマ・チャンバ
２３ 部分プラズマ放電開口部
２４ 部分プラズマ放電開口部
２５ ラジアル線
２６ ラジアル線
２７ プラズマ放電開口部
２８ プラズマ放電開口部
２９ 多重極磁場装置
３０ プラズマ放電開口部
３１ 金属板
３２ 部分プラズマ・チャンバ
３３ 部分プラズマ・チャンバ
３４ 部分プラズマ放電開口部
３５ 部分プラズマ放電開口部
３６ ガイド板
３７ ガイド板
３８ 多重極磁場装置
３９ 多重極磁場装置
４０ 接続点
４１ ガス注入部
４２ ガス注入部

Claims (8)

1. プラズマ・チャンバから構成された直線プラズマ放電開口部（９，２７，２８，３０）及びこの直線プラズマ放電開口部の領域内に多重極磁場装置を有するＥＣＲプラズマ源にあって、中心にある分波器が、プラズマ・チャンバ内に存在し、分波器は、高周波を生成する装置に接続されていて、分波器は、同時に外部導体として作用するＥＣＲプラズマ源において、
   −少なくとも２つの個々の分波器（３，４）が、中心にある分波器として存在し、
   −これらの分波器（３，４）はそれぞれ、部分プラズマ・チャンバ（１，２，２１，２２，３２，２３）内に配置されていて、
   −この場合、部分プラズマ・チャンバ（１，２，２１，２２，３２，３３）が、個々の分波器（３，４）をほぼ同軸に包囲し、各々１つの直線部分プラズマ放電開口部（７，８，２３，２４，３４，３５）が存在するように、これらの部分プラズマ・チャンバ（１，２，２１，２２，３２，３３）は、プラズマ・チャンバ内に形成されていること、
   −多重極磁場装置（１０，１１，３８，３９）が、各直線部分プラズマ放電開口部（７，８，２３，２４，３４，３５）に沿って存在すること、及び
   −少なくとも２つの直線部分プラズマ放電開口部（７，８，２３，２４，３４，３５）が、ＥＣＲプラズマ源の少なくとも１つのプラズマ放電開口部（９，２７，２８，３０）を形成するように、これらの直線部分プラズマ放電開口部（７，８，２３，２４，３４，３５）は、向き合って配置されていることを特徴とするＥＣＲプラズマ源。
2. 個々の分波器（３，４）個々の分波器（３，４）と部分プラズマ放電開口部（６，７）の幅の中心との間の両ラジアル線（７，８）が、ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部（９）のほぼ中心で交差するように、これらのラジアル線（７，８）は、角度を成して互いに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＥＣＲプラズマ源。
3. 両ラジアル線（２５，２６）は、共通の軸線内の個々の分波器（３，４）と部分プラズマ放電開口部（２３，２４、３４，３５）の幅の中心との間にあり、ＥＣＲプラズマ源の少なくとも１つのプラズマ放電開口部（２８，２７，３０）が、横に、特に共通の軸線に対して直角に存在することを特徴とする請求項１に記載のＥＣＲプラズマ源。
4. 両ラジアル線（１９，２０）は、個々の分波器（３，４）と部分プラズマ放電開口部（１７）の幅の中心との間に互いに平行に配置されていて、ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部（１８）が、両ラジアル線（１９，２０）の方向に存在することを特徴とする請求項１に記載のＥＣＲプラズマ源。
5. 多重極磁場装置（１５）が、直線部分プラズマ放電開口部（１７）の横に隣接する多重極磁場装置として構成されていて、この多重極磁場装置（１５）は、両部分プラズマ放電開口部（１７）に作用することを特徴とする請求項４に記載のＥＣＲプラズマ源。
6. 少なくとも１つの別の多重極磁場装置（１２，２９）が、プラズマ・チャンバに対して同軸にかつ外側に、特に部分プラズマ・チャンバに対して同軸に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＥＣＲプラズマ源。
7. 多重極磁場装置（１０，１１，１２，２９）のうちの少なくとも１つの多重極磁場装置が、部分プラズマ・チャンバ（１，２，２１，２２，３２，３３）に対して摺動され得ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＥＣＲプラズマ源。
8. 電気伝導性の格子が、ＥＣＲプラズマ源のプラズマ放電開口部（３）の領域内に存在することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＥＣＲプラズマ源。

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