JP2009510698A - 誘導駆動型プラズマ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】電磁放射線源は、イオン化可能な媒質を保持する円環状室を含む。該電磁放射線源は、円環状室の一部分を取り囲む磁気コアも含む。該放射線源は、エネルギパルスを磁気コアに提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し、円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線を発生させる、パルス電力システムも含む。

Description

［０００１］ 本発明は、プラズマを発生させる方法及び装置、より詳細には、誘導駆動されるプラズマ光源を提供する方法及び装置に関する。

［０００２］ プラズマ放電は、多岐に渡る用途にて使用することができる。例えば、プラズマ放電は、ガスを励起してイオン、遊離基、原子及び分子を保持する活性化したガスを発生させるため使用することができる。プラズマ放電は、電磁放射線（例えば、光線）を発生させるため使用することもできる。プラズマ放電の結果として発生された電磁放射線は、それ自体、多岐に渡る用途にて使用することができる。例えば、プラズマ放電により発生された電磁放射線は、半導体製造システムにて材料を硬化させる光源とすることができる。

［０００３］ １つの実施の形態において、本発明は、薄いフィルム材料を硬化させる電磁放射線源を特徴とする。

［０００４］ 本発明は、１つの形態において、イオン化可能な媒質を保持する円環状室を含む電磁放射線源を特徴とする。該電磁放射線源は、また、円環状室の一部分を取り囲む磁気コアも含む。該源は、エネルギパルスを磁気コアに提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムも含む。

［０００５］ 幾つかの実施の形態において、円環状室の壁を通して半径方向に放射された電磁放射線は、半導体ウェハの面を実質的に均一に照射する。幾つかの実施の形態において、該源は、電磁放射線の一部分を材料に向ける反射器を含む。幾つかの実施の形態において、イオン化可能な媒質は、キセノン、スズ、亜鉛、カドミウム又は水銀を含む。幾つかの実施の形態において、イオン化可能な媒質は、水銀と貴ガスとの混合体を含む。幾つかの実施の形態において、該混合体は、約２０ないし２００μｇ／ｃｍ^３の水銀と、約１ないし約１０μｇ／ｃｍ^３のキセノンとを含む。幾つかの実施の形態において、イオン化可能な媒質は、水銀と、クリプトン、ネオン及びキセノンの１つの又はより多くの混合体から成っている。幾つかの実施の形態において、電磁放射線は、イオン化可能な媒質のイオンにより実質的に発生される。

［０００６］ 幾つかの実施の形態において、少なくとも１つのエネルギパルスは、約８０μｓの周期を有する約２μｓないし約１０μｓの間の複数のエネルギパルスである。幾つかの実施の形態において、少なくとも１つのエネルギパルスは、約８００ボルト及び約１０００アンペアのパルスである。パルス電力システムは、同一極性、交番極性又は任意の連続的な極性のエネルギパルスを送り出すことができる。幾つかの実施の形態において、パルス電力システムは、架橋回路（例えば、半架橋又は全架橋）を有し且つ交番極性又は連続的な色々な極性の磁気コアに対しエネルギパルスを送り出す。幾つかの実施の形態において、磁気コアは、各々が円環状室の一部分を取り囲む複数のコアである。幾つかの実施の形態において、複数のコアが取り囲むのは、円環状室の円周の約１０％よりも少ない部分である。幾つかの実施の形態において、磁気コアは、各々が円環状室の一部分を取り囲み且つ、円環状室の円周に沿って均一に配分された２つ又はより多くの（例えば、３つの）磁気コアである。幾つかの実施の形態において、円環状室は、紫外線に対して実質的に透明である。幾つかの実施の形態において、円環状室は石英を含む。

［０００７］ 幾つかの実施の形態において、該源は、円環状室の壁を通して半径方向に放射する電磁エネルギを受け取る処理室を含む。幾つかの実施の形態において、処理室は、半導体ウェハを保持し、また、室の壁を通して放射された電磁エネルギは、半導体ウェハの上又はその上方にて薄いフィルムを硬化させる。幾つかの実施の形態において、該源は、処理時に使用し得るよう円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線の一部分を反射すべく円環状室に対して配置された反射器を含む。幾つかの実施の形態において、円環状室の壁を通して放射された電磁エネルギは、酸素を含むコンパウンドと反応してオゾンを発生させる。幾つかの実施の形態において、該源は、ガスの流れを円環状室の外面を渡って向ける形態とされた冷却ガス源（例えば、遠心型送風機、強制通風機、誘導通風機、又はその他の冷却ガス又は流体源）を含む。ガスの流れは、１つ又はより多くのガス及び（又は）流体を含むことができる。ガスの流れは、該源の構成要素（例えば、室）を冷却する。ガスの流れは、窒素を含むガスの流れとすることができる。ガスの流れは、酸素無し又は実質的に酸素無しのガスとすることができる。幾つかの実施の形態において、該源は、円環状室を保持するハウジングを含む。幾つかの実施の形態において、該源は、ガスの流れを円環状室の表面及びハウジング内の電気的構成要素を渡って向けるようハウジング内に配置された冷却ガス源（例えば、遠心型送風機）を含む。

［０００８］ 別の形態において、本発明は、電磁放射線源を特徴とする。該放射線源は、イオン化可能な媒質を保持する円環状室と、円環状室の一部分を取り囲む磁気コアとを含む。該源は、磁気コアに対し高エネルギパルスを提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し、プラズマを実質的にイオン化して円環状室の壁を通って半径方向に放射する紫外線を発生させるパルス電力システムも含む。

［０００９］ 別の形態において、本発明は、薄いフィルム材料を硬化させる電磁放射線源を特徴とする。該源は、イオン化可能な媒質を封じ込めるため電磁放射線に対して少なくとも部分的に透明な円環状室を含む。該源は、円環状室の一部分を取り囲む磁気コアも含む。該源は、エネルギパルスを磁気コアに提供し、電力を円環状室内にて形成されたプラズマに対し送り出し、円環状室の壁を通して半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムも含む。

［００１０］ 別の形態において、本発明は、電磁放射線を薄いフィルム材料に送り出す方法にも関する。例えば、薄いフィルムは、化学的気相成長法、印刷法又はスピンオン法の結果物であるものとすることができる。該方法は、プラズマを発生させることのできるイオン化可能な媒質を円環状室内に導入するステップを含む。該方法は、また、少なくとも１つのエネルギパルスを円環状室の一部分を取り囲む磁気コアに印加して、磁気コアが電力をプラズマに送り出すステップも含む。該方法は、プラズマにより円環状室の壁を通して半径方向に放出された電磁放射線を薄いフィルム材料に向けて向けるステップも含む。

［００１１］ 別の形態において、本発明は、薄いフィルム材料を硬化させる電磁放射線源を特徴とする。該源は、イオン化可能な媒質を封じ込めるため電磁放射線に対して少なくとも部分的に透明な円環状室を含む。該源は、また、円環状室の一部分を取り囲む磁気コアも含む。該源は、エネルギパルスを磁気コアに提供し、電力を円環状室内にて形成されたプラズマに対し送り出し、円環状室の壁を通して半径方向に放射する電磁放射線を発生させる手段も含む。

［００１２］ 別の形態において、本発明は、電磁放射線を発生させる方法に関する。該方法は、プラズマを発生させることのできるイオン化可能な媒質を円環状室内に導入するステップを含む。該方法は、少なくとも１つのエネルギパルスを円環状室の一部分を取り囲む磁気コアに印加して、磁気コアが電力をプラズマに送り出すようにするステップも含む。該方法は、プラズマにより円環状室の壁を通して半径方向に放出された電磁エネルギを向き決めするステップを含む。

［００１３］ 幾つかの実施の形態において、該方法は、プラズマにより円環状室の壁を通して半径方向に放出された電磁エネルギにて半導体ウェハの表面を照射するステップを含む。幾つかの実施の形態において、該方法は、プラズマにより円環状室の壁を通して半径方向に放出された電磁エネルギにて薄いフィルム材料を照射するステップを含む。薄いフィルム材料は誘電性材料とすることができる。

［００１４］ 幾つかの実施の形態において、該方法は、電磁放射線の一部分を薄いフィルム材料に向けて反射するステップも含む。幾つかの実施の形態において、電磁放射線は、イオン化可能な媒質のイオンによって実質的に発生される。該少なくとも１つのエネルギパルスは、約８０μｓの周期を有する約２μｓないし約１０μｓの範囲の複数のパルスとすることができる。磁気コアは、各々が円環状室の一部分を取り囲む複数のコアとすることができる。円環状室は、紫外線に対して実質的に透明であるようにすることができる。

［００１５］幾つかの実施の形態において、該方法は、円環状室の壁を通して処理室まで半径方向に放射する電磁放射線を提供するステップを含む。幾つかの実施の形態において、該方法は、円環状室の壁を通して放射された電磁エネルギを処理室内に向けて、半導体ウェハの上の薄いフィルムを硬化するステップを含む。幾つかの実施の形態において、該方法は、円環状室の壁を通して放射された電磁エネルギを、酸素を含むコンパウンドと相互作用させ、オゾンを発生させるステップを含む。幾つかの実施の形態において、該方法は、ガスの流れを円環状室の外面を渡って向けるステップを含む。

［００１６］ 本発明は、別の形態において、電磁放射線を発生させる円環状室を含む電磁放射線源を特徴とする。該源は、室を取り囲み且つ実質的に酸素無しの環境を維持し得るよう密封されたハウジングを含む。該源は、ハウジングを通じて冷却ガス（例えば、窒素）を循環させ、円環状室を冷却する冷却ガス源も含む。

［００１７］ 幾つかの実施の形態において、該源は、円環状室の一部分を取り囲むハウジング内に配置された少なくとも１つの磁気コアも含む。幾つかの実施の形態において、該源は、エネルギパルスを磁気コアに提供して電力を円環状室内にて形成されたプラズマに送り出し、円環状室の壁を通して半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムも含む。幾つかの実施の形態において、該源は、円環状室を冷却した後、冷却ガスを冷却すべくハウジング内に配置された熱交換器を含む。

［００１８］ 本発明は、別の形態において、イオン化可能な媒質を保持する円環状室を含む電磁放射線源を特徴とする。該源は、また、円環状室の一部分を取り囲む磁気コアも含む。該源は、また、交番極性のエネルギパルスを磁気コアに提供して、円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し、円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムを含む。１つの実施の形態において、磁気コア内にて使用される材料の量は、交番極性のエネルギパルスを提供することにより源を作動させることで減少させることができる。

［００２７］ 図１は、本発明の原理を具体化する電磁放射線源１００の一部分の等角図である。源１００は円環状室１０８を含む。この実施の形態において、円環状室１０８は、紫外線（ＵＶ）に対して実質的に透明な石英材料を使用して製造される。イオン化可能な媒質（例えば、キセノン、スズ、亜鉛、カドミウム又は水銀）が入口１１２を介して円環状室１０８内に導入される。幾つかの実施の形態において、入口１１２は、イオン化可能な媒質を導入した後、密封される。幾つかの実施の形態において、入口１１２は、例えば、ガス（例えば、イオン化可能な媒質）を円環状室１０８の内部に導入するため、ガス圧送システム（図示せず）と接続される。幾つかの実施の形態において、円環状室は、ガスが円環状室１０８から流れ出るのを許容する出口（図示せず）を含む。

［００２８］ この実施の形態において、源１００は、円環状室１０８の円周に沿って均一に隔てられた３つの磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ（全体として、１０４）も含む。磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの各々は、内部通路１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを画成する。円環状室１０８は、磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに対して配設され、円環状室１０８の一部分が磁気コア１０４の内部通路１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃをそれぞれ通る。イオン化可能な媒質を使用して円環状室１０８の内部にて円環状プラズマを発生させる。磁気コア１０４は、一次巻線１２０により連結され（すなわち、一次巻線１２０は、磁気コア１０４の内部通路１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを通る）、円環状室１０８内にて電流を誘発させるべく使用される変圧器の一次回路を形成する。

［００２９］ 幾つかの実施の形態において、源は、磁気コア１０４の１つの通路を通る別個の一次巻線１２０を有している。単に一例として、第一の一次巻線は、磁気コア１０４ａの内部通路１１６ａを通るようにする。第二の一次巻線は、磁気コア１０４ｂの内部通路１１６ｂを通るようにする。第三の一次巻線は、磁気コア１０４ｃの内部通路１１６ｃを通るようにする。巻線（第一、第二及び第三）は、源１００の望まれる変圧器比を実現するのに必要とされるように直列又は並列にて電気的に接続される。

［００３０］ 電力システム１２４は、一次巻線１２０の端部１２８ａ、１２８ｂに連結され且つ磁気コア１０４と電気的に連通している。電力システム１２４は、円環状プラズマを発生させる円環状室１０８内にて電流を誘発させる。円環状プラズマは、ファラデーの誘導法則に従って、変圧器の二次回路として機能する。円環状プラズマは、例えば、薄いフィルム誘電性材料に向けて、円環状室１０８の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線（例えば、紫外線）を発生させる。幾つかの実施の形態において、源１００は、半導体ウェハ又は平板を清浄するために使用される紫外線を発生させる。

［００３１］ この実施の形態において、室１０８は、室の円周に沿ってほぼ均一な円形の断面を有する円環状室である。本発明の色々な実施の形態にて代替的な室の形状を使用することができる。例えば、室１０８は、室の円周の全部又は一部分に沿って楕円形、四角形又は矩形の断面を有すようにしてもよい。幾つかの実施の形態において、室は、楕円形の形状の室である。

［００３２］ 図２Ａは、例えば、図１の電磁放射線源１００と共に使用される電力システム２３６の概略図的な電気回路モデル２００である。この実施の形態において、電力システム２３６は、エネルギの少なくとも１つのパルスを磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに送り出すパルス電力システムである。この実施の形態において、電力システム２３６は、磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに対し同一極性のエネルギパルスを送り出す。作動時、電力システム２３６は、典型的に、連続的なパルスエネルギを磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに送り出して電力をプラズマに送り出す。電力システム２３６は、エネルギパルスを変圧器の一次回路２０４に送り出す（この場合、円環状室１０８内に配置された円環状プラズマは変圧器の二次回路である）。エネルギパルスは、磁気コア１０４内にて電流の流れを誘発し、この電流は電力を円環状室１０８内の円環状プラズマに送り出す。円環状プラズマに送り出される電力の大きさは、磁気コア１０４により発生された磁界、変圧器に送り出されたエネルギパルスの周波数及び大きさに依存する。

［００３３］ 幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、同一極性、交番極性又は任意の連続的な極性のエネルギパルスを送り出す。例えば、幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、架橋回路（例えば、半架橋又は全架橋）を含み且つ、エネルギパルスを交番極性又は連続的な変化する極性の磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに送り出すよう改変されている。幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、磁気コア１０４に対して複数のパルスを提供する。パルスは、ある持続時間の間、約１００μｓの周期にて約２μｓ及び約４μｓの間、提供される。幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、約８００ボルト及び約１０００アンペアの少なくとも１つのエネルギパルスを提供する。幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、約１００アンペア以上の少なくとも１つの電流パルスを提供する。幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、パルス当たり約０．５ジュールよりも大きい、少なくとも１つのエネルギパルスを提供する。

［００３４］ この実施の形態において、電力システム２３６は、正の電圧端子２１８と、負の電圧端子（又は接地）２２２とを有する直流電圧源２１４を含む。正の電圧端子２１８は、インダクタ２２６及びダイオード２３０と直列である。インダクタ２２６及びダイオード２３０は、トランジスタ２４８が作動されたとき、プラズマに伝達されるであろうエネルギにてキャパシタ２５２を充電するため使用される。

［００３５］ 電力システム２３６は、また、ゲートドライバ２４０と、トランジスタ２４８とを含む。トランジスタ２４８のゲート端子２６８は、ゲートドライバ２４０の出力部２７２と接続される。ゲートドライバ２４０の入力部２６４は、負の電圧端子２２２と接続される。トランジスタ２４８のソース端子２７６は、負の電圧端子２２２と接続される。トランジスタ２４８のドレーン端子２８０は、ダイオード２３０の出力部と、また、キャパシタ２５２の１つの接続部と接続されている。キャパシタ２５２に対する他方の接続部は、選択随意のインダクタ２１０の一側部と接続される。この実施の形態において、インダクタ２１０は、飽和可能なインダクタである。インダクタ２１０に対する他方の接続部は、磁気コア１０４の通路１１６を通る導体２８４と接続されている。導体２８４は、例えば、図１の一次巻線１２０のような変圧器の一次巻線である。このとき、導体２８４は、負の電圧端子２２２にて終わる。インダクタ２１０は、インダクタ２１０が飽和状態となったとき、キャパシタ２５２内に蓄えられたエネルギを磁気コア１０４に送り出す磁気スイッチである。インダクタ２１０は、キャパシタ２５２内に蓄えられたエネルギが磁気コア１０４に送り出される時点を遅らせる。幾つかの実施の形態において、選択随意のインダクタ２１０は、トランジスタ２４８内でのエネルギの消散を減少させる。インダクタ２５６及びダイオード２６０は、磁気コア１０４と並列に接続され且つ、バイアス電流を提供する機能を果たし、このバイアス電流は、磁気コア１０４をパルスの間にてリセットする。ゲートドライバ２４０がパルスをトランジスタ２４８のゲート２６８に送り出したとき、トランジスタ２４８は電流を伝導し、キャパシタ２５２内に蓄えられたエネルギをパルスにて磁気コア１０４を通って且つ円環状室１０８内のプラズマに放出する。その後、キャパシタ２５２は、インダクタ２２６及びダイオード２３０の作用により再充電される。

［００３６］ 幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、高エネルギパルスを磁気コア１０４に提供して電力を円環状室１０８内にて形成されたプラズマに送り出す。高エネルギパルスは、イオン化可能な媒質を実質的にイオン化して実質的に紫外線である電磁放射線を発生させ、この紫外線は、円環状室１０８の壁を通して半径方向に放射する。

［００３７］ 図２Ｂは、例えば、図１の電磁放射線源１００又は図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃの電磁放射線源３００と共に使用される電力システム２３６の概略図的な電気回路のモデル２００である。この実施の形態において、電力システム２３６は、全架橋回路を含み且つ、交番極性のエネルギパルスを磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに送り出す。作動時、電力システム２３６は、典型的に、連続的なエネルギパルスを磁気コア１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに送り出し、電力を電磁放射線源の円環状室１０８内にてプラズマに送り出す。電力システム２３６は、エネルギパルスを変圧器の一次回路２０４に送り出す（この場合、円環状室１０８内に配置された円環状プラズマは、変圧器の二次回路である）。エネルギパルスは、磁気コア１０４内にて電流の流れを誘発させ、この電流は、電力を円環状室１０８内の円環状プラズマに送り出す。円環状プラズマに送り出された電力の大きさは、磁気コア１０４により発生された磁界、及び変圧器に送り出されたエネルギパルスの周波数及び大きさに依存する。

［００３８］ １つの実施の形態において、磁気コア１０４に提供されるエネルギパルスは、ある持続時間に渡り、約１００μｓの周期にて約２μｓないし約４μｓの範囲である。幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、約８００ボルト及び約１０００アンペアの少なくとも１つのエネルギパルスを提供する。幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、約１００アンペアよりも大きい少なくとも１つの電流パルスを提供する。幾つかの実施の形態において、動力システム２３６は、約０．５ジュール／パルスよりも大きい、少なくとも１つのエネルギパルスを提供する。

［００３９］ この実施の形態において、電力システム２３６は、正の電圧端子２１８と、負の電圧端子（又は接地）２２２とを有する直流電圧源２１４を含む。キャパシタ２９０は、直流電圧源２１４と並列に配置されている。キャパシタ２９０の第一の端部は、正の電圧端子２１８と接続され、キャパシタ２９０の第二の端部は、負の電圧端子２２２と接続されている。幾つかの実施の形態において、キャパシタ２９０は、直流電圧源２１４が出力することのできる高周波数スパイクをフィルタする。幾つかの実施の形態において、キャパシタ２９０は、エネルギパルスが磁気コア１０４に送り出されたときの電力システム２３６の電流源である。幾つかの実施の形態において、キャパシタ２９０はフィルタであり且つ電流源である。

［００４０］ 電力システム２３６は、４つのゲートドライバ２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ（全体として、２４０）も含む。電力システム２３６は、４つのゲートドライバ２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄとそれぞれ作用可能に接続された４つのトランジスタ２４８ａ、２４８ｂ、２４８ｃ、２４８ｄ（全体として、２４８）も含む。ゲートドライバ２４０の各々は、入力部２６４と、出力部２７２とを有する。トランジスタ２４８の各々は、ゲート端子２６８と、ドレーン端子２８０と、ソース端子２７６とを有している。トランジスタ２４８のゲート端子２６８は、ゲートドライバ２４０の出力部２７２と接続されている。電力システムは、４つのダイオード２９４ａ、２９４ｂ、２９４ｃ、２９４ｄ（全体として、２９４）も有している。ダイオード２９４の第一の端部は、トランジスタ２４８のドレーン端子２８０と接続されている。ダイオード２９４の第二の端部は、トランジスタ２４８のソース端子２７６と接続されている。

［００４１］ トランジスタ２４８ａのドレーン端子２８０ａは、正の電圧端子２１８と接続されている。トランジスタ２４８ａのソース端子２７６ａは、トランジスタ２４８ｂのドレーン端子２８０ｂと接続されている。トランジスタ２４８ｂのソース端子２７６ｂは、負の電圧端子２２２と接続されている。トランジスタ２４８ｃのドレーン端子２８０ｃは、正の電圧端子２１８と接続されている。トランジスタ２４８ｃのソース端子２７６ｃは、トランジスタ２４８ｄのドレーン端子２８０ｄと接続されている。トランジスタ２４８ｄのソース端子２７６ｄは、負の電圧端子２２２と接続されている。

［００４２］ 電力システム２３６は、また、キャパシタ２９６と、インダクタ２９８とを含む。キャパシタ２９６の第一の端部は、トランジスタ２４８ａのソース端子２７６ａ及びトランジスタ２４８ｂのドレーン端子２８０ｂと接続されている。キャパシタ２９６の第二の端部は、磁気コア１０４の通路１１６を通る導体２８４の第一の端部と接続されている。導体２８４の第二の端部は、インダクタ２９８の第一の端部と接続されている。インダクタ２９８の第二の端部は、トランジスタ２４８ｃのソース端子２７６ｃ及びトランジスタ２４８ｄのドレーン端子２８０ｄと接続されている。

［００４３］ 幾つかの実施の形態において、インダクタ２９８は、電気的構成要素である。幾つかの実施の形態において、インダクタ２９８は、変圧器内の漏洩電流のため、インダクタンスである（導体２８４は、一次巻線であり、室１０８内のプラズマループは、変圧器の二次回路である）。インダクタ２９８は、飽和可能なインダクタとすることができる。幾つかの実施の形態において、キャパシタ２９６は、インダクタ２９８と共振して磁気コア１０４に送り出される正弦波電流パルスを発生させる。幾つかの実施の形態において、キャパシタ２９６は、直流電流が磁気コア１０４に送り出されるのをブロックする。

［００４４］ ゲートドライバ２４０がパルスをトランジスタ２４８のゲート２６８に送り出したとき、トランジスタ２４８は電流を伝導する。１つの実施の形態において、電力システム２３６は、ゲートドライバ２４０ａがパルスをゲート端子２６８ａに送り出し、ゲートドライバ２４０ｄがパルスをゲート端子２６８ａに送り出して電流が導体２８４を通って一方向に流れ、パルスエネルギを磁気コア１０４及び円環状室１０８内のプラズマ内に送り出すように制御される。次に、電力システム２３６は、ゲートドライバ２４０ａに命令してトランジスタ２４８に最早、電流を伝導しないよう命令し、また、ゲートドライバ２４０ｄに命令してトランジスタに最早、電流を伝導しないようにする。次に、電力システム２３６は、ゲートドライバ２４０ｂに命令してパルスをゲート端子２６８ｂに送り出し、また、ゲートドライバ２４０ｃがパルスをゲート端子２６８ｃに送り出して電流が導体２８４を通って反対方向に流れ、パルスエネルギ（逆の極性）を磁気コア１０４及び円環状室１０８内のプラズマ内に送り出すようにする。このようにして、電力システム２３６は、磁気コアに対し交番極性のエネルギパルスを提供する。

［００４５］ 本発明の幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、磁気コア１０４に対し交番極性のエネルギパルスを提供し、磁気コア１０４が同一極性の反復的なエネルギパルスの場合のように容易に飽和するのを防止するようにすることが望ましい。交番極性のエネルギパルスを提供する電力システム２３６の１つの有利な点は、磁気コアはより効率的に使用され、また、作動中、磁気コアが飽和する可能性が減少するから、作動中、必要とされる磁気コア材料が少なくて済むことである。使用する磁気コア材料が少ないことの追加的な有利な効果は、プラズマ室１０８の壁を通るプラズマにより放出される光をブロックする程度が少ない、寸法の小さい磁気コア１０４となる点である。

［００４６］ 幾つかの実施の形態において、キャパシタ２９６は約３．５μＦの静電容量を有し、インダクタ２９８は約１μＨ未満のインダクタンスを有する。幾つかの実施の形態において、キャパシタ２９６は、約３０μＦ以上の静電容量を有し、インダクタ２９８は約１μＨ未満のインダクタンスを有する。電力システム２３６及び電磁放射線源の作動を改変するため、代替的な値の静電容量及びインダクタンスを使用することができる。単に一例として、１つの実施の形態において、キャパシタ２９６が約３．５μＦの静電容量を有し、インダクタ２９８が約１μＨ未満のインダクタンスを有する場合、電力システム２３６により磁気コア１０４に提供されるエネルギパルスの形状は正弦波状である。これに反して、別の実施の形態において、キャパシタ２９６が約３０μＦ以上の静電容量を有し、インダクタ２９８が約１μＨ未満のインダクタンスを有する場合、電力システム２３６により磁気コア１０４に提供されるエネルギパルスの形状は矩形である。

［００４７］ 幾つかの実施の形態において、電力システム２３６は、半架橋回路を含む。半架橋回路において、ゲートドライバ２４０ｃ、トランジスタ２４８、ダイオード２９４ｃは、第一のキャパシタにて置換され、また、ゲートドライバ２４０ｄ、トランジスタ２４８ｄ及びダイオード２９４ｄは、第二のキャパシタにて置換されている。第一のキャパシタの第一の端部は、正電圧端子２１８と接続されている。第一のキャパシタの第二の端部は、インダクタ２９８の第二の端部及び第二のキャパシタの第一の端部と接続されている。第二のキャパシタの第二の端部は、負電圧端子２２２と接続されている。

［００４８］ 図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明の一例としての実施の形態に従った電磁放射線源３００の概略図である。図３Ａを参照すると、源３００は、室３１６（例えば、図１の円環状室１０８）と、３つの磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃ（図面の明確化の目的のため３２８ａのみが図３Ａに示されている）とを保持するハウジング３０４を含む。磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃの各々は、内部通路３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃをそれぞれ画成する。室３１６は、磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃの内部通路３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃを通る。一次巻線３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃは、内部通路３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃをそれぞれ通り、本明細書にて上記に説明したのと同様に、変圧器の一次回路を形成する。一次巻線３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃは、例えば、図２Ａの電力システム２３６のような電力システムと直列に電気的に接続されている。電力システムは、電力を磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃに提供する一方、これらの磁気コアは、電力を室３１６内に形成されたプラズマに提供する。磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃによりプラズマに提供された電力は、入口３１４を介して室３１６内に導入されたイオン化可能な媒質（例えば、水銀）をイオン化する。イオン化されたイオン化可能な媒質は、室３１６の壁を通して半径方向に放射する紫外線を発生させる。幾つかの実施の形態において、一次巻線３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃは、電力システムに対し電気的に並列に接続されている。

［００４９］ 源３００は反射器３２４も含む。反射器３２４は、室３１６を取り囲み、方向３３６以外の方向に向け、室３１６の壁を通して半径方向に放射された電磁放射線は、反射器３２４により方向３３６に向けて実質的に反射される。このようにして、室３１６から出る電磁放射線のかなりの量がハウジング３０４の底部（図３Ａの図にて見たとき）に配置された反射器３２４の前部３４０に配置された窓部３８０に且つ該窓部３８０を通して向けられる。

［００５０］ 窓部３８０は、例えば、電磁放射線に対して透明又は実質的に透明な材料のパネル又は薄板とすることができる。幾つかの実施の形態において、窓部３８０は、電磁放射線の１つ又はより多くの特定の周波数帯域に対して透明である。幾つかの実施の形態において、反射器３２４の内部３４４は、反射器３２４の反射特性を向上させる材料（例えば、フィルム又は被覆）にて被覆されている。１つの実施の形態において、反射器３２４の内部３４４は、紫外線内の電磁放射線の波長を反射する一方にて、赤外線帯域内の電磁放射線の波長の反射（又は、吸収）を最小にする材料にて被覆されている。このようにして、電磁放射線源３００の作動は、特定の用途に合うよう特別に調整することができる。

［００５１］ 源３００は、ガスの流れ３２０をハウジング３０４内の導管３１２に提供する冷却ガス源３０８も含む。この実施の形態において、冷却ガス源３０８は遠心型送風機である。一例としての遠心型送風機は、オハイオ州、ケントに事務所があるアメテックインク（Ａｍｅｔｅｋ，Ｉｎｃ．）が製造するノーティレア（Ｎａｕｔｉｌａｉｒ）（登録商標名）８．９インチ（２２５ｍｍ）可変速度送風機モデル１５０２４０−００である。ガスの流れ３２０は、導管３１２を通って進み、反射器３２４の開口部に且つ該開口部を通って向けられる。ガスの流れ３２０は、作動中、室３１６の外面を渡って向けられ、室を冷却する。このようにして、室３１６は高速度のガスの流れ３２０にて包み込まれる。次に、ガスの流れ３２０は、ハウジング３０４を通して熱交換器３７２に向けられる。

［００５２］ ガスの流れ３２０の少なくとも一部分は、Ｘ軸線の正方向に沿って且つ、熱交換器３７２を通って（熱交換器３７２の第一の側部３７６ａから熱交換器３７２の第二の側部３７６ｂまで）進む。ガスの流れ３２０が熱交換器３７２を通るとき、熱交換器３７２の伝熱フィン（図示せず）は、ガスの流れ３２０から熱を除去する。熱交換器３７２は、ガスの流れ３２０を冷却しそのガスの流れを冷却ガス源３０８により室３１６に向けて再循環させ又は再圧送することができる。ガスの流れ３２０は、冷却ガス源３０８の入口３６８に且つ入口３６８の内部に向けられ且つ、導管３１２に提供される。

［００５３］ １つの実施の形態において、ハウジング３０４は、外部環境から密封されており、冷却ガス源３０８は、酸素が実質的に存在しないガス（例えば、窒素を含み、又は源３００の作動に悪影響を与えない少量のみの酸素を含むガス）を圧送する。ハウジング３０４は、室３１６を取り囲み且つ、ハウジング３０４内にて実質的に酸素無しの環境を維持するよう密封される。酸素を含まないガスを圧送することにより、オゾンの発生を最小にし且つ解消することが可能である。オゾンは、ハウジング３０４内の構成要素を攻撃し又は構成要素と反応する可能性のある反応性ガスである。ハウジング内でのオゾンの発生を解消し又は最小にするその他の理由は、オゾンは極めて有毒であること、形成された後、空気清浄システム内にて破壊するのに費用が掛かり、また、酸素及びオゾンは短い波長のＵＶ光を吸収して、ある用途に対する光源の効果を低下させることを含む。

［００５４］ 図４は、本発明を具体化する電磁放射線を発生させる電磁放射線システム４００の部分的な概略図である。システム４００は、室４８４（例えば、円環状室）を保持するハウジング４０８を含む。システム４００は、導体４２８を介して電力を少なくとも１つの磁気コア４６０に提供する電源４２４も含む。該少なくとも１つの磁気コア４６０は室４８４の一部分を取り囲む。該少なくとも１つの磁気コア４６０は、例えば、図１及び図２Ａに関して上述したのと同様に、室４８４内にて形成されたプラズマに対し電力を提供する。室内にて形成されたプラズマは、室４８４の壁を通して半径方向に放射される、電磁放射線４３２を発生させる。

［００５５］ システム４００は反射器４５０も含む。電磁放射線４３２の一部は、ハウジング４０８に連結された窓部４７２に直接向けられる。電磁放射線４３２の一部は、反射器４５０に向けて進む。反射器は、この電磁放射線を反射させ且つ、それを窓部４７２に向ける。電磁放射線４３２の組み合わせは、窓部４７２を通って処理室４３４に入る。処理室４３４内に配置された試料ホルダ４６０は、電磁放射線４３２により処理される材料４５６（例えば、ウェハ又はパネル）を支持する。１つの実施の形態において、電磁放射線は、材料４５６上に配置された薄いフィルム材料の硬化を促進する。

［００５６］ 本発明の実施の形態は多岐に渡る用途にて使用することができる。１つの実施の形態において、電磁放射線源（例えば、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの電磁放射線源３００）を使用して紫外電磁放射線を窓部３８０を通して処理室（例えば、図４の室４０４）に送り出すことができる。紫外線は、処理室内の酸素と反応して処理室内にてオゾンを発生させる。オゾンは、処理室内に配置された試料の表面にて炭化水素と反応して試料の表面における炭化水素を除去する。本発明の原理を具体化する電磁放射線源と共に使用される追加的な適用例が考えられる。例えば、本発明の原理を具体化する電磁放射線源は、半導体ウェハにおける薄いフィルム材料（例えば、誘電性材料）の硬化、インク及び塗料の硬化、インプリントリソグラフィ過程の一部として紫外線の提供、半導体処理過程にて使用されるフォトレジスト処理又は半導体処理にて使用されるリソグラフィ用の光源として使用することが可能である。

［００５７］ 単に一例として、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの電磁放射線源３００は、電磁放射線を発生させるため実験にて使用した。キセノン及び水銀の混合体を入口３１４を介して室３１６内に導入し、入口３１４を密封した。室３１６は円環状形状の室であり、入口３１４は、サプレイセル（Ｓｕｐｒａｓｉｌ）（登録商標名）石英（ドイツ、ヘラエウスクアルツシュメルツ（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｓｃｈｍｅｌｚｅ）Ｇ．ｍ．ｂ．Ｈ．）が製造する管状形状のものとした。入口３１４は、入口３１４を溶融させ且つ癒着させることにより密封した。この実験において、約４μｇ／ｃｍ^３のキセノン及び約３５μｇ／ｃｍ^３の水銀を室３１６内に導入した。図２Ａの電力システム２３６を使用して３つの磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃに対し約８７５０ワットの電力を提供した。３つの磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃは室３１６内に形成されたプラズマに対し約８７５０ワット−約１００ないし２００ワット（磁気コアの損失に起因する）の電力を提供した。反復率は、磁気コア３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃに提供されたエネルギパルスに対し８．７５ｋＨｚとした。パルス当たりのエネルギは約１ジュールとした。図２Ａの電力システム２３６に対する全入力電力は約９６００ワットとした。

［００５８］ 図５は、照射の絶対的な測定値を図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの電磁放射線源３００のような電磁放射線源により発生された波長に対して示したプロット５００のグラフ図である。プロット５００のＹ軸５０４はμＷ／ｃｍ^２ｎｍ単位で表わした絶対的照射量である。プロット５００のＸ軸５０８はｎｍの単位にて表わした電磁放射線の波長である。曲線５１２は、測定した絶対的照射量対２００ｎｍないし４００ｎｍの範囲の波長である。照射量曲線５１２は、石英室３１６の中心から約１８ｃｍの位置に配置され且つ円環状室３１６に沿ってプラズマを２．５ｃｍの範囲の程度、見ることができるようコリメートさせた光ファイバプローブを使用して測定した。

［００５９］ 本明細書に記載したものの変更例、改変例及びその他の実施例は、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに当該技術の当業者に案出されるであろうし、これらは、本発明に包含されるものと見なされる。従って、本発明は、上記の一例としての説明によってのみ規定されるべきでものはない。

本発明を具体化する電磁放射線源の一部分を示す等角図である。 本発明の一例としての実施の形態に従った、電磁放射線源と共に使用される電力システムの概略電気回路モデル図である。 本発明の一例としての実施の形態に従った、電磁放射線源と共に使用される電力システムの概略電気回路モデル図である。 本発明の一例としての実施の形態に従った、電磁放射線源の概略断面図である。 図３Ａの電磁放射線源の一部分を示す拡大図である。 図３Ａの電磁放射線源の室の一部分、反射器及び磁気コアを示す二次元図である。 本発明の原理を具体化する、電磁放射線源及び処理室の一部分の概略図である。 本発明に従った電磁放射線源を使用するときの、絶対的照射量を波長に対して示すグラフ図である。

Claims (49)

1. 電磁放射線源において、
   イオン化可能な媒質を保持する円環状室と、
   円環状室の一部分を取り囲む磁気コアと、
   エネルギパルスを磁気コアに提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムとを備える、電磁放射線源。
2. 請求項１に記載の源において、円環状室の壁を通して半径方向に放射された電磁放射線は、半導体ウェハの面を実質的に均一に照射する、電磁放射線源。
3. 請求項１に記載の源において、電磁放射線の一部分を薄いフィルム材料に向ける反射器を備える、電磁放射線源。
4. 請求項３に記載の電磁放射線源において、薄いフィルム材料は誘電性材料である、源。
5. 請求項１に記載の電磁放射線源において、イオン化可能な媒質は、キセノン、スズ、亜鉛、カドミウム又は水銀から成る、電磁放射線源。
6. 請求項１に記載の電磁放射線源において、電磁放射線は、イオン化可能な媒質のイオンにより実質的に発生される、電磁放射線源。
7. 請求項１に記載の電磁放射線源において、少なくとも１つのエネルギパルスは、約８０μｓの周期を有する約２μｓないし約１０μｓの間の複数のエネルギパルスである、電磁放射線源。
8. 請求項１に記載の電磁放射線源において、少なくとも１つのエネルギパルスは、約８００ボルト及び約１０００アンペアのパルスである、電磁放射線源。
9. 請求項１に記載の電磁放射線源において、少なくとも１つのエネルギパルスは、約１００アンペア以上の電流パルスである、電磁放射線源。
10. 請求項１に記載の電磁放射線源において、少なくとも１つのエネルギパルスは、パルス当たり約０．５ジュールよりも大きいパルスである、電磁放射線源。
11. 請求項１に記載の電磁放射線源において、パルス電力システムは、磁気コアに対し同一極性又は交番極性のエネルギを送り出す、電磁放射線源。
12. 請求項１に記載の電磁放射線源において、パルス電力システムは、半架橋又は全架橋回路を備える、電磁放射線源。
13. 請求項１に記載の電磁放射線源において、磁気コアは、各々が円環状室の一部分を取り囲む複数のコアである、電磁放射線源。
14. 請求項１３に記載の電磁放射線源において、複数のコアが取り囲むのは、円環状室の円周の約１０％よりも少ない部分である、電磁放射線源。
15. 請求項１に記載の電磁放射線源において、磁気コアは、各々が円環状室の一部分を取り囲み且つ、円環状室の円周に沿って均一に配分された２つ又はより多くの磁気コアである、電磁放射線源。
16. 請求項１に記載の電磁放射線源において、円環状室は、紫外線に対して実質的に透明である、電磁放射線源。
17. 請求項１に記載の電磁放射線源において、円環状室は石英から成る、電磁放射線源。
18. 請求項１に記載の電磁放射線源において、円環状室の壁を通して半径方向に放射する電磁放射線を受け取る処理室を備える、電磁放射線源。
19. 請求項１８に記載の電磁放射線源において、処理室は、半導体ウェハを保持し、また、室の壁を通して放射された電磁エネルギは、半導体ウェハの上方にて薄いフィルムを硬化させる、電磁放射線源。
20. 請求項１に記載の電磁放射線源において、処理時に使用し得るよう円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線の一部分を反射すべく円環状室に対して配置された反射器を備える、電磁放射線源。
21. 請求項１に記載の電磁放射線源において、円環状室の壁を通して放射された電磁エネルギは、酸素を含むコンパウンドと反応してオゾンを発生させる、電磁放射線源。
22. 請求項１に記載の電磁放射線源において、ガスの流れを円環状室の外面を渡って向ける形態とされたファンを備える、電磁放射線源。
23. 請求項２２に記載の電磁放射線源において、ガスの流れは、窒素を含むガスの流れである、電磁放射線源。
24. 請求項２２に記載の電磁放射線源において、ガスの流れは、酸素無しのガスの流れである、電磁放射線源。
25. 請求項１に記載の電磁放射線源において、円環状室を保持するハウジングを備える、電磁放射線源。
26. 請求項２５に記載の電磁放射線源において、ガスの流れを円環状室の表面及びハウジング内の電気的構成要素を渡って向けるようハウジング内に配置されたファンを備える、電磁放射線源。
27. 請求項１に記載の電磁放射線源において、イオン化可能な媒質は、水銀と貴ガスとの混合体である、電磁放射線源。
28. 請求項２７に記載の電磁放射線源において、混合体は、約２０ないし２００μｇ／ｃｍ^３の水銀と、約１ないし約１０μｇ／ｃｍ^３のキセノンとから成る、電磁放射線源。
29. 請求項１に記載の電磁放射線源において、イオン化可能な媒質は、水銀と、クリプトン、ネオン及びキセノンの１つの又はより多くの混合体から成る、電磁放射線源。
30. 電磁エネルギを提供する電磁放射線源において、
    イオン化可能な媒質を保持する円環状室と、
    円環状室の一部分を取り囲む磁気コアと、
    高エネルギパルスを磁気コアに提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出しプラズマを実質的にイオン化し、円環状室の壁を通って半径方向に放射する紫外光線を発生させるパルス電力システムとを備える、電磁放射線源。
31. 薄いフィルム材料を硬化させる電磁放射線源において、
    イオン化可能な媒質を保持するよう電磁放射線に対して少なくとも部分的に透明な円環状室と、
    円環状室の一部分を取り囲む磁気コアと、
    エネルギパルスを磁気コアに提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムとを備える、電磁放射線源。
32. 薄いフィルム材料を硬化させる電磁放射線源において、
    イオン化可能な媒質を保持するよう電磁放射線に対して少なくとも部分的に透明な円環状室と、
    円環状室の一部分を取り囲む磁気コアと、
    エネルギパルスを磁気コアに提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線を発生させる手段とを備える、電磁放射線源。
33. 電磁放射線を発生させる方法において、
    プラズマを発生させることのできるイオン化可能な媒質を円環状室内に導入するステップと、
    少なくとも１つのエネルギパルスを円環状室の一部分を取り囲む磁気コアに印加して、磁気コアが電力をプラズマに送り出すようにするステップと、
    プラズマにより円環状室の壁を通して半径方向に放出された電磁エネルギを向き決めするステップとを備える、電磁放射線を発生させる方法。
34. 請求項３３に記載の方法において、プラズマにより円環状室の壁を通して半径方向に放出された電磁エネルギにて半導体ウェハの表面を照射するステップを備える、方法。
35. 請求項３３に記載の方法において、プラズマにより円環状室の壁を通して半径方向に放出された電磁エネルギにて薄いフィルム材料を照射するステップを備える、方法。
36. 請求項３５に記載の方法において、薄いフィルム材料は、誘電性材料である、方法。
37. 請求項３３に記載の方法において、電磁放射線の一部分を薄いフィルム材料に向けて反射するステップを備える、方法。
38. 請求項３３に記載の方法において、電磁放射線は、イオン化可能な媒質のイオンによって実質的に発生される、方法。
39. 請求項３３に記載の方法において、少なくとも１つのエネルギパルスは、約８０μｓの周期を有する約２μｓないし約１０μｓの範囲の複数のパルスである、方法。
40. 請求項３３に記載の方法において、磁気コアは、各々が円環状室の一部分を取り囲む複数のコアである、方法。
41. 請求項３３に記載の方法において、円環状室は、紫外線に対して実質的に透明である、方法。
42. 請求項３３に記載の方法において、円環状室の壁を通して処理室まで半径方向に放射する電磁放射線を提供するステップを備える、方法。
43. 請求項３３に記載の方法において、円環状室の壁を通して放射された電磁エネルギを処理室内に向けて半導体ウェハの上方の薄いフィルムを硬化させるステップを備える、方法。
44. 請求項３３に記載の方法において、円環状室の壁を通して放射された電磁エネルギを酸素を含むコンパウンドと相互作用させ、オゾンを発生させるステップを備える、方法。
45. 請求項３３に記載の方法において、ガスの流れを円環状室の外面を渡って向けるステップを備える、方法。
46. 電磁放射線源において、
    電磁放射線を発生させる円環状室と、
    室を取り囲み且つ実質的に酸素無しの環境を維持し得るよう密封されたハウジングと、
    ハウジングを通じて冷却ガスを循環させ、円環状室を冷却する冷却ガス源とを備える、電磁放射線源。
47. 請求項４６に記載の電磁放射線源において、円環状室の一部分を取り囲むハウジング内に配置された少なくとも１つの磁気コアと、エネルギパルスを磁気コアに提供して電力を円環状室内にて形成されたプラズマに送り出し、円環状室の壁を通して半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムとを備える、電磁放射線源。
48. 請求項４６に記載の電磁放射線源において、円環状室を冷却した後、冷却ガスを冷却すべくハウジング内に配置された熱交換器を備える、電磁放射線源。
49. 電磁放射線源において、
    イオン化可能な媒質を保持する円環状室と、
    円環状室の一部分を取り囲む磁気コアと、
    交番極性のエネルギパルスを磁気コアに提供して円環状室内に形成されたプラズマに対し電力を送り出し円環状室の壁を通って半径方向に放射する電磁放射線を発生させるパルス電力システムとを備える、電磁放射線源。

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