JP2016520950A5 - - Google Patents

Description

加えて、本教示によるトロイダルプラズマ源は、特に、プラズマが狭閉じ込め型プラズマ処理チャンバ内に維持することが困難であって、プラズマまたはその生成物が壁に接触する、反応性ガス種を用いた用途のために有用である。原子水素は、表面上のその高再結合率および解離されるときのその高化学活性のため、狭閉じ込め型プラズマ処理チャンバ内に維持することが困難である、反応性ガスの実施例である。水素は、半導体ウエハ表面の清掃およびリソグラフィプロセスステップ後の半導体ウエハからのフォトレジストの除去等の用途のために使用される。水素はまた、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、およびグラフェン等の種々の炭素系材料を堆積させるためにも使用される。したがって、本教示のトロイダルプラズマ装置の重要な用途の１つは、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、グラフェン、および他の炭素系材料を堆積させることである。類似理由から、狭閉じ込め型プラズマ処理チャンバ内に維持することが困難な他のガスとして、原子窒素、酸素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アンモニア、および多数の炭化水素、フッ化炭素、および他の分子種が挙げられる。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
プラズマ処理装置であって、
ａ）真空チャンバであって、導管、プロセスチャンバ、ガスを前記真空チャンバの中に導入するための第１のガス入力ポート、およびガスを前記真空チャンバから排気するためのポンプポートを備える、真空チャンバと、
ｂ）前記導管を囲繞する磁気コアと、
ｃ）前記磁気コアに電気的に接続される出力を有する、ＲＦ電力供給源であって、前記磁気コアを励起し、それによって、トロイダルプラズマループ放電を前記真空チャンバ内に形成する、ＲＦ電力供給源と、
ｄ）前記プロセスチャンバ内に位置付けられる、プラズマ処理の間、ワークピースを支持する、取付盤と、
を備える、プラズマ処理装置。
（項目２）
前記真空チャンバは、絶縁材料を備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目３）
前記真空チャンバは、伝導性材料を備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目４）
前記プロセスチャンバの断面積は、前記導管の断面積より大きい、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目５）
前記ワークピースに近接して位置付けられる、第２のガス入力ポートをさらに備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目６）
第２のポンプポートをさらに備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目７）
前記導管は、前記プロセスチャンバに近接して変化する、断面積を有する、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目８）
前記導管は、溶融シリカ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、複合材材料、およびサファイアから成る群から選定される、誘電材料を備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目９）
前記導管は、アルミニウム、鋼鉄、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、ならびにアルミニウム、鋼鉄、銅、ニッケル、タングステン、およびモリブデンの合金から成る群から選定される、伝導性材料を備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１０）
前記プロセスチャンバの内側表面は、電気アーク放電、腐食、およびプロセス汚染のうちの少なくとも１つを阻止する、電気絶縁コーティングを備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１１）
前記導管は、それらが接続される前記チャンバに対する電気短絡を防止する、絶縁カラーとともに搭載される、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１２）
前記導管は、内部流体冷却チャネルを備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１３）
前記ＲＦ電力供給源によって発生される信号の周波数は、２０ＫＨｚ〜１４ＭＨｚの範囲内である、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１４）
前記真空チャンバは、流体冷却チャネルを備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１５）
前記取付盤は、前記ワークピースを前記プラズマループに対して平行移動させる、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１６）
前記取付盤は、可動式ウェブ基質取付盤を備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１７）
前記取付盤は、前記プラズマループに近接して位置付けられる、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１８）
前記取付盤は、前記プラズマループから変位されるように位置付けられる、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目１９）
前記取付盤は、前記プラズマループの中心から０．１ｃｍ〜５ｃｍであるように位置付けられる、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目２０）
前記取付盤は、内部流体冷却チャネルを備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目２１）
前記真空チャンバは、第２の導管を備える、項目１に記載のプラズマ処理装置。
（項目２２）
プラズマ処理装置であって、
ａ）真空チャンバであって、第１および第２の導管、プロセスチャンバ、およびプロセスガスを前記真空チャンバの中に導入するための第１のガス入力ポートを備える、真空チャンバと、
ｂ）前記第１および第２の導管のうちの一方を囲繞する、磁気コアと、
ｃ）前記磁気コアに電気的に接続される出力を有する、ＲＦ電力供給源であって、前記磁気コアを励起し、それによって、トロイダルプラズマループ放電を前記真空チャンバ内に形成する、ＲＦ電力供給源と、
ｄ）前記プロセスチャンバ内に位置付けられる少なくとも１つのワークピースを支持する、取付盤であって、前記プラズマループの第１の区分からの反応性種に暴露される第１の区分および前記プラズマループの第２の区分からの反応性種に暴露される第２の区分を有する、取付盤と、
を備える、プラズマ処理装置。
（項目２３）
前記プラズマループの区分からの反応性種に暴露される、第２の取付盤をさらに備える、項目２２に記載のプラズマ処理装置。
（項目２４）
前記取付盤は、可動式ウェブ基質取付盤を備える、項目２２に記載のプラズマ処理装置。
（項目２５）
前記プラズマループの第１の区分に近接して位置付けられる第２のガス入力ポートと、前記プラズマループの第２の区分に近接して位置付けられる第３のガス入力ポートとをさらに備える、項目２２に記載のプラズマ処理装置。
（項目２６）
前記第１および第２の導管のうちの少なくとも１つは、前記プロセスチャンバに近接して変化する、断面積を有する、項目２２に記載のプラズマ処理装置。
（項目２７）
第２のプロセスチャンバをさらに備える、項目２２に記載のプラズマ処理装置。
（項目２８）
前記第１および第２の導管の他方を囲繞する、第２の磁気コアであって、前記第２の磁気コアを励起し、前記トロイダルプラズマループ放電を前記真空チャンバ内に形成するのを補助する、ＲＦ電力供給源に電気的に接続された出力を有する、ＲＦ電力供給源に電気的に接続される、第２の磁気コアをさらに備える、項目２２に記載のプラズマ処理装置。
（項目２９）
前記第２の磁気コアに電気的に接続されたＲＦ電力供給源は、前記第１の磁気コアに電気的に接続されたＲＦ電力供給源と同一である、項目２８に記載のプラズマ処理装置。
（項目３０）
プラズマ処理の方法であって、
ａ）第１および第２の導管ならびにプロセスチャンバを備える、真空チャンバを形成するステップと、
ｂ）第１のガス入力ポートにおいて、第１のガスを前記真空チャンバの中に導入するステップと、
ｃ）ＲＦ電磁場を前記第１および第２の導管のうちの少なくとも１つの周囲に位置付けられる磁気コアに印加し、トロイダルプラズマループ放電を前記真空チャンバ内に形成するステップと、
ｄ）プラズマ処理のために、ワークピースを前記プロセスチャンバ内に位置付けるステップと、
ｅ）第２のガス入力ポートにおいて、プロセスガスを前記ワークピースに近接して導入するステップと、
を含む、方法。
（項目３１）
前記方法は、ダイヤモンド含有フィルムを堆積させる方法を含む、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
前記方法は、グラフェン含有フィルムを堆積させる方法を含む、項目３０に記載の方法。
（項目３３）
前記プロセスガスは、水素を含み、前記トロイダルプラズマループ放電は、原子水素を発生させる、項目３０に記載の方法。
（項目３４）
前記プロセスガスの部分的圧力は、少なくとも１トルである、項目３０に記載の方法。
（項目３５）
吸収されるＲＦ電力は、約１０Ｗｃｍ ^−３ を上回る、項目３０に記載の方法。
（項目３６）
前記第１のガスは、アルゴンガスを含み、前記プロセスガスは、水素ガスを含む、項目３０に記載の方法。
（項目３７）
前記ワークピースに近接した前記プロセスチャンバ内のプロセスガスの部分的圧力は、１トル〜１００トルの範囲内である、項目３０に記載の方法。
（項目３８）
前記プラズマ内の電力密度は、少なくとも１００Ｗｃｍ ^−３ である、項目３０に記載の方法。
（項目３９）
前記ワークピースを前記プラズマに対して平行移動させ、前記プラズマ処理の均一性を改善するステップをさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目４０）
前記ワークピースを前記プラズマに対して回転させ、前記プラズマ処理の均一性を改善するステップをさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目４１）
前記ワークピースの表面における温度を制御するステップをさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目４２）
前記温度を制御するステップは、前記取付盤の温度を制御するステップを含む、項目４１に記載の方法。
（項目４３）
前記温度を制御するステップは、前記取付盤の位置を前記プラズマループに対して調節するステップを含む、項目４１に記載の方法。
（項目４４）
前記温度を制御するステップは、前記取付盤とワークピースとの間のガスの圧力を調節するステップを含む、項目４１に記載の方法。
（項目４５）
前記取付盤を電気的にバイアスし、前記ワークピースに近接する前記プラズマの形状を変化させるステップをさらに含む、項目４１に記載の方法。
（項目４６）
前記プロセスチャンバと前記導管との間に調節可能ガス流をさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目４７）
前記プロセスガスは、炭素を含む、項目３０に記載の方法。
（項目４８）
前記プロセスガスは、水素を含む、項目３０に記載の方法。
（項目４９）
前記ワークピースの温度を測定し、前記測定に応答して、前記ＲＦ電磁場のＲＦ電力を調節するステップをさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目５０）
第１および第２の導管のうちの少なくとも１つの内側の圧力は、前記プロセスチャンバの内側の圧力と異なる、項目３０に記載の方法。
（項目５１）
前記プロセスガスは、水素を含み、前記ワークピースの表面上の原子水素の再結合は、前記ワークピースを所望の温度まで加熱する、項目３０に記載の方法。
（項目５２）
下流プラズマ処理装置であって、
ａ）真空チャンバであって、前記真空チャンバは、導管、反応チャンバ、不活性ガスを第１の場所において前記真空チャンバの中に導入するための第１のガス入力ポート、プロセスガスを第２の場所において導入するための第２のガス入力ポート、および前記反応チャンバ内で発生された反応性種を通過させるための出口を備え、前記プロセスチャンバ内の反応性ガスの圧力および濃度のうちの少なくとも１つは、前記導管内の前記圧力および濃度のうちの少なくとも１つと異なる、真空チャンバと、
前記導管を囲繞する磁気コアと、
ｂ）前記磁気コアに電気的に接続される出力を有する、ＲＦ電力供給源であって、前記磁気コアを励起し、それによって、トロイダルプラズマループ放電を前記真空チャンバ内に形成し、下流処理のための反応性種を発生させる、ＲＦ電力供給源と、
を備える、下流プラズマ処理装置。

Claims (30)

1. ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、およびグラフェンのうちの少なくとも１つを堆積させるためのＣＶＤプラズマ処理の方法であって、前記方法は、
   ａ）導管とプロセスチャンバとを備える真空チャンバを形成することと、
   ｂ）ガスを前記真空チャンバの中に導入することと、
   ｃ）ＲＦ電磁場を前記導管の周囲に位置付けられた磁気コアに印加し、トロイダルプラズマループ放電を前記真空チャンバ内に形成することと、
   ｄ）プラズマ処理のために、ある距離でワークピースを前記プロセスチャンバ内に位置付けることであって、高温プラズマコアから前記ワークピースの表面までの前記距離は、０．１ｃｍ〜５ｃｍの範囲内である、ことと、
   ｅ）水素を含むガスを前記ワークピースに近接して導入することであって、それにより、前記トロイダルプラズマループ放電は、原子水素を発生させる、ことと
   を含む、方法。
2. 水素を含む前記ガスは、少なくとも１トルである、前記ワークピースでのガス圧力を達成するように、前記ワークピースに近接して導入される、請求項１に記載の方法。
3. 吸収されるＲＦ電力は、約１０Ｗｃｍ^−３を上回る、請求項１に記載の方法。
4. 前記ガスは、アルゴンガスを含む、請求項１に記載の方法。
5. 水素を含む前記ガスは、１トル〜１００トルの範囲内である、前記ワークピースでの、水素を含むガスの圧力を達成するように、前記ワークピースに近接して導入される、請求項１に記載の方法。
6. ＲＦ電磁場を結合させることをさらに含み、それにより、前記プラズマの電力密度は、
   ０．１ｃｍ〜５ｃｍの範囲内の、前記高温プラズマコアから前記ワークピースの表面までの距離において少なくとも１００Ｗｃｍ^−３である、請求項１に記載の方法。
7. 前記ワークピースを前記プラズマに対して平行移動させ、前記ＣＶＤプラズマ処理の均一性を改善することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ワークピースを前記プラズマに対して回転させ、前記ＣＶＤプラズマ処理の均一性を改善することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記ワークピースの表面における温度を制御することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記ワークピースの表面における温度を制御することは、前記ワークピースを支持する取付盤の温度を制御することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記ワークピースの表面における温度を制御することは、前記ワークピースを支持する取付盤の位置を前記高温プラズマコアに対して調節することを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記ワークピースの表面における温度を制御することは、前記ワークピースに近接している、水素を含む前記ガスの圧力を調節することを含む、請求項９に記載の方法。
13. 取付盤に電気的にバイアスをかけ、前記ワークピースに近接する前記プラズマの形状を変化させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記プロセスチャンバと前記導管との間のガス流を調節することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. 炭素含有ガスを前記ワークピースに近接して導入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記ワークピースの温度を測定することと、前記測定に応答して、前記ＲＦ電磁場のＲＦ電力を調節することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記導管の内側の水素の部分的圧力は、前記プロセスチャンバの内側の水素の部分的圧力と異なる、請求項１に記載の方法。
18. 前記ワークピースの表面上の原子水素は、前記ワークピースを所望の温度まで加熱する、請求項１に記載の方法。
19. 前記真空チャンバを形成することは、前記導管の断面積よりも大きい断面積を伴う前記プロセスチャンバを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記真空チャンバを形成することは、溶融シリカ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、複合材材料、およびサファイアから成る群から選定される誘電材料から前記導管を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
21. 前記真空チャンバを形成することは、アルミニウム、鋼鉄、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、ならびにアルミニウム、鋼鉄、銅、ニッケル、タングステン、およびモリブデンの合金から成る群から選定される伝導性材料から前記導管を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
22. 前記真空チャンバを形成することは、前記プロセスチャンバに近接して変化する断面積を伴う前記導管を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
23. 前記真空チャンバを形成することは、電気アーク放電、腐食、およびプロセス汚染のうちの少なくとも１つを阻止することができる電気絶縁コーティングを備える内側表面を伴う前記プロセスチャンバを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
24. 前記真空チャンバを形成することは、前記プロセスチャンバへの電気短絡を防止するように配列されている絶縁カラーを前記導管に搭載することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
25. 前記真空チャンバを形成することは、前記導管内に内部流体冷却チャネルを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
26. 前記ＲＦ電磁場を前記導管の周囲に位置付けられた磁気コアに印加し、前記トロイダルプラズマループ放電を前記真空チャンバ内に形成することは、２０ＫＨｚ〜１４ＭＨｚの範囲内である周波数を伴うＲＦ電磁信号を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
27. 前記ワークピースを前記プロセスチャンバ内に位置付けることは、前記ワークピースが、前記トロイダルプラズマループ放電と第２のトロイダルプラズマループ放電との両方で反応性種に暴露されるように、前記ワークピースを位置付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
28. 水素を含む前記ガスは、２００トルを超える、前記ワークピースでの圧力を達成するように、前記ワークピースに近接して導入される、請求項１に記載の方法。
29. 水素を含む前記ガスと、前記真空チャンバの中に導入されるガスとは、異なるガスポートにおいて導入される、請求項１に記載の方法。
30. 水素を含む前記ガスと、前記真空チャンバの中に導入されるガスとは、同一のガス入力ポートにおいて導入される、請求項１に記載の方法。