JP2024015122A - イオンを生成する方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】気体種の発生イオンのエネルギーを設定または調整し、それによってプラズマの安定性を保つ能力が改善される気体種のプラズマ発生イオンの方法を提供することが、本発明の目的である。【解決手段】水素イオンを生成する方法は、ダイオード式３ａ、３ｂのＨＦプラズマＰＬを発生させるステップを含む。これは、プラズマ発生源によって出力されるイオンのエネルギーを、改善された手法で設定または調整することができる。【選択図】図２

Description

気体種の発生イオンのエネルギーを設定または調整し、それによってプラズマの安定性を保つ能力が改善される気体種のプラズマ発生イオンの方法を提供することが、本発明の目的である。
米国特許第６２４８２１９号 ＷＯ２０１８／１２１８９８
これは、気体種のイオンを生成する方法であって、
・ ５０％超の気体種を含む気体を真空空間へと送り込むステップと、
・ 真空空間において気体の雰囲気を確立するステップと、
・ 雰囲気において容量結合ＨＦプラズマを確立するステップと、
・ 真空空間からのプラズマ出口開口構成を提供するステップと
を含む方法によって達成される。
例えば誘導結合によって、プラズマが異なるように実現される気体種のイオンのための発生方法と反対に、容量結合プラズマを活用することは、述べられているような能力を相当に改善する。
後で述べられているように、１つまたは複数の変形において可能な本発明による方法は、表面処理基板の表面がプラズマ出口開口に排他的に曝される点において、予め適用された層が有ろうと無かろうと、このような基板に直接的に適用できる、または、述べられている基板のための真空層堆積プロセスを改善する枠組みにおいてこのような基板に適用できる。
定義：
・ 我々は、本記載および特許請求の範囲を通じて、「容量結合プラズマ」において、２つの離間された電極の間で発生され、これらに加えられる電力から電極へと供給されるプラズマと理解する。追加の電極がプラズマに影響を与えるために提供されてもよい。
・ 我々は、本記載および特許請求の範囲を通じて、ＨＦ（高周波数）において、１ＭＨｚ≦ｆ≦１００ＭＨｚで有効である周波数ｆと理解する。
・ 我々は、本記載を通じて、何か「から成る」において、述べられている「何か」以外のものが存在しないことを理解する。
・ 我々は、本記載を通じて、何か「を備える」において、述べられている「何か」に追加の部材またはステップが存在し得ることを理解する。
・ 我々は、本記載を通じて、「プラズマ発生源」において、プラズマの成分、つまり、電子、イオン、原子、中性分子を発生および出力する構成と理解する。
本発明者は、述べられている気体種が先ずは水素である本発明による方法を開発したが、水素と異なる気体種を伴う方法を実施するときも、述べられている方法の顕著な利点が本発明者によって見出された。
したがって、本発明による方法の一変形では、気体種は水素であり、本発明による方法のさらなる変形では、気体種は酸素である。
本発明による方法の一変形では、気体は、少なくとも８０％の気体種を含むか、少なくとも９５％の気体種を含むか、または気体種から成る。明確には、気体種から成る場合、無視できるほどの量の不純物気体が実際には存在し得る。
本発明による方法の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極が真空受部においてより小さい電極表面を有する、ステップを含む。
留意されたいのは、例えば、出口開口構成によってプラズマを出す帯電粒子と所望の様態で相互作用するように、選択された電位において動作される１つまたは複数の格子といった、１つまたは複数の追加の電極がプラズマ出口開口構成の下流に提供されてもよいことである。
本発明による方法の一変形では、プラズマ出口開口構成は、より小さい電極表面の少なくとも一部を形成する格子によって実現される。
定義：
・ 我々は、本記載および特許請求の範囲において、プラズマが２つの電極表面の間で排他的に発生され、さらなる電極表面が、ダイオード構成として、または、それぞれダイオード発生プラズマとしてプラズマに影響しないＨＦプラズマ発生器における電極の構成についてしばしば述べる。
・ 我々は、本記載および特許請求の範囲を通じて「電極表面」について述べるとき、プラズマに曝される電極本体の表面を意味し、つまり、プラズマがそれぞれの圧力においてプラズマ発生源を燃焼させ得る、または、方法が実施される、もしくは実施されるように意図されている電極本体の表面を意味する。
ダイオード発生プラズマを活用することは、例えば、一方または両方の電極表面の効果的な範囲に作用することで、または、後で述べられているように作用することで実施され得るプラズマＤＣ自己バイアス電位を変化させることで、例えば格子によって実現される、プラズマ出口開口構成を出る気体種のイオンのエネルギーを予め設定する可能性、またはインサイチュで調整する可能性を開く。
この述べられている変形の一変形では、２つの電極の一方が基準電位のＤＣ電位で動作され、他方の電極が、ＨＦ電位を含む電位で動作される。
この述べられているような変形の一変形では、一方の電極は地電位で動作される。
それによって、一変形では、第２の電極は基準ＤＣ電位で動作される。
本発明による方法の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、第２の電極のより小さい電極表面の少なくとも一部を形成する格子によってプラズマ出口開口構成を実現するステップと、第１の電極のより大きい電極表面と反対に位置する格子の側における空間を遮蔽フレームによって閉じ込めるステップとを含む。
本発明による方法の一変形では、述べられている遮蔽フレームは、第２の電極の電位において動作される金属表面を、より小さい電極表面の一部として有する。
より小さい電極表面のエッチング速度、延いては格子表面のエッチング速度は、述べられている遮蔽フレームの金属表面がより小さい電極表面の一部となり、格子によって単独で定められる、小さ過ぎる可能性のあるこのような表面を拡大するため、低下され得る。
本発明による方法の一変形は、前記プラズマ出口開口構成を通じて出力される気体種のイオンのエネルギーを予め設定するステップ、および、プラズマ出口開口構成を通じて出力される気体種のイオンのエネルギーをインサイチュで調整するステップの少なくとも一方を含む。
本発明による方法のこの述べられている変形の一変形は、プラズマ出口開口構成を通じて出力される気体種のイオンのエネルギーを、負のフィードバック制御によってインサイチュで調整するステップを含む。
本発明による方法の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、より小さい電極表面の少なくとも一部を形成し、５０％より大きい透過性を有する格子によって、プラズマ出口開口構成を実現するステップとを含む。
先に述べられているように、第２または第３の格子が、イオンエネルギーを所望の帯域幅で制御するように、出口開口構成を形成する１つの格子の下流でイオンエネルギーを増加させるために使用され得る。これらの追加の格子のうちの少なくとも１つは、それぞれの電位供給部に接続され得る。
定義：
・ 我々は、本記載および特許請求の範囲を通じて、「イオンエネルギーを予め設定する」という用語において、このエネルギーがプラズマ発生源の長時間の動作にわたって所望の値で確立されることを理解する。
・ 我々は、本記載および特許請求の範囲を通じて、「イオンエネルギーをインサイチュで調整する」という用語において、このエネルギーが発生源の動作の間に変化させられることを理解する。このような調整は、述べられているエネルギーを、動作点として利用される予め設定されたエネルギーレベルに対して変化させることを含み得る。さらに、インサイチュで調整することが負のフィードバック制御によって実施される場合、予め設定されたイオンエネルギーは、負のフィードバック制御ループにおいて所望のエネルギーの値になることができる。
・ 我々は、本記載および特許請求の範囲を通じて、「プラズマ出口開口構成を出るイオンのエネルギー」という用語において、プラズマ出口開口構成の表面にわたって平均化されたこれらのイオンのエネルギーと理解する。
本発明による方法の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、より小さい電極表面の少なくとも一部を形成する格子によってプラズマ出口開口構成を実現するステップとを含み、格子の開口の少なくとも一部は、より大きい電極表面と反対の格子の側へとプラズマの一部に格子を通過させるような寸法とされる。
本発明による方法の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップを含み、プラズマ出口開口構成を通じて出力される気体種のイオンのエネルギーを予め設定するステップ、および、プラズマ出口開口構成を通じて出力される気体種のイオンのエネルギーをインサイチュで調整するステップの少なくとも一方をさらに含み、予め設定するステップおよび／またはインサイチュで調整するステップは、２つの電極の一方に加えられるＤＣ電位に対するＨＦプラズマのＤＣ自己バイアス電位を予め設定することおよび／またはインサイチュで調整することで実施される。
本発明による方法のこの述べられているような変形の一変形は、負のフィードバック制御によってエネルギーをインサイチュで調整するステップを含む。
本発明による方法のこの述べられているような変形の一変形は、２つの電極の間のＤＣ電位差をＤＣ自己バイアス電位の指示として利用するステップを含む。
本発明による方法の一変形では、ＤＣ自己バイアス電位は、プラズマにおける磁界を予め設定することおよび／またはインサイチュで調整することによって、予め設定される、および／またはインサイチュで調整される。
この述べられているような本発明による方法の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、ＤＣ電流の供給されるコイル構成を用いて、より大きい電極表面の一部に沿って前記磁界を発生させるステップとを含む。
本発明による方法のこの述べられている変形の一変形では、磁界は、ＤＣが供給される少なくとも２つのコイルの磁界を重ねることで発生される。
本発明による方法のこの述べられている変形の一変形では、少なくとも２つのコイルの磁界は、互いから相互に独立して予め設定可能および／または調整可能である。
それによって、重なりから生じる磁界は、その強度、形、および方向に対して設定または調整され得る。
本発明による方法のこの述べられている変形のうちの１つの一変形は、重ねられた磁界の少なくとも一方の絶対値および方向、ならびに少なくとも２つの重ねられた磁界の相互方向のうちの少なくとも１つを予め設定することおよび／またはインサイチュで調整することで、プラズマ出口開口構成から出力される気体種のイオンのエネルギーを予め設定するステップおよび／またはインサイチュで調整するステップを含む。
本発明による方法の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、より小さい電極表面を、基準ＤＣ電位で動作させ、特には地電位で動作させるステップと、マッチボックスを介してより大きい電極表面に電気的にＨＦを供給し、それによってＨＦ発生器をより大きい電極表面に容量結合するステップと、マッチボックスのＤＣ出力バイアスをＤＣ自己バイアス電位の指示として感知するステップとを含む。
本発明による方法の一変形は、プラズマ出口開口構成を通じて出力される気体種のイオンのエネルギーを負のフィードバック制御するステップを概して含む。
本発明による方法のこの述べられている変形の一変形は、２つの電極の間に排他的に容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、
・ より小さい電極表面を地電位で動作させるステップと、
・ マッチボックスを介してより大きい電極表面に供給し、それによってＨＦ発生器をより大きい電極表面に容量結合するステップと、
・ ＤＣ電流の供給されるコイル構成を用いて、より大きい電極表面の一部に沿って磁界を発生させるステップと、
・ マッチボックスのＤＣ出力バイアスを感知するステップと、
・ 感知されたＤＣ出力バイアスを所望の値と比較するステップと、
・ 磁界を前記比較の結果の関数として調整するステップと
を含む。
本発明は、基板を真空処理被覆する方法、または、真空処理被覆された基板を製造する方法であって、本発明の変形のうちの１つまたは複数で可及的に先に述べられているような、本発明による気体種のイオンの生成の方法を実施するステップと、基板の表面をプラズマ出口開口構成に曝すことを含むプロセスによって基板を第１の処理するステップと、前記第１の処理するステップの最中、前、および／または後に、真空被覆処理によって前記基板の前記表面を第２の処理するステップとを含む方法にさらに向けられている。
この述べられているような、本発明による方法の一変形では、第１の処理のステップ、または第１の処理のステップのうちの１つは、基板の表面をプラズマ出口開口構成に曝すことから排他的に成る。したがって、プラズマ発生イオンの方法は、異なるプラズマ処理のためのプラズマ発生源によって既存の材料表面を処理するために利用される。
したがって、基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の第１の処理のステップおよびこの変形の間、基板は、排他的に、イオンに曝され、気体種のイオンを生成する方法によって発生されるプラズマの一部に可及的に曝される。
例えば、第２の処理のステップと同時の追加のステップといった、複数の第１の処理のステップが実施されてもよいことは留意されたい。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法によって処理された基板は、述べられている方法を受ける前にすでに、層を備えなくてもよい、または、１つもしくは複数の層を備えてもよい。
本発明によるこの述べられている方法の一変形は、基板を、第１の処理から第２の処理へと、または、第２の処理から第１の処理へと局所的に移動させるステップを含む。
本発明によるこの述べられている方法の一変形は、基板を、第１の処理から直接的に第２の処理へと、または、第２の処理から直接的に第１の処理へと局所的に移動させるステップを含む。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形は、第１の処理および第２の処理を共通の真空で実施するステップを含む。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形では、第２の処理は、基板の表面をスパッタリング被覆することを含む、または、基板の表面をスパッタリング被覆することから成る。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形では、気体種は水素であり、第２の処理は、基板を水素化シリコンの層で被覆することを含む、または、基板を水素化シリコンの層で被覆することから成る。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形では、気体種は水素であり、少なくとも１つの基板は、第２の処理から第１の処理へと直接的に搬送されるか、または、第１の処理から第２の処理へと直接的に搬送され、それにより、第２の処理は、第１の処理から離れてのシリコンスパッタリング堆積である。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形は、前記基板のうちの少なくとも２つの続いての処理の間に継続して、気体種のイオンを発生させることと、第２の処理を実施する発生源の動作とを維持するステップを含む。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形は、真空輸送室において、少なくとも１つの基板を、第２の処理から第１の処理へと搬送するステップ、または、第１の処理から第２の処理へと搬送するステップと、少なくとも１つの基板を、輸送室に位置する第１の処理および第２の処理へと曝すステップとを含む。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形では、気体種は水素であり、第２の処理は、シリコンスパッタリング堆積であり、この一変形は、シリコンスパッタリング堆積と、すぐ続いての第１の処理による水素イオン衝突との１サイクルによって層厚さＤを堆積させるステップであって、０．１ｎｍ≦Ｄ≦３ｎｍが有効である、ステップを含む。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形では、第２の処理は、シリコンスパッタリング堆積であり、シリコンスパッタリング堆積は、５０％超、８０％超、もしくは９５％超の希ガスを含む、または希ガスから成る気体雰囲気において動作される。
本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法の一変形では、基板は円形経路において搬送され、第１の処理および第２の処理を通過する。
基板を被覆する本発明による基板を真空処理被覆する方法または真空処理被覆された基板を製造する方法のこの述べられている変形の一変形は、基板をそれぞれの基板中心軸の周りで回転させるステップを含む。
先に述べられているように、本発明者による認識から離れて、本発明による、気体種として水素を伴う気体種のイオンを生成する方法と、水素化シリコンのスパッタリング堆積された層を伴う基板を製作するための方法とを実施するとき、可及的にそれらの１つまたは複数の変形において、イオンを生成する述べられている方法の追加の用途が見出された。
したがって、本発明は、複合材料ＭＲの層における応力を制御する方法、または、層を伴う基板を製作する方法であって、Ｍがスパッタリング堆積され、化学元素Ｒが、スパッタリング堆積された材料を、気体種としての前記元素のイオンの衝突に曝すことで、少なくとも実質的な量まで添加される、本発明による、気体種のイオンを生成する方法、および可及的にはその方法の１つまたは複数の変形を用いてイオンを発生させるステップを含む方法にさらに向けられている。
応力を制御する方法の一変形では、応力は、従属請求項１６から２６のうちの１つによる方法によって制御される。
さらに、本発明は、層の表面粗さを制御する方法、または、複合材料ＭＲの層を伴う基板を製作する方法であって、Ｍがスパッタリング堆積され、化学元素Ｒが、スパッタリング堆積された材料を、気体種としての前記元素のイオンの衝突に曝すことで、少なくとも実質的な量まで添加される、本発明による、気体種のイオンを生成する方法、および可及的にはその方法の１つまたは複数の変形を用いてイオンを発生させるステップを含む方法に向けられている。
粗さを制御する方法の一変形では、粗さは、請求項１６から２６のうちの１つによる方法によって制御される。
なおもさらには、本発明は、基板をエッチングする方法、または、エッチングされる基板を製造する方法であって、本発明による、気体種のイオンを生成する方法、および可及的にはその方法の１つまたは複数の変形を用いてエッチングイオンを発生させ、それによって気体種としての希ガスを選択するステップと、基板を前記プラズマ出口開口構成に曝すステップとを含む方法に向けられている。
エッチング方法の一変形では、エッチングイオンのエネルギーは、請求項１６から２６のうちの１つによる方法によって制御される。
本発明による方法のすべての変形は、矛盾しない場合、または実施不可能でない場合、組み合わせることができることは留意されたい。
本発明は、本発明による気体種のイオンを生成する方法、またはその変形のうちの１つまたは複数を実施するように適合されるプラズマ発生源にさらに向けられており、本発明による真空被覆方法、またはその１つまたは複数の変形を実施するように適合されるこの述べられているようなプラズマ発生源を伴う装置にさらに向けられており、本発明による、応力を制御する方法、および表面粗さを制御する方法の少なくとも一方を実施するように適合される装置にさらに向けられており、本発明によるエッチング方法を実施するように適合されるエッチングステーションにさらに向けられている。
さらに、本発明は、より大きい電極表面を有する第１の容量結合プラズマ発生電極と、真空受部においてより小さい電極表面を有する第２の容量結合プラズマ発生電極と、プラズマ出口開口構成と、気体種の支配的な気体を含む気体タンク構成から送り込まれる気体とを排他的に備えるプラズマ発生源に向けられている。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態では、プラズマ出口開口構成は第２の電極を通じている。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態では、第２の電極は少なくとも１つの格子を備える。それによって、一実施形態では、格子は５０％超の透過性を有する。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態では、第２の電極はＤＣ基準電位に電気的に設定される。それによって、一実施形態では、基準電位は地電位である。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態は、ＤＣ基準電位に設定される２つの電極の一方と、他の電極のＤＣバイアス電位のための感知構成とを備える。
本発明によるプラズマ発生源のこの述べられている実施形態の一実施形態では、第２の電極は前記ＤＣ基準電位に設定される。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態では、より大きい電極表面およびより小さい電極表面の少なくとも一方が可変である。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態は、第１の電極と第２の電極との間の空間に磁界を発生させるコイル構成を備える。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態では、第１の電極はカップ形とされ、カップ形とされた電極の内面は第２の電極を向く。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間において、第２の電極を向く支配的な方向成分、または、第２の電極からの支配的な方向成分を伴う磁界を発生させるカップ形とされた第１の電極の外面に沿ってコイル構成を備える。
本発明によるプラズマ発生源のこの述べられている実施形態の一実施形態では、コイル構成は、それぞれのＤＣ電流源によって独立して供給される少なくとも２つのコイルを備える。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態は、
－ ＤＣ基準電位に設定される第２の電極と、
－ 第１の電極のＤＣバイアス電位を指示する信号のための第１の出力部を伴う感知構成と、
－ 第２の出力部を伴うプリセットユニットと、
－ 第１の出力部と動作可能に接続される第１の入力部、第２の出力部と動作可能に接続される第２の入力部、および、第１の電極と第２の電極との間のプラズマのプラズマ電位に動作可能に作用する第３の出力部を伴う比較ユニットと
を備える。
本発明によるプラズマ発生源のこの述べられている実施形態の一実施形態では、第３の出力部は、第１の電極と第２の電極との間の空間に磁界を発生させるコイル構成の電気供給部に動作可能に接続される。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態は、前記第１の電極にＨＦ信号を含む供給信号を供給し、前記ＤＣバイアス電位を指示する前記供給信号のＤＣ成分を出力する出力構成を伴うマッチボックスを備える。
本発明によるプラズマ発生源の一実施形態では、気体種は水素である。
本発明による基板を真空処理するための装置は、本発明またはその実施形態のうちの１つもしくは複数によるプラズマ発生源と、さらなる真空処理室とを備える。
この述べられている、本発明による装置の一実施形態では、プラズマ発生源はさらなる真空処理室から離れており、プラズマ発生源からさらなる真空処理室へと、または、さらなる真空処理室からプラズマ発生源へと少なくとも１つの基板を搬送する基板コンベヤが提供される。
本発明による装置の一実施形態では、プラズマ発生源の気体種は水素であり、さらなる真空処理はシリコンのスパッタリング堆積である。
本発明による装置の２つ以上の実施形態は、矛盾しない場合、または実施不可能でない場合、組み合わせることができる。
ここで、すべての態様の下での本発明が、図の助けでさらに例示される。
本発明によるイオンを生成する方法の変形を実施するプラズマ発生源の一般的な実施形態の最も概略的で単純化された図である。 ダイオード式発生プラズマが使用される、本発明によるイオンを生成する方法の変形を実施するプラズマ発生源の実施形態の最も概略的で単純化された図である。 ダイオード発生プラズマにわたる電位の定性的で発見的な描写の図である。 図２のようなダイオード式電極構成に送り込まれる気体の実施形態の概略的で単純化された図である。 図２～図４のうちの１つのようなダイオード電極構成を活用するプラズマ発生源において電極表面を変化させる１つの様態の概略的で単純化された図である。 プラズマ発生源を出るイオンのエネルギーを設定する能力、またはインサイチュで調整する能力のために構築された、本発明によるイオンを生成する方法の変形を実施するプラズマ発生源のダイオード式の実施形態の一部の最も概略的で単純化された図である。 本発明によるイオンを生成する方法の変形を実施する、図６の実施形態の実施形態の一部の最も概略的で単純化された図である。 イオンエネルギーが負のフィードバック制御される、図６または図７の実施形態のうちの実施形態の一部の最も概略的で単純化された図である。 本発明による装置の実施形態の最も概略的で単純化された図である。 本発明による装置のさらなる実施形態の最も概略的で単純化された図である。
図１は、本発明による気体種のイオンを生成する方法を実施する、本発明によるプラズマ発生源１０の一般的な実施形態を最も概略的に単純化して示している。
プラズマ発生源１０の真空空間を画定する真空包囲体１の中に、第１の電極３と、第１の電極３から離間された第２の電極５とが設けられている。マッチボックス７を介して、ＨＦ発生器８が、反応空間ＲＳにおいて第１の電極３と第２の電極５との間にＨＦプラズマＰＬを発生させるように、第１の電極３および第２の電極５に動作可能に接続されている。点線で示されているように、「補助」電極４が、反応空間ＲＳにおいてプラズマＰＬに影響を与えるために設けられ得る。このような補助電極４は、プラズマＰＬへの所望の効果を達成するために、選択された特性の供給電力で、供給源４ａによって動作され得る。
図１の実施形態では、真空包囲体の内面またはその一部は、真空包囲体１の内面のこのような部分に沿ってプラズマが燃焼できるように、一次の電極３および５に加えられ、幾何学的に位置する電位と異なる電位で動作される場合、第３の電極として作用してもよい。
気体送り込み構成９を用いて、気体Ｇが真空受部１へと送り込まれる。真空受部１へと送り込まれる気体Ｇは、５０％超の例えば水素といった気体種を含み、さらには少なくとも８０％、さらには少なくとも９５％の気体種を含み、または、さらには気体種から成り、それにより、無視できるほどの量の不純物気体が実際には存在し得る。したがって、真空包囲体１へと送り込まれる気体Ｇの支配的な部分が気体種であり、一部の実施形態では水素である。
気体送り込み構成９は、気体種タンク１１Ｈを含むかまたは気体種タンク１１Ｈから成る気体タンク構成１１から気体供給される。一部の実施形態では、気体送り込み構成９は、例えば、アルゴンなどの１つもしくは複数の希ガス、または、水素のような気体種と異なる１つもしくは複数の反応ガスを含む、１つまたは複数の気体タンク１１Ｇから、少量まで追加的に供給されてもよい。他の実施形態では、気体送り込み構成は、気体種としての希ガスによって支配的に供給され、これは、エッチング発生源としてプラズマ発生源を適用する場合である。真空受部１へと送り込まれる気体のそれぞれの量は、弁構成１７を用いて制御できる。
気体種として水素を利用する用途では、すべてプラズマＰＬにおいて発生される、中性のＨまたはＨ２の水素イオンＨ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋、および、中性のＨ２から発生される負の水素イオンに加えて、電子、励起した水素、または水素ラジカルの形体での支配的な水素が、プラズマ発生源１０の真空包囲体１が搭載可能である真空処理装置１５へと適用されるように、真空包囲体１の壁におけるプラズマ出口開口構成１３を通じて真空包囲体１から出力される。プラズマ発生源からの気体種のそれぞれの種は、プラズマ発生源のプラズマ出口開口構成１３へと曝させる基板における反応を可能にし、その反応は原子水素による化学反応を含み得、このような基板における層においての応力に影響し、表面粗さまたは表面エッチングに影響し、それによってそれぞれの選択された支配的な気体種を活用する。
真空包囲体１の汲み出しが、図１において点線で示されているように、真空包囲体１自体に接続されるポンプ構成によって実施できるが、真空包囲体１の汲み出しは、プラズマ発生源１０の一実施形態において、プラズマ発生源１０の下流に接続され、つまり、処理される基板が位置する（図示せず）真空処理装置１５に接続される汲み出し構成１９を用いて実施される。それによって、有利には、圧力勾配Δｐがプラズマ出口開口構成１３にわたって確立され得る。
気体種Ｇをイオン化するための容量結合ＨＦプラズマＰＬの活用は、プラズマ発生源においてイオンを発生させるために利用できる例えば誘電結合プラズマといった他のプラズマに対して、プラズマ電位が非常に容易に間接的に監視でき、間接的に予め設定でき、インサイチュで調整することもできるという顕著な利点を有し、プラズマ出口開口構成１３を出るイオンのエネルギーに相当に影響を与える実体である。これは、後で述べられているように、特定の種類の容量結合プラズマについて特に優勢である。
図１の実施形態によって一般的に例示されているような容量結合ＨＦプラズマＰＬを概して活用するプラズマ発生源１０では、異なるプロセスパラメータが、水素イオンの支配的な一部の実施形態にあるように、プラズマ出口開口構成１３から出力されるイオンのエネルギーを設定または調整するために使用されてもよい。このようなパラメータは、例えば、ＨＦ発生器８からの供給信号の周波数および出力、補助電極４の供給である。それでもなお、述べられているエネルギーの設定能力またはインサイチュでの調整能力を検討するとき、結果生じるプラズマの安定性を常に検討しなければならない。プラズマ発生源１０を出るイオンの所望のエネルギーを、述べられているプロセスパラメータのうちの１つまたは複数によって設定または調整することは、プラズマの不安定性を容易にもたらす可能性があり、したがって簡単には実現できない。
図２の実施形態では、特別な種類の容量結合ＨＦプラズマの発生が適用されており、これは、一部の実施形態では、発生されてプラズマ発生源１０ａを出る支配的な水素イオンである気体種のイオンのエネルギーを設定または調整することを相当に単純化し、それによってプラズマＰＬの安定性を維持する。
本発明による方法の変形を実施する、図２に示されているような本発明によるプラズマ発生源の実施形態によれば、容量結合ＨＦプラズマＰＬが、第１の電極３ａの電極表面ＥＬＳを含むより小さい電極表面と、第２の電極３ｂの電極表面を含むより大きい電極表面ＥＬＳとの間で排他的に発生される。追加の電極表面がプラズマ放電に影響を与えることはない。
「２つだけ」の電極表面の手法のため、このようなＨＦプラズマ発生器は「ダイオード」構成としばしば呼ばれる。ＨＦプラズマを発生させる電極表面のこのようなダイオード構成は、例えば米国特許第６２４８２１９号において述べられているように、ケーニングの法則（ｌａｗ ｏｆ Ｋｏｅｎｉｇ）に実質的に従う。プラズマは、第１の電極表面と、第１の電極表面を実質的に向く第２の電極表面とから成る電極表面構成とのみ動作接続している。図３において発見的に述べられているように、ケーニングの法則は、ＨＦプラズマ放電が間で発生される電極表面ＥＬＳに隣接する時間平均電位Δφの低下の割合が、実行において２から４の間の指数まで上昇されるそれぞれの電極表面積の反比によって与えられる。ケーニングの法則が有効である条件は、言及したような特許においても述べられている。そこから、ＨＦプラズマに曝されるより小さい電極表面は支配的にエッチングされ、より大きい電極表面は支配的にスパッタリング被覆されるという当業者の知識がもたらされる。図３から、「プラズマ電位」および「ＤＣ自己バイアス電位」の定義に留意されたい。
図２の実施形態によれば、第２の電極３ｂはカップ形とされ、第１の電極３ａの電極表面ＥＬＳ３ａより大きい電極表面ＥＬＳ３ｂを有する。第１の電極３ａは格子によって実現され、その開口はプラズマ出口開口構成１３ａである。
格子は５０％超の透過性を有し、透過性は、格子の全体の表面に対するすべての開口の表面の合計の割合によって定められる。
第１の電極３ａの格子の開口は、プラズマＰＬに存在する種の一部が開口を通じて出力されるような寸法とされる。第１の電極３ａと真空包囲体１の壁とは、真空処理装置１５の壁１６の電位において、つまり、地電位において、動作される。真空包囲体１の壁の内面と第２の電極３ｂとの間の間隔ｄは、そこでプラズマが燃焼できないように、つまり、行き渡る暗い空間の距離より小さくなるように、選択される。
気体送り込み構成９は、地電位において動作される外部部品９ａを備える。気体Ｇを第２の電極３ｂのカップ空間へと排出する配管構成を備える第２の部品９ｂが、隔離器１９によって概略的に示されているように、部品９ａから電気的に隔離される。容量結合プラズマＰＬと相互作用する金属表面部品を回避するために、第２の電極３ｂのカップ空間の中の気体送り込み配管構成の部品９ｂは、電気接続器１２によって概略的に示されているように、第２の電極３ｂのＨＦ電位において動作される。
図４は、図２の気体送り込み部９ｂの実施形態を概略的に単純化して示している。それによって、カップ形とされた第２の電極３ｂの内側の空間に送り込まれる気体は、第２の電極３ｂにおいて気体送り込み開口２４を通じて実現される。気体送り込み構成９の外部部品９ａは、第２の電極３ｂの後面と真空包囲体１の壁の内面との間の分配空間２０において排出する。先に述べられているように、この空間２０ではプラズマは燃焼できない。分配空間２０は、例えばセラミック材料といった、電気的に隔離するフレーム２２によって追加的に閉じ込められている。分配空間２０へと送り込まれる気体Ｇは、分配開口２４のパターンを通じて第２の電極３ｂのカップ形の空間へと送り込まれる。
我々は、発生源から出力されるイオンのエネルギーを設定または調整することに関して、容量結合ＨＦプラズマを用いてプラズマ発生源を動作させるという利点に述べたが、この背景において、プラズマの安定性が維持されることについても述べた。
プラズマを発生させるためのダイオード電極構成を活用する実施形態では、図２～図４の実施形態によって例示されているように、これは、電極表面の割合を機械的またはある程度事実上は設定または調整することで達成できる。図３を念頭に置いて、このような設定または調整によって、電位差ΔφｓおよびΔφＬが両方とも設定または調整されることになることは留意されたい。ΔφｓおよびΔφＬの一方が上昇するとき、他方の電位差は常に低下する。したがって、プラズマ発生源から出力されるイオンのエネルギーにとって必須であるプラズマ電位も設定または調整される。それでもなお、プラズマ電位自体は容易に監視されない。しかし、ＤＣ自己バイアス電位Δφｍは、プラズマ電位と特異的に相互に関連付けられる。そのため、ＤＣ自己バイアス電位は、少なくともプラズマ電位の変化について意義のある実体として監視できる。一般的な場合、ＤＣ自己バイアス電位を監視することから、プラズマ電位の優勢な値を直接的に結論付けないが、プラズマ電位の変化の方向を少なくとも結論付けることができる。それでもなお、後で述べられているように、特にプラズマ電位が負のフィードバック制御となる場合、これは最も重要な情報であり得る。
格子電極３ａの表面を含むより小さい電極表面ＥＬＳ３ａが、図２～図４による本発明のプラズマ発生源の実施形態におけるように、より大きい電極表面ＥＬＳ３ｂより実質的に小さい場合、より小さい電極表面とより大きい電極表面との間のＤＣ電位の過程は高度に非対称となる。そのため、ΔφＬは小さくなり、ＤＣ自己バイアス電位Δφｍはプラズマ電位に少なくともおおよそ等しくなる。それによって、ＤＣ自己バイアス電位Δφｍは、直接的に、プラズマ発生源１０ａから出力される優勢なイオンのエネルギーにとって意義のある実体になる。
プラズマ電位を設定または調整するために、ＤＣ自己バイアス電位Δφｍと、水素プラズマ発生源１０ａから出力されるイオンのエネルギーとは、電極表面ＥＬＳ３ａ、ＥＬＳ３ｂの割合を機械的に設定または調整することで実施できる。
これは、例えば、図５の実施形態によれば、カップ形の電極３ｂの開いた空間における本体２６を追加、変更、または除去することで実現でき、その本体は電極３ｂと同じ電位で動作され、その本体２６の表面はプラズマに曝される。それによって、電極３ｂの効果的な電極表面が設定または調整される。このような手法に関して、本発明と同じ出願者のＷＯ２０１８／１２１８９８が参照される。明確には、プラズマに曝される電極表面の範囲を設定または調整することは、第２の電極３ｂにおける電極表面ＥＬＳ３ｂを設定または調整することの代替または追加で、第１の電極３ａの電極表面ＥＬＳ３ａを拡大または縮小することで実現されてもよい。
２つの電極表面ＥＬＳ３ａ、ＥＬＳ３ｂの少なくとも一方を機械的に設定または調整することで、それぞれの表面の割合と、その関数としてのＤＣ自己バイアス電位と、その関数としてのプラズマ発生源を出るイオンのエネルギーとが設定または調整される。
それでもなお、電極３ａおよび３ｂの電極表面ＥＬＳの割合を機械的に設定または調整することが、インサイチュで、つまり、一部の実施形態では水素プラズマ発生源であるプラズマ発生源の動作の間に実現されることはほとんどない。
それでもなお、これは、図６によるプラズマ発生源１０ｂから出力されるイオンのエネルギーを設定または調整することに向けられたさらなる実施形態によって達成される。コイル構成２８を用いたＨＦプラズマＰＬのための閉じ込め磁界Ｈが、カップ形の第２の電極３ｂの中の反応空間ＲＳにおいて発生される。磁界Ｈは、電極表面ＥＬＳ３ｂの一部に沿ってトンネルのように延びる。コイル構成２８の１つまたは複数のコイル３０が、コイル構成２８に１つまたは複数のＤＣ電流Ｉを供給する供給源構成３２から電気的に供給される。コイル構成２８は、真空包囲体１における真空空間の外側の雰囲気ＡＭに備え付けられる。
磁界Ｈは有効な電極表面ＥＬＳ３ｂに事実上影響を与えると言うことができる。
磁界は、追加的に、格子を通じてプラズマ発生源から引き出されるイオンの横方向の分布を設定または調整するように供する。
コイル構成２８において複数のコイルを提供することで、および／または、コイルのうちの少なくとも１つをコイル軸に沿って誘導効果を変化させることで、および／または、複数のコイルに供給源構成３２からの異なる供給ＤＣ電流を供給することで、反応空間ＲＳにおける電極表面ＥＬＳ３ｂに沿っての磁界Ｈの分布が設定または調整され得る。ＥＬＳ３ｂに沿っての分布に関しても磁界Ｈの規模を設定または調整することで、プラズマ発生源１０ｂを出るイオンのエネルギーは、本発明の水素プラズマ発生源の実施形態において、設定または調整され得る。
一部の実施形態では水素プラズマ発生源であるプラズマ発生源１０ｂを出るイオンのエネルギーを設定および調整するのに最も適し、プラズマ発生源を出るイオンの比較的広い範囲で設定可能なエネルギーにわたってプラズマの安定性を追加的に維持するように適合された図６の実施形態の一実施形態が、図７に示されている。コイル構成２８は少なくとも２つの異なるコイル３０ａ、３０ｂを備える。ＤＣ電流の供給源構成３２は、コイル構成２８における異なるコイル３０の数に応じて、少なくとも２つのＤＣ電流供給源３４ａ、３４ｂを備える。ＤＣ供給源Ｉａ、Ｉｂの少なくとも一方は、規模および／またはシグナム、つまり、それぞれの電流の方向に対して変化させられ得る。ＤＣ電流供給源は相互に独立している。コイル３０の各々からの結果的な磁界ＨａおよびＨｂが提供され、それら磁界ＨａおよびＨｂは磁界Ｈをもたらすように重ねられる。電流Ｉａ、Ｉｂの絶対的な規模の少なくとも一方を設定および調整することで、共通または相互の方向のシグナム、割合、結果生じる磁界Ｈは、プラズマ発生源を出てプラズマの安定性を維持するイオンの所望のエネルギーを達成するように設定および調整され得る。
本発明者は、反応空間ＲＳにおけるプラズマ閉じ込め磁界Ｈを設定もしくは調整することで、ＤＣ自己バイアス電位がダイオード式容量結合ＨＦプラズマ発生装置において設定または調整できることを発見したことは、このような調整をインサイチュで実施する可能性を開き、それによって、負のフィードバック制御ループを用いて、ＤＣ自己バイアス電位および述べられているイオンエネルギーを調整する可能性も開く。述べられている手法、つまり、イオンエネルギーを負のフィードバック制御することは、例えば、より一般的にはイオン発生源、または、すべてのダイオードの種類のプラズマエッチング装置などと異なる実施形態によってこれまで述べられているようなプラズマ発生源と異なるイオン発生装置についても実現され得る。
例えば図７のプラズマ発生源を念頭に置いて、エッチング装置は、当業者には完全に明らかなように、第１の電極３ａがエッチングされる加工物のための搬送体として利用されるという事実のみによってそれとは異なり、可及的には希ガスである異なる気体が、この場合には真空受部として封止可能な真空が構築される真空包囲体１へと送り込まれることは留意されたい。
図２、図４～図８に例示されているような水素プラズマ発生源の一部の実施形態におけるプラズマ発生源１０ａ、１０ｂのすべての実施形態によれば、より小さい電極３ａは地電位で動作される。したがって、マッチボックス７の出力では、ＤＣ自己バイアス電位Δφｍと一致するＤＣバイアスを加えたＨＦ供給信号が現れる（図３参照）。
先に説明したように、ＤＣ自己バイアス電位Δφｍに応じたマッチボックス７の出力におけるＤＣ電位は、少なくとも、プラズマ電位の上昇または低下、延いては、プラズマ発生源１０ｂから出力されるイオンのエネルギーの上昇または低下にとって有意である。プラズマ電位が上昇する場合はＤＣ自己バイアス電位Δφｍも上昇し、逆もまた同様である。電極表面ＥＬＳの間の高度に非対称の電位の過程の場合、ＤＣ自己バイアス電位は、プラズマ電位と実際には等しくなり、したがって、プラズマ発生源１０ｂから出力されるイオンのエネルギーの直接的な指示となる。
図８の実施形態によれば、より大きな電極３ｂに供給するマッチボックス７ａの出力信号は、図３におけるΔφｍに応じたＤＣ出力信号を提供するローパスフィルタ４０へと導かれる。ローパスフィルタ４０の瞬間的に優勢な出力信号が、比較段階４２において、予め設定された所望の信号値と、または、予設定段階４４の出力における所望の信号値の時間的経過の瞬間的に優勢な値と比較される。比較結果Δｆｂｃは、例えば比例制御装置／積分制御装置といった制御装置４６を介して、例えば電流Ｉａおよび／またはＩｂを２つのコイルのコイル構成２８などに調整するといった電流供給源構成３２に作用する。
述べられているような負のフィードバックループにおいて、瞬間的に優勢なＤＣ自己バイアス電位に依存する信号が感知され、所望の値と比較され、制御逸脱信号としての比較結果が、本発明の水素プラズマ発生源の一部の実施形態によればプラズマ発生源１０ｂのようなダイオード式プラズマ発生装置の反応空間ＲＳにおける磁界Ｈを、感知された信号が所望の予め設定された値に必要な等しさとなるように調整する。感知された信号は所望の時間的経過の瞬間的に優勢な値とも比較でき、したがって、プラズマ発生源１０ｂを出るイオンのエネルギーの所望の時間的経過が確立できることは留意されたい。
図２、図４～図８での背景において特に記載されるような本発明によるプラズマ発生源、つまり、ダイオード式容量結合ＨＦプラズマを活用し、一部の実施形態では気体種として水素によって動作されるプラズマ発生源は、一部の実施形態ではシリコンスパッタリングとの組み合わせで、本発明による真空処理装置１５に適用され、基板に堆積されるＳｉ：Ｈ層をもたらす。
最も一般的には、図９は、本発明によるこのような処理装置１５の実施形態を、概略的に単純化して示している。
プラズマ発生源１０ａ、１０ｂは、図２、図４～図８での背景において記載および例示されており、特に、プラズマ発生源１０ｂは図６～図８の助けで例示されており、シリコンスパッタリング発生源５０が、交互または同時に、真空処理室５２の共通の真空空間Ｓへと作用する。プラズマ発生源１０ｂは、一部の実施形態では水素である気体種が少なくとも支配的に供給され、マグネトロンスパッタリング発生源であり得るスパッタリング発生源５２には、アルゴンなどの希ガスが少なくとも支配的に供給され、したがって、５０％超、８５％超、もしくはさらには９５％超で供給され、または、スパッタリング発生源５０に供給される気体は、アルゴンのような希ガスから成りさえする。
処理装置１５の真空空間Ｓにおいて、基板搬送体５１が提供され、プラズマ発生源１０ｂを向き、特にはそのプラズマ出口開口構成１３を向く１つまたは複数の基板５４と、この場合にはシリコンのものであるスパッタリング発生源５０のターゲットとを搬送する。スパッタリング発生源５０には、当業者には完全に知られているように、この場合にはシリコンであるそれぞれのターゲット材料を、例えばＨＦ、パルスＤＣ、ＨＩＰＩＭＳで、スパッタリングするのに適する出力特性で電気的に供給される（図９では示されていない）。基板搬送体５１は、駆動部５６によって概略的に示されているように、中心軸Ａの周りに駆動回転可能である。
驚くべきことに、図６～図８の助けで例示されているプラズマ発生源によって実施されるように、シリコンのようなスパッタリング堆積された層を、所望の予め設定可能なエネルギー、またはインサイチュで調整可能なエネルギーの水素イオンによるようなイオン衝撃に曝すことで、結果生じる層における応力と、その層の表面粗さとを制御することが可能となる。
これを認識した上で、本発明の追加の態様が本発明者には明らかとなった。
例えばここで記載されているような水素以外に、例えば酸素といったイオン化される反応ガスＲが送り込まれるダイオード式プラズマ発生源１０ｂによって、このような反応ガスＲのイオンによるイオン衝突を、材料Ｍで被覆されたスパッタリングされる基板に適用することは、発生源１０ｂによって発生されるＲのイオンのエネルギーを制御することで、ＭＲの堆積された層における応力と、その層の表面粗さとを制御することができる。これは、それ自体で本発明として可能と見なされる。
図１０は、今日実施されているような処理装置１５の実施形態を概略的に単純化して示している。
汲み出し構成６３によって汲み出される真空室６１において、図において描写されているように環または円板の形とされた基板搬送体６５が、駆動部６７を用いて軸Ａの周りに連続的に回転可能である。基板６９が、その周辺に沿って基板搬送体に保持され、例えば、一部の実施形態ではシリコンスパッタリングのためのスパッタリング発生源といった、少なくとも１つの真空処理発生源７１の下において回転経路で通過され、すぐ続いて、プラズマ発生源１０ｂの下において、図１０に概略的にのみ示されており、図６～図８の助けで例示されていたように構築され、シリコンスパッタリングと組み合わせて述べられているような一部の実施形態では、支配的な気体種として水素によって動作される。
基板６９の円形の搬送路に沿って、シリコンスパッタリング発生源および水素プラズマ発生源によって例示された、以下の連続した発生源が通過され得る。
ａ） シリコンスパッタリング発生源７１と、続いての水素プラズマ発生源１０ｂとの少なくとも１つの連続、
ｂ） シリコンスパッタリング発生源７１と、後続の水素プラズマ発生源１０ｂと、シリコンと異なる材料をスパッタリングする少なくとも１つのスパッタリング発生源との少なくとも１つの連続、
ｃ） シリコンスパッタリング発生源７１と、後続の水素プラズマ発生源１０ｂと、シリコンと異なる材料をスパッタリングする少なくとも１つのスパッタリング発生源と、続いての反応ガスイオンを発生させるためのプラズマ発生源との少なくとも１つの連続、および／または、
ｄ） シリコンスパッタリング発生源７１と、後続の水素プラズマ発生源１０ｂと、シリコンと異なる材料をスパッタリングする少なくとも１つのスパッタリング発生源と、続いての、水素プラズマ発生源１０ｂと同等に構築されるが、水素と異なる反応ガスが気体供給される、反応ガスイオンのためのプラズマ発生源との少なくとも１つの連続。
ｅ） シリコンと異なる材料のためのスパッタリング発生源と、続いての、水素プラズマ発生源１０ｂと同等に構築されるが、水素と異なる反応ガスが気体供給されるプラズマ発生源との少なくとも１つの連続。
ｆ） シリコンのためのスパッタリング発生源と、続いての、水素プラズマ発生源１０ｂと同等に構築されるが、水素と異なる反応ガスが気体供給されるプラズマ発生源との少なくとも１つの連続。
少なくとも１つのシリコンスパッタリング発生源１０ｂは、例えばアルゴンといった希ガスが少なくとも支配的に気体供給される（図では示されていない）。今日実施されている実施形態では、少なくとも１つの水素プラズマ発生源１０ｂに水素だけが気体供給され、少なくとも１つのシリコンスパッタリング発生源７１にアルゴンだけが供給される。
基板６９は、ωによって示されているように、それらの中心軸Ａ６９の周りにさらに回転され得る。
地電位において動作される閉じ込め遮蔽体７３が、より小さい電極３ａの格子の下流にプラズマを閉じ込める。それによって、より小さい電極表面ＥＬＳ３ａは、例えばその電極表面のエッチングを低下させるために、調整され得る。
１つのシリコンスパッタリング発生源７１と、１つのすぐ続いての水素プラズマ発生源１０ｂとの１サイクル毎に、Ｓｉ：Ｈ層が、０．１ｎｍ≦Ｄ≦３ｎｍで有効な厚さＤで堆積される。
それによって、複数回のサイクルが次から次へと基板によって通過されるときであっても、結果生じる層の厚さの範囲にわたって水素の実質的に均一な分配が達成される。
例えば図１０の装置において、基板がシリコンスパッタリング被覆され、すぐ続いて水素プラズマ発生源１０ｂに曝されるとき、水素プラズマ発生源１０ｂからのイオンのエネルギーを変化させ、それによって、発生源１０ｂにおける磁界Ｈを変化させることでこのようなエネルギーを変化させることで、結果生じるＳｉ：Ｈ層における応力が、５００ＭＰａの範囲にわたって、または、８００ＭＰａの範囲にわたって、変化させられた。
図６～図８のうちの１つによるプラズマ発生源に水素を気体供給し、したがって水素プラズマ発生源を提供すること、または酸素を気体供給し、したがって酸素プラズマ発生源を提供することで、 および、図６～図８において例示されているように構築されたプラズマ発生源の磁界Ｈを変化させることでそれぞれのイオンエネルギーを変化させることで、結果生じるＳｉ：Ｈの表面粗さ、または、ＳｉＯ２のそれぞれの応力および表面粗さ、または、ＨｆＯ２層のそれぞれの応力および表面粗さが大きく変化させられ、表面粗さは少なくとも１０の倍数で変化させられる。
ＨｆＯ２層を堆積させることについて明確には、ハフニウムがスパッタリングされる。
磁界を調整し、それによってＤＣ自己バイアス電位を調整し、したがって、図６～図８において例示されているようにプラズマ発生源を出るイオンのエネルギーを調整することで、および、このようなエネルギーイオンによって、堆積された材料層に衝撃を加えることで、応力および表面粗さが変化させられ、結果生じる層においてそれぞれ最小とされ得るという事実は、非常に有利である。それによって、例えばスパッタリング堆積パラメータのような堆積プロセスパラメータは変化させられず、プラズマ発生源１０ｂにより構築されるプラズマ発生源の磁界Ｈだけが変化させられ、可及的には、例えば酸素といった、水素と異なる反応ガスが送り込まれる少なくとも支配的な気体が変化させられる。
まとめると、特にＨＦ供給ダイオード電極構成を利用することに基づく本発明による方法および装置は、それぞれの用途の必要性に応じて使用される気体種に関わりなく、それぞれのプラズマ発生源を出るイオンのエネルギーを予め設定すること、およびインサイチュで調整することを発明的に可能にすると言うことができる。
１ 真空包囲体、真空受部
３、３ａ 第１の電極
３ｂ 第２の電極
４ 補助電極
４ａ 供給源
５ 第２の電極
７、７ａ マッチボックス
８ ＨＦ発生器
９ 気体送り込み構成
９ａ 外部部品
９ｂ 第２の部品、気体送り込み部
１０、１０ａ、１０ｂ プラズマ発生源
１１ 気体タンク構成
１１Ｈ 気体種タンク
１２ 電気接続器
１３、１３ａ プラズマ出口開口構成
１５ 真空処理装置
１６ 壁
１７ 弁構成
１９ 汲み出し構成
１９ 隔離器
２０ 分配空間
２２ フレーム
２４ 気体送り込み開口、分配開口
２６ 本体
２８ コイル構成
３０、３０ａ、３０ｂ コイル
３２ 電流供給源構成
３４ａ、３４ｂ ＤＣ電流供給源
４０ ローパスフィルタ
４２ 比較段階
４４ 予設定段階
４６ 制御装置
５０ シリコンスパッタリング発生源
５１ 基板搬送体
５２ 真空処理室、スパッタリング発生源
５４ 基板
５６ 駆動部
６１ 真空室
６３ 汲み出し構成
６５ 基板搬送体
６７ 駆動部
６９ 基板
７１ 真空処理発生源
７３ 閉じ込め遮蔽体
Ａ 中心軸
ＡＭ 雰囲気
ｄ 間隔
ＥＬＳ 電極表面
ＥＬＳ３ａ 第１の電極３ａの電極表面、より小さい電極表面
ＥＬＳ３ｂ 第２の電極３ｂの電極表面、より大きい電極表面
Ｇ 気体
Ｈ 閉じ込め磁界
Ｈａ、Ｈｂ 磁界
Ｉ ＤＣ電流
Ｉａ、Ｉｂ ＤＣ供給源
Ｍ 材料
ＰＬ 容量結合ＨＦプラズマ
Ｒ 反応ガス
ＲＳ 反応空間
Ｓ 真空空間
Δφｍ ＤＣ自己バイアス電位
Δφｓ、ΔφＬ 電位差
ω 基板６９の回転

Claims (66)

  1. 気体種のイオンを生成する方法であって、
    ５０％超の気体種Ｇを含む気体を真空空間へと送り込むステップと、
    前記真空空間において前記気体の雰囲気を確立するステップと、
    前記雰囲気において容量結合ＨＦプラズマを確立するステップと、
    前記真空空間からのプラズマ出口開口構成を提供するステップと
    を含む方法。
  2. 前記気体種は水素である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記気体種は酸素である、請求項１に記載の方法。
  4. 前記気体は、少なくとも８０％の前記気体種を含むか、もしくは少なくとも９５％の前記気体種を含むか、または前記気体種から成る、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第２の電極の少なくとも一部を形成する格子によって前記イオン出口開口構成を実現するステップを含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記電極のうちの一方を基準電位で動作させるステップを含む、請求項５または６に記載の方法。
  8. 前記電極のうちの前記一方を地電位で動作させるステップを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第２の電極を前記基準電位で動作させるステップを含む、請求項７または８に記載の方法。
  10. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、前記より小さい電極表面の少なくとも一部を形成する格子によって前記プラズマ出口開口構成を実現するステップと、前記より大きい電極表面と反対の前記格子の側における空間を遮蔽フレームによって閉じ込めるステップとを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記遮蔽は、金属表面を有し、前記金属表面を前記より小さい電極表面の一部として前記格子の電位で動作させることを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記プラズマ出口開口構成を通じて出力される前記気体種のイオンのエネルギーを予め設定するステップ、および、前記プラズマ出口開口構成を通じて出力される前記気体種のイオンのエネルギーをインサイチュで調整するステップの少なくとも一方を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 負のフィードバック制御によって前記エネルギーをインサイチュで調整するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、前記より小さい電極表面の少なくとも一部を形成する格子によって前記プラズマ出口開口構成を実現するステップであって、前記格子は５０％より大きい透過性を有する、ステップとを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、前記より小さい電極表面の少なくとも一部を形成する格子によって前記プラズマ出口開口構成を実現するステップとを含み、前記格子の開口の少なくとも一部は、前記より大きい電極表面と反対の前記格子の側へとプラズマの一部に前記格子を通過させるような寸法とされる、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップを含み、前記プラズマ出口開口構成を通じて出力される前記気体種のイオンのエネルギーを予め設定するステップ、および、前記プラズマ出口開口構成を通じて出力される前記気体種のイオンのエネルギーをインサイチュで調整するステップの少なくとも一方を含み、前記予め設定するステップおよび／または前記インサイチュで調整するステップは、前記２つの電極の一方に加えられる電位に対する前記ＨＦプラズマのＤＣ自己バイアス電位を予め設定することおよび／またはインサイチュで調整することで実施される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 負のフィードバック制御によって前記エネルギーをインサイチュで調整するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記２つの電極の間のＤＣ電位差を前記ＤＣ自己バイアス電位の指示として利用するステップを含む、請求項１６または１７に記載の方法。
  19. 前記プラズマにおける磁界を予め設定することおよび／またはインサイチュで調整することによって、前記ＤＣ自己バイアス電位を予め設定するステップおよび／またはインサイチュで調整するステップを含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、ＤＣ電流の供給されるコイル構成を用いて、前記より大きい電極表面の一部に沿って前記磁界を発生させるステップとを含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 少なくとも２つのコイルの重ねられた磁界を用いて前記磁界を発生させるステップを含む、請求項１９または２０に記載の方法。
  22. 前記少なくとも２つのコイルの前記磁界は、相互に独立して予め設定可能および／または調整可能である、請求項１８に記載の方法。
  23. 前記重ねられた磁界の少なくとも一方の絶対値および方向、ならびに前記少なくとも２つの重ねられた磁界の相互方向のうちの少なくとも１つを変えることで、前記プラズマ出口開口構成を通じて出力される前記気体種のイオンの前記エネルギーを予め設定するステップおよび／またはインサイチュで調整するステップを含む、請求項２１または２２に記載の方法。
  24. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、前記より小さい電極表面を基準電位で電気的に動作させるステップと、マッチボックスを介して前記より大きい電極表面に電気的に供給し、それによってＨＦ発生器を前記より大きい電極表面に容量結合するステップと、前記マッチボックスのＤＣ出力バイアスを前記ＤＣ自己バイアス電位の指示として感知するステップとを含む、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記プラズマ出口開口構成を通じて出力されるイオンのエネルギーを負のフィードバック制御するステップを含む、請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. ２つの電極の間に排他的に前記容量結合プラズマを発生させるステップであって、第１の電極がより大きい電極表面を有し、第２の電極がより小さい電極表面を有する、ステップと、
    前記より小さい電極表面を基準電位または地電位で動作させるステップと、
    マッチボックスを介して前記より大きい電極表面に供給し、ＨＦ発生器を前記より大きい電極表面に容量結合するステップと、
    ＤＣ電流の供給されるコイル構成を用いて、前記より大きい電極表面の一部に沿って磁界を発生させるステップと、
    前記マッチボックスのＤＣ出力バイアスを感知するステップと、
    感知された前記ＤＣ出力バイアスを所望の値と比較するステップと、
    前記磁界を前記比較の結果の関数として調整するステップと
    を含む、請求項２５に記載の方法。
  27. 基板を真空処理被覆する方法、または、真空処理被覆された基板を製造する方法であって、請求項１から２６のうちの少なくとも一項の方法を実施するステップと、前記基板の表面を前記プラズマ出口開口構成に曝すことを含むプロセスによって前記基板を第１の処理するステップと、前記第１の処理するステップの最中、前、および／または後に、真空被覆プロセスによって前記基板の前記表面を第２の処理するステップとを含む方法。
  28. 前記第１の処理は、前記基板の前記表面を前記プラズマ出口開口構成に前記曝すことから排他的に成る、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記基板を、前記第１の処理から前記第２の処理へと、または、前記第２の処理から前記第１の処理へと局所的に移動させるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記基板を、直接的に前記第１の処理から前記第２の処理へと、または、直接的に前記第２の処理から前記第１の処理へと局所的に移動させるステップを含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記第１の処理および前記第２の処理を共通の真空で実施するステップを含む、請求項２７から３０のいずれか一項に記載の方法。
  32. 前記第２の処理は、前記基板の前記表面をスパッタリング被覆することを含む、または、前記基板の前記表面をスパッタリング被覆することから成る、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の方法。
  33. 前記気体種は水素であり、前記第２の処理は、前記基板を水素化シリコンの層で被覆することを含む、または、前記基板を水素化シリコンの層で被覆することから成る、請求項２７から３２のいずれか一項に記載の方法。
  34. 前記気体種は水素であり、前記方法は、前記少なくとも１つの基板を、直接的に前記第２の処理から前記第１の処理へと搬送するステップ、または、直接的に前記第１の処理から前記第２の処理へと搬送するステップを含み、前記第２の処理は、前記第１の処理から離れてのシリコンスパッタリング堆積である、請求項２７から３３のいずれか一項に記載の方法。
  35. 前記基板のうちの少なくとも２つの続いての処理の間に継続して、前記気体種のイオンの前記発生と、前記第２の処理を実施する発生源の動作とを維持するステップを含む、請求項２７から３５のいずれか一項に記載の方法。
  36. 真空輸送室において、前記少なくとも１つの基板を、前記第２の処理から前記第１の処理へと搬送するステップ、または、前記第１の処理から前記第２の処理へと搬送するステップと、前記少なくとも１つの基板を、前記輸送室に位置する前記第１の処理および前記第２の処理へと曝すステップとを含む、請求項２７から３５のいずれか一項に記載の方法。
  37. 前記気体種は水素であり、前記第２の処理は、シリコンスパッタリング堆積であり、前記方法は、前記シリコンスパッタリング堆積と、すぐ続いての前記第１の処理による水素イオン衝突との１サイクルによって層厚さＤを堆積させるステップであって、０．１ｎｍ≦Ｄ≦３ｎｍが有効である、ステップを含む、請求項２７から３６のいずれか一項に記載の方法。
  38. 前記第２の処理は、シリコンスパッタリング堆積であり、前記方法は、５０％超、８０％超、もしくは９５％超の希ガスを含む、または希ガスから成る気体雰囲気において前記シリコンスパッタリング堆積を動作させるステップを含む、請求項２７から３７のいずれか一項に記載の方法。
  39. 前記基板を円形経路において搬送し、前記第１の処理および前記第２の処理を通過させるステップを含む、請求項２７から３８のいずれか一項に記載の方法。
  40. 前記基板をそれぞれの基板中心軸の周りで回転させるステップを含む、請求項３９に記載の方法。
  41. 複合材料ＭＲの層における応力を制御する方法、または、層を伴う基板を製作する方法であって、少なくともＭがスパッタリング堆積され、化学元素Ｒが、スパッタリング堆積された材料を、気体種としての前記元素のイオンの衝突に曝すことで、少なくとも実質的な量まで添加され、請求項１から２６のいずれか一項による方法を用いて前記イオンを発生させるステップを含む方法。
  42. 複合材料ＭＲの層の表面粗さを制御する方法、または、層を伴う基板を製作する方法であって、Ｍがスパッタリング堆積され、化学元素Ｒが、スパッタリング堆積された材料を、気体種としての前記元素のイオンの衝突に曝すことで、少なくとも実質的な量まで添加される、請求項１から２６のいずれか一項による方法を用いて前記イオンを発生させるステップを含む方法。
  43. 基板をエッチングする方法、または、エッチングされる基板を製造する方法であって、請求項１から２６のいずれか一項による方法によりエッチングイオンを生成し、それによって気体種としての希ガスを選択するステップと、基板を前記イオン出口開口構成に曝すステップとを含む方法。
  44. それによって、請求項１６から２６による方法を用いて前記気体種のイオンのエネルギーを制御する、請求項４１から４３のいずれか一項に記載の方法。
  45. 請求項１から２６のいずれか一項の方法を実施するように適合される水素プラズマ発生源。
  46. 請求項２７から４４のいずれか一項の方法を実施するように適合される、請求項４５に記載のプラズマ発生源を伴う装置。
  47. より大きい電極表面を有する第１の容量結合プラズマ発生電極と、真空受部においてより小さい電極表面を有する第２の容量結合プラズマ発生電極と、プラズマ出口開口構成と、気体種の支配的な気体を含む気体タンク構成から送り込まれる気体とを排他的に備えるプラズマ発生源。
  48. 前記プラズマ出口開口構成は前記第２の電極を通じている、請求項４７に記載のプラズマ発生源。
  49. 前記第２の電極は少なくとも１つの格子を備える、請求項４８に記載のプラズマ発生源。
  50. 前記格子は５０％超の透過性を有する、請求項４９に記載のプラズマ発生源。
  51. 前記第２の電極は基準電位に電気的に設定される、請求項４７から５０のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  52. 前記基準電位は地電位である、請求項５１に記載のプラズマ発生源。
  53. 前記２つの電極の一方を基準電位に設定することを含み、他方の前記電極にＤＣバイアス電位のための感知構成を備える、請求項４７から５２のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  54. 前記第２の電極を前記基準電位に設定することを含む、請求項５３に記載のプラズマ発生源。
  55. 前記より大きい電極表面および前記より小さい電極表面の少なくとも一方が可変である、請求項４７から５４のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  56. 前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間に磁界を発生させるコイル構成を備える、請求項４７から５５のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  57. 前記第１の電極はカップ形とされ、その内面が前記第２の電極を向く、請求項４７から５６のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  58. 前記第２の電極を向く支配的な方向成分、または、前記第２の電極からの支配的な方向成分を伴う磁界を発生させるカップ形とされた前記第１の電極の外面に沿ってコイル構成を備える、請求項５７に記載のプラズマ発生源。
  59. 前記コイル構成は、それぞれの電流源によって独立して供給される少なくとも２つのコイルを備える、請求項５８に記載のプラズマ発生源。
  60. 基準電位に設定される前記第２の電極と、
    前記第１の電極の前記ＤＣバイアス電位を指示する信号のための第１の出力部を伴う感知構成と、
    第２の出力部を伴うプリセットユニットと、
    前記第１の出力部と動作可能に接続される第１の入力部、前記第２の出力部と動作可能に接続される第２の入力部、および、前記第１の電極と前記第２の電極との間のプラズマのプラズマ電位に動作可能に作用する第３の出力部を伴う比較ユニットと
    を備える、請求項４７から５９のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  61. 前記第３の出力部は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間に磁界を発生させるコイル構成の電気供給部に動作可能に接続される、請求項６０に記載のプラズマ発生源。
  62. 前記第１の電極にＨＦ信号を含む供給信号を供給し、前記ＤＣバイアス電位を指示する前記供給信号のＤＣ成分を出力する出力構成を伴うマッチボックスを備える、請求項５３から６１のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  63. 前記気体種は水素である、請求項４７から６２のいずれか一項に記載のプラズマ発生源。
  64. 請求項４７から６３のうちの少なくとも一項に記載のプラズマ発生源と、さらなる真空処理室とを備える、基板を真空処理するための装置。
  65. 前記処理室は、前記さらなる真空処理室から離れており、前記プラズマ発生源から前記さらなる真空処理室へと、または、前記さらなる真空処理室から前記プラズマ発生源へと少なくとも１つの基板を搬送する基板コンベヤを備える、請求項６４に記載の装置。
  66. 前記プラズマ発生源の前記気体種は水素であり、前記さらなる真空処理はシリコンのスパッタリング堆積である、請求項６５に記載の装置。
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