JP4607073B2 - マイクロ波共鳴プラズマ発生装置、該装置を備えるプラズマ処理システム - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
Description
D<1.841×c/πf
ここで、cは光の速度、fはマイクロ波の周波数。
D<1.841×c/πf
ここで、cは光の速度、fはマイクロ波の周波数である。
図6は、本発明の第一実施形態に係るマイクロ波共鳴プラズマ発生装置を備えるプラズマ処理システム100を概略的に示す。
D<1.841×c/πf (1)
ここで、数値1.841は、円筒状のウェーブガイド内において伝播するマイクロ波の特性を示すベッセル(Bessel)関数(Jn)の一次微分(J’(n))におけるJ1’(X11)=0の解(X11)であり(この値は、文献「Classical Electrodynamics by Jackson D.Jackson,2nd edition,356p, John Wiley & Sons」に開示されている)、cは光の速度、fはマイクロ波の周波数である。
necr=m(ω2+γeff 2)/4πe2 (2)
ここで、mは電子質量、γeffは有効電子‐中性粒子衝突周波数(effective electron−neutral collision frequency)である。
本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理システム100は、工程効率を向上させるためにガスを工程チャンバー170の内部へ追加供給する第2ガス供給部190を更に含むことができる。
γeff/ω<1 (3)
ここで、ωはプラズマに入射するマイクロ波放射の角周波数である。
図16は、本発明の好適な第2実施形態に係るマイクロ波共鳴プラズマ発生装置を備えるプラズマ処理システム200を概略的に示す。
101、201 プラズマ発生装置
102 マイクロ波発生部
103 マグネトロン
105、205 プラズマ生成部
106、206 同軸ウェーブガイド
107、207 内部電極
108、208 誘電体管
110、210 外部電極
112、113 プラズマ層
120、190 ガス供給部
170 工程チャンバー
180 基板ホルダー
185 基板
240 共振部
241 共振キャビティ
271、275 円筒管
280 流体
Claims (29)
- マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波発生部にて発生されたマイクロ波エネルギーを用いて、電子及び光子を生成するプラズマ生成部と、を含み、
前記プラズマ生成部は、前記マイクロ波発生部と隣接して設置された内部電極、前記マイクロ波発生部に結合され、前記内部電極より短い長さを有し、前記内部電極の一部を同軸で取り囲む外部電極、及び前記内部電極と前記外部電極との間に配置され、前記内部電極と前記外部電極との間を絶縁する誘電体管を備える同軸ウェーブガイドを含み、
前記外部電極は、少なくとも前記マイクロ波発生部から離れている端部の先端が、前記誘電体管に接触され、
前記外部電極は、前記端部が一定の角度に傾き前記先端が鋭角のエッジを有する切頭円錐状、全体が前記誘電体管と密着された一の字円筒状、前記端部が垂直に折り曲げられ前記先端が前記誘電体管と接触された円筒状、及び全体が一定の角度にテーパーされ前記端部の先端が前記誘電体管と接触された切頭円錐状のうちいずれか一つに形成されたことを特徴とするマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。 - 前記マイクロ波発生部は、マグネトロンを含むことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 前記マグネトロンは、2.45GHzの周波数において1KW以下の電力で稼動されることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 前記マグネトロンは、熱交換物質を循環させることによって冷却されることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 前記マイクロ波発生部は、前記内部電極と隣接して配置され、マイクロ波を伝播するアンテナを含むことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 前記外部電極は、少なくとも前記マイクロ波発生部から離れている端部の先端が、次の式を満たすように決められた内径(D)を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
D<1.841×c/πf
ここで、cは光の速度、fはマイクロ波の周波数である。 - 前記マイクロ波発生部と前記プラズマ生成部の前記ウェーブガイドとの間に配置され、マイクロ波をインピーダンス整合する共振部を更に含むことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 前記共振部は、前記マイクロ波発生部に結合され、前記同軸ウェーブガイドの前記内部電極の一部を収容して密閉する共振キャビディを含むことを特徴とする請求項7に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 前記内部電極は、
一端部が閉鎖した第1円筒管と、
第1円筒管の内部に配置された第2円筒管と、
流体ソースから前記第2円筒管及び前記第1円筒管と前記第2円筒管との間の空間を循環する流体と、を含むことを特徴とする請求項8に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。 - 前記流体は、熱交換物質を含むことを特徴とする請求項9に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 前記共振キャビティに収容された前記内部電極の前記一部は、インピーダンス整合を通じてマイクロ波が伝達されるようにループ状に形成されたことを特徴とする請求項8に記載のマイクロ波共鳴プラズマ発生装置。
- 基板を固定する基板ホルダーを備える工程チャンバーと、
前記工程チャンバー内にガスを供給する第1ガス供給部と、
前記工程チャンバーの外側に固定され、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部、及び前記工程チャンバーに設置され、前記マイクロ波発生部にて発生されたマイクロ波エネルギーを用いて、電子及び光子を生成するプラズマ生成部を備える少なくとも一つのマイクロ波共鳴プラズマ発生装置と、を含み、
前記プラズマ生成部は、前記マイクロ波発生部と隣接して設置され、前記工程チャンバーの内部へ伸びている内部電極、前記マイクロ波発生部と結合され、前記内部電極より短い長さを有し、前記工程チャンバー内で前記内部電極の一部を同軸で取り囲む外部電極、及び前記内部電極と前記外部電極との間に配置され、前記内部電極と前記外部電極との間を絶縁する誘電体管を備える同軸ウェーブガイドを含み、
前記外部電極は、少なくとも前記工程チャンバーの内部へ伸びている端部の先端が、前記誘電体管に接触され、
前記外部電極は、前記端部が一定の角度に傾き前記先端が鋭角のエッジを有する切頭円錐状、全体が前記誘電体管と密着された一の字円筒状、前記端部が垂直に折り曲げられ前記先端が前記誘電体管と接触された円筒状、及び全体が一定の角度にテーパーされ前記端部の前記先端が前記誘電体管と接触された切頭円錐状のうちいずれか一つに形成されたことを特徴とするプラズマ処理システム。 - 前記工程チャンバーの内部圧力(p)は、0.001≦p≦2Torrの範囲を有することを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記マイクロ波発生部は、マグネトロンを含むことを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記マグネトロンは、2.45GHzの周波数において1KW以下の電力で稼動されることを特徴とする請求項14に記載のプラズマ処理システム。
- 前記マグネトロンは、熱交換物質を循環させることによって冷却されることを特徴とする請求項14に記載のプラズマ処理システム。
- 前記マイクロ波発生部は、前記内部電極と隣接して配置され、マイクロ波を伝播するアンテナを含むことを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記外部電極は、少なくとも前記工程チャンバーの内部へ伸びている端部の先端が、次の式を満たすように決められた内径(D)を有することを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
D<1.841×c/πf
ここで、cは光の速度、fはマイクロ波の周波数である。 - 前記マイクロ波共鳴プラズマ発生装置は、前記マイクロ波発生部と前記プラズマ生成部の前記同軸ウェーブガイドとの間に配置され、マイクロ波をインピーダンス整合する共振部を更に含むことを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記共振部は、前記工程チャンバーの外側で前記マイクロ波発生部に結合され、前記同軸ウェーブガイドの前記内部電極の一部を収容して密閉する共振キャビディを含むことを特徴とする請求項19に記載のプラズマ処理システム。
- 前記内部電極は、
前記工程チャンバーの内部へ伸びている端部が閉鎖した第1円筒管と、
前記第1円筒管の内部に配置された第2円筒管と、
流体ソースから前記第2円筒管及び前記第1円筒管と前記第2円筒管との間の空間を循環する流体と、を含むことを特徴とする請求項20に記載のプラズマ処理システム。 - 前記流体は、熱交換物質を含むことを特徴とする請求項21に記載のプラズマ処理システム。
- 前記共振キャビティに収容された前記内部電極の前記一部は、インピーダンス整合によってマイクロ波が伝達されるようにループ状に形成されたことを特徴とする請求項20に記載のプラズマ処理システム。
- 前記工程チャンバーに工程ガスを追加供給する第2ガス供給部を更に含むことを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記マイクロ波共鳴プラズマ発生装置は、縦に配置された一つ以上のプラズマ発生装置を含むことを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記マイクロ波共鳴プラズマ発生装置は、横に配置された一つ以上のプラズマ発生装置を含むことを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記プラズマ処理システムは、前記基板ホルダーにバイアス電圧が印加されるプラズマエッチャーであることを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記プラズマ処理システムは、前記基板ホルダーの下側に配置され、バイアス電圧が印加されるスパッタターゲットを更に含むプラズマスパッタリングシステムであることを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
- 前記プラズマ処理システムは、前記基板ホルダーにバイアス電圧が印加されないプラズマ化学気相蒸着(PECVD)システムであることを特徴とする請求項12に記載のプラズマ処理システム。
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