JP6718972B2 - 表面波プラズマ装置 - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置の製造技術の分野に関し、特に表面波プラズマ装置に関する。
近年、電子技術の急速な発展に伴い、集積回路(IC)に対する人々の要求が高度集積化およびより大領域となる傾向にあり、集積回路を製造する企業は半導体ウェハの処理能力を継続的に改善する必要がある。プラズマデバイスは、集積回路またはMEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステム)デバイスの製造プロセスにおいては代わりがない。したがって、高性能プラズマ発生装置の研究開発は、半導体製造プロセスの開発にとって重要である。このプラズマデバイスを半導体製造プロセスに使用する場合、考慮対象となる主な要素は、一定の圧力範囲内で均一なプラズマを大領域で効率よく発生させることができるかどうかである。プロセスの詳細について、プロセスガス、ガス圧、プラズマ均一性、およびプラズマ内の粒子組成、つまりプラズマの制御性に焦点を置くことが多い。このため、プラズマ源に関する現在の研究の主流は、大領域で高密度で均一なプラズマを低圧で励起することが可能なプラズマ源である。
先行技術の問題の少なくとも1つに対処するために、本開示は、表面波プラズマ装置を提供する。
任意で、矩形導波管の中間部分が、共振空洞と閉じた連通状態にある。
任意で、複数の誘電体窓の配置は、複数の誘電体部材設置穴が共振空洞の底壁に形成され、複数の誘電体部材設置穴の各々はその中に誘電体部材設置穴と一致する形状を有する誘電体部材を設けられるように、なされる。
任意で、誘電体部材の最小径は40mm〜120mmの範囲にある。
任意で、第2のプローブの量および位置は、誘電体窓の量および位置に対応し、対応する誘電体部材上における第2のプローブの正射影は、誘電体部材と同軸である。
本開示は、以下のような有益な効果を達成することができる。
本開示の技術的解決策は、本開示における添付の図面を参照して以下に明確かつ充分に記載される。明らかに、以下に記載の実施形態は本開示の実施形態の一部であって、すべてではない。本開示の実施形態に基づいて、創造的な努力なしに当業者によって得られる他のすべての実施形態は、本開示の保護範囲に入るべきである。
図2は、本開示の第1の実施形態に係る表面波プラズマ装置の概略構造図である。図2に示すように、表面波プラズマ装置は、マイクロ波発生装置と、マイクロ波伝搬整合構造と、接続空洞10と、共振空洞22と、真空チャンバ19とを、順次接続して含む。
矩形導波管8は水平に配置され、その始端はインピーダンス調整ユニット7に接続され、その終端は自由端であり、その中間部分の下面は接続空洞10と連通するためのマイクロ波出口を備える。
矩形導波管8の始端から終端方向にマイクロ波エネルギーが伝搬される間、マイクロ波エネルギーの一部は、矩形導波管8の中間部分の左側からスクリュープローブ23と遭遇してその伝搬方向を変え、すなわち、マイクロ波エネルギーの一部は矩形導波管8の軸方向に伝搬し続けず、スクリュープローブ23の軸方向において下方に伝搬し、接続空洞10を介して共振空洞22の左半分に直接入る。マイクロ波エネルギーの他方の部分はスクリュープローブ23には遭遇せず、スクリュープローブ23の右側に直接達し、矩形導波管8の終端に向かって伝搬し続け、短絡ピストン9に到達すると、短絡ピストン9によって反射し返される。反射されたマイクロ波エネルギーの一部は、スクリュープローブ23を通過し、インピーダンス調整ユニット7、方向性結合器6およびサーキュレータ4を介して負荷5に伝搬し吸収され、反射されたマイクロ波エネルギーの他方の部分はスクリュープローブ23に右側から遭遇し、その伝搬方向を変え、つまり、マイクロ波エネルギーのこの部分はもはや矩形導波管8の軸方向に沿って伝搬し続けるのではなく、スクリュープローブ23の軸方向において下方に伝搬し、接続チャンバ10を介して直接共振空洞22の右半分に入る。
共振空洞22は、真空チャンバ19の側壁の頂部に配置され、真空チャンバ19は、共振空洞22の底壁によって遮断されて、真空チャンバ19内に閉じた処理環境を形成する。共振空洞22の底壁は、プラズマを生成し、表面波のための境界条件を形成するために、マイクロ波エネルギーを真空チャンバ19に結合するための複数の誘電体窓を備えている。すなわち、真空チャンバ19は、共振空洞22の下方に配置され、マイクロ波は共振空洞22内で定在波に形成され、誘電体窓を介して定在波の電界が真空チャンバ19に結合され、プラズマが真空チャンバ19内で励起され、プラズマの密度が、表面波プラズマが形成される臨界密度よりも大きい場合、誘電体窓の下面に表面波が形成される。
第1の構成に関し、図8Aから図8Eを参照して、アンテナプレート44が位置する平面上における複数の第2のプローブ27の投影は、アンテナプレート44が位置する平面の中心に中心が位置し、半径が異なる2つの同心円(内側円および外側円)上に分布される。図8Aに示すように、内側円上には6個の第2のプローブ27Nが分布されており、それぞれ43N1〜43N6であり、外側円上には12個の第2のプローブ27Wが分布し、それぞれ43W1〜43W12である。
Claims (21)
- 表面波プラズマ装置であって、マイクロ波発生装置と、マイクロ波伝搬整合構造と、真空チャンバとを備え、前記マイクロ波発生装置と、前記マイクロ波伝搬整合構造と、前記真空チャンバとは順次接続され、前記マイクロ波伝搬整合構造は、前記マイクロ波発生装置によって発生されたマイクロ波を伝搬するための矩形導波管を含み、前記表面波プラズマ装置はさらに、前記矩形導波管と前記真空チャンバとの間において、前記矩形導波管と閉じた連通状態にあり、前記真空チャンバと封止接続状態で配置される共振空洞を備え、前記共振空洞の底壁は複数の誘電体窓を設けられ、前記真空チャンバの底面が位置する平面上の前記複数の誘電体窓の正射影は、前記平面上の前記真空チャンバの内壁の正射影によって規定される範囲内に入って、マイクロ波エネルギーを前記真空チャンバにそれぞれ結合し、
前記矩形導波管の中間部分が、前記共振空洞と閉じた連通状態にあり、
前記表面波プラズマ装置は、前記矩形導波管の中間部分に配置され、一端が前記共振空洞内に延び、前記矩形導波管におけるマイクロ波を前記共振空洞内に導入するよう構成される第1のプローブをさらに備え、
前記表面波プラズマ装置は、前記共振空洞の軸方向に沿って延在し、上端が前記共振空洞の頂壁に固定されるかまたは前記共振空洞の頂壁を貫通して前記共振空洞の上に延在し、下端を前記共振空洞内に有する第2のプローブをさらに備える、表面波プラズマ装置。 - 前記複数の誘電体窓は、前記真空チャンバの周方向に沿って均等に分布している、請求項1に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記複数の誘電体窓の分布は、複数の誘電体部材設置穴が前記共振空洞の底壁に設けられ、前記複数の誘電体部材設置穴の各々はその中に前記誘電体部材設置穴と一致する形状を有する誘電体部材を設けられるように、なされる、請求項1または請求項2に記載の表面波プラズマ装置。
- 各誘電体部材の形状は、柱、錐台、複数の柱の組み合わせ、複数の錐台の組み合わせ、柱と錐台との組み合わせ、の1つである、請求項3に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記誘電体部材の形状が複数の柱の組み合わせである場合、前記複数の柱を互いと同軸にして1つずつ積み、下段柱の直径は、上段柱の直径より大きくなく、
前記誘電体部材の形状が複数の錘台の組み合わせである場合、前記複数の錘台を互いと同軸にして1つずつ積み、下段錘台の頂面の直径は、上段錘台の底面の直径より大きくなく、または、
前記誘電体部材の形状が柱と錐台との組み合わせである場合、前記柱と前記錐台とを互いと同軸にして1つずつ積み、下段柱/錘台の頂面の直径は、上段柱/錘台の底面の直径より大きくない、請求項4に記載の表面波プラズマ装置。 - 前記複数の誘電体窓の配置は、以下の態様でなされ、
複数の誘電体部材設置穴が前記共振空洞の底壁に設けられ、誘電体部材が前記共振空洞の底壁と前記真空チャンバとの間に設けられ、前記誘電体部材は板状の構造であり、前記複数の誘電体部材設置穴を覆うように構成されるか、または、
複数の誘電体部材設置穴が前記共振空洞の底壁に設けられ、誘電体部材が前記共振空洞の底壁と前記真空チャンバとの間に設けられ、前記誘電体部材は、取付板と、前記取付板に埋め込まれる複数の誘電体ブロックとを含み、前記複数の誘電体ブロックの各々は前記取付板を前記取付板の厚み方向に貫通し、前記複数の誘電体ブロックの量は前記複数の誘電体部材設置穴の量に対応し、前記複数の誘電体ブロックの位置は、前記複数の誘電体部材設置穴の位置と1対1対応である、請求項1または請求項2に記載の表面波プラズマ装置。 - 前記誘電体部材の厚さは、5mm〜80mmの範囲にある、請求項3に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記誘電体部材の最小径は40mm〜120mmの範囲にある、請求項3に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記第1のプローブの他端は、前記共振空洞から離れる方向において前記矩形導波管の外側に延在する、請求項1に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記第1のプローブは、ねじ接続、スナップ接続またはピン接続によって固定される、請求項1に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記矩形導波管のマイクロ波出口と前記共振空洞のマイクロ波入口との間において、前記矩形導波管のマイクロ波出口と前記共振空洞のマイクロ波入口とに封止接続状態で設けられる接続空洞をさらに備え、前記第1のプローブの一端は前記接続空洞を貫通して前記共振空洞内に延在している、請求項1または請求項9〜請求項10のいずれか1項に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記矩形導波管の後部に設けられ、前記矩形導波管に対して前記矩形導波管の軸に沿って移動して前記矩形導波管の実効通路の長さを調整することができる短絡ピストンをさらに備える、請求項1に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記第2のプローブは、前記共振空洞の底壁に対して前記共振空洞の軸方向に沿って上下に移動するように構成される、請求項1に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記第2のプローブの位置は、前記誘電体窓の位置に対応する、請求項13に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記第2のプローブの量および位置は、前記誘電体窓の量および位置に対応し、対応する誘電体部材上における前記第2のプローブの正射影は、前記誘電体部材と同軸である、請求項14に記載の表面波プラズマ装置。
- 対応する誘電体部材上における前記第2のプローブの正射影の縁部と前記誘電体部材の縁部との間の距離は2cm未満ではない、請求項14に記載の表面波プラズマ装置。
- 複数の第2のプローブが設けられる場合、前記真空チャンバの底面上の前記複数の第2のプローブの投影は、前記真空チャンバの底面の中心に中心が位置し、半径が異なる複数の同心円上に分布される、または、
複数の第2のプローブが設けられる場合、前記真空チャンバの底面上の前記複数の第2のプローブの投影は、前記真空チャンバの底面の中心に中心が位置する1つの円上に分布される、請求項1または請求項13から請求項16のいずれか1項に記載の表面波プラズマ装置。 - 前記共振空洞は、さらに、昇降機構を含み、前記昇降機構の数は前記円の数に対応し、各昇降機構は1つの対応する円上の前記第2のプローブのすべてを駆動して同時に上昇または下降させるよう構成されるか、または、
前記昇降機構の数は前記円の数に対応し、各昇降機構は1つの第2のプローブに対応し、前記第2のプローブを駆動して上下させるように構成される、請求項17に記載の表面波プラズマ装置。 - 雄ねじが少なくとも各第2のプローブの上部領域に設けられ、前記第2のプローブが配置される前記共振空洞の頂壁上の位置に、前記雄ねじと協働するねじ切りされた穴を設け、前記ねじ切りされた穴は貫通穴またはブラインド穴であり、前記第2のプローブは前記ねじ切りされた穴に1対1対応で取り付けられ、前記第2のプローブは、前記第2のプローブを時計回りまたは反時計回りで回転させることにより、前記共振空洞の底壁に対して上下に移動させられる、請求項17に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記第2のプローブの下端と前記共振空洞の底壁との間の垂直方向間隔は10mm未満ではない、請求項18または請求項19に記載の表面波プラズマ装置。
- 前記共振空洞の高さは、10mmから200mmの範囲にある、請求項1に記載の表面波プラズマ装置。
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