JP6847267B2

JP6847267B2 - プラズマ源

Info

Publication number: JP6847267B2
Application number: JP2019563692A
Authority: JP
Inventors: ソルテー，パスカル
Original assignee: ポリゴンフィジックス
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: EP3578014A1; CN110383957A; DK3578014T3; WO2018142036A1; FR3062770A1; US20190394866A1; CN110383957B; FR3062770B1; EP3578014B1; JP2020506526A; US10798810B2; KR20190109749A; PL3578014T3; KR102526862B1

Description

本発明はガスプラズマ源に関し、より具体的には、高周波電磁放射線と低圧ガスとの相互作用によってプラズマを得るプラズマ源に関する。

電磁放射線を低圧ガスに当てることによって、ガスがイオン化して、高周波電磁場の強度が十分である領域にプラズマを生成し得ることが知られている。

本明細書に添付されている図１は、プラズマ源について記載している特開平09−245658号公報として発行された日本の特許出願の図１のコピーである。図面のある要素のみを以下に記載する。より完全な説明のために、以下、日本の特許出願について言及する。この図面に示されているプラズマ源は、４分の１波長アンテナ6 が配置されているプラズマチャンバ1 を備えている。４分の１波長アンテナ6 は、４分の１波長アンテナ6 の基部でプラズマチャンバ1 の筐体から隔離体2 によって隔離されている。４分の１波長アンテナ6 の自由端部が、穿孔された電極8 に対向して配置されている。入口4 によって、ガスをプラズマチャンバ1 の低圧筐体に導入することが可能である。４分の１波長アンテナ6 は高周波電磁場によって励起され、プラズマ5 が、多数の点によって示されているように、プラズマチャンバ1 内の電磁場が最大である位置で生成される。永久磁石3 が、プラズマを閉じ込めるためにプラズマチャンバ1 の筐体の周りに配置されている。プラズマの電荷が開口部又は抽出格子14を通って抽出され得る。

日本の特許出願の特開平09−245658号公報の段落［0020］には、４分の１波長アンテナ6 の寿命が２〜３時間であると記載されており、これは、４分の１波長アンテナ6 及び筐体1 の壁が噴霧を受けるためである。従って、４分の１波長アンテナ6 を定期的に交換してプラズマチャンバ1 を清浄化することが必要であると明示されている。従って、プラズマ源をプラズマ源が使用されている真空筐体から定期的に取り出すことが必要であり、このようなプラズマ源の取り出しは比較的長い保守及び真空復元動作の原因になる。

日本の特許出願の特開平09−245658号公報に記載されている寿命より長い寿命を有するプラズマ源を提供することが望ましい。

従って、実施形態は、４分の１波長アンテナの端部に対向する開口部を有する円筒状の筐体内に配置されている４分の１波長アンテナを備えており、前記４分の１波長アンテナの直径は、前記筐体の内径の３分の１から４分の１の範囲内であり、前記４分の１波長アンテナの端部と前記開口部との間の距離は、前記４分の１波長アンテナの直径の2/3 から5/3 の範囲内であることを特徴とするプラズマ源を提供する。

実施形態によれば、前記筐体の内径は10mm程度である。

実施形態によれば、前記筐体の内径は10mmであり、前記４分の１波長アンテナの直径は2.5 〜3.3 mmの範囲内であり、前記４分の１波長アンテナの端部と前記開口部との間の距離は1.5 〜5.5 mmの範囲内である。

実施形態によれば、前記開口部は、１μｍから前記筐体の内径の範囲内の直径を有する円形の開口部である。

実施形態によれば、前記開口部は抽出格子である。

実施形態によれば、前記４分の１波長アンテナの励起周波数は2.45 GHzである。

実施形態は、並んで配置されている前述したようなプラズマ源の集合体を備えていることを特徴とする拡張プラズマ源を提供する。

前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない特定の実施形態について以下に詳細に説明する。

特許出願の特開平09−245658号公報の図１のコピーであり、プラズマ源を示す断面図である。直径が異なるアンテナが設けられているプラズマチャンバを示す図である。直径が異なるアンテナが設けられているプラズマチャンバを示す図である。直径が異なるアンテナが設けられているプラズマチャンバを示す図である。アンテナの直径ｄに応じた、ある領域におけるアンテナによって放射される平均エネルギーＥを示す図である。アンテナの直径ｄに応じた、ある領域におけるアンテナによって放射される平均エネルギーＥを示す図である。プラズマ源の実施形態を示す断面略図である。

同一の要素は異なる図面において同一の参照番号で示されている。明瞭化のために、記載された実施形態の理解に有用な工程及び要素のみが示され詳述されている。特に、プラズマチャンバを囲むプラズマ源の要素、特にガス入口、永久磁石、高周波信号接続部及び抽出電極は示されていない。

「約」、「実質的に」及び「程度」という用語は、該当する値のプラスマイナス10％、好ましくはプラスマイナス５％の許容値を示すために本明細書に使用されている。

図2A〜2Cは、直径が異なる４分の１波長アンテナ102 が配置されている全て同一の円筒状のプラズマチャンバ100 を示す断面図である。４分の１波長アンテナは、４分の１波長アンテナの励起信号の波長の４分の１と略等しい長さを有するアンテナを意味する。図2A、図2B及び図2Cの４分の１波長アンテナの直径は夫々１mm、３mm及び６mmである。各プラズマチャンバ100 は開口部又は抽出格子104 を有しており、開口部又は抽出格子104 を通してプラズマのイオンを抽出してもよい。

各筐体100 内で、表面105 がプラズマ生成領域を画定している。このようなプラズマ生成領域は、プラズマの生成を可能にすべく電磁場の値が十分に高い、アンテナを囲む領域に相当する。この値は、例えば10⁴V/m 程度であってもよい。

本発明者は、各プラズマ生成領域内の第１の領域106 を検討する。第１の領域106 は開口部又は抽出格子104 の側に設けられている。ここで有用な領域と称される第１の領域106 は、有用なプラズマと称されるプラズマ、すなわち、イオン源を形成するためにイオンを抽出することができるプラズマを含んでいる。

本発明者は、各プラズマ生成領域内の第２の領域108 を更に検討する。第２の領域108 は、アンテナ102 の周りにアンテナ102 の長さの少なくとも一部に沿って配置されている。ここで無用な領域と称される第２の領域108 は、無用なプラズマと称されるプラズマを含んでいる。無用なプラズマはプラズマ源から抽出されることができず、ひいては有用な役割を担わないが、特許出願の特開平09−245658号公報に記載されているアンテナ102 の劣化の原因のようである。

従って、本発明者は、無用なプラズマの量を減少させながら、有用なプラズマの量を最大にしようと試みた。これを達成するために、本発明者は、このような有用なプラズマ領域及び無用なプラズマ領域におけるプラズマチャンバ100 内のアンテナ102 の直径の影響を調査した。

図2A〜図2C及び以下の図面には、内径が10mmのプラズマチャンバ100 を例として検討する。

図2Aでは、アンテナ102 の直径は１mmである。このような大きさは、上記の日本の特許出願に図示されているアンテナ及びプラズマチャンバの大きさに相当する。

図2Bでは、アンテナ102 の直径は３mmである。無用な領域108 の体積は、図2Aの場合より小さいため、劣化が減少する。しかしながら、有用な領域106 は同様の体積を維持する。

図2Cでは、アンテナ102 の直径は６mmである。無用な領域108 の体積は更に減少する。しかしながら、有用な領域106 の体積も減少する。

図3A及び図3Bは、2.45 GHzの周波数で５Ｗの強度を有する同一の放射電力に関して、アンテナ102 の直径ｄに応じた、有用な領域106 及び無用な領域108 に蓄えられたエネルギーＥを夫々示す図である。

図3Aでは、１〜３mmの範囲内のアンテナ102 の直径ｄに関して有用な領域106 に蓄えられたエネルギーＥは略一定であり、6.10^-11Ｊに近いことが観察され得る。３〜６mmの範囲内の直径ｄに関して、有用な領域106 に蓄えられたエネルギーＥが著しく減少し、６mmのアンテナ102 の直径ｄでは3.10^-11 Ｊに近い実質的に半分の値に達することが更に観察され得る。

図3Bでは、アンテナ102 の直径が１mmから６mmに増加するとき、無用な領域108 に蓄えられたエネルギーＥが2.10^-9Ｊから6,4.10^-10 Ｊに実質的に３分の１減少することが観察され得る。

図3Bに示されているように、アンテナの直径が増加すると、無用な領域108 の体積が減少し、すなわちアンテナ102 を劣化させる虞がある無用なプラズマの量が減少する。更に、図3Aに示されているように、有用な領域106 は、約１〜３mmの範囲内のアンテナ102 の直径では実質的に一定量の有用なプラズマを含んでいる。

従って、アンテナ102 の有利な直径は、無用な領域108 の体積を可能な限り減らしながら、有用な領域106 の可能な限り大きな体積を維持し得る直径である。

従って、本発明者は、プラズマチャンバ100 の10mmの内径ではアンテナの有利な直径が約３mm、例えば2.5 〜3.3 mmの範囲内であると決定した。この直径は、プラズマチャンバの内径の４分の１から３分の１の範囲内のプラズマ源の直径に相当する。

図４は、プラズマチャンバ200 の実施形態を示す断面略図である。プラズマチャンバ200 は円筒状の筐体202 を有している。４分の１波長アンテナ204 が筐体202 内に配置されている。４分の１波長アンテナ204 の基部が隔離体206 によって筐体202 から隔離されている。筐体202 は、４分の１波長アンテナ204 の端部に対向する開口部208 を有している。開口部208 は、この例では円形の開口部である。開口部208 は抽出格子であってもよい。筐体の内径d₁はこの例では10mmである。既に決定されているように、４分の１波長アンテナ204 の直径ｄの最適値は、筐体の内径d₁の４分の１から３分の１の範囲内であり、すなわち約2.5 〜3.3 mmの範囲内である。４分の１波長アンテナ204 の端部と開口部208 との間の距離ｌは、例えば４分の１波長アンテナ204 の直径の2/3 から5/3 の範囲内の値、すなわち、ここでは1.5 〜5.5 mmの範囲内の値を有する。同様に、図４の例における開口部208 の直径d₂は、４分の１波長アンテナ204 の直径ｄと略等しい直径、例えば４分の１波長アンテナ204 の直径ｄの4/5 から6/5 の範囲内の直径を有している。

特定の実施形態が述べられている。様々な変更、調整及び改良が当業者に容易に想起される。特に、プラズマチャンバの内径d₁は、ここでは10mmの値を有すると記載されている。この直径は異なるように選択されてもよい。

更に、開口部208 の直径は１μｍと筐体の内径d₁との間で異なってもよい。

このようなプラズマ源は拡張プラズマ源を形成すべく関連付けられてもよい。

本特許出願は、参照によって本明細書に組み込まれる仏国特許出願第17／50978 号明細書の優先権を主張している。

Claims

４分の１波長アンテナ(204) の端部に対向する開口部(208) を有する円筒状の筐体(202) 内に配置されている４分の１波長アンテナ(204) を備えており、
前記４分の１波長アンテナ(204) の直径(d) は、前記筐体(202) の内径(d₁)の３分の１から４分の１の範囲内であり、
前記４分の１波長アンテナ(204) の端部と前記開口部(208) との間の距離(l) は、前記４分の１波長アンテナ(204) の直径(d) の2/3 から5/3 の範囲内であることを特徴とするプラズマ源。
前記筐体(202) の内径(d₁)は10mm程度であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ源。
前記筐体(202) の内径(d₁)は10mmであり、前記４分の１波長アンテナ(204) の直径(d) は2.5 〜3.3 mmの範囲内であり、前記４分の１波長アンテナ(204) の端部と前記開口部(208) との間の距離(l) は1.5 〜5.5 mmの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ源。
前記開口部(208) は、１μｍから前記筐体(202) の内径(d₁)の範囲内の直径を有する円形の開口部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ源。
前記開口部(208) は抽出格子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ源。
前記４分の１波長アンテナの励起周波数は2.45 GHzであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ源。
並んで配置されている請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ源の集合体を備えていることを特徴とする拡張プラズマ源。