JPH1174097A - 効率が良くコンパクトなリモートマイクロ波プラズマ発生用の装置及び方法 - Google Patents
効率が良くコンパクトなリモートマイクロ波プラズマ発生用の装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率が良くコンパクトなリモートマイクロ波
プラズマ発生用の装置及び方法を提供する。 【解決手段】 ＣＶＤシステム用の装置および方法は、
基板処理領域からリモートにプラズマを効率良く生成す
るプラズマシステムを含んでいる。リモート生成された
プラズマは、チャンバから不要な堆積物を洗浄するため
に使用したり、基板処理中にエッチングプロセスまたは
堆積プロセスを行うために使用することができる。特定
の実施形態では、本発明は、取り外しが容易で、取り扱
いが便利で、堆積システムの蓋に設置することができる
比較的安価なマイクロ波プラズマソースを提供する。こ
のリモートマイクロ波プラズマソースは、プラズマアプ
リケータ管の容積と比較して比較的大きなプラズマ反応
容積を有する。プラズマ反応容積とマイクロ波電力結合
器との間にガス流入口を配置すると、マイクロ波エネル
ギからイオンプラズマ種への変換効率が高まる。
プラズマ発生用の装置及び方法を提供する。 【解決手段】 ＣＶＤシステム用の装置および方法は、
基板処理領域からリモートにプラズマを効率良く生成す
るプラズマシステムを含んでいる。リモート生成された
プラズマは、チャンバから不要な堆積物を洗浄するため
に使用したり、基板処理中にエッチングプロセスまたは
堆積プロセスを行うために使用することができる。特定
の実施形態では、本発明は、取り外しが容易で、取り扱
いが便利で、堆積システムの蓋に設置することができる
比較的安価なマイクロ波プラズマソースを提供する。こ
のリモートマイクロ波プラズマソースは、プラズマアプ
リケータ管の容積と比較して比較的大きなプラズマ反応
容積を有する。プラズマ反応容積とマイクロ波電力結合
器との間にガス流入口を配置すると、マイクロ波エネル
ギからイオンプラズマ種への変換効率が高まる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波エネル
ギを用いたプラズマの形成に関し、特に、堆積システム
と共に使用するための、効率が良くコンパクトで高出力
のプラズマソースに関する。このような堆積システム
は、たとえば半導体ウェーハを製造するときに使用され
る。
ギを用いたプラズマの形成に関し、特に、堆積システム
と共に使用するための、効率が良くコンパクトで高出力
のプラズマソースに関する。このような堆積システム
は、たとえば半導体ウェーハを製造するときに使用され
る。
【０００２】
【従来の技術】プラズマは、正負のイオンおよびラジカ
ルを含む部分的に電離されたガスである。これらのイオ
ンおよびラジカルは、半導体ウェーハを処理する際に用
いられる各種の作業で有益な場合がある。そのような作
業の例としては、プラズマ促進化学気相堆積（ＰＥＣＶ
Ｄ）、スパッタリング堆積、スパッタエッチング、反応
性イオンエッチング（イオン補助スパッタエッチン
グ）、およびプラズマエッチング（イオン化学）処理ま
たは洗浄処理が挙げられる。
ルを含む部分的に電離されたガスである。これらのイオ
ンおよびラジカルは、半導体ウェーハを処理する際に用
いられる各種の作業で有益な場合がある。そのような作
業の例としては、プラズマ促進化学気相堆積（ＰＥＣＶ
Ｄ）、スパッタリング堆積、スパッタエッチング、反応
性イオンエッチング（イオン補助スパッタエッチン
グ）、およびプラズマエッチング（イオン化学）処理ま
たは洗浄処理が挙げられる。
【０００３】プラズマを生成することができる一つの方
法は、ガスに電場を印加することである。適切な条件の
下では、自由電子（これは、たとえば通過宇宙線、火花
放電、紫外光源によって発生する）が十分なエネルギを
有するように加速され、電子とガス分子との間の非弾性
衝突が分子のイオン化を引き起こすようになる。直流
（ＤＣ）場を用いてプラズマを生成することができる
が、所望のプラズマ種を生成するためには、高周波（Ｒ
Ｆ）やマイクロ波周波（ＭＷ）のような高い周波数の場
を使用することが望ましい。その理由は、高い周波数の
場は多数の非弾性衝突を引き起こすからである。ある種
のプラズマは、グロー放電を形成することがある。
法は、ガスに電場を印加することである。適切な条件の
下では、自由電子（これは、たとえば通過宇宙線、火花
放電、紫外光源によって発生する）が十分なエネルギを
有するように加速され、電子とガス分子との間の非弾性
衝突が分子のイオン化を引き起こすようになる。直流
（ＤＣ）場を用いてプラズマを生成することができる
が、所望のプラズマ種を生成するためには、高周波（Ｒ
Ｆ）やマイクロ波周波（ＭＷ）のような高い周波数の場
を使用することが望ましい。その理由は、高い周波数の
場は多数の非弾性衝突を引き起こすからである。ある種
のプラズマは、グロー放電を形成することがある。
【０００４】グロー放電とは、発光プラズマ領域を持続
させるために使用可能な十分な数の自由電子が存在する
状態である。電子とガス分子（単原子ガスを含む）また
はイオンとの間の非弾性衝突で転移されたエネルギがそ
のガス分子またはイオンについての電離電位よりも大き
いときに、自己持続する多数の自由電子が形成される。
この衝突は二次自由電子を生成することがあり、この
後、元の電子および二次電子の双方が、二つの新しいイ
オン化衝突を生成するのに十分なエネルギに加速され、
これにより、安定なプラズマを維持するために使用可能
な多数の自由電子がカスケードする場合がある。この状
態では、電子とガス分子との間の非弾性衝突が自由電子
を遊離させるのに十分でない場合、そのような非弾性衝
突は電子を容易に高い軌道状態へ励起する。これらの励
起電子は、その基底状態に崩壊するとき光子を放出す
る。この光子放出は、しばしば可視スペクトラムで発生
する。これによりプラズマが発光する。グロー放電の名
前は、これに由来する。
させるために使用可能な十分な数の自由電子が存在する
状態である。電子とガス分子（単原子ガスを含む）また
はイオンとの間の非弾性衝突で転移されたエネルギがそ
のガス分子またはイオンについての電離電位よりも大き
いときに、自己持続する多数の自由電子が形成される。
この衝突は二次自由電子を生成することがあり、この
後、元の電子および二次電子の双方が、二つの新しいイ
オン化衝突を生成するのに十分なエネルギに加速され、
これにより、安定なプラズマを維持するために使用可能
な多数の自由電子がカスケードする場合がある。この状
態では、電子とガス分子との間の非弾性衝突が自由電子
を遊離させるのに十分でない場合、そのような非弾性衝
突は電子を容易に高い軌道状態へ励起する。これらの励
起電子は、その基底状態に崩壊するとき光子を放出す
る。この光子放出は、しばしば可視スペクトラムで発生
する。これによりプラズマが発光する。グロー放電の名
前は、これに由来する。
【０００５】多くのプロセスは、所望の作業領域または
処理領域に位置するプラズマを、しばしばグロー放電形
式で生成する。たとえば、ＰＥＣＶＤは、通常、このよ
うなin situプラズマを使用する。その理由は、プラズ
マ種の物理的移動は、その化学的活性と同様に、プロセ
スにとって重要だからである。一部の他のプロセス（た
とえば、一部のプラズマエッチングプロセスや洗浄プロ
セス）は、プロセス領域でプラズマを発生させる必要は
ない。グロー放電中に作り出された所望のプラズマ種
は、中性種に再結合する前に十分な寿命を有しているこ
とがあり、プラズマ種をプラズマ活性（グロー放電）領
域から離れた場所で使用できるようになっている。
処理領域に位置するプラズマを、しばしばグロー放電形
式で生成する。たとえば、ＰＥＣＶＤは、通常、このよ
うなin situプラズマを使用する。その理由は、プラズ
マ種の物理的移動は、その化学的活性と同様に、プロセ
スにとって重要だからである。一部の他のプロセス（た
とえば、一部のプラズマエッチングプロセスや洗浄プロ
セス）は、プロセス領域でプラズマを発生させる必要は
ない。グロー放電中に作り出された所望のプラズマ種
は、中性種に再結合する前に十分な寿命を有しているこ
とがあり、プラズマ種をプラズマ活性（グロー放電）領
域から離れた場所で使用できるようになっている。
【０００６】図１は、ある型式の従来技術のリモートプ
ラズマソースを使用する堆積システムを示している。こ
のシステムでは、マイクロ波ソース１００が導波管１１
０に接続されている。この導波管１１０は、放電管１２
０中のプロセスガスに照射を行ってグロー放電１１１を
形成する。放電管は、グロー放電１１１から生じたイオ
ンおよびラジカルをアプリケータ管１２１を通して処理
チャンバ１３０へ送る。これは、少なくとも三つの理由
から、プラズマを生成する方法として非効率的である。
第１に、導波管は、通常、マイクロ波場の特定のモード
だけをプラズマ相互作用（グロー放電）領域へ伝送し、
多くの異なるモードで電力を生成しうるマイクロ波ソー
スからの電力を低減する。第２に、多数のイオンがアプ
リケータ管を下ってプロセス領域へ移動するときに分子
に再結合して、プロセスに使用できるイオンの数および
／または濃度が減少する場合がある。最後に、プラズマ
とマイクロ波との相互作用に使用可能な電位容積（pote
ntial volume）が導波管の断面および放電管の断面によ
って制限される場合がある。これは、放電管内における
イオンおよびラジカルの所与の圧力および流量での生成
を制限する。なぜなら、プラズマ活性領域の容積（相互
作用容積）は、アプリケータ管の全容積と比較して小さ
いからである。たとえば、ある設計では、１インチの直
径を有する管の２インチの長さのセクションがプラズマ
活性領域として使用される。相互作用容積は非常に小さ
いので、十分に高いマイクロ波結合を得るために、通常
は、高電力密度で比較的高価なＤＣマイクロ波電源が使
用される。
ラズマソースを使用する堆積システムを示している。こ
のシステムでは、マイクロ波ソース１００が導波管１１
０に接続されている。この導波管１１０は、放電管１２
０中のプロセスガスに照射を行ってグロー放電１１１を
形成する。放電管は、グロー放電１１１から生じたイオ
ンおよびラジカルをアプリケータ管１２１を通して処理
チャンバ１３０へ送る。これは、少なくとも三つの理由
から、プラズマを生成する方法として非効率的である。
第１に、導波管は、通常、マイクロ波場の特定のモード
だけをプラズマ相互作用（グロー放電）領域へ伝送し、
多くの異なるモードで電力を生成しうるマイクロ波ソー
スからの電力を低減する。第２に、多数のイオンがアプ
リケータ管を下ってプロセス領域へ移動するときに分子
に再結合して、プロセスに使用できるイオンの数および
／または濃度が減少する場合がある。最後に、プラズマ
とマイクロ波との相互作用に使用可能な電位容積（pote
ntial volume）が導波管の断面および放電管の断面によ
って制限される場合がある。これは、放電管内における
イオンおよびラジカルの所与の圧力および流量での生成
を制限する。なぜなら、プラズマ活性領域の容積（相互
作用容積）は、アプリケータ管の全容積と比較して小さ
いからである。たとえば、ある設計では、１インチの直
径を有する管の２インチの長さのセクションがプラズマ
活性領域として使用される。相互作用容積は非常に小さ
いので、十分に高いマイクロ波結合を得るために、通常
は、高電力密度で比較的高価なＤＣマイクロ波電源が使
用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな高電力密度の電源を作動させると、たとえば１００
Ｗから７００Ｗのマグネトロンを使用する場合よりも費
用がかかる。さらに、高電力マイクロ波エネルギを、導
波管を通じて小さな相互作用領域へ伝送するリモートプ
ラズマシステムは、プラズマによって生成された熱をか
なり小さな容積に集中させる。したがって、従来のリモ
ートプラズマシステムは、アプリケータ管の過熱を防ぐ
ために冷却システムを使用することが多い。通常、これ
らは水冷システムであり、初期費用とメンテナンスコス
トを加算する。さらに、水冷システムは、しばしば水漏
れの問題を起こす。そのような水漏れは装置の腐食につ
ながり、処理された基板の品質を低下させる可能性があ
る。
うな高電力密度の電源を作動させると、たとえば１００
Ｗから７００Ｗのマグネトロンを使用する場合よりも費
用がかかる。さらに、高電力マイクロ波エネルギを、導
波管を通じて小さな相互作用領域へ伝送するリモートプ
ラズマシステムは、プラズマによって生成された熱をか
なり小さな容積に集中させる。したがって、従来のリモ
ートプラズマシステムは、アプリケータ管の過熱を防ぐ
ために冷却システムを使用することが多い。通常、これ
らは水冷システムであり、初期費用とメンテナンスコス
トを加算する。さらに、水冷システムは、しばしば水漏
れの問題を起こす。そのような水漏れは装置の腐食につ
ながり、処理された基板の品質を低下させる可能性があ
る。
【０００８】図１に示されるタイプのリモートプラズマ
システムに関する別の種類の問題点は、構造が複雑で大
型なことである。これは、チャンバメンテナンスのため
にリモートプラズマシステムを切り離すために必要な時
間と労力に影響を及ぼすことがある。これは、冷却シス
テムを伴う場合に特に当てはまる。さらに、このマイク
ロ波システムが後で不適切に再接続されると、マイクロ
波エネルギが周囲の部屋へ放射され、操作員の安全を脅
かし、電子機器に干渉する可能性がある。
システムに関する別の種類の問題点は、構造が複雑で大
型なことである。これは、チャンバメンテナンスのため
にリモートプラズマシステムを切り離すために必要な時
間と労力に影響を及ぼすことがある。これは、冷却シス
テムを伴う場合に特に当てはまる。さらに、このマイク
ロ波システムが後で不適切に再接続されると、マイクロ
波エネルギが周囲の部屋へ放射され、操作員の安全を脅
かし、電子機器に干渉する可能性がある。
【０００９】図２は、ウエーハ処理チャンバと共に使用
される他の型式のリモートプラズマソースを示すが、こ
れは図１に示されるシステムの欠点の一部を共有してい
る。図２に示されるシステムでは、マイクロ波アンテ
ナ、すなわち投波器（launcher）２０１が、マイクロ波
ソース２００からのエネルギを共振キャビティ（resona
tor cavity）２４０内に結合する。マイクロ波ソース２
００は、たとえば２．４５ＧＨｚマグネトロンとするこ
とができる。図２に示される構成では、図１のシステム
と比較して大きな体積のガスにマイクロ波エネルギを照
射することができるが、共振キャビティ２４０内の放電
管２２０の容積は、放電管２２０およびアプリケータ管
２２１の合計容積よりも実質的に小さい。前述したよう
に、処理に望まれるプラズマイオンおよびラジカルの一
部がアプリケータ管２２１内で再結合し、処理チャンバ
２３０に到達するプラズマ中のイオンおよびラジカルの
濃度が減少することがある。
される他の型式のリモートプラズマソースを示すが、こ
れは図１に示されるシステムの欠点の一部を共有してい
る。図２に示されるシステムでは、マイクロ波アンテ
ナ、すなわち投波器（launcher）２０１が、マイクロ波
ソース２００からのエネルギを共振キャビティ（resona
tor cavity）２４０内に結合する。マイクロ波ソース２
００は、たとえば２．４５ＧＨｚマグネトロンとするこ
とができる。図２に示される構成では、図１のシステム
と比較して大きな体積のガスにマイクロ波エネルギを照
射することができるが、共振キャビティ２４０内の放電
管２２０の容積は、放電管２２０およびアプリケータ管
２２１の合計容積よりも実質的に小さい。前述したよう
に、処理に望まれるプラズマイオンおよびラジカルの一
部がアプリケータ管２２１内で再結合し、処理チャンバ
２３０に到達するプラズマ中のイオンおよびラジカルの
濃度が減少することがある。
【００１０】図１および図２に示されるようなプラズマ
システムの他の問題点は、プラズマ密度が変化するのに
伴ってプラズマによるマイクロ波エネルギの吸収も変化
することから生じる。マイクロ波エネルギが最初にアプ
リケータ管内のガスに伝送されると、前述したように、
マイクロ波エネルギは、電子を十分なエネルギに加速し
て電子がガス分子と衝突するようにする。この衝突は、
更なる自由電子および他のイオン種を作り出すことがあ
る。照射の開始時は、ガスはほとんど非導電性である。
イオンおよび自由電子の濃度が増加すると、プラズマは
導電性を増し、導電率の増加量は２桁以上の大きさまで
となる。プラズマの導電性が非常に高くなるので、プラ
ズマに当たるマイクロ波エネルギの大部分がプラズマに
よって反射される。ある時点で、プラズマは、もはや追
加のエネルギを吸収しない臨界的な密度に達する。これ
は臨界密度（ＮC）と呼ばれ、２．４５ＧＨｚで約７×
１０10イオン／ｃｍ-3である。この時点で、プラズマは
不安定になって明滅し、プラズマから反射してマイクロ
波ソースへ戻された大量のエネルギがマイクロ波ソース
にダメージを与えることがある。通常の対応策は、プラ
ズマシステムをＮCよりかなり下で動作させることであ
る。しかし、これは、プラズマ中のイオン密度が最大可
能濃度よりもかなり低いことを意味する。マイクロ波ソ
ースへのダメージを防ぐために、一部のシステムでは、
整合回路網（たとえば、機械的に同調可能なスタブ）を
使用することにより、ソースと負荷（プラズマ）との間
の電力転送効率を高めている。しかし、プラズマのイン
ピーダンス（導電率）は非常に広範囲にわたって変化し
うるので、プラズマ密度と動作条件の全域にわたって良
好な整合を得ることは困難である。
システムの他の問題点は、プラズマ密度が変化するのに
伴ってプラズマによるマイクロ波エネルギの吸収も変化
することから生じる。マイクロ波エネルギが最初にアプ
リケータ管内のガスに伝送されると、前述したように、
マイクロ波エネルギは、電子を十分なエネルギに加速し
て電子がガス分子と衝突するようにする。この衝突は、
更なる自由電子および他のイオン種を作り出すことがあ
る。照射の開始時は、ガスはほとんど非導電性である。
イオンおよび自由電子の濃度が増加すると、プラズマは
導電性を増し、導電率の増加量は２桁以上の大きさまで
となる。プラズマの導電性が非常に高くなるので、プラ
ズマに当たるマイクロ波エネルギの大部分がプラズマに
よって反射される。ある時点で、プラズマは、もはや追
加のエネルギを吸収しない臨界的な密度に達する。これ
は臨界密度（ＮC）と呼ばれ、２．４５ＧＨｚで約７×
１０10イオン／ｃｍ-3である。この時点で、プラズマは
不安定になって明滅し、プラズマから反射してマイクロ
波ソースへ戻された大量のエネルギがマイクロ波ソース
にダメージを与えることがある。通常の対応策は、プラ
ズマシステムをＮCよりかなり下で動作させることであ
る。しかし、これは、プラズマ中のイオン密度が最大可
能濃度よりもかなり低いことを意味する。マイクロ波ソ
ースへのダメージを防ぐために、一部のシステムでは、
整合回路網（たとえば、機械的に同調可能なスタブ）を
使用することにより、ソースと負荷（プラズマ）との間
の電力転送効率を高めている。しかし、プラズマのイン
ピーダンス（導電率）は非常に広範囲にわたって変化し
うるので、プラズマ密度と動作条件の全域にわたって良
好な整合を得ることは困難である。
【００１１】これまでの説明から分かるように、化学気
相堆積（ＣＶＤ）装置および他の装置の洗浄を行うため
に高濃度のイオンを効率良く生成するコンパクトなリモ
ートマイクロ波プラズマシステムが要望されている。こ
のようなシステムは、安定したプラズマから極めて一定
のイオン密度を提供する必要があり、グロー放電の潜在
的な悪影響を処理チャンバに与えてはならない。さら
に、このリモートプラズマシステムは、シンプルで、好
ましくは処理チャンバの蓋に合うよう十分に小型である
ことが望ましい。
相堆積（ＣＶＤ）装置および他の装置の洗浄を行うため
に高濃度のイオンを効率良く生成するコンパクトなリモ
ートマイクロ波プラズマシステムが要望されている。こ
のようなシステムは、安定したプラズマから極めて一定
のイオン密度を提供する必要があり、グロー放電の潜在
的な悪影響を処理チャンバに与えてはならない。さら
に、このリモートプラズマシステムは、シンプルで、好
ましくは処理チャンバの蓋に合うよう十分に小型である
ことが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波プ
ラズマ発生システム用の装置、およびマイクロ波生成プ
ラズマを形成するプロセスを提供する。マイクロ波プラ
ズマ発生システムは、たとえばＣＶＤシステムの処理チ
ャンバを効率良く洗浄するために使用されるプラズマを
提供するように、ＣＶＤシステムと一体化されていても
よい。このマイクロ波プラズマ発生システムからのプラ
ズマは、エッチング、層堆積、その他のプロセスに使用
することもできる。
ラズマ発生システム用の装置、およびマイクロ波生成プ
ラズマを形成するプロセスを提供する。マイクロ波プラ
ズマ発生システムは、たとえばＣＶＤシステムの処理チ
ャンバを効率良く洗浄するために使用されるプラズマを
提供するように、ＣＶＤシステムと一体化されていても
よい。このマイクロ波プラズマ発生システムからのプラ
ズマは、エッチング、層堆積、その他のプロセスに使用
することもできる。
【００１３】ある態様では、マイクロ波プラズマソース
モジュールは、側壁、近端壁、および遠端壁を備える共
振キャビティを有している。これらの壁は導電性であっ
て相互に結合されており、共振キャビティの内部容積を
定めている。共振キャビティは、流入口および流出口を
有するプラズマ放電管を含んでいる。流入口は近端壁の
付近に配置され、流出口は遠端壁の付近に配置されてい
る。マイクロ波電源からの電力は、種々の手段（たとえ
ば、導波管内の投波器、アンテナ、開口、または窓）を
用いて共振キャビティ内に結合することができる。この
電力は、共振キャビティの近端壁に実質的に近接した場
所で共振キャビティ内に結合される。ガスフローは、流
入口から入る新鮮なプロセスガスがマイクロ波結合器
（microwave coupler）の付近でプラズマ密度を薄める
ようなものとなっており、これによりプラズマから反射
されるマイクロ波エネルギが減少し、マイクロ波エネル
ギからプラズマへの変換が促進されるようになってい
る。一部の態様では、プラズマ放電管が実質的に共振キ
ャビティの全容積を占めることにより、共振キャビティ
内のマイクロ波エネルギと放電管内のプロセスガスとの
間に大きな相互作用容積が与えられる。
モジュールは、側壁、近端壁、および遠端壁を備える共
振キャビティを有している。これらの壁は導電性であっ
て相互に結合されており、共振キャビティの内部容積を
定めている。共振キャビティは、流入口および流出口を
有するプラズマ放電管を含んでいる。流入口は近端壁の
付近に配置され、流出口は遠端壁の付近に配置されてい
る。マイクロ波電源からの電力は、種々の手段（たとえ
ば、導波管内の投波器、アンテナ、開口、または窓）を
用いて共振キャビティ内に結合することができる。この
電力は、共振キャビティの近端壁に実質的に近接した場
所で共振キャビティ内に結合される。ガスフローは、流
入口から入る新鮮なプロセスガスがマイクロ波結合器
（microwave coupler）の付近でプラズマ密度を薄める
ようなものとなっており、これによりプラズマから反射
されるマイクロ波エネルギが減少し、マイクロ波エネル
ギからプラズマへの変換が促進されるようになってい
る。一部の態様では、プラズマ放電管が実質的に共振キ
ャビティの全容積を占めることにより、共振キャビティ
内のマイクロ波エネルギと放電管内のプロセスガスとの
間に大きな相互作用容積が与えられる。
【００１４】マイクロ波プラズマソースモジュールを処
理チャンバと共に使用する場合、マイクロ波プラズマソ
ースモジュールのサイズがコンパクトであることから、
モジュールを処理チャンバに取り付けたり、処理チャン
バの極めて近くに設置することができる。アプリケータ
管は、プラズマを放電管から処理チャンバに配送する。
このモジュールは処理チャンバに非常に近接しているの
で、アプリケータ管の容積を放電管の容積よりも実質的
に小さくすることができ、これにより、反応性プラズマ
種が処理チャンバ内で使用される前のそのような反応種
の再結合が低減される。マイクロ波プラズマソースモジ
ュールを処理チャンバと共に使用する場合、光検出器を
使用することで、いつグロー放電が放電管およびアプリ
ケータ管から処理チャンバ内にボーイング（bowing）す
るかを検出することができる。この光検出器を用いる
と、共振キャビティ内のマイクロ波エネルギの量を制御
することができ、これにより、グロー放電の処理チャン
バ内への侵入を制限することができる。
理チャンバと共に使用する場合、マイクロ波プラズマソ
ースモジュールのサイズがコンパクトであることから、
モジュールを処理チャンバに取り付けたり、処理チャン
バの極めて近くに設置することができる。アプリケータ
管は、プラズマを放電管から処理チャンバに配送する。
このモジュールは処理チャンバに非常に近接しているの
で、アプリケータ管の容積を放電管の容積よりも実質的
に小さくすることができ、これにより、反応性プラズマ
種が処理チャンバ内で使用される前のそのような反応種
の再結合が低減される。マイクロ波プラズマソースモジ
ュールを処理チャンバと共に使用する場合、光検出器を
使用することで、いつグロー放電が放電管およびアプリ
ケータ管から処理チャンバ内にボーイング（bowing）す
るかを検出することができる。この光検出器を用いる
と、共振キャビティ内のマイクロ波エネルギの量を制御
することができ、これにより、グロー放電の処理チャン
バ内への侵入を制限することができる。
【００１５】本発明の目的および利点は、以下の説明お
よび添付図面を参照することによって、さらに理解する
ことができる。
よび添付図面を参照することによって、さらに理解する
ことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】プロセスで使用するプラズマをリ
モート生成することは、多くの理由から望ましい。一つ
の理由は、プラズマをin situに発生させた場合よりも
高い濃度で所望のプラズマ種を得ることができることで
ある。別の理由は、処理領域が高エネルギの粒子によっ
て衝撃されたり、グロー放電によって生成された光や熱
に直接にさらされたりしないことである。
モート生成することは、多くの理由から望ましい。一つ
の理由は、プラズマをin situに発生させた場合よりも
高い濃度で所望のプラズマ種を得ることができることで
ある。別の理由は、処理領域が高エネルギの粒子によっ
て衝撃されたり、グロー放電によって生成された光や熱
に直接にさらされたりしないことである。
【００１７】Ｉ．好適なＣＶＤシステム 本発明の特定の実施形態は、種々の基板処理システムと
共に使用したり、種々の基板処理システムを改良するこ
とができる。本発明と共に使用し、または適合させるこ
とができる一つの適切なＣＶＤシステムが図３に示され
ている。図３は、真空チャンバ、すなわち処理チャンバ
１５を有するＣＶＤシステム１０の縦断面図である。処
理チャンバ１５は、チャンバ壁１５ａおよびチャンバ蓋
アセンブリ１５ｂを含んでいる。チャンバ壁１５ａおよ
びチャンバ蓋アセンブリ１５ｂは、図４および図５の分
解斜視図に示されている。
共に使用したり、種々の基板処理システムを改良するこ
とができる。本発明と共に使用し、または適合させるこ
とができる一つの適切なＣＶＤシステムが図３に示され
ている。図３は、真空チャンバ、すなわち処理チャンバ
１５を有するＣＶＤシステム１０の縦断面図である。処
理チャンバ１５は、チャンバ壁１５ａおよびチャンバ蓋
アセンブリ１５ｂを含んでいる。チャンバ壁１５ａおよ
びチャンバ蓋アセンブリ１５ｂは、図４および図５の分
解斜視図に示されている。
【００１８】チャンバ蓋アセンブリ１５ｂは、プロセス
チャンバ内の中央に位置するヒータペデスタル１２上に
載置された基板（図示せず）へプロセスガスを拡散する
ガス分配マニホールド１１を含んでいる。処理中、基板
（たとえば半導体ウェーハ）は、ヒータペデスタル１２
の平坦な（または、わずかに凸状の）上面（図示せず）
に配置される。ヒータペデスタル１２は、下方の取入れ
／取出し位置と上方の処理位置（図示せず）との間を制
御自在に移動することができる。センタボード（図示せ
ず）は、ウェーハの位置に関する情報を供給するセンサ
を含んでいる。この情報は、システムコントローラ３４
によって監視することができる。
チャンバ内の中央に位置するヒータペデスタル１２上に
載置された基板（図示せず）へプロセスガスを拡散する
ガス分配マニホールド１１を含んでいる。処理中、基板
（たとえば半導体ウェーハ）は、ヒータペデスタル１２
の平坦な（または、わずかに凸状の）上面（図示せず）
に配置される。ヒータペデスタル１２は、下方の取入れ
／取出し位置と上方の処理位置（図示せず）との間を制
御自在に移動することができる。センタボード（図示せ
ず）は、ウェーハの位置に関する情報を供給するセンサ
を含んでいる。この情報は、システムコントローラ３４
によって監視することができる。
【００１９】システムコントローラ３４は、センサライ
ン（図示せず）および制御ライン３６（一部分のみを図
示）を介して堆積システム１０の種々の点（たとえば、
ウェーハ位置、ガスフロー、ＲＦまたはマイクロ波電
力、チャンバ圧力）を監視および制御するように構成す
ることができる。システムコントローラ３４は、種々の
センサ（たとえば光学センサ、熱電対、マスフローコン
トローラ、マノメータ）からの制御信号情報を受け取
る。プロセッサ３７は、記憶装置３８に格納することの
できる処理プログラムに従って、調整が必要であるかど
うかを判断することができる。たとえば、リモートプラ
ズマ洗浄中、システムコントローラは、ガスソース７か
らリモートプラズマシステム９０１に向けてプロセスガ
スフローを出し、マノメータ（図示せず）を読み取って
ステッパモータ（図示せず）でスロットルバルブの位置
を調節することによりチャンバ圧力を設定および維持
し、次にリモートプラズマシステムのマイクロ波ソース
（図示せず）に通電する。他のプロセスも、記憶装置３
８に格納された他のプログラムに従ってシステムコント
ローラにより同様に制御することができる。
ン（図示せず）および制御ライン３６（一部分のみを図
示）を介して堆積システム１０の種々の点（たとえば、
ウェーハ位置、ガスフロー、ＲＦまたはマイクロ波電
力、チャンバ圧力）を監視および制御するように構成す
ることができる。システムコントローラ３４は、種々の
センサ（たとえば光学センサ、熱電対、マスフローコン
トローラ、マノメータ）からの制御信号情報を受け取
る。プロセッサ３７は、記憶装置３８に格納することの
できる処理プログラムに従って、調整が必要であるかど
うかを判断することができる。たとえば、リモートプラ
ズマ洗浄中、システムコントローラは、ガスソース７か
らリモートプラズマシステム９０１に向けてプロセスガ
スフローを出し、マノメータ（図示せず）を読み取って
ステッパモータ（図示せず）でスロットルバルブの位置
を調節することによりチャンバ圧力を設定および維持
し、次にリモートプラズマシステムのマイクロ波ソース
（図示せず）に通電する。他のプロセスも、記憶装置３
８に格納された他のプログラムに従ってシステムコント
ローラにより同様に制御することができる。
【００２０】堆積ガスおよびキャリヤガスは、平坦な円
形ガス分配面板１３ａの穿孔穴１３ｂ（図５）を通って
チャンバ１５内に導入される。より具体的に述べると、
堆積プロセスガスは入口マニホールド１１を通り（図３
において矢印４０で示す）、従来の孔明きブロッカプレ
ート（blocker plate）４２を通った後、ガス分配面板
１３ａの貫通孔１３ｂを通ってチャンバ内に流入する。
形ガス分配面板１３ａの穿孔穴１３ｂ（図５）を通って
チャンバ１５内に導入される。より具体的に述べると、
堆積プロセスガスは入口マニホールド１１を通り（図３
において矢印４０で示す）、従来の孔明きブロッカプレ
ート（blocker plate）４２を通った後、ガス分配面板
１３ａの貫通孔１３ｂを通ってチャンバ内に流入する。
【００２１】マニホールドに到達する前に、堆積ガスお
よびキャリヤガスは、ガス供給ライン８（図３）を介し
てガスソース７からガス混合ブロック９に送り込まれ
る。これらのガスは、マニホールド１１に流れる前にガ
ス混合ブロック９で混合することができる。一般に、各
プロセスガスに対する供給ラインは、（i）チャンバ内
へのプロセスガスの流れを自動または手動で遮断するた
めに使用できる数個の安全遮断バルブ（図示せず）、お
よび（ii）供給ラインを通るガスの流れを測定および制
御するマスフローコントローラ（これも図示しない）を
含んでいる。有毒ガスをプロセスで使用するときは、数
個の安全遮断バルブが従来の配置で各ガス供給ライン上
に配置される。
よびキャリヤガスは、ガス供給ライン８（図３）を介し
てガスソース７からガス混合ブロック９に送り込まれ
る。これらのガスは、マニホールド１１に流れる前にガ
ス混合ブロック９で混合することができる。一般に、各
プロセスガスに対する供給ラインは、（i）チャンバ内
へのプロセスガスの流れを自動または手動で遮断するた
めに使用できる数個の安全遮断バルブ（図示せず）、お
よび（ii）供給ラインを通るガスの流れを測定および制
御するマスフローコントローラ（これも図示しない）を
含んでいる。有毒ガスをプロセスで使用するときは、数
個の安全遮断バルブが従来の配置で各ガス供給ライン上
に配置される。
【００２２】リアクタ１０で行われる堆積プロセスは、
プラズマ促進プロセスまたは非プラズマ促進プロセスの
いずれであってよい。プラズマ促進プロセスでは、ＲＦ
電源４４がガス分配面板１３ａとヒータペデスタル１２
との間に電界を生成することができ、これによって、面
板１３ａとヒータペデスタル１２との間の円筒領域内に
プロセスガス混合気からプラズマが形成される。プラズ
マの成分が反応すると、半導体ウェーハの表面と共にチ
ャンバ表面（たとえばヒータペデスタル１２の露出部
分）に膜を形成する場合がある。もちろん、他の基板処
理システムは、ＲＦ電源やin situプラズマ形成能力を
有していなくてもよい。リモートプラズマ発生装置の組
み込みは、in situプラズマ能力を有しない基板処理シ
ステムで特に望ましいが、リモートプラズマ発生装置を
他の種類のシステム（たとえば、現在説明しているシス
テム）に組み込んでもよい。
プラズマ促進プロセスまたは非プラズマ促進プロセスの
いずれであってよい。プラズマ促進プロセスでは、ＲＦ
電源４４がガス分配面板１３ａとヒータペデスタル１２
との間に電界を生成することができ、これによって、面
板１３ａとヒータペデスタル１２との間の円筒領域内に
プロセスガス混合気からプラズマが形成される。プラズ
マの成分が反応すると、半導体ウェーハの表面と共にチ
ャンバ表面（たとえばヒータペデスタル１２の露出部
分）に膜を形成する場合がある。もちろん、他の基板処
理システムは、ＲＦ電源やin situプラズマ形成能力を
有していなくてもよい。リモートプラズマ発生装置の組
み込みは、in situプラズマ能力を有しない基板処理シ
ステムで特に望ましいが、リモートプラズマ発生装置を
他の種類のシステム（たとえば、現在説明しているシス
テム）に組み込んでもよい。
【００２３】ＲＦ電源４４は、混合周波数ＲＦ電源とす
ることができる。この混合周波数ＲＦ電源は、１３．５
６ＭＨｚの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）と低ＲＦ周波数（Ｒ
Ｆ２）、例えば３６０ＫＨｚ、とで電力を供給して堆積
プロセスを促進できることを意味する。もちろん、ＲＦ
電源４４は、単一周波数ＲＦ電力または混合周波数ＲＦ
電力（または他の所望の電力）のいずれかをガス分配マ
ニホールド１１へ供給し、処理チャンバ１５内に導入さ
れた反応種の分解を促進することができる。
ることができる。この混合周波数ＲＦ電源は、１３．５
６ＭＨｚの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）と低ＲＦ周波数（Ｒ
Ｆ２）、例えば３６０ＫＨｚ、とで電力を供給して堆積
プロセスを促進できることを意味する。もちろん、ＲＦ
電源４４は、単一周波数ＲＦ電力または混合周波数ＲＦ
電力（または他の所望の電力）のいずれかをガス分配マ
ニホールド１１へ供給し、処理チャンバ１５内に導入さ
れた反応種の分解を促進することができる。
【００２４】熱プロセスではＲＦ電源４４は使用され
ず、プロセスガス混合気が熱的に反応して、ヒータペデ
スタル１２上に支持された半導体ウェーハの表面に所望
の膜を堆積させる。このヒータペデスタル１２は、反応
の進行に必要な熱エネルギを供給するように、電気抵抗
ヒータなどの加熱器（図示せず）を用いて加熱すること
ができる。
ず、プロセスガス混合気が熱的に反応して、ヒータペデ
スタル１２上に支持された半導体ウェーハの表面に所望
の膜を堆積させる。このヒータペデスタル１２は、反応
の進行に必要な熱エネルギを供給するように、電気抵抗
ヒータなどの加熱器（図示せず）を用いて加熱すること
ができる。
【００２５】プラズマ促進堆積プロセス中、プラズマ
は、排気通路２３および遮断バルブ２４を囲むチャンバ
本体の壁１５ａを含めて、リアクタ１０の近隣部分を加
熱する。熱堆積プロセス中は、ヒータペデスタル１２が
リアクタ１０の各部分へ熱を輻射する。プラズマが発生
していないとき、または熱堆積プロセスの間は、温度制
御された液体がリアクタ１０の壁１５ａを循環して、チ
ャンバを選択された温度（通常は、周囲温度以上）に維
持する。チャンバ壁１５ａの加熱に使用される流体に
は、通常の流体タイプ、すなわち水ベースのエチレング
リコールやオイルベースの熱伝導流体が含まれる。この
加熱は、望ましくない反応生成物の凝縮を削減または除
去するとともに、プロセスガスの揮発性生成物や汚染物
質の除去を促進する。このような揮発性生成物や汚染物
質は、除去されないと冷たい真空通路の壁に凝縮し、ガ
スフローが存在しない時間帯に処理チャンバ内に逆戻り
する可能性がある。
は、排気通路２３および遮断バルブ２４を囲むチャンバ
本体の壁１５ａを含めて、リアクタ１０の近隣部分を加
熱する。熱堆積プロセス中は、ヒータペデスタル１２が
リアクタ１０の各部分へ熱を輻射する。プラズマが発生
していないとき、または熱堆積プロセスの間は、温度制
御された液体がリアクタ１０の壁１５ａを循環して、チ
ャンバを選択された温度（通常は、周囲温度以上）に維
持する。チャンバ壁１５ａの加熱に使用される流体に
は、通常の流体タイプ、すなわち水ベースのエチレング
リコールやオイルベースの熱伝導流体が含まれる。この
加熱は、望ましくない反応生成物の凝縮を削減または除
去するとともに、プロセスガスの揮発性生成物や汚染物
質の除去を促進する。このような揮発性生成物や汚染物
質は、除去されないと冷たい真空通路の壁に凝縮し、ガ
スフローが存在しない時間帯に処理チャンバ内に逆戻り
する可能性がある。
【００２６】ガス混合気のうち層中に堆積しない部分
（反応生成物を含む）は、真空装置４５によってチャン
バから排気される。具体的には、これらのガスは、反応
領域を囲む環状スロット形オリフィス１６を介して排気
され、環状排気プレナム１７に入る。環状スロット形オ
リフィス１６および排気プレナム１７は、チャンバの円
筒側壁１５ａ（壁上の上部誘電体ライニング１９を含
む）の上部と円形チャンバ蓋２０の底部によって画成さ
れている。環状スロット形オリフィス１６および排気プ
レナム１７の円対称性および均一性により、ウェーハ上
にプロセスガスの均一な流れが達成され、ウェーハ上に
均一な膜が堆積されるようになっている。
（反応生成物を含む）は、真空装置４５によってチャン
バから排気される。具体的には、これらのガスは、反応
領域を囲む環状スロット形オリフィス１６を介して排気
され、環状排気プレナム１７に入る。環状スロット形オ
リフィス１６および排気プレナム１７は、チャンバの円
筒側壁１５ａ（壁上の上部誘電体ライニング１９を含
む）の上部と円形チャンバ蓋２０の底部によって画成さ
れている。環状スロット形オリフィス１６および排気プ
レナム１７の円対称性および均一性により、ウェーハ上
にプロセスガスの均一な流れが達成され、ウェーハ上に
均一な膜が堆積されるようになっている。
【００２７】ガスは、排気プレナム１７の側方延在部分
２１の下を流れ、覗き窓（図示せず）を通り越して、下
方に延びるガス通路２３を通り、真空遮断バルブ２４
（その本体は下部チャンバ壁１５ａと一体化）を過ぎ
て、排出口２５に入る。スロットルバルブ４６を用いて
排気能力を制御することができ、従って特定の入口ガス
流量におけるチャンバ圧力を制御することができる。こ
のスロットル弁４６は、ある固定位置に設定してもよい
し、マノメータ（図示せず）で測定されコントローラ３
４によって制御されるチャンバ圧力に基づき、記憶装置
３８に格納されたプログラムに従って設定してもよい。
２１の下を流れ、覗き窓（図示せず）を通り越して、下
方に延びるガス通路２３を通り、真空遮断バルブ２４
（その本体は下部チャンバ壁１５ａと一体化）を過ぎ
て、排出口２５に入る。スロットルバルブ４６を用いて
排気能力を制御することができ、従って特定の入口ガス
流量におけるチャンバ圧力を制御することができる。こ
のスロットル弁４６は、ある固定位置に設定してもよい
し、マノメータ（図示せず）で測定されコントローラ３
４によって制御されるチャンバ圧力に基づき、記憶装置
３８に格納されたプログラムに従って設定してもよい。
【００２８】抵抗ヒータペデスタル１２のウェーハ支持
皿（platter）は、平行な同心円の形で完全な２回巻き
をなすように構成された埋込みヒータ素子（図示せず）
や他の適切なヒータ素子を用いて加熱することができ
る。ある実施形態では、ヒータ素子の外側部分が支持皿
の外周に隣接して延びており、内側部分は、より小さい
半径を持つ同心円の経路上を延びている。ヒータ素子へ
の配線は、ヒータペデスタル１２のシャフトを貫通して
いる。ヒータペデスタル１２は、アルミニウム、ステン
レス鋼、アルミナ、窒化アルミニウム、または他の同様
の材料もしくは複数の材料の組合せを含む材料から構成
されていてもよい。
皿（platter）は、平行な同心円の形で完全な２回巻き
をなすように構成された埋込みヒータ素子（図示せず）
や他の適切なヒータ素子を用いて加熱することができ
る。ある実施形態では、ヒータ素子の外側部分が支持皿
の外周に隣接して延びており、内側部分は、より小さい
半径を持つ同心円の経路上を延びている。ヒータ素子へ
の配線は、ヒータペデスタル１２のシャフトを貫通して
いる。ヒータペデスタル１２は、アルミニウム、ステン
レス鋼、アルミナ、窒化アルミニウム、または他の同様
の材料もしくは複数の材料の組合せを含む材料から構成
されていてもよい。
【００２９】通常、チャンバライニング、ガス入口マニ
ホールド面板、およびその他の各種のリアクタハードウ
ェアのいずれかまたは全部は、アルミニウム、陽極酸化
アルミニウム、セラミック等の材料から作られる。この
ようなＣＶＤ装置の例は、Zhaoらに与えられ一般譲渡さ
れた米国特許第5,558,717号「ＣＶＤ処理チャンバ」に
開示されている。
ホールド面板、およびその他の各種のリアクタハードウ
ェアのいずれかまたは全部は、アルミニウム、陽極酸化
アルミニウム、セラミック等の材料から作られる。この
ようなＣＶＤ装置の例は、Zhaoらに与えられ一般譲渡さ
れた米国特許第5,558,717号「ＣＶＤ処理チャンバ」に
開示されている。
【００３０】上記のリアクタの記述は主として例示のた
めであり、他の装置、例えば電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置や誘導結合ＲＦ高密度プ
ラズマＣＶＤ装置など、を本発明とともに使用して、よ
り優れた装置を提供することが可能である。また、上記
システムの変更、例えばペデスタル設計、ヒータ設計、
ＲＦ電力周波数、ＲＦ電力コネクションの配置、その他
の変更が可能である。例えば、ウェーハをサセプタによ
って支持し、石英水銀灯によって加熱してもよい。本発
明は、特定装置との使用や特定装置の改良に限定される
ものではない。
めであり、他の装置、例えば電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置や誘導結合ＲＦ高密度プ
ラズマＣＶＤ装置など、を本発明とともに使用して、よ
り優れた装置を提供することが可能である。また、上記
システムの変更、例えばペデスタル設計、ヒータ設計、
ＲＦ電力周波数、ＲＦ電力コネクションの配置、その他
の変更が可能である。例えば、ウェーハをサセプタによ
って支持し、石英水銀灯によって加熱してもよい。本発
明は、特定装置との使用や特定装置の改良に限定される
ものではない。
【００３１】II．マイクロ波マグネトロンアセンブリを
使用する特定の実施形態 本発明の特定の実施形態によれば、リモートマイクロ波
プラズマソースを現存のＣＶＤ装置に取り付けるか、マ
イクロ波プラズマソースを含むように現存のＣＶＤ装置
を改良することによって、ＣＶＤ装置を提供することが
できる。以下の説明は、主としてこれらの特定の実施形
態に焦点を置いているが、本発明の範囲内で他の実施形
態が可能であることは明らかである。また、図７〜図９
に示される構造は、必ずしも実際の寸法比ではない。
使用する特定の実施形態 本発明の特定の実施形態によれば、リモートマイクロ波
プラズマソースを現存のＣＶＤ装置に取り付けるか、マ
イクロ波プラズマソースを含むように現存のＣＶＤ装置
を改良することによって、ＣＶＤ装置を提供することが
できる。以下の説明は、主としてこれらの特定の実施形
態に焦点を置いているが、本発明の範囲内で他の実施形
態が可能であることは明らかである。また、図７〜図９
に示される構造は、必ずしも実際の寸法比ではない。
【００３２】図６は、本発明の特定の実施形態に係るリ
モートマイクロ波プラズマソースモジュール５００の簡
単な側断面図である。このモジュール５００は、処理チ
ャンバ５１０に取り付けられている。この特定の実施形
態では、リモートマイクロ波プラズマソースモジュール
５００の全アセンブリは、マグネトロン５０５を含んで
いる。このマグネトロン５０５は、導波管を介在させず
に共振キャビティ（resonator cavity）５１５に直接取
り付けられている。プラズマ放電管５２０は、共振キャ
ビティ５１５を通して共振キャビティ５１５内に配置さ
れている。共振キャビティ５１５の内面は導電性であ
り、この共振キャビティは、アルミニウム、銅、ステン
レス鋼などの導電性材料から構成されていることが好ま
しい。この共振キャビティは、側壁５１６、近端壁（ne
ar-end wall）５１７、および遠端壁（far-end wall）
５１８を有している。特定の実施形態によれば、共振キ
ャビティ５１５は約７インチの長さ（ｌR）、約６イン
チの幅（ＷR）、および約５．１インチの高さ（ｈR）を
有しており、主モードは、約２．４５ＧＨｚの周波数を
有するマイクロ波のＴＥ102モードである。このモード
は、当業者に一般的に知られている。放電管５２０の直
径は、放電管５２０の長さが少なくとも一つの電子場
（electronic field：Ｅフィールド）最大と一致するよ
うに、動作マイクロ波周波数の少なくとも約４分の１波
長であることが望ましい。放電管５２０の長さ方向は、
ガスフロー（矢印で図示）とほぼ平行に縦軸に沿って伸
びている。「ガスフロー」とは、放電管内の乱流が横方
向のガスフローを局所的に生成しうる場合であっても、
放電管を通る正味のガスフローである。放電管５２０
は、マイクロ波エネルギをプラズマ中に送る間、放電管
内に形成されたプラズマから共振キャビティ５１５を保
護する。プラズマは相当の熱を隣接面に伝達しうるの
で、放電管５２０は、高温に耐えることのできる材料、
たとえば融解石英やアルミナ、から製造される。このよ
うな材料は、放電管５２０内のプラズマ中にマイクロ波
エネルギを送る誘電体である。
モートマイクロ波プラズマソースモジュール５００の簡
単な側断面図である。このモジュール５００は、処理チ
ャンバ５１０に取り付けられている。この特定の実施形
態では、リモートマイクロ波プラズマソースモジュール
５００の全アセンブリは、マグネトロン５０５を含んで
いる。このマグネトロン５０５は、導波管を介在させず
に共振キャビティ（resonator cavity）５１５に直接取
り付けられている。プラズマ放電管５２０は、共振キャ
ビティ５１５を通して共振キャビティ５１５内に配置さ
れている。共振キャビティ５１５の内面は導電性であ
り、この共振キャビティは、アルミニウム、銅、ステン
レス鋼などの導電性材料から構成されていることが好ま
しい。この共振キャビティは、側壁５１６、近端壁（ne
ar-end wall）５１７、および遠端壁（far-end wall）
５１８を有している。特定の実施形態によれば、共振キ
ャビティ５１５は約７インチの長さ（ｌR）、約６イン
チの幅（ＷR）、および約５．１インチの高さ（ｈR）を
有しており、主モードは、約２．４５ＧＨｚの周波数を
有するマイクロ波のＴＥ102モードである。このモード
は、当業者に一般的に知られている。放電管５２０の直
径は、放電管５２０の長さが少なくとも一つの電子場
（electronic field：Ｅフィールド）最大と一致するよ
うに、動作マイクロ波周波数の少なくとも約４分の１波
長であることが望ましい。放電管５２０の長さ方向は、
ガスフロー（矢印で図示）とほぼ平行に縦軸に沿って伸
びている。「ガスフロー」とは、放電管内の乱流が横方
向のガスフローを局所的に生成しうる場合であっても、
放電管を通る正味のガスフローである。放電管５２０
は、マイクロ波エネルギをプラズマ中に送る間、放電管
内に形成されたプラズマから共振キャビティ５１５を保
護する。プラズマは相当の熱を隣接面に伝達しうるの
で、放電管５２０は、高温に耐えることのできる材料、
たとえば融解石英やアルミナ、から製造される。このよ
うな材料は、放電管５２０内のプラズマ中にマイクロ波
エネルギを送る誘電体である。
【００３３】リモートマイクロ波プラズマソースモジュ
ール５００は、共振キャビティ５１５内の放電管５２０
中にプラズマを形成するための共振キャビティ５１５へ
のエネルギのソースとしてマグネトロン５０５を使用す
る。多数の異なるマイクロ波電源を使用することができ
るが、マグネトロンに電力を供給するためには、連続波
（ＣＷ）電源ではなくパルス電源が使用される。好適な
実施形態では、マグネトロン５０５は、低電力パルス６
０Ｈｚ半整流電源で動作して約２．４５ＧＨｚの周波数
を有するマイクロ波を供給する低コストのマグネトロン
（たとえば、ある種のマイクロ波加熱炉で使用されるタ
イプのマグネトロン）である。このようなマグネトロン
用のパルス低電力電源は、ＣＷ高電力マイクロ波電源や
ＲＦ電源と比較して、値段を少なくとも２桁は低くする
ことができる。
ール５００は、共振キャビティ５１５内の放電管５２０
中にプラズマを形成するための共振キャビティ５１５へ
のエネルギのソースとしてマグネトロン５０５を使用す
る。多数の異なるマイクロ波電源を使用することができ
るが、マグネトロンに電力を供給するためには、連続波
（ＣＷ）電源ではなくパルス電源が使用される。好適な
実施形態では、マグネトロン５０５は、低電力パルス６
０Ｈｚ半整流電源で動作して約２．４５ＧＨｚの周波数
を有するマイクロ波を供給する低コストのマグネトロン
（たとえば、ある種のマイクロ波加熱炉で使用されるタ
イプのマグネトロン）である。このようなマグネトロン
用のパルス低電力電源は、ＣＷ高電力マイクロ波電源や
ＲＦ電源と比較して、値段を少なくとも２桁は低くする
ことができる。
【００３４】マイクロ波アンテナ、すなわち投波器（la
uncher）５０６は、マグネトロン５０５と共振キャビテ
ィ５１５との間でマイクロ波電力を結合する。投波器５
０６は、例えばスタブアンテナ、スロットアンテナ、ま
たはマグネトロン５０５から共振キャビティ５１５へマ
イクロ波を伝えることのできる他の輻射素子であっても
よい。ガス流入口５０７は、放電管５２０を通るプロセ
スガスの流れが投波器５０６に対して横方向ではなく縦
方向になるように配置される。これにより、イオン濃度
が投波器５０６付近で低くなるようなイオン密度勾配が
作り出され、ガスとマイクロ波場との相互作用が高ま
る。
uncher）５０６は、マグネトロン５０５と共振キャビテ
ィ５１５との間でマイクロ波電力を結合する。投波器５
０６は、例えばスタブアンテナ、スロットアンテナ、ま
たはマグネトロン５０５から共振キャビティ５１５へマ
イクロ波を伝えることのできる他の輻射素子であっても
よい。ガス流入口５０７は、放電管５２０を通るプロセ
スガスの流れが投波器５０６に対して横方向ではなく縦
方向になるように配置される。これにより、イオン濃度
が投波器５０６付近で低くなるようなイオン密度勾配が
作り出され、ガスとマイクロ波場との相互作用が高ま
る。
【００３５】ガス供給ライン５７５は、プロセスガス
を、ガスソース５７６からガス流入口５０７を介して放
電管５２０に送る。プロセスガスとしては、ハロゲン化
ガスまたは蒸気、たとえばＣＦ4、ＣｌＦ3、Ｆ2、Ｎ
Ｆ3、を使用することができる。フッ素は、リモートプ
ラズマ発生装置で使用するプロセスガスの特に望ましい
成分である。なぜなら、プラズマ中で形成される自由フ
ッ素ラジカルは、多くの酸化堆積物および窒化堆積物と
容易に反応するからである。特定の実施形態では、三フ
ッ化窒素（ＮＦ3）が望ましい。その理由は、三フッ化
窒素は、マイクロ波生成プラズマ中でフッ素ラジカルを
容易に生成し、これにより洗浄プロセスが効率的になる
からである。ＣＦ4などのペルフルオロカーボン（ＰＦ
Ｃ）は、大気中に放出されてオゾン層を破壊するため、
あまり望ましくない。ＣｌＦ3などの塩素含有ガスは、
洗浄プロセスに続くウェーハ処理作業に干渉しうる塩素
含有残渣を残す場合があり、Ｆ2は、マイクロ波プラズ
マ中で自由フッ素ラジカルに解離して自由フッ素ラジカ
ルとしての状態を維持することが困難な場合があるた
め、ラジカルの歩留まりが低くなり、洗浄プロセスが遅
くなる可能性がある。
を、ガスソース５７６からガス流入口５０７を介して放
電管５２０に送る。プロセスガスとしては、ハロゲン化
ガスまたは蒸気、たとえばＣＦ4、ＣｌＦ3、Ｆ2、Ｎ
Ｆ3、を使用することができる。フッ素は、リモートプ
ラズマ発生装置で使用するプロセスガスの特に望ましい
成分である。なぜなら、プラズマ中で形成される自由フ
ッ素ラジカルは、多くの酸化堆積物および窒化堆積物と
容易に反応するからである。特定の実施形態では、三フ
ッ化窒素（ＮＦ3）が望ましい。その理由は、三フッ化
窒素は、マイクロ波生成プラズマ中でフッ素ラジカルを
容易に生成し、これにより洗浄プロセスが効率的になる
からである。ＣＦ4などのペルフルオロカーボン（ＰＦ
Ｃ）は、大気中に放出されてオゾン層を破壊するため、
あまり望ましくない。ＣｌＦ3などの塩素含有ガスは、
洗浄プロセスに続くウェーハ処理作業に干渉しうる塩素
含有残渣を残す場合があり、Ｆ2は、マイクロ波プラズ
マ中で自由フッ素ラジカルに解離して自由フッ素ラジカ
ルとしての状態を維持することが困難な場合があるた
め、ラジカルの歩留まりが低くなり、洗浄プロセスが遅
くなる可能性がある。
【００３６】ガス供給ライン５７５は、図６に示される
ように、投波器５０６とプラズマ流出口５０８との間に
配置されたガス流入口５０７にプロセスガスを配送す
る。あるいは、流入口は、投波器と事実上同一平面にあ
ってもよい。どちらの構成であっても、ガスフローは投
波器の長手方向に生成される。投波器５０６からのマイ
クロ波エネルギは、ガスにエネルギを与えてプラズマを
形成する。最初、放電管の全容積は本質的に非導電性の
ガスで満たされ、マグネトロン５０５に比較的高い負荷
インピーダンスを与える。マイクロ波電流は、共振キャ
ビティ５１５の表面に沿って流れ、共振キャビティ５１
５内に電磁場を作り出す。この電磁場の一部は、放電管
５２０の中で十分な強度に達し、初期電離ソース（たと
えば、ＵＶランプやスパーク発生器）の使用を必要とせ
ずにプロセスガスをプラズマに電離する。通常は、入射
エネルギと反射エネルギとが結合して高い電磁場ノード
を形成するような場所で十分に強い電磁場が生じる。
ように、投波器５０６とプラズマ流出口５０８との間に
配置されたガス流入口５０７にプロセスガスを配送す
る。あるいは、流入口は、投波器と事実上同一平面にあ
ってもよい。どちらの構成であっても、ガスフローは投
波器の長手方向に生成される。投波器５０６からのマイ
クロ波エネルギは、ガスにエネルギを与えてプラズマを
形成する。最初、放電管の全容積は本質的に非導電性の
ガスで満たされ、マグネトロン５０５に比較的高い負荷
インピーダンスを与える。マイクロ波電流は、共振キャ
ビティ５１５の表面に沿って流れ、共振キャビティ５１
５内に電磁場を作り出す。この電磁場の一部は、放電管
５２０の中で十分な強度に達し、初期電離ソース（たと
えば、ＵＶランプやスパーク発生器）の使用を必要とせ
ずにプロセスガスをプラズマに電離する。通常は、入射
エネルギと反射エネルギとが結合して高い電磁場ノード
を形成するような場所で十分に強い電磁場が生じる。
【００３７】プラズマの形成が進むにつれて、プラズマ
の導電性が高まる。これには、いくつかの効果がある。
第１に、負荷インピーダンスが低くなる。これにより、
ソースから送られる電力の効率を最初に改善することが
できる。しかしながら、プラズマイオン密度が増加する
（ますます導電性となる）につれて、プラズマは、通
常、入射マイクロ波エネルギの大部分を反射してソース
に戻す。プラズマが臨界イオン密度（ＮC）に到達する
と、プラズマによって吸収される電力は、印加される電
力が増加しても増加しなくなる。したがって、ＮCでプ
ラズマに印加されたマイクロ波電力のほとんどすべて
（たとえば、キャビティ壁に沿った抵抗損失などは除
く）が反射される。第２に、プラズマの導電性が高まる
につれて、プラズマは、電磁場から生じた電流を搬送す
る能力を高める。したがって、これらの電磁場は、意図
された相互作用容積内で高い電磁場ノードを確立するた
めに十分な深さまでプラズマ中に浸透することができな
い。図１および図２に示されるような従来のシステムで
は、プラズマに入射した電力の多くが、プラズマイオン
へ変換されずに反射されるので、マイクロ波エネルギか
らプラズマラジカルへの変換効率が低下し、マイクロ波
ソースがダメージを受けることがある。
の導電性が高まる。これには、いくつかの効果がある。
第１に、負荷インピーダンスが低くなる。これにより、
ソースから送られる電力の効率を最初に改善することが
できる。しかしながら、プラズマイオン密度が増加する
（ますます導電性となる）につれて、プラズマは、通
常、入射マイクロ波エネルギの大部分を反射してソース
に戻す。プラズマが臨界イオン密度（ＮC）に到達する
と、プラズマによって吸収される電力は、印加される電
力が増加しても増加しなくなる。したがって、ＮCでプ
ラズマに印加されたマイクロ波電力のほとんどすべて
（たとえば、キャビティ壁に沿った抵抗損失などは除
く）が反射される。第２に、プラズマの導電性が高まる
につれて、プラズマは、電磁場から生じた電流を搬送す
る能力を高める。したがって、これらの電磁場は、意図
された相互作用容積内で高い電磁場ノードを確立するた
めに十分な深さまでプラズマ中に浸透することができな
い。図１および図２に示されるような従来のシステムで
は、プラズマに入射した電力の多くが、プラズマイオン
へ変換されずに反射されるので、マイクロ波エネルギか
らプラズマラジカルへの変換効率が低下し、マイクロ波
ソースがダメージを受けることがある。
【００３８】本発明では、プロセスガスフローが、投波
器５０６とプラズマ流出口５０８との間の放電管に入
る。これにより、投波器５０６から離れ、プラズマ流出
口５０８およびアプリケータ管５０９を通ってプロセス
チャンバ５１０に入るガス分子およびプラズマイオンの
マスフローが生成される。このフローは、放電管５２０
のうち投波器５０６に最も近い部分を実質的な非電離ガ
ス（nonionized gas）で満たす。したがって、マイクロ
波ソースに最も近いプラズマは、確実にＮC以下とな
る。というのも、この領域のＮCのプラズマは、実質的
な非電離ガスで希釈されるからである。これにより、マ
イクロ波エネルギの吸収が大きくなり、従って、より多
くのイオンおよびラジカルが生成されるようになる。
器５０６とプラズマ流出口５０８との間の放電管に入
る。これにより、投波器５０６から離れ、プラズマ流出
口５０８およびアプリケータ管５０９を通ってプロセス
チャンバ５１０に入るガス分子およびプラズマイオンの
マスフローが生成される。このフローは、放電管５２０
のうち投波器５０６に最も近い部分を実質的な非電離ガ
ス（nonionized gas）で満たす。したがって、マイクロ
波ソースに最も近いプラズマは、確実にＮC以下とな
る。というのも、この領域のＮCのプラズマは、実質的
な非電離ガスで希釈されるからである。これにより、マ
イクロ波エネルギの吸収が大きくなり、従って、より多
くのイオンおよびラジカルが生成されるようになる。
【００３９】図６の実施形態では、放電管５２０は、共
振キャビティ５１５を通ってその内部に含まれるように
配置されており、放電管５２０が共振キャビティ５１５
と実質的に同じ空間を共有するようになっている。これ
により少なくとも三つの利点が得られるものと考えられ
る。第１に、プロセスガスからプラズマを形成すること
のできる幾つかの高電磁場ノードが共振キャビティ内に
存在できることである。共振キャビティ内に大きな相互
作用容積を設けることによって、プロセスガスは、確実
にこれらの高電磁場ノードのうちのより多くから作用を
受けることになる。放電管内で作用を受けるプロセスガ
スが多くなると、プロセスガスからプラズマへの変換が
さらに効率的になる。第２に、高電磁場ノードにおいて
プロセスガスから形成されたイオンは、相互に反発する
傾向にある。放電管内の容積を大きくすることによっ
て、これらのイオンは高電磁場ノードから離れてさらに
良好に拡散する。この拡散は、ノード付近のイオンの局
所濃度を低くし、その結果、その領域で反射プラズマが
少なくなり、プラズマによるマイクロ波エネルギの吸収
がいっそう良好になる。第３に、放電管５２０のうち共
振キャビティ５１５内に含まれる容積は放電管の全容積
（プラズマ流出口５０８を含む）と比較して大きいの
で、放電管に入るプロセスガスの大部分が照射を受け
る。したがって、プラズマイオンがプロセスチャンバ５
１０内のプロセス領域５１１へ送られる前に、それらの
イオンが再結合して非反応種になることはほとんどな
い。放電管内でのイオンの再結合が少なくなると、反応
領域に送られるプラズマの濃度が高くなり、したがって
反応領域に送られるプラズマの効率も良くなる。ある実
施形態では、放電管内の相互作用容積は共振キャビティ
容積の９０％を超えており、アプリケータ管５０９の容
積は放電管の全容積の１０％未満である。放電管内の相
互作用容積は、共振キャビティの容積と実質的に同一に
なるまで、更に増加させることができる。
振キャビティ５１５を通ってその内部に含まれるように
配置されており、放電管５２０が共振キャビティ５１５
と実質的に同じ空間を共有するようになっている。これ
により少なくとも三つの利点が得られるものと考えられ
る。第１に、プロセスガスからプラズマを形成すること
のできる幾つかの高電磁場ノードが共振キャビティ内に
存在できることである。共振キャビティ内に大きな相互
作用容積を設けることによって、プロセスガスは、確実
にこれらの高電磁場ノードのうちのより多くから作用を
受けることになる。放電管内で作用を受けるプロセスガ
スが多くなると、プロセスガスからプラズマへの変換が
さらに効率的になる。第２に、高電磁場ノードにおいて
プロセスガスから形成されたイオンは、相互に反発する
傾向にある。放電管内の容積を大きくすることによっ
て、これらのイオンは高電磁場ノードから離れてさらに
良好に拡散する。この拡散は、ノード付近のイオンの局
所濃度を低くし、その結果、その領域で反射プラズマが
少なくなり、プラズマによるマイクロ波エネルギの吸収
がいっそう良好になる。第３に、放電管５２０のうち共
振キャビティ５１５内に含まれる容積は放電管の全容積
（プラズマ流出口５０８を含む）と比較して大きいの
で、放電管に入るプロセスガスの大部分が照射を受け
る。したがって、プラズマイオンがプロセスチャンバ５
１０内のプロセス領域５１１へ送られる前に、それらの
イオンが再結合して非反応種になることはほとんどな
い。放電管内でのイオンの再結合が少なくなると、反応
領域に送られるプラズマの濃度が高くなり、したがって
反応領域に送られるプラズマの効率も良くなる。ある実
施形態では、放電管内の相互作用容積は共振キャビティ
容積の９０％を超えており、アプリケータ管５０９の容
積は放電管の全容積の１０％未満である。放電管内の相
互作用容積は、共振キャビティの容積と実質的に同一に
なるまで、更に増加させることができる。
【００４０】キャビティおよび放電管は、様々な断面を
有していてもよい。特定の実施形態では、放電管５２０
は、円形の断面を有するアルミナ管である。共振キャビ
ティ５１５も円形の断面を有していてもよく、これによ
り、放電管によって満たされないキャビティの内部容積
を最小にすることができる。しかしながら、他の構成も
可能である。たとえば、放電管を円形（または他の形
状）にし、キャビティを方形（または他の形状）にして
もよい。
有していてもよい。特定の実施形態では、放電管５２０
は、円形の断面を有するアルミナ管である。共振キャビ
ティ５１５も円形の断面を有していてもよく、これによ
り、放電管によって満たされないキャビティの内部容積
を最小にすることができる。しかしながら、他の構成も
可能である。たとえば、放電管を円形（または他の形
状）にし、キャビティを方形（または他の形状）にして
もよい。
【００４１】図７は、本発明の別の実施形態を示してい
る。この実施形態では、融解石英放電管６１５が、その
外部表面に導電性被覆６２０、たとえば銀の層、を有し
ている。この構成では、放電管は、共振キャビティと実
質的に同一の空間を共有する容積を有している。この他
に、プラズマ抵抗被覆を金属キャビティに付けること
で、同一の結果を達成することができる。マグネトロン
６０５は、放電管６１５の端部に結合される。この端部
には、投波器６０６からマイクロ波エネルギを取り入れ
る窓６０４が導電層内に設けられている。投波器６０６
は、マグネトロン６０５の中に組み込むか、あるいは石
英管の表面上の導電層内にパターン化することができる
（図示せず）。別の実施形態では、窓６０４の代わり
に、マイクロ波エネルギをキャビティ内に結合する絞り
（図示せず）を用いることができる。ガス流入口６０７
は、窓とプラズマ流出口６０８との間からキャビティに
入る。図６に示される実施形態と同じように、放電管内
の相互作用容積は共振キャビティ容積の９０％を超えて
おり、アプリケータ管の容積は放電管の全容積の１０％
未満である。
る。この実施形態では、融解石英放電管６１５が、その
外部表面に導電性被覆６２０、たとえば銀の層、を有し
ている。この構成では、放電管は、共振キャビティと実
質的に同一の空間を共有する容積を有している。この他
に、プラズマ抵抗被覆を金属キャビティに付けること
で、同一の結果を達成することができる。マグネトロン
６０５は、放電管６１５の端部に結合される。この端部
には、投波器６０６からマイクロ波エネルギを取り入れ
る窓６０４が導電層内に設けられている。投波器６０６
は、マグネトロン６０５の中に組み込むか、あるいは石
英管の表面上の導電層内にパターン化することができる
（図示せず）。別の実施形態では、窓６０４の代わり
に、マイクロ波エネルギをキャビティ内に結合する絞り
（図示せず）を用いることができる。ガス流入口６０７
は、窓とプラズマ流出口６０８との間からキャビティに
入る。図６に示される実施形態と同じように、放電管内
の相互作用容積は共振キャビティ容積の９０％を超えて
おり、アプリケータ管の容積は放電管の全容積の１０％
未満である。
【００４２】本発明のマグネトロンソースによって作り
出されるリモート生成プラズマは、プロセスチャンバの
反応領域内で純粋な化学的効果を有するイオンおよびラ
ジカルから構成される。前述したように、物理スパッタ
リング粒子および高エネルギ粒子には、グロー放電が伴
う。このグロー放電は、in situプラズマとともに存在
しうる。グロー放電の物理的効果は、処理チャンバ、処
理中のウェーハにとって有害となる場合があり、あるい
は後続のウェーハ処理作業を汚染することがある。ある
状況では、リモートプラズマシステム内で生成されたグ
ロー放電が放電管を越えて広がり、処理チャンバの中へ
入り込むことがある。この現象は、一般に「ボーイング
（bowing）」と呼ばれ、多くの場合、望ましくない。し
たがって、リモートプラズマシステムから処理チャンバ
内にボーイングするグロー放電を検出し、ボーイングを
除去する手段を講じることが望ましい。
出されるリモート生成プラズマは、プロセスチャンバの
反応領域内で純粋な化学的効果を有するイオンおよびラ
ジカルから構成される。前述したように、物理スパッタ
リング粒子および高エネルギ粒子には、グロー放電が伴
う。このグロー放電は、in situプラズマとともに存在
しうる。グロー放電の物理的効果は、処理チャンバ、処
理中のウェーハにとって有害となる場合があり、あるい
は後続のウェーハ処理作業を汚染することがある。ある
状況では、リモートプラズマシステム内で生成されたグ
ロー放電が放電管を越えて広がり、処理チャンバの中へ
入り込むことがある。この現象は、一般に「ボーイング
（bowing）」と呼ばれ、多くの場合、望ましくない。し
たがって、リモートプラズマシステムから処理チャンバ
内にボーイングするグロー放電を検出し、ボーイングを
除去する手段を講じることが望ましい。
【００４３】図８は、プロセスチャンバ５１０内にグロ
ー放電検出器を組み込んだ本発明の他の実施形態の断面
図である。たとえば、フォトダイオード７０９を使用す
ることで、グロー放電７０１がプラズマ出力ポート７０
８を介してプロセスチャンバ５１０内にボーイングする
ときにそのグロー放電によって出射した光子７０２（矢
印で図示）を検出することができる。フォトダイオード
７０９は電力コントローラ７３４に接続されており、こ
の電力コントローラ７３４は、光子が検出されたときに
マグネトロン７０５への電力を低減し、それによってキ
ャビティ７１５へ送られるマイクロ波電力を低減する。
マイクロ波電力が減少すると、グロー放電は縮小し、放
電管７２０の境界に戻る。電力コントローラ７３４は、
マグネトロン７０５のデューティサイクルを低減するこ
とにより、マグネトロン７０５への電力を低減すること
ができる。図８は、マグネトロン７０５からキャビティ
７１５へエネルギを結合する他の具体例の付加的な態様
を示している。マイクロ波伝送ガイド７１０は、マイク
ロ波エネルギを投波器７０６から窓７０７に結合する。
マイクロ波伝送ガイド７１０は、導波管やマルチモード
伝送ガイドとすることができる。
ー放電検出器を組み込んだ本発明の他の実施形態の断面
図である。たとえば、フォトダイオード７０９を使用す
ることで、グロー放電７０１がプラズマ出力ポート７０
８を介してプロセスチャンバ５１０内にボーイングする
ときにそのグロー放電によって出射した光子７０２（矢
印で図示）を検出することができる。フォトダイオード
７０９は電力コントローラ７３４に接続されており、こ
の電力コントローラ７３４は、光子が検出されたときに
マグネトロン７０５への電力を低減し、それによってキ
ャビティ７１５へ送られるマイクロ波電力を低減する。
マイクロ波電力が減少すると、グロー放電は縮小し、放
電管７２０の境界に戻る。電力コントローラ７３４は、
マグネトロン７０５のデューティサイクルを低減するこ
とにより、マグネトロン７０５への電力を低減すること
ができる。図８は、マグネトロン７０５からキャビティ
７１５へエネルギを結合する他の具体例の付加的な態様
を示している。マイクロ波伝送ガイド７１０は、マイク
ロ波エネルギを投波器７０６から窓７０７に結合する。
マイクロ波伝送ガイド７１０は、導波管やマルチモード
伝送ガイドとすることができる。
【００４４】図９は、フォトダイオード７０９が導電性
可変アパーチャ８０３を制御するグロー放電制御システ
ムの他の実施形態を示している。この技術分野では周知
のように、可変アパーチャは、多くの方法で製造するこ
とができる。たとえば、同心円状に開閉して中央の開口
を定める多数の金属プレートからなる絞りアパーチャ
（ある種の写真カメラで使用されているもの）は、導電
性可変アパーチャを形成する一つの方法である。可変ア
パーチャを製造する他の方法は、カーテンアパーチャ
（curtain aperture）である。これは、相互にスライド
して可変開口を形成する複数の金属プレート、たとえば
２枚の方形金属プレート、から作製することができる。
導電性可変アパーチャ８０３は、グロー放電領域８０１
と吸収媒体８０４との間にある。吸収媒体８０４は、た
とえば水や吸収性ガスとすることができ、マイクロ波エ
ネルギを熱へ変換することによってマイクロ波エネルギ
をキャビティ８１５から除去する。この熱は、この後、
他の手段の間でガス抜き（venting）や熱交換を行うこ
とにより、放散させることができる。フォトダイオード
７０９が、プロセスチャンバ５１０内にボーイングする
グロー放電領域から出射した光子を検出すると、アパー
チャコントローラ８３４は、導電性可変アパーチャ８０
３を開き、吸収媒体８０４のより多くの表面領域がキャ
ビティ８１５内のマイクロ波エネルギにさらされるよう
にする。これにより、吸収媒体の中で熱に変換されるマ
イクロ波エネルギが増加し、熱に変換されない場合に導
電性可変アパーチャ８０３から反射されるマイクロ波エ
ネルギが減少し、マグネトロン８０５が一定の電力レベ
ルで動作できるようになる。これらの効果が組み合さっ
て、グロー放電を持続させるために使用可能なマイクロ
波エネルギを減少させるので、この後、グロー放電は放
電管８２０内に縮小して戻り、プロセスチャンバ５１０
内に侵入しなくなる。
可変アパーチャ８０３を制御するグロー放電制御システ
ムの他の実施形態を示している。この技術分野では周知
のように、可変アパーチャは、多くの方法で製造するこ
とができる。たとえば、同心円状に開閉して中央の開口
を定める多数の金属プレートからなる絞りアパーチャ
（ある種の写真カメラで使用されているもの）は、導電
性可変アパーチャを形成する一つの方法である。可変ア
パーチャを製造する他の方法は、カーテンアパーチャ
（curtain aperture）である。これは、相互にスライド
して可変開口を形成する複数の金属プレート、たとえば
２枚の方形金属プレート、から作製することができる。
導電性可変アパーチャ８０３は、グロー放電領域８０１
と吸収媒体８０４との間にある。吸収媒体８０４は、た
とえば水や吸収性ガスとすることができ、マイクロ波エ
ネルギを熱へ変換することによってマイクロ波エネルギ
をキャビティ８１５から除去する。この熱は、この後、
他の手段の間でガス抜き（venting）や熱交換を行うこ
とにより、放散させることができる。フォトダイオード
７０９が、プロセスチャンバ５１０内にボーイングする
グロー放電領域から出射した光子を検出すると、アパー
チャコントローラ８３４は、導電性可変アパーチャ８０
３を開き、吸収媒体８０４のより多くの表面領域がキャ
ビティ８１５内のマイクロ波エネルギにさらされるよう
にする。これにより、吸収媒体の中で熱に変換されるマ
イクロ波エネルギが増加し、熱に変換されない場合に導
電性可変アパーチャ８０３から反射されるマイクロ波エ
ネルギが減少し、マグネトロン８０５が一定の電力レベ
ルで動作できるようになる。これらの効果が組み合さっ
て、グロー放電を持続させるために使用可能なマイクロ
波エネルギを減少させるので、この後、グロー放電は放
電管８２０内に縮小して戻り、プロセスチャンバ５１０
内に侵入しなくなる。
【００４５】図１０は、基板処理システム９１０のチャ
ンバ蓋１５ｂ上にリモートプラズマシステム９０１を設
置する実施形態を示している。リモートプラズマシステ
ム９０１によって生成されたプラズマは、矢印で示され
るように、プロセスチャンバ１５内に流入する前にガス
混合ブロック９０９を通り、その後、ガス分配面板１３
ａを通る。このフローパターンは、高濃度の自由フッ素
ラジカルを供給し、不要な酸化堆積物および窒化堆積物
を面板１３ａおよび拡散プレート９４２、特にガス分配
孔１３ｂおよび拡散孔９４２ｂから除去する。
ンバ蓋１５ｂ上にリモートプラズマシステム９０１を設
置する実施形態を示している。リモートプラズマシステ
ム９０１によって生成されたプラズマは、矢印で示され
るように、プロセスチャンバ１５内に流入する前にガス
混合ブロック９０９を通り、その後、ガス分配面板１３
ａを通る。このフローパターンは、高濃度の自由フッ素
ラジカルを供給し、不要な酸化堆積物および窒化堆積物
を面板１３ａおよび拡散プレート９４２、特にガス分配
孔１３ｂおよび拡散孔９４２ｂから除去する。
【００４６】以上、本発明の特定の実施形態について詳
細に説明してきたが、種々の変形例、変更例、および置
換例を使用することもできる。たとえば、リモートプラ
ズマソースは、プロセスチャンバの上面ではなく側面に
取り付けてもよい。他の変更例も、当業者には明らかで
あろう。このような均等物や置換例が本発明の範囲内に
含まれるものと考えている。したがって、本発明の範囲
は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請
求の範囲によって定められべきである。
細に説明してきたが、種々の変形例、変更例、および置
換例を使用することもできる。たとえば、リモートプラ
ズマソースは、プロセスチャンバの上面ではなく側面に
取り付けてもよい。他の変更例も、当業者には明らかで
あろう。このような均等物や置換例が本発明の範囲内に
含まれるものと考えている。したがって、本発明の範囲
は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請
求の範囲によって定められべきである。
【図１】導波管を用いてアプリケータ管に照射を行う従
来のリモートプラズマシステムを示す図である。
来のリモートプラズマシステムを示す図である。
【図２】キャビティ内で横方向に設置されたアプリケー
タ管を使用する従来のリモートプラズマシステムを示す
図である。
タ管を使用する従来のリモートプラズマシステムを示す
図である。
【図３】本発明に係る化学気相堆積装置の一実施形態の
断面図である。
断面図である。
【図４】図３に示されるＣＶＤチャンバの一部の分解斜
視図である。
視図である。
【図５】図３に示されるＣＶＤチャンバの一部の分解斜
視図である。
視図である。
【図６】リモートプラズマシステムおよび処理チャンバ
の一実施形態の断面図である。
の一実施形態の断面図である。
【図７】リモートプラズマシステムおよび処理チャンバ
の他の実施形態であって、金属被覆放電管を使用する実
施形態の断面図である。
の他の実施形態であって、金属被覆放電管を使用する実
施形態の断面図である。
【図８】リモートプラズマシステムおよび処理チャンバ
の他の実施形態であって、グロー放電の処理チャンバ内
への侵入を制御するフォトダイオードを組み込んだ実施
形態の断面図である。
の他の実施形態であって、グロー放電の処理チャンバ内
への侵入を制御するフォトダイオードを組み込んだ実施
形態の断面図である。
【図９】リモートプラズマシステムおよび処理チャンバ
の他の実施形態であって、グロー放電検出器および可調
節アパーチャ（adjustable aperture）を組み込んだ実
施形態の簡単な断面図である。
の他の実施形態であって、グロー放電検出器および可調
節アパーチャ（adjustable aperture）を組み込んだ実
施形態の簡単な断面図である。
【図１０】基板処理チャンバの蓋に設置されたリモート
プラズマ発生装置の簡単な断面図である。
プラズマ発生装置の簡単な断面図である。
５００…リモートマイクロ波プラズマソースモジュー
ル、５０５…マグネトロン、５０６…投波器、５０７…
流入口、５０８…流出口、５０９…アプリケータ管、５
１０…処理チャンバ、５１１…プロセス領域、５１５…
共振キャビティ、５１６…側壁、５１７…近端壁、５１
８…遠端壁、５２０…プラズマ放電管。
ル、５０５…マグネトロン、５０６…投波器、５０７…
流入口、５０８…流出口、５０９…アプリケータ管、５
１０…処理チャンバ、５１１…プロセス領域、５１５…
共振キャビティ、５１６…側壁、５１７…近端壁、５１
８…遠端壁、５２０…プラズマ放電管。
Claims (18)
- 【請求項１】 基板処理システムと共に使用するための
マイクロ波プラズマソースモジュールであって、 第１の内部容積を有する共振キャビティであって、側
壁、近端壁および遠端壁を含み、前記側壁が前記近端壁
および前記遠端壁に電気的に結合されている共振キャビ
ティと、 前記共振キャビティ内に配置された第２の内部容積を有
するプラズマ放電管であって、前記遠端壁よりも前記近
端壁に近い流入口と、前記近端壁よりも前記遠端壁に近
いプラズマ流出口と、を有しているプラズマ放電管と、 前記共振キャビティの前記近端壁に位置し、または前記
近端壁に実質的に近接する投波器を有するマイクロ波電
源と、を備えるマイクロ波プラズマソースモジュール。 - 【請求項２】 前記マイクロ波電源がパルスマグネトロ
ンである、請求項１記載のマイクロ波プラズマソースモ
ジュール。 - 【請求項３】 前記側壁が円筒形である、請求項１記載
のマイクロ波プラズマソースモジュール。 - 【請求項４】 前記放電管の前記第２内部容積は、前記
共振キャビティの前記第１内部容積の約９０％よりも大
きい、請求項１記載のマイクロ波プラズマソースモジュ
ール。 - 【請求項５】 前記流入口にプロセスガスを供給し、前
記投波器から縦軸に沿って離れるフローを形成するガス
ソースを更に備える請求項１記載のマイクロ波プラズマ
ソースモジュール。 - 【請求項６】 前記放電管の前記第２内部容積の約１０
％未満である第３の内部容積を有するアプリケータ管を
更に備える請求項１記載のマイクロ波プラズマソースモ
ジュール。 - 【請求項７】 基板処理システムと共に使用するための
リモートマイクロ波プラズマ装置であって、 少なくとも側壁、近端壁およびマイクロ波吸収材によっ
て形成され、前記側壁が前記近端壁に電気的に結合され
ている共振キャビティと、 前記マイクロ波吸収材と前記共振キャビティとの間に配
置され、前記側壁に電気的に結合された可調節アパーチ
ャと、 前記共振キャビティ内に配置され、流入口およびプラズ
マ流出口を有するプラズマ放電管と、 投波器を有するマイクロ波電源であって、前記投波器は
このマイクロ波電源からのマイクロ波エネルギを前記共
振キャビティに結合させるようになっているマイクロ波
電源と、 前記プラズマ流出口に近接するグロー放電検出器と、 前記グロー放電検出器に結合され、前記グロー放電検出
器がグロー放電の検出時に生成する信号に応答して前記
可調節アパーチャを調節するアパーチャコントローラ
と、を備えるリモートマイクロ波プラズマ装置。 - 【請求項８】 前記可調節アパーチャが絞りまたはカー
テンシャッタである、請求項７記載のリモートマイクロ
波プラズマ装置。 - 【請求項９】 前記グロー放電検出器が光検出器であ
る、請求項７記載のリモートマイクロ波プラズマ装置。 - 【請求項１０】 基板処理システムと共に使用するため
のリモートマイクロ波プラズマ装置であって、 共振キャビティと、 前記共振キャビティ内に配置され、流入口およびプラズ
マ流出口を有するプラズマ放電管と、 投波器を有するマイクロ波電源であって、前記投波器は
このマイクロ波電源からのマイクロ波エネルギを前記共
振キャビティに結合するようになっているマイクロ波電
源と、 前記流入口においてプロセスガスフローを前記プラズマ
放電管に供給するガスソースと、 前記プラズマ流出口に近接するグロー放電検出器と、 前記マイクロ波電源および前記グロー放電検出器に結合
された電力コントローラと、を備えるリモートマイクロ
波プラズマ装置。 - 【請求項１１】 処理チャンバと、 前記処理チャンバに結合されたマイクロ波共振キャビテ
ィと、 プラズマ流出口を介して前記処理チャンバに結合された
前記マイクロ波共振キャビティ内に配置されたプラズマ
放電管と、 前記マイクロ波共振キャビティに投波器を介して結合さ
れたマイクロ波ソースと、 前記プラズマ放電管の流入口において長手方向のガスフ
ローを前記プラズマ放電管に配送するように構成された
ガス配送システムと、を備える基板処理装置。 - 【請求項１２】 プラズマ種を生成する方法であって、 ａ）流出口を有する放電管を共振キャビティ内に設ける
ステップと、 ｂ）マイクロ波電源からのマイクロ波エネルギを前記共
振キャビティに結合させることのできる投波器を設ける
ステップと、 ｃ）前記放電管中の流入口にプロセスガスを流入させる
ステップであって、前記流入口は前記投波器に近接して
いるステップと、 ｄ）前記マイクロ波エネルギを前記プロセスガスに与え
ることにより、前記放電管内で前記プロセスガスからプ
ラズマを形成するステップと、を備える方法。 - 【請求項１３】 前記プロセスガスがフッ素を含んでい
る、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記プロセスガスがＮＦ3を含んでい
る、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 前記マイクロ波電源がパルスマグネト
ロンソースである、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１６】 前記放電管が第１の容積を有し、前記
共振キャビティが第２の容積を有し、前記放電管の前記
第１容積が前記共振キャビティの前記第２容積の少なく
とも約９０％である、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１７】 前記放電管が第１の容積を有してお
り、第３の容積を有するアプリケータ管を更に備え、前
記アプリケータ管の前記第３容積は、前記放電管の前記
第１容積と前記アプリケータ管の前記第３容積との合計
の約１０％未満である、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１８】 前記プロセスガスが、正味の長手方向
に沿って前記投波器から前記流出口に流れる、請求項１
２記載の方法。
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