(57)【要約】  熱プラズマを生成するプラズマ生成装置（３１６）と、プラズマ生成装置（３１６）から熱プラズマを受け取り且つプラズマ処理チャンバ（３１８）内で熱プラズマを膨張させるためにプラズマ生成中にプラズマ生成装置（３１６）よりも低い圧力をプラズマ処理チャンバ（３１８）に維持するプラズマ生成装置（３１６）の外部のプラズマ処理チャンバ（３１８）と、熱プラズマを誘導結合する誘導子システム（３３０、３３２、３３３）とを含むプラズマ生成システム（３００）が提供される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成システム（３００）であって、
熱プラズマを生成するプラズマ生成装置（３１６）を備え、
プラズマ生成装置（３１６）の外部のプラズマ処理チャンバ（３１８）が、プラズマ生成装置（３１６）から熱プラズマを受け取り、且つプラズマ処理チャンバ（３１８）内で熱プラズマを膨張させるためにプラズマ生成中にプラズマ処理チャンバ（３１８）をプラズマ生成装置（３１６）よりも低い圧力に維持するものであり、さらに、
熱プラズマを誘導結合する誘導子システム（３３０、３３２、３３３）を備える、プラズマ生成システム（３００）。
【請求項２】
膨張誘導結合プラズマ（３５０）が、基板（３２０）の表面を１以上の皮膜（３３４）で覆うためにプラズマ処理チャンバ（３１８）内の表面の方に向けて送られる、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
誘導子システム（３３０、３３２、３３３）が、熱プラズマに近接した１以上の電気コイル（３３０）及び１以上のコイル（３３０）を付勢する電源（３３２、３３３）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
１以上の電気コイル（３３０）が、特定の構成でプラズマ処理チャンバ（３１８）内に位置し、基板（３２０）の表面の１以上の皮膜（３３４）に特定の構成に対応した特定の堆積プロファイルを生成する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
１以上の電気コイル（３３０）の特定の構成が、実質的な環状構成である、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
膨張誘導結合プラズマ（３５０）が、エッチング、粗面化、加熱、洗浄、及び表面への皮膜塗布から成る処理のグループから選択された処理のために表面を処理するように使用される、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
プラズマ処理チャンバ（３１８）が、電子衝撃解離経路及び解離再結合経路に沿った解離のために、膨張誘導結合熱プラズマ（３５０）と反応する試薬を受け取るポート（３２６）をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
プラズマ生成システム（３００）であって、
プラズマを生成する装置（３１６）と、
生成プラズマを受け取り、且つ生成プラズマの膨張を可能にする装置（３１８）と、
生成プラズマを誘導結合する装置（３３０、３３２、３３３）と、を備え、
受け取る装置（３１８）及び誘導結合する装置（３３０、３３２、３３３）が共働して、生成プラズマを膨張誘導結合プラズマ（３５０）に作り上げる、プラズマ生成システム（３００）。
【請求項９】
生成プラズマを誘導結合する装置（３３０、３３２、３３３）が、生成プラズマに近接した１以上の電気コイル（３３０）を含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
生成プラズマが、熱プラズマである、請求項８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、プラズマ処理に関し、特に膨張熱プラズマの誘導結合に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膜の基板への堆積は、熱プラズマ、膨張熱プラズマ（ＥＴＰ）及び誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のようなプラズマを使用して行われる。ＥＴＰは、ＥＴＰ源の上流部の高圧下で熱プラズマを形成し、その熱プラズマをＥＴＰ源の下流部に供給することで生成される。下流部は、熱プラズマ及び試薬前駆物質注入を受け取る低圧チャンバ（上流部よりも低い圧力である）を含む。ＥＴＰ源の下流部と上流部の間の比較的大きな圧力差のために、低圧チャンバ内部で熱プラズマは膨張する。膨張する熱プラズマの中に注入された試薬は、電荷交換及び後の解離再結合のような、熱プラズマと試薬の間の化学反応によって解離する。
【０００３】
個々のＥＴＰ源によって堆積された皮膜は、一般に３０ｃｍよりも小さい限られた幅の表面を覆う。したがって、大きな面積を覆うためには、多数のＥＴＰ源が必要である。ＥＴＰのエネルギーレベルの分布は、不均一で、一般にガウス形になり、結果として、実質的にガウス形のプラズマ密度プロファイル及びガウス形の堆積厚さプロファイルを生じる。しかし、大抵の用途では、特に多数のＥＴＰ源が単一表面の被覆に使用されるとき、個々のＥＴＰ源の一様な厚さプロファイルが望ましい。
【０００４】
さらに、ＥＴＰ源では、ポリマー基板のような電気的浮動基板をイオンが衝撃するエネルギーは、極端に小さく、制御することできない。低イオンエネルギーになろうとするＥＴＰの傾向は、優れた付着性及び／又は高密度を有する皮膜を生成することの邪魔になることがある。
【０００５】
励起要件を減らし且つ効率を上げようとする試みがなされた。この試みには、減少したプラズマガス流量でＥＴＰ動作を可能にするためにＥＴＰ源の縦続接続電極のオリフィス直径を減らすことが含まれ、このことで、次には、試薬解離に必要なイオンフラックスが減少し、さらに堆積速度が減少する。試薬と膨張熱プラズマを激しく混合するように構成されたノズルインゼクタを使用して、利用を高めようとする試みもなされた。しかし、ノズルインゼクタはプラズマを実質的に閉じ込め、このことは不均一性を引き起こす傾向がある。また、堆積物が塗布されている基板に独立したバイアス電圧を加えて、イオンエネルギー制御を高めようとする試みも行われた。しかし、ポリマー基板のような電気的浮動基板を処理するとき、この方法は機能しない。
【０００６】
それにもかかわらず、ＥＴＰは、比較的高い帯電粒子密度、比較的低い電子温度を有し、電子温度とイオン温度の間の平衡を維持し、結果として比較的低いイオン温度及び衝撃エネルギーを生じ、このことは、半導体用途及び電子デバイスの損傷防止のために望ましい。ＥＴＰの低い電子温度は有利であると考えられるが、電子温度を上げることに関して明らかでない有利点が存在している。ＥＴＰは、解離再結合反応が後に続く電荷交換反応に基づいた試薬解離経路を生成し、これは比較的低い電子温度で生じるが、電子衝撃解離反応に基づいた試薬解離経路を生成するには、ＥＴＰのＴｅは低すぎる。
【０００７】
各経路は特定の化学種を生成する能力を与え、電子衝撃解離経路のないことで生成できる化学種の種類が制限され、このことが被覆プロセスへの寄与を制限し、また個々のＥＴＰ源の効率を低下させている。このように、ガス及びエネルギー負荷の増加、大面積均一性に必要なＥＴＰ源の数、及びコストを含んだ励起プロセスに対するさらなる要求が生じている。
【０００８】
他方で、ＩＣＰは、低圧チャンバ中への試薬前駆物質注入を受け取る低圧チャンバを含むＩＣＰ源によって形成され、このチャンバはエネルギー源に接続された１以上のコイルを備えている。この１以上のコイルにエネルギーが加えられたとき、Ｔｅが上がり、電子衝撃解離経路が実現される。しかし、ＥＴＰと同様にＩＣＰは大きな面積にわたって一様な堆積を実現しない。さらに、ＩＣＰでは、帯電粒子密度はＥＴＰと比べて一般に低く、このことで、高エネルギー電子との試薬の解離反応によって形成される試薬部分の密度が制限され、したがって結果として皮膜の成長速度は低くなる。
【０００９】
より高い帯電粒子密度を生成するために、より大電力のＩＣＰが試みられたが、一般に大電力浮遊容量電力結合が生じ、反応器壁のスパッタリングを引き起こし、したがって堆積される皮膜が汚染される。また、ＩＣＰプラズマ生成機構の結果として、電子温度は、一般に、ある特定のエネルギーよりも低くならず、したがってＩＣＰ源で実現できるプラズマ化学作用が制限される。
【特許文献１】米国特許第４８７１５８０号明細書
【非特許文献１】Ｍ．Ｓｃｈａｅｐｋｅｎｓ、Ｓ．Ｓｅｌｅｚｎｅｖａ、Ｐ．Ｍｏｅｌｅｋｅｒ、及びＣ．Ｄ．Ｉａｃｏｖａｎｇｅｌｏ、「Ｈｉｇｈ−ｒａｔｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｄｕａｌ−ｓｏｕｒｃｅ  Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｏｒ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ２１（４）、Ｊｕｌ／Ａｕｇ（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、解離された試薬を基板の表面にわたって一様に分布させ、このように基板上に皮膜を形成するシステム及び方法が必要とされている。
【００１１】
さらに、ＩＣＰのような高いＴｅをＥＴＰのような電子密度と組み合わせて、電荷交換解離再結合経路と電子衝撃解離経路との両方に基づいた制御可能なプラズマ化学によって高成長速度をもたらすことができるように、制御可能な電子温度を有する高電子密度プラズマを効率よく生成するシステム及び方法が必要とされている。他の有利点は、以下でより詳細に説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
プラズマ生成器システムを使用してプラズマを生成する方法が提供される。本方法は、プラズマを生成するためにエネルギー及び反応体をプラズマ生成器システムのプラズマ生成装置に導入するステップと、生成プラズマを膨張させ誘導結合するステップとを含む。
【００１３】
本発明の他の実施形態では、熱プラズマを生成するプラズマ生成装置を含むプラズマ生成システムが提供される。熱プラズマは、プラズマ生成装置の外部のプラズマ処理チャンバで受け取られる。圧力制御システムは、プラズマ処理チャンバ内で熱プラズマを膨張させるために、プラズマ生成中にプラズマ生成装置よりも低い圧力をプラズマ処理チャンバに維持する。誘導子システムが熱プラズマを誘導結合する。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、プラズマを生成する装置を含むプラズマ生成システムが提供される。受け取るための装置は、生成プラズマを受け取り、且つその生成プラズマの膨張を可能にする。誘導結合するための装置は、生成プラズマを誘導結合し、その受け取る装置と誘導結合する装置は共働して、生成プラズマを膨張誘導結合プラズマに作り上げる。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態では、エネルギー及び反応体をプラズマ生成器システムに導入してプラズマを生成する手段、及び生成プラズマを膨張させ誘導結合する手段を含んだプラズマ生成器システムが提供される。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、膨張誘導結合プラズマが提供される。プラズマを生成するためにプラズマ生成器システムのプラズマ生成装置にエネルギー及び反応体を導入するステップと、生成プラズマを膨張させ誘導結合するステップとを含む方法で、プラズマは生成される。
【００１７】
本発明の他の実施形態では、１以上の表面を有する物体が提供される。この表面は膨張誘導結合プラズマを使用して処理され、ここで、このプラズマは、プラズマを生成するためにプラズマ生成器システムのプラズマ生成装置にエネルギー及び反応体を導入するステップと、生成プラズマを膨張させ誘導結合するステップとを含む方法で生成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
誘導結合を膨張熱プラズマ（ＥＴＰ）システムと組み合わせることで、本開示に従って優れたプラズマ処理が実現される。この組合せで実現された結果は、堆積一様性、電子及びイオンエネルギー制御及び効率に関して、ＥＴＰ又は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のどちらよりも優れている。図１に模式的に従来のＥＴＰ反応器１０を示す。ＥＴＰ反応器１０は、上流部１２及び下流部１４を含み、上流部はプラズマ生成器１６を含み、下流部１４はチャンバ１８を含む。上流部１２は、Ｓｃｈｒａｍ等に発行された米国特許第４８７１５８０号の図２に似ている。基板２０はチャンバ１８の中に配置される。
【００１９】
プラズマ生成器１６は、アルゴン、キセノン、ヘリウム、他の希ガス、窒素及び／又は水素ガスを含んだガスのような反応体を、入口２２を通して受け取る。プラズマ生成器１６内にアーク及び／又は放電を生成するようなエネルギー源２１により、エネルギーがプラズマ生成器に加えられる。アーク及び／又は放電は、プラズマを生成するように反応体に対して作用する。熱プラズマを生成するのに適した圧力がプラズマ生成器１６内に維持される。例示のプラズマ生成器では、熱プラズマのイオン及び電子は１ｅＶの温度を有し、電荷密度は１０１５ｃｍ−３以上である。プラズマ生成器１６は、さらにノズルを備え、このノズルを通して、熱プラズマはプラズマ生成器１６を出て、入口２４を通過しそしてチャンバ１８に入る。
【００２０】
熱プラズマが膨張して膨張熱プラズマ５０になることができるようにするために、チャンバ１８は、プラズマ生成器１６に維持される圧力よりも低い圧力に維持される。チャンバ１８で、ＥＴＰ５０は急速に冷却され、電子及びイオンは再結合し始め、その後、膨張が衝撃を与え、すなわち膨張速度は超音速から音速以下の速度になり、電子温度（Ｔｅ）は例えば０．１〜０．３ｅＶのような値まで落ち、そして電荷密度はほぼ１０１２ｃｍ−３になる。
【００２１】
例えば気体、液体及び／又は固体で形成された材料のような試薬、例えば、シラン、メタン、他の炭化水素、過フッ化炭化水素、重水素化炭素、重水素化シラン、アルコール、アクリレート、エポキシ、有機シラン、クロロシラン、フルオロシラン、アミノシラン、有機シリコーン、金属有機前駆物質、金属塩化物、金属フッ化物、水、酸素、水素、窒素、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素、又はこれらの適切な組合せが、例えば注入口２６のようなポートを介してチャンバ１８に注入されて、主に反応体イオンと試薬イオンの間の電荷交換反応及びその後の解離再結合反応によって前駆物質解離が起こるようになる。試薬解離生成物は高ドリフト速度で膨張と一緒に運ばれ、このようにして反応種の対流フラックスが生成され、この反応種は、基板２０の表面に達し、結果として、基板上に皮膜３４の堆積が生じる。
【００２２】
ＥＴＰ５０は、電子温度が実質的にイオン温度に等しい平衡プラズマであり、この場合、電子温度及びイオン温度は比較的低く、例えば０．１ｅＶのようなものである。ＥＴＰ５０のイオン密度はガウス分布を有し、結果として、厚さ及び密度が不均一なガウス形堆積プロファイルを有する皮膜３４が基板２０上に生じる。
【００２３】
図２は、基板２２０とつながった１０トルのような低圧力条件の状態にある真空チャンバを含んだ１以上のチャンバ２０２を有する従来のＩＣＰ反応器２００を示し、このチャンバ２０２に、リングインゼクタ、シャワーヘッド又は他の型の入口のようなポート２０６を通して、試薬が導入される。アルゴン、ヘリウム、又は他の希ガスのような反応ガスをポート２０６又は他のポート（図示しない）を通して導入することができる。１以上のコイル２０４が、この１以上のチャンバ２０２の中に配置されるか、又はこの１以上のチャンバ２０２又はこのチャンバに接続された通路の周りに巻かれる。この場合、一般に、この１以上のコイル２０４が接触している表面の一部は（特に、１以上のコイルが絶縁体で覆われていないとき）、誘電体材料で形成される。
【００２４】
１以上のコイルは、接地と電源（図示しない）の間に接続されている。電源で供給されたエネルギーは、電気放電を起こすために、すなわちプラズマを生成するために、１以上のコイル２０４に加えられる。このようにして、誘導結合プラズマ２５０がチャンバ２０２の中に生成される。電子衝撃解離経路を通して前駆物質解離が起こって、反応種のフラックスを生成し、この反応種が基板２２０の表面に達し、結果として基板上に皮膜２２４を堆積することになる。
【００２５】
ＩＣＰプラズマは不平衡プラズマであり、Ｔｅはイオン温度よりも相当に高く、例えばイオン温度は０．１ｅＶであり電子温度は１ｅＶよりも高いようなものである。１以上の電気コイル２０４が１以上のチャンバ２０２の中に環状構造で戦略的に配置した状態で、形成されたＩＣＰのイオン密度は、軸から外れて高い（軸２２６に沿っていない）分布を有し、結果として一般に軸外し最高値堆積プロファイルを有する皮膜２２４が基板２２０上に生じ、この皮膜２２４は厚さ及び密度が不均一である。特に、皮膜２２４の密度及び厚さは、中心軸２２６のまわりの環状領域で増加している。
【００２６】
本発明に従って、膨張熱プラズマを生成し且つ生成されたＥＴＰを誘導結合するように構成された例示のＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００の第１の実施形態を、図３に模式的に示す。ＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００は上流部３１２及び下流部３１４を含み、ここで上流部３１２はプラズマ生成器３１６を含み、下流部３１４はチャンバ３１８を含む。基板３２０がチャンバ３１８とつながった状態で取り付けられ、またチャンバ３１８内に取り付けることができる。ＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００は、基板を処理するためにＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００内で処理される反応体及び試薬の１以上を受け取る。
【００２７】
図１に示すＥＴＰ反応器１０と同様に、プラズマ生成器３１６は、例えばアルゴン、ヘリウム、他の希ガス、窒素及び／又は水素ガスのような反応体を、例えばリングインゼクタ、ノズルインゼクタ、フラッシュ蒸発器、シャワーヘッド又は他の型の入口のようなポート３２２を通して受け取る。エネルギーはエネルギー源３２１によってプラズマ生成器に加えられる。例えば、加えられるエネルギーは、例えばプラズマ生成器３１６内にアーク及び／又は放電を生成するような無線周波（ＲＦ）エネルギー、マイクロ波、直流電流又は電圧、又は交流電流又は電圧の形であってもよい。加えられるエネルギーは、直流電流の形でもよく、又は連続波形又はパルス波形であってもよく、ここで、例えば波形の種類（正弦波、方形、三角、台形、その他）、周波数、デューティサイクル、その他のような波形のパラメータは、所望の結果を得るために選ばれる。アーク及び／又は放電は、プラズマを生成するように反応体に作用する。
【００２８】
熱プラズマを生成するのに適した圧力がプラズマ生成器３１６内に維持される。例えば、圧力は、大気圧近くか又は大気圧に維持することができ、例えば＞１００トルのようなものである。例示のプラズマ生成器では、熱プラズマのイオン及び電子は１ｅＶの温度を有し、電荷密度は１０１５ｃｍ−３である。プラズマ生成器３１６はさらにノズルを備え、このノズルを通して熱プラズマはプラズマ生成器３１６を出て、入口３２４を通過しそれからチャンバ３１８に入る。
【００２９】
ＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００は、チャンバ３１８が誘導結合（ＩＣ）システム３３０を備えている点で、図１のＥＴＰ反応器１０と違っている。Ｉ／Ｃシステム３３０は、１以上の電気コイルのような電磁力を生成する装置、及び装置を付勢する電源例えば連続波形又はパルス波形の電気エネルギーを供給することによるようなものを含み、ここで、例えば波形の種類（正弦波、方形、三角、台形、その他）、周波数、デューティサイクル、その他のような波形のパラメータは、所望の結果を得るために選ばれる。
【００３０】
熱プラズマが膨張熱プラズマに膨張することができるようにするために、チャンバ３１８は、プラズマ生成器３１６に維持された圧力よりも低い圧力に維持されている。実現された例では、チャンバ３１８に維持された圧力は２０〜２００ミリトルであり、膨張が超音速で起こる。チャンバ３１８で、ＥＴＰは急速に冷却され、電子及びイオンは再結合し始め、その後、膨張が衝撃を与える。Ｉ／Ｃ  ＥＴＰ３５０では、膨張熱プラズマ中への電力の誘導結合の結果として、Ｔｅは図１のＥＴＰ反応器ほどは下がらず、したがって０．１〜０．３ｅＶよりも大きく、そして電荷密度はほぼ１０１２ｃｍ−３以上である。
【００３１】
気体、液体及び／又は固体で形成された材料のような試薬、例えば、シラン、メタン、他の炭化水素、過フッ化炭化水素、重水素化炭素、重水素化シラン、アルコール、アクリレート、エポキシ、有機シラン、クロロシラン、フルオロシラン、アミノシラン、有機シリコーン、金属有機前駆物質、金属塩化物、金属フッ化物、水、酸素、水素、窒素、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素、又はこれらの適切な組合せが、例えば注入口３２６のようなポートを介してチャンバ３１８に注入され、このようにして、反応体イオンと試薬の間の電荷交換反応及びその後の解離再結合反応と、電磁加熱された電子と試薬の間の電子衝撃解離反応との両方によって解離が起こるようになる。
【００３２】
電磁力を生成する装置は、チャンバ３１８の中に備えることができ、チャンバ３１８の壁の中に一体化することができ、又はチャンバ３１８の壁の外側に備えることができる。例えば、誘電体で支持されるか、チャンバ３１８の壁の中に一体化されるか又はチャンバ３１８の壁のまわりに巻かれるかした１以上の自立型絶縁電気コイルを、装置は含むことができる。一般に、１以上のコイルが接触しているチャンバ３１８の壁の一部又は他の表面は（特に、１以上のコイルが絶縁されていないとき）、誘電体材料で形成される。チャンバの壁の他の部分は、誘電体材料又は導電性材料で形成することができる。
【００３３】
一般に１以上のコイルの一方の端は接地に接続され、そして他方は、ＲＦ／ＡＣ電源３３２のような電源及びＲＦ／ＡＣ整合回路網３３３に接続されている。電気エネルギー又はＲＦエネルギーのようなエネルギーが、１以上のコイルに加えられて、Ｉ／Ｃ  ＥＴＰ３５０に対して誘導結合効果を引き起こす。一般に、起動モードで動作しているとき、熱プラズマがチャンバ３１８に入るやいなやエネルギーが１以上のコイルに加えられ、その後、熱プラズマがチャンバ３１８に流れ込むときにエネルギーが装置に加えられる。ただし、他のエネルギー供給タイミングのスケジュールを使用することができる。加えられるエネルギーは連続又はパルス波形を有することができ、ここで、例えば波形の種類（正弦波、方形、三角、台形、その他）、周波数、デューティサイクル、その他のような波形のパラメータは、所望の結果を得るために選ばれる。
【００３４】
誘導結合効果によって、（通常のＥＴＰで起こる解離再結合反応が後に続く電荷交換に加えて）電子衝撃解離経路を通して前駆物質解離が起こって反応種のフラックスを生成するようになり、さらに、プラズマ中の電子の少なくとも一部のＴｅが比較的高いＴｅに上昇するようになる。いったん誘導結合の影響を受けると、Ｉ／Ｃ  ＥＴＰ３５０は不平衡プラズマになり、ここではイオン温度及び電子温度は互いに異なることができる。
【００３５】
したがって、Ｔｅはイオン温度によって完全に制限されるとは限らず、イオン温度が上昇しないときでも、上昇することができる。Ｉ／Ｃシステム３３０にエネルギーを加えることで、電界が変化して、電子の動きを引き起こし、電子の運動エネルギーを増加させ、さらにＴｅを高くする。より重いイオンは電界の変化に反応しない。したがって、チャンバ３１８中の電子の運動エネルギー及び温度は、チャンバ３１８中のイオンのエネルギーレベルすなわち温度を変えることなく、高くなる。
【００３６】
従来のＥＴＰ反応器では、熱プラズマはチャンバ中で急速に冷却され、電子は膨張に基づいてエネルギーを解放し、それで電子衝撃解離反応に効果的でない。さらに、いったん再結合が始まると、電子及びイオンの少なくとも一部は失われる。図３で示す装置では、追加されたＩ／Ｃシステム３３０の起動によって、より重いイオンが加熱されることなく、電子が加熱されるようになる。例えば０．１ｅＶにほぼ等しいような比較的低いＴｅ及び１ｅＶより大きな比較的高いＴｅを含んだＴｅの範囲が生じる。生じたＴｅの範囲は、一般に、より多くの電子、イオン、したがってプラズマを生成するために非常に有用な特性を有する０．３ｅＶのＴｅを含む。
【００３７】
第１及び第２の組の化学種が、それぞれ解離再結合経路及び電子衝撃解離経路を介して生成される。解離生成物は、高いドリフト速度で膨張と一緒に運ばれて、反応種の対流フラックスを生成し、この反応種は基板３２０の表面に達し、結果として基板３２０上に皮膜３３４の堆積が生じる。
【００３８】
さらに、温度の上昇でイオン化が再び起こるようになり、結果としてＥＴＰだけのプラズマに比べてイオン密度が増加することになる。したがって、Ｔｅの上昇はイオン密度の増加に比例する。さらに、Ｔｅの上昇は、不平衡化学作用を行うことを可能し、そして低温基板に対して高温化学作用を行うことを可能にする。
【００３９】
Ｔｅ上昇のさらなる有利点は、「チャイルドの法則」の結果としてＩ／Ｃ  ＥＴＰ３５０が接触している基板の前面に増加したシース電圧が作られることである。基板と衝突するイオンは、増加した電圧によってこのシースの間で加速される。したがって、イオン加速及び衝撃エネルギーが増加し、これによって、基板３２０中へのイオンの侵入及び打ち込みの増加で、基板３２０と堆積される皮膜３３４の間に、皮膜３３４の基板３２０へのより高い付着を実現する混合界面が形成されるようになる。皮膜３３４が堆積されているときに皮膜３３４に多孔質の開口が存在する場合、イオン衝撃はこの開口を満たし、より高い密度の皮膜を生成する。
【００４０】
本発明の実施形態では、Ｉ／Ｃシステム３３０の１以上の電気コイルは、軸外しの実質的環状バイアスをイオン密度及び堆積プロファイルに加えるように、チャンバ３１８の中に実質的に環状構造で戦略的に取り付けられた少なくとも一巻きを有する１以上のコイルを含み、結果として堆積密度及び厚さに対して実質的に環状のバイアスが生じる。１以上の電気コイル３３０の戦略的な配置は、Ｉ／Ｃ  ＥＴＰ３５０で得られる堆積プロファイルのガウス分布の補償を可能にする。
【００４１】
ＥＴＰだけのプラズマで生成された皮膜の堆積プロファイル３３６（図１に示す皮膜３４の堆積プロファイルに対応する）、及びＩＣＰだけのプラズマで生成された皮膜の堆積プロファイル３３８（図２に示す皮膜２２４の堆積プロファイルに対応する）は、模式的に破線で示されている。皮膜３３４は、Ｉ／Ｃシステム３３０の軸外し最高値イオン分布効果と組み合わされたＩ／Ｃ  ＥＴＰ３５０のガウス分布イオン密度による組合せ堆積プロファイルであるプロファイルを有する。皮膜３３４の組合せ堆積プロファイルは実質的に一様であり、結果として、図３に模式的に示すように、基板３２０上に皮膜３３４の実質的に一様な密度及び厚さが生じる。
【００４２】
ＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００のパラメータは、堆積一様性を達成するために皮膜３３４の所望の組合せ堆積プロファイルを得るように選び、及び／又は制御することができる。Ｍ．Ｓｃｈａｅｐｋｅｎｓ、Ｓ．Ｓｅｌｅｚｎｅｖａ、Ｐ．Ｍｏｅｌｅｋｅｒ、及びＣ．Ｄ．Ｉａｃｏｖａｎｇｅｌｏによる「Ｈｉｇｈ−ｒａｔｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｄｕａｌ−ｓｏｕｒｃｅ  Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｏｒ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ２１（４）、Ｊｕｌ／Ａｕｇ  ２００３に記載されたパラメータのような例示のパラメータには、下流動作圧力、プラズマ源と基板の間の動作間隔、膨張アルゴンプラズマビーム中への前駆物質流量、及びＥＴＰ源の陰極から陽極までの距離がある。他のパラメータには、Ｉ／Ｃシステム３３０に加えられるエネルギーの量及び種類、Ｉ／Ｃシステム３３０の構成、Ｉ／Ｃシステム３３０の戦略的配置、１以上のコイルに使用されるコイル及び巻線の数が含まれることがある。例えば、多数回巻きは、イオン密度のより大きな変化及びより高い電子温度を生じる。
【００４３】
図４は、Ｉ／Ｃシステム４３０が、入口４２４に沿って、すなわち熱プラズマがチャンバ３１８に向かって流れるときの熱プラズマの経路に沿って且つ熱プラズマに近接して位置していることを除いて、図３に示すＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００と実質的に同じであるＥＴＰ−ＩＣＰ反応器４００を示す。Ｉ／Ｃシステム３３０（図示しない）も含めることができる。
【００４４】
Ｉ／Ｃシステム４３０は、１以上のコイルのような電磁力を生成する装置及びこの装置を付勢する電源を含む。図示の実施形態では、１以上のコイルは入口４２４の外面のまわりに巻かれているので、プラズマはチャンバ３１８に入る前に１以上のコイルを通過する。１以上のコイル４３０は、さらに（又は、代わりに）、入口４２４の中に配置することができ、例えば入口４２４の中に絶縁して位置し且つ／又は入口４２４の内壁に沿って巻かれるといったようなものである。一般に、１以上のコイルが接触している入口４２４の壁の部分又は他の表面（特に、１以上のコイルが絶縁体で覆われていないとき）は、誘電体材料で形成される。入口の４２４の壁の他の部分は、誘電体材料又は導電性材料で形成することができる。
【００４５】
一般に各コイルの一方の端は接地に接続され、他方は、ＲＦ／ＡＣ電源３３２のような電源及びＲＦ／ＡＣ整合回路網３３３に接続されている。電気又はＲＦエネルギーが１以上のコイルに加えられて、Ｉ／Ｃ  ＥＴＰ３５０に対して誘導結合効果をもたらす。Ｉ／Ｃシステム４３０の他の構成が考えられる。例えば、電磁力を生成する装置は、入口４２４の中に一体化することができる。
【００４６】
本開示に従ってＥＴＰ−ＩＣＰ反応器３００及び４００で生成されたＩ／Ｃ  ＥＴＰ３５０は、自動車、輸送、建築ガラス交換、半導体、光電池、光媒体、フラットパネルディスプレイ及び照明の産業における表面グレイジングを含んだ実に様々な用途で、表面への薄膜堆積に特に有用である。ガラス、金属、シリコン及びプラスチック（ポリカーボネートを含む）で形成された表面の大きな表面積に機能皮膜を一様に生成するように高密度プラズマを使用して一様な堆積プロファイルを実現するために、ＥＴＰ−ＩＣＰ反応器のアレイを使用することができる。表面に塗布することができる機能皮膜の例は、耐磨耗皮膜、水分及び／又は酸素障壁皮膜、紫外線吸収皮膜、赤外線反射皮膜及び／又は他の透明な光学皮膜（例えば、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で２０％を超える光透過率を有する皮膜）である。
【００４７】
Ｉ／Ｃ  ＥＴＰ３５０は、さらに、表面をエッチングし、粗面化し、加熱し、及び／又は洗浄するように表面を処理することを含んだ他の用途に使用することができる。この用途の特定の場合には、試薬を膨張誘導結合プラズマに注入する必要はないが、代わりにイオン化反応ガスを使用することができる。
【００４８】
本開示の説明した実施形態は、限定ではなく例示のつもりであり、本開示の全ての実施形態を表すつもりではない。文字通りにも法律で認められる同等物の点でも添付の特許請求の範囲に示されるような本開示の精神又は範囲から逸脱することなしに、様々な修正物及び変形物を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来技術のＥＴＰ反応器を示す模式図である。
【図２】従来技術のＩＣＰ反応器を示す模式図である。
【図３】本発明に従ったプラズマ源システムを示す模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に従ったプラズマ源システムを示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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