(57)【要約】  マイクロ波導波管並びにマイクロ波導波管に関連したシステム及び方法について記載する。一実施形態は統合マイクロ波導波管を含み、この統合マイクロ波導波管は、導波管ブロックと、導波管ブロック内の第１導波管セクションと、導波管ブロック内の第２導波管セクションと、導波管ブロック内の第１導波管セクションに統合された第１インピーダンス遷移セクションを備え、この第１インピーダンスセクションは、第１端部及び第２端部を有する第１導管を備え、この第１導管は第１端部から第２端部に向かって先細りしており、この統合マイクロ波導波管は更に、導波管ブロック内の第２導波管セクションに統合された第２インピーダンス遷移セクションを備え、この第２インピーダンスセクションは、第３端部及び第４端部を有する第２導管を備え、この第２導管は、第３端部から第４端部に向かって先細りしており、第１インピーダンス遷移セクションの第２端部及び第２インピーダンス遷移セクションの第４端部は接続されている。
2011515030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合マイクロ波導波管であって、
導波管ブロックと、
導波管ブロック内の第１導波管セクションと、
導波管ブロック内の第２導波管セクションと、
導波管ブロック内の第１導波管セクションに統合された第１インピーダンス遷移セクションを備え、第１インピーダンスセクションは、第１端部及び第２端部を有する第１導管を備え、第１導管は第１端部から第２端部に向かって先細りしており、
統合マイクロ波導波管は更に、
導波管ブロック内の第２導波管セクションに統合された第２インピーダンス遷移セクションを備え、第２インピーダンスセクションは、第３端部及び第４端部を有する第２導管を備え、第２導管は、第３端部から第４端部に向かって先細りしており、第１インピーダンス遷移セクションの第２端部及び第２インピーダンス遷移セクションの第４端部が接続される統合マイクロ波導波管。
【請求項２】
第１導波管セクションが、第５端部及び第６端部を有する第３導管を備え、第１導波管セクションの第５端部が、導波管ブロックの表面に接続される請求項１記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項３】
第２導波管セクションが、第７端部及び第８端部を有する第４導管を備え、第２導波管セクションの第７端部が、導波管ブロックの表面に接続される請求項２記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項４】
第１インピーダンス遷移セクションの第１端部が第１導波管セクションの第５端部であり、第１インピーダンス遷移セクションの第２端部が第１導波管セクションの第６端部である請求項２記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項５】
第１導波管セクションの第６端部が、第１インピーダンス遷移セクションの第１端部に接続される請求項２記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項６】
第２インピーダンス遷移セクションの第３端部が第２導波管セクションの第７端部であり、第２インピーダンス遷移セクションの第４端部が第２導波管セクションの第８端部である請求項３記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項７】
第２導波管セクションの第８端部が、第２インピーダンス遷移セクションの第３端部に接続される請求項３記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項８】
第１インピーダンス遷移セクションの第２端部及び第２インピーダンス遷移セクションの第４端部がアンテナスタブにて接続される請求項１記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項９】
アンテナスタブが、第１導波管セクション及び第１インピーダンス遷移セクションに対して約９０度の角度で整列されたアンテナについて構成される請求項８記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項１０】
第１導波管セクションに接続されたマイクロ波ジェネレータと、
第２導波管セクションに接続された可動式プランジャを備える請求項１記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項１１】
導波管ブロックが、アルミニウム、銅、ブロック、真鍮及び銀の少なくとも１つを含む請求項１記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項１２】
導波管ブロックが、２ピース型導波管ブロックである請求項１記載の統合マイクロ波導波管。
【請求項１３】
統合マイクロ波導波管であって、
導波管ブロックと、
導波管ブロック内の第１インピーダンス遷移セクションを備え、第１インピーダンスセクションは、第１端部及び第２端部を有する第１導管を備え、第１導管は第１端部から第２端部に向かって先細りしており、第１端部は導波管ブロックの表面に接続され、
統合マイクロ波導波管は更に、
導波管ブロック内の第２インピーダンス遷移セクションを備え、第２インピーダンスセクションは、第３端部及び第４端部を有する第２導管を備え、第２導管は第３端部から第４端部に向かって先細りしており、第３端部は導波管ブロックの表面に接続され、第１インピーダンス遷移セクションの第２端部及び第２インピーダンス遷移セクションの第４端部が接続される統合マイクロ波導波管。
【請求項１４】
基板の表面を処理するためのシステムであって、
処理チャンバと、
処理チャンバ内に位置決めされ且つ基板を支持するように構成された基板支持体と、
処理チャンバ内に配置されたアンテナと、
アンテナに接続された統合マイクロ波導波管と、
統合マイクロ波導波管に接続されたマイクロ波ジェネレータと、
統合マイクロ波導波管に接続された可動式プランジャを備えるシステム。
【請求項１５】
アンテナを部分的に取り巻く少なくとも１つの閉じ込めシールドを備える請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
アンテナが電力スプリットアンテナである請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
統合マイクロ波導波管が、アルミニウム、銅、真鍮及び銀の少なくとも１つを含む請求項１４記載のシステム。
【請求項１８】
基板の表面を処理するための方法であって、
統合マイクロ波導波管を構築し、
統合マイクロ波導波管の構築が、
第１導波管セクションを第１インピーダンス遷移セクションと導波管ブロック内で統合し、
第２導波管セクションを第２インピーダンス遷移セクションと導波管ブロック内で統合し、
第１インピーダンス遷移セクション及び第２インピーダンス遷移セクションを導波管ブロック内でアンテナスタブにて接続することを含み、
前記方法は、
マイクロ波ジェネレータを統合マイクロ波導波管内の第１導波管セクションに接続し、
可動式プランジャを統合マイクロ波導波管内の第２導波管セクションに接続し、
アンテナを統合マイクロ波導波管にアンテナスタブにて接続し、
マイクロ波電力信号をマイクロ波ジェネレータを使用して発生させ、
マイクロ波電力信号をアンテナへと統合マイクロ波導波管を使用して誘導し、
マイクロ波電力信号を使用してアンテナ周囲でプラズマを発生させ、
プラズマを使用して少なくとも１種のプラズマ種を生成し、
プラズマによって生成された少なくとも１種のプラズマ種を使用して基板の表面を処理することを含む方法。
【請求項１９】
第１導波管セクションを第１インピーダンス遷移セクションと導波管ブロック内で統合することが、
第１端部及び第２端部を有する第１導管を備える第１導波管セクションの第２端部と、第３端部及び第４端部を有し且つ第３端部から第４端部へと先細りした第２導管を備える第１インピーダンス遷移セクションの第３端部とを接続することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
第１導波管セクションを第１インピーダンス遷移セクションと導波管ブロック内で統合することが、
第１導波管セクションと第１インピーダンス遷移セクションとを統合することによって、第１インピーダンス遷移セクションの第３端部が第１導波管セクションの第１端部となり、第１インピーダンス遷移セクションの第４端部が第２導波管セクションの第２端部となる請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
マイクロ波電力信号のノード位置を可動式プランジャを使用して制御することを含む請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波導波管に関する。
【発明の背景】
【０００２】
プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）は、薄膜を多種多様な基板上に堆積するための周知の方法である。ガラス製造から半導体製造、プラズマディスプレイパネル製造に及ぶ一部の業界では、基板上に薄膜を堆積するにあたってＰＥＣＶＤシステムに依存している。ＰＥＣＶＤシステムは、ちょうど堆積対象である膜が化学的性質及び質において大きく異なるように、その応用において大きく異なる。
【０００３】
典型的なＰＥＣＶＤ処理は、ガス圧、電力、電力パルシング周波数、電力デューティサイクル、パルス波形等のプロセスパラメータ及びその他のパラメータを変化させることによって制御することができる。ＰＥＣＶＤ処理におけるこのカスタマイズ性の高さに関わらず、業界は常に、ＰＥＣＶＤ法を改良してより高いプロセス制御性を得るための新しいやり方を模索している。特に、ＰＥＣＶＤ業界は、より広範囲のプロセスパラメータに亘ってのＰＥＣＶＤの利用を試みている。
【０００４】
現在、ＰＥＣＶＤは限定的な条件下でしか使用することができない。その他の条件の場合は、別の堆積法を利用しなくてはならない。これらの代替の堆積法（電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、スパッタリング等）は、多くの用途において常に最適の方法とは限らない。従って、業界は、従来はこれらの代替堆積法を利用していた分野にＰＥＣＶＤの利用を拡大するためのやり方を模索している。
【０００５】
加えて、ＰＥＣＶＤマイクロ波プラズマ源は一般に、イオン又はその他のプラズマ種にとっては制約のある又は不適切な源であった。イオン源は、ＰＥＣＶＤ法にとって多くの有益な用途を有する。例えば、イオン源は、薄膜の堆積に備えて表面（ポリマー基板等）に前処理を施すのに使用されることが多い。イオン源はまた、プラズマ堆積処理中に、薄膜の化学的性質及び構造を変化させる際にも使用される。加えて、イオン源は、膜における電荷の蓄積の解消又は表面の洗浄にも使用することができる。代替のイオン源をＰＥＣＶＤにおけるマイクロ波プラズマ源と組み合わせることはできるが、ＰＥＣＶＤ処理そのものは、それ自身のイオン源として不十分であった。
【０００６】
イオン源は様々な業者から入手可能であり且つ当該分野で公知である。しかしながら、これらのイオン源には通常、幾つかの欠点がある。その１つが、線形イオン源が高価すぎ且つ多くの用途において使用しづらいことである。実際、イオン源が有益となり得る多くの用途において、コストの高さからイオン源の使用は控えられている。もう１つの欠点は、現行のイオン源が生成するイオンが高エネルギーになりがちな点である。殆どのイオン源が、エネルギーが１２０ｅＶを越えるイオンを生成する。多くの用途において、これほどのエネルギーを有するイオンは、処理対象である表面を損傷したり、堆積対象である膜を損傷する恐れがある。
【０００７】
現行の装置及び方法は機能を果たしはするが、十分に正確でなかったり別の点で満足のいくものではない。このため、現行の技術の欠陥に対処して別の新しく革新的な特色を提供するためのシステム及び方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００８】
図に示される本発明の例示的な実施形態を以下にて要約する。これら及びその他の実施形態については、「詳細な説明」の項でより詳細に説明する。しかしながら、本発明を、この「発明の概要」又は「詳細な説明」に記載の形態に限定する意図はないと理解すべきである。当業者なら、請求項に記載されるような本発明の精神及び範囲内におさまる数多くの改変、均等物及び代替構成に思い至る。
【０００９】
本発明は、マイクロ波導波管に関する。例示的な一実施形態において、本発明は統合マイクロ波導波管を含み、この統合マイクロ波導波管は、導波管ブロックと、導波管ブロック内の第１導波管セクションと、導波管ブロック内の第２導波管セクションと、導波管ブロック内の第１導波管セクションに統合された第１インピーダンス遷移セクションを備え、この第１インピーダンスセクションは、第１端部及び第２端部を有する第１導管を備え、この第１導管は第１端部から第２端部に向かって先細りしており、この統合マイクロ波導波管は更に、導波管ブロック内の第２導波管セクションに統合された第２インピーダンス遷移セクションを備え、この第２インピーダンスセクションは、第３端部及び第４端部を有する第２導管を備え、この第２導管は、第３端部から第４端部に向かって先細りしており、第１インピーダンス遷移セクションの第２端部及び第２インピーダンス遷移セクションの第４端部が接続される。
【００１０】
上述したように、上記の実施形態及びインプリメンテーションは説明を目的としたものにすぎない。数多くのその他の実施形態、インプリメンテーション及び本発明の詳細は、当業者なら以下の記載及び特許請求の範囲から容易に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の様々な目的及び利点は、以下の「詳細な説明」及び付随する請求項を、添付の図面と合わせて参照することによって明らかとなり、またより完全な理解が速やかに得られる。
【００１２】
【図１】既存のＰＥＣＶＤシステムの図である。
【図２】既存の技術の場合のマイクロ波アンテナへの電力パルスの波形及び得られる総プラズマ発光を表す図である。
【図３】本発明の場合のマイクロ波アンテナへの電力パルスの波形及び得られる総プラズマ発光を表す図である。
【図４】表面処理、薄膜堆積及び／又は膜の化学的性質又は構造を変化させるためのプラズマラジカルを生成するための、本発明の一実施形態に従って構成されたシステムを表す図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って構成された閉じ込めシールドの図である。
【図６】表面処理、薄膜堆積及び／又は膜の化学的性質又は構造を変化させるためのプラズマラジカルを生成するための、本発明の一実施形態に従って構成されたシステムを表す図である。
【図７】本発明の実施形態に従って構成された閉じ込めシールドの外郭の断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に従って構成されたＰＥＣＶＤアレイの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に従って構成されたＰＥＣＶＤアレイの断面図である。
【図１０】縦続接続されたアンテナを備えたマイクロ波導波管の図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従って構成されたインピーダンス遷移部を有するマイクロ波導波管の図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従って構成されたアンテナを表す図である。
【詳細な説明】
【００１３】
ここで図を参照するが（類似又は同様の要素は複数の図を通じて同一の参照番号を使用して表す）、特に図１は、大規模な堆積及びエッチング処理のための典型的なＰＥＣＶＤシステム１００の断面図である。このシステムは真空チャンバ１０５を含み、そのうちの２枚の壁だけを図示している。真空チャンバには放電管１１０が収容される。放電管１１０は、マイクロ波信号又はその他の信号を真空チャンバ１０５内に伝達するように構成されたアンテナ１１５から形成される。このマイクロ波電力はアンテナ１１５から外方向に放射され、このアンテナを取り巻く、サポートガス管１２０を通して導入されるサポートガスの点火及び細分化（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｉｚｅ）を行なう。この点火されたガスがプラズマであり、一般に放電管１１０に隣接している。プラズマ及び電磁放射線によって発生したラジカル種は、フィードストックガス管１２５を通して導入されたフィードストックガス１３０を解離させることによってフィードストックガスを分解して新しい分子を生成させる。この解離工程で生成された特定の分子が、基板１３５上に堆積される。細分化及び解離工程によって生成された残りの分子は廃棄物であり、排出ポート（図示せず）から除去される。ただしこれらの分子は、時に基板上に堆積する傾向がある。
【００１４】
プラズマ化学気相源を利用した非導電性及び導電性の膜の堆積は、数多くのタイプの電源及びシステム構成でもって達成されてきた。これらの源の殆どはマイクロ波、ＨＦ、ＶＨＦエネルギーを利用してプラズマ及び励起されたプラズマ種を発生させる。発生するラジカル化プラズマ種の密度に寄与する主な因子が、アンテナに印加される及びアンテナから放出される平均電力であることが判明している。
【００１５】
膜特性要件は、堆積中のプロセス条件（電力レベル、パルシング周波数、源のデューティサイクルを含む）を変化させることによって達成される。必要とされる膜特性を達成するためには、堆積された膜の構造及び構造含量を制御しなくてはならない。膜特性は、（重要なプロセスパラメータの中でもとりわけ）ラジカル種の含量を変化させることによって制御可能であり、上述したように、ラジカル密度は主に、プラズマ放電を起こすために印加される平均及びピーク電力レベルによって制御される。
【００１６】
幾つかの重要な膜特性を達成し、また一部のタイプの基板への接着性を向上させるためには、膜の有機物量を精密に制御しなくてはならず、或いは、場合によっては、含量が、膜厚全体に亘って勾配を描かなくてはならない。
【００１７】
典型的なＰＥＣＶＤ処理においては、ごく少量のサポートガスしか実際には細分化されない。例えば、典型的にはわずか２％のサポートガスしか細分化されない。細分化されるガスの量は、サポートガスの圧力及び放電管内のアンテナに印加される電力量によって決定される。圧力、電力及び構成間の関係は、特定のサポートガスに関してのパッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ）曲線によって定められる。
【００１８】
サポートガスの細分化はその殆どが、放電管内のアンテナに印加された電力によって発生した電子によって引き起こされる。一部の細分化は、イオン及びその他のプラズマラジカルによっても引き起こされる。サポートガスの細分化における電子の有効性は、電子密度に直接関係している。電子密度がより高い領域において、細分化率は同じサポートガス圧でも高くなる。
【００１９】
典型的なＰＥＣＶＤ処理の場合、プラズマからの生成されるラジカル化種の必要密度は、必要とされる量のフィードストックガスの完全な転化に必要な密度より高くなくてはならない。これはプラズマからのラジカル化種の一部がフィルム堆積過程及びフィードストックガスのプラズマ分解過程だけでなく、堆積処理における関係のない部分（再結合のメカニズム、排気等）においても消費されるからである。
【００２０】
電力のタイプ、レベル及び／又は設定並びに利用する材料によっては、必要とされる電力レベルが基板をその物理的限界を超えて過度に加熱してしまう場合があり、場合によっては膜及び基板が使用不能になる。これは主に、その融点の低さから、ポリマー材料系の基板で起こる。
【００２１】
基板の熱負荷の量を低減するために、パルシングの合間に休止時間がある、プラズマへの高電力のパルシングを行なう方法が使用されてきた。この方法では、短くも高エネルギーのパルス中にプラズマによる膜堆積処理に必要なラジカル化種の飽和及び損失が起こり、一方、その他の形態の電磁放射線の減少を通じた基板の瞬間的及び連続的な加熱が軽減される。
【００２２】
しかしながら、基板への熱負荷を低減するという点でパルスマイクロ波が堆積処理にとって有益であると判明している一方で、一般的な堆積速度は典型的には連続波（ＣＷ）電源の場合より低い。これは一部、放電それ自体の絶縁破壊過程で失われるエネルギーに起因する。
【００２３】
図２は、マイクロ波アンテナに送る電力パルス２００の典型的な波形及び得られる総プラズマ発光２１０を表す。当業者なら、電力パルス２００の縦軸とプラズマ発光２１０の縦軸が同一ではなく、これらが説明のためだけに描かれたものであることがわかる。典型的なＰＥＣＶＤ処理において、エネルギー損失は、総電力の約２０％である。このエネルギー損失のかなりの部分が、プラズマ放電の点火に必要なエネルギーに起因する。図２は、放電の点火及び安定化でかなりの電力損失が起こることを示す。
【００２４】
バックグラウンド最低レベルのプラズマイオン化を維持し、またプラズマの消滅を防止することによって、プラズマ放電の初期点火及び安定化に必要な、プラズマにかける電力の損失が大幅に減少する。例えば、バックグラウンド最低レベルのプラズマイオン化を、マイクロ波電源の変調、パルス源の位相整合又は外部電源（ＡＣ又はＲＦグロー放電等）の追加によって維持する。これらの方法は単なる例であって、本発明を限定することを意図するものではない。マイクロ波電源の変調は、例えば、電源を初期の電力振幅から完全なパルス振幅にまでパルシングし、次に初期の電力振幅に戻すことを含む。一実施形態において、初期電力振幅は、バックグラウンド最低レベルのプラズマイオン化を維持するに十分な低電力レベルである。当業者なら、本発明にのっとった代替の方法及びシステムに思い至るであろう。
【００２５】
図３は、本発明にのっとった電力パルス２００及びプラズマ発光３１０を示す。当業者にはわかるように、電力パルス２００の縦軸とプラズマ発光３１０の縦軸は同一ではなく、これらは説明のためだけに描かれたものである。しかしながら、バックグラウンドエネルギーを使用したプラズマ発光３１０のピークレベルが、バックグラウンドエネルギーを使用していない場合のプラズマ発光２１０のピークレベルの約４倍という結果となったことも認識すべきである。少量のバックグラウンドエネルギーの利用によりプラズマが維持されたままとなるため、電力パルス２００を印加すると、プラズマ放電に使用されるエネルギー量が増大する。プラズマの励起に使用されるエネルギーが少なくなることから、より多くのエネルギーをラジカル種の励起に使用することができる。
【００２６】
バックグラウンド最低レベルのプラズマイオン化を維持することによって、プラズマに使用される電力が典型的には７５％から９５％のレベルに上昇したが、これは放電の点火にエネルギーを必要としないことで得られるイオン化効率の上昇によるものである。図１に戻るが、このバックグラウンド最低レベルのプラズマイオン化は、電力をサポートガス管１２０又はフィードストックガス管１２５に印加することによって維持される。本発明の一実施形態において、いずれかの管に印加される電力はＲＦ又はＡＣグロー放電である。本発明の別の実施形態においては、予備イオン化を目的として、バイアスを基板１３５そのものに印加する。その他の実施形態を本願において開示するが、これらは例にすぎず、当業者なら本発明にのっとった改変に思い至るであろう。
【００２７】
細分化効率は、放電管近くで閉じ込めシールドを使用することによっても大きく向上させることができる。閉じ込めシールド利用の利点は、共通して所有され、且つ譲渡された代理人整理番号ＡＰＰＬ−０１２／００ＵＳの「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ  ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  ｄｕｒｉｎｇ  ＰＥＣＶＤ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」において論じられており、この文献は参照により本願に組み込まれる。ＰＥＣＶＤ処理で利用できる例示的なデザインの閉じ込めシールド４００の断面を図４に示す。閉じ込めシールド４００は一般に誘電体（石英等）から形成され、放電管１１０の周囲に、サポートガスを注入することができる容積を設ける。閉じ込めシールド４００の正確な容積及び放電管１１０と閉じ込めシールド４００の内面との距離は、望ましい膜の化学的性質、ＰＥＣＶＤシステム全体の構成及び望ましいガス圧に応じて異なる。
【００２８】
閉じ込めシールド４００は、そのままでは流出してしまう電子及びその他のラジカル化プラズマ種を閉じ込める役割を果たす。電子を閉じ込めることによって、放電管１１０周囲の電子密度を、放電管１１０から離れた位置で上昇させることができる。また、電子密度を上昇させることによって、プラズマを、同じプロセスパラメータでも更に拡大することができ、これはその他のプロセスパラメータを変更することなく細分化率を上昇させることができることを意味する。
【００２９】
閉じ込めシールド４００はまた、ラジカル及びイオンの流出の防止に役立つ。これは細分化効率に役立ち、また発生したラジカル及びイオンの浪費を防止する。また、これらの粒子を保持することによって、ＰＥＣＶＤシステムを、より広い操作パラメータ範囲に亘って、またより効率的に操作することができる。
【００３０】
これらの実施形態はＰＥＣＶＤシステムに限定されないことに留意すべきである。当業者なら、本発明の概念を拡大していずれのタイプのプラズマシステムにも応用することができる。
【００３１】
また、閉じ込めシールドによって、有利には、放電管１１０周囲のサポートガス圧がより良好に制御される。第１に、閉じ込めシールドは、閉じ込めシールドがない場合よりも均一なサポートガス圧をもたらすことに役立つ。このより均一なガス圧によって、細分化率をより良好に制御し、ひいては細分化率を上昇させることが可能になる。
【００３２】
第２に、閉じ込めシールドによって、閉じ込めシールド内の圧力を処理チャンバのその他の部位の圧力とは異なるものにすることができるようになる。これは、閉じ込めシールド内ではより高い圧力を維持し、処理チャンバのその他の部位ではより低い圧力を維持することができることから有利である。この可変圧力の結果、全体としてより低い処理チャンバ圧力でより多くのラジカルを発生させることができる。このタイプの制御によって、ＰＥＣＶＤ処理を、従来よりはるかに低い処理チャンバ圧力で行うことが可能になる。
【００３３】
図４には更に、処理チャンバ１０５、基板１３５、基板支持体４１０、放電管１１０、アンテナ１１５、閉じ込めシールド４００、マイクロ波反射板４３０及びサポートガス管１２０が図示されている。サポートガス管１２０は、この図において閉じ込めシールド４００内部に配置されている。
【００３４】
閉じ込めシールド４００は、基板１３５に最も近い位置に開口部４２０を含む。この開口部４２０からラジカルが流出し、フィードストックガスと衝突する。この開口部４２０のサイズを手動又は電子的に変化させることによって、閉じ込めシールド４００から流出するラジカルの数を制御することができる。この開口部が固定サイズの開口部のこともある。
【００３５】
一部の実施形態においては、閉じ込めシールド４００内の圧力を、閉じ込めシールド４００外の圧力より高くすることができる。このため、一般的なＰＥＣＶＤ処理をより低い圧力で行い、プラズマ援用処理及びラジカル生成処理をより高い圧力で行うことができる。上述したように、サポートガスの細分化効率においては、圧力が鍵となる要素である。ある程度まで、高い圧力はより高い細分化効率を可能にする。このため、閉じ込めシールド内部の圧力を高くすることによって、細分化効率が上昇する。
【００３６】
閉じ込めシールドの効率は、少なくとも部分的に、電子、イオン及びラジカルを正しく方向付けし且つその流出を防止することにおけるシールドの有効性に左右される。このため、閉じ込めシールドは一般に、石英等の誘電体から形成される。しかしながら、石英等の誘電体の価格、易損性及び機械加工における限界により、閉じ込めシールドにはある程度の制約が生じる。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態による閉じ込めシールド５００を示す。図５は管５１０を示し、この管５１０は誘電体コーティング５２０で予備被覆されており、また放電管５１０周囲に配置されていることから、管５１０内のガスをより十分にイオン化してより高い細分化を実現することができる。この実施形態において、放電管１１０は、１本のアンテナ１１５を備えた線形の放電管である。別の実施形態において、閉じ込めシールド５００は石英の管から成り、この石英の管は導体（図示せず）で包まれる。誘電体コーティングで予備被覆される導体の代わりに、ここでは導電層で包んだ又は被覆した誘電性の母材を使用する。母材５１０上の誘電体コーティング５２０についてのここでの言及は全て単なる例に過ぎず、導電層で被覆した誘電体を使用した閉じ込めシールドの構築も本願において理解される。当業者なら、本発明にのっとった、非線形の放電管及びスプリットアンテナを含む多くの改変に思い至るであろう。
【００３８】
本発明の一実施形態においては、管５１０をアルミナで被覆して誘電体コーティング５２０を形成する。システムの要件に応じて、その他の誘電体を使用して誘電体コーティング５２０を形成することもできる。当業者なら、本発明にのっとった別の形態に思い至るであろう。
【００３９】
図５の実施形態は、可変スロット開口部５４０を有するスロット５３０も示す。スロット５３０の可変性を利用してプロセスパラメータ（紫外線密度、内圧と外圧との差、管内外への流れ等）を制御することができる。スロット５３０が固定サイズのスロットの場合もある。遮蔽の構成は、サイズ、形状、材料、シールドの数、スロットの数、失われた電磁放射線を反射してプラズマ管容積に戻すための外方金属シールドの追加等を含めた数多くの点で異なり得る。例えば、管５１０は金属から構成することができる。金属それ自体では望ましい閉じ込め効果は得られないが、この金属を誘電体で予備被覆することによって、効果的な閉じ込めシールド５００が得られる。更に、金属は電磁放射線を放電管１１０に向かって反射して、イオン化効率を上昇させることもできる。別の実施形態においては、誘電性の本体（石英管等）を導電層（金属等）で包むことによって、望ましい閉じ込め効果及び電磁放射線の反射を得る。
【００４０】
閉じ込めシールドを利用し、また閉じ込めシールドをＰＥＣＶＤ処理で使用する前に母材を誘電体コーティングで予備被覆することによって、洗浄のためにシステムをオフラインにしなくてはならない時間が大幅に短縮される。これは誘電体が、ＰＥＣＶＤ処理中、高温を維持可能だからである。殆どの処理において、温度２００〜３００℃前後では、誘電体コーティングは、放電管を取り巻く表面上への堆積及び結果としての剥落に侵されない。加えて、閉じ込めシールドの利用及び母材の誘電体コーティングでの予備被覆によって、ＰＥＣＶＤシステムの予備始動時間が大幅に短縮される。通常、放電管を取り巻く表面上に堆積層を形成させるためにＰＥＣＶＤシステムを予備始動させなくてはならない。これによってプラズマ密度が、堆積処理を開始する前に安定する。本発明では、プラズマ密度を即時安定化することができるため、予備始動時間が短縮される。
【００４１】
図５の例示的な閉じ込めシールド５００を、最低バックグラウンドレベルのイオン化を維持するための電源として使用してもよい。導電体を含む管５１０を誘電体コーティング５２０で予備被覆することによって、閉じ込めシールドの利点全てをそのままに、閉じ込めシールド５００をプラズマの予備イオン化の電源として機能させることができるという利点も加わる。一実施形態においては、最低バックグラウンドレベルのプラズマイオン化を維持し、またイオン化効率を上昇させるために、電源を閉じ込めシールド５００の導電部に適用する。別の実施形態においては、導電性材料（図示せず）を管５１０に追加し、次に管５１０と導電性材料（図示せず）との両方を誘電体コーティング５２０で予備被覆する。当業者なら、本発明にのっとった代替のシステム及び方法に思い至るであろう。
【００４２】
図６は、本発明にのっとった別の実施形態の閉じ込めシールド６００の図である。図６には、ＰＥＣＶＤ処理において使用し得る閉じ込めシールド６００の断面図が示される。この実施形態において、放電管１１０及びサポートガス管１２０は、閉じ込めシールド６００によって部分的に取り囲まれた状態で示される。この閉じ込めシールド６００は、金属等の母材６１０上に誘電体コーティング５２０を使用して形成される。ここで、閉じ込めシールド６００は円形の輪郭を有するものとして図示されており、閉じ込めシールドの開口部４２０は基板１３５に最も近い。当業者は、どんな輪郭も採用し得ること及びここで図示の円形の輪郭が単なる例にすぎないことを認識すべきである。別の輪郭を採用して特定のプロセスパラメータの制御を行う場合もある。例えば、サポートガスの共鳴時間を延ばす輪郭を使用してイオン化効率を更に上昇させる場合もある。
【００４３】
上述したように、母材６１０上に予備被覆された誘電体コーティング５２０は、マイクロ波パルシング中に温度が上昇する。誘電体コーティング５２０の温度上昇の利点については、前述のとおりである。しかしながら、温度の上昇は、母材６１０に付着させた誘電体コーティング５２０の維持という問題を引き起こす可能性がある。本発明の一実施形態においては、温度制御システム（図示せず）を使用することによって、母材６１０の温度制御に役立てる。母材６１０を誘電体コーティング５２０に近い温度にまで加熱したり、離れた温度にまで冷却することができる。冷却により、母材６１０がシステムの外部部位に影響を及ぼさないようにしたり、湾曲を防止することができる。誘電体コーティング５２０全体の温度勾配を制御し、またこれを母材６１０を通して行なうことによって、高温誘電体コーティング５２０の利点を、誘電体コーティング５２０それ自体の接着性を失うことなく維持することができる。
【００４４】
図６には更に、閉じ込めシールド６００の開口部４２０上に配置されたプラズマ種抽出グリッド６２０が図示される。このプラズマ種抽出グリッド６２０は、イオン、電子又はその他のプラズマ種にエネルギー印加し、また放電管１１０周囲で発生したプラズマからこれらを抽出するのに使用することができる。本発明の一実施形態においては、ＤＣ、ＲＦ又はＡＣ電位をプラズマ種抽出グリッド６２０に印加することによって、イオン又はその他のプラズマ種を加速させ、また閉じ込めシールド６００から外に向かう方向を制御する。別の実施形態において、このプラズマ種抽出グリッド６２０に印加される電位を、電力パルス間でバックグランド最低レベルのプラズマイオン化を維持するために使用することもできる。
【００４５】
本発明にのっとった実施形態において、サポートガスは、図６のサポートガス管１２０を通して導入される。サポートガスの励起は、ガスをアンテナ１１５からのマイクロ波電力に曝露することによって達成される。自由電子は印加されたマイクロ波場からエネルギーを得て中性のガス原子と衝突し、これによって、サポートガスの細分化を含め原子がイオン化されてプラズマが形成される。このプラズマは部分的にイオン化されたガスを含有し、この部分的にイオン化されたガスは高濃度の励起原子、分子、イオン及びフリーラジカル種から成る。これらの粒子が基板１３５に衝突し、処理に応じて、基板１３５の洗浄、表面の改質又は過剰な電荷の除去を行なう。これらの励起された種とプラズマ中又はプラズマ近くに配置された固体表面との相互作用によって、材料表面の化学的及び物理的変化が起こる。
【００４６】
しかしながら、殆どのマイクロ波系の処理において、イオンは、基板１３５に到達するに十分なエネルギーを得られない。開口部４２０上にプラズマ種抽出グリッド６２０を配置し且つ電位を印加することによって、イオン又はその他のプラズマ種を加速させ及び方向付けし、基板１３５に衝突させることができる。一実施形態においては、マイクロ波電力プラズマ源をイオン源として使用することができる。このようなイオン源は、様々な電子電圧でもって高いイオン密度を作り出すことができ、プラズマ種抽出グリッド６２０に印加される電位に左右される。
【００４７】
プラズマ種抽出グリッド６２０は、本発明にのっとった多くの材料から構成することができるが、タングステン等の耐エッチング性材料の使用は、プラズマ種抽出グリッド６２０それ自体からのスパッタリング効果を防止するのに役立つ。更に、プラズマ種抽出グリッド６２０の温度上昇を許容することによって、プラズマ種抽出グリッド６２０それ自体の上への堆積及びそれに続く剥落も防止することができる。
【００４８】
プラズマ種抽出グリッド６２０は、本発明による多くのマイクロ波電源システムに追加することができる。本実施形態のプラズマ種抽出グリッド６２０についての説明は例であって、本発明を限定することを意図しない。例えば、別の実施形態において、プラズマ種抽出グリッド６２０は、図５の開口部５４０上に追加される。当業者なら、本発明にのっとった多くのシステム及び方法に思い至るであろう。
【００４９】
ここで図４に戻るが、プラズマ種抽出グリッド６２０が、閉じ込めシールド４００の開口部４２０上に配置された状態で図示されている。この例示的なシステムの運転中、プラズマ６３０が、放電管１１０の周囲に形成される。この実施形態において、閉じ込めシールド４００の形状及び開口部４２０のサイズは、逃げようとするイオン又はその他のプラズマ種を基板に向かって下方向に方向づけするのに役立つ。本発明の実施形態にのっとって、プラズマ種抽出グリッド６２０を、イオン又はその他のプラズマ種を更に制御し、加速させ、またこれらにエネルギー印加するのに使用することもできる。これらの抽出されたプラズマ種６４０が、基板１３５に向かって方向づけされている状態が図示されている。
【００５０】
図７は、本発明にのっとった別の輪郭を有する閉じ込めシールド７００の図である。閉じ込めシールド７００の形状を変化させることによって、表面処理特性を制御することができる。例えば、閉じ込めシールドの形状を、特定のエネルギー種及びラジカル／準安定条件に応じて用途ごとに最適化することによって、堆積又はエッチング済みの材料に特定の特性を付与することができる。この実施形態において、閉じ込めシールド７００は、三角形に近い輪郭に構成される。この例示的な外郭は、サポートガス管１２０から供給されるサポートガスにとって増強されたバッフルとなる。この増強されたバッフルによってサポートガスの共鳴時間が長くなる。共鳴時間は、ガスの少なくとも一部がサポートガス管１２０から閉じ込めシールド７００の開口部４２０を通って外に、基板１３５に向かって下方向に通過するのにかかる時間が長くなることから長くなる。共鳴時間が長くなることによって、サポートガスのイオン化効率が上昇し、また細分化が進む。当業者なら、本発明にのっとった更に別の輪郭に思い至るであろう。
【００５１】
特定の用途に応じて様々な外郭を構築することができる。本発明は、このような外郭を構築することにおいて柔軟性が高い。誘電体より高い機械加工性及び低コストの母材を使用して、いずれの形状の外郭を形成することもできる。本発明の一実施形態にのっとって、次にこれらの外郭に誘電体コーティングを予備被覆して閉じ込めシールドを形成することができる。当業者なら、本発明の一実施形態にのっとった多くの外郭を構築することができるであろう。
【００５２】
図８は、静的配列の放電管１１０の場合の閉じ込めシールド８００の例示的な実施形態の図である。図８は、本発明にのっとった、ＰＥＣＶＤ処理において使用し得る閉じ込めシールド８００の断面図である。この例示的な実施形態において、静的配列の放電管１１０及びサポートガス管１２０は、部分的に閉じ込めシールド８００によって取り込まれた状態で図示されている。母材６１０（金属等）上に誘電体コーティング５２０を使用して形成した閉じ込めシールド８００は、開口部４２０によって、サポートガス管１２０からのガスが開口部４２０を通って外へと基板１３５に向かって下方向に誘導されるように配置される。この例示的な実施形態において、閉じ込めシールド８００は、若干楕円を帯びた輪郭を有する。上述したように、本発明にのっとったその他の輪郭を使用することもできる。本実施形態では、静的配列の放電管１１０に沿って調和した外形も使用する。これは例にすぎない。当業者なら、本発明にのっとった多くの変形及び改変に思い至るであろう。更に、当業者なら、プラズマ種抽出グリッド６２０を開口部４２０上に配置することによって、本願に記載のプラズマ種の方向付け及び加速の利点を得られることに思い至るであろう。
【００５３】
図８の母材に応じて、閉じ込めシールド８００が、アンテナ１１５間でのエネルギー移動を阻害する又はアンテナ１１５間でのエネルギー移動を許容する役割も果たす場合もある。エネルギー移動を阻害する母材６１０の利点については図５に関連して説明済みであり、アンテナ間でのエネルギー移動を許容する利点については図９を参照して説明する。本発明におけるいかなる点も、母材６１０として使用し得る材料のタイプを限定すると解釈されるべきではない。
【００５４】
ここで図９を参照するが、本発明にのっとった別の実施形態の図である。この実施形態において、静的配列の放電管１１０及びサポートガス管１２０は、閉じ込めシールド９００によって部分的に取り囲まれた状態で示されている。閉じ込めシールド９００は、放電管１１０間に配置された誘電体デバイダ９１０を使用して形成される。放電管１１０間に位置決めされた誘電体デバイダ９１０の使用により、アンテナ１１５間でのエネルギー移動が可能になる。このエネルギー移動を利用して、アンテナ１１５がその電力サイクルの休止状態にある間、各放電管１１０の周囲にプラズマを維持するのに必要な予備イオン化効果を起こすことができる。例えば、本発明の一実施形態において、隣接するアンテナ１１０は、パルス源の位相整合を行なうタイミング制御によって制御することができる。この位相整合は、隣接するアンテナ１１５から移動してきたエネルギーにより最低バックグラウンドレベルのプラズマイオン化が維持されるように行なうことができる。
【００５５】
次に、誘電体デバイダ９１０は、金属等の母材６１０に接続される。母材６１０は、少なくとも、放電管１１０に露出し且つ放電管１１０を部分的に取り囲む助けとなる表面上において誘電体コーティング５２０で予備被覆される。図９はバッフルも示し、このバッフルは、金属等のバッフル材９２０上に誘電体コーティング５２０を予備被覆して形成される。バッフルは、サポートガス管１２０からのガスの共鳴時間を延ばすために追加された。その他の形状及びデザインを採用して、その他のプロセスパラメータを制御することもできる。
【００５６】
本発明の一実施形態において、バッフル材９２０は、金属等のマイクロ波反射材料から構成されるため、アンテナ１１５が放出したエネルギーの一部は、放電管１１０周囲のプラズマに向かって反射される。当業者なら、本発明にのっとって加え得るサイズ、形状、材料組成等への多くの改変に思い至るであろう。例えば、この実施形態におけるバッフルを除去してもよい。或いは、誘電体デバイダ９１０の形状及び／又は方向を、バッフルが形成されるように変更する。
【００５７】
図８及び９を再度参照するが、各図は、静的配列の放電管１１０を含む。各放電管内にはアンテナ１１５がある。このアンテナ１１５は線形アンテナ、スプリットアンテナ、非線形アンテナ等である。閉じ込めシールドを形成するための誘電体コーティング５２０の使用は、閉じ込めシールドのサイズの縮小、ひいては静的配列されたアンテナ１１５間に必要な間隔の縮小に役立つ。アンテナ１１５間の間隔を縮小することにより、より均一な膜特性を達成することができる。小型のシステムにおいては、アンテナ１１５を図１０に示すように複数回に亘って縦続接続し、縦続接続されたアンテナ１０６０のそれぞれの間で電力を分割し得る。しかしながら、現行のジェネレータの動力制限を考慮すると、この構成では、大型のシステムの場合、効果的な電力密度が得られない。
【００５８】
更に、同軸マイクロ波の典型的な応用例において、マイクロ波ジェネレータ１０１０は、電力損失を最小限に抑えるために、アンテナスタブ１０４０及びアンテナ１０５０に出来るだけ近い位置に配置される。図１０は、既存の技術にのっとったマイクロ波導波管１０２０、インピーダンス遷移部１０３０、Ｌ字継手１０７０及び可動式プランジャ１０８０を示す。図１０から見て取れるように、導波管１０２０及びインピーダンス遷移部１０３０の長さが、マイクロ波ジェネレータ１０１０をアンテナスタブ１０４０及びアンテナ１０５０から遠く隔てている。マイクロ波ジェネレータ１０１０とアンテナスタブ１０４０との間の距離が遠いことに起因する電力損失の上昇以上に、導波管１０２０及びインピーダンス遷移部１０３０のサイズが、ＰＥＣＶＤシステムの構築及び収容を扱いにくく困難にしている。既存の技術では、ＰＥＣＶＤシステムの製造が、個々の導波管部品の入手可能性によって制限されてきた。使い勝手の良さ及び電力効率の両方を目的として、導波管１０２０とインピーダンス遷移部１０３０とを統合して導波管のサイズを縮小することができる。
【００５９】
図１１及び１２は、本発明にのっとった、インピーダンス遷移部を備えた統合マイクロ波導波管１１００を示す。図１１から見て取れるように、導波管とインピーダンス遷移部１１１０とを導波管ブロック１１２０に統合することによって、マイクロ波ジェネレータ１０１０をアンテナスタブ１０４０及びアンテナ１０５０のにより近く配置して電力密度を上昇させることができる。図１１及び１２では、導波管ブロック１１２０が、内部にインピーダンス遷移部１１１０を備えた統合導波管がある１つの材料片として描かれているが、この図はいかなる形でも本発明を限定することを意図しない。別の実施形態において、導波管ブロック１１２０は２つの材料片を含み、インピーダンス遷移部１１１０を備えた統合導波管はアンテナスタブ１０４０で接続される。当業者なら、本発明にのっとって加え得る多くの改変に思い至るであろう。
【００６０】
本発明の一実施形態において、インピーダンス遷移部１１１０を備えた統合導波管は、アルミニウム、銅、真鍮又は銀を含む導波管ブロック１１２０に機械加工される。これは、２本の先細りした導管を導波管ブロック１１２０内に適切に機械加工することによって行なうことができ、先細りした導管は、導波管ブロックの表面から始まり、アンテナスタブ１０４０で終了する。この実施形態においては、マイクロ波信号を、導波管１０２０及びインピーダンス遷移部１０３０を完全に統合した導波管セクションを通して遷移させることができる。このような実施形態において、インピーダンス遷移部１１１０を備えた統合導波管は原則的に、分離した導波管セクションを必要としない。これによって、統合マイクロ波導波管を備えた導波管ブロックを、分離した導波管セクション１０２０、Ｌ字継手１０７０及びインピーダンス遷移セクション１０３０を使用しなくてはならない導波管よりはるかに小さく構築することが可能になる。
【００６１】
別の実施形態においては、２本の導管を導波管ブロック１１２０に機械加工して導波管セクションを形成する。これらの導管は、導波管ブロック１１２０の表面から導波管ブロック内へと続くチャネルとなる。これらのチャネルを次にインピーダンス遷移セクションに接続することによって、インピーダンス遷移部１１１０を備えた統合導波管を形成する。この実施形態においては、導波管セクション及び遷移セクションを部分的に統合することによって、インピーダンス遷移部１１１０を備えた統合導波管を形成する。当業者なら、本発明にのっとった多種多様な改変及び代替案に思い至るであろう。
【００６２】
図１１及び１２には、本発明にのっとった、マイクロ波ジェネレータ１０１０に対向する統合導波管１１００側に配置された可動式プランジャ１０８０も図示される。この可動式プランジャ１０８０を移動させることによって、導波管の微調整を行なうことができる。図１１及び１２においては、可動式プランジャ１０８０を上下に移動させてマイクロ波ノードをアンテナスタブ１０４０に移動させることができる。
【００６３】
部品の間隔が最小限に抑えられることに加えて、統合マイクロ波導波管１１００を、図１２に図示されるように、アンテナ１０５０に対して９０度回転させることによって、電力密度が更に上昇することも判明している。一実施形態においては、単回縦続接続電力スプリットアンテナ１２１０を、本発明と共に使用する。図１１及び１２に示されるように、本発明のアンテナスタブ１０４０は、図１０のアンテナスタブ１０４０より互いをずっと近くに配置することができる。アンテナスタブ１０４０を互いにより近くに配置できることから、望ましい間隔を得るためにアンテナ１０５０を何度も電力分割しなくてもよい。より大型のシステムの場合、本発明は、従来では不可能であった効果的な電力密度を達成することを可能にする。当業者なら、本発明にのっとって加え得る多くの改変があることに思い至るであろう。
【００６４】
結論として、本発明は、とりわけ、表面処理及び膜化学反応並びに膜構造、膜形成及び膜改質のための電子、イオン、ラジカル化原子及び分子を生成するためのシステム及び方法を提供する。当業者なら、本発明に数多くの変更を加えたり代用を行ない得ることや、その使用、本願に記載の実施形態で達成されるものと実質的に同じ結果を達成するためのその構成に容易に思い至る。従って、開示の例示的な形態に本発明を限定する意図はない。多くの変形、改変及び代替の構成が、請求項に記載されるような開示の本発明の範囲及び精神に含まれる。
【図１】
2011515030.tif 000003
【図２】
2011515030.tif 000004
【図３】
2011515030.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011515030.tif 000009
【図８】
2011515030.tif 000010
【図９】
2011515030.tif 000011
【図１０】
2011515030.tif 000012
【図１１】
2011515030.tif 000013
【図１２】
2011515030.tif 000014
【国際調査報告】
2011515030.tif 000015