(57)【要約】  本明細書で開示するのは、プラズマ生成器によって生成されたプラズマを収容するように設計されたプラズマキャビティを含むハウジングを備えたラジカル源に関連する技術である。ハウジングは、プラズマにプロセスガスを注入するように設計された少なくとも１つのガス注入器を有する。プラズマは、プラズマに注入されたガスからラジカルを生成する。キャビティは、キャビティからラジカルを放出する、キャビティ内に形成された出口又は開口部を有する。放出されたラジカルは、ラジカル源の下にある対象のウェハ基板に向けられることがある。この要約は、特許請求の範囲又は意味を解釈又は制限するために使用されることはない、という理解の下で提出される。
2021523515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジカル源であって、
プラズマを生成するためのプラズマ生成器と、
前記生成されたプラズマを内部に収容するためのプラズマキャビティを含むハウジングと、
前記プラズマキャビティにガスを注入するためのガス注入器であって、前記プラズマは前記ガスからラジカルを生成する、ガス注入器と、
前記ハウジングに取り付けられるか又は前記ハウジング内に形成されたノズルであって、前記プラズマキャビティ内の出口を提供してそこから前記ラジカルを放出する、ノズルと、を含むラジカル源。
【請求項２】
前記プラズマにガスを注入するために前記ガス注入器によって前記キャビティに注入された前記ガスは、前記プラズマキャビティ内で前記プラズマの渦のスピンを促進する、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項３】
前記プラズマ生成器は、無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波電力、又は電流源によって駆動されて前記プラズマを生成する共振要素を含む、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項４】
ガス注入器は、前記プラズマに前記ガスを注入するための複数の注入ポートを含む、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項５】
前記ノズルは、収束−発散ラバールノズルを含む、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項６】
前記キャビティは円筒形であり、前記ガス注入器は前記円筒形のキャビティの縁部に接線の配向でガスを注入し、前記キャビティの前記出口は前記円筒形のキャビティの同軸中心に配置される、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項７】
前記ラジカルは、前記ノズルから超音速で放出される、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項８】
前記ラジカル源からガスの円形カーテンを発射するためのガスカーテンジェットを更に含み、前記ガスの円形カーテンは、前記ノズルから放出される前記ラジカルに対して軸対称である、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項９】
前記ガスカーテンジェットによって発射された前記ガスは、前記プラズマに注入された前記ガスとは化学的に異なっている、請求項８に記載のラジカル源。
【請求項１０】
前記ラジカル源は、セラミック、アルミナ、又はイットリアを含む群から選択される、耐熱性で耐薬品性の材料内に埋め込まれている、請求項１に記載のラジカル源。
【請求項１１】
ウェハを保持するように構成されている領域の上に配置され、それにより前記ラジカルが前記領域に向かって放出される、請求項１に記載のラジカル源のアレイを含むプラズマ処理システム。
【請求項１２】
ラジカル源であって、
プラズマ生成器によって生成されたプラズマを収容するためのプラズマキャビティを含むハウジングと、
ガスを前記プラズマキャビティに注入するためのガス注入器と、
前記キャビティから前記ガスを放出するために、前記キャビティ内に形成された出口ノズルと、を含むラジカル源。
【請求項１３】
前記プラズマにガスを注入するために前記ガス注入器によって前記プラズマキャビティに注入された前記ガスは、前記プラズマキャビティ内で前記プラズマの渦のスピンを促進する、請求項１２に記載のラジカル源。
【請求項１４】
前記キャビティは円筒形であり、前記ガス注入器は前記円筒形のキャビティの縁部に接線の配向でガスを注入し、前記キャビティの前記出口は前記円筒形のキャビティの同軸中心に配置される、請求項１２に記載のラジカル源。
【請求項１５】
プラズマ処理システムであって、
ウェハホルダーの上に配置される複数のラジカル源のアレイであって、それにより、前記ラジカル源からのラジカルが前記領域に向かって放出される、複数のラジカル源のアレイを含み、
各ラジカル源は、
圧力下で前記生成されたプラズマを収容するためのプラズマキャビティを含むハウジングと、
前記プラズマキャビティにガスを注入するためのガス注入器であって、前記プラズマは前記ガスからラジカルを生成する、ガス注入器と、
前記キャビティからの放出時に前記ラジカルの加速を促進するための前記出口の周りのノズルと、を含む、プラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年５月４日に出願された、「Ｒａｄｉｃａｌ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔａｉｎｅｄ  Ｐｌａｓｍａ」と題された米国非仮特許出願第１５／９７１，７７８号明細書の利益を主張するものであり、該出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハダイ製造プロセスの例としては、パターン転写中の薄膜エッチングプロセスが挙げられる。そのようなプロセスは、ウェハダイの歩留まり、生産性、信頼性、及びコストに影響を与える多くの問題にさらされることがある。そのような問題は、パターンが小さくなり、許容誤差がより厳しくなるほど、より一般的になることがある。
【０００３】
プラズマ製造プロセスでは、全体的なプラズマの不均一性に起因して問題が発生することがある。例えば、縁部よりもウェハダイの中央に向かって、より高いプラズマ均一性が存在することがある。これは、ウェハ縁部における物質的／電気的な不連続性が原因であることがある。一例として、ウェハダイの縁部に近い領域は、ウェハダイの中央におけるラジカル及び荷電種のフラックスとは大きく異なるこれらの種のフラックスを有することがある。これは、ウェハ基板の縁部が、不連続な電気的及び物質的な境界を示しているからであり得る。
【０００４】
発明を実施するための形態では、添付の図を参照する。図では、参照番号の左端の数字は、その参照番号が最初に現れる図を示している。図面全体を通じて、同様の特徴及びコンポーネントを参照するのに同じ番号が使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示するのは、エッチング及び／又は堆積用途で半導体基板を扱う際に使用される、プラズマラジカル源装置及び動作方法の実施形態である。ラジカル源装置は、プラズマ生成器又は供給源を組み込んで、基板を扱うために使用されるプラズマチャンバ（例えば、プラズマを収容するためのプラズマキャビティを含むハウジング）に電力を印加することができる。プラズマチャンバは、従来の手段（例えば、ガス注入器）を使用してガスの流れ及び圧力を制御するように構成されている。しかしながら、ガス流は、電源、ガス化学作用、及び圧力と組み合わせてラジカルを生成するのに使用される、新規のガス注入器を通って流れる。ラジカルは、プラズマチャンバに配置された基板に向かって、ノズルを通って、プラズマキャビティに注入される。
【０００６】
一実施形態では、ガス注入器は、ガスが、プラズマキャビティ内でプラズマの渦のスピンを促進する特定の方向に流れるように、設計されることがある。１つの特定の場合では、キャビティは円筒形であり、ガス注入器は、円筒形のキャビティの縁部に接線の配向でガスを注入し、キャビティの出口は、円筒形のキャビティの同軸中心に配置され、ノズル又は出口は、収束−発散ラバールノズルとして構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本明細書で説明する技術による、プラズマ処理システム１００の一例の概略断面図を示す。
【図２Ａ】本明細書で説明する技術による、例示的なラジカル源の断面を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの例示的なラジカル源の別の断面を示す。
【図３Ａ】本明細書で説明する技術による、別の例示的なラジカル源の断面を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの例示的なラジカル源の別の断面を示す。
【図３Ｃ】図３Ａの例示的なラジカル源の更に別の断面を示す。
【０００８】
発明を実施するための形態では、添付の図を参照する。図では、参照番号の左端の数字は、その参照番号が最初に現れる図を示している。図面全体を通じて、同様の特徴及びコンポーネントを参照するのに同じ番号が使用される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書で開示するのは、ダイの製造中に半導体ウェハの表面へのラジカルの流れを際立たせる、（エッチング及び堆積などの）プラズマ処理に関連した技術である。本明細書で使用する場合、ラジカルの例としては、化学的に反応しやすい中性種（例えば、酸素又は窒素の原子）、満たされていない結合を有する分子断片（例えば、ジフルオロメタン）、及び準安定の電子的に又は振動的に励起した種（例えば、一重項分子酸素）が挙げられる。
【００１０】
半導体ダイの製造中、イオン又は電子などの荷電種のフラックスが少ない、純粋なラジカル源を有することが望ましい場合が多い。本明細書で説明する技術は、半導体デバイスの大量生産に使用することができる、プラズマ処理の一部として空間的且つ時間的に制御可能な態様でラジカルのフラックスを生成する、新規のハードウェアを含む。
【００１１】
本明細書で開示する技術は、プラズマ生成器によって生成されたプラズマを収容するように設計されたプラズマキャビティを含むハウジングを有する、例示的なラジカル源を含む。このハウジングは、キャビティ内でプラズマのスピンを促進するような態様で、プロセスガスをプラズマに注入するように設計された、少なくとも１つのガス注入器を有する。プラズマへのガスのこの注入により、キャビティ内でプラズマの渦が発生する。プラズマは、プラズマに注入されたガスからラジカルを生成する。キャビティは、キャビティからラジカルを放出する、キャビティ内に形成された出口又は開口部を有する。放出されたラジカルは、ラジカル源の下にある対象のウェハ基板に向けられることがある。
【００１２】
図１は、本明細書で説明する技術による、プラズマ処理システム１００の一例の概略断面図を示す。実施態様に応じて、プラズマ処理システム１００は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理装置、又はラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）、及び誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理システムとして説明されることがある。
【００１３】
特定の実施態様では、例示的なプラズマ処理システム１００は、半導体ダイ製造プロセスのために使用される。例示的なプラズマ処理システム１００は、一次の又は全体的なプラズマ要素１５０及び補助的な局所的プラズマ要素１９８の両方を含む。しかしながら、他の変形例では、基板（例えば、半導体ウェハ）の上の領域の一部又は全体を覆う、局所的プラズマ要素の分散アレイを利用することがある。
【００１４】
プラズマ要素は、ダイの製造プロセス中にガスを励起し及び解離し、ラジカル及びイオンを生成するために使用される。本明細書で使用する場合、プラズマ要素とは、プラズマを生成することができる要素である。プラズマ要素の例としては、従来の容量結合システムなどにおける、プラズマに曝される電極が挙げられる。プラズマ要素の別の例としては、誘導結合システムなどと共に時間変化する磁場を生成するか、又は誘電体を通ってプラズマ領域に入る伝搬電磁波を生成する、プラズマ領域の外部の金属構造が挙げられる。
【００１５】
プラズマ要素は単数であるか、又はウェハの上と下に配置されることがある。場合によっては、複数のプラズマ要素がアレイを形成することがある。プラズマ要素は、プラズマ領域全体に渡って全域的にプラズマを生成することができる。場合によっては、プラズマ要素は、その要素に近い領域又はその要素の局所的な領域にプラズマを局所的に生成することがある。
【００１６】
プラズマ要素は、主処理チャンバ内でプラズマを生成することがある。場合によっては、プラズマ要素は、より小型の補助チャンバ内でプラズマとラジカルの混合物を生成し、次いでこれが主チャンバに流れ込むことがある。場合によっては、プラズマ要素は、補助チャンバ内でプラズマを生成し、このプラズマがラジカルを生成し、次いでこのラジカルが主チャンバに流れ込むことがある。ウェハの下のプラズマ要素は、通常、モノリシック電極であり、この電極はウェハの上方に空間電荷層（シース）をもたらし、これはウェハに向かってイオンを加速させる。
【００１７】
例示的なプラズマ処理システム１００は、アッシング、エッチング、堆積、洗浄、プラズマ重合、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）等を含む、複数の動作のために使用されることがある。プラズマ処理は、処理チャンバ１０２内で実行することができ、処理チャンバ１０２は、アルミニウム又はステンレス鋼などの金属でできた真空チャンバであり得る。
【００１８】
処理チャンバ１０２は、アッシング、エッチング、堆積、添加、洗浄、プラズマ重合、ＰＥＣＶＤ、ＰＥＡＬＤなどの動作のための処理空間（ＰＳ）１０６を提供する処理容器を画定する。エッチングの場合、処理チャンバ１０２はエッチングチャンバと呼ばれることがある。処理チャンバ１０２の内壁は、アルミナ、イットリア、又は別の保護剤でコーティングされていることがある。処理チャンバ１０２は、形状が円筒形であるか、又は他の幾何学的構成を有することがある。
【００１９】
一次プラズマ要素を用いた従来のプラズマ処理の場合、上側電極アセンブリ１５０即ちアノードと下側電極アセンブリ１１６即ちカソードが内部に配置されることがある。カソードは、アノード及びチャンバ壁に対して負にバイアスされている。上側電極アセンブリは、プラズマ対向プラズマ要素１５０ｂから構成され、このプラズマ要素１５０ｂを通じてプレナム１５０ａからガスを送達することができ、プレナム１５０ａは、管１６６を通じてプロセスガス供給システム１６４によって供給される。上側電極アセンブリは、局所的なプラズマを生成するプラズマ要素１９８も含むことがある。これらは、後述するように、局所的なラジカル源も生成することがある。
【００２０】
特定の実施態様では、以下で説明するように、主プラズマを維持するプラズマ要素は、単数であることがあり、又は、複数の要素のアレイが存在することがある。そのような要素は、高周波電圧によって給電されることがある。
【００２１】
この高周波電圧は、ＶＨＦバンド（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、ＵＨＦバンド（３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）、Ｌバンド（１〜２ＧＨｚ）、Ｓバンド（２ＧＨｚ〜４ＧＨｚ）、又はＣバンド（４ＧＨｚ〜８ＧＨｚ）、又はＸバンド（８ＧＨｚ〜１２ＧＨｚ）で提供されることがある。プラズマ要素のための高周波電圧は、ＲＦ又はマイクロ波電力（図示せず）を介して、処理チャンバ１０２に提供されることがある。
【００２２】
サセプタ１０８を通過するガス供給ライン１４０は、熱伝達ガスをサセプタの上面に供給するように構成されている。ヘリウム（Ｈｅ）などの熱伝達ガス（背面ガスとしても知られる）を、ガス供給ライン１４０を介して基板Ｗ１１０に供給して、基板Ｗ１１０の加熱を支援することができる。
【００２３】
プロセスガス供給システム１６４からのプロセスガスは、上側電極アセンブリ１５０にガスを供給する。プロセスガス供給システム１６４は、薄膜形成、エッチングなどの特定の処理を基板Ｗ１１０に対して施すためにプロセスガスを供給するように構成されていることがある。プロセスガス供給システム１６４は、ガス供給ライン１６６に接続されて、プロセスガス供給経路を形成する。ガス供給ライン１６６は、一次プラズマ要素１５０ｂ及び／又は局所的プラズマ要素１９８にガスを供給する。
【００２４】
局所的プラズマ要素の場合、別個のガス出口穴が、局所的プラズマ要素に局所的に存在することがある。特定の実施形態では、ウェハを受け取るように設計された領域の周りにアレイが配置される。
【００２５】
個別に制御されるものの、局所的プラズマ要素は、給電線１７４、上側給電ロッド１７６、及び整合ユニット１７８を介して、高周波電源１７２（第１の高周波電源）に電気的に接続される。
【００２６】
高周波電源１７２は、１３ＭＨｚ（メガヘルツ）若しくはそれ以上（例えば、６０ＭＨｚ）の周波数を有する高周波電圧を出力することができ、又は、３０〜３００ＭＨｚの周波数を有する超短波（ＶＨＦ）電圧を出力することができる。この電源１７２は、バイアス電源と比較して主電源と呼ばれることがある。給電線１７４は、例えば開いた下面を有する実質的に円筒形の形状に形成されることがある。整合ユニット１７８は、高周波電源１７２に接続されており、高周波電源１７２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスを整合させることができる。
【００２７】
例示的なプラズマ処理システム１００のコンポーネントは、制御ユニット１９２に接続され及び制御ユニット１９２によって制御されることがあり、制御ユニット１９２は次いで、対応するストレージユニット１９４及びユーザインターフェース１９６に接続されることがある。ユーザインターフェース１９６を介して様々なプラズマ処理動作を実行することができ、ストレージユニット１９４には様々なプラズマ処理レシピ及び動作を記憶することができる。
【００２８】
従って、様々な微細加工技術を用いて、処理チャンバ内部で所与の基板を処理することができる。プラズマエッチング、化学蒸着、ガラス材料の処理、並びに薄膜太陽電池、他の光起電力セル、及びフラットパネルディスプレイ用の有機／無機プレートなどの大型のパネルの処理などの、様々な種類の処理において、ターゲット基板（基板Ｗ１１０又は処理されるべき任意の材料など）を処理するために使用されるプラズマが生成される。
【００２９】
制御ユニット１９２は、１つ又は複数のプロセッサ、マイクロコンピュータ、コンピュータユニットなどを含むことがある。ストレージユニット１９４は、メモリを含むことがあり、また、本明細書に記載する様々な機能を実施するために制御ユニット１９２によって実行される命令を記憶するための非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の一例である。例えば、ストレージユニット１９４は一般的に、揮発性メモリと不揮発性メモリの両方（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等）を含むことがある。
【００３０】
本明細書では、メモリは、メモリ又はコンピュータ可読記憶媒体と呼ばれることがある。メモリは、本明細書の実施態様で説明した動作及び機能を実行するように構成されている特定のマシンとして、制御ユニット１９０によって実行され得るコンピュータプログラムコードとして、コンピュータ可読でプロセッサ実行可能なプログラム命令を記憶することができる。
【００３１】
メモリは、１つ又は複数のアプリケーション（図示せず）を更に記憶することがある。アプリケーションは、事前構成された／インストール済の且つダウンロード可能なアプリケーションを含むことがある。
【００３２】
特定の実施態様では、局所的な（又は非常に局所的な）プラズマ要素１９８のアレイが用いられる。そのような局所的プラズマ要素１９８は、基板Ｗ１１０の縁部に向かって配置されることがある。特に、局所的プラズマ源１９８又はそのような構造のアレイは、プラズマ処理システム１００のウェハダイプラットフォームの縁部に配置される。例えば、局所的プラズマ源１９８又はそのような構造のアレイは、そのような局所的プラズマ源１９８をウェハＷ１１０の縁部の上方の狭いギャップのリアクタ内に配置することにより、プラズマの一番端に影響を及ぼすことができる。特定の実施態様では、放射状に広がる直線状の又は円周方向のプラズマ源１９８のアレイを使用して、ウェハＷ１１０全体に渡って空間的に制御可能なプラズマを生成することができる。
【００３３】
図２Ａは、例示的なラジカル源２００の断面を示す。図２Ｂは、その例示的なラジカル源２００の別の断面を示す。図２Ｂの断面は、図２Ａに示す線Ｂ−Ｂに沿ったものである。
【００３４】
図１に示した局所的プラズマ要素１９８のうちの１つ又は複数が、例示的なラジカル源２００であり得る。化学的には、ラジカルとは、例えば、化学的に反応しやすい中性種、満たされていない結合を有する分子断片、又は準安定の電子的に又は振動的に励起した種である。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、例示的なラジカル源２００は、ハウジング２１０、プラズマ生成器２２０、プラズマキャビティ２３０、ガス注入器２４０、キャビティ出口又は開口部２５０、及びノズル２５２を含む。
【００３６】
ハウジング２１０は、耐熱性で化学反応に耐性のある材料の塊である。そのような非反応性の材料の例としては、アルミナ及びイットリアなどのセラミックが挙げられる。ハウジング２１０は、プラズマ２２２を収容するように内部に形成されたプラズマキャビティ２３０を有する。プラズマキャビティ２３０内の中立圧力は、主処理チャンバ内の中立圧力よりも大きくなり、その結果、ガスが、プラズマキャビティ２３０から主チャンバに流れ込む。プラズマキャビティ２３０内の圧力は、１５０ｍｔｏｒｒから５０ｔｏｒｒにまで及ぶことがある。
【００３７】
プラズマ生成器２２０は、ハウジング２１０内に埋め込まれている。その名前が示すように、プラズマ生成器はプラズマ２２２を生成する。プラズマ生成器は、プラズマキャビティ２３０の内部にプラズマ２２２を生成する。プラズマ生成器２２０は共振要素２２４を含み、共振要素２２４は、例えば無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波電力、又は電流源によって駆動されてプラズマ２２２を生成する。
【００３８】
図示するように、共振要素２２４は四重極対称性を有する。共振要素２２４は容量性コンポーネント及びそれに対応する誘導性コンポーネントを有し、それらはＬＣ回路を形成する。そのような共振回路では、蓄積されたエネルギーが、共振周波数でコンデンサとインダクタとの間で交換される。
【００３９】
ファラデーの法則によって共振要素からプラズマキャビティまで及ぶ変化する磁場は、変化する電場を誘起し、この変化する電場は電力をプラズマ内の電子と結合し、それによって、プラズマを生成し維持することができる。共振構造の幾何学的なサイズは、共振周波数における電磁放射の自由空間波長と等しいか、又はそれよりも大幅に小さいことがある。
【００４０】
共振要素を使用すると、キャビティ内に収容されるプラズマをコンパクトにすることができる。実施態様によっては、ラジカル源は、上部電極内にウェハの上方にアレイ状に配置されることがある。ラジカルフラックスの空間的制御を提供するために、内部プラズマ領域は個別に制御されることがある。この制御は、励起しているマイクロ波電力の周波数成分を、アレイの特定の部材と選択的に共振するように選択することによって達成するか、又は、個々の低電力マイクロ波生成器が個別に各ソースに給電する「フェーズドアレイ」構成で達成することができる。
【００４１】
ガス注入器２４０は、プロセスガスをキャビティ２３０内のプラズマ２２２に注入する。ガス注入器２４０は、複数の注入ポートを有することがある。図示するように、ガス注入器２４０は、２つのポート（ポート２４２及びポート２４６）を有する。プロセスガスは、ガス流路２６０を介してポート２４２に達する。プロセスガスは、ガス流路２６２を介してポート２４６に達する。
【００４２】
ポート２４２はプロセスガス２４３をプラズマ２２２に注入し、その結果、プラズマは注入されたガス２４４を解離してラジカル２４５を生成する。同様に、ポート２４６はプロセスガス２４７をプラズマ２２２に注入し、その結果、プラズマは注入されたガス２４８からラジカル２４９を生成する。このようにして、ガス注入器２４０はガスを注入し、その結果、注入された全てのガスがプラズマ２２２を通過する。これにより、効率の高いラジカルの生成がもたらされる。
【００４３】
ガスは、キャビティの外側で始まり、中央の出口開口部（例えば、キャビティ出口又は開口部２５０）に向かって旋回するらせん状の経路を通る。共振要素の幾何形状に起因してプラズマはリング状であるので、そのような経路により、ガスの滞留時間が最大になり、ガスの大部分がプラズマ内で同じ滞留時間を確実に有するようになり、それによって、ラジカルを生成する際の効率が高まり、生成される種の種類が絞り込まれる。
【００４４】
図示するように、プラズマキャビティ２３０は形状が円筒形である。ポート（例えば、ポート２４２及びポート２４６）は、円筒形の形状をしたキャビティ２３０の縁部に、接線の配向で配置される。このようにして、ガスはキャビティ内に収容されたプラズマに注入され、それによって、そのキャビティ内でプラズマのスピンを誘発する。そのスピンは、プラズマの渦を形成する。即ち、スピンがプラズマ渦を形成する。
【００４５】
ガスは、接線の配向でキャビティの縁部で注入され、中央の狭い円形の開口部を通ってキャビティから出る。狭い出口開口部の下の広がった領域と組み合わさって、この幾何形状は収束−発散ラバールノズルをもたらし、従って、発散領域の出口で超音速流を提供する。ラジカル流２５４は、超音速流で放出されるラジカルを表す。ラジカルをウェハ表面に効率的に運ぶために、ラジカル源から出てゆく急速な指向性のある流れを有することが望ましい。
【００４６】
キャビティ出口又は開口部２５０は、円筒形の形状をしたキャビティ２３０の底部又は底面に位置し、そのキャビティの同軸中心に位置する。ノズル２５２が、キャビティ出口２５０に取り付けられている。ノズル２５２は、収束−発散型ノズルであり得る。ノズル２５２は、ラバールノズルであり得る。
【００４７】
ガスがプラズマに注入されると、イオンが生成される。しかしながら、これらのイオンはノズルから放出される前に再結合する。共振要素２２０によって生成されたプラズマ２２２は、荷電粒子であるイオン及び電子からなる。これらの粒子は、注入された中性ガスをイオン化するのに十分なエネルギーを電子が有するまで電子を加熱する共振要素からの電場によって生成され、イオン及び電子の体積再結合か、又はプラズマキャビティ２３０の壁上での中和によって、消滅する。物質的な壁に当たるイオンは、単一の確率で中和される。イオンは中性粒子よりも速いランダムな速度を有するので、キャビティの壁に素早く拡散し、そこで中和される。これは、中性粒子、イオン及び電子の出現しつつある混合物が物質的な表面壁の最も近くを通過するノズル領域２５０に特に当てはまる。
【００４８】
例示的なラジカル源２００は、ウェハを保持するように構成されている領域の真上に配置され、その結果、ラジカルは、ウェハがその領域にある場合に、（ラジカル流２５４によって示されるように）そのウェハに向かって放出される。
【００４９】
図３Ａは、別の例示的なラジカル源３００の断面を示す。図３Ｂは、その例示的なラジカル源３００の断面を示す。図３Ｂの断面は、図３Ａに示す線Ｂ−Ｂに沿ったものである。図３Ｃは、その例示的なラジカル源３００の別の断面を示す。図３Ｃの断面は、図３Ａに示す線Ｃ−Ｃに沿ったものである。
【００５０】
図１に示した局所的プラズマ要素１９８のうちの１つ又は複数が、例示的なラジカル源３００であり得る。例示的なラジカル源３００は、例示的なラジカル源２００と似ているが、例示的なラジカル源３００は、例示的なラジカル源から放出されるラジカルを集束させ方向付けるための追加の機能部を導入している点が異なる。
【００５１】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示すように、例示的なラジカル源３００は、ハウジング３１０、プラズマ生成器３２０、プラズマキャビティ３３０、ガス注入器３４０、キャビティ出口又は開口部３５０、及びガスカーテンジェット３８０を含む。
【００５２】
ハウジング３１０は、耐熱性で化学反応に耐性のある材料の塊である。ハウジング３１０は、圧力下でプラズマ３２２を収容するように内部に形成されたプラズマキャビティ３３０を有する。
【００５３】
図示するように、プラズマキャビティ３３０は形状が円筒形である。プラズマキャビティ３３０は、円筒形の形状をしたキャビティ３３０の底部又は底面に位置し、そのキャビティの同軸中心に位置する、出口又は開口部３５０を有する。ハウジング３１０は、出口３５０の周りに、円筒形の軸対称のガスカーテン開口部３９０を形成する。場合によっては、出口３５０は、ガスカーテン開口部３９０を少なくとも部分的に通る管を形成することがある。
【００５４】
プラズマ生成器３２０は、ハウジング３１０内に埋め込まれている。その名前が示すように、プラズマ生成器はプラズマ３２２を生成する。共振要素を使用すると、キャビティ内に収容されるプラズマをコンパクトにすることができる。実施態様によっては、ラジカル源は、上部電極内にウェハの上方にアレイ状に配置されることがある。
【００５５】
ガス注入器３４０は、プロセスガスをキャビティ３３０内のプラズマ３２２に注入する。ガス注入器３４０は、複数の注入ポートを有することがある。図示するように、ガス注入器３４０は、２つのポート（ポート３４２及びポート３４６）を有する。プロセスガスは、ガス流路３６０を介してポート３４２に達する。プロセスガスは、ガス流路３６２を介してポート３４６に達する。
【００５６】
ポート３４２はプロセスガス（図示せず）をプラズマ３２２に注入し、その結果、プラズマは注入されたガス３４４を解離してラジカル３４５を生成する。同様に、ポート３４６はプロセスガス３４７をプラズマ３２２に注入し、その結果、プラズマは注入されたガス３４８からラジカル３４９を生成する。このようにして、ガス注入器３４０はガスを注入し、その結果、注入された全てのガスがプラズマ３２２を通過する。これにより、効率の高いラジカルの生成がもたらされる。
【００５７】
ガスは、接線の配向でキャビティの縁部で注入され、中央の狭い円形の開口部３５０を通ってキャビティから出る。狭い出口開口部の下の広がった領域と組み合わさって、この幾何形状は収束−発散ラバールノズルをもたらし、従って、発散領域の出口で超音速流を提供する。ラジカル流３５４は、超音速流で放出されるラジカルを表す。
【００５８】
例示的なラジカル源３００は、ウェハを保持するように構成されている領域の真上に配置され、その結果、ラジカルは、ウェハがその領域にある場合に、（ラジカル流３５４によって示されるように）そのウェハに向かって放出される。
【００５９】
狭い円形の開口部３５０から放出されるとき、ラジカル流３５４は狭いカラム又はストリームである。しかしながら、ラジカル流３５４が開口部３５０から離れて（例えば、下方に）進むにつれて、このストリームは広がるか又は発散する傾向がある。そうすると、ラジカルの流れ３５４は、下にあるウェハに出あう際には、より大きな面積に渡って広がっている。
【００６０】
場合によっては、ラジカルの流れ３５４がウェハに広い面積で当たることは望ましくない。即ち、ラジカル流３５４がより集束していることが望ましい。例えば、このことはウェハの縁部において特に役に立つ。
【００６１】
ガスカーテンジェット３８０を例示的なラジカル源３００に含めて、ラジカル流３５４の集束を促進する。即ち、ガスカーテンジェット３８０は、ラジカル流３５４が開口部３５０を出た後のラジカル流３５４の発散を抑止する。ガスカーテンジェット３８０は、例示的なラジカル源３００からガス３９４の円形のカーテンを発射する。円形のガスカーテンは、開口部３５０から放出されるラジカル流３５４に対して軸対称であり、ラジカル流３５４と同心である。
【００６２】
例示的なラジカル源３００は、第２のガスを組み込んでガスカーテンを形成する。ガスカーテンジェット３８０は、第１のガスの最も狭い開口部（例えば、出口３５０）の下に第２のガスを注入する。この第２のガスは、軸対称のガスカーテンを生成するために、渦形状に注入される。
【００６３】
ラジカルプルーム（ｐｌｕｍｅ）の圧力と運動エネルギーの合計はガスカーテンの局所圧力よりも大きいものの、注入地点におけるカーテンガスの局所圧力は、この地点における注入された主なラジカルプルームの局所圧力よりも高い。これにより、カーテンガスがラジカルプルームを詰まらせることはない一方で、カーテンガスのより高い圧力によって、注入されたガスプルームが放射状方向に圧縮され、狭いジェットが生成され、このジェットが小さなフットプリントでウェハに当たることが、確実になる。
【００６４】
図３Ｃは、特に、ガスカーテンジェット３８０の断面を示す。ガスカーテン開口部３９０は、円筒形のキャビティ及び開口部であり、これは、出口３５０と又はその周りに、実質的に非対称的に整列されている。場合によっては、出口３５０は、ガスカーテン開口部３９０によって形成される体積を少なくとも部分的に通る管を形成することがある。
【００６５】
ガスカーテンジェット３８０によって発射されるガスは、注入器３４０によってプラズマ２２２に注入されるガスとは、化学的に異なる。ガスカーテンジェット３８０は、不活性ガスを、そのようなガスの供給源から引き出す。不活性であるので、ガスはプラズマ、基板、ラジカル、又はその他と（例えば、化学的に又はその他）相互作用することを意図していない。
【００６６】
ポート３８２は、不活性ガス３８３をガスカーテン開口部３９０に注入する。同様に、ポート３８６は、プロセスガス３８７をガスカーテン開口部３９０に注入する。ガス供給ライン３７０及び３７２は、不活性ガスをそれぞれポート３８２及び３８６に供給する。
【００６７】
不活性ガスは、接線の配向でガスカーテン開口部３９０の縁部で注入され、底部を通って、出口３５０を非対称的に取り囲む円状に、ガスカーテン開口部３９０を出る。ラジカル流３５４は、出口３５０から超音速流として放出されるラジカルを表し、ガスカーテン流３９４は、放出されたラジカルを囲む不活性ガスのスピンしている中空カラムを表す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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