(57)【要約】【課題】  電子及びイオンを生成するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  １つの実施形態は、放電チャンバを有した外側電極と、上記放電チャンバの内側において上記放電チャンバの上方部分及び上記放電チャンバの下方部分を形成する位置に配置された内側電極と、上記放電チャンバの上記下方部分に配置されたガス入口と、を備え、上記放電チャンバの上記下方部分内に形成されるプラズマにより、上記放電チャンバの上記上方部分にプラズマを形成するのに使用できる始動粒子が与えられる。【選択図】      図４
2008119687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電チャンバを有した外側電極と、
上記放電チャンバの内側において上記放電チャンバの上方部分及び上記放電チャンバの下方部分を形成する位置に配置された内側電極と、
上記放電チャンバの上記下方部分に配置されたガス入口と、
を備え、
上記放電チャンバの上記下方部分内に形成されるプラズマにより、上記放電チャンバの上記上方部分にプラズマを形成するのに使用できる始動粒子が与えられる、
イオンを生成するためのシステム。
【請求項２】
上記内側電極は、上記放電チャンバの上記下方部分の容積を増大させるように、上記放電チャンバ内において片寄らされている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記内側電極は、円筒状である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
上記放電チャンバは、円筒状である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
上記放電チャンバは、不規則な形状とされている、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
上記内側電極は、多角形断面を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
上記外側電極は、テーパー付けされたリップを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
上記テーパー付けされたリップは、上記テーパー付けされたリップと上記内側電極との間にピンチポイントを作り出す、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
上記外側電極は、第１部分及び第２部分を備え、該第１部分及び上記第２部分は、電気的に分離されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
上記外側電極の上記第１部分を、上記外側電極の上記第２部分から分離する絶縁体を更に備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
ガスシュラウドを更に備え、上記外側電極は、上記ガスシュラウド内に置かれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
上記ガスシュラウドは、開放部分を含み、上記ガスシュラウドの上記開放部分を横切って配置されたフィラメントを更に備える、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、低エネルギーイオン及びラジカルを含むイオン及びラジカルを生成するためのシステム及び方法に関する。特に、本発明は、表面処理、膜堆積、電荷除去、洗浄及びその他の処理に使用できるイオン及びラジカルを生成するためのシステム及び方法に関するが、これに限定されない。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]イオン源は、種々な製造業界において普通に使用されている。例えば、イオン源は、薄膜の堆積のための準備としてポリマー基板の如き表面を前処理するのによく使用される。イオン源は、又、プラズマ堆積処理中に薄膜の化学的性質を変えるのにも使用される。更に、イオン源は、膜から蓄積電荷を除去したり、又は、表面を洗浄したりするのにも使用することができる。
【０００３】
[0003]イオン源は、種々のベンダーから入手できるものであり、当業分野において知られている。しかし、これらイオン源は、典型的に、幾つかの欠点を有する。１つの欠点として、線形イオン源は、多くの用途について非常に高価であり複雑であるということがある。実際に、イオン源を使用して効果のある多くの用途があるが、これら多くの用途においても、コストが高くなってしまうことから、それらイオン源を使用するのを差し控えてしまうことがある。もう１つ別の欠点として、現在のイオン源は、過大なエネルギーを有するイオンを生成してしまう傾向にあるということがある。ある種のイオン源は、１２０ｅＶを越えたエネルギーのイオンを生成してしまう。多くの用途において、このような過大なエネルギーを有するイオンは、処理すべき表面を損傷してしまったり、又は、堆積されている膜を損傷してしまったりする恐れがある。
【０００４】
[0004]現在のイオン源は、一応機能するが、イオン源に要求される全ての要件を満たすものではない。従って、現在の技術の欠点を解決し且つ他の新規で刷新的な特徴を提供するようなシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]図面に示す本発明の典型的な実施形態は、以下のように要約される。これら及び他の実施形態については、「詳細な説明」の欄において、より十分に説明する。しかしながら、「発明の概要」の欄又は「詳細な説明」の欄おいて説明される構成に、本発明を限定しようとしているものではないことを理解されたい。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲内に入る種々な変形態様、均等物及び代替構成があることを、認識できよう。
【０００６】
[0006]本発明は、イオンを生成するためのシステム及び方法を提供することができる。１つの実施形態は、放電チャンバを有した外側電極と、上記放電チャンバの内側において上記放電チャンバの上方部分及び上記放電チャンバの下方部分を形成する位置に配置された内側電極と、上記放電チャンバの上記下方部分に配置されたガス入口とを含み、上記放電チャンバの上記下方部分内に形成されたプラズマにより、上記放電チャンバの上記上方部分にプラズマを形成するのに使用できる始動粒子が与えられる。
【０００７】
[0007]図面に関連させて以下の詳細な説明および特許請求の範囲の記載を参照することにより、本発明の種々な目的及び効果は明らかとなり、より容易に認識でき、本発明をより完全に理解できよう。
【詳細な説明】
【０００８】
[0008]図面を通じて、同じ又は同様の要素には、同一の参照符号を付して示しており、これら図を参照するに、特に、図１を参照するに、この図１は、基板１０５を前処理するための処理チャンバ１００を例示している。この実施形態は、処理チャンバ１００、線形イオン源１１０、基板支持体１１５及び基板１０５を含む。電力供給源及びガス入口の如き幾つかの他の構成部分は、例示されていない。しかし、当業者であれば、これらの構成部分が図示した新規な構成部分とどのように作用しあうのかについて理解できよう。
【０００９】
[0009]動作において、支援ガスが、イオン源１１０内へ又はイオン源１１０近くに導入される。このイオン源１１０は、電力供給源に接続される。典型的には、この電力供給源は、交流、高周波又はマイクロ波電力供給源である。イオン源１１０に加えられる電力により、イオン源１１０内及びイオン源１１０のまわりにプラズマが生成される。このプラズマは、大きな濃度の励起原子、分子、イオン及びフリーラジカル種からなる部分的にイオン化されたガスを含む。これらの粒子は、基板１０５に衝突し、使用される処理に依存して、基板を洗浄し、粗面化し、又は過剰電荷を除去したりする。
【００１０】
[0010]支援ガスの励起は、典型的には、処理チャンバに封入されたガスが電力供給源によって発生された電界を受けるようにすることにより、達成される。自由電子は、加えられた電界からエネルギーを得て、中性ガス原子に衝突し、それにより、これらの原子がイオン化され、支援ガスが断片化され、多数の反応性種が形成される。これらの励起された種とプラズマ内又はプラズマ近くに置かれた固体表面との間の相互作用により、その物質表面の化学的且つ物理的変性がなされる。
【００１１】
[0011]所定の物質に対するプラズマの効果は、その表面とプラズマに存在する反応性種との間の反応の化学的性質によって決定される。低い露出エネルギーでは、プラズマ表面相互作用は、その物質の表面を洗浄し又は変化させる。これらの効果は、数分子の層の深さまでの領域に限られており、基板の内部特性を変化させない。その結果生じる表面変化は、その表面の組成、使用されるガス、エネルギー及びエネルギー密度に依存している。ポリマーのプラズマ処理に使用されるガス又はガスの混合体としては、空気、窒素、アルゴン、酸素、亜酸化窒素、ヘリウム、水蒸気、二酸化炭素、メタン又はアンモニアがある。各ガスは、独特のプラズマ組成を生成し、異なる表面特性を生じさせる。例えば、表面エネルギーは、プラズマ誘導酸化、硝化又は水素化により非常に素早く且つ効果的に増大することができる。
【００１２】
[0012]ポリマーの化学的性質及びソースガスに依存して、分子部分の表面内への置換により、ポリマーがぬれ性とされたり、完全に非ぬれ性とされたりする。置換原子又は基の特定のタイプにより、特定の表面電位が決定される。どのようなガス組成であっても、アブレーション、架橋結合及び活性化の３つの競合表面プロセスにより、各々化学的性質及びプロセス変数に依存した範囲で、表面が変更される。
【００１３】
[0013]アブレーションは、蒸発プロセスと同様のものである。この処理においては、ポリマー表面をエネルギー粒子及び放射線で衝撃することにより、ポリマー主鎖の共有結合が破断され、より低い分子量のポリマー鎖とされる。長い分子成分はより短くなるので、揮発性オリゴマー及びモノマー副生物がボイルオフ（アブレート）し、真空ポンプの排気によりはき出される。
【００１４】
[0014]架橋結合は、不活性処理ガス（アルゴン又はヘリウム）でなされる。結合破断は、ポリマー表面で起こるが、フリーラジカルスカベンジャがないので、異なる鎖において準フリーラジカルを有する結合（架橋結合）が形成される。
【００１５】
[0015]活性化は、表面ポリマー官能基がプラズマからの異なる原子又は化学基で置換されるプロセスである。アブレーションの場合のように、エネルギー種に対する表面露出により、水素が引き抜かれ又はポリマーの主鎖が破断され、フリーラジカルが生成される。更に、プラズマは、非常に高いエネルギーのＵＶ放射線を含む。このＵＶエネルギーにより、ポリマー表面に付加的な同様のフリーラジカルが生成される。フリーラジカルは、サーモダイナミックには不安定であり、ポリマー主鎖自体又は表面に存在する他のフリーラジカル種とすぐに反応して、安定な共有結合原子又は多錯基が生成される。基板のプラズマ前処理により、基板表面のぬれ性を増大させることができ、成長膜の基板への密着性が改善することができる。
【００１６】
[0016]図２を参照するに、この図２は、本発明によるイオン源１２０の頂面を例示している。このイオン源１２０は、図１に示したような表面処理のために使用することができ、又は、膜の化学的性質の変性及び電荷除去を含む他の目的のために使用することができる。このイオン源１２０は、電極１２５、電極１３０、放電チャンバ１３５及び電力源１４０を含む。このイオン源１２０は、放電チャンバ１３５に高密度プラズマを生成し、イオン及びラジカルを生成する。電極１２５及び電極１３０は、ある場合には、外側電極及び内側電極と称される。これら２つの電極に対する荷電は、特定の実施形態において切り換えることができる。
【００１７】
[0017]このイオン源１２０は、幾分は放電チャンバ１３５の底部内側部分にプラズマ放電空間が存在していることにより、２ミリトールより下から１００ミリトール台までの圧力で動作することができる。（このチャンバの異なる部分は、図４により詳細に例示されている。）プラズマの、この部分により、放電チャンバ１３５の上方部分に対する始動粒子が与えられる。これらの始動粒子を使用して、増大した電界が存在する放電チャンバ１３５の上方部分に、プラズマが形成される。このプラズマは、狭い場所に集中され、局部プラズマ密度が増大される。
【００１８】
[0018]このタイプの線形イオン源１２０は、湾曲した基板に対してその曲率軸と平行として、２−３メートル以上までの長さに亘る均一表面処理を行うのに使用することができる。これは、静的及び動的被覆システム及び洗浄のために使用できる。更に又、この源は、５ｅＶより低いエネルギーを有するイオンを与えるように構成することができ、又、電極へ供給される電力及びバイアスを変えることにより、相当により高いエネルギーを有するイオンを与えるように調整することもできる。
【００１９】
[0019]図３を参照するに、この図３は、本発明によるイオン源１４５の別の実施形態を例示している。このイオン源１４５においては、電極１５０は、絶縁体１５５によって２つの電気的に分離された部分に分割されている。必要なプラズマを生成するため、カソード１６０が電気的にバイアス１７０され、主電力１６５が電極１５０に印加される。これら電極部分は、例えば、交流電力供給源、高周波電力供給源又はマイクロ波電力供給源に接続することができる。
【００２０】
[0020]この実施形態は、被覆が完了した後、ウエブ基板の表面から負の蓄積電荷を除去するのに使用することができる。このような実施形態では、中心電極は、高周波での放電を均質化して局在する機械的公差の影響を減少させる傾向にあり且つプラズマに対するより低いスパッタ率を有する炭素繊維材料で形成することができる。
【００２１】
[0021]図４を参照するに、この図４は、本発明の１つの実施形態に従って構成されたイオン源１７５の断面を例示している。この図には、放電チャンバ１８０の下方部分がより良く示されている。更に又、この図には、イオン源の底部のガス入口１８５が示されている。
【００２２】
[0022]典型的には、ガス入口１８５は、イオン源１７５の長さ全体又は実質的に全体に亘って延びており、放電チャンバ１８０の底部内にほぼ均一に分配するようにガスを導入する。この底部領域へのガス流量は、最大であって最高圧力となり、それにより、高い電界とあいまって、低い破壊電圧となるようにし、そのような破壊が起きたときに低密度放電が維持されるようにするものである。
【００２３】
[0023]放電チャンバ１８０は、底部分１９５及び上方部分１９０を含む。放電チャンバ１８０の底部分１９５にガスが導入されるため、プラズマは、放電チャンバ１８０のこの部分に初期的に形成される。このプラズマにより、放電チャンバ１８０の上方部分１９０にプラズマを発生させる始動粒子が生成される。この上方部分におけるプラズマは、表面処理、膜の化学的性質の変性及びその他の処理のために使用されるイオンを与える。
【００２４】
[0024]図５を参照するに、この図５は、イオン源２００の別の実施形態を例示している。この実施形態は、形状以外は他の実施形態と同様である。この実施形態では、電極２０５は、八角形であり、放電チャンバ２１０は、同様の形状とされている。他の実施形態としては、円形電極、方形アノード、三角形アノード、楕円形アノード等を含むことができる。放電チャンバは、アノードの形状に一致させることができ、又は不規則な形状とすることもできる。放電チャンバの特定の部分の容積を増大させるのに、放電チャンバの形状を不規則なものとすることができる。
【００２５】
[0025]この実施形態では、アノードは、放電チャンバ２１０内において片寄らされている。即ち、アノードは、放電チャンバ２１０内の中心には配置されていない。その代わりに、アノード２０５は、放電チャンバ２１０の底部分の容積が放電チャンバ２１０の上方部分の容積より大きくなるような位置に置かれている。アノード２０５は、放電チャンバ２１０の上方部分においてピンチポイント２１５を作り出していることに注意されたい。これらピンチポイント２１５は、放電チャンバ２１０の底部分にガスを保持させるように作用し、放電チャンバの底部分におけるガス圧力を増大させるようにする。
【００２６】
[0026]電極２２５のリップ２２０は、ピンチポイントを形作るように輪郭付け又はテーパー付けしておくこともできる。図５において、電極２２５は、狭いピンチポイント２１５を作り出すような形状とされている。ピンチポイント２１５より上方の領域は、プラズマがより大きな容積に広がることができるように開いている。これらピンチポイントは、又、電界強度を増大させるようにも作用する。
【００２７】
[0027]図６は、図５に示したイオン源２００の異なる図である。この破断図には、アノード２０５と電極の底部分２２５との間に配置されたガス入口２３０が示されている。
【００２８】
[0028]図７及び図８を参照するに、これら図は、ガスシュラウド２４０内に配置されたイオン源２３５を例示している。このイオン源は、ここに説明している任意のタイプのものであってもよい。
【００２９】
[0029]図９を参照するに、この図９は、イオン源によって生成されたプラズマからイオンを付勢し引き出すのに使用されるメッシュ２４５を有したガスシュラウド２４０を例示している。このメッシュ２４５は、イオン源から引き出されるイオンの方向を制御する作用も果たす。見易くするため、実際のイオン源は、この図には示していない。
【００３０】
[0030]この実施形態では、ガスシュラウド２４０においてイオン源の定期保守の必要はない。このような構成によれば、端部が磁気的に閉じられていないので、単一又は多重スロット放電を使用することが可能となる。端部は、適切な動作のためにイオン源における種々なプラズマ放電ゾーンに分圧差を維持するため、ふたをしておくだけでよい。
【００３１】
[0031]図１０Ａ及び図１０Ｂを参照するに、これら図は、磁石２５５によって増強されたイオン源２５０を例示している。磁石は、アノードからカソードへ進む電子の平均自由パスを増大させる作用をする。平均自由パスを増大させることにより、イオン源へ導入された支援ガスを電子がイオン化し断片化するチャンスがより高くなる。図１０Ａは、一定間隔で配置された磁石を有する実施形態を例示しており、図１０Ｂは、ほぼ全長に亘る磁石を有する実施形態を例示している。
【００３２】
[0032]要するに、本発明によれば、とりわけ、ポリマー基板の表面変性、低形成エネルギー動力学的制限膜成長用途におけるイオン助成堆積、基板のプラズマ洗浄を行うための動的及び静的プロセスにおいて使用することができ且つ荷電基板及びウエブ被覆の表面から蓄積電荷を除去するのに使用できるようなイオンを生成するためのシステム及び方法が提供される。ここに説明した実施形態によって達成されるのと実質的に同じ結果を得るように、本発明において、その用途及び構成において種々な変形及び置換をなすことができることは、当業者には容易に理解できよう。従って、本発明を、ここに記載した典型的な構成に限定するものではない。特許請求の範囲に記載されたような、ここに述べた本発明の範囲及び精神内に、多くの変形、変更及び代替的構成が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１つの実施形態による表面を前処理するための処理チャンバを例示している。
【図２】本発明の１つの実施形態によるイオン源を例示している。
【図３】本発明の別の実施形態によるイオン源を例示している。
【図４】本発明の１つの実施形態によるイオン源の断面を例示している。
【図５】本発明の別の実施形態によるイオン源の断面を例示している。
【図６】本発明の１つの実施形態によるイオン源の破断断面を例示している。
【図７】本発明によるイオン源及びガスシュラウドを例示している。
【図８】本発明の１つの実施形態によるイオン源及びガスシュラウドの断面を例示している。
【図９】本発明によるガスシュラウド及びグリッドの断面を例示している。
【図１０Ａ】本発明の１つの実施形態による磁石で増強されるイオン源を例示している。
【図１０Ｂ】本発明の１つの実施形態による磁石で増強されるイオン源を例示している。
【符号の説明】
【００３４】
１００…処理チャンバ、１０５…基板、１１０…イオン源、１１５…基板支持体、１２０…イオン源、１２５…電極（外側電極）、１３０…電極（内側電極）、１３５…放電チャンバ、１４０…電力源、１４５…イオン源、１５０…電極、１５５…絶縁体、１６０…カソード、１６５…主電力、１７０…バイアス、１７５…イオン源、１８０…放電チャンバ、１８５…ガス入口、１９０…上方部分、１９５…底部分、２００…イオン源、２０５…電極（アノード）、２１０…放電チャンバ、２１５…ピンチポイント、２２０…リップ、２２５…電極、２３０…ガス入口、２３５…イオン源、２４０…ガスシュラウド、２４５…メッシュ、２５０…イオン源、２５５…磁石
【図１】
2008119687.tif 000003
【図２】
2008119687.tif 000004
【図３】
2008119687.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008119687.tif 000009
【図８】
2008119687.tif 000010
【図９】
2008119687.tif 000011
【図１０Ａ】
2008119687.tif 000012
【図１０Ｂ】
2008119687.tif 000013
【外国語明細書】
2008119687000001.pdf