(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを処理するためのプラズマリアクタであって、
誘電体ウィンドウを有するチャンバと、
前記チャンバ内でワークピースを保持するためのワークピース支持体と、
マイクロ波源に連結されるように構成された据置型ステージと回転軸を有する回転式ステージとを含む回転連結部と、
前記チャンバの前記誘電体ウィンドウを覆うマイクロ波アンテナであって、前記回転式ステージに連結された少なくとも１つの導管を含むマイクロ波アンテナと、
前記マイクロ波アンテナを回転する回転式アクチュエータと、
処理ガス供給と、
前記ワークピース支持体を取り囲むガス分配リングを含む処理ガス分配装置であって、前記ガス分配リングは、円筒形チャンバライナを含み、該円筒形チャンバライナは、空隙によって前記ワークピース支持体から分離されたチャンバ壁の一部を形成し、かつ前記チャンバから円形導管を分離し、前記ガス分配リングは前記円形導管を前記チャンバに接続するため、前記円筒形チャンバライナを通って放射状に延在する複数の開孔を含む、処理ガス分配装置と、
を含み、
前記円形導管は、前記処理ガス供給に連結された第１の円弧と、真空ポンプに連結された第２の円弧と、前記第１の円弧と前記第２の円弧との間を流体が直接流れるのを防止するバリアとを備えており、処理ガスが前記第１の円弧を通って前記チャンバへ、かつ前記チャンバから前記第２の円弧を通って流れ、
前記複数の開孔が前記円筒形チャンバライナ内で、前記ワークピース支持体の外側に向かって放射状に位置し、前記ワークピース支持体の上面によって画定された平面の下で前記チャンバ内に開いている、プラズマリアクタ。
【請求項２】
前記複数の開孔は、前記円筒形チャンバライナの周囲に均一な角度間隔で分布する、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項３】
前記第１の円弧と前記第２の円弧は実質的に同じ孤長を有する、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項４】
前記チャンバの天井に接したガス分配プレートを備える、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項５】
前記誘電体ウィンドウは前記ガス分配プレートを提供する、請求項４に記載のプラズマリアクタ。
【請求項６】
前記ガス分配リングは６〜１００個の開孔を有する、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロ波電力を用いて半導体ウエハなどのワークピースを処理するためのチャンバ又はリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどのワークピース処理は、例えば、ＲＦ電力又はマイクロ波電力などの電磁エネルギーの形態を用いて行うことができる。この電力は、例えば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）又はプラズマ反応性イオンエッチング（ＰＥＲＩＥ：ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）などのプラズマベースの処理などを行うためのプラズマの生成に利用されうる。
【０００３】
２つの炭素系膜、すなわち、ダイヤモンドとグラファイトは、多数の用途に望ましい機械的及び電気的特性を有する。
【０００４】
ダイヤモンド膜は、極限の硬度、高い熱伝導率、良好な光透過性、及び高い電気抵抗を有しうる。これらの特性は、光学コーティングなどの用途で有用である。加えて、ダイヤモンド膜は、従来のＰＥＣＶＤによって堆積される他のアモルファスカーボン膜と比べて、エッチング選択性に優れているため、半導体産業のハードマスク材料として使用することもできる。ダイヤモンドのエッチング選択性は、ｓｐ３の炭素含有率が高いため、他のアモルファスカーボン膜の２〜３倍高くなりうる。高いイオンエネルギーボンバードエッチング中に良好なパターン完全性を維持するためには、この高いエッチング選択性は、高アスペクト比のエッチングに適している。次世代デバイスでは、特徴サイズが縮小し続けているため、これはさらに重要になる可能性が高い。
【０００５】
炭素原子の単一原子層を六角形格子に配列してグラフェンの単一層は、特異な特性と広範囲に及ぶ潜在的な用途を有する。グラフェンの高比表面積は、グラフェンが他の炭素質材料よりも多くのエネルギーを保存できる可能性が高いことを示している。加えて、２〜２．５×１０５ｃｍ２／ｖｓの固有移動度で高速に移動するグラフェンシート内の非局在化された電子は、電流を効率的に運ぶのに役立つ。グラフェンは厚みが薄く電子移動度が高いため、次世代半導体デバイスでは従来の金属バリア層に代わって使用されうる。これは、金属線の抵抗がその厚みと寸法が縮小するにつれて高くなるからである。また、グラフェンは、例えば、スマートウォッチ用途の可撓性のある電子機器で使用できる高い光透過性を示す。化学気相堆積（ＣＶＤ）は、ダイヤモンドとグラフェンの膜を成長させるために使用されてきた。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、ワークピースを処理するためのプラズマリアクタは、誘電体ウィンドウを有するチャンバと、チャンバ内でワークピースを保持するワークピース支持体と、マイクロ波源に連結されるように構成された据置型ステージと回転軸を有する回転式ステージとを含む回転連結部と、チャンバの誘電体ウィンドウを覆うマイクロ波アンテナと、マイクロ波アンテナを回転する回転式アクチュエータと、ワークピース支持体を取り囲むガス分配リングを含む処理ガス分配装置とを含む。マイクロ波アンテナは、回転式ステージに連結された少なくとも１つの導管を含む。ガス分配リングは、円形導管をチャンバから分離する円筒形のチャンバライナと、導管をチャンバに接続するため、ライナを通って放射状に延在する複数の開孔を含む。
【０００７】
別の態様では、ワークピースを処理するためのプラズマリアクタは、誘電体ウィンドウを有するチャンバと、チャンバ内でワークピースを保持するワークピース支持体と、マイクロ波源に連結されるように構成された据置型ステージと回転軸を有する回転式ステージとを含む回転連結部と、チャンバの誘電体ウィンドウを覆うマイクロ波アンテナと、マイクロ波アンテナを回転する回転式アクチュエータと、炭化水素ガスを供給する第１のガス供給と、不活性ガスを供給する第２のガス供給と、炭化水素ガスと不活性ガスをチャンバに供給するガス分配装置と、チャンバを排気するようにチャンバに連結された真空ポンプと、マイクロ波源を操作するように構成されたコントローラと、ワークピース上に炭素同素体を堆積するためのガス分配装置及び真空ポンプとを含む。
【０００８】
高品質のグラフェン膜は通常、金属触媒を用いた高温化学気相堆積（ＣＶＤ）によって合成される。しかしながら、成長温度は８００〜１１００oＣで、これはほとんどの半導体デバイスの熱収支よりもはるかに高くなっている。しかも、グラフェンを電子デバイスに組み込むためには、金属基板からターゲット基板への転写処理が必要になる。本開示では、マイクロ波表面波プラズマは、金属触媒を用いることなく、はるかに低温（例えば、８００oＣ未満）でのグラフェン核形成と成長を促進する、高密度の活性ラジカルを提供する。低温での任意の基板上での直接成長は、様々な用途で大きな利点となりうる。
【０００９】
いくつかの実装は、下記の利点のうちの一又は複数を含みうる。マイクロ波プラズマ処理は、高ラジカル密度と低エネルギーにより、低温堆積を実現しうる。マイクロ波プラズマ処理は、処理温度を大幅に下げることで、高速堆積のための炭化水素種の高密度化だけでなく、アモルファスカーボン相のエッチングを可能にする水素ラジカルの高密度化も可能である。その結果、低い処理温度での高品質膜の高速堆積が実現できる。そのため、マイクロ波プラズマベースの堆積は、大量生産に適した誘電体と金属基板の両方で高品質のダイヤモンド及びグラフェン膜を生成することができる。
【００１０】
一又は複数の実装の詳細を、添付図面及び以下の説明において明記する。その他の潜在的な特徴、態様、及び利点も、本明細書、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】処理リアクタの概略断面側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのマイクロ波アンテナの概略拡大図である。
【図２】図１Ｂの線２−２に沿って切り取った概略断面図である。
【図３】マイクロ波アンテナの一実施形態の概略平面図である。
【図４】マイクロ波アンテナの概略断面斜視図である。
【図５Ａ】ガス分配プレートの概略側面図である。
【図５Ｂ】ガス分配プレートの概略側面図である。
【図６Ａ】ガス分配リングの概略平面図である。
【図６Ｂ】ガス分配リングの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
様々な図面における類似の参照番号及び記号表示は、類似した要素を示している。
【００１３】
一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。しかしながら、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【００１４】
ＣＶＤ成長によりダイヤモンド及びグラフェン膜は成長されるが、このような処理には、高い成長温度、典型的には８００〜１０００°Ｃが必要である。残念なことに、デバイスウエハ上の金属線と低誘電率膜は高温に耐えることができないため、このような温度は半導体製造業界の現在の統合処理フローと互換性がない。また、高温ＣＶＤにより堆積したグラフェンは、厚い金属箔から移す必要がある。
【００１５】
また、炭素化合物材料の品質は、超高密度であるが非平衡なプラズマで処理することによって改善することができる。マイクロ波リアクタは、高品質なダイヤモンド及びグラフェン膜に必要な、低温度かつ高密度で非平衡なプラズマを提供することができる。
【００１６】
しかしながら、チャンバ及びスロットレイアウトによって引き起こされるマイクロ波放射の不均一性を補正するため回転源を用いても、一部のマイクロ波リアクタは、ワークピース全体にわたる堆積速度又はエッチング速度の分布に必要な厳密な均一性を満たしていない。最小の均一性は、直径３００ｍｍのワークピース全体にわたる１％未満の処理速度変化に対応しうる。
【００１７】
残念ながら、一部のリアクタや処理では、シャワーヘッド内部に堆積させるためにシャワーヘッドを使用することはできない。しかしながら、排出口の流れを傾斜させるためにポンピングライナは使用可能である。処理の均一性は、ペデスタルの位置と処理圧力を調整することでさらに制御可能である。
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、ワークピース処理リアクタ１００は、ワークピース支持体１０２を含むチャンバ１０１を含む。チャンバ１０１は、導体などのマイクロ波に対して不透明な材料で形成された側壁１０４と、誘電材料などのマイクロ波透過性材料で形成された天井１０６によって囲まれる。一実施形態では、天井１０６は、ディスクの形状で形成された誘電体ウィンドウ１０８として実装されうる。誘電体ウィンドウ１０８は、チャンバ１０１からのマイクロ波供給アセンブリ１１０を用いて、ウィンドウ上部の領域を流体密封することができる。いくつかの実装では、誘電体ウィンドウ１０８は貫通孔を含む。例えば、ガス分配プレート１４２は、（貫通孔がウィンドウの中へ部分的に延在する場合に）ウィンドウ１０８の一部を形成しうる。
【００１９】
ワークピース支持体１０２は、チャンバ１０１内のワークピース１０を支持する上面１０２ａを有するペデスタルになりうる。いくつかの実装では、温度制御システム１０３は、ペデスタルの温度を制御することができる。例えば、温度制御システム１０３は、ワークピース支持体１０２の表面に埋め込まれた又は配置された抵抗加熱器１０３ａと、加熱器１０３ａに電気的に連結された電源１０３ｂとを含みうる。代替的に又は追加的に、冷却剤チャネル１０３ｃはペデスタルに形成可能で、冷却剤サプライ１０３ｄからの冷却剤は、ポンプによってチャネル１０３ｃを経由して送り込まれ、流れることができる。
【００２０】
いくつかの実装では、ワークピース支持体１０２はモーターに連結され、モーターによってチャンバ１０１内で回転可能である。いくつかの実装では、ワークピース支持体１０２の垂直位置は、例えば、垂直アクチュエータによって調整可能である。
【００２１】
真空ポンプ１０５は、チャンバ１０１を排気するため、例えば、ペデスタル１０２下方の領域に開口部を有する通路によって、チャンバ１０１に連結されている。真空ポンプの例としては、スロットルバルブ又は絶縁バルブを有する排気ポンプ、乾燥ポンプ、及びターボポンプがある。
【００２２】
マイクロ波供給アセンブリ１１０は、チャンバ１００にマイクロ波放射を供給する。マイクロ波供給アセンブリ１１０は、誘電体ウィンドウ１０８を覆う回転式マイクロ波アンテナ１１４を含む。アンテナ１１４は、ウィンドウ１０８が静止している間に回転可能で、アンテナ１１４はウィンドウ１０８からわずかに分離されるか、ウィンドウ１０８に摺動接触しうる。マイクロ波アンテナ１１４は、円筒形側壁１２４及びディスク形状キャップ１２６を含む導電性シールド１２２によって囲まれる。図４で示されている一実施形態では、マイクロ波アンテナ１１４はディスク形状である。
【００２３】
図１Ａで示されているように、マイクロ波アンテナ１１４は、軸方向導波管１１６によって給電される。軸方向導波管１１６は、覆っている回転式マイクロ波カップリング１１８を介して据置型マイクロ波フィード１２０に連結される。遠隔マイクロ波源又は発振器１３２は、マイクロ波フィード１２０によって回転式カップリング１１８に連結される。
【００２４】
回転式カップリング１１８は、据置型ステージ１１８−１及び回転可能ステージ１１８−２を含む。据置型ステージ１１８−１は、チャンバ１００に対して静止しており、マイクロ波フィード１２０に接続される。回転可能ステージ１１８−２は、軸方向導波管１１６に接続されており、マイクロ波アンテナ１１４の対称軸１１４ａと一致する回転の軸を有する。回転式マイクロ波カップリング１１８は、わずかな損失や漏洩で、マイクロ波エネルギーが、据置型ステージ１１８−１から回転可能ステージ１１８−２に流れることを可能にする。１つの可能な実施例として、スリップリングＲＦシール（ｓｌｉｐ−ｒｉｎｇ  ＲＦ  ｓｅａｌ）（図示せず）が、据置型ステージ１１８−１と回転可能ステージ１１８−２との間のインターフェースに配置されてもよい。アンテナ１１４、回転連結部１１８及び軸方向導波管１１６は、マイクロ波供給アセンブリ１１０を提供することができる。
【００２５】
回転式アクチュエータ１３０はチャンバ１０１に対して静止しており、モーター１３０−１を含む。いくつかの実装では、回転式アクチュエータ１３０は、ベルト１３０−３を駆動するドライブシャフト１３０−２を含む。ベルト１３０−３の駆動がアンテナ１１４を回転するように、ベルト１３０−３はマイクロ波供給アセンブリ１１０の回転可能部分の周囲に巻かれている。例えば、ベルト１３０−３は、回転式ステージ１１８−２の周囲に巻かれ、回転式ステージ１１８−２を駆動することができる。ベルト１３０−２は、歯付きベルトであってよく、モーター１３０−１と回転式ステージ１１８−２の駆動シャフトの歯付き外表面に係合することができる。他の実装では、駆動ギア１３０−２の歯付き外表面は、回転可能アセンブリ１１８−２に形成された駆動ギアに直接係合する。例えば、駆動ギアは、回転式ステージ１１８−２の底面に円形の歯のアレイとして実装可能である。
【００２６】
ワークピース処理リアクタ１００は、処理ガス分配装置１４０を含む。
【００２７】
いくつかの実装では、処理ガス分配装置１４０は、天井１０６の下に配置された、或いは天井１０６を形成する、ガス分配プレート（ＧＤＰ）１４２を含む。ガス分配プレート１４２は、ガス分配プレート１４２を通って延在するガス注入オリフィス１４４のアレイを有する。ガス分配プレート１４２は、処理ガス供給１４６から処理ガスを受け取る。ガス分配プレートは、石英で形成されうる。
【００２８】
図５Ａを参照すると、いくつかの実装では、ガス分配プレート１４２は、２つの異なる処理ガスを供給するように構成されたデュアルチャネルシャワーヘッドである。例えば、ガス分配プレートは、複数の軸方向開孔１７０ａ及び１７０ｂが通過するように形成される下方プレートを含みうる。ガス分配プレートはまた、複数の軸方向開孔１７２ａが形成される中間プレート１７２を含みうる。中間プレート１７２は下方プレート１７０の上に延在し、下方プレート１７０と中間プレート１７２との間の間隙は、第１の処理ガス供給１４６ａから第１の処理ガスが流れ込む下方プレナム１７４を提供する。この第１の処理ガスは、第１の複数の開孔１７０ａを通ってチャンバ１０１に流れ込むことができる。
【００２９】
上方プレート１７６は中間プレート１７０の上に延在し、中間プレート１７２と上方プレート１７６との間の間隙は、第２の処理ガス供給１４６ｂから第２の処理ガスが流れ込む上方プレナム１７６を提供する。上方プレートは、誘電体ウィンドウ１０８、例えば、石英ウィンドウによって提供される。
【００３０】
下方プレート１７０又は中間プレート１７２、或いはその両方は、下方プレナム１７４を通って各プレートの本体から軸方向に延在する環状突起１７０ｃを含みうる。複数の開孔１７０ｄは環状突起１７０ｃを通って形成され、第２の処理ガスが上方プレナム１７８から開孔を通ってチャンバ１０１に流れ込むように、開孔１７０ｂ、１７０ｄ、１７２ａは整列されている。このように、第１及び第２の処理ガスは、チャンバ１０１の内側に入るまで混合されない。
【００３１】
図５Ｂを参照すると、いくつかの実装では、下方プレナム１７４、上方プレナム１７８、或いはその両方は、第１又は第２の処理ガスをそれぞれのプレナム１７４又は１７８から引き抜くポンプ１７９に接続されている。これにより、プレナムを通るガスの交差流が発生し、ガスの一部はチャンバ１０１の開孔から漏れ出る。
【００３２】
処理ガス分配装置１４０はまた、ワークピース支持体１０２を取り囲むガス分配リング１５０を含みうる。図１Ａ及び図６Ａを参照すると、ガス分配リング１５０は、チャンバ１０１用のライナを提供する内壁１５４を有するチャンネル１５２を含みうる。ガス分配リング１５０は、処理ガス供給１４６から処理ガスを受け取る。複数の開孔１５６、例えば、６〜１００個の開孔は内壁１５４を通って軸方向に形成される。開孔１５６は、対称軸１１４ａの周囲に均一な角度間隔で配置できるため、チャンバ１０１へ角度的に均一なガス流を提供することができる。いくつかの実装では、開孔１５６はすべて同じサイズと形状を有する。いくつかの実装では、開孔１５６は、ワークピースが置かれるワークピース支持体１０２の上面１０２ａによって画定される平面の下に配置される。いくつかの実装では、ガス分配プレートは使用されず、処理ガス分配装置１４０のみがチャンバ１４０の側壁からガスを注入する。ガス分配リング１５０及びライナは、アルミニウム（例えば、陽極酸化されたアルミニウム）又はセラミック材料から作られうる。
【００３３】
図６Ｂを参照すると、いくつかの実装では、ガス分配リング１５０は２つの放射状円弧１５０ａ、１５０ｂに分割される。第１の放射状円弧１５０ａの第１のチャネル１５２ａは、処理ガス源１４６に接続されている。第２の円弧１５０ｂの第２のチャネル１５２ｂは、真空ポンプ１５８に接続されている。第１のチャネル１５２ａと第２のチャネル１５２ｂは、バリア１５２ｃで分離できる。したがって、処理ガスは、第２のチャネル１５２ｂに引き込まれる前に、第１のチャネル１５２ａからチャンバ１０１に排出されなければならない。２つの放射状円弧１５０ａ、１５０ｂは、実質的に同じ孤長を有することができ、対称軸１１４ａの反対側に配置される。
【００３４】
開孔１５６は、ワークピースが置かれるワークピース支持体１０２の上面１０２ａによって画定される平面のわずか上方に配置することができる。処理ガスは第１の放射状の円弧１５０ａの開孔１５６ａから現れ、第２の放射状の円弧１５０ｂの開孔１５６ｂに引き込まれ、これにより、ワークピース支持体１０２上のワークピース１０全体にわたる処理ガスの交差流を作り出す。
【００３５】
マイクロ波アンテナ１１４は、図１Ｂから図４に詳細に描かれており、アンテナ床１６０、アンテナ天井１６２、及び床１６０と天井１６２との間に延在する一対の平行な螺旋状導波管の側壁１６４、１６６を含む。一対の平行な螺旋状導波管の側壁１６４、１６６は、一対の平行な螺旋状導波管空洞１６８、１６９を形成する。図示した実施形態では、一対の平行な螺旋状導波管空洞１６８、１６９は、アルキメデスの螺旋を形成し、各螺旋の半径は、回転角と共に増大する。
【００３６】
アンテナ床１６０を通る小さなスロット１７５又は開口部は、マイクロ波放射ポートとして機能し、各螺旋状導波管空洞１６８、１６９の長さに沿って、周期的に隔置された位置に配置される。スロット１７５は、任意の適切な形状であってもよく、一実施形態では、マイクロ波発振器１３２の波長のごく一部（例えば、１０分の１以下）である開口部の大きさを有する。一実施形態では、各螺旋状導管１６８、１６９の長さに沿った、隣接するスロット１７５間の距離Ｓは、マイクロ波源１３２の波長の一部（例えば、約半分）である。マイクロ波エネルギーは、スロット１７５を通ってチャンバ１００内へと放射される。
【００３７】
天井１６２における一対の供給口１８０、１８２は、対称軸１１４ａの両側に配置され、マイクロ波エネルギーを螺旋状導波管空洞１６８、１６９のそれぞれの外周（径方向外側）開口端１６８ａ、１６９ａの中に供給するそれぞれの経路を設ける。外周開口端１６８ａ、１６９ａは、マイクロ波アンテナ１１４の外周に沿って、１８０度の角度で互いから離間される。同様に、一対の供給口１８０、１８２は、マイクロ波アンテナ１１４の外周に沿って、１８０度の角度で互いから離間される。
【００３８】
図３及び図４に示された分配導波管２００は、天井１６２を覆い、マイクロ波エネルギーを軸方向導波管１１６から一対の供給口１８０、１８２へと分配する。分配導波管２００は、天井１６２を覆い、且つ天井１６２に対向する導波管上部２０２、及び導波管上部２０２と天井１６２との間で延在する一対の傾斜端壁２０４、２０６とを有する。一対の傾斜端壁２０４、２０６は、分配導波管２００の内部で径方向に流れるマイクロ波エネルギーを反射して、マイクロ波エネルギーがそれぞれの供給口１８０、１８２へ向って軸方向に流れるようにする。供給口１８０と位置合わせされた第１の傾斜反射面１８４は、対称軸１１４ａに対して一定の角度（例えば、４５度）で配置される。供給口１８２と位置合わせされた第２の傾斜反射面１８６は、対称軸１１４ａに対して一定の角度（例えば、４５度）で配置される。第１及び第２の傾斜反射面１８４、１８６は、供給口１８０、１８２から軸方向に流れるマイクロ波エネルギーを反射し、マイクロ波エネルギーは、それぞれの螺旋状導波管空洞１６８、１６９を通って方位角方向に流れる。一実施形態では、波の伝播方向に沿った傾斜面１８４、１８６、２０４、２０６のそれぞれの長さは、マイクロ波発振器１３２の波長の４分の１の長さである。傾斜面１８４、１８６、２０４、２０６は、反射面と称されることがある。
【００３９】
図３を参照すると、一実施形態では、分配導波管２００は、チャンバ１００の直径に対応する長さＬと数インチの幅Ｗを有する。長さＬに沿った軸方向の平坦側壁２００−１、２００−２は、分配導波管２００の内部を囲む。側壁２００−１、２００−２の高さは、天井１６２と導波管上部２０２との間の距離に対応する。一実施形態では、この距離は、１又は数インチであってもよい。任意選択的に、複数のマイクロ波スタブチューナー３００が、分配導波管２００の長さに沿って周期的位置に配置される。
【００４０】
図１Ｂ〜図４の実施形態の利点は、マイクロ波エネルギーが、各螺旋状導波管空洞１６８、１６９の長さに沿って均一に分配され、スロット１７５の周期的位置に対応して均一に分散された間隔で放射されることである。さらなる利点は、一対の螺旋状導波管空洞１６８、１６９の間での電力分配は、複数のスタブチューナー３００の調整により平衡させることが可能なことである。
【００４１】
ダイヤモンド又はグラフェンの堆積
プラズマリアクタ１００は、例えば、炭素同素体（ダイヤモンドやグラフェン）などの炭素化合物の堆積を実行するために使用可能である。一例として、ワークピース１１１は、炭素同素体が堆積される炭素膜の上にパターン形成された誘電体層（例えば、酸化ケイ素）を含む。例えば、可能な用途としては、薄いグラフェン層を使用して、ビットラインのタングステン層を置き換えることができる。これは、薄い金属層の抵抗が金属の厚さが低下するにつれて大幅に増加するのに対し、薄いグラフェン層は依然として高い電気移動度を示すためである。
【００４２】
炭素同素体の堆積処理では、原料ガスは処理ガス分配装置１４０によってチャンバ１００に供給される。原料ガスには、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、又はＣ３Ｈ６などの炭化水素化合物が少なくとも１つ含まれている。
【００４３】
アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスも、チャンバ１００に供給可能である。不活性ガスは原料ガスを希釈するために使用可能で、これによりプラズマ密度を高めることができる。ガス供給１４６は、２０ｍＴｏｒｒから２０Ｔｏｒｒの総圧力（原料ガス及び不活性ガス）を確立することができる。不活性ガスと原料ガスの比率は、１：２０から２０：１の範囲（例えば、２０：１から１：１）で変動しうる。
【００４４】
不活性ガスは、チャンバ１００に供給される前に原料ガスと混合することが可能で、或いは、不活性ガスは別々のノズルによって供給され、チャンバ内で混合することも可能である。いくつかの実装では、不活性ガスはガス分配プレート１４２を通って供給され、原料ガスはガス分配リング１５０を通って供給される。いくつかの実装では、不活性ガスはガス分配リング１５０を通って供給され、原料ガスはガス分配プレート１５０を通って供給される。
【００４５】
マイクロ波源１３２は、９１５ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚ（例えば、２．４５ＧＨｚ）の周波数でマイクロ波電力を供給する。マイクロ波源１３２は、２ｋＷ〜１５ｋＷ（例えば、１５ｋＷ）の連続電力、或いは、８ｋＷ〜５０ｋＷ（例えば、５０ｋＷ）のパルス状電力を供給することができる。パルス状電力のパルスは、１０Ｈｚ〜２５００Ｈｚの周波数と、１０％〜１００％（例えば、５０％）のデューティサイクルを有する。
【００４６】
適切な周波数と電力でマイクロ波電力を適用すると、チャンバ１００内のプラズマが点火する。プラズマが存在するだけで炭素イオン及びラジカル（並びに、不活性ガスのイオン及びラジカル）が生成され、これはワークピースの上に堆積して、炭素化合物の層を成長させる。マイクロ波プラズマは、高密度の水素ラジカルを生成することができ、これにより、ｓｐ３ダイヤモンド相の成長率が高くなるように、緩く結合された炭化水素とｓｐ２炭素をエッチングすることができる。ダイヤモンドの成長に関しては、シードからの成長を促進するため、堆積処理の前にダイヤモンドシードを表面上に準備することができる。
【００４７】
特定の理論に限定されることなく、マイクロ波プラズマは、高密度の水素ラジカルを生成し、これにより、アモルファスカーボン相材料をエッチングし、低い処理温度で高品質の炭素同素体を残すことができる。
【００４８】
この堆積処理は、２５〜８００oＣなどの比較的低い温度でワークピースに実行されうる。そのため、ワークピース１０を支持するペデスタル１０２は加熱が不要である。いくつかの実装では、ペデスタル１０２は、例えば、通路１０３ｃを通って流れる冷却剤によって冷却される。いくつかの実装では、冷却ガス（例えば、ヘリウム）は、ペデスタル１０２とワークピース１０の裏側との間を流れて、ワークピース１０とペデスタル１０２との間の熱伝導を改善することができる。ワークピース１０は、例えば、ペデスタルに埋め込まれた電極にチャッキング電圧を印加することによって、ペデスタル１０２に静電的に固定されうる。
【００４９】
堆積処理は、例えば、１５〜１８００秒間続行できる。
【００５０】
特定の実装について説明したが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、他のさらなる実装が考案されうる。例えば、
・１つのワークピース支持体ではなく、複数のワークピースが同時に処理可能になるように、チャンバ１０１は複数の支持体を含むことができる。
・リアクタはガス分配プレートを含むと記載されているが、いくつかの実装では、ガス分配プレートは除外されており、処理ガスはガス分配リング１５０のみを通って供給可能である。
・ガス分配プレートは、天井に組み込まれるのではなく、天井の下に独立したシャワーヘッドとして吊されることもありうる。
発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
ワークピースを処理するためのプラズマリアクタであって、
誘電体ウィンドウを有するチャンバと、
前記チャンバ内でワークピースを保持するためのワークピース支持体と、
マイクロ波源に連結されるように構成された据置型ステージと回転軸を有する回転式ステージとを含む回転連結部と、
前記チャンバの前記誘電体ウィンドウを覆うマイクロ波アンテナであって、前記回転式ステージに連結された少なくとも１つの導管を含むマイクロ波アンテナと、
前記マイクロ波アンテナを回転する回転式アクチュエータと、
前記ワークピース支持体を取り囲むガス分配リングを含む処理ガス分配装置であって、前記ガス分配リングは前記チャンバから円形導管を分離する円筒形チャンバライナ、及び前記導管を前記チャンバに接続するため、前記ライナを通って放射状に延在する複数の開孔を含む、処理ガス分配装置と、
を含むプラズマリアクタ。
（態様２）
前記複数の開孔は、前記円筒形チャンバライナの周囲に均一な角度間隔で分布する、態様１に記載のプラズマリアクタ。
（態様３）
前記円形導管は、前記円筒形チャンバライナの周囲に途切れずに延在する、態様１に記載のプラズマリアクタ。
（態様４）
前記円形導管に連結された真空ポンプを備える、態様１に記載のプラズマリアクタ。
（態様５）
前記円形導管は、処理ガス供給に連結された第１の円弧と、前記真空ポンプに連結された第２の円弧と、前記第１の円弧と前記第２の円弧との間を流体が直接流れるのを防止するバリアとを備える、態様４に記載のプラズマリアクタ。
（態様６）
前記第１の円弧と前記第２の円弧は実質的に同じ孤長を有する、態様５に記載のプラズマリアクタ。
（態様７）
前記複数の開孔は、前記ワークピース支持体の上面によって画定された平面の下に配置される、態様１に記載のプラズマリアクタ。
（態様８）
前記チャンバの天井の上にガス分配プレートを備える、態様１に記載のプラズマリアクタ。
（態様９）
前記誘電体ウィンドウは前記ガス分配プレートを提供する、態様８に記載のプラズマリアクタ。
（態様１０）
前記ガス分配リングは６〜１００個の開孔を有する、態様１に記載のプラズマリアクタ。
（態様１１）
ワークピースを処理するためのプラズマリアクタであって、
誘電体ウィンドウを有するチャンバと、
前記チャンバ内でワークピースを保持するためのワークピース支持体と、
マイクロ波源に連結されるように構成された据置型ステージと回転軸を有する回転式ステージとを含む回転連結部と、
前記チャンバの前記誘電体ウィンドウを覆うマイクロ波アンテナと、
前記マイクロ波アンテナを回転する回転式アクチュエータと、
炭化水素ガスを提供する第１のガス供給と、
不活性ガスを提供する第２のガス供給と、
前記炭化水素ガスと前記不活性ガスを前記チャンバに供給するガス分配装置と、
前記チャンバを排気するため、前記チャンバに連結された真空ポンプと、
前記ワークピース上に炭素同素体を堆積するため、マイクロ波源、ガス分配装置及び真空ポンプを操作するように構成されたコントローラと、
を備える、プラズマリアクタ。
（態様１２）
前記ガス分配装置は、前記ワークピース支持体を取り囲むガス分配リングであって、円形導管を前記チャンバから分離する円筒形のチャンバライナ及び、前記導管を前記チャンバに接続するため、前記ライナを通って放射状に延在する複数の開孔を含む、ガス分配リングを含む、態様１１に記載のプラズマリアクタ。
（態様１３）
前記コントローラは、前記第１及び第２のガス供給が、２０ｍＴｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒの総圧力を確立するように構成されている態様１１に記載のプラズマリアクタ。
（態様１４）
前記コントローラは、前記第１及び第２のガス供給が、不活性ガスに対する炭化水素ガスの相対流量が０．０５〜１になるように構成されている態様１１に記載のプラズマリアクタ。
（態様１５）
ワークピースを処理する方法であって、
チャンバ内のワークピース支持体にワークピースを配置することと、
前記チャンバを排気することと、
前記ワークピース支持体を取り囲むガス分配リングのライナを通って放射状に延在する複数の開孔から炭化水素ガスを供給することと、
不活性ガスを前記チャンバに供給することと、
前記チャンバ内にプラズマを生成し、前記ワークピース上に炭素同素体を堆積させるため、マイクロ波アンテナを回転させる間に、前記アンテナから誘電体ウィンドウを介してマイクロ波放射を加えることと、
を含む方法。

【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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