通過電子回旋共振(ecr)從氣態(tài)介質(zhì)產(chǎn)生沿軸線具有高范圍的等離子體的設(shè)備的制造方法
【專利說明】通過電子回旋共振（ECR)從氣態(tài)介質(zhì)產(chǎn)生沿軸線具有高范 圍的等離子體的設(shè)備
[0001] 本發(fā)明涉及從氣態(tài)介質(zhì)通過電子回旋共振（ECR)產(chǎn)生等離子體的技術(shù)領(lǐng)域，且更 具體地涉及真空表面處理領(lǐng)域。
[0002] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員非常了解的，當(dāng)電磁波和靜磁場足夠強(qiáng)，使電子圍繞磁場線的 回旋運(yùn)動的頻率等于在同一時間施加的波的頻率時，發(fā)生電子回旋共振。因此，電子可吸收 波的能量，然后將其傳送給氣體以便形成等離子體。通過電子回旋共振產(chǎn)生的等離子體可 用于金屬的或非金屬的部件的表面處理，諸如通過離子蝕刻的部件的清潔、對PVD方法的 離子協(xié)助、形成PACVD涂層的氣體種類的活化。這種等離子體處理方法可用于機(jī)械學(xué)、光 學(xué)、腐蝕防護(hù)或能源生產(chǎn)的表面處理，等等。
[0003] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)，許多等離子體處理需要具有沿軸線有大的延長的等離子體的 源。一種產(chǎn)生延長的等離子體的方法是并置幾個小尺寸的源。例如在專利EP1075168中描 述的，其中通過并置幾個耦極ECR源，從而產(chǎn)生了多耦極的結(jié)構(gòu)，由此來產(chǎn)生等離子體。在 圖1中示出了在該專利中描述的配置。在微波頻率下的電子回旋共振（ECR)，由于可很容易 地進(jìn)行功率分配，故非常適合于這種多個源的技術(shù)。然而，采用這種對源的簡單并置，難以 獲得很好的沉積均勻性。此外，這種源的兩極結(jié)構(gòu)不能引導(dǎo)等離子體朝向待被處理的基板， 從而產(chǎn)生朝向壁的顯著等離子體損耗。這種損耗相當(dāng)于功率損耗，其限制了沉積速度。
[0004] 其它ECR源具有磁性配置，其通過引導(dǎo)等離子體更朝向待被處理的基板而降低損 耗。例如在專利WO2008/017304(圖2)中描述的源的情況。如在該專利中規(guī)定的，這些并 排放置的源中的幾個允許橫跨超過單個源的大小的寬度的處理。然而，由于源之間的磁相 互作用，這樣的配置將不會提供良好的處理均勻性，當(dāng)源接觸時將必然存在等離子體密度 的下降。
[0005] 存在在一個方向上具有顯著的固有延長的其它ECR等離子體源。在專利DE 4136297、DE19812558和WO2005/027595中描述了這些源。這些源的共同點(diǎn)是，實(shí)際的等 離子體形成同軸結(jié)構(gòu)或中空波導(dǎo)的外部導(dǎo)體的一部分。圖3,其對應(yīng)于專利DE19812558的 現(xiàn)有技術(shù)，代表性地示出了這種源的結(jié)構(gòu)。專利DE4136297的源包括由電介質(zhì)材料制成的 中空圓筒，其將波導(dǎo)的內(nèi)部與等離子體分隔。該元件的缺點(diǎn)是，在其表面上的任何導(dǎo)電沉積 物將阻止等離子體的形成。例如，因?yàn)榻饘僬羝麜捎趧冸x而污染電介質(zhì)，這種源不能用于 金屬部件的剝離。雖然專利DE19812558和W02005/027595的源對于這種污染可能是較不 敏感的，但它們也不優(yōu)化等離子體朝著待被處理的部件。
[0006] 本發(fā)明旨在用簡單的、可靠的、高效的和合理的方式克服這些缺點(diǎn)。
[0007] 因此，本發(fā)明旨在解決的問題是提供一種具有良好的均勻性的線性等離子體源， 其引導(dǎo)等離子體朝向待被處理的基板，由此降低朝向壁的損耗，且可使其對于在其表面上 形成的任何導(dǎo)電沉積物不敏感。
[0008] 為了解決這種問題，已經(jīng)設(shè)計和研制了一種從氣態(tài)介質(zhì)通過電子回旋共振（ECR) 產(chǎn)生等離子體、且包括至少兩個由中心導(dǎo)體和外部導(dǎo)體形成的用于促使微波進(jìn)入處理腔室 的同軸波導(dǎo)的設(shè)備，其特征在于：至少兩個電磁波噴射導(dǎo)向器與在一個方向上拉長的磁路 相結(jié)合，通過產(chǎn)生磁場包圍波導(dǎo)的所述磁路能夠達(dá)到接近所述波導(dǎo)的ECR條件。臨近意味 著ECR區(qū)域應(yīng)盡可能接近天線，而沒有橫跨ECR區(qū)域的將主要由噴射器的天線截獲的磁場 線。
[0009] 從這些特征呈現(xiàn)以下事實(shí)：電磁波的噴射是點(diǎn)狀的，其通過在圍繞噴射器（4)的 磁系統(tǒng)（20)的場中的電子漂移（由圖4中的箭頭（50)表示）進(jìn)行平滑化，回顧噴射器（4) 由同軸波導(dǎo)（1)_(2)和天線（5-6或7)形成的。漂移指電子垂直于場線（40)的緩慢移動。 這種移動歸因于這些線的梯度和曲率。事實(shí)上，通過漂移，兩個噴射器之間的空間接收源于 兩個噴射器的共振區(qū)域的熱電子。隨著電子的漂移，它們通過產(chǎn)生離子而損耗其能量。電 離率隨著距噴射器的距離的增加而降低，但兩個相反的漂移添加到彼此，借以根據(jù)沿其較 長一側(cè)的位置，源的強(qiáng)度變化不大。
[0010] 為了解決形成用于電子的磁阱以便限制其損耗而造成的問題，磁路具有接近于波 導(dǎo)的兩個相反極性的磁極。第一磁極形成包圍波導(dǎo)的第一線，而第二磁極形成圍繞所述第 一線的第二線。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明應(yīng)進(jìn)行提醒的是，波噴射器通過同軸導(dǎo)向器形成，該同軸導(dǎo)向器的中 心導(dǎo)體的端部在天線中?，F(xiàn)在，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種系統(tǒng)可運(yùn)行不是顯而易見 的，這是由于在一個方向上拉長的磁路諸如所聲明的，不能使ECR區(qū)域圍繞噴射點(diǎn)，正如例 如之前提到的專利W02008/017304的源的情況。實(shí)際上，給等離子體傳遞能量變得更加困 難，因?yàn)?，首先，靠近噴射器的ECR的體積更?。灰约暗诙?，天線的環(huán)境不是均質(zhì)的：波從具 有旋轉(zhuǎn)對稱性的導(dǎo)向器通過，進(jìn)入不具有這種對稱性的介質(zhì)（等離子體），且從而波被部分 地反射。該第二點(diǎn)是特別由于當(dāng)?shù)入x子體點(diǎn)燃時系統(tǒng)經(jīng)歷轉(zhuǎn)變的問題：等離子體點(diǎn)燃之前， 介質(zhì)（真空）是均質(zhì)的，但之后其不再是均質(zhì)的。這種轉(zhuǎn)變產(chǎn)生難以管理的阻抗變化。噴 射器一般裝備有阻抗匹配設(shè)備，但這種設(shè)備通常是手動，且在過程中不提供修改。
[0012] 由于這些不同的原因，研制特別適用于在拉長的磁系統(tǒng)下的設(shè)備操作的不同形狀 的天線是必要的。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在第一實(shí)施方案中，中心導(dǎo)體具有直徑比波導(dǎo)的開口更大的同 心盤以保護(hù)所述導(dǎo)向器的內(nèi)側(cè)，其被定位成盡可能接近ECR區(qū)域，且頂部有與中心導(dǎo)體同 軸對齊布置的桿。
[0014]在第二實(shí)施方案中，中心導(dǎo)體通過沿著磁路的最長軸線拉長的板終止，至少所述 板的端部之一被配合放置成與源的表面接觸，以便產(chǎn)生短路，該板的寬度大于波導(dǎo)的開口。
[0015]板的寬度沿其整個長度恒定，或板的寬度隨著距離中心導(dǎo)體的距離的增加而減 小，且關(guān)于所述導(dǎo)體的所述至少一個側(cè)面減小。
[0016]基于本發(fā)明的根本特征，設(shè)備適用于包括帶冷卻回路的主體的處理腔室的情況， 所述主體包括殼體，其用于由根據(jù)第一極化的磁體的第一線和根據(jù)相反極化且圍繞第一線 的磁體的第二線形成的拉長的磁路的裝配，所述第一線圍繞裝配在橫跨主體的厚度形成的 孔中的波導(dǎo)，磁體的第一和第二線通過鐵磁板被連接在與等離子體相反的一側(cè)上，主體和 磁系統(tǒng)通過非磁性屏蔽物而與等離子體隔開。
[0017]考慮天線的不同可能的形狀，以便使其適應(yīng)于拉長的磁系統(tǒng)的操作：
[0018]-或者，每個導(dǎo)向器的中心導(dǎo)體是圓柱形的桿，其相對于以良好的電接觸插入到主 體內(nèi)的外部導(dǎo)體居中，介電窗被置于導(dǎo)向器內(nèi)部，在開口下方，所述開口被盤所覆蓋，該盤 的頂部有被用作天線的桿。
[0019] -或者，每個導(dǎo)向器的中心導(dǎo)體是圓柱形桿，其相對于通過形成良好的電接觸的方 式插入到主體內(nèi)的外部導(dǎo)體居中，介電窗被置于導(dǎo)向器內(nèi)部開口下方，所述開口被沿著噴 射器的軸線拉長的板所覆蓋，所述拉長相對于用于位于磁路的圓形端的波導(dǎo)的中心導(dǎo)體是 非對稱的，且該拉長僅在相對端的方向上，相對于用于位于磁路的線性部分中的波導(dǎo)的中 心導(dǎo)體對稱，每個拉長的部分設(shè)置有用作短路的配件。
[0020] 以下通過附圖進(jìn)一步詳細(xì)地討論本發(fā)明，其中：
[0021] 圖1是在專利EP1075168中描述的現(xiàn)有技術(shù)的簡化視圖。
[0022] 圖2是在專利WO2008/017304中描述的現(xiàn)有技術(shù)的簡化視圖。
[0023] 圖3是在專利DE19812558中描述的現(xiàn)有技術(shù)的簡化視圖。
[0024] 圖4是本發(fā)明的原理的簡化視圖。
[0025] 圖5A和5B根據(jù)本發(fā)明示出磁結(jié)構(gòu)的可能實(shí)施方案。
[0026] 圖6根據(jù)本發(fā)明示出天線的第一形狀。
[0027] 圖7A、7B和7C根據(jù)本發(fā)明示出天線的其它形狀。
[0028]圖8是本發(fā)明的第一實(shí)施方案的透視圖，其具有在微波入口水平處的橫截面。
[0029] 圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施方案的透視圖，其具有在微波噴射器的平面中的橫截面 和垂直于該平面的在兩個噴射器之間的第二橫截面。
[0030] 本發(fā)明的基本原理，即，圍繞幾個微波噴射器的拉長的磁路，在圖4和5中被示意 性地示出。
[0031] 磁路在源表面附近具有兩個極性相反的磁極，從而形成用于電子的磁阱。第一磁 極形成圍繞電磁波的噴射導(dǎo)向器（4)的第一線（21)，且第二磁極形成圍繞該第一線的第二 線（22)。
[0032] 圖5示出了用于磁路的兩種可能的形式。第一種形式（圖5A)具有更容易形成的 優(yōu)點(diǎn)，但ECR區(qū)域在線性部分相切于噴射器。第二種形式（圖5B)試圖優(yōu)化ECR體積以接 近于噴射器。
[0033] 通過設(shè)置磁結(jié)構(gòu)的2個磁極的相對力，有可能影響等離子體流向待被處理的基 板。例如，通過增強(qiáng)回路（22)的外部磁極，將使得2個等離子體條從線性部分匯集到在源 的前面的空間中，這使增加該位置處的部件處理速度成為可能。如果真空罩的壁是封閉的， 其