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気体の下流解離化のための方法及び装置
説明

気体の下流解離化のための方法及び装置

気体を活性化し解離する方法及び装置であって、チャンバの中のプラズマを用いて活性化気体を発生するステップを含む。下流気体入力をチャンバの出力に対して配置することにより、気体入力によって導かれる下流気体の解離を容易化し、解離された下流気体がチャンバの内側表面と実質的に相互作用しないようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気体を活性化する方法及び装置に関する。更に詳しくは、本発明は、解離された気体を発生する方法及び装置に関し、また、解離された気体を用いて材料を処理する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマは、気体を活性化して励起状態にして、反応性を高めるのに用いられることが多い。気体の励起には、気体のエネルギ状態を高くすることが含まれる。ある場合には、気体は、励起されて、イオン、フリー(自由)ラジカル、原子及び分子を含む解離状態にある(解離された)気体を生じる。解離された気体は、半導体ウエハなどの固体材料、粉体及びそれ以外の気体の処理を含む多くの産業的及び科学的な応用例で用いられる。解離された気体のパラメータと、解離された気体を処理される材料に露出する条件とは、応用例に応じて大きく変化する。プラズマにおいて解離を生じさせるためには極めて大きな電力が必要となる場合がある。
【0003】
プラズマ源は、例えば、プラズマ気体(例えば、O、N、Ar、NF、H及びHe)又は気体の混合物に十分な大きさの電位を印加することによって、プラズマを発生させる。プラズマは、DC放電、無線周波数(RF)放電、マイクロ波放電を含む様々な方法で発生させることができる。DC放電プラズマは、プラズマ気体の中にある2つの電極の間に電位を印加することによって達成される。RF放電は、電源からの結合エネルギを静電的に又は誘導的にプラズマに結合させることによって得られる。マイクロ波放電プラズマは、マイクロ波エネルギを直接にマイクロ波透過性のウィンドウを介してプラズマ気体を含む放電チャンバの中に結合することによって達成される。プラズマは、典型的には、アルミニウムなどの金属材料や石英などの誘電材料で構成されたチャンバの中に閉じ込められる。
【0004】
活性化気体がプラズマ源とは適合的でない応用例が存在する。例えば、半導体製造においては、原子酸素(atom oxygen)をフォトレジストと反応させ、フォトレジストを揮発性のCO及びHOの副産物に変換することによって、半導体ウエハからフォトレジストを取り去る。原子状の酸素は、プラズマ源のプラズマ・チャンバの中のプラズマを用いてO(又は、酸素を含む気体)を解離することによって生じさせるのが典型的である。プラズマ・チャンバは、典型的には、原子状酸素と石英との表面再結合率が低いため、石英で作られる。原子状のフッ素が原子状の酸素と共に用いられることが多いが、その理由は、原子状のフッ素はフォトレジスト除去プロセスを加速するからである。フッ素は、例えば、プラズマ・チャンバの中のプラズマを用いて、NF又はCFを解離することによって発生される。しかし、フッ素は、腐食性が強く、石英チャンバと相互作用をして悪影響を生じる可能性がある。類似する動作条件の下では、チャンバの材料(例えば、サファイアやアルミニウム窒化物)と適合的なフッ素の使用により、原子状の酸素の発生の効率を低下させ、処理コストを増大させることになる。その理由は、フッ素と適合的な材料は、石英よりも効果なのが一般的だからである。
【0005】
活性化気体がプラズマ・チャンバの材料と適合的でないような別の応用例として、水素を含むプラズマが石英チャンバの中に配置される場合がある。励起された水素原子及び分子は、石英(SiO)と反応して、石英をシリコンに変換してしまう。チャンバの材料組成の変化は、例えば、結果的に、処理パラメータの望まない変動を生じさせるし、パーティクルの発生も引き起こす。他の応用例では、窒素が処理の間にプラズマ・チャンバの中に存在する場合には、石英はSiに変換される可能性がある。
【0006】
従って、解離された気体のプラズマ・チャンバへの悪影響を最小化するような態様で、プラズマを用いてきた異を効果的に解離する必要性が存在している。
【発明の概要】
【0007】
本発明は、気体を解離する方法に関する。この方法は、チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、前記チャンバの出力に対して下流気体入力を配置して、前記活性化気体が、前記気体入力によって導かれた下流気体の解離を容易化することを可能にするステップと、を含んでおり、前記解離された下流気体は、前記チャンバの内部表面とは実質的に相互作用しない。
【0008】
ある実施例では、前記プラズマは遠隔プラズマ源によって発生される。また、前記遠隔プラズマ源は、RFプラズマ発生器とマイクロ波プラズマ発生器とDCプラズマ発生器とで構成されるグループから選択された遠隔プラズマ源である。前記プラズマは、酸素と窒素とヘリウムとアルゴンとの中の1又は複数を含むプラズマ気体から発生される。前記下流気体はハロゲン気体を含む。前記下流気体は、F、XeF、NF、CF、CHF、C、CHF、CHF、C及びCで構成されるグループから選択されたハロゲン気体を含む。前記下流気体はフッ素を含む。前記チャンバの内部表面は、石英、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、イットリウム及びサファイアで構成されるグループから選択された材料を含む。
【0009】
また、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体と前記チャンバの内部表面との間の相互作用を最小化する位置において導かれる。前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記下流気体が解離される程度を最大化する位置において導かれる。前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体が前記チャンバの内部表面と相互作用する程度と前記下流気体が解離される程度とを均衡させる位置において導かれる。前記解離された下流気体は基板のエッチングを容易化するのに用いられる。
【0010】
本発明による方法は、前記下流気体の解離を最適化するように前記下流気体の特性を特定するステップを含む。また、本発明による方法においては、前記特性は、圧力と流率と前記チャンバの出力から注入された距離との中の1又は複数である。前記下流気体の解離を最適化するように前記プラズマ気体の特性を特定するステップを含む。また、前記特性は、圧力と流率と気体のタイプと気体組成とプラズマへの電力との中の1又は複数でありうる。更に、前記下流気体は、前記チャンバに結合されたプロセス・チャンバの中に配置された半導体ウエハの上に積層された材料を含む。
【0011】
本発明は、気体を解離する方法に関する。この方法は、チャンバの中でプラズマから活性化気体を発生するステップと、前記チャンバの出力に十分に近接した位置において前記チャンバの外部にある前記活性化気体の中に下流気体を導くことにより、前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化するのに十分なエネルギ・レベルを有するようにするステップと、を含んでおり、前記位置が前記チャンバの出力から十分に離間していることにより、前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しない。
【0012】
本発明は、フォトレジストをエッチングする方法に関する。この方法は、チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、下流気体と前記活性化気体の少なくとも一部とを混合することにより、i)前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化するのに十分なエネルギ・レベルを有し、ii)前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないようにするステップと、前記解離された下流気体を用いて基板をエッチングするステップと、を含む。
【0013】
本発明は、気体を解離する方法に関する。この方法は、チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、前記プラズマによって定義される領域の外部にある前記活性化気体と相互作用するように下流気体を導き、前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化することを可能にするステップと、を含んでおり、前記解離された気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しない。
【0014】
本発明は、気体を解離するシステムに関する。このシステムは、チャンバの中で活性化気体を発生するプラズマを発生するプラズマ源と、前記活性化気体の少なくとも一部と下流気体とを混合し、前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化することを可能にする手段と、を含んでおり、前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しない。ことを特徴とするシステム。
【0015】
本発明は、気体を励起するシステムに関する。このシステムは、チャンバの中でプラズマ領域を発生する遠隔プラズマ源であって、前記プラズマは活性化気体を発生する、遠隔プラズマ源と、前記プラズマ領域の外部にある前記活性化気体と相互作用するように下流気体を導く注入源と、を含んでおり、前記活性化気体は前記下流気体の励起を容易化し、前記励起された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しない。
【0016】
実施例によっては、前記下流気体の励起は前記下流気体の解離を含む。本発明によるシステムでは、前記チャンバの腐食又は前記チャンバへの積層を減少させるように前記チャンバの出力に配置されたバリアを含む。また、前記バリアは少なくとも部分的には前記チャンバの内部に配置されている。また、前記バリアは少なくとも部分的には前記チャンバの出力経路の内部に配置されている。前記チャンバの出力経路の内部に配置されたバリアを含む。前記チャンバは石英を含む。
【0017】
更に、前記チャンバはトロイダル形のチャンバでもありうる。前記プラズマ源はトロイダル・プラズマ源でありうる。下流気体と活性化気体とを混合するミキサを含む。前記ミキサは、静流ミキサ、ヘリカル・ミキサ、ブレード又はスタック型円筒ミキサを含む。パージ気体入力を含む。前記パージ気体入力は前記チャンバの出口と前記注入源の入力との間に配置されている。
【0018】
本発明は、基板の上に材料を積層する方法に関する。この方法は、チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、前記チャンバの出力に対して下流気体入力を配置して、前記活性化気体が前記気体入力によって導かれる下流気体の解離を容易化するのを可能にするステップと、を含んでおり、前記下流気体は積層される材料を含み、前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しない。
【0019】
ある実施例では、前記プラズマは遠隔プラズマ源によって発生される。前記遠隔プラズマ源は、RFプラズマ発生器とマイクロ波プラズマ発生器とDCプラズマ発生器とで構成されるグループから選択された遠隔プラズマ源である。前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体と前記チャンバの内部表面との間の相互作用を最小化する位置において導かれる。前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記下流気体が解離される程度を最大化する位置において導かれる。前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体が前記チャンバの内部表面と相互作用する程度と前記下流気体が解離される程度とを均衡させる位置において導かれる。積層される材料は、Si、Ge、Ga、In、As、Sb、Ta、W、Mo、Ti、Hf、Zr、Cu、Sr又はAlの中の1又は複数を含む。前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体が前記チャンバの内部表面と相互作用する程度と前記下流気体が解離される程度とを均衡させる位置において導かれる。
【0020】
本発明は、基板の上に材料を積層するシステムに関する。このシステムは、チャンバの中でプラズマ領域を発生する遠隔プラズマ源であって、前記プラズマは活性化気体を発生する、遠隔プラズマ源と、前記プラズマ領域の外部にある前記活性化気体と相互作用するように、積層材料を含む下流気体を導く注入源と、を含んでおり、前記活性化気体は前記下流気体の励起を容易化し、前記励起された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しない。前記下流気体の励起は前記下流気体の解離を含むことを特徴とするシステム。
【0021】
また、前記積層材料は、Si、Ge、Ga、In、As、Sb、Ta、W、Mo、Ti、Hf、Zr、Cu、Sr又はAlの中の1又は複数を含む。このシステムは、下流気体と活性化気体とを混合するミキサを含む。前記ミキサは、静流ミキサ、ヘリカル・ミキサ、ブレード又はスタック型円筒ミキサを含む。パージ気体入力を含む。前記パージ気体入力は前記チャンバの出口と前記注入源の入力との間に配置されている。
【0022】
本発明に関する上述した及びそれ以外の目的、特徴及び効果は、以下の詳細な説明と特許請求の範囲とから明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
本発明の上述した及びそれ以外の目的、特徴及び効果は、そして本発明自体も、以下の例示的な説明を添付の図面(ただし、必ずしも実際の寸法通りではない)を参照して読むことによってより完全に理解できるはずである。
【0024】
図1は、本発明を実現する解離された気体を生じる気体解離システム100の概略図である。プラズマは、多くの場合、気体を活性化して励起状態にし、気体の反応性を高めるために用いられる。気体の励起には、気体のエネルギ状態を高くすることが含まれる。ある場合には、気体を励起すると、イオン、自由ラディカル、原子及び分子を含む解離状態にある解離された気体が生じる。システム100は、気体ライン116を介してプラズマ・チャンバ108に接続されたプラズマ気体源112を含む。弁120は、プラズマ気体源112から気体ライン116を通過してプラズマ・チャンバ108に至るプラズマ気体(例えば、O、N、Ar、NF、H、Heなど)の流れを制御する。弁120は、例えば、ソレノイド弁、比例式ソレノイド弁、質量流量コントローラなどでありうる。プラズマ発生器184は、プラズマ・チャンバ108の中にプラズマ領域132を発生する。プラズマ132は、プラズマ活性化気体134を含み、その一部は、チャンバ108の外部に流れ出る。プラズマ活性化気体134は、プラズマ132の加熱とプラズマ気体の活性化との結果として生じる。この実施例では、プラズマ発生器184は、プラズマ・チャンバ108の部分的に周囲に配置される。システム100は、また、プラズマ発生器184への接続128を介して電力を提供してプラズマ・チャンバ108の中でプラズマ132(活性化気体134を含む)を発生させる電源124を含む。プラズマ・チャンバ108は、例えば、アルミニウムや耐火性の金属などの金属材料で形成することができるし、又は、石英やサファイアなどの誘電材料で形成することも可能である。ある実施例では、プラズマ気体以外の気体を用いて活性化気体を発生することもある。ある実施例では、プラズマ気体は、プラズマの発生と活性化気体の発生との両方に用いられる。
【0025】
プラズマ・チャンバ108は、プロセス・チャンバ156の入力176に経路168を介して接続された出力172を有する。活性化気体134の少なくとも一部は、プラズマ・チャンバ108の出力172から流れ出て、経路168を通過する。活性化気体134の中で運ばれるエネルギの量は、経路168の長さに沿った距離に応じて減少する。注入源104(例えば、気体注入源)は、経路168の長さ方向に沿った距離168の位置に配置されている。注入源104は、また、プラズマ・チャンバ108の下方部分に配置さ
れることもある。気体注入源104は、気体(例えば、活性化気体134によって解離される下流気体)を経路168の領域164の中に導く少なくとも1つの気体入口180を有する。下流気体源136は、下流気体(NF、CF、CHF、C、CHF、C、C、XeF、Cl、ClF、H又はNH)を気体ライン140と気体入口180とを介して、経路168の領域164に導く。弁144が、気体ライン140を通過する下流気体の流れを制御する。下流気体は、例えば、Si、Ge、Ga、In、As、Sb、Al、Cu、Ta、Ti、Mo、W、Hf、Sr、Zrなどを含む積層前駆体(deposition precursors)を含みうる。弁144は、例えば、ソレノイド弁、比例(proportional)ソレノイド弁、質量流量コントローラなどである。
【0026】
距離148において経路168の領域164の中に導かれた下流気体は、解離された下流気体152の流れを生じる活性化気体134の少なくとも一部と相互作用する。この出願で用いている「下流気体」という用語であるが、これは、気体入口180を通過して経路168の中に導かれる気体を意味する。そして、「解離された下流気体」という用語は、下流気体と活性化気体とが相互作用した結果として生じる気体を意味する。解離された下流気体152は、例えば、活性化気体134と下流気体と活性化気体134によって励起された(例えば、解離された)下流気体との混合物を含む。ある実施例では、解離された下流気体152は、活性化気体134によって解離された気体を実質的に含む。他の実施例では、解離された下流気体152は、例えば、実質的に活性化された気体134を含む。
【0027】
解離された下流気体152は、経路168を通過して、プロセス・チャンバ156の入力176の中に流れる。プロセス・チャンバ156の中に配置されたサンプル・ホルダ160は、解離された下流気体152によって処理された材料を支持する。オプショナルな気体配分装置又はシャワーヘッド(図示せず)をチャンバ156の入力176に設けて、解離された気体を、例えば、ホルダ160の上に配置された基板の表面に一様に配分(分配)することが可能である。ある実施例では、解離された下流気体152は、プロセス・チャンバ156の中のサンプル・ホルダ160の上に配置された半導体ウエハ又は基板のエッチングを容易化する。別の実施例では、解離された下流気体152は、プロセス・チャンバ156の中のサンプル・ホルダ160の上に配置された基板への薄膜の積層を容易化する。活性化気体134は、下流気体と相互作用して解離された下流気体152を生じさせるのに十分なエネルギを有する。
【0028】
ある実施例では、経路168の領域164の中に導かれた下流気体のあるパーセンテージが、活性化気体134によって解離される。下流気体が解離される程度(例えば、パーセンテージ)は、例えば、活性化気体134の中で運ばれるエネルギの量とエネルギ・レベルとの関数である。活性化気体134は、下流気体の原子の間の結合を解いて解離を達成する下流気体の結合エネルギ・レベルよりも高いエネルギ・レベルを有することができる。ある実施例では、活性化気体134は、下流気体を熱的に励起して複数の衝突プロセスを通じて解離する(解離させる)のに十分なエネルギを運ぶことができる。例えば、CFは、約5.7eVの結合エネルギを有し、NFは約3.6eVの結合エネルギ・レベルを有する。従って、類似する解離システム100の動作条件の下では、NFを解離するのよりも、CFを解離する場合の方が、より高い活性化気体134のエネルギが要求される。
【0029】
別の実施例では、活性化気体134の中に含まれているエネルギの量は経路168に沿ったチャンバ108の出力172からの距離に応じて減少するから、距離148は、気体入口180をプラズマ・チャンバ108の出力172に対して配置することに関して、活性化気体134が下流気体源104によって経路168の中に導かれた下流気体の励起(例えば、解離)を効果的に容易化するのに十分なほどに小さな距離でなければならない。
距離148は、また、気体入口をプラズマ・チャンバ108の出力172に対して配置する際に、解離された下流気体152がプラズマ・チャンバ108の内部表面と実質的に相互作用しないほど十分に大きくなければならない。ある実施例では、注入源104は、プラズマ密度がプラズマ・チャンバ108の上限に集中しているときには、プラズマ・チャンバ108の下方部分の中に配置することも可能である。
【0030】
ある実施例では、システム100は、チャンバ108の出力172における経路168の中に配置されたバリア(図解されていないが、例えば、シールド、ライナなど)を含む。このバリアは、システム100における反応性気体への経路168の露出を減少させることによって、経路168を保護する。ある実施例では、このシールド又はライナは、部分的にチャンバ108の内部に配置されている。このシールド又はライナは、反応性気体(例えば、活性化気体134や解離された下流気体152)に対して実質的に抵抗性を有する材料で作られている。このようにして、シールド又はライナが反応性気体に露出されるため、シールド又はライナは、チャンバ108の腐食を減少させるのに用いられる。
【0031】
ある実施例では、ライナは、チャンバ108の出力172における経路168の内部に配置される。ライナは、反応性気体と化学的に適合的な材料で作られる。ある実施例では、シールド又はライナは取外し可能であり、週的な交換が可能になっている。シールド又はライナは、従って、化学的な一貫性の点から、プラズマ・チャンバと同じ材料で作ることもできる。
【0032】
実施例によっては、シールド又はライナは、チャンバ108の中の要素の熱的なストレスを低減する。シールド又はライナは、活性化気体134と解離された下流気体152との中の反応種の損失を減少させる材料で作り、反応種の出力を最大化することができる。再結合性が低い材料には、例えば、石英、ダイアモンド、ダイアモンドライクな炭素、サファイア、ハイドロカーボン、フルオロカーボンなどが含まれる。シールド又はライナは、また、よりよい金属及び熱特性のために、金属で作ることも可能である。金属シールド又はライナの表面を、化学的に適合的な又は表面再結合/反応が低い材料の層でコーティングして、全体的な性能を向上させることも可能である。
【0033】
ある実施例では、システム100は、プラズマ・チャンバ108の気体出力172と気体入口180との間にパージ気体入力(図示せず)を追加的に含む。パージ気体を気体入口180を介して流すことによって、下流気体がプラズマ・チャンバ108の中へ逆流することを防止(又は、最小化)することができる。この逆流は、プラズマ気体の流率が小さいときに生じうる。パージ気体は、希ガス(例えば、ArやHe)又はプロセスガス(例えば、OやH)でありうる。
【0034】
ある実施例では、システム100は、経路168における下流気体の解離百分率(パーセンテージ)を測定するセンサ(図示せず)を含む。ある実施例では、同じセンサを用いて、解離された下流気体152がプラズマ・チャンバ108の内部表面(内側表面)と相互作用してどの程度の悪影響を生じるかを判断するのに用いられる。解離百分率と解離された下流気体152がチャンバ108の内部表面との相互作用の程度との両方を測定する例示的なセンサとして、米国ウィスコンシン州マディソン(Madison)所在のサーモ・エレクトロン(Thermo Electron)コーポレーションから市販されているニコレット510Pメトロロジ・ツールがある。このセンサは、例えば、SiF4の存在を測定する。SiFは、石英プラズマ・チャンバとの相互作用から生じるホウ素の副産物(解離された下流気体)である。しかし、このセンサは、必須ではなく、システム100において使用可能であるというだけである。従って、高レベルのSiFの存在を指示するセンサによる測定は、解離された下流気体152が石英プラズマ・チャンバ108の内部表面と相互作用して悪影響を生じていることを意味する。下流気体の解離百分率は、様々なファクタに
左右される。1つのファクタとしては、下流気体が経路168の領域164に導かれる距離148である。別のファクタとして、下流気体が経路168の領域164に導かれる距離148における活性化気体134のエネルギ量である。
【0035】
ある実施例では、下流気体は、プラズマ・チャンバ108の出力172との関係で、解離された気体152とプラズマ・チャンバ108の内部表面との間の相互作用を最小化する距離148で導かれる。別の実施例では、下流気体は、プラズマ・チャンバ108の出力172との関係で、下流気体が解離される程度を最大化する距離148で導かれる、更に別の実施例では、下流気体は、プラズマ・チャンバ108の出力172との関係で、解離された下流気体152がプラズマ・チャンバ108の内部表面と相互作用する程度と、下流気体が解離される程度とを均衡させる距離で導かれる。
【0036】
プラズマ源184は、例えば、DCプラズマ発生器、無線周波数(RF)プラズマ発生器、マイクロ波プラズマ発生器などである。プラズマ源184は、遠隔プラズマ源でもよい。例えば、プラズマ源184は、米国マサチューセッツ州ウィルミントン(Wilmington)所在のMKSインスツルメント社によって製造されるASTRON(登録商標)又はR*evolution(登録商標)の遠隔プラズマ源でもよい。DCプラズマ発生器は、プラズマ気体の中にある2つの電極の間に電位を与えることによってDC電荷を生じる。RFプラズマ発生器は、電源からプラズマの中にエネルギを静電的に又は誘導的に結合することによってRF放電を生じる。マイクロ波プラズマ発生器は、マイクロ波エネルギをマイクロ波通過型のウィンドウを介してプラズマ気体を含むプラズマ・チャンバの中に直接に結合することによって、マイクロ波放電を生じる。
【0037】
ある実施例では、プラズマ源はトロイダル・プラズマ源であり、チャンバ108は石英チャンバである。この石英チャンバは、例えば、一体の溶融石英でありうる。他の実施例では、別のタイプのプラズマ源やチャンバ材料を用いることがありうる。例えば、サファイア、アルミナ、アルミニウム窒化物、イットリウム酸化物、シリコン・カーバイド、ホウ素窒化物、アルミニウムやニッケルやステンレス・スチールなどの金属、陽極酸化処理アルミニウムなどコーティングされた金属を用いることがありうる。
【0038】
電源124は、例えば、RF電源又はマイクロ波電源でありうる。ある実施例では、プラズマ・チャンバ108は、プラズマ・チャンバ108の中でプラズマ132に点火する初期イオン化イベントを提供する自由電荷を発生する手段を含む。初期イオン化イベントは、プラズマ・チャンバ108に印加される短い高電圧パルスでありうる。このパルスは、約500から1万ボルトの電圧を有していて、約0.1マイクロ秒から100ミリ秒の長さでありうる。アルゴンのような希ガスをプラズマ・チャンバ108の中に導いて、プラズマ132に点火するのに必要な電圧を低下させることが可能である。また、紫外線放射を用いて、プラズマ・チャンバ108の中に自由電荷を発生し、それによって、プラズマ・チャンバ108の中でプラズマ132に点火する初期イオン化イベントを提供することも可能である。
【0039】
制御システム(図示せず)を用いて、例えば、プラズマ気体源112からプラズマ・チャンバ108の中へのプラズマ気体の流れを規制する弁116(例えば、質量流量コントローラなど)の動作を制御することができる。この制御システムは、また、下流気体源136から領域164の中への下流気体の流れを規制する弁144(例えば、質量流量コントローラなど)の動作を制御するのにも用いることができる。更にまた、この制御システムは、プラズマ発生器184の動作パラメータ(例えば、プラズマ132と後では活性化気体134とに与えられる電力や、気体の流率や圧力など)を修正するのに用いることもできる。
【0040】
いくつかの実施例では、システム100は、プロセス・チャンバ156の中でサンプル・ホルダ160の上に配置されている半導体ウエハの上に材料を積層することが想定される。例えば、下流気体は、積層材料(例えば、SiH、TEOS、WFなど)を含みうる。下流気体は、また、例えば、Si、Ge、Ga、In、As、Sb、Al、Cu、Ta、Ti、Mo、W、Hf、Sr及びZrなどを含む他の積層前駆体(deposition precursors)を含むことがありうる。活性化気体134は、下流気体の中の積層材料と相互作用して、サンプル・ホルダ160の上に配置されているウエハの上に積層されうる積層種を生じる。積層前駆体がプラズマに露出することにより、前駆体分子が気体面において分解することになる。従って、活性化気体による前駆体の励起は、積層表面の上での前駆体の分解が望ましい応用例では、効果的でありうる。いくつかの実施例では、下流気体は、金属又は半導体材料を含む1又は複数の気体や、金属又は半導体材料を含む酸化物又は窒化物を含む。
【0041】
システム100は、ミラーやフィルタやレンズなどの基板の上に光学的なコーティングを積層するのに用いることができる。システム100は、基板の表面の性質を修正するのに用いることができる。システム100は、表面を生体適合的にするのに用いることができるし、その水分吸収性を変化させるのに用いることができる。システム100は、微視的又はナノスケールの粒子や粉体を生成するのに用いることができる。
【0042】
図2A及び2Bは、本発明の原理を組み入れた注入源104のある実施例を図解している。この実施例では、注入源104は、中央領域164を定義するディスク形の本体200を有する。領域164は、本体200の第1の端部208から本体200の第2の端部212まで延長する。注入源104は、それ自体の本体200を通過して延長する6つの入口180a、180b、180c、180d、180e及び180f(全体としては180で表す)を有する。入口180は、それぞれが、本体200の外側表面204における開口から本体200の領域164の内側表面214に沿った開口まで半径方向に延長している。
【0043】
ある実施例では、入口180は、下流気体源、例えば、図1の下流気体源136に接続されている。下流気体源136は、入口180を介して領域164に至る下流気体の流れを提供する。活性化気体134は、注入源104の第1の端部204において注入源104に入る。活性化気体134の少なくとも一部は、下流気体の少なくとも一部と相互作用して、解離された下流気体152を生じる。解離された下流気体152は、注入源104の本体200の第2の端部212から出て、例えば、解離システム100の経路168に沿って流れる。入口180については、上述のもの以外の数、幾何学的形状及び角度の方向が考えられる。例えば、入口180は、図2Bの端面(end-view)から見た場合に、注入源104の本体200の領域164の中心に対して、ある角度を有するように向けられることがありうる。
【0044】
図3A及び3Bに図解されている別の実施例では、注入源104は、領域164を定義するディスク形の本体200を有する。本体200は、第1の端部208と第2の端部212とを有する。注入源104は、それ自体の本体200を通過して延長する6つの入口180a、180b、180c、180d、180e及び180f(全体としては180で表す)を有する。他の実施例では、入口の数は異なっている場合がありうる。入口180は、それぞれが、本体200の外側表面204における開口から本体200の領域164の内側表面214に沿った開口まで、角度304を有するように延長している。ある実施例では、入口180は、下流気体源、例えば、図1の下流気体源136に接続されている。下流気体源136は、入口180を介して領域164に至る下流気体の流れを提供する。下流気体は、本体200の第1の端部208を介して領域164に入る活性化気体134によって少なくとも部分的には解離される。解離された下流気体152は、本体20
0の第2の端部212において領域164から外に出る。
【0045】
例として、NFを解離する実験が行われた。図2A及び2Bの注入源104は、この注入源104の本体(ボディ)200の領域164の中にNFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。図4には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたNFの解離結果のプロット400が図解されている。プロット400のY軸412は、NFの解離百分率(パーセンテージ)である。プロット400のX軸416は、石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対して領域164の中へNF(下流気体)が注入される距離148である。
【0046】
図4は、プラズマ気体(O/N)と下流気体(NF)との流率が固定されていると、NFの解離百分率は気体圧力と共に上昇し、プラズマ・チャンバの出口からの距離と共に減少することを示している。距離148が増大すると、NFの解離百分率は、特定されたプラズマ気体の圧力レベル(2Torr、3Torr、4Torr、5Torr(曲線408)、6Torr(曲線404)、7Torr)に対して減少する。図解されているように、曲線404は、プラズマ気体の圧力が6TorrであってO/Nのプラズマ気体のプラズマ・チャンバ108の中への流率が4/0.4slmである場合には、NFの解離百分率は、約1.0cmと等しい距離148におけるNFの約92%の解離から、約12.2cmと等しい距離148におけるNFの約8%の解離まで減少することを示している。曲線408は、プラズマ気体の圧力が5TorrであってO/Nのプラズマ気体のプラズマ・チャンバ108の中への流率が4/0.4slmである場合には、NFの解離百分率は、約1.0cmと等しい距離148におけるNFの約77%の解離から、約12.2cmと等しい距離148におけるNFの約3%の解離まで減少することを示している。
【0047】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット(Nicolet)510Pセンサを用いて測定された。このニコレット510Pセンサは、1sccmのSiFを検出する感度を有している。この実験では、様々なプラズマ気体圧力とNF(下流気体)が石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対する領域164の中に注入される距離148とに対し、ニコレット・センサを用いて、SiFは測定されなかった。
【0048】
例として、CFを解離する実験が行われた。図3A及び3Bの注入源104は、この注入源104の本体200の領域164の中にCFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。図5には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたCFの解離結果のプロット500が図解されている。プロット500のY軸512は、CFの解離百分率である。プロット500のX軸516は、石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対して経路168の領域164の中へCF(下流気体)が注入される距離148である。
【0049】
図5は、距離148が増大すると、プラズマ気体(O/N)と下流気体(NF)との流率が固定されていると、NFの解離百分率は気体圧力と共に上昇し、プラズマ・チャンバの出口からの距離と共に減少することを示している。距離148が増大すると、CFの解離百分率は、様々なプラズマ気体のタイプと流率と圧力(4Torrの場合に0.4slmのNと混合された4slmのO、4Torrの場合に4slmのO(曲線504)、2Torrの場合に3slmのN、6Torrの場合に6slmのAr(曲線508))に対して減少することを示している。図解されているように、曲線404は、プラズマ・チャンバ108の中の圧力が4Torrであって、プラズマ気体源112からのOプラズマの流率が4slmである場合には、100sccmのCFの解離
百分率は、約0.53cmと等しい距離148におけるCFの約33%の解離から、約1.05cmと等しい距離148におけるCFの約2%の解離まで減少することを示している。曲線508は、圧力が6TorrにおいてArのプラズマ気体のプラズマ・チャンバ108の中への流率が6slmである場合には、CFの解離百分率は、約0.53cmと等しい距離148におけるCFの約24%の解離から、約1.05cmと等しい距離148におけるCFの約1%の解離まで減少することを示している。
【0050】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、様々なプラズマ気体圧力とCF(下流気体)が石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対する領域164の中に注入される距離148とに対し、ニコレット・センサを用いて、SiFは測定されなかった。
【0051】
NFを解離する別の実験が行われた。図2A及び2Bの注入源104は、この注入源104の本体200の領域164の中に100sccmのNFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。下流気体(NF)は、石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対して、約1cm(すなわち、距離148)において経路168の領域に導かれる。図6には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたNFの解離結果のプロット600が図解されている。プロット600のY軸612は、NFの解離百分率である。プロット600のX軸616は、プラズマ気体源112によってチャンバ108の中に導かれるプラズマ気体の1分当たりの標準リットルにおける気体流率である(N(曲線604)、10/1の気体流率におけるO/N(曲線608)、Ar(曲線610)、H、He)。
【0052】
図解されているように、曲線604は、Nプラズマ気体に対しては、100sccmのNFの解離百分率は、約1.0slmのNプラズマ気体流率におけるNFの約16%の解離から、約2.3slmのNプラズマ気体流率におけるNFの約82%の解離まで増加することを示している。曲線608は、O/Nのプラズマ気体に対しては、100sccmのNFの解離百分率は、2/0.2slmのO/N気体流率におけるNFの約16%の解離から、5.5/0.55slmのO/N気体流率におけるNFの約79%の解離まで増加することを示している。曲線610は、Arプラズマ気体に対しては、100sccmの流量のNFの解離百分率は、約2.0slmのArプラズマ気体流率におけるNFの約14%の解離から、約10slmのArプラズマ気体流率におけるNFの約29%の解離まで増加することを示している。
【0053】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、様々なプラズマ気体のタイプ及び流率に対し、ニコレット・センサを用いても、SiFは測定されなかった。
【0054】
NFを解離する別の実験が行われた。図2A及び2Bの注入源104は、この注入源104の本体200の領域164の中に100sccmのNFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。下流気体(NF)は、プラズマ・チャンバ108の出力172に対して、約1.0cm(すなわち、距離148)においてに導かれる。図7には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたNFの解離結果のプロット700が図解されている。プロット700のY軸712は、NFの解離百分率である。プロット700のX軸716は、プラズマ・チャンバ108の中に導かれたプラズマ気体の単位をTorrとする気圧である。この実験の動作条件の下では、Arプラズマ気体(曲線710として示されている)を用いたNFの解離百分率は、Arの気圧に対して比較的に低感度である。
【0055】
図解されているように、曲線704は、1slmのNプラズマ流量に対しては、100sccmのNFの解離百分率は、1Torrのプラズマ気体圧力におけるNFの約15%の解離から、3Torrのプラズマ気体圧力におけるNFの約42%の解離まで増加することを示している。曲線608は、4/0.4slmのO/Nのプラズマ気体流量に対しては、100sccmのNFの解離百分率は、1Torrのプラズマ気体圧力におけるNFの約10%の解離から、6Torrのプラズマ気体圧力におけるNFの約90%の解離まで増加することを示している。曲線710は、6slmのArプラズマ気体流量に対しては、100sccmのNFの解離百分率は、2Torrのプラズマ気体圧力では約19%、6Torrのプラズマ気体圧力では約22%、10Torrのプラズマ気体圧力では約21%である。
【0056】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、様々なプラズマ気体のタイプと流率と圧力とに対し、ニコレット・センサを用いても、SiFは測定されなかった。
【0057】
NFを解離する別の実験が行われた。図2A及び2Bの注入源104は、この注入源104の本体200の領域164の中にNFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。下流気体(NF)は、プラズマ・チャンバ108の出力172に対して、約1.0cm(すなわち、距離148)においてに導かれる。図8には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたNFの解離結果のプロット800が図解されている。プロット800のY軸812は、NFの解離百分率である。プロット700のX軸816は、単位をsccmとする下流気体NFの流率である。
【0058】
曲線804は、流率が4/0.4slmのO/Nプラズマ気体に対しては、NFの解離百分率は、約25sccmのNFの流率から約200sccmのNFの流率まで約75%に保たれている。この曲線は、これらの動作条件の下ではNFの解離百分率は、NFの相対的に一定の解離によって示されているように、NFの流率に対して低感度であることを示している(曲線804)。図8のプロット800の曲線806は、約6slmの流率で6Torrの圧力でのArプラズマ気体に対しては、NFの解離百分率は、約50sccmのNFの流率における約40%から、約200sccmのNFの流率における約15%まで増加することを示している。
【0059】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、気体解離システム100の様々な動作条件に対し、ニコレット・センサを用いても、SiFは測定されなかった。
【0060】
例えば、CFを解離する別の実験が行われた。図3A及び3Bの注入源104は、この注入源104の本体200の領域164の中に100sccmのCFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。入口180のそれぞれに対する角度304に対して、30度の角度が選択された。下流気体(CF)は、石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対して、約0.5cm(すなわち、距離148)において導かれる。図9には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたCFの解離結果のプロット900が図解されている。プロット900のY軸912は、CFの解離百分率である。プロット900のX軸916は、プラズマ気体源112によってチャンバ108の中に導かれるプラズマ気体の1分当たりの標準リットルにおける気体流率である(N(曲線904)、O/N(曲線9
08)、O、Ar)。
【0061】
図9は、100sccmの下流気体CFでは、プラズマ気体流率が増加するとCFの解離百分率が増加することを示している。図解されているように、曲線904は、Nプラズマ気体に対しては、毎分100標準立方センチメートルのCFの解離百分率は、約1.0slmのNプラズマ気体流率におけるCFの約10%の解離から、約3slmのNプラズマ気体流率におけるCFの約32%の解離まで増加することを示している。曲線908は、O/Nのプラズマ気体に対しては、100sccmのCFの解離百分率は、2.0/0.2slmのO/N気体流率におけるCFの約5%の解離から、5.0/0.5slmのO/N気体流率におけるCFの約46%の解離まで増加することを示している。
【0062】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、様々なプラズマ気体のタイプ及び流率に対し、ニコレット・センサを用いても、SiFは測定されなかった。
【0063】
例示として、CFを解離する別の実験が行われた。図3A及び3Bの注入源104は、この注入源104の本体200の領域164の中に100sccmのCFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。入口180のそれぞれに対する角度304として、30度の角度が選択された。下流気体(CF)は、プラズマ・チャンバ108の出力172に対して、約0.5cm(すなわち、距離148)においてに導かれる。図10には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたCFの解離結果のプロット1000が図解されている。プロット1000のY軸1012は、CFの解離百分率である。プロット1000のX軸1016は、プラズマ気体の単位をTorrとする気圧である(1slmのN、4/0.4slmのO/N(曲線1004)、4slmのO、6slmのAr)。
【0064】
曲線1004は、4/0.4slmのO/Nプラズマ流量に対しては、CFの毎分100標準立方センチメートルのsccmのNFの流量の解離百分率は、1Torrのプラズマ気体圧力におけるCFの約5%の解離から、6Torrのプラズマ気体圧力におけるCFの約39%の解離まで増加することを示している。曲線1008は、6slmのArプラズマ気体流量に対しては、CFの毎分100標準立方センチメートルのsccmのNFの流量の解離百分率は、2.0Torrのプラズマ気体圧力におけるCFの約20%の解離から、10Torrのプラズマ気体圧力におけるCFの約25%の解離まで増加することを示している。
【0065】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、様々なプラズマ気体のタイプと流率と圧力とに対し、ニコレット・センサを用いても、SiFは測定されなかった。
【0066】
NFを解離する別の実験が行われた。図2A及び2Bの注入源104は、この注入源104の本体200の領域164の中にNFを導くのに用いられた。入口180のそれぞれに対して、約0.5mmの内径が選択された。下流気体(NF)は、プラズマ・チャンバ108の出力172に対して、約1.0cm(すなわち、距離148)においてに導かれる。図8には、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたNFの解離結果のプロット800が図解されている。プロット800のY軸812は、NFの解離百分率である。プロット700のX軸816は、単位をsccmとする下流気体NFの流率である。
【0067】
図11Aには、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたCHFの解離結果のプロット1100が図解されている。プラズマ気体は、OとNとの比率が10:1であるO/Nの混合物である。プロット1100のY軸1112は、CHFの解離百分率である。プロット1100のX軸1116は、プラズマ気体源112によってチャンバ108の中に導かれたプラズマ気体におけるOの1分当たりの標準リットルにおける気体流率である。図11Aの曲線1104は、1.5Torrのプラズマ気体圧力と100sccmの流量の下流気体CHFに対しては、1slmから4slmの範囲のプラズマ気体におけるOの流率を用いると、ほぼ100%のCHFの解離が得られることを示している。
【0068】
図11Bには、図1の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたCHFの解離結果のプロット1102が図解されている。プロット1102のY軸1114は、CHFの解離百分率である。プロット1102のX軸1118は、sccmを単位とする下流CHFの流率である。図11Bの曲線1108は、1.5Torrのプラズマ気体圧力における4slmのOと0.4slmのNとのプラズマ気体流率では、100sccmから200sccmの範囲の下流CHFの流率を用いると、ほぼ100%のCHFの解離が得られることを示している。
【0069】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、様々なプラズマ気体圧力とCHF(下流気体)が石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対する領域164の中に注入される距離148とに対し、ニコレット・センサを用いて、SiFは測定されなかった。
【0070】
図12に図解されている別の実施例では、システム100は、プラズマ・チャンバ108に気体ライン116を介して接続されたプラズマ気体源112を含む。プラズマ発生器184は、プラズマ・チャンバ108の中にプラズマ領域132を発生する。プラズマ132は、プラズマ下流気体134を含み、その一部は、プラズマ領域132の外へ流れる。システム100は、注入源104を含む。この実施例では、注入源104は、注入源104の気体入口に結合されたL形のパイプ190を含む。パイプ190は、気体(例えば、活性化気体134によって解離される下流気体)をシステム100の領域192に導く。領域192(すなわち、活性化気体134が下流気体と相互作用する場所)は、パイプ190の出力196がどこに配置されているかに左右される。パイプ190の出力196は、例えば、プラズマ・チャンバ108の出力172の中の距離194に配置されうる。パイプ190の出力196は、また、例えば、注入源104が出力172から遠ざかってプロセス・チャンバ156の方向へ移動される場合には、チャンバ108の出力172の外部にある距離に配置することもできる。このようにして、下流気体は、プラズマ・チャンバ108の内部又は外部においてシステム100の中へ導かれる。
【0071】
例として、NFを解離する実験が行われた。図12の注入源104は、システム100の領域192の中にNFを導くのに用いられた。図13には、図12の気体解離システム100のような気体解離システムを用いて得られたNFの解離結果のプロット1300が図解されている。プロット1300のY軸1312は、NFの解離百分率(パーセンテージ)である。プロット1300のX軸1316は、石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対して領域164の中へNF(下流気体)が注入される距離148である。この実験では、あるテストの際に、NFは、チャンバ108の出力172の内部に約0.5cmの距離194において注入された。NFは、別のテストの際には、チャンバ108の出力172の外部にある距離148(約1.0cm、3.8cm、6.6cm、9.4cm、12.2cm)においても注入された。
【0072】
図13は、NFの解離百分率は、様々なプラズマ気体タイプ、流率及び圧力に対して減少することを示している(4Torrの毎分4標準リットル(slm)のO(曲線1304)、2Torrの3slmのN、9Torrの10slmのAr、6Torrの6slmのAr、4Torrでの4slmのOと0.4slmのNとの混合物(曲線1308))。図解されているように、曲線1304は、プラズマ気体の圧力が4TorrであってOのプラズマ気体のプラズマ気体源112からプラズマ・チャンバ108の中への流率が4slmである場合には、100sccmのNFの解離百分率は、約0.5cmと等しい距離194におけるNFの約90%の解離から、約12.2cmと等しい距離148におけるNFの約2%の解離まで減少することを示している。曲線1308は、プラズマ気体の圧力が4TorrであってO/Nのプラズマ気体のプラズマ・チャンバ108の中への流率が4/0.4slmである場合には、NFの解離百分率は、約0.5cmと等しい距離194におけるNFの約81%の解離から、約12.2cmと等しい距離148におけるNFの約0%の解離まで減少することを示している。
【0073】
この実験では、石英チャンバ108に対する解離された下流気体152の最小の悪影響が、上述したニコレット510Pセンサを用いて測定された。この実験では、様々なプラズマ気体圧力とNF(下流気体)が石英プラズマ・チャンバ108の出力172に対する領域192の中に注入される距離148とに対し、ニコレット・センサを用いて、SiFは測定されなかった。
【0074】
図14は、本発明を実現する解離気体を生じる際に用いられる注入源104を含む気体解離システム(例えば、図1のシステム100)の一部の概略的な断面図である。注入源104の本体200は、プラズマ・チャンバ108の出力172に接続されている(チャンバ108の一部だけが、図解を明確にする目的のために示されている)。注入源104は、注入源104の本体を通過して延長する6つの入口180a、180b、180c、180d、180e、180f(全体を180で示す)を有する。入口180b、180c、180e、180fは、図解を明確にする目的のために省略されている。入口180は、それぞれが、本体200の外部表面204における開口から、本体200の領域164の内側表面214に沿った開口まで延長している。入口180は、下流気体源(例えば、図1の気体源136)に接続され、下流気体の流れを入口180を介して領域164に提供する。
【0075】
プラズマ活性化気体134は、プラズマ・チャンバ108の出力172を介して領域164に入る。下流気体とプラズマ活性化気体134との間の反応は、2つの気体のストリームが混合されるときに生じる。気体の混合を促進すると、下流気体の解離が進行する。いくつかの実施例では、気体の混合がプラズマ・チャンバの出力172に近接した位置で生じることが効果的である。このようにして、混合は、例えば、プロセス・チャンバに入る際に、解離された気体に対して最小の効果を有しうる。
【0076】
ヘリカル・ミキサ、ブレード、スタック形円筒ミキサなど様々な静フロー・ミキサを、下流気体とプラズマ活性化気体とを混合するのに用いることができる。図14を参照すると、この実施例では、領域164の直径は、プラズマ・チャンバ出力172の直径1408よりも大きい。出口1408の直径1408が領域164の直径1404に変化することに起因して、フロー経路の直径の急激な拡大し、それによって、活性化気体フロー134の発生時に領域164において乱流と気体の再循環とが生じる。乱流及び再循環により混合が強化され、下流気体の解離が促進される。
【0077】
この出願において記載された内容の変更、修正及び改良は、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された発明の精神及び範囲から逸脱することなく想到できる。従って、本発
明は、以上の発明の詳細な説明によって定義されるのではなく、特許請求の範囲の精神及び範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【図1】解離された気体を生じて本発明を実施するプラズマ源の部分的な概略図である。
【図2】図2Aは、本発明の実施例による気体注入源の断面図である。図2Bは、図2Aの注入源を端部から見た図である。
【図3】図3Aは、本発明の実施例による気体注入源の断面図である。図3Bは、図3Aの注入源を端部から見た図である。
【図4】本発明による気体解離システムを用いた場合に、NFがプラズマ源に注入される石英プラズマ・チャンバの出力からの距離の関数としてNFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図5】本発明による気体解離システムを用いた場合に、CFがプラズマ源に注入される石英プラズマ・チャンバの出力からの距離の関数としてCFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図6】本発明による気体解離システムを用いた場合に、プラズマ気体流率の関数としてNFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図7】本発明による気体解離システムを用いた場合に、プラズマ気体圧力の関数としてNFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図8】本発明による気体解離システムを用いた場合に、下流NF流率の関数としてのNFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図9】本発明による気体解離システムを用いた場合に、プラズマ気体流率の関数としてCFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図10】本発明による気体解離システムを用いた場合に、プラズマ気体圧力の関数としてCFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図11】図11Aは、本発明による気体解離システムを用いた場合に、プラズマ気体流率の関数としてCHFの解離百分率を表したグラフ表現である。図11Bは、本発明による気体解離システムを用いた場合に、下流CHF流率の関数としてのCHFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図12】解離された気体を生じて本発明を実施するプラズマ源の部分的な概略図である。
【図13】本発明による気体解離システムを用いた場合に、NFがプラズマ源に注入される石英プラズマ・チャンバの出力からの距離の関数としてNFの解離百分率を表したグラフ表現である。
【図14】本発明の実施例による気体注入源の一部の断面図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体を解離する方法であって、
チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、
前記チャンバの出力に対して下流気体入力を配置して、前記活性化気体が、前記気体入力によって導かれた下流気体の解離を容易化することを可能にするステップと、
を含んでおり、前記解離された下流気体は、前記チャンバの内部表面とは実質的に相互作用しないことを特徴とする方法。
【請求項2】
請求項1記載の方法において、前記プラズマは遠隔プラズマ源によって発生されることを特徴とする方法。
【請求項3】
請求項2記載の方法において、前記遠隔プラズマ源は、RFプラズマ発生器とマイクロ波プラズマ発生器とDCプラズマ発生器とで構成されるグループから選択された遠隔プラズマ源であることを特徴とする方法。
【請求項4】
請求項1記載の方法において、前記プラズマは、酸素と窒素とヘリウムとアルゴンとの中の1又は複数を含むプラズマ気体から発生されることを特徴とする方法。
【請求項5】
請求項1記載の方法において、前記下流気体はハロゲン気体を含むことを特徴とする方法。
【請求項6】
請求項5記載の方法において、前記下流気体は、F、XeF、NF、CF、CHF、C、CHF、CHF、C及びCで構成されるグループから選択されたハロゲン気体を含むことを特徴とする方法。
【請求項7】
請求項1記載の方法において、前記下流気体はフッ素を含むことを特徴とする方法。
【請求項8】
請求項1記載の方法において、前記チャンバの内部表面は、石英、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、イットリウム及びサファイアで構成されるグループから選択された材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項9】
請求項1記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体と前記チャンバの内部表面との間の相互作用を最小化する位置において導かれることを特徴とする方法。
【請求項10】
請求項1記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記下流気体が解離される程度を最大化する位置において導かれることを特徴とする方法。
【請求項11】
請求項1記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体が前記チャンバの内部表面と相互作用する程度と前記下流気体が解離される程度とを均衡させる位置において導かれることを特徴とする方法。
【請求項12】
請求項1記載の方法において、前記解離された下流気体は基板のエッチングを容易化するのに用いられることを特徴とする方法。
【請求項13】
請求項1記載の方法において、前記下流気体の解離を最適化するように前記下流気体の特性を特定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項14】
請求項13記載の方法において、前記特性は、圧力と流率と前記チャンバの出力から注
入された距離との中の1又は複数であることを特徴とする方法。
【請求項15】
請求項4記載の方法において、前記下流気体の解離を最適化するように前記プラズマ気体の特性を特定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項16】
請求項15記載の方法において、前記特性は、圧力と流率と気体のタイプと気体組成とプラズマへの電力との中の1又は複数であることを特徴とする方法。
【請求項17】
請求項1記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバに結合されたプロセス・チャンバの中に配置された半導体ウエハの上に積層された材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項18】
気体を解離する方法であって、
チャンバの中でプラズマから活性化気体を発生するステップと、
前記チャンバの出力に十分に近接した位置において前記チャンバの外部にある前記活性化気体の中に下流気体を導くことにより、前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化するのに十分なエネルギ・レベルを有するようにするステップと、
を含んでおり、前記位置が前記チャンバの出力から十分に離間していることにより、前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないことを特徴とする方法。
【請求項19】
フォトレジストをエッチングする方法であって、
チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、
下流気体と前記活性化気体の少なくとも一部とを混合することにより、i)前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化するのに十分なエネルギ・レベルを有し、ii)前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないようにするステップと、
前記解離された下流気体を用いて基板をエッチングするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項20】
気体を解離する方法であって、
チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、
前記プラズマによって定義される領域の外部にある前記活性化気体と相互作用するように下流気体を導き、前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化することを可能にするステップと、
を含んでおり、前記解離された気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないことを特徴とする方法。
【請求項21】
気体を解離するシステムであって、
チャンバの中で活性化気体を発生するプラズマを発生するプラズマ源と、
前記活性化気体の少なくとも一部と下流気体とを混合し、前記活性化気体が前記下流気体の解離を容易化することを可能にする手段と、
を含んでおり、前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないことを特徴とするシステム。
【請求項22】
気体を励起するシステムであって、
チャンバの中でプラズマ領域を発生する遠隔プラズマ源であって、前記プラズマは活性化気体を発生する、遠隔プラズマ源と、
前記プラズマ領域の外部にある前記活性化気体と相互作用するように下流気体を導く注入源と、
を含んでおり、前記活性化気体は前記下流気体の励起を容易化し、前記励起された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないことを特徴とするシステム。
【請求項23】
請求項22記載のシステムにおいて、前記下流気体の励起は前記下流気体の解離を含むことを特徴とするシステム。
【請求項24】
請求項22記載のシステムにおいて、前記チャンバの腐食又は前記チャンバへの積層を減少させるように前記チャンバの出力に配置されたバリアを含むことを特徴とするシステム。
【請求項25】
請求項24記載のシステムにおいて、前記バリアは少なくとも部分的には前記チャンバの内部に配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項26】
請求項24記載のシステムにおいて、前記バリアは少なくとも部分的には前記チャンバの出力経路の内部に配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項27】
請求項22記載のシステムにおいて、前記チャンバの出力経路の内部に配置されたバリアを含むことを特徴とするシステム。
【請求項28】
請求項22記載のシステムにおいて、前記チャンバは石英を含むことを特徴とするシステム。
【請求項29】
請求項28記載のシステムにおいて、前記チャンバはトロイダル形のチャンバであることを特徴とするシステム。
【請求項30】
請求項22記載のシステムにおいて、前記プラズマ源はトロイダル・プラズマ源であることを特徴とするシステム。
【請求項31】
請求項22記載のシステムにおいて、下流気体と活性化気体とを混合するミキサを含むことを特徴とするシステム。
【請求項32】
請求項31記載のシステムにおいて、前記ミキサは、静流ミキサ、ヘリカル・ミキサ、ブレード又はスタック型円筒ミキサを含むことを特徴とするシステム。
【請求項33】
請求項22記載のシステムにおいて、パージ気体入力を含むことを特徴とするシステム。
【請求項34】
請求項33記載のシステムにおいて、前記パージ気体入力は前記チャンバの出口と前記注入源の入力との間に配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項35】
基板の上に材料を積層する方法であって、
チャンバの中でプラズマを用いて活性化気体を発生するステップと、
前記チャンバの出力に対して下流気体入力を配置して、前記活性化気体が前記気体入力によって導かれる下流気体の解離を容易化するのを可能にするステップと、
を含んでおり、前記下流気体は積層される材料を含み、前記解離された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないことを特徴とする方法。
【請求項36】
請求項35記載の方法において、前記プラズマは遠隔プラズマ源によって発生されることを特徴とする方法。
【請求項37】
請求項35記載の方法において、前記遠隔プラズマ源は、RFプラズマ発生器とマイクロ波プラズマ発生器とDCプラズマ発生器とで構成されるグループから選択された遠隔プラズマ源であることを特徴とする方法。
【請求項38】
請求項35記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体と前記チャンバの内部表面との間の相互作用を最小化する位置において導かれることを特徴とする方法。
【請求項39】
請求項35記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記下流気体が解離される程度を最大化する位置において導かれることを特徴とする方法。
【請求項40】
請求項35記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体が前記チャンバの内部表面と相互作用する程度と前記下流気体が解離される程度とを均衡させる位置において導かれることを特徴とする方法。
【請求項41】
請求項35記載の方法において、積層される材料は、Si、Ge、Ga、In、As、Sb、Ta、W、Mo、Ti、Hf、Zr、Cu、Sr又はAlの中の1又は複数を含むことを特徴とする方法。
【請求項42】
請求項35記載の方法において、前記下流気体は、前記チャンバの出力に対して、前記解離された下流気体が前記チャンバの内部表面と相互作用する程度と前記下流気体が解離される程度とを均衡させる位置において導かれることを特徴とする方法。
【請求項43】
基板の上に材料を積層するシステムであって、
チャンバの中でプラズマ領域を発生する遠隔プラズマ源であって、前記プラズマは活性化気体を発生する、遠隔プラズマ源と、
前記プラズマ領域の外部にある前記活性化気体と相互作用するように、積層材料を含む下流気体を導く注入源と、
を含んでおり、前記活性化気体は前記下流気体の励起を容易化し、前記励起された下流気体は前記チャンバの内部表面と実質的に相互作用しないことを特徴とするシステム。
【請求項44】
請求項43記載のシステムにおいて、前記下流気体の励起は前記下流気体の解離を含むことを特徴とするシステム。
【請求項45】
請求項43記載のシステムにおいて、前記積層材料は、Si、Ge、Ga、In、As、Sb、Ta、W、Mo、Ti、Hf、Zr、Cu、Sr又はAlの中の1又は複数を含むことを特徴とする方法。
【請求項46】
請求項43記載のシステムにおいて、下流気体と活性化気体とを混合するミキサを含むことを特徴とするシステム。
【請求項47】
請求項46記載のシステムにおいて、前記ミキサは、静流ミキサ、ヘリカル・ミキサ、ブレード又はスタック型円筒ミキサを含むことを特徴とするシステム。
【請求項48】
請求項43記載のシステムにおいて、パージ気体入力を含むことを特徴とするシステム。
【請求項49】
請求項48記載のシステムにおいて、前記パージ気体入力は前記チャンバの出口と前記注入源の入力との間に配置されていることを特徴とするシステム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【公表番号】特表2008−523592(P2008−523592A)
【公表日】平成20年7月3日(2008.7.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−544648(P2007−544648)
【出願日】平成17年12月2日(2005.12.2)
【国際出願番号】PCT/US2005/045426
【国際公開番号】WO2006/060827
【国際公開日】平成18年6月8日(2006.6.8)
【出願人】(592053963)エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド (114)
【氏名又は名称原語表記】MKS INSTRUMENTS,INCORPORATED
【Fターム(参考)】