專利名稱：具有直線性的等離子體出口的ecr等離子體源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種ECR(電子回旋共振)等離子體源，它具有一個(gè)在等離子體室上的直線性等離子體出口，所述等離子體室同時(shí)起著外導(dǎo)體的作用，在該等離子體室中有一個(gè)中心的波分配器，所述波分配器同一個(gè)用于產(chǎn)生高頻的裝置相連，并與一個(gè)處于直線性等離子體出口區(qū)域中的多極磁場(chǎng)裝置相連。作為高頻可以考慮的是所有在技術(shù)上可應(yīng)用的和允許的頻率范圍。在實(shí)際中已證明合適的頻率特別在13.56MHz和2.45GHz之間。
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，已知有各式各樣的等離子體產(chǎn)生裝置。DE 198 12558 A1介紹了一種用于產(chǎn)生線性膨脹的ECR等離子體(Electron-Zyklotron-Resonanz-Plasmen)的裝置。一個(gè)內(nèi)導(dǎo)體同一個(gè)用于產(chǎn)生微波(910MHz至2.45GHz)的裝置相連，并同軸地安置在一個(gè)良好傳導(dǎo)性的外同軸波導(dǎo)體中，該同軸波導(dǎo)體同時(shí)限界等離子體室。管狀的等離子體室具有一個(gè)平行于縱軸線的縫隙形的孔口，在孔口上兩邊對(duì)應(yīng)于縱軸線各有一個(gè)多極磁場(chǎng)裝置以用于產(chǎn)生靜磁場(chǎng)。如果經(jīng)過內(nèi)導(dǎo)體(波分配器)將微波饋入到以氣體載體加以充斥的等離子體室中，即可在等離子體室中形成一個(gè)等離子體。在縫隙狀的孔口區(qū)域內(nèi)，該等離子體通過多極磁場(chǎng)裝置的磁場(chǎng)以強(qiáng)的電場(chǎng)分量大大得以增強(qiáng)。
利用這樣一種裝置，可以很有利地產(chǎn)生一個(gè)線性膨脹的等離子體。不過也有一個(gè)缺點(diǎn)等離子體密度在縫隙狀孔口的縱軸線上有相當(dāng)大波動(dòng)，而垂直于縱軸線則具有一個(gè)有相當(dāng)小頂點(diǎn)曲率半徑的拋物線形膨脹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本目的是，提出文首述及的那樣一種線性ECR等離子體源，利用該等離子體源可以在等離子體出口形成一個(gè)大面積的均質(zhì)的等離子體。
本發(fā)明的上述目的是通過權(quán)利要求1中所述特征得以實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的一些有利的發(fā)展在各從屬權(quán)利要求中指明，下面將結(jié)合對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例說明包括附圖，就這些發(fā)展做詳細(xì)解釋。
本發(fā)明的核心在于依本發(fā)明提出的方式，將至少兩個(gè)作為已知的、具有波分配器和多極磁場(chǎng)裝置的線性ECR等離子體源進(jìn)一步發(fā)展成為一種有效的、具有至少一個(gè)等離子體出口的線性ECR等離子體源。
對(duì)于許多種用途來說，一個(gè)具有兩個(gè)部分等離子體室的ECR等離子體源就足夠了。不過，一個(gè)依本發(fā)明的ECR等離子體源，特別是針對(duì)基質(zhì)的具體形態(tài)或基質(zhì)載體上基質(zhì)的分布情況加以協(xié)調(diào)后，也可以具有三個(gè)或多個(gè)部分等離子體室。相似地，該ECR等離子體源可以具有一個(gè)或兩個(gè)等離子體出口，而在有三個(gè)或多個(gè)部分等離子體室的情況下也可以具有多個(gè)等離子體出口。
按權(quán)利要求2至4，ECR等離子體源具有一些特定的等離子體出口，這些等離子體出口基本上取決于固有的產(chǎn)生等離子體的部分等離子體室的位置和它們彼此相對(duì)的位置。
按權(quán)利要求6，ECR等離子體源可以有利地加以如此發(fā)展，使得在除了在部分等離子體出口區(qū)域內(nèi)的多極磁場(chǎng)裝置之外，還可在部分等離子體室外面固定地或可移動(dòng)地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)另外的多極磁場(chǎng)裝置。這樣就能以特定方式影響部分等離子體室內(nèi)部中的等離子體形成。
在下面的幾個(gè)實(shí)施例中對(duì)其它一些有利的發(fā)展予以詳細(xì)說明。
本發(fā)明提出的ECR等離子體源的優(yōu)點(diǎn)特別在于通過至少兩個(gè)單獨(dú)的等離子體的疊加，便可產(chǎn)生一個(gè)致密的和非常均勻的等離子體，利用該等離子體可有利地對(duì)大基質(zhì)或基質(zhì)布置進(jìn)行有效等離子處理。
按現(xiàn)有技術(shù)，在較大的線性等離子體情況下，例如在層淀積情況下，層厚度所具有的非均勻性超過±8％；而利用本發(fā)明提出的ECR等離子體源可在等離子體出口的大約800mm的一個(gè)長(zhǎng)度上制取的氮化硅層的層厚度所具有的非均勻性小于±2％。
依此，通過所饋入的波功率的變化，以及通過部分等離子體室形狀、多極磁場(chǎng)裝置的磁場(chǎng)的位置和強(qiáng)度的變化，和通過可變的氣體引導(dǎo)的改變，便可實(shí)現(xiàn)一種實(shí)際上非常靈活的作業(yè)。


下面將參照四個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)解釋。
屬于實(shí)施例I的圖1表示一個(gè)示意的ECR等離子體源的斷面圖，該等離子體源配有一個(gè)等離子體出口，在此出口處分別處于各個(gè)波分配器和部分等離子體出口的寬度中點(diǎn)之間的徑向線彼此傾斜90°的角度。
屬于實(shí)施例II的圖2表示一個(gè)示意的ECR等離子體源的斷面圖，該等離子體源配有兩個(gè)等離子體出口，在此出口處分別處于各個(gè)波分配器和部分等離子體出口的寬度中點(diǎn)之間的徑向線在一條軸線上，而ECR等離子體源的兩個(gè)等離子體出口則布置成直角。
屬于實(shí)施例III的圖3表示一個(gè)示意的ECR等離子體源的斷面圖，該等離子體源配有一個(gè)等離子體出口，在此出口處分別處于各個(gè)波分配器和部分等離子體出口的寬度中點(diǎn)之間的徑向線是彼此平行地布置的。
屬于實(shí)施例IV的圖4a表示一個(gè)ECR等離子體源的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)的斷面圖，該等離子體源配有一個(gè)等離子體出口，在此出口處分別處于各個(gè)波分配器和部分等離子體出口的寬度中點(diǎn)之間的徑向線在一條軸線上，而ECR等離子體源的等離子體出口則是與之成直角地布置。圖4b表示圖4a所示的ECR等離子體源的一個(gè)透視視圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例I
本發(fā)明提出的依實(shí)施例I的ECR等離子體源基本上由兩個(gè)單獨(dú)的ECR等離子體源組成。圖1示出兩個(gè)部分等離子體室1和2，它們共同形成ECR等離子體源的等離子體室，并被布置在一個(gè)在圖中未示的真空室中。
部分等離子體室1和2是設(shè)計(jì)呈管狀的，在其內(nèi)部同軸地分別布置一個(gè)單獨(dú)的波分配器3和4。波分配器3和4相當(dāng)于已知的方案，包含一個(gè)內(nèi)導(dǎo)體，該內(nèi)導(dǎo)體與一個(gè)用于產(chǎn)生微波特別是910MHz至2.45GHz之間范圍內(nèi)的微波的裝置相連。波分配器3和4被用石英玻璃制的保護(hù)管圍住。保護(hù)管的內(nèi)腔可以用一種氣體沖淋，從而將波分配器3和4加以冷卻。
部分等離子體室1和2的壁對(duì)于微波起著外同軸波導(dǎo)體的作用，并按已知類型特別具有用介電或?qū)щ姴牧现瞥傻谋Ｗo(hù)襯里。分別依其縱軸線，在管狀的部分等離子體室1和2上各有一個(gè)直線性部分等離子體出口5和6。其中，分別處于各個(gè)波分配器3和4與部分等離子體出口5和6的寬度中點(diǎn)之間的徑向線7和8，彼此以一個(gè)90°的角度相傾斜地加以布置。徑向線7和8的交點(diǎn)大致位于ECR等離子體源的等離子體出口9的中心。
在部分等離子體出口5和6的區(qū)域內(nèi)，在外面在部分等離子體室1和2上分別布置一個(gè)例如具有靜磁場(chǎng)的多極磁場(chǎng)裝置10和11。
其它多極磁場(chǎng)裝置12于外面布置在部分等離子體室1和2的周邊。
所有的多極磁場(chǎng)裝置10、11和12是如此固定在部分等離子體室1和2上的，即，使得它們的位置以及與之相關(guān)的磁場(chǎng)線的效應(yīng)能夠做到輕微改變，借以適應(yīng)于具體工藝要求。
下面將根據(jù)實(shí)施例I，就其功能詳細(xì)說明ECR等離子體源。ECR等離子體源處在一個(gè)真空室中，在此真空室中為了ECR等離子體源的運(yùn)行調(diào)定出一個(gè)氣體載體例如氬氣的壓力到達(dá)2×10-2mbar。兩個(gè)波分配器3和4被連接到一個(gè)用于產(chǎn)生例如具有915MHz的微波的裝置上。這兩個(gè)波分配器3和4起著微波天線的作用，并將微波饋送到部分等離子體室1和2中，從而在這兩個(gè)室中形成一個(gè)等離子體。在多極磁場(chǎng)裝置10和11的區(qū)域內(nèi)，磁場(chǎng)分量作用于該等離子體，從而使得從ECR等離子體源的等離子體出口9中出來的等離子體大大被增強(qiáng)。多極磁場(chǎng)裝置12的磁場(chǎng)分量也以相應(yīng)方式作用于該等離子體。
多極磁場(chǎng)裝置10、11和12借助于定位如此地安置在部分等離子體室1和2上，使得它們的磁場(chǎng)分量適應(yīng)于具體工藝要求而實(shí)現(xiàn)達(dá)到ECR等離子體源的等離子體出口9的均勻的等離子體膨脹(Plasmaausdehnung)，無論在長(zhǎng)度上還是在寬度上都具有很大的均勻性。這樣，就能以高效率和最佳質(zhì)量確保一種在圖中未示出的基質(zhì)的等離子體處理，該基質(zhì)被定位在等離子體出口9的前面或者被引導(dǎo)經(jīng)過該出口。
實(shí)施例II屬于實(shí)施例II的圖2中示意地繪出一個(gè)具有兩個(gè)等離子體出口27和28的ECR等離子體源。在圖2中以相同的位置標(biāo)號(hào)表示與實(shí)施例I相一致的位置。
兩個(gè)縱長(zhǎng)延伸的U形的部分等離子體室21和22分別具有一個(gè)波分配器3和4，該波分配器被安置在其內(nèi)部與U形的部分等離子體室21和22的壁同心，這兩個(gè)部分等離子體室在內(nèi)徑的寬度上具有部分等離子體出口23和24。其中，分別處于各個(gè)波分配器3和4與部分等離子體出口23和24的寬度中點(diǎn)之間的徑向線25和26，在一個(gè)軸線上。
部分等離子體出口23和24彼此的間距是如此選擇的，即，使得呈直角地在徑向線25和26的兩邊形成兩個(gè)作用相反的線性的等離子體出口27和28。與實(shí)施例I的情況相似，為了影響等離子體的形成，在等離子體出口27和28處安置了多極磁場(chǎng)裝置10和11，及在部分等離子體室21和22處安置了多極磁場(chǎng)裝置29。
按實(shí)施例II的ECR等離子體源的功能與實(shí)施例I相似。在使用時(shí)，可以將基質(zhì)當(dāng)然從兩邊布置在等離子體出口27和28前面。
實(shí)施例III
屬于實(shí)施例III的圖3中示意地繪出一個(gè)具有一個(gè)等離子體出口18的ECR等離子體源。在圖3中以相同的位置標(biāo)號(hào)表示與實(shí)施例I相一致的位置。
兩個(gè)縱長(zhǎng)延伸的U形的部分等離子體室13和14，各自具有波分配器3和4，該波分配器被安置在其內(nèi)部與U形的部分等離子體室13和14的壁同心，這兩個(gè)部分等離子體室在內(nèi)徑的寬度上各自具有一個(gè)部分等離子體出口17。其中，分別處于各個(gè)波分配器3和4與部分等離子體出口17的寬度中點(diǎn)之間的徑向線19和20是彼此平行的，并形成ECR等離子體源的等離子體出口18。
其中，U形的部分等離子體室13和14在部分等離子體出口17的兩個(gè)外邊分別具有一個(gè)朝外折角的延長(zhǎng)部16，該延長(zhǎng)部的長(zhǎng)度和形狀取決于給定的工藝條件。
兩個(gè)部分等離子體出口17彼此的間距是如此選擇的，即，使得在部分等離子體出口17處的均勻的單個(gè)等離子體在ECR等離子體源的等離子體出口18處進(jìn)一步合并成一個(gè)均勻的等離子體。
與實(shí)施例I的情況相似，在部分等離子體出口17的外側(cè)配置了多極磁場(chǎng)裝置10和11，以及在部分等離子體室13和14上配置了另外的多極磁場(chǎng)裝置12。在實(shí)施例III中，依權(quán)利要求5，在兩個(gè)部分等離子體出口17之間配置了一個(gè)多極磁場(chǎng)裝置15，該多極磁場(chǎng)裝置在兩邊作用于在部分等離子體出口17處的各單個(gè)等離子體。利用上述發(fā)展，可以有利地影響ECR等離子體源的等離子體出口18處的等離子體的均勻性。
依實(shí)施例III的ECR等離子體源的功能與實(shí)施例I的情況相似。
實(shí)施例IV屬于實(shí)施例IV的圖4a表示一個(gè)與實(shí)施例II相似的ECR等離子體源的結(jié)構(gòu)的斷面圖。圖4b表示ECR等離子體源的一個(gè)透視視圖。
實(shí)施例IV是以實(shí)施例II的原理為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的，也就是說，徑向線25和26在一個(gè)軸線上。其主要區(qū)別在于ECR等離子體源只具有一個(gè)等離子體出口，而相對(duì)置的一邊則用一塊金屬板31加以遮蓋。
按具體的實(shí)施情況，兩個(gè)波分配器3和4彼此的間距為300mm。波分配器3和4由一個(gè)其直徑為8mm的內(nèi)管和一個(gè)其直徑為30mm的保護(hù)管組成，安置在U形的部分等離子體室32和33內(nèi)，依此，該U形是由一個(gè)帶有倒圓角的，一邊敞開的四角管做成的。該四角管的內(nèi)部寬度為110mm，這就是說，保護(hù)管和部分等離子體室32和33的內(nèi)壁之間的間距為40mm。ECR等離子體源的等離子體出口30為200mm。在部分等離子體出口34和35與等離子體出口30之間配置了導(dǎo)板36和37。
在部分等離子體出口34和35的兩側(cè)，成對(duì)地直接在部分等離子體出口34和35處安置多極磁場(chǎng)裝置38和39。這些多極磁場(chǎng)裝置是以水冷卻的，因而即使高的環(huán)境溫度也不會(huì)導(dǎo)致磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。
在背向部分等離子體出口34和35的部分等離子體室32和33的那側(cè)有直線性的氣體噴頭41，而在部分等離子體出口34和35的兩側(cè)有直線性的氣體噴頭42，以用于導(dǎo)入氣體載體或過程氣體。
多極磁場(chǎng)裝置38和39的磁場(chǎng)是如此調(diào)定的，使得優(yōu)先在波分配器3和4的區(qū)域內(nèi)形成ECR等離子體。
在接通點(diǎn)40近旁，為了微波的耦合(圖4b)，如此地將磁場(chǎng)加以減弱，使得ECR等離子體沿著朝部分等離子體出口34和35的方向移動(dòng)。這樣，由于在接通點(diǎn)40近旁增高的功率消耗而產(chǎn)生的等離子體密度梯度，可通過對(duì)直接在波分配器3和4上的等離子產(chǎn)生所施加的較小的磁場(chǎng)影響來加以補(bǔ)償。上述布置在沿著部分等離子體出口34和35產(chǎn)生一個(gè)均勻的等離子體，該等離子體最后以載流子淹沒ECR等離子體源的中區(qū)。這種疊加還在ECR等離子體源的等離子體出口30處導(dǎo)致獲得具有一定等離子體密度的一個(gè)均勻的等離子區(qū)。
ECR等離子體源相對(duì)環(huán)境真空密封地懸置在一個(gè)真空室中。該真空室的長(zhǎng)度為1000mm，有效的等離子區(qū)的長(zhǎng)度大約是950mm。
經(jīng)過波分配器3和4而饋入到ECR等離子體源中的微波所具有的頻率為2.45GHz。波分配器3和4中的每一個(gè)都與一個(gè)微波發(fā)生器相連，該微波發(fā)生器能產(chǎn)生一個(gè)2kW的功率。
根據(jù)實(shí)施例提出的裝置的一項(xiàng)發(fā)展，也可以在ECR等離子體源外面的等離子體出口30的區(qū)域內(nèi)安置一個(gè)在附圖中未示出的柵極系統(tǒng)。這樣，ECR等離子體源就也可以用作為離子束源。按這一項(xiàng)發(fā)展，可優(yōu)先使用配有電磁線圈裝置的多極磁場(chǎng)裝置。
在采用本發(fā)明提出的ECR等離子體源時(shí)，被處理的基質(zhì)連續(xù)地經(jīng)過等離子體出口30。對(duì)應(yīng)其大的寬度，也可以處理具有一均勻等離子體的大的基質(zhì)面積。
在尺寸為125mm×125mm的硅圓片上淀積氮化硅層時(shí)，這種硅圓片同時(shí)處在一個(gè)支承板上的一個(gè)5行×6列的格柵中。其中，6個(gè)行是沿等離子體出口30的軸向布置的，所述支承板沿5個(gè)行的擴(kuò)展方向連續(xù)地從等離子體30下面經(jīng)過。
為了產(chǎn)生氮化硅層，經(jīng)過氣體噴頭41導(dǎo)入氨氣，經(jīng)過氣體噴頭42導(dǎo)入氣體硅烷。利用一個(gè)在附圖中未示出的輻射加熱裝置將硅圓片加熱到一個(gè)確定的溫度。
為了保持與工藝上預(yù)定的淀積氮化硅層厚度約80nm相一致，如此地調(diào)定支承板的速度，使得所要求的氮化硅層厚度在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期后即可達(dá)到。
氮化硅層的層厚度在層寬度為大約800mm時(shí)，其非均勻性小于±2％。于此有利的是由于相對(duì)均勻的層厚度之故，氮化硅層的折射率在一個(gè)大的層寬度為800mm以上時(shí)，其容許誤差范圍小于±1％。
權(quán)利要求
1.具有一直線性的等離子體出口(9，27，28，30)的ECR等離子體源，它包括一個(gè)等離子體室，在該等離子體室中有一個(gè)中心的波分配器，所述波分配器與一個(gè)用于產(chǎn)生高頻的裝置相連，并同時(shí)起著外導(dǎo)體的作用；以及在直線性的等離子體出口的區(qū)域內(nèi)配有一個(gè)多極磁場(chǎng)裝置，其特征在于·作為中心的波分配器有至少兩個(gè)單個(gè)的波分配器(3，4)，它們分別設(shè)置在一個(gè)部分等離子體室(1；2；21；22；32；33)內(nèi)，·所述部分等離子體室(1，2，21，22，32，33)在等離子體室內(nèi)是如此設(shè)計(jì)的，即，使得它們基本上同軸地包圍著所述單獨(dú)的波分配器(3，4)，而且各自有一個(gè)直線性的部分等離子體出口(7，8，23，24，34，35)，·在每個(gè)直線性的部分等離子體出口(7，8，23，24，34，35)處都有一個(gè)多極磁場(chǎng)裝置(10，11，38，39)，·所述至少兩個(gè)直線性的部分等離子體出口(7，8，23，24，34，35)是如此相互配置的，即，使得它們共同地形成ECR等離子體源的至少一個(gè)等離子體出口(9，27，28，30)。
2.按權(quán)利要求1所述的ECR等離子體源，其特征在于分別處于所述單個(gè)波分配器(3，4)和所述部分等離子體出口(6，7)的寬度中點(diǎn)之間的兩條徑向線(7，8)按下述方式彼此成角度地布置，即，它們大致在ECR等離子體源的等離子體出口(9)的中心相交。
3.按權(quán)利要求1所述的ECR等離子體源，其特征在于分別處于所述單個(gè)波分配器(3，4)和所述部分等離子體出口(23，24，34，35)的寬度中點(diǎn)之間的兩條徑向線(25，26)處在一條共同的軸線上，并在側(cè)向特別是與該共同的軸線成直角，設(shè)有ECR等離子體源的至少一個(gè)等離子體出口(28，27，30)。
4.按權(quán)利要求1所述的ECR等離子體源，其特征在于分別處于所述單個(gè)波分配器(3，4)和所述部分等離子體出口(17)的寬度中點(diǎn)之間的兩條徑向線(19，20)彼此平行地布置，并在兩條徑向線(19，20)的方向上，設(shè)有ECR等離子體源的一個(gè)等離子體出口(18)。
5.按權(quán)利要求4所述的ECR等離子體源，其特征在于在所述直線性的部分等離子體出口(17)的那些彼此相鄰接的側(cè)邊上設(shè)置一個(gè)多極磁場(chǎng)裝置(15)作為多極磁場(chǎng)裝置，它作用于兩個(gè)部分等離子體出口(17)。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的ECR等離子體源，其特征在于與所述等離子體室呈軸向地并在其外面，最好與所述部分等離子體室呈軸向地設(shè)有至少一個(gè)另外的多極磁場(chǎng)裝置(12，29)。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的ECR等離子體源，其特征在于多極磁場(chǎng)裝置(10，11，12，29)中至少有一個(gè)可以相對(duì)于一個(gè)部分等離子體室(1，2，21，22，32，33)移動(dòng)。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的ECR等離子體源，其特征在于在ECR等離子體源的等離子體出口(3)的區(qū)域內(nèi)設(shè)有一個(gè)能導(dǎo)電的柵極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有一直線性的等離子體出口(9，27，28，30)的ECR－等離子體源，它包括一個(gè)等離子體室，在其中配有一個(gè)中心的波分配器，以及在直線性的等離子體出口的區(qū)域內(nèi)配置一個(gè)多極磁場(chǎng)裝置。作為中心的波分配器有至少兩個(gè)單獨(dú)的波分配器(3，4)，它們分別安置在一個(gè)部分等離子體室(1，2，21，22，32，33)中。在每個(gè)部分等離子體室(1，2，21，22，32，33)處設(shè)置了一個(gè)直線性的部分等離子體出口(7，8，23，24，34，35)，并配有多極磁場(chǎng)裝置(10，11，38，39)。所述至少兩個(gè)直線性的部分等離子體出口(7，8，23，24，34，35)是如此地相對(duì)布置的，使得它們共同地形成ECR等離子體源的至少一個(gè)等離子體出口(9，27，28，30)。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1849690SQ200480025713
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者約阿希姆·馬伊, 迪特馬爾·羅特 申請(qǐng)人:德國羅特·勞股份有限公司