通過電子回旋共振(ecr)從氣態介質產生沿軸線具有高范圍的等離子體的設備的制造方法
【專利說明】通過電子回旋共振（ECR)從氣態介質產生沿軸線具有高范 圍的等離子體的設備
[0001] 本發明涉及從氣態介質通過電子回旋共振（ECR)產生等離子體的技術領域，且更 具體地涉及真空表面處理領域。
[0002] 如本領域技術人員非常了解的，當電磁波和靜磁場足夠強，使電子圍繞磁場線的 回旋運動的頻率等于在同一時間施加的波的頻率時，發生電子回旋共振。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械學、光 學、腐蝕防護或能源生產的表面處理，等等。
[0003] 根據現有技術狀態，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，從而產生了多耦極的結構，由此來產生等離子體。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 地進行功率分配，故非常適合于這種多個源的技術。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，這種源的兩極結構不能引導等離子體朝向待被處理的基板， 從而產生朝向壁的顯著等離子體損耗。這種損耗相當于功率損耗，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。這些源的共同點是，實際的等 離子體形成同軸結構或中空波導的外部導體的一部分。圖3,其對應于專利DE19812558的 現有技術，代表性地示出了這種源的結構。專利DE4136297的源包括由電介質材料制成的 中空圓筒，其將波導的內部與等離子體分隔。該元件的缺點是，在其表面上的任何導電沉積 物將阻止等離子體的形成。例如，因為金屬蒸汽會由于剝離而污染電介質，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，但它們也不優化等離子體朝著待被處理的部件。
[0006] 本發明旨在用簡單的、可靠的、高效的和合理的方式克服這些缺點。
[0007] 因此，本發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 形成的任何導電沉積物不敏感。
[0008] 為了解決這種問題，已經設計和研制了一種從氣態介質通過電子回旋共振（ECR) 產生等離子體、且包括至少兩個由中心導體和外部導體形成的用于促使微波進入處理腔室 的同軸波導的設備，其特征在于：至少兩個電磁波噴射導向器與在一個方向上拉長的磁路 相結合，通過產生磁場包圍波導的所述磁路能夠達到接近所述波導的ECR條件。臨近意味 著ECR區域應盡可能接近天線，而沒有橫跨ECR區域的將主要由噴射器的天線截獲的磁場 線。
[0009] 從這些特征呈現以下事實：電磁波的噴射是點狀的，其通過在圍繞噴射器（4)的 磁系統（20)的場中的電子漂移（由圖4中的箭頭（50)表示）進行平滑化，回顧噴射器（4) 由同軸波導（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域的熱電子。隨著電子的漂移，它們通過產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，借以根據沿其較 長一側的位置，源的強度變化不大。
[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 導的兩個相反極性的磁極。第一磁極形成包圍波導的第一線，而第二磁極形成圍繞所述第 一線的第二線。
[0011] 根據本發明應進行提醒的是，波噴射器通過同軸導向器形成，該同軸導向器的中 心導體的端部在天線中。現在，對于本領域技術人員來說，這種系統可運行不是顯而易見 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區域圍繞噴射點，正如例 如之前提到的專利W02008/017304的源的情況。實際上，給等離子體傳遞能量變得更加困 難，因為，首先，靠近噴射器的ECR的體積更小；以及第二，天線的環境不是均質的：波從具 有旋轉對稱性的導向器通過，進入不具有這種對稱性的介質（等離子體），且從而波被部分 地反射。該第二點是特別由于當等離子體點燃時系統經歷轉變的問題：等離子體點燃之前， 介質（真空）是均質的，但之后其不再是均質的。這種轉變產生難以管理的阻抗變化。噴 射器一般裝備有阻抗匹配設備，但這種設備通常是手動，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下的設備操作的不同形狀 的天線是必要的。
[0013]為了實現這一點，在第一實施方案中，中心導體具有直徑比波導的開口更大的同 心盤以保護所述導向器的內側，其被定位成盡可能接近ECR區域，且頂部有與中心導體同 軸對齊布置的桿。
[0014]在第二實施方案中，中心導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，以便產生短路，該板的寬度大于波導的開口。
[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體的距離的增加而減 小，且關于所述導體的所述至少一個側面減小。
[0016]基于本發明的根本特征，設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，其用于由根據第一極化的磁體的第一線和根據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，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上，主體和 磁系統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，以便使其適應于拉長的磁系統的操作：
[0018]-或者，每個導向器的中心導體是圓柱形的桿，其相對于以良好的電接觸插入到主 體內的外部導體居中，介電窗被置于導向器內部，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，每個導向器的中心導體是圓柱形桿，其相對于通過形成良好的電接觸的方 式插入到主體內的外部導體居中，介電窗被置于導向器內部開口下方，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的中心導體是 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的中 心導體對稱，每個拉長的部分設置有用作短路的配件。
[0020] 以下通過附圖進一步詳細地討論本發明，其中：
[0021] 圖1是在專利EP1075168中描述的現有技術的簡化視圖。
[0022] 圖2是在專利WO2008/017304中描述的現有技術的簡化視圖。
[0023] 圖3是在專利DE19812558中描述的現有技術的簡化視圖。
[0024] 圖4是本發明的原理的簡化視圖。
[0025] 圖5A和5B根據本發明示出磁結構的可能實施方案。
[0026] 圖6根據本發明示出天線的第一形狀。
[0027] 圖7A、7B和7C根據本發明示出天線的其它形狀。
[0028]圖8是本發明的第一實施方案的透視圖，其具有在微波入口水平處的橫截面。
[0029] 圖9是本發明的第二實施方案的透視圖，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 優點，但ECR區域在線性部分相切于噴射器。第二種形式（圖5B)試圖優化ECR體積以接 近于噴射器。
[0033] 通過設置磁結構的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