通过电子回旋共振(ecr)从气态介质产生沿轴线具有高范围的等离子体的设备的制造方法
【专利说明】通过电子回旋共振（ECR)从气态介质产生沿轴线具有高范 围的等离子体的设备
[0001] 本发明涉及从气态介质通过电子回旋共振（ECR)产生等离子体的技术领域，且更 具体地涉及真空表面处理领域。
[0002] 如本领域技术人员非常了解的，当电磁波和静磁场足够强，使电子围绕磁场线的 回旋运动的频率等于在同一时间施加的波的频率时，发生电子回旋共振。因此，电子可吸收 波的能量，然后将其传送给气体以便形成等离子体。通过电子回旋共振产生的等离子体可 用于金属的或非金属的部件的表面处理，诸如通过离子蚀刻的部件的清洁、对PVD方法的 离子协助、形成PACVD涂层的气体种类的活化。这种等离子体处理方法可用于机械学、光 学、腐蚀防护或能源生产的表面处理，等等。
[0003] 根据现有技术状态，许多等离子体处理需要具有沿轴线有大的延长的等离子体的 源。一种产生延长的等离子体的方法是并置几个小尺寸的源。例如在专利EP1075168中描 述的，其中通过并置几个耦极ECR源，从而产生了多耦极的结构，由此来产生等离子体。在 图1中示出了在该专利中描述的配置。在微波频率下的电子回旋共振（ECR)，由于可很容易 地进行功率分配，故非常适合于这种多个源的技术。然而，采用这种对源的简单并置，难以 获得很好的沉积均匀性。此外，这种源的两极结构不能引导等离子体朝向待被处理的基板， 从而产生朝向壁的显著等离子体损耗。这种损耗相当于功率损耗，其限制了沉积速度。
[0004] 其它ECR源具有磁性配置，其通过引导等离子体更朝向待被处理的基板而降低损 耗。例如在专利WO2008/017304(图2)中描述的源的情况。如在该专利中规定的，这些并 排放置的源中的几个允许横跨超过单个源的大小的宽度的处理。然而，由于源之间的磁相 互作用，这样的配置将不会提供良好的处理均匀性，当源接触时将必然存在等离子体密度 的下降。
[0005] 存在在一个方向上具有显著的固有延长的其它ECR等离子体源。在专利DE 4136297、DE19812558和WO2005/027595中描述了这些源。这些源的共同点是，实际的等 离子体形成同轴结构或中空波导的外部导体的一部分。图3,其对应于专利DE19812558的 现有技术，代表性地示出了这种源的结构。专利DE4136297的源包括由电介质材料制成的 中空圆筒，其将波导的内部与等离子体分隔。该元件的缺点是，在其表面上的任何导电沉积 物将阻止等离子体的形成。例如，因为金属蒸汽会由于剥离而污染电介质，这种源不能用于 金属部件的剥离。虽然专利DE19812558和W02005/027595的源对于这种污染可能是较不 敏感的，但它们也不优化等离子体朝着待被处理的部件。
[0006] 本发明旨在用简单的、可靠的、高效的和合理的方式克服这些缺点。
[0007] 因此，本发明旨在解决的问题是提供一种具有良好的均匀性的线性等离子体源， 其引导等离子体朝向待被处理的基板，由此降低朝向壁的损耗，且可使其对于在其表面上 形成的任何导电沉积物不敏感。
[0008] 为了解决这种问题，已经设计和研制了一种从气态介质通过电子回旋共振（ECR) 产生等离子体、且包括至少两个由中心导体和外部导体形成的用于促使微波进入处理腔室 的同轴波导的设备，其特征在于：至少两个电磁波喷射导向器与在一个方向上拉长的磁路 相结合，通过产生磁场包围波导的所述磁路能够达到接近所述波导的ECR条件。临近意味 着ECR区域应尽可能接近天线，而没有横跨ECR区域的将主要由喷射器的天线截获的磁场 线。
[0009] 从这些特征呈现以下事实：电磁波的喷射是点状的，其通过在围绕喷射器（4)的 磁系统（20)的场中的电子漂移（由图4中的箭头（50)表示）进行平滑化，回顾喷射器（4) 由同轴波导（1)_(2)和天线（5-6或7)形成的。漂移指电子垂直于场线（40)的缓慢移动。 这种移动归因于这些线的梯度和曲率。事实上，通过漂移，两个喷射器之间的空间接收源于 两个喷射器的共振区域的热电子。随着电子的漂移，它们通过产生离子而损耗其能量。电 离率随着距喷射器的距离的增加而降低，但两个相反的漂移添加到彼此，借以根据沿其较 长一侧的位置，源的强度变化不大。
[0010] 为了解决形成用于电子的磁阱以便限制其损耗而造成的问题，磁路具有接近于波 导的两个相反极性的磁极。第一磁极形成包围波导的第一线，而第二磁极形成围绕所述第 一线的第二线。
[0011] 根据本发明应进行提醒的是，波喷射器通过同轴导向器形成，该同轴导向器的中 心导体的端部在天线中。现在，对于本领域技术人员来说，这种系统可运行不是显而易见 的，这是由于在一个方向上拉长的磁路诸如所声明的，不能使ECR区域围绕喷射点，正如例 如之前提到的专利W02008/017304的源的情况。实际上，给等离子体传递能量变得更加困 难，因为，首先，靠近喷射器的ECR的体积更小；以及第二，天线的环境不是均质的：波从具 有旋转对称性的导向器通过，进入不具有这种对称性的介质（等离子体），且从而波被部分 地反射。该第二点是特别由于当等离子体点燃时系统经历转变的问题：等离子体点燃之前， 介质（真空）是均质的，但之后其不再是均质的。这种转变产生难以管理的阻抗变化。喷 射器一般装备有阻抗匹配设备，但这种设备通常是手动，且在过程中不提供修改。
[0012] 由于这些不同的原因，研制特别适用于在拉长的磁系统下的设备操作的不同形状 的天线是必要的。
[0013]为了实现这一点，在第一实施方案中，中心导体具有直径比波导的开口更大的同 心盘以保护所述导向器的内侧，其被定位成尽可能接近ECR区域，且顶部有与中心导体同 轴对齐布置的杆。
[0014]在第二实施方案中，中心导体通过沿着磁路的最长轴线拉长的板终止，至少所述 板的端部之一被配合放置成与源的表面接触，以便产生短路，该板的宽度大于波导的开口。
[0015]板的宽度沿其整个长度恒定，或板的宽度随着距离中心导体的距离的增加而减 小，且关于所述导体的所述至少一个侧面减小。
[0016]基于本发明的根本特征，设备适用于包括带冷却回路的主体的处理腔室的情况， 所述主体包括壳体，其用于由根据第一极化的磁体的第一线和根据相反极化且围绕第一线 的磁体的第二线形成的拉长的磁路的装配，所述第一线围绕装配在横跨主体的厚度形成的 孔中的波导，磁体的第一和第二线通过铁磁板被连接在与等离子体相反的一侧上，主体和 磁系统通过非磁性屏蔽物而与等离子体隔开。
[0017]考虑天线的不同可能的形状，以便使其适应于拉长的磁系统的操作：
[0018]-或者，每个导向器的中心导体是圆柱形的杆，其相对于以良好的电接触插入到主 体内的外部导体居中，介电窗被置于导向器内部，在开口下方，所述开口被盘所覆盖，该盘 的顶部有被用作天线的杆。
[0019] -或者，每个导向器的中心导体是圆柱形杆，其相对于通过形成良好的电接触的方 式插入到主体内的外部导体居中，介电窗被置于导向器内部开口下方，所述开口被沿着喷 射器的轴线拉长的板所覆盖，所述拉长相对于用于位于磁路的圆形端的波导的中心导体是 非对称的，且该拉长仅在相对端的方向上，相对于用于位于磁路的线性部分中的波导的中 心导体对称，每个拉长的部分设置有用作短路的配件。
[0020] 以下通过附图进一步详细地讨论本发明，其中：
[0021] 图1是在专利EP1075168中描述的现有技术的简化视图。
[0022] 图2是在专利WO2008/017304中描述的现有技术的简化视图。
[0023] 图3是在专利DE19812558中描述的现有技术的简化视图。
[0024] 图4是本发明的原理的简化视图。
[0025] 图5A和5B根据本发明示出磁结构的可能实施方案。
[0026] 图6根据本发明示出天线的第一形状。
[0027] 图7A、7B和7C根据本发明示出天线的其它形状。
[0028]图8是本发明的第一实施方案的透视图，其具有在微波入口水平处的横截面。
[0029] 图9是本发明的第二实施方案的透视图，其具有在微波喷射器的平面中的横截面 和垂直于该平面的在两个喷射器之间的第二横截面。
[0030] 本发明的基本原理，即，围绕几个微波喷射器的拉长的磁路，在图4和5中被示意 性地示出。
[0031] 磁路在源表面附近具有两个极性相反的磁极，从而形成用于电子的磁阱。第一磁 极形成围绕电磁波的喷射导向器（4)的第一线（21)，且第二磁极形成围绕该第一线的第二 线（22)。
[0032] 图5示出了用于磁路的两种可能的形式。第一种形式（图5A)具有更容易形成的 优点，但ECR区域在线性部分相切于喷射器。第二种形式（图5B)试图优化ECR体积以接 近于喷射器。
[0033] 通过设置磁结构的2个磁极的相对力，有可能影响等离子体流向待被处理的基 板。例如，通过增强回路（22)的外部磁极，将使得2个等离子体条从线性部分汇集到在源 的前面的空间中，这使增加该位置处的部件处理速度成为可能。如果真空罩的壁是封闭的， 其