具有直线性的等离子体出口的电子回旋共振等离子体源
专利汇可以提供具有直线性的等离子体出口的电子回旋共振等离子体源专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种具有一直线性的 等离子体 出口(9，27，28，30)的 电子 回旋共振等离子体源，它包括一个等离子体室，在其中配有一个中心的波分配器，以及在直线性的等离子体出口的区域内配置一个多极 磁场 装置。作为中心的波分配器有至少两个单独的波分配器(3，4)，它们分别安置在一个部分等离子体室(1，2，21，22，32，33)中。在每个部分等离子体室处设置了一个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35)，并配有多极磁场装置(10，11，38，39)。所述至少两个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35)是如此地相对布置的，使得它们共同地形成 电子回旋共振 等离子体源的至少一个等离子体出口(9，27，28，30)。，下面是具有直线性的等离子体出口的电子回旋共振等离子体源专利的具体信息内容。
1.具有一直线性的等离子体出口(9，27，28，30)的电子回旋 共振等离子体源，它包括一个等离子体室，在该等离子体室中有一个 中心的波分配器，所述波分配器与一个用于产生高频的装置相连，并 同时起着外导体的作用；以及在直线性的等离子体出口的区域内配有 一个多极磁场装置，其特征在于：
·作为所述中心的波分配器有至少两个单个的波分配器(3，4)， 它们分别设置在一个部分等离子体室(1；2；21；22；32；33)内，
·所述部分等离子体室(1，2，21，22，32，33)在等离子体室 内是如此设计的，即，使得它们基本上同轴地包围着所述单个的波分 配器(3，4)，而且各自有一个直线性的部分等离子体出口(7，8，23， 24，34，35)，
·在每个直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34，35) 处都有一个多极磁场装置(10，11，38，39)，
·至少两个所述直线性的部分等离子体出口(7，8，23，24，34， 35)是如此相互配置的，即，使得它们共同地形成电子回旋共振等离 子体源的至少一个等离子体出口(9，27，28，30)。
2.按权利要求1所述的电子回旋共振等离子体源，其特征在于： 分别处于所述单个的波分配器(3，4)和所述部分等离子体出口(6， 7)的宽度中点之间的两条径向线(7，8)按下述方式彼此成角度地布 置，即，它们大致在电子回旋共振等离子体源的等离子体出口(9)的 中心相交。
3.按权利要求1所述的电子回旋共振等离子体源，其特征在于： 分别处于所述单个的波分配器(3，4)和所述部分等离子体出口(23， 24，34，35)的宽度中点之间的两条径向线(25，26)处在一条共同 的轴线上，并在该共同的轴线的侧向设有电子回旋共振等离子体源的 至少一个等离子体出口(28，27，30)。
4.按权利要求1所述的电子回旋共振等离子体源，其特征在于： 分别处于所述单个的波分配器(3，4)和所述部分等离子体出口(17) 的宽度中点之间的两条径向线(19，20)彼此平行地布置，并在两条 径向线(19，20)的方向上，设有电子回旋共振等离子体源的一个等 离子体出口(18)。
5.按权利要求4所述的电子回旋共振等离子体源，其特征在于： 在所述直线性的部分等离子体出口(17)的那些彼此相邻接的侧边上 设置一个多极磁场装置(15)作为所述多极磁场装置，它作用于两个 部分等离子体出口(17)。
6.按权利要求1所述的电子回旋共振等离子体源，其特征在于： 与所述等离子体室呈轴向地并在其外面设有至少一个另外的多极磁场 装置(12，29)。
7.按权利要求6所述的电子回旋共振等离子体源，其特征在于： 多极磁场装置(10，11，12，29)中至少有一个可以相对于一个部分 等离子体室(1，2，21，22，32，33)移动。
8.按权利要求3所述的电子回旋共振等离子体源，其特征在于： 在电子回旋共振等离子体源的等离子体出口(30)的区域内设有一个 能导电的栅极。
技术领域
本发明涉及一种电子回旋共振(ECR)等离子体源，它具有一个 在等离子体室上的直线性等离子体出口，所述等离子体室同时起着外 导体的作用，在该等离子体室中有一个中心的波分配器，所述波分配 器同一个用于产生高频的装置相连，并与一个处于直线性等离子体出 口区域中的多极磁场装置相连。作为高频可以考虑的是所有在技术上 可应用的和允许的频率范围。在实际中已证明合适的频率特别在 13.56MHz和2.45GHz之间。
背景技术
利用这样一种装置，可以很有利地产生一个线性膨胀的等离子体。 不过也有一个缺点：等离子体密度在缝隙状孔口的纵轴线上有相当大 波动，而垂直于纵轴线则具有一个有相当小顶点曲率半径的抛物线形 膨胀。
发明内容
为此，本发明提供一种具有一直线性的等离子体出口的电子回旋 共振等离子体源，它包括一个等离子体室，在该等离子体室中有一个 中心的波分配器，所述波分配器与一个用于产生高频的装置相连，并 同时起着外导体的作用；以及在直线性的等离子体出口的区域内配有 一个多极磁场装置，其特征在于：作为所述中心的波分配器有至少两 个单个的波分配器，它们分别设置在一个部分等离子体室内，所述部 分等离子体室在等离子体室内是如此设计的，即，使得它们基本上同 轴地包围着所述单个的波分配器，而且各自有一个直线性的部分等离 子体出口，在每个直线性的部分等离子体出口处都有一个多极磁场装 置，至少两个所述直线性的部分等离子体出口是如此相互配置的，即， 使得它们共同地形成电子回旋共振等离子体源的至少一个等离子体出 口。
下文将结合对本发明的优选的实施例说明包括附图，就本发明的 一些有利的发展做详细解释。
本发明的核心在于：依本发明提出的方式，将至少两个作为已知 的、具有波分配器和多极磁场装置的线性电子回旋共振等离子体源进 一步发展成为一种有效的、具有至少一个等离子体出口的线性电子回 旋共振等离子体源。
对于许多种用途来说，一个具有两个部分等离子体室的电子回旋 共振等离子体源就足够了。不过，一个依本发明的电子回旋共振等离 子体源，特别是针对基质的具体形态或基质载体上基质的分布情况加 以协调后，也可以具有三个或多个部分等离子体室。相似地，该电子 回旋共振等离子体源可以具有一个或两个等离子体出口，而在有三个 或多个部分等离子体室的情况下也可以具有多个等离子体出口。
按照本发明，分别处于所述单个波分配器和所述部分等离子体出 口的宽度中点之间的两条径向线按下述方式彼此成角度地布置，即， 它们大致在电子回旋共振等离子体源的等离子体出口的中心相交；或 者，分别处于所述单个波分配器和所述部分等离子体出口的宽度中点 之间的两条径向线处在一条共同的轴线上，并在侧向特别是与该共同 的轴线成直角，设有电子回旋共振等离子体源的至少一个等离子体出 口；或者，分别处于所述单个波分配器和所述部分等离子体出口的宽 度中点之间的两条径向线彼此平行地布置，并在两条径向线的方向上， 设有电子回旋共振等离子体源的一个等离子体出口。据此，电子回旋 共振等离子体源具有一些特定的等离子体出口，这些等离子体出口基 本上取决于固有的产生等离子体的部分等离子体室的位置和它们彼此 相对的位置。
有利的是，与所述等离子体室呈轴向地并在其外面，最好与所述 部分等离子体室呈轴向地设有至少一个另外的多极磁场装置。据此， 电子回旋共振等离子体源可以有利地加以如此发展，使得在除了在部 分等离子体出口区域内的多极磁场装置之外，还可在部分等离子体室 外面固定地或可移动地设置一个或多个另外的多极磁场装置。这样就 能以特定方式影响部分等离子体室内部中的等离子体形成。
在下面的几个实施例中对其它一些有利的发展予以详细说明。
本发明提出的电子回旋共振等离子体源的优点特别在于：通过至 少两个单独的等离子体的叠加，便可产生一个致密的和非常均匀的等 离子体，利用该等离子体可有利地对大基质或基质布置进行有效等离 子处理。
按现有技术，在较大的线性等离子体情况下，例如在层淀积情况 下，层厚度所具有的非均匀性超过±8％；而利用本发明提出的电子回 旋共振等离子体源可在等离子体出口的大约800mm的一个长度上制 取的氮化硅层的层厚度所具有的非均匀性小于±2％。
依此，通过所馈入的波功率的变化，以及通过部分等离子体室形 状、多极磁场装置的磁场的位置和强度的变化，和通过可变的气体引 导的改变，便可实现一种实际上非常灵活的作业。
附图说明
属于实施例I的图1表示一个示意的电子回旋共振等离子体源的 断面图，该等离子体源配有一个等离子体出口，在此出口处分别处于 各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线彼此倾斜 90°的角度。
属于实施例II的图2表示一个示意的电子回旋共振等离子体源的 断面图，该等离子体源配有两个等离子体出口，在此出口处分别处于 各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线在一条轴 线上，而电子回旋共振等离子体源的两个等离子体出口则布置成直角。
属于实施例III的图3表示一个示意的电子回旋共振等离子体源 的断面图，该等离子体源配有一个等离子体出口，在此出口处分别处 于各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线是彼此 平行地布置的。
属于实施例IV的图4a表示一个电子回旋共振等离子体源的结构 性设计的断面图，该等离子体源配有一个等离子体出口，在此出口处 分别处于各个波分配器和部分等离子体出口的宽度中点之间的径向线 在一条轴线上，而电子回旋共振等离子体源的等离子体出口则是与之 成直角地布置。图4b表示图4a所示的电子回旋共振等离子体源的一 个透视视图。
具体实施方式
本发明提出的依实施例I的电子回旋共振等离子体源基本上由两 个单独的电子回旋共振等离子体源组成。图1示出两个部分等离子体 室1和2，它们共同形成电子回旋共振等离子体源的等离子体室，并 被布置在一个在图中未示的真空室中。
部分等离子体室1和2是设计呈管状的，在其内部同轴地分别布 置一个单独的波分配器3和4。波分配器3和4相当于已知的方案， 包含一个内导体，该内导体与一个用于产生微波特别是910MHz至 2.45GHz之间范围内的微波的装置相连。波分配器3和4被用石英玻 璃制的保护管围住。保护管的内腔可以用一种气体冲淋，从而将波分 配器3和4加以冷却。
部分等离子体室1和2的壁对于微波起着外同轴波导体的作用， 并按已知类型特别具有用介电或导电材料制成的保护衬里。分别依其 纵轴线，在管状的部分等离子体室1和2上各有一个直线性部分等离 子体出口5和6。其中，分别处于各个波分配器3和4与部分等离子 体出口5和6的宽度中点之间的径向线7和8，彼此以一个90°的角度 相倾斜地加以布置。径向线7和8的交点大致位于电子回旋共振等离 子体源的等离子体出口9的中心。
在部分等离子体出口5和6的区域内，在外面在部分等离子体室 1和2上分别布置一个例如具有静磁场的多极磁场装置10和11。
其它多极磁场装置12于外面布置在部分等离子体室1和2的周 边。
所有的多极磁场装置10、11和12是如此固定在部分等离子体室 1和2上的，即，使得它们的位置以及与之相关的磁场线的效应能够 做到轻微改变，借以适应于具体工艺要求。
下面将根据实施例I，就其功能详细说明电子回旋共振等离子体 源。电子回旋共振等离子体源处在一个真空室中，在此真空室中为了 电子回旋共振等离子体源的运行调定出一个气体载体例如氩气的压力 到达2×10-2mbar。两个波分配器3和4被连接到一个用于产生例如具 有915MHz的微波的装置上。这两个波分配器3和4起着微波天线的 作用，并将微波馈送到部分等离子体室1和2中，从而在这两个室中 形成一个等离子体。在多极磁场装置10和11的区域内，磁场分量作 用于该等离子体，从而使得从电子回旋共振等离子体源的等离子体出 口9中出来的等离子体大大被增强。多极磁场装置12的磁场分量也以 相应方式作用于该等离子体。
多极磁场装置10、11和12借助于定位如此地安置在部分等离子 体室1和2上，使得它们的磁场分量适应于具体工艺要求而实现达到 电子回旋共振等离子体源的等离子体出口9的均匀的等离子体膨胀 (Plasmaausdehnung)，无论在长度上还是在宽度上都具有很大的均 匀性。这样，就能以高效率和最佳质量确保一种在图中未示出的基质 的等离子体处理，该基质被定位在等离子体出口9的前面或者被引导 经过该出口。
实施例II
属于实施例II的图2中示意地绘出一个具有两个等离子体出口27 和28的电子回旋共振等离子体源。在图2中以相同的位置标号表示与 实施例I相一致的位置。
两个纵长延伸的U形的部分等离子体室21和22分别具有一个波 分配器3和4，该波分配器被安置在其内部与U形的部分等离子体室 21和22的壁同心，这两个部分等离子体室在内径的宽度上具有部分 等离子体出口23和24。其中，分别处于各个波分配器3和4与部分 等离子体出口23和24的宽度中点之间的径向线25和26，在一个轴 线上。
部分等离子体出口23和24彼此的间距是如此选择的，即，使得 呈直角地在径向线25和26的两边形成两个作用相反的线性的等离子 体出口27和28。与实施例I的情况相似，为了影响等离子体的形成， 在等离子体出口27和28处安置了多极磁场装置10和11，及在部分 等离子体室21和22处安置了多极磁场装置29。
按实施例II的电子回旋共振等离子体源的功能与实施例I相似。 在使用时，可以将基质当然从两边布置在等离子体出口27和28前面。
实施例III
属于实施例III的图3中示意地绘出一个具有一个等离子体出口 18的电子回旋共振等离子体源。在图3中以相同的位置标号表示与实 施例I相一致的位置。
两个纵长延伸的U形的部分等离子体室13和14，各自具有波分 配器3和4，该波分配器被安置在其内部与U形的部分等离子体室13 和14的壁同心，这两个部分等离子体室在内径的宽度上各自具有一个 部分等离子体出口17。其中，分别处于各个波分配器3和4与部分等 离子体出口17的宽度中点之间的径向线19和20是彼此平行的，并形 成电子回旋共振等离子体源的等离子体出口18。
其中，U形的部分等离子体室13和14在部分等离子体出口17 的两个外边分别具有一个朝外折角的延长部16，该延长部的长度和形 状取决于给定的工艺条件。
两个部分等离子体出口17彼此的间距是如此选择的，即，使得在 部分等离子体出口17处的均匀的单个等离子体在电子回旋共振等离 子体源的等离子体出口18处进一步合并成一个均匀的等离子体。
与实施例I的情况相似，在部分等离子体出口17的外侧配置了多 极磁场装置10和11，以及在部分等离子体室13和14上配置了另外 的多极磁场装置12。在实施例III中，依权利要求5，在两个部分等 离子体出口17之间配置了一个多极磁场装置15，该多极磁场装置在 两边作用于在部分等离子体出口17处的各单个等离子体。利用上述发 展，可以有利地影响电子回旋共振等离子体源的等离子体出口18处的 等离子体的均匀性。
依实施例III的电子回旋共振等离子体源的功能与实施例I的情 况相似。
实施例IV
属于实施例IV的图4a表示一个与实施例II相似的电子回旋共振 等离子体源的结构的断面图。图4b表示电子回旋共振等离子体源的一 个透视视图。
实施例IV是以实施例II的原理为设计基础的，也就是说，径向 线25和26在一个轴线上。其主要区别在于：电子回旋共振等离子体 源只具有一个等离子体出口，而相对置的一边则用一块金属板31加以 遮盖。
按具体的实施情况，两个波分配器3和4彼此的间距为300mm。 波分配器3和4由一个其直径为8mm的内管和一个其直径为30mm 的保护管组成，安置在U形的部分等离子体室32和33内，依此，该 U形是由一个带有倒圆角的，一边敞开的四角管做成的。该四角管的 内部宽度为110mm，这就是说，保护管和部分等离子体室32和33的 内壁之间的间距为40mm。电子回旋共振等离子体源的等离子体出口 30为200mm。在部分等离子体出口34和35与等离子体出口30之间 配置了导板36和37。
在部分等离子体出口34和35的两侧，成对地直接在部分等离子 体出口34和35处安置多极磁场装置38和39。这些多极磁场装置是 以水冷却的，因而即使高的环境温度也不会导致磁感应强度的变化。
在背向部分等离子体出口34和35的部分等离子体室32和33的 那侧有直线性的气体喷头41，而在部分等离子体出口34和35的两侧 有直线性的气体喷头42，以用于导入气体载体或过程气体。
多极磁场装置38和39的磁场是如此调定的，使得优先在波分配 器3和4的区域内形成电子回旋共振等离子体。
在接通点40近旁，为了微波的耦合(图4b)，如此地将磁场加以 减弱，使得电子回旋共振等离子体沿着朝部分等离子体出口34和35 的方向移动。这样，由于在接通点40近旁增高的功率消耗而产生的等 离子体密度梯度，可通过对直接在波分配器3和4上的等离子产生所 施加的较小的磁场影响来加以补偿。上述布置在沿着部分等离子体出 口34和35产生一个均匀的等离子体，该等离子体最后以载流子淹没 电子回旋共振等离子体源的中区。这种叠加还在电子回旋共振等离子 体源的等离子体出口30处导致获得具有一定等离子体密度的一个均 匀的等离子区。
电子回旋共振等离子体源相对环境真空密封地悬置在一个真空室 中。该真空室的长度为1000mm，有效的等离子区的长度大约是 950mm。
经过波分配器3和4而馈入到电子回旋共振等离子体源中的微波 所具有的频率为2.45GHz。波分配器3和4中的每一个都与一个微波 发生器相连，该微波发生器能产生一个2kW的功率。
根据实施例提出的装置的一项发展，也可以在电子回旋共振等离 子体源外面的等离子体出口30的区域内安置一个在附图中未示出的 栅极系统。这样，电子回旋共振等离子体源就也可以用作为离子束源。 按这一项发展，可优先使用配有电磁线圈装置的多极磁场装置。
在采用本发明提出的电子回旋共振等离子体源时，被处理的基质 连续地经过等离子体出口30。对应其大的宽度，也可以处理具有一均 匀等离子体的大的基质面积。
在尺寸为125mm×125mm的硅圆片上淀积氮化硅层时，这种硅圆 片同时处在一个支承板上的一个5行×6列的格栅中。其中，6个行是 沿等离子体出口30的轴向布置的，所述支承板沿5个行的扩展方向连 续地从等离子体出口30下面经过。
为了产生氮化硅层，经过气体喷头41导入氨气，经过气体喷头 42导入气体硅烷。利用一个在附图中未示出的辐射加热装置将硅圆片 加热到一个确定的温度。
为了保持与工艺上预定的淀积氮化硅层厚度约80nm相一致，如 此地调定支承板的速度，使得所要求的氮化硅层厚度在一个运动周期 后即可达到。
氮化硅层的层厚度在层宽度为大约800mm时，其非均匀性小于 ±2％。于此有利的是：由于相对均匀的层厚度之故，氮化硅层的折射 率在一个大的层宽度为800mm以上时，其容许误差范围小于±1％。
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