JP5911507B2

JP5911507B2 - プラズマまたはオゾンの生成システム、及びプラズマまたはオゾンの生成方法

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Publication number: JP5911507B2
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Inventors: バフタリ、カヴェ
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Filing date: 2011-12-16
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Description

関連出願

本出願は、２０１０年１２月１６日付けで提出された、電子ビーム技術を用いたオゾンおよびプラズマの生成というタイトルの米国仮出願第６１／４２３６９３号について優先権を主張するものであり、仮出願の内容全体が本明細書に組み込まれている。

概して、本発明は、電子ビーム技術を用いたオゾンおよびプラズマを生成するためのシステムおよび方法に関する。

オゾンおよびプラズマの生成技術は入力ガスへのエネルギーの供給に基づくものであり、プラズマ種だけではなく電荷担体（電子およびイオン）を形成させるものである。工業用途のオゾンおよびプラズマの生成および維持に最も一般に用いられる方法は、入力ガスに電界を付与するものである。工業用途に対して電界を発生および付与する方法が、複数存在する。通常、オゾンおよびプラズマの生成技術は、入力プロセスガスが反応するチャンバーと同一のチャンバーにて電界を発生させるように構成されている。入力プロセスガスをオゾンまたはプラズマに変えるチャンバーと同一のチャンバーにて電界を発生させることには、本質的な制約がある。第一の制約は、反応後のガスが、電界の発生の仕方を変えるようにチャンバーの表面を変化させ得るものであり、その結果、反応有効性が変化してしまうことである。第二の制約は、反応後のガスが、追加の不要な粒子を発生させるようにチャンバーの表面を変化させ得ることである。第三の制約は、電界がプロセスガスと相互作用する度合いを正確に制御することが、困難であるかまたは不可能であり、これによりオゾンまたはプラズマの生成方法が限定されてしまうことである。オゾンおよびプラズマの生成に関する制約を解消するための公知の方法を用いると、一般的に、有効性が低下し、バラツキが増大し、効率が低下し、システムが複雑化し、費用が増大し、システムのメンテナンスが増大する。

オゾンの生成技術は現在も存続しており、２０年以上の間、商業的に運用されている。その用途は、半導体製造（原子層堆積、酸化物成長、フォトレジスト除去、および化学蒸着であるが、これらに限定されるものではない）および水処理を含む。半導体用途のためのオゾン生成の一般的構成として、ある程度の濃度の酸素を含有する入力ガス中にて電子を加速させることで解離反応を起こす反応チャンバーにおいて電界を発生させる誘電体バリア放電が用いられる。これにより、容量結合プラズマが発生し、ある程度の濃度のオゾンが得られる。この種類の構造においては、入力ガスが反応するチャンバーと、電界が発生するチャンバーとは同一である。

誘電体バリア放電の一般的な構成の一つは、セラミック放電セルに用いる金属である。これらの種類の態様において生成されるオゾンの濃度を増加させるために、タングステンなどの耐火性金属が、金属表面の材料として選択される。一つの制約は、得られたプロセスガス（例えば、オゾン）が、放電表面と相互作用する結果、放電表面が劣化することである。放電表面が徐々に劣化するにつれて、有効な放電表面が失われることにより、生成するオゾンの濃度が徐々に低下する。従来のオゾン生成の方法では、反応領域において放電ギャップを正確に制御する必要があり、さらに、オゾン濃度が、反応領域の温度および放電表面の温度に依存するため、反応領域を冷却する必要がある。このような正確な放電ギャップの制御、および冷却を行うことにより、システム全体の設計が複雑化し、異なるシステム間で得られるプロセスガスにおいてバラツキが生じる。さらに、放電ギャップを正確に制御する必要があることにより、電子のエネルギー準位の制御が制約される。

プラズマ生成に関する工業標準は、誘導結合プラズマの生成またはマイクロ波プラズマの生成に基づく。これらの方法において生成される工業的プラズマの例としては、フッ素系プラズマ、酸素または窒素プラズマ、水プラズマ、アルゴンまたはその他の不活性ガスプラズマ、および水素プラズマが挙げられる。これらの種類のプラズマは、半導体および他の工業的用途（フォトレジスト除去、表面安定化処理および残渣除去、表面改質、窒化物形成、酸化物エッチング、蒸着、シリコンエッチング、および反応チャンバーの遠隔プラズマ洗浄を含むがこれに限定されるものではない）に広範に用いられる。これらのプラズマ生成技術に用いられる一般的な材料としては、誘導結合プラズマのための石英、サファイア、および陽極酸化アルミニウムが挙げられる。容量結合プラズマの一般的な材料は、アルミナまたはタングステンが挙げられる。マイクロ波プラズマの生成には一般的にサファイアまたは窒化アルミニウムが用いられる。

プラズマ生成の一般的な方法は、電子を加速させる反応チャンバー内で高い電磁界を発生させ、入力プロセスガスをプラズマに分解するような電子なだれを起こさせるものである。反応チャンバー内に電磁界が存在する結果、該電磁界は、得られるプラズマに影響を与え、チャンバーの壁をエッチングし、追加の不要な粒子を発生させるような、イオンおよび荷電粒子と、チャンバーの壁との直接的な相互作用をもたらす。これらの追加の不要な粒子は、半導体およびその他の工業に対して問題がある。さらに、従来の方法では電子のエネルギー準位を部分的にしか制御することができない。

欧州特許第１１９４９４４号明細書

そのため、オゾンおよびプラズマの生成のためのシステムおよび方法の改善が依然として要求されている。

ここで述べられるシステムおよび方法は、特に、反応チャンバーから分離された電子発生チャンバーにおいて電界を発生させるようなオゾン生成装置またはプラズマ生成装置を提供するためのシステムおよび方法を含む。電子発生チャンバーにおける電子ビームエミッタは、電子ビームを放射するように構成されている。電子発生チャンバーは、電子ビームが通過する窓を有する電子透過性の隔壁により、反応チャンバーから分離されている。この隔壁はまた、非電子物質が電子発生チャンバーから流出するのを防止し、差圧および真空度を維持するために、電子発生チャンバーを密閉している。電子発生チャンバー内で電子が発生し、適切なエネルギーまで加速され、該電子は隔壁を通って反応チャンバーへ送られる。ここで、入力ガス源により、入力ガスは反応チャンバーへ導入される。入力ガスが反応チャンバー内において電子ビームと反応して、プラズマまたはオゾンを含有する出力ガスを生成する。出力ガスは、反応チャンバーからウエハー処理チャンバーへ送られる。

一つの態様において、本発明のシステムは、電子発生チャンバーを有する電子ビームエミッタを含む。電子ビームエミッタは電子ビームを放射するように構成されており、電子発生チャンバーの一端に隔壁を有する。該隔壁は、電子透過性材料からなり、電子ビームが通過する窓を有し、物質が電子発生チャンバーから流出するのを防止するために電子発生チャンバーを密閉する。この隔壁は、差圧および真空度を維持する。反応チャンバーは、電子ビームを受けるための隔壁に近接して配置されており、ガスを流すための通路を有する。入力ガス源は、入力ガスを反応チャンバーへ導入し、それによって、入力ガスは反応チャンバー内において電子ビームと反応し、プラズマ状態またはオゾンが濃縮された状態の反応ガスを含む出力ガスを生成する。出力ガスは、反応チャンバーからウエハー処理チャンバーへ送られる。電子発生チャンバーを反応チャンバーから分離することにより、ここで述べられるシステムおよび方法は、電子ビームエミッタにより電子エネルギー準位の分布をより制御することができ、それにより得られる出力ガスをより制御できるものと理解される。さらに、いくつかの態様において、電子エネルギー準位の分布をさらに制御し得る多数の物理的機構が述べられている。しかしながら、これらの態様は単に例示のために与えられたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

より具体的には、ここで述べられるシステムおよび方法は、電子発生チャンバーを有し、電子ビームを放射するように構成され、電子発生チャンバーの一端に隔壁を有する電子ビームエミッタを備えたプラズマまたはオゾンの生成システムを含む。この隔壁は、電子透過性材料からなり、電子ビームが通過する窓を有していてもよく、該隔壁は、物質が電子発生チャンバーから流出されることを防ぐために電子発生チャンバーを密閉し、そして差圧および真空度を維持する。このシステムは、電子ビームを受けるための隔壁に近接して配置され、ガスを流すための通路を有する反応チャンバーを含んでいてもよい。さらに、このシステムは、入力ガスを反応チャンバーへ導入する入力ガス源を有していてもよい。一般的に、このシステムは、反応チャンバー内において入力ガスと電子ビームとを反応させて、プラズマ状態またはオゾンが濃縮された状態の反応ガスを含む出力ガスを生成する。出力ガスは、反応チャンバーからウエハー処理チャンバーへ送られる。

任意には、本発明のシステムは、反応チャンバー内において選択されたエネルギー分布を達成するために、電子ビームエミッタの電流および加速電圧を制御して、電子ビームの特性を調整する制御装置をさらに備えていてもよい。さらに任意には、本発明のシステムは、反応チャンバー内に進む第二の電子ビームを放射するように構成された第二の電子ビームエミッタを有していてもよく、任意に、反応チャンバー内の温度を調整するように構成された冷却流路を有していてもよい。第二の電子発生装置が追加され、電子ビームの進路を遮断し、第二の電子を発生させるように配置されてもよい。本発明の要旨を逸脱しない範囲で、他の改良がなされてもよい。

他の側面において、本発明はプラズマまたはオゾンの生成方法を提供する。本発明の方法は、電子発生チャンバーを有する電子ビームエミッタにより、電子ビーム発生チャンバーの一端に配置された隔壁を横切って電子ビームを放射する工程を含む。ここで、該隔壁は、電子透過性材料からなり、電子ビームが通過する窓を有し、物質が電子発生チャンバーから流出するのを防止するために電子発生チャンバーを密閉し、差圧および真空度を維持する。本発明の方法は、また、入力ガス源により、電子ビームを受ける隔壁に近接して配置されている反応チャンバーへ、入力ガスを導入する工程を含んでいてもよい。それにより、入力ガスは反応チャンバー内において電子ビームと反応し、プラズマまたは濃縮されたオゾンを含有する出力ガスを生成してもよい。出力ガスは、反応チャンバーから、ウエハー処理チャンバーまたは他の好適な設備へ流れてもよい。

本発明の方法は、さらに、反応チャンバー内において選択されたエネルギー分布を達成するために、電子ビームエミッタの電流および加速電圧を制御して、電子ビームの特性を調整する工程を含んでいてもよい。任意に、本発明の方法は、さらに、第二の電子ビームエミッタにより、反応チャンバー内に進む第二の電子ビームを放射する工程を含んでいてもよい。任意には、本発明の方法は、冷却流路により、反応チャンバー内の温度を調整する工程を含んでいてもよい。本発明の方法は、第二の電子発生装置により電子ビームの進路を遮断し、それにより第二の電子を発生させる工程を含んでいてもよい。本発明の要旨を逸脱しない範囲で、他の改良がなされてもよい。

本質的な種々の利点を含む本発明の上記および他の特徴は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を考慮することにより、さらに明らかになるであろう。

ここで述べられる、放射構造を用いた、オゾンまたはプラズマ生成装置の一態様を示す図である。ここで、電子発生チャンバーは反応チャンバーと分離されており、反応チャンバーは、２つの入力流路および１つの出力流路を有する。直線構造を用いた、オゾンまたはプラズマの生成装置の他の態様を示す図である。ここで、反応チャンバーは、１つの入力流路および１つの出力流路を有する。オゾンまたはプラズマの生成装置のさらなる態様を示す図である。ここで、プロセスガスは薄肉管内を流れる。２つの電子ビーム源を有するオゾンまたはプラズマの生成装置のさらなる態様を示す図である。オゾンまたはプラズマの生成装置のさらなる態様を示す図である。ここで、電子発生チャンバーと反応チャンバーとを分離する隔壁は、開口部を含む。オゾンまたはプラズマの生成装置のさらなる態様を示す図である。ここで、電子発生チャンバーと反応チャンバーとを分離する隔壁は、第二の電子発生域を含む。オゾンまたはプラズマの生成装置のさらなる態様を示す図である。ここで、電子発生チャンバーと反応チャンバーとを分離する隔壁は、第二の電子発生域を含む。オゾンまたはプラズマの生成装置のさらなる態様を示す図である。ここで、電子は、ノズルを通って反応チャンバーへ導入される。

ここで述べられるシステムおよび方法を総合的に理解するために、反応チャンバーから分離されたチャンバーにおいて電界を発生させる、オゾンまたはプラズマの生成装置を構成するシステムを含む、特定の実施形態が述べられる。例示のため、ここで述べられるシステムおよび方法は、ウエハー処理装置へのガスの供給について説明される。しかしながら、当業者には、ここで述べられるシステムおよび方法が、用途に合わせて適切に応用および改良がなされ、多くの好適な用途に用いられるとともに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の追加や改良がなされてもよいということが理解されるであろう。

図１は、放射構造を用いた、オゾンまたはプラズマの生成装置１００の一態様を示す。図１は、電子発生チャンバー１０１、反応チャンバー１０４、真空窓１０３、電子ビーム源１０２、入力ガス１０５、および出力ガス１０６を有する装置１００を示す。図１は、電子発生チャンバー１０１が反応チャンバー１０４と分離されており、該反応チャンバー１０４に２つの入力流路と１つの出力流路１０９が存在する装置１００を示す。図１は、２つの入力流路１０７へ流れ込み、反応して出力ガス１０６を生成する入力プロセスガス１０５を示し、出力ガス１０６は、出力流路１０９を通って反応チャンバー１０４から出て行く。電子発生チャンバー１０１を反応チャンバー１０４と分離する隔壁は、真空窓１０３を有する。該隔壁は、電子発生チャンバー１０１の一端に配置され、反応チャンバー１０４は隔壁に近接して配置される。真空窓１０３はチタンなどの金属薄箔から形成されてもよい。このような薄箔は、電子を真空窓１０３から反応チャンバーへ通過可能な電子透過性を有するものであってもよい。真空窓１０３は好適な技術を用いて形成される。このような好適な技術の一つは、欧州特許第１１９４９４４号明細書に記載されている。チタン、マグネシウム、アルミニウムまたは他の好適な材質などの金属薄箔からなる出射窓により一端が密閉されたチャンバーを有する電子エミッタが記載されている。欧州特許第１１９４９４４号明細書の内容は、その全体を参照することにより本明細書に含まれる。

電子ビーム源１０２は、電子ビームを放射するように構成された電子ビームエミッタである。一般的に、電子ビーム源１０２は、タングステンワイヤのフィラメントなどのフィラメントであるが、プレート、グリッド、または他の要素を含む任意の好適な電子源が用いられてもよい。電子ビームは、最適な真空度に、一般的には１×１０^−４Ｔｏｒｒ以下の圧力に、維持された電子発生チャンバーの内部で発生する。電子ビーム源１０２により高エネルギー準位の電子ビームを発生させるために、電子発生チャンバー内の圧力を低下させてもよい。

制御装置は、所望のエネルギー分布を達成するように、電流および加速電圧を調整することにより、電子ビームの特性を制御してもよい。例えば、制御装置は、電子ビーム源１０２の外部の装置であってもよいし、また電子ビーム源１０２の内部にあってもよい。制御装置により、電子ビームは、電流がおよそ１００ｍＡおよび加速電圧がおよそ１００ｋＶに調整されてもよい。特定のプラズマ混合物および必要なプロセスガスに対してどの程度のエネルギー準位が必要とされるかに基づいて、所望のエネルギー分布が選択される。該エネルギーは、真空窓１０３を通って、電子発生チャンバー１０１から反応チャンバー１０４へ送られる。

反応チャンバー１０４における圧力は、電子発生チャンバー１０１における圧力（１×１０^−４Ｔｏｒｒ以下）よりもはるかに高く、プラズマに対してはおよそ１〜１０Ｔｏｒｒ、オゾンに対しては１０〜５０ｐｓｉである。出力ガス１０６の生成プロセスに必要な条件に基づいて、反応チャンバー１０４に対して、より高い圧力が要求される。真空窓１０３により、これらの２つのチャンバーの差圧が生じる。

反応チャンバー１０４の寸法は、固定されず、主として、コストや、生成プロセスに必要な条件に応じて決めればよい。一例として、反応チャンバー１０４の寸法は、５００ｍｍ×２５０ｍｍ×１００ｍｍであってもよく、またはその他の好適な寸法であってもよい。さらに、反応チャンバー１０４の壁は、より高い耐プラズマ性を有する材料を含んでもよい。このような材料は、従来技術において必要とされ一般的であるような、誘電性材料や特定の金属に限定されない。従来技術に対する装置１００の利点は、材料の選択に関する制約がより少ないことである。例えば、装置１００においては、ステンレス鋼などの一般的な真空用途に適合する材料を用いてもよい。

入力プロセスガス１０５は、１つ以上の入力ガス源により、反応チャンバー１０４の対向する端部に配された２つの入力流路１０７から導入される。入力ガスは、例えばＮＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒ、水蒸気、Ｈ_２、ＣＦ_４、またはＨｅである。入力流路の寸法は、装置１００の全体的な機能に対して重要なパラメータではない。入力プロセスガス１０５は、およそ１０ＳＭＬ（１分間あたりの標準リットル）の流量で、反応チャンバー１０４の長さ方向に沿って、中央に向かって流れる。さらに、図１の装置は、より低い流量の複数の流路、またはより高い流量の単一の流路を有していてもよい。入力プロセスガス１０５が反応チャンバー１０４の長さに沿って流れるので、この入力プロセスガス１０５は電子ビーム源１０２からの電子と反応し、出力ガス１０６を生成する。

反応の種類に応じて、出力ガス１０６は、プラズマまたはオゾンを含んでもよく、反応チャンバー１０４の中央の出力流路１０９を通って反応チャンバーからウエハー処理チャンバーなどの工業的処理の下流域へ流れる。出力流路の寸法は、装置１００の全体的な機能に対して重要なパラメータではない。プロセスゾーンに入る分散エネルギーを制御するように特定の位置において電子ビームを遮断するための立体的機構（図１において名称は付けられていないが、図示されている）が用いられている。特定の目的または用途に対してオゾンまたはプラズマの生成を最適化するようにエネルギー分布を制御するための物理的機構を配列および配置してもよい。電子ビームを遮断する位置の１つとしては、オゾンが生成される位置における、高エネルギー電子によりオゾンの分解および破壊の速度が増大し得る位置でもよい。

装置１００では、従来のオゾンまたはプラズマの生成方法の制約が解消され、複数の利点が与えられる。第一に、電子ビームチャンバー１０１が反応チャンバー１０４から分離されるために、電子ビームチャンバー１０１の電界は、反応チャンバー１０４の表面特性の変化による影響を受けない。これにより、出力ガス１０６の濃度を低下させる主たる要因が効果的に取り除かれる。他の利点は、装置１００により電子エネルギー準位の分布を効果的に制御することができることである。これにより、流量や出力ガスの濃度などの処理パラメータを最適化することができる。これらは、半導体および他の工業用途にとって主要なパラメータである。

第三の利点として、出力ガス１０６が電界により受ける影響がより低減され、出力ガス１０６と、反応チャンバー１０４の壁との間における相互作用が低減される。第四に、装置１００では、従来の装置における複雑性およびバラツキに対して要求される、正確なギャップの制御が要らない。よって、装置１００では、より信頼性の高い出力ガスが生産される。第五に、電磁エネルギー源が、プラズマ中の気体イオンやイオン化粒子とは直接作用せず、それにより、発生する粒子の数が減少する。第六に、設計において、チャンバーの壁に誘電性材料を用いる必要がないため、より耐プラズマ性のある材料を用いることができ、さらに、発生した問題のある粒子の数を減らすことができる。第七の利点として、反応チャンバーの形状に制約がなく、直線状の流路を用いることができる。これにより、反応チャンバーの壁との相互作用および粒子の発生を抑制し得る、乱されない反応ガスの流れを得るために直線状の流路を設けることができる。流路形状が誘導結合に必要とされる条件により決められ、流路との相互作用による反応チャンバーの壁の損傷および粒子発生をもたらす誘導結合源などの従来のプラズマ源には、これは当てはまらない。最後に、反応チャンバーの壁を構成するために、より広範な材料を選択することが可能であり、コストの削減、およびより広範な入力ガスの前駆体の選択が可能となる。

図２は、直線構造を用いた、オゾンまたはプラズマの生成装置を示す。本発明の例示の態様によれば、電子発生チャンバー１０１は反応チャンバー１０４から分離されており、反応チャンバー１０４においては、１つの入力流路および１つの出力流路が存在する。２つの入力流路を有する代わりに反応チャンバー１０４の一端に１つの入力流路を有する以外は、図２の装置は図１の装置と同じように作動する。入力ガス１０５は、入力流路から導入され、反応チャンバー１０４の長さ方向に沿って直線的に流れ、電子ビーム源１０２からの電子と反応し、出力ガス１０６を生成する。反応後の出力ガス１０６は、入力流路の反対側の出力流路を通って、反応チャンバー１０４からウエハー処理などの工業的な処理のための下流域へ放出される。

図３は、オゾンまたはプラズマの生成装置を示す。ここで、本発明の例示の態様によれば、電子発生チャンバー１０１が反応チャンバー１０４から分離され、プロセスガスは薄肉管１０７内を流れる。図３の装置は、電子発生チャンバー１０１と反応チャンバー１０４とを分離する隔壁が薄肉管１０７の壁である以外は、図２の装置と同じように作動する。入力ガス１０５は、薄肉管１０７を通って反応チャンバー１０４に導入される。薄肉管１０７は、複数の孔や溝を有する、構造的により薄い壁と、電子を通過させる最初の構成部品により構造的に支持された薄肉層との、２つの部品からなる。

図４は、２つの電子ビーム源１０２を有するオゾンまたはプラズマの生成装置を示す。図４の装置は、２つの電子ビーム源１０２と２つの同心の管（１つの薄肉管１０７および１つの水冷却管１０８）を有する以外は、図３の装置と同じように作動する。２つの電子ビーム源１０２は、薄肉管１０７の両側に配されており、図１に関して述べられた方法と同様に、エネルギーを発生させて薄肉管１０７へ移動させる。冷却流路１０８は、反応チャンバー内部の温度を調整するために、薄肉管１０７の中心部を通っている。

図１〜４の装置は、オゾンまたはプラズマの生成のための態様を示しており、出力ガス中のオゾンまたはプラズマの濃度を制御するために、電子ビーム発生源は反応チャンバー内の電子エネルギー準位の分布を主に決定する。このエネルギー分布は、反応チャンバーへ導入されるエネルギーの分布を制御し得る多くの物理的機構を含む様々な手段により制御される。

本発明の例示の態様によれば、図５は、電子発生チャンバー１０１と反応チャンバー１０４とを分離する隔壁が開口部１１１を有する、オゾンまたはプラズマの生成装置を示す。図５の装置は、開口部１１１を有する隔壁と、２つの真空ポンプ１１０および１１２とを含む以外は、図１の装置と同じように作動する。電子ビーム源１０２は、第一の真空ポンプ１１０の使用により適切な真空度に維持された電子発生チャンバー１０１内に配置される。電子ビーム源１０２により発生した電子は、隔壁における開口部１１１を通って反応チャンバー１０４に送られる。制御装置は、電流および加速電圧を制御することにより、電子ビーム特性を調整する。隔壁の開口部により、図５の装置では、図１の装置で必要とされる電圧よりも、低い電圧（約１００Ｖ−１０００Ｖ）が要求される。入力プロセスガス１０５は、反応チャンバー１０４の両端部より反応チャンバー１０４内に導入される。入力ガス１０５は中央に向かって反応チャンバー１０４の長さ方向に沿って移動するため、電子ビーム源１０２からの電子と反応し、出力プロセスガス１０６を生成する。反応後の出力プロセスガス１０６は、反応チャンバー１０４の中央における出力流路を通って反応チャンバーから放出される。下流域は、ウエハー処理などの工業的処理のために利用されるチャンバーである。第二の真空ポンプ１１２は、反応チャンバー１０４から下流に位置されており、プロセスガスが反応チャンバー内を流れるように電子発生チャンバー１０１と、反応チャンバー１０４との間にて差圧を生じさせる。

いくつかの態様において、電子発生チャンバー１０１は非常に高い真空度を有し、反応チャンバー１０４は実質的に電子発生チャンバー１０１よりも高い圧力下にある。電子ビーム源１０２により発生した電子を、隔壁を通って反応チャンバー１０４へ導入するために、電子は、少なくとも最小のエネルギー準位を達成する必要がある。反応チャンバー１０４内の電子のエネルギー分布により、得られる出力プロセスガス１０６の流量および濃度が決定される。このエネルギー準位を制御する１つの方法は、２つの真空ポンプ１１０および１１２を用い、プロセスガスがシステムを貫流するような差圧を生じさせることである。この場合、図１に示されたような真空窓は必要ない。これにより、電子が電子発生チャンバー１０１と反応チャンバー１０４との間の隔壁を通過するために最小のエネルギー準位を達成する必要があるという条件を排除することができる。

本発明の例示の態様によれば、図６は、電子発生チャンバー１０１と反応チャンバー１０４とを分離する隔壁が第二の電子発生域１１３を有する、オゾンまたはプラズマの生成装置を示す。図６の装置は、電子発生チャンバー１０１と反応チャンバー１０４とを分離する隔壁に開口部を有する代わりに該隔壁が第二の電子発生域１１３を含む以外は、図５の装置と同じように作動する。第二の電子発生域１１３は、一式のルーバーを有する。そして、このルーバーは、電子ビームの進路を遮断し、ルーバーと電子ビームとの間において表面衝突を生じさせる。ルーバーの角度は、電子が反応チャンバー１０４に到達する前における電子とルーバーとの間の表面衝突の数を制御するように構成される。電子発生チャンバー１０１から出て行く初期の電子は、第二の電子発生域１１３と相互作用し、初期の電子より低いエネルギーを有する第二の電子を発生させる。これらの第二の電子は、反応チャンバー１０４において入力ガス１０５と反応し、そのガスを所望のプラズマまたはオゾンに分解する。第二の電子発生域１１３を用いる利点は、図６の装置が、反応チャンバー１０４に導入された電子エネルギー準位の分布を制御することができるということである。このようにして、出力ガス１０６中のオゾンまたはプラズマの濃度は、さらに、第二の電子発生域１１３を構成する要素を調整することにより制御され得る。

図１に関して述べられたように、電子ビームの特性は、化学反応に必要とされるエネルギーを最適化するように、電流および加速電圧を調整することにより制御され得る。制御装置により、電子ビームの電流はおよそ１００ｍＡに、かつ加速電圧はおよそ１００ｋＶに調整される。

図６の装置において、２つの真空ポンプ１１０および１１２は、それぞれ、電子発生チャンバー１０１および利用チャンバー内部において、差圧を生じさせるために用いられる。あるいは、電子発生チャンバーを気密シールされた真空状態とし、かつ電子発生チャンバーの外部に一式のルーバーを直接配置することにより、電子発生チャンバーにおいて差圧を生じさせることが可能である。

本発明の例示の態様によれば、図７は、電子発生チャンバー１０１と反応チャンバー１０４とを分離する隔壁が、第二の電子発生域１１３を有する、オゾンまたはプラズマの生成装置を示す。図７の装置は、電子発生チャンバー１０１を反応チャンバー１０４から分離する隔壁において一式のルーバーを有する代わりに、該隔壁が一式の管１１３を有する以外は、図６の装置と同じように作動する。一式の管１１３は、水冷であってもよく、電子ビームの進路を直接遮断するものであってもよい。これにより、電子と管１１３との間で表面衝突が起こり、それにより第二の電子が生じる。このようにして、反応チャンバーにおける電子エネルギー分布作用を制御することができる。

図７の装置において、２つの真空ポンプ１１０および１１２は、それぞれ、電子発生チャンバー１０１および利用チャンバーにおいて、差圧を生じさせるために用いられる。あるいは、電子発生チャンバーを気密シールされた真空状態とし、かつ電子発生チャンバーの外部に一式のルーバーを直接配置することにより、電子発生チャンバーにおいて差圧を生じさせることが可能である。

図８は、電子がノズルを通って反応チャンバー１０４に導入される、オゾンまたはプラズマの生成装置を示す。図８の装置は、ノズルにより入力ガス１０５の導入および電子ビーム源１０２から反応チャンバー１０４への電子の導入が促進されること以外は、図５の装置と同じように作動する。入力ガス１０５が両サイドより導入されると同時に、電子ビームはノズルを通って反応チャンバー１０４へ導入される。入力ガスは指向性を有するため、ノズルを用いることにより、ガスの密度を高めたり、差動排気を改善したりすることができる。さらに、ノズルにおいてガスが膨張するので該ガスが冷却され、それにより、熱破壊過程による熱せられたガスとの衝突によるオゾンの損失が抑制される。ノズルの狭い通路により、強力なガスおよび電子ビームのゾーンを発生させることができる。このような理由のために、図８の装置は、図１の装置に用いられた電圧よりも低い電圧（およそ１００Ｖ−１０００Ｖ）が望まれる点で、図５の装置と同じである。さらに、反応チャンバー１０４における電子エネルギー分布をより制御するために、第二の電子発生域を、ノズル管に、またはノズル管に近接して配置してもよい。

ここで本発明の種々の態様が示され説明されているが、当業者にとっては、このような態様が単に例として提供されるものであることは自明である。本発明の範囲を逸脱することなく、多数の変動、変化、および置換が当業者によってなされるであろう。本発明の実施において、ここで説明された本発明の態様に対して種々の選択が適用されてもよいと理解されるべきである。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲、およびこれらの特許請求の範囲における方法および構造、ならびにそれらにより把握される同等のものを規定するものである。

Claims

電子発生チャンバーを有し、電子ビームを放射するように構成され、電子発生チャンバーの一端に隔壁を有する電子ビームエミッタと；
電子ビームを受ける隔壁に近接して配置され、ガスを流すための通路を有する反応チャンバーと；
反応チャンバー内に入力ガスを導入するための入力ガス源と；
を備え、
隔壁は、電子透過性材料からなり、電子ビームが通過する窓を有し、
電子発生チャンバーから物質が流出するのを防止するために、隔壁により電子発生チャンバーが密閉され、
隔壁は、電子発生チャンバーの外部で隔壁と反応チャンバーとの間に配置される第二の電子発生域を有し、
隔壁により差圧および真空度が維持され、
入力ガスが反応チャンバー内において第二の電子と反応することで、プラズマの状態またはオゾンが濃縮された状態の反応ガスを含む出力ガスが生成され、
出力ガスが、反応チャンバーからウエハー処理チャンバーへ送られる、
プラズマまたはオゾンの生成システム。
さらに、反応チャンバー内において選択されたエネルギー分布を達成するために、電子ビームエミッタの電流および加速電圧を制御して電子ビームの特性を調整するための制御装置を備えた、請求項１に記載のプラズマまたはオゾンの生成システム。
さらに、第二の電子発生域は、反応チャンバー内へ進む第二の電子ビームを放射するように構成された、請求項１に記載のプラズマまたはオゾンの生成システム。
さらに、反応チャンバー内の温度を調整するように構成された冷却流路を備えた、請求項１に記載のプラズマまたはオゾンの生成システム。
さらに、第二の電子発生域は、電子ビームの進路を遮断し、第二の電子を発生させるように配置された、請求項１に記載のプラズマまたはオゾンの生成システム。
電子発生チャンバーを有する電子ビームエミッタにより、電子発生チャンバーの一端に配置された隔壁を横切って電子ビームを放射する工程と；
入力ガス源により、電子ビームを受ける隔壁に近接して配置された反応チャンバーに入力ガスを導入し、反応チャンバー内において入力ガスを第二の電子と反応させて、プラズマまたは濃縮されたオゾンを含む出力ガスを生成する工程と；
出力ガスを反応チャンバーからウエハー処理チャンバーへ送る工程と；
を含み、
隔壁は、
電子透過性材料からなり、
電子ビームが通過する窓を有し、
物質が電子発生チャンバーから流出するのを防止するために電子発生チャンバーを密閉し、
電子発生チャンバーの外部で隔壁と反応チャンバーとの間に配置される第二の電子発生域を有し、
差圧および真空度を維持する、
プラズマまたはオゾンの生成方法。
さらに、反応チャンバー内において選択されたエネルギー分布を達成するために、制御装置により、電子ビームエミッタの電流および加速電圧を制御して、電子ビームの特性を調整する工程を含む、請求項６に記載のプラズマまたはオゾンの生成方法。
さらに、第二の電子発生域により、反応チャンバー内へ進む第二の電子ビームを放射する工程を含む、請求項６に記載のプラズマまたはオゾンの生成方法。
冷却流路により反応チャンバー内の温度を調整する工程を含む、請求項６に記載のプラズマまたはオゾンの生成方法。
第二の電子発生域により電子ビームの進路を遮断し、それにより第二の電子を発生させる工程を含む、請求項６に記載のプラズマまたはオゾンの生成方法。