特許 7626628 プラズマプルーム用のフィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-27

(45)【発行日】2025-02-04

(54)【発明の名称】プラズマプルーム用のフィルタ

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/54 20060101AFI20250128BHJP

   C23C 14/28 20060101ALI20250128BHJP

   H05H 1/24 20060101ALN20250128BHJP

【ＦＩ】

C23C14/54 G

C23C14/28

H05H1/24

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021018239

(22)【出願日】2021-02-08

(65)【公開番号】P2021130871

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2023-12-22

(31)【優先権主張番号】20158312

(32)【優先日】2020-02-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヤン・マッテイン・デッケルス

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアーン・ヘンドリクス・アロイシウス・ベーム

(72)【発明者】

【氏名】ウィレム・コルネリス・ランベルト・ホップマン

(72)【発明者】

【氏名】イェルーン・アールデルト・フーフェル

(72)【発明者】

【氏名】ヤン・アルナウト・ヤンセンス

【審査官】若土 雅之

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第２４１００７４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０４９２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４９５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３０１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－０６１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００２４６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １／００－１４／５８

Ｈ０５Ｈ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマプルームから粒子をフィルタリングするためのフィルタであって、
前記フィルタは、ハウジングと、少なくとも１つの一次ブレードと、を備え、
前記ハウジングは、前記ハウジングの壁部に配置され、前記プラズマプルームの少なくとも一部を前記ハウジングに通過させるための通過路を形成する２つの通過口を有し、
前記通過路は、前記ハウジングの一方側から前記ハウジングの反対側に延びており、
前記少なくとも１つの一次ブレードは、前記通過路の中心線に平行でかつ前記通過路の中心線から離れた回転軸から距離を隔てて配置され、前記回転軸の周りを回転可能であり、
前記少なくとも１つの一次ブレードの軌道は、前記通過路と交差し、
前記少なくとも１つの一次ブレードは、前記プラズマプルームに接触するための回転方向に向いた接触面を有し、
前記ハウジングの壁部に配置された排出口に繋がる排出路が設けられ、
前記通過路の中心線と、前記回転軸から延び、前記通過路の中心線及び前記少なくとも１つの一次ブレードの軌道を通じる径方向の線との両方に直交して延びる線は、前記排出口を通じて延びる、フィルタ。

【請求項2】

前記接触面の径方向の断面のコード線は、前記回転軸に対して０°よりも大きい角度をなす、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項3】

前記接触面の軸方向の断面のコード線は、前記回転軸から延び前記接触面の軸方向の断面の内側の縁を通じる径方向の線に対して０°よりも大きい角度をなす、請求項１又は請求項２に記載のフィルタ。

【請求項4】

前記接触面は、前記少なくとも１つの一次ブレードの回転方向に向いた凹形状の面である、請求項１～３のいずれか１つに記載のフィルタ。

【請求項5】

前記回転軸は前記少なくとも１つの一次ブレードの回転軸であり、
前記ハウジング内に回転可能に配置されたディスクをさらに備え、
前記ディスクの回転軸は、前記少なくとも１つの一次ブレードの回転軸と一致し、
前記ディスクには、少なくとも１つの通過口が、前記通過路の中心線から前記少なくとも１つの一次ブレードの前記回転軸までの距離に対応する距離を前記ディスクの前記回転軸から隔てて配置され、
前記少なくとも１つの一次ブレードが、前記ディスクの上部において、前記ディスクの前記少なくとも１つの通過口に隣接し、前記ディスクの回転方向に見たときに前記ディスクの前記少なくとも１つの通過口の後を追うように配置されている、
請求項１～４のいずれか１つに記載のフィルタ。

【請求項6】

前記ディスク上に、円筒形の壁が前記回転軸と同心状に配置され、
前記少なくとも１つの一次ブレードは、前記円筒形の壁の外側に接続している、
請求項５に記載のフィルタ。

【請求項7】

前記回転軸の周りを回転可能であるように配置された二次ブレードをさらに備えている、請求項１～６のいずれか１つに記載のフィルタ。

【請求項8】

前記少なくとも１つの一次ブレードの長手方向の軸と、前記回転軸から前記少なくとも１つの一次ブレードの基端部に延びる径方向の線との間の角度は、前記少なくとも１つの一次ブレードのそれぞれの後を追う前記二次ブレードの長手方向の軸と、前記回転軸から前記二次ブレードの基端部に延びる径方向の線との間の角度よりも小さい、請求項７に記載のフィルタ。

【請求項9】

複数の補助ブレードが、前記回転軸から距離を隔てて、前記回転軸の周りを回転可能に配置され、
前記複数の補助ブレードは、前記軌道に沿って、前記少なくとも１つの一次ブレードから距離を隔てて分布している、
請求項１～８のいずれか１つに記載のフィルタ。

【請求項10】

前記ハウジングの壁部に配置された補助排出口に繋がる補助排出路と、
前記回転軸と前記補助排出路との間に圧力差を発生させる吸引手段と、
をさらに有する、請求項９に記載のフィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマプルームから粒子をフィルタリングするためのフィルタに関する。

【0002】

本発明に係るフィルタは、
ハウジングと、少なくとも１つの一次ブレードと、を備え、
前記ハウジングは、前記ハウジングの壁部に配置され、プラズマプルームの少なくとも一部を前記ハウジングに通過させるための通過路を形成する２つの通過口を有し、
前記通過路は、前記ハウジングの一方側から前記ハウジングの反対側に延びており、
前記少なくとも１つの一次ブレードは、前記通過路の中心線に平行でかつ前記通過路の中心線から離れた回転軸から距離を隔てて配置され、前記回転軸の周りを回転可能であり、
前記少なくとも１つの一次ブレードの軌道は、前記通過路と交差し、
前記少なくとも１つの一次ブレードは、前記プラズマプルームに接触するための回転方向に向いた接触面を有する。

【背景技術】

【0003】

このようなフィルタは、例えば、欧州特許第２４１００７４号明細書によって知られている。レーザパルスをターゲット材料に向けることによりプラズマプルームが発生すると、ターゲット材料のプラズマがターゲットの表面から出る。大量のエネルギがターゲット材料に投入されるので、大量の熱が局所的に発生する。その熱は、ターゲット材料から脱離する粒子を発生させる。このような不要な粒子は、フィルタリングが適用されていない場合に、プラズマプルームの後を追い、基板に堆積する。その結果、基板に得られる層は、最適以下の品質を有する。したがって、プラズマのみが基板に堆積するように、プラズマプルームから不要な粒子をフィルタリングすることが望まれている。

【0004】

欧州特許第２４１００７４号明細書では、ケージのようなハウジングを備え、プラズマプルームから粒子をフィルタリングするフィルタが開示されている。ハウジングは、閉鎖された上面と、周囲に沿って配置された支柱によって上面から間隔を空けられ、閉鎖された底面とを有し、結果として開放された側面を有している。上面及び底面の両方は、プラズマプルームの少なくとも一部を通過させるための通過路を形成する通過口を有している。ハウジングの内部には、複数の回転可能な羽根から成る回転可能なディスクが配置されている。羽根は、典型的にはレーザをターゲット材料にパルス照射することによるプラズマプルームの発生と同時に回転する。羽根から成る回転可能なディスクは、プラズマプルームが通過路を通過するときに、プラズマプルームの後端部を払う。

【0005】

欧州特許第２４１００７４号明細書では、回転可能なディスク又は羽根がプラズマプルーム中の不要な粒子を捉えることが示唆されている。このことは、部分的には正しいかもしれない。しかし、出願人は、このようなフィルタリング装置を最適化するために、不要な粒子を実質的にビー玉のように振る舞うものとして考え、不要な粒子を回転可能なディスク又は羽根によって単に跳ね返し、空間に分散させる方が良いことを見出している。欧州特許第２４１００７４号明細書に記載のフィルタでは、開放構造を有するハウジングが使用されているので、不要な粒子は、単にフィルタのハウジングの外側に跳ね返されるのみである。フィルタのハウジングの外側には、典型的に基板が配置されており、基板には、今まで通りに不要な粒子が堆積する。

【0006】

欧州特許第２４１００７４号明細書に記載のハウジングを単に閉鎖すると、粒子は、回転しているディスク又は羽根によって跳ね回る。跳ね返った粒子の一部は、新たなプラズマプルームが通過路を通過するときにプラズマプルームと共に運ばれ、基板に到達する。そのため、フィルタリング特性が悪化する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、本発明の目的は、前述の欠点を低減又はさらに解消し、プラズマプルームからの粒子のフィルタリングが改善されたフィルタを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的は、前述のフィルタを備えた本発明によって達成される。フィルタは、ハウジングの壁部に配置された排出口に繋がる排出路を特徴とする。通過路の中心線と、回転軸から延び、通過路の中心線及び少なくとも１つの一次ブレードの軌道を通じる径方向の線との両方に直交して延びる線は、排出口を通じて延びる。

【0009】

本発明に係るフィルタには、排出路が設けられる。粒子は、排出路に沿って排出され得る。一次ブレードがプラズマプルームの後を追う粒子の雲を通るときに、粒子は、少なくとも１つの一次ブレードの接触面によって、より確実に排出路及びハウジングの排出口に向かう。

【0010】

本発明に係るフィルタの好適な実施形態では、接触面の径方向の断面のコード線（cord line）は、回転軸に対して０°よりも大きい角度、好ましくは１５°よりも大きい角度をなす。コード線は、プラズマプルームの発生源から遠く離れている場合よりも、プラズマプルームの発生源に近いほど、接触面がより多くの粒子の後を追う（trail）ように配置される。このことにより、最も速い粒子が接触面の源から遠く離れた部分によって捉えられる一方で、プラズマプルーム中の遅い粒子又は遅れた粒子は、接触面のより後端部によってより確実に捉えられる。

【0011】

本発明に係るフィルタのさらに好適な実施形態では、接触面の軸方向の断面のコード線は、回転軸から延び接触面の軸方向の断面の内側の縁を通じる径方向の線に対して０°よりも大きい角度、好ましくは１５°よりも大きい角度をなす。

【0012】

径方向の線に対する角度によって、粒子を排出口に向けることができる。接触面の軸方向の断面のコード線の角度は、径方向に沿って変化することがより好ましい。プラズマプルームがターゲット表面に発生すると、プラズマ及び不要な粒子は、拡大するプラズマプルームが増大するように、全方向に向かって出発する。変化する角度は、粒子の様々な方向をより考慮に入れる。

【0013】

本発明に係るフィルタのさらに好適な実施形態では、接触面は、少なくとも１つの一次ブレードの回転方向に向いた凹形状の面である。

【0014】

ブレードに平坦な面のみが用いられる場合、粒子は、平坦な面に衝突したときに、拡大するプラズマプルームによってさらに飛散する。凹形状の面によれば、粒子の方向をより集中させ、粒子を排出路に沿って排出させることができる。そのために、凹面は、径方向及び回転軸の方向の両方で変化する方向を有する。

【0015】

一般的に、０°よりも大きい角度が定義される場合には、そのような角度は、０°及び１８０°の範囲内であるとみなされる。また同時に、０°よりも小さい角度は、０°及び－１８０°の範囲内であるとみなされる。したがって、例えば、－５°の角度は、３６０°を足すことにより、３５５°に等しい角度であるように０°よりも大きい角度としてみなされるべきではない。

【0016】

凹面の形状がプラズマプルームの速度、プラズマプルームの後を追う粒子、及びブレードの回転速度等のプロセスパラメータに依存することは、当業者にとって明らかである。

【0017】

本発明に係るフィルタの好適な実施形態は、ハウジング内に回転可能に配置されたディスクをさらに備えている。ディスクの回転軸は、少なくとも１つの一次ブレードの回転軸と一致している。ディスクには、少なくとも１つの通過口が、回転軸から通過路の中心線までの距離に対応する距離を回転軸から隔てて配置されている。少なくとも１つの一次ブレードは、ディスクの上部において、ディスクの少なくとも１つの通過口に隣接し、ディスクの回転方向に見たときにディスクの少なくとも１つの通過口の後を追うように配置されている。

【0018】

回転ディスクは、プラズマプルームの通過後に通過路が閉鎖され、プラズマプルームからフィルタリングされる必要がある粒子が少なくとも１つの一次ブレードによって排出路に向かって払われ得るように、通過路に対するシャッタを提供する。

【0019】

本発明に係るフィルタの別の実施形態では、回転軸の方向に見たときに一次ブレードとディスクの通過口との間に重なりがあれば、ディスクの回転軸は、少なくとも１つの一次ブレードの回転軸と平行でかつ少なくとも１つの一次ブレードの回転軸から離れていてもよい。

【0020】

本発明に係るフィルタのさらに好適な実施形態では、ディスク上に、円筒形の壁が回転軸と同心状に配置されている。少なくとも１つの一次ブレードは、円筒形の壁の外側に接続している。

【0021】

通過路の閉鎖後に粒子がより制限されるように、円筒形の壁が径方向の内側に境界を提供し、ハウジングが径方向の外側に境界を提供する。円筒形の壁及びハウジングの壁部は、粒子が一次ブレードから誤った方向に跳ね返された場合にも、粒子を排出口に向け直すことに寄与し得る。

【0022】

本発明に係るフィルタのさらに別の実施形態は、回転軸の周りを回転可能であり、少なくとも１つの一次ブレードのそれぞれの後を追うように配置された二次ブレードをさらに備えている。

【0023】

各一次ブレードの後ろに二次ブレードを配置することにより、一次ブレードによって捉えられない粒子も、二次ブレードによって捉えられ得る。このことは、プラズマの発生に対して相対的に遅いか又は遅れており、相対的に大きな距離を隔ててプラズマプルームを追う粒子に特に関連する。これらの粒子は、一次ブレードが通過路を通るときには、通過路に到達していない。そのため、これらの粒子は、一次ブレードの後ろではあるが二次ブレードの前で通過路に進入する。二次ブレードは、遅い粒子又は遅れた粒子を排出口に向かって跳ね返す。

【0024】

少なくとも１つの一次ブレードの長手方向の軸と、回転軸から少なくとも１つの一次ブレードの基端部に延びる径方向の線との間の角度は、少なくとも１つの一次ブレードのそれぞれの後を追う二次ブレードの長手方向の軸と、回転軸から二次ブレードの基端部に延びる径方向の線との間の角度よりも小さいことが好ましい。

【0025】

二次ブレードは、一次ブレードのすぐ後ろに配置され、一次ブレードによって跳ね返される粒子よりも実質的に遅い粒子を跳ね返す。そのため、二次ブレードの角度は、遅い粒子を排出口に向けるために誘導するために、典型的に異なる必要がある。

【0026】

本発明に係るフィルタのさらに別の実施形態では、複数の補助ブレードが、回転軸から距離を隔てて、前記回転軸の周りを回転可能に配置されている。複数の補助ブレードは、軌道に沿って、少なくとも１つの一次ブレードから距離を隔てて分布している。

【0027】

複数の補助ブレードを設けることにより、ハウジング内にファンが提供される。ファンは、残存した粒子を排出路の方向に付勢する。

【0028】

本発明に係るフィルタの好適な実施形態は、ハウジングの壁部に配置された補助排出口に繋がる補助排出路と、回転軸と補助排出路との間に圧力差を発生させる吸引手段と、をさらに有している。

【0029】

回転軸、すなわちハウジングの中心部と補助排出路との間に圧力差を設けることにより、排出路に向かう流れが引き起こされる。この流れは、ハウジング内の圧力を維持するのに有利である。流れは、径方向におけるブレードの内側に注入口を設けることにより、計画され（designed）得る。

【図面の簡単な説明】

【0030】

本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、添付の図面と共に説明される。

【0031】

【図1】図１は、本発明に係るフィルタの実施形態の概略斜視図であり、ＰＬＤ装置に配置されたフィルタを示す図である。

【図2】図２は、図１のII－II線に沿った断面図である。

【図3】図３は、図１のフィルタにおける羽根を有するディスクの斜視図である。

【図4】図４は、本発明に係るフィルタの平断面図であり、フィルタが第１の状態にある図である。

【図5】図５は、本発明に係るフィルタの平断面図であり、フィルタが第２の状態にある図である。

【図6A】図６Ａは、図５に示す凹面を有する一次ブレードの軸方向に見た平面拡大図である。

【図6B】図６Ｂは、図５に示す凹面を有する一次ブレードの径方向に見た断面拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図１は、本発明に係るフィルタの第１実施形態の概略図である。フィルタ１は、上部に設けられた通過口３と、下部に設けられた通過口４（図２参照）とを有するハウジング２を備えている。ハウジング２には、排出路５と、補助排出路６とが設けられている。

【0033】

フィルタ１の通過口３の上方には、ターゲット材料７が配置されている。ターゲット材料７にレーザ光線８をパルス照射すると、プラズマプルーム９が発生する。このプラズマプルーム９は、通過口３から進入し、そこで不要な粒子がフィルタリングされる。このことにより、フィルタリングされたプラズマプルーム１０が通過口４を介してフィルタ１から出て行く。その後、フィルタリングされたプラズマプルーム１０は、基板１１に堆積する。

【0034】

図２に示すように、フィルタ１のハウジング２内には、ディスク１２が回転可能に配置されている。ディスク１２の上部には、凹面を有する一次ブレード１３が通過口１４の近傍に設けられている。通過口１４は、ハウジング２の通過口３，４と整列して中心線１５を有する通過路を形成しているときに、プラズマプルーム９が通過することを可能にする。

【0035】

形成された通過路をプラズマプルーム９が通過するとき、凹面を有する一次ブレード１３は、プラズマプルーム９の最後の部分を通り、不要な粒子をＤ方向に排出口及び当該排出口に繋がる排出路５に向かって跳ね返す。

【0036】

図３は、フィルタ１のハウジング２内において、回転軸１６の周りに回転可能に配置されたディスク１２の斜視図である。ディスク１２には、互いに反対側に配置された２つの通過口１４が設けられている。凹面を有する一次ブレード１３は、各通過口１４の後を追っている（trailed）。各一次ブレード１３のすぐ後ろには、遅すぎて一次ブレード１３に衝突し得ない粒子を排出路５に向かって跳ね返すために、二次ブレード１７が配置されている。さらに、ディスク１２の上部には、複数の補助ブレード１８が配置されている。

【0037】

一次ブレード１３、二次ブレード１７、及び補助ブレード１８の径方向における内側には、円筒形の壁１９が配置されている。円筒形の壁１９は、ハウジング２と共に、プラズマプルーム９の不要な粒子のためのより制限された空間を提供する。

【0038】

図４は、本発明のフィルタ１の平断面図である。ハウジング２は、排出路５が繋がる排出口２０を有している。この排出口２０は、通過路の中心線１５と、回転軸１６から延びて通過路の中心線１５を通じる径方向の線２２との両方に対して直交して延びる線２１に配置されている。

【0039】

また、ハウジング２は、補助排出路６が繋がる補助排出口２３を有している。この補助排出口２３は、通過路の中心線１５と、回転軸１６から延びて通過路の中心線１５を通じる径方向の線２２との両方に対して直交して延びる線２４に配置されている。

【0040】

図５は、再び本発明のフィルタ１の平断面図である。この図５より、回転軸１６から一次ブレード１３の基端部に延びる径方向の線２５が一次ブレード１３の長手方向の軸２６に対して角度α１をなすことが明らかである。回転軸１６から二次ブレード１７の基端部に延びる径方向の線２７は、二次ブレード１７の長手方向の軸２８に対して角度α２をなす。回転軸１６から補助ブレード１８の基端部に延びる径方向の線２９は、補助ブレード１８の長手方向の軸５０に対して角度α３をなす。

【0041】

既に上述したように、一次ブレード１３は、一次ブレード１３に衝突したプラズマプルーム９からの粒子を、排出口２０及び排出路５に向かって束５１に収束する凹面を有する。さらに、回転軸１６の周りのフィルタ１の中心部と補助排出路６との間には、圧力差が生じる。その圧力差は、ハウジング内の圧力を維持するために中心部からハウジング２の外側に向かって流れる気流Ｌを生じる。

【0042】

図６Ａ及び図６Ｂは、図５に示す凹面を有する一次ブレード１３の軸方向に見た平面拡大図及び径方向に見た断面拡大図である。凹面１３は、凹面１３の下縁部３０から上縁部３１に向かって湾曲するとともに、径方向にも湾曲している。

【0043】

下縁部３０のコード線（cord line）３２は、コード線３２の最も内側の縁と交差する径方向の線３３に対して角度α１をなす。上縁部３１のコード線３５は、コード線３５の最も内側の縁と交差する径方向の線３４に対して角度β２をなす。角度α１及び角度β２の両方は、０°よりも大きく、好ましくは１５°よりも大きい。

【0044】

図６Ｂは、径方向に見た凹面１３の断面図である。コード線３６は、回転軸１６に対して角度β３をなす。また、この角度β３は、０°よりも大きく、好ましくは１５°よりも大きい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】