特許 6475247 基板に供給されるイオンビームを制御する処理装置及び方法

(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】6475247

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年3月6日

(54)【発明の名称】基板に供給されるイオンビームを制御する処理装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20190225BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20190225BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20190225BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20190225BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/317 A

   H05H1/46 L

   H01L21/302 101

   H01L21/265 F

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-540634(P2016-540634)

(86)(22)【出願日】2014年12月8日

(65)【公表番号】特表2017-510932(P2017-510932A)

(43)【公表日】2017年4月13日

(86)【国際出願番号】US2014069054

(87)【国際公開番号】WO2015099988

(87)【国際公開日】20150702

【審査請求日】2017年11月13日

(31)【優先権主張番号】14/139,679

(32)【優先日】2013年12月23日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500239188

【氏名又は名称】ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(72)【発明者】

【氏名】コステル ビロイウ

(72)【発明者】

【氏名】ニニ ムニョス

(72)【発明者】

【氏名】ルドヴィック ゴデ

(72)【発明者】

【氏名】アンソニー ルノー

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１３２０４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマチャンバに結合されて該プラズマチャンバ内にプラズマを発生するためのプラズマ源と、
前記プラズマ源の側面に沿って配置された抽出プレートであって、開口を有する抽出プレートと、
前記開口に近接して配置され、前記プラズマチャンバ内に前記プラズマが存在する際に一対のプラズマ・メニスカスを規定するように構成された偏向電極と、
前記プラズマに対するバイアス電圧を前記偏向電極に印加するための偏向電極電源とを具えた処理装置であって、
前記偏向電極と、前記プラズマから前記開口を通して抽出されるイオンビームによって処理される基板とが、前記抽出プレートの互いに反対側に配置され、
前記偏向電極に印加される第１バイアス電圧は、前記イオンビームの第１入射角を生成するように設定され、前記偏向電極に印加される第２バイアス電圧は、前記イオンビームの第２入射角を生成するように設定され、前記第２入射角は前記第１入射角と異なる、処理装置。

【請求項2】

前記第１バイアス電圧が前記偏向電極に印加されている際に、前記一対のプラズマ・メニスカスが第１形状を有し、前記第２バイアス電圧が前記偏向電極に印加されている際に、前記一対のプラズマ・メニスカスが前記第１形状と異なる第２形状を有する、請求項１に記載の処理装置。

【請求項3】

前記偏向電極が、前記抽出プレートの面によって規定される平面に垂直な方向に移動するように構成され、前記平面から第１距離にある第１偏向電極位置において、前記プラズマから抽出されたイオンビームが前第１入射角を有し、前記平面から第２距離にある第２偏向電極位置において、前記プラズマから抽出されたイオンビームが前記第１入射角と異なる第２入射角を有し、前記第２距離は前記第１距離よりも大きい、請求項１に記載の処理装置。

【請求項4】

前記抽出プレートに抽出プレート電圧を、前記偏向電極に印加される前記バイアス電圧と独立して印加するように構成された抽出プレート電源をさらに具えている、請求項１に記載の処理装置。

【請求項5】

前記抽出プレートが第１部分及び第２部分を含み、平面を規定し、前記処理装置が、前記第１部分に第１バイアス電圧を印加するように構成された第１抽出プレート電源、及び前記第２部分に第２バイアス電圧を印加するように構成された第２抽出プレート電源をさらに具えている、請求項１に記載の処理装置。

【請求項6】

前記偏向電極電源が前記偏向電極と相互動作して、前記偏向電極に印加される前記バイアス電圧が変化した際に、前記一対のプラズマ・メニスカスの少なくとも一方から抽出されたイオンビームの入射角を１０度以上変化させる、請求項１に記載の処理装置。

【請求項7】

前記開口が第１開口を構成し、前記偏向電極が第１偏向電極を構成し、前記抽出プレートが、前記第２部分に隣接して配置された第３部分を具え、該第３部分が前記第２部分との間に第２開口を規定するように構成された、請求項５に記載の処理装置。

【請求項8】

前記一対のプラズマ・メニスカスが第１の対のプラズマ・メニスカスを構成し、前記処理装置が、前記第２開口に隣接して配置された第２偏向電極をさらに具え、該第２偏向電極が、第２の対のプラズマ・メニスカスを前記第２開口に近接して発生するように構成された、請求項７に記載の処理装置。

【請求項9】

前記プラズマ源からのパワーがプラズマパワー範囲にわたって変化する際に、前記偏向電極が前記一対のプラズマ・メニスカスのメニスカス形状を変化させるように構成され、前記一対のプラズマ・メニスカスを通して抽出されるイオンビームの入射角が、少なくとも１０度だけ変化する、請求項１に記載の処理装置。

【請求項10】

プラズマチャンバに結合されて該プラズマ源内にプラズマを発生するためのプラズマ源と、
前記プラズマチャンバに隣接し、基板ホルダを含むプロセスチャンバと、
前記プラズマと前記基板ホルダとの間に配置された抽出システムとを具えた処理装置であって、
前記抽出システムが偏向電極及び抽出プレートを具え、該抽出プレートは前記偏向電極に近接して配置された開口を有し、前記プラズマチャンバと前記基板ホルダとの間に抽出電圧が印加されると、前記偏向電極と前記抽出プレートとが相互動作して、一対のイオンビームを前記プラズマから前記開口を通して抽出し、前記偏向電極と前記抽出プレートとが相互動作して、前記偏向電極及び前記抽出プレートの少なくとも一方の移動によって、前記一対のイオンビームの少なくとも一方の入射角を調整する、処理装置。

【請求項11】

前記偏向電極にバイアス電圧を印加するための偏向電極電源をさらに具え、前記偏向電極電源が発生する第１バイアス電圧が、前記プラズマから抽出されるイオンビームの第１入射角を生成するように設定され、前記偏向電極電源が発生する第２バイアス電圧が、前記プラズマから前記開口を通して抽出されるイオンビームの第２入射角を生成するように設定され、前記第２入射角は前記第１入射角と異なる、請求項１０に記載の処理装置。

【請求項12】

前記偏向電極が、互いに電気絶縁された導電性の第１偏向電極部分及び第２偏向電極部分を具え、前記偏向電極電源が第１偏向電極電源であり、前記第１偏向電極部分が前記第１偏向電極電源に結合され、前記処理装置が、前記第２偏向電極部分に結合された第２偏向電極電源をさらに具え、前記第１偏向電極部分及び前記第２偏向電極部分が、互いに独立して、それぞれ第１偏向電極電源及び第２偏向電極電源から前記バイアス電圧を受けるように動作する、請求項１１に記載の処理装置。

【請求項13】

基板に供給されるイオンビームを制御する方法であって、
前記基板を含むプロセスチャンバに隣接したプラズマチャンバ内にプラズマを発生するステップと、
開口を有する抽出プレートを、前記プラズマチャンバと前記プロセスチャンバとの間に用意するステップと、
偏向電極を前記開口に近接して配置するステップであって、該偏向電極と前記基板とを、前記抽出プレートの互いに反対側に配置するステップと、
前記偏向電極に印加される偏向電極電圧を、第１電圧から第２電圧へ変化させるステップとを含み、
前記第１電圧は、前記プラズマから抽出されるイオンビームの第１入射角を生成するように設定され、前記第２電圧は、前記プラズマから前記開口を通して抽出されるイオンビームの第２入射角を生成するように設定され、前記第２入射角は前記第１入射角と異なる、方法。

【請求項14】

前記偏向電極を、前記抽出プレートの平面に垂直な方向に、前記抽出プレートにより近い第１偏向電極位置から、前記基板からより遠い第２偏向電極位置まで移動させるステップをさらに含み、前記第１偏向電極位置において、前記プラズマから抽出されたイオンビームが第１入射角を有し、前記第２偏向電極位置において、前記プラズマから抽出されたイオンビームが前記第１入射角と異なる第２入射角を有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記抽出プレートが、第１平面を規定する第１部分及び第２部分を含み、前記方法が、前記第１部分を前記第１平面内で前記第２部分に対して移動させて、前記開口の幅を変化させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は処理装置に関するものであり、特に、プラズマから抽出されるイオンの角度分布の制御に関するものである。

【背景技術】

【0002】

基板をイオンで処理するために使用される従来型装置は、イオン注入装置及びプラズマ浸漬イオン注入ツールを含む。これらは共に、様々なエネルギーにわたるイオンを注入するのに適している。ビームライン型イオン注入装置では、イオンをイオン源から抽出し、質量分析し、そして基板表面に運ぶ。プラズマ浸漬イオン注入装置では、基板を、プラズマが発生するのと同じチャンバ内に、プラズマに隣接して配置する。基板はプラズマに対して負電位に設定し、基板の前方にあるプラズマシースを横断するイオンが、垂直な入射角で基板に衝突する。近年、抽出されたイオンのイオン角度分布（ＩＡＤ：ion angular distribution）の制御を可能にする新型の処理装置が開発された。この装置では、イオンをプラズマチャンバから抽出するが、ビームライン型イオン注入装置とは異なり、基板をイオン源から遠く離して配置し、基板はプラズマチャンバに近接して配置される。イオンは、抽出プレート内に配置された特別な幾何学的形状の開口を通して抽出される。開口の幾何学的形状を変更することによって、イオン角度分布、即ち平均角度及びイオン分布の角度広がりを変化させることができる。このことは、注入、エッチング、または他の処理の目的で側壁がイオンに晒される表面の特徴を呈する基板を処理するのに適切であり得る。こうした側壁を処理するために、ある形状及びサイズの開口を通してイオンを抽出して、所望のイオン角度分布を生成する。しかし、基板をより効果的に処理するためには、プラズマシステム内でイオン角度分布に対する追加的な制御を行うことが望ましいことがある。これら及び他の考察に関して、本発明の改良が必要になった。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

１つの好適例では、処理装置が、プラズマチャンバに結合されてプラズマチャンバ内にプラズマを発生するためのプラズマ源を含む。この処理装置は、プラズマチャンバの側面に沿って配置された抽出プレートであって開口を有する抽出プレート、この開口に近接して配置され、プラズマチャンバ内にプラズマが存在する際に一対のプラズマ・メニスカスを規定する偏向電極、及びプラズマに対するバイアス電圧をこの偏向電極に印加するための偏向電極も含むことができる。偏向電極電源によって第１バイアス電圧を印加すると、プラズマから開口を通して抽出されるイオンの第１入射角を生成することができ、第２バイアス電圧を偏向電極電源によって印加すると、プラズマから開口を通して抽出されるイオンの第２入射角を生成することができ、第２入射角は第１入射角と異なる。

【0004】

他の好適例では、基板に供給されるイオンにおけるイオン角度分布を制御する方法が、基板を含むプロセスチャンバに隣接したプラズマチャンバ内にプラズマを発生するステップと、開口を有する抽出プレートを、プラズマチャンバとプロセスチャンバとの間に用意するステップと、偏向電極を開口に近接して配置するステップと、偏向電極に印加する偏向電圧を第１電圧から第２電圧へ変化させるステップとを含み、第１電圧は、プラズマから抽出されるイオンの第１入射角を生成するように設定され、第２電圧は、プラズマから開口を通して抽出される第２入射角を生成するように設定され、第２入射角は第１入射角と異なる。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１Ａは、本発明の実施形態による処理装置の側面図であり、図１Ｂは、図１Ａの処理システムにおける抽出システムの上面図である。

【図2】図２Ａ及び２Ｂは、他の実施形態による処理システムの抽出ジオメトリの詳細を示す図である。

【図3】図３Ａ及び３Ｂは、図２Ａのシステムについての１つの動作シナリオを示す図であり、図３Ｃ及び３Ｄは、図２Ａのシステムについての他の動作シナリオを示す図である。

【図4】図４Ａ及び４Ｂは、処理システム内のイオン軌跡のシミュレーションの結果を、抽出プレートに対する偏向電極の位置の関数として示す図である。

【図5】図５Ａ及び５Ｂは、ウェハー上のイオンビーム密度分布及びイオンビーム放射率のモデル化結果を、０ボルトのバイアス電圧について示す図であり、図５Ｃ及び５Ｄは、イオンビーム分布及びイオンビーム放射率を、−３００Vのバイアス電圧について示す図である。

【図6】図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、偏向電極をプラズマ源の内部に配置した際の、偏向電極に印加される変動電圧Ｖの効果を定性的に例示する図であり、図６Ｄ及び６Ｅは、偏向電極に電圧を印加しないか定電圧を印加した際の、変動電圧Ｖの効果を定性的に例示する図である。

【図7】図７Ａ〜７Ｃは、偏向電極にバイアスをかけた際の、イオン角度分布の変化についての実験結果を示す図である。

【図8】図８Ａ〜８Ｄは、異なる実施形態による処理装置内の種々の抽出構成要素の動作を例示する図である。

【図9】一実施形態による、複数の開口を設けた抽出プレートを含む処理システムの一部分を示す図である。

【図10】複数の開口を設けた他の抽出プレートを含む他の実施形態による処理システムの一部分を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本明細書に記載する実施形態は、基板に指向されるイオンの角度分布を制御するための装置及び方法を提供する。特に、本実施形態は、イオンビームをプラズマから抽出して、これらのイオンビームのイオン角度分布（ＩＡＤ）を制御するための新規な抽出システムを提供する。「イオン角度分布」とは、イオンビーム中のイオンの、基板に垂直な方向のような基準方向に対する平均入射角、並びに平均入射角を中心とした入射角の分布または範囲の幅を称し、この幅を略して「角度広がり」と称する。本明細書に開示する実施形態では、新規な抽出システムが、プラズマに隣接して配置され、少なくとも１つの開口を含む抽出プレートを含んで、イオンをプラズマから抽出して、プラズマと基板との電位差に基づいてこれらのイオンを基板に向けて加速することができる。この抽出システムは、抽出プレートの開口に近接して配置され、２本のイオンブームを発生する働きをする偏向電極も含むことができる。以下に詳述するように、イオンビームの入射角は、抽出システムに印加する電圧を調整することによって、または抽出システムの種々の構成要素の配置を調整することによって、あるいはその両方によって制御される。

【0007】

図１Ａに、本発明の実施形態による処理装置１００を示す。処理装置１００は、プラズマチャンバ１１４内にプラズマ１１２を発生するためのプラズマ源１０２を含む。プラズマ源１０２は、ＲＦプラズマ源（誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：inductively-coupled plasma）源）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：capacitively-coupled plasma）源、ヘリコン（helicon）源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：electron cyclotron resonance）源）、傍熱陰極（ＩＨＣ：indirectly heated cathode）源、グロー放電源、または当業者に知られた他のプラズマ源とすることができる。本実施形態では、プラズマ源１０２がＩＣＰ源であり、ＲＦ発生器１０５、ＲＦ整合回路網１１０を有する。ＲＦ発生器からガス原子及び／または分子へのＲＦ電力の伝達は、アンテナ及び誘電体窓（図示せず）を通して行われる。ガス・マニホールド（多岐管）１０６が、適切なガスラインまたはガス注入口を通してプラズマ源１０２に接続される。処理装置１００のプラズマ源１０２または他の構成要素は、回転ポンプまたは膜ポンプによって補強されるターボ分子ポンプのような真空システム（図示せず）に接続することもできる。プラズマ源１０２は筐体１２６によって包囲され、断熱材１４０が、基板ホルダ１２０を含むプロセスチャンバ１４２から筐体１２６を分離する。プラズマ源１０２及び基板ホルダ１２０は、その電位を上昇させることができ、あるいは電気接地することができるのに対し、プロセスチャンバ１４２は電気接地することができる。

【0008】

図１Ａに示すように、抽出プレート１１４は、プラズマチャンバ１０４の側面に沿って配置することができる。図１Ａでは、抽出プレート１１４がプラズマチャンバ１０４の底部に配置されている。特に抽出プレート１１４は、プラズマチャンバ１０４とプロセスチャンバ１４２との間に配置されている。一部の例では、抽出プレート１１４が、プラズマチャンバまたはプロセスチャンバ、あるいはその両方のチャンバ壁の一部分を規定することができる。抽出プレート１１４は開口１１６を含み、この開口を通して、イオンをイオンビームとして抽出して、基板ホルダ１２０に向けて指向させることができる。

【0009】

処理装置１００は複数の電圧源をさらに含み、これらの電圧源を用いて、抽出光学系を駆動して基板１２２に供給されるイオンビーム・エネルギーを制御する。これらを集合的に抽出電圧系１３０として図示する。抽出電圧系１３０は、チャンバ電源１３２、偏向電極電源１３４、抽出プレート電源１３６、及び基板電源１３８を含むことができる。イオン１１８で表現するように、基板１２２において所望のエネルギーを有する正のイオンビームを発生するために、基板電源１２８が、接地に対して負のバイアスを基板ホルダ１２０にかけることができ、その間にプラズマチャンバ１０４は接地する。その代わりに、接地に対して正のバイアスをプラズマチャンバ１０４にかけることができ、基板ホルダ１２０は接地するか接地に対して負のバイアスをかけることができる。一部の実施形態では、抽出プレート電源１３６を用いて抽出プレート１１４にプラズマチャンバとは独立したバイアスをかけることができ、あるいは、抽出プレート１１４をフローティング（浮動）状態にすることができる。同様に、偏向電源１３４に、チャンバ電源１３２に対するバイアスをかけることができる。実施形態はこの関係に限定されない。

【0010】

以下に詳述するように、処理装置１００は、（ＲＦ電力及びプラズマチャンバ内部のガス圧を制御することによって）プラズマ密度を制御し、並びにイオンエネルギー及びイオン角度分布（ＩＡＤ）を制御するための制御システム１５０も含むことができる。制御システム１５０は、ＲＦ発生器１０５、質量流量コントローラ（図示せず）、及び抽出電圧系１３０の動作を指示するためのハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との組合せを含むことができる。

【0011】

種々の実施形態では、基板ホルダ１２０を駆動装置（図示せず）に接続することができ、この駆動装置は、基板ホルダ１２０を、図に示すデカルト座標系のＹ軸に平行な方向に沿って移動させるように構成されている。他の実施形態では、基板ホルダ１２０を、Ｘ軸、Ｚ軸、あるいはその両方に平行な方向に沿って移動可能にすることができる。このことは処理装置１００に２つの自由度を与え、即ち、抽出開口に対する基板の相対位置を変更することを可能にして、基板１２２を開口１１６に対して走査することを可能にし、これにより、一部の例ではイオン１１８を基板１２２の全面にわたって供給することができる。

【0012】

種々の追加的実施形態では、そして以下に詳述するように、抽出プレート１１４は開口１１６を規定する分離された部分を有する。これらの分離された部分（図１には図示せず）は、Ｘ軸、Ｚ軸、またはその両方に平行な方向に沿って互いに対して移動可能にすることができる。

【0013】

図１Ａにさらに例示するように、処理装置１００は、開口１１６に近接して配置された偏向電極１４４を含む。偏向電極１４４及び抽出プレート１１４は、以下で説明するようにイオンビーム抽出を制御するために使用する抽出システムの一部分を形成することができる。種々の実施形態では、偏向電極１４４を、偏向電極電源１３４に結合される導電性の構成要素とすることができ、偏向電極電源１３４の動作は以下に詳述する。手短に言えば、偏向電極１４４は、開口１１６を通るイオンの抽出の光学系を調整するように機能することができる。例えば、図１Ａに例示するように、偏向電極１４４が開口１１６に近接して配置されている際に、イオン１１８を、開口１１６を通して２本の異なるイオンビームとして抽出することができる。特定の実施形態では、偏向電極電源１３４によって供給されて偏向電極１４４に印加されるバイアス電圧と独立して、抽出プレート電圧を抽出プレート１１４に印加するように、抽出プレート電源１３６を構成することができる。

【0014】

図１Ｂに、抽出プレート１１４及び偏向電極１４４の平面図を示す。この実施形態では、開口１１６及び偏向電極１４４がＸ軸に平行な方向に細長く延びて、イオン１１８をリボンビームとして抽出する。種々の実施形態では、図示するように、イオン１１８のＸ軸に沿ったイオンビーム幅を、基板１２２のｘ軸に沿った寸法よりも大きくすることができる。例えば、Ｘ軸に沿った基板寸法３０cmについては、イオンビームの幅をそれより２、３cm広く、例えば３３cmにして、基板１２２の全幅を１回の通過で処理することができる。本明細書で以下に開示する実施形態では、アンテナに送り届けられるＲＦ電力、あるいは処理装置１００の構成要素によってシステムの異なる要素に印加される電圧、並びに偏向電極１４４及び抽出プレート１１４の位置決めのようなシステムパラメータを調整して、イオンの抽出光学系を調整し、イオン・ビームレット（小ビーム）を基板１２２のような基板に供給することができる。

【0015】

図２Ａ及び２Ｂに、処理装置２００の抽出ジオメトリ（幾何学的配置）の詳細を示す。一部の実施形態では、処理装置２００は処理装置１００と同じ構成要素を含むことができる。図２Ａに示す実施形態では、偏向電極２０２が、抽出プレート２０５によって規定される開口２０４に近接して配置されている。抽出プレート２０５が大きなイオン電流をプラズマ２０８から流出させることを防止するために、抽出プレート２０５は次の２つの部分：抽出プレートの周囲にある大型の不導体部分２０６、及び小型の導体部分である内側部分２０７で作製され、内側部分２０７は開口２０４に隣接して配置され、開口２０４を包囲する。図２Ａに示す構成については、偏向電極２０２がプラズマ源の内部に配置されている。図２Ｂに示す構成では、偏向電極２０２が、プラズマ２０８を含むプラズマチャンバ２０９の外側に配置されている。この構成の自然幾何学的な角度に起因して、大きな平均角度によって特徴付けられる角度分布を得ることができる。プラズマ２０８をプラズマチャンバ２０９内に発生させる際に、２つのプラズマ・メニスカス２１０が、偏向電極２０２と、開口２０４を規定する内側部分２０７のエッジとの間に形成される。内側部分２０７は抽出プレート電源２１４によってバイアスをかけることができ、偏向電極２０２は、別個の偏向電極バイアス電源２１５によってバイアスをかけることができる。基板２２２と電気接続された基板ホルダ２２１とプラズマ２０８を収容するプラズマチャンバ２０９との間に高電圧を印加すると、２つのイオン・ビームレット２１２が斜め入射で基板２２２に指向され、即ち、図に示すようにＺ軸に対して０度でない角度を成す軌跡に沿って指向される。この高電圧は高電圧電源２２３によって供給され、図２Ａ及び２Ｂに示す構成については、この高電圧は基板ホルダ上に負の極性を有し、これにより正イオンがプラズマ２０８から抽出される。これらの種類の特徴は３Ｄ（三次元）半導体構造に共通する。種々の実施形態では、偏向電極２０２の位置並びに抽出電圧系（図１の抽出電圧系１３０を参照）の異なる構成要素に印加される電圧のようなパラメータを調整して、基板２２２のような基板に指向されるイオンビームの入射角及び角度広がりを調整することができる。他の実施形態では、プラズマチャンバ２０９と基板ホルダ２２１／基板２２２との間に高い電圧差を高電圧電源２２３によって印加し、ここで正の極性はプラズマチャンバ２０９に与えられ、基板ホルダ２２１上は電気接地にされる。こうした構成では、抽出プレート電源２１４及び偏向電極バイアス電源２１５は高電圧電源２２３を基準とし、即ち、プラズマチャンバ電位でフローティング状態にある。

【0016】

図３Ａ及び３Ｂに、処理装置２００用の１つの動作シナリオを示し、ここでは第１組の条件下で一対のイオンビームをプラズマ２０８から抽出する。簡単のため、各イオンビーム３０２中のイオンは基板２２２に垂直な方向に対して同じ平均角度を成し、かつ同じ入射角の角度範囲を成すものと仮定することができ、特に断りのない限り、平均角度は垂直方向に対する角度の絶対値によって定義する。従って、垂直方向（Ｚ軸方向）に対する角度(＋)θ及び垂直方向に対する角度−θは同じ平均角度を構成するものと考えることができる。図３Ｂに、好適な、対称なイオン角度分布３１０、３１２を示し、これらは一対のイオンビーム３０２の角度分布を表すことができる。図示するように、イオンビーム３０２の平均角度は、基板平面に垂直な方向（Ｚ軸）に対して＋／−２０度である。図３Ｂに示す角度分布は例示目的に過ぎず、ガウス分布形状のように示す。この種の分布については、角度広がりは単に半値全幅（ＦＷＨＭ：full width half maximum）として定義することができ、この場合およそ１０度である。後に示すように、実際には、イオン角度分布はずっと複雑な形状を有することができ、抽出光学系のジオメトリ次第で、より小さい角度またはより大きい角度に向けて偏らせることができる。ガウス分布とは異なるすべての分布については、角度広がりは特定ビームレットの最大角と最小角との差の半分として定義することができる。

【0017】

図３Ｃ及び３Ｄに、処理装置２００用の他の動作シナリオを示し、ここでは第２組の条件下で一対のイオンビーム３０８をプラズマ２０８から抽出する。簡単のため、各イオンビーム３０８中のイオンが、基板２２２に垂直な方向に対して同じ平均角度を成し、かつ入射角の同じ角度範囲を成すものと仮定することができる。図３Ｄに、好適な、対称なイオン角度分布３１４、３１６を示し、これらは一対のイオンビーム３０８の角度分布を表すことができる。図示するように、イオンビーム３０８の平均角度は、基板平面に垂直な方向（Ｚ軸）に対して＋／−３０度である。同様に、図３に示す分布については、この分布の角度広がりは半値全幅（ＦＷＨＭ）であり、この場合およそ２度である。

【0018】

種々の実施形態によれば、イオンビーム３０２とイオンビーム３０８との間に現れるビームＩＡＤ特性（平均角度及び角度広がり）の変化は、種々のパラメータの変更の任意の組合せの変化によって生成することができる。ビーム形状の変化は、処理装置の真空を中断することなしに実現することができる。この理由で、本実施形態は、イオン平均入射角、角度広がり、換言すれば基板に供給されるイオンのイオン角度分布（ＩＡＤ）のその場（in-situ）制御と称されるものを促進する。種々の実施形態によれば、イオン角度分布の「その場の」変化を、偏向電極２０２の位置の変更、開口サイズの変化、プラズマ２０８に送り届けられるＲＦ電力の変更、ガス圧の変更、あるいは処理装置２００の構成要素に印加する電圧の変更によって生成することができ、これらの電圧は、偏向電極２０２、基板ホルダ２２１／基板２２２、抽出プレート２０５、またはプラズマチャンバ２０９に印加する電圧を含む。実施形態はこの関係に限定されない。

【0019】

図４Ａ及び４Ｂに、処理システム内のオブジェクト指向セル内粒子（ＯＯＰＩＣ：object oriented particle in cell）シミュレーションの結果を、抽出プレート４０６に対する偏向電極４０２の位置の関数として示す。図に示す例では、サンプルイオンはＡｒ⁺である。プラズマと基板との間の抽出電圧は３kVであるものと仮定し、偏向電極４０２には−１００Vのバイアスを印加する。図４Ａでは、偏向電極４０２が抽出電極４０６の３．５mm上方に配置されているのに対し、図４Ｂでは、偏向電極が抽出プレート４０６の４．５mm上方に配置されている。図示するように、偏向電極４０２が抽出プレート４０６からより遠くに移動するに連れて、イオン軌跡はより窄まる。また、偏向電極が抽出プレートからより遠くに移動するに連れて、Ｏy方向のビームレットの広がりは、より狭くなる。

【0020】

図５Ａ〜Ｄに、ＯＰＥＲＡ（登録商標）ソフトウェアを用いた、抽出されたイオン・ビームレットのモデル化の結果を示す。図５Ａは、基板表面の位置におけるＯy方向のイオン密度分布を、２kVの抽出電圧、偏向電極に印加される０Vのバイアス電圧、及び非バイアスの抽出プレートについて示す。完全に分離された対称な２つのビームレットが存在し、それぞれがＯy方向に、５．２mmから９mmまで、及び−５．２mmから−９mmまでに及ぶ。これらのビームレットは、より大きいｙの値に向けて強度に偏り、大部分のビームは±８．８mmの付近で基板表面に当たる。図５Ｂに、ビームレット放出率、即ちＯy方向のビーム位置に対する角度ビーム特性を示す。図からわかるように、大部分のイオンは１３〜１７度の角度で基板表面に当たりこれらのイオンは〜１５度の平均角度及び〜４度の角度広がりを生じさせる。放出率曲線の方向性は、ビームレットが収束性であることを示している。図５Ｃに、図５Ａと同一の条件であるが−３００Vの偏向電極バイアス電圧についての、基板表面上のイオン密度分布を示す。この場合にも、２つの対称なビームレットが得られるが、これらは部分的に重なっている。これらのビームレットも基板の先端に向けて偏っているが、この場合、大部分のイオンは、それぞれ２．５〜３mm及び−２．５〜−３mmの間で基板に当たる。図５Ｄに示すビーム放射率は、この場合、イオンが２５〜３０度の角度で基板に当たることを示している。これらのビームレットもわずかに収束性であるが、大部分のイオンは３０度で表面に当たる。

【0021】

他の実施形態では、偏向電極または抽出プレートに印加するバイアス電圧を調整して、処理装置の開口を通して抽出されたイオンについて、イオンビーム軌跡、即ちイオン角度分布を制御することができる。特に、偏向電極電源が発生する第１バイアス電圧は、プラズマから抽出されたイオンの第１入射角を生成するように設定することができるのに対し、偏向電極電源が発生する第２の異なるバイアス電圧は、開口を通して抽出されたイオンの第１入射角とは異なる第２入射角を生成するように設定する。一部の実施形態では、偏向電極を単一電極とすることができ、この電極に単一のバイアス電極を印加するのに対し、他の実施形態では、偏向電極が複数の電極を構成することができ、これらの電極は互いに電気絶縁されて異なるバイアス電圧を受けることができる。

【0022】

図６Ａに、種々の実施形態による処理装置６００の一部分を形成する抽出システムの細部を示す。図示するように、この抽出システム（単独で図示せず）は、抽出プレート６０５及び偏向電極６０２を含み、偏向電極６０２は電気絶縁体６０３によって次の２つの偏向電極部分：偏向電極部分６０２ａ及び偏向電極部分６０２ｂに分離される。偏向電極６０２の各部分は、偏向電源６１５ａ、６１５ｂによって独立してバイアスをかけることができる。偏向電極電源６１５ａ、６１５ｂと偏向電極６０２との間の接続配線は、貫通電線６１６ａ及び６１６ｂを通してプラズマチャンバ６０９の内部に通すことができる。これらの貫通電線は、セラミックスリーブ（図示せず）によってプラズマ６０８から絶縁することもできる。抽出プレート６０５は、偏向電極６０２に近接して配置され、２つの絶縁体部分である外側部分６０６ａと６０６ｂ、及び２つの導電部分である内側部分６０７ａと６０７ｂから成る。各内側部分６０７ａ、６０７ｂは、それぞれの抽出プレート電源６１４ａ及び６１４ｂによって独立してバイアスをかけることができる。プラズマ６０８を点孤すると、一対のプラズマ・メニスカス６１０が、一方では偏向電極部分６０２ａと内側部分６０７ａとの間に形成され、他方では偏向電極部分６０２ｂと内側部分６０７ｂとの間に形成される。

【0023】

簡単に、図６Ｂ及び６Ｃに、単一の偏向電極−抽出プレート内側部分の対について、他のパラメータを一定に保ちつつ偏向電極バイアス電圧を変化させた際の、プラズマ・メニスカスの形状の変化を例示する。図示するように、内側部分６０７ｂと偏向電極部分６０２ｂとの間に形成されるメニスカス６１０は、バイアス電圧を変化させると大幅に変化することができる。こうした形状の変化は、曲率半径の変化を含むことができ、あるいは、偏向電極６０２と交差する垂直プレートに対するメニスカスの傾斜の変化を含むことができる。この変化は、プラズマ６０８から抽出されたイオンのイオン軌跡の角度の変化をもたらす。同様に、図６Ｄ及び６Ｅに、他のパラメータを一定に保ちつつ抽出プレート・バイアス電圧を変化させた際の、プラズマ・メニスカスの形状の変化を例示する。こうした形状の変化は、曲率半径の変化を含むことができ、あるいは、抽出プレートの先端を含む水平プレートに対するメニスカスの傾斜を含むことができる。このことは、プラズマ６０８から抽出されるイオンのイオン軌跡の角度の変化をもたらす。

【0024】

特定の実施形態では、偏向電極６０２のような偏向電極に印加する電圧を０v〜−５００Vに変化させることができる。負の電位により、プラズマシースが偏向電極表面の前方に展開する。このプラズマシースの厚さは次式：

【数1】

によって与えられ、ここに、Ｖは負のバイアス電位の絶対値であり、Ｔ_eは電子温度であり、λ_Dは次式：

【数2】

によって与えられるデバイ（Debye）長であり、ここに、ε₀は自由空間の誘電率であり、ｋ_Bはボルツマン定数であり、ｅは素電荷であり、ｎ_eは電子密度である。

【0025】

図６Ｂ〜Ｅに戻れば、図面を明瞭にするために、図６Ａに示す点線によって長方形領域を定める。図６Ｂでは、偏向電極部分６０２ｂに印加する電圧Ｖ_Bが第１の値を有し、この値は、図６Ｃにおいて偏向電極に印加する電圧Ｖ_Cよりも小さい。図６Ｂでは、プラズマシース６５０が比較的薄く、結果的なプラズマ・メニスカスは、その相手方の、図６Ｃ中に形成されるプラズマ・メニスカス６３２と比べれば、相対的に（水平Ｘ−Ｙ平面を基準として）より水平に傾斜している。このことは、平面Ｏxyに垂直な方向６６０に対する平均角度βを生じさせ、このことを、プラズマ６０８から抽出されるイオンビーム６４０のイオンについて示す。図６Ｃを参照すれば、電圧Ｖ_Cがより小さい負の値であるので、プラズマシース６５２が相対的により厚い。プラズマ６０８は、偏向電極部分６０２ｂに隣接した所で、相応に、プラズマチャンバ内のさらに遠くに押しやられる。その結果、プラズマ・メニスカス６３２の位置及び形状が変化して、より垂直に向いたプラズマ・メニスカス６３２が生じる。このことは、イオンビーム６４２のイオンについて、図６Ｂの平均角度βに比べてより大きなイオン平均角度χをもたらす。

【0026】

図６Ｄでは、内側部分６０７ｂに印加する電圧Ｖ_Dが、図６Ｅにおいて抽出プレートに印加する電圧Ｖ_Eよりも小さい第１の値を有する。図６Ｄでは、プラズマシース６５４が比較的薄く、結果的なプラズマ・メニスカス６３４が、その相手方の、図６Ｅ中に形成されるプラズマ・メニスカス６３６と比べれば、相対的に（水平Ｘ−Ｙ平面を基準として）より垂直に傾斜している。このことは、平面Ｏxyに垂直な方向６６０に対する平均角度δを生じさせ、このことを、プラズマ６０８から抽出されるイオンビーム６４４のイオンについて示す。図６Ｅを参照すれば、電圧Ｖ_Eがより小さい負の値であるので、プラズマシース６５６が相対的により厚い。プラズマ６０８は、内側部分６０７ｂに隣接した所で、相応に、プラズマチャンバ６０９（図６Ａ参照）内のさらに遠くに押しやられる。その結果、プラズマ・メニスカス６３６の位置及び形状が変化して、より水平に向いたプラズマ・メニスカス６３６が生じる。このことは、イオンビーム６４２のイオンについて、図６Ｄの平均角度δに比べてより小さなイオン平均角度εをもたらす。

【0027】

なお、一部の実現では、偏向電極６０２を次の２つの対称な偏向電極部分：偏向電極部分６０２ａ及び偏向電極部分６０２ｂで構成することができ、同様に、抽出プレート６０５は、次の２つの対称な部分：図６Ａに示す内側部分６０７ａ、内側部分６０７ｂを有することができる。このことは、図６Ａに示唆するように偏向電極６０２の互いに反対側の側面上に形成される対称なメニスカスの形成を生じさせることができる。従って、図６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、及び６Ｅのシナリオでは、イオンビーム６４０、６４２、６４４、及び６４６に加えて、上記垂直な方向６６０に対して−β、−χ、−δ、及び−εの平均角度を有する第２のイオンビーム（図示せず）を発生することができる。他の実施形態では、バイアス電源６１４ａと６１４ｂ及び６１５ａと６１５ｂによって駆動されるそれぞれのバイアス電圧を独立して制御することができる。このようにして、偏向電極部分６０２ａと内側部分６０７ａとの間に形成される第１メニスカスの形状及び配向を、偏向電極部分６０２ｂ及び内側部分６０７ｂによって決定される第２メニスカスと異ならせることができる。この場合、第１及び第２メニスカスから発生するビームレット毎に異なるイオン角度分布を得ることができる。偏向電極部分６０２ａ及び６０２ｂ上のバイアス電圧が同一であり、抽出プレート６０５の内側部分６０７ａ及び内側部分６０７ｂのバイアス電圧が同一であるが、これらは偏向電極のバイアス電圧とは必ずしも等しくない場合、処理装置６００は、平均角度θと−θ、及び同じ角度広がりΔθによって特徴付けられる２つの対称なビームレットを送り届けるように構成される。異なるイオン角度分布を得るために、バイアス電圧を次の異なる方法で設定することができる：偏向電極部分６０２ａ及び６０２ｂのみに（異なる電圧または等しい電圧の）バイアスをかけるか、抽出プレート６０５の内側部分６０７ａ及び内側部分６０７ｂのみに（異なる電圧または等しい電圧の）バイアスをかけるか、偏向電極部分６０２ａと偏向電極部分６０２ｂ、及び内側部分６０７ａと内側部分６０７ｂに共にバイアスをかけるか、あるいは抽出プレート・バイアスと偏向電極バイアスとの任意の組合せを適用するか、のいずれかを行う。

【0028】

なお、本実施形態では、偏向電極の（Ｙ−Ｚ平面内の）断面形状を、長方形、三角形、円形、楕円形、等のような、プラズマ・メニスカスの制御を行うのに適したあらゆる好都合な形状にすることができる。これに加えて、偏向電極はプラズマ源の内部またはプラズマ源の外側に配置することができる。

【0029】

図７Ａ〜Ｃは、平均角度、角度広がり、及びイオンビーム電流の測定値の実験結果を、図６Ａ〜６Ｅに関して上述したように抽出プレート開口と共に配置した偏向電極に印加したバイアス電圧の関数として示す。次の２つの特定条件：１keV及び３keVのイオンエネルギーを示す。偏向電極に印加したバイアス電圧は０〜−３３０Vの範囲である。抽出プレートにはバイアス電圧を印加していない。図７Ａから明らかなように、偏向電極に印加した減少する負のバイアス電圧の関数として、平均角度の直線的増加が生じている。このバイアス電圧範囲全体にわたって、１keVのイオンビーム・エネルギーについては平均ビーム角度が１５度から３６度まで変化し、３keVのイオンビーム・エネルギーについては１８度から２５度まで変化し、より大きな角度は（Ｚ軸に沿った）垂直入射からのより大きな角度偏差を表す。この変化は、それぞれ、１keVのビームエネルギーについてはバイアス電圧の１ボルト当たり０．０６度の平均角度の変化を表し、３keVのビームエネルギーについては、印加したバイアス電圧の１ボルト当たり０．０２度の平均角度の変化を表す。平均角度対バイアス電圧のこうした傾きの差は、抽出光学系の異なる静電設定の差に起因して現れ、３keVの抽出電圧（ビームエネルギー）では、電気力線が１keVの抽出電圧よりも深くプラズマ中に突出し、その結果、より高い抽出電圧では、バイアス電圧がプラズマ・メニスカスを形作ることが、より低い抽出電圧におけるよりも困難になる。従って、図６Ａ〜６Ｅの実施形態により構成された処理装置は、偏向電極に印加されるバイアスを容易に到達可能な電圧範囲全体にわたって変化させることによって、基板に指向されるイオンのイオンビーム入射角を調整するための好都合な方法を提供する。

【0030】

図６Ａ〜６Ｅによって示唆するように、プラズマ・メニスカスの配向の変化を生じさせ、これによりビーム角度の変化を生じさせることに加えて、偏向電極に印加する電圧の変化は、プラズマ・メニスカスの曲率を変化させることができる。こうした変化は、プラズマから抽出されるイオンの異なるイオン角度広がりを生じさせることができる。図７Ｂに示すように、バイアス電圧の絶対値が増加するに連れて、イオン角度分布はより狭まり、０のバイアス電圧における８度から−３３０ボルトにおける４〜５度に下がる。

【0031】

偏向電極バイアス電圧を変化させることによる角度分布特性の変化は、抽出されるイオンビーム電流の変化によって実現される。図７Ｃに示すように、バイアス電圧の絶対値が増加するに連れて、抽出されるイオンビーム電流は、それぞれ、３keVのイオンビーム・エネルギーの場合９mAから６mAまで単調減少し、１keVのイオンビーム・エネルギーの場合６mAから３mAまで単調減少する。この効果は、次の２つの物理現象：メニスカス面積の減少、及び偏向電極付近のイオン密度の減少の結果である。

【0032】

種々の追加的な実施形態では、偏向電極または抽出プレートに印加する電圧を、抽出ジオメトリのその場（in situ）調整と共に調整することができ、抽出ジオメトリは、とりわけ、偏向電極と開口との相対位置、開口の相対的サイズ、及び異なる偏向電極構成要素どうしの相対位置、及び異なる開口プレート構成要素どうしの相対位置を含む。

【0033】

特定実施形態では、偏向電極と抽出プレートとが相互動作して、偏向電極または開口プレートの移動のように、少なくとも１つの抽出構成要素を他の構成要素に対して移動させることによって、抽出されたイオンビームの入射角を調整することができる。一部の例では、偏向電極の移動が、偏向電極の第２部分に対する偏向電極の第１部分の移動を含むことができる。同様に、他の例では、開口プレートの移動が、開口プレートの第２部分に対する開口プレートの第１部分の移動を含むことができる。こうした移動の任意の組合せによって、イオン・ビームレットを抽出するために用いるメニスカスの形状またはサイズ、あるいはその両方を変更することができ、これにより入射角及び角度広がりを変更することができる。

【0034】

図８Ａ〜８Ｄに、異なる実施形態による処理装置内の異なる抽出構成要素の動作の例示を示す。これらの抽出構成要素は、これらの例示中の偏向電極及び開口プレートを含む。図８Ａには、処理装置８００の一部分を例示し、非導電性部分８０６ａと８０６ｂ、及び導電性の内側部分８０７ａと８０７ｂで構成される抽出プレート８０５を示す。抽出プレート８０５はプラズマ８０８に隣接して配置されている。偏向電極８０２は、内側部分８０７ａ及び８０７ｂによって規定される開口（単独で図示せず）に隣接して配置されている。本実施形態では、偏向電極８０２が、図示するデカルト座標系のＺ軸に平行な軸８０９に沿って移動可能である。この軸８０９は、抽出プレート８０５の平面を規定するＸ−Ｙ平面に直交する。従って、偏向電極８０２は抽出プレート８０５から離れるように移動するか、抽出プレート８０５に向かって移動することができる。一部の例では、偏向電極８０２を、抽出プレート８０５のさらに下方に移動するように構成することができる。図６Ａ〜６Ｄを参照して上述したように、偏向電極８０２、及び抽出プレート８０５の内側部分８０７ａと８０７ｂを電圧源（図示せず）に結合して、偏向電極８０２の電圧も抽出電極８０５の電圧も変化させることができる。

【0035】

図４Ａ及び４Ｂに関して上述したように、偏向電極の動きが、プラズマ８０８のようなプラズマから抽出されるイオンのイオン軌跡の変化を生じさせることができる。図８Ａの処理装置では、偏向電極８０２及び内側部分８０７ａ、８０７ｂに印加する電圧を一定のままにしつつ、偏向電極８０２を抽出電極８０５に対して移動させることができる。この動き自体が、プラズマ・メニスカス８１０及び８１１の形状を変化させることができる。しかし、他の実施形態では、偏向電極８０２または内側部分８０７ａ及び８０７ｂに印加する電圧を、軸８０９に沿った偏向電極８０２の移動と共に変化させることができる。このような偏向電極８０２の移動に伴う抽出構成要素に印加する電圧の結合変化は、プラズマ８０８から抽出されたイオンの平均イオン角度及びイオン角度分布に対する追加的制御を提供する。

【0036】

他の実施形態によれば、偏向電極を次の２つの部分：図８Ｂに示す偏向電極部分８２２ａ及び８２２ｂで構成することができる。図８Ｂには、処理装置８２０の一部分を例示し、非導電性部分８２６ａと８２６ｂ、及び導電性の内側部分８２７ａと８２７ｂで構成される抽出プレート８２５を示す。これらの部分は軸８２９に沿って独立して移動することができ、軸８２９はデカルト座標系のＯz軸に平行である。抽出プレート８２５の内側部分８２７ａ及び８２７ｂに対する偏向電極部分８２２ａ及び８２２ｂの相対位置を変化させることによって、プラズマ・メニスカス８３０及び８３１の形状を変化させて、抽出されるイオン・ビームレットの異なるイオン平均角度及び角度分布を生じさせることができる。これに加えて、偏向電極部分８２２ａ及び８２２ｂに印加するバイアス電圧、または内側部分８２７ａ及び８２７ｂに印加するバイアス電圧を、偏向電極部分８２２ａ及び８２２ｂの軸８２９に沿った移動と共に変化させることができる。このような偏向電極部分８２２ａ及び８２２ｂの移動に伴う抽出構成要素に印加するバイアス電圧の結合変化は、プラズマ８０８から抽出されるイオンの平均イオン角度及びイオン角度分布に対する追加的制御を提供する。

【0037】

図８Ｃに、抽出プレート８４５を含む処理装置８４０の例を提供し、抽出プレート８４５は、非導電性部分である外側部分８４６ａと８４６ｂ、及び導電性部分である内側部分８４７ａと８４７ｂで構成される。抽出プレートは独立して移動可能な部分を有し、外側部分８４６ａと内側部分８４７ａで構成される部分８５２、及び外側部分８４６ｂと内側部分８４７ｂで構成される部分８５４として示す。部分８５２及び部分８５４の各々は、Ｙ軸に平行に位置する軸８４９に沿って移動可能である。部分８５２及び８５４は、軸８４９に沿って互いに逆向きに移動させると、抽出プレート開口の幅を増加または減少させることができる。こうした幅の変化は、偏向電極８４２と抽出プレート８４５の内側部分８４７ａ及び８４７ｂのそれぞれとの間に形成されるプラズマ・メニスカス８５０及び８５１の形状及び位置を変化させる働きをする。

【0038】

図８Ｄに、処理装置８６０の他の実施形態を示し、ここでは抽出プレート８６６が独立して移動可能な部分を含み、部分８６３及び８６５として示す。部分８６３及び部分８６５の各々は、Ｚ軸に平行に位置する軸８６９に沿って移動可能である。図８Ｄに例示するように、この動きは、抽出プレート８６６が段違い構造を有することを可能にし、部分８６３及び８６５の互いに対する移動によって、これらの部分が異なる平面Ｐ１、Ｐ２内に配置され、各平面はＸ−Ｙ平面に平行にすることができる。抽出プレート８６６は、非導電性部分である外側部分８６７ａ及び８６７ｂを含む。抽出プレート８６６は、導電性部分である内側部分８６６ａ及び８６６ｂも含む。抽出プレート８６６は、さらに偏向電極８６２を含む。図示する例では、このことが、プラズマ・メニスカス８７０、８７１として示す２つの異なるプラズマ・メニスカスを生じさせ、これらは互いに形状が異なる。こうした形状の相違は、抽出電圧を印加した際にプラズマ８０８からプラズマ・メニスカス８７０、８７１を通して抽出されるイオンビーム（図示せず）の異なる平均角度を生成するために有効である。プラズマ・メニスカス８７１のように低い方の部分に隣接するプラズマ・メニスカスを、より垂直に配向させて、平面Ｐ２に垂直な方向からより大きな角度偏差を有する平均角度を生成することができることも特徴的である。種々の実施形態では、単一の処理システムが、図８Ａ〜８Ｄに示す種々の抽出構成要素の移動能力を含むことができる。従って、抽出システムは、抽出プレートに対する偏向電極の別個の部分の動き、並びに抽出プレートの別個の部分の互いに対する相対運動を、互いに直交する方向に提供することができる。

【0039】

種々の追加的実施形態では、抽出プレートが複数の開口を含むことができ、少なくとも１つの開口は偏向電極を含む。図９に、処理装置９００の一部分を示し、処理装置９００は、３つの開口９０４、９１４、及び９２４を設けた抽出プレート９１０を含む。偏向電極９０２、９１２、及び９２２は、それぞれ開口９０４、９１４、及び９２４に近接して配置される。種々の実施形態では、偏向電極９０２、９１２、及び９２２の各々に別個の電圧源を設けることができ、これらの電圧源は、簡単のため電圧Ｖ₁、Ｖ₂、及びＶ₃として示す電圧の独立制御を可能にする。抽出電圧をプラズマと基板９３０との間に印加すると、このことは、抽出プレート９１０がプラズマ９０８から３つの異なるイオンビーム集合９０６、９１６、及び９２６を同時に抽出することを可能にすることができ、図示するように、異なるイオンビーム集合間で平均角度が異なる。このことは、基板を軸９４０に沿って１回の通過ですべての開口９０４、９１４、９２４の下を走査する際に、異なる入射角を有するイオンを基板９３０に供給するために有用であり得る。なお、種々の追加的な実施形態では、複数開口の抽出プレートにおいて、それぞれの開口に対する偏向電極の位置、並びに開口の幅、及び異なる抽出プレート部分どうしのＺ軸に沿った相対位置を、図８Ａ〜８Ｄに強調表示するように調整可能にすることができる。

【0040】

図１０に、他の実施形態による処理装置１０００の一部分を示し、この部分は、３つの開口９０４、１０１４、及び１０２４を設けた抽出プレート９１０を含む。偏向電極９０２及び１０１２は、それぞれ開口９０４、１０１４に近接して配置され、偏向電極１０１２がプラズマチャンバ（図示せず）の外側に配置されること以外は図９の実施形態と同様である。偏向電極１０１２を開口１０１４の付近であるがプラズマチャンバの外側に配置することは、図２Ｂに示すように非常に大きな平均角度を有するイオンビーム１０１６の抽出を可能にする。さらに、本実施形態では、開口１０２４に近接して配置される偏向電極はない。この場合、単一のイオンビーム（イオンビーム１０２６）が開口１０２４から抽出される。開口１０２４のＹ方向に沿った幅に応じて、メニスカスの形状を変化させることができる。図１０に示す例では、プラズマ１００８から開口１０２４を通して抽出されるイオンビーム１０２６の結果的なイオン軌跡を、Ｚ軸に接近するように合わせて、イオンビーム１０２６がほぼ垂直な入射で基板９３０に当たるようにする。抽出プレート９１０によって提供されるイオン軌跡の組合せは、レリーフ（浮き彫り）の特徴１０１０のような基板の特定の特徴を処理するために有用である。図１０に示すように、処理装置１０００はイオンビーム９０６、１０１６、１０２６を発生し、基板９３０を軸９４０に沿って往復の通過で走査する際に、これらのイオンビームは、各レリーフの特徴１０１０の両側面１０３０、１０５０及び水平面１０４０に当たる。

【0041】

本発明は、本明細書に記載する特定実施形態によって範囲を限定されない。実際に、本発明の他の種々の実施形態、及び本発明の変形例は、本明細書に記載したものに加えて、以上の説明及び添付した図面より通常の当業者にとって明らかである。従って、こうした他の実施形態及び変形例は本発明の範囲内に入ることを意図している。さらに、本明細書では、本発明を特定環境における特定目的での特定の実現に関連して説明してきたが、その有用性はそれらに限定されず、本発明はいくつもの環境においていくつもの目的で有益に実現することができることは、通常の当業者の認める所である。従って、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書に記載した本発明の全幅及び全精神を考慮して解釈するべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5-1】

【図5-2】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10】