▶ バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッドの特許一覧
(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】2022-08-16
(45)【発行日】2022-08-24
(54)【発明の名称】高スループットイオンビーム処理のための抽出装置及びシステム
(51)【国際特許分類】
H01J 37/08 20060101AFI20220817BHJP
H01J 37/317 20060101ALI20220817BHJP
【ＦＩ】
H01J37/08
H01J37/317 Z
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2021514991
(86)(22)【出願日】2019-08-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-04
(86)【国際出願番号】 US2019046123
(87)【国際公開番号】W WO2020060693
(87)【国際公開日】2020-03-26
【審査請求日】2021-05-13
(31)【優先権主張番号】16/138,343
(32)【優先日】2018-09-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500324750
【氏名又は名称】バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ビロイウ， コステル
(72)【発明者】
【氏名】バロー， ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ブオノドノ， ジェームズ ピー．
【審査官】右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１７－５３３５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１１６４１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０１４０２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５１０９３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５２３９２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１７９４０９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ２７／０８
Ｈ０１Ｊ ３７／３１７
Ｈ０１Ｊ ３７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のイオンビームを抽出するためのイオン抽出光学系であって、第１の方向に沿って延在する切り欠き領域を画定する抽出プレート、
前記切り欠き領域と重なり合うように配置され、前記第１の方向に沿って、前記抽出プレートに対して摺動可能に移動することができる摺動可能なインサートであって、当該摺動可能なインサート及び前記切り欠き領域が、第１の開口及び第２の開口を画定する、摺動可能なインサート、及び
前記第１の開口の第１の部分と重なり合うように配置された第１のビームブロッカであって、当該第１のビームブロッカ及び前記第１の開口が、第１の抽出スリット及び第２の抽出スリットを画定する、第１のビームブロッカ
を備えている、イオン抽出光学系。
【請求項2】
前記抽出プレートが、第１の材料を含み、前記摺動可能なインサートが、前記第１の材料を含む、請求項１に記載のイオン抽出光学系。
【請求項3】
複数のイオンビームを抽出するためのイオン抽出光学系であって、
第１の方向に沿って延在する切り欠き領域を画定する抽出プレート、及び
前記切り欠き領域と重なり合うように配置され、前記第１の方向に沿って、前記抽出プレートに対して摺動可能に移動することができる摺動可能なインサートであって、当該摺動可能なインサート及び前記切り欠き領域が、第１の開口及び第２の開口を画定する、摺動可能なインサート
を備え、
前記抽出プレートが、前記切り欠き領域の第１の縁及び前記切り欠き領域の第２の縁に配置された一対の凹部を備え、前記一対の凹部が、前記摺動可能なインサートを受け入れるように配置され、前記摺動可能なインサート及び前記抽出プレートが、前記イオン抽出光学系の外側の共通平面に配置される、イオン抽出光学系。
【請求項4】
前記摺動可能なインサートが、前記一対の凹部に隣り合って配置された複数の細長いスロットをさらに含み、前記イオン抽出光学系が、一対の連結器をさらに含み、前記一対の連結器が、一対の前記細長いスロットのそれぞれの中に配置され、前記摺動可能なインサートを前記抽出プレートに機械的に連結する、請求項３に記載のイオン抽出光学系。
【請求項5】
前記第２の開口の第２の部分と重なり合うように配置された第２のビームブロッカであって、当該第２のビームブロッカ及び前記第２の開口が、第３の抽出スリット及び第４の抽出スリットを画定する、第２のビームブロッカをさらに備えている、請求項１に記載のイオン抽出光学系。
【請求項6】
弾性取り付けアセンブリをさらに備え、前記弾性取り付けアセンブリが、前記第１のビームブロッカ及び前記第２のビームブロッカを前記抽出プレートに連結する複数の弾性マウントを備えている、請求項５に記載のイオン抽出光学系。
【請求項7】
前記第１のビームブロッカ及び前記第２のビームブロッカが、前記抽出プレートの第１の側に配置され、前記摺動可能なインサートが、前記第１の側とは反対側の前記抽出プレートの第２の側に配置される、請求項５に記載のイオン抽出光学系。
【請求項8】
前記第１のビームブロッカ及び前記第２のビームブロッカが、前記抽出プレートの前記第１の側に面する凹面形状の断面を備えている、請求項７に記載のイオン抽出光学系。
【請求項9】
前記抽出プレートが、導電性材料を含み、前記第１のビームブロッカ及び前記第２のビームブロッカが、電気絶縁体を含む、請求項５に記載のイオン抽出光学系。
【請求項10】
処理装置であって、プラズマを収容するように配置されたプラズマチャンバ、
前記プラズマチャンバの側部に沿って配置された抽出プレートであって、切り欠き領域を画定する抽出プレート、
摺動可能なインサートであって、当該摺動可能なインサートが、前記切り欠き領域と重なり合うように配置され、第１の方向に沿って延在し、前記第１の方向に沿って摺動可能に移動することができ、当該摺動可能なインサート及び前記切り欠き領域が、第１の開口及び第２の開口を画定する、摺動可能なインサート、
前記第１の開口と重なり合うように配置された第１のビームブロッカであって、前記第１のビームブロッカ及び前記第１の開口が、第１の抽出スリット及び第２の抽出スリットを画定する、第１のビームブロッカ、並びに
前記第２の開口と重なり合うように配置された第２のビームブロッカであって、当該第２のビームブロッカ及び前記第２の開口が、第３の抽出スリット及び第４の抽出スリットを画定する、第２のビームブロッカ
を備えている、処理装置。
【請求項11】
前記抽出プレートが、前記切り欠き領域の第１の縁及び前記切り欠き領域の第２の縁に配置された一対の凹部を備え、前記一対の凹部が、前記摺動可能なインサートを受け入れるように配置され、前記摺動可能なインサート及び前記抽出プレートが、共通平面に配置される、請求項１０に記載の処理装置。
【請求項12】
前記第１の開口の第１の部分と重なり合うように配置された第１のビームブロッカであって、当該第１のビームブロッカ及び前記第１の開口が、第１の抽出スリット及び第２の抽出スリットを画定する、第１のビームブロッカ、並びに前記第２の開口の第２の部分と重なり合うように配置された第２のビームブロッカであって、当該第２のビームブロッカ及び前記第２の開口が、第３の抽出スリット及び第４の抽出スリットを画定する、第２のビームブロッカ
をさらに備えている、請求項１０に記載の処理装置。
【請求項13】
前記第１のビームブロッカ及び前記第２のビームブロッカが、前記抽出プレートの第１の側に面する凹面形状の断面を備え、前記第１の側が、前記プラズマチャンバに隣接する、請求項１０に記載の処理装置。
【請求項14】
複数のイオンビームを抽出するためのイオン抽出光学系であって、第１の方向に沿って延在する切り欠き領域を画定する抽出プレート、
前記切り欠き領域と重なり合うように配置され、前記第１の方向に沿って、前記抽出プレートに対して摺動可能に移動することができるＮ個の摺動可能なインサートであって、当該Ｎ個の摺動可能インサートが、前記切り欠き領域内においてＮ＋１個の抽出開口を画定し、Ｎは整数である、Ｎ個の摺動可能なインサート、及び
前記Ｎ＋１個の抽出開口と重なり合うように配置され、２（Ｎ＋１）個の抽出スリットを画定するＮ＋１個のビームブロッカ
を備えている、イオン抽出光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本実施形態は、処理装置に関し、より具体的には、プラズマからイオンを抽出するための改善された装置に関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］基板をイオンで処理するために使用される公知の装置には、ビームライン注入器、及びプラズマ浸漬イオン注入ツールが含まれる。これらのアプローチは、一定の範囲のエネルギーにわたってイオンを注入するのに適している。ビームラインイオン注入器では、イオンは、源から抽出され、質量分析され、次いで基板表面に移送される。プラズマ浸漬イオン注入器では、基板は、プラズマが生成されるチャンバと同じチャンバ内に、プラズマに隣接して配置される。基板は、プラズマに対して負電位に設定され、基板の前でプラズマシースを通過するイオンは、垂直入射角で基板に衝突する。
【0003】
［０００３］最近、抽出イオン角度分布（ｉｏｎ ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ：ＩＡＤ）の制御を容易にする新しい処理装置が開発された。この装置では、イオンがプラズマチャンバから抽出される。基板は、このプラズマチャンバに近接して配置される。イオンは、プラズマに近接して配置されたイオン抽出光学系の中に配置された特殊な形状の抽出開口を通して抽出される。制御可能で均一な特性を有するイオンビームを抽出するために、イオンがプラズマから抽出されたときにリボンビームの形状を有するイオンビームが生成されるように、抽出開口を延在させてもよい。例えば、リボンビームは、数ミリメートル程度の短い寸法と、１０センチメートルから５０センチメートル程度の長い寸法とを有する断面を有し得る。基板をリボンビームに曝露し、短い寸法に平行な方向に沿って、基板を抽出開口に対して走査することによって、大型基板（例えば、３００ｍｍウエハ）全体がリボンビームに曝露され得る。
【0004】
［０００４］このような装置では、基板を目標投与量のイオンに曝露するためには、基板が適切な速度で抽出開口に対して走査され得る。これにより、所与のリボンビームのイオン密度及びリボンビームのサイズで、基板の各部分が目標投与量を受けることが可能となる。したがって、基板処理のスループットは、短い寸法に沿った抽出開口のサイズ、及びリボンビームを生成するプラズマチャンバのプラズマ密度又はイオン密度によって制限され得る。原則として、基板に供給されるリボンビームのイオンビーム電流は、パラメータ値（例えば、プラズマに供給される電力）の増加によって増大させることができるが、電力の増大は、プラズマ密度を増大させ、その結果、リボンビームのビーム特性（例えば、イオンの入射角又はイオンの入射角度分布）を望ましくない程度に変化させることがある。同様に、原則的には、開口の短い寸法に沿った開口サイズを増大させてもよいが、短い寸法を数ミリメートルから数センチメートルに拡大させた場合、リボンビームの形状を操作且つ制御する能力は実用的でない恐れがある。これらの検討事項及びその他の検討事項に関連して本開示が提供される。
【発明の概要】
【0005】
［０００５］一実施形態では、複数のイオンビームを抽出するためのイオン抽出光学系が提供される。イオン抽出光学系は、抽出プレートを含み得、抽出プレートは、切り欠き領域を画定し、切り欠き領域は、第１の方向に沿って延在する。イオン抽出光学系は、摺動可能なインサートを含み得、摺動可能なインサートは、切り欠き領域と重なり合うように配置され、第１の方向に沿って、抽出プレートに対して摺動可能に移動することができ、摺動可能なインサート及び切り欠き領域は、第１の開口及び第２の開口を画定する。
【0006】
［０００６］別の実施形態では、処理装置は、プラズマを収容するように配置されたプラズマチャンバ、及びプラズマチャンバの側部に沿って配置された抽出プレートを含み得、抽出プレートは、切り欠き領域を画定する。処理装置は、摺動可能なインサートを含み得、摺動可能なインサートは、切り欠き領域と重なり合うように配置され、第１の方向に沿って伸長され、第１の方向に沿って摺動可能に移動することができ、摺動可能なインサート及び切り欠き領域は、第１の開口及び第２の開口を画定する。処理装置は、第１の開口と重なり合うように配置された第１のビームブロッカをさらに含み得、第１のビームブロッカ及び第１の開口は、第１の抽出スリット及び第２の抽出スリットを画定する。処理装置は、第２の開口と重なり合うように配置された第２のビームブロッカをさらに含み得、第２のビームブロッカ及び第２の開口は、第３の抽出スリット及び第４の抽出スリットを画定する。
【0007】
［０００７］さらなる実施形態では、複数のイオンビームを抽出するためのイオン抽出光学系が提供される。イオン抽出光学系は、抽出プレートを含み得、抽出プレートは、切り欠き領域を画定し、切り欠き領域は、第１の方向に沿って延在する。イオン抽出光学系は、Ｎ個の摺動可能インサートをさらに含み得、Ｎ個の摺動可能インサートは、切り欠き領域と重なり合うように配置され、第１の方向に沿って、抽出プレートに対して摺動可能に移動することができ、切り欠き領域内においてＮ＋１個の抽出開口を画定する。ここで、Ｎは整数である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の様々な実施形態に係る、処理装置のブロック図を側面図で示す。
【図2A】本開示の実施形態に係る、イオン抽出光学系の変形例の平面図を示す。
【図2C】本開示の実施形態に係る、イオン抽出光学系の一部の断面斜視図を示す。
【図2D】本開示の実施形態に係る、摺動可能なインサートの斜視図を示す。
【図4】公知の種々の抽出配置構造に対するプラズマ電力の関数として、抽出されたビーム電流を示す種々の曲線を示す。
【図5】種々の抽出配置構造に対するプラズマ電力の関数として、抽出されたイオンビームの入射角の変化を示すグラフである。
【図6A】１つのイオン抽出光学形構成を使用して観察された長手方向の電流の均一性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
［００１９］本明細書に記載された実施形態は、リボンビームを使用して、基板を高スループットイオン処理するための装置及び方法を提供する。本実施形態は、電流の空間的均一性、及びイオンビーム角度分布特性を保ちながら、イオン電流を増加させるように、プラズマからイオンビームを生成するための新規な抽出システムを提供する。
【0010】
［００２０］本明細書で使用される「入射角（ａｎｇｌｅ ｏｆ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）」という用語は、基板表面上の法線に対するイオンビームのイオン群の平均入射角を指し得る。「角度広がり（ａｎｇｕｌａｒ ｓｐｒｅａｄ）」という用語は、略して、平均角度を中心とした分布の幅又は入射角の範囲を指し得る。本明細書に開示される実施形態では、新規な抽出システムは、他のパラメータ（イオンビームの入射角又は角度広がり）に影響を及ぼさずに、リボンビーム構成のプラズマから抽出されたイオン電流を増加させることができる。
【0011】
［００２１］図１は、本開示の実施形態に係る、処理装置１００を示す。処理装置１００は、プラズマチャンバ１０２内にプラズマ１０３を生成するためのプラズマチャンバ１０２からなるプラズマ源を含む。プラズマチャンバ１０２は、プラズマ源（例えば、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源、間接加熱カソード（ＩＨＣ）源、グロー放電源、又は当業者に公知の他のプラズマ源）の一部として機能し得る。この特定の実施形態では、プラズマ源は、ＩＣＰ源である。このＩＣＰ源では、ＲＦ発生器１０５からの電力が、ＲＦ整合ネットワーク１０７を介してプラズマに結合する。ＲＦ発生器からガス原子及び／又は分子へのＲＦ電力の伝達は、アンテナ１０６及び誘電体ウィンドウ（図示せず）を介して行われる。ガスマニホールド１０９が、適切なガスライン及びガス注入口を通してプラズマチャンバ１０２に接続される。処理装置１００のプラズマチャンバ１０２又は他の構成要素は、さらに真空システム（図示せず）（例えば、回転ポンプ又は膜ポンプによって支えられたターボ分子ポンプ）に接続されてもよい。プラズマチャンバ１０２は、チャンバ壁によって画定される。プラズマチャンバ１０２は、処理チャンバ１０４に隣接して配置され得、絶縁体１１７によって電気的に絶縁され得る。処理チャンバ１０４は、基板ホルダ１１４及び基板１１６を含む。プラズマチャンバ１０２は、バイアス電圧供給部１１２を使用して、基板ホルダ１１４及び処理チャンバ１０４に対してバイアスされ得る。例えば、基板ホルダ１１４、基板１１６、及び処理チャンバ１０４が接地されている間、プラズマチャンバ１０２は、高電圧（例えば、＋１０００Ｖ）に保持され得る。代替的に、プラズマチャンバ１０２が接地されている間、基板ホルダ１１４が負電位に保持されてもよい。バイアス電圧供給部１１２と基板ホルダ１１４との間の電気的接続は、電気フィードスルー１１８を介して達成される。これらの場合では、正イオンがプラズマ１０３から抽出され、プラズマチャンバ１０２と基板ホルダ１１４との間の電圧差に比例したイオンエネルギーで基板１１６に向けられ得る。
【0012】
［００２２］イオン抽出光学系１２０は、図１に示すように、プラズマチャンバ１０２の側部に沿って配置され得る。図１では、イオン抽出光学系１２０は、プラズマチャンバ１０２の底部に配置され、水平面において延在する。幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ１０２は、処理チャンバ１０４の側部に配置されてもよく、イオン抽出光学系は、プラズマチャンバ１０２の垂直側部に沿って配置される。特に、イオン抽出光学系１２０は、プラズマチャンバ１０２と処理チャンバ１０４との間に配置される。イオン抽出光学系１２０は、場合によっては、プラズマチャンバ若しくは処理チャンバ、又はその両方のチャンバ壁の一部を画定し得る。イオン抽出光学系１２０は、開口を含む。この開口を通して、イオンが、イオンビームとして抽出され、基板ホルダ１１４によって保持された基板１１６に方向付けられ得る。
【0013】
［００２３］様々な実施形態では、基板ホルダ１１４は、駆動部（図示せず）に連結され得る。この駆動部は、図示の直交座標系のＹ軸に平行な方向に沿って、基板ホルダ１１４を移動させるように構成されている。さらなる実施形態では、基板ホルダ１１４は、Ｘ軸、Ｚ軸、又はその両方に平行な方向に沿って移動可能であり得る。この移動は、処理装置１００に２つの自由度をもたらす。すなわち、この移動は、抽出開口に対する基板の相対位置の変更を可能にし、基板１１６が開口に対して走査されることを可能にし、その結果、幾つかの例では、イオンが、基板１１６の表面全体に供給され得る。様々な実施形態では、基板ホルダ１１４は、小さな増分（例えば、１度の増分）でＺ軸の周りを回転することができるので、処理の均一性をさらに改善することができる。
【0014】
［００２４］様々な追加の実施形態では、以下に詳述するように、イオン抽出光学系１２０は、複数のイオンビームを画定する個々の部分を含み得る。様々な実施形態では、イオン抽出光学系１２０は、（図１の平面内で）Ｘ方向に沿って延在する複数の抽出スリットを画定する。これらの抽出スリットは、Ｘ方向に沿って延在し、且つ設計特性（例えば、イオンエネルギー、イオン電流密度、Ｚ軸に対する設計入射角、及び設計角度広がり）を有する複数のリボンビームを画定する。以下に詳述するように、複数の抽出スリット（例えば、４つ以上のスリット）を設けることにより、他のビーム特性に影響を与えずに、基板１１６に供給されるイオン電流を増加させることができる。
【0015】
［００２５］図１にさらに示すように、イオン抽出光学系１２０は、抽出プレート１２２、及び摺動可能なインサート１２６を含み得る。特定の実施形態では、イオン抽出光学系１２０は、抽出プレート１２２及び摺動可能なインサート１２６によって画定される開口に近接して配置される第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂをさらに含み得るが、これらについては、以下でさらに詳述する。様々な実施形態によれば、図１の構成では、抽出プレート１２２、摺動可能なインサート１２６、第１のビームブロッカ１２４Ａ、及び第２のビームブロッカ１２４Ｂは、４つの抽出スリットを画定し得る。これらの４つの抽出スリットは、図１でイオンビーム１３０として示される４つの異なるリボンビームを生成することができる。抽出プレート１２２、摺動可能なインサート１２６、第１のビームブロッカ１２４Ａ、及び第２のビームブロッカ１２４Ｂを慎重に配置することにより、イオンビーム１３０の安定した動作を維持しながら、基板１１６の処理のための増大したスループットを得ることができる。
【0016】
［００２６］次に図２Ａを参照すると、本開示の実施形態に係る、イオン抽出光学系１２０の変形例の平面図が示されている。図２Ａの図は、プラズマチャンバ１０２に対向する処理チャンバ１０４の視点で示されている。図示されるように、抽出プレート１２２は、切り欠き領域１２８を含む。ここでは、切り欠き領域１２８は、第１の方向に沿って（この場合、Ｘ軸に沿って）延在している。切り欠き領域１２８は、切り欠き領域１２８の長さとほぼ同じ長さ（例えば、１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４００ｍｍ）を有するイオンビームを生成する程度まで延在してもよい。実施形態は、この文脈に限定されない。切り欠き領域１２８は、図示されるように、第１の方向に垂直な第２の方向に沿った（例えば、Ｙ軸に沿った）幅を有するようにさらに配置され得る。Ｙ軸に沿った切り欠き領域１２８の幅は、プラズマチャンバ１０２内の均一なプラズマの領域と重なり合う大きさの占有面積を生成するように設計され得る。言い換えれば、切り欠き領域１２８は、プラズマチャンバ１０２の側部の中央に配置されてもよく、Ｙ軸に沿った切り欠き領域１２８の幅は、プラズマがＹ軸に沿って均一である領域の幅以下である。このようにして、複数のイオンビームが、切り欠き領域１２８から抽出され得る。切り欠き領域１２８では、種々のイオンビーム間においてイオン電流密度及び角度特性の差がない。
【0017】
［００２７］図２Ａにさらに示されるように、摺動可能インサート１２６は、切り欠き領域１２８と重なり合うように配置されるが、さらにＸ軸に沿って切り欠き領域１２８を越えて延在する。このようにして、摺動可能なインサート１２６及び切り取り領域１２８は、第１の開口１３２及び第２の開口１３４を画定する。幾つかの実施形態では、摺動可能なインサート１２６は、互いに等しいサイズとなるよう第１の開口１３２及び第２の開口１３４を生成するように配置され得る。以下でより詳細に説明するように、摺動可能なインサート１２６は、抽出プレート１２２に対して独立して移動可能であり得る。具体的には、摺動可能なインサート１２６は、抽出プレート１２２に対して摺動可能に移動することができる。以下に説明するように、イオン抽出光学系１２０を使用してイオンビームを生成するために処理装置が稼働している間、摺動可能なインサート１２６が抽出プレート１２２に対してＸ方向に移動するように、摺動可能なインサート１２６は拡大又は収縮し得る。幾つかの動作条件下では、５００ｍｍ長の型の摺動可能なインサート１２６の場合、摺動可能なインサート１２６のこの拡大又は移動は、１ｍｍ以下などの小スケールで起こり得るが、このような移動は、他の状況では摺動可能なインサート１２６が抽出プレート１２２にしっかりと連結された場合に発生する局所的な熱応力を緩和することができる。
【0018】
［００２８］様々な実施形態では、抽出プレート１２２及び摺動可能なインサート１２６は、導電性材料（例えば、金属、グラファイト、又は他の導体）から作製され得る。抽出プレート１２２が第１の材料から作製される様々な実施形態によれば、摺動可能なインサート１２６は、第１の材料、又は第１の材料とは異なる第２の材料から作製されてもよい。
【0019】
［００２９］図２Ｂを参照すると、処理チャンバ１０４の視点から、再びイオン抽出光学系１２０の斜視図が示されている。この実施例では、第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂが所定の位置にある。図２Ａも参照すると、第１のビームブロッカ１２４Ａは、第１の開口１３２の第１の部分と重なり合うように配置され、第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第１の開口１３２は、第１の抽出スリット１４２Ａ及び第２の抽出スリット１４２Ｂを画定する。同様に、第２のビームブロッカ１２４Ｂは、第２の開口１３４の第２の部分と重なり合うように配置され、第２のビームブロッカ１２４Ｂ及び第２の開口１３４は、第３の抽出スリット１４２Ｃ及び第４の抽出スリット１４２Ｄを画定する。幾つかの例では、抽出スリット（１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ、及び１４２Ｄ）の個々の幅は、およそ数ミリメートル、１ミリメートル、又は１ミリメートル未満であってもよく、抽出スリットの長さは、およそ数十センチメートルであってもよい。したがって、抽出スリットは、プラズマチャンバ１０２から非常に狭いリボンビームを抽出することができる細長い開口を画定し得る。
【0020】
［００３０］さらに図２Ｃを見ると、プラズマチャンバ１０２の視点から、イオン抽出光学系１２０の一部の断面斜視図が示される。図示のように、第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂは、抽出プレート１２２のプラズマチャンバ側に配置され得、抽出プレート１２２の第１の側（プラズマチャンバ側）に面する凹面形状の断面を有し得る。稼働中に第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂの熱膨張に対応するために、第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂは、弾性取り付け具１２５を使用して抽出プレート１２２に取り付けられ得る。第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂの凹面形状は、静電ポテンシャル電気力線（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｌｉｎｅｓ）を形成し、第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂが抽出プレート１２２に対して個々にバイアス可能である実施形態において、イオン抽出光学系１２０を通して抽出されたイオンビームの入射角及び角度広がりの制御を容易にする。第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂは、電気伝導体であってもよいが、幾つかの実施形態では、第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂは、電気絶縁体である。
【0021】
［００３１］様々な実施形態では、摺動可能なインサート１２６の熱膨張に対応するために、抽出プレート１２２は、一対の凹部を含み得る。図２Ｄは、１つの凹部、すなわち凹部１４４を斜視図で示す。幾つかの実施形態では、凹部１４４は、抽出プレート１２２の処理チャンバ側に配置され得る。凹部１４４によって表される一対の凹部は、切り欠き領域１２８の第１の側１２８Ａ、及び切り欠き領域１２８の第２の側１２８Ｂに配置され得る。ここで、凹部１４４は、摺動可能なインサート１２６を受け入れるように配置される。凹部１４４は、Ｙ方向に沿った、摺動可能なインサート１２６の幅よりもわずかに大きな幅を有する細長いスロットとして構成され得る。
【0022】
［００３２］様々な実施形態によれば、摺動可能なインサート１２６は、凹部１４４に隣り合って配置された、図では細長いスロット１４６として示される一対の細長いスロットを含み得る。これは、一対の細長いスロットが、抽出プレート１２２内において、凹部１４４の少なくとも一部と重なり合うように、摺動可能なインサート１２６の縁に向けて配置されることを意味する。イオン抽出光学系１２０は、連結器１４８として示される一対の連結器をさらに含み得る。連結器１４８は、細長いスロット１４６内に配置され、摺動可能インサート１２６を抽出プレート１２２に機械的に連結する。一実施例では、連結器は、肩付きねじのような構成要素によって両端が所定位置に保持された位置合わせピンであってもよい。連結器１４８及び細長いスロット１４６の機能は、摺動可能なインサート１２６を抽出プレート１２２に近接させて保持しながら、摺動可能なインサート１２６の抽出プレート１２２に対する相対的移動を可能にすることである。幾つかの実施形態では、摺動可能インサート１２６及び抽出プレート１２２は、共通平面（Ｘ－Ｙ平面）（例えば、イオン抽出光学系１２０の外側（処理チャンバ側）に配置され得る。
【0023】
［００３３］図３Ａを参照すると、イオン抽出光学系１２０の一変形例の断面図が示されており、様々な幾何学的特徴が示される。幾つかの実施形態によれば、Ｙ方向に沿った摺動可能なインサート１２６の幅Ｓ、並びに第１のビームブロッカ１２４Ａ及び第２のビームブロッカ１２４Ｂの深さＤは、図示されるように、ビームブロッカ間でプラズマ１０３の進入を容易にするように配置され得る。例えば、摺動可能インサート１２６の幅Ｓは、２０ｍｍであってもよいが、深さＤは、１０ｍｍであってもよく、図示のように、プラズマシース縁部の輪郭（破線）が、ビームブロッカ及び摺動可能なインサート１２６に密接に沿うことを可能にする。同時に、摺動可能なインサートの幅Ｓとビームブロッカの幅Ｗの倍の値との和に等しい占有エリアＦを許容可能な値に維持することができ、その結果、プラズマ１０３のプラズマ密度は、Ｙ方向に沿った占有エリアＦにわたって変化しない。例えば、幾つかの非限定的な実施形態では、幅Ｗは、２０ｍｍになるように構成されてもよいが、摺動可能なインサート１２６の幅Ｓは、２０ｍｍと３０ｍｍとの間であってもよく、それにより、６０ｍｍから７０ｍｍの占有エリアが生じる。この構成により、様々な抽出スリットにおいて同じプラズマ密度が保証されるので、種々の抽出スリットから抽出されるイオンビーム電流は、抽出スリットごとにほぼ同じである。さらに、６０ｍｍというコンパクトな占有エリアにより、基板１１６の所与の領域が、過度に移動することなく、４つの抽出スリットから抽出される４つのイオンビームのすべてに確実に曝露され得る。一例として、基板の幅（３００ｍｍ）＋占有エリアＦの幅（６０ｍｍ）、又は３６０ｍｍに等しい総走査距離にわたって、基板を抽出プレート１２２に対してＹ軸に沿って走査することにより、３００ｍｍの基板は、イオン抽出光学系１２０から抽出された種々のイオンビームに完全に曝露され得る。このコンパクトな幾何学的形状により、処理チャンバ１０４のサイズを許容可能なサイズに維持することができる。なぜならば、処理チャンバ１０４を、基板のサイズ、及び総走査距離に対応するような大きさにすることができるからである。
【0024】
［００３４］図４及び図５を参照すると、本実施形態の処理上の利点を強調する実験データが示されている。図４では、２つの抽出スリット（２ｓｌ）を有する既知の抽出装置、及び４つの抽出スリット（４ｓｌ）を有する本実施形態に係る抽出アセンブリに関して、プラズマ電力の関数としての抽出ビーム電流を示す様々な曲線が示されている。各構成は、３つの異なる抽出電圧（１．５ｋＶから２．５ｋＶ）について示されている。図示されるように、抽出されたビームの電流は、増大する抽出電圧のより弱い関数であり、増大するプラズマ電力のより強い関数である。特に、ほとんどの条件において、本実施形態の４スリット構成は、２スリット構成で抽出される電流の２倍以上の電流をもたらす。
【0025】
［００３５］本実施形態の４スリット構成を用いて生成される抽出ビーム電流の所与のレベルは、原理的には、プラズマ電力の増加（２ｓｌの２．５ｋＷと４ｓｌの１．０ｋＷとの比較）によって、既知の２スリット構成によって達成することができるが、増加したプラズマ電力は、他のビームパラメータに望ましくない変化を引き起こすことがある。図５は、２スリット構成、及び本実施形態の４スリット構成の一般的な抽出スリット形状に対するプラズマ電力の関数として、抽出されたイオンビームの入射角（基板平面又は抽出プレートの平面に対する法線に対する、すなわち、図のＺ軸に対する入射角）を示すグラフである。
【0026】
［００３６］さらに図３Ｂを見ると、抽出スリットを通して抽出された、イオンビーム１３０として示されている一連のイオンビームを含む、図３Ａの構成の抽出幾何形状が示されている。図示のように、イオンビーム１３０は、基板平面（Ｘ－Ｙ）軸に対する垂直線に対して非ゼロ入射角θ（＋／－）を形成する。所与の条件についての非ゼロ入射角の絶対値は、ビームブロッカ及び抽出プレートの厳密な構成を変えることによって変更することができるが、非ゼロ入射角の値の変化は、図５に示すように、概して、プラズマ電力に感度の高い関数（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。図５の異なる実験データについては、０．５ｋＷでのθの平均値は、約２０度であるが、２．５ｋＷでのθの平均値は、わずか５度である。４つの抽出スリットを設けることによって、０．５ｋＷで２０ｍＡの電流を達成することができ、２０度の入射角を維持することが可能である。この幾何学的形状は、基板のフィーチャ（例えば、トレンチ又は側壁）を処理するのに有用であり得る。既知の２スリット構成では、０．５ｋＷの電力ではたった８ｍＡしか発生させず、処理スループットは半分以上減少する。例えば、１．５ｋＶの抽出電圧について、２２．５度の角度では、本実施形態の４スリット形状及び２スリット形状に観察されたビーム電流は、それぞれ、２８ｍＡ及び１２ｍＡであった。さらに、本実施形態の４スリット形状では、入射角のスリット間角可変性は、２．５度未満であったが、角度広がりは、デュアルスリット構成よりも狭く（～５度対～７度）、抽出イオンビーム電流の増加と共に減少した。全体的なビーム電流の均一性は、２スリット構成と４スリット構成との間の変更に影響されず、影響は１％未満であった。
【0027】
［００３７］本実施形態のコンパクトな形状から生じる１つの問題は、第１の開口１３２を第２の開口１３４から分離する材料の幅が比較的狭いことである。とりわけ、本発明者らは、第１の開口１３２及び第２の開口１３４が一体型の抽出プレートから形成される構成において、種々の処理条件の影響を調べてきた。言い換えると、第１の開口１３２及び第２の開口１３４を画定するために、摺動可能なインサート１２６を使用するよりも、第１の開口１３２と第２の開口１３４との間の材料が、第１の開口１３２及び第２の開口１３４の外側に延在する共通プレートにおいて形成され得る。
【0028】
［００３８］図６Ａは、図２Ａ及び図２Ｂに概ね示されたイオン抽出光学系構成を用いて観察された長手方向の電流の均一性を示すグラフであるが、抽出プレート１２２は、摺動可能インサート１２６の代わりに、抽出プレートの一部を形成する中間部分を含む一体型プレートである。電流は、抽出スリットの長手方向のＸ軸に沿って測定される。図６Ａの実施例は、２．５ｋＷのプラズマ電力について示されている。図示されるように、ビーム電流の顕著なたるみが、抽出開口の中央に向かって生じる。
【0029】
［００３９］図６Ｂは、２．５ｋＷのプラズマ電力において、摺動可能なインサート１２６を備えるように本実施形態に従って配置された、図２Ａ及び図２Ｂに概ね示されたイオン抽出光学系構成を使用して観察された長手方向の電流の均一性を示すグラフである。この実施例では、長手方向の電流の均一性は、図６Ａの実施例と比較して遙かに均一である。任意の特定の理論に縛られるわけではないが、領域（抽出開口間の中央ストリップ）内の材料の温度分布は、種々の電力条件及び材料（例えば、グラファイト及びチタン）についてシミュレートされている。とりわけ、温度は、抽出開口の縁に向かって位置する材料とは対照的に、抽出開口の中心領域に向かって（Ｘ方向に沿って）位置する材料において数十度より高くなり、これが中央ストリップの機械的変形をもたらし得る。このような変形は、Ｘ方向に沿った抽出スリットの形状を局所的に変化させ、図示のように不均一な電流分布をもたらし得る。本実施形態は、可動インサートを設けることによって、可動インサートがＸ方向に沿って自由に膨張するので、他の状況ではＸ方向に沿った温度の不均一性から生じ得る任意の機械的変形を緩和することで、この問題に対処する。
【0030】
［００４０］前述の実施形態は、４スリット構成に注目するが、さらなる実施形態では、６スリット構成及び８スリット構成が可能である。例えば、２つの摺動可能なインサートが共通の切り欠き領域に配置されて３つの抽出開口を画定する６スリット構成を実現することができる。したがって、３つのビームブロッカのそれぞれが、３つの抽出開口のそれぞれと重なり合うように配置されてもよく、図１及び図２Ｂに概して示されるように、所与のビームブロッカが、抽出開口と共に一対の抽出スリットを画定し得る。同様に、共通の切り欠き領域に３つの摺動可能なインサートを配置して、４つのビームブロッカと対になった４つの抽出開口を画定することによって、８スリット構成を実現することができる。概して、本実施形態に係るマルチスリットイオン抽出光学系は、１つの切り抜き領域、Ｎ個の摺動可能なインサート、及びＮ＋１個のビームブロッカを使用して構成することができ、抽出スリットの数は、２（Ｎ＋１）に等しい。同様に、この構成は、Ｎ対の凹部、Ｎ対の細長いスロット、Ｎ対の連結器等を含み得る。
【0031】
［００４１］さらなる実施形態では、マルチスリット抽出システムは、１つの切り欠き領域、及びＮ個の摺動可能なインサートを有し、２（Ｎ＋１）個の抽出スリットを生じさせる抽出プレートによって画定され得る。これらのさらなる実施形態では、ビームブロッカを省略してもよく、抽出スリットは、摺動可能なインサート及び切り欠き領域によって画定される。このような追加の実施形態では、抽出スリットから抽出されるイオンビームの軌道は、基板（Ｚ軸）に対する垂直線に沿って延びてもよい。ここで、「基板に対する垂直線」とは、Ｘ－Ｙ面（例えば、ウエハの主表面）において延びる基板の平面の基板表面に対する垂直線のことを意味する。したがって、これらの実施形態では、これらのイオンビームは、基板のＸ－Ｙ面に対する垂直線に対する０度の入射角で基板に衝突し得る。したがって、これらの後者の実施形態は、角度の付いたイオンビーム（非垂直入射角）が望まれないか又は必要とされない用途において適切であり得る。
【0032】
［００４２］本実施形態によって得られる第１の利点は、既知の２スリット構成と比べて、コンパクトなプラズマベースのイオンビームシステムにおいてビーム電流及び処理スループットを増大させる能力である。さらに、垂直線に対してイオンビームの入射角を狭めずに、２スリット構成に対してビーム電流を増加させることができ、高いスループットで基板の側壁及び他の構造体を処理する能力を保つ。さらなる利点は、抽出開口を画定するために抽出プレートにおいて摺動可能なインサートを使用することによって、リボンビームの長手方向に沿って均一なビーム電流を生成する能力である。
【0033】
［００４３］本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲が限定されるべきではない。実際のところ、本明細書に記載された実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態及び本開示の変形例は、当業者であれば、上述の説明及び添付図面から明らかであろう。したがって、このような他の実施形態及び変形例は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。さらに、本明細書では、本開示が、特定の目的の特定の環境における特定の実装形態に関連して説明されたが、当業者であれば、本開示の有用性がそれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実施され得ることを認識するであろう。したがって、本願の特許請求の範囲は、本明細書に記載された本開示の範囲及び精神を最大限広く見て解釈するべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】