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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-10
(54)【発明の名称】均一なプラズマ線形イオン源
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240903BHJP
H01J 27/16 20060101ALI20240903BHJP
H01J 37/08 20060101ALI20240903BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 L
H01J27/16
H01J37/08
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024516435
(86)(22)【出願日】2022-08-26
(85)【翻訳文提出日】2024-04-03
(86)【国際出願番号】 US2022041674
(87)【国際公開番号】W WO2023043600
(87)【国際公開日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】17/476,200
(32)【優先日】2021-09-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(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】リハンスキー， アレクサンドル
(72)【発明者】
【氏名】クルンチ， ピーター エフ．
(72)【発明者】
【氏名】アレン， アーネスト イー．
【テーマコード（参考）】
2G084
5C101
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084AA05
2G084AA08
2G084BB02
2G084BB05
2G084BB14
2G084CC13
2G084DD04
2G084DD12
2G084DD38
2G084DD67
2G084FF02
2G084HH19
2G084HH30
5C101DD03
5C101DD16
5C101DD23
5C101DD25
5C101DD26
5C101DD28
(57)【要約】
イオン源。イオン源は、プラズマを収容するためのプラズマチャンバと、プラズマチャンバの側部に沿って配設され、少なくとも１つの抽出開孔を備える、抽出アセンブリとを含み得る。イオン源は、第１の軸に沿って、プラズマチャンバを通って延在する、アンテナアセンブリをさらに含み得る。アンテナアセンブリは、誘電体エンクロージャ、誘電体エンクロージャ内で第１の軸に沿って延在する、複数の導電性アンテナを含み得る。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマを収容するためのプラズマチャンバと、前記プラズマチャンバの側部に沿って配設され、少なくとも１つの抽出開孔を備える、抽出アセンブリと、
アンテナアセンブリであって、前記アンテナアセンブリが、第１の軸に沿って、前記プラズマチャンバを通って延在し、前記アンテナアセンブリが、
誘電体エンクロージャと、
前記誘電体エンクロージャ内で前記第１の軸に沿って延在する、複数の導電性アンテナと
を備える、アンテナアセンブリと
を備える、イオン源。
【請求項2】
前記少なくとも１つの抽出開孔が、第１の方向に沿って延ばされ、前記複数の導電性アンテナが、前記第１の方向に対して垂直な、少なくとも第２の方向に沿って前記誘電体エンクロージャ内で互いに対して可動である、
請求項１に記載のイオン源。
【請求項3】
前記少なくとも１つの抽出開孔が、前記第１の方向に沿って延ばされた、複数の抽出開孔を含む、請求項２に記載のイオン源。
【請求項4】
前記抽出アセンブリが、第１の平面内に配設された、抽出板を備え、前記複数の導電性アンテナが、前記第１の平面に対して平行な、第２の平面内で、弓形形状を有する、請求項１に記載のイオン源。
【請求項5】
前記複数の導電性アンテナがアンテナのペアを含み、アンテナの前記ペアが、中間部分において互いにより近くに配設される、請求項４に記載のイオン源。
【請求項6】
前記複数の導電性アンテナがアンテナのペアを含み、アンテナの前記ペアが、アンテナの前記ペアのそれぞれの端において互いにより近くに配設される、請求項４に記載のイオン源。
【請求項7】
前記誘電体エンクロージャ内に配設された、強磁性インサートアセンブリをさらに備える、請求項１に記載のイオン源。
【請求項8】
複数の導電性アンテナがアンテナのペアを含み、前記強磁性インサートアセンブリが、アンテナの前記ペアの第１のアンテナとアンテナの前記ペアの第２のアンテナとの間に延在する、請求項７に記載のイオン源。
【請求項9】
前記誘電体エンクロージャ内で、前記複数の導電性アンテナのうちの少なくとも１つのアンテナを、複数のアンテナのうちの別のアンテナに対して移動させるために結合された、移動機構をさらに備える、請求項１に記載のイオン源。
【請求項10】
プラズマを収容するためのプラズマチャンバと、前記プラズマチャンバの側部に沿って配設され、少なくとも１つの抽出開孔を備える、抽出アセンブリと、
アンテナアセンブリであって、前記アンテナアセンブリが、第１の軸に沿って、前記プラズマチャンバを通って延在し、前記アンテナアセンブリが、
誘電体エンクロージャと、
前記誘電体エンクロージャ内で前記第１の軸に沿って延在する、複数の導電性アンテナと
を備える、アンテナアセンブリと、
前記抽出アセンブリに隣接する、プロセスチャンバであって、前記第１の軸に対して垂直な、走査方向に沿って走査可能な、基板ステージを備える、プロセスチャンバと、
前記アンテナアセンブリに接続された、電力発生器と
を備える、処理システム。
【請求項11】
前記少なくとも１つの抽出開孔が、第１の方向に沿って延ばされ、前記複数の導電性アンテナが、前記第１の方向に対して垂直な、少なくとも第２の方向に沿って前記誘電体エンクロージャ内で互いに対して可動である、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項12】
前記少なくとも１つの抽出開孔が、前記第１の方向に沿って延ばされた、複数の抽出開孔を備える、請求項１１に記載の処理システム。
【請求項13】
前記抽出アセンブリが、第１の平面内に配設された、抽出板を備え、前記複数の導電性アンテナが、前記第１の平面に対して平行な、第２の平面内で、弓形形状を有する、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項14】
前記複数の導電性アンテナがアンテナのペアを含み、アンテナの前記ペアが、中間部分において互いにより近くに配設される、請求項１３に記載の処理システム。
【請求項15】
前記複数の導電性アンテナがアンテナのペアを含み、アンテナの前記ペアが、アンテナの前記ペアのそれぞれの端において互いにより近くに配設される、請求項１３に記載の処理システム。
【請求項16】
前記誘電体エンクロージャ内に配設された、強磁性インサートアセンブリをさらに備える、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項17】
前記複数の導電性アンテナがアンテナのペアを含み、前記強磁性インサートアセンブリが、アンテナの前記ペアの第１のアンテナとアンテナの前記ペアの第２のアンテナとの間に延在する、請求項１６に記載の処理システム。
【請求項18】
前記誘電体エンクロージャ内で、前記複数の導電性アンテナのうちの少なくとも１つのアンテナを、複数のアンテナのうちの別のアンテナに対して移動させるために結合された、移動機構をさらに備える、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項19】
誘導結合のイオン源のためのアンテナアセンブリであって、第１の端部から第２の端部まで第１の方向に沿って延在する、誘電体エンクロージャと、
前記第１の端部から前記第２の端部まで、前記誘電体エンクロージャを通って延在する、第１の導電性アンテナと、
前記第１の端部から前記第２の端部まで、前記誘電体エンクロージャを通って延在する、第２の導電性アンテナと
を備え、
前記第１の導電性アンテナと前記第２の導電性アンテナとのうちの少なくとも１つが、前記第１の方向に対して垂直な、少なくとも第２の方向に沿って、前記誘電体エンクロージャ内で可動である、
アンテナアセンブリ。
【請求項20】
前記誘電体エンクロージャ内に配設された、強磁性インサートアセンブリをさらに備える、請求項１９に記載のアンテナアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に援用される、２０２１年９月１５日に出願された、「ＵＮＩＦＯＲＭ ＰＬＡＳＭＡ ＬＩＮＥＡＲ ＩＯＮ ＳＯＵＲＣＥ」と題する米国非仮特許出願第１７／４７６，２００号の優先権を主張する。
本出願は、その全体が参照により本明細書に援用される、２０２１年９月１５日に出願された、「ＵＮＩＦＯＲＭ ＰＬＡＳＭＡ ＬＩＮＥＡＲ ＩＯＮ ＳＯＵＲＣＥ」と題する米国非仮特許出願第１７／４７６，２００号の優先権を主張する。
【0002】
本開示は、一般に処理装置に関し、より詳細には、プラズマベースイオン源に関する。
【背景技術】
【0003】
現代において、プラズマは、基板エッチング、層堆積、イオン注入、および他のプロセスなどの適用例のために、電子デバイスなど、基板を処理するために使用される。いくつかの処理装置が、基板処理のためのイオン源として働くプラズマを発生させる、プラズマチャンバを採用する。イオンビームが、抽出アセンブリを通して抽出され、隣接チャンバ中の基板に向けられ得る。このプラズマは、様々なやり方で発生させられ得る。
【0004】
様々な商業システムでは、アンテナが、誘電体窓に近接して、プラズマチャンバの外側に配設される。アンテナは、次いで、ＲＦ電力供給を使用して励起される。アンテナによって発生させられた電磁気のエネルギーは、次いで、誘電体窓を通過して、プラズマチャンバ内に配設されたフィードガスを励起する。この構成は、比較的単純な構造を提供し、プラズマチャンバ内で中央に配置され得る抽出開孔を通した抽出を使用して高電流イオンビームを発生させるのに好適な、高密度プラズマを発生させ得る。しかしながら、そのようなプラズマは、チャンバの中間において、ピークに達したプラズマ密度を有する傾向があり得、２つまたはそれ以上の開孔がプラズマチャンバの１つのエッジに沿って並列スロットとして配列される、多開孔、高電流イオンビームシステムにとって理想的でないことがある。
【0005】
他の知られている手法では、２つのアンテナが、プラズマチャンバ内に配設され得、内部アンテナと呼ばれることがある。前の実施形態のように、ＲＦ電力供給が、内部アンテナに電気的に結合される。これらの内部アンテナは、各々、プラズマ内に延在する２つのアンテナ構造を形成するために、石英または別の誘電体材料であり得る、外側管を含む。導電性コイルが、外側管内に、および通常、外側管から離間して、配設される。ＲＦ電力供給は、コイルに電気的に結合され、このコイルは、電磁気のエネルギーを外側管を通して放出し、これは、プラズマチャンバ内でプラズマを発生させる。しかしながら、２つのアンテナ構造を使用して発生させられるプラズマは、プラズマチャンバ全体にわたって所望の均一性のものでないことがある。たとえば、プラズマ密度は、内部アンテナの近くでより大きくなり得、内部アンテナから離れた領域において低減され得る。
【0006】
このプラズマ不均一性は、抽出されるイオンビームに影響を及ぼし得る。たとえば、その幅にわたって一定のイオン密度を有するイオンビームを抽出するのではなく、イオンビームは、中心の近くでなど、第１の部分において、その端部においてなど、第２の部分よりも大きい、イオンの濃度を有し得る。
【0007】
この問題に対処するために、複数のアンテナ構造がプラズマ内で移動され得る手法が提案されている。しかしながら、そのような手法は、アンテナ構造を収容する誘電体外側管の移動を必要とする、ロバストであるとは言えない設計を提供し得る。その上、発生させられたプラズマ均一性は、依然として、多開孔処理システムのためのターゲットにされる均一性よりも低いことがある。
【0008】
これらおよび他の考慮事項に関して、本開示が提供される。
【発明の概要】
【0009】
様々な実施形態は、アンテナアセンブリと、イオン源と、処理装置とを対象とする。一実施形態では、イオン源が、プラズマを収容するためのプラズマチャンバと、プラズマチャンバの側部に沿って配設され、少なくとも１つの抽出開孔を備える、抽出アセンブリとを含み得る。イオン源は、第１の軸に沿って、プラズマチャンバを通って延在する、アンテナアセンブリをさらに含み得る。アンテナアセンブリは、誘電体エンクロージャ、誘電体エンクロージャ内で第１の軸に沿って延在する、複数の導電性アンテナを含み得る。
【0010】
別の実施形態では、プラズマを収容するためのプラズマチャンバと、プラズマチャンバの側部に沿って配設され、少なくとも１つの抽出開孔を備える、抽出アセンブリとを含む、処理システムが提供される。処理システムは、第１の軸に沿って、プラズマチャンバを通って延在する、アンテナアセンブリをも含み得る。アンテナアセンブリは、誘電体エンクロージャと、誘電体エンクロージャ内で第１の軸に沿って延在する、複数の導電性アンテナとを含み得る。処理システムは、抽出アセンブリに隣接する、プロセスチャンバであって、第１の軸に対して垂直な、走査方向に沿って走査可能な、基板ステージを備える、プロセスチャンバをさらに含み得る。処理システムは、アンテナアセンブリに接続された、電力発生器をさらに含み得る。
【0011】
さらなる実施形態では、第１の端部から第２の端部まで第１の方向に沿って延在する、誘電体エンクロージャを含む、誘導結合のイオン源のためのアンテナアセンブリが提供される。アンテナアセンブリは、第１の端部から第２の端部まで、誘電体エンクロージャを通って延在する、第１の導電性アンテナと、第１の端部から第２の端部まで、誘電体エンクロージャを通って延在する、第２の導電性アンテナとを含み得る。そのようなものとして、第１の導電性アンテナと第２の導電性アンテナとのうちの少なくとも１つが、第１の方向に対して垂直な、少なくとも第２の方向に沿って、誘電体エンクロージャ内で可動であり得る。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の実施形態による、第１の構成における、例示的なシステムの端面図である。
【図2A】本開示の実施形態による、第１の構成における、例示的なプラズマチャンバの端面図である。
【図2B】本開示の実施形態による、抽出アセンブリの平面図である。
【図3A】知られているアンテナ構成を有する基準プラズマチャンバにおけるシミュレートされたプラズマ密度を示す複合図である。
【図3B】本実施形態による、アンテナアセンブリを有するプラズマチャンバにおけるシミュレートされたプラズマ密度を示す複合図である。
【図4A】本開示の一実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャの例示的な構造を提示する図である。
【図4B】本開示の別の実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャの例示的な構造を提示する図である。
【図4C】本開示のさらなる実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャの例示的な構造を提示する図である。
【図4D】本開示の追加の実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャの例示的な構造を提示する図である。
【図5】本開示の一実施形態による、アンテナアセンブリのための例示的なアンテナ構成の平面図である。
【図6】本開示の別の実施形態による、アンテナアセンブリのための例示的なアンテナ構成の平面図である。
【図7】本開示の別の実施形態による、例示的なアンテナアセンブリの端面図である。
【図8】本開示の別の実施形態による、例示的なアンテナアセンブリの平面図である。
【図9】本開示の別の実施形態による、別の例示的なアンテナアセンブリの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図面は、必ずしも一定の縮尺であるとは限らない。図面は、表現にすぎず、本開示の特定のパラメータを描くものではない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すものであり、したがって、範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面において、同様の番号付けは同様の要素を表す。
【0014】
次に、本開示による装置、システムおよび方法が、そのシステムおよび方法の実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、以下でより十分に説明される。システムおよび方法は、多くの異なる形態で具現され得、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。代わりに、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、システムおよび方法の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【0015】
「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「垂直」、「水平」、「横方向」および「縦方向」などの用語は、図において現れるような半導体製造デバイスの構成要素の形状寸法および配向に関して、これらの構成要素およびそれらの構成部品の相対配置および配向について説明するために本明細書で使用され得る。専門用語は、具体的に言及される単語、それらの派生語、および同様の意味の単語を含み得る。
【0016】
本明細書で使用される、単数形で具陳され、「ａ」または「ａｎ」という単語で始まる要素または動作は、潜在的に複数の要素または動作をも含むものとして理解されたい。さらに、本開示の「一実施形態」への言及は、具陳された特徴をも組み込む追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されるものではない。
【0017】
処理装置における、特に、コンパクトなイオンビーム処理装置における、改善されたプラズマ均一性のための手法が、本明細書で提供される。本実施形態は、イオンビームの抽出の点におけるプラズマ均一性が１つまたは複数の方向にわたって有用である適用例に好適であり得る。
【0018】
図１は、本開示の実施形態による、第１の構成における、例示的なシステムの端面図を示す。システムは、本明細書では処理システム１００と呼ばれ、基板１３２のイオンビーム処理に好適である。システム１００は、プラズマ１０６を収容するためのプラズマチャンバ１０２と、好適なガス種（ｇａｓｅｏｕｓ ｓｐｅｃｉｅ）（別々に図示せず）がプラズマチャンバ１０２に供給されたとき、プラズマ１０６を発生させるために電力を供給するために結合された、電力発生器１０４とを含む。電力発生器１０４は、たとえば、ＲＦ電力発生器であり得る。
【0019】
基板１３２を処理するために、抽出アセンブリ１２０が、プラズマチャンバ１０２の側部に沿って提供され、抽出アセンブリ１２０は、イオンビーム１３４として示されている、対応するイオンビームを発生させる、少なくとも１つの抽出開孔を含む。図１の例では、説明の目的で、４つの抽出開孔が示されているが、任意の好適な数の抽出開孔が、本実施形態による抽出アセンブリ中に含まれ得る。
【0020】
処理システム１００は、アンテナアセンブリ１１０をさらに含み、アンテナアセンブリ１１０は、第１の軸（この場合、図示の直交座標系のｘ軸）に沿って、プラズマチャンバ１０２を通って延在する。アンテナアセンブリ１１０の変形態のさらなる詳細が、以下で説明される、図２Ｃおよび図２Ｄに関して示されている。手短に言えば、アンテナアセンブリ１１０は、誘電体エンクロージャ１１４を含み、このエンクロージャは、誘電体窓として働く好適な絶縁材料（たとえば、石英）から形成され得る。アンテナアセンブリ１１０は、誘電体エンクロージャ１１４内で第１の軸（ｘ軸）に沿って延在する、複数の導電性アンテナをさらに含み得る。図示の例では、複数の導電性アンテナは、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８とを含む。
【0021】
したがって、電力発生器１０４と、プラズマチャンバ１０２と、アンテナアセンブリ１１０と、抽出アセンブリ１２０とは、イオン源を構成し得、このイオン源は、基板１３２の処理のために少なくとも１つのイオンビームを発生させるために使用される。動作中、電力発生器１０４は、プラズマ１０６に対する第１のアンテナ１１６および第２のアンテナ１１８の誘導結合を通してなど、プラズマ１０６に電力供給するために、第１のアンテナ１１６および第２のアンテナ１１８に結合される。
【0022】
より詳細には、プロセスガスがプラズマチャンバ１０２に向けられたとき、プラズマ１０６がプラズマチャンバ１０２中で点火されるように、電力が、第１のアンテナ１１６および第２のアンテナ１１８に印加される。たとえば、図２Ｃおよび図２Ｄを参照すると、第１のアンテナ１１６および第２のアンテナ１１８は、プラズマチャンバ１０２の第１の側部１５０上で（直接、または回路要素を通して）接続され得、プラズマチャンバ１０２の第２の側部１５２上で電力発生器１０４に取り付けられ得る。
【0023】
バイアス電圧が、プラズマチャンバ１０２と、基板１３２、または基板ホルダ１３０（これらの構成要素はプロセスチャンバ１０８中に配設され得る）との間に、抽出電圧供給１２６によって印加されたとき、（１つまたは複数の）イオンビーム１３４が、抽出開孔１２２（図２Ｂも参照）を通して抽出され、基板１３２に向けられる。異なる実施形態では、抽出電圧供給１２６は、基板１３２とプラズマチャンバ１０２との間に、パルスＤＣバイアス電圧またはＲＦバイアス電圧を印加するように動作し得る。その上、いくつかの実施形態では、抽出アセンブリ１２０は、抽出開孔１２２を通して角度付きイオンビームを抽出するように、知られているプラズマ処理システムの場合のようにビームブロッカー（図示せず）を含み得、イオンビーム１３４は、基板法線（ｚ軸）に対して非０入射角度を形成し得る。
【0024】
次に図２Ａ、図２Ｃ、および図２Ｄを参照すると、アンテナアセンブリ１１０を含む、プラズマチャンバ１０２の異なるビューが示されている。図２Ａのビューでは、プラズマ１０６が存在するが、明快のために、プラズマ１０６は、図２Ｃおよび図２Ｄから省略される。図２Ａに示されているように、プラズマ１０６は、誘電体エンクロージャ１１４の周りに延在する。一実装形態では、誘電体エンクロージャ１１４は、ｙ方向に沿ってプラズマチャンバ１０２の中間に位置し得る。したがって、プラズマ１０６は、概して、誘電体エンクロージャ１１４の周りにｙ方向において対称的に延在し得る。図２Ｃおよび図２Ｄに示されているように、誘電体エンクロージャ１１４は、第１の端部１６０から第２の端部１６２まで、第１の側部１５０から第２の側部１５２まで完全に、延在し得る。したがって、アンテナアセンブリ１１０も、第１の側部１５０から第２の側部１５２までプラズマチャンバ１０２を通って完全に延在し得る。
【0025】
以下で説明する図３Ｂに関してより詳細に説明されるように、（少なくともｙ方向に関する）プラズマチャンバ１０２の中間における誘電体エンクロージャ１１４の存在は、プラズマ１０６の形状および分布を修正する傾向があり得る。たとえば、誘電体エンクロージャ１１４の存在は、プラズマ１０６の高密度領域を壁１４１および壁１４２に向かって外側に変位させる傾向があり得る。たとえば、誘電体エンクロージャ１１４の直径は、いくつかの非限定的な実施形態によれば、ｙ方向に沿ったプラズマチャンバ１０２の幅の１０％～５０％に相当するものであり得る。その結果、プラズマの一部分を通常高密度なプラズマの中間領域から変位させることによって、ｙ方向に沿ったプラズマ１０６の全体的均一性が改善され得る。
【0026】
本開示の様々な実施形態によれば、誘電体エンクロージャ１１４は、ｙ軸に沿って、またはｚ軸に沿って、あるいは両方の軸に沿ってなど、プラズマチャンバ１０２内で可動であり得る。このようにして、プラズマ１０６の分布および均一性は調整され得る。
【0027】
いくつかの実施形態では、誘電体エンクロージャ内の複数のアンテナのうちの少なくとも１つのアンテナが、誘電体エンクロージャ１１４内で可動であり得る。言い換えれば、少なくとも１つのアンテナは、ｙ軸に沿って、ｚ軸に沿って、または両方の軸に沿ってのいずれかで、誘電体エンクロージャ１１４の壁に対して独立して可動であり得る。特定の実施形態では、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８の両方が、誘電体エンクロージャ１１４内で可動であり得る。別の言い方をすれば、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８とは、ｙ軸に沿って、ｚ軸に沿って、または両方の軸に沿ってのいずれかで、誘電体エンクロージャ１１４の壁に対して独立して可動であり得る。様々な実施形態では、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８とは、誘電体エンクロージャ１１４の壁に対して独立して可動であり得、ｙ軸に沿って、ｚ軸に沿って、またはその両方に沿ってのいずれかで、一方のアンテナが他方のアンテナに対して、独立して可動であり得る。
【0028】
一例として、図２Ａでは、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８とは、誘電体エンクロージャ１１４のほぼ直径である、矢印ｄによって示されている程度まで、ｙ軸に沿って誘電体エンクロージャ１１４内で可動であり得る。たとえば、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８とは、誘電体エンクロージャの対向する壁に向かって可動であり得、したがって、これは、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８との間の空間を増加させるか、または代替的に、図２Ｅの構成において示されているように、互いに極めて近接させられ得る。
【0029】
特定の実施形態では、アンテナアセンブリ１１０、または同様のアセンブリは、図１に示されているように、移動機構１４０に結合され得、移動機構１４０は、第１のアンテナ１１６、第２のアンテナ１１８、誘電体エンクロージャ１１４、またはこれらの要素の任意の組合せを、互いと協働して、または互いに対する相対的動きにおいて、移動させるために結合される。移動機構１４０は、いくつかの非限定的な実施形態によれば、たとえば、外部モーター、アクチュエータ、機械的レバー、スライド、または磁気構成要素であり得る。したがって、移動機構１４０は、プラズマチャンバ１０２内のアンテナアセンブリ１１０のこれらの構成要素の相対位置を操作するための好都合な手法を提供し得る。
【0030】
誘電体エンクロージャ１１４内の第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８との相対移動を提供することによって、プラズマ１０６の分布および密度は、好都合に操作され得る。この点をさらに示すために、図３Ａは、知られているアンテナ構成を有する基準プラズマチャンバにおけるシミュレートされたプラズマ密度を示す複合図を提供し、図３Ｂは、本実施形態による、アンテナアセンブリを有するプラズマチャンバにおけるシミュレートされたプラズマ密度を示す複合図を提供する。図３Ａの図では、外部アンテナアセンブリ３０４が、プラズマチャンバ３０２を円周方向に囲んで、その中にプラズマ３０６を発生させる。プラズマチャンバ３０２は、ｙ－ｚ平面に沿った断面図で示されているプラズマ３０６の画像に重ね合わされ、プラズマ密度は、異なるシェーディングによって示されている。図示のように、密度は、プラズマチャンバ３０２の最外側エッジ上の３Ｅ１４／ｃｍ３範囲から、プラズマチャンバ３０２の中心における中間Ｅ１７／ｃｍ３まで、変動する。
【0031】
図３Ｂの図では、アンテナアセンブリ１１０が、概して上記で説明されたように、プラズマチャンバ１０２内に配設される。プラズマチャンバ１０２は、ｙ－ｚ平面に沿った断面図で示されているプラズマ１０６の画像に重ね合わされ、プラズマ密度は、異なるシェーディングによって示されている。図示のように、プラズマ１０６の大部分の密度は、Ｅ１６／ｃｍ３範囲からＥ１７／ｃｍ３範囲まで変動し、プラズマ密度は、概して、プラズマチャンバ１０２の下側部分に向かってより高くなる。
【0032】
基板処理についての均一性懸念とより密接な関係があるのは、プラズマチャンバの下側エッジに沿ったｙ方向に沿ったプラズマ密度の均一性が、図３Ｂの例において改善されることである。より詳細には、図３Ａの例では、Ｙ軸に沿った、イオンビーム抽出が行われるところの均一性は、１８．５％であり、図３Ｂでは、イオンビーム抽出が行われるところのｙ軸に沿った均一性は、１％であり、ここで、均一性は、（最大抽出電流値－最小抽出電流値）／平均抽出電流値として表される。
【0033】
図３Ｂを詳細に参照すると、この複合図は、本実施形態によって与えられるいくつかの特徴をハイライトする。この例では、誘電体エンクロージャ１１４の直径は約７ｃｍであり、これは、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８との相対変位に適応するための大きいボリュームを与える。この相対移動は、誘電体エンクロージャ１１４の外側に配設されたプラズマ１０６に対する第１のアンテナ１１６および／または第２のアンテナ１１８の誘導結合を変調する能力を可能にし、したがって、プラズマ１０６の密度および分布を操作するための好都合な様式を提供する。図示される特定の例では、アンテナは、約５ｃｍだけ互いに横方向に変位される。他の実施形態では、ガス種、プラズマ出力（ｐｌａｓｍａ ｐｏｗｅｒ）、および他のファクタに応じて、アンテナの相対位置は、それに応じてプラズマ密度均一性を調整するように、ｚ軸に沿って、互いにより近くに、または異なる位置において、アンテナを配置することなど、変化され得る。
【0034】
再び図１を参照すると、基板１３２にわたる均一なイオンビーム処理が必要とされる適用例では、動作中、（１つまたは複数の）抽出開孔１２２は、図示のようにＸ方向に沿って基板１３２の全体をカバーする程度までなど、ｘ軸に沿って延ばされ得る。たとえば、いくつかの非限定的な実施形態では、（１つまたは複数の）抽出開孔は、ｙ方向に沿った数ミリメートルから数センチメートル程度の幅を有し、数十センチメートルのｘ方向に沿った長さを有し得る。数十センチメートルの直径を有する半導体ウエハなど、基板全体をカバーするために、基板ホルダ１３０は、抽出開孔１２２がｙ方向において基板１３２の全体にわたって走査され得るように、Ｙ軸に沿って走査され、したがって、これは、基板１３２の全体をイオンビーム１３４に露出させ得る。
【0035】
基板１３２に印加されるビーム電流を増加させるために、複数の抽出開孔１２２が、本開示の実施形態によるプラズマチャンバ１０２において提供される。したがって、基板１３２に向けられるビーム電流は、個々の抽出開孔を通して向けられるビーム電流の和に等しくなる。ビーム電流がｘ軸にわたって均一である状況では、たとえば、点Ｐ１から点Ｐ２まで抽出アセンブリ全体の下で基板１３２の全体を走査することによって、基板１３２は、均一なイオン線量に露出されることになることに留意されたい。この結果は、図３Ａの場合のように、プラズマ密度がｙ方向に沿って不均一であり、異なるビーム電流が、異なる抽出開孔から基板１３２に作用することを生じる、状況でも当てはまる。異なるビーム電流を有する異なる開孔に露出されるときに基板１３２にわたるビーム線量が均一であることになる理由は、ビーム電流がＸ方向において均一であるからである。その上、ｙ方向に沿った基板１３２の各点が同じ開孔に連続して露出され、これは、すべての開孔への露出の後の基板１３２のどんな領域にも作用する総イオン線量が同じになることを生じる。したがって、多抽出開孔プラズマチャンバに露出された走査された基板における線量均一性を達成するために、ｘ方向に沿ったプラズマ密度は均一であるべきであり、ｙ方向に沿ったものは原則として均一である必要はない。
【0036】
しかしながら、プラズマ密度がｙ方向に沿って不均一である、図３Ａの知られているデバイスなどの状況では、異なる抽出開孔から抽出されたイオンビームは、異なるビーム電流のほかにさらなる形で、互いに異なり得る。本発明者は、様々な抽出開孔アセンブリにおいて、イオンの角度、および抽出されるイオンビームの平均入射角度が、プラズマチャンバにおけるプラズマ密度に比例することに気づいた。抽出開孔において現れるプラズマメニスカスの形状はプラズマ密度に依存し、したがって、プラズマメニスカスにわたってプラズマ１０６から出るイオンビームの平均角度、ならびに入射角度の範囲（角度拡散）は、プラズマ密度により変動する。したがって、図３Ａの場合のような不均一なプラズマチャンバでは、多抽出開孔抽出板が、いくつかの抽出開孔を比較的より低いプラズマ密度の外側位置に配置し得、イオンビームの入射角度は、プラズマチャンバの高密度領域の中間領域中に位置する抽出開孔を通して抽出されるイオンビームの入射角度とは異なる。図３Ｂの実施形態は、Ｙ方向に沿った１％の均一なプラズマ密度を提供することによって、プラズマ密度およびメニスカス形状が、Ｙ軸に沿った位置の関数としてほぼ一定であるので、増加されたビーム電流、ならびに異なる開孔を通して基板１３２に当たるイオンのより均一な入射角度の両方を可能にする。
【0037】
本開示のさらなる実施形態によれば、アンテナアセンブリの誘電体エンクロージャの形状は、プラズマチャンバ内のプラズマ密度をさらに修正するために修正され得る。図４Ａは、本開示の一実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャの例示的な構造を提示する。この実施形態では、誘電体エンクロージャ１１４Ａは、円形シリンダーの形状を有する。図４Ｂは、本開示の別の実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャ１１４Ｂの例示的な構造を提示する。この実施形態では、誘電体エンクロージャ１１４Ｂは、Ｙ方向に沿って延ばされた、楕円断面をもつシリンダーの形状を有し、この延ばすことは、Ｙ方向におけるプラズマ均一性を調整するために有用であり得る。
【0038】
図４Ｃは、本開示のさらなる実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャの例示的な構造を提示する。この実施形態では、誘電体エンクロージャ１１４Ｃは、Ｘ方向とＹ方向の両方において、プラズマチャンバの壁の近くでプラズマ密度を増加させるために楕円体形状を有する。図４Ｄは、本開示の追加の実施形態による、アンテナアセンブリのための誘電体エンクロージャの例示的な構造を提示する。この実施形態では、誘電体エンクロージャ１１４Ｄは、プラズマチャンバの中央領域においてより高いプラズマ密度を作り出すために二重球体形状／逆楕円体（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ）形状を有する。
【0039】
いくつかの実施形態では、導電性アンテナのペアが、誘電体エンクロージャ内に配列され得、アンテナのペアは、中間部分において互いにより近くに配設される。この点を示すために、図５は、本開示の一実施形態による、アンテナアセンブリのための例示的なアンテナ構成の平面図を提示する。アンテナアセンブリ５００が誘電体エンクロージャ５０２を含む、プラズマチャンバ１０２の一実施形態が示されている。誘電体エンクロージャ５０２は、図示のようにＸ方向に沿って延在し、壁を有して、延ばされ得る。導電性アンテナのペアが、弓形形状を有する、アンテナ５０４およびアンテナ５０６として示されており、導電性アンテナのペアは、Ｘ－Ｙ平面において湾曲され、したがって、そのペアは、導電性アンテナのペアのそれぞれの端において、互いにより近くに配設され、これは、Ｙ軸に沿って延在するプラズマチャンバ１０２の壁の近くの領域において、互いにより近くに配設されることを意味する。別の言い方をすれば、導電性アンテナのペアは、中間領域において互いからより遠くに離れて配設され、これは、導電性アンテナのペアが、誘電体エンクロージャ５０２の壁により近くなり、したがって、プラズマ５１０により近くなることを生じる。したがって、この構成は、ｘ軸に沿ったプラズマチャンバの中間領域においてプラズマ密度を増加させる傾向があり得る。
【0040】
図６は、本開示の別の実施形態による、アンテナアセンブリのための例示的なアンテナ構成の平面図を提示する。
【0041】
アンテナアセンブリ６００が誘電体エンクロージャ６０２を含む、プラズマチャンバ１０２の一実施形態が示されている。誘電体エンクロージャ６０２は、図示のようにＸ方向に沿って延在し、壁を有して、延ばされ得る。導電性アンテナのペアが、アンテナ６０４およびアンテナ６０６として示されており、導電性アンテナのペアは、Ｘ－Ｙ平面において湾曲され、したがって、そのペアは、導電性アンテナのペアの中間領域において、互いにより近くに配設され、これは、Ｙ軸に沿って延在するプラズマチャンバ１０２の中間領域において、互いにより近くに配設されることを意味する。別の言い方をすれば、導電性アンテナのペアは、中間領域において、誘電体エンクロージャ６０２の壁からより遠くに離れて、したがって、プラズマ６１０からより遠くに離れて、配設される。したがって、この構成は、プラズマチャンバ１０２の端部壁に向かって、プラズマ密度を増加させる傾向があり得、これは、Ｙ軸に沿って延在する壁の近くで、プラズマ密度を増加させる傾向があり得ることを意味する。本開示の様々な実施形態によれば、図５または図６に示されている構成のアンテナは、ｘ軸を中心として回転可能であり得、したがって、ｘ軸に沿った２つの異なるアンテナ間の相対近接度が容易に変化され得る。たとえば、図５および図６の異なる構成は、ｘ軸を中心とする、同じ湾曲したアンテナの相互回転によって達成され得る。
【0042】
本実施形態に従ってプラズマ密度をさらに操作するために、アンテナアセンブリが、誘電体エンクロージャ内に配設された、強磁性インサートを含み得る。図７は、本開示の別の実施形態による、例示的なアンテナアセンブリの端面図を提示する。この例では、アンテナアセンブリ７１０が、図１および図２Ａ～図２Ｄに関して概して上記で説明されたように、プラズマチャンバ１０２内でｘ軸に沿って延在して、提供される。第１のアンテナ１１６およびアンテナ１１８に加えて、アンテナアセンブリ７１０は、誘電体エンクロージャ１１４内に配設された、強磁性インサートアセンブリ７１２を含む。強磁性インサートアセンブリ７１２は、ただ１つの強磁性インサートを含み得るか、または本開示の異なる実施形態による複数の強磁性インサートを含み得る。図７に示されている実施形態では、強磁性インサートアセンブリ７１２は、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８との間に配設され、したがって、第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８との間の結合を低減し得る。この低減された結合は、動作中、プラズマチャンバ１０２の効率を増加させることになる。
【0043】
図８は、本開示の別の実施形態による、例示的なアンテナアセンブリの上面横断平面図を提示する。この例では、アンテナアセンブリ７１０Ａは、強磁性インサートアセンブリが第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８との間に配設された、図７に関して概して説明されたようなものであり得る。この例では、強磁性インサートアセンブリ７１２Ａが、ｘ軸に沿って誘電体エンクロージャ１１４の全体に沿って第１のアンテナ１１６と第２のアンテナ１１８との間の結合をブロックするように、誘電体エンクロージャ１１４全体にわたってＸ軸に沿って延在する、ただ１つの部片を含む。
【0044】
図９は、本開示の別の実施形態による、別の例示的なアンテナアセンブリの上面横断平面図を提示する。この例では、アンテナアセンブリ９１０は、中間部分におけるプラズマ９０６との誘導結合を低減するために、第１のアンテナ１１６および第２のアンテナ１１８の中間部分を囲む強磁性シリンダーとして整形された、強磁性インサート９１２を含む。このようにして、（ｘ方向における）プラズマチャンバ１０２の中心Ｃにおけるプラズマ発生は低減され、エッジＯ（ｙ軸壁）の近くのプラズマ発生は増加される。図示の例では、エッジＯにおけるプラズマ密度は、中心Ｃにおけるプラズマ密度よりも大きいことも大きくないこともある。特に、第１のアンテナ１１６および第２のアンテナ１１８からの誘導結合が強磁性シリンダーによってブロックされるが、プラズマは依然として中心Ｃにおいて形成することになる。一例では、中心Ｃにおける導電性アンテナからのプラズマ形成は、エッジＯにおけるプラズマ形成に対して密度が低減されて、通常ならば発生するであろう中心Ｃにおける増加されたプラズマ密度を抑え、これが、ｘ方向に沿ったより均一なプラズマ密度につながり得る。
【0045】
その上、強磁性インサート９１２を使用してｘ方向に沿ってプラズマ密度を調整することに加えて、図９の実施形態では、第１のアンテナ１１６および第２のアンテナ１１８は、ｙ方向に沿ってプラズマ密度均一性を調整するために、「ｄ」によって示されている範囲内でｙ軸に沿って可動である。
【0046】
上述の実施形態は、誘電体エンクロージャの配置および形状、アンテナの配置、ならびに単一の大きい誘電体エンクロージャ内の強磁性インサートの配置を調整することによって、プラズマ均一性を改善する能力を強調したことに留意されたい。ただし、同じ実施形態は、ターゲットにされる不均一なプラズマ密度が基板処理のために有用である場合、同じ構成要素の調整によってプラズマ不均一性を調節する能力を提供する。
【0047】
上記に鑑みて、本開示は、少なくとも以下の利点を提供する。第１の利点として、本実施形態は、保守または配置目的のために、単一の、大きい誘電体エンクロージャ内の導電性アンテナへの簡単なアクセスを提供する。第２の利点として、プラズマチャンバ内のプラズマ密度の調節は、誘電体エンクロージャ内の導電性アンテナの位置に対する簡単な調整を提供することによって可能にされる。さらに、さらなる利点は、プラズマチャンバ内のアンテナアセンブリの配置によって与えられるプラズマチャンバの低減された設置面積である。別の利点は、さらなるプラズマ密度調節のために誘電体エンクロージャ内の強磁性構成要素の構成を容易に配置および調整する能力である。
【0048】
本開示のいくつかの実施形態が本明細書で説明されたが、本開示は、当技術分野が許容する限りにおいて範囲が広く、本明細書は同様に読まれ得るので、本開示はそれらの実施形態に限定されない。したがって、上記の説明は、限定するものとして解釈されるべきでない。当業者は、本明細書に添付される特許請求の範囲の範囲および趣旨内で他の修正を想定するであろう。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】