DE102008004568A1

DE102008004568A1 - Ionenstrahlvorrichtung und -bereitstellungsverfahren sowie Halbleiterfertigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008004568A1
Application number: DE102008004568A
Authority: DE
Inventors: Do-Haing Hwaseong Lee; Sung-Wook Hwang; Chul-Ho Yongin Shin
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2008-07-31
Also published as: KR20080071349A; US20080179546A1; CN101236892A; US7564042B2; CN101236892B; KR100868019B1; JP2008186806A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenstrahlvorrichtung mit einer Plasmakammer, auf eine Halbleiterfertigungsvorrichtung, welche dieselbe verwendet, sowie auf ein zugehöriges Ionenstrahlbereitstellungsverfahren. Erfindungsgemäß beinhaltet eine Ionenstrahlvorrichtung einen Gitteraufbau (49), der an einem Ende der Plasmakammer (31) installiert ist und wenigstens eine erste Ionenextraktionsöffnung (49H) aufweist, sowie eine Plasmahüllensteuereinheit (41, 41'), die zwischen der Plasmakammer und dem Gitteraufbau angeordnet ist und wenigstens eine zweite Ionenextraktionsöffnung aufweist, die kleiner als die erste Ionenextraktionsöffnung ist. Verwendung z. B. in der Halbleiterfertigungstechnologie.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenstrahlvorrichtung mit einer Plasmakammer, auf eine Halbleiterfertigungsvorrichtung, welche dieselbe verwendet, sowie auf ein zugehöriges Ionenstrahlbereitstellungsverfahren.
Halbleiterfertigungsvorrichtungen, die ein Plasma verwenden, sind verbreitet in Verwendung, zum Beispiel eine Plasmaätzvorrichtung, eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidungs(PECVD)-Vorrichtung, eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung für Metall oder Polymer, eine synthetisierende Vorrichtung für neuartige Materialien, eine Klebevorrichtung für verschiedene dünne Filme und so weiter. Die Halbleiterfertigungsvorrichtungen, die ein Plasma verwenden, können eine Ionenstrahlvorrichtung beinhalten.
1 ist eine Teilquerschnittansicht einer herkömmlichen Ionenstrahlvorrichtung. Bezugnehmend auf 1 beinhaltet die herkömmliche Ionenstrahlvorrichtung ein erstes und ein zweites Ionenextraktionsgitter 15 und 17, die auf einer Oberfläche einer Plasmakammer (nicht gezeigt) angeordnet sind. Die Ionenextraktionsgitter 15 und 17 weisen ausgerichtete Ionenextraktionsöffnungen 16 auf. Eine positive Spannung wird an das erste Ionenextraktionsgitter 15 angelegt. Eine negative Spannung wird an das zweite Ionenextraktionsgitter 17 angelegt. Das zweite Ionenextraktionsgitter 17 kann geerdet sein.
Die Plasmakammer funktioniert dahingehend, ein Plasma 11 zu erzeugen. Im Allgemeinen wird zwischen dem Plasma 11 und einem diesem gegenüberliegenden Objekt eine Plasmahülle 13 gebildet. In diesem Fall existiert eine Plasmaoberfläche 12 an einer Position, die um eine Dicke der Plasmahülle 13 von dem gegenüberliegenden Objekt beabstandet ist. Daher ist die Plasmahülle 13 zwischen dem Plasma 11 und dem ersten Ionenextraktionsgitter 15 ausgebildet.
Die Ionenextraktionsgitter 15 und 17 extrahieren Ionen aus dem Plasma 11, um die Ionen über die Ionenextraktionsöffnungen 16 zu entladen. Die extrahierten Ionen werden in der Form eines Ionenstrahls 19 beschleunigt, während die Ionen die Ionenextraktionsöffnungen 16 durchlaufen.
Im Allgemeinen ist eine Zunahme der Dichte des Plasmas 11 oder eine Ausdehnung der Ionenextraktionsöffnungen 16 vorteilhaft für eine Erhöhung des Ionenflusses des Ionenstrahls 19. Wenn die Ionenextraktionsöffnungen 16 einen Durchmesser aufweisen, der viel kleiner als die Dicke der Plasmahülle 13 ist, ist die Plasmaoberfläche 12 parallel zu einer Oberfläche des ersten Ionenextraktionsgitters 15 ausgebildet. Je größer die Dichte des Plasmas 11 jedoch ist, desto geringer ist die Dicke der Plasmahülle 13.
Wenn die Dichte des Plasmas 11 weiter erhöht wird, ist die Plasmahülle 13 des Weiteren entlang der Ionenextraktionsöffnungen 16 ausgebildet. Das heißt, das Plasma beult sich nach außen in die Ionenextraktionsöff nungen 16 hinein. In diesem Fall nimmt die Plasmaoberfläche 12 eine periodisch gekrümmte/kugelförmige Gestalt in die Ionenstrahlpfade hinein durch die Ionenextraktionsöffnungen 16 hindurch an.
Der Nachteil dieser Deformation der Plasmaoberfläche besteht darin, dass die Ionen in dem Plasma 11 in eine Richtung senkrecht zu der Plasmaoberfläche 12 extrahiert werden. Daher kollidieren die aus der gekrümmten Plasmaoberfläche 12 extrahierten Ionen mit den Ionenextraktionsgittern 15 und 17. Als ein Ergebnis ist der Ionenfluss des Ionenstrahls 19 etwas reduziert. Dieser nachteilige Effekt wird mit zunehmender Dichte des Plasmas 11 (z. B. der dem Plasma zugeführten Energie) noch ausgeprägter. Daher wird es unmöglich, einen hohen Ionenfluss des Ionenstrahls 19 zu erhalten.
Die Patentschrift US 4.450.031 offenbart eine ein Plasma verwendende Halbleiterfertigungsvorrichtung, die eine Ionenbrausevorrichtung mit einem Abschirmgitter und einem Ionenextraktionsgitter beinhaltet. Eine Ionenstrahlvorrichtung, die in der Lage ist, den Ionenfluss zu erhöhen, ist jedoch weiterhin erforderlich. Demgemäß bleibt der Bedarf für Verfahren zum Verbessern des Ionenflusses eines Ionenstrahls.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Ionenstrahlvorrichtung mit einem hohen Ionenfluss sowie einer Halbleiterfertigungsvorrichtung, die eine Ionenstrahlvorrichtung mit einem hohen Ionenfluss verwendet, und eines Verfahrens zur Erzeugung eines Ionenstrahls mit einem hohen Ionenfluss zugrunde.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Ionenstrahlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Halbleiterfertigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und eines Verfahrens zur Bereitstellung eines Ionenstrahls mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen dargestellt, die außerdem die zum besseren Verständnis der Erfindung vorstehend erläuterte herkömmliche Ausführungsform darstellen. In den Zeichnungen sind:
1 eine Teilquerschnittansicht einer herkömmlichen Ionenstrahlvorrichtung,
2 eine Querschnittansicht einer Halbleiteroberflächenbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Plasmahüllensteuereinheit und eines Ionenextraktionsgitters gemäß der Erfindung,
4 und 5 vergrößerte perspektivische Ansichten eines Teils E2 von 3 gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung,
6 bis 8 vergrößerte Querschnittansichten eines Teils E1 von 2 gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung und
9 und 10 graphische Darstellungen von Ionenstromcharakteristika, welche die Variation von Ionenstrahlen repräsentieren, die durch Verwendung der Plasmahüllensteuereinheit extrahiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die entsprechenden 2 bis 10 vollständiger beschrieben, in denen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. In den Zeichnungen können die Ab messungen und relativen Abmessungen von Schichten und Bereichen zwecks Klarheit übertrieben dargestellt sein. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich überall auf gleiche Elemente.
In 2 ist eine Halbleiteroberflächenbehandlungsvorrichtung gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Bezugnehmend auf 2 sind eine Plasmakammer 31 und eine Probenkammer 51 bereitgestellt, die mit der Plasmakammer 31 in Verbindung steht. Zwischen der Plasmakammer 31 und der Probenkammer 51 ist ein Gitteraufbau 49 angeordnet. Zwischen der Plasmakammer 31 und dem Gitteraufbau 49 ist eine Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' angeordnet.
Auf einer Oberfläche der Plasmakammer 31 ist ein Gaseinlassanschluss 37 vorgesehen. Durch den Gaseinlassanschluss 37 wird ein Prozessgas in die Plasmakammer 31 injiziert. Die Plasmakammer 31 ist von einer Induktionsspule 33 umgeben. Die Induktionsspule 33 ist mit einer Hochfrequenz(HF)-Leistungsversorgung 35 verbunden. Die HF-Leistungsversorgung 35 und die Induktionsspule 33 funktionieren dahingehend, in der Plasmakammer 31 ein Plasma 38 zu erzeugen.
An einer Seite der Probenkammer 51 ist ein Auslassanschluss 59 vorgesehen. Der Auslassanschluss 59 steht mit einer Auslassvorrichtung in Verbindung, wie einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt). Nebenprodukte in der Plasmakammer 31 und der Probenkammer 51 werden durch den Auslassanschluss 59 abgeführt. Die Vakuumpumpe funktioniert dahingehend, das Innere der Plasmakammer 31 und der Probenkammer 51 auf einem niedrigen Druck zu halten.
In der Probenkammer 51 ist ein Wafertisch 53 angeordnet. Auf dem Wafertisch 53 kann ein Wafer 55 angebracht sein. Auf dem Wafer 55 kann eine Maskenstruktur 56 vorgesehen sein.
Der Gitteraufbau 49 beinhaltet ein erstes Ionenextraktionsgitter 43 und ein zweites Ionenextraktionsgitter 45. Das erste Ionenextraktionsgitter 43 ist zwischen der Plasmakammer 31 und dem zweiten Ionenextraktionsgitter 45 angeordnet. Das zweite Ionenextraktionsgitter 45 ist zwischen dem ersten Ionenextraktionsgitter 43 und der Probenkammer 51 angeordnet. Ein isolierendes Element 44 ist zwischen das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 eingefügt. Das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 können Leiter sein. Das isolierende Element 44 kann ein Isolator sein, wie eine Oxidschicht oder eine Nitridschicht.
An das erste Ionenextraktionsgitter 43 kann eine positive Spannung angelegt sein. In diesem Fall kann das zweite Ionenextraktionsgitter 45 geerdet sein. Außerdem kann eine negative Spannung an das zweite Ionenextraktionsgitter 45 angelegt sein.
Alternativ kann eine negative Spannung an das erste Ionenextraktionsgitter 43 angelegt sein. In diesem Fall kann das zweite Ionenextraktionsgitter 45 geerdet sein. Außerdem kann eine positive Spannung an das zweite Ionenextraktionsgitter 45 angelegt sein.
Der Gitteraufbau 49 beinhaltet erste Ionenextraktionsöffnungen 49H. Die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H gehen durch das erste Ionenextraktionsgitter 43, das isolierende Element 44 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 hindurch. Die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H können eine zylindrische Form oder eine Schlitzform aufweisen.
Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' ist zwischen der Plasmakammer 31 und dem Gitteraufbau 49 angeordnet. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann ein Leiter oder ein Isolator sein. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' beinhaltet zweite Ionenextraktionsöffnungen 41H, die kleiner als die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H sind. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann dünner als das erste Ionenextraktionsgitter 43 sein.
Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann in Kontakt mit dem ersten Ionenextraktionsgitter 43 sein. In diesem Fall kann die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' das gleiche Potential wie das erste Ionenextraktionsgitter 43 aufweisen.
Das Plasma 38 wird in der Plasmakammer 31 erzeugt. Zwischen dem Plasma 38 und der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' existiert eine Plasmahülle 40. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' funktioniert dahingehend, die Bildung der Plasmahülle 40 zu steuern. Daher kann eine Plasmaoberfläche 39 um die Dicke der Plasmahülle 40 von der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' beabstandet sein.
Die Dicke der Plasmahülle 40 kann in Abhängigkeit von der Dichte des Plasmas 38 variieren. Wenn zum Beispiel die Dichte des Plasmas 38 vergrößert wird, kann die Dicke der Plasmahülle 40 verringert werden. Die Plasmaoberfläche 39 kann durch Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen gesteuert werden. Die zweiten Ionenextraktionsöffnungen können eine Breite aufweisen, die geringer als die Dicke der Plasmahülle 40 ist. Wenn die zweiten Ionenextraktionsöffnungen eine Breite aufweisen, die geringer als die Dicke der Plasmahülle 40 ist, kann die Plasmaoberfläche 39 im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' sein.
Der Gitteraufbau 49 funktioniert dahingehend, dass ein Ionenstrahl 50 durch die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H extrahiert wird. Der Ionenstrahl 50 wird auf eine Oberfläche des Wafers 55 injiziert.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Plasmaoberfläche 39 parallel zu der Oberfläche der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' gesteuert. Im Allgemeinen können die aus dem Plasma 38 extrahierten Ionen eine Richtung senkrecht zu der Plasmaoberfläche 39 aufweisen. Daher ist es möglich, Kollisionen der aus dem Plasma 38 extrahierten Ionen mit dem Gitteraufbau 49 und Streuung der Ionen zu minimieren. Eventuell ist es möglich, den Ionenfluss des Ionenstrahls 50 im Vergleich zum Stand der Technik deutlich zu erhöhen.
3 veranschaulicht die Plasmhüllensteuereinheit 41 oder 41' und die Ionenextraktionsgitter 43 und 45 gemäß exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung, und die 4 und 5 sind vergrößerte perspektivische Ansichten des Teils E2 von 3. Bezugnehmend auf die 3, 4 und 5 kann das erste Ionenextraktionsgitter 43 die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H beinhalten. Das zweite Ionenextraktionsgitter 45 kann ebenfalls die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H beinhalten. Das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 können bezüglich der ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H ausgerichtet sein.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, können die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H eine Zylinderform aufweisen. Andererseits können die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H eine Schlitzform aufweisen. Das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 können Leiter sein. Das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 können die gleiche Dicke oder unterschiedliche Dicken aufweisen. Zum Beispiel kann das zweite Ionenextraktionsgitter 45 dicker als das erste Ionenextraktionsgitter 43 sein.
Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann ein Netzgitter 41 oder eine poröse Materialschicht 41' sein. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' beinhaltet die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H. Die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H können kleiner als die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H sein. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann dünner als das erste Ionenextraktionsgitter 43 sein. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann ein Leiter oder ein Isolator sein.
Wie in 4 gezeigt, kann die Plasmhüllensteuereinheit 41 oder 41' ein Netzgitter 41 sein. Das Netzgitter 41 kann aus einem Material gebildet sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Graphit, Metall und Kohlenstoffnanoröhre besteht. Das Netzgitter 41 kann die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H beinhalten. Die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H können kleiner als die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H sein. Das Netzgitter 41 kann dünner als das erste Ionenextraktionsgitter 43 sein.
Wie in 5 gezeigt, kann die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' eine poröse Materialschicht 41' sein. In diesem Fall kann die poröse Materialschicht 41' ein Leiter oder ein Isolator sein. Zum Beispiel kann die poröse Materialschicht 41' eine poröse Metallschicht oder eine poröse Keramikschicht sein. Die poröse Materialschicht 41' kann die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H beinhalten. Die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H können kleiner als die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H sein. Die poröse Materialschicht 41' kann dünner als das erste Ionenextraktionsgitter 43 sein.
Die 6 bis 8 sind vergrößerte Querschnittansichten des Teils E1 von 2. Bezugnehmend auf die 2 und 6 ist die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' an dem Gitteraufbau 49 angebracht. Der Gitteraufbau 49 beinhaltet das erste Ionenextraktionsgitter 43, das isolierende Element 44 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45. In diesem Fall kann die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' in Kontakt mit dem ersten Ionenextraktionsgitter 43 sein.
Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann eine erste Dicke T1 aufweisen. Das erste Ionenextraktionsgitter 43 kann eine zweite Dicke T2 aufweisen. Das isolierende Element 44 kann eine dritte Dicke T3 aufweisen. Das zweite Ionenextraktionsgitter 45 kann eine vierte Dicke T4 aufweisen. Die erste Dicke T1 kann geringer als die zweite Dicke T2 sein. Das heißt, die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann dünner als das erste Ionenextraktionsgitter 43 sein. Die zweite Dicke T2 und die vierte Dicke T4 können gleich oder verschieden sein.
Der Gitteraufbau 49 beinhaltet die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H. Die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H können durch das erste Ionenextraktionsgitter 43, das isolierende Element 44 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 hindurch gehen. Die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H weisen eine erste Breite W1 auf.
Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' beinhaltet die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H. Die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H weisen eine zweite Breite W2 auf. Die zweite Breite W2 kann geringer als die erste Breite W1 sein. Das heißt, die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H können kleiner als die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H sein. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann ein Leiter oder ein Isolator sein.
Die Plasmahülle 40 existiert zwischen dem Plasma 38 und der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41'. Die Plasmahülle 40 weist eine fünfte Dicke T5 auf. Die fünfte Dicke T5 kann in Abhängigkeit von der Dichte des Plasmas 38 variieren. Zum Beispiel ist die fünfte Dicke T5 umso dünner, je höher die Dichte des Plasmas 38 ist. Das heißt, mit zunehmender Dichte des Plasmas 30 ist ein Abstand zwischen der Plasmaoberfläche 39 und der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' verringert.
Die zweite Breite W2 kann geringer als die fünfte Dicke T5 sein. Das heißt, die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H können kleiner als die fünfte Dicke T5 der Plasmahülle 40 sein. Zum Beispiel kann die fünfte Dicke T5 um ein Mehrfaches größer als die zweite Breite W2 sein. Wenn die zweite Breite W2 geringer als die fünfte Dicke T5 ist, kann die Plasmaoberfläche 39 parallel zu der Oberfläche der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' sein. Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, die Plasmaoberfläche 39 durch Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H zu steuern.
An das erste Ionenextraktionsgitter 43 kann eine positive Spannung angelegt sein. In diesem Fall kann das zweite Ionenextraktionsgitter 45 geerdet sein. Außerdem kann eine negative Spannung an das zweite Ionenextraktionsgitter 45 angelegt sein. Wenn die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' ein Leiter ist, kann die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' das gleiche Potential wie das erste Ionenextraktionsgitter 43 aufweisen.
Das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 funktionieren dahingehend, den Ionenstrahl 50 aus dem Plasma 38 zu extrahieren. Der Ionenstrahl 50 geht nacheinander durch die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H und die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H hindurch, um in die Probenkammer 51 injiziert zu werden.
Im Allgemeinen können die aus dem Plasma 38 extrahierten Ionen eine Direktionalität senkrecht zu der Plasmaoberfläche 39 aufweisen. Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung möglich, die Plasmaoberfläche 39 durch Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H zu steuern. Das heißt, die Plasmaoberfläche 39 kann trotz Erhöhung der Dichte des Plasmas 38 parallel zu der Oberfläche der dieser gegenüberliegenden Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' ausgebildet sein. Da her ist es möglich, Kollisionen der aus dem Plasma 38 extrahierten Ionen mit dem Gitteraufbau 49 und Streuung der Ionen zu minimieren.
Eventuell ist es möglich, den Ionenfluss des Ionenstrahls 50 im Vergleich zum Stand der Technik durch Erhöhen der Dichte des Plasmas 38 und Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H deutlich zu erhöhen.
Bezugnehmend auf die 2 und 7 kann die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' von dem Gitteraufbau 49 beabstandet sein. Der Gitteraufbau 49 beinhaltet das erste Ionenextraktionsgitter 43, das isolierende Element 44 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45. In diesem Fall kann ein Lückenbereich 410 zwischen der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' und dem ersten Ionenextraktionsgitter 43 vorgesehen sein. Der Lückenbereich 41G kann mit einem isolierenden Material gefüllt sein, dessen Beschreibung wird jedoch zwecks Bequemlichkeit weggelassen. Der Lückenbereich 41G weist eine sechste Dicke T6 auf.
Der Gitteraufbau 49 beinhaltet die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H. Die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H weisen eine erste Breite W1 auf. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' beinhaltet die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H. Die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H weisen eine zweite Breite W2 auf. Die zweite Breite W2 kann geringer als die erste Breite W1 sein. Das heißt, die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H können kleiner als die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H sein. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' kann ein Leiter oder ein Isolator sein.
Im Allgemeinen existiert die Plasmahülle 40 zwischen dem Plasma 38 und einem diesem gegenüberliegenden Objekt. Das heißt, die Plasmahülle 40 existiert zwischen dem Plasma 38 und einem Isolator entgegengesetzt zu dem Plasma 38. Daher existiert die Plasmahülle 40 zwi schen dem Plasma 38 und der Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41'. Die Plasmahülle 40 weist eine fünfte Dicke T5 auf. Die fünfte Dicke T5 kann in Abhängigkeit von der Dichte des Plasmas 38 variieren. Zum Beispiel ist die fünfte Dicke T5 umso geringer, je höher die Dichte des Plasmas 38 ist.
Die zweite Breite W2 kann geringer als die fünfte Dicke T5 sein. Das heißt, die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H können kleiner als die fünfte Dicke T5 der Plasmahülle 40 sein. Zum Beispiel kann die fünfte Dicke T5 um ein Mehrfaches größer als die zweite Breite W2 sein. Wenn die zweite Breite W2 geringer als die fünfte Dicke T5 ist, kann die Plasmaoberfläche 39 parallel zu der Oberfläche der dieser gegenüberliegenden Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' ausgebildet sein.
Das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das zweite Ionenextraktionsgitter 45 funktionieren dahingehend, dass der Ionenstrahl 50 aus dem Plasma 38 extrahiert wird. Der Ionenstrahl 50 geht nacheinander durch die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H und die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H hindurch, um in die Probenkammer 51 injiziert zu werden.
Aus dem Plasma 38 extrahierte Ionen können eine Direktionalität senkrecht zu der Plasmaoberfläche 39 aufweisen. Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung möglich, die Plasmaoberfläche 39 durch Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H zu steuern. Das heißt, die Plasmaoberfläche 39 kann trotz einer Erhöhung der Dichte des Plasmas 38 parallel zu der Oberfläche der dieser gegenüberliegenden Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' ausgebildet sein. Daher ist es möglich, Kollisionen der aus dem Plasma 38 extrahierten Ionen mit dem Gitteraufbau 49 und Streuung der Ionen zu minimieren.
Eventuell ist es möglich, den Ionenfluss des Ionenstrahls 50 im Vergleich zum Stand der Technik durch Erhöhen der Dichte des Plasmas 38 und Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H deutlich zu erhöhen.
Bezugnehmend auf die 2 und 8 ist ein weiterer Gitteraufbau 49' vorgesehen, der das erste Ionenextraktionsgitter 43, das isolierende Element 44, das zweite Ionenextraktionsgitter 45, ein weiteres isolierendes Element 47 und ein drittes Ionenextraktionsgitter 48 beinhaltet. Die Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' ist an dem Gitteraufbau 49' angebracht. Im Folgenden werden lediglich Unterschiede zu den vorstehend erläuterten Ausführungsformen beschrieben.
Das dritte Ionenextraktionsgitter 48 ist zwischen das zweite Ionenextraktionsgitter 45 und die Probenkammer 51 eingefügt. In diesem Fall kann das zweite Ionenextraktionsgitter 45 zwischen das erste Ionenextraktionsgitter 43 und das dritte Ionenextraktionsgitter 48 eingefügt sein. Die weitere isolierende Schicht 47 ist zwischen das zweite Ionenextraktionsgitter 45 und das dritte Ionenextraktionsgitter 48 eingefügt. Das dritte Ionenextraktionsgitter 48 kann ein Leiter sein.
Der weitere Gitteraufbau 49' beinhaltet die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H. Die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H gehen durch das erste Ionenextraktionsgitter 43, das isolierende Element 44, das zweite Ionenextraktionsgitter 45, das weitere isolierende Element 47 und das dritte Ionenextraktionsgitter 48 hindurch. Die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H weisen eine erste Breite W1 auf. Das erste Ionenextraktionsgitter 43, das zweite Ionenextraktionsgitter 45 und das dritte Ionenextraktionsgitter 48 können in Beziehung zu den ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H angeordnet sein.
An das dritte Ionenextraktionsgitter 48 kann eine Spannung mit der gleichen Polarität wie beim ersten Ionenextraktionsgitter 43 angelegt sein. Außerdem kann eine Spannung, die niedriger als jene am ersten Ionenextraktionsgitter 43 ist, an dem dritten Ionenextraktionsgitter 48 angelegt sein. Wenn zum Beispiel eine erste positive Spannung an dem ersten Ionenextraktionsgitter 43 angelegt ist, ist eine zweite positive Spannung an dem dritten Ionenextraktionsgitter 48 angelegt, und die zweite Spannung kann niedriger als die erste Spannung sein.
Das erste Ionenextraktionsgitter 43, das zweite Ionenextraktionsgitter 45 und das dritte Ionenextraktionsgitter 48 funktionieren dahingehend, dass der Ionenstrahl 50 aus dem Plasma 38 extrahiert wird. Der Ionenstrahl 50 geht nacheinander durch die zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H und die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H hindurch, um in die Probenkammer 51 injiziert zu werden. Hierbei funktioniert das dritte Ionenextraktionsgitter 48 dahingehend, eine Beschleunigungsgeschwindigkeit des Ionenstrahls 50 zu steuern, der durch die ersten Ionenextraktionsöffnungen 49H extrahiert wird.
Im Allgemeinen weisen die aus dem Plasma 38 extrahierten Ionen eine Direktionalität senkrecht zu der Plasmaoberfläche 39 auf. Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung möglich, die Plasmaoberfläche 39 durch Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H zu steuern. Das heißt, die Plasmaoberfläche 39 kann trotz einer Erhöhung der Dichte des Plasmas 38 parallel zu der Oberfläche der dieser gegenüberliegenden Plasmahüllensteuereinheit 41 oder 41' ausgebildet sein. Daher ist es möglich, Kollisionen der aus dem Plasma 38 extrahierten Ionen mit dem Gitteraufbau 49' und Streuung der Ionen zu minimieren.
Eventuell ist es möglich, den Ionenfluss des Ionenstrahls 50 im Vergleich zum Stand der Technik durch Erhöhen der Dichte des Plasmas 38 und Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen 41H deutlich zu erhöhen.
Die 9 und 10 zeigen Messergebnisse von einem spezifischen Beispiel. Speziell veranschaulicht 9 Ionenstromcharakteristika, die in einem ersten Ionenextraktionsgitter gemessen wurden, um eine Schwankung von Ionenstrahlen zu überprüfen, die durch Verwendung der Plasmahüllensteuereinheit extrahiert werden, und 10 veranschaulicht Ionenstromcharakteristika, die in einer Probenkammer benachbart zu einem Gitteraufbau gemessen wurden, um eine Schwankung von Ionenstrahlen zu überprüfen, die durch Verwendung der Plasmahüllensteuereinheit extrahiert werden. Horizontale Achsen P der 9 und 10 bezeichnen eine Hochfrequenz(HF)-Leistung, die an eine Induktionsspule einer Plasmakammer angelegt ist, und die Einheit ist Watt (W). Vertikale Achsen Ic der 9 und 10 bezeichnen einen gemessenen Ionenstrom, und die Einheit ist Mikroampere (μA).
Ein in dem Experiment verwendetes Gas ist Argon (Ar). Es wurde ein Gitteraufbau verwendet, der ein erstes Ionenextraktionsgitter, ein zweites Ionenextraktionsgitter und ein drittes Ionenextraktionsgitter beinhaltet. Spannungen von +150 V, –100 V und 0 V wurden an das erste Ionenextraktionsgitter, das zweite Ionenextraktionsgitter beziehungsweise das dritte Ionenextraktionsgitter angelegt. Der Gitteraufbau wies erste Ionenextraktionsöffnungen von 3,5 mm auf. Eine Plasmahüllensteuereinheit war an einer Oberfläche des ersten Ionenextraktionsgitters angebracht. Die Plasmahüllensteuereinheit war aus einem leitfähigen Netzgitter gebildet.
Bezugnehmend auf 9 repräsentiert eine Kurve 90 eine in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit weggelassen wurde und lediglich der Gitteraufbau angebracht war. Eine Kurve 92 repräsentiert eine in dem ers ten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit mit den zweiten Ionenextraktionsöffnungen von 200 μm an dem Gitteraufbau angebracht war. Eine Kurve 94 repräsentiert eine in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit mit den zweiten Ionenextraktionsöffnungen von 400 μm an dem Gitteraufbau angebracht war. Eine Kurve 96 repräsentiert eine in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit mit den zweiten Ionenextraktionsöffnungen von 600 μm an dem Gitteraufbau angebracht war.
Wie aus den Kurven 90, 92, 94 und 96 ersichtlich, ist zu erkennen, dass der in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstrom erhöht ist, wenn die an die Induktionsspule der Plasmakammer angelegte HF-Leistung erhöht ist. Das heißt, es ist zu erkennen, dass der in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstrom durch eine Erhöhung der Dichte des Plasmas erhöht werden kann.
Außerdem ist es möglich, den in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessenen Ionenstrom durch Anbringen der Plasmahüllensteuereinheit relativ zu reduzieren. Das heißt, der in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstrom kann aufgrund der Installation der Plasmahüllensteuereinheit etwas reduziert sein.
Des Weiteren ist der in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstrom umso kleiner, je geringer die Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen ist. Das heißt, der in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstrom kann in Abhängigkeit von der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen unterschiedlich detektiert werden. Es ist außerdem zu erkennen, dass der in dem ersten Ionenextraktionsgitter gemessene Ionenstrom durch Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen gesteuert werden kann.
Bezugnehmend auf 10 repräsentiert eine Kurve 110 eine in der Probenkammer gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit weggelassen wurde und lediglich der Gitteraufbau angebracht war. Eine Kurve 112 repräsentiert eine in der Probenkammer gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit mit den zweiten Ionenextraktionsöffnungen von 200 μm an dem Gitteraufbau angebracht war. Eine Kurve 114 repräsentiert eine in der Probenkammer gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit mit den zweiten Ionenextraktionsöffnungen von 400 μm an dem Gitteraufbau angebracht war. Eine Kurve 116 repräsentiert eine in der Probenkammer gemessene Ionenstromcharakteristik, wenn die Plasmahüllensteuereinheit mit den zweiten Ionenextraktionsöffnungen von 600 μm an dem Gitteraufbau angebracht war.
In der Kurve 110 ist zu erkennen, dass der in der Probenkammer gemessene Ionenstrom mit zunehmender HF-Leistung etwas reduziert ist, wenn die Plasmahüllensteuereinheit weggelassen wurde und lediglich der Gitteraufbau angebracht war. Es versteht sich, dass die Dicke der Plasmahülle aufgrund des Erhöhens der Plasmadichte reduziert ist und der Ionenfluss aufgrund von Dispersion der extrahierten Ionen verringert ist.
In den Kurven 112, 114, 116 ist zu erkennen, dass der in der Probenkammer gemessene Ionenstrom mit zunehmender HF-Leistung erhöht ist, wenn die Plasmahüllensteuereinheit an dem Gitteraufbau angebracht war. Der in der Probenkammer gemessene Ionenstrom kann in Abhängigkeit von der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen verschieden detektiert werden. Außerdem ist zu erkennen, dass der in der Probenkammer gemessene Ionenstrom durch Einstellen der Abmessung der zweiten Ionenextraktionsöffnungen gesteuert werden kann.
Aus den 9 und 10 ist ersichtlich, dass eine Ionenstrahlvorrichtung mit hohem Ionenfluss durch Erhöhen der Plasmadichte und Verwenden einer Plasmahüllensteuereinheit und eines Gitteraufbaus implementiert werden kann.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, ist eine Ionenstrahlvorrichtung mit einer Plasmahüllensteuereinheit und einem Gitteraufbau bereitgestellt. Die Plasmahüllensteuereinheit funktioniert dahingehend, dass die Bildung einer Plasmahülle eingestellt wird. Das heißt, eine Plasmaoberfläche kann parallel zu der Plasmahüllensteuereinheit bereitgestellt werden. Daher ist es möglich, eine Ionenstrahlvorrichtung mit einem hohen Ionenfluss zu implementieren. Außerdem ist es möglich, eine Halbleiterfertigungsvorrichtung zu implementieren, welche die Ionenstrahlvorrichtung mit hohem Ionenfluss verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4450031 [0009]

Claims

Ionenstrahlvorrichtung mit – einer Plasmakammer (31), – einem Gitteraufbau (49), der an einem Ende der Plasmakammer installiert ist und wenigstens eine erste Ionenextraktionsöffnung (49H) aufweist, und – einer Plasmahüllensteuereinheit (41, 41'), die zwischen der Plasmakammer und dem Gitteraufbau angeordnet ist und wenigstens eine zweite Ionenextraktionsöffnung (41H) aufweist, die kleiner als die erste Ionenextraktionsöffnung ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Ionenextraktionsöffnung eine Breite aufweist, die geringer als eine Dicke einer Plasmahülle (40) der Plasmakammer ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Ionenextraktionsöffnung um ein Mehrfaches kleiner als die Dicke der Plasmahülle ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Plasmahüllensteuereinheit ein Leiter ist und/oder in Kontakt mit dem Gitteraufbau ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Plasmahüllensteuereinheit ein Netzgitter ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Plasmahüllensteuereinheit aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Graphit, Metall und Kohlenstoffnanoröhren besteht.
Ionenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Plasmahüllensteuereinheit eine poröse Materialschicht ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Plasmahüllensteuereinheit aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer porösen Metallschicht oder einer porösen Keramikschicht besteht.
Ionenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Gitteraufbau beinhaltet: – ein erstes Ionenextraktionsgitter (43) und – ein zweites Ionenextraktionsgitter (45), – wobei das erste Ionenextraktionsgitter zwischen die Plasmahüllensteuereinheit und das zweite Ionenextraktionsgitter eingefügt ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Plasmahüllensteuereinheit dünner als das erste Ionenextraktionsgitter ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine positive Spannung an das erste Ionenextraktionsgitter angelegt wird und eine negative Spannung an das zweite Ionenextraktionsgitter angelegt wird oder dieses geerdet wird.
Ionenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Gitteraufbau des Weiteren ein drittes Ionenextraktionsgitter (48) beinhaltet, an das eine positive Spannung angelegt wird, wobei das zweite Ionenextraktionsgitter zwischen das erste Ionenextraktionsgitter und das dritte Ionenextraktionsgitter eingefügt ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die an das dritte Ionenextraktionsgitter angelegte Spannung niedriger als die an das erste Ionenextraktionsgitter angelegte Spannung ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die zweite Ionenextraktionsöffnung der Plasmahüllensteuereinheit eine Breite zwischen etwa 200 μm und 600 μm aufweist.
Halbleiterfertigungsvorrichtung mit – einer Ionenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und – einer Probenkammer (51), die mit der Plasmakammer der Ionenstrahlvorrichtung in Verbindung steht, – wobei der Gitteraufbau der Ionenstrahlvorrichtung zwischen der Plasmakammer und der Probenkammer angeordnet ist.
Halbleiterfertigungsvorrichtung nach Anspruch 15, die des Weiteren beinhaltet: – einen Gaseinlassanschluss (37), der an einer Oberfläche der Plasmakammer angeordnet ist, und – einen Auslassanschluss (59), der in der Probenkammer angeordnet ist.
Halbleiterfertigungsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, die des Weiteren einen Wafertisch (53) beinhaltet, der in der Probenkammer angeordnet ist.
Verfahren zur Bereitstellung eines Ionenstrahls von einer Plasmaquelle, das die folgenden Schritte umfasst: – Positionieren einer Plasmahüllensteuereinheit (41, 41') benachbart zu einer Plasmahülle (40) einer Plasmaquelle und vor einem Gitteraufbau (49), so dass mehrere Öffnungen (41H) der Plasmahüllensteuereinheit mit jeder Öffnung (49H) des Gitteraufbaus in Verbindung stehen und die resultierende Plasmahülle im Wesentlichen koplanar mit einer Oberfläche der Plasmahüllensteuereinheit ist, – Anlegen einer Spannung an den Gitteraufbau und – Extrahieren von Ionen durch wenigstens eine Öffnung in der Plasmahüllensteuereinheit und anschließend durch jede Öffnung in dem Gitteraufbau, um einen Ionenstrahl zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 18, das des Weiteren umfasst: – Bereitstellen eines ersten Extraktionsgitters (43) des Gitteraufbaus und eines zweiten Extraktionsgitters (45), das zu dem ersten ausgerichtet ist, und – Anlegen der Spannung an das erste Extraktionsgitter und einer anderen Spannung an das zweite Extraktionsgitter.
Verfahren nach Anspruch 19, das des Weiteren umfasst: – Bereitstellen eines dritten Extraktionsgitters (48) des Gitteraufbaus, so dass das zweite Extraktionsgitter zwischen das erste und das dritte Extraktionsgitter eingefügt ist, – Anlegen einer ersten positiven Spannung an das erste Extraktionsgitter und – Anlegen einer zweiten positiven Spannung an das dritte Extraktionsgitter, die niedriger als die erste positive Spannung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei eine Breite der Öffnungen der Plasmahüllensteuereinheit kleiner als eine Dicke der Plasmahülle gewählt wird.