JP2012523122A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

プラズマ処理装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に設けられて、処理対象物を支持するプラテンと、処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有する処理チャンバにプラズマを生成させるソースと、絶縁変更器とを含む。絶縁変更器は、間隙平面がシースに最も近く間隙に近接した絶縁変更器の各部分により画定されており、間隙角度が、間隙平面と、プラズマに対向する処理対象物の前面が画定する処理対象物平面との間の角度である間隙を有する。さらに、処理対象物にイオンを衝突させる方法が開示され、本方法においては、イオンの処理対象物に対する入射角度の範囲には、中央角度と角度分布とが含まれ、絶縁変更器が形成する中央角度は処理対象物平面に垂直ではない。
【選択図】図１４

Description

本開示は、プラズマ処理に係り、より詳しくは、プラズマ処理装置に係る。

プラズマ処理装置は、処理チャンバにプラズマを生成することで、処理チャンバ内のプラテンに支持される処理対象物を処理する。プラズマ処理装置には、これらに限られはしないが、ドーピングシステム、エッチングシステム、および堆積システムが含まれてよい。プラズマは通常、イオン（通常は正の電荷を有する）と、電子（負の電荷を有する）とによる準中性の集合体である。プラズマは、約０ボルト／ｃｍの電界をバルクのプラズマに有する。プラズマ処理装置によっては、プラズマからイオンが処理対象物に引き付けられる場合がある。プラズマドーピング装置内では、イオンは十分なエネルギーで引き付けられて、処理対象物の物理構造内（一例では半導体基板）に注入される。

プラズマは、処理対象物に近接した領域（通常はプラズマシースと称される）により境界を隔てられる。プラズマシースは、プラズマよりも電子の少ない領域である。このプラズマシースにおける発光の強度は、プラズマのものよりも小さいが、これは、電子の量が少ないために、励起緩和衝突があまり生じないことに起因している。従ってプラズマシースは「ダークスペース」と称される場合もある。

図１を参照すると、公知のプラズマ処理装置の部分的な断面図が示されており、ここでは、プラズマ１４０のプラズマシース１４２が処理対象物１３８の前面に隣接している。処理対象物１３８の前面は、平面１５１を画定しており、処理対象物１３８がプラテン１３４に支持されている。プラズマ１４０とプラズマシース１４２との間の境界１４１は、平面１５１に平行である。プラズマ１４０からのイオン１０２は、プラズマシース１４２を通り処理対象物１３８に引き付けられうる。従って、処理対象物１３８へと加速して引き付けられるイオン１０２は、通常は、平面１５１に対して約０度の入射角度で（つまり、平面１５１に垂直に）処理対象物１３８に衝突する。３度未満程度の僅かな入射角度の角度拡がりは生じうる。加えて、処理チャンバ内の気圧といったプラズマ処理パラメータを制御することで、角度拡がりが５度程度に増加する場合もある。

従来のプラズマ処理の欠点は、イオン１０２の角度拡がり制御ができない点である。近年では、処理対象物の構造が小型化する傾向にあり、三次元構造（例えば、トレンチキャパシタ、ＦｉｎＦＥＴ等の垂直チャネルトランジスタ）が普及してきているので、大規模な角度制御を行うことが望ましい。例えば、図１には、明瞭化目的からトレンチ１４４がサイズを強調して描かれている。イオン１０２は約０度の入射角度、または角度拡がりが５度までで方向付けられており、トレンチ１４４の側壁１４７を均一に処理することが難しい。従って、上述した不都合および欠点を克服することのできるプラズマ処理装置が望まれている。

開示の第１の態様においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に設けられて、処理対象物を支持するプラテンと、処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有する処理チャンバにプラズマを生成させるソースと、絶縁変更器とを含む。絶縁変更器は、間隙平面がシースに最も近く間隙に近接した絶縁変更器の各部分により画定されており、間隙角度が、間隙平面と、プラズマに対向する処理対象物の前面が画定する処理対象物平面との間の角度である間隙を有する。絶縁変更器が生成する間隙角度はゼロではない。

開示の第２の態様においては、方法が提供される。方法は、処理対象物を処理チャンバに配置する段階と、処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有する処理チャンバにプラズマを生成する段階と、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を、絶縁変更器により変更する段階と、プラズマからのイオンを、プラズマシースを通り処理対象物へと引き付ける段階とを備える。イオンの処理対象物に対する入射角度の範囲は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状に依存しており、入射角度の範囲には、中央角度と角度分布とが含まれ、絶縁変更器が形成する中央角度は処理対象物平面に垂直ではない。

本開示のよりよい理解のために添付図面を参照しながら説明を行うが、図面においては同様の部材に同様の参照番号を付している。

先行技術による、従来のプラズマ処理装置の簡略化ブロック図である。 本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置のブロック図である。 本開示の一実施形態におけるプラズマドーピング装置のブロック図である。 プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御する一対の絶縁体の断面図である。 図４の境界を越えてイオンを加速して移動させた場合の軌跡を示す、図４に基づく断面図である。 図５のイオンの軌跡の角度分布をプロットした図である。 一対の絶縁体と処理対象物との間の垂直間隔を制御するシステムのブロック図である。 異なる垂直間隔を有するイオンの軌跡を示す、図７に基づく断面図である。 一対の絶縁体間の水平間隔を制御するシステムのブロック図である。 異なる水平間隔を有するイオンの軌跡を示す、図９に基づく断面図である。 処理対象物に対して一対の絶縁シートを移動させる走査システムを有するプラズマ処理装置のブロック図である。 絶縁シートと、ディスク形状の処理対象物との間の相対的な移動を示す、図１１の絶縁シートの平面図である。 複数の絶縁体を有する、図１１に基づく走査システムのブロック図である。 本開示の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置のブロック図である。 プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御するために利用される２つの絶縁体の断面図である。 図１５のイオンの軌跡の角度分布をプロットした図である。 一式の絶縁体と処理対象物との間の垂直間隔を制御するシステムのブロック図である。 第１の垂直間隔におけるイオンの軌跡を示す、図１７に基づく断面図である。 第２の垂直間隔におけるイオンの軌跡を示す、図１７に基づく断面図である。 絶縁体間の水平間隔を制御するシステムのブロック図である。 負の水平間隔におけるイオンの軌跡を示す、図２０に基づく断面図である。 プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御するために利用される３つの絶縁体の断面図である。 図２２のイオンの軌跡の角度分布をプロットした図である。 絶縁変更器のさらなる実施形態の断面図である。 絶縁変更器のさらなる実施形態の断面図である。 絶縁変更器のさらなる実施形態の断面図である。 処理対象物に対して絶縁シートを移動させる走査システムを有するプラズマ処理装置のブロック図である。 絶縁シートとディスク形状の処理対象物との間の相対的な移動を示す、図２５の絶縁シートの平面図である。 複数の絶縁体を有する図２５に基づく走査システムのブロック図である。

図２は、本開示の一実施形態における絶縁変更器２０８を有するプラズマ処理装置200のブロック図である。絶縁変更器２０８は、プラズマシース２４２内の電界を変更して、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御する。こうすることで、プラズマシース２４２を通りプラズマ１４０から引き付けられたイオン１０２は、入射角度の範囲で処理対象物１３８に衝突することとなる。

プラズマ処理装置２００は、ここではさらにプラズマドーピング装置として記載されてよい。しかしプラズマ処理装置２００には、エッチングシステム、堆積システム等が含まれてもよく、これらに限定もされない。さらには、プラズマドーピングシステムが処理対象物に対して様々に異なる材料変更処理を行うこともできる。これら処理の１つに、処理対象物（例えば半導体基板）に、望ましいドーパントをドーピングする処理が含まれる。

プラズマ処理装置２００は、処理チャンバ２０２、プラテン１３４、ソース２０６、および絶縁変更器２０８を含んでよい。プラテン１３４は、処理チャンバ２０２内に載置されて、処理対象物１３８を支持する。処理対象物には、これらに限定はされないが、半導体ウェハ、フラットパネル、太陽パネル、およびポリマー基板が含まれる。半導体ウェハ、一実施形態では、３００ミリメートル（ｍｍ）の直径を有するディスク形状を有してよい。ソース２０６は、当技術分野で知られているように、処理チャンバ２０２内でプラズマ１４０を生成する。図２の実施形態では、絶縁変更器２０８は、間に水平間隔（Ｇ）の間隙が画定された一対の絶縁体２１２および２１４を含む。他の実施形態では、絶縁変更器は絶縁体を１つだけ含んでもよい。一対の絶縁体２１２および２１４は、薄型の平面形状を有する一対のシートであってよい。他の実施形態では、一対の絶縁体２１２および２１４は、管形状、楔形状、および／または、間隙に近接して勾配が付けられたエッジ（beveled edge）等の他の形状であってもよい。

一実施形態では、一対の絶縁体２１２および２１４間に画定される間隙の水平間隔は、約６．０ミリメートル（ｍｍ）であってよい。また、一対の絶縁体２１２および２１４は、処理対象物１３８の前面が画定する平面１５１の上に垂直間隔（Ｚ）を置いて設けられてもよい。一実施形態では、垂直間隔（Ｚ）は約３．０ｍｍであってよい。

動作においては、気体ソース２８８が、イオン化ガスを処理チャンバ２０２に供給する。イオン化ガスの例には、これらに限定はされないが、ＢＦ_３、Ｂｌ_３、Ｎ_２、Ａｒ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３、Ｂ_２Ｈ_６、Ｈ_２、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＳｉＨ_４、ＳｉＦ_４、ＧｅＨ_４、ＧｅＦ_４、ＣＨ_４、ＣＦ_４、ＡｓＦ_５、ＰＦ_３、およびＰＦ５が含まれる。ソース２０６は、処理チャンバ２０２に提供された気体を励起してイオン化することによりプラズマ１４０を生成することができる。イオンは、様々なメカニズムを利用してプラズマシース２４２を通りプラズマ１４０から引き付けることができる。図２の実施形態では、バイアスソース２９０が、処理対象物１３８にバイアスをかけて、プラズマシース２４２を通りイオン１０２をプラズマ１４０から引き付ける。バイアスソース２９０は、ＤＣ電圧バイアス信号を提供するＤＣ電源、または、ＲＦバイアス信号を提供するＲＦ電源であってよい。

絶縁変更器２０８は、プラズマシース２４２内の電界を変更して、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御することができるという利点を有する。図２の実施形態では、絶縁変更器２０８は、一対の絶縁体２１２および２１４を含む。絶縁体２１２、２１４は、石英、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス、窒化シリコン等で形成されてよい。プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１は、平面１５１に対して凸形状であってよい。バイアスソース２９０が処理対象物１３８にバイアスをかけると、イオン１０２は、大きな入射角度範囲で、プラズマシース２４２から絶縁体２１２および２１４の間の間隙を通って引き付けられる。例えば、軌跡２７１を辿ったイオンは、平面１５１に対して角度＋θ度で処理対象物１３８に衝突する。例えば、軌跡２７０を辿ったイオンは、同じ平面１５１に対して約角度０度で処理対象物１３８に衝突する。例えば、軌跡２６９を辿ったイオンは、平面１５１に対して‐θ度で処理対象物１３８に衝突する。従って、入射角度の範囲は、０度を中心にして＋θ度から‐θ度であってよい。加えて、イオン軌跡の一部が（例えばパス２６９と２７１）交差する場合もある。絶縁体２１２および２１４間の水平間隔（Ｇ）、平面１５１上の絶縁体の垂直間隔（Ｚ）、絶縁体２１２および２１４の誘電率、その他のプラズマ処理パラメータを含むがこれらに限定はされない幾つかの要素によっては、入射角度（θ）の範囲は、０度を中心にして＋６０度から−６０度の間であってよい。このようにすることで、イオン１０２は、処理対象物１３８の上の微細な三次元構造に均一に処理を施すことができる。例えば、図示を明瞭に行うためにサイズが強調されているトレンチ２４４の側壁２４７に対して、図１のものと比較してより均一にイオン１０２処理を施すことができる。

図３を参照すると、一実施形態におけるプラズマドーピング装置３００のブロック図が示されている。図２の装置同様に、プラズマドーピング装置３００は、一対の絶縁体２１２および２１４を有することで、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御する。

プラズマドーピング装置３００は、封入される体積３０３を画定する処理チャンバ２０２を含む。気体ソース３０４は、処理チャンバ３０２に封入される体積３０３に対して、マスフローコントローラ３０６を通じて一次ドーパント気体を提供する。気体バッフル３７０を処理チャンバ２０２に設けることで、気体ソース３０４からの気体の流れを偏向させる。圧力計３０８は、処理チャンバ２０２内の圧力を計測する。真空ポンプ３１２は、排気ポート３１０から処理チャンバ２０２内を排気する。排気弁３１４は、排気ポート３１０により排気コンダクタンスを制御する。

プラズマドーピング装置３００はさらに、マスフローコントローラ３０６、圧力計３０８、および排気弁３１４に電気的に接続された気圧コントローラ３１６を含んでよい。気圧コントローラ３１６は、圧力計３０８に呼応するフィードバックループにおいて、排気弁３１４で排気コンダクタンスを制御することにより、または、マスフローコントローラ３０６でプロセスガスの流量を制御することにより、処理チャンバ２０２内に所望の圧力を維持することができる。

処理チャンバ２０２は、誘電材料からなり略水平方向に延在する第１のセクション３２０を含むチャンバ上部３１８を有してよい。チャンバ上部３１８はさらに、誘電材料からなり第１のセクション３２０から略垂直方向に延在する第２のセクション３２２を含む。チャンバ上部３１８はさらに、導電性および熱伝導性のある材料からなり、第２のセクション３２２の上にまたがり水平方向に延在する蓋３２４を含む。

プラズマドーピング装置はさらに、処理チャンバ２０２内にプラズマ１４０を生成するためのソース３０１を含む。ソース３０１は、平面アンテナ３２６および螺旋アンテナ３４６の一方または両方にＲＦ電力を供給してプラズマ１４０を生成させる電源等のＲＦソース３５０を含んでよい。ＲＦソース３５０は、ＲＦアンテナ３２６、３４６のインピーダンスにＲＦソース３５０の出力インピーダンスをマッチングさせてＲＦソース３５０からＲＦアンテナ３２６、３４６へ送られる電力を最大化させるインピーダンスマッチングネットワーク３５２により、アンテナ３２６、３４６に連結されてよい。

プラズマドーピング装置はさらに、プラテン１３４に電気的に連結されたバイアス電源３９０を含んでよい。プラズマドーピング装置はさらに、コントローラ３５６とユーザインタフェースシステム３５８とを含んでよい。コントローラ３５６は、所望の入出力機能を行うようプログラミング可能な汎用コンピュータまたは汎用コンピュータネットワークであってもよいし、または該汎用コンピュータまたは該汎用コンピュータネットワークを含むものとしてもよい。コントローラ３５６はさらに、通信デバイス、データ格納デバイス、およびソフトウェアを含んでよい。ユーザインタフェースシステム３５８は、タッチスクリーン、キーボード、ユーザポインティングデバイス、ディスプレイ、プリンタ等のデバイスを含むことで、ユーザに対してコマンドおよび／またはデータの入力を促したり、および／または、プラズマドーピング装置をコントローラ３５６経由で監視させたりすることができる。プラテン１３４の周りにはシールドリング３９４が設けられて、処理対象物１３８のエッジ付近に注入されたイオンの分布の均一性を向上させることができる。ファラデーカップ３９９等の１以上のファラデーセンサを、シールドリング３９４に設けることでイオンビーム電流を検知することもできる。

動作においては、気体ソース３０４が、処理対象物１３８へ注入するのに適したドーパントを含む一次ドーパントガスを供給する。ソース３０１により、処理チャンバ３０２内にプラズマ１４０が生成される。ソース３０１は、コントローラ３５６の制御を受けてよい。プラズマ１４０を生成する目的のために、ＲＦソース３５０はＲＦアンテナ３２６、３４６の少なくとも一方でＲＦ電流を共振させて、振動磁界を生成させる。振動磁界によって、ＲＦ電流は処理チャンバ２０２内へと誘導される。処理チャンバ２０２に入ったＲＦ電流は一次ドーパントガスを励起、イオン化して、プラズマ１４０を生成する。

バイアス電源３９０は、パルスのＯＮ／ＯＦＦ期間を有するパルス状のプラテン信号を提供し、プラテン１３４および処理対象物１３８へとバイアスがかかるので、イオンがプラズマ１４０からプラズマシース２４２を通り処理対象物１３８へと加速して到達する。イオン１０２は正の電荷を有するイオンなので、パルス状のプラテン信号のパルスのＯＮ期間には、処理チャンバ２０２に対して負の電圧パルスとなり、正の電荷のイオン１０２を引き付けることができる。パルス状のプラテン信号の周波数および／またはパルスのデューティサイクルは、所望のドーズレートを提供するように選択されてよい。パルス状のプラテン信号の振幅は、所望のエネルギーを提供することができるように選択されてよい。

一対の絶縁体２１２および２１４は、図２を参照して前述したようにプラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御することができるので好適である。従ってイオン１０２は、大きな範囲の入射角度で、プラズマシース２４２から絶縁体２１２および２１４の間の間隙を通って引き付けられて、処理対象物１３８にドーピングすることができる。

図４を参照すると、一対の絶縁体２１２、２１４および処理対象物１３８の部分的な断面図を示しており、絶縁体２１２および２１４が画定する間隙の周りのプラズマシース２４２の電界線が示されている。電界線、および、プラズマとプラズマシース２４２との間に形成される弓形の境界２４１は、−２０００ボルトでバイアスされた処理対象物１３８とガラス製の絶縁体２１２および２１４とによるコンピュータシミュレーションにより得られる。図示されているように、間隙の周りの弓形の境界２４１はさらに、平面１５１に対して凸形状であってよい。

図５は、プラズマシース２４２から、絶縁体２１２および２１４の間の間隙を通って加速されるイオンの軌跡のシミュレーションを示す、図４に基づく断面図である。プラズマドーピング装置では、イオンが、境界２４１およびプラズマシース２４２内の電界線の形状によって、間隙間隔の中央領域の処理対象物１３８に注入されてよい。例えば、イオンは、絶縁体２１２および２１４の間の水平間隔（Ｇ１）全体のうち、中央水平間隔（Ｇ３）に対応する処理対象物１３８の部分に衝突する。本実施形態では、絶縁体２１２および２１４に近接している周辺の水平間隔（Ｇ２）（Ｇ４）に対応する対象物の部分にはイオンが衝突しない。

図６は、図５のイオンの軌跡に基づいて、処理対象物１３８に衝突するイオンの入射角度分布を示すプロット６０２である。ここに示すように、プロット６０２は、約０度を中心として、約＋６０度から−６０度という大きな角度範囲で変化する入射角度を表している。このように大きな入射角度の範囲によって、三次元構造のコンフォーマルドーピングが可能となる。例えば、トレンチ構造の側壁が、この大きな入射角度の範囲によって、より均一にイオンをドーピングされる。

図７を参照すると、本開示における別の実施形態のブロック図が示されており、ここでは、絶縁変更器と、処理対象物１３８の前面が画定する平面１５１との間の垂直間隔（Ｚ）を調節可能である。絶縁偏向器は、他の実施形態で詳述されるように一対の絶縁体２１２および２１４であってよい。一対の絶縁体２１２および２１４には、アクチュエータ７０２が機械的に連結されて、平面１５１に対して矢印７２０、７２２が示す垂直方向に絶縁体を駆動することができる。平面１５１に対する、および互いに対する一対の絶縁体２１２および２１４のＺ位置は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状、ひいては、処理対象物１３８に衝突するイオンの軌跡に影響を与える。アクチュエータ７０２は、コントローラ３５６等のコントローラにより制御されてよい。

図８は、図７に基づく断面図を示しており、全ての他のパラメータを同じにして、平面１５１に対する一対の絶縁体２１２および２１４のＺ位置を異ならせたイオン軌跡を示す。第１の相対的に短いＺ間隙位置８２０では、絶縁体２１２、２１４は、平面１５１の上に第１の距離（Ｚ１）を置いて設けられている。比較的高さの高いＺ間隙位置８４０では、絶縁体２１２、２１４が平面１５１の上に第２の距離（Ｚ２）を置いて設けられており、（Ｚ２）＞（Ｚ１）である。第１の位置８２０では、プラズマとプラズマシースとの間の境界８４１は、平面１５１に対して凸形状である。さらに境界８４１は、弓形形状の頂点が絶縁体２１２の上面から距離（Ｚａ）の位置にあるような円の外周の一部の形状に略近い形状を有する。これに対して、第２の位置８４０の境界８４３の形状は、弓形形状の頂点が絶縁体２１２の上面からより短い距離（Ｚｂ）の位置にあるような、より浅い形状である（（Ｚｂ）＜（Ｚａ））。境界８４１、８４３の形状と、Ｚ間隙距離（Ｚ１）および（Ｚ２）、およびプラズマシースの電界線との組み合わせが、処理対象物１３８に衝突するイオンの角度拡がりに影響を及ぼす。例えば、相対的に短いＺ間隙位置における処理対象物１３８に衝突するイオンの角度拡がりは、相対的に長いＺ間隙位置８２０における処理対象物１３８に衝突するイオンの角度拡がりより大きい。加えて、イオンが処理対象物１３８に衝突する際の水平間隔は、より高いＺ間隙位置における水平間隔（Ｇ６）よりも、より短いＺ間隙位置８２０における水平間隔（Ｇ５）のほうが大きい（（Ｚ６）＜（Ｚ５））。図８には示されていないが、各絶縁体２１２および２１４の間で、Ｚ間隙位置を互いに異ならせることによっても、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状ひいてはイオンの角度拡がりに影響が出る。

図９を参照すると、本開示における別の実施形態のブロック図が示されており、ここでは絶縁体２１２および２１４の間の水平間隔（Ｇ）を調節可能である。水平間隔の調節は、図８および図９を参照して前述した垂直間隔の調節の代わりに、またはこれに加えて行うことができる。アクチュエータ９０２は、一対の絶縁体２１２および２１４の少なくとも一方に機械的に連結されて、矢印９０６の示す方向に絶縁体を互いに対して駆動させる。アクチュエータ９０２は、コントローラ３５６等のコントローラにより制御されてよい。

図１０は、図９に基づく断面図を示しており、全ての他のパラメータを同じにして、絶縁体２１２と２１４との間の間隙間隔を異ならせたイオン軌跡を示す。第１の相対的に短い水平間隙位置１０２０において、絶縁体２１２、２１４は、互いから第１の水平距離（Ｇａ）を置いて設けられている。相対的に長い水平間隙位置１０４０では、絶縁体２１２、２１４は、互いから第２の水平距離（Ｇｂ）を置いて設けられており、（Ｇｂ）＞（Ｇａ）である。第１の位置１０２０では、プラズマとプラズマシースとの間の境界１０４１は、平面１５１に対して凸形状である。さらに境界１０４１は、円の外周の一部の形状に略近い形状を有する。これに対して、第２の位置１０４０の境界１０４３の形状は、平面１５１に対して凸形状であり、境界１０４３の中央部分が平面１５１に略平行である。この結果、処理対象物１３８の対応するより大きな中央部分に対して、平面１５１に対する入射角度約０度でイオンを衝突させることができるようになる。

図１１は、処理対象物１３８に対して絶縁変更器２０８を駆動する走査システム１１０２を有するプラズマ処理装置１１００のブロック図である。図１１の実施形態では、絶縁変更器２０８は、図１２にもっともよく示されている一対の正方形の絶縁シート１１１２および１１１４を含む。走査システム１１０２は、絶縁シート１１１２および１１１４に機械的に連結されることで、これらを駆動するアクチュエータ１１０４を含んでよい。アクチュエータ１１０４は、コントローラ３５６等のコントローラにより制御されてよい。

図１２は、正方形の絶縁シート１１１２および１１１４と、ディスク形状の処理対象物１３８とを示す平面図であり、これらの間の相対移動の一例を示す。図１２の実施形態では、走査システム１１０２が、正方形の絶縁シート１１１２および１１１４を、位置Ａ、位置Ｂ、および位置Ｃ等というように移動させて、処理対象物１３８の全ての部分が、一対の正方形の絶縁シート１１１２および１１１４が画定する間隙により露呈するようにする。図１２に詳述するようなデカルト座標系を定義するとき、絶縁シート１１１２および１１１４は、図１２のＸ方向に駆動される。他の実施形態では、絶縁シート１１１２および１１１４、または別の絶縁シートのセットが、Ｙ方向に、または、Ｘ方向およびＹ方向の間の任意の角度で駆動されてもよい。加えて、走査システム１１０２が絶縁シート１１１２および１１１４を一方向に駆動する間に、処理対象物１３８が回転されてもよい。処理対象物１３８は、走査システム１１０２が絶縁シートを一方向に駆動した後で、所定の回転角度分回転されてもよい。一例では、回転は処理対象物の中心軸周りになされてよい（矢印１１２４）。

図１３を参照すると、図１１における走査システム１１０２が示されている。図１１と比較すると、図１３の走査システム１１０２は、間に複数の間隙１３０３−１、１３０３−２、…、１３０３−ｎを画定する複数の絶縁体１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、…、１３０２−（ｎ−１）、および１３０２−ｎを含んでいる。走査システムは、処理対象物１３８に対して複数の絶縁体１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、…、１３０２−（ｎ−１）、および１３０２−ｎを駆動させて、複数の間隙１３０３−１、１３０３−２、…、１３０３−ｎに処理対象物１３８を通過させる。

図１４は、図２のプラズマ処理装置の第２の実施形態を示す。上述したように、プラズマ処理装置２００は、処理チャンバ２０２、プラテン１３４、ソース２０６、および絶縁変更器２４８を含んでよい。図１４の実施形態では、絶縁変更器２４８は、間に水平間隔（Ｇ）の間隙が画定される絶縁体２５２および２５４を含む。他の実施形態では、絶縁変更器２４８は絶縁体を１つだけ含んでもよい。一実施形態では、絶縁体２５２および２５４間に画定される間隙の水平間隔は、シースの厚みおよび所望の角度分布に応じて、約１および６０ミリメートル（ｍｍ）の間であってよい。

絶縁体２５２および２５４は、処理対象物１３８の前面が画定する平面１５１の上に垂直間隔（Ｚ１、Ｚ２）を置いて設けられてよい。一実施形態では、近いほうの垂直間隔（Ｚ１）は約１および１０ｍｍの間であってよい。一部の実装例では、絶縁体の高さの差（つまりＺ２−Ｚ１）は、シースの厚みおよび所望の角度分布に応じて、約０および４０ｍｍの間であってよい。図１４では、絶縁体２５２の垂直方向の高さが絶縁体２５４のものより大きく示されているが、そのほうが望ましい場合には、絶縁体２５４の垂直方向の高さのほうが絶縁体２５２のものより大きくてもよい。

２つの絶縁体の垂直方向の高さの差によって、平面１５１に対する間隙角度が形成される。間隙角度は、シースに一番近く間隙に近接している絶縁体２５２のエッジおよびシースに一番近く間隙に近接している絶縁体２５４のエッジを通る平面２５７を形成して計測される。平面２５７と平面１５１との間の角度によって間隙角度（Ψ）が画定される。一部の実施形態では、間隙幅（δ）を、水平方向にではなくて、平面２５７沿いに計測する。間隙幅（δ）は水平間隔（Ｇ）と相関しており、δ＝Ｇ／ｃｏｓ（Ψ）で表される式で求められる。本式において、Ψは間隙角度を表す。間隙幅（δ）は、０および４０ｍｍの間であってよい。一部の実施形態では、水平間隔が０または負である場合もある（絶縁体同士が重なる場合にそうなる）。差分Ｚ２―Ｚ１を大きくしつつ、さらに０ｍｍまたは負の水平間隔とすることにより、非常に大きな中央角度（例えば８０度を超える角度）をもたらすことができる。

以下に詳述するように、開示される装置を利用して、イオンの角度分布を生成することができる。これらの角度分布は（例えば図１６および図２３に示す）、２つのパラメータにより特徴づけることができる。第１のパラメータは中央角度であり、これは、角度分布の中央を形成する角度のことである。中央角度は、平面１５１に直交する方向からの角度偏差として定義される。つまり、平面１５１に、中央角度０度で垂直に衝突するイオンのことである。入射角度が平面１５１に対してより平行になるほど、その値は増加する。

図１６においては、中央角度が約４５度である。図２３では、−４５度と＋４５度という２つの中央角度が存在している。第２のパラメータは、角度拡がり、あるいは、角度範囲である。これは、中央角度の周りのイオンの分布のことである。つまり、全てのイオンが同じ角度で処理対象物に衝突するわけではなく、中央角度の周りに角度分布をもって到達する。図１６では、角度分布が大体３５度から５５度であるので、角度拡がり（または範囲）が約２０度ということになる。同様にして、図２３の角度拡がり（または角度分布）も、約２０度である。

間隙角度（Ψ）は中央角度の定義の一助となる。処理対象物平面１５１に垂直ではない中央角度（つまりゼロではない中央角度）を生じさせるために、間隙角度（Ψ）をゼロではない値にすることができる。言い換えると、ゼロではない間隙角度（Ψ）とは、間隙平面２５７が処理対象物平面１５１に平行ではないことを示唆している。間隙角度（Ψ）をゼロではない値にすることにより、中央角度が、処理対象物平面１５１に垂直ではなくなるように変化する。より大きな間隙角度（＞３０度）により、通常は、中央角度にもより大きな偏差が生じる（＞３０度）。間隙角度（間隙平面２５７と処理対象物平面１５１とが略平行である場合）がより小さければ、中央角度（＜１０度）も、より小さくなる。

プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１は、平面１５１に対して不規則な形状であってもよい。バイアスソース２９０が処理対象物１３８にバイアスをかけると、イオン１０２は、大きな範囲の中央角度で、プラズマシース２４２から絶縁体２５２および２５４の間の間隙を通って引き付けられる。例えば、イオンは処理対象物１３８に、平面１５１に対してゼロではない中央角度＋θ度で衝突する。絶縁体の垂直間隔が逆になった場合には、イオンは処理対象物１３８に、平面１５１に対してゼロではない中央角度−θ度で衝突する。従って入射角度の範囲が約θ度を中心にして、θは−８０度および＋８０度の間である。絶縁体２５２および２５４の間の水平間隔（Ｇ）、平面１５１の上の各絶縁体の垂直間隔（Ｚ１、Ｚ２）、間隙幅（δ）、間隙角度（Ψ）、垂直間隔の差分（Ｚ２−Ｚ１）、絶縁体２５２および２５４の誘電率、絶縁体２５２および２５４の誘電体厚、その他のプラズマ処理パラメータを含むがこれらに限られはしない幾つかの要素に応じて、入射角度（θ）の範囲および中央を変更することができる。例えば、角度分布は＋５度および−５度の間であってよく、中央角度は−８０度および＋８０度の間であってよい。他の実施形態では、角度分布がこれより大きくても（小さくても）よい。同様に、中央角度を変更して、他の値を得ることもできる。このようにすることで、イオン１０２は、処理対象物１３８の上の微細な三次元構造に均一に処理を施すことができる。

図１５は、プラズマシース２４２から絶縁体２５２および２５４の間の間隙を通って加速されるイオンの軌跡のシミュレーションを示す断面図である。プラズマドーピング装置では、イオンが、境界２４１およびプラズマシース２４２内の電界線の形状によって、間隙間隔の中央領域の処理対象物１３８に注入されてよい。例えば、２つの絶縁体２５２および２５４の間の垂直間隔の差分によって、イオンはスペース（Ｇ７）に、ゼロではない角度で処理対象物に衝突する。本実施形態では、スペースＧ７の外の絶縁体に近接した処理対象物にはイオンはあまり衝突しない。

図１６は、図１５のイオンの軌跡に基づく、処理対象物１３８に衝突するイオンの入射角度の分布のプロット６０３である。示されているように、プロット６０３により、入射角度が約４５度のゼロではない中央角度を中心としており、この中央角度の周りに約２０度の角度分布であることが分かる。他の実施形態では、中央角度が−８０度から＋８０度の間で変化して、中央角度の周りの角度分布が、約＋２０から−２０度で変化してもよい。この入射角度の範囲によって、三次元構造のコンフォーマルドーピングが可能となる。

間隙幅（δ）を変化させることで、絶縁体間の間隔（Ｚ２−Ｚ１）および処理対象物に対する絶縁体の位置（Ｚ１）、中央角度および角度分布が変更されて、広範囲の値が達成される（大きな中央角度（＞６０度）で小さな角度分布（＜５度）、大きな中央角度（＞６０度）で大きな角度分布（＞１０度）、小さな中央角度（＜４０度）で大きな角度分布（＞１０度）、および、小さな中央角度（＜４０度）で小さな角度分布（＜５度）を含むがこれらに限定はされない）。

図１７を参照すると、本明細書開示における別の実施形態のブロック図が示されており、ここでは、処理対象物１３８の前面が画定する平面１５１と絶縁変更器との間の垂直間隔（Ｚ１、Ｚ２）を調節可能である。絶縁偏向器は、他の実施形態で詳述されるように一対の絶縁体２５２および２５４であってよい。絶縁体２５２および２５４には、アクチュエータ７０３ａ、ｂがそれぞれ機械的に連結されて、平面１５１に対して矢印７３０、７３２が示す垂直方向に絶縁体を駆動することができる。平面１５１に対する、および互いに対する絶縁体２５２および２５４のＺ位置は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状、ひいては、処理対象物１３８に衝突するイオンの軌跡に影響を与える。アクチュエータ７０３ａ、ｂは、コントローラ３５６ａ、ｂ等のコントローラにより制御されてよい。他の実施形態では、単一のコントローラを利用してアクチュエータ７０３ａ、ｂを両方とも制御することもできる。

図１８および図１９は、図１７に基づく断面図を示しており、全ての他のパラメータを同じにして、平面１５１に対する絶縁体２５２および２５４のＺ位置を異ならせたイオン軌跡を示す。図１８では、絶縁体２５２、２５４は、垂直方向に（Ｚ２ａ−Ｚ１）の距離に相当する間隔を空けて設けられている。図１９では、絶縁体２５２、２５４は、第２の垂直間隔（Ｚ２ｂ−Ｚ１）で設けられており、ここでＺ２ｂ＞Ｚ２ａである。従って、図１９の間隙角度（Ψ）のほうが大きい。図１８では、プラズマとプラズマシースとの間の境界８６３は、平面１５１に対して実質的に凸形状である。これに対して、図１９では、境界９６３はより浅い形状である。境界８６３、９６３の形状と、Ｚ間隙距離（Ｚ１）および（Ｚ２ａ、Ｚ２ｂ）、間隙角度（Ψ）、およびプラズマシースの電界線との組み合わせが、処理対象物１３８に衝突するイオンの中央角度に影響を及ぼす。例えば、相対的に短い垂直間隔（より小さい間隙角度）で処理対象物１３８に衝突するイオンの中央角度のほうが、相対的に長い垂直間隔（より大きい間隙角度）で処理対象物１３８に衝突するイオンの中央角度よりも、ゼロ度に近い、つまり、処理対象物に対してより垂直角度に近い角度で衝突する（図１９に示す）。

別の実施形態では、絶縁体同士の間の垂直間隔（Ｚ２−Ｚ１）は維持しつつ、Ｚ１を変化させることもできる。これにより、間隙角度（Ψ）を維持しつつ、処理対象物に対して絶縁体を近づけたり遠ざけたりする効果が得られる。この実施形態では、Ｚ１が変化する間、中央角度は一定に保たれて、角度分布は変化する。一部の実施形態では、角度分布はＺ１が小さくなるにつれて増加して、Ｚ１の値が小さくなると、角度分布が２０−３０度になる。つまり、例えばＺ１をある値とすることにより、中央角度の周りの角度分布が５−１０となり、Ｚ１の値を小さくすることにより、角度分布が２０−３０度となったりする。この効果は、絶縁体が処理対象物に対して移動するにつれて変化するプラズマとプラズマシースとの間の境界の形状の変化によるものである。

図２０を参照すると、本明細書開示における別の実施形態のブロック図が示されており、ここでは、絶縁体２５２および２５４の間の水平間隔（Ｇ）を調節可能である。水平間隔の調節は、図１８および図１９を参照して前述した垂直間隔の調節の代わりに、またはこれに加えて行うことができる。アクチュエータ９１２は、絶縁体２５２および２５４の少なくとも一方に機械的に連結されて、矢印９１６の示す方向に絶縁体を互いに対して駆動させる。アクチュエータ９１２は、コントローラ３５６等のコントローラにより制御されてよい。水平間隔（Ｇ）を変更すると、間隙幅（δ）および間隙角度（Ψ）の両方に影響が与えられる。

一実施形態では、絶縁体間の水平間隔（Ｇ）を変化させる。水平間隙の間隔の変更を利用することで、中央角度および角度分布の両方に影響を与えることができる。例えば、図２１に示すように絶縁体同士を重ね合わせることにより、水平間隙の間隔を０に低減させる、または負にすることにより、中央角度を非常に大きなものにすることができる。水平間隙の間隔を小さな正の値にすることで、Ｚ１およびＺ２の値によっては間隙角度（Ψ）が大きくなり、中央角度がより大きくなる。水平間隙の間隔を大きな正の値にすることで、間隙角度（Ψ）が小さくなり、中央角度がより小さくなる。

図２３に示すような二相性の角度拡がり１２００は、図２２の構成を利用して生成することができる。二相性の角度拡がりは、第１の中央角度が第１の角度分布を有し、第２の中央角度が第２の角度分布を有することを意味する。二相性の角度拡がりはさらに、図１５に示すような２つの絶縁体のみの相対的な垂直位置を変更することによっても生成することができる。図２２の実施形態では、少なくとも３つの絶縁体１４００、１４０２、１４０４を利用している。外部の２つの絶縁体１４００、１４０４を同じ垂直線（Ｚ２）上に配置して、同じ水平間隔Ｇ８、Ｇ９を絶縁体同士の間に維持することにより、＋／−θ度を中心とする対称な二相性の角度拡がり１２００が生成される。上述したように、中央角度は、外部の絶縁体１４００、１４０４、および、中間の絶縁体１４０２の間の垂直間隔を変化させることで変更することができ、これにより、間隙角度（Ψ）が変化する。角度拡がりは、絶縁体１４００、１４０２、１４０４の間の水平間隔（Ｇ８、Ｇ９）を変化させることで変更することができ、これにより、間隙幅（δ）が変化する。非対称の分布は、Ｇ９とは異なるようにＧ８を選択することで、またはこれらのアクションの組み合わせにより、Ｚ２ｂとは異なるようにＺ２ａを生成することで生成可能である。

前述した実施形態は、平面絶縁体を示したが、これは本開示の必要要件ではない。図２４Ａ−図２４Ｃは、絶縁体の他の実施形態のいくつかを示す。図２４Ａは、逆「Ｖ」形状の絶縁体構成を示す。上述したように、プラズマシースは、絶縁体の形状をとっている。従ってシースは、対応する逆「Ｖ」形状である。絶縁体１５００の間隙によって、イオンが絶縁体を通ることができる。逆「Ｖ」形状の勾配は、φと定義されており、イオン分布の中央角度を定義している。本実施形態における間隙角度（Ψ）は、φを補完する。間隙Ｇｃ、Ｇｄは、角度拡がりα１、α２をそれぞれ定義している。図２４Ａおよび図２４Ｂを比較すると分かるように、大きな間隙幅（Ｇｃ等）は、小さな間隙幅Ｇｄ（つまりα１＞α２）よりも大きな角度広がりを生じさせる。図２４Ｃは別の実施形態を示しており、ここでは、絶縁体１５０２が非線形であり（つまり、曲線状であり）、間隙幅Ｇｅが処理対象物１３８に対して角度を持っている。上述したように、間隙角度により中央角度が決定され、複数の間隙のそれぞれの幅によって角度拡がりが決定される。

他の実施形態も同様に可能であり、本開示の範囲内に含まれる。例えば一部の実施形態では、互いに分離されて間に間隙が形成された２以上の絶縁体を利用することができる。絶縁体間のこの間隙を通ることで、イオンは処理対象物に到達する。他の実施形態では、少なくとも１つの開口または間隙を有する単一の絶縁体を利用して、イオンを通してもよい。

システム開発には幾つか考慮すべき点がある。より高い間隙角度（Ψ）により、イオン分布の中央角度が大きくなる。平面２５７沿いの開口の長さにより、間隙の幅（δ）が画定される。間隙幅（δ）は、イオン分布の角度拡がりに影響を及ぼす。これら２つの変数は互いに独立している点が重要である。つまり、間隙角度（Ψ）は、間隙幅（δ）を変更することなく変更することができる。同様に、間隙角度（Ψ）に影響を及ぼすことなく間隙幅（δ）を変更することができる。別の変数としては、間隙（または絶縁体）から処理対象物１３８までの距離が挙げられる。この変数も、他の２つの変数とは独立していてよい。独立した水平および垂直アクチュエータ（図１７および図２０参照）を利用することにより、これらパラメータを決定する際の柔軟性が最大になる。

図２５は、処理対象物１３８に対して絶縁変更器２４８を移動させる走査システム１６０２を有するプラズマ処理装置１６００のブロック図である。図２５の実施形態では、絶縁変更器２４８は、図２６にもっともよく示されている正方形の絶縁シート１６１２および１６１４を含む。走査システム１６０２は、絶縁シート１６１２および１６１４に機械的に連結されることで、これらを垂直および水平方向両方に駆動する１以上のアクチュエータ１６０４を含んでよい。アクチュエータ１６０４は、コントローラ３５６等のコントローラにより制御されてよい。

図２６は、正方形の絶縁シート１６１２および１６１４、および、ディスク形状の処理対象物１３８の平面図であり、これらの間の相対的な移動の一例を示す。図２６の実施形態では、走査システム１６０２が、正方形の絶縁シート１６１２および１６１４を、位置Ａ、位置Ｂ、および位置Ｃ等というように移動させて、処理対象物１３８の全ての部分が、正方形の絶縁シート１６１２および１６１４が画定する間隙により露呈するようにする。図２６に詳述するようなデカルト座標系を定義するとき、絶縁シート１６１２および１６１４は、図２６のＸ方向に駆動される。他の実施形態では、絶縁シート１６１２および１６１４、または別の絶縁シートのセットが、Ｙ方向に、または、Ｘ方向およびＹ方向の間の任意の角度で駆動されてよい。加えて、走査システム１６０２が絶縁シート１６１２および１６１４を一方向に駆動する間に、処理対象物１３８が回転されてもよい。処理対象物１３８は、走査システム１６０２が絶縁シートを一方向に駆動した後で、所定の回転角度分回転されてもよい。一例では、回転は処理対象物の中心軸周りなされてよい（矢印１６２４）。

図２５の走査システムは、２つの絶縁板が互いから垂直間隔を置いて設けられているものとして示されているが、他の実施形態も可能である。例えば図２２に示すように、走査システムが３つの絶縁板を利用して形成され、これにより２つの間隙が設けられていてもよい。加えて、別の形状（例えば図２４Ａ-Ｃに示すようなもの）を走査システムに利用することもできる。さらに、これら図面に示すパターンを複製して、多数の間隙を処理対象物の幅または長さ方向に設けることもできる。一部の実施形態では、全ての間隙が生じる角度分布が同じであってもよい（例えば図１５から図１６に示すようなもの）。他の実施形態としては、間隙により＋／−θ度という反対の分布が生じてもよい（例えば図２２から図２３に示すようなもの）。他の実施形態においては、間隙それぞれが異なる角度分布生じてもよい。この実施形態では、処理対象物が経る最後の角度分布は、様々な角度分布を合計したものとなる。

図２７を参照すると、図２５における走査システム１６０２が示されている。図２５と比較すると、図２７の走査システム１６０２は、間に複数の間隙１７０３−１、１７０３−２、…、１７０３−ｎを画定する複数の絶縁体１７０２−１、１７０２−２、１７０２−３、…、１７０２−（ｎ−１）、および１７０２−ｎを含んでいる。走査システムは、処理対象物１３８に対して複数の絶縁体１７０２−１、１７０２−２、１７０２−３、…、１７０２−（ｎ−１）、および１７０２−ｎを駆動して、複数の間隙１７０３−１、１７０３−２、…、１７０３−ｎに処理対象物１３８を通過させる。

間隙角度（Ψ）の変更は、間隙間隔を変更することにより、または、垂直間隔（Ｚ２−Ｚ１）を変更することにより行うことができる。間隙角度の変更により、中央角度が影響される場合がある。角度分布の変更は、絶縁体の高さ（Ｚ１）の変更、または、間隙間隔の変更により行うことができる。これら３つのパラメータ（Ｚ２、Ｚ１、よび間隙間隔）全てを変更することで、所望の角度分布または角度広がりを有する所望の中央角度を生成することができる。

加えて、絶縁体２５２および２５４を冷却すると好適である。一部の実施形態では、これら絶縁体は、埋め込みチャネルを有してよく、ここに流体（液体または気体等）を流して放熱することもできる。他の実施形態では、絶縁体を良好な熱導体として、熱シンクに接触させることもできる。

このようにして、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御する絶縁変更器が提供される。プラズマシースを通りプラズマから引き付けられる粒子は、このようにして、関連する処理対象物に、大きな範囲の入射角度で衝突することとなる。分布の中央角度は、処理対象物の前面が画定する処理対象物平面に対して垂直ではなくてよく、絶縁変更器を適切に配置することで変更可能である。同様に、中央角度の周りの角度拡がりを変更することもできる。一例では、中央角度の範囲は、＋８０度および−８０度の間の大きさであってよい。拡がりは１０−２０度の大きさであってよい。プラズマドーピングへの用途では、処理対象物の微細な三次元構造に対して均一にドーピングを行うことができる。例えば、トレンチ２４４の側壁２４７（図２参照）に対して、相対的にかなり小さな範囲の入射角度の従来のプラズマドーピング装置よりも均一にドーピングを行うことができる。

本開示は、ここに記載した特定の実施形態の範囲に限定されない。前述の記載および添付図面を検討した当業者にとっては、本開示から、ここに記載されたものに加えて、他の様々な実施形態および変形例が明らかである。従って、このような他の実施形態および変形例も本開示の範囲に含むことを意図している。さらに、本開示はここでは特定の目的で特定の環境下で特定の実装例で記載されたが、当業者であれば、有用性はこれに限定されず、本開示は多数の環境下で多数の目的で実装しても同様に効果を奏することを理解する。従って、以下に記載する請求項は、ここに記載された開示の全範囲および精神に鑑みて解釈されるべきである。

開示の第２の態様においては、方法が提供される。方法は、処理対象物を処理チャンバに配置する段階と、処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有する処理チャンバにプラズマを生成する段階と、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を、絶縁変更器により変更する段階と、プラズマからのイオンを、プラズマシースを通り処理対象物へと引き付ける段階とを備える。イオンの処理対象物に対する入射角度の範囲は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状に依存しており、入射角度の範囲には、中央角度と角度分布とが含まれ、絶縁変更器が形成する中央角度はプラズマに対向する処理対象物の前面が画定する処理対象物平面に垂直ではない。

絶縁変更器２０８は、プラズマシース２４２内の電界を変更して、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御することができるという利点を有する。図２の実施形態では、絶縁変更器２０８は、一対の絶縁体２１２および２１４を含む。絶縁体２１２、２１４は、石英、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス、窒化シリコン等で形成されてよい。プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１は、平面１５１に対して凸形状であってよい。バイアスソース２９０が処理対象物１３８にバイアスをかけると、イオン１０２は、大きな入射角度範囲で、プラズマシース２４２から絶縁体２１２および２１４の間の間隙を通って引き付けられる。例えば、軌跡２７１を辿ったイオンは、平面１５１に対して角度＋θ度で処理対象物１３８に衝突する。例えば、軌跡２７０を辿ったイオンは、同じ平面１５１に対して約角度０度で処理対象物１３８に衝突する。例えば、軌跡２６９を辿ったイオンは、平面１５１に対して‐θ度で処理対象物１３８に衝突する。従って、入射角度の範囲は、０度を中心にして＋θ度から‐θ度であってよい。加えて、イオン軌跡の一部が（例えば軌跡２６９と２７１）交差する場合もある。絶縁体２１２および２１４間の水平間隔（Ｇ）、平面１５１上の絶縁体の垂直間隔（Ｚ）、絶縁体２１２および２１４の誘電率、その他のプラズマ処理パラメータを含むがこれらに限定はされない幾つかの要素によっては、入射角度（θ）の範囲は、０度を中心にして＋６０度から−６０度の間であってよい。このようにすることで、イオン１０２は、処理対象物１３８の上の微細な三次元構造に均一に処理を施すことができる。例えば、図示を明瞭に行うためにサイズが強調されているトレンチ２４４の側壁２４７に対して、図１のものと比較してより均一にイオン１０２処理を施すことができる。

プラズマドーピング装置はさらに、処理チャンバ２０２内にプラズマ１４０を生成するためのソース３０１を含む。ソース３０１は、平面アンテナ３２６および螺旋アンテナ３４６の一方または両方にＲＦ電力を供給してプラズマ１４０を生成させる電源等のＲＦソース３５０を含んでよい。ＲＦソース３５０は、ＲＦアンテナ３２６、３４６のインピーダンスにＲＦソース３５０の出力インピーダンスをマッチングさせてＲＦソース３５０から平面アンテナ３２６、及び螺旋アンテナ３４６へ送られる電力を最大化させるインピーダンスマッチングネットワーク３５２により、アンテナ３２６、３４６に連結されてよい。

動作においては、気体ソース３０４が、処理対象物１３８へ注入するのに適したドーパントを含む一次ドーパントガスを供給する。ソース３０１により、処理チャンバ３０２内にプラズマ１４０が生成される。ソース３０１は、コントローラ３５６の制御を受けてよい。プラズマ１４０を生成する目的のために、ＲＦソース３５０は平面アンテナ３２６、及び螺旋アンテナ３４６の少なくとも一方でＲＦ電流を共振させて、振動磁界を生成させる。振動磁界によって、ＲＦ電流は処理チャンバ２０２内へと誘導される。処理チャンバ２０２に入ったＲＦ電流は一次ドーパントガスを励起、イオン化して、プラズマ１４０を生成する。

図８は、図７に基づく断面図を示しており、全ての他のパラメータを同じにして、平面１５１に対する一対の絶縁体２１２および２１４のＺ位置を異ならせたイオン軌跡を示す。第１の相対的に短いＺ間隙位置８２０では、絶縁体２１２、２１４は、平面１５１の上にＺ間隙距離（Ｚ１）を置いて設けられている。比較的高さの高いＺ間隙位置８４０では、絶縁体２１２、２１４が平面１５１の上にＺ間隙距離（Ｚ２）を置いて設けられており、（Ｚ２）＞（Ｚ１）である。Ｚ間隙位置８２０では、プラズマとプラズマシースとの間の境界８４１は、平面１５１に対して凸形状である。さらに境界８４１は、弓形形状の頂点が絶縁体２１２の上面から距離（Ｚａ）の位置にあるような円の外周の一部の形状に略近い形状を有する。これに対して、Ｚ間隙位置８４０の境界８４３の形状は、弓形形状の頂点が絶縁体２１２の上面からより短い距離（Ｚｂ）の位置にあるような、より浅い形状である（（Ｚｂ）＜（Ｚａ））。境界８４１、８４３の形状と、Ｚ間隙距離（Ｚ１）および（Ｚ２）、およびプラズマシースの電界線との組み合わせが、処理対象物１３８に衝突するイオンの角度拡がりに影響を及ぼす。例えば、相対的に短いＺ間隙位置における処理対象物１３８に衝突するイオンの角度拡がりは、相対的に長いＺ間隙位置８２０における処理対象物１３８に衝突するイオンの角度拡がりより大きい。加えて、イオンが処理対象物１３８に衝突する際の水平間隔は、より高いＺ間隙位置における水平間隔（Ｇ６）よりも、より短いＺ間隙位置８２０における水平間隔（Ｇ５）のほうが大きい（（Ｚ６）＜（Ｚ５））。図８には示されていないが、各絶縁体２１２および２１４の間で、Ｚ間隙位置を互いに異ならせることによっても、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状ひいてはイオンの角度拡がりに影響が出る。

図１０は、図９に基づく断面図を示しており、全ての他のパラメータを同じにして、絶縁体２１２と２１４との間の間隙間隔を異ならせたイオン軌跡を示す。第１の相対的に短い水平間隙位置１０２０において、絶縁体２１２、２１４は、互いから第１の水平距離（Ｇａ）を置いて設けられている。相対的に長い水平間隙位置１０４０では、絶縁体２１２、２１４は、互いから第２の水平距離（Ｇｂ）を置いて設けられており、（Ｇｂ）＞（Ｇａ）である。水平間隙位置１０２０では、プラズマとプラズマシースとの間の境界１０４１は、平面１５１に対して凸形状である。さらに境界１０４１は、円の外周の一部の形状に略近い形状を有する。これに対して、水平間隙位置１０４０の境界１０４３の形状は、平面１５１に対して凸形状であり、境界１０４３の中央部分が平面１５１に略平行である。この結果、処理対象物１３８の対応するより大きな中央部分に対して、平面１５１に対する入射角度約０度でイオンを衝突させることができるようになる。

絶縁体２５２および２５４は、処理対象物１３８の前面が画定する平面１５１の上にＺ間隙距離（Ｚ１、Ｚ２）を置いて設けられてよい。一実施形態では、近いほうのＺ間隙距離（Ｚ１）は約１および１０ｍｍの間であってよい。一部の実装例では、絶縁体の高さの差（つまりＺ２−Ｚ１）は、シースの厚みおよび所望の角度分布に応じて、約０および４０ｍｍの間であってよい。図１４では、絶縁体２５２の垂直方向の高さが絶縁体２５４のものより大きく示されているが、そのほうが望ましい場合には、絶縁体２５４の垂直方向の高さのほうが絶縁体２５２のものより大きくてもよい。

プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１は、平面１５１に対して不規則な形状であってもよい。バイアスソース２９０が処理対象物１３８にバイアスをかけると、イオン１０２は、大きな範囲の中央角度で、プラズマシース２４２から絶縁体２５２および２５４の間の間隙を通って引き付けられる。例えば、イオンは処理対象物１３８に、平面１５１に対してゼロではない中央角度＋θ度で衝突する。絶縁体の垂直間隔が逆になった場合には、イオンは処理対象物１３８に、平面１５１に対してゼロではない中央角度−θ度で衝突する。従って入射角度の範囲が約θ度を中心にして、θは−８０度および＋８０度の間である。絶縁体２５２および２５４の間の水平間隔（Ｇ）、平面１５１の上の各絶縁体のＺ間隙距離（Ｚ１、Ｚ２）、間隙幅（δ）、間隙角度（Ψ）、垂直間隔の差分（Ｚ２−Ｚ１）、絶縁体２５２および２５４の誘電率、絶縁体２５２および２５４の誘電体厚、その他のプラズマ処理パラメータを含むがこれらに限られはしない幾つかの要素に応じて、入射角度（θ）の範囲および中央を変更することができる。例えば、角度分布は＋５度および−５度の間であってよく、中央角度は−８０度および＋８０度の間であってよい。他の実施形態では、角度分布がこれより大きくても（小さくても）よい。同様に、中央角度を変更して、他の値を得ることもできる。このようにすることで、イオン１０２は、処理対象物１３８の上の微細な三次元構造に均一に処理を施すことができる。

図１７を参照すると、本明細書開示における別の実施形態のブロック図が示されており、ここでは、処理対象物１３８の前面が画定する平面１５１と絶縁変更器との間のＺ間隙距離（Ｚ１、Ｚ２）を調節可能である。絶縁偏向器は、他の実施形態で詳述されるように一対の絶縁体２５２および２５４であってよい。絶縁体２５２および２５４には、アクチュエータ７０３ａ、ｂがそれぞれ機械的に連結されて、平面１５１に対して矢印７３０、７３２が示す垂直方向に絶縁体を駆動することができる。平面１５１に対する、および互いに対する絶縁体２５２および２５４のＺ位置は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状、ひいては、処理対象物１３８に衝突するイオンの軌跡に影響を与える。アクチュエータ７０３ａ、ｂは、コントローラ３５６ａ、ｂ等のコントローラにより制御されてよい。他の実施形態では、単一のコントローラを利用してアクチュエータ７０３ａ、ｂを両方とも制御することもできる。

Claims (19)

1. プラズマ処理装置であって、
   処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に設けられて、処理対象物を支持するプラテンと、
   前記処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有する前記処理チャンバにプラズマを生成させるソースと、
   間隙を有する絶縁変更器と、
   前記処理対象物にバイアスをかけて、前記プラズマからのイオンを、前記プラズマシースを通り前記処理対象物へと、前記処理対象物を処理するべく引き付けるバイアスソースと
   を備え、
   前記間隙において、間隙平面が前記シースに最も近く前記間隙に近接した前記絶縁変更器の各部分により画定されており、間隙角度が、前記間隙平面と、前記プラズマに対向する前記処理対象物の前記前面が画定する処理対象物平面との間の角度であり、
   前記イオンの前記処理対象物平面に対する入射角度の範囲は、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状に依存しており、前記入射角度の範囲には、中央角度と前記中央角度の周りの角度分布とが含まれ、前記中央角度は前記処理対象物平面に垂直ではない
   プラズマ処理装置。
2. 前記絶縁変更器は、間に前記間隙を有する第１の絶縁体と第２の絶縁体とを少なくとも有し、
   前記間隙平面は、前記第１の絶縁体の第１エッジと前記第２の絶縁体の第２エッジとにより画定され、前記第１エッジは、前記プラズマに最も近く前記間隙に近接した前記第１の絶縁体の側面にあり、前記第２エッジは、前記プラズマに最も近く前記間隙に近接した前記第２の絶縁体の側面にある請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体は、絶縁シートを含む請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記絶縁体の少なくとも一方に機械的に連結され、前記間隙の水平間隔を調節するアクチュエータをさらに備える請求項２に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記絶縁体の少なくとも一方に機械的に連結され、前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体の間の垂直間隔を調節するアクチュエータをさらに備える請求項２に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体は石英から生成される請求項２に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記処理対象物に対して前記絶縁体を移動させる走査システムをさらに備える請求項２に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記絶縁変更器は、第１の絶縁体、第３の絶縁体、および、前記第１の絶縁体と前記第３の絶縁体との間に設けられた第２の絶縁体を少なくとも有し、
   前記第１の絶縁体、前記第３の絶縁体、および前記第２の絶縁体は、間に２つの間隙を画定しており、
   前記第１の絶縁体および前記第３の絶縁体は、前記処理対象物平面からの第１の垂直間隔を有し、前記第２の絶縁体は前記処理対象物平面からの第２の垂直間隔を有し、前記第２の垂直間隔は前記第１の垂直間隔とは異なる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記絶縁変更器は、各々が第１端部と第２端部とを有する第１の絶縁体および第２の絶縁体を有し、
   前記第１の絶縁体の第２端部と前記第２の絶縁体の前記第１端部とは接触しており、互いに対して角度を持って配置されており、前記絶縁体のうち少なくとも一方が間隙を含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
10. 処理対象物を処理する方法であって、
    前記処理対象物を処理チャンバ内に載置する段階と、
    前記処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有する前記処理チャンバにプラズマを生成する段階と、
    前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状を、絶縁変更器により変更する段階と、
    前記プラズマからのイオンを、前記プラズマシースを通り前記処理対象物へと引き付ける段階と
    を備え、
    前記イオンの、平面に対する入射角度の範囲は、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の形状に依存しており、前記イオンの前記入射角度の範囲には、中央角度と前記中央角度の周りの角度分布とが含まれ、前記中央角度は、前記プラズマに対向する前記処理対象物の前面が画定する処理対象物平面に垂直ではない
    方法。
11. 前記絶縁変更器は間隙を有し、
    前記間隙において、間隙平面が前記シースに最も近く前記間隙に近接した前記絶縁変更器の各部分により画定されており、間隙角度が、前記間隙平面と、前記プラズマに対向する前記処理対象物の前面が画定する平面との間の角度であり、前記間隙角度はゼロではない請求項１０に記載の方法。
12. 前記絶縁変更器は、第１の絶縁体と第２の絶縁体とを有し、
    前記変更する段階は、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間に前記間隙を生成する段階を有する請求項１１に記載の方法。
13. 前記間隙の水平間隔を調節する段階をさらに備える請求項１１に記載の方法。
14. 前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間の垂直間隔を調節する段階をさらに備える請求項１２に記載の方法。
15. 前記絶縁変更器に対して前記処理対象物を回転させる段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。
16. 前記第１の絶縁体と前記処理対象物との間の垂直間隔を調節する段階をさらに備える請求項１２に記載の方法。
17. 前記変更する段階は、前記間隙を前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間に生成する段階を有し、
    前記角度分布が、前記第１の絶縁体と前記処理対象物との間の垂直間隔と、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間の垂直間隔と、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間の水平間隔とにより決定される請求項１２に記載の方法。
18. 前記中央角度は、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間の垂直間隔と、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間の水平間隔とにより決定される請求項１７に記載の方法。
19. 前記中央角度は前記間隙角度により決定される請求項１７に記載の方法。

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