JP2012523122A5

JP2012523122A5 - プラズマ処理装置および処理対象物を処理する方法

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Publication number: JP2012523122A5
Application number: JP2012503742A
Authority: JP
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2030-04-02

Description

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引き付ける段階とを備える。イオンの平面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。

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、平面アンテナ３２６、及び螺旋アンテナ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、平面アンテナ３２６、及び螺旋アンテナ３４６に連結されてよい。

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）に対応する処理対象物の部分にはイオンが衝突しない。

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。絶縁変更器は、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との間の水平間隙の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。

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度から−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。

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。絶縁変更器は、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を同じ垂直平面（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。

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つの変数とは独立に変更されてよい。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。

Claims

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、
間に間隙を有する第１の絶縁体と第２の絶縁体とを少なくとも有する絶縁変更器と、
前記第１の絶縁体および前記第２の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または垂直間隔の少なくとも一つを調節するアクチュエータと、
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ており、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、前記間隙角度はゼロではなく、
前記イオンの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。
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１に記載のプラズマ処理装置。
前記アクチュエータは、前記間隙の前記水平間隔を調節する請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
前記アクチュエータは、前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体の間の前記垂直間隔を調節する請求項１から３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
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１から４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記処理対象物に対して前記第１の絶縁体および前記第２の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１から５の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記絶縁変更器はさらに、第３の絶縁体を少なくとも有し、
前記第２の絶縁体は、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、
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から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体は、各々が第１端部と第２端部とを有し、
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、前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体のうち少なくとも一方が間隙を含む請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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、間に間隙を有する第１の絶縁体と第２の絶縁体とを有する絶縁変更器を用いて前記間隙の水平間隔または垂直間隔を調節すること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、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、前記処理対象物平面に垂直ではない
方法。
前記間隙において、間隙平面が前記第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ており、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り、間隙角度が、前記間隙平面と、前記処理対象物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９に記載の方法。
前記間隙の前記水平間隔は調節される請求項９または１０に記載の方法。
前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体との間の前記垂直間隔は調節される請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
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９から１２の何れか１項に記載の方法。
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９から１３のいずれか一項に記載の方法。
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１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
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１５に記載の方法。
前記中央角度は前記間隙角度により決定される請求項１５に記載の方法。