JP2018522135A

JP2018522135A - 多層堆積装置及び方法

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Publication number: JP2018522135A
Application number: JP2017558664A
Authority: JP
Inventors: リクハンスキアレクサンダー; デイビスリーウィリアム; ビーラドヴァノフスヴェトラナ
Original assignee: ヴァリアンセミコンダクターイクイップメントアソシエイツインコーポレイテッド
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2036-05-11
Also published as: KR20180008578A; WO2016183137A1; US20160333464A1; CN107636196B; TW201712137A; JP6847049B2; CN107636196A; US9988711B2; KR102639550B1; TWI695080B

Abstract

装置は、少なくとも第１の抽出開口及び第２の抽出開口を備え、プラズマから少なくとも第１のイオンビーム及び第２のイオンビームを抽出するように構成された抽出アセンブリと、前記抽出アセンブリに隣接して配置されたターゲットアセンブリであって、少なくとも第１の材料よりなる第１のターゲット部分及び第２の材料よりなる第２のターゲット部分を含み、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ前記第１のイオンビーム及び前記第２のイオンビームをインターセプトするように配置されている、ターゲットアセンブリと、前記ターゲットアセンブリに隣接して配置され、基板を走査軸に沿って第１の点と第２の点との間で走査するように構成された基板ステージであって、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分が前記第１の点からそれぞれ第１の距離及び第２の距離だけ離され、前記第１の距離が前記第２の距離より小さい、基板ステージと、を備える。

Description

本実施形態は処理方法及び装置に関し、より詳しくはイオン注入プロセスにおける処理を制御するコンポーネント及び方法に関する。

現今では、膜を堆積するには化学気相堆積、物理気相堆積及び他の技術を含む多くの技術が利用可能である。多層膜などの複雑な構造を製造するためには、単独のプロセスチャンバ内で一連の層を堆積するのが有効であり得る。金属などの特定の材料の堆積は様々なスパッタリング又は他の物理気相堆積技術を用いて実行し得る。多層堆積に対して、この堆積技術は異なる多数の材料かなる多数の異なるターゲットの使用を必要とし得る。場合によっては、多層構造を堆積するためにイオンビームスパッタリング法を用いて多数の異なるターゲットをスパッタすることができる。この方法はフレキシブルなアプローチを提供し、所定の組み合わせの異なる材料からなる多層構造を、それらの異なる材料のターゲットが入手可能である限り、堆積することができる。

既知のイオンビームスパッタリングアプローチと関連する問題は多層構造などの均一被膜を提供する能力にある。イオンビームスパッタリングに使用されるイオン源からのイオンビームの不均一な抽出並びに層堆積に使用されるターゲットからの材料の不均一なスパッタリングによって均一性が損なわれる。加えて、多層堆積の幾つかの技術は異なる材料を堆積するためにターゲットの変更を必要とし得る。多層構造の堆積中のターゲットの過度のハンドリングは剥離及び他の汚染のために最終構造に欠陥を生成する可能性がある。

これらの及び他の考察に関して、本開示による改良は有用であり得る。

この概要は、以下の発明を実施するための形態においてさらに説明される概念の選択を、簡略化した形式で導入するために提供される。この概要は請求の範囲に記載される発明の要旨の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものでも、請求の範囲に記載される発明の要旨の範囲を特定するのに役立つことを意図するものでもない

一実施形態において、装置は、少なくとも第１の抽出開口及び第２の抽出開口を備え、プラズマから少なくとも第１のイオンビーム及び第２のイオンビームを抽出するように構成された抽出アセンブリを含んでよい。本装置は、前記抽出アセンブリに隣接して配置されたターゲットアセンブリも含んでよく、前記ターゲットアセンブリは少なくとも第１の材料よりなる第１のターゲット部分及び第２の材料よりなる第２のターゲット部分を含み、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ前記第１のイオンビーム及び前記第２のイオンビームをインターセプトするように配置されている。本装置は、前記ターゲットアセンブリに隣接して配置され、基板を走査軸に沿って第１の点と第２の点との間で走査するように構成された基板ステージを含んでよく、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分が前記第１の点からそれぞれ第１の距離及び第２の距離だけ離され、前記第１の距離は前記第２の距離より小さい。

別の実施形態において、処理装置は、プラズマを収容するプラズマチャンバと、少なくとも第１の抽出開口及び第２の抽出開口を備え、前記プラズマから少なくとも第１のイオンビーム及び第２のイオンビームを抽出するように構成された抽出アセンブリを含んでよい。本処理装置は、前記抽出アセンブリに隣接して配置されたターゲットアセンブリも含んでよく、前記ターゲットアセンブリは少なくとも第１の材料よりなる第１のターゲット部分及び第２の材料よりなる第２のターゲット部分を含み、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ前記第１のイオンビーム及び前記第２のイオンビームをインターセプトするように配置され、且つ前記ターゲットアセンブリに隣接して配置され、基板を走査軸に沿って第１の点と第２の点との間で走査するように構成された基板ステージを含んでもよく、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分が前記第１の点からそれぞれ第１の距離及び第２の距離だけ離され、前記第１の距離が前記第２の距離より小さい。

他の実施形態において、装置は、プラズマを収容するプラズマチャンバと、少なくとも第１の抽出開口及び第２の抽出開口を備え、前記プラズマからそれぞれ前記第１の抽出開口及び前記第２の抽出開口を通して第１のイオンビーム及び第２のイオンビームを抽出するように構成された抽出アセンブリを含んでもよい。本処理装置は、前記抽出アセンブリに隣接して配置されたターゲットアセンブリも含んでもよく、前記ターゲットアセンブリは少なくとも第１の材料よりなる第１のターゲット部分を含み、前記第１のイオンビームをインターセプトするように配置され、且つ前記ターゲットアセンブリを前記プロセッサチャに対して負にバイアスするためのターゲットバイアス源と、基板を前記プラズマチャンバに対して負にバイアスするための基板バイアス電圧を供給する基板バイアス源とを含むバイアスシステムを含んでもよい。本装置は更に、基板を前記第１の抽出開口に隣接する第１の位置と前記第２の抽出開口に隣接する第２の位置との間で走査するように構成された基板ステージを含んでもよい。

図１Ａは、本開示の様々な実施形態と一致する処理装置の側面図を示す。図１Ｂは、幾つかの実施形態に係わる図１Ａの装置の一部分の底面図を示す。図１Ｃは、第１の配置においてターゲットアセンブリから材料をスパッタリングする幾何学的構成の詳細を示す。図１Ｄは、第２の配置においてターゲットアセンブリから材料をスパッタリングする幾何学的構成の詳細を示す。本開示の実施形態に係わる一つの動作状態中の別の処理装置の側面図を示す。別の動作状態中の図２Ａの処理装置の側面図を示す。図３Ａは、第１の動作状態中の多層堆積装置の第１の配置を示す。図３Ｂは、第２の動作状態中の図３Ａの多層堆積装置の第２の配置を示す。

本実施形態はここで、幾つかの実施形態を示す図面を参照して、以下でより完全に説明される。本開示の主題は多くの異なる形態で具体化でき、ここに説明される実施形態に限定されると解釈されるべきでない。これらの実施形態は、本開示を全体にわたって完璧のものにするため、及び当業者に発明要旨の範囲を十分に伝えるために提示する。図面において、同等の参照符号は、本明細書全体にわたり同等の要素を指す。

本明細書に記載される実施形態は、基板を処理するための新規な処理装置及び方法を提供する。様々な実施形態は、基板上に多層を堆積するのに便利な装置を提供する。幾つかの実施形態は、基板上に少なくとも一つの層を堆積するのに加えて基板をエッチングするための装置を提供する。

図１Ａは、本開示の様々な実施形態に係わる処理装置１００の側面図を示す。処理装置１００は、プラズマチャンバ１０４内でプラズマ１０６を発生するように構成されたプラズマ源１０２を含む。プラズマ源１０２は、様々な実施形態では、その場源又は遠隔源、誘導結合プラズマ源、容量結合プラズマ源、ヘリコン源、マイクロ波源、アーク源、又は任意のタイプのプラズマ源であってよい。実施形態はこの文脈で限定されない。処理装置１００は更に、ターゲットアセンブリをプラズマチャンバ１０４に対してバイアスするターゲットバイアス源１６２と、基板をプラズマチャンバ１０４に対してバイアスする基板バイアス源１６４とを含むバイアスシステム１６０を含む。このバイアスシステム１６０は、以下で詳述するように、イオンビームを抽出して基板１４０を様々な方法で処理するために使用することができる。

処理装置１００は更に、ターゲットアセンブリ１５０に隣接して配置された抽出アセンブリ１１０を含む。抽出アセンブリ１１０は、幾つかの実施形態では、第１の抽出開口及び第２の抽出開口を含んでよい。これらの開口は図１Ａに抽出開口１１８及び抽出開口１２０として示されている。抽出開口１１８及び抽出開口１２０は抽出アセンブリ１１０の中央部１１２と抽出アセンブリ１１０の外側部１１４とによって画成される。様々な実施形態では、抽出アセンブリ１１０は導電性としてよく、プラズマチャンバ１０４に電気的に接続してよい。特に、抽出アセンブリはプラズマチャンバ１０４と同じ電圧を受け取るように動作してよい。例えば、幾つかの動作モードにおいて、抽出アセンブリ１１０及びプラズマチャンバ１０４はバイアスシステム１６０によって接地電位に設定されるが、他の動作モードにおいて、抽出アセンブリ１１０及びプラズマチャンバ１０４は接地に対して同じ正電圧（電位）にセットされてよい。

処理装置１００は更に、図１Ａに示すように、抽出システム１１０に隣接して配置されたターゲットアセンブリ１５０を含んでよい。ターゲットアセンブリ１５０は複数のターゲット部分を含んでよい。図１Ａの例では、ターゲットアセンブリは第１のターゲット部分１５２と第２のターゲット部分１５４を含む。

動作の一例では、プラズマチャンバ１０４内でプラズマ１０６が発生され且つターゲットアセンブリ１５０がプラズマチャンバ１０４に対して負にバイアスされるとき、正のイオンを含有する第１のイオンビームが抽出開口１１８を経て抽出され、第２のイオンビームが抽出開口１２０を経て抽出され得る。これらのイオンビームはそれぞれイオンビーム１３０及びイオンビーム１３２として示されている。図１Ａに更に示されるように、プラズマとプラズマシース１７２との間の境界１７０は抽出開口１１８にメニスカス１２２を形成するとともに抽出開口１２０にメニスカス１２４を形成するメニスカス１２２及びメニスカス１２４の正確な形状は様々なファクタ、例えばプラズマ電力、プラズマチャンバ内のガス圧力、及びその他のファクタによって制御され得る。メニスカス１２２の形状及び向きはイオンビーム１３０内のイオンにイオンビーム１３０を示す矢印で示されるような平均軌道を取らしめる。同様に、メニスカス１２４の形状及び向きはイオンビーム１３２内のイオンにイオンビーム１３２を示す矢印で示されるような平均軌道を取らしめる。幾つかの特定の例では、１〜５ｋＷのような高いプラズマ電力において、イオンビーム１３０及びイオンビーム１３２はターゲットアセンブリ１５０に衝突する軌道を取り得る。図１Ａに示すように、第１のターゲット部分１５２はイオンビーム１３０をインターセプトすることができ、第２のターゲット部分１５４はイオンビーム１３２をインターセプトすることができる。第１のターゲット部分１５２は第１の材料を含むことができ、その場合には第１の材料が基板１４０に堆積される。イオンビーム１３０は、第１の材料をスパッタエッチし、第１の材料１３４を垂直矢印で示すように基板１４０に向けるように構成されたイオンを含有し得る。第２のターゲット部分１５４は第２の材料を含むことができ、その場合には第２の材料も基板１４０に堆積される。イオンビーム１３２は、第２の材料をスパッタエッチし、第２の材料１３６を垂直矢印で示すように基板１４０に向けるように構成されたイオンを含有し得る。イオンビーム１３０及びイオンビーム１３２に適切なイオンとしては不活性ガスイオン、酸素又は窒素のような反応性イオン、又は他のイオンがある。

図１Ａに更に示されるように、処理装置１００はターゲットアセンブリ１５０に隣接して配置された基板ステージ１４８を含んでもよい。基板ステージ１４８は基板を第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間で走査軸１４２に沿って走査するように構成してよい。図１Ａにおいて、走査軸１４２は図示のカーテシアン座標系のＹ軸に平行にしてよい。ターゲットアセンブリ１５０は、第１のターゲット部分１５２が第１の点Ｐ１から第１の距離だけ離れ、第１のターゲット部分１５２が第１の点Ｐ１から第１の距離より大きい第２の距離だけ離れるように配置するのが有利である。このようにすると、基板ステージ１４８が基板１４０を走査軸１４２に沿って第１の点Ｐ１から第２の点Ｐ２まで走査するとき、基板１４０は第２のターゲット部分１５２からスパッタされる第２の材料をインターセプトする前に第１のターゲット部分１５２からスパッタされる第１の材料１３４をインターセプトすることができる。このように、第１の材料１３４の第１の層１４４は基板１４０の上に堆積されるが、第２の材料の第２の層１４６は第１の層１４４の上に堆積される。

様々な実施形態において、ターゲットアセンブリ１５０は多角形断面、例えば図に示されるような三角形断面を備えるものとしてよい。様々な実施形態において、ターゲットアセンブリ１５０は、図１Ｂの実施形態に示されるように、Ｘ軸に沿って細長いものとしてよい。ターゲットアセンブリ１５０は、Ｘ方向に沿う基板１４０の幅Ｗｓに等しいかそれより大きいＸ方向に沿う幅Ｗを有してよい。例えば、幾つかの実施形態では、幅Ｗは３００ｍｍより大きくしてよい。このようにすると、基板１４０が走査軸１４２に沿って抽出アセンブリに対して点Ｐ１から点Ｐ２へ走査される間に第１の材料１３４及び第２の材料１３６がスパッタされるとき、図１Ａに示す第１の層１４４及び第２の層１４６で基板１４０を完全に覆うことができる。

様々な実施形態において、基板１４０はターゲットアセンブリ１５０からＺ軸に沿って数ミリメートルから数センチメートル離して設けることができる。この近距離は走査中に基板上へのより高速の材料堆積を容易にする。

様々な実施形態において、第１のターゲット部分１５２は第１の面１８０を有してよい。第１の面１８０は、異なる実施形態において、平面形状、凹面形状又は凸面形状としてよい。第２のターゲット部分１５４は同様に第２の面１８２を有してよく、第２の面１８２は、異なる実施形態において、平面形状、凹面形状又は凸面形状としてよい。イオンビーム１３０が第１の面１８０に衝突するとき、イオンビームは第１の面に対して入射角を規定することができる。幾つかの実施形態において、ターゲットアセンブリ１５０は、図１Ｃに示すように、Ｘ軸に平行に位置する回転軸に沿って回転可能にしてよい。従って、図１Ｃに示す第１の配置では、イオンビーム１３０は第１の面１８０に対して第１の入射角θ１を成す。ターゲットアセンブリ１５０が図１Ｄに示す第２の配置に回転されると、イオンビーム１３０は第１の面１８０に対して第２の入射角θ２を成す。同様に、図１Ｃに示す第１の配置では、イオンビーム１３２は第２の面１８２に対して第３の入射角θ３を成す。ターゲットアセンブリ１５０が図１Ｄに示す第２の配置に回転されると、イオンビーム１３２は第２の面１８２に対して第４の入射角θ４を成す。図１Ａを再度参照すると、ターゲットからスパッタされる材料の角度分布はターゲット表面に対するイオンの入射角に依存するため、第１の材料１３４の角度分布も第２の材料１３６の角度分布もターゲットアセンブリ１５０を回転させることによって変化させることができる。

有利には、ターゲットアセンブリ１５０は、ターゲットアセンブリ１５０からの材料を基板１４０へ異なる角度分布に亘って向けるために、基板１４０の走査中又は基板１４０の第１走査と基板１４０の第２走査との間で回転させることができる。これは３次元構造の異なる表面を被覆する際に有用であり、この場合には異なる表面が例えばＸ−Ｙ面に対して異なる傾斜角を形成し得る。

図１Ａに更に示されるように、ターゲットバイアス源１６２は複数のバイアス源を含んでよい。一実施形態では、ターゲットバイアス源１６２は第１のターゲット部分１５２に第１のターゲットバイアスを供給するための第１の電圧源１６６及び第２のターゲット部分１５４に第２のターゲットバイアスを供給するための第２の電圧源１６８を含んでよい。これらの電圧源は互いに独立に動作可能であり、同じ電圧又は異なる電圧を第１のターゲット部分１５２及び第２のターゲット部分５４に供給することができる。動作の一例では、バイアスシステム１６０は、ターゲットアセンブリ１５０がプラズマチャンバ１０４に対して負にバイアスされるように、プラズマチャンバ１０４を接地電位に設定し、ターゲットアセンブリ１５０を負電圧に設定することができる。例えば、第１のターゲット部分１５２は−１０００Ｖにバイアスしてよい。第２のターゲット部分１５４も一例では−１０００Ｖにバイアスしてよく、また異なる負電圧にバイアスしてもよい。よって、プラズマ１０６から抽出される一価のイオンは、プラズマ１０６の正確な電位（多くの場合プラズマチャンバ１０４の電位より５Ｖ〜５０Ｖ正である）を考慮しなければ、第１のターゲット部分１５２に約１０００ｅＶのエネルギーで衝突することができる。

様々な追加の実施形態において、基板上に多層構造を堆積するために図１Ａに示される幾何学的構成と異なるターゲットアセンブリ構成が提供され得る。図２Ａは本開示の様々な実施形態に係る別の処理装置２００の第１の動作モード中の側面図を示す。この実施形態では、処理装置２００は処理装置１００とプラズマ源１０２及び基板ステージ１４８などを共有してよい。プラズマチャンバ２０４はプラズマ源１０２により発生されるプラズマ２０６を収容することができる。この実施形態では、抽出アセンブリ２１０は抽出開口２１４として示される４つの異なる抽出開口を含む。他の実施形態では、処理装置はもっと少い又はもっと多い抽出開口を有してもよい。抽出アセンブリは更に、複数のバッフルを含み、それらはバッフル２１２として示され、図のようにＸ−Ｙ面に対して非ゼロ角度で配置された表面を有する。図２Ａに示されるように、ターゲット部分は所定のバッフルに隣接して配置してよい。様々な実施形態では、少なくとも３つのターゲット部分をそれぞれの抽出開口に隣接して配置してよい。図２Ａにおいて、４つの異なるターゲット部分、即ちターゲット部分２３０、ターゲット部分２３２、ターゲット部分２３４及びターゲット部分２３６が示されている。これらのターゲット部分は一緒にターゲットアセンブリ２３９を構成する。所定のターゲット部分も図のようにＸ−Ｙ面に対して非ゼロ角度で傾けてよい。ターゲット部分、例えばターゲット部分２３０、はプラズマ２０６から抽出されるイオンに暴露される表面を与えることができる。例えば、イオンビーム２１６はプラズマ源２０６から抽出され、ターゲット部分２３０へ向けられ、イオンビーム２１８はプラズマ源２０６から抽出され、ターゲット部分２３２へ向けられ、イオンビーム２２０はプラズマ源２０６から抽出され、ターゲット部分２３４へ向けられ、イオンビーム２２２はプラズマ源２０６から抽出され、ターゲット部分２３６へ向けられる。幾つかの実施形態では、ターゲット部分２３０は第１の材料を備え、ターゲット部分２３２は第２の材料を備え、ターゲット部分２３４は第３の材料を備え、ターゲット部分２３６は第４の材料を備える。他の実施形態では、少なくとも２つのターゲット部分は同じ材料を備えてもよい。

点Ｐ１からの距離は図に示されるように異なるターゲット部分の間で変化させてよい。その結果、基板ステージ１４８が基板１４０を点Ｐ１から点Ｐ２まで走査軸１４２に沿って走査するとき、例えば、基板１４０の所定の部分は異なるターゲット部分の下を連続的に通過し得る。このようにすると、基板１４０はターゲット部分２３２からスパッタされるターゲット材料２４０をインターセプトする前にターゲット部分２３０からスパッタされるターゲット材料２４０をインターセプトすることができる。同様に、基板１４０はターゲット部分２３４からスパッタされるターゲット材料２４４をインターセプトする前にターゲット部分２３２からスパッタされるターゲット材料２４２をインターセプトすることができる。更に、基板１４０はターゲット部分２３６からスパッタされるターゲット材料２４６をインターセプトする前にターゲット部分２３４からスパッタされるターゲット材料２４４をインターセプトすることができる。このように、ターゲット材料２４０の第１の層２５０が基板１４０の上に堆積される一方、ターゲット材料２４２の第２の層２５２が第１の層２５０の上に堆積される。ターゲット材料２４４の第３の層２５４が第２の層２５２の上に堆積される一方、ターゲット材料の第４の層２５６が第３の層２５４の上に堆積される。

図２Ａに更に示されるように、バイアスシステム２６０は複数のバイアス源を含むターゲットバイアス源２６２を含んでよい。一例では、ターゲットバイアス源２６２はターゲットアセンブリの所定のターゲット部分のための個別の電圧源を含んでよい。図２Ａの例では、ターゲットバイアス源は、ターゲット部分２３０に第１のターゲットバイアスを供給する第１の電圧源１６６、ターゲット部分２３２に第２のターゲットバイアスを供給する第２の電圧源１６８、ターゲット部分２３４に第３のターゲットバイアスを供給する第３の電圧源２６６、ターゲット部分２３６に第４のターゲットバイアスを供給する第４の電圧源２６８を含んでよい。これらの電圧源は互いに独立に動作することができ、同じ又は異なる電圧を異なるターゲット部分に供給することができる。

幾つかの例では、基板、例えば基板１４０、を点Ｐ１と点Ｐ２の間で複数回走査してよい。更に、基板１４０を点Ｐ１と点Ｐ２の間で往復走査しても、一方向にだけ走査してもよい。幾つかの実施形態では、ターゲットアセンブリ２３９の少なくとも一つのターゲット部分は基板１４０の走査中プラズマチャンバ２０４と同じ電位に維持してよい。このようにすると、少なくとも一つのターゲット部分においてスパッタリングは起こり得ない。従って、プラズマチャンバに対して負にバイアスされないターゲット部分の所定の材料の堆積は所定の走査中に省略される。その結果として、ターゲット部分２４０、ターゲット部分２４２、ターゲット部分２４４及びターゲット部分２４６から任意の順序の層を処理装置２００によって製造することができる。

追加の実施形態では、バイアスシステム２６０は、処理装置２００の種々のコンポーネントに供給される電圧を、基板１４０への堆積のみならず基板１４０のエッチングも生成するように変化させることができる。幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ１０４はバイアスシステム２６０によって接地電位に設定するとともに、ターゲットアセンブリの少なくとも一つのターゲット部分は負電位、例えば−１０００Ｖ、に設定することができる。代わりに、少なくとも一つのターゲット部分は別の適切な負電圧、例えば−２０００Ｖ〜−５０００Ｖ、に設定してもよい。実施形態はこの文脈で限定されない。このようにすると、基板１４０の所定の部分がプラズマチャンバ１０４に対して負にバイアスされた少なくとも一つのターゲット部分の下を通過するとき、この少なくとも一つのターゲット部分からスパッタされる材料を基板の所定の部分に堆積することができる。加えて、少なくとも一つの他のターゲット部分は接地電位に設定することができ、この状態の下では、プラズマ２０６からスパッタリングを生じさせるのに十分なエネルギーを有するイオンを引き出せないために、この少なくとも一つの他のターゲット部分のエッチングは起らない。更に、バイアスシステム２６０は基板１４０をプラズマチャンバに対して負電位に設定することができる。

説明のために、図２Ｂに示す一つの特定の例において、プラズマチャンバ１０４、ターゲット部分２３０及びターゲット部分２３４はバイアスシステム２６０によって接地電位に設定されている。ターゲット部分２３２及びターゲット２３６はバイアスシステム２６０によって−１０００Ｖに設定されている。最後に、バイアスシステム２６０は基板１４０（基板ステージ１４８）を−５００Ｖに設定している。このシナリオでは、ターゲット材料２４２がターゲット部分２３２からスパッタされ、基板１４０に向けられ、ターゲット材料２４６がターゲット部分２３６からスパッタされ、基板１４０に向けられる。加えて、ターゲット部分２３０とターゲット部分２３２との間の抽出開口２１４において、プラズマ２０６からイオンが抽出され、イオンビーム２７０として基板１４０に向けられる。更に、ターゲット部分２３４とターゲット部分２３６との間の抽出開口２１４において、プラズマ２０６からイオンが抽出され、イオンビーム２７４として基板１４０に向けられる。特に、プラズマ２０６とターゲット部分２３０及びターゲット部分２３４との間に小さな電位差（例えば、１０Ｖ）が存在するだけであるため、プラズマ２０６から抽出されるイオンは、イオンビーム２７０及びイオンビーム２７４の軌道矢印で示されるように、基板（−５００Ｖにある）に向って下方に向けられる。従って、ターゲット部分２３０及びターゲット部分２３４はイオンによってスパッタされない。加えて、ターゲット部分２３２及びターゲット部分２３６に供給されるバイアス電圧（−１０００Ｖ）は基板１４０に供給されるバイアス電圧（−５００Ｖ）よりずっと大きいため、イオンビーム２７２はターゲット部分２３２に向けられ、基板１４０に衝突し得ない。同様に、イオンビーム２７６はターゲット部分２３６へ向けられ、基板１４０に衝突し得ない。

上述したように、イオンビームは、抽出アセンブリの異なる抽出開口において、ターゲット材料の堆積のために所定のターゲット部分に衝突するように、又はエッチングのために直接基板１４０に衝突するように、向けることができる。特に、図２Ｂのシナリオでは、基板１４０が走査軸１４２に沿って走査されるとき、異なるターゲット部分又は基板１４０に供給される異なる電圧の走査速度並びに持続時間の制御によって、異なるパターンの堆積及びエッチングを生成することができる。

更に、図２Ｂと同様の結果を生成する他の構成においては、基板１４０を接地し、プラズマチャンバ１０４を接地に対して正電位に設定してもよい。例えば、基板１４０が接地されている間、ターゲット部分２３０及びターゲット部分２３４は＋５００Ｖに設定し、ターゲット部分２３０及びターゲット部分２３４は−５００Ｖに設定してよい。

図３Ａは、多層堆積装置の第１の動作状態中の第１の構成を示す。装置３００は、中央部３０２と外側部３１６を有する抽出アセンブリ３０１を含んでよい。装置３００は、複数のターゲット部分を含むターゲットアセンブリ３１０も含んでよい。中央部３０２及び外側部３１６は抽出開口３０４及び抽出開口３０６を画成し得る。動作中、装置３００は多層膜を堆積する処理装置内に設置され得る。プラズマ（明瞭のため省略されている）が、抽出開口を通って指向されるイオンビーム３１２並びに抽出開口３０６を通って指向されるイオンビーム３１４のためのイオン源として発生される。図に示されるように、ターゲットアセンブリ３１０は複数のターゲット部分、例えばターゲット部分Ａ、ターゲット部分Ｂ、ターゲット部分Ｃ、ターゲット部分Ｄ、ターゲット部分Ｅ、及びターゲット部分Ｆなど、を有してよい。これらのターゲット部分はくさび形を有し、所定のターゲット部分が外面を呈する。ターゲットアセンブリ３１０はＸ軸に平行に位置する回転軸を中心に回転可能にし得る。図３Ａに示す一つの動作のシナリオでは、ターゲットアセンブリ３１０は、イオンビーム３１２がターゲット部分Ａに衝突し、ターゲット部分Ａの材料がスパッタされ、ターゲット材料３２０として基板３４０へ向けられる配置にすることができる。この配置では、イオンビーム３１４がターゲット部分Ｂに衝突し、ターゲット部分Ｂの材料がスパッタされ、ターゲット材料３２２として基板１４０へ向けられる。基板３４０が第１の走査において左から右へ走査軸１４２に沿って走査されるとき、ターゲット材料３２０の第１の層３３０が基板３４０の上に堆積される一方、ターゲット材料３２２の第２の層３３２が第１の層３３０の上に堆積される。

次の動作状態において、ターゲットアセンブリ３１０は回転軸を中心として図３Ｂに示す配置に回転することができる。この配置では、イオンビーム３１２がターゲット部分Ｃに衝突し、ターゲット部分Ｃの材料がスパッタされ、ターゲット材料３２４として基板３４０へ向けられる。この配置では、イオンビーム３１４がターゲット部分Ｄに衝突し、ターゲット部分Ｄの材料がスパッタされ、ターゲット材料３２６として基板１４０へ向けられる。基板３４０が第２の走査において左から右へ走査軸１４２に沿って走査されるとき、ターゲット材料３２４の第３の層３３４が基板３４０の上に堆積される一方、ターゲット材料３２６の第４の層３３６が第３の層３３４の上に堆積される。

様々な追加の実施形態において、図３Ａに示すターゲットアセンブリに類似するターゲットアセンブリは所定のイオンビームに対して複数の異なるターゲット部分を提供することができる。例えば、ターゲット部分Ｆ及びターゲット部分Ａを同じイオンビームに同時に暴露させることができる。これはターゲット部分Ｆ及びターゲット部分Ａからの材料の混合物の組成を有する層を生成することができる。

本開示の実施形態により提供される利点は、基板をプラズマチャンバに隣接して供給し得るコンパクトな装置内で多層膜を１回の基板走査で基板上に堆積できる能力にある。更なる利点は、基板に隣接する一つのプラズマチャンバから抽出されるイオンを用いて基板をエッチングするとともに多層膜を堆積できる能力になる。更なる利点は基板に材料を堆積する方向を調整できる能力にある。

本開示の要旨は本明細書に記載されている具体的な実施形態により特定される範囲に限定されない。実際には、以上の記載及び添付図面の内容から、本明細書に記載された実施形態に加えて、本開示に対する他の様々な実施形態及び変更例が当業者に明らかであろう。従って、このような他の実施形態及び変更例は本開示の範囲に含まれることを意図している。更に、本開示は特定の目的のために特定の環境において特定の実施形態の文脈にて記載されているが、当業者は、その有用性はこれに限定されないこと及び、本開示は多くの目的のために多くの環境において有益に実行可能であることを認識するであろう。従って、以下に記載する請求項は本明細書に記載される本開示の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。

Claims

少なくとも第１の抽出開口及び第２の抽出開口を備え、プラズマから少なくとも第１のイオンビーム及び第２のイオンビームを抽出するように構成された抽出アセンブリと、
前記抽出アセンブリに隣接して配置されたターゲットアセンブリであって、少なくとも第１の材料よりなる第１のターゲット部分及び第２の材料よりなる第２のターゲット部分を含み、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ前記第１のイオンビーム及び前記第２のイオンビームをインターセプトするように配置されている、ターゲットアセンブリと、
前記ターゲットアセンブリに隣接して配置され、基板を走査軸に沿って第１の点と第２の点との間で走査するように構成された基板ステージであって、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分が前記第１の点からそれぞれ第１の距離及び第２の距離だけ離され、前記第１の距離が前記第２の距離より小さい、基板ステージと、
を備える装置。
前記基板ステージが前記基板を前記第１の点と前記第２の点との間で走査するとき、前記第１の材料の第１の層が前記基板の上に堆積され、前記第２の材料の第２の層が前記第１の層の上に堆積される、請求項１記載の装置。
前記ターゲットアセンブリは少なくとも３つのターゲット部分を備え、前記ターゲットアセンブリは回転軸を中心に回転可能であり、第１の配置において前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ前記第１のイオンビーム及び前記第２のイオンビームに暴露され、第２の配置において第３の材料よりなる第３のターゲット部分が前記第１のイオンビームに暴露される、請求項１記載の装置。
前記第１のターゲット部分が第１の面を構成し、前記第１のターゲット部分が前記走査軸に直角の回転軸を中心に回転可能であり、第１の配置において前記第１のイオンビームが前記第１の面に対して第１の入射角を形成し、第２の配置において前記第１のイオンビームが前記第１の面に対して第２の入射角を形成する、請求項１記載の装置。
前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ第１の面及び第２の面を構成し、前記第１の面及び前記第２の面は平面形状、凹面形状又は凸面形状である、請求項１記載の装置。
前記ターゲットアセンブリは第３の材料よりなる第３のターゲット部分を備え、前記第３のターゲット部分は前記第１の点から、前記第２の距離より大きい第３の距離だけ離して配置され、前記抽出アセンブリは前記プラズマから第３のイオンビームを抽出するように構成された第３の抽出開口を備え、前記第３のターゲット部分は前記第３のイオンビームをインターセプトするように構成されている、請求項１記載の装置。
前記第１のターゲット部分と前記第２のターゲット部分は互いに結合され、前記ターゲットアセンブリは前記走査軸の直角方向に多角形断面をなす、請求項１記載の装置。
プラズマを収容するプラズマチャンバと、
少なくとも第１の抽出開口及び第２の抽出開口を備え、前記プラズマから少なくとも第１のイオンビーム及び第２のイオンビームを抽出するように構成された抽出アセンブリと、
前記抽出アセンブリに隣接して配置されたターゲットアセンブリであって、少なくとも第１の材料よりなる第１のターゲット部分及び第２の材料よりなる第２のターゲット部分を含み、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ前記第１のイオンビーム及び前記第２のイオンビームをインターセプトするように配置されている、ターゲットアセンブリと、
前記ターゲットアセンブリに隣接して配置され、基板を走査軸に沿って第１の点と第２の点との間で走査するように構成された基板ステージであって、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分が前記第１の点からそれぞれ第１の距離及び第２の距離だけ離され、前記第１の距離が前記第２の距離より小さい、基板ステージと、
を備える、処理装置。
前記ターゲットアセンブリを前記プラズマチャンバに対して負にバイアスするためのターゲットバイアス源を含むバイアスシステムを更に備える、請求項８記載の装置。
前記ターゲットバイアス源は、
前記第１のターゲット部分に第１のターゲットバイアスを供給するように構成された第１の電圧源と、
前記第２のターゲット部分に第２のターゲットバイアスを供給するように構成された第２の電圧源と、
を備える、請求項９記載の装置。
前記基板ステージが前記基板を前記第１の点と前記第２の点との間で走査し、且つ前記バイアスシステムが前記ターゲットアセンブリを前記プラズマチャンバに対して負にバイアスするとき、前記第１の材料の第１の層が前記基板の上に堆積され且つ第２の材料の第２の層が前記第１の層の上に堆積される、請求項９記載の装置。
プラズマを収容するプラズマチャンバと、
第１の抽出開口及び第２の抽出開口を備え、前記プラズマからそれぞれ前記第１の抽出開口及び前記第２の抽出開口を通して第１のイオンビーム及び第２のイオンビームを抽出するように構成された抽出アセンブリと、
前記抽出アセンブリに隣接して配置されたターゲットアセンブリであって、少なくとも第１の材料よりなる第１のターゲット部分を含み、前記第１のイオンビームをインターセプトするように配置されているターゲットアセンブリと、
前記ターゲットアセンブリを前記プラズマチャンバに対して負にバイアスするためのターゲットバイアス源と、基板を前記プラズマチャンバに対して負にバイアスするための基板バイアス電圧を供給する基板バイアス源とを含むバイアスシステムと、
前記第１の抽出開口に隣接する第１の点と前記第２の抽出開口に隣接する第２の点との間で基板を走査するように構成された基板ステージと、
を備える、処理装置。
前記基板ステージが前記基板を前記第１の点と前記第２の点との間で走査し、且つ前記ターゲットバイアス源が前記ターゲットアセンブリを前記プラズマチャンバに対して負にバイアスするとき、前記第１の材料の第１の層が前記基板の上に堆積され、且つ前記基板が前記第２のイオンビームによりエッチングされる、請求項１２記載の装置。
前記ターゲットアセンブリは更に、第２の材料よりなる第２のターゲット部分を備え、前記第１のターゲット部分及び前記第２のターゲット部分がそれぞれ前記第１のイオンビーム及び第３のイオンビームをインターセプトするように配置されている、請求項１２記載の装置。
前記基板ステージが前記基板を前記第１の点と前記第２の点との間で走査し、且つ前記ターゲットバイアス源が前記ターゲットアセンブリを前記プラズマチャンバに対して負にバイアスするとき、前記第１の材料の第１の層が前記基板の上に堆積され且つ第２の材料の第２の層が前記第１の層の上に堆積される、請求項１４記載の装置。