JP2021508143A - ワークピース処理用の低粒子容量結合成分 - Google Patents

Abstract

粒子発生を最小限にしてワークピースにイオン注入するシステムを開示する。本システムは、抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源を備える。抽出プレートは電気的にバイアス印加され、また誘電材料によりコーティングすることもできる。ワークピースは、プラテン上に配置し、また電気的バイアス印加シールドによって包囲する。シールドは、さらに、誘電材料によりコーティングすることができる。動作にあたり、パルス状ＤＣ電圧をシールド及びプラテンに印加し、またこのパルス印加中にイオン源からイオンを引き付ける。パルス状電圧を使用しているため、薄い誘電コーティングのインピーダンスが減少し、これによりシステムが適正に機能することができる。【選択図】図１

Description

低粒子成分を含むウェハー処理用のシステムに関し、またより具体的には、誘電コーティングした電気的バイアス印加成分を含むシステムに関する。

半導体デバイスの作製は複数の個別で複雑な処理を伴う。このようなプロセスはイオン源から抽出することができるイオンビームを利用することができる。イオン源において、イオンを形成するため供給ガスが活性化される。これらイオンは、次に抽出プレートに配置される抽出開孔経由でイオン源から抽出される。これらイオンは、抽出開孔に対して走査されるワークピースに引き寄せされる。ワークピース（加工材）にドーパントを注入する、ワークピースをエッチングする、ワークピースにコーティングを堆積させる、又はワークピースをアモルファス（非晶質）化するのにこれらイオンを使用することができる。

イオンを引き寄せるため抽出プレート及びワークピースは異なる電圧でバイアス印加することができる。例えば、ワークピースを抽出プレートよりも陰性が多い電圧でバイアス印加する場合、イオン源内からの陽イオンをワークピースに引き寄せる。

多くの実施形態において、抽出プレートは金属のような導電材料で形成する。同様に、ワークピースは、一般的にプラテンと称される第２導電材料上に配置する。一般的にシールド又はハロー（halo）と称される他の導電素子は、ワークピースを包囲するよう構成することができ、イオンビーム衝突による悪影響から隣接エリアを保護する、例えば、粒子及び金属がワークピース上に堆積するのを防止するよう構成することができる。シールド又はハローは、ワークピースを均一に処理するための、ワークピースと極めて類似する電位表面及び電流経路を付与する。

この構成に関連する１つの問題は、粒子、とくに最終的にワークピースに堆積することになる粒子の発生である。とくに、イオンがイオン源から出てくるとき、イオンエネルギーは抽出プレートによって粒子を放出させることができる。加えて、シールドに衝突するイオンは、さらに、シールドによって粒子を放出させることができる。これら粒子は、ワークピース上に堆積することになり、またワークピースの性能を劣化させる。

したがって、発生する粒子の量を減少するようワークピース内にイオン注入するシステムがある場合、有用である。さらに、システムの動作パラメータが悪影響を受けない場合、有利である。

粒子発生を最小限にしてイオンをワークピースに注入するシステムを開示する。このシステムは、抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源を備える。この抽出プレートは、電気的にバイアス印加し、また誘電材料でコーティングすることができる。ワークピースは、プラテン上に配置され、また電気的にバイアス印加されるシールドによって包囲される。シールドも誘電材料でコーティングすることができる。動作にあたり、パルス状ＤＣ電圧をシールド及びプラテンに印加し、このパルス印加中イオン源からイオンを引き寄せる。パルス状電圧を使用するため、薄い誘電性コーティングのインピーダンスは減少し、システムを適正に機能させることができる。

第１実施態様によれば、ワークピース処理システムを開示する。このワークピース処理システムは、複数のチャンバ壁、及び抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源と、並びに前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであり、ワークピースを保持するプラテン、及び前記ワークピースを包囲するシールド
を有し、前記イオン源からのイオンを引き寄せるようパルス状ＤＣ電圧を前記シールドに印加し、及び前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、また前記シールド及び前記抽出プレートのうち少なくとも一方を誘電材料でコーティングする、該ワークピースホルダーと、を備える。若干の実施形態において、前記シールド及び前記抽出プレートの双方を誘電材料でコーティングする。若干の実施形態において、前記誘電材料は希土類酸化物を有し、この希土類酸化物はイットリアからなるものとすることができる。幾つかの実施形態において、前記誘電材料でコーティングされる導電材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記誘電材料のＣＴＥの３０％以内である。若干の実施形態において、前記導電材料はタンタル又はモリブデンを有する。若干の実施形態において、前記ＤＣ電圧は、５〜５０ｋＨｚの間における周波数でパルス化される。

他の実施態様において、ワークピース処理システムを開示する。このワークピース処理システムは、イオン源であって、複数のチャンバ壁、抽出開孔付きの抽出プレート、及び前記イオン源内で前記抽出開孔の近傍に配置したブロッカーを有する、該イオン源と、並びに前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであって、ワークピースを保持するプラテン、及び前記ワークピースを包囲するシールド
を有し、前記イオン源の内部からのイオンを、前記ブロッカーによって規定される角度で前記プラテンに向けて引き寄せるようにし、及び前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、また前記シールド及び前記抽出プレートのうち少なくとも一方を誘電材料によりコーティングする、該ワークピースホルダーと、を備える。若干の実施形態において、パルス状ＤＣ電圧を前記シールド及び前記プラテンに印加し、また前記ＤＣ電圧は５〜５０ｋＨｚの間における周波数でパルス化することができる。

他の実施態様によれば、ワークピース処理システムを開示する。このワークピース処理システムは、複数のチャンバ壁、抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源と、並びに前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであって、ワークピースを保持するプラテン、及び前記ワークピースを包囲するシールドを有し、前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、及びそれら各々を誘電材料でコーティングし、前記導電材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記誘電材料のＣＴＥの３０％以内である、該ワークピースホルダーと、を備える。若干の実施形態において、前記誘電材料はイットリウムを有し、また前記導電材料はタンタル又はモリブデンを有する。

本開示をよりよく理解するため、参照により本明細書に組み入れられる以下の添付図面につき説明する。

一実施形態によるイオン源の説明図である。 図１の抽出プレートの正面図である。 図１のシールドの正面図である。 後に手作業クリーニング処理が行われる多くのエッチングにわたる粒子減少を説明するグラフを示す。 イオン源からビーム角度の関数として放出されるイオンビーム電流を説明するグラフを示す。

上述したように、イオンがイオン源から抽出されている間に、活力的イオンは種々のコンポーネントに衝突し、粒子を金属コンポーネントから放出させ、ワークピースに堆積することとなり得る。図１はこの問題を克服するシステムの実施形態を示す。

システム１はイオン源２を備える。イオン源２は複数のチャンバ壁１０１からなるイオン源チャンバ１００を有する。若干の実施形態において、これらチャンバ壁１０１のうち１つ又はそれ以上の壁は、石英のような誘電材料で構成することができる。ＲＦアンテナ１１０を第１誘電壁１０２の外表面に配置することができる。ＲＦアンテナ１１０はＲＦ電源１２０によって給電することができる。ＲＦアンテナ１１０に送給されるエネルギーはイオン源チャンバ１００内で放射され、ガス入口１３０を介して導入される供給ガスをイオン化する。

抽出プレート１４０と称される１つのチャンバ壁は、イオンをイオン源チャンバ１００から放出することができる抽出開孔１４５を有する。この抽出プレート１４０は、チタン、タンタル又は他の金属のような導電材料で構成することができる。抽出プレート１４０正面図を図２に示す。抽出プレート１４０は３００ミリメートルを超える幅とすることができる。さらに、抽出開孔１４５は、ワークピース１０の直径よりも広い幅とすることができる。抽出プレート１４０は、例えば、抽出電圧電源１４１を使用することによる抽出電圧にバイアス印加することができる。他の実施形態において、抽出プレート１４０は接地することができる。

イオン源チャンバ１００内にはブロッカー１５０を配置することができる。このブロッカー１５０は、抽出開孔１４５の近傍におけるプラズマシースに影響を及ぼすのに使用される誘電材料とすることができる。例えば、若干の実施形態においては、ブロッカー１５０は、イオンがワークピース１０に対して直交しない抽出角度で抽出開孔１４５を出ていくよう配置する。若干の実施形態において、図１に示すように、イオンは２つの異なる抽出角度で抽出することができる。この実施形態において、第１ビームレット１９０及び第２ビームレット１９１はワークピース１０に向かうよう指向される。他の実施形態において、イオンは単一抽出角度で抽出される。イオン源チャンバ１００内におけるブロッカー１５０の抽出開孔１４５に対する配置は、イオンがワークピース１０に突き当たる角度を規定する。

可動のワークピースホルダー１５５は、ワークピース１０が配置されるプラテン１６０を有する。このプラテン１６０は、方向１７１にプラテン１６０を移動させる走査モータ１７０を使用して走査する。他の実施形態において、ワークピースホルダーは移動不能のものとすることができる。例えば、ワークピースホルダーは不動とするとともに、イオン源チャンバ１００を移動させるものとすることができる。他の実施形態において、ワークピースホルダー及びイオン源チャンバ１００の双方を不動とすることができる。

ハローとも称し得るシールド１６５はワークピース１０を包囲している。シールド１６５の正面図を図３に示す。シールド１６５は、ワークピース１０を包囲し、またワークピース１０の位置に対応して中央に開口１６６を有する。シールド１６５は、金属のような導電材料で構成する。

シールド１６５及びプラテン１６０はワークピースバイアス電源１８０を使用してバイアス印加することができる。若干の実施形態においては、ワークピースバイアス電源１８０からの出力は、５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの間における周波数及び１００〜５,０００ボルトの大きさのパルス状ＤＣ電圧である。

上述した開示はワークピースバイアス電源１８０からの出力がパルス状ＤＣ電圧であるとして説明したが、ワークピースバイアス電源１８０は一定であり、抽出電圧電源１４１がパルス状ＤＣ出力を供給するものとすることもできると理解されたい。

パルス状であるときのプラテン１６０及びシールド１６５に印加される電圧は、抽出プレート１４０に印加される電圧よりも陰性を大きくする。換言すれば、抽出プレート１４０は接地する場合、ワークピースバイアス電源１８０は負のパルスを発生する。これら負のパルス印加中、陽イオンがイオン源チャンバ１００の内部からワークピース１０に引き寄せられる。抽出プレート１４０が正にバイアス印加される場合、ワークピースバイアス電源１８０は陽性又は陰性が少ないパルスを発生し、これによりこれらパルス印加中に陽イオンがイオン源チャンバ１００の内部からワークピース１０に引き寄せられる。

抽出プレート１４０及びシールド１６５のうち少なくとも一方は誘電材料によりコーティングする。イオンビームの衝突を受ける面域をコーティングするのが好ましいが、他の表面も化学反応を防止するようコーティングすることができる。この誘電材料は、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のような希土類酸化物とすることができる。他の実施形態において、誘電材料は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、若しくは他の材料、及び例えば、イットリア安定化ジルコニアを含めて希土類酸化物と上述した他の材料の組合せのような、材料の組合せとすることができる。すべての実施形態において、材料は、双方の活力的イオン又は「物理的エッチ」に対し、並びにフッ素及び塩素の反応ガス組合せのような化学的エッチに対してエッチ耐性があるものとする。

図１は、シールド１６５の前面に配置したコーティング１６７を示す。図１は、さらに、抽出プレート１４０の外面に配置したコーティング１４２及び抽出プレート１４０の内面に配置したコーティング１４３も示す。抽出プレート１４０の内面はイオン源チャンバ１００の内部である表面として画定される。これらコーティングの厚さは、約１００ナノメートル〜約１ミリメートル又はそれ以上のものとすることができる。これらコーティングのうち１つ又はそれ以上を特別な実施形態において存在させることができる。例えば、若干の実施形態において、コーティング１４２及び１６７を塗布する。他の実施形態において、コーティング１４２、１４３及び１６７を塗布する。

さらに、通常動作中、抽出プレート１４０及びシールド１６５は活力イオンによって加熱され、したがって、熱膨張を受けることがあり得る。例えば、通常動作中に、抽出プレート１４０及びシールド１６５の温度は摂氏数１００度にも上昇し得る。さらにまた、通常動作中シールド１６５が移動するため、シールド１６５を水又は液体で冷却するのはコストがかかり、また困難である。

したがって、これらコンポーネントを構成するのに使用される金属は、誘電性コーティングと同一又は同様の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するのが好ましい。例えば、イットリア及びアルミナの双方は約７μｍ／ｍの熱膨張係数を有する。チタンは、誘電性コーティングのＣＴＥの３０％以内である約９μｍ／ｍの熱膨張係数を有する。これと比較して、アルミニウムは、誘電性コーティングのＣＴＥよりも３００％大きい約２３μｍ／ｍを超えるＣＴＥを有する。若干の実施形態において、誘電材料でコーティングされるコンポーネントは、チタン又はモリブデンで構成する。勿論、コンポーネントは誘電性コーティングのＣＴＥの５０％以内であるＣＴＥを有する任意な金属又は金属合金から構成することができる。

予想外にも、抽出プレート１４０の電圧とは異なる電圧でシールド１６５をパルス状印加するとき、アーク発生を生じない。このことは、これらコンポーネントのうち少なくとも１つを誘電材料でコーティングする事実にも係わらず、である。実際、シールド１６５と抽出プレート１４０との間の電圧差が５ｋＶであった試験においてアーク発生が観測されなかった。

特別な理論に限定されないが、これらコーティングされたコンポーネントは容量的に結合されると考えられる。とくに、シールド１６５に印加されるパルス状ＤＣ電圧は、一連の増加する周波数の正弦波の合計である。換言すれば、パルス状ＤＣ電圧は、実際的に異なる複数の周波数を有するＡＣ電圧である。誘電材料はキャパシタとして挙動し、またしたがって、これら誘電材料のインピーダンスは増加する周波数とともに減少する。この結果として、誘電性コーティングのインピーダンスはより高い周波数で比較的低いためアーク発生を生じないと考えられる。したがって、パルス状ＤＣ電圧のＡＣ的性質に起因して、シールド１６５及び抽出プレート１４０は容量的に結合される。

さらに、試験は、抽出開孔１４５から出ていくイオンの抽出角度は誘電性コーティングによって悪影響を受けないことも示した。

システム１は、反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）とすることができる。他の実施形態において、システム１は、堆積、注入又は非晶質化用に使用することができる。

本明細書記載のシステム及び方法は多くの利点を有する。第１に、動作中に発生する粒子の個数は、抽出プレート１４０及びシールド１６５を誘電材料でコーティングするとき大幅に減少する。図４は、実施した実際の試験を示す。中実ドットは４５ナノメートルより大きい直径を有する粒子を示す。中空ドットは３０ナノメートルより大きい直径を有する粒子を示す。エッチサイクルの増加する回数とともに、発生する粒子の個数は減少することが分かる。９０回のエッチプロセス後、発生する粒子個数は５０未満である。実際、発生する粒子の平均個数は、７０回のエッチプロセス後に約３３である。これに比して、伝統的なエッチングマシンは、しばしば相当大きい直径の数１００又は数１０００個の粒子を発生する。

加えて、誘電性コーティングをシールド１６５及び／又は抽出プレート１４０に塗布することによって粒子個数を大幅に減少するとともに、システム性能が損なわれない。例えば、抽出角度平均値及び分散は、誘電性コーティングを組み込むことによって比較的影響を受けない。図５は、図１のシステムに関するビーム電流とビーム角度との間における関係性を説明するグラフを示す。ライン５００は、抽出開孔１４５から抽出される第１ビームレット１９０に関連する電流を示すとともに、ライン５１０は第２ビームレット１９１に関連する電流を示す。ライン５２０はこれら電流の合計を示す。図から分かるように、各ビームレットの電流は約２２°でピークになる。さらに、２つのビームレットの電流プロファイル曲線は、鏡対称であるがほぼ同一である。第１ビームレット１９０及び第２ビームレット１９１のそれぞれは、約１９°の平均ビーム角度、及び約１３.５°のビーム角度分散を有する。このことは、伝統的システムで得られるグラフと比較可能である。

本発明は、本明細書記載の特別な実施形態によって範囲を限定されない。実際、本明細書記載の実施形態に加えて、本発明に対する他の様々な実施形態又は変更例は、当業者には上述した説明及び添付図面から明らかであろう。したがって、このような他の実施形態及び変更例は本発明の範囲内に納まることを意図する。さらにまた、本発明は、特別な目的のための特別な環境における特別な実施形態の文脈で説明したが、当業者であれば、その有用性はそれに限定されない、及び本発明は任意な数の目的のための任意な数の環境でも有利に実施できることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲は、本明細書記載の本発明の全範囲及び精神の観点で解すべきである。

１ システム
２ イオン源
１０ ワークピース
１００ イオン源チャンバ
１０１ チャンバ壁
１０２ 第１誘電壁
１１０ ＲＦアンテナ
１２０ ＲＦ電源
１３０ ガス入口
１４０ 抽出プレート
１４１ 抽出電圧電源
１４２ コーティング
１４３ コーティング
１４５ 抽出開孔
１５０ ブロッカー
１５５ ワークピースホルダー
１６０ プラテン
１６５ シールド
１６６ 開口
１６７ コーティング
１７０ 走査モータ
１８０ ワークピースバイアス電源
１９０ 第１ビームレット
１９１ 第２ビームレット

第１実施形態によれば、ワークピース処理システムを開示する。このワークピース処理システムは、複数のチャンバ壁、及び抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源と、並びに前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであり、ワークピースを保持するプラテン、及び前記ワークピースを包囲するシールド
を有し、前記イオン源からのイオンを引き寄せるようパルス状ＤＣ電圧を前記シールドに印加し、及び前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、また前記シールド及び前記抽出プレートのうち少なくとも一方を誘電材料でコーティングする、該ワークピースホルダーと、を備える。若干の実施形態において、前記シールド及び前記抽出プレートの双方を誘電材料でコーティングする。若干の実施形態において、前記誘電材料は希土類酸化物を有し、この希土類酸化物はイットリアからなるものとすることができる。幾つかの実施形態において、前記誘電材料でコーティングされる導電材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記誘電材料のＣＴＥの３０％以内である。若干の実施形態において、前記導電材料はチタン又はモリブデンを有する。若干の実施形態において、前記ＤＣ電圧は、５〜５０ｋＨｚの間における周波数でパルス化される。

他の実施形態によれば、ワークピース処理システムを開示する。このワークピース処理システムは、複数のチャンバ壁、抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源と、並びに前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであって、ワークピースを保持するプラテン、及び前記ワークピースを包囲するシールドを有し、前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、及びそれら各々を誘電材料でコーティングし、前記導電材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記誘電材料のＣＴＥの３０％以内である、該ワークピースホルダーと、を備える。若干の実施形態において、前記誘電材料はイットリウムを有し、また前記導電材料はチタン又はモリブデンを有する。

Claims (15)

1. ワークピース処理システムにおいて、
   複数のチャンバ壁、及び抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源と、並びに
   前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであって、
   ワークピースを保持するプラテン、及び
   前記ワークピースを包囲するシールド
   を有し、
   前記イオン源からのイオンを引き寄せるようパルス状ＤＣ電圧を前記シールドに印加し、及び
   前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、また前記シールド及び前記抽出プレートのうち少なくとも一方を誘電材料でコーティングする、
   該ワークピースホルダーと、
   を備える、ワークピース処理システム。
2. 請求項１記載のワークピース処理システムにおいて、前記シールド及び前記抽出プレートの双方を誘電材料でコーティングする、ワークピース処理システム。
3. 請求項１記載のワークピース処理システムにおいて、前記誘電材料は希土類酸化物を有する、ワークピース処理システム。
4. 請求項３記載のワークピース処理システムにおいて、前記誘電材料はイットリアを有する、ワークピース処理システム。
5. 請求項１記載のワークピース処理システムにおいて、前記誘電材料でコーティングされる導電材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記誘電材料のＣＴＥの３０％以内である、ワークピース処理システム。
6. 請求項５記載のワークピース処理システムにおいて、コーティングされる前記導電材料はタンタル又はモリブデンを有する、ワークピース処理システム。
7. 請求項１記載のワークピース処理システムにおいて、前記ＤＣ電圧は、５〜５０ｋＨｚの間における周波数でパルス化される、ワークピース処理システム。
8. ワークピース処理システムにおいて、
   イオン源であって、
   複数のチャンバ壁、
   抽出開孔付きの抽出プレート、及び
   前記イオン源内で前記抽出開孔の近傍に配置したブロッカー
   を有する、該イオン源と、並びに
   前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであって、
   ワークピースを保持するプラテン、及び
   前記ワークピースを包囲するシールド
   を有し、
   前記イオン源の内部からのイオンを、前記ブロッカーによって規定される角度で前記プラテンに向けて引き寄せるようにし、及び
   前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、また前記シールド及び前記抽出プレートのうち少なくとも一方を誘電材料でコーティングする、
   該ワークピースホルダーと、
   を備える、ワークピース処理システム。
9. 請求項８記載のワークピース処理システムにおいて、パルス状ＤＣ電圧を前記シールド及び前記プラテンに印加し、また前記ＤＣ電圧は、５〜５０ｋＨｚの間における周波数でパルス化される、ワークピース処理システム。
10. 請求項８記載のワークピース処理システムにおいて、前記誘電材料でコーティングされる導電材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記誘電材料のＣＴＥの３０％以内である、ワークピース処理システム。
11. 請求項１０記載のワークピース処理システムにおいて、コーティングされる前記導電材料はタンタル又はモリブデンを有する、ワークピース処理システム。
12. ワークピース処理システムにおいて、
    複数のチャンバ壁、抽出開孔付きの抽出プレートを有するイオン源と、並びに
    前記抽出開孔の近傍に配置したワークピースホルダーであって、
    ワークピースを保持するプラテン、及び
    前記ワークピースを包囲するシールド
    を有し、
    前記シールド及び前記抽出プレートを導電材料で構成し、及びそれら各々を誘電材料でコーティングし、前記導電材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記誘電材料のＣＴＥの３０％以内である、
    該ワークピースホルダーと、
    を備える、ワークピース処理システム。
13. 請求項１２記載のワークピース処理システムにおいて、パルス状ＤＣ電圧を前記シールド及び前記プラテンに印加する、ワークピース処理システム。
14. 請求項１３記載のワークピース処理システムにおいて、前記ＤＣ電圧は、５〜５０ｋＨｚの間における周波数でパルス化される、ワークピース処理システム。
15. 請求項１４記載のワークピース処理システムにおいて、前記誘電材料はイットリウムを有し、また前記導電材料はタンタル又はモリブデンを有する、ワークピース処理システム。