JP2022545260A - 指向性処理のための装置 - Google Patents

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Abstract

指向性処理のための装置が開示される。装置は、ワークピース支持体と、複数の壁を有するイオン源とを含む。複数の壁のうちの少なくとも１つの壁に抽出開孔が配置される。特定の実施形態では、複数の壁は中空領域を画定する。中空領域は、ワークピースの処理されている部分の上方に配置され、それによりイオン源の上に堆積することなくエッチング副産物を排出することができる。中空領域の形状を修正して、中空イオン源の上に堆積する量をさらに少なくすることができる。さらに、中空領域内または中空領域の上方にポンプを配置してエッチング副産物の除去を容易にすることも可能である。他の実施形態では、プラズマチャンバの隅にイオン源の抽出開孔を配置することができる。【選択図】図４

Description

本開示の実施形態は指向性処理のための装置に関し、より詳細には指向性処理のためのイオン源に関する。
半導体デバイスの製造には複数の複雑な個別のプロセスが必要である。これらのプロセスのいくつかでは、ワークピースの表面に対して直角ではない角度でワークピースに衝撃を与えるイオンをワークピースに衝突させることが有利であり得る。
例えば特定の状況では、ワークピースの表面に対して直角ではない角度でエッチングプロセスを実施することができる。これは、フィン、側壁および他の要素などの三次元特徴のエッチングを許容する。しかしながらこれらの指向性プロセスを実施するために使用されるいくつかの半導体設備には欠点がある。
特定の実施形態では、半導体設備は、ある角度のイオンを抽出する開孔を有する抽出板を利用している。これらの事例では、スパッタリングプロセスまたはエッチングプロセスによって、ワークピースが副産物を解放することがあり得る。抽出板はワークピースに極めて近いため、これらの副産物は、抽出板の上または抽出板の近くに堆積することになり得る。堆積した副産物は、薄片になって時間の経過と共に抽出板からはがれ落ちることがあり得る。これらの薄片はワークピースの上に落ちてワークピースを汚染することになり得る。
さらに、これらの副産物の一部は、ワークピースの上に直接再堆積することがあり得る。
さらに、エッチングプロセスによってワークピースから二次電子が解放されることがあり得る。これらの二次電子は抽出板に衝突し得る。これらの二次電子の衝撃は抽出板を加熱し、エッチング速度の安定性および均一性に影響を及ぼし得る。これは、エッチング速度が温度に敏感であることによるものである。
したがってエッチングなどの指向性プロセスを実施することができるイオン源を含む装置が存在していることが有利である。さらに、エッチング副産物がイオン源に付着せず、また、エッチングプロセスに影響を及ぼさないように装置が設計されることが有利である。
指向性処理のための装置が開示される。装置は、ワークピース支持体と、複数の壁を有するイオン源とを含む。複数の壁のうちの少なくとも１つの壁に抽出開孔が配置される。特定の実施形態では、複数の壁は中空領域を画定する。中空領域は、ワークピースの処理されている部分の上方に配置され、それによりイオン源の上に堆積することなくエッチング副産物を排出することができる。中空領域の形状を修正して、中空イオン源の上に堆積する量をさらに少なくすることができる。さらに、中空領域内または中空領域の上方にポンプを配置してエッチング副産物の除去を容易にすることも可能である。他の実施形態では、プラズマチャンバの隅にイオン源の抽出開孔を配置することができる。
一実施形態によれば、ワークピース上で指向性プロセスを実施するための装置が開示される。装置は、ワークピースを固定するためのワークピース支持体と、プラズマチャンバを画定する複数の壁を有するイオン源であって、複数の壁のうちの少なくとも１つが第１の抽出開孔を画定しているイオン源とを備え、複数の壁の一部はイオン源の中空領域を画定し、その中空領域は、指向性プロセスの間、副産物がワークピースから流れ去るための経路を画定する。特定の実施形態では、第１の抽出開孔は、中空領域を画定する壁のうちの１つの壁に配置される。他の実施形態では、ワークピース上で指向性プロセスを実施するために第１の抽出開孔を介してイオンビームが抽出され、また、指向性プロセスの副産物をワークピースから離れるようにポンピングするために、中空領域内または中空領域の上方にポンプまたはスパッタキャッチャが配置される。特定の実施形態では、イオン源は、第１の内部側部エッジおよび第１の内部端部エッジによって画定される第１の開口を備える第１の壁と、第２の内部側部エッジおよび第２の内部端部エッジによって画定される第２の開口を備える第２の壁と、第１の壁および第２の壁の外部エッジを接続する外壁と、第１の内部端部エッジと第２の内部端部エッジとを接続する内部端部壁と、第１の内部側部エッジから第２の壁に向かって延在する２つの内部側壁であって、内部側壁のうちの少なくとも１つは第２の壁まで延在せず、第２の壁と内部側壁の底部との間に配置される第１の抽出開孔を作り出す、２つの内部側壁とを備える。他の実施形態では、第１の開口および第２の開口は等しい幅を有し、また、内部側壁は第１の壁から第２の壁に向かって、第２の壁に対して直角の方向に延在する。別の実施形態では、第１の開口は幅の方向に第２の開口より大きく、また、内部側壁は第１の壁から第２の壁に向かって、第２の壁に対して直角の方向に延在し、また、第２の内部側部エッジの各々は、それぞれの内部側壁の平面を越えて延在する。別の実施形態では、第１の開口は幅の方向に第２の開口より大きく、また、内部側壁は、第１の内部側部エッジから第２の壁に向かって内側に傾斜し、それにより指向性プロセスの副産物の内部側壁への再堆積をさらに最少化する。他の実施形態では、第２の内部側部エッジの各々は、それぞれの内部側壁の平面を越えて延在する。特定の実施形態では、２つの内部側壁は、第１の抽出開孔に対して平行に配列され、かつ、２つのイオンビームを作り出すために中空領域の近くに配置される第２の抽出開孔が存在するよう、第２の壁まで延在しない。
別の実施形態によれば、ワークピース上で指向性プロセスを実施するための装置が開示される。装置は、ワークピースを固定するためのワークピース支持体と、プラズマチャンバを画定する複数の壁および抽出開孔を備えるイオン源とを備え、複数の壁は第１の壁および第２の壁を備え、第１の壁は第２の壁の反対側であり、また、第２の壁は、処理位置におけるワークピース支持体の最も近くに、ワークピース支持体に対して平行に配置され、また、複数の側壁が第１の壁と第２の壁とを接続し、抽出開孔は側壁に配置される。特定の実施形態では、抽出開孔を含む側壁は第２の壁に対して直角である。特定の実施形態では、抽出開孔を含む側壁は第２の壁と鋭角を形成する。特定の実施形態では、第２の壁は、抽出開孔を含む側壁を越えて延在する。特定の実施形態では、抽出開孔を含む側壁の近くにポンプまたはスパッタキャッチャが配置される。
別の実施形態によれば、ワークピース上で指向性プロセスを実施するための装置が開示される。装置は、ワークピース支持体と、プラズマチャンバを画定する複数の壁を有するイオン源とを備え、イオン源の抽出開孔は複数の壁のうちの少なくとも１つによって画定され、また、抽出開孔は、処理位置におけるワークピース支持体の近くのプラズマチャンバの隅に配置される。特定の実施形態では、プラズマチャンバの隅の抽出開孔は、処理位置におけるワークピース支持体の上に配置されるワークピースから、副産物が流れ去るための経路を提供する。特定の実施形態では、ワークピース上で指向性プロセスを実施するために抽出開孔を介してイオンビームが抽出され、また、指向性プロセスの副産物をワークピースから離れるようにポンピングするために、プラズマチャンバの隅の近くにポンプが配置される。特定の実施形態では複数の壁は、第１の壁と、ワークピース支持体が処理位置に位置している際にワークピース支持体の近くとなる第２の壁と、第１の壁から延在し、隅で終わる第１の長さを有する第１の側壁と、第１の側壁の反対側に配置される、第１の壁から第２の壁まで延在する第２の側壁であって、第２の長さを有する第２の側壁とを備え、第１の側壁と第２の壁との間の隅に抽出開孔を画定するために、第１の長さは第２の長さより短い。他の実施形態では、抽出開孔を介してイオンビームが抽出され、また、指向性プロセスは、ワークピースからエッチング副産物をもたらすエッチングプロセスである。特定の実施形態では、装置は、プラズマチャンバの隅に配置される抽出開孔によって作り出される経路に沿って、エッチング副産物をワークピースから離れるようにポンピングするためのポンプを備える。
本開示をより良好に理解するために、参照により本明細書に組み込まれている添付の図面を参照する。
一実施形態による中空長方形イオン源の第１の図である。 一実施形態による、図１の中空長方形イオン源の第２の図である。 一実施形態による、線Ａ－Ａに沿って取った図１の中空長方形イオン源の横断面図である。 別の実施形態による、線Ａ－Ａに沿って取った図１の中空長方形イオン源の横断面図である。 一実施形態による、イオン源の外側に配置されたアンテナによって電力が供給される中空イオン源を有する、指向性処理のための装置を示す図である。 一実施形態による、イオン源の内側に配置されたコイルによって電力が供給される中空イオン源を有する、指向性処理のための装置を示す図である。 別の実施形態による、イオン源の内側に配置されたコイルによって電力が供給される中空イオン源を有する、指向性処理のための装置を示す図である。 イオンおよびエッチング副産物の流れを含む、指向性処理のための装置の動作を示す図である。 図５の装置におけるプラズマ濃度を示す図である。 一実施形態による、傾斜した内部側壁を備えた中空イオン源を有する、指向性処理のための装置を示す図である。 第２の壁がボイドの中へ延在している、指向性処理のための装置の実施形態を示す図である。 第２の壁がボイドの中へ延在している、指向性処理のための装置の別の実施形態を示す図である。 単一のプラズマチャンバを有する、指向性処理のための装置の別の実施形態を示す図である。 単一のプラズマチャンバを有する、指向性処理のための装置の別の実施形態を示す図である。 複数の抽出開孔を個々の側壁に有する、指向性処理のための装置の実施形態を示す図である。
上で説明したように、多くのアプリケーションでは、角度が付いたイオンビームを使用してエッチングプロセスを実施することが有利である。しかしながら上で言及したように、現在利用することができる設備には欠点がある。
図１は、一実施形態による中空イオン源１０を示したものである。特定の実施形態では、中空イオン源１０は中空長方形イオン源であってもよく、イオン源の外部エッジは長方形プリズムを画定している。
この実施形態では、中空イオン源１０は第１の壁１００および第２の壁１１０を備えている。第２の壁１１０は底部壁として画定されている。本開示全体を通して、「頂部」および「底部」という用語は、処理位置に位置している間のワークピース支持体の位置に対するものである。例えば特定の実施形態では、ワークピース支持体は、処理位置では水平であってもよい。他の実施形態では、ワークピース支持体は、処理位置では垂直であってもよい。すべての実施形態において、中空イオン源１０の第２の壁１１０は、処理位置ではワークピース支持体に最も近い壁である。典型的には、第２の壁１１０は、処理位置ではワークピース支持体に対して平行である。
図１に示されているように、第１の壁１００は、第１の外部長さ１０１および第１の外部幅１０２によって画定される第１の外部周囲を有している。第１の壁１００は、その中心の近くを貫通している第１の開口１０５を同じく有している。第１の開口１０５は、第１の内部長さ１０６および第１の内部幅１０７を有する第１の内部周囲を画定している。第１の内部長さ１０６は第１の外部長さ１０１より短く、また、第１の内部幅１０７は第１の外部幅１０２より細い。特定の実施形態では、第１の開口１０５の幾何学的中心は第１の壁１００の幾何学的中心と同じである。
特定の実施形態では、第１の壁１００の第１の外部周囲は長方形を画定している。この事例では、第１の外部周囲は、第１の外部端部エッジ１０４として参照されている２つのエッジを幅方向に備えており、また、第１の外部側部エッジ１０３として参照されている２つのエッジを長さ方向に備えている。
しかしながら特定の実施形態では、第１の外部周囲は楕円形などの異なる形状であってもよい。この実施形態では、第１の外部周囲は、第１の外部端部エッジとして参照される２つの湾曲したエッジを幅方向に備え、また、第１の外部側部エッジとして参照される２つのエッジを長さ方向に備える。
特定の実施形態では、第１の壁１００の第１の内部周囲は長方形を画定している。この事例では、第１の内部周囲は、第１の内部端部エッジ１０９として参照されている２つのエッジを幅方向に備えており、また、第１の内部側部エッジ１０８として参照されている２つのエッジを長さ方向に備えている。
しかしながら特定の実施形態では、第１の内部周囲は楕円形などの異なる形状であってもよい。この実施形態では、第１の内部周囲は、第１の内部端部エッジとして参照される２つの湾曲したエッジを幅方向に備え、また、第１の内部側部エッジとして参照される２つのエッジを長さ方向に備える。特定の実施形態では、第１の内部側部エッジは互いに平行である。
図２に示されているように、第２の壁１１０は、第２の外部長さ１１１および第２の外部幅１１２によって画定される第２の外部周囲を有している。第２の壁１１０は、その中心の近くを貫通している第２の開口１１５を同じく有している。第２の開口１１５は、第２の内部長さ１１６および第２の内部幅１１７を有する第２の内部周囲を画定している。第２の内部長さ１１６は第２の外部長さ１１１より短く、また、第２の内部幅１１７は第２の外部幅１１２より細い。特定の実施形態では、第２の開口１１５の幾何学的中心は第２の壁１１０の幾何学的中心と同じである。
特定の実施形態では、第２の壁１１０の第２の外部周囲は長方形を画定している。この事例では、第２の外部周囲は、第２の外部端部エッジ１１４として参照されている２つのエッジを幅方向に備えており、また、第２の外部側部エッジ１１３として参照されている２つのエッジを長さ方向に備えている。
しかしながら特定の実施形態では、第２の外部周囲は楕円形などの異なる形状であってもよい。この実施形態では、第２の外部周囲は、第２の外部端部エッジとして参照される２つの湾曲したエッジを幅方向に備え、また、第２の外部側部エッジとして参照される２つのエッジを長さ方向に備える。
特定の実施形態では、第２の壁１１０の第２の内部周囲は長方形を画定している。この事例では、第２の内部周囲は、第２の内部端部エッジ１１９として参照されている２つのエッジを幅方向に備えており、また、第２の内部側部エッジ１１８として参照されている２つのエッジを長さ方向に備えている。
しかしながら特定の実施形態では、第２の内部周囲は楕円形などの異なる形状であってもよい。この実施形態では、第２の内部周囲は、第２の内部端部エッジとして参照される２つの湾曲したエッジを幅方向に備え、また、第２の内部側部エッジとして参照される２つのエッジを長さ方向に備える。特定の実施形態では、第２の内部側部エッジは互いに平行である。
いくつかの実施形態では、第１の外部周囲および第２の外部周囲は全く同じである。言い換えると、第１の外部周囲がある長さおよびある幅を有する長方形である場合、第２の外部周囲も同じ長さおよび幅を有する長方形である。この実施形態では、イオン源の外部表面は長方形のプリズムを形成する。同様に第１の外部周囲が楕円形を形成する場合、第２の外部周囲も同じ寸法を有する楕円形を同じく画定する。
外壁１２１を使用して第１の壁１００と第２の壁１１０とが接続されている。特定の実施形態では、外壁１２１は第１の壁１００および第２の壁１１０の外部エッジに配置されている。外壁１２１は外部側壁１２２および外部端部壁１２３として分類することができる。例えば外部側壁１２２を使用して２つの第１の外部側部エッジ１０３を２つの第２の外部側部エッジ１１３に接続することができる。外部端部壁１２３を使用して２つの第１の外部端部エッジ１０４を２つの第２の外部端部エッジ１１４に接続することができる。特定の実施形態では、第１の壁１００および第２の壁１１０は、外壁１２１がすべて同じ高さになるよう、互いに平行であってもよい。外壁１２１は、外壁１２１と第１の壁１００または第２の壁１１０の間からガスが逃げることができないよう、第１の壁１００および第２の壁１１０と共に気密シールを形成している。
内部端部壁１２７を使用して２つの第１の内部端部エッジ１０９が２つの第２の内部端部エッジ１１９に接続されている。内部端部壁１２７は、内部端部壁に沿った開孔が存在しないように第１の壁１００および第２の壁１１０の両方に接続されている。
図３Ａ～図３Ｂは、２つの実施形態による、線Ａ－Ａに沿って取った中空イオン源１０の横断面図を示したものである。ワークピース１は、中空イオン源１０に対して負にバイアスされるワークピース支持体１７０などの導電性表面に配置されている。特定の実施形態では、ワークピース支持体１７０は、ワークピースがその上に装荷される際は水平である。これは装荷位置と呼ばれる。ワークピース支持体１７０は、次に、電界を使用することなどによってワークピース１を固定する。ワークピース１が固定されると、ワークピース支持体１７０は、垂直であってもよい処理位置へ回転することができる。
ワークピース支持体１７０は、処理位置では、第２の壁１１０の近くに、第２の壁１１０に対して平行に配置される。上で説明したように、ワークピース支持体１７０は、処理位置では垂直であっても、あるいは水平であってもよい。
図３Ａ～図３Ｂに示されているように、内部側壁１２５は、第１の壁１００の２つの第１の内部側部エッジ１０８から第２の壁１１０に向かって延在している。内部端部壁１２７および内部側壁１２５は中空領域１４０を画定している。
内部側壁１２５のうちの一方は、または両方ともは、第１の壁１００から第２の壁１１０まで、その全体にわたって延在していない。したがって中空領域１４０の２つの側の、第２の壁１１０と内部側壁１２５の下部エッジとの間に抽出開孔１３０を作り出すことができる。特定の実施形態では、抽出開孔１３０は、図３Ａに示されているように中空領域１４０の個々の側に作り出される。別の実施形態では、図３Ｂに示されているように、中空領域１４０の２つの側のうちの一方のみが抽出開孔１３０を有することができる。したがって従来の処理設備とは異なり、このシステムにおける抽出開孔１３０は、ワークピース１およびワークピース支持体１７０に最も近い壁である第２の壁１１０には配置されていない。その代わりに、抽出開孔１３０は内部側壁１２５の中に配置されている。これは、それ以外の場合に可能であり得るビーム角平均より大きいビーム角平均を許容する。
さらに、特定の実施形態では、抽出開孔１３０は中空イオン源１０の隅に配置される。本開示では、「隅」という用語は、中空イオン源１０の２つの壁の平面が交わる部分の近くの領域を意味している。例えば図３Ａ～図３Ｂに示されているように、抽出開孔１３０は、第２の壁１１０の平面と内部側壁１２５の平面が交わる部分の近くの領域に配置されている。いくつかの実施形態では、隅は、第２の壁１１０と１つの他の壁の平面が交わる部分の近くの領域である。詳細には、これらの実施形態では、その１つの他の壁は、第２の壁１１０と接触する前に終端している。これは、その１つの他の壁と第２の壁１１０との間に間隙をもたらす。この間隙は抽出開孔であり、また、その間隙が存在する領域はプラズマチャンバの隅として画定される。言い換えると、第２の壁１１０およびその１つの他の壁の平面は線で交わる。この線はプラズマチャンバの隅と呼ばれる。開孔は、その１つの他の壁が第２の壁１１０と接触しないよう、その１つの他の壁に作り出される。別の実施形態では、第２の壁１１０およびその１つの他の壁は、いずれも、第２の壁１１０とその１つの他の壁との間に間隙が存在するよう、２つの平面が交わる前に終端している。
特定の実施形態では、第１の開口１０５および第２の開口１１５は同じ幅を有しており、また、内部側壁１２５は、第１の内部側部エッジ１０８から第２の内部側部エッジ１１８に向かって、第１の壁１００および第２の壁１１０に対して直角の方向に下に向かって延在している。
特定の実施形態では、第１の開口１０５および第２の開口１１５は同じ長さを有しており、また、内部端部壁１２７は、第１の内部端部エッジ１０９から第２の内部端部エッジ１１９に向かって、第１の壁１００および第２の壁１１０に対して直角の方向に下に向かって延在している。
図２および図３Ａ～図３Ｂから分かるように、内部端部壁１２７および内部側壁１２５は、中空イオン源１０内に中空領域１４０を作り出している。プラズマチャンバ１５０は、外壁１２１、内部側壁１２５、内部端部壁１２７、第１の壁１００および第２の壁１１０の間の体積として画定されている。
図１および図２は、外壁１２１、内部側壁１２５、内部端部壁１２７、第１の壁１００および第２の壁１１０によって作り出される単一の体積を示しているが、他の実施形態も可能である。例えば第１の開口１０５は、第１の外部長さ１０１と実質的に同じである第１の内部長さ１０６を有することができる。同様に、第２の開口１１５は、第２の外部長さ１１１と実質的に同じである第２の内部長さ１１６を有することができる。この方法によれば、中空領域１４０の個々の側に１つずつ、２つの個別の体積が作り出される。２つの個別のプラズマチャンバ１５０をもたらすよう、これらの個別の体積の各々にエネルギーを供給することができる。
中空領域１４０は、内部側壁１２５および内部端部壁１２７によってプラズマチャンバから分離されている。抽出開孔１３０は、プラズマチャンバ１５０内に生成されるイオンが中空イオン源１０から出ていくことができる開口を提供する。抽出開孔１３０の位置のため、プラズマチャンバ１５０から抽出されるイオンは、中空領域１４０を通って、ワークピース支持体１７０に向かって移動することに留意されたい。
図３Ａ～図３Ｂは、第１の壁１００および第２の壁１１０と共に鋭いエッジを作り出している内部側壁１２５および外壁１２１を示しているが、エッジは丸くすることも同じく可能である。
特定の実施形態では２つの抽出開孔１３０が存在しており、これらの抽出開孔は互いに平行であり、また、厳密に同じ高さおよび長さである。さらに、抽出開孔１３０は、それぞれの外部側壁１２２に対して平行で、かつ、それぞれの外部側壁１２２から等距離であってもよい。この方法によれば、プラズマチャンバ１５０は、中空イオン源１０の両側で同じサイズである。これは、２つの抽出開孔１３０を介して抽出される２つのイオンビームのより良好な均一性および無矛盾性を許容することができる。
別の実施形態では、抽出開孔１３０は異なる高さおよび／または長さであってもよい。
中空イオン源１０の物理的構造を画定することにより、プラズマ源の説明が提供される。プラズマ源の選択は本開示によって制限されない。
例えば一実施形態では、図４に示されているように、アンテナ２００を外壁１２１のうちの１つまたは複数に対して配置することができる。特定の実施形態では、アンテナ２００は２つの外部側壁１２２に対して配置される。他の実施形態では、アンテナは２つの外部側壁１２２および２つの外部端部壁１２３に対して配置される。このアンテナ２００は、ＲＦ電源２１０と電気通信してアンテナ２００にＲＦ信号を供給することができる。この実施形態では、外壁１２１のうちの１つまたは複数を誘電材料から構築して、アンテナ２００からのエネルギーをプラズマチャンバ１５０に入れることができる。
図５Ａに示されている別の実施形態では、中空イオン源１１の内部は、ハウジング３００とプラズマチャンバ１５０の２つの部分に分割されている。ハウジング３００の中では、コイル３１０がプラズマチャンバ１５０を取り囲むように１つまたは複数のコイル３１０が巻かれている。言い換えると、ハウジング３００はすべての外壁１２１の近くに存在し、また、コイル３１０は、外壁１２１に概ね沿っている経路の中を移動するように構成されている。これらのコイル３１０は電源３２０と通信し、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する。
さらに別の実施形態では、図５Ｂに示されているように、アンテナはプラズマチャンバ１５０内に配置されている。プラズマチャンバ１５０内には１つまたは複数のコイル３４０が配置されている。特定の実施形態では、コイル３４０は、コイル３４０をプラズマから電気的に隔離するために、石英管３５０内に、石英管から間隔を隔てて配置される。コイル３４０は電源３２０と通信することができる。
上で言及したように、他のプラズマ源を中空イオン源と共に同じく使用することができる。例えば電子ビームプラズマ源、傍熱陰極またはＢｅｒｎａｓ源を利用することができる。
図６は、中空イオン源１０の動作を示したものである。外壁１２１または第１の壁１００のいずれかに配置されたガス入口から供給ガスがプラズマチャンバ１５０に供給される。この供給ガスは、それらに限定されないが、アルゴン、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、Ｏ２、ＫｒまたはＣＨ４を含む、エッチングガスなどの任意の適切な種であってもよい。別法としては、イオン注入種を使用することも可能である。上で説明したように、プラズマ源を使用してプラズマチャンバ１５０の中にプラズマが作り出される。ワークピース１は、中空イオン源の第２の壁１１０に対して平行に、かつ、第２の壁１１０から間隔を隔てて配置されている。ワークピース１は、中空イオン源１０に対して負にバイアスされるワークピース支持体１７０などの導電性表面に配置されている。この方法によれば、プラズマチャンバ１５０内の正のイオンがワークピース１に引き付けられる。イオン６００は、コリメートされたリボンイオンビームの形態で抽出開孔１３０を介して引き出され、ある角度でワークピース１に向かって導かれる。イオン６００は、中空領域１４０を通って、ワークピース１に向かって移動する。図に示されているように、イオンがワークピース１に向かって移動する角度は、ワークピース表面に対して直角以外の角度である。イオン６００がワークピース１に衝突すると、エッチング副産物６１０がワークピース１から解放され得る。エッチングプロセスによって解放されるこれらのエッチング副産物６１０は中空領域１４０の中へ漂流する。この方法によれば、エッチング副産物６１０が中空イオン源１０の第２の壁１１０に堆積することはない。
中空領域１４０を含むことにより、他の半導体設備と比較すると、中空イオン源１０に対するガスコンダクタンスが著しく大きくなる。これは、より多くのガスの流れでの動作を許容し、かつ、低い圧力を維持することができ、それによりイオン対ラジカル比を改善することができる。
エッチング副産物６１０をより完全に除去するために、中空領域１４０内にポンプ６２０を配置することができる。ポンプ６２０は、中空領域１４０を介してポンプ６２０の中へエッチング副産物６１０を抜き出す負の圧力を作り出すことができる。別法としては、スパッタキャッチャを使用することも可能である。スパッタキャッチャは、ワークピース１と同じ電位の、スパッタされた材料がスパッタキャッチャに入って、出ていくことができないよう、凹状の形を有するデバイスである。特定の実施形態では、スパッタキャッチャは、スパッタ材料がスパッタキャッチャに入るのを許容し、かつ、スパッタ材料を保持するメッシュ様材料または多孔性軽石を含むことができる。これらの構成要素は、内部側壁１２５の表面に堆積するエッチング副産物６１０の量を最少化することができる。
図７は、図５の中空イオン源１１が動作中である際のプラズマ濃度を示したものである。プラズマはプラズマチャンバ１５０の中に生成される。さらに、プラズマは抽出開孔１３０を通って出ていき、ワークピース１の平面に対して直角ではない角度でイオンがワークピース１に衝突するようにワークピース１に向かって導かれる。エッチングされているワークピース１の部分は、第２の壁１１０に隣接して配置されるのではなく、中空領域１４０の近くに配置されることに留意されたい。これは、エッチング副産物が中空イオン源１１の壁に堆積することなく、中空領域１４０を通って出ていくのを許容する。
図７の中空イオン源１１を使用して試験が実施された。これらの試験では、すべて、アルゴンプラズマがプラズマチャンバ１５０内に作り出された。
一試験では、抽出開孔１３０の高さは６ｍｍに設定され、また、ワークピース支持体１７０は２ｋＶにバイアスされた。次に、抽出されたビーム電流の関数としてのビーム角平均（ＢＡＭ）が測定された。ＢＡＭは、ワークピースに対する直角と比較した角度として測定される。言い換えると、ビームがワークピースの表面に対して直角である場合、そのＢＡＭは０°として定義される。ＢＡＭは、約３０ｍＡ未満のビーム電流に対して３０°より大きいことが分かった。さらに、ＢＡＭは、小さいビーム電流（すなわち１０ｍＡ未満）ではほぼ５０°であることが分かった。
第２の試験では、抽出開孔１３０の高さは６ｍｍから１０ｍｍまで変更され、ワークピース支持体１７０は２ｋＶにバイアスされた。この試験におけるビーム電流は約１８ｍＡであった。次に、抽出開孔高さの関数としてのビーム角平均（ＢＡＭ）が測定された。ＢＡＭは、８ｍｍ以下の抽出開孔高さに対して４０°より大きいことが分かった。さらに、ＢＡＭは、１０ｍｍの抽出開孔高さではほぼ４０°であることが分かった。
第３の試験では、ワークピース支持体１７０に印加されたバイアス電圧は５００Ｖから３ｋまで変更され、抽出開孔高さは６ｍｍに設定された。次に、抽出電圧の関数としてのビーム角平均（ＢＡＭ）が測定された。ＢＡＭは、約１２５０Ｖ以上の抽出電圧に対して４０°より大きいことが分かった。さらに、ＢＡＭは、抽出電圧が１ｋＶ未満になると３０°未満に小さくなることが分かった。
したがって第２の壁ではなく、中空イオン源の側壁に抽出開孔を配置することにより、他の指向性処理システムと比較してビーム角平均を５°～１０°だけ大きくすることができる。
したがって図１～図７に示されている実施形態などの特定の実施形態では、中空長方形イオン源が開示される。長方形イオン源は、外部長方形を画定している４つの外壁１２１、より小さい長方形の形の第１の開口１０５を有する第１の壁１００、より小さい同じ長方形の形の第２の開口１１５を有する第２の壁１１０、および第１の開口１０５のエッジと第２の開口１１５のエッジとを接続している内部壁を有している。第１の壁１００および第２の壁１１０は、それぞれ、外部長方形と同じ形である外部周囲を有している。プラズマチャンバ１５０は、これらの外壁１２１、内部壁、第１の壁１００および第２の壁１１０によって取り囲まれた体積として画定されている。抽出開孔１３０は、２つの互いに反対側の内部側壁１２５のうちの少なくとも一方に配置される。上で説明したように、プラズマ源は、外壁１２１、内部壁、第１の壁１００および第２の壁１１０によって画定される体積内に配置することができる。別法としては、プラズマ源は外壁１２１の外側に配置することも可能である。
図８は、中空イオン源１２の別の実施形態を示したものである。この実施形態では、第１の壁８００の開口は第２の壁８１０の開口より大きい。特定の実施形態では、第１の壁８００の開口の幅は第２の壁８１０の開口の幅より広く、一方、第１の壁８００の開口の長さは、第２の壁８１０の開口の長さと同じ寸法である。
この構成は、第１の壁８００から内側に向かって傾斜している傾斜内部側壁８２５を作り出し、中空領域８４０の断面積を第２の壁８１０におけるよりも第１の壁８００の近傍でより広くすることができる。この構成は、傾斜内部側壁８２５に堆積するエッチング副産物６１０の量を少なくすることができる。
他の実施形態では、第１の壁８００の開口の幅は第２の壁８１０の開口の幅より広く、また、第１の壁８００の開口の長さは第２の壁８１０の開口の長さより長い。この構成は、上で説明したように傾斜内部側壁８２５を作り出し、また、傾斜内部端部壁を同じく作り出す。この構成は、傾斜内部側壁８２５および傾斜内部端部壁に堆積するエッチング副産物６１０の量を少なくすることができる。
この中空イオン源１２の他の態様は、上で説明した態様と同じである。言い換えると、プラズマチャンバ８５０は、傾斜内部側壁８２５、第１の壁８００、第２の壁８１０、外壁８２１および内部端部壁（図示せず）によって取り囲まれた体積である。プラズマ源は、図５Ａ～図５Ｂに示されているように中空イオン源１２の内側であっても、あるいは図４に示されているように中空イオン源１２の外側であってもよい。図６に示されているように、中空領域８４０内または中空領域８４０の上方にポンプ６２０を配置することができる。
さらに、抽出開孔８３０は、傾斜内部側壁８２５および第２の壁８１０の隅に配置されていることに留意されたい。
図８は、まっすぐな傾斜内部側壁８２５を示しているが、傾斜内部側壁８２５は湾曲していてもよいことを理解されたい。例えば傾斜内部側壁８２５は、エッチング副産物がこれらの傾斜内部側壁８２５に堆積する可能性をさらに小さくするために、凹状または凸状の形を有することができる。
図９は、中空イオン源１３の別の実施形態を示したものである。この実施形態では、第２の壁９１０は、内部側壁９２５を越えて中空領域９４０の中へ延在している。図３Ａ～図３Ｂでは、内部側壁１２５は、第２の壁１１０に向かって下に向かって延在している。第２の内部側部エッジ１１８の各々は、それぞれの内部側壁１２５と同じ平面に存在している。それとは対照的に、図９では、第２の内部エッジ９１８の各々は、それぞれの内部側壁９２５の平面を越えて延在している。この構成は、抽出開孔９３０を介してプラズマチャンバ９５０に入るエッチング副産物の量を少なくすることができる。この実施形態の他の態様については、図１～図７に関連して上で説明されている通りである。言い換えると、プラズマ源は、上で説明したプラズマ源のうちの任意のプラズマ源であってもよい。さらに、中空領域９４０内または中空領域９４０の上方にポンプを配置することも可能である。
第２の壁９１０は、それぞれの内部側壁１２５の平面を越えて延在しているが、抽出開孔９３０は、内部側壁１２５の平面と第２の壁９１０が交わる隅に依然として配置されていることに留意されたい。
図１０は、外壁１０２１、第１の壁１０００、第２の壁１０１０および傾斜内部側壁１０２５を有する中空イオン源１４の別の実施形態を示したものである。この実施形態では、第２の壁１０１０は、傾斜内部側壁１０２５の平面を越えて中空領域１０４０の中へ延在している。図８では、傾斜内部側壁８２５は、第２の壁８１０に向かって傾斜している。第２の内部側部エッジの各々は、それぞれの傾斜内部側壁８２５と同じ平面に存在している。それとは対照的に、図１０では、傾斜内部壁１０２５は、第１の壁１０００から第２の壁１０１０に向かって延在している。第２の内部エッジ１０１８の各々は、それぞれの傾斜内部側壁１０２５の平面を越えて延在している。この構成は、抽出開孔１０３０を介してプラズマチャンバ１０５０に入るエッチング副産物の量を少なくすることができる。この実施形態の他の態様については、先行する実施形態に関連して上で説明されている通りである。言い換えると、プラズマ源は、上で説明したプラズマ源のうちの任意のプラズマ源であってもよい。さらに、中空領域１０４０内または中空領域１０４０の上方にポンプを配置することも可能である。
第２の壁１０１０は、それぞれの傾斜内部側壁１０２５の平面を越えて延在しているが、抽出開孔１０３０は、傾斜内部側壁１０２５の平面と第２の壁１０１０が交わる隅に依然として配置されていることに留意されたい。
図１０は、まっすぐな傾斜内部側壁１０２５を示しているが、傾斜内部側壁１０２５は湾曲していてもよいことを理解されたい。例えば傾斜内部側壁１０２５は、エッチング副産物がこれらの傾斜内部側壁１０２５に堆積する可能性をさらに小さくするために、凹状または凸状の形を有することができる。
すべての実施形態において、抽出開孔はイオン源の隅に配置され、「隅」は、イオン源の２つの壁の平面が交わる領域の近傍として定義されていることに留意されたい。言い換えると、図３～図７では、２つの平面の交わりは「Ｌ」字形として形成されている。図８では、２つの平面の交わりは「Ｖ」字形として形成されている。図９では、２つの平面の交わりは「Ｔ」字形として形成されている。図１０では、２つの平面の交わりは「Ｙ」字形として形成されている。これらの実施形態の各々では、抽出開孔はこの交わりの近くに配置されている。
さらに、これらの実施形態の各々では、抽出開孔は、第１の壁と第２の壁とを接続している側壁に配置されていることに留意されたい。第２の壁は、処理位置ではワークピース支持体１７０に最も近く、また、処理位置ではワークピース支持体１７０に対して平行であってもよい。抽出開孔を有する側壁は、図１～図７および図９に示されているように、第２の壁およびワークピースの表面に対して直角であってもよい。他の実施形態では、この側壁は、図８および図１０に示されているように第２の壁と鋭角を形成する。したがってこれらの実施形態のすべてにおいて、イオン源は、プラズマ源、プラズマチャンバを画定する複数の壁を備えており、これらの壁のうちの少なくとも１つは抽出開孔を備えている。抽出開孔を有する壁は、第２の壁に対して直角であるか、あるいは第２の壁と鋭角を形成するかのいずれかである。
以上の実施形態はすべて中空領域を含んでいるが、他の実施形態も同じく可能である。例えば図１１は、イオン源１１００およびワークピース支持体１７０を含む装置を示したものである。イオン源１１００は第１の壁１１０１および第２の壁１１１０を含み、第２の壁１１１０はワークピース支持体１７０に最も近く、また、処理位置ではワークピース支持体１７０に対して平行であってもよい。第１の壁１１０１は第２の壁１１１０の反対側であってもよい。側壁１１２５を使用して第１の壁１１０１が第２の壁１１１０に接続されている。これらの壁はプラズマチャンバ１１５０を形成している。イオン源１１００は、それらに限定されないが、図４に示されているアンテナ、図５Ａ～図５Ｂに示されている内部コイル、傍熱陰極、電子ビームプラズマ源またはＢｅｒｎａｓ源などの任意の適切なプラズマ源を含むことができる。
抽出開孔Ｔは側壁１１２５のうちの１つに配置される。この実施形態では、抽出開孔１１３０は、側壁１１２５および第２の壁１１１０の隅に配置されている。イオン６００は抽出開孔１１３０を介して抽出され、ある角度でワークピース１に向かって移動する。エッチングプロセスの事例では、イオン６００はエッチング副産物６１０が生成される原因になり得る。抽出開孔１１３０を含む側壁１１２５の近くにスパッタキャッチャまたはポンプ６２０を配置することができる。このポンプ６２０を使用して、エッチング副産物６１０がワークピース１から離れるようにポンピングされる。
図１１は、側壁１１２５の平面と一致する第２の壁１１１０の端部を示しているが、他の実施形態も同じく可能である。例えば第２の壁１１１０は、図９に示されているように側壁１１２５の平面を越えて延在することができる。
さらに、この実施形態では、抽出開孔１１３０を含む側壁１１２５は第２の壁１１１０に対して直角である。しかしながらイオン源の形は変更することができる。
図１２は、側壁１２２５が第２の壁１２１０と鋭角を形成するイオン源１２００を示したものである。上で説明したように、第１の壁１２０１は第２の壁１２１０の反対側に配置されており、また、側壁１２２５は第１の壁１２０１と第２の壁１２１０とを接続している。さらに、第２の壁１２１０はワークピース支持体１７０に最も近く、また、処理位置ではワークピース支持体１７０に対して平行であってもよい。この場合も、抽出開孔１２３０は側壁１２２５の隅に配置されている。イオン６００は、抽出開孔１２３０を介してプラズマチャンバ１２５０から抽出され、ある角度でワークピース１に向かって移動する。エッチングプロセスの事例では、イオン６００はエッチング副産物６１０が生成される原因になり得る。抽出開孔１２３０を含む側壁１１２５の近くにスパッタキャッチャまたはポンプ６２０を配置することができる。このポンプ６２０を使用して、エッチング副産物６１０がワークピース１から離れるようにポンピングされる。
本明細書において説明されている実施形態の各々は、側壁に配置された１つの抽出開孔を示している。しかしながら本開示はこの実施形態に限定されない。例えば図１３に示されているように、内部側壁のうちの１つに複数の抽出開孔を形成することができる。これは、内側を複数の開孔を有する金属板として形成することによって達成することができる。別の実施形態では、内部側壁の少なくとも一部はメッシュであってもよい。複数の抽出開孔の使用は、本明細書において説明されている任意の実施形態に適用することができる。
上で説明した、本出願における実施形態は多くの利点を有することができる。第１に、このシステムによれば指向性エッチングが可能であり、その一方でエッチング副産物を除去するための経路を提供する。これは、予防保守の頻度を少なくし、また、より無矛盾のエッチング操作パラメータを同じく保証する。言い換えると、イオンがワークピースに衝突する領域の上方に中空領域が存在するため、イオン源の第２の壁あるいは何らかの表面に堆積することなくエッチング副産物を排出することができる。
さらに、抽出開孔の位置は、第２の壁に抽出開孔を含む構成で可能であるビーム角より大きいビーム角を可能にする。上で説明したように、ビーム角平均は４０°より大きくすることができる。さらに、図９および図１０に示されている実施形態では、第２の壁を中空領域の中へ延在させることにより、ビーム角平均を６０°より大きくすることができ、また、８０°の大きさにすることも可能である。
本開示の範囲は、本明細書において説明されている特定の実施形態によって制限されない。実際、以上の説明および添付の図面から当業者には、本明細書において説明されている実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態および本開示に対する様々な修正が明らかであろう。したがってこのような他の実施形態および修正は本開示の範囲の範疇であることが意図されている。さらに、本開示は、本明細書においては、特定の目的のための特定の環境における特定の実施態様の文脈で説明されているが、その有用性はそれらに限定されないこと、また、本開示は、任意の数の目的のための任意の数の環境で有利に実現することができることは当業者には認識されよう。したがって以下で示されている特許請求の範囲は、本明細書において説明されている本開示の全広さおよび精神の観点で解釈すべきである。

Claims (15)

  1. ワークピース上で指向性プロセスを実施するための装置であって、
    前記ワークピースを固定するためのワークピース支持体と、
    プラズマチャンバを画定する複数の壁を有するイオン源であって、前記複数の壁のうちの少なくとも１つが第１の抽出開孔を画定している、イオン源と
    を備え、
    前記複数の壁の一部は前記イオン源の中空領域を画定し、前記中空領域は、前記指向性プロセスの間、副産物が前記ワークピースから流れ去るための経路を画定する、指向性プロセスを実施するための装置。
  2. 前記第１の抽出開孔が、前記中空領域を画定する前記壁のうちの１つの壁に配置されている、請求項１に記載の装置。
  3. 前記ワークピース上で前記指向性プロセスを実施するために前記第１の抽出開孔を介してイオンビームが抽出され、前記指向性プロセスの副産物を前記ワークピースから離れるようにポンピングするために、前記中空領域内または前記中空領域の上方にポンプまたはスパッタキャッチャが配置される、請求項２に記載の装置。
  4. 前記イオン源が、
    第１の内部側部エッジおよび第１の内部端部エッジによって画定される第１の開口を備える第１の壁と、
    第２の内部側部エッジおよび第２の内部端部エッジによって画定される第２の開口を備える第２の壁と、
    前記第１の壁および前記第２の壁の外部エッジを接続する外壁と、
    前記第１の内部端部エッジと前記第２の内部端部エッジとを接続する内部端部壁と、
    前記第１の内部側部エッジから前記第２の壁に向かって延在する２つの内部側壁であって、前記内部側壁のうちの少なくとも１つは前記第２の壁まで延在せず、前記第２の壁と前記内部側壁の底部との間に配置される前記第１の抽出開孔を作り出す、２つの内部側壁と
    を備える、請求項１に記載の装置。
  5. 前記第１の開口および前記第２の開口が等しい幅を有し、前記内部側壁が前記第１の壁から前記第２の壁に向かって、前記第２の壁に対して直角の方向に延在する、請求項４に記載の装置。
  6. 前記第１の開口が幅の方向に前記第２の開口より大きく、前記内部側壁が前記第１の壁から前記第２の壁に向かって、前記第２の壁に対して直角の方向に延在し、前記第２の内部側部エッジの各々が、それぞれの内部側壁の平面を越えて延在する、請求項４に記載の装置。
  7. 前記第１の開口が幅の方向に前記第２の開口より大きく、前記内部側壁が前記第１の内部側部エッジから前記第２の壁に向かって内側に傾斜し、それにより前記指向性プロセスの副産物の前記内部側壁への再堆積をさらに最少化する、請求項４に記載の装置。
  8. 前記第１の抽出開孔に対して平行に配列され、かつ、２つのイオンビームを作り出すために前記中空領域の近くに配置される第２の抽出開孔が存在するよう、前記２つの内部側壁が前記第２の壁まで延在しない、請求項４に記載の装置。
  9. ワークピース上で指向性プロセスを実施するための装置であって、
    前記ワークピースを固定するためのワークピース支持体と、
    プラズマチャンバを画定する複数の壁および抽出開孔を備えるイオン源と
    を備え、
    前記複数の壁が第１の壁および第２の壁を備え、前記第１の壁が前記第２の壁の反対側であり、前記第２の壁が、処理位置における前記ワークピース支持体の最も近くに、前記ワークピース支持体に対して平行に配置され、複数の側壁が前記第１の壁と前記第２の壁を接続し、前記抽出開孔が側壁に配置される、指向性プロセスを実施するための装置。
  10. 前記抽出開孔を含む前記側壁が前記第２の壁に対して直角である、請求項９に記載の装置。
  11. 前記抽出開孔を含む前記側壁が前記第２の壁と鋭角を形成する、請求項９に記載の装置。
  12. ワークピース上で指向性プロセスを実施するための装置であって、
    ワークピース支持体と、
    プラズマチャンバを画定する複数の壁を有するイオン源と
    を備え、
    前記イオン源の抽出開孔が前記複数の壁のうちの少なくとも１つによって画定され、前記抽出開孔が、処理位置における前記ワークピース支持体の近くの前記プラズマチャンバの隅に配置される、指向性プロセスを実施するための装置。
  13. 前記プラズマチャンバの前記隅の前記抽出開孔が、前記処理位置における前記ワークピース支持体の上に配置される前記ワークピースから、副産物が流れ去るための経路を提供する、請求項１２に記載の装置。
  14. 前記ワークピース上で前記指向性プロセスを実施するために前記抽出開孔を介してイオンビームが抽出され、前記指向性プロセスの副産物を前記ワークピースから離れるようにポンピングするために、前記プラズマチャンバの前記隅の近くにポンプが配置されている、請求項１２に記載の装置。
  15. 前記複数の壁が、
    第１の壁と、
    前記ワークピース支持体が処理位置に位置している際に、前記ワークピース支持体の近くとなる第２の壁と、
    前記第１の壁から延在し、前記隅で終わる第１の長さを有する第１の側壁と、
    前記第１の側壁の反対側に配置される、前記第１の壁から前記第２の壁まで延在する第２の側壁であって、第２の長さを有する第２の側壁と
    を備え、
    前記第１の側壁と前記第２の壁との間の前記隅に前記抽出開孔を画定するために、前記第１の長さが前記第２の長さより短い、請求項１２に記載の装置。
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