JP5878512B2 - プラズマ源およびイオン源 - Google Patents

Description

本発明はプラズマ源に関する。

プラズマ源は、イオンビーム源と、さまざまなエッチングツールやデポジションツールとを含んだ多くの異なった配置で使用される。一般的にこのようなプラズマ源は、プラズマを包含するチャンバーを有している。そして、プラズマとチャンバー壁との相互作用により、プラズマ密度は、チャンバー壁の近傍で減少することは周知である。このようにして均一性が欠如することにより、プラズマを伴うプロセスで処理された加工物に不均一な処理がされることがある。

今までの一般的なほとんどの解決法は、チャンバーを磁石や電磁石で囲み、磁界を発生させることである。これは、チャンバー壁に到達しうる電子の割合を減少させるのに役立つ。言い換えると、壁に向かうイオン損失の割合を減少させて、プラズマ端部の密度を増加させることにより、プロセス面の全体的な均一性を、改善するものである。この解決法では、大抵の場合には部分的に功を奏するだけ、長手方向にチャンバーを貫く磁界により、望ましいとは限らない他の影響が生ずる可能性がある。

しかし、プロセスの均一性は、非常に望まれている。その理由は、半導体デバイスなどの製造業者は、加工物上に形成された全てのデバイスが、同一の特性を有することを要求するためである。

一態様では、本発明は、プラズマ発生器と、プラズマのための空間を有するチャンバーと、局所的な損失を生じさせるためにその空間の中に位置し、それによって局所的なプラズマ密度を減少させて、空間内のプラズマ密度の勾配を規定する部材と、を含むプラズマ源からなる。

好ましい配置では、プラズマ密度は、チャンバー内で、より均一化される。

プラズマの均一性に係る問題や、好ましいプラズマ勾配の実現のための、従来とは全く異なった手法があることが見出された。それは、一般にはプラズマの中心に向かって生ずる、より高いプラズマ密度を減少させることである。これにより、必要に応じて、プラズマ全体の密度を著しく均一なものにし、または徐々に変化させることができる。これは、従来の電磁的方法と組み合わせて使用することもでき、単独で使用することもできる。

好適には、部材は、概ね平面であり、チャンバーの概ね横方向平面に配置できる。部材は、１つまたは複数の切り取り部や開口を有することができ、実際には、複数の部材を、配置できる。複数の部材は、共通の平面上に配置することができる。代替的には、スペースを開けて、概ね平行に配置できる。

代替的な配置では、部材は、チャンバー内の概ね軸方向に配置できる。また、複数の部材を、スペースを空けて概ね平行に配置できる。

部材が、高周波電界中に配置される場合は、部材は、絶縁体で形成されるべきである。一方、部材は、導体にできる。部材は、適当な任意の形状にできるが、製造上の理由から、例えば、三角形状、円板状、ダイアモンド形状、長方形状などの規則的な幾何学的形状が特に適当である。３次元及び／又は不規則な形状を使用できる。

本プラズマ源を、イオン源の一部とすることができる。同様に、本プラズマ源は、アンテナ構造や他のプラズマ源と代替できる。適当な任意のプラズマ発生方法を使用できる。

他の態様では、本発明は、約１００Ｗを超える入力電力を有するプラズマ発生器と、プラズマチャンバーと、プラズマチャンバー内に配置され、チャンバー内に収容されたプラズマから電力を吸収するための少なくとも１つの部材と、を含む１００Ｖまたは１００Ｖ以下の低電力イオンビームを生成するイオン源からなる。

この配置においては、低電力入力のイオン源を操作して、低電力ビームを生成することに関する問題は、イオン源をより高い電力で操作して、部材を十分な電力の吸収のために使用して、イオンビームを目標のレベルに減ずることにより、解決できる。

本発明は、上記のとおりに規定されるが、上述の、また以下に述べる説明において提示される特徴についての、進歩性のあるどのような組合せも含むと理解すべきである。

イオン源の第１実施形態の断面の概略図である。 代替的なイオン源の実施形態の断面の概略図である。

本発明は多くの方法で実行することができ、具体的な実施形態は、一例として、添付図面を参照して、以下に説明される。

１０で概略的に示されたイオン源は、ＲＦ電源１２から電力を供給され、かつプラズマ生成チャンバー１３を取り囲んでいるアンテナ１１と、プラズマ源チャンバー又は閉じ込め用（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）チャンバー１４と、加速グリッド１５と、を含む。このような配置は、同日出願かつ特許庁に係属中の「イオンデポジション装置」という名称の出願に、より詳しく記載されている。概して、プラズマは、アンテナ１１と高周波源１２を使用して、プラズマ発生器の中で発生する。プラズマは、チャンバー１４に流入し、イオンは、グリッド１５によってチャンバー１４から加速されて、矢印Ａで示されるイオン流を形成する。

横方向に伸びている部材１６は、チャンバー１５の概ね中心位置に挿入されている。部材１６の大きさ、形、位置は、チャンバーで発生したプラズマから十分な電力を吸収するように選択される。これによって、グリッド１５近辺でのプラズマ密度が、チャンバー１４の幅方向に本質的に均一になるように、プラズマ密度を局所的に減少し、また、要求された不均一な密度形状を実現する。

部材１６の大きさ、形、及び位置は、実験的に決定できる。部材１６は、開口あるいは貫通孔１７を備えることができるので、局所的な微調整が可能である。

このタイプの横向きの部材が使用されると、チャンバーを貫くイオンの流れに影響を与える。開口１７の有無も同様である。これによれば、イオン流をチャンバー壁の方へ移動させて、さらに均一性を高められる。複数の部材１６を使用でき、さらに多くの部材１６を加えても大抵の場合、微調整できるだろう。

既に主張してきたように、イオン源は、プラズマ発生デバイスのただの１例にすぎない。そして上記の主要な内容は、他のプラズマ発生デバイスに等しく当てはまる。

プラズマ内部の不均一レベルの修正に使用されるのと同様に、１つのまたは複数の部材３９は、イオンビームから電力を吸収することにも使用できる。これは、低エネルギー（例えば１００V以下）のプロセスビームが必要な用途において、特に効果的である。一般に低エネルギーでビームを処理することが必要な用途では、０．２mＡcm^-2程度のプラズマ密度が、良好な均一性とともに、求められる。しかし、そのような用途では、２０W程度の入力電力で操作される傾向にあり、プラズマ発生デバイスを制御するのが極めて難しくなる。これに対し、図１に示す配置を利用して、イオン源を、制御性が良い領域で、例えば１５０Wの入力電圧で、操作できる。ここで１つまたは複数の部材１６は、十分な電力を吸収し、適当な均一性を備えるように配置される。

電力吸収またはプラズマ密度の制御を単独で要する場合は、１つまたは複数の部材１６は、図２に示すように、チャンバー１４内で長手方向に一直線に並べられる。図１と図２の位置の中間的な配置も、利用できる。

配置する要件は、装置の形状により異なる。しかし、挿入部材は、一般には初期プラズマ発生用アンテナ領域に近づき過ぎないように配置すべきである。挿入部材が、プラズマのチャンバー１３への流入に影響を与えるためである。同様に、部材１６がグリッド１５や処理面に近づきすぎた場合は、グリッド１５を事実上ふさいでしまう。このような制約の中で、部材の縦方向の位置は、目的とする効果と合致して選択できる。いくつかのことが実験から明らかになった。拡大ボックスの拡散距離は、５ｍｍのオーダーの挿入部材の軸方向の位置の変化にとても敏感である。チャンバー１３の短軸方向に測定したところ、挿入物の半径の半分の拡散距離は、利用可能であることが分かった。一般にチャンバー１３の対称になるように挿入物を置くと利用しやすいことが分かった。

Claims (12)

1. プラズマ発生器を含むプラズマ源であって、
   前記プラズマ発生器は、
   プラズマ生成チャンバーと、
   前記プラズマ生成チャンバーを取り囲むアンテナと、
   前記プラズマ生成チャンバーの下流に位置し、且つプラズマのための空間を有するプラズマ閉じ込めチャンバーと、を有し、
   前記プラズマ閉じ込めチャンバーは、局所的な損失を生じさせるために前記空間の中に位置し、その結果、局所的なプラズマ密度を減少させて、前記空間内の前記プラズマ密度の勾配を規定するための部材を更に含み、
   前記プラズマ発生器は、加速グリッドを更に含み、使用中には、プラズマは、前記プラズマ生成チャンバーから前記プラズマ閉じ込めチャンバーに流れ、前記加速グリッドにより前記プラズマ閉じ込めチャンバーから加速されてイオン流を形成する、
   ことを特徴とするプラズマ源。
2. 前記部材は、平坦である請求項１に記載のプラズマ源。
3. 前記部材は、前記プラズマ閉じ込めチャンバーの横平面上に配置され、前記横平面は、前記プラズマ閉じ込めチャンバーに直交する平面である、請求項２に記載のプラズマ源。
4. 前記部材は、切り取り部あるいは開口を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ源。
5. 前記部材は、前記プラズマ閉じ込めチャンバーの前記横平面の中心に位置する、請求項３に記載のプラズマ源。
6. 前記部材は、絶縁体である請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ源。
7. 前記部材は、導体である請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ源。
8. 前記部材は、三角形状、円板状、ダイアモンド形状、正方形状、長方形状である請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ源。
9. 前記部材は、複数個ある請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ源。
10. 複数の前記部材は、スペースを空けて並列である請求項５に記載のプラズマ源。
11. 前記プラズマ源は、イオン源の一部である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ源。
12. 約１００Ｗ以上の入力電力を有するプラズマ発生器を含むイオン源であって、
    前記プラズマ発生器は、
    プラズマ生成チャンバーと、
    前記プラズマ生成チャンバーを取り囲むアンテナと、
    前記プラズマ生成チャンバーの下流に位置するプラズマ閉じ込めチャンバーと、を有し、
    前記プラズマ閉じ込めチャンバーは、前記プラズマ閉じ込めチャンバーに包含されるプラズマから電力を吸収するために前記プラズマ閉じ込めチャンバー内に位置する、少なくとも１つの部材と、を有し、
    前記プラズマ発生器は、加速グリッドを更に含み、使用中には、プラズマは、前記プラズマ生成チャンバーから前記プラズマ閉じ込めチャンバーに流れ、前記加速グリッドにより前記プラズマ閉じ込めチャンバーから加速されてイオン流を形成する、１００Ｖまたは１００Ｖ以下の低電力イオンビームを生成するためのイオン源。

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