KR20230017313A

KR20230017313A - 높은 각도 추출 광학부들을 포함하는 프로세싱 시스템 및 추출 어셈블리

Info

Publication number: KR20230017313A
Application number: KR1020227046288A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 캠벨; 코스텔 빌로이우; 피터 에프. 크룬치; 제이 알. 월리스; 케빈 엠. 다니엘스; 케빈 티. 리안; 미나브 비. 테페리; 프랭크 싱클레어; 조셉 씨. 올슨
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2023-02-03
Also published as: TW202217898A; JP2023530437A; US11948781B2; TWI795794B; WO2021257224A1; CN115668430A; US20210391155A1

Abstract

프로세싱 시스템은, 플라즈마를 생성하도록 동작가능한 플라즈마 챔버, 및 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배열된 추출 어셈블리를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리는 추출 개구를 포함하는 추출 플레이트를 포함할 수 있으며, 추출 플레이트는 비-평면 형상을 가지고, 기판의 평면이 플라즈마 챔버의 측면에 평행하게 배열될 때 기판의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각으로 추출된 이온 빔을 생성한다.

Description

높은 각도 추출 광학부들을 포함하는 장치 및 시스템

본 출원은, "APPARATUS AND SYSTEM INCLUDING HIGH ANGLE EXTRACTION OPTICS"라는 명칭으로 2020년 06월 16일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/039,760호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.

본 실시예들은 프로세싱 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 높은 기판-상(on-substrate) 입사각으로 플라즈마로부터의 이온 추출을 가능하게 하는 장치에 관한 것이다.

이온들로 기판을 처리하기 위해 사용되는 알려진 장치는 빔라인 이온 주입기들 및 플라즈마 침지 이온 주입(plasma immersion ion implantation) 툴들을 포함한다. 이러한 접근 방식들은 에너지들의 범위에 걸쳐 이온들로 기판들을 처리하기에 유용하다. 빔라인 이온 주입기들에서, 이온들이 소스로부터 추출되고, 질량 분석되며, 그 후 기판 표면으로 전달된다. 플라즈마 침지 이온 주입 장치에서, 기판은, 플라즈마가 생성되는 동안 동일한 챔버 내에서 플라즈마에 인접하여 위치된다. 기판이 플라즈마에 대하여 네거티브(negative) 전위로 설정되며, 기판의 전방에서 플라즈마 쉬스(plasma sheath)를 가로지르는 이온들이 수직 입사각으로 기판 상에 충돌할 수 있다.

이러한 접근방식들 중 다수는 기판 또는 웨이퍼 상의 수직 입사를 이용하며, 반면 다른 애플리케이션들은 트렌치 측벽들의 제어되는 에칭, 홀 신장, 포토레지스트 수축(shrinking), 및 자기 랜덤 액세스 메모리 구조체 에칭과 같은 각진 에칭을 이용하고, 여기서 이온 빔들은 기판에 대한 수선에 대한 비-제로 평균 입사각에 의해 정의된다. 이러한 프로세스들의 제어는 수직 입사에서의 이온 빔 프로세싱의 제어보다 더 어려울 수 있다.

이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여, 본 개시가 제공된다.

일 실시예에서, 프로세싱 시스템이 제공된다. 프로세싱 시스템은, 플라즈마를 생성하도록 동작가능한 플라즈마 챔버, 및 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배열된 추출 어셈블리를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리는 추출 개구를 포함하는 추출 플레이트를 포함할 수 있으며, 추출 플레이트는 비-평면 형상을 가지고, 기판의 평면이 플라즈마 챔버의 측면에 평행하게 배열될 때 기판의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각으로 추출된 이온 빔을 생성한다.

다른 실시예에서, 추출 어셈블리는 각진 이온 빔을 기판으로 보내기 위해 제공된다. 추출 어셈블리는 플라즈마 챔버의 측면에 결합하기 위한 주변 부분, 및 중심 부분을 포함하는 추출 플레이트를 포함할 수 있다. 중심 부분은 비-평면 형상을 가질 수 있으며, 기판의 평면이 플라즈마 챔버의 측면에 평행하게 배열될 때 기판의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각으로 추출된 빔을 생성하도록 배열된 세장형 추출 개구를 포함할 수 있다.

첨부된 도면들은, 어느 정도까지 그 원리들의 실제적인 애플리케이션을 위해 고안된 개시된 실시예들의 예시적인 접근 방식들을 예시한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다.
도 1a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 다른 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 다른 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 추가적인 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 추가적인 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다.
도 3a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 3의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 추가적인 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 추가적인 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다.
도 4a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 4의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 또 다른 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 다른 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 하나의 추가적인 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 다른 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 하나의 추가적인 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다.
도 8은 이온 빔에 의한 표면 특징부의 높은 입사각 처리의 기하구조를 예시한다.
도면들이 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 표현하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 묘사하도록 의도되며, 따라서 범위를 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 도면들 내에서, 유사한 번호들이 유사한 요소들을 나타낸다.
또한, 도면들 중 일부 도면들에서 예시적인 명료성을 위하여 특정 요소들이 생략되거나 또는 축적이 맞춰지지 않고 예시된다. 단면도들은, 예시적인 명료성을 위하여, "실제" 단면도에서는 보일 수 있는 특정 배경 라인들을 생략하는, "슬라이스(slice)들" 또는 "근시(near-sighted)" 단면도들의 형태일 수 있다. 또한, 명료성을 위하여, 일부 참조 번호들이 특정 도면들에서 생략될 수 있다.

본 개시에 따른 높은 각도 추출 광학부들을 포함하는 방법들, 장치들, 및 시스템들이 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 개시된다. 실시예들은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 방법들, 시스템들, 및 디바이스들의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다.

다양한 실시예들에서, 추출 어셈블리들로도 지칭되는 추출 광학부들은 플라즈마-유형 이온 소스로부터 높은 입사각("높은 각도") 이온 빔들을 생성하기 위해 제공된다. 이러한 추출 어셈블리들은, 기판이 이온 빔이 추출되는 챔버인 플라즈마 챔버에 매우 근접하게 유지되는, 콤팩트한 이온 빔 프로세싱 장치에서 사용하기에 적합하다. 기판은, 플라즈마 챔버에 인접하며 추출 어셈블리를 통해 플라즈마 챔버 내의 플라즈마와 연통하는 하우징 또는 프로세싱 챔버에 위치될 수 있다.

도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 시스템 또는 프로세싱 장치(100)를 도시한다. 프로세싱 장치(100)는, 그 안에 플라즈마(103)를 생성하기 위한 플라즈마 챔버(102)로 구성된 플라즈마 소스를 포함한다. 플라즈마 챔버(102)는, RF 유도-결합 플라즈마(inductively-coupled plasma; ICP) 소스, 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 소스, 헬리콘(helicon) 소스, 전자 사이클로트론 공진(electron cyclotron resonance; ECR) 소스), 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC) 소스, 글로우(glow) 방전 소스, 또는 당업자들에게 공지된 다른 플라즈마 소스들과 같은 플라즈마 소스의 부분으로서 기능할 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 플라즈마 소스는 ICP 소스이며, 여기에서 전력은 RF 생성기 - 매칭 네트워크 탠덤(tandem)(미도시)을 통해 플라즈마 내로 결합된다. RF 생성기로부터 가스 원자들 및/또는 분자들로의 RF 전력의 전달은 안테나 및 유전체 윈도우(미도시)를 통해 일어난다.

당업계에서 알려진 바와 같이, 가스 매니폴드(manifold)(미도시)는 적절한 가스 라인들 및 가스 입구들을 통해 플라즈마 소스(102)에 연결될 수 있다. 프로세싱 장치(100)의 플라즈마 챔버(102) 또는 다른 구성요소들이 또한, 회전식 또는 멤브레인(membrane) 펌프에 의해 지원(back)되는 터보 분자 펌프와 같은 진공 시스템(미도시)에 연결될 수 있다. 플라즈마 챔버(102)는 챔버 벽들에 의해 획정(define)되며, 플라즈마 챔버(102)로부터 전기적으로 절연된 프로세스 챔버(105)에 인접하여 배열될 수 있다. 프로세스 챔버(105)는 기판 홀더(20), 및 웨이퍼 또는 기판(10)을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 플라즈마 챔버(102)는 바이어스 전압 공급부(107)를 사용하여 프로세스 챔버(105)에 대해 바이어싱될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(102)는 예컨대 +1000 V와 같은 상승된 전압으로 홀딩될 수 있으며, 반면 기판(10), 기판 홀더(20), 및 프로세스 챔버(105)는 접지된다. 대안적으로, 기판(10), 기판 홀더(20)는 네거티브 전위로 홀딩될 수 있으며, 반면 플라즈마 챔버(102) 및 프로세싱 챔버(105)가 접지된다. 프로세싱 장치(100)는, 추출 개구들(106)로서 도시된 추출 개구들의 쌍을 갖는 추출 어셈블리(104)를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리(104)는 플라즈마 챔버(102)의 측면을 따라 배열될 수 있으며, 이러한 측면은 도시된 직교 좌표계에서 X-Y 평면에 평행하게 배열된다. 추출 개구들(106) 및 다음의 추출 개구들의 다른 실시예들은 제1 방향을 따라, 이러한 경우에, X-축을 따라 연장하는 장축을 갖는 세장형 개구(들)를 형성할 수 있다. 다시 말해서, 추출 개구들(106)은 대략 수 밀리미터, 몇 밀리미터 등과 같이 하나의 방향을 따라 좁을 수 있으며, 반면 대략 수십 센티미터와 같이 제2 방향을 따라 연장될 수 있다. 이러한 시나리오들에서, 포지티브 이온들이 플라즈마(103)로부터 추출되어 플라즈마 챔버(102)와 프로세스 챔버(105) 사이의, 또는 대안적인 전기적 바이어싱 구성에서, 플라즈마와 기판-홀더 어셈블리(기판(10) 및 기판 홀더(20)) 사이의 전압의 차이에 비례하는 이온 에너지로 기판(10)으로 보내질 수 있다.

추출 어셈블리(104)는 비-평면 형상을 갖는 추출 플레이트를 가지고 배열되며, 플라즈마 챔버(102)에 결합하기 위한 주변 부분 또는 주변 부분들(109)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 그리고 다음의 실시예들에서, 추출 어셈블리(104)의 추출 플레이트의 중심 부분(101)은 높은 각도 이온 빔 또는 높은 각도 이온 빔들의 세트를 생성하도록 배열된 비-평면 형상을 갖는다. 특히, 추출 어셈블리(104)는 이온 빔들의 세트를 생성하는 추출 개구들(106)을 포함하는 "볼록한 바이모달(convex bimodal)" 구성을 갖는 추출 플레이트로서 배열되며, 여기서 이온 빔들(108)은 서로 멀어지도록 지향된다. 추출 개구들(106)은, 이온 빔들(108)이 기판(10)의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각(θ)을 정의하도록 볼록한 플레이트 상의 위치들에 배열된다. θ에 대한 적절한 값들의 예들은, 다양한 비제한적인 실시예들에 따라, 45 도 이상, 그리고 특히 50 도와 85 도 사이와 같은 높은 입사각들로 지칭될 수 있는 값들이다. 도 1의 예에서, 이온들의 바이모달 입사는, 예를 들어, 표면 특징부의 2개의 대향되는 측벽들을 처리하기에 적절한, +/- θ에 의해 정의된, 이온 빔들(108)로서 도시된 2개의 상이한 이온 빔들의 각도들을 가지고 제공된다. 이온 빔들(108)은 또한 플라즈마 챔버(102)의 중심 영역으로부터 추출되며, 여기서 이온 밀도는, 프로파일이 포물선-형 형상을 가질 수 있는 플라즈마 밀도 수직 프로파일을 나타내는 플라즈마 챔버(102) 내의 점선 커브에 의해 표시되는 바와 같이 더 높을 수 있다. 이온 빔들(108)이 서로 멀어지도록 지향되기 때문에, 상이한 이온 빔들(108)은 서로 넓게 분리된 2개의 상이한 위치들에서 기판(10) 상에 즉시 충돌할 것이며, 따라서 기판(10)의 전체에 걸쳐 이온 빔들(108) 둘 모두를 인터셉트(intercept)하기 위해 기판(10)에 대한 더 큰 이동이 필요할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 프로세싱 장치(100)는, 플라즈마 챔버(102)의 측면(X-Y 평면)에 평행한 제1 방향을 따라 이동가능한, 기판 스테이지(20)로서 도시된 기판 홀더를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 기판 홀더(20)는 Y-축을 따라 이동가능할 수 있다. 이와 같이, 기판(10)은, 기판(10)의 대부분의 또는 모든 부분들이 이온 빔들(108) 둘 모두에 의해 처리되도록 이온 빔들(108)을 인터셉트하기 위해 Y-축을 따라 스캔될 수 있다.

도 8은 이온 빔에 의한 표면 특징부의 높은 입사각 처리의 기하구조를 예시한다. 이러한 도면은, 높은 입사각들(이러한 예에서 70 도가 도시됨)에서, 마스크(402)의 측벽들 상의 이온 빔(400)의 이온들의 플럭스(여기서 플럭스는 단위 시간당 단위 면적당 표면에 도달하는 이온들의 수를 나타낼 수 있음)는 마스크(402)의 상단 표면 위의 플럭스보다 훨씬 더 크다는 것을 예시한다. 따라서, 이러한 기하구조는, 측벽들의 에칭과 같은 특징부의 측벽들의 이온 처리가 상단 표면의 처리보다 선호되는 애플리케이션들에 대해 적절할 수 있다. 보다 정량적으로, 수직 표면을 따른 도우즈 레이트(dose rate)는 tanθ 곱하기 수평 표면을 따른 도우즈 레이트이며, 이러한 관계는, 에칭 프로세스가 진행됨에 따라, θ가 45 도를 초과할 때 수평 방향을 따른 에칭 깊이(Δh)가 깊이 방향을 따른 에칭 깊이(Δv)를 초과한다는 것을 의미한다. tanθ의 값들의 예들은 표 1에서 제공된다.

도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 다른 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 다른 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다. 이러한 예에서, 프로세싱 장치(110)는 프로세싱 장치(100)와 유사한 구성요소들을 공유하며, 여기서 유사한 구성요소들은 동일하게 라벨링된다. 프로세싱 장치(110)는 추출 어셈블리(114)에서 프로세싱 장치(100)와는 상이하다. 추출 어셈블리(114)는 이온 빔들의 세트를 생성하는 추출 개구들(116)을 포함하는 "오목한 바이모달" 구성을 갖는 추출 플레이트로부터 형성되며, 여기서 이온 빔들(118)은 서로를 향해 지향된다. 추출 개구들(116)은, 이온 빔들(118)이 또한 기판(10)의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각(θ)을 정의하도록 오목한 플레이트 상의 위치들에 배열된다. 다양한 비제한적인 실시예들에 따르면 θ에 대한 적절한 값들의 예들은 50 도와 85 도 사이이다. 도 2의 예에서, 이온들의 바이모달 입사는, +/- θ에 의해 정의된, 둘 모두가 이온 빔들(118)로서 도시된 2개의 상이한 이온 빔들의 각도들을 가지고 제공된다. 이온 빔들(118)은 또한 플라즈마 챔버(102)의 중심 영역으로부터 추출되며, 여기서 이온 밀도는, 커브가 포물선-형 플라즈마 밀도 수직 프로파일을 도시하는 플라즈마 챔버(102) 내의 점선 커브에 의해 표시된 바와 같이 더 높을 수 있다. 이온 빔들(118)이 서로를 향해 지향되기 때문에, 상이한 이온 빔들(118)은 이들이 기판(10) 상에 충돌하기 이전에 서로 교차할 것이다.

도 3은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 추가적인 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 추가적인 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다. 이러한 예에서, 프로세싱 장치(120)는 프로세싱 장치(100)와 유사한 구성요소들을 공유하며, 여기서 유사한 구성요소들은 동일하게 라벨링된다. 프로세싱 장치(120)는 추출 어셈블리(124)에서 프로세싱 장치(100)와는 상이하다. 추출 어셈블리(124)는 단일 이온 빔들을 생성하는 개구(126)를 포함하는 "유니모달(unimodal)" 추출 플레이트로부터 형성되며, 여기서 이온 빔(128)은, 이온 빔들(128)이 또한 기판(10)의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각(θ)를 정의하도록 S-형 추출 플레이트의 각진 부분에 배열된 추출 개구들(126)로부터 형성된다. 다양한 비제한적인 실시예들에 따르면 θ에 대한 적절한 값들의 예들은 50 도와 85 도 사이이다.

이러한 설계는 특히 표면 특징부들의 단지 하나의 측벽 또는 측면만을 처리하기에 적절하다. 그러나, 기판 회전이 제공되면, 표면 특징부의 다수의 측면들이 기판(10)의 수직 스캔들 사이에서 기판(10)을 회전시킴으로써 처리될 수 있다.

도 4는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 추가적인 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 추가적인 프로세싱 장치의 블록도를 도시한다. 이러한 예에서, 프로세싱 장치(130)는 프로세싱 장치(100)와 유사한 구성요소들을 공유하며, 여기서 유사한 구성요소들은 동일하게 라벨링된다. 프로세싱 장치(130)는 추출 어셈블리(134)에서 프로세싱 장치(100)와는 상이하다. 추출 어셈블리(134)는 다수의 이온 빔들을 생성하는 추출 개구들(136)을 포함하는 "멀티빔 업(multibeam up)" 추출 플레이트로부터 형성되며, 여기서 이온 빔들(138)은, 이온 빔들(138)이 또한 기판(10)의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각(θ)를 정의하도록 다중-S-형 추출 플레이트의 각진 부분들에 배열되며 추출 개구들(136)로부터 형성된다. 다양한 비제한적인 실시예들에 따르면 θ에 대한 적절한 값들의 예들은 50 도와 85 도 사이이다.

이러한 설계는 특히 표면 특징부들의 단지 하나의 측벽 또는 측면만을 처리하기에 적절하다. 그러나, 기판 회전이 제공되면, 표면 특징부의 다수의 측면들이 기판(10)의 스캔들 사이에서 기판(10)을 회전시킴으로써 처리될 수 있다. 이러한 설계의 장점은, 다수의 개구들을 제공함으로써 더 높은 이온 플럭스가 달성된다는 것이다. 단지 2개의 개구들만이 도시되지만, 다른 실시예들에서, 3개 이상의 개구들이 사용될 수 있다.

도 1a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다. 도 2a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다. 도 3a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 3의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다. 도 4a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 4의 프로세싱 장치의 추출 어셈블리의 일 변형예의 평면도를 도시한다. 이러한 실시예들의 각각의 실시예에서, 이상에서 논의된 관련 추출 개구들은 기판(10)의 전체에 걸쳐 연장하기 위해 X-축을 따라 연장된다. 이러한 방식으로, 도 1a 내지 도 4a에 도시된 바와 같은 추출 개구들에 의해 생성되는 이온 빔 또는 이온 빔들의 세트는, 심지어 X-방향을 따라 가장 넓은 부분에서도, 기판(10)의 전체 폭을 노출시키기에 적절한 X-방향을 따른 빔 폭까지 그 폭이 연장되는 리본 빔을 정의할 수 있다. 이러한 실시예들에 대한 예시적인 추출 개구 폭들은 10 cm, 20 cm, 30 cm, 45 cm 또는 그 이상의 범위 내일 수 있으며, 반면 Y-방향을 따른 예시적인 빔 길이들은 3 mm, 5 mm, 10 mm, 또는 20 mm의 범위 내일 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.

본 개시의 다양한 추가적인 실시예들에서, 도 1 내지 도 4의 장치의 전술한 추출 어셈블리 설계들은, 추출 플레이트의 일 부분이 절연체가 되도록 금속 추출 플레이트를 수정함으로써 수정될 수 있다. 본 개시의 다른 실시예들에서, 도 1 내지 도 4의 장치의 전술한 추출 어셈블리 설계들은 추출 전극에 더하여 하나 이상의 스티어링(steering) 전극들을 추가함으로써 수정될 수 있다. 본 개시의 다른 추가적인 실시예들에서, 도 1 내지 도 4의 장치의 전술한 추출 어셈블리 설계들은 제1 추출 전극과 형상이 유사한 추가적인 전극을 추가함으로써 수정될 수 있다.

도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 시스템 또는 프로세싱 장치(200)를 도시한다. 프로세싱 장치(200)는, 그 안에 플라즈마(103)를 생성하기 위한 플라즈마 챔버(102)로 구성된 플라즈마 소스를 포함한다. 플라즈마 챔버(102)는 이상에서 논의된 바와 같이 기능할 수 있다. 이러한 예에서, 도 3의 S-형 추출 전극과 유사한 전반적인 형상을 갖는 추출 어셈블리(204)가 제공된다. 추출 어셈블리(204)는, 추출 플레이트가, 플라즈마 챔버(102)를 향한, 세라믹과 같은 S-형 절연체 몸체(206)로서 도시된 유전체로 형성된다는 점에서 추출 어셈블리(124)와는 상이하다. S-형 절연체 몸체(206)는 기판(10)을 향하는 전도성 층(208)으로 코팅되며, 이러한 층은 S-형 절연체 몸체(206)의 제조 이후에 S-형 절연체 몸체(206)에 적용될 수 있다. 추출 전압 공급부(224)는 플라즈마 챔버(102)를 전도성 층(208)에 대해 또는 그 반대로 바이어싱하기 위해 제공된다. 예를 들어, +1000 V가 플라즈마 챔버(102)에 인가되는 동안 전도성 층(208) 및 기판(10) 및 기판 홀더(20)는 접지될 수 있으며, 또는 대안적인 전기적 구성에서, 전도성 층(208) 및 기판-기판 홀더 어셈블리(10, 20)는 -1000 V로 바이어싱될 수 있고, 반면 플라즈마 챔버(102) 및 프로세싱 챔버(105)는 접지된다. 따라서, 강한 전기장이 S-형 절연체 몸체(206)의 두께에 걸쳐 발생하며, 이러한 두께는 대략 수 밀리미터, 1 센티미터, 등일 수 있다. 더 중요하게는, 이러한 전기장은 추출 슬릿(216)의 영역에서 연장한다. 이러한 방식으로, 이러한 필드는 추출 어셈블리(204)에 제공된 개구를 통해 추출되는 높은 각도 이온 빔(210)을 더 정확하게 제어할 수 있다.

추출 어셈블리(204)는, 예를 들어, S-형 절연체 몸체(206)의 외부 표면 상에 또는 근처에 배열된 하나 이상의 스티어링 전극들을 더 포함할 수 있다. 스티어링 전극(212) 및 스티어링 전극(214)은 예시의 목적들을 위해 도시된다. 플라즈마 챔버(102)가 + 1000 V로 홀딩되는 동안 전도성 층이 접지되는 예에서, 스티어링 전극들은 높은 각도 이온 빔(210)과 같은 추출되는 이온 빔의 추가 제어를 제공하기 위해 +/- 100 V, +/- 200 V 사이와 같이, 접지에 가깝지만 접지와는 상이한 전위들로 바이어싱될 수 있다. 스티어링 전극들은 도 5에 도시된 바와 같이 독립적으로 바이어싱될 수 있으며, 여기서 스티어링 전압 공급부(220)는 스티어링 전극(214)에 결합되고, 스티어링 전압 공급부(222)는 스티어링 전극(212)에 결합된다. 이러한 미세 제어는, 정확한 입사각의 정확한 제어가 요구되는, 높은 각도 이온 빔(210)의 포커싱 및 콜리메이션을 제어하기 위해 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 표 1에 도시된 바와 같이, 75 도의 공칭 입사각에 대해, 5도 +/-의 각도 변화는 2.7 및 5.7의 값 사이에서 변화하는 tanθ를 야기할 수 있으며, 결과적으로 수직 표면들 상의 이온 플럭스 대 수평 표면들 상의 이온 플럭스의 비율의 비례적 변동을 야기할 수 있다. 그러나, 전도성 층으로 코팅된 절연체로 형성된 추출 전극을 갖는 일부 실시예들에서, 스티어링 전극들을 생략될 수 있다. 도 6은, 추출 어셈블리(304)가, 이온 빔(310)을 추출하기 위해, 스티어링 전극들 없이, 전도성 층(208)으로 코팅된 S-형 절연체 몸체(206)로 형성되는 프로세싱 장치(300)의 일 예를 제공한다.

다른 실시예들에서, 추출 어셈블리들은, 도 5에 대해 논의된 것과 동일한 일반적인 원리들 및 동작이 적용되는, 스티어링 전극들을 갖거나 또는 갖지 않는, 도 2 내지 도 4의 추출 어셈블리들의 형상들을 갖는 전도성-층-코팅된-절연체들을 갖도록 형성될 수 있다는 것을 유의해야 한다.

도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 추가적인 높은 각도 추출 어셈블리를 포함하는 하나의 추가적인 프로세싱 장치(250)의 블록도를 도시한다. 이러한 도면에서, 플라즈마 챔버(102) 및 프로세스 챔버(105)는 명료성을 위해 생략된다. 내부 추출 플레이트(256) 및 외부 추출 플레이트(258)를 포함하는 추출 어셈블리(254)가 제공된다. 기판(10)까지의 거리(이러한 거리는 본 개시의 이러한 실시예 및 다른 실시예들에서 대략 수 밀리미터 내지 수 센티미터일 수 있음)에 대해 서로 오프셋된 2개의 평면 부분들 및 오목한 부분을 갖는 이러한 추출 플레이트들은 형상이 다소 복잡하다. 제1 추출 개구(260)는 내부 추출 플레이트(256)의 가파르게 각진 부분 상에 배열되며, 반면 제2 추출 개구(266)는 외부 추출 플레이트(258)의 가파르게 각진 부분 상에 배열되고, 제1 추출 개구(260)와 정렬된다. 다양한 비제한적인 실시예들에서, 추출 전압(예컨대 1000 V)은 50-85 도와 같은 적절한 각도로 각진 이온 빔(268)을 추출하기 위해 내부 추출 플레이트(256)와 외부 추출 플레이트(258) 사이에 인가된다.

도 5에 대해 논의된 실시예들과 유사하게, 추출 어셈블리(254)는 하나 이상의 스티어링 전극들을 더 포함할 수 있다. 도 7의 예에서, 스티어링 전극(262)은 외부 추출 플레이트(258)이 인접하여 그리고 기판(10)을 향해 제공된다. 이러한 스티어링 전극(262)은, 스티어링 전극(262)을 외부 추출 플레이트(258)로부터 전기적으로 분리하는 구성요소인 절연체(264)를 사용하여 외부 추출 플레이트(258)에 기계적으로 앵커링될 수 있다. 이와 같이, 스티어링 전압 공급부(220)는, 도 5에 대해 전반적으로 논의된 바와 같이, 이온 빔(268)의 추가적인 제어를 제공하기 위하여 스티어링 전극(262)을 독립적으로 바이어싱하기 위해 제공된다.

전술한 실시예들에서, 도시된 개구들, 및 그에 따라 이온 빔들은, 기판의 전체 폭 또는 직경에 걸쳐 연장할 수 있는 리본 이온 빔들을 생성하기 위해 도면들의 평면들 내로 연장될 수 있다는 것을 유의해야 한다.

요약하면, 본 실시예들은, 추출되는 이온 빔들에 높은 입사각들을 제공하기 위해 전반적으로 신규한 비-평면 기하구조들을 갖는 하나 이상의 추출 플레이트들을 가지고 배열되는 신규한 장치 및 추출 어셈블리들을 제공한다.

편의성 및 명료성을 위하여, "상단", "하단", "상부", "하부", "수직", "수평", "측방" 및 "길이 방향"과 같은 용어들은 본원에서, 도면들에서 나타나는 바와 같은 구성요소들 및 그들의 구성 부분들의 상대적인 배치 및 배향을 설명하기 위해 본원에서 사용된다. 이러한 용어는 특별히 언급되는 단어들, 그 파생어들, 및 유사한 의미의 단어들을 포함할 것이다.

본원에서 사용될 때, 단수로 언급되고 및 단어 "일" 또는 "하나"가 선행되는 요소 또는 동작은 이러한 배제가 명백하게 언급되지 않는 한 복수의 요소들 또는 동작들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 개시의 "일 실시예"에 대한 언급들은 제한적으로 의도되지 않는다. 추가적인 실시예들이 또한 나열된 특징들을 통합할 수 있다.

추가로, 용어들 "대략적인" 또는 "대략적으로"뿐만 아니라 용어들 "실질적인" 또는 "실질적으로"는 일부 실시예들에서 상호교환적으로 사용될 수 있으며, 이들은 당업자에 의해 용인될 수 있는 임의의 상대적인 측정치들을 사용하여 설명될 수 있다. 예를 들어, 이러한 용어들은, 의도된 기능을 제공할 수 있는 편차를 나타내기 위해, 기준 파라미터에 대한 비교로서 역할할 수 있다. 비제한적으로, 기준 파라미터로부터의 편차는, 예를 들어, 1% 미만, 3% 미만, 5% 미만, 10% 미만, 15% 미만, 20% 미만, 등의 양일 수 있다.

또한 추가적으로, 당업자는, 층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에", "위에" 또는 "최상단에" 형성되거나, 증착되거나 또는 배치되는 것으로 언급될 때, 요소가 다른 요소 상에 직접적으로 존재할 수 있거나 또는 개재 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이와 대조적으로, 요소가 다른 요소 "상에 직접적으로", "위에 직접적으로", 또는 "최상단에 직접적으로"인 것으로 언급될 때, 개재 요소들이 존재하지 않는다.

본 실시예들은 적어도 다음의 장점들을 제공한다. 전반적으로 추출되는 이온 빔들에 높은 입사각들을 제공하는 하나 이상의 추출 플레이트들을 가지고 배열되는 신규한 장치 및 추출 어셈블리들은 이러한 높은 각도들로 배향된 기판 표면들의 우선적인 이온 처리를 가능하게 한다. 다수의 추출 개구들을 갖는 특정 실시예들에 의해 제공되는 다른 장점은, 높은 각도 이온들에 대한 이온 플럭스를 증가시키고 그에 따라 기판 프로세싱 스루풋을 증가시키는 능력이다. 추가적인 실시예들에 의해 제공되는 추가적인 장점은, 서로 반대되는 방향들로 배향된 추출 개구들을 갖는 다중-개구 추출 어셈블리들을 사용하여 반대로-배향된 기판 표면들을 높은 각도 이온들로 동시에 처리하는 능력이다.

본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시는 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었다. 당업자들은 그 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims

프로세싱 시스템으로서,
플라즈마를 생성하도록 동작가능한 플라즈마 챔버; 및
상기 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배열된 추출 어셈블리를 포함하며, 상기 추출 어셈블리는,
추출 개구를 포함하는 추출 플레이트로서, 상기 추출 플레이트는 비-평면 형상을 가지고, 기판의 평면이 상기 플라즈마 챔버의 상기 측면에 평행하게 배열될 때 상기 기판의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각으로 추출된 이온 빔을 생성하는, 상기 추출 플레이트를 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는 볼록한 바이모달(bimodal) 구성을 정의하며, 상기 추출 개구는 상기 수선에 대해 제1 입사각을 정의하는 제1 추출 개구이고, 상기 추출 플레이트는 상기 제1 입사각에 반대되는 상기 수선에 대한 제2 입사각을 정의하는 제2 추출 개구를 더 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는 S-형상을 정의하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는 복수의 S-형상들을 포함하며, 상기 추출 개구는 상기 수선에 대해 제1 입사각을 정의하는 제1 추출 개구이고, 상기 추출 플레이트는 상기 제1 입사각과 유사하거나 또는 동일한 상기 수선에 대한 제2 입사각을 정의하는 제2 추출 개구를 더 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는,
S-형 절연체 몸체; 및
상기 S-형 절연체 몸체의 외부 표면 상에 배치되는 전도성 층을 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는 오목한 바이모달 구성을 정의하며, 상기 추출 개구는 상기 수선에 대해 제1 입사각을 정의하는 제1 추출 개구이고, 상기 추출 플레이트는 상기 제1 입사각에 반대되는 상기 수선에 대한 제2 입사각을 정의하는 제2 추출 개구를 더 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는 내부 추출 플레이트를 포함하며, 상기 추출 어셈블리는 상기 플라즈마 챔버로부터 오프셋된 외부 추출 플레이트를 더 포함하고, 상기 추출 개구는 상기 내부 추출 플레이트 내에 배치되는 제1 추출 개구를 포함하며, 제2 추출 개구가 상기 외부 추출 플레이트 내에 배치되고 상기 제1 추출 개구와 정렬되는, 프로세싱 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 추출 개구 및 제2 추출 개구는 상기 수선에 대해 동일한 입사각을 정의하는, 프로세싱 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 프로세싱 시스템은, 상기 외부 추출 플레이트의 외부 표면 상에 배치되는 스티어링(steering) 전극을 더 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 프로세싱 시스템은, 상기 외부 추출 플레이트 외부에 배치되는 스티어링 전극을 더 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 높은 입사각은 45 도와 85 도 사이의 값을 갖는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 추출 플레이트는, 제1 방향을 따라 연장하는 장축을 갖는 적어도 하나의 세장형 개구를 포함하는, 프로세싱 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 프로세싱 시스템은, 상기 플라즈마 챔버의 상기 측면에 평행한 제1 방향을 따라 이동가능한 기판 스테이지를 포함하는, 프로세싱 시스템.
기판으로 각진 이온 빔을 보내기 위한 추출 어셈블리로서,
추출 플레이트를 포함하며, 상기 추출 플레이트는,
플라즈마 챔버의 측면에 결합하기 위한 주변 부분; 및
중심 부분으로서, 상기 중심 부분은 비-평면 형상을 가지며, 상기 기판의 평면이 상기 플라즈마 챔버의 상기 측면에 평행하게 배열될 때 상기 기판의 평면에 대한 수선에 대해 높은 입사각으로 추출된 빔을 생성하도록 배열된 세장형 추출 개구를 포함하는, 상기 중심 부분을 포함하는, 추출 어셈블리.
청구항 14에 있어서,
상기 세장형 추출 플레이트는 볼록한 바이모달 구성을 정의하며, 상기 추출 개구는 상기 수선에 대해 제1 입사각을 정의하는 제1 추출 개구이고, 상기 추출 플레이트는 상기 제1 입사각에 반대되는 상기 수선에 대한 제2 입사각을 정의하는 제2 추출 개구를 더 포함하는, 추출 어셈블리.
청구항 14에 있어서,
상기 추출 플레이트는 S-형상을 정의하는, 추출 어셈블리.
청구항 14에 있어서,
상기 추출 플레이트는 복수의 S-형상들을 포함하며, 상기 세장형 추출 개구는 상기 수선에 대해 제1 입사각을 정의하는 제1 추출 개구이고, 상기 추출 플레이트는 상기 제1 입사각과 유사하거나 또는 동일한 상기 수선에 대한 제2 입사각을 정의하는 제2 추출 개구를 더 포함하는, 추출 어셈블리.
청구항 14에 있어서,
상기 추출 플레이트는 오목한 바이모달 구성을 정의하며, 상기 세장형 추출 개구는 상기 수선에 대해 제1 입사각을 정의하는 제1 추출 개구이고, 상기 추출 플레이트는 상기 제1 입사각에 반대되는 상기 수선에 대한 제2 입사각을 정의하는 제2 추출 개구를 더 포함하는, 추출 플레이트.
청구항 14에 있어서,
상기 추출 플레이트는,
S-형 절연체 몸체; 및
상기 S-형 절연체 몸체의 외부 표면 상에 배치되는 전도성 층을 포함하는, 추출 어셈블리.
청구항 14에 있어서,
상기 추출 플레이트는 내부 추출 플레이트를 포함하며, 상기 추출 어셈블리는 상기 플라즈마 챔버로부터 오프셋된 외부 추출 플레이트를 더 포함하고, 상기 세장형 추출 개구는 상기 내부 추출 플레이트 내에 배치되는 제1 추출 개구를 포함하며, 제2 추출 개구가 상기 외부 추출 플레이트 내에 배치되고 상기 제1 추출 개구와 정렬되는, 추출 어셈블리.