プラズマ処理装置
プラズマ処理装置は、プロセスチャンバと、プロセスチャンバの内部に配され、ワークを支持するプラテンと、ワークの前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、プロセスチャンバの内部に発生させるように構成されたプラズマ源と、インシュレーティング調整部とを備える。インシュレーティング調整部は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状の一部がプラズマに対向するワークの前面によって形成される面と平行にならないように、境界の形状を制御する。プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御することで、ワークに衝突する粒子の入射角の範囲を広げることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プラズマ処理、特にプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、プロセスチャンバ内にプラズマを発生させて、プロセスチャンバ内のプラテン（platen）によって支持されたワーク（workpiece）を処理する。プラズマ処理装置は、これらに限定されるものではないが、ドーピングシステム、エッチングシステムおよび蒸着システム（deposition system）を備えてよい。多くの場合、プラズマは、イオン（通常は正の電荷を有する）および電子（負の電荷を有する）の準中性の集合体（quasi-neutral collection）である。プラズマは、プラズマのバルク中において、約０Ｖ／ｃｍの電場を有する。プラズマ処理装置において、プラズマからのイオンはワークにむかって引き付けられる。プラズマ・ドーピング装置において、イオンは十分なエネルギーを有し、ワークの物理的構造（例えば、半導体基板）中に注入される。
【０００３】
プラズマの境界は、ワークに隣接した領域（通常、プラズマシース（plasma sheath）と称される。）によって示される。プラズマシースは、プラズマよりも電子が少ない領域である。プラズマシースからの発光は、プラズマからの発光と比較して弱い。これは、電子が少なく、励起／緩和衝突がほとんど起こらないからである。そのため、プラズマシースは、「ダークスペース」と称される場合がある。
【０００４】
図１には、既知のプラズマ処理装置の部分断面図が示される。プラズマ１４０は、処理対象となるワーク１３８の前面（front surface）に隣接するプラズマシース１４２を有する。ワーク１３８の前面には面１５１が配され、ワーク１３８は、プラテン１３４に支持される。プラズマ１４０とプラズマシース１４２との境界１４１は、面１５１と平行である。プラズマ１４０のイオン１０２は、プラズマシース１４２を越え、ワーク１３８にむかって引き付けられ得る。それにより、ワーク１３８にむかって加速されたイオン１０２は、通常、面１５１に対してほぼ０°の入射角で（例えば、面１５１に直角に）衝突する。入射角の角度の広がり（angular spread）は、小さい場合には、約３°以下の場合すらありうる。加えて、プラズマ処理のパラメータ（例えば、プロセスチャンバ内のガスの圧力）を制御することにより、角度の広がりは、約５°にまで増加してよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のプラズマ処理には、イオン１０２の角度の広がりの制御が十分でないという欠点があった。ワーク上の構造物はより小さくなってきており、また、３次元構造物（例えば、トレンチ・キャパシタ、ＦｉｎＦＥＴなどの縦型チャネル・トランジスタ）がより一般的なものとなってきていることから、角度をより大きな範囲で制御することは有益である。例えば、図１には、トレンチ１４４が記載されている。なお、説明を簡単にする目的で、その大きさは誇張して示されている。入射角がほぼ０°のイオン１０２を用いて、（あるいは、入射角が５°まで広がったとしても、）トレンチ１４４の側壁１４７を均一に処理することは難しい。
【０００６】
そのため、上述の不備および欠点を克服するプラズマ処理装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の第１の態様によれば、プラズマ処理装置が提供される。上記のプラズマ処理装置は、プロセスチャンバと、プロセスチャンバの内部に配され、ワークを支持するプラテンと、ワークの前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、プロセスチャンバの内部に発生させるように構成されたプラズマ源と、インシュレーティング調整部とを備える。インシュレーティング調整部は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状の一部がプラズマに対向するワークの前面によって形成（define）される面と平行にならないように、境界の形状を制御する。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、方法が提供される。上記の方法は、プロセスチャンバの内部にワークを配置する段階と、ワークの前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、プロセスチャンバの内部に発生させる段階と、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状の一部がプラズマに対向するワークの前面によって形成される面と平行にならないように、境界の形状を調整する段階とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示のより良い理解のために、添付図面を参照するが、添付図面において、類似の要素には、類似の参照番号が付される。
【００１０】
【図１】先行技術に係る従来のプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るプラズマ・ドーピング装置のブロック図である。
【図４】プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御する一対のインシュレータ（insulator）の断面図である。
【図５】図４に関連して、図４の境界を越えて加速されたイオンのイオン軌道を説明する断面図である。
【図６】図５のイオン軌道のイオンの角度分布のプロットである。
【図７】一対のインシュレータとワークとの間の垂直間隔（vertical spacing）を制御するシステムのブロック図である。
【図８】図７に関連して、異なる垂直間隔におけるイオン軌道を説明する断面図である。
【図９】一対のインシュレータ間の水平間隔（horizontal spacing）を制御するシステムのブロック図である。
【図１０】図９に関連して、異なる水平間隔におけるイオン軌道を説明する断面図である。
【図１１】一対のインシュレーティング・シート（insulating sheet）を、ワークに対して移動させる走査システムを備えたプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１２】図１１のインシュレーティング・シートと、円盤形状を有するワークとの相対移動を示す、インシュレーティング・シートの平面図である。
【図１３】図１１に関連して、複数のインシュレータを備える走査システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２は、本開示の一実施形態に関連して、インシュレーティング調整部（insulating modifier）２０８を備えるプラズマ処理装置２００のブロック図の一例を示す。インシュレーティング調整部２０８は、プラズマシース２４２内部の電場を調整して、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御するよう構成される。これにより、プラズマ１４０からプラズマシース２４２の向こう側へと引き付けられたイオン１０２は、幅広い入射角でワーク１３８に衝突することができる。
【００１２】
プラズマ処理装置２００は、本明細書では、プラズマ・ドーピング装置として説明されてもよい。しかしながら、プラズマ処理装置２００は、これらに限られるものではないが、エッチングシステムおよび蒸着システムを備えてもよい。プラズマ・ドーピング装置は、処理されたワーク上で、多くの異なる材料変形プロセス（material modification process）をさらに実施してよい。このようなプロセスの１つとして、半導体基板などのワークへの目的とするドーパントのドープを例示することができる。
【００１３】
プラズマ処理装置２００は、プロセスチャンバ２０２と、プラテン１３４と、プラズマ源（source）２０６と、インシュレーティング調整部２０８とを備えてよい。プラテン１３４は、プロセスチャンバ２０２の内部に配され、ワーク１３８を支持する。ワークは、これらに限定されるものではないが、半導体ウエハ、プラットパネル、ソーラーパネルまたは高分子基板を含んでもよい。一実施形態において、半導体ウエハは、直径３００ｍｍの円盤形状を有してよい。プラズマ源２０６は、当技術分野で周知のように、プロセスチャンバ２０２の内部にプラズマ１４０を発生させるように構成される。図２の一実施形態において、インシュレーティング調整部２０８は、一対のインシュレータ（インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４）を有する。一対のインシュレータは、その間に水平間隔（図中、Ｇとして示す。）を有する間隙を形成する。他の実施形態において、インシュレーティング調整部は、単一のインシュレータを有してもよい。一対のインシュレータ２１２および２１４は一対のシートであってもよく、当該シートは薄い平面形状を有してよい。他の実施形態において、一対のインシュレータ２１２および２１４は、管型形状、Ｖ字型状などの他の形状を有してもよく、および／または、上記の間隙に隣接する端部が傾斜していてもよい。
【００１４】
一実施形態において、一対のインシュレータ２１２および２１４によって形成される間隙の水平間隔は、約６．０ｍｍであってよい。一対のインシュレータ２１２および２１４は、ワーク１３８の前面によって形成される面１５１の上方に、垂直間隔（図中、Ｚとして示す。）をあけて配される。一実施形態において、垂直間隔（Ｚ）は、約３．０ｍｍであってよい。
【００１５】
運転中、ガス源２８８は、プロセスチャンバ２０２にイオン化ガスを供給する。イオン化ガスとしては、これらに限定されるものではないが、ＢＦ３、ＢＩ３、Ｎ２、Ａｒ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｈ２、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４、ＣＨ４、ＣＦ４、ＡｓＦ５、ＰＦ３およびＰＦ５を例示することができる。プラズマ源２０６は、プロセスチャンバ２０２に供給されたガスを励起およびイオン化することで、プラズマ１４０を発生させる。イオンは、様々なメカニズムによって、プラズマ１４０から、プラズマシース２４２を越えて引き付けられる。図２に示される実施形態において、バイアス源（bias source）２９０は、ワーク１３８にバイアスを印加して、プラズマシース２４２を越えて、プラズマ１４０からイオン１０２を引き付ける。バイアス源２９０は、直流電圧バイアス信号を供給するＤＣ電源であってもよく、高周波バイアス信号を供給するＲＦ電源であってもよい。
【００１６】
有利なことに、インシュレーティング調整部２０８により、プラズマシース２４２内の電場が調整される。プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状が制御される。図２に示される実施形態において、インシュレーティング調整部２０８は、一対のインシュレータ２１２および２１４を有する。インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４は、石英（quartz）、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス、窒化シリコンなどを用いて製造されてよい。プラズマ１４０とプラズマシース２４２ｔの間の境界２４１は、面１５１に対して凸となる形状を有してよい。バイアス源２９０がワーク１３８にバイアスを印加すると、イオン１０２は、プラズマシース２４２を越え、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の間隙を通過して、幅広い入射角で引き付けられる。例えば、軌道経路２７１をたどるイオンは、面１５１に対して＋θ°の角度で、ワーク１３８に衝突するであろう。軌道経路２７０をたどるイオンは、上記と同じ面１５１に対してほぼ０°の角度で、ワーク１３８に衝突するであろう。軌道経路２６９をたどるイオンは、面１５１に対して−θ°の角度で、ワーク１３８に衝突するであろう。このように、入射角の範囲は、約０°を中心として＋θ°と−θ°との間であってよい。加えて、イオンの軌道経路は、例えば経路２６９および経路２７１のように、お互いに交差してもよい。入射角の範囲は、多くの要因（これらに限定されるものではないが、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平間隔（Ｇ）、インシュレータ２１２および２１４の面１５１からの垂直間隔（Ｚ）、インシュレータ２１２および２１４の誘電率（dielectric constant）、ならびに、その他のプラズマ処理のパラメータ）に応じて、約０°を中心として＋６０°と−６０°との間であってよい。これにより、ワーク１３８上の小さな３次元構造物が、イオン１０２によって均一に処理されることができる。例えば、トレンチ２４４の側壁２４７（説明を簡単にする目的で、図中、その大きさは誇張されている。）は、図１の側壁１４７と比較して、イオン１０２によって、より均一に処理されることができる。
【００１７】
図３は、プラズマ・ドーピング装置３００の一実施形態に係るブロック図の一例を示す。図２の装置と同様に、プラズマ・ドーピング装置３００は、一対のインシュレータ（インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４）を備えて、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御する。
【００１８】
プラズマ・ドーピング装置３００は、プロセスチャンバ２０２を備える。プロセスチャンバ２０２は、密閉容積（enclosed volume）３０３を形成する。ガス源３０４は、マスフローコントローラ３０６を介して、プロセスチャンバ２０２の密閉容積３０３に、一次ドーパントガス（primary dopant gas）を供給する。プロセスチャンバ２０２の内部には、ガス源３０４からのガスの流れを偏向させるガスバッフル３７０が配されてよい。圧力計３０８は、プロセスチャンバ２０２の内部の圧力を測定する。真空ポンプ３１２は、排気口３１０を介して、プロセスチャンバ２０２から排気ガスを排出する。排気バルブ３１４は、排気口３１０を通過する排気ガスのコンダクタンス（exhaust conductance）を制御する。
【００１９】
プラズマ・ドーピング装置３００は、ガス圧コントローラ３１６をさらに備えてよい。ガス圧コントローラ３１６は、マスフローコントローラ３０６、圧力計３０８および排気バルブ３１４に電気的に結合されてよい。ガス圧コントローラ３１６は、圧力計３０８に応答するフィードバック・ループにおいて、排気バルブ３１４を用いて排気ガスのコンダクタンスを制御する、または、マスフローコントローラ３０６を用いてプロセスガスの流量を制御することで、プロセスチャンバ２０２中の圧力を目標値に維持するように構成されてよい。
【００２０】
プロセスチャンバ２０２は、上部チャンバ（chamber top）３１８を有してよい。上部チャンバ３１８は、誘電材料で形成された第１部分３２０を有してよい。第１部分３２０は、通常、水平方向に延伸している。上部チャンバ３１８は、誘電材料で形成された第２部分３２２を有してよい。第２部分３２２は、第１部分３２０から高さ方向（通常は、垂直方向である。）に延伸している。上部チャンバ３１８は、導電性および熱伝導性を有する材料で形成された蓋３２４をさらに有する。蓋３２４は、第２部分３２２と交差するように、水平方向に延伸する。
【００２１】
プラズマ・ドーピング装置は、プラズマ源３０１をさらに備えてよい。プラズマ源３０１は、プロセスチャンバ２０２の内部にプラズマ１４０を発生させるように構成されてよい。プラズマ源３０１は、高周波電源（RF source）３５０を有して、プラズマ１４０を発生させてよい。高周波電源３５０は、例えば、平面アンテナ（planar antenna）３２６および螺旋アンテナ（helical antenna）３４６の一方または両方にＲＦ電力を供給する電源であってよい。高周波電源３５０は、インピーダンス整合回路網３５２によって、アンテナ３２６およびアンテナ３４６に結合されてよい。インピーダンス整合回路網３５２は、高周波電源３５０からＲＦアンテナ３２６および３４６に移送される電力を有効に利用する目的で、高周波電源３５０の出力インピーダンスを、ＲＦアンテナ３２６および３４６のインピーダンスと整合させる。
【００２２】
プラズマ・ドーピング装置は、プラテン１３４と電気的に結合されたバイアス電力供給装置（bias power supply）３９０を備えてもよい。プラズマ・ドーピング装置は、コントローラ３５６およびユーザインタフェース・システム３５８をさらに備えてよい。コントローラ３５６は、汎用コンピュータまたは汎用コンピュータのネットワークであってもよく、それらを含んでもよい。汎用コンピュータまたは汎用コンピュータのネットワークは、目的とする入出力機能を実現させるべくプログラミングされていてよい。コントローラ３５６は、通信装置、データ記憶装置およびソフトウエアを含んでよい。ユーザインタフェース・システム３５８は、タッチスクリーン、キーボード、ポインティング・デバイス、ディスプレイ、プリンタなどのデバイスを含んでよい。これにより、ユーザは、コマンドおよびデータの少なくとも一方を入力することができる、および／または、コントローラ３５６を介してプラズマ・ドーピング装置を監視することができる。プラテン１３４の周囲には、シールドリング（shield ring）３９４が配されてよい。これにより、ワーク１３８の端部の近傍における注入イオンの分布の均一性を向上させることができる。イオンビーム電流を感知する１以上のファラデーセンサー（例えば、ファラデーカップ３９９）が、シールドリング３９４の中に配されてもよい。
【００２３】
運転中、ガス源３０４は、ワーク１３８に注入するための特定の（desired）ドーパントを含む一次ドーパントガスを供給する。プラズマ源３０１は、プロセスチャンバ２０２の内部にプラズマ１４０を発生させるように構成される。プラズマ源３０１は、コントローラ３５６によって制御されてよい。プラズマ１４０を発生させるために、高周波電源３５０は、ＲＦアンテナ３２６およびＲＦアンテナ３４６の少なくとも一方においてＲＦ電流を共振させて、振動磁界（oscillating magnetic field）を生成する。振動磁界は、プロセスチャンバ２０２中にＲＦ電流を誘導する。プロセスチャンバ２０２中のＲＦ電流は、一次ドーパントガスを励起およびイオン化して、プラズマ１４０を発生させる。
【００２４】
バイアス電力供給装置３９０は、パルス状のプラテン信号を供給する。プラテン信号は、プラテン１３４に（および、結果としてワーク１３８にも）バイアスを印加するための信号であってよく、オンおよびオフのパルス周期（pulse ON and OFF period）を有する。これにより、プラズマシース２４２を越えてプラズマ１４０からワーク１３８に向かうイオンを加速する。イオン１０２は、正電荷を有してよい。この場合、パルス状のプラテン信号のパルスがＯＮである期間（pulse ON period）は、プロセスチャンバ２０２に対して負電圧であってよい。これにより、正電荷を有するイオン１０２を引き付けることができる。パルス状のプラテン信号の周波数および／またはパルスのデューティーサイクルは、目的とするドーズ量レート（dose rate）を提供するように選択されてよい。パルス状のプラテン信号の振幅（amplitude）は、目的とするエネルギーを提供するように選択されてよい。
【００２５】
図２に関連して既に説明したように、有利なことに、一対のインシュレータ２１２および２１４は、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との境界２４１の形状を制御する。そのため、イオン１０２が、プラズマシース２４２を越えて、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の間隙を通過して、幅広い入射角で引き付けられ、ワーク１３８をドーピングする。
【００２６】
図４は、一対のインシュレータ２１２および２１４ならびにワーク１３８の部分断面図の一例を示す。図４は、インシュレータ２１２および２１４によって形成される間隙の近傍におけるプラズマシース２４２中の電気力線（electric field line）を示す。−２，０００ボルトのバイアスが印加されたワーク１３８と、ガラス製のインシュレータ２１２および２１４とを用いたコンピュータシミュレーションにより、電気力線と、プラズマとプラズマシース２４２との間に生じたアーチ形状の境界２４１とが得られた。図示されているように、間隙近傍のアーチ形状の境界２４１は、面１５１に対して凸となる形状を有してもよい。
【００２７】
図５は、図４に関連して、プラズマシース２４２を越えて、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の間隙を通過して加速されたイオンの軌道のシミュレーション結果を示す断面図の一例を示す。プラズマ・ドーピング装置の一実施形態において、境界２４１の形状およびプラズマシース２４２中の電気力線に起因して、間隙の幅（gap spacing）の中心領域において、イオンがワーク１３８に注入されてよい。例えば、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平間隔の全体（図中、Ｇ１として示す。）のうち、水平間隔の中心部分（図中、Ｇ３として示す。）の近傍において、ワーク１３８にイオンが衝突する。本実施形態において、インシュレータ２１２および２１４に隣接する、水平間隔のうちの周辺部分（図中、Ｇ２およびＧ４として示す。）の近傍において、ワーク１３８にはイオンが衝突しない。
【００２８】
図６は、図５において説明されたイオン軌道に関連して、ワーク１３８に衝突するイオンの入射角分布のプロット６０２の一例を示す。図示されているように、プロット６０２から、入射角は、約０°を中心として、約＋６０°から約−６０°という広い範囲にわたって変化することがわかる。このように広い範囲にわたって入射角を変化させることができるので、３次元構造物の等方的なドーピングが可能になる。例えば、このように広範囲の入射角を有する（複数の）イオンを用いることで、トレンチ構造の側壁を、より均一にドーピングすることができる。
【００２９】
図７は、本開示に係る別の実施形態のブロック図の一例を示す。本実施形態においては、インシュレーティング調整部と、ワーク１３８の前面によって形成される面１５１との間の垂直間隔（Ｚ）が調整されてよい。インシュレーティング調整部は、他の実施形態において説明されたような一対のインシュレータ（インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４）であってよい。アクチュエータ７０２は、一対のインシュレータ２１２および２１４と機械的に結合されて、面１５１に対して垂直な方向（図中、矢印７２０および矢印７２２として示す。）に、インシュレータを移動させる。一対のインシュレータ２１２および２１４の面１５１に対するＺ位、ならびに、お互いの相対的なＺ位置は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状およびワーク１３８に衝突するイオンの軌跡に影響を与える。アクチュエータ７０２は、コントローラ３５６のようなコントローラによって制御されてよい。
【００３０】
図８は、図７に関連して、他の全てのパラメータが同一であり、面１５１に対する一対のインシュレータ２１２および２１４のＺ位置が異なる場合におけるイオン軌道を説明する断面図の一例を示す。Ｚ間隙位置（Z gap position）８２０が比較的に低い第１の場合において、インシュレータ２１２および２１４は、面１５１の上方の第１の距離（図中、Ｚ１として示す。）に配される。Ｚ間隙位置８４０が比較的に高い場合において、インシュレータ２１２および２１４は、面１５１の上方の第２の距離（図中、Ｚ２として示す。）に配される。ここで、Ｚ２＞Ｚ１である。第１の位置８２０において、プラズマとプラズマシースとの間の境界８４１は、面１５１に対して凸となる形状を有する。境界８４１は、また、アーチ形状の頂上部分のインシュレータ２１２の上面から上方の距離が距離Ｚａとなるような円の円周の一部にほぼ等しい形状を有する。一方、第２の位置８４０において、境界８４３は、アーチ形状の頂上部分のインシュレータ２１２の上面から上方の距離が、比較的短い距離Ｚｂであり、よりシャロー（shallow）な形状を有する。なお、Ｚｂ＜Ｚａであってよい。境界８４１および境界８４３は、Ｚ間隙距離（Z gap distance）Ｚ１およびＺ２ならびにプラズマシース中の電気力線と相まって、ワーク１３８に衝突するイオンの角度の広がりに影響を与える。例えば、比較的小さなＺ間隙位置８２０の場合には、Ｚ間隙位置が比較的大きな場合と比べて、ワーク１３８に衝突するイオンの角度の広がりが大きい。加えて、比較的小さなＺ間隙位置８２０の場合において、ワーク１３８上にイオンが衝突する水平間隔（図中、Ｇ５として示す。）は、Ｚ間隙位置が比較的大きな場合の水平間隔（図中、Ｇ６として示す。）と比較して、より広くなる。ここで、Ｇ６＜Ｇ５となる。図８には図示されていないが、インシュレータ２１２および２１４のっそれぞれのＺ間隙位置もまた、相互に異なってよい。これにより、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状にさらなる影響を与え、その結果、イオンの角度の広がりに影響を与える。
【００３１】
図９は、本開示に係る別の実施形態ブロック図の一例を示す。本実施形態においては、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平間隔（図中、Ｇとして示す。）が調整されてよい。水平間隔の調整は、図８および図９に関連して既に説明された垂直間隔の調整に代えて、または、それらに加えて、実行される。アクチュエータ９０２は、一対のインシュレータ２１２および２１４の少なくとも一方と機械的に結合され、お互いに対して矢印９０６に示される方向に、インシュレータを移動させる。アクチュエータ９０２は、コントローラ３５６のようなコントローラによって制御されてよい。
【００３２】
図１０は、図９に関連して、他の全てのパラメータが同一であり、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平方向の間隙の幅が異なる場合におけるイオン軌道を説明する断面図の一例を示す。水平間隙位置（horizontal gap position）１０２０が比較的に短い第１の場合において、インシュレータ２１２および２１４は、お互いから第１の水平距離（図中、Ｇａとして示す。）離れた位置に配される。水平間隙位置１０４０が比較的に長い場合において、インシュレータ２１２および２１４は、お互いから第２の水平距離（図中、Ｇｂとして示す。）離れた位置に配される。ここで、Ｇｂ＞Ｇａである。第１の位置１０２０において、プラズマとプラズマシースとの境界１０４１は、面１５１に対して凸となる形状をする。境界１０４１は、また、円の円周の一部にほぼ等しい形状を有してもよい。一方、第２の位置１０４０において、境界１０４３は、面１５１に対して凸となる形状をする。この場合において、境界１０４３の中心部分は、面１５１とほぼ平行になる。その結果、面１５１に対してほぼ０°の入射角を有するイオンが衝突する、ワーク１３８中央の対応する部分がより大きくなる。
【００３３】
図１１は、走査システム１１０２を備えて、インシュレーティング調整部２０８をワーク１３８に対して移動させるプラズマ処理装置１１００のブロック図の一例を示す。図１１の実施形態において、インシュレーティング調整部２０８は、一対の四角形（square）のインシュレーティング・シート（インシュレーティング・シート１１１２および１１１４）を有する。なお、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４は、図１２に最もよく示されている。走査システム１１０２は、アクチュエータ１１０４を備えてよい。アクチュエータ１１０４は、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４と機械的に結合されて、それらを移動させる。アクチュエータ１１０４は、コントローラ３５６のようなコントローラによって制御されてよい。
【００３４】
図１２は、四角形のインシュレーティング・シート１１１２および１１１４、ならびに、円盤形状のワーク１３８の平面図の一例を示す。図１２を用いて、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４と、円盤形状のワーク１３８との相対移動の一例について説明する。図１２に記載の実施形態において、走査システム１１０２は、ワーク１３８の全ての部分が一対の四角形のインシュレーティング・シート１１１２および１１１４によって形成される間隙にさらされるように、四角形のインシュレーティング・シート１１１２および１１１４を、位置Ａから位置Ｂ、位置Ｃなどの位置に移動させてよい。図１２に示されるように、デカルト座標系が定義された場合、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４は、図１２のＸ方向に移動させられる。他の実施形態において、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４、または、様々なインシュレーティング・シートの他の組み合わせが、Ｙ方向に、または、Ｘ方向とＹ方向との間の任意の方向に移動させられてもよい。加えて、走査システム１１０２が、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４を特定の方向に移動させているときに、ワーク１３８が回転させられてもよい。ワーク１３８は、走査システム１１０２がインシュレーティング・シートを特定の方向に移動させた後で、予め定められた回転角度だけ回転させられてもよい。一実施形態において、ワークは、矢印１１２４によって図示されているように、ワークの中心軸の周りに回転させられてもよい。
【００３５】
図１３は、図１１と同様の走査システム１１０２の一例を示す。図１１の場合と比較して、図１３の走査システム１１０２は、複数のインシュレータ（インシュレータ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、…１３０２−（ｎ−１）および１３０２−ｎ）を有する。複数のインシュレータは、それらの間の複数の間隙（間隙１３０３−１、１３０３−２、１３０２−３、…１３０３−ｎ）を形成する。走査システムは、複数の間隙１３０３−１、１３０３−２、１３０２−３、…１３０３−ｎが、ワーク１３８の上を通過するように、複数のインシュレータ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、…１３０２−（ｎ−１）および１３０２−ｎを、ワーク１３８に対して移動させてよい。
【００３６】
以上のように、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御するインシュレーティング調整部が提供される。これにより、プラズマシースを越えてプラズマから引き付けられる粒子を、関連するワークに対して様々な入射角で衝突させることができ、その入射角は広い範囲にわたる。一例において、入射角θの範囲は、約０°を中心として約＋６０°と約−６０°との間であってよい。プラズマ・ドーピングに応用することで、ワーク上の微小な３次元構造物に対して、より均一にドープすることができるようになる。例えば、トレンチ２４４の側壁２４７（図２を参照。）は、入射角がはるかに小さな従来のプラズマ・ドーピング装置を用いた場合と比較して、より均一にドープされる。
【００３７】
本開示は、限定されない本明細書に記載された特定の実施形態の範囲に限定されるものではない。実際、当業者にとって、本明細書に記載された実施形態に加えて、上述の詳細な説明および添付の図面に基づいて、本開示の他の様々な実施形態および本開示に対する修正を実施できることは明らかであろう。したがって、そのような他の実施形態および修正は、本開示の範囲に含まれる。さらに、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実施形態について説明されている。当業者は、その有用性は、当該特定の実施形態に限定されないこと、また、本開示は、様々な目的のために、様々な環境において、有利に実施されうることを理解することができるであろう。したがって、以下の特許請求の範囲の記載は、詳細な説明において説明された本開示の全容および精神を考慮して理解されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プラズマ処理、特にプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、プロセスチャンバ内にプラズマを発生させて、プロセスチャンバ内のプラテン（platen）によって支持されたワーク（workpiece）を処理する。プラズマ処理装置は、これらに限定されるものではないが、ドーピングシステム、エッチングシステムおよび蒸着システム（deposition system）を備えてよい。多くの場合、プラズマは、イオン（通常は正の電荷を有する）および電子（負の電荷を有する）の準中性の集合体（quasi-neutral collection）である。プラズマは、プラズマのバルク中において、約０Ｖ／ｃｍの電場を有する。プラズマ処理装置において、プラズマからのイオンはワークにむかって引き付けられる。プラズマ・ドーピング装置において、イオンは十分なエネルギーを有し、ワークの物理的構造（例えば、半導体基板）中に注入される。
【０００３】
プラズマの境界は、ワークに隣接した領域（通常、プラズマシース（plasma sheath）と称される。）によって示される。プラズマシースは、プラズマよりも電子が少ない領域である。プラズマシースからの発光は、プラズマからの発光と比較して弱い。これは、電子が少なく、励起／緩和衝突がほとんど起こらないからである。そのため、プラズマシースは、「ダークスペース」と称される場合がある。
【０００４】
図１には、既知のプラズマ処理装置の部分断面図が示される。プラズマ１４０は、処理対象となるワーク１３８の前面（front surface）に隣接するプラズマシース１４２を有する。ワーク１３８の前面には面１５１が配され、ワーク１３８は、プラテン１３４に支持される。プラズマ１４０とプラズマシース１４２との境界１４１は、面１５１と平行である。プラズマ１４０のイオン１０２は、プラズマシース１４２を越え、ワーク１３８にむかって引き付けられ得る。それにより、ワーク１３８にむかって加速されたイオン１０２は、通常、面１５１に対してほぼ０°の入射角で（例えば、面１５１に直角に）衝突する。入射角の角度の広がり（angular spread）は、小さい場合には、約３°以下の場合すらありうる。加えて、プラズマ処理のパラメータ（例えば、プロセスチャンバ内のガスの圧力）を制御することにより、角度の広がりは、約５°にまで増加してよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のプラズマ処理には、イオン１０２の角度の広がりの制御が十分でないという欠点があった。ワーク上の構造物はより小さくなってきており、また、３次元構造物（例えば、トレンチ・キャパシタ、ＦｉｎＦＥＴなどの縦型チャネル・トランジスタ）がより一般的なものとなってきていることから、角度をより大きな範囲で制御することは有益である。例えば、図１には、トレンチ１４４が記載されている。なお、説明を簡単にする目的で、その大きさは誇張して示されている。入射角がほぼ０°のイオン１０２を用いて、（あるいは、入射角が５°まで広がったとしても、）トレンチ１４４の側壁１４７を均一に処理することは難しい。
【０００６】
そのため、上述の不備および欠点を克服するプラズマ処理装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の第１の態様によれば、プラズマ処理装置が提供される。上記のプラズマ処理装置は、プロセスチャンバと、プロセスチャンバの内部に配され、ワークを支持するプラテンと、ワークの前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、プロセスチャンバの内部に発生させるように構成されたプラズマ源と、インシュレーティング調整部とを備える。インシュレーティング調整部は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状の一部がプラズマに対向するワークの前面によって形成（define）される面と平行にならないように、境界の形状を制御する。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、方法が提供される。上記の方法は、プロセスチャンバの内部にワークを配置する段階と、ワークの前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、プロセスチャンバの内部に発生させる段階と、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状の一部がプラズマに対向するワークの前面によって形成される面と平行にならないように、境界の形状を調整する段階とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示のより良い理解のために、添付図面を参照するが、添付図面において、類似の要素には、類似の参照番号が付される。
【００１０】
【図１】先行技術に係る従来のプラズマ処理装置の概略ブロック図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るプラズマ・ドーピング装置のブロック図である。
【図４】プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御する一対のインシュレータ（insulator）の断面図である。
【図５】図４に関連して、図４の境界を越えて加速されたイオンのイオン軌道を説明する断面図である。
【図６】図５のイオン軌道のイオンの角度分布のプロットである。
【図７】一対のインシュレータとワークとの間の垂直間隔（vertical spacing）を制御するシステムのブロック図である。
【図８】図７に関連して、異なる垂直間隔におけるイオン軌道を説明する断面図である。
【図９】一対のインシュレータ間の水平間隔（horizontal spacing）を制御するシステムのブロック図である。
【図１０】図９に関連して、異なる水平間隔におけるイオン軌道を説明する断面図である。
【図１１】一対のインシュレーティング・シート（insulating sheet）を、ワークに対して移動させる走査システムを備えたプラズマ処理装置のブロック図である。
【図１２】図１１のインシュレーティング・シートと、円盤形状を有するワークとの相対移動を示す、インシュレーティング・シートの平面図である。
【図１３】図１１に関連して、複数のインシュレータを備える走査システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２は、本開示の一実施形態に関連して、インシュレーティング調整部（insulating modifier）２０８を備えるプラズマ処理装置２００のブロック図の一例を示す。インシュレーティング調整部２０８は、プラズマシース２４２内部の電場を調整して、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御するよう構成される。これにより、プラズマ１４０からプラズマシース２４２の向こう側へと引き付けられたイオン１０２は、幅広い入射角でワーク１３８に衝突することができる。
【００１２】
プラズマ処理装置２００は、本明細書では、プラズマ・ドーピング装置として説明されてもよい。しかしながら、プラズマ処理装置２００は、これらに限られるものではないが、エッチングシステムおよび蒸着システムを備えてもよい。プラズマ・ドーピング装置は、処理されたワーク上で、多くの異なる材料変形プロセス（material modification process）をさらに実施してよい。このようなプロセスの１つとして、半導体基板などのワークへの目的とするドーパントのドープを例示することができる。
【００１３】
プラズマ処理装置２００は、プロセスチャンバ２０２と、プラテン１３４と、プラズマ源（source）２０６と、インシュレーティング調整部２０８とを備えてよい。プラテン１３４は、プロセスチャンバ２０２の内部に配され、ワーク１３８を支持する。ワークは、これらに限定されるものではないが、半導体ウエハ、プラットパネル、ソーラーパネルまたは高分子基板を含んでもよい。一実施形態において、半導体ウエハは、直径３００ｍｍの円盤形状を有してよい。プラズマ源２０６は、当技術分野で周知のように、プロセスチャンバ２０２の内部にプラズマ１４０を発生させるように構成される。図２の一実施形態において、インシュレーティング調整部２０８は、一対のインシュレータ（インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４）を有する。一対のインシュレータは、その間に水平間隔（図中、Ｇとして示す。）を有する間隙を形成する。他の実施形態において、インシュレーティング調整部は、単一のインシュレータを有してもよい。一対のインシュレータ２１２および２１４は一対のシートであってもよく、当該シートは薄い平面形状を有してよい。他の実施形態において、一対のインシュレータ２１２および２１４は、管型形状、Ｖ字型状などの他の形状を有してもよく、および／または、上記の間隙に隣接する端部が傾斜していてもよい。
【００１４】
一実施形態において、一対のインシュレータ２１２および２１４によって形成される間隙の水平間隔は、約６．０ｍｍであってよい。一対のインシュレータ２１２および２１４は、ワーク１３８の前面によって形成される面１５１の上方に、垂直間隔（図中、Ｚとして示す。）をあけて配される。一実施形態において、垂直間隔（Ｚ）は、約３．０ｍｍであってよい。
【００１５】
運転中、ガス源２８８は、プロセスチャンバ２０２にイオン化ガスを供給する。イオン化ガスとしては、これらに限定されるものではないが、ＢＦ３、ＢＩ３、Ｎ２、Ａｒ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、Ｂ２Ｈ６、Ｈ２、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４、ＣＨ４、ＣＦ４、ＡｓＦ５、ＰＦ３およびＰＦ５を例示することができる。プラズマ源２０６は、プロセスチャンバ２０２に供給されたガスを励起およびイオン化することで、プラズマ１４０を発生させる。イオンは、様々なメカニズムによって、プラズマ１４０から、プラズマシース２４２を越えて引き付けられる。図２に示される実施形態において、バイアス源（bias source）２９０は、ワーク１３８にバイアスを印加して、プラズマシース２４２を越えて、プラズマ１４０からイオン１０２を引き付ける。バイアス源２９０は、直流電圧バイアス信号を供給するＤＣ電源であってもよく、高周波バイアス信号を供給するＲＦ電源であってもよい。
【００１６】
有利なことに、インシュレーティング調整部２０８により、プラズマシース２４２内の電場が調整される。プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状が制御される。図２に示される実施形態において、インシュレーティング調整部２０８は、一対のインシュレータ２１２および２１４を有する。インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４は、石英（quartz）、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス、窒化シリコンなどを用いて製造されてよい。プラズマ１４０とプラズマシース２４２ｔの間の境界２４１は、面１５１に対して凸となる形状を有してよい。バイアス源２９０がワーク１３８にバイアスを印加すると、イオン１０２は、プラズマシース２４２を越え、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の間隙を通過して、幅広い入射角で引き付けられる。例えば、軌道経路２７１をたどるイオンは、面１５１に対して＋θ°の角度で、ワーク１３８に衝突するであろう。軌道経路２７０をたどるイオンは、上記と同じ面１５１に対してほぼ０°の角度で、ワーク１３８に衝突するであろう。軌道経路２６９をたどるイオンは、面１５１に対して−θ°の角度で、ワーク１３８に衝突するであろう。このように、入射角の範囲は、約０°を中心として＋θ°と−θ°との間であってよい。加えて、イオンの軌道経路は、例えば経路２６９および経路２７１のように、お互いに交差してもよい。入射角の範囲は、多くの要因（これらに限定されるものではないが、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平間隔（Ｇ）、インシュレータ２１２および２１４の面１５１からの垂直間隔（Ｚ）、インシュレータ２１２および２１４の誘電率（dielectric constant）、ならびに、その他のプラズマ処理のパラメータ）に応じて、約０°を中心として＋６０°と−６０°との間であってよい。これにより、ワーク１３８上の小さな３次元構造物が、イオン１０２によって均一に処理されることができる。例えば、トレンチ２４４の側壁２４７（説明を簡単にする目的で、図中、その大きさは誇張されている。）は、図１の側壁１４７と比較して、イオン１０２によって、より均一に処理されることができる。
【００１７】
図３は、プラズマ・ドーピング装置３００の一実施形態に係るブロック図の一例を示す。図２の装置と同様に、プラズマ・ドーピング装置３００は、一対のインシュレータ（インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４）を備えて、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との間の境界２４１の形状を制御する。
【００１８】
プラズマ・ドーピング装置３００は、プロセスチャンバ２０２を備える。プロセスチャンバ２０２は、密閉容積（enclosed volume）３０３を形成する。ガス源３０４は、マスフローコントローラ３０６を介して、プロセスチャンバ２０２の密閉容積３０３に、一次ドーパントガス（primary dopant gas）を供給する。プロセスチャンバ２０２の内部には、ガス源３０４からのガスの流れを偏向させるガスバッフル３７０が配されてよい。圧力計３０８は、プロセスチャンバ２０２の内部の圧力を測定する。真空ポンプ３１２は、排気口３１０を介して、プロセスチャンバ２０２から排気ガスを排出する。排気バルブ３１４は、排気口３１０を通過する排気ガスのコンダクタンス（exhaust conductance）を制御する。
【００１９】
プラズマ・ドーピング装置３００は、ガス圧コントローラ３１６をさらに備えてよい。ガス圧コントローラ３１６は、マスフローコントローラ３０６、圧力計３０８および排気バルブ３１４に電気的に結合されてよい。ガス圧コントローラ３１６は、圧力計３０８に応答するフィードバック・ループにおいて、排気バルブ３１４を用いて排気ガスのコンダクタンスを制御する、または、マスフローコントローラ３０６を用いてプロセスガスの流量を制御することで、プロセスチャンバ２０２中の圧力を目標値に維持するように構成されてよい。
【００２０】
プロセスチャンバ２０２は、上部チャンバ（chamber top）３１８を有してよい。上部チャンバ３１８は、誘電材料で形成された第１部分３２０を有してよい。第１部分３２０は、通常、水平方向に延伸している。上部チャンバ３１８は、誘電材料で形成された第２部分３２２を有してよい。第２部分３２２は、第１部分３２０から高さ方向（通常は、垂直方向である。）に延伸している。上部チャンバ３１８は、導電性および熱伝導性を有する材料で形成された蓋３２４をさらに有する。蓋３２４は、第２部分３２２と交差するように、水平方向に延伸する。
【００２１】
プラズマ・ドーピング装置は、プラズマ源３０１をさらに備えてよい。プラズマ源３０１は、プロセスチャンバ２０２の内部にプラズマ１４０を発生させるように構成されてよい。プラズマ源３０１は、高周波電源（RF source）３５０を有して、プラズマ１４０を発生させてよい。高周波電源３５０は、例えば、平面アンテナ（planar antenna）３２６および螺旋アンテナ（helical antenna）３４６の一方または両方にＲＦ電力を供給する電源であってよい。高周波電源３５０は、インピーダンス整合回路網３５２によって、アンテナ３２６およびアンテナ３４６に結合されてよい。インピーダンス整合回路網３５２は、高周波電源３５０からＲＦアンテナ３２６および３４６に移送される電力を有効に利用する目的で、高周波電源３５０の出力インピーダンスを、ＲＦアンテナ３２６および３４６のインピーダンスと整合させる。
【００２２】
プラズマ・ドーピング装置は、プラテン１３４と電気的に結合されたバイアス電力供給装置（bias power supply）３９０を備えてもよい。プラズマ・ドーピング装置は、コントローラ３５６およびユーザインタフェース・システム３５８をさらに備えてよい。コントローラ３５６は、汎用コンピュータまたは汎用コンピュータのネットワークであってもよく、それらを含んでもよい。汎用コンピュータまたは汎用コンピュータのネットワークは、目的とする入出力機能を実現させるべくプログラミングされていてよい。コントローラ３５６は、通信装置、データ記憶装置およびソフトウエアを含んでよい。ユーザインタフェース・システム３５８は、タッチスクリーン、キーボード、ポインティング・デバイス、ディスプレイ、プリンタなどのデバイスを含んでよい。これにより、ユーザは、コマンドおよびデータの少なくとも一方を入力することができる、および／または、コントローラ３５６を介してプラズマ・ドーピング装置を監視することができる。プラテン１３４の周囲には、シールドリング（shield ring）３９４が配されてよい。これにより、ワーク１３８の端部の近傍における注入イオンの分布の均一性を向上させることができる。イオンビーム電流を感知する１以上のファラデーセンサー（例えば、ファラデーカップ３９９）が、シールドリング３９４の中に配されてもよい。
【００２３】
運転中、ガス源３０４は、ワーク１３８に注入するための特定の（desired）ドーパントを含む一次ドーパントガスを供給する。プラズマ源３０１は、プロセスチャンバ２０２の内部にプラズマ１４０を発生させるように構成される。プラズマ源３０１は、コントローラ３５６によって制御されてよい。プラズマ１４０を発生させるために、高周波電源３５０は、ＲＦアンテナ３２６およびＲＦアンテナ３４６の少なくとも一方においてＲＦ電流を共振させて、振動磁界（oscillating magnetic field）を生成する。振動磁界は、プロセスチャンバ２０２中にＲＦ電流を誘導する。プロセスチャンバ２０２中のＲＦ電流は、一次ドーパントガスを励起およびイオン化して、プラズマ１４０を発生させる。
【００２４】
バイアス電力供給装置３９０は、パルス状のプラテン信号を供給する。プラテン信号は、プラテン１３４に（および、結果としてワーク１３８にも）バイアスを印加するための信号であってよく、オンおよびオフのパルス周期（pulse ON and OFF period）を有する。これにより、プラズマシース２４２を越えてプラズマ１４０からワーク１３８に向かうイオンを加速する。イオン１０２は、正電荷を有してよい。この場合、パルス状のプラテン信号のパルスがＯＮである期間（pulse ON period）は、プロセスチャンバ２０２に対して負電圧であってよい。これにより、正電荷を有するイオン１０２を引き付けることができる。パルス状のプラテン信号の周波数および／またはパルスのデューティーサイクルは、目的とするドーズ量レート（dose rate）を提供するように選択されてよい。パルス状のプラテン信号の振幅（amplitude）は、目的とするエネルギーを提供するように選択されてよい。
【００２５】
図２に関連して既に説明したように、有利なことに、一対のインシュレータ２１２および２１４は、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との境界２４１の形状を制御する。そのため、イオン１０２が、プラズマシース２４２を越えて、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の間隙を通過して、幅広い入射角で引き付けられ、ワーク１３８をドーピングする。
【００２６】
図４は、一対のインシュレータ２１２および２１４ならびにワーク１３８の部分断面図の一例を示す。図４は、インシュレータ２１２および２１４によって形成される間隙の近傍におけるプラズマシース２４２中の電気力線（electric field line）を示す。−２，０００ボルトのバイアスが印加されたワーク１３８と、ガラス製のインシュレータ２１２および２１４とを用いたコンピュータシミュレーションにより、電気力線と、プラズマとプラズマシース２４２との間に生じたアーチ形状の境界２４１とが得られた。図示されているように、間隙近傍のアーチ形状の境界２４１は、面１５１に対して凸となる形状を有してもよい。
【００２７】
図５は、図４に関連して、プラズマシース２４２を越えて、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の間隙を通過して加速されたイオンの軌道のシミュレーション結果を示す断面図の一例を示す。プラズマ・ドーピング装置の一実施形態において、境界２４１の形状およびプラズマシース２４２中の電気力線に起因して、間隙の幅（gap spacing）の中心領域において、イオンがワーク１３８に注入されてよい。例えば、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平間隔の全体（図中、Ｇ１として示す。）のうち、水平間隔の中心部分（図中、Ｇ３として示す。）の近傍において、ワーク１３８にイオンが衝突する。本実施形態において、インシュレータ２１２および２１４に隣接する、水平間隔のうちの周辺部分（図中、Ｇ２およびＧ４として示す。）の近傍において、ワーク１３８にはイオンが衝突しない。
【００２８】
図６は、図５において説明されたイオン軌道に関連して、ワーク１３８に衝突するイオンの入射角分布のプロット６０２の一例を示す。図示されているように、プロット６０２から、入射角は、約０°を中心として、約＋６０°から約−６０°という広い範囲にわたって変化することがわかる。このように広い範囲にわたって入射角を変化させることができるので、３次元構造物の等方的なドーピングが可能になる。例えば、このように広範囲の入射角を有する（複数の）イオンを用いることで、トレンチ構造の側壁を、より均一にドーピングすることができる。
【００２９】
図７は、本開示に係る別の実施形態のブロック図の一例を示す。本実施形態においては、インシュレーティング調整部と、ワーク１３８の前面によって形成される面１５１との間の垂直間隔（Ｚ）が調整されてよい。インシュレーティング調整部は、他の実施形態において説明されたような一対のインシュレータ（インシュレータ２１２およびインシュレータ２１４）であってよい。アクチュエータ７０２は、一対のインシュレータ２１２および２１４と機械的に結合されて、面１５１に対して垂直な方向（図中、矢印７２０および矢印７２２として示す。）に、インシュレータを移動させる。一対のインシュレータ２１２および２１４の面１５１に対するＺ位、ならびに、お互いの相対的なＺ位置は、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状およびワーク１３８に衝突するイオンの軌跡に影響を与える。アクチュエータ７０２は、コントローラ３５６のようなコントローラによって制御されてよい。
【００３０】
図８は、図７に関連して、他の全てのパラメータが同一であり、面１５１に対する一対のインシュレータ２１２および２１４のＺ位置が異なる場合におけるイオン軌道を説明する断面図の一例を示す。Ｚ間隙位置（Z gap position）８２０が比較的に低い第１の場合において、インシュレータ２１２および２１４は、面１５１の上方の第１の距離（図中、Ｚ１として示す。）に配される。Ｚ間隙位置８４０が比較的に高い場合において、インシュレータ２１２および２１４は、面１５１の上方の第２の距離（図中、Ｚ２として示す。）に配される。ここで、Ｚ２＞Ｚ１である。第１の位置８２０において、プラズマとプラズマシースとの間の境界８４１は、面１５１に対して凸となる形状を有する。境界８４１は、また、アーチ形状の頂上部分のインシュレータ２１２の上面から上方の距離が距離Ｚａとなるような円の円周の一部にほぼ等しい形状を有する。一方、第２の位置８４０において、境界８４３は、アーチ形状の頂上部分のインシュレータ２１２の上面から上方の距離が、比較的短い距離Ｚｂであり、よりシャロー（shallow）な形状を有する。なお、Ｚｂ＜Ｚａであってよい。境界８４１および境界８４３は、Ｚ間隙距離（Z gap distance）Ｚ１およびＺ２ならびにプラズマシース中の電気力線と相まって、ワーク１３８に衝突するイオンの角度の広がりに影響を与える。例えば、比較的小さなＺ間隙位置８２０の場合には、Ｚ間隙位置が比較的大きな場合と比べて、ワーク１３８に衝突するイオンの角度の広がりが大きい。加えて、比較的小さなＺ間隙位置８２０の場合において、ワーク１３８上にイオンが衝突する水平間隔（図中、Ｇ５として示す。）は、Ｚ間隙位置が比較的大きな場合の水平間隔（図中、Ｇ６として示す。）と比較して、より広くなる。ここで、Ｇ６＜Ｇ５となる。図８には図示されていないが、インシュレータ２１２および２１４のっそれぞれのＺ間隙位置もまた、相互に異なってよい。これにより、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状にさらなる影響を与え、その結果、イオンの角度の広がりに影響を与える。
【００３１】
図９は、本開示に係る別の実施形態ブロック図の一例を示す。本実施形態においては、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平間隔（図中、Ｇとして示す。）が調整されてよい。水平間隔の調整は、図８および図９に関連して既に説明された垂直間隔の調整に代えて、または、それらに加えて、実行される。アクチュエータ９０２は、一対のインシュレータ２１２および２１４の少なくとも一方と機械的に結合され、お互いに対して矢印９０６に示される方向に、インシュレータを移動させる。アクチュエータ９０２は、コントローラ３５６のようなコントローラによって制御されてよい。
【００３２】
図１０は、図９に関連して、他の全てのパラメータが同一であり、インシュレータ２１２とインシュレータ２１４との間の水平方向の間隙の幅が異なる場合におけるイオン軌道を説明する断面図の一例を示す。水平間隙位置（horizontal gap position）１０２０が比較的に短い第１の場合において、インシュレータ２１２および２１４は、お互いから第１の水平距離（図中、Ｇａとして示す。）離れた位置に配される。水平間隙位置１０４０が比較的に長い場合において、インシュレータ２１２および２１４は、お互いから第２の水平距離（図中、Ｇｂとして示す。）離れた位置に配される。ここで、Ｇｂ＞Ｇａである。第１の位置１０２０において、プラズマとプラズマシースとの境界１０４１は、面１５１に対して凸となる形状をする。境界１０４１は、また、円の円周の一部にほぼ等しい形状を有してもよい。一方、第２の位置１０４０において、境界１０４３は、面１５１に対して凸となる形状をする。この場合において、境界１０４３の中心部分は、面１５１とほぼ平行になる。その結果、面１５１に対してほぼ０°の入射角を有するイオンが衝突する、ワーク１３８中央の対応する部分がより大きくなる。
【００３３】
図１１は、走査システム１１０２を備えて、インシュレーティング調整部２０８をワーク１３８に対して移動させるプラズマ処理装置１１００のブロック図の一例を示す。図１１の実施形態において、インシュレーティング調整部２０８は、一対の四角形（square）のインシュレーティング・シート（インシュレーティング・シート１１１２および１１１４）を有する。なお、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４は、図１２に最もよく示されている。走査システム１１０２は、アクチュエータ１１０４を備えてよい。アクチュエータ１１０４は、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４と機械的に結合されて、それらを移動させる。アクチュエータ１１０４は、コントローラ３５６のようなコントローラによって制御されてよい。
【００３４】
図１２は、四角形のインシュレーティング・シート１１１２および１１１４、ならびに、円盤形状のワーク１３８の平面図の一例を示す。図１２を用いて、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４と、円盤形状のワーク１３８との相対移動の一例について説明する。図１２に記載の実施形態において、走査システム１１０２は、ワーク１３８の全ての部分が一対の四角形のインシュレーティング・シート１１１２および１１１４によって形成される間隙にさらされるように、四角形のインシュレーティング・シート１１１２および１１１４を、位置Ａから位置Ｂ、位置Ｃなどの位置に移動させてよい。図１２に示されるように、デカルト座標系が定義された場合、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４は、図１２のＸ方向に移動させられる。他の実施形態において、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４、または、様々なインシュレーティング・シートの他の組み合わせが、Ｙ方向に、または、Ｘ方向とＹ方向との間の任意の方向に移動させられてもよい。加えて、走査システム１１０２が、インシュレーティング・シート１１１２および１１１４を特定の方向に移動させているときに、ワーク１３８が回転させられてもよい。ワーク１３８は、走査システム１１０２がインシュレーティング・シートを特定の方向に移動させた後で、予め定められた回転角度だけ回転させられてもよい。一実施形態において、ワークは、矢印１１２４によって図示されているように、ワークの中心軸の周りに回転させられてもよい。
【００３５】
図１３は、図１１と同様の走査システム１１０２の一例を示す。図１１の場合と比較して、図１３の走査システム１１０２は、複数のインシュレータ（インシュレータ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、…１３０２−（ｎ−１）および１３０２−ｎ）を有する。複数のインシュレータは、それらの間の複数の間隙（間隙１３０３−１、１３０３−２、１３０２−３、…１３０３−ｎ）を形成する。走査システムは、複数の間隙１３０３−１、１３０３−２、１３０２−３、…１３０３−ｎが、ワーク１３８の上を通過するように、複数のインシュレータ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、…１３０２−（ｎ−１）および１３０２−ｎを、ワーク１３８に対して移動させてよい。
【００３６】
以上のように、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を制御するインシュレーティング調整部が提供される。これにより、プラズマシースを越えてプラズマから引き付けられる粒子を、関連するワークに対して様々な入射角で衝突させることができ、その入射角は広い範囲にわたる。一例において、入射角θの範囲は、約０°を中心として約＋６０°と約−６０°との間であってよい。プラズマ・ドーピングに応用することで、ワーク上の微小な３次元構造物に対して、より均一にドープすることができるようになる。例えば、トレンチ２４４の側壁２４７（図２を参照。）は、入射角がはるかに小さな従来のプラズマ・ドーピング装置を用いた場合と比較して、より均一にドープされる。
【００３７】
本開示は、限定されない本明細書に記載された特定の実施形態の範囲に限定されるものではない。実際、当業者にとって、本明細書に記載された実施形態に加えて、上述の詳細な説明および添付の図面に基づいて、本開示の他の様々な実施形態および本開示に対する修正を実施できることは明らかであろう。したがって、そのような他の実施形態および修正は、本開示の範囲に含まれる。さらに、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実施形態について説明されている。当業者は、その有用性は、当該特定の実施形態に限定されないこと、また、本開示は、様々な目的のために、様々な環境において、有利に実施されうることを理解することができるであろう。したがって、以下の特許請求の範囲の記載は、詳細な説明において説明された本開示の全容および精神を考慮して理解されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの内部に配され、処理対象物を支持するプラテンと、
前記処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、前記プロセスチャンバの内部に発生させるように構成されたプラズマ源と、
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状の一部が前記プラズマに対向する前記処理対象物の前面によって形成される面と平行にならないように、前記境界の形状を制御するように構成されたインシュレーティング調整部と、
を備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記インシュレーティング調整部は、その間の間隙を形成する一対のインシュレータを有し、
前記間隙の近傍における前記境界の前記形状は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記一対のインシュレータは、一対のインシュレーティング・シートを含む、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記一対のインシュレータの少なくとも一方と機械的に結合され、前記間隙の水平間隔を調整するアクチュエータをさらに備える、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記一対のインシュレータの少なくとも一方と機械的に結合され、前記一対のインシュレータと、前記プラズマに対向する前記処理対象物の前記前面によって形成される前記面との間の垂直方向の間隔を調整するアクチュエータをさらに備える、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記一対のインシュレータは、石英製である、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記一対のインシュレータを前記処理対象物に対して移動させえるように構成された走査システムをさらに備える、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記インシュレーティング調整部は、それらの間の複数の間隙を形成する複数のインシュレータを有し、
前記複数の間隙のそれぞれの近傍における前記境界の前記形状は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記処理対象物をドーピングするために、前記処理対象物にバイアスを印加して、前記プラズマから、前記プラズマシースを越えて前記処理対象物に向かってイオンを引き付けるように構成されたバイアス源をさらに備え、
前記イオンの前記面に対する入射角の範囲は、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の前記形状によって影響を受ける、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記プラズマから前記プラズマシースを越えて引き付けられる前記イオンが互いに交差するイオン軌道を有するように、前記境界の前記形状が、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
入射角の前記範囲は、約０°を中心として、約＋６０°から約−６０°の間である、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
プロセスチャンバの内部に処理対象物を配置する段階と、
前記処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、前記プロセスチャンバの内部に発生させる段階と、
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状の一部が前記プラズマに対向する前記処理対象物の前面によって形成される面と平行にならないように、前記境界の形状を調整する段階と、
を有する、方法。
【請求項１３】
前記調整する段階は、一対のインシュレータによって形成される間隙を形成する段階を含み、
前記間隙の近傍における前記境界の前記形状は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記間隙の水平間隔を調整する段階をさらに有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一対のインシュレータと、前記プラズマに対向する前記処理対象物の前記前面によって形成される前記面との間の垂直方向の間隔を調整する段階をさらに有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
インシュレーティング調整部に対して前記処理対象物を回転させる段階をさらに有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の前記形状の一部は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記処理対象物をドーピングするために、前記処理対象物にバイアスを印加して、前記プラズマから、前記プラズマシースを越えて前記処理対象物に向かってイオンを引き付ける段階をさらに有し、
前記イオンの前記面に対する入射角の範囲は、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の前記形状によって影響をうける、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
入射角の前記範囲は、約０°を中心として、約＋６０°から約−６０°の間である、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プラズマから前記プラズマシースを越えて引き付けられる前記イオンが互いに交差するイオン軌道を有するように、前記境界の前記形状が、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの内部に配され、処理対象物を支持するプラテンと、
前記処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、前記プロセスチャンバの内部に発生させるように構成されたプラズマ源と、
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状の一部が前記プラズマに対向する前記処理対象物の前面によって形成される面と平行にならないように、前記境界の形状を制御するように構成されたインシュレーティング調整部と、
を備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記インシュレーティング調整部は、その間の間隙を形成する一対のインシュレータを有し、
前記間隙の近傍における前記境界の前記形状は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記一対のインシュレータは、一対のインシュレーティング・シートを含む、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記一対のインシュレータの少なくとも一方と機械的に結合され、前記間隙の水平間隔を調整するアクチュエータをさらに備える、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記一対のインシュレータの少なくとも一方と機械的に結合され、前記一対のインシュレータと、前記プラズマに対向する前記処理対象物の前記前面によって形成される前記面との間の垂直方向の間隔を調整するアクチュエータをさらに備える、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記一対のインシュレータは、石英製である、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記一対のインシュレータを前記処理対象物に対して移動させえるように構成された走査システムをさらに備える、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記インシュレーティング調整部は、それらの間の複数の間隙を形成する複数のインシュレータを有し、
前記複数の間隙のそれぞれの近傍における前記境界の前記形状は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記処理対象物をドーピングするために、前記処理対象物にバイアスを印加して、前記プラズマから、前記プラズマシースを越えて前記処理対象物に向かってイオンを引き付けるように構成されたバイアス源をさらに備え、
前記イオンの前記面に対する入射角の範囲は、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の前記形状によって影響を受ける、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記プラズマから前記プラズマシースを越えて引き付けられる前記イオンが互いに交差するイオン軌道を有するように、前記境界の前記形状が、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
入射角の前記範囲は、約０°を中心として、約＋６０°から約−６０°の間である、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
プロセスチャンバの内部に処理対象物を配置する段階と、
前記処理対象物の前面に隣接するプラズマシースを有するプラズマを、前記プロセスチャンバの内部に発生させる段階と、
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状の一部が前記プラズマに対向する前記処理対象物の前面によって形成される面と平行にならないように、前記境界の形状を調整する段階と、
を有する、方法。
【請求項１３】
前記調整する段階は、一対のインシュレータによって形成される間隙を形成する段階を含み、
前記間隙の近傍における前記境界の前記形状は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記間隙の水平間隔を調整する段階をさらに有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一対のインシュレータと、前記プラズマに対向する前記処理対象物の前記前面によって形成される前記面との間の垂直方向の間隔を調整する段階をさらに有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
インシュレーティング調整部に対して前記処理対象物を回転させる段階をさらに有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の前記形状の一部は、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記処理対象物をドーピングするために、前記処理対象物にバイアスを印加して、前記プラズマから、前記プラズマシースを越えて前記処理対象物に向かってイオンを引き付ける段階をさらに有し、
前記イオンの前記面に対する入射角の範囲は、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の前記形状によって影響をうける、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
入射角の前記範囲は、約０°を中心として、約＋６０°から約−６０°の間である、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プラズマから前記プラズマシースを越えて引き付けられる前記イオンが互いに交差するイオン軌道を有するように、前記境界の前記形状が、前記面に対して凸となる形状を有する、
請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１２−５２３１２０（Ｐ２０１２−５２３１２０Ａ）
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０３６８８（Ｐ２０１２−５０３６８８）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２９５５９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１４９６１
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（５００３２４７５０）バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド (88)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２９５５９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１４９６１
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（５００３２４７５０）バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド (88)
【Ｆターム（参考）】
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