(57)【要約】  プラズマ源（１００）は処理ガスを容れるチャンバ（１０２）を含む。チャンバは、電磁放射を通過させる誘電体窓（１２０、１２２）を含む。ＲＦ電源（１３０）はＲＦ信号を生成する。低減された有効アンテナ電圧を持つ少なくとも一つのＲＦアンテナ（１２６、１２８）がＲＦ電源（１３０）に接続される。少なくとも一つのＲＦアンテナ（１２６、１２８）は誘電体窓（１２０、１２２）に近接して配され、これによりＲＦ信号がチャンバ内に電磁結合して処理ガスを励起およびイオン化してチャンバ内にプラズマを形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）電磁放射を通過させる誘電体窓を含み、処理ガスを容れるチャンバと、
ｂ）出力にＲＦ信号を生成するＲＦ電源と、
ｃ）前記ＲＦ電源の前記出力に電気接続される入力と有効ＲＦアンテナ電圧を低減するインピーダンスで終端される出力とを有する少なくとも一つのＲＦアンテナと、を含み、
前記少なくとも一つのＲＦアンテナが前記誘電体窓に近接して配されることで前記ＲＦ信号が前記チャンバ内に電磁結合されて前記処理ガスが励起およびイオン化され、前記チャンバ内にプラズマが形成される、プラズマ源。
【請求項２】
前記有効ＲＦアンテナ電圧を低減する前記インピーダンスは容量性リアクタンスを含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記容量性リアクタンスは、可変キャパシタンスを有するコンデンサを含む、請求項２に記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナは、平面コイルＲＦアンテナおよび螺旋コイルＲＦアンテナのいずれかを含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナは、平面コイルＲＦアンテナおよび螺旋コイルＲＦアンテナの両方を含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記平面コイルＲＦアンテナと前記螺旋コイルＲＦアンテナとは電気接続されている、請求項５に記載のプラズマ源。
【請求項７】
前記平面コイルＲＦアンテナと前記螺旋コイルＲＦアンテナとは電磁結合されている、請求項５に記載のプラズマ源。
【請求項８】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナと前記誘電体窓との間に配されることで、前記有効ＲＦアンテナ電圧をさらに低減する容量性分圧器を形成する誘電材料をさらに含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項９】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナの少なくとも一部を囲繞するファラデーシールドをさらに含む、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１０】
前記ファラデーシールドは、前記少なくとも一つのＲＦアンテナ上の誘電材料の上に堆積された導電層を含む、請求項９に記載のプラズマ源。
【請求項１１】
ファラデーシールドはプラズマ点火中に電気的に浮遊しており、プラズマ点火後に接地電位に結合される、請求項１に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
ａ）電磁放射を通過させる誘電体窓を含み、処理ガスを容れるチャンバと、
ｂ）出力にＲＦ信号を生成するＲＦ電源と、
ｃ）前記ＲＦ電源の前記出力に電気接続される入力を有し、前記誘電体窓に近接して配されることで前記ＲＦ信号が前記チャンバ内に電磁結合されて前記処理ガスが励起およびイオン化され、前記チャンバ内にプラズマが形成される、少なくとも一つのＲＦアンテナと、
ｄ）前記少なくとも一つのＲＦアンテナと前記誘電体窓との間に配されることで、有効ＲＦアンテナ電圧を低減する容量性分圧器を形成する誘電材料と、を含むプラズマ源。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナは、平面コイルＲＦアンテナおよび螺旋コイルＲＦアンテナのいずれかを含む、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナは、平面コイルＲＦアンテナおよび螺旋コイルＲＦアンテナの両方を含む、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
前記平面コイルＲＦアンテナと前記螺旋コイルＲＦアンテナとは電気接続されている、請求項１４に記載のプラズマ源。
【請求項１６】
前記平面コイルＲＦアンテナと前記螺旋コイルＲＦアンテナとは電磁結合されている、請求項１４に記載のプラズマ源。
【請求項１７】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナと前記誘電体窓との間に配された前記誘電材料は、前記少なくとも一つのＲＦアンテナの外表面に堆積されたポッティング材料（potting material）を含む、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項１８】
前記ポッティング材料は熱伝導性エラストマを含む、請求項１７に記載のプラズマ源。
【請求項１９】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナの出力は、前記有効ＲＦアンテナ電圧をさらに低減するインピーダンスで終端される、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項２０】
前記有効ＲＦアンテナ電圧をさらに低減する前記インピーダンスは、容量性リアクタンスを含む、請求項１９に記載のプラズマ源。
【請求項２１】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナの少なくとも一部と前記誘電体窓との間に配されたファラデーシールドをさらに含む、請求項１２に記載のプラズマ源。
【請求項２２】
前記ファラデーシールドは、前記容量性分圧器を形成する前記誘電材料の上に堆積された導電層を含み、前記導電層は、前記ＲＦ信号を送信する少なくとも一つの間隙を画定する、請求項２１に記載のプラズマ源。
【請求項２３】
前記ファラデーシールドはプラズマ点火中に電気的に浮遊しており、プラズマ点火後に接地電位に結合される、請求項２１に記載のプラズマ源。
【請求項２４】
ａ）電磁放射を通過させる誘電体窓を含み、処理ガスを容れるチャンバと、
ｂ）出力にＲＦ信号を生成するＲＦ電源と、
ｃ）前記ＲＦ電源の前記出力に電気接続される入力を有し、前記誘電体窓に近接して配されることで前記ＲＦ信号が前記チャンバ内に電磁結合されて前記処理ガスが励起およびイオン化され、前記チャンバ内にプラズマが形成される、少なくとも一つのＲＦアンテナと、
ｄ）前記ＲＦアンテナの少なくとも一部と前記誘電体窓との間に配され、有効ＲＦアンテナ電圧を低減するファラデーシールドと、を含むプラズマ源。
【請求項２５】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナは、平面コイルＲＦアンテナおよび螺旋ＲＦアンテナのいずれかを含む、請求項２４に記載のプラズマ源。
【請求項２６】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナは、平面コイルＲＦアンテナおよび螺旋コイルＲＦアンテナの両方を含む、請求項２４に記載のプラズマ源。
【請求項２７】
前記平面コイルＲＦアンテナと前記螺旋コイルＲＦアンテナとは電気接続されている、請求項２６に記載のプラズマ源。
【請求項２８】
前記平面コイルＲＦアンテナと前記螺旋コイルＲＦアンテナとは電磁結合されている、請求項２６に記載のプラズマ源。
【請求項２９】
前記ファラデーシールドは、前記ＲＦ信号を送信する少なくとも一つの間隙を画定する導電層を含む、請求項２４に記載のプラズマ源。
【請求項３０】
前記ファラデーシールドはプラズマ点火中に電気的に浮遊しており、プラズマ点火後に接地電位に結合される、請求項２４に記載のプラズマ源。
【請求項３１】
前記少なくとも一つのＲＦアンテナと前記ファラデーシールドとの間に配されることで、前記有効ＲＦアンテナ電圧を低減する容量性分圧器を形成する誘電材料をさらに含む、請求項２４に記載のプラズマ源。
【請求項３２】
ａ）チャンバ内に処理ガスを容れることと、
ｂ）ＲＦ信号を生成することと、
ｃ）少なくとも一つのＲＦアンテナの有効アンテナ電圧を低減することと、
ｄ）前記低減された有効アンテナ電圧を持つ前記少なくとも一つのＲＦアンテナを介して前記ＲＦ信号を伝播させることと、
ｅ）前記少なくとも一つのＲＦアンテナからの前記ＲＦ信号を、誘電体窓を介して結合することで前記処理ガスを励起およびイオン化して、前記チャンバ内にプラズマを形成することと、を含むプラズマ生成方法。
【請求項３３】
前記有効アンテナ電圧を低減することは、前記ＲＦ信号を、容量性分圧器を介して結合することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記有効アンテナ電圧を低減することは、前記ＲＦ信号を前記誘電体窓から部分的に遮蔽することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記有効アンテナ電圧を低減することは、前記ＲＦアンテナを容量性リアクタンスで終端することを含む、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
ここで使用する表題は構成目的であり、本願に記載された主題を限定するものとして理解されるべきではない。
【０００２】
本願は、「高周波（ＲＦ）駆動プラズマ浸漬注入装置における有効アンテナ電圧を下げるシステムおよび方法」というタイトルの２００６年１月２４日に出願した米国仮特許出願番号第６０／７６１，５１８号の優先権を主張する。この全体を本願に参照として組み込む。
【背景技術】
【０００３】
従来のビームラインイオン注入装置は電界でイオンを加速する。加速されたイオンはその質量対電荷比に応じてフィルタにかけられ、注入にふさわしいイオンが選択される。現代の電子・光学デバイスのドーピング要件を満たすプラズマドーピングシステムが近年開発されてきている。プラズマドーピングはＰＬＡＤあるいはプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）と称されることがある。これらプラズマドーピングシステムは、プラズマを含むドーパントイオンに対象物を浸漬し、対象物に一連の負の電圧パルスでバイアスをかける。プラズマシース内の電界は対象物へ向かうイオンを加速して、対象表面にイオンを注入する。
【０００４】
ここで記載するプラズマ源は誘導結合されたプラズマ源である。誘電結合されたプラズマ源は、電磁誘導が生成する電流を持つプラズマを生成する。時変電流は平面コイルおよび／または円筒コイルを通過して時変磁界を生成し、時変磁界は電流を処理ガスへ誘導し、これにより処理ガスが破壊されてプラズマが生成される。平面コイルおよび／または円筒コイルはプラズマチャンバ外に配置されており、故にプラズマ源が電極汚染を受けないので、誘導結合されたプラズマ源はプラズマドーピングにおける利用に非常に適している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明の側面は、以下の記載を添付図面と共に参照することでよりよく理解されよう。添付図面全般において、同様の部材およびフィーチャには同様の参照番号を付す。図面は必ずしも原寸に比例していない。当業者であれば、以下の図面が単に例示目的であることを理解しよう。図面は本教示の範囲を制限することを意図していない。
【０００６】
【図１】本発明によるプラズマドーピング装置のＲＦプラズマ源の一実施形態を示す。
【０００７】
【図２】誘電体窓をスパッタリングすることで生じるプラズマ内のイオンエネルギー、つまり金属汚染を低減する本発明による終端（termination）を含むプラズマ源電力システムの概略図である。
【０００８】
【図３Ａ】本発明によるＲＦプラズマ源の平面アンテナコイルの一実施形態の底面図である。
【０００９】
【図３Ｂ】平面アンテナコイルのみにファラデーシールドを含む本発明によるプラズマ源の一部断面図である。
【００１０】
【図３Ｃ】平面アンテナコイルおよび螺旋アンテナコイル両方にファラデーシールドを含む本発明によるプラズマ源の一部断面図である。
【００１１】
【図４】有効ＲＦアンテナ電圧を下げる容量性分圧器を形成する低比誘電率材料を含む本発明によるＲＦプラズマ生成器の一実施形態のキャパシタンスモデルを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本教示を様々な実施形態および例との関連で記載するが、本教示がそのような実施形態に限定することは意図しておらず、本教示は様々な代替例、変形例、均等物を包括していることが当業者には理解されよう。
【００１３】
例えば、本発明の方法および装置はＰＬＡＤとの関連において記載されるが、本発明によるプラズマ源は他の幾らもの用途に利用されうる。さらに、本発明によるプラズマ源は有効アンテナ電圧を低減させ、それにより望ましくない誘電材料を低減する方法のいずれかあるいは全てを含み得ることが理解されよう。
【００１４】
本発明の方法の各ステップは、発明が機能する限りにおいて、任意の順序でおよび／または同時に行われうる。さらに、本発明の装置は、発明が機能する限りにおいて、記載実施形態を任意の数あるいは全て含みうる。
【００１５】
プラズマ浸漬イオン注入の課題のひとつは、誘電体窓がプラズマの構成イオンでスパッタリングされる際に金属汚染が起こることである。アルミニウム汚染は、ＰＬＡＤ  ＲＦプラズマ源を形成するＡｌ２Ｏ３誘電材料のスパッタリングにより生じうることが当技術分野で知られている。スパッタリングが起きるのは、ＲＦアンテナに対して比較的高電圧が加えられ、これがプラズマのイオンを比較的高エネルギーへと加速するからである。これら活動的なイオンはＡｌ２Ｏ３誘電材料に衝突して、注入イオンの対象である基板あるいはワークピースへ移動するＡｌ２Ｏ３分子を押しのける。
【００１６】
一般に、プラズマ浸漬イオン注入プロセスにおいてはアルミニウム汚染およびＡｌ２Ｏ３汚染を５ｘ１０１１／ｃｍ２未満の面密度に低減することが望ましい。しかし、公知のプラズマ反応器およびＢＦ３およびＡｓＨ３を利用する多くのＰＬＡＤ注入プロセスは、アルミニウムおよびＡｌ２Ｏ３の面密度が５ｘ１０１１／ｃｍ２よりもかなり大きい。
【００１７】
本発明の一側面は、ＰＬＡＤプラズマ源のＡｌ２Ｏ３誘電材料のスパッタリングを低減するべく、プラズマ浸漬イオン注入ツールのイオンエネルギーを下げる方法および装置に関する。本発明による方法および装置は、ＲＦコイルに加えるＲＦ駆動電圧を低減することでＰＬＡＤプラズマ源のＡｌ２Ｏ３誘電材料のスパッタリングを低減する。
【００１８】
本発明によるＰＬＡＤプラズマ源は、ＲＦアンテナにわたり電圧を低減する一以上のフィーチャを含むことで金属汚染を低減する。本発明によりＲＦアンテナにわたり電圧を低減すると、プラズマ中のイオンのエネルギー、および結果生じる望ましくない誘電材料のスパッタリングが低減し、望ましいプラズマ密度を持つプラズマが得られる。本発明によるプラズマ源は、ＲＦアンテナにわたり電圧を低減するここに記載のフィーチャを任意の数あるいは全て含みうる。さらには、本発明によるプラズマ源は幾らものプラズマドーピング用途、および比較的低エネルギーイオンのプラズマを生成させるのに望ましい他の幾らもの用途に利用しうる。
【００１９】
プラズマ中のイオンエネルギーを低減する、本発明のプラズマ源のフィーチャの一つは、アンテナにわたり電圧を低減するインピーダンスでＲＦアンテナを終端させることができることである。先行技術であるＰＬＡＤシステムのプラズマ源は、ＲＦアンテナを接地電位に終端させる。ＲＦアンテナをキャパシタンスで終端させることで、アンテナに生成される最大電圧をかなり低減することができる。例えば、幾らかの実施形態においては、アンテナに加えられる最大電圧は、特定のプラズマ密度の二つの要素のうちの一つにより低減されうる。
【００２０】
プラズマ中のイオンエネルギーを低減する、本発明のプラズマ源の別のフィーチャは、プラズマ源自身がＲＦアンテナにわたり比較的低電圧を加えるよう特別に設計されていることである。つまり、プラズマ源は、イオンが加速電圧を受ける量が少ないように設計されている。ここでさらに記載されるように、アンテナは、Ａｌ２Ｏ３誘電体窓材料の比誘電率と比して比較的低比誘電率の追加的な誘電体層により、Ａｌ２Ｏ３誘電体窓材料から絶縁される。この比較的低比誘電率の追加的な誘電体層は、ＲＦアンテナにわたり電圧を低減する容量性分圧器を効果的に形成する。
【００２１】
プラズマ中のイオンエネルギーを低減する、本発明のプラズマ源のまた別のフィーチャは、プラズマ源がファラデーシールドを含むことである。一実施形態においてファラデーシールドは、スプレーコートされたアルミニウムファラデーシールドである。ファラデーシールドは、プラズマのイオンが受けるＲＦ電圧を大幅に低減する。
【００２２】
図１は、プラズマドーピング装置での利用に適した、本発明によるＲＦプラズマ源１００の一実施形態を示す。プラズマ源１００は平面ＲＦコイルおよび螺旋ＲＦコイルの双方と、導電性の上面部とを含む誘導結合されたプラズマ源である。同様の誘導結合されたプラズマ源は、２００４年１２月２０日に出願され、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願番号第１０／９０５，１７２に記載されている。米国特許出願番号第１０／９０５，１７２の明細書全体を本願に参照として組み込む。プラズマ源１００は、非常に均一なイオン光束を提供し、二次電子放出により発生する熱を効率よく放散するので、ＰＬＡＤ用途に非常に適している。
【００２３】
より具体的には、プラズマ源１００は、外部ガス源１０４から供給される処理ガスを容れるプラズマチャンバ１０２を含む。処理ガス源１０４は、比例弁１０６によりチャンバ１０２に結合されており、処理ガスをチャンバ１０２に供給する。幾らかの実施形態においては、ガスバッフルを利用してガスをプラズマ源１０２内に分散させる。圧力計測器１０８はチャンバ１０２内の圧力を計測する。チャンバ１０２の排気口１１０は、チャンバ１０２を排気する排気ポンプ１１２に結合されている。排気弁１１４は排気口１１０の排気コンダクタンスを制御する。
【００２４】
ガス圧コントローラ１１６は比例弁１０６、圧力計測器１０８、および排気弁１１４に電気接続される。ガス圧コントローラ１１６は、圧力計測器１０８に呼応するフィードバックループの排気コンダクタンスおよび処理ガス流量を制御することで、プラズマチャンバ１０２内に望ましい圧力を維持する。排気コンダクタンスは排気弁１１４により制御される。処理ガス流量は比例弁１０６により制御される。
【００２５】
幾らかの実施形態においては、一次ドーパントガス種を供給する処理ガスに合わせて結合された大量流量メータにより、微量ガス種の比率制御を処理ガスに行う。さらに、幾らかの実施形態においては、インサイチュー調節種に別個のガス注入手段が利用される。さらに、幾らかの実施形態においては、マルチポートガス注入手段を利用して中性化学効果をもたらす様々なガスを供給して、様々なウェハの変形例を生じる。
【００２６】
チャンバ１０２は、略水平方向に延びる誘電材料からなる第一部１２０を含むチャンバトップ１１８を備える。チャンバトップ１１８の第二部１２２は、第一部１２０の高さから、略垂直方向に延びる誘電材料からなる。第一部１２０および第二部１２２はここで誘電体窓と総称されることがある。チャンバトップ１１８には幾らもの種類があることが理解されるべきである。例えば、第一部１２０は、略曲線方向に延びる誘電材料からなり、これにより第一部１２０および第二部１２２が、本願に参照として組み込む米国特許出願番号第１０／９０５，１７２に記載されるような直交関係になくてもよい。他の実施形態においては、チャンバトップ１１８は平面のみを含んでもよい。
【００２７】
第一部１２０および第二部１２２の形状および寸法は、ある性能を達成すべく選択されてよい。例えば、当業者であれば、チャンバトップ１１８の第一部１２０および第二部１２２の寸法がプラズマの均一性向上を目的として選択されうることを理解するであろう。一実施形態においては、第二部１２２の垂直方向の高さと、第二部１２２の水平方向の全長との割合はより均一なプラズマを達成する目的から調節される。例えば、ある特定の実施形態において、第二部１２２の垂直方向の高さと、第二部１２２の水平方向の全長との割合は、１．５対５．５の範囲である。
【００２８】
第一部１２０および第二部１２２の誘電材料は、ＲＦアンテナからチャンバ１０２内のプラズマに高周波（ＲＦ）電力を伝達する媒体を提供する。一実施形態においては、第一部１２０および第二部１２２を形成するのに利用される誘電材料は、処理ガスに対して化学耐性があり、熱的性質が良好な高純度のセラミック材料である。例えば、幾らかの実施形態において誘電材料は９９．６％Ａｌ２Ｏ３あるいはＡｌＮである。他の実施形態において誘電材料はイットリアおよびＹＡＧである。
【００２９】
チャンバトップ１１８の蓋１２４は、第二部１２２の水平方向の長さ分延びる導電材料からなる。多くの実施形態において、蓋１２４を形成するのに利用される材料の伝導性は、熱負荷の放散および二次電子放出により生じる帯電効果を最小化するに足る程度に高い。典型的に、蓋１２４を形成するのに利用される導電材料は処理ガスに対して化学耐性がある。幾らかの実施形態においては、導電材料はアルミニウムあるいはシリコンである。
【００３０】
蓋１２４は、Ｃｈｅｍｒｚ材料および／またはＫａｌｒｅｘ材料などからなるＯ型リングなどの、フルオロカーボンポリマ（fluoro-carbon polymer）からなるハロゲン耐性のあるＯ型リングをもつ第二部１２２に結合されてよい。典型的に蓋１２４は、第二部１２２の圧縮を最小化しつつ蓋１２４を第二部に封止するに足る圧力を生じるよう、第二部１２２に搭載される。幾らかの操作モードにおいては、蓋１２４は図１に示すようにＲＦ接地あるいはＤＣ接地される。
【００３１】
プラズマドーピングプロセスの中には、二次電子放出によって、プラズマ源１００の内表面に対してかなりの量の熱を不均一に分散させるものがある。幾らかの実施形態においては、蓋１２４は、処理中に生成される熱負荷を分散すべく蓋１２４とその周辺部の温度を制御する冷却システムを有する。冷却システムは、クーラント源から冷却液を循環させる蓋１２４の冷却経路を含む流体冷却システムであってよい。
【００３２】
ＲＦアンテナは、チャンバトップ１１８の第一部１２０および第二部１２２の少なくともいずれかに隣接して設けられる。図１のプラズマ源１００は、互いに電気絶縁されたＲＦアンテナを二つ有する。しかし、他の実施形態においては、この二つの別個のＲＦアンテナは電気接続される。図１に示す実施形態においては、複数回巻かれる平面コイルＲＦアンテナ１２６（平面アンテナあるいは水平アンテナと称されることもある）は、チャンバトップ１１８の第一部１２０に隣接して設けられる。さらに、複数回巻かれる螺旋コイルＲＦアンテナ１２８（螺旋アンテナあるいは垂直アンテナと称されることもある）は、チャンバトップ１１８の第二部１２２を囲繞する。
【００３３】
ＲＦ電源のようなＲＦ源１３０は、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくともいずれかに電気接続される。多くの実施形態において、ＲＦ源１３０は、ＲＦ源１３０からＲＦアンテナ１２６、１２８に伝達される電力を最大化すべく、ＲＦ源１３０の出力インピーダンスをＲＦアンテナ１２６、１２８のインピーダンスに整合させるインピーダンス整合ネットワーク１３２により、ＲＦアンテナ１２６、１２８に結合される。インピーダンス整合ネットワーク１３２から平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８への出力からの破線は、インピーダンス整合ネットワーク１３２の出力から、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８のいずれかあるいは両方に電気接続しうることを示す。
【００３４】
本発明の一実施形態においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくともいずれかがインピーダンス１２９で終端される。多くの実施形態においては、インピーダンス１２９は、固定コンデンサあるいは可変コンデンサなどの容量性リアクタンスである。図２および図４との関連で記載されるように、コンデンサによりＲＦアンテナを終端することで、ここに記載する有効コイル電圧および結果生じる金属汚染が低減する。
【００３５】
さらに、幾らかの実施形態においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくともいずれかは、Ａｌ２Ｏ３誘電体窓材料の比誘電率に比して比較的低い比誘電率を持つ誘電体層１３４を含む。誘電体層１３４はここに記載するようにポッティング材料（potting material）であってよい。比較的低い比誘電率の誘電体層１３４により、ＲＦアンテナ１２６、１８にわたり電圧を低減する容量性分圧器が効果的に形成される。
【００３６】
さらに、幾らかの実施形態においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくともいずれかは、図３Ａ，３Ｂ、３Ｃとの関連で記載されるようにファラデーシールド１３６を含む。ファラデーシールド１３６はさらに、ここに記載するようにＲＦアンテナ１２６、１２８にわたり電圧を低減する。
【００３７】
幾らかの実施形態においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくともいずれかは、液体により冷却可能なように形成される。平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくともいずれかを冷却することで、ＲＦアンテナ１２６、１２８のＲＦ電力伝播により生じる温度勾配が低減する。
【００３８】
幾らかの実施形態においては、プラズマ源１００はプラズマ点火器１３８を含む。本発明のプラズマ源装置では幾らもの種類のプラズマ点火器が利用可能である。一実施形態においては、プラズマ点火器１３８は、プラズマ点火を支援する、アルゴン（Ａｒ）などの非常にイオン化可能なガスであるストライクガス（strike gas）の貯槽１４０を含む。貯槽１４０は高コンダクタンスガス接続でプラズマチャンバ１０２に結合される。バースト弁１４２は貯槽１４０を処理チャンバ１０２から隔離する。別の実施形態においては、ストライクガス源は、低コンダクタンスガス接続で直接バースト弁１４２につながれる。幾らかの実施形態においては、貯槽１４０の一部が、当初の高流量バーストの後安定した流量のストライクガスを供給する、限定コンダクタンスのオリフィスあるいは計測弁で分離される。
【００３９】
プラテン１４４は、プラズマ源１０２の上部１１８の高さ分、下に配置される。プラテン１４４は、基板あるいはウェハなどのウェハ１４６をイオン注入用に保持する。多くの実施形態では、ウェハ１４６はプラテン１４４に電気接続される。図１に示す実施形態においては、プラテン１４４はプラズマ源１０２に平行である。しかし、本発明の一実施形態においては、プラテン１４４はプラズマ源１０２に対して傾いている。
【００４０】
プラテン１４４はウェハ１４６あるいは他の処理用ワークピースを支持するのに用いられる。いくらかの実施形態においては、プラテン１４４はウェハ１４６を少なくとも一方向に並進、走査、あるいは振動させる可動ステージに機械的に結合される。一実施形態においては、可動ステージは、ウェハ１４６をディザあるいは振動させるディザ生成器あるいはオシレータである。並進、ディザ、および／または振動といった運動は陰影効果を低減あるいは除去し、ウェハ１４６表面に衝動を加えるイオンビーム光束の均一性を向上することができる。
【００４１】
幾らかの実施形態においては、偏向グリッドがチャンバ１０２内のプラテン１４４に近接して配される。偏向グリッドはプラズマ源１０２内に生成されるプラズマに対してバリアを形成する構造であり、さらには、グリッドに適切なバイアスがかけられた際にプラズマ内のイオンが通過する通路を画定する。
【００４２】
当業者であれば本発明のフィーチャとともに利用できるプラズマ源１００の多くの異なる変形例を想到するであろう。例えば、「Ｔｉｌｔｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｄｏｐｉｎｇ」というタイトルで２００５年４月２５日に出願された米国特許出願番号第１０／９０８，００９に記載の様々なプラズマ源の説明を参照のこと。また、「Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  Ｄｏｐｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」というタイトルで２００５年１０月１３日に出願された米国特許出願番号第１１／１６３，３０３に記載の様々なプラズマ源の説明を参照のこと。また、「Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  Ｄｏｐｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」というタイトルで２００５年１０月１３日に出願された米国特許出願番号第１１／１６３，３０７に記載の様々なプラズマ源の説明を参照のこと。さらに、「Ｐｌａｓｍａ  Ｄｏｐｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  Ｉｍｐｌａｎｔ  Ａｎｇｌｅ」というタイトルで２００６年１２月４日に出願された米国特許出願番号第１１／５６６，４１８に記載の様々なプラズマ源の説明を参照のこと。米国特許出願番号第１０／９０８，００９号、第１１／１６３，３０３号、第１１／１６３，３０７号、第１１／５６６，４１８号の明細書全体を本願に参照として組み込む。
【００４３】
動作中、ＲＦ源１３０は、ＲＦアンテナ１２６、１２８の少なくともいずれかを伝播するＲＦ電流を生成する。つまり、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくともいずれかはアクティブアンテナである。「アクティブアンテナ」という用語は、ここでは電源により直接駆動されるアンテナと定義される。ＲＦアンテナ１２６、１２８のＲＦ電流はその後、チャンバ１０２にＲＦ電流を生じる。チャンバ１０２のＲＦ電流は処理ガスを励起およびイオン化して、チャンバ１０２にプラズマを生成する。プラズマ源１００は連続モードおよびパルスモードいずれかで操作しうる。
【００４４】
幾らかの実施形態においては、平面コイルアンテナ１２６および螺旋コイルアンテナ１２８のいずれかは無給電アンテナである。「無給電アンテナ」という用語は、ここではアクティブアンテナと電磁通信を行うが、電源に直接接続されていないアンテナと定義される。つまり、無給電アンテナは、直接電源により励起されるのではなく、むしろアクティブアンテナにより励起される。本発明の幾らかの実施形態においては、無給電アンテナの一端は接地電位に電気接続されて、アンテナ調節機能を発揮する。本実施形態においては、無給電アンテナは、無給電アンテナコイルの有効巻き数を変更するのに利用するコイル調節器１４８を含む。メタルショート（metal short）などの様々な異なる種類のコイル調節器を利用しうる。
【００４５】
図２は、誘電体窓をスパッタリングすることで生じるプラズマ内のイオンエネルギー、つまり金属汚染を低減する本発明による終端（termination）を含むプラズマ源電力システム２００の概略図である。電力システム２００は、ＲＦアンテナコイル２０４に送信用ＲＦ信号を生成するＲＦ電源２０２を含む。
【００４６】
整合ネットワーク２０６は、ＲＦ電源２０２の出力に電気接続される。電力システム２００の概略図は、直列接続可変コンデンサ２０８と、接地電位で終端された並列接続可変コンデンサ２１０とを含む可変リアクタンス整合ネットワーク２０６を示す。当業者であれば、本発明の範囲において整合ネットワーク２０６には様々な変形例があることを理解するであろう。幾らものふさわしい整合ネットワークが市販されている。
【００４７】
整合ネットワーク２０６の出力はＲＦアンテナコイル２０４の入力に電気接続される。ＲＦアンテナコイル２０４の出力は可変コンデンサ２１２として示される可変リアクタンスで終端される。しかし、幾らかの実施形態においては、アンテナ終端は固定容量性リアクタンスを有すると理解される。可変コンデンサ２１２は、用途を広げる目的から、比較的高電圧および高電流に耐えられる必要がある。整合ネットワーク２０６は、ＲＦ電源２０２の出力インピーダンスを、ＲＦ電源２０２から見たインピーダンスに整合させるよう設計されている。示される実施形態においては、ＲＦ電源２０２から見たインピーダンスは、ＲＦアンテナコイル２０４のインピーダンスと、ＲＦアンテナコイル２０４を終端させる可変キャパシタンス２１２の容量性リアクタンスとの組み合わせである。
【００４８】
整合ネットワーク２０６は、幾らかの実施形態では手動で操作される。この実施形態においては、オペレータが整合ネットワーク２０６の可変コンデンサ２０８、２１０を手動で調節することで、適切なインピーダンス整合を得る。他の実施形態においては、整合ネットワーク２０６は適切なインピーダンス整合を得るよう自動操作される。通例、望ましいインピーダンス整合により、ＲＦ電源２０２の出力に接続された負荷に対してＲＦ電源２０２から最大電力量が伝達される。図２の電力伝達システム２００の例では、この負荷はＲＦアンテナコイル２０４および可変コンデンサ２１２の直列的組み合わせである。
【００４９】
可変コンデンサ２１２アンテナ終端が存在することで、良好なインピーダンス整合を得るのがより難しくなる。プラズマ生成に利用される先行技術の誘導コイルアンテナは直接接地に終端される。このような先行技術の誘導コイルはＲＦ源に整合するのが比較的容易であり、さらに比較的効率的でもある。しかし、可変コンデンサ２１２アンテナ終端および整合ネットワーク２０６の組み合わせを利用することで、幅広い範囲のアンテナコイルおよびアンテナ終端をＲＦ電源２０２に対して整合することができる。
【００５０】
可変コンデンサ２１２アンテナ終端が存在することで、先行技術の電力伝達システムと比較して有効アンテナコイル電圧は低減するが、十分な電力をプラズマに配電することができる。「有効アンテナコイル電圧」という用語は、ここでＲＦアンテナコイル２０４にわたる電圧降下と定義される。つまり、有効コイルアンテナ電圧は「イオンから見た」電圧であるか、あるいは、プラズマのイオンが受ける電圧と等しい。
【００５１】
故に、比較的低い有効アンテナ電圧により、比較的低エネルギーイオンを持つプラズマが生成される。これら低エネルギーイオンにより、誘電材料のスパッタリングが低減する。従って、本発明の電力伝達システムにおいてより低い有効アンテナ電圧を利用すると、誘電体窓のスパッタリングにより生じる金属汚染も低減することになる。
【００５２】
図２に示すようにＲＦアンテナコイル２０４を終端すると、設計によっては有効アンテナ電圧を約４０％あるいはそれ以上低減することができる。図２に示すようにＲＦアンテナコイルを終端させると、ＢＦ３およびＡｓＨ３を用いたＰＬＡＤ注入時に誘電体窓のスパッタリングが生じるアルミニウム面密度が許容レベルに低減することが証明されている。モデリングおよび実験により、終端キャパシタンスが約１，６００ｐＦのときアンテナの電圧は最小（ＶＭＡＸ／２）になることが証明されている。
【００５３】
図３Ａは、本発明によるＲＦプラズマ源の平面アンテナコイル３００の一実施形態の底面図である。平面アンテナコイル３００は、有効アンテナ電圧を低減する二つのフィーチャを含む。図１および３Ａ双方を参照すると、図３Ａの底面図に示されるほうのフィーチャは、幾らかの実施形態において、平面コイルアンテナ１２６および螺旋コイルアンテナ１２８の少なくともいずれかが、該平面コイルアンテナ１２６、該螺旋コイルアンテナ１２８、および誘電体窓１２０、誘電体窓１２２の間に、比較的低比誘電率の部材を含むことである。
【００５４】
幾らかの実施形態において、比較的低比誘電率の部材はポッティング材料である。ポッティング材料は、典型的に防湿性の誘電材料である。ポッティング材料は典型的に液状あるいはパテ状の物質である。ポッティング材料はよく電気機器および電子機器の感度の高い領域に対して保護層として利用される。本発明の一実施形態においては、ポッティング材料は平面ＲＦコイル３００をさらに絶縁する熱伝導性エラストマである。
【００５５】
図４との関連で記載されるように、比較的低比誘電率の材料は容量性分圧器を形成する。この容量性分圧器は有効アンテナ電圧をかなり低減させ、結果、プラズマのイオンを加速する電圧を低減する。故に、比較的低比誘電率の材料は、誘電体窓１２０、１２２のスパッタリングにより生じる金属汚染を低減する。
【００５６】
図３Ａに示す平面コイルアンテナ３００の底面図の別のフィーチャは、幾らかの実施形態において、ファラデーシールド３０２をアンテナコイルの底面に構築することである。ファラデーシールドはファラデーケージとも称され、一つの導電性材料あるいはメッシュ状の導電性材料により形成され、外部静電界を遮蔽する包囲体である。外部に適用された電界は、導電性材料の外の電荷を再構成してファラデーシールド３０２内の電界効果を完全に消し去る。
【００５７】
平面アンテナコイル３００の底面にファラデーシールド３０２を形成するには多くの方法がある。例えば、本発明の一実施形態においては、ファラデーシールド３０２の形状を画定するマスクを誘電体窓１２０の表面に形成する。アルミニウムをマスクが画定する表面にスプレーコーティングする。多くの用途で十分なスプレーコーティングの厚みは５００μｍ程度である。
【００５８】
ファラデーシールド３０２の形状パターンは、誘電体窓１２０が、誘電体窓材料のスパッタリングをかなり防げる程度に十分遮蔽されるよう選択される。さらに、ファラデーシールド３０２の形状パターンは、十分な放射を誘電体窓１２０からプラズマチャンバ１０２へと通過させて望ましいプラズマを形成および維持することができるよう、誘電体窓１２０の十分な領域が露出される（つまり遮蔽しない）よう選択される。図３Ａに示すパターンは、定期間隔をおいた間隙３０４がファラデーシールド３０２に形成されており、これにより十分な放射を誘電体窓１２０からプラズマチャンバ１０２へと通過させて望ましいプラズマを形成し、維持する。
【００５９】
本発明の幾らかの設計においては、ファラデーシールド３０２はプラズマ点火中には電気的に「浮遊」しており、イオン注入中には電気的に接地されている。
【００６０】
平面アンテナコイル３００はその後、金属化誘電体窓１２０に取り付けられる。幾らかの実施形態においては、平面アンテナコイル３００は、ポッティング材料を利用して、あるいは誘電体窓１２０の比誘電率と比較して比較的低い比誘電率の他の絶縁材料を利用して、金属化誘電体窓１２０に対して取り付けられる。ポッティング材料あるいは他の絶縁材料の厚みは、金属シールドから平面アンテナコイル３００を十分絶縁することのできるものでなくてはならない。例えば、幾らかの実施形態においては、平面アンテナコイル３００は金属化誘電体窓１２２に対して、熱伝導性エラストマを利用して取り付けられる。
【００６１】
図３Ｂは、平面アンテナコイル３２２がファラデーシールド３２４を含む本発明によるプラズマ源３２０の一部断面図である。本実施形態においては、平面アンテナコイル３２２は比較的低比誘電率の材料でポッティングされて、平面アンテナコイルを絶縁してここで記載されている有効コイル電圧を低減している。ファラデーシールド３２４の間隙３２６は、十分な放射を誘電体窓１２０からプラズマチャンバ１０２へと通過させる。本実施形態においては、螺旋アンテナ１２２はファラデーシールドを含まない。
【００６２】
図３Ｃは、平面アンテナコイル３４４に第一のファラデーシールド３４２を含み、螺旋アンテナコイル３４８に第二のファラデーシールド３４６を含む本発明によるプラズマ源３４０の一部断面図である。本実施形態においては、平面アンテナ３４４および螺旋アンテナ３４８両方が比較的低比誘電率の材料でポッティングされて、アンテナコイル３４４、３４８を絶縁し、さらにここで記載する有効コイル電圧を低減する。平面アンテナ３４４上のファラデーシールド内の、図３Ａに示した間隙３５０は、誘電体窓１２０からプラズマチャンバ１０２へと十分な放射を通過させる。螺旋アンテナ３４８上のファラデーシールド３４６内の間隙３５２は、誘電体窓１２２からプラズマチャンバ１０２へと十分な放射を通過させる。
【００６３】
本発明の方法および装置は有効アンテナ電圧を低減するこれらフィーチャのいずれかあるいは両方を含みうることが理解されよう。つまり、本発明の方法および装置は、容量性分圧器を形成する比較的低比誘電率の材料、およびファラデーシールド３４２、３４６の少なくともいずれか、のいずれかあるいは両方を含みうる。さらに、比較的低比誘電率の材料および少なくとも一つのファラデーシールドの追加、というこれらフィーチャを平面アンテナコイルおよび螺旋アンテナコイルのいずれかあるいは両方に利用できることが理解されよう。当業者であれば、本発明の教示により容量性分圧器およびファラデーシールドを利用することについては多くの置換が可能であることを理解するであろう。
【００６４】
図４は、有効ＲＦアンテナ電圧を下げる容量性分圧器を形成する低比誘電率材料を含む本発明によるＲＦプラズマ生成器の一実施形態のキャパシタンスモデル４００を示す。より低い有効ＲＦアンテナ電圧は、プラズマのイオンエネルギーを低減し、これにより誘電体窓のスパッタリングが生じる金属汚染を低減する。
【００６５】
キャパシタンスモデル４００は、プラズマ生成システムで別個の容量性リアクタンス部材を表す三つの直列接続コンデンサに接続される、図１のＲＦ電源１３０の出力を示す。キャパシタンスは導電性板の表面領域に比例しており、さらにコンデンサを形成する板同士を分離する誘電材料の誘電率に比例している。さらに、キャパシタンスは、コンデンサを形成する板同士の間の距離に反比例している。板同士の間の距離は図４でＴとして示される。
【００６６】
キャパシタンスＣＰは、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃとの関連で記載されるポッティング材料のキャパシタンスを表す。図４の例において、熱伝導性エラストマポッティング材料の比誘電率は４．５ε０である。図４の例において、ポッティング材料コンデンサの板同士の間の距離は０．２５ｍｍである。この結果、図４の例におけるコンデンサ板の領域についてのキャパシタンス比率は１８ε０である。
【００６７】
キャパシタンスＣＣは、誘電体窓１２０、１２２を形成するＡｌ２Ｏ３セラミック誘電材料のキャパシタンスを表す。Ａｌ２Ｏ３材料の比誘電率は、図４の例においては９．８ε０に等しい。この比誘電率は、酸化アルミニウムの含有量が９５％あるいはそれ以上の比誘電率に対応する。図４の例におけるセラミックコンデンサの板同士の間の距離は１３ｍｍである。
【００６８】
キャパシタンスＣＳは、プラズマシースのキャパシタンスを表す。プラズマシースはプラズマから固体表面までの遷移層である。特に、プラズマシースは、過剰の正の電荷を持つプラズマ内の層であり、この過剰の正の電荷は、プラズマに接する材料の表面の反対の負の電荷との均衡をとる。このような層の厚みは数デバイ長である。デバイ長は、プラズマ密度およびプラズマ温度などの、プラズマ特徴の関数である。プラズマシースの比誘電率は、空気の比誘電率であり、これは一般にε０と称される。図４の例において、プラズマシースの板同士の間の距離は０．２ｍｍである。
【００６９】
多くの実施形態において、プラズマシースのキャパシタンスは、誘電体窓１２０、１２２のキャパシタンスより大きく、誘電体窓１２０、１２２のキャパシタンスはポッティング材料のキャパシタンスより大きい。誘電体窓１２０、１２２の上部の電圧は、以下の公知の式により求められる。
【数１】
2009524915.tif 000003
この式は、ポッティング材料にわたり０．０４ＶＲＦボルトの降下が起こることを示す。プラズマが誘電体窓１２０、１２２に接触する、誘電体窓１２０、１２２の底部の電圧は以下の公知の式により求められる。
【数２】
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故に、ＲＦアンテナコイルとポッティングコンデンサを形成する誘電体窓１２０、１２２との間のポッティング材料の存在は、誘電体窓１２０、１２２の比誘電率より低い比誘電率を持つが、容量性分圧器を形成する。この容量性分圧器は、有効アンテナ電圧をかなり低減し、さらにプラズマのイオンを加速する電圧を低減する。
均等例
【００７０】
本教示は様々な実施形態および例との関連で記載されるが、本教示がそのような実施形態に限定することは意図されず、本教示は様々な代替例、変形例、均等物を包括し、添付請求項が定義する本発明の精神および範囲から逸脱しない範囲でなされうることが当業者には理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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