(57)【要約】【課題】プラズマシースの形成を調節可能なプラズマシース制御器を備えるイオンビーム装置を提供する。【解決手段】イオンビーム装置は、プラズマチャンバを備える。前記プラズマチャンバの一端にグリッドアセンブリ４９が配置される。グリッドアセンブリ４９は、第１イオン抽出口４９Ｈを備える。前記プラズマチャンバとグリッドアセンブリ４９との間にプラズマシース制御器４１及び４１‘が配置される。プラズマシース制御器４１及び４１‘は、第１イオン抽出口４９Ｈよりも小さい大きさの第２イオン抽出口４１Ｈを備える。この装置によると、プラズマシース制御器４１及び４１‘と平行な所にプラズマ表面を提供することができる。これによって、高いイオンフラックスを有するイオンビームを提供することができる。【選択図】  図６
2008186806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバの一端に配置され、第１イオン抽出口を備えるグリッドアセンブリと、
前記プラズマチャンバと前記グリッドアセンブリとの間に配置され、前記第１イオン抽出口よりも小さい大きさの第２イオン抽出口と、
を備えるプラズマシース制御器を含むことを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項２】
前記第２イオン抽出口の幅は、前記プラズマチャンバのプラズマシースの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
【請求項３】
前記第２イオン抽出口は、前記プラズマシースの厚さよりも数倍小さいことを特徴とする請求項２に記載のイオンビーム装置。
【請求項４】
前記プラズマシース制御器は、導電体であることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
【請求項５】
前記プラズマシース制御器は、網状のグリッドであることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
【請求項６】
前記プラズマシース制御器は、グラファイト、金属、及び炭素ナノチューブからなるグループから選択された１つを含むことを特徴とする請求項５に記載のイオンビーム装置。
【請求項７】
前記プラズマシース制御器は、多孔性物質膜であることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
【請求項８】
前記プラズマシース制御器は、多孔性金属膜及び多孔性セラミック膜からなるグループから選択された１つに形成されることを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム装置。
【請求項９】
前記グリッドアセンブリは、
第１イオン抽出グリッドと、
第２イオン抽出グリッドと、を含み、
前記第１イオン抽出グリッドは前記プラズマシース制御器と前記第２イオン抽出グリッドとの間に介在されることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
【請求項１０】
前記プラズマシース制御器は、前記第１イオン抽出グリッドよりも薄いことを特徴とする請求項９に記載のイオンビーム装置。
【請求項１１】
前記第１イオン抽出グリッドには陽電圧が印加され、前記第２イオン抽出グリッドには陰電圧が印加されるか、または接地されることを特徴とする請求項９に記載のイオンビーム装置。
【請求項１２】
前記グリッドアセンブリは、
陽電圧が印加される第３イオン抽出グリッドをさらに含み、前記第２イオン抽出グリッドは前記第１イオン抽出グリッドと前記第３イオン抽出グリッドとの間に介在されることを特徴とする請求項９に記載のイオンビーム装置。
【請求項１３】
プラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバに連結された試片チャンバと、
前記プラズマチャンバと前記試片チャンバとの間に配置され、第１イオン抽出口を備えるグリッドアセンブリと、
前記プラズマチャンバと前記グリッドアセンブリとの間に配置され、前記第１イオン抽出口よりも小さい大きさの第２イオン抽出口を備えるプラズマシース制御器と、
を含むことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１４】
前記プラズマチャンバの一面に配置されたガス流入口と、
前記試片チャンバに配置された排気口と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１５】
前記試片チャンバに配置されたウエハステージをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１６】
前記第２イオン抽出口の幅は、前記プラズマチャンバ内のプラズマシースの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
前記プラズマシース制御器は、前記グリッドアセンブリに接触されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１８】
前記プラズマシース制御器は、網状のグリッドまたは多孔性物質膜であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１９】
前記プラズマシース制御器は、グラファイト、金属、及び炭素ナノチューブからなるグループから選択された１つを含むことを特徴とする請求項１８に記載の半導体製造装置。
【請求項２０】
前記グリッドアセンブリは、
第１イオン抽出グリッドと、
第２イオン抽出グリッドと、を含み、
前記第１イオン抽出グリッドは前記プラズマシース制御器と前記第２イオン抽出グリッドとの間に介在されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項２１】
前記プラズマシース制御器は、前記第１イオン抽出グリッドよりも薄いことを特徴とする請求項２０に記載の半導体製造装置。
【請求項２２】
前記第１イオン抽出グリッドには陽電圧が印加され、前記第２イオン抽出グリッドには陰電圧が印加されるか、または接地されることを特徴とする請求項２０に記載の半導体製造装置。
【請求項２３】
前記グリッドアセンブリは、
陽電圧が印加される第３イオン抽出グリッドをさらに含み、前記第２イオン抽出グリッドは前記第１イオン抽出グリッドと前記第３イオン抽出グリッドとの間に介在されることを特徴とする請求項２０に記載の半導体製造装置。
【請求項２４】
前記第３イオン抽出グリッドに印加される電圧は、前記第１イオン抽出グリッドに印加される電圧よりも低いことを特徴とする請求項２３に記載の半導体製造装置。
【請求項２５】
前記プラズマシース制御器の前記第２イオン抽出口は、２００μｍから６００μｍの幅を有することを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項２６】
プラズマソースのプラズマシースに隣接し、グリッドアセンブリのプラズマシース側にプラズマシース制御器を装着し、前記プラズマシース制御器の多数の孔は前記グリッドアセンブリのそれぞれの孔に対応し、前記プラズマシースは前記プラズマシース制御器の表面と実質的に同一平面に位置するステップと、
前記グリッドアセンブリに電圧を印加するステップと、
前記プラズマシース制御器の孔を通過し、前記グリッドアセンブリの孔を通過したイオンを抽出してイオンビームを形成するステップと、
を含むことを特徴とするイオンビーム提供方法。
【請求項２７】
前記グリッドアセンブリの第１イオン抽出グリッド及び前記第１イオン抽出グリッドに整列された第２イオン抽出グリッドを提供するステップと、
前記第１イオン抽出グリッドに前記電圧を印加し、前記第２イオン抽出グリッドに他の電圧を印加するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のイオンビーム提供方法。
【請求項２８】
前記グリッドアセンブリの第３イオン抽出グリッドを提供し、前記第２イオン抽出グリッドは前記第１イオン抽出グリッドと前記第３イオン抽出グリッドとの間に介在するステップと、
前記第１イオン抽出グリッドに第１陽の電圧を印加するステップと、
前記第３イオン抽出グリッドに前記第１陽の電圧よりも低い第２陽の電圧を印加するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のイオンビーム提供方法。
【請求項２９】
前記プラズマシース制御器の孔は、前記プラズマシースの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項２６に記載のイオンビーム提供方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いたイオンビーム装置に関し、特に、プラズマシース制御器を有するイオンビーム装置（Ｉｏｎ  ｂｅａｍａｐｐａｒａｔｕｓ  ｈａｖｉｎｇ  ｐｌａｓｍａ  ｓｈｅａｔｈ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）及びそれを採用する半導体表面処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いた半導体製造装置の使用が広がっている。例えば、プラズマを用いた半導体製造装置には、プラズマエッチング装置（ｐｌａｓｍａ  ｅｔｃｈｅｒ）、プラズマ蒸着（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＥＣＶＤ）装置、金属や高分子の表面処理装置、新物質の合成装置、及び互いに異なる薄板の接合装置などがある。前記プラズマを用いた前記半導体製造装置はイオンビーム装置（ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）を備えることができる。
【０００３】
図１は従来のイオンビーム装置を説明するための部分断面図である。
図１を参照すると、従来のイオンビーム装置はプラズマチャンバ（ｐｌａｓｍａ  ｃｈａｍｂｅｒ；図示せず）の一面に配置された第１イオン抽出グリッド（ｉｏｎ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒｉｄｓ）１５及び第２イオン抽出グリッド１７を備える。イオン抽出グリッド１５、１７は、イオン抽出口（ｉｏｎ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｐｅｒｔｕｒｅｓ）１６を有する。第１イオン抽出グリッド１５には陽電圧が印加される。第２イオン抽出グリッド１７には陰電圧が印加されたり接地されたりする。
【０００４】
前記プラズマチャンバはプラズマ１１を生成する役割をする。一般に、プラズマ１１とそれに対向する物体との間にはプラズマシース（ｐｌａｓｍａ  ｓｈｅａｔｈ）１３が形成される。この場合、前記対向する物体からプラズマシース１３の厚さ分離された所にプラズマ表面（ｐｌａｓｍａ  ｓｕｒｆａｃｅ）１２が存在する。これによって、プラズマ１１と第１イオン抽出グリッド１５との間にプラズマシース１３が形成される。
【０００５】
イオン抽出グリッド１５、１７は、プラズマ１１からイオンを抽出してイオン抽出口１６を経由して放出させる役割をする。前記抽出されたイオンはイオン抽出口１６を経由する間にイオンビーム１９の形態として加速される。
一般に、プラズマ１１の密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）を高めたりイオン抽出口１６を拡張したりすることがイオンビーム１９のイオンフラックス（ｉｏｎ  ｆｌｕｘ）増加に有利である。イオン抽出口１６がプラズマシース１３の厚さよりも最も小さい場合、プラズマ表面１２は第１イオン抽出グリッド１５の表面に平行に形成される。ところが、プラズマ１１の密度が増加するほどプラズマシース１３の厚さは減少することになる。
【０００６】
さらに、プラズマ１１の密度がより増加した場合、プラズマシース１３はイオン抽出口１６に沿って形成される。すなわち、プラズマ１１はイオン抽出口１６内において伸長する。この場合、イオン抽出口１６内に球形のような曲面状のプラズマ表面１２が形成される。
プラズマ１１内のイオンは、プラズマ表面１２に対して垂直方向に放出される特性を有する。したがって、前記曲面状のプラズマ表面１２から放出されたイオンはイオン抽出グリッド１５、１７と衝突する。その結果、イオンビーム１９のイオンフラックスは減少される。すなわち、プラズマ１１の密度を増加させてもイオンビーム１９は高いイオンフラックスを得ることができなくなる。
【０００７】
前記プラズマを用いた他の半導体製造装置は、特許文献１に「イオンシャワー装置（ｉｏｎ  ｓｈｏｗｅｒ  ａｐｐｒａｔｕｓ）という名称で大野など（Ｏｎｏ  ｅｔ  ａｌ．）によって開示されている。大野などによれば、遮蔽グリッド（ｓｈｉｅｌｄ  ｇｒｉｄ）及びイオン抽出グリッド（ｉｏｎ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒｉｄ）を備えるイオンシャワー装置が提供される。
上述の問題点を改善するために、イオンフラックスを増加させることができるイオンビーム装置が必要である。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４４５００３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を改善し、高いイオンフラックスを有するイオンビーム装置を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、高いイオンフラックスを有するイオンビーム装置を用いた半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために本発明は、プラズマシース制御器（ｐｌａｓｍａ  ｓｈｅａｔｈ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を備えるイオンビーム装置を提供する。この装置はプラズマチャンバを備える。前記プラズマチャンバの一端にグリッドアセンブリ（ｇｒｉｄ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）が配置される。前記グリッドアセンブリは第１イオン抽出口を備える。前記プラズマチャンバと前記グリッドアセンブリとの間に前記プラズマシース制御器が配置される。前記プラズマシース制御器は前記第１イオン抽出口よりも小さい大きさの第２イオン抽出口を備える。
【００１１】
本発明の他の態様において、前記第２イオン抽出口の幅は前記プラズマチャンバのプラズマシースの厚さよりも小さいものとすることができる。
また、さらに他の態様において、前記プラズマシース制御器は前記グリッドアセンブリに接触することができる。また、前記プラズマシース制御器は導電体とすることができる。
【００１２】
また、他の態様において、前記プラズマシース制御器は、網状のグリッドまたは多孔性物質膜とすることができる。この場合、前記プラズマシース制御器はグラファイト、金属、及び炭素ナノチューブからなるグループから選択された１つを含むことができる。
また、他の態様において、前記グリッドアセンブリは第１イオン抽出グリッド（ｆｉｒｓｔ  ｉｏｎ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒｉｄ）及び第２イオン抽出グリッドを含むことができる。この場合、前記第１イオン抽出グリッドは前記プラズマシース制御器と前記第２イオン抽出グリッドとの間に介在されることができる。また、前記プラズマシース制御器は前記第１イオン抽出グリッドよりも薄いものとすることができる。前記第１イオン抽出グリッドには陽電圧が印加されることができる。前記第２イオン抽出グリッドには陰電圧が印加されたり接地されたりすることができる。
【００１３】
また、他の態様において、前記グリッドアセンブリは前記第１イオン抽出グリッド、前記第２イオン抽出グリッド及び第３イオン抽出グリッドを含むことができる。この場合、前記第２イオン抽出グリッドは前記第１イオン抽出グリッドと前記第３イオン抽出グリッドとの間に介在することができる。また、前記第３イオン抽出グリッドには陽電圧を印加することができる。
【００１４】
また、本発明は、プラズマシース制御器を備える半導体製造装置を提供する。この製造装置はプラズマチャンバを備える。前記プラズマチャンバに連結された試片チャンバ（ｓｐｅｃｉｍｅｎ  ｃｈａｍｂｅｒ）が提供される。前記プラズマチャンバと前記試片チャンバとの間にグリッドアセンブリが配置される。前記グリッドアセンブリは第１イオン抽出口を備える。前記プラズマチャンバと前記グリッドアセンブリとの間に前記プラズマシース制御器が配置される。前記プラズマシース制御器は前記第１イオン抽出口よりも小さい大きさの第２イオン抽出口を備える。
【００１５】
いくつかの態様において、前記プラズマチャンバの一面にガス流入口が配置される。また、前記試片チャンバに排気口が配置される。前記試片チャンバ内にウエハステージ（Ｗａｆｅｒ  ｓｔａｇｅ）が配置される。
他の態様において、前記第２イオン抽出口の幅は前記プラズマチャンバのプラズマシースの厚さよりも小さいものとすることができる。
【００１６】
これに加えて、本発明は、イオンビーム提供方法を提供する。この方法は、プラズマソースのプラズマシースに隣接した所にプラズマシース制御器を装着することを含む。前記プラズマシース制御器はグリッドアセンブリの前に位置する。前記プラズマシース制御器の多数の孔（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｐｅｒｔｕｒｅｓ）は前記グリッドアセンブリのそれぞれの孔に対応する。前記プラズマシースは前記プラズマシース制御器の表面と実質的に同一平面に位置する。前記グリッドアセンブリに電圧を印加する。前記プラズマシース制御器の孔を通過し、前記グリッドアセンブリの孔を通過したイオンを抽出してイオンビームを形成する。
【００１７】
いくつかの態様において、前記グリッドアセンブリは第１イオン抽出グリッド及び第２イオン抽出グリッドを備えることができる。前記第２イオン抽出グリッドは前記第１イオン抽出グリッドに整列される。前記第１イオン抽出グリッドに前記電圧を印加して前記第２イオン抽出グリッドに他の電圧を印加することができる。
【００１８】
他の態様において、前記グリッドアセンブリは第３イオン抽出グリッドを備えることができる。前記第２イオン抽出グリッドは前記第１イオン抽出グリッドと前記第３イオン抽出グリッドとの間に介在することができる。前記第１イオン抽出グリッドに第１陽の電圧を印加することができる。前記第３イオン抽出グリッドに前記第１陽の電圧よりも低い第２陽の電圧（ｓｅｃｏｎｄ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）を印加することができる。
【００１９】
また、他の態様において、前記プラズマシース制御器の孔は前記プラズマシースの厚さよりも小さいものとすることができる。
（発明の効果）
上述の本発明によれば、プラズマシース制御器及びグリッドアセンブリを有するイオンビーム装置が提供される。前記プラズマシース制御器はプラズマシースの形成を調節する役割をする。すなわち、前記プラズマシース制御器と平行な所にプラズマ表面を提供することができる。これによって、高いイオンフラックスを有するイオンビーム装置を実現することができる。また、高いイオンフラックスを有する前記イオンビーム装置を用いた半導体製造装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を添付した図面に基づいて説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明する実施形態に限られず、他の形態で具体化されることもある。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された発明が完成されていることを示すと共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。図面において、層及び領域の厚さは明確性をあたえるために誇張して図示されたものである。また、層が、他の層、または基板「上」にあると言われた場合、それは他の層、または基板上に直接形成することができるか、またはそれらの間に第３の層が介在されることもある。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。
【００２１】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態による半導体表面処理装置を示す断面図である。
図２を参照すると、プラズマチャンバ３１及びプラズマチャンバ３１に連結された試片チャンバ５１が提供される。プラズマチャンバ３１と試片チャンバ５１との間にグリッドアセンブリ４９が配置される。プラズマチャンバ３１とグリッドアセンブリ４９との間に、プラズマシース制御器４１、４１’が配置される。
【００２２】
プラズマチャンバ３１の一面に、ガス流入口３７が提供される。ガス流入口３７を介してプラズマチャンバ３１内部に工程ガスが注入される。プラズマチャンバ３１の外部は、誘導コイル３３によって取り囲まれている。誘導コイル３３は、ＲＦ電源供給装置３５に接続される。ＲＦ電源供給装置３５及び誘導コイル３３はプラズマチャンバ３１内にプラズマ３８を生成する役割をする。
【００２３】
試片チャンバ５１の一面に排気口５９が提供される。排気口５９は真空ポンプ（図示せず）のような排気装置に連結される。排気口５９を介してプラズマチャンバ３１及び試片チャンバ５１内部の工程における副産物が排出される。前記真空ポンプはプラズマチャンバ３１及び試片チャンバ５１内部を低圧に維持する役割をする。
【００２４】
試片チャンバ５１内にウエハステージ５３が配置される。ウエハステージ５３上にウエハ５５が装着される。ウエハ５５上にマスクパターン（ｍａｓｋ  ｐａｔｔｅｒｎ）５６が提供される。
グリッドアセンブリ４９は第１イオン抽出グリッド４３及び第２イオン抽出グリッド４５を備える。第１イオン抽出グリッド４３はプラズマチャンバ３１と第２イオン抽出グリッド４５との間に配置される。第２イオン抽出グリッド４５は第１イオン抽出グリッド４３と試片チャンバ５１との間に配置される。第１イオン抽出グリッド４３と第２イオン抽出グリッド４５との間に絶縁部材４４が介在される。第１イオン抽出グリッド４３及び第２イオン抽出グリッド４５は導電体とすることができる。絶縁部材４４は酸化膜または窒化膜のような絶縁体とすることができる。
【００２５】
第１イオン抽出グリッド４３に陽電圧を印加することができる。この場合、第２イオン抽出グリッド４５は接地することができる。また、第２イオン抽出グリッド４５に陰電圧を印加することができる。
これとは違って、第１イオン抽出グリッド４３に陰電圧を印加することができる。この場合、第２イオン抽出グリッド４５は接地することができる。また、第２イオン抽出グリッド４５に陽電圧を印加することもできる。
【００２６】
グリッドアセンブリ４９は第１イオン抽出口４９Ｈを備えることができる。第１イオン抽出口４９Ｈは第１イオン抽出グリッド４３、絶縁部材４４及び第２イオン抽出グリッド４５を貫通することができる。第１イオン抽出口４９Ｈは、シリンダ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）型またはスリット（ｓｌｉｔ）型とすることができる。
【００２７】
プラズマシース制御器４１、４１’はプラズマチャンバ３１及びグリッドアセンブリ４９の間に配置されることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は導電体または不導体とすることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は第１イオン抽出口４９Ｈよりも小さい第２イオン抽出口を備えることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は第１イオン抽出グリッド４３よりも薄いものとすることができる。
【００２８】
プラズマシース制御器４１、４１’は、第１イオン抽出グリッド４３に接触することができる。この場合、プラズマシース制御器４１、４１’は第１イオン抽出グリッド４３と等電位とすることができる。
プラズマチャンバ３１内にはプラズマ３８が生成される。プラズマ３８とプラズマシース制御器４１、４１’との間にプラズマシース４０が存在することができる。プラズマシース制御器４１、４１’はプラズマシース４０の形成を制御する役割をする。これによって、プラズマシース制御器４１、４１’からプラズマシース４０の厚さ分に離隔された所にプラズマ表面３９が存在することができる。
【００２９】
プラズマ３８の密度によってプラズマシース４０の厚さは変わる。例えば、プラズマ３８の密度が増加するとプラズマシース４０の厚さは減少することができる。前記第２イオン抽出口の大きさを調節してプラズマ表面３９を制御することができる。第２イオン抽出口はプラズマシース４０の厚さよりも小さい幅であることが好ましい。第２イオン抽出口がプラズマシース４０の厚さよりも小さい場合、プラズマ表面３９はプラズマシース制御器４１、４１’の表面に対して実質的に平行になることができる。
【００３０】
グリッドアセンブリ４９は第１イオン抽出口４９Ｈを介してイオンビーム５０を抽出する役割ができる。イオンビーム５０はウエハ５５の表面を向けて噴射されることができる。
上述のように、プラズマ表面３９はプラズマシース制御器４１、４１’の表面に対して平行に制御することができる。一般にプラズマ３８から抽出されるイオンはプラズマ表面３９に対して垂直な方向性を示すものとすることができる。これによって、プラズマ３８から抽出されたイオンがグリッドアセンブリ４９と衝突して散乱されることを最小化することができる。結果的に、イオンビーム５０のイオンフラックス（ｉｏｎ  ｆｌｕｘ）を従来に比べて著しく増加させることができる。
【００３１】
図３は本発明の第１実施形態によるプラズマシース制御器４１、４１’及びイオン抽出グリッド４３、４５を示す斜視図であり、図４及び図５は、図３のＥ２の部分を詳細に示す拡大斜視図である。
図３、図４及び図５を参照すると、第１イオン抽出グリッド４３は第１イオン抽出口４９Ｈを備えることができる。第２イオン抽出グリッド４５また第１イオン抽出口４９Ｈを備えることができる。第１イオン抽出グリッド４３及び第２イオン抽出グリッド４５は第１イオン抽出口４９Ｈを基準として整列されることができる。
【００３２】
第１イオン抽出口４９Ｈは示されたようにシリンダ状とすることができる。その一方、第１イオン抽出口４９Ｈはスリット状とすることができる。第１イオン抽出グリッド４３及び第２イオン抽出グリッド４５は導電体とすることができる。第１イオン抽出グリッド４３及び第２イオン抽出グリッド４５は同一厚さや互いに違う厚さとすることができる。例えば、第２イオン抽出グリッド４５は第１イオン抽出グリッド４３よりも厚くすることができる。
【００３３】
プラズマシース制御器４１、４１’は、網状のグリッド４１または多孔性物質膜４１’とすることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は第２イオン抽出口４１Ｈを備えることができる。第２イオン抽出口４１Ｈは第１イオン抽出口４９Ｈよりも小さくすることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は第１イオン抽出グリッド４３よりも薄くすることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は導電体または不導体とすることができる。
【００３４】
図４に示すように、プラズマシース制御器４１、４１’は網状のグリッド４１とすることができる。網状のグリッド４１はグラファイト、金属、及び炭素ナノチューブからなるグループから選択した１つを含むことができる。網状のグリッド４１は第２イオン抽出口４１Ｈを備えることができる。第２イオン抽出口４１Ｈは第１イオン抽出口４９Ｈよりも小さくすることができる。網状のグリッド４１は第１イオン抽出グリッド４３よりも薄くすることができる。
【００３５】
（第２実施形態）
図５に示すように、プラズマシース制御器４１、４１’は多孔性物質膜４１’とすることができる。この場合、多孔性物質膜４１’は導電体または不導体とすることができる。例えば、多孔性物質膜４１’は多孔性金属膜または多孔性セラミックスとすることができる。多孔性物質膜４１’は第２イオン抽出口４１Ｈを備えることができる。第２イオン抽出口４１Ｈは第１イオン抽出口４９Ｈよりも小さくすることができる。多孔性物質膜４１’は第１イオン抽出グリッド４３よりも薄くすることができる。
【００３６】
（第３実施形態）
図６から図８は、図２のＥ１部分を詳細に示した拡大断面図である。
図２及び図６を参照すると、プラズマシース制御器４１、４１’はグリッドアセンブリ４９に付着することができる。グリッドアセンブリ４９は第１イオン抽出グリッド４３、絶縁部材４４及び第２イオン抽出グリッド４５を備えることができる。この場合、プラズマシース制御器４１、４１’は第１イオン抽出グリッド４３に接触されることができる。
【００３７】
プラズマシース制御器４１、４１’は第１厚さＴ１とすることができる。第１イオン抽出グリッド４３は第２厚さＴ２とすることができる。絶縁部材４４は第３厚さＴ３とすることができる。第２イオン抽出グリッド４５は第４厚さＴ４とすることができる。第１厚さＴ１は第２厚さＴ２よりも薄くすることができる。すなわち、プラズマシース制御器４１、４１’は第１イオン抽出グリッド４３よりも薄くすることができる。第２厚さＴ２及び第４厚さＴ４は同一であるか、または互いに異なるものとすることができる。
【００３８】
グリッドアセンブリ４９は第１イオン抽出口４９Ｈを備えることができる。第１イオン抽出口４９Ｈは第１イオン抽出グリッド４３、絶縁部材４４及び第２イオン抽出グリッド４５を貫通することができる。第１イオン抽出口４９Ｈは第１幅Ｗ１を備えることができる。
プラズマシース制御器４１、４１’は第２イオン抽出口４１Ｈを備えることができる。第２イオン抽出口４１Ｈは第２幅Ｗ２とすることができる。第２幅Ｗ２は第１幅Ｗ１よりも小さいものとすることができる。すなわち、第２イオン抽出口４１Ｈは第１イオン抽出口４９Ｈよりも小さいものとすることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は導電体または不導体とすることができる。
【００３９】
プラズマ３８とプラズマシース制御器４１、４１’との間にプラズマシース４０が存在することができる。プラズマシース４０は第５厚さＴ５とすることができる。第５厚さＴ５はプラズマ３８の密度によって可変することができる。例えば、プラズマ３８の密度が高いほど第５厚さＴ５は薄くなることができる。すなわち、プラズマ表面３９とプラズマシース制御器４１、４１’との間の距離はプラズマ３８の密度が高いほど相対的に減少する傾向をあらわす。
【００４０】
第２幅Ｗ２は、第５厚さＴ５よりも小さいことが好ましい。すなわち、第２イオン抽出口４１Ｈは、プラズマシース４０の第５厚さＴ５よりも小さいものとすることができる。例えば、第２幅Ｗ２は、第５厚さＴ５よりも何分の一以下とすることができる。第２幅Ｗ２が第５厚さＴ５よりも小さい場合、プラズマ表面３９は対向するプラズマシース制御器４１、４１’の表面に対して平行に形成されることができる。このように、第２イオン抽出口４１Ｈの大きさを調節してプラズマ表面３９を制御することができる。
【００４１】
第１イオン抽出グリッド４３に陽電圧が印加される。この場合、第２イオン抽出グリッド４５は接地される。また、第２イオン抽出グリッド４５には陰電圧が印加されることもできる。プラズマシース制御器４１、４１’が導電体の場合、プラズマシース制御器４１、４１’は第１イオン抽出グリッド４３と等電位とすることができる。
第１イオン抽出グリッド４３及び第２イオン抽出グリッド４５はプラズマ３８からイオンビーム５０を抽出する役割をすることができる。イオンビーム５０は、第２イオン抽出口４１Ｈ及び第１イオン抽出口４９Ｈを順に通過して試片チャンバ５１内部に噴射される。
【００４２】
一般に、プラズマ３８から抽出されるイオンはプラズマ表面３９に対して垂直な方向性を見せる。上述したように本発明の実施形態よれば、第２イオン抽出口４１Ｈの大きさを調節してプラズマ表面３９を制御することができる。すなわち、プラズマ３８の密度を増加させてもプラズマ表面３９は対向するプラズマシース制御器４１、４１’の表面に対して平行に形成されることができる。これによって、プラズマ３８から抽出されたイオンがグリッドアセンブリ４９と衝突して散乱することを最小化することができる。
結果的に、プラズマ３８の密度を増加させ、第２イオン抽出口４１Ｈの大きさを調節してイオンビーム５０のイオンフラックスを従来に比べて著しく増加させることができる。
【００４３】
（第４実施形態）
図２及び図７を参照すると、プラズマシース制御器４１、４１’はグリッドアセンブリ４９に離隔するように配置することができる。グリッドアセンブリ４９は、第１イオン抽出グリッド４３、絶縁部材４４及び第２イオン抽出グリッド４５を備えることができる。
【００４４】
この場合、プラズマシース制御器４１、４１’と第１イオン抽出グリッド４３との間にギャップ領域４１Ｇが提供されることができる。ギャップ領域４１Ｇは、絶縁物質に埋められることができるが、詳しい説明は省略する。ギャップ領域４１Ｇは第６厚さＴ６とすることができる。
グリッドアセンブリ４９は第１イオン抽出口４９Ｈを備えることができる。第１イオン抽出口４９Ｈは第１幅Ｗ１とすることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は第２イオン抽出口４１Ｈを備えることができる。第２イオン抽出口４１Ｈは第２幅Ｗ２とすることができる。第２幅Ｗ２は第１幅Ｗ１よりも小さいものとすることができる。すなわち、第２イオン抽出口４１Ｈは第１イオン抽出口４９Ｈよりも小さいものとすることができる。プラズマシース制御器４１、４１’は導電体または不導体とすることができる。
【００４５】
一般に、プラズマ３８とそれに対向する物体との間にはプラズマシース４０が存在することができる。すなわち、プラズマ３８とプラズマ３８と対向する不導体との間にプラズマシース４０が存在することができる。また、プラズマ３８とプラズマ３８と対向する不導体との間にもプラズマシース４０が存在することができる。
【００４６】
したがって、プラズマ３８とプラズマシース制御器４１、４１’との間にプラズマシース４０が存在することができる。プラズマシース４０は第５厚さＴ５とすることができる。第５厚さＴ５はプラズマ３８の密度によって可変することができる。例えば、プラズマ３８の密度が高いほど第５厚さＴ５は薄くなることができる。
【００４７】
第２幅Ｗ２は第５厚さＴ５よりも小さいことが好ましい。すなわち、第２イオン抽出口４１Ｈはプラズマシース４０の第５厚さＴ５よりも小さいものとすることができる。例えば、第２幅Ｗ２は第５厚さＴ５よりも何分の一以下とすることができる。第２幅Ｗ２が第５厚さＴ５よりも小さい場合、プラズマ表面３９は対向するプラズマシース制御器４１、４１’の表面に対して平行に形成されることができる。
【００４８】
第１イオン抽出グリッド４３及び第２イオン抽出グリッド４５はプラズマ３８からイオンビーム５０を抽出する役割をすることができる。イオンビーム５０は第２イオン抽出口４１Ｈ及び第１イオン抽出口４９Ｈを順に通過して試片チャンバ５１内部に噴射されることができる。
【００４９】
プラズマ３８から抽出されるイオンはプラズマ表面３９に対して垂直な方向性を示すものとすることができる。上述のように本発明の実施形態よれば、第２イオン抽出口４１Ｈの大きさを調節してプラズマ表面３９を制御することができる。すなわち、プラズマ３８の密度を増加させてもプラズマ表面３９は対向するプラズマシース制御器４１、４１’の表面に対して平行に形成されることができる。これによって、プラズマ３８から抽出されたイオンがグリッドアセンブリ４９と衝突して散乱することを最小化することができる。
結果的に、プラズマ３８の密度を増加させて第２イオン抽出口４１Ｈの大きさを調節してイオンビーム５０のイオンフラックスを従来に比べて著しく増加させることができる。
【００５０】
（第５実施形態）
図２及び図８を参照すると、第１イオン抽出グリッド４３、絶縁部材４４、第２イオン抽出グリッド４５、他の絶縁部材４７及び第３イオン抽出グリッド４８を備える他のグリッドアセンブリ４９’が提供される。プラズマシース制御器４１、４１’は他のグリッドアセンブリ４９’に付着されることができる。以下では、その差異点だけを簡単に説明する。
【００５１】
第３イオン抽出グリッド４８は第２イオン抽出グリッド４５と試片チャンバ５１との間に介在することができる。この場合、第２イオン抽出グリッド４５は第１イオン抽出グリッド４３と第３イオン抽出グリッド４８との間に介在することができる。他の絶縁部材４７は第２イオン抽出グリッド４５と第３イオン抽出グリッド４８との間に介在することができる。第３イオン抽出グリッド４８は導電体とすることができる。
【００５２】
他のグリッドアセンブリ４９’は第１イオン抽出口４９Ｈを備えることができる。第１イオン抽出口４９Ｈは第１イオン抽出グリッド４３、絶縁部材４４、第２イオン抽出グリッド４５、他の絶縁部材４７及び第３イオン抽出グリッド４８を貫通することができる。第１イオン抽出口４９Ｈは第１幅Ｗ１を備えることができる。第１イオン抽出グリッド４３、第２イオン抽出グリッド４５、及び第３イオン抽出グリッド４８は第１イオン抽出口４９Ｈを基準にして整列される。
【００５３】
第３イオン抽出グリッド４８には第１イオン抽出グリッド４３と同様な極性の電圧が印加されることができる。また、第３イオン抽出グリッド４８には第１イオン抽出グリッド４３よりも低い電圧が印加されることができる。例えば、第１イオン抽出グリッド４３に陽の第１電圧が印加された場合、第３イオン抽出グリッド４８には陽の第２電圧が印加されて、前記第２電圧は前記第１電圧よりも低いものとすることができる。
【００５４】
第１イオン抽出グリッド４３、第２イオン抽出グリッド４５、及び第３イオン抽出グリッド４８はプラズマ３８からイオンビーム５０を抽出する役割をすることができる。イオンビーム５０は、第２イオン抽出口４１Ｈ及び第１イオン抽出口４９Ｈを順に通過して試片チャンバ５１内部に噴射されることができる。ここで、第３イオン抽出グリッド４８は第１イオン抽出口４９Ｈを介して抽出されるイオンビーム５０の加速を制御する役割をすることができる。
【００５５】
一般に、プラズマ３８から抽出されるイオンはプラズマ表面３９に対して垂直な方向性を示すものとすることができる。上述のように本発明の実施形態よれば、第２イオン抽出口４１Ｈの大きさを調節してプラズマ表面３９を制御することができる。すなわち、プラズマ３８の密度を増加させてもプラズマ表面３９は対向するプラズマシース制御器４１、４１’の表面に対して平行に形成することができる。これによって、プラズマ３８から抽出されたイオンが他のグリッドアセンブリ４９’と衝突して散乱することを最小化がすることができる。
結果的に、プラズマ３８の密度を増加させ、第２イオン抽出口４１Ｈの大きさを調節してイオンビーム５０のイオンフラックスを従来に比べて著しく増加させることができる。
【００５６】
（実験例）
図９はプラズマシース制御器を用いることによって抽出されるイオンビームの変化を確認するために、第１イオン抽出グリッドで測定されたイオン電流特性図であり、図１０はプラズマシース制御器を用いることによって抽出されるイオンビームの変化を確認するために、グリッドアセンブリに隣接した試片チャンバで測定されたイオン電流特性図である。図９及び図１０の水平軸Ｐはプラズマチャンバの誘導コイルに印加されたＲＦパワーを示すものであって、目盛の単位はワットＷである。図９及び図１０の垂直軸Ｉｃは測定されたイオン電流を示すものあって、目盛の単位はマイクロアンペアμＡである。
【００５７】
実験に使用するガスはアルゴン（Ａｒ）である。第１イオン抽出グリッド、第２イオン抽出グリッド、及び第３イオン抽出グリッドを備えるグリッドアセンブリを使用した。前記第１イオン抽出グリッドに＋１５０Ｖ、前記第２イオン抽出グリッドに−１００Ｖ、及び前記第３イオン抽出グリッドに０Ｖのバイアスを印加した。前記グリッドアセンブリは３．５ｍｍ大きさの第１イオン抽出口を有する。前記第１イオン抽出グリッドの表面にプラズマシース制御器を付着した。前記プラズマシース制御器は導電性網状のグリッドを使用した。
【００５８】
図９を参照すると、曲線９０は前記プラズマシース制御器なしに前記グリッドアセンブリだけを装着した場合、前記第１イオン抽出グリッドで測定されたイオン電流特性である。曲線９２は、２００μｍ大きさの前記第２イオン抽出口を有する前記プラズマシース制御器を前記グリッドアセンブリとともに装着した場合、前記第１イオン抽出グリッドで測定されたイオン電流特性である。曲線９４は、４００μｍ大きさの前記第２イオン抽出口を有する前記プラズマシース制御器を前記グリッドアセンブリとともに装着した場合、前記第１イオン抽出グリッドで測定されたイオン電流特性である。曲線９６は、６００μｍ大きさの前記第２イオン抽出口を有する前記プラズマシース制御器を前記グリッドアセンブリとともに装着した場合、前記第１イオン抽出グリッドで測定されたイオン電流特性である。
【００５９】
曲線９０、曲線９２、曲線９４及び曲線９６により示されたように、プラズマチャンバの誘導コイルに印加されたＲＦパワーの増加によって前記第１イオン抽出グリッドで測定されたイオン電流が増加されていることがわかる。すなわち、プラズマ密度の増加によって前記第１イオン抽出グリッドで測定された前記イオン電流が増加される可能性があることがわかる。
【００６０】
また、前記プラズマシース制御器を装着することによって前記第１イオン抽出グリッドで測定された前記イオン電流は相対的に減少することができる。すなわち、前記第１イオン抽出グリッドで測定された前記イオン電流は、前記プラズマシース制御器の装着によりむしろ減少される。
さらに、前記第２イオン抽出口の大きさが小さいほど前記第１イオン抽出グリッドで測定される前記イオン電流は相対的に減少することができる。すなわち、前記第２イオン抽出口の大きさによって前記第１イオン抽出グリッドで測定される前記イオン電流は異なったものとして検出されることができる。前記第２イオン抽出口の大きさを調節して前記第１イオン抽出グリッドで測定される前記イオン電流を制御することができることがわかる。
【００６１】
図１０を参照すると、曲線１１０は前記プラズマシース制御器を省略し、前記グリッドアセンブリだけを装着した際の前記試片チャンバで測定されたイオン電流特性である。曲線１１２は２００μｍ大きさの前記第２イオン抽出口を有する前記プラズマシース制御器を前記グリッドアセンブリとともに装着した際の前記試片チャンバで測定されたイオン電流特性である。曲線１１４は４００μｍ大きさの前記第２イオン抽出口を有する前記プラズマシース制御器を前記グリッドアセンブリとともに装着した際の前記試片チャンバで測定されたイオン電流特性である。曲線１１６は６００μｍ大きさの前記第２イオン抽出口を有する前記プラズマシース制御器を前記グリッドアセンブリとともに装着した際の前記試片チャンバで測定されたイオン電流特性である。
【００６２】
曲線１１０において、前記プラズマシース制御器を省略し、前記グリッドアセンブリだけを装着した場合、前記ＲＦパワーの増加により前記試片チャンバで測定される前記イオン電流はむしろ減少したことを確認することができる。これはプラズマ密度の増加による前記プラズマシースの厚さの減少及び抽出されるイオンの分散によるイオンフラックスの減少として解釈することができる。
【００６３】
曲線１１２、曲線１１４及び曲線１１６において、前記プラズマシース制御器を前記グリッドアセンブリとともに装着した場合、前記ＲＦパワーの増加により前記試片チャンバで測定される前記イオン電流は増加することがわかる。前記第２イオン抽出口の大きさによって前記試片チャンバで測定される前記イオン電流は異なるものとして検出されることができる。また、前記第２イオン抽出口の大きさを調節して前記試片チャンバで測定された前記イオン電流を制御できることがわかる。
【００６４】
図９及び図１０により、プラズマの密度を増加させてプラズマシース制御器及びグリッドアセンブリを一緒に用いて、高いイオンフラックスを有するイオンビーム装置を実現できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来のイオンビーム装置の部分断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による半導体表面処理装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるプラズマシース制御器及びイオン抽出グリッドを示す斜視図である。
【図４】図３のＥ２部分をより詳細に示す拡大斜視図である。
【図５】図３のＥ２部分をより詳細に示す拡大斜視図である。
【図６】図２のＥ１部分をより詳細に示す拡大断面図である。
【図７】図２のＥ１部分をより詳細に示す拡大断面図である。
【図８】図２のＥ１部分をより詳細に示す拡大断面図である。
【図９】プラズマシース制御器の使用によって抽出されるイオンビームの変化を示すイオン電流特性図である。
【図１０】プラズマシース制御器の使用によって抽出されるイオンビームの変化を示すイオン電流特性図である。
【符号の説明】
【００６６】
３１：プラズマチャンバ、３３：誘導コイル、３５：ＲＦ電源供給装置、３７：ガス流入口、１１、３８：プラズマ、１２、３９：プラズマ表面、１３、４０：プラズマシース、４１、４１’：プラズマシース制御器、４１Ｇ：ギャップ領域、１５、１７、４３、４５、４８：イオン抽出グリッド、４４、４７：絶縁部材、４９、４９’：グリッドアセンブリ、１６、４１Ｈ、４９Ｈ：イオン抽出口、１９、５０：イオンビーム、５１：試片チャンバ（ｓｐｅｃｉｍｅｎ  ｃｈａｍｂｅｒ）、５３：ウエハステージ、５５：ウエハ、５６：マスクパターン、５９：排気口
【図１】
2008186806.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008186806.tif 000008
【図７】
2008186806.tif 000009
【図８】
2008186806.tif 000010
【図９】
2008186806.tif 000011
【図１０】
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