(57)【要約】【課題】加工物を加工するために使用されるガスクラスターイオンビームを制限するためのビーム制限装置および方法を提供すること。【解決手段】ビーム制限装置(400、500、600)は、加工物(152)から離れる方向に第1の部材(402)から突出する第2の部材(412)と、第1および第2の部材(402、412)内で画成され、ガスクラスターイオンビームの少なくとも一部分を加工物(152)に送るような形状にされた開口(404)を含む。【選択図】図2
2008084834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物を加工するのに使用されるガスクラスターイオンビームを制限するためのビーム制限装置であって、
前記加工物と離間した関係で支持されるように適合された第1の部材と、
前記加工物から離れる方向に前記第1の部材から突出する第2の部材とを備え、
前記第1および第2の部材が、前記ガスクラスターイオンビームの少なくとも一部を前記加工物に送るような形状にされた開口を含む、装置。
【請求項２】
前記開口が、中央軸周りに配置され、かつ、前記第1の部材から前記中央軸に沿って離間して配置する前記第2部材内に入口開口部と、前記加工物に近接した前記第1の部材内に出口開口部とを含む、請求項1に記載のビーム制限装置。
【請求項３】
前記第2の部材が、前記第1の部材と交差する外面と、前記開口を囲む内面とを含み、前記内面および外面が、前記入口開口部で合流して先端を画成する、請求項2に記載のビーム制限装置。
【請求項４】
前記先端が、約1mm未満の半径を有する鋭角な端部である、請求項3に記載のビーム制限装置。
【請求項５】
前記ビーム制限装置を、非垂直な入射角度で前記ガスクラスターイオンビームが前記外面に入射するように、前記ガスクラスターイオンビームに対して配置することができるように、前記外面が前記中央軸に対して90°未満、かつ約0°を超える第1の角度で前記先端に向って傾斜されている、請求項3に記載のビーム制限装置。
【請求項６】
前記第1の角度が、約45°以下で約0°よりも大きい、請求項5に記載のビーム制限装置。
【請求項７】
前記出口開口部が前記入口開口部と比べて前記中央軸に沿って見た断面積が大きいように、前記内面が、前記中央軸に対して0°を超える第2の角度で前記先端方向に傾斜されている、請求項5に記載のビーム制限装置。
【請求項８】
前記開口が、中央軸周りに配置され、かつ、前記第1の部材から前記中央軸に沿って離間して置かれた前記第2の部材内の入口開口部と、前記加工物に近接した第1の部材内の出口開口部とを含み、前記第2の部材が前記第1の部材と交差する外面と前記開口を囲む内面とを含み、前記内面および前記外面が前記入口開口部で合流して先端を画成すると共に、前記外面が前記中央軸に対して鋭角に前記先端に向って傾斜されていることにより、非垂直な入射角度で前記ガスクラスターイオンビームが前記外面に入射するように前記ビーム制限装置を前記ガスクラスターイオンビームに対して配置することができる、請求項1に記載のビーム制限装置。
【請求項９】
前記第2の部材が、前記第1の部材と交差する外面と、前記開口を囲む内面と、前記内面と前記外面が結合されて前記開口の入口開口部を画成する先端とを含み、前記先端が、前記ガスクラスターイオンビームのビーム半径以上の距離だけ前記第1の部材から離間して配置する、請求項1に記載のビーム制限装置。
【請求項１０】
前記開口が、中央軸周りに配置され、前記第2の部材が、前記第1の部材と交差する外面と、前記開口を囲む内面とを含むビーム制限装置であって、さらに、
前記中央軸に沿って離間して配置する、前記外面の周りを円周方向に延びる複数の鋸歯を備えた、請求項1に記載のビーム制限装置。
【請求項１１】
前記第2の部材が前記第1の部材と交差する外面と前記開口を囲む内面とを含み、さらに、
前記外面から突出するフィーチャであって、前記外面の周りを円周方向に延びて前記フィーチャの一部分および前記外面によって境界がつけられた凹みを画成するフィーチャを備えた、請求項1に記載のビーム制限装置。
【請求項１２】
前記フィーチャが、連続的で分離されていない、請求項11に記載のビーム制限装置。
【請求項１３】
前記内面および前記外面が前記第1の部材から遠く離れた先端で交差して前記開口の入口開口部を画成し、前記フィーチャが前記第1の部材よりも前記入口開口部に近接して配置される、請求項11に記載のビーム制限装置。
【請求項１４】
前記開口が、中央軸周りに配置され、かつ、前記第1の部材から前記中央軸に沿って離間して配置された前記第2の部材内の入口開口部と、前記加工物に近接した第1の部材内の出口開口部とを含み、前記フィーチャが、前記出口開口部よりも前記入口開口部に近接して配置される、請求項11に記載のビーム制限装置。
【請求項１５】
ガスクラスターイオンビームで加工物を加工するためのガスクラスターイオンビーム装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内にあり、前記ガスクラスターイオンビームを生成するように構成されたガスクラスターイオンビーム源と、
前記真空容器内の、前記ガスクラスターイオンビーム源と前記加工物の間に配設されたビーム制限装置であって、前記加工物と離間した関係で支持されるように適合された第1の部材と、前記加工物から離れる方向に前記第1の部材から突出する第2の部材とを含み、前記第1および第2の部材が、前記ガスクラスターイオンビームの少なくとも一部分を前記加工物に送るような形状にされた開口を含む、ビーム制限装置とを備えた、装置。
【請求項１６】
加工物をガスクラスターイオンビームで加工する方法であって、
前記ガスクラスターイオンビームを、入口開口部を抜けてビーム制限開口に導く段階と、
前記ビーム制限開口を囲む表面を、前記表面が方向前記ガスクラスターイオンビームの移動方向に対して傾斜されるように前記移動に対して向ける段階と、
前記ビーム制限開口を抜けて送られた前記ガスクラスターイオンビームの断面積を低減するように前記表面に前記ガスクラスターイオンビームを衝突させる段階と、
前記ガスクラスターイオンビームが前記ビーム制限開口の出口開口部を出た後、前記加工物を前記ガスクラスターイオンビームに晒す段階とを備えた方法。
【請求項１７】
前記ビーム制限開口を囲む前記表面を、前記ガスクラスターイオンビームの移動方向に対して向ける段階が、さらに、
前記ビーム制限開口およびガスクラスターイオンビームがほぼ同軸になるように前記ビーム制限開口を前記ガスクラスターイオンビームに対して配置する段階を備えた、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記表面と前記ガスクラスターイオンビームとの衝突が汚染を生じさせる方法であって、さらに、
前記表面から突出するフィーチャによって前記汚染から剥離した粒子を集める段階を備えた、請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
前記粒子を集める段階が、さらに、
前記粒子が前記開口の前記入口開口部に到達しないように前記粒子を保持する段階を備えた、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記ビーム制限開口を囲む前記表面を、前記ガスクラスターイオンビームの移動方向に対して向ける段階が、さらに、
前記表面が前記イオンビームの移動方向に対して鋭角に傾斜されるように前記表面を向ける段階を備えた、請求項16に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、加工物の表面を加工するためのガスクラスターイオンビーム(GCIB)装置および方法に関し、より詳細には、高電流GCIB加工器具内の加工物汚染を低減するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、2006年7月14日出願の米国仮出願第60/831,100号の利益を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体を本明細書に組み込む。
【０００３】
ガスクラスターイオンビーム(GCIB)は、加工物上の表面をエッチング、洗浄、平滑化するため、蒸発した炭素質材料からの成膜を助けるため、かつ、ドーパント、半導体材料、および他の材料を堆積および/または注入するために使用されている。ここでの論議では、ガスクラスターは、標準温度および圧力の条件下で気体状である材料のナノサイズの凝集体と考えられている。そのようなガスクラスターは、緩く結合してクラスタを形成する、数個の分子から数千個以上の分子の凝集体で構成することができる。
【０００４】
ガスクラスターは、電子衝撃によってイオン化することができ、それらを、制御可能なエネルギーの有向ビームの形にすることを可能にする。こうしたイオンはそれぞれ、通常、q・e(eは電子電荷の大きさであり、qは1から複数の値を有する正の整数であり、クラスタイオンの電荷状態を示す)の積によって与えられた正電荷を帯びている。より大きなサイズのクラスタイオンは、1クラスタイオン当り多くのエネルギーを運ぶことができるので、しばしば最も有用であるが、1分子当りでは少量のエネルギーしか有さない。クラスタは衝撃を受けると分解し、各々の個々の分子は、全クラスタエネルギーのうちほんのわずかな割合しか有さない。その結果、大きなクラスタの衝撃効果は、多大なものであるが、ほんの浅い表面領域に限定される。このため、ガスクラスターイオンは、従来のイオンビーム加工の特徴である、より深い表面下の損傷を生み出す傾向を有すことなく、様々な表面改良加工に対して有効になる。
【０００５】
現在利用可能なクラスタイオン源は、1〜数千個のN(Nは各々のクラスタ内の分子の数)までの広範に分布するサイズを有するクラスタイオンを生み出す。アルゴンなどの単原子ガスの場合、単原子ガスの原子は、原子または分子と称され、こうした単原子ガスのイオン化された原子は、イオン化原子、分子イオン、またはモノマーイオンと称される。それらの質量は軽いので、加速されたGCIB内の分子イオンおよび/またはモノマーイオンならびに他の非常に軽量なイオンは、しばしば望ましくないと考えられる。というのは、電位差により加速された場合、それらのイオンは、それらよりも大きなクラスタイオンよりもはるかに速い速度を得るからである。
【０００６】
加工物表面の加工に使用される場合、そのような高速のモノマーイオンは、これらよりも大きなクラスタよりもはるかに深く表面を貫通する傾向があり、所望のプロセスに有害な望ましくない表面下の損傷を生じさせる。したがって、モノマービームフィルタをGCIB加工装置内に組み込むのが一般的なやり方である。こうしたフィルタは、通常、(好ましくは永久の)磁石によってビームにかけられた磁場を使用して、モノマーイオンおよび他の低質量のイオンを主GCIBから偏向させて、GCIBプロセスに及ぼすそれらの望ましくない効果を解消する。モノマーおよび他の低質量のイオンは通常、偏向された軽量のイオンと交差する下流側の開口を使用して主GCIBの外で解析され、一方で、より重いイオン(実質的に偏向されていない)が加工物へ移動することを可能にする。本願の譲受人に譲渡された、Tortiらの米国特許第6,635,883号明細書は、モノマーおよび低質量のクラスタイオンを除去するための磁石と開口の使用を教示しており、その全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００７】
例えば、ファラデーカップ(Faraday cup)などの電流測定装置が、通常、加工中にかけられたGCIBの線量を計測するため、ならびに/あるいは加工物に運ばれたGCIB線量を制御するためにGCIB内で使用される。こうした電流測定装置は、しばしば、計測すべきビームを受け入れるための入口開口を有する。時には、GCIBのエンベロープが曖昧で、わずかな変動が起こりやすくなることがあり、その場合、ビーム制限開口を使用して、ファラデーカップによる電流測定の前にGCIBの形状および/または程度を明確に制限することが有用であり、また望ましい。このような制限開口は、測定されたGCIBと加工物の加工時に使用されたGCIBの程度が同じであること、ならびに加工時に使用されたビーム全体が、ファラデーカップまたは正確なプロセス線量測定のための他の電流測定手段による測定のために受け入れられることを確実にする。本願の譲受人に譲渡された、Mackらの米国特許第6,646,277号は、加工物の前のビーム制限のための制限開口および/または線量測定ファラデーカップの使用を教示しており、その全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００８】
多くの有用な表面加工効果は、GCIBで表面に衝撃を与えることによって実現することができる。そのような加工効果には、それだけに限定されないが、平滑化、エッチング、被膜成長/成膜、および材料の表面への注入が挙げられる。多くの場合、こうしたプロセスにおいて工業的に実用的な処理能力を実現するために、約数百、または恐らくは数千マイクロアンペアのGCIB電流が、必要な表面加工の線量を供給するために必要になる。一般には、加工効果は、GCIB電流および/または線量が増加するにつれて増大していく傾向がある。
【０００９】
工業規模での加工物のGCIB加工のためのいくつかの新たな用途が、半導体分野および他のハイテク分野に存在している。収率およびパフォーマンスを考慮すると、こうした用途には、通常、加工段階が、ほんのわずかなレベルの汚染しか与えないようにすることが要求される。加工物のGCIB加工は、その多くが不活性ガスである、様々なガスクラスターソースガスを使用して行われるが、多くのGCIB加工用途では、反応性ソースガスと、金属、セラミック、半導体および他の被膜を堆積させるために使用できるソースガスとを、時には不活性または希ガスと組み合わせて、あるいは混合して含むGCIBを使用することが望ましい。
【００１０】
しばしば、ハロゲン含有ガス、酸素、金属含有ガス、半導体材料含有ガスおよび他の反応性ガスまたはそれらの混合気が、時に不活性または希ガスと組み合わせてあるいは混合してGCIB内に組み込まれる。これらのガスが、衝突した表面にエッチング、スパッタリング、または成膜を生じさせるので、その腐食特性のために、半導体加工用のガスクラスターイオナイザの設計に対して問題をもたらす。しばしば、そのようなエッチング、スパッタリング、または堆積は、意図された所望の加工物加工の一部となる。
【００１１】
しかし、ビームの制限ならびに分子、モノマーおよび低質量のイオンのプロセスビームからの分離のために使用されるような開口もまた、GCIBによって照射される。多くの加工物の加工を伴う長い加工時間を経た後、この開口はかなりのGCIBの線量を得ることがある。開口のこうした入射線量は、スパッタリング、腐食、およびGCIBの入射効果による他の表面からスパッタリングされたおよび/または化学的にエッチングされたGCIB成分または材料の堆積のために、開口表面の汚染物質が形成される結果となり得る。汚染材料は、しばしば接着力が弱い被膜または堆積物の形で開口表面上に堆積する。
【００１２】
通常の熱サイクル、振動、または他の作用が、開口表面からの汚染物質の粒子の放出を引き起こすことがある。そのような開口の加工物に対する近接性、および/または静電輸送作用または他の作用による粒子の輸送により、GCIB装置内で加工中の加工物への汚染した粒子の非常に望ましくない輸送が起こり得、その結果、製品が損なわれ、製品収率が低下する。
【００１３】
図1Aおよび図1Bを参照すれば、GCIB加工器具用のビーム制限装置10が開口プレート12および開口プレート12を貫通して広がる開口14を含む。開口プレート12は、開口プレート支持体(図示せず)によって、支持され、一直線に保持され、接地され、放熱される。通常、導電性である開口プレート12は、軸18方向に移動するGCIB20が衝突する前面16を有する。開口14は、ビームを制限し、軸18に沿って移動するビームレットを解析し、その結果、モノマー、分子および/または低質量のクラスタイオンが、GCIB20から除去され、平行にされたまたはフィルタ処理した部分19だけが、加工物22の照射および加工ならびに線量測定のために送られる。開口14は、円形の断面プロファイルを有し、その全体は、開口プレート12の前面16および後面17の間の開口プレート12の平面部内に配設される。
【００１４】
GCIB20の一部分は、開口14を取り囲むほぼ環状の領域24において開口プレート12の前面16と交差する。入射角度は、開口プレート12の前面16の平面に対してほぼ垂直である。長期間使用した後、ならびにスパッタリング、エッチング、および/または堆積の結果、汚染物質26が、前面16の環状領域24上に堆積する。最終的には、汚染物質26の一部が、粒子の形で前面16から剥れることがあり、この粒子は加工物22へ輸送されることがあり、それによって、加工物22の望ましくない粒子汚染を引き起こす。開口プレート12から剥れた粒子は、主にGCIB20内に入り、その中で静電力および他のビーム力が、加工物22への輸送を助長させる。
【特許文献１】米国仮出願第60/831,100号明細書
【特許文献２】米国特許第6,635,883号明細書
【特許文献３】米国特許第6,646,277号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、開口近傍の表面の汚染物質粒子の放出を低減するように構成された開口を含むGCIB加工器具用のビーム制限装置が必要になる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
加工物の加工に使用されるガスクラスターイオンビームを制限するためのビーム制限装置が、提供される。一実施形態では、ビーム制限装置は、加工物と離間した関係で支持されるように適合された第1の部材と、加工物から離れる方向に第1の部材から突出する第2の部材とを含む。第1および第2の部材は、ガスクラスターイオンビームの少なくとも一部分を加工物へ送るような形状にされた開口を含む。
【００１７】
ビーム制限装置は、加工物をガスクラスターイオンビームで加工するためのガスクラスターイオンビーム装置と併せて使用することができる。ガスクラスターイオンビーム装置は、真空容器および真空容器内のガスクラスターイオンビーム源を含む。ガスクラスターイオンビーム源は、ガスクラスターイオンビームを生成するような形状にされている。ビーム制限装置は、真空容器内のガスクラスターイオンビーム源と加工物の間に配設される。
【００１８】
別の実施形態では、加工物をガスクラスターイオンビームで加工するための方法が提供される。本方法は、ガスクラスターイオンビームを、入口開口部を抜けてビーム制限開口へと導く段階と、ビーム制限開口を囲む表面を、この表面がガスクラスターイオンビームの移動方向に対して傾斜するようにその移動方向に対して向ける段階とを含む。本方法はさらに、ビーム制限開口を抜けて送られたガスクラスターイオンビームの断面積を低減するように表面にガスクラスターイオンビームを衝突させる段階と、ガスクラスターイオンビームがビーム制限開口の出口開口部を出た後、加工物をこのガスクラスターイオンビームに晒す段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図2を参照すると、GCIB加工装置100は、真空容器102を含み、この真空容器102は、3つの連通チャンバ、すなわち、ソースチャンバ104、イオン化/加速チャンバ106、および加工チャンバ108に分離されている。これら3つのチャンバは、それぞれ真空ポンプシステム146a、146b、および146cによって適当な作動圧力まで排気される。
【００２０】
ガス貯蔵シリンダ111内に貯蔵された凝縮可能なソースガス112が、圧力下で、ガス絞り弁113およびガス供給チューブ114からよどみチャンバ116内に入り、適切に成形されたノズル110から実質的により低圧の真空内へと噴出される。超音速ガスジェット118が生じる。ガスジェット118内の膨張から生じる冷却が、ガスジェット118の一部分を、各々が数個から数千個の弱く結合された原子または分子からなるクラスタへと凝縮させる。ガススキマー開口120は、そのようなより高圧が有害になるであろう下流の領域(例えば、イオナイザ122、サプレッサ電極142および加工チャンバ108)の圧力を最小限に抑えるように、クラスタジェットに凝縮されなかったガス分子をクラスタジェットから部分的に分離する。適切な凝縮可能なソースガス112には、それだけには限定されないが、アルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素、NF3、GeH4、B2H6、および他のガスおよび/または混合気が含まれる。
【００２１】
ガスクラスターを含む超音速ガスジェット118が形成された後、クラスタがイオナイザ122内でイオン化される。イオナイザ122は、通常、電子衝撃型のイオナイザであり、ジェットがイオナイザ122を通過する場所で、1つまたは複数の白熱フィラメント124から熱電子を生成し、その電子を加速させ指向させてこの熱電子をガスジェット118内のガスクラスターに衝突させる。クラスタとの電子衝突により、クラスタから電子が放出され、それによって、クラスタの一部が陽イオン化される。クラスタの一部は、2つ以上の電子を放出させ、複数にイオン化されたものでもよい。
【００２２】
サプレッサ電極142および接地された電極144は、イオナイザ出口開口126からクラスタイオンを抽出し、それらを所望のエネルギー(通常は数百Vから数十kVの加速電位で)まで加速させ、集束させてガスクラスターイオンビーム(GCIB)128を形成する。ガスクラスターを含む超音速ガスジェット118の軸129は、GCIB128の軸とほぼ同じである。フィラメント電源136が、フィラメント電圧VFを与えてイオナイザフィラメント124を加熱する。アノード電源134は、アノード電圧VAを与えてフィラメント124から放出された熱電子を加速させて熱電子をクラスター含有ガスジェット118に衝突させてクラスタイオンを生じさせる。抑制電源138は、抑制電圧Vsを与えてサプレッサ電極142をバイアスする。加速器電源140は、加速電圧VACCを与えてサプレッサ電極142および接地された電極144に対してイオナイザ122をバイアスし、その結果、VACCと等しい全GCIB加速電位が得られるようになる。サプレッサ電極142は、望ましくない電子が下流からイオナイザ122に入ることを防止し、かつ、集束されたGCIB128を形成するために、イオナイザ122のイオナイザ出口開口126からイオンを抽出する働きをする。
【００２３】
永久磁石の構造を有してよい磁石132は、GCIBを通過させるクリアな開口222を有し、軸129に沿ってGCIB128の移動方向に垂直な方向に磁場をかける。磁石132の磁場は、GCIB128内のモノマーイオン、分子イオン、および恐らくは何らかの他の軽量イオンを偏向させ、軸129からわずかに偏向された方向130に移動する望ましくないモノマーイオン、分子イオン、および他の低質量イオンのビームレットを形成し、この望ましくないモノマーイオン、分子イオン、および／または他の低質量イオンを、軸129に沿ってGCIB128内を移動するより重く、より大きなクラスタイオンから分離する。
【００２４】
フィルタ処理したGCIB131は、GCIB128の高質量の実質的に偏向されていない部分から成り、ビーム制限装置400の開口プレート402内の開口404を通過する。開口プレート402は、ビームを制限し、方向130に移動するビームレットを解析し、その結果、モノマークラスタイオン、分子クラスタイオンおよび/または低質量のクラスタイオンがGCIBから取り除かれ、フィルタ処理したGCIB131のみが、加工物の加工および線量測定に進められる。開口プレート402は、通常、電気的に導電性である。開口プレート402は、開口プレート支持体206によって支持され、一直線に保持され、電気的に接地され、かつ熱的に放熱される。
【００２５】
GCIB加工によって加工される半導体ウエハまたは他の加工物であり得る加工物152が、フィルタ処理したGCIB131の経路内に配設することができる加工物ホルダ150上に保持される。ほとんどの用途では、空間的に均一な結果をもたらす大型の加工物の加工が企図されるので、走査システムは、大きな面積の加工物152を、安定したフィルタ処理したGCBI 131中で均一に走査して空間的に均質な加工物の加工効果を生じさせることが望ましい。
【００２６】
X走査アクチュエータ202が、X走査運動208の方向(紙の平面へ、またその外へ)に加工物ホルダ150の直線運動をもたらす。Y走査アクチュエータ204は、通常はX走査運動208に直交するY走査運動210の方向に、加工物ホルダ150の直線運動をもたらす。X走査およびY走査運動が相まって、加工物ホルダ150で保持されている加工物152を、ラスターのような走査運動で、フィルタ処理したGCIB131中を移動させて、加工物152の加工用にフィルタ処理したGCIB131による加工物152の表面の均一な(あるいは別の形でプログラムされた)照射を引き起こす。加工物ホルダ150は、フィルタ処理したGCIB131の軸129に対してある角度で加工物152を配設し、その結果、フィルタ処理したGCIB131が、加工物152の表面に対するビ-ム入射のある角度を有するようになる。ビーム入射の角度は、90°でも何らかの他の角度でもよいが、通常は、図1に示すように90°またはほぼ90°である。Y走査中、加工物152および加工物ホルダ150はそれぞれ、図示する位置から番号152Aおよび150Aによって示された代替位置「A」まで移動する。この2つの位置間を移動する際、加工物152は、フィルタ処理したGCIB131により走査され、両端の位置では、フィルタ処理したGCIB131の経路から完全に外れて(オーバースキャンされる)移動されることに留意されたい。図1では明確に示していないが、類似の走査およびオーバースキャンが、(通常は)直交のX走査運動208方向(紙の平面内へ、かつその外へ)で実施される。
【００２７】
ビーム電流センサ218が、加工物ホルダ150がフィルタ処理したGCIB131の経路の外で走査されるときフィルタ処理したGCIB131の試料と交差するように、フィルタ処理したGCIB131の経路内の加工物ホルダ150を超えて配設される。ビーム電流センサ218は、通常、ファラデーカップまたは類似のものであり、ビーム入口開口部以外は閉じており、通常は、電気的に絶縁した取付体212によって真空容器102の壁に固定される。
【００２８】
マイクロコンピュータベースの制御器でよい制御器220は、X走査アクチュエータ202とY走査アクチュエータ204を電気ケーブル216によって接続し、加工物152を、フィルタ処理したGCIB131の中にまたはその外に配置し、かつ、フィルタ処理したGCIB131に対して均一に加工物152を走査してフィルタ処理したGCIB131によって加工物152の所望の加工を実現するように、X走査アクチュエータ202およびY走査アクチュエータ204を制御する。制御器220は、ビーム電流センサ218によって集められた抽出されたビーム電流を、リード線214を介して受け取り、それにより、GCIBを監視し、所定の所望の線量が運ばれたときにフィルタ処理したGCIB131から加工物152を取り除くことによって加工物152が受け取ったGCIB線量を制御する。
【００２９】
図3Aおよび図3Bを参照すれば、ビーム制限装置400は、開口プレート402の前面406からGCIBの上流側に向って、かつ加工物152から見て外側方向に突出する管状の突起部412を含んでいる。一部が突起部412内に、一部が開口プレート402内にある孔として制限される開口404は、フィルタ処理したGCIB131がビーム制限装置400を通過した後で加工物152に衝突するように、GCIB 128を平行にして成形する。開口404は、突起部412の先端428近くの入口開口部420と入口開口部420の下流側の開口プレート402内の出口開口部422との間を、加工物152方向に延びる。使用に際して、出口開口部422は、中央軸430に沿って入口開口部420と加工物152の間に配置される。
【００３０】
突起部412は、開口プレート402の前面406と一角で交差する外面412bを含む。同様に、開口プレート402および突起部412が、開口404を囲み、出口開口部422で画成された別の角において開口プレート402の後面417と交差する内面412aを画成する。内面412aおよび外面412bは、加工物152から遠く離れ、中央軸430に沿って開口プレート402から離間して置かれた先端428で合流して交わり、その先端428において、開口404の入口開口部420を画成する。
【００３１】
出口開口部422の断面積は、通常、GBIC128と内面412aの間の相互作用を限定するために入口開口部420よりも大きくなっている。突起部412は、図3Bで示すように、突起部412が前面406から突出する長さLが、RBよりも長いか、それと等しくなるように寸法設定されてよい。代替の実施形態では、開口プレート402の前面406および後面417は、代表的な実施形態の平面406、417とは対照的に非平面でよい。
【００３２】
GCIB128は、軸129の周りに対称的に分布されてよく、特に、GCIB128は、軸129に沿って見た円形の断面プロファイルと、図3Bで最も明確に示すように、軸129から径方向に測定されたビーム半径RBとを有するほぼ円筒形のものでよい。開口404およびその開口部420、422ならびに内面412aは、代表的な実施形態では、GCIB128の軸129とほぼ同一線上に並んで示される中央軸430に対して整列されている。通常、開口404およびその開口部420、422ならびに内面412aは、中央軸430に対する同心配置を有している。当業者に理解されるように、軸129、430は、同一線上だけには限定されず、単に平行でもよく、あるいは互いに角度をつけて傾斜されてもよい。
【００３３】
GCIB128の一部分が、突起部412の外面412bと交差し、別の部分が開口プレート402の前面406上の環状領域410と交差するが、後者の衝突は、ビーム半径の値RBおよび軸129、430間の空間的関係によって左右される。通常、軸129、430は、ほぼ同一線上にあり、これは説明のために仮定されている。GCIB128の、突起部412の外面412bに衝突する部分は、GCIBが開口プレート12に衝突するときに従来のビーム制限装置に生じる（図1A,1B）ようなほぼ垂直な角度(すなわち90°)ではなく、視射角(すなわち鋭角)に衝突する。視射角の入射のために、外面412bの構成材料と外面412b上のスパッタリングされた材料の堆積とのスパッタリング率は、GCIBの入射角度が従来のビーム制限装置のように表面に対して垂直であった場合のスパッタリング率よりも低い。
【００３４】
さらに、外面412bからスパッタリングまたはエッチングによって除去された材料は、前面406上であるが、開口404の入口開口部420から遠く離れたほぼ環状の領域410において再堆積する傾向がある。長期間の使用後、およびスパッタリング、エッチング、および/または堆積の結果、汚染物質408は、前面406の環状の領域410上に堆積する。最終的には、汚染物質408の一部が、前面406から粒子の形で剥離するが、この場合、少なくとも一部は、環状領域410が開口404の入口開口部420から離れているという理由で、場合によっては、少なくとも一部は、剥れた粒子が突起部412によってもたらされた静電および他のビーム力から遮断されるという理由で、加工物152に効率的には輸送されない。
【００３５】
代表的な実施形態では、突起部412の内面412aおよび外面412bは、内面412aおよび外面412bが開口420に向って上流方向に先細になっている円錐形状または円錐台形状である。中央軸430と共に円錐形の外面412bによって形成される角度θ1は、約45°以下、かつ0°より大きくてよい。中央軸430と共に円錐形の内面412aによって形成される角度θ2は、0°より大きく、特定の実施形態では、約3°以上でよい。別の実施形態では、端部の半径REdgeは、約1mm未満の半径を有する鋭角の端部でよい。
【００３６】
同じ参照番号が図3A、図3B中および代替の実施形態による同じ特徴を示す図4を参照すれば、ビーム制限装置500の突起部412は、外面412b上に鋸歯504を含む。鋸歯504は、突起部412の外周を延び、ビーム制限装置500の開口404を包囲する一連の同心円上のリッジを含む。表面に対する垂直な入射の際に低スパッタリング率が特徴であるガスダスターイオンビームの場合、鋸歯504は、突起部412の平坦な外面412bに比べて利点を有し得る(図3B)。このプロファイルのさらなる利点は、鋸歯504が、開口404の入口開口部420方向への剥れた粒子の重力輸送を防ぐことができることである。
【００３７】
同じ参照番号が図3A、図3B、および図4中ならびに代替の実施形態による同じ特徴を示す図5を参照すれば、ビーム制限装置600の突起部412は、外面412bから突出するフィーチャ603を含む。突起部412の外周周りを延び、開口404を包囲するフィーチャ603は、外面412bから突出して、全体が外面412bとGCIB128から影がつけられたフィーチャ603の表面との間にある円形のポケット、すなわち凹み604を画成する。フィーチャ603および円形の凹み604は、重力または他の力によって開口404の入口開口部420に向って輸送される傾向を有することがある、円錐形の外面412bから剥れた粒子を集める働きをすることができる。そのような粒子は、円形の凹み604にひっかかり、ここでGCIB128の影響から遮断される。フィーチャ603は、連続的で分離されてなくてよい。代表的な実施形態では、フィーチャ603は、開口プレート402および出口開口部422よりも入口開口部420の近くに配置される。
【００３８】
図6は、図1Aおよび図1Bに実質的に示されるように、従来の円形の平面開口を備えた平坦な開口プレートを含む、従来のビーム制限装置を組み込んだGCIB加工装置の粒子汚染のパフォーマンスを示すグラフである。GCIB加工装置は、半導体用途向けのクリーンな200mm径のシリコンウエハを加工するように構成された。多くのウエハは、5KVの加速電位で加速された、B2H6ソースガスから成るガスクラスターイオンビームでそれらを照射することによって加工された。
【００３９】
0.16ミクロン径よりも大きなサイズの粒子が、1cm2当り1×1015のガスクラスターイオンの線量を用いたGCIB加工の前後で、ウエハ上で測定された。GCIB加工によってウエハに付加された粒子の数が、各々のウエハに対して算出され、GCIB加工装置の総作動時間に応じて図6にプロットされた。図6のプロットされたデータは、従来の開口を含むビーム制限装置で加工されたとき、加工されたウエハの粒子汚染率が、1ウエハ当り約30粒子の付加という低レベルから始まったことが示されている。しかし、作動時間が累積するにつれて、汚染率は、1ウエハ当り400粒子を超える付加という非常に高いレベルまで急激に上昇した(約10時間後)。
【００４０】
図7は、図3Aおよび図3Bに実質的に示すように、改良されたビーム制限装置を外付けしたGCIB加工装置の改善された粒子汚染のパフォーマンスを示すグラフである。GCIB加工装置は、ここでも、半導体用途向けのクリーンな200mm径のシリコンウエハを加工するように構成された。多くのウエハが、B2H6ソースガスから成り、かつ5KVの加速電位で加速されたガスクラスターイオンビームでそれらを照射することによって、図6に使用されるのと同様の加工条件を使用して加工された。0.16ミクロン径よりも大きなサイズの粒子が、1cm2あたり1×1015のガスクラスターイオンの線量を用いたGCIB加工の前後で、ウエハ上で測定された。GCIB加工によってウエハに付加された粒子の数が、各々のウエハに対して算出され、GCIB加工装置の総作動時間に応じてプロットされた。25のウエハローリング平均も、グラフ上にプロットされた。
【００４１】
図7のデータから明らかなように、改良されたビーム制限開口が、観察された粒子堆積を低減した。加工されたウエハ上の粒子汚染率が、1ウエハ当り約25粒子の付加という低い平均汚染率にとどまることが観察された。粒子汚染率は、累積作動時間が少なくとも192時間になるまでは、上昇しておらず、これは、従来の開口を有するビーム制限装置に観察された動作に対する実質的な改善を示す。
【００４２】
ビーム制限装置の様々な実施形態では、汚染物質が、加工物に輸送される、したがって加工物を汚染するために開口へと輸送されねばならない距離を広げた、改良されたビーム開口ジオメトリを特徴としてもつ。この改良されたビーム開口ジオメトリは、GCIBが衝突する広い表面積を有し、この表面積により、従来のビーム制限装置に観察されるものよりも遅い発達速度で開口と境界を接する表面上に汚染物質が堆積する。改良されたビーム開口ジオメトリは、ビーム制限装置によって剥れた汚染粒子を、ビーム誘発静電輸送作用から遮り、このビーム誘発静電輸送作用は、軽減されない場合、粒子をビーム制限装置から加工物へ移送する可能性がある。
【００４３】
本発明を、様々な実施形態の説明によって明らかにし、それらの実施形態を、極めて詳細に説明してきたが、本出願人は、添付の特許請求の範囲をこうした詳細に制限または多少なりとも限定することを意図していない。さらなる利点および改変形態も、当業者には容易に明らかになるであろう。例えば、開口は、円形ではなく、代わりに矩形、スリット形状、楕円形、および非円形の開口形状の断面の幾何学的図形を有してよい。このように、そのより広範な態様における本発明は、したがって、特定の詳細、代表的な装置および方法、ならびに図示され、説明された例に限定されない。したがって、本出願人の全体的な発明概念の趣旨または範囲から外れることなく、そのような詳細から逸脱してよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】GCIB加工装置用の従来のGCIBビーム制限装置の正面図である。
【図１Ｂ】図1Aの1B-1Bに沿って全体が切り取られた断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるGCIBビーム制限装置を組み込んだGCIB加工装置の概略図である。
【図３Ａ】図2のGCIBビーム制限装置の正面図である。
【図３Ｂ】ガスクラスターイオンビームが示された、図3Aの3B-3B に沿って全体が切り取られた断面図である。
【図４】本発明の代替の実施形態によるGCIBビーム制限装置の図3Bに類似した断面図である。
【図５】本発明の代替の実施形態によるGCIBビーム制限装置の図3Bおよび4に類似した断面図である。
【図６】図1Aおよび1Bに示す従来のビーム制限装置を備えるGCIB加工装置の粒子汚染のパフォーマンスを示すグラフである。
【図７】図3Aおよび3BのGCIBビーム制限装置の改良された粒子汚染パフォーマンスを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
10  従来のビーム制限装置
12  開口プレート
14  開口
16  前面
18  軸
20  GCIB
22  加工物
24  ほぼ環状の領域
26  汚染物質
100  GCIB加工装置
102  真空容器
104  ソースチャンバ
106  イオン化/加速チャンバ
108  加工チャンバ
110  ノズル
111  ガス貯蔵シリンダ
112  凝縮可能なソースガス
113  絞り弁
114  ガス供給チューブ
116  よどみチャンバ
118  超音速ガスジェット
120  スキマー開口
122  イオナイザ
124  白熱フィラメント
126  イオナイザ出口開口
128  ガスクラスターイオンビーム
129  軸
130  方向
131  フィルタ処理したGCIB
132  磁石
138  抑制電源
142  サプレッサ電極
146a、146b、146c  真空ポンプシステム
150  加工物ホルダ
152  加工物
202  X走査アクチュエータ
204  Y走査アクチュエータ
206  開口プレート支持体
208  X走査運動
210  Y走査運動
214  リード線
216  電気ケーブル
218  ビーム電流センサ
220  制御器
400  ビーム制限装置
402  開口プレート
404  開口
406  前面
408  汚染物質
410  環状領域
412  突起部
417  後面
420  入口開口部
422  出口開口部
428  先端
430  中央軸
500  ビーム制限装置
504  鋸歯
600  ビーム制限装置
603  フィーチャ
604  円形の凹み
【図１Ａ】
2008084834.tif 000003
【図１Ｂ】
2008084834.tif 000004
【図２】
2008084834.tif 000005
【図３Ａ】
2008084834.tif 000006
【図３Ｂ】
2008084834.tif 000007
【図４】
2008084834.tif 000008
【図５】
2008084834.tif 000009
【図６】
2008084834.tif 000010
【図７】
2008084834.tif 000011
【外国語明細書】
2008084834.tif 000012
2008084834.tif 000013
2008084834.tif 000014
2008084834.tif 000015
2008084834.tif 000016
2008084834.tif 000017
2008084834.tif 000018
2008084834.tif 000019
2008084834.tif 000020
2008084834.tif 000021
2008084834.tif 000022
2008084834.tif 000023
2008084834.tif 000024
2008084834.tif 000025
2008084834.tif 000026
2008084834.tif 000027
2008084834.tif 000028
2008084834.tif 000029
2008084834.tif 000030
2008084834.tif 000031
2008084834.tif 000032
2008084834.tif 000033
2008084834.tif 000034
2008084834.tif 000035
2008084834.tif 000036