(57)【要約】金属チャンバ壁を備えるプラズマチャンバ(102)を有するプラズマ源(100)は、プロセスガスを収容する。誘電体窓(120、122)は、プラズマチャンバの中にRF信号を通す。RF信号はプロセスガスを励起し、イオン化して、これによりプラズマチャンバ内にプラズマを形成する。プラズマチャンバの内部に位置付けられるプラズマチャンバライナ(125)は、プラズマチャンバの金属壁(102)に衝突するイオンによってスパッタされる金属から、プラズマチャンバの内部をラインオブサイト遮蔽する。
2010516062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)金属のチャンバ壁を有するプラズマチャンバであって、内部にプロセスガスを収容する、プラズマチャンバと、
b)前記プラズマチャンバの内部にRF信号を通す誘電体窓であって、前記RF信号は前記プラズマチャンバの内部に電磁結合して、前記プロセスガスを励起し、且つイオン化して、これにより前記プラズマチャンバの内部にプラズマを形成する、誘電体窓と、
c)前記プラズマチャンバの内部に位置付けられるプラズマチャンバライナであって、該プラズマチャンバの内部を、前記プラズマチャンバの金属壁に衝突するイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽する、プラズマチャンバライナと、
を備えているプラズマ源。
【請求項２】
前記プラズマチャンバライナは、単一のライナから成る、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記プラズマチャンバライナは、複数のセグメントから成る、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記プラズマチャンバは、アルミニウムで形成される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記プラズマチャンバライナは、ハードコーティングを有するアルミニウム母材で形成される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記プラズマチャンバライナは、熱放散を高めるように成形される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項７】
前記プラズマチャンバライナは、内面にハードコーティングを備えている、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項８】
前記プラズマチャンバライナは、全ての面にハードコーティングを備えている、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項９】
前記ハードコーティングは、ダイヤモンド状のコーティングから成る、請求項8に記載のプラズマ源。
【請求項１０】
前記ハードコーティングは、陽極酸化コーティングから成る、請求項8に記載のプラズマ源。
【請求項１１】
前記ハードコーティングは、Si、SiC、又はY2O3のハードコーティングの少なくとも1つから成る、請求項8に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
前記プラズマチャンバライナは、前記プラズマチャンバに固定される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項１３】
前記プラズマチャンバライナは、スペーサプレートをさらに備えている、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
前記スペーサプレートは、前記プラズマチャンバ内で、前記プラズマチャンバライナと自己整合する、請求項13に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
前記プラズマチャンバは、ポートライナを含む少なくとも1つのポートを備え、前記ポートライナは、前記少なくとも1つのポートに衝突するプラズマ内のイオンによってスパッタされる金属から前記プラズマチャンバの内面をラインオブサイト遮蔽する、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項１６】
a)金属のチャンバ壁を有するプラズマチャンバであって、内部にプロセスガスを収容する、プラズマチャンバと、
b)前記プラズマチャンバの内部にRF信号を通す誘電体窓であって、前記RF信号は前記プラズマチャンバの内部に電磁結合して、前記プロセスガスを励起し、且つイオン化して、これにより前記プラズマチャンバの内部にプラズマを形成する、誘電体窓と、
c)プラズマチャンバライナであって、当該プラズマチャンバライナの温度を制御する少なくとも1つの冷却通路を備え、前記プラズマチャンバの内部を前記プラズマチャンバの金属壁に衝突するイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽するように前記プラズマチャンバの内部に位置付けられる、プラズマチャンバライナと;
を備えている、プラズマ源。
【請求項１７】
前記少なくとも1つの冷却通路は、前記プラズマチャンバライナ内に形成される少なくとも1つの内部冷却通路を備えている、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項１８】
前記少なくとも1つの冷却通路は、前記プラズマチャンバライナの外面上に少なくとも部分的に形成される少なくとも1つの外部冷却通路を備えている、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項１９】
前記少なくとも1つの冷却通路は、水冷却通路を備えている、請求項18に記載のプラズマ源。
【請求項２０】
前記少なくとも1つの冷却通路は、らせん形状に形成される、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２１】
前記らせん形状のピッチは一定でない、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２２】
前記らせん形状の少なくとも一部のピッチは、所望の局所的な熱伝達をするように選定された、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２３】
前記らせん形状の少なくとも一部のピッチは、前記ライナの内面の少なくとも一部分をほぼ一定の温度に維持するように選定された、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２４】
前記らせん形状の少なくとも一部のピッチは、前記ライナの内面の少なくとも一部分を所定の温度分布にするように選定された、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２５】
前記プラズマチャンバライナは、単一のライナから成る、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２６】
前記プラズマチャンバライナは、複数のセグメントから成る、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２７】
前記プラズマチャンバライナは、内面にハードコーティングを備えている、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２８】
a)金属壁を有するプラズマチャンバにプロセスガスを収容するステップと、
b)RF信号を、誘電体窓を経て前記プラズマチャンバに結合させて、前記プロセスガスを励起し、且つイオン化して、これにより前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成するステップと、
c) 前記プラズマチャンバの内部を前記プラズマチャンバの金属壁に衝突する前記プラズマ中のイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽して、金属イオンが前記プロセスチャンバ内にスパッタされないようにするステップと、
を備えている、プラズマの発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において用いるセクションの見出しは、構文上の目的に過ぎず、本出願に記載されている主題を制限するものとして解釈すべきではない。
【背景技術】
【０００２】
従来のビームラインイオン注入装置は、電界によりイオンを加速する。加速されたイオンは、それらの質量電荷比に応じてフィルタされ、所望の注入イオンが選定される。近年、いくつかの最新の電子及び光学デバイスのためのドーピングの必要条件を満たすようなプラズマドーピングシステムが開発されてきている。プラズマドーピングは、PLAD又はプラズマ浸漬イオン注入(PIII)と称されることがある。これらのプラズマドーピングシステムは、ターゲットを、ドーパントイオンを含んでいるプラズマに浸漬して、そのターゲットに一連の負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、イオンをターゲットの方へ加速して、当該イオンをターゲットの表面に注入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願番号第10/905,172号
【特許文献２】米国特許出願番号第10/908,009号
【特許文献３】米国特許出願番号第11/163,303号
【特許文献４】米国特許出願番号第11/163,307号
【特許文献５】米国特許出願番号第11/566,418号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミニウムが多くのプロセスガスに対して耐性を示すことから、及びアルミニウムは容易に形成することができると共に、所望の形状に機械加工することができることから、プラズマドーピングシステムは、典型的には、アルミニウムからなるプラズマチャンバを備えている。多くのプラズマドーピングシステムは、さらにプラズマチャンバ内に外部のアンテナからRF及びマイクロ波の信号を通すためのAl2O3の誘電体窓も備えている。アルミニウム及びアルミニウム母材があることによって、ドーピングする基板を金属汚染させる結果になり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、さまざまな図において同様の番号が同様の構成要素及び機能部を示す、添付の図面とともに以下の説明を参照することによってよりよく理解されるであろう。図面は、必ずしも縮尺どおりではない。当業者は、以下説明する図面が例証目的に過ぎないものであると理解されるであろう。図面は、いかなる意味においても本発明の教示の範囲を制限することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明によるプラズマチャンバライナを含むRFプラズマ源の一例を示す線図である。
【図２】プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト(line-of-site)遮蔽を提供する、本発明による一体又は単一のプラズマチャンバライナを示す図である。
【図３】プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する、本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナを示す図である。
【図４】プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間のラインオブサイト遮蔽と、プラズマチャンバライナの内面上における温度分布の制御との双方を提供する、本発明による温度制御プラズマチャンバライナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本教示を様々な実施形態及び実施例との関連で記載するが、本発明の教示がこのような実施形態に限定されることを意図しない。むしろ、当業者が理解されるように、本発明の教示は、さまざまな変形例、変更例及び均等物を含む。
【０００８】
例えば、本発明のプラズマチャンバライナを、プラズマドーピング装置の金属汚染を低減させることに関連して記載するにもかかわらず、本発明のプラズマチャンバライナは、様々なタイプのエッチング及び堆積システムを含むも、これらに限定されない、多くの種類の処理装置の金属汚染を低減するのに用いることができる。
【０００９】
本発明の方法の個々のステップは、本発明が実施可能なままである限り、任意の順序及び/又は同時に行ってよいものと理解すべきである。また、本発明の装置は、本発明が実施可能なままである限り、記載する実施形態の任意数又は全てを含むことができると理解すべきである。
【００１０】
金属汚染は、不所望な不純物をプラズマドーピングシステムによってドーピングする基板に導入し得る。プラズマチャンバ内のいかなる金属も、潜在的に金属汚染源になり得る。アルミニウム汚染がアルミニウムのプラズマチャンバ壁のスパッタリングから生じ得ることは、技術的に既知である。アルミニウムは、多くのプラズマチャンバ用の母材として普通に用いられている。アルミニウム汚染はまた、プラズマチャンバ内の誘電体窓及びその他の構造を形成するために普通に用いられる、Al2O3誘電体材料のスパッタリングからも生じ得る。
【００１１】
スパッタリングは、プラズマを形成するRFアンテナ及び他の電極が、プラズマ反応器の内部に比較的高い電圧を印加することにより生じる。これらの高電圧は、プラズマ中のイオンを比較的高いエネルギーレベルに加速する。結果として生じるエネルギーイオンは、アルミニウム母材及び、Al2O3誘電体材料に衝突し、このため、アルミニウム原子及びAl2O3分子を押しのける。押しのけられたアルミニウム原子及びAl2O3分子は、ドーピングする基板に衝突して、少なくともある濃度の不所望な金属ドーパントを当該基板にドーピングする。
【００１２】
一般に、プラズマ浸漬イオン注入プロセスにおけるアルミニウム及びAl2O3汚染は、面密度5×1011/cm2未満に減らすのが望ましい。しかしながら、既知のプラズマ反応器、及びBF3及びASH3を用いる、多くのPLAD注入プロセスによると、アルミニウム及びAl2O3の面密度が5×1011/cm2よりかなり大きくなる。
【００１３】
本発明の一態様は、プラズマチャンバ壁（及びチャンバ内のポート）とチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する構造を有するプラズマドーピングシステムに関する。一実施形態においては、ラインオブサイト遮蔽を、スパッタされる材料に対するバリアを成す、特別に設計したプラズマチャンバライナによって達成する。本発明の特別に設計したプラズマチャンバライナを用いることで、プラズマドーピングプロセスにおける金属汚染をかなり防止することができる。特に、本発明の特別に設計したプラズマチャンバライナを用いることで、アルミニウムのチャンバを有するプラズマドーピング装置によって処理される基板におけるアルミニウム汚染をかなり防止することができる。
【００１４】
本発明のプラズマチャンバライナは、ジボラン、BF3及びASH3ド―パントガスを用いるプラズマドーピングプロセスを含む、全ての既知のプラズマドーピングプロセスに適合するように構成することができる。加えて、本発明のチャンバライナは、RF及びグロー放電源のような様々なタイプの放電に対処する。
【００１５】
図1は、本発明によるプラズマチャンバライナを含む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コイル及びらせんRFコイルの双方と、導電性の頂部とを含む誘導結合プラズマ源である。類似のRF誘導結合プラズマ源は、本願人に譲渡された、「RF Plasma Source with Conductive Top Section」というタイトルで、2004年12月20日に出願された特許文献1に記載されている。特許文献1の明細書全体は参考文献として本明細書に組み込むものとする。プラズマ源100は、かなり均一なイオンフラックスを提供することができ、また、二次電子放出によって発生する熱を効率的に放散させるので、PLADの用途に非常に適している。
【００１６】
より具体的には、プラズマ源100は、外部のガス源104によって供給されるプロセスガスを含むプラズマチャンバ102を含む。比例弁106を経てプラズマチャンバ102に連結される外部のガス源104は、チャンバ102にプロセスガスを供給する。実施形態によっては、ガスバッフルを用いて、ガスをプラズマ源装置102に分散させる。圧力計108が、チャンバ102の内部の圧力を測定する。チャンバ102の排気口110が、チャンバ102を排気する真空ポンプ112に連結されている。排気弁114が、排気口110を経る排気コンダクタンスを制御する。
【００１７】
ガス圧コントローラ116が、比例弁106、圧力計108及び排気弁114に電気的に接続されている。ガス圧コントローラ116は、排気コンダクタンスと、圧力計108に応答するフィードバックループにおけるプロセスガスの流量とを制御することによって、プラズマチャンバ102内を所望圧力に維持する。排気コンダクタンスは、排気弁114で制御される。プロセスガスの流量は、比例弁106で制御される。
【００１８】
実施形態によっては、主ドーパントのガス種を提供するプロセスガスにインライン結合される質量流量計によって、比率制御のトレースガス種をプロセスガスに供給する。また、実施形態によっては、インサイチュー調節種のために別個のガス圧入手段を用いる。さらに、実施形態によっては、基板全体に変化をもたらす化学効果を中和させるガスを供給するためにマルチポートのガス圧入手段を用いる。
【００１９】
チャンバ102は、一般に水平方向に延在する誘電材料で形成される第一のセクション120を含むチャンバ頂部118を有している。チャンバ頂部118の第二のセクション122は、第一のセクション120の高さから一般に垂直方向に延在する誘電材料で形成される。第一及び第二のセクション120、122は、本明細書において、誘電体窓と総称することもある。チャンバ頂部118の多数のバリエーションがあると理解すべきである。例えば、第一のセクション120は、第一及び第二のセクション120、122が、本明細書において参考文献として組み込む特許文献1において説明されているように、直交するのでなく、一般に湾曲した方向に延在する誘電材料で形成することができる。他の実施形態において、チャンバ頂部118は、平面のみを含む。
【００２０】
第一及び第二のセクション120、122の形状及び寸法は、特定の性能を達成するように選定することができる。例えば、当業者は、チャンバ頂部118の第一及び第二のセクション120、122の寸法を、プラズマの均一性を向上させるように選定することができると理解するであろう。一実施形態においては、第二のセクション122の水平方向全体の長さに対する第二のセクション122の垂直方向の高さの比を調整して、より均一なプラズマを達成する。例えば、1つの特定の実施形態においては、第二のセクション122の水平方向全体の長さに対する第二のセクション122の垂直方向の高さの比率を、1.5〜5.5の範囲内とする。
【００２１】
第一及び第二のセクション120、122の誘電材料は、RFアンテナからチャンバ102の内部のプラズマにRF電力を伝達するための媒体を提供する。一実施形態において、第一及び第二のセクション120、122を形成するために使用する誘電材料は、プロセスガスに対して化学的に耐性を示し、かつ、良好な熱特性を有する高純度セラミック材料とする。例えば、実施形態によっては、誘電材料は、99.6%のAl2O3又はAlNとする。他の実施態様において、誘電材料は、イットリア及びYAGとする。
【００２２】
チャンバ頂部118の蓋124は、第二のセクション122を水平方向において横切って或る長さで延在する導電材料で形成される。多くの実施形態において、蓋124を形成するのに使用する材料の伝導率は、熱負荷を放散させ、且つ二次電子放出に起因する帯電効果を最小にするために十分高くする。典型的には、蓋124を形成するのに使用する導電材料は、プロセスガスに対して化学的に耐性とする。実施形態によっては、導電材料は、アルミニウム又はシリコンとする。
【００２３】
蓋124は、Chemrz材料、及び/又は、Kalrex材料で形成されるOリングのような、フルオロカーボンポリマーでできているハロゲン耐性のOリングで第二のセクションに結合させることができる。蓋124は、典型的には、第二のセクション122への圧縮を最小にするものの、第二のセクションに蓋124を封止するのに十分な圧縮を与える方法で、第二のセクション122に取り付ける。動作モードによっては、蓋124は、図1に示すようにRF接地及びDC接地する。
【００２４】
本発明によるプラズマ源は、プラズマチャンバライナ125を含む。このプラズマチャンバライナ125は、プラズマチャンバ102の内部をラインオブサイト遮蔽することにより、本明細書に記載したような、プラズマチャンバ102の内部金属壁102’に衝突するプラズマ中のイオンによってスパッタされる金属からの金属汚染を防止するか、又は大幅に低減させるように位置付ける。プラズマチャンバライナ125は、図2につき説明するように、一体又は単一のプラズマチャンバライナとするか、又は、図3につき説明するように、セグメント化したプラズマチャンバライナとすることができる。多くの実施形態において、プラズマチャンバライナ125は、アルミニウムのような金属母材で形成する。これらの実施形態では、プラズマチャンバライナ125の少なくとも内面125’は、本明細書において記載されているように、プラズマチャンバライナ母材のスパッタリングを防止する硬質のコーティング材を含む。
【００２５】
プラズマドーピングプロセスによっては、二次電子放出によって、プラズマ源100の内面に不均一に分布するかなりの量の熱を発生するものもある。実施形態によっては、プラズマチャンバライナ125は、図4につき説明するように、温度制御プラズマチャンバライナ125とする。加えて、実施形態によっては、蓋124は、この蓋124及び周囲の領域の温度を調節して、処理の間に発生する熱負荷を放散させる冷却システムを備える。この冷却システムは、蓋124の中に冷却源からの冷却液を循環させる冷却通路を含む流体冷却システムとすることができる。
【００２６】
RFアンテナが、チャンバ頂部118の第一のセクション120及び第二のセクション122のうちの少なくとも1つに隣接して位置付けられる。図1のプラズマ源100は、互いに電気的に絶縁した2つの別々のRFアンテナを示している。しかしながら、他の実施形態では、2つの別々のRFアンテナは、電気的に接続する。図1に示した実施形態において、複数ターンを有する平面コイルRFアンテナ126（平面アンテナ又は水平アンテナと称されることがある）は、チャンバ頂部118の第一のセクション120に隣接して位置付ける。加えて、複数ターンを有するらせんコイルRFアンテナ128（らせんアンテナ又は垂直アンテナと称されることがある）は、チャンバ頂部118の第二のセクション122を囲む。
【００２７】
実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、実効アンテナコイル電圧を低減させるキャパシタ129で成端させる。本明細書において「実効アンテナコイル電圧」とは、RFアンテナ126、128全体の電圧降下を意味すると定義する。換言するに、実効コイル電圧は、「イオンからみた」電圧あるいはプラズマ中のイオンが受ける電圧である。
【００２８】
また、実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、Al2O3誘電体窓材の誘電率と比較して比較的低い誘電率を有する誘電層134を含む。比較的低い誘電率を有する誘電層134は、同様に実効アンテナコイル電圧を低減する容量分圧器を効果的に形成する。加えて、実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、同様に実効アンテナコイル電圧を低減するファラデーシールド136を含む。
【００２９】
例えば、RF電源などのRF源130が、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つに、電気的に接続されている。多くの実施形態において、RF源130は、RF源130の出力インピーダンスと、RFアンテナ126、128のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合ネットワーク132によってRFアンテナ126、128に結合させて、RF源130からRFアンテナ126、128に転送される電力を最大にする。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及びらせんコイルRFアンテナ128への破線は、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とらせんコイルRFアンテナ128のうちの一方か、あるいは双方へ電気的接続を形成することができることを示す。
【００３０】
実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、液体冷却できるように形成する。平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128の少なくとも1つを冷却することにより、RFアンテナ126、128でのRF電力の伝播に起因する温度勾配を低減することになる。
【００３１】
実施形態によっては、プラズマ源100は、プラズマ点火器138を含む。多数の種類のプラズマ点火器を、本発明のプラズマ源装置で用いることができる。一実施形態において、プラズマ点火器138は、プラズマを点火するのを支援する、アルゴン（Ar）のような高度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、高いコンダクタンスを有するガス接続口でプラズマチャンバ102に連結される。バースト弁142が、貯槽140をプロセスチャンバ102から隔離する。他の実施形態では、ストライクガス源を、低いコンダクタンスのガス接続口を用いるバースト弁142に直接配管する。実施形態によっては、貯槽140の一部は、最初の高流量バーストの後に、ストライクガスを安定な流量にする、限定コンダクタンスのオリフィス、あるいは、計測弁によって分離させる。
【００３２】
プラテン144が、プラズマチャンバ102内でプラズマ源100の頂部118より下の高さの所に位置付けられる。プラテン144は、プラズマドーピングのための基板146を保持する。多くの実施形態において、基板146は、プラテン144に電気的に接続する。図1に示した実施形態において、プラテン144は、プラズマ源100に平行である。しかしながら、本発明の一実施形態では、プラテン144は、プラズマ源100に対して傾ける。
【００３３】
プラテン144は、基板146又は他の処理用のワークピースを支持するために用いられる。実施形態によっては、プラテン144は、基板146を少なくとも一方向に並進、走査、又は振動させる可動ステージに機械的に連結する。一実施形態において、可動ステージは、基板146をディザ又は振動させるディザ発生器又はオシレータである。並進、ディザ及び/又は振動といった動きは、シャドウイング効果を低減又は除去することができて、基板146の表面に衝突するイオンビーム光束の均一性を向上させることができる。
【００３４】
実施形態によっては、偏向グリッドを、チャンバ102内でプラテン144に隣接して位置付ける。偏向グリッドは、プラズマ源100内に生成されるプラズマに対するバリアを形成すると共に、グリッドが適切にバイアスされる際にプラズマ中のイオンが通過する通路を画成する構造をしている。
【００３５】
当業者は本発明の特徴部と共に用いることのできるプラズマ源100の多くの異なる可能な変形例があることを認識するであろう。例えば、「Tilted Plasma Doping」というタイトルで、2005年4月25日に出願された特許文献2のプラズマ源の記載を参照されたい。また、「Conformal Doping Apparatus and Method」というタイトルで、2005年10月13日に出願された特許文献3のプラズマ源の記載を参照されたい。さらに、「Conformal Doping Apparatus and Method」というタイトルで、2005年10月13日に出願された特許文献4のプラズマ源の記載を参照されたい。加えて、「Plasma Doping with Electronically Controllable Implant Angle」というタイトルで、2006年12月4日に出願された特許文献5のプラズマ源の記載を参照されたい。特許文献2、特許文献3、特許文献4、及び特許文献5の明細書全体を本明細書に参考文献として組み込むものとする。
【００３６】
動作中、RF源130は、RFアンテナ126及び128のうちの少なくとも1つに伝搬するRF電流を発生する。すなわち、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、アクティブアンテナである。「アクティブアンテナ」とは、本明細書において、電源によって直接駆動されるアンテナであると定義する。RFアンテナ126、128におけるRF電流は、それからチャンバ102の中にRF電流を誘導する。チャンバ102内のRF電流は、プロセスガスを励起し、イオン化して、チャンバ102内にプラズマを生成する。プラズマチャンバライナ125は、プラズマ中のイオンによってスパッタされた金属を遮蔽して基板146に到達しないようにする。プラズマ源100は、連続モード又はパルスモードで操作することができる。
【００３７】
実施形態によっては、平面コイルアンテナ126及びらせんコイルアンテナ128のうちの1つは、無給電アンテナとする。「無給電アンテナ」とは、本明細書において、アクティブアンテナと電磁通信するも、直接電源には接続していないアンテナを意味するものであると定義する。換言するに、無給電アンテナは、電源によって直接励起されず、むしろアクティブアンテナによって励起される。本発明のいくつかの実施形態においては、アンテナチューニングを行えるようにするために、無給電アンテナの一端をアース電位に電気的に接続する。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実効ターン数を変えるのに用いるコイル調整器148を含む。金属短絡板のような多くの異なるタイプのコイル調整器を用いることができる。
【００３８】
図2は、プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する本発明による一体又は単一のプラズマチャンバライナ200を示す図である。図1及び図2の双方を参照するに、単一のプラズマチャンバライナ200は、プラズマチャンバ102の内部で、プラズマチャンバ102の内壁102’に隣接して位置付けられる。一実施形態において、プラズマチャンバライナ200は、所望のドーパント及び/又は、他のプロセスガスに対して耐性を示す、アルミニウム母材又はいくつかの他の容易に成形可能な材料で形成する。アルミニウムは、産業において広く受け入れられて、一般に、多くの用途にとって望ましいものである。アルミニウムは、また、良好な熱導体である。従って、アルミニウムを使用することで、プラズマチャンバ内の熱放散を改善することになる。実施形態によっては、プラズマチャンバライナ200は、特に熱放散を改善するように成形する。これらの実施形態では、プラズマチャンバライナ200は、熱放散を増大させる構造を含むことができる。
【００３９】
単一のプラズマチャンバライナ200は、アルミニウム固体片のような固体素材から機械加工することができる。実施形態によっては、一体型プラズマチャンバライナ200は、締め具でプラズマチャンバ102に、物理的に取り付けるようにする。単一のプラズマチャンバライナ200は、多数の方法でプラズマチャンバ102に直接固定することができる。例えば、単一のプラズマチャンバライナ200は、プラズマチャンバ102の底部に直接固定することができる。
【００４０】
多くの実施形態において、プラズマチャンバライナの母材は、ハードコーティングで被覆する。実施形態によっては、プラズマチャンバライナ全体をハードコーティングで被覆する。他の実施態様においては、プラズマチャンバライナ200の内面202のみをハードコーティング材料で被覆する。本発明によるプラズマチャンバライナに適しているハードコーティングには多数ある。ハードコーティング材料は、典型的には、プラズマドーピングプロセス中に、ハードコーティング材料が著しくスパッタリングしないようなものを選定する。実施形態によっては、ハードコーティング材料は、熱放散を強化するようなものを選定する。
【００４１】
例えば、実施形態によっては、プラズマチャンバライナの母材を、ダイヤモンド状のコーティング、Si、SiC、又はY2O3コーティングによって被覆する。他の実施態様においては、プラズマチャンバライナ200の母材を陽極酸化処理する。例えば、アルミニウムのプラズマチャンバライナを陽極酸化処理して、陽極酸化アルミニウムのコーティングを形成することができる。
【００４２】
プラズマチャンバは、診断装置へのアクセスを提供するような、様々な目的のためのポートを含むことがよくある。実施形態によっては、ライナをプラズマチャンバ102内の少なくとも一つのポートに挿入する。このポートライナは、その少なくとも1つのポートに衝突するプラズマ中のイオンによってスパッタされた金属から、プラズマチャンバの内面をラインオブサイト遮蔽する。ポートライナはアルミニウムのような金属の固体素材、又は多数のセグメントから作ることができる。少なくとも、ポートライナの内面は、ハードコーティングで被覆する。ポートライナは、プラズマチャンバ102の内部から又はプラズマチャンバ102の外部から取り付けることができる。
【００４３】
図3は、プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する、本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナ300を示す図である。一実施形態において、本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナ300は、アルミニウム又はいくつかの他の成形可能な材料のような、金属の複数のセグメントを含む。金属の複数のセグメントは、さまざまな手段によって取り付けることができる。例えば、実施形態によっては、複数のセグメントを互いに溶接する。他の実施形態においては、複数のセグメントをボルト又はピンのような締め具で取り付ける。セグメント化プラズマチャンバライナ300は、市販用に、より簡易でより安価にすることができる。
【００４４】
図1及び3の双方を参照するに、一実施形態においては、複数のセグメントを、スペーサプレート302に組み込まれる多数の機械加工した部品から作る。スペーサプレート302は、プラズマチャンバライナ300の頂部に取り付ける。スペーサプレート302によって、プラズマチャンバライナ300をプラズマチャンバ102内に容易に位置付けることができる。スペーサプレート302は、プラズマチャンバライナ300をプラズマチャンバ102の中央に位置させるように設計することができる。例えば、スペーサプレート302は、プラズマチャンバライナ300がプラズマチャンバ102に自己整合するように、プラズマチャンバ102の要部に合致する主要部を含むことができる。
【００４５】
多くの実施形態において、セグメント化プラズマチャンバライナ300におけるセグメントのうちの少なくとも1つは、ハードコーティングで被覆する。いくつかの実施形態においては、セグメント化プラズマチャンバライナ300の内面のみをハードコーティング材料で被覆する。他の実施形態においては、複数のセグメントの各々の全ての表層を、ハードコーティングで被覆する。本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナに適している多数の可能なハードコーティングがある。例えば、実施形態によっては、セグメント化プラズマチャンバライナの母材を、ダイヤモンド状のコーティング、Si、SiC又はY2O3コーティングで被覆する。他の実施形態においては、セグメント化プラズマチャンバライナ300の母材を陽極酸化処理する。例えば、アルミニウムのプラズマチャンバライナの母材を陽極酸化処理して、陽極酸化アルミニウムのコーティングを形成することができる。
【００４６】
図4は、プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間のラインオブサイト遮蔽と、ライナの内面上の温度分布の制御との双方を提供する本発明による温度制御のプラズマチャンバライナの図を示している。本発明のプラズマチャンバライナの1つの特徴は、プラズマにさらされるプラズマチャンバライナ400の内面402の温度分布を制御する冷却通路を含むことができることにある。温度制御プラズマチャンバライナ400は、図2につき説明したように、一体型プラズマチャンバライナであってもよいし、又は、図3につき説明したように、セグメント化チャンバライナであってもよい。すなわち、温度制御プラズマチャンバライナ400は、1つの材料から形成するか、又は複数のセグメントから形成することができる。
【００４７】
多くの実施形態において、温度制御プラズマチャンバライナ400は、ハードコーティングで被覆する。いくつかの実施形態では、温度制御プラズマチャンバライナ400の内面402のみを、ハードコーティング材料で被覆する。他の実施形態においては、温度制御プラズマチャンバライナ400全体をハードコーティングで被覆する。本明細書において記載したような、本発明による温度制御チャンバライナに適した多数の可能なハードコーティングがある。例えば、実施形態によっては、温度制御プラズマチャンバライナの母材を、ダイヤモンド状のコーティング、Si、SiC又はY2O3のコーティングで被覆する。他の実施形態においては、温度制御プラズマチャンバライナ400の母材を陽極酸化処理する。
【００４８】
加えて、温度制御プラズマチャンバライナ400は、その温度制御プラズマチャンバライナ400の内部に形成される導管である内部冷却通路404を含む。これらの冷却通路404は、ライナ400に直接機械加工することができる。当業者は、機械加工、ドリル及びエッチングのような、これらの内部冷却通路を形成する多くの方法があることを認識するであろう。
【００４９】
ある特定の実施形態では、内部冷却通路404は、らせん状のパターンに機械加工する。本実施形態において、らせんのピッチは、熱入力での特定の不規則性を補償すべく変えることができる。例えば、比較的高い熱入力と隣接している領域から熱を引き出すことが望ましい場合には、より短いピッチを用いることができる。比較的低い熱入力と隣接している領域から熱を引き出すことが望ましい場合には、より高いピッチを用いることができる。温度制御プラズマチャンバライナ400は、内部通路を形成し易くするために、多数のセグメントで形成することができる。
【００５０】
一実施形態において、冷却通路404は、温度制御プラズマチャンバライナ400の内面402の温度分布を制御して、ライナ400の内面402がほぼ均一な温度分布を有するようにする。一般に、プラズマからライナ400の内面402への熱流量は、均一ではない。しかしながら、用途によっては、ライナ400の内面402上の温度分布が均一であることが望ましい。例えば、ライナ400の内面402上の均一な温度分布は、プラズマの均一性を改善することができ、従って、プラズマドーピングプロセス又は他のプロセスの均一性を向上させることができる。1つの特定の実施形態において、冷却通路404はライナ400の内面402の温度分布を制御して、ライナ400の内面402を特定の所望の温度に維持する。
【００５１】
他の実施形態では、冷却通路404が温度制御プラズマチャンバライナ400の内面402の温度分布を制御して、ライナ400の内面402が所定の不均一な温度分布を有するようにする。ライナ400が特定の局所的な領域で不均一な温度分布を有することが望ましい用途もある。例えば、ライナ400の温度分布は、ライナ400の内面402の特定の局所領域を比較的低い温度に冷却するのに選定する、特定の不均一な温度分布を達成するように選定することができる。比較的低い温度を有する内面402のこれらの局所領域は、特定のプラズマの不均一さを補償して、プラズマの全体の均一性を向上させることができる。
【００５２】
本教示を様々な実施形態及び実施例との関連で説明したが、本教示がこのような実施形態に限定されることを意図しない。反対に、本教示は、当業者が理解することができるように、本発明の請求の範囲に記載した発明の趣旨から逸脱することなく作ることができる、さまざまな変形例、変更例、及び均等物を包含する。
【図１】
2010516062.tif 000003
【図２】
2010516062.tif 000004
【図３】
2010516062.tif 000005
【図４】
2010516062.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月5日(2009.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】金属汚染を低減するためのライナを有するプラズマ源
【０００１】
本明細書において用いるセクションの見出しは、構文上の目的に過ぎず、本出願に記載されている主題を制限するものとして解釈すべきではない。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、イオン注入機に関する。特に、本発明は、プラズマ浸漬イオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のビームラインイオン注入装置は、電界によりイオンを加速する。加速されたイオンは、それらの質量電荷比に応じてフィルタされ、所望の注入イオンが選定される。近年、いくつかの最新の電子及び光学デバイスのためのドーピングの必要条件を満たすようなプラズマドーピングシステムが開発されてきている。プラズマドーピングは、PLAD又はプラズマ浸漬イオン注入(PIII)と称されることがある。これらのプラズマドーピングシステムは、ターゲットを、ドーパントイオンを含んでいるプラズマに浸漬して、そのターゲットに一連の負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、イオンをターゲットの方へ加速して、当該イオンをターゲットの表面に注入する。
【０００４】
【先行技術文献】
【特許文献1】米国特許出願番号第10/905,172号
【特許文献2】米国特許出願番号第10/908,009号
【特許文献3】米国特許出願番号第11/163,303号
【特許文献4】米国特許出願番号第11/163,307号
【特許文献5】米国特許出願番号第11/566,418号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルミニウムが多くのプロセスガスに対して耐性を示すことから、及びアルミニウムは容易に形成することができると共に、所望の形状に機械加工することができることから、プラズマドーピングシステムは、典型的には、アルミニウムからなるプラズマチャンバを備えている。多くのプラズマドーピングシステムは、さらにプラズマチャンバ内に外部のアンテナからRF及びマイクロ波の信号を通すためのAl2O3の誘電体窓も備えている。アルミニウム及びアルミニウム母材があることによって、ドーピングする基板を金属汚染させる結果になり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の問題の解決のため、本発明は、プラズマチャンバ、誘電体窓、及びプラズマチャンバライナを備えたプラズマ源を提供する。プラズマチャンバは、金属チャンバ壁を有し、内部にプロセスガスを収容する。誘電体窓は、プラズマチャンバの内部にRF信号を通し、このRF信号は、プラズマチャンバの内部に電磁結合して、プロセスガスを励起し、イオン化して、これによりプラズマチャンバの内部にプラズマを形成する。プラズマチャンバライナは、プラズマチャンバの内部に位置付けられ、このプラズマチャンバの内部を、プラズマチャンバの金属壁に衝突するイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト(line-of-site)遮蔽する。
【０００７】
加えて、本発明は、さらに、プラズマチャンバ、誘電体窓、及びプラズマチャンバライナを備えたプラズマ源を提供する。プラズマチャンバは、金属チャンバ壁を有し、内部にプロセスガスを収容する。誘電体窓は、プラズマチャンバの内部にRF信号を通し、このRF信号は、プラズマチャンバの内部に電磁結合して、プロセスガスを励起し、イオン化して、これによりプラズマチャンバの内部にプラズマを形成する。プラズマチャンバライナは、このプラズマチャンバライナの温度を制御する少なくとも1つの冷却通路を備え、プラズマチャンバの内部をプラズマチャンバの金属壁に衝突するイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽するように、プラズマチャンバの内部に位置付けられる。
【０００８】
加えて、本発明は、さらに、プラズマを発生させる方法を提供する。本発明による方法は、金属壁を有するプラズマチャンバ内にプロセスガスを収容するステップと、RF信号を、誘電体窓を経てプラズマチャンバに結合させて、プロセスガスを励起し、且つイオン化して、これによりプラズマチャンバ内にプラズマを形成するステップと、プラズマチャンバの内部をプラズマチャンバの金属壁に衝突するプラズマ中のイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽して、金属イオンがプロセスチャンバ内にスパッタされないようにするステップと、を備えている。
【０００９】
本発明の態様は、さまざまな図において同様の番号が同様の構成要素及び機能部を示す、添付の図面とともに以下の説明を参照することによってよりよく理解されるであろう。図面は、必ずしも縮尺どおりではない。当業者は、以下説明する図面が例証目的に過ぎないものであると理解されるであろう。図面は、いかなる意味においても本発明の教示の範囲を制限することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるプラズマチャンバライナを含むRFプラズマ源の一例を示す線図である。
【図２】プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する、本発明による一体又は単一のプラズマチャンバライナを示す図である。
【図３】プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する、本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナを示す図である。
【図４】プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間のラインオブサイト遮蔽と、プラズマチャンバライナの内面上における温度分布の制御との双方を提供する、本発明による温度制御プラズマチャンバライナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本教示を様々な実施形態及び実施例との関連で記載するが、本発明の教示がこのような実施形態に限定されることを意図しない。むしろ、当業者が理解されるように、本発明の教示は、さまざまな変形例、変更例及び均等物を含む。
【００１２】
例えば、本発明のプラズマチャンバライナを、プラズマドーピング装置の金属汚染を低減させることに関連して記載するにもかかわらず、本発明のプラズマチャンバライナは、様々なタイプのエッチング及び堆積システムを含むも、これらに限定されない、多くの種類の処理装置の金属汚染を低減するのに用いることができる。
【００１３】
本発明の方法の個々のステップは、本発明が実施可能なままである限り、任意の順序及び/又は同時に行ってよいものと理解すべきである。また、本発明の装置は、本発明が実施可能なままである限り、記載する実施形態の任意数又は全てを含むことができると理解すべきである。
【００１４】
金属汚染は、不所望な不純物をプラズマドーピングシステムによってドーピングする基板に導入し得る。プラズマチャンバ内のいかなる金属も、潜在的に金属汚染源になり得る。アルミニウム汚染がアルミニウムのプラズマチャンバ壁のスパッタリングから生じ得ることは、技術的に既知である。アルミニウムは、多くのプラズマチャンバ用の母材として普通に用いられている。アルミニウム汚染はまた、プラズマチャンバ内の誘電体窓及びその他の構造を形成するために普通に用いられる、Al2O3誘電体材料のスパッタリングからも生じ得る。
【００１５】
スパッタリングは、プラズマを形成するRFアンテナ及び他の電極が、プラズマ反応器の内部に比較的高い電圧を印加することにより生じる。これらの高電圧は、プラズマ中のイオンを比較的高いエネルギーレベルに加速する。結果として生じるエネルギーイオンは、アルミニウム母材及び、Al2O3誘電体材料に衝突し、このため、アルミニウム原子及びAl2O3分子を押しのける。押しのけられたアルミニウム原子及びAl2O3分子は、ドーピングする基板に衝突して、少なくともある濃度の不所望な金属ドーパントを当該基板にドーピングする。
【００１６】
一般に、プラズマ浸漬イオン注入プロセスにおけるアルミニウム及びAl2O3汚染は、面密度5×1011/cm2未満に減らすのが望ましい。しかしながら、既知のプラズマ反応器、及びBF3及びASH3を用いる、多くのPLAD注入プロセスによると、アルミニウム及びAl2O3の面密度が5×1011/cm2よりかなり大きくなる。
【００１７】
本発明の一態様は、プラズマチャンバ壁（及びチャンバ内のポート）とチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する構造を有するプラズマドーピングシステムに関する。一実施形態においては、ラインオブサイト遮蔽を、スパッタされる材料に対するバリアを成す、特別に設計したプラズマチャンバライナによって達成する。本発明の特別に設計したプラズマチャンバライナを用いることで、プラズマドーピングプロセスにおける金属汚染をかなり防止することができる。特に、本発明の特別に設計したプラズマチャンバライナを用いることで、アルミニウムのチャンバを有するプラズマドーピング装置によって処理される基板におけるアルミニウム汚染をかなり防止することができる。
【００１８】
本発明のプラズマチャンバライナは、ジボラン、BF3及びASH3ド―パントガスを用いるプラズマドーピングプロセスを含む、全ての既知のプラズマドーピングプロセスに適合するように構成することができる。加えて、本発明のチャンバライナは、RF及びグロー放電源のような様々なタイプの放電に対処する。
【００１９】
図1は、本発明によるプラズマチャンバライナを含む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コイル及びらせんRFコイルの双方と、導電性の頂部とを含む誘導結合プラズマ源である。類似のRF誘導結合プラズマ源は、本願人に譲渡された、「RF Plasma Source with Conductive Top Section」というタイトルで、2004年12月20日に出願された特許文献1に記載されている。特許文献1の明細書全体は参考文献として本明細書に組み込むものとする。プラズマ源100は、かなり均一なイオンフラックスを提供することができ、また、二次電子放出によって発生する熱を効率的に放散させるので、PLADの用途に非常に適している。
【００２０】
より具体的には、プラズマ源100は、外部のガス源104によって供給されるプロセスガスを含むプラズマチャンバ102を含む。比例弁106を経てプラズマチャンバ102に連結される外部のガス源104は、チャンバ102にプロセスガスを供給する。実施形態によっては、ガスバッフルを用いて、ガスをプラズマ源装置102に分散させる。圧力計108が、チャンバ102の内部の圧力を測定する。チャンバ102の排気口110が、チャンバ102を排気する真空ポンプ112に連結されている。排気弁114が、排気口110を経る排気コンダクタンスを制御する。
【００２１】
ガス圧コントローラ116が、比例弁106、圧力計108及び排気弁114に電気的に接続されている。ガス圧コントローラ116は、排気コンダクタンスと、圧力計108に応答するフィードバックループにおけるプロセスガスの流量とを制御することによって、プラズマチャンバ102内を所望圧力に維持する。排気コンダクタンスは、排気弁114で制御される。プロセスガスの流量は、比例弁106で制御される。
【００２２】
実施形態によっては、主ドーパントのガス種を提供するプロセスガスにインライン結合される質量流量計によって、比率制御のトレースガス種をプロセスガスに供給する。また、実施形態によっては、インサイチュー調節種のために別個のガス圧入手段を用いる。さらに、実施形態によっては、基板全体に変化をもたらす化学効果を中和させるガスを供給するためにマルチポートのガス圧入手段を用いる。
【００２３】
チャンバ102は、一般に水平方向に延在する誘電材料で形成される第一のセクション120を含むチャンバ頂部118を有している。チャンバ頂部118の第二のセクション122は、第一のセクション120の高さから一般に垂直方向に延在する誘電材料で形成される。第一及び第二のセクション120、122は、本明細書において、誘電体窓と総称することもある。チャンバ頂部118の多数のバリエーションがあると理解すべきである。例えば、第一のセクション120は、第一及び第二のセクション120、122が、本明細書において参考文献として組み込む特許文献1において説明されているように、直交するのでなく、一般に湾曲した方向に延在する誘電材料で形成することができる。他の実施形態において、チャンバ頂部118は、平面のみを含む。
【００２４】
第一及び第二のセクション120、122の形状及び寸法は、特定の性能を達成するように選定することができる。例えば、当業者は、チャンバ頂部118の第一及び第二のセクション120、122の寸法を、プラズマの均一性を向上させるように選定することができると理解するであろう。一実施形態においては、第二のセクション122の水平方向全体の長さに対する第二のセクション122の垂直方向の高さの比を調整して、より均一なプラズマを達成する。例えば、1つの特定の実施形態においては、第二のセクション122の水平方向全体の長さに対する第二のセクション122の垂直方向の高さの比率を、1.5〜5.5の範囲内とする。
【００２５】
第一及び第二のセクション120、122の誘電材料は、RFアンテナからチャンバ102の内部のプラズマにRF電力を伝達するための媒体を提供する。一実施形態において、第一及び第二のセクション120、122を形成するために使用する誘電材料は、プロセスガスに対して化学的に耐性を示し、かつ、良好な熱特性を有する高純度セラミック材料とする。例えば、実施形態によっては、誘電材料は、99.6%のAl2O3又はAlNとする。他の実施態様において、誘電材料は、イットリア及びYAGとする。
【００２６】
チャンバ頂部118の蓋124は、第二のセクション122を水平方向において横切って或る長さで延在する導電材料で形成される。多くの実施形態において、蓋124を形成するのに使用する材料の伝導率は、熱負荷を放散させ、且つ二次電子放出に起因する帯電効果を最小にするために十分高くする。典型的には、蓋124を形成するのに使用する導電材料は、プロセスガスに対して化学的に耐性とする。実施形態によっては、導電材料は、アルミニウム又はシリコンとする。
【００２７】
蓋124は、Chemrz材料、及び/又は、Kalrex材料で形成されるOリングのような、フルオロカーボンポリマーでできているハロゲン耐性のOリングで第二のセクションに結合させることができる。蓋124は、典型的には、第二のセクション122への圧縮を最小にするものの、第二のセクションに蓋124を封止するのに十分な圧縮を与える方法で、第二のセクション122に取り付ける。動作モードによっては、蓋124は、図1に示すようにRF接地及びDC接地する。
【００２８】
本発明によるプラズマ源は、プラズマチャンバライナ125を含む。このプラズマチャンバライナ125は、プラズマチャンバ102の内部をラインオブサイト遮蔽することにより、本明細書に記載したような、プラズマチャンバ102の内部金属壁102’に衝突するプラズマ中のイオンによってスパッタされる金属からの金属汚染を防止するか、又は大幅に低減させるように位置付ける。プラズマチャンバライナ125は、図2につき説明するように、一体又は単一のプラズマチャンバライナとするか、又は、図3につき説明するように、セグメント化したプラズマチャンバライナとすることができる。多くの実施形態において、プラズマチャンバライナ125は、アルミニウムのような金属母材で形成する。これらの実施形態では、プラズマチャンバライナ125の少なくとも内面125’は、本明細書において記載されているように、プラズマチャンバライナ母材のスパッタリングを防止する硬質のコーティング材を含む。
【００２９】
プラズマドーピングプロセスによっては、二次電子放出によって、プラズマ源100の内面に不均一に分布するかなりの量の熱を発生するものもある。実施形態によっては、プラズマチャンバライナ125は、図4につき説明するように、温度制御プラズマチャンバライナ125とする。加えて、実施形態によっては、蓋124は、この蓋124及び周囲の領域の温度を調節して、処理の間に発生する熱負荷を放散させる冷却システムを備える。この冷却システムは、蓋124の中に冷却源からの冷却液を循環させる冷却通路を含む流体冷却システムとすることができる。
【００３０】
RFアンテナが、チャンバ頂部118の第一のセクション120及び第二のセクション122のうちの少なくとも1つに隣接して位置付けられる。図1のプラズマ源100は、互いに電気的に絶縁した2つの別々のRFアンテナを示している。しかしながら、他の実施形態では、2つの別々のRFアンテナは、電気的に接続する。図1に示した実施形態において、複数ターンを有する平面コイルRFアンテナ126（平面アンテナ又は水平アンテナと称されることがある）は、チャンバ頂部118の第一のセクション120に隣接して位置付ける。加えて、複数ターンを有するらせんコイルRFアンテナ128（らせんアンテナ又は垂直アンテナと称されることがある）は、チャンバ頂部118の第二のセクション122を囲む。
【００３１】
実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、実効アンテナコイル電圧を低減させるキャパシタ129で成端させる。本明細書において「実効アンテナコイル電圧」とは、RFアンテナ126、128全体の電圧降下を意味すると定義する。換言するに、実効コイル電圧は、「イオンからみた」電圧あるいはプラズマ中のイオンが受ける電圧である。
【００３２】
また、実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、Al2O3誘電体窓材の誘電率と比較して比較的低い誘電率を有する誘電層134を含む。比較的低い誘電率を有する誘電層134は、同様に実効アンテナコイル電圧を低減する容量分圧器を効果的に形成する。加えて、実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、同様に実効アンテナコイル電圧を低減するファラデーシールド136を含む。
【００３３】
例えば、RF電源などのRF源130が、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つに、電気的に接続されている。多くの実施形態において、RF源130は、RF源130の出力インピーダンスと、RFアンテナ126、128のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合ネットワーク132によってRFアンテナ126、128に結合させて、RF源130からRFアンテナ126、128に転送される電力を最大にする。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及びらせんコイルRFアンテナ128への破線は、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とらせんコイルRFアンテナ128のうちの一方か、あるいは双方へ電気的接続を形成することができることを示す。
【００３４】
実施形態によっては、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、液体冷却できるように形成する。平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128の少なくとも1つを冷却することにより、RFアンテナ126、128でのRF電力の伝播に起因する温度勾配を低減することになる。
【００３５】
実施形態によっては、プラズマ源100は、プラズマ点火器138を含む。多数の種類のプラズマ点火器を、本発明のプラズマ源装置で用いることができる。一実施形態において、プラズマ点火器138は、プラズマを点火するのを支援する、アルゴン（Ar）のような高度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、高いコンダクタンスを有するガス接続口でプラズマチャンバ102に連結される。バースト弁142が、貯槽140をプロセスチャンバ102から隔離する。他の実施形態では、ストライクガス源を、低いコンダクタンスのガス接続口を用いるバースト弁142に直接配管する。実施形態によっては、貯槽140の一部は、最初の高流量バーストの後に、ストライクガスを安定な流量にする、限定コンダクタンスのオリフィス、あるいは、計測弁によって分離させる。
【００３６】
プラテン144が、プラズマチャンバ102内でプラズマ源100の頂部118より下の高さの所に位置付けられる。プラテン144は、プラズマドーピングのための基板146を保持する。多くの実施形態において、基板146は、プラテン144に電気的に接続する。図1に示した実施形態において、プラテン144は、プラズマ源100に平行である。しかしながら、本発明の一実施形態では、プラテン144は、プラズマ源100に対して傾ける。
【００３７】
プラテン144は、基板146又は他の処理用のワークピースを支持するために用いられる。実施形態によっては、プラテン144は、基板146を少なくとも一方向に並進、走査、又は振動させる可動ステージに機械的に連結する。一実施形態において、可動ステージは、基板146をディザ又は振動させるディザ発生器又はオシレータである。並進、ディザ及び/又は振動といった動きは、シャドウイング効果を低減又は除去することができて、基板146の表面に衝突するイオンビーム光束の均一性を向上させることができる。
【００３８】
実施形態によっては、偏向グリッドを、チャンバ102内でプラテン144に隣接して位置付ける。偏向グリッドは、プラズマ源100内に生成されるプラズマに対するバリアを形成すると共に、グリッドが適切にバイアスされる際にプラズマ中のイオンが通過する通路を画成する構造をしている。
【００３９】
当業者は本発明の特徴部と共に用いることのできるプラズマ源100の多くの異なる可能な変形例があることを認識するであろう。例えば、「Tilted Plasma Doping」というタイトルで、2005年4月25日に出願された特許文献2のプラズマ源の記載を参照されたい。また、「Conformal Doping Apparatus and Method」というタイトルで、2005年10月13日に出願された特許文献3のプラズマ源の記載を参照されたい。さらに、「Conformal Doping Apparatus and Method」というタイトルで、2005年10月13日に出願された特許文献4のプラズマ源の記載を参照されたい。加えて、「Plasma Doping with Electronically Controllable Implant Angle」というタイトルで、2006年12月4日に出願された特許文献5のプラズマ源の記載を参照されたい。特許文献2、特許文献3、特許文献4、及び特許文献5の明細書全体を本明細書に参考文献として組み込むものとする。
【００４０】
動作中、RF源130は、RFアンテナ126及び128のうちの少なくとも1つに伝搬するRF電流を発生する。すなわち、平面コイルRFアンテナ126及びらせんコイルRFアンテナ128のうちの少なくとも1つは、アクティブアンテナである。「アクティブアンテナ」とは、本明細書において、電源によって直接駆動されるアンテナであると定義する。RFアンテナ126、128におけるRF電流は、それからチャンバ102の中にRF電流を誘導する。チャンバ102内のRF電流は、プロセスガスを励起し、イオン化して、チャンバ102内にプラズマを生成する。プラズマチャンバライナ125は、プラズマ中のイオンによってスパッタされた金属を遮蔽して基板146に到達しないようにする。プラズマ源100は、連続モード又はパルスモードで操作することができる。
【００４１】
実施形態によっては、平面コイルアンテナ126及びらせんコイルアンテナ128のうちの1つは、無給電アンテナとする。「無給電アンテナ」とは、本明細書において、アクティブアンテナと電磁通信するも、直接電源には接続していないアンテナを意味するものであると定義する。換言するに、無給電アンテナは、電源によって直接励起されず、むしろアクティブアンテナによって励起される。本発明のいくつかの実施形態においては、アンテナチューニングを行えるようにするために、無給電アンテナの一端をアース電位に電気的に接続する。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実効ターン数を変えるのに用いるコイル調整器148を含む。金属短絡板のような多くの異なるタイプのコイル調整器を用いることができる。
【００４２】
図2は、プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する本発明による一体又は単一のプラズマチャンバライナ200を示す図である。図1及び図2の双方を参照するに、単一のプラズマチャンバライナ200は、プラズマチャンバ102の内部で、プラズマチャンバ102の内壁102’に隣接して位置付けられる。一実施形態において、プラズマチャンバライナ200は、所望のドーパント及び/又は、他のプロセスガスに対して耐性を示す、アルミニウム母材又はいくつかの他の容易に成形可能な材料で形成する。アルミニウムは、産業において広く受け入れられて、一般に、多くの用途にとって望ましいものである。アルミニウムは、また、良好な熱導体である。従って、アルミニウムを使用することで、プラズマチャンバ内の熱放散を改善することになる。実施形態によっては、プラズマチャンバライナ200は、特に熱放散を改善するように成形する。これらの実施形態では、プラズマチャンバライナ200は、熱放散を増大させる構造を含むことができる。
【００４３】
単一のプラズマチャンバライナ200は、アルミニウム固体片のような固体素材から機械加工することができる。実施形態によっては、一体型プラズマチャンバライナ200は、締め具でプラズマチャンバ102に、物理的に取り付けるようにする。単一のプラズマチャンバライナ200は、多数の方法でプラズマチャンバ102に直接固定することができる。例えば、単一のプラズマチャンバライナ200は、プラズマチャンバ102の底部に直接固定することができる。
【００４４】
多くの実施形態において、プラズマチャンバライナの母材は、ハードコーティングで被覆する。実施形態によっては、プラズマチャンバライナ全体をハードコーティングで被覆する。他の実施態様においては、プラズマチャンバライナ200の内面202のみをハードコーティング材料で被覆する。本発明によるプラズマチャンバライナに適しているハードコーティングには多数ある。ハードコーティング材料は、典型的には、プラズマドーピングプロセス中に、ハードコーティング材料が著しくスパッタリングしないようなものを選定する。実施形態によっては、ハードコーティング材料は、熱放散を強化するようなものを選定する。
【００４５】
例えば、実施形態によっては、プラズマチャンバライナの母材を、ダイヤモンド状のコーティング、Si、SiC、又はY2O3コーティングによって被覆する。他の実施態様においては、プラズマチャンバライナ200の母材を陽極酸化処理する。例えば、アルミニウムのプラズマチャンバライナを陽極酸化処理して、陽極酸化アルミニウムのコーティングを形成することができる。
【００４６】
プラズマチャンバは、診断装置へのアクセスを提供するような、様々な目的のためのポートを含むことがよくある。実施形態によっては、ライナをプラズマチャンバ102内の少なくとも一つのポートに挿入する。このポートライナは、その少なくとも1つのポートに衝突するプラズマ中のイオンによってスパッタされた金属から、プラズマチャンバの内面をラインオブサイト遮蔽する。ポートライナはアルミニウムのような金属の固体素材、又は多数のセグメントから作ることができる。少なくとも、ポートライナの内面は、ハードコーティングで被覆する。ポートライナは、プラズマチャンバ102の内部から又はプラズマチャンバ102の外部から取り付けることができる。
【００４７】
図3は、プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間にラインオブサイト遮蔽を提供する、本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナ300を示す図である。一実施形態において、本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナ300は、アルミニウム又はいくつかの他の成形可能な材料のような、金属の複数のセグメントを含む。金属の複数のセグメントは、さまざまな手段によって取り付けることができる。例えば、実施形態によっては、複数のセグメントを互いに溶接する。他の実施形態においては、複数のセグメントをボルト又はピンのような締め具で取り付ける。セグメント化プラズマチャンバライナ300は、市販用に、より簡易でより安価にすることができる。
【００４８】
図1及び3の双方を参照するに、一実施形態においては、複数のセグメントを、スペーサプレート302に組み込まれる多数の機械加工した部品から作る。スペーサプレート302は、プラズマチャンバライナ300の頂部に取り付ける。スペーサプレート302によって、プラズマチャンバライナ300をプラズマチャンバ102内に容易に位置付けることができる。スペーサプレート302は、プラズマチャンバライナ300をプラズマチャンバ102の中央に位置させるように設計することができる。例えば、スペーサプレート302は、プラズマチャンバライナ300がプラズマチャンバ102に自己整合するように、プラズマチャンバ102の要部に合致する主要部を含むことができる。
【００４９】
多くの実施形態において、セグメント化プラズマチャンバライナ300におけるセグメントのうちの少なくとも1つは、ハードコーティングで被覆する。いくつかの実施形態においては、セグメント化プラズマチャンバライナ300の内面のみをハードコーティング材料で被覆する。他の実施形態においては、複数のセグメントの各々の全ての表層を、ハードコーティングで被覆する。本発明によるセグメント化プラズマチャンバライナに適している多数の可能なハードコーティングがある。例えば、実施形態によっては、セグメント化プラズマチャンバライナの母材を、ダイヤモンド状のコーティング、Si、SiC又はY2O3コーティングで被覆する。他の実施形態においては、セグメント化プラズマチャンバライナ300の母材を陽極酸化処理する。例えば、アルミニウムのプラズマチャンバライナの母材を陽極酸化処理して、陽極酸化アルミニウムのコーティングを形成することができる。
【００５０】
図4は、プラズマチャンバ壁とプラズマチャンバの内部との間のラインオブサイト遮蔽と、ライナの内面上の温度分布の制御との双方を提供する本発明による温度制御のプラズマチャンバライナの図を示している。本発明のプラズマチャンバライナの1つの特徴は、プラズマにさらされるプラズマチャンバライナ400の内面402の温度分布を制御する冷却通路を含むことができることにある。温度制御プラズマチャンバライナ400は、図2につき説明したように、一体型プラズマチャンバライナであってもよいし、又は、図3につき説明したように、セグメント化チャンバライナであってもよい。すなわち、温度制御プラズマチャンバライナ400は、1つの材料から形成するか、又は複数のセグメントから形成することができる。
【００５１】
多くの実施形態において、温度制御プラズマチャンバライナ400は、ハードコーティングで被覆する。いくつかの実施形態では、温度制御プラズマチャンバライナ400の内面402のみを、ハードコーティング材料で被覆する。他の実施形態においては、温度制御プラズマチャンバライナ400全体をハードコーティングで被覆する。本明細書において記載したような、本発明による温度制御チャンバライナに適した多数の可能なハードコーティングがある。例えば、実施形態によっては、温度制御プラズマチャンバライナの母材を、ダイヤモンド状のコーティング、Si、SiC又はY2O3のコーティングで被覆する。他の実施形態においては、温度制御プラズマチャンバライナ400の母材を陽極酸化処理する。
【００５２】
加えて、温度制御プラズマチャンバライナ400は、その温度制御プラズマチャンバライナ400の内部に形成される導管である内部冷却通路404を含む。これらの冷却通路404は、ライナ400に直接機械加工することができる。当業者は、機械加工、ドリル及びエッチングのような、これらの内部冷却通路を形成する多くの方法があることを認識するであろう。
【００５３】
ある特定の実施形態では、内部冷却通路404は、らせん状のパターンに機械加工する。本実施形態において、らせんのピッチは、熱入力での特定の不規則性を補償すべく変えることができる。例えば、比較的高い熱入力と隣接している領域から熱を引き出すことが望ましい場合には、より短いピッチを用いることができる。比較的低い熱入力と隣接している領域から熱を引き出すことが望ましい場合には、より高いピッチを用いることができる。温度制御プラズマチャンバライナ400は、内部通路を形成し易くするために、多数のセグメントで形成することができる。
【００５４】
一実施形態において、冷却通路404は、温度制御プラズマチャンバライナ400の内面402の温度分布を制御して、ライナ400の内面402がほぼ均一な温度分布を有するようにする。一般に、プラズマからライナ400の内面402への熱流量は、均一ではない。しかしながら、用途によっては、ライナ400の内面402上の温度分布が均一であることが望ましい。例えば、ライナ400の内面402上の均一な温度分布は、プラズマの均一性を改善することができ、従って、プラズマドーピングプロセス又は他のプロセスの均一性を向上させることができる。1つの特定の実施形態において、冷却通路404はライナ400の内面402の温度分布を制御して、ライナ400の内面402を特定の所望の温度に維持する。
【００５５】
他の実施形態では、冷却通路404が温度制御プラズマチャンバライナ400の内面402の温度分布を制御して、ライナ400の内面402が所定の不均一な温度分布を有するようにする。ライナ400が特定の局所的な領域で不均一な温度分布を有することが望ましい用途もある。例えば、ライナ400の温度分布は、ライナ400の内面402の特定の局所領域を比較的低い温度に冷却するのに選定する、特定の不均一な温度分布を達成するように選定することができる。比較的低い温度を有する内面402のこれらの局所領域は、特定のプラズマの不均一さを補償して、プラズマの全体の均一性を向上させることができる。
【００５６】
本教示を様々な実施形態及び実施例との関連で説明したが、本教示がこのような実施形態に限定されることを意図しない。反対に、本教示は、当業者が理解することができるように、本発明の請求の範囲に記載した発明の趣旨から逸脱することなく作ることができる、さまざまな変形例、変更例、及び均等物を包含する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)金属のチャンバ壁を有するプラズマチャンバであって、内部にプロセスガスを収容する、プラズマチャンバと、
b)前記プラズマチャンバの内部にRF信号を通す誘電体窓であって、前記RF信号は前記プラズマチャンバの内部に電磁結合して、前記プロセスガスを励起し、且つイオン化して、これにより前記プラズマチャンバの内部にプラズマを形成する、誘電体窓と、
c)前記プラズマチャンバの内部に位置付けられるプラズマチャンバライナであって、該プラズマチャンバの内部を、前記プラズマチャンバの金属壁に衝突するイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽する、プラズマチャンバライナと、
を備えているプラズマ源。
【請求項２】
前記プラズマチャンバライナは、単一のライナから成る、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項３】
前記プラズマチャンバライナは、複数のセグメントから成る、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項４】
前記プラズマチャンバは、アルミニウムで形成される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項５】
前記プラズマチャンバライナは、ハードコーティングを有するアルミニウム母材で形成される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項６】
前記プラズマチャンバライナは、熱放散を高めるように成形される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項７】
前記プラズマチャンバライナは、内面にハードコーティングを備えている、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項８】
前記プラズマチャンバライナは、全ての面にハードコーティングを備えている、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項９】
前記ハードコーティングは、ダイヤモンド状のコーティングから成る、請求項8に記載のプラズマ源。
【請求項１０】
前記ハードコーティングは、陽極酸化コーティングから成る、請求項8に記載のプラズマ源。
【請求項１１】
前記ハードコーティングは、Si、SiC、又はY2O3のハードコーティングの少なくとも1つから成る、請求項8に記載のプラズマ源。
【請求項１２】
前記プラズマチャンバライナは、前記プラズマチャンバに固定される、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項１３】
前記プラズマチャンバライナは、スペーサプレートをさらに備えている、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項１４】
前記スペーサプレートは、前記プラズマチャンバ内で、前記プラズマチャンバライナと自己整合する、請求項13に記載のプラズマ源。
【請求項１５】
前記プラズマチャンバは、ポートライナを含む少なくとも1つのポートを備え、前記ポートライナは、前記少なくとも1つのポートに衝突するプラズマ内のイオンによってスパッタされる金属から前記プラズマチャンバの内面をラインオブサイト遮蔽する、請求項1に記載のプラズマ源。
【請求項１６】
a)金属のチャンバ壁を有するプラズマチャンバであって、内部にプロセスガスを収容する、プラズマチャンバと、
b)前記プラズマチャンバの内部にRF信号を通す誘電体窓であって、前記RF信号は前記プラズマチャンバの内部に電磁結合して、前記プロセスガスを励起し、且つイオン化して、これにより前記プラズマチャンバの内部にプラズマを形成する、誘電体窓と、
c)プラズマチャンバライナであって、当該プラズマチャンバライナの温度を制御する少なくとも1つの冷却通路を備え、前記プラズマチャンバの内部を前記プラズマチャンバの金属壁に衝突するイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽するように前記プラズマチャンバの内部に位置付けられる、プラズマチャンバライナと;
を備えている、プラズマ源。
【請求項１７】
前記少なくとも1つの冷却通路は、前記プラズマチャンバライナ内に形成される少なくとも1つの内部冷却通路を備えている、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項１８】
前記少なくとも1つの冷却通路は、前記プラズマチャンバライナの外面上に少なくとも部分的に形成される少なくとも1つの外部冷却通路を備えている、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項１９】
前記少なくとも1つの冷却通路は、水冷却通路を備えている、請求項18に記載のプラズマ源。
【請求項２０】
前記少なくとも1つの冷却通路は、らせん形状に形成される、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２１】
前記らせん形状のピッチは一定でない、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２２】
前記らせん形状の少なくとも一部のピッチは、所望の局所的な熱伝達をするように選定された、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２３】
前記らせん形状の少なくとも一部のピッチは、前記ライナの内面の少なくとも一部分をほぼ一定の温度に維持するように選定された、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２４】
前記らせん形状の少なくとも一部のピッチは、前記ライナの内面の少なくとも一部分を所定の温度分布にするように選定された、請求項20に記載のプラズマ源。
【請求項２５】
前記プラズマチャンバライナは、単一のライナから成る、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２６】
前記プラズマチャンバライナは、複数のセグメントから成る、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２７】
前記プラズマチャンバライナは、内面にハードコーティングを備えている、請求項16に記載のプラズマ源。
【請求項２８】
a)金属壁を有するプラズマチャンバにプロセスガスを収容するステップと、
b)RF信号を、誘電体窓を経て前記プラズマチャンバに結合させて、前記プロセスガスを励起し、且つイオン化して、これにより前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成するステップと、
c) 前記プラズマチャンバの内部を前記プラズマチャンバの金属壁に衝突する前記プラズマ中のイオンによってスパッタされる金属からラインオブサイト遮蔽して、金属イオンが前記プロセスチャンバ内にスパッタされないようにするステップと、
を備えている、プラズマの発生方法。
【国際調査報告】
2010516062.tif 000007
2010516062.tif 000008
2010516062.tif 000009