【手続補正書】
【提出日】平成22年1月20日(2010.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
イオンセンサ１００は、例えば、望ましい電位ＶＬ３で個別に同様にバイアスされうるハウジング１０２の内側のドリフトチューブ１０４を含む。ドリフトチューブ１０４は、通常、ごくわずかな電磁界による中空空間を有する。ドリフトチューブ１０４の抽出器側は、イオンが入る開口（ドリフトチューブ開口）を有しうる。ドリフトチューブ１０４の検出器側は、外部電界から遮蔽しつつイオンが出て行くのを許容するグリッド１２４を有しうる。プラズマチャンバの圧力は、一般的に１から３，０００ｍＴｏｒｒであり、一方、ドリフトチューブの圧力は、一般的に２×１０−６Ｔｏｒｒ以下である。差動ポンピングを用いることにより、圧力差を維持できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
さまざまな実施形態は、ハウジング開口とドリフトチューブ開口との間のドリフトチューブ１０４の抽出器側近傍にレンズまたは偏向器を形成する１つ以上の電極および／またはグリッドを含む。いくつかの実施形態では、イオンを抽出して集束させる一連の電極が存在する。例えば、ハウジング開口近傍に抽出器電極１０６が存在しうる。抽出器電極１０６は、直径１０から５００ミクロン（いくつかの実施形態では好ましくは５０から２００ミクロン）の開口を有してよいが、実際の開口サイズは、差動ポンピングの必要条件に応じて少なくとも部分的に変化しうる。抽出器電極１０６は、プラズマからの陽または陰イオンを引き付けるのに適した電位Ｖｅｘｔｒａｃｔｏｒでバイアスされうる。引き付けられたイオンは、さまざまな角度で進行していてよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本開示の複数の実施形態によれば、イオンセンサ１００は、電位の異なる組み合わせをハウジング１０２、ドリフトチューブ１０４、抽出器電極１０６、静電レンズ１０８、１１０、および、検出器アセンブリ１１２に印加することによりフレキシブルに構成されうる。図１から４に典型的な構成が示される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
１つの典型的な構成では、ハウジング１０４は、接地されるか、および／または、プラズマチャンバ壁に取り付けられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
説明の便宜上、以下の説明では、陽イオンのみがサンプリングされることとする。しかしながら、本開示の実施形態は、陰イオンに関しても容易に適合または構成されうることに留意されたい。さらに、説明を簡単にすべく、静電レンズ１０８はレンズ１、静電レンズ１１０はレンズ２、ドリフトチューブ１０４は、レンズ３と称する。レンズ１およびレンズ３は、例えば−１５０Ｖから−３００Ｖの固定値でありうる同じまたは同様の電位に保たれてよい。望ましい電位は、例えば、ドリフトチューブ１０４の長さ、および、望ましいイオン質量分解能などの因子によって決定される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
いくつかの実施形態では、レンズ１およびレンズ３は、異なる電位（例えば、ＶＬ１＝−４００Ｖから−２００Ｖ、ＶＬ３＝−２００Ｖ）でバイアスされうる。レンズ２は、ＶＬ２＝−５００Ｖから−９００Ｖでバイアスされうる。レンズ２は、さらに、ドリフトチューブ１０４の「ゲート」として構成されてもよい。ゲートを開くには、短い電圧パルス（例えば５０から５００ナノ秒）をレンズ２に供給することによりイオンパケットがドリフトチューブ１０４に入るようにする。ゲートを閉じるには、比較的大きい陽電位をレンズ２にかけることにより、陽イオンがドリフトチューブ１０４に入るのを阻止するようにする。一実施形態によれば、レンズ２（すなわちゲート電極）は、非常に短いゲート開閉期間以外は、通常、例えば＋３０Ｖ以上の正電圧でバイアスされうる。例えば、ゲートパルス幅が１００ｎｓ、ウェハのパルス周波数が５，０００ｋＨｚ（期間＝２００マイクロ秒）であり、ウェハのパルスごとにサンプルがとられると仮定すると、ゲート電極は、期間の９９．９５％（１９９．９マイクロ秒）は閉じていて、期間の０．０５％のみ開いている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ゲートパルスがウェハパルスと同期するとき、ウェハパルスに関しゲートパルスが開いている状態を制御すべく、遅延が導入されうる。この方法では、時空間における異なるポイントにおいて高分解能でプラズマをサンプリングすることができる。レンズ１〜３へのバイアスの効果により、入ってくるイオンを限られた発散角のイオンビームに集束させる静電界を生じる。検出器側では、検出器アセンブリ１１２が高電圧ＶＭＣＰでバイアスされうる。グリッド１２４は、ドリフトチューブ１０４を高電圧ＶＭＣＰから静電的に遮蔽する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
イオンセンサ１００は、プラズマの時間分解測定用にも構成されうる。多くの半導体処理用プラズマは、周期的にオンオフ（アフターグロー）状態が切り替わるパルスプラズマである。プラズマのオン状態は、各サイクルの１から５０％（以上）続いてよい。パルス動作は、プラズマ条件およびプロセス化学におけるダイナミックな変化をもたらしうる。イオン種のサンプリングは、プラズマパルスまたはウェハバイアスパルスのいずれかと同期してよく、あるいは、プラズマパルスとウェハパルスとが同期していればそれら両方と同期しうる。基準パルス（プラズマパルスおよび／またはウェハバイアス）に関するゲート遅延を変更することにより、すべての期間にわたって時間分解測定を実行することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
イオンセンサ１００は、イオンおよび／またはプラズマ電位のエネルギー分布を測定するようにも構成されうる。一実施形態では、抽出器電極１０６、静電レンズ１０８、および、静電レンズ１１０などの電極またはグリッドは、遅延要素となるべくバイアスされる。その後、電極電圧の関数である伝達されたイオン数が測定される。エネルギー分布およびプラズマ電位はどちらも測定されたデータから決定されることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図３は、本開示の一実施形態における他の典型的な構成を有するイオンセンサ３００を示す。イオンセンサ３００は、図１に示されるイオンセンサ１００と実質的に同じ構成要素を備えうる。しかしながら、この典型的な構成では、抽出器電極１０６は、ＲＦ（１から３００ＭＨｚ、典型的には１３．５６ＭＨｚ）バイアスを受ける。ＲＦバイアスの抽出器電極１０６は、二重機能として役立ちうる。すなわち、抽出器電極１０６は、イオンを抽出すると共に、堆積が優位な環境においては抽出器の開口から堆積物を取り除くことができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
薄膜材料がプラズマチャンバに堆積される堆積優位環境においては多くの半導体製造プロセスが実行される。厚い絶縁膜が抽出器開口をふさぐ場合、抽出器電極１０６のＤＣバイアスは、もはや有効でない可能性がある。ＲＦバイアスは、抽出器開口をスパッタ洗浄して堆積された材料を取り除くのに役立ちうる。このように、ＲＦバイアスは、イオンセンサ３００に「自己洗浄」能力を提供しうる。イオン抽出のために、ＲＦバイアスは、−５０Ｖから０Ｖの負の平均電位（またはＲＦセルフバイアス）、および、０Ｖから１００Ｖのピークピーク値を有しうる。スパッタ洗浄のためには、ＲＦセルフバイアスは、スパッタリング閾値より大きくてよく、ピークピーク値は、１００から１０００Ｖ以上でありうる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
本開示の実施形態におけるイオンセンサは、プラズマチャンバにおけるイオン種のフレキシブルな検出のために多数の方法で設置されうる。典型的な設置オプションが図５から７に示される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図５は、本開示の一実施形態におけるイオンセンサ５０８の１つの設置オプションを示す。極めて単純化したプラズマチャンバ５００がウェハ５０４を保持するプラテン／陰極５０２と共に示されている。プラテン／陰極５０２上に陽極５０６が配置される。陽極５０６は、必ずしも接地されていなくてもよいが、例えば、−１ｋＶから＋１ｋＶ（他の電圧でもよい）の電圧でバイアスされうる。陽極シャフト５０７は、陽極５０６を垂直方向に移動させることができる。陰極バイアス電圧、または、追加のプラズマ源のいずれかにより、陽極５０６とプラテン／陰極５０２との間にプラズマ５０が生成されうる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図６ａから６ｃは、本開示の実施形態におけるプラズマ処理チャンバの異なる例を示す。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
図７ａから７ｂは、本開示の実施形態におけるプロセス制御のためにイオンセンサを用いる典型的なシステムを示す。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
プラズマ５０の陰極側（またはウェハ側）の測定では、イオンセンサ７０２は、図１から４に示されるものとは異なる構成を有しうる。一例が図８に示される。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
図８は、本開示の一実施形態における典型的なイオンセンサ８００を示す。イオンセンサ８００は、抽出器電極１０６が取り除かれたこと以外は図１に示すイオンセンサ１００と実質的に同じ構成を備えうる。抽出器側におけるハウジング開口は、ほぼ１０から５００ミクロン（好ましくは５０から２００ミクロン）まで縮小されうる。ハウジング１０２は、ウェハ５０４と同じまたは同様の電位（例えば０Ｖから−１０ｋＶ）でバイアスされうる。レンズ１、レンズ３（ドリフトチューブ１０４）および検出器アセンブリ１１２も、同じまたは同様の電位でバイアスされてよい。レンズ２は、イオンパケットをドリフトチューブ１０４に律動的に送るゲートとして機能しうる。