ИСТОЧНИК ИОНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
ION SOURCE AND APPARATUS FOR PLASMA TREATMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к источнику ионов индуктивно-связанного типа и устройству для плазменной обработки, содержащему упомянутый источник, и, в частности, - к источнику ионов и устройству для плазменной обработки, в котором стабильная генерация или поддержание плазмы возможны благодаря ограничению осаждения или прилипания на внутренней поверхности ограждающей стенки, которая ограничивает плазменную генераторную камеру.
Уровень техники
Общеизвестно использование плазменной обработки при изготовлении полупроводников и электронных устройств или при модификации поверхности конструкционных материалов. Примеры упомянутых видов плазменной обработки включают в себя ионно-лучевое травление и ионно-лучевое распыление. Ионно-лучевое травление представляет собой технологию травления с выводом ионов из плазмы в форме пучка и, затем, облучением металлической пленки на поверхности подложки, подлежащей обработке ионами. Ионно-лучевое распыление представляет собой технологию распыления с выводом ионов из плазмы в форме пучка, облучением мишени установки для распыления ионным пучком и, затем, осаждением распыляемых материалов на подлежащей обработке подложке.
Известно несколько источников ионов, например, индуктивно-связанного типа (ICP-типа) и электронно-циклотронного резонансного типа (ECR-типа), выполняющих функцию вышеупомянутых устройств для плазменной обработки. Как показано на Фиг.16, источник ионов индуктивно-связанного типа содержит плазменную генераторную камеру 1, ограждающую стенку 2, выполненную из диэлектрического материала и ограничивающую плазменную генераторную камеру 1, и высокочастотную антенну 3, расположенную снаружи ограждающей стенки 2 и генерирующую плазму в плазменной генераторной камере 1.
Ограждающая стенка 2 обычно выполнена из диэлектрического материала, например кварца. Как показано на Фиг.16, высокочастотная антенна 3 выполнена в форме катушки, расположенной по окружности ограждающей стенки 2, и генерирует индуктивно связанную плазму, воздействуя сквозь ограждающую стенку 2. Только ионы 7 ускоряются вытягивающими электродами 4 из плазмы и выводятся в технологическую камеру 5. Материал 6 объекта, например подложка или мишень установки для распыления, облучается выведенными ионами 7, и затем выполняется заданный процесс травления или процесс осаждения.
В упомянутом обычном источнике ионов ICP-типа материал 6 объекта распыляется ионами, выведенными из плазмы, и части распыленного материала 8 налипают на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 2, ограничивающей плазменную генераторную камеру 1. В частности, когда распыляемый материал 8 является электропроводящим и осаждается на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 2 в направлении намотки высокочастотной антенны 3, к внутренней поверхности ограждающей стенки 2 протекает ток в направлении, препятствующем наведению поля электромагнитной индукции в плазменной генераторной камере 1. В результате диэлектрические потери возрастают. Кроме того, электропроводящие материалы 9, распыляемые из вытягивающих электродов 4 и образующиеся из-за столкновения ионов 7 с электродами 4, могут налипать на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 2 при проходе плазменной генераторной камеры 1.
Как описано выше, когда электропроводящие материалы налипают на внутреннюю окружную поверхность ограждающей стенки 2 по всей ее окружности, диэлектрические потери возрастают, а также повышается высокочастотная мощность для получения требуемой плотности плазмы, что, в конечном счете, создает проблему сложности стабильного формирования или поддерживания плазмы.
Для решения проблемы в патентных документах 1 и 2 предлагается конструкция, в которой внутри плазменной генераторной камеры установлен защитный корпус для регулирования прилипания распыляемых материалов к внутренней поверхности ограждающей стенки. Защитный корпус установлен напротив внутренней поверхности ограждающей стенки. Таким образом, блокируется прилипание распыляемых материалов к внутренней поверхности ограждающей стенки и обеспечивается стабильная генерация или поддерживание плазмы.
Патентный документ 1: JP2004-228181A
Патентный документ 2: JP11-251303A
Описание изобретения
Цели изобретения
Однако каждый из защитных корпусов, описанных в патентных документах 1 и 2, выполнен из металла и распыляется под действием плазмы, что создает проблему металлических примесей.
Кроме того, если между высокочастотной антенной и пространством генерации плазмы расположена металлическая конструкция, то повышается высокочастотная мощность, которая необходима для индуктивной связи с плазмой, по сравнению со случаем отсутствия металлической конструкции. Для эффективного осуществления индуктивной связи между высокочастотной антенной и плазмой необходимо сформировать множество апертур или апертуру большой площади в металлическом защитном корпусе для пропускания наведенного электромагнитного поля. Поэтому первоначальное защитное действие ослабляется, что вновь усиливает проблему прилипания к внутренней поверхности ограждающей стенки.
Кроме того, чтобы усилить эффект ограничения прилипания к внутренней поверхности ограждающей стенки, зазор между внутренней поверхностью ограждающей стенки и защитным корпусом необходимо выдерживать небольшим. Зазор образует конденсатор. В случае, если защитный корпус выполнен из металла, то, когда проводимость прилипающего материала намного ниже (например, в случае диэлектрических материалов), чем проводимость защитного корпуса, емкость изменяется в зависимости от продолжительности и характера применения. Поэтому стабильная генерация или поддерживание плазмы будет осложняться, что создает проблему усложнения конструкции согласующей схемы, которая может быть совместимой с указанным изменением.
Настоящее изобретение создано с учетом вышеупомянутых проблем. Целью настоящего изобретения является создание источника ионов и устройства для плазменной обработки, способных генерировать стабильную и долгосуществующую плазму.
Сущность изобретения
Для достижения вышеупомянутой цели источник ионов в соответствии с настоящим изобретением содержит плазменную генераторную камеру; ограждающую стенку, выполненную из диэлектрического материала и ограничивающую плазменную генераторную камеру; высокочастотную антенну, расположенную на внешней поверхности ограждающей стенки и генерирующую плазму в плазменной генераторной камере; и конструкцию, установленную внутри плазменной генераторной камеры, при этом конструкция выполнена из диэлектрического материала и ограничивает осаждение на внутренней поверхности ограждающей стенки, находящейся перед высокочастотной антенной.
Кроме того, устройство для плазменной обработки в соответствии с настоящим изобретением содержит технологическую камеру для размещения подлежащей обработке подложки; плазменную генераторную камеру; ограждающую стенку, выполненную из диэлектрического материала и ограничивающую плазменную генераторную камеру; высокочастотную антенну, расположенную на внешней поверхности ограждающей стенки и генерирующую плазму в плазменной генераторной камере; и конструкцию, установленную внутри плазменной генераторной камеры, при этом конструкция выполнена из диэлектрического материала и ограничивает осаждение на внутренней поверхности ограждающей стенки, находящейся перед высокочастотной антенной.
Конструкция в соответствии с настоящим изобретением может быть образована защитным корпусом, установленным в плазменной генераторной камере, чтобы закрывать внутреннюю поверхность ограждающей стенки. Кроме того, конструкция может быть образована выступом или углублением, сформированным непосредственно на внутренней поверхности ограждающей стенки. Кроме того, конструкция может быть образована сочетанием защитного корпуса с выступом или углублением.
Высокочастотная антенна может быть выполнена в форме катушки, намотанной на внешний окружной участок ограждающей стенки. Кроме того, высокочастотная антенна может быть выполнена в форме петли на внешней поверхности верхнего участка ограждающей стенки. Выражение «внутренняя поверхность ограждающей стенки, находящаяся перед высокочастотной антенной» относится к внутренней окружной поверхности ограждающей стенки в первом случае и относится к внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки в последнем случае. Конструкция в соответствии с настоящим изобретением может быть образована в зависимости от вида высокочастотной антенны.
Например, когда высокочастотная антенна образована как катушечная антенна, намотанная на внешний окружной участок ограждающей стенки, конструкция может быть образована цилиндрическим защитным корпусом, покрывающим внутреннюю окружную поверхность ограждающей стенки и содержащим прорезь, сформированную в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны. В альтернативном варианте конструкция может быть образована выступом или углублением, продолженным в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны в, по меньшей мере, одной части внутренней поверхности ограждающей стенки.
С другой стороны, когда высокочастотная антенна образована петлевой антенной, намотанной в наружном месте верхней части ограждающей стенки, конструкция может быть образована плоским или криволинейным защитным корпусом, покрывающим внутреннюю поверхность верхней части ограждающей стенки и содержащим прорезь, сформированную в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны. В альтернативном варианте конструкция может быть образована выступом или углублением, продолженным в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны в, по меньшей мере, одной части внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки.
Тем самым можно воспрепятствовать формированию слоя прилипающих материалов в направлении намотки высокочастотной антенны на внутренней поверхности ограждающей стенки. Соответственно, можно эффективно ослабить диэлектрические потери между высокочастотной антенной и плазменной генераторной камерой, даже если осажденный слой выполнен из электропроводящих материалов. Кроме того, поскольку конструкция выполнена из диэлектрического материала, то можно ограничить увеличение высокочастотной мощности, которое необходимо для индуктивной связи с плазмой, и возможно продолжительное стабильное формирование и поддерживание плазмы.
Эффект изобретения
В соответствии с настоящим изобретением возможно ослабление диэлектрических потерь между высокочастотной антенной и плазменной генераторной камерой и возможно продолжительное стабильное формирование и поддерживание плазмы.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематичное изображение устройства для плазменной обработки, содержащего источник ионов в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2A и 2B - виды, поясняющие конструкцию источника ионов в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.2A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.2B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 3A и 3B - виды, поясняющие другую конструкцию источника ионов в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.3A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.3B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 4A и 4B - виды, поясняющие другую конструкцию источника ионов в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.4A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.4B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 5A и 5B - виды, поясняющие конструкцию источника ионов в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.5A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.5B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 6A и 6B - виды, поясняющие другую конструкцию источника ионов в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.6A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.6B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 7A и 7B - виды, поясняющие конструкцию источника ионов в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.7A представлено схематичное изображение в перспективе, и на Фиг.7B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 8A и 8B - виды, поясняющие другую конструкцию источника ионов в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.8A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.8B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг.9 - схематичное изображение устройства для плазменной обработки, содержащего источник ионов в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 10A и 10B - виды, поясняющие конструкцию источника ионов в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.10A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.10B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 11A и 11B - виды, поясняющие конструкцию источника ионов в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.11A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.11B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 12A и 12B - виды, поясняющие другую конструкцию источника ионов в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.12A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.12B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 13A и 13B - виды, поясняющие конструкцию источника ионов в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.13A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.13B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг. 14A и 14B - виды, поясняющие другую конструкцию источника ионов в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом на Фиг.14A представлено схематичное изображение в перспективе упомянутой конструкции, и на Фиг.14B представлен вид спереди упомянутой конструкции;
Фиг.15 - схематичное сечение важной части, показывающее модификацию конструкции источника ионов в соответствии с настоящим изобретением; и
Фиг.16 - вид, поясняющий конструкцию и работу устройства для плазменной обработки, содержащего обычный источник ионов индуктивно-связанного типа.
Описание условных обозначений
11 - Устройство для плазменной обработки
12 - Технологическая камера
13 - Вакуумная камера
14 - Плазменная генераторная камера
15 - Ограждающая стенка
15a - Выступ
15b - Углубление
16 - Высокочастотная антенна
18 - Высокочастотный источник питания
20 - Столик
21 - Источник электрического смещения
22 - Сеточный электрод (вытягивающий электрод)
26 - Защитный корпус
26a - Прорезь
31 - Устройство для плазменной обработки
34 - Высокочастотная антенна
35 - Ограждающая стенка
35a - Выступ
35b - Углубление
36 - Защитный корпус
36a - Прорезь
W - Подложка
Наилучший вариант осуществления изобретения
Каждый из вариантов осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылками на чертежи.
Первый вариант осуществления
На Фиг.1 представлено схематичное изображение устройства 11 для плазменной обработки, содержащего источник ионов в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 11 для плазменной обработки в соответствии с настоящим изобретением содержит вакуумную камеру 13, содержащую технологическую камеру 12. Технологическая камера 12 вмещает подлежащую обработке подложку W (далее именуемую просто «подложкой»), например полупроводниковую пластину или подложку для жидкокристаллической панели. Вакуумная камера 13 содержит откачивающую трубу 13a, сообщающуюся с вакуумирующим средством (не показанным), например вакуумными насосами. Поэтому давление во внутреннем пространстве технологической камеры 12 можно понизить до заданного уровня вакуума.
Ограждающая стенка 15 установлена на верхнем участке вакуумной камеры 13. Ограждающая стенка 15 ограничивает плазменную генераторную камеру, сообщающуюся с технологической камерой 12. Ограждающая стенка 15 выполнена из диэлектрического материала, например кварца (кварцевый колпак вакуумной напылительной установки). Высокочастотная антенна 16, намотанная в форме катушки, установлена на внешней поверхности ограждающей стенки 15. Один конец высокочастотной антенны 16 подсоединен к высокочастотному источнику 18 питания через согласующую схему, и другой конец высокочастотной антенны 16 электрически соединен с потенциалом земли через емкость 19. Частота питания высокочастотного источника 18 питания изменяется в диапазоне, например, от 10 кГц до 100 МГц.
Высокочастотная мощность подается в высокочастотную антенну 16 от высокочастотного источника 18 питания с созданием наведенного электромагнитного поля в плазменной генераторной камере 14. Кроме того, химически активный газ вводят в плазменную генераторную камеру 14 и возбуждают поле электромагнитной индукции. В таком случае в плазменной генераторной камере 14 генерируется плазма из химически активного газа. Следовательно, высокочастотная антенна 16 генерирует и стабильно поддерживает индуктивно-связанную плазму в плазменной генераторной камере 14. Защитный корпус 26 в соответствии с настоящим изобретением установлен в плазменную генераторную камеру 14 и его подробное описание приведено в дальнейшем.
2
2
3
В настоящем варианте осуществления химически активный газ вводят из верхнего участка ограждающей стенки 15 в плазменную генераторную камеру 14 по газоподающим линиям. Примеры газа включают в себя Ar (аргон), O (кислород), N (азот), Xe (ксенон) или PH (фосфин). Давление газа изменяется в диапазоне, например, от 0,01 до 10 Па.
Сеточный электрод 22 установлен между технологической камерой 12 и плазменной генераторной камерой 14. Сеточный электрод 22 является «вытягивающим электродом» в соответствии с настоящим изобретением, который выводит ионы в виде пучка из плазмы, генерируемой в плазменной генераторной камере 14, в технологическую камеру 12. В данном варианте осуществления сеточный электрод 22 имеет трехслойную структуру, состоящую из электрода 22A формирования пучка, ускоряющего электрода 22B и заземляющего электрода 22C, расположенных последовательно от плазменной генераторной камеры 14, и данные электроды выполнены соответственно из молибдена, графита или подобного материала.
Электрод 22A формирования пучка и ускоряющий электрод 22B подсоединены соответственно к источникам 23A и 23B изменяющегося постоянного тока, и заданный положительный электрический потенциал подается на электрод 22A формирования пучка, и заданный отрицательный электрический потенциал подается на ускоряющий электрод 22B. Энергией ускорения ионов управляют регулировкой уровней потенциалов для данных источников питания.
Текущее значение ионного пучка можно получить измерением тока, протекающего в источник 23A изменяющегося постоянного тока. Источник 23A изменяющегося постоянного тока снабжен функцией измерения тока и контролирует величину тока ионного пучка в реальном времени. Для выдерживания постоянной величины контролируемого тока величина тока ионного пучка подается обратно в высокочастотный источник 18 питания, и осуществляется регулирование электрической мощностью, подаваемой в высокочастотную антенну 16. Тем самым поддерживается постоянная плотность плазмы, генерируемой в плазменной генераторной камере 14.
Как описано выше, «источник ионов» в соответствии с настоящим изобретением состоит из плазменной генераторной камеры 14, ограждающей стенки 15, высокочастотной антенны 16, согласующей схемы 17, высокочастотного источника 18 питания, сеточного электрода 22 и подобного.
Затем подложку W, размещаемую в технологической камере 12, устанавливают на столик 20. Подложку W облучают ионными пучками, выведенными сеточным электродом 22. Верхняя поверхность подложки W покрыта электропроводящим материалом, например металлической пленкой (имеет место также случай частичного покрытия). Металлическая пленка вытравливается при облучении ионными пучками. В настоящем варианте осуществления высокочастотный источник 21 питания подсоединен к столику 20 для подачи смещения, поэтому подложка W может периодически облучаться ионами из плазмы, генерируемой переходом электрического заряда между ионными пучками и остаточными газами.
Процесс травления металлической пленки не ограничен конкретным случаем. Например, настоящий вариант осуществления можно применять к процессу формирования рисунка резистного шаблона заданной формы на металлической пленке и, затем, к формированию рисунка соединений травлением ионными пучками металлической пленки, открытой через отверстия рисунка резистного шаблона. Кроме того, данный вариант осуществления можно применить к случаю, в котором вся поверхность металлической пленки вытравливается в процессе получения узора или в подобном процессе.
В процессе травления металлической пленки на подложке ионными пучками материалы, распыляемые из металлической пленки и сеточного электрода 22 и рассеиваемые распыляющим действием ионных пучков, прилипают и осаждаются на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 15. Когда прилипание или осаждение осуществляется в направлении намотки высокочастотной антенны 16, генерируется ток в направлении против наведения электромагнитного поля, которое необходимо для формирования плазмы. Поэтому повышаются потери за счет индуктивных связей и затрудняется стабильное формирование плазмы.
С учетом вышеизложенного в настоящем варианте осуществления внутри плазменной генераторной камеры 14 установлен защитный корпус 26 для ограничения прилипания распыляемых материалов к внутренней поверхности ограждающей стенки 15 напротив высокочастотной антенны 16. Защитный корпус представляет собой конкретный пример «конструкции» в соответствии с настоящим изобретением. Ниже приведено более подробное описание защитного корпуса 26 со ссылками на Фиг.2 - 4.
Защитный корпус 26 выполнен из диэлектрического материала и имеет цилиндрическую форму. Защитный корпус 26 установлен в плазменной генераторной камере 14 так, чтобы закрывать внутреннюю окружную поверхность ограждающей стенки 15. В данном варианте осуществления защитный корпус 26 выполнен из кварца аналогично ограждающей стенке 15, но, в зависимости от прикладных задач, возможен выбор любых диэлектрических материалов, например оксид алюминия и нитрид алюминия.
Прорезь 26a сформирована в защитном корпусе 26 в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 16 (Фиг.1). В данном варианте осуществления прорезь 26a сформирована параллельно осевому направлению цилиндрического защитного корпуса 26, и поэтому прорезь 26a приблизительно перпендикулярна направлению намотки высокочастотной антенны 16. В соответствии с данным вариантом осуществления распыляемые материалы блокируются от осаждения в ряд в направлении намотки высокочастотной антенны 16 (в окружном направлении защитного корпуса 26). Следовательно, не допускается генерация тока, протекающего по внутренней поверхности защитного корпуса 26.
Зазор между защитным корпусом 26 и ограждающей стенкой 15 является предпочтительно узким для предотвращения прилипания вследствие осаждения на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 15 через промежуток между внешней окружной поверхностью защитного корпуса 26 и внутренней окружной поверхностью ограждающей стенки 15. В предпочтительном варианте защитный корпус 26 и ограждающая стенка 15 установлены так близко, что зазор между ними составляет около 1 мм по ширине.
Желательно, чтобы прорезь 26a, сформированная в защитном корпусе 26, имела длину, достаточную для разделения защитного корпуса 26, как показано на Фиг.2A. С другой стороны, каждая прорезь 26a сформирована так, чтобы иметь длину, которая не разъединяет защитный корпус 26, когда сформировано множество прорезей 26a, как показано на Фиг.3 и 4. Особенно, когда, как показано на Фиг.4, множество прорезей 26a сформировано попеременно с торцов защитного корпуса 26. Тем самым можно существенно ослабить формирование наведенного тока, вызываемого осаждением, поскольку отсутствует часть, которая является непрерывной в окружном направлении защитного корпуса 26.
Хотя ширина прорези 26a не ограничена, ширина предпочтительно должна быть узкой в пределах такого интервала, чтобы можно было воспрепятствовать замыканию контура в окружном направлении защитного корпуса 26, если исходить из ослабления осаждения на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 15. Прорезь 26a может быть сформирована только в области, в пределах которой намотана высокочастотная антенна 16.
Что касается установки защитного корпуса 26 в плазменной генераторной камере 14, защитный корпус 26 закреплен к ограждающей стенке 15 подходящим фиксатором, который не показан. Материал для изготовления фиксатора не ограничен специально, но, во избежание загрязнения металлическими примесями, фиксатор предпочтительно выполнен из диэлектрических материалов. Форма защитного корпуса 26 не ограничена цилиндром. Можно установить множество полосковых щитков напротив внутренней поверхности ограждающей стенки 15 с заданным небольшим воздушным промежутком (например, около 1 мм).
Как показано на Фиг.1, нижний торец защитного корпуса 26 расположен вблизи сетчатого электрода 22 (электрода 22A формирования пучка). Это объясняется тем, что, когда плазма притягивается к заземленным участкам вакуумной камеры 13 и подобному, нарушается распределение плазмы и происходит загрязнение металлическими примесями вследствие распыления ионов в вакуумной камере. Нижний торец защитного корпуса 26 расположен вблизи сетчатого электрода 22 или находится в контакте с сетчатым электродом 22, в результате чего удается устранить вышеописанные вредные эффекты, вызываемые утечкой плазмы. Расстояние между нижним торцом защитного корпуса 26 и сетчатым электродом 22 в предпочтительном варианте невелико, и проверено, что эффективным является расстояние, равное или меньше чем 1 мм. В данном варианте осуществления расстояние между указанными элементами установлено приблизительно равным 0,5 мм.
В данном варианте осуществления, как описано выше, защитный корпус 26 установлен внутри плазменной генераторной камеры 14 с целью закрывания внутренней поверхности ограждающей стенки 15. Поэтому распыляемые материалы, рассеянные с поверхности подложки W в процессе ионно-лучевого травления данной подложки в технологической камере 12, блокируются от прилипания и осаждения на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 15 по всей внутренней окружной поверхности данной стенки. Хотя распыляемые материалы прилипают к внутренней поверхности защитного корпуса 26, осаждение распыляемых материалов никогда не происходит в ряд в окружном направлении внутренней поверхности защитного корпуса 26, поскольку защитный корпус 26 имеет прорезь 26a.
В соответствии с данным вариантом осуществления можно не допустить формирования осажденного слоя распыляемых материалов в ряд в направлении намотки высокочастотной антенны 16. Поэтому диэлектрические потери между высокочастотной антенной 16 и плазменной генераторной камерой 14 эффективно ослабляются, даже если осажденный слой имеет электрическую проводимость. Аналогичный эффект можно получить, когда распыляемые материалы обладают достаточной проводимостью для формирования тока, наведенного высокочастотной антенной 16, без ограничения случаем, в котором распыляемые материалы являются материалами с высокой проводимостью.
Кроме того, поскольку защитный корпус 26 выполнен из диэлектрического материала, то можно ограничить увеличение высокочастотной мощности, которое необходимо для индуктивной связи с плазмой, и возможно продолжительное стабильное формирование и поддерживание плазмы. Кроме того, поскольку защитный корпус 26 выполнен из диэлектрического материала, то устранена проблема загрязнения металлическими примесями, возникающая при изготовлении защитного корпуса из металла.
Второй вариант осуществления
Далее, на Фиг. 5 и 6 последовательно представлены другие варианты осуществления «конструкции» в соответствии с настоящим изобретением. Части, которые соответствуют частям в вышеописанном первом варианте осуществления, обозначены аналогичными цифровыми позициями. Поэтому подробное описание данных частей не приводится.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 5A и 5B, предусмотрены выступы 15a, продолжающиеся в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 16 (Фиг.1). Выступы 15a сформированы на внутренней окружной поверхности цилиндрической ограждающей стенки 15, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. В соответствии с данной конструкцией распыляемые материалы блокируются выступами 15a от осаждения на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 15 в ряд в окружном направлении данной стенки. Поэтому возможно ослабление диэлектрических потерь высокочастотной антенны 16.
Когда распыляемые материалы прилипают по обеим сторонам выступа 15a, направление тока, протекающего к острию выступа 15a со стороны внутренней поверхности ограждающей стенки 15, и другое направление тока, протекающего к стороне внутренней поверхности ограждающей стенки 15 от острия выступа 15a, противоположны одно другому. Поэтому возможно подавление или ослабление наведенного тока на данном участке.
Хотя в варианте осуществления, показанном на Фиг.5, выступы 15a сформированы в двух местах на внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 15 со 180-градусными интервалами относительно центра данной стенки, выступ 15a может быть сформирован только на, по меньшей мере, одной части внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 15. Кроме того, выступы 15a могут быть сформированы радиально с равномерным или неравномерным распределением по окружности, в, по меньшей мере, трех местах.
Желательно, чтобы высота выступа 15a была равна или больше его ширины (отношение высоты к ширине было равно или больше чем 1). В частности, высота выступа 15a равна или больше чем 1 мм, когда ширина выступа 15a равна 1 мм. Выступ 15a выполнен из диэлектрического материала и может быть сформирован неразъемным с внутренней окружной поверхностью ограждающей стенки 15 или может быть прикреплен как другой элемент.
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на Фиг.6A и 6B, предусмотрены углубления 15b, продолженные в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 16 (Фиг.1). Углубления 15b сформированы на внутренней окружной поверхности цилиндрической ограждающей стенки 15, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. В соответствии с данной конструкцией распыляемые материалы блокируются углублениями 15b от осаждения на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 15 в ряд в окружном направлении данной стенки. Поэтому возможно ослабление диэлектрических потерь высокочастотной антенны 16.
Когда распыляемые материалы осаждаются по обеим сторонам углубления 15b, направление тока, протекающего ко дну углубления 15b со стороны внутренней поверхности ограждающей стенки 15, и другое направление тока, протекающего к стороне внутренней поверхности ограждающей стенки 15 от дна углубления 15b, противоположны одно другому. Поэтому возможно подавление или ослабление наведенного тока на данном участке.
Хотя в варианте осуществления, показанном на Фиг.6, углубления 15b сформированы в двух местах на внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 15 со 180-градусными интервалами относительно центра данной стенки, углубление 15b может быть сформировано только на, по меньшей мере, одной части внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 15. Кроме того, углубления 15b могут быть сформированы радиально с равномерным или неравномерным распределением по окружности в, по меньшей мере, трех местах.
Желательно, чтобы глубина углубления 15b была равна или больше его ширины (отношение глубины к ширине было равно или больше чем 1). В частности, глубина углубления 15b равна или больше чем 1 мм, когда ширина углубления 15b равна 1 мм. Углубление 15b сформировано как выемка на внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 15.
Как описано выше, выступ 15a или углубление 15b образован(о) как «конструкция» в соответствии с настоящим изобретением, которая позволяет получить, в результате, эффект, аналогичный первому варианту осуществления.
Третий вариант осуществления
На Фиг. 7 и 8 представлен третий вариант осуществления настоящего изобретения. Части, которые соответствуют частям в вышеописанных первом и втором вариантах осуществления, обозначены аналогичными цифровыми позициями. Подробное описание данных частей не приводится.
В данном варианте осуществления обеспечена конструкция, в которой сочетаются защитный корпус 26, описанный в первом варианте осуществления, и конструкция внутренней поверхности ограждающей стенки 15, описанной во втором варианте осуществления.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.7A и 7B, углубления 15b сформированы на внутренней окружной поверхности цилиндрической ограждающей стенки 15, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. Углубления 15b продолжены в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 16 (Фиг.1). Кроме того, защитный корпус 26 выполнен из диэлектрического материала и установлен внутри ограждающей стенки 15. Прорезь 26a сформирована в защитном корпусе 26 в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 16.
При использовании данной конструкции, когда распыляемые материалы прилипают к внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 15 через зазор между ограждающей стенкой 15 и защитным корпусом 26, то осажденному слою, состоящему из распыляемых материалов, сложно сформироваться в ряд в направлении намотки высокочастотной антенны 16, что позволяет, в результате, продлить цикл для технического обслуживания. Кроме того, прорезь 26a в защитном корпусе 26 расположена под углом, отличающимся от угла расположения углублений 15b ограждающей стенки 15, что позволяет дополнительно усилить данный эффект.
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на Фиг.8A и 8B, выступы 15a сформированы на внутренней окружной поверхности цилиндрической ограждающей стенки 15, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. Выступы 15a продолжены в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 16 (Фиг.1). Кроме того, защитный корпус 26 выполнен из диэлектрического материала и установлен внутри ограждающей стенки 15. Прорезь 26a сформирована в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 16. Защитный корпус 26 сформирован с относительно большой толщиной, и в местах, противоположных выступам 15a, соответственно, сформированы канавки 26b, вмещающие выступы 15a.
В соответствии с вышеописанной конструкцией возможно получение лабиринтной конструкции зазора между внутренней поверхностью ограждающей стенки 15 и защитным корпусом 26, что дополнительно усиливает эффект предотвращения прилипания распыляемых материалов в последовательном порядке на внутреннюю окружную поверхность ограждающей стенки 15, аналогично вышеприведенному описанию.
Четвертый вариант осуществления
На Фиг. 9 и 10 представлен четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. Части, которые соответствуют частям в вышеописанном первом варианте осуществления, обозначены аналогичными цифровыми позициями, подробное описание данных частей не приводится.
Устройство 31 для плазменной обработки в соответствии с данным вариантом осуществления отличается от устройства в соответствии с первым вариантом осуществления тем, что предусмотрена высокочастотная антенна 34, которая намотана в виде петли (спирали) в плоскости на внешней поверхности верхней части ограждающей стенки 35. Ограждающая стенка 35 выполнена из диэлектрического материала и ограничивает плазменную генераторную камеру 14. И против высокочастотной антенны 34 установлен защитный корпус 36, который препятствует прилипанию распыляемых материалов к внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки 35.
Защитный корпус 36 выполнен из диэлектрического материала (например, кварца), аналогичного ограждающей стенке 35, и сформирован в форме диска, покрывающего внутреннюю поверхность верхней части ограждающей стенки 35, как показано на Фиг.10A и 10B. Прорези 36a сформированы в защитном корпусе 36 в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 34. Число прорезей 36a специально не ограничено. На фигурах сформировано множество (четыре) прорезей 36a радиально и с равномерным распределением по окружности, но можно обеспечивать, по меньшей мере, одну прорезь.
Защитный корпус 36 установлен вблизи внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки 35, так что зазор между ними составляет около 1 мм, как в первом варианте осуществления. Поэтому распыляемые материалы блокируются от внедрения и прилипания к внутренней поверхности ограждающей стенки через зазор.
В вышеописанном устройстве 31 для плазменной обработки в соответствии с данным вариантом осуществления защитный корпус 36 установлен внутри плазменной генераторной камеры 14 с целью закрывания внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки 35. Следовательно, распыляемые материалы, рассеиваемые с поверхности подложки W в процессе ионно-лучевого травления подложки в технологической камере 12, блокируются от прилипания и осаждения на внутреннюю поверхность верхней части ограждающей стенки 35. Хотя распыляемые материалы прилипают к внутренней поверхности защитного корпуса 36, осажденный слой распыляемых материалов никогда не формируется в ряд в окружном направлении защитного корпуса 36, поскольку защитный корпус 36 содержит прорези 36a.
В соответствии с данным вариантом осуществления можно воспрепятствовать формированию осажденного слоя распыляемых материалов в ряд в направлении намотки высокочастотной антенны 34. Поэтому диэлектрические потери между высокочастотной антенной 34 и плазменной генераторной камерой 14 эффективно ослабляются, даже если осажденный слой обладает электрической проводимостью.
Кроме того, поскольку защитный корпус 36 выполнен из диэлектрического материала, то можно ограничить увеличение высокочастотной мощности, которое необходимо для индуктивной связи с плазмой, и возможно продолжительное стабильное формирование и поддерживание плазмы. Кроме того, поскольку защитный корпус 36 выполнен из диэлектрического материала, то устранена проблема загрязнения металлическими примесями, возникающая при изготовлении защитного корпуса из металла.
Пятый вариант осуществления
На Фиг. 11 и 12 представлены другие варианты осуществления «конструкции» в соответствии с настоящим изобретением. Части, которые соответствуют частям в вышеописанном четвертом варианте осуществления, обозначены аналогичными цифровыми позициями, и подробное описание данных частей не приводится.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 11A и 11B, обеспечены выступы 35a, продолжающиеся в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 34 (Фиг.9). Выступы 35a сформированы на внутренней окружной поверхности цилиндрической ограждающей стенки 35, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. В соответствии с данной конструкцией распыляемые материалы блокируются выступами 35a от осаждения на внутреннюю поверхность верхней части ограждающей стенки 35 в ряд в окружном направлении данной стенки. Поэтому возможно ослабление диэлектрических потерь высокочастотной антенны 34.
Когда распыляемые материалы прилипают по обеим сторонам выступов 35a, направление тока, протекающего к острию выступа 35a со стороны внутренней поверхности ограждающей стенки 35, и другое направление тока, протекающего к стороне внутренней поверхности ограждающей стенки 35 от острия выступа 35a, противоположны одно другому. Поэтому возможно подавление или ослабление наведенного тока на данном участке.
Хотя, в варианте осуществления, показанном на Фиг.11, выступы 35a сформированы в четырех местах на внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 35 с 90-градусными интервалами относительно центра данной стенки, выступ 35a может быть сформирован только на, по меньшей мере, одной части внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 35. Кроме того, выступы 35a могут быть сформированы радиально с равномерным или неравномерным распределением по окружности, в нескольких местах.
Желательно, чтобы высота выступа 35a была равна или больше его ширины (отношение высоты к ширине было равно или больше чем 1). В частности, высота выступа 35a равна или больше чем 1 мм, когда ширина выступа 35a равна 1 мм. Выступ 35a выполнен из диэлектрического материала и может быть сформирован неразъемным с внутренней окружной поверхностью ограждающей стенки 35 или может быть прикреплен как другой элемент.
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на Фиг. 12A и 12B, предусмотрены углубления 35b, продолженные в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 34 (Фиг.9). Углубления 35b сформированы на внутренней окружной поверхности цилиндрической ограждающей стенки 35, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. В соответствии с данной конструкцией распыляемые материалы блокируются углублениями 35b от осаждения на внутреннюю поверхность ограждающей стенки 35 в ряд в окружном направлении данной стенки. Поэтому возможно ослабление диэлектрических потерь высокочастотной антенны 34.
Когда распыляемые материалы прилипают по обеим сторонам углубления 35b, направление тока, протекающего ко дну углубления 35b со стороны внутренней поверхности ограждающей стенки 35, и другое направление тока, протекающего к стороне внутренней поверхности ограждающей стенки 35 от дна углубления 35b, противоположны одно другому. Поэтому возможно подавление или ослабление наведенного тока на данном участке.
Хотя в варианте осуществления, показанном на Фиг.12, углубления 35b сформированы в четырех местах на внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 35 с 90-градусными интервалами, углубление 35b может быть сформировано только на, по меньшей мере, одной части внутренней окружной поверхности ограждающей стенки 35. Кроме того, углубления 35b могут быть сформированы радиально с равномерным или неравномерным распределением по окружности, в нескольких местах.
Желательно, чтобы глубина углубления 35b была равна или больше его ширины (отношение глубины к ширине было равно или больше чем 1). В частности, глубина углубления 35 равна или больше чем 1 мм, когда ширина углубления 35b равна 1 мм.
Как описано выше, выступ 35a или углубление 35b образован(о) как «конструкция» в соответствии с настоящим изобретением, которая может дать, в результате, эффект, аналогичный четвертому варианту осуществления.
Шестой вариант осуществления
На Фиг. 13 и 14 представлен шестой вариант осуществления настоящего изобретения. Части, которые соответствуют частям в вышеописанных четвертом и пятом вариантах осуществления, обозначены аналогичными цифровыми позициями, и подробное описание данных частей не приводится.
В данном варианте осуществления предусмотрена конструкция, в которой сочетаются защитный корпус 36, описанный в четвертом варианте осуществления, и конструкция внутренней поверхности ограждающей стенки 35, описанной в пятом варианте осуществления.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 13A и 13B, углубления 35b сформированы на внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки 35, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. Углубления 35b продолжены в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 34 (Фиг.9). Кроме того, защитный корпус 36 выполнен из диэлектрического материала и установлен внутри ограждающей стенки 35. Прорезь 36a сформирована в защитном корпусе 36 в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 34. Защитный корпус 36 установлен вблизи внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки 35, так что зазор между ними составляет около 1 мм, как в четвертом варианте осуществления. Поэтому распыляемые материалы блокируются от внедрения и прилипания к внутренней поверхности ограждающей стенки через зазор.
При использовании данной конструкции, когда распыляемые материалы прилипают к внутренней поверхности стенки верхней части ограждающей стенки 35 через зазор между ограждающей стенкой 35 и защитным корпусом 36, то осажденный слой, состоящий из распыляемых материалов, не формируется в ряд в направлении намотки высокочастотной антенны 34, что позволяет, в результате, продлить цикл технического обслуживания. Кроме того, прорезь 36a в защитном корпусе 36 расположена под углом, отличающимся от угла расположения углублений 35b ограждающей стенки 35, что позволяет дополнительно усилить эффект продления цикла технического обслуживания.
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на Фиг. 14A и 14B, выступы 35a сформированы на внутренней поверхности верхней части цилиндрической ограждающей стенки 35, ограничивающей плазменную генераторную камеру 14. Выступы 35a продолжены в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 34 (Фиг.9). Кроме того, защитный корпус 36 выполнен из диэлектрического материала и установлен внутри ограждающей стенки 35. Прорезь 36a сформирована в направлении, пересекающем направление намотки высокочастотной антенны 34. Защитный корпус 36 установлен вблизи внутренней поверхности верхней части ограждающей стенки 35, так что зазор между ними составляет около 1 мм, как в четвертом варианте осуществления. Поэтому распыляемые материалы блокируются от внедрения и прилипания к внутренней поверхности ограждающей стенки через зазор.
В соответствии с вышеописанной конструкцией возможно получение лабиринтной конструкции зазора между внутренней поверхностью ограждающей стенки 35 и защитным корпусом 36, и дополнительно усиливается эффект предотвращения прилипания распыляемых материалов в последовательном порядке на внутреннюю поверхность верхней части ограждающей стенки 35, аналогично вышеприведенному описанию.
Выше описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, не ограничивающие данное изобретение, однако специалистам в данной области техники будут очевидны модификации упомянутых вариантов, не выходящие за пределы объема принципов настоящего изобретения, которые определены нижеследующей формулой изобретения.
Например, в вышеописанных вариантах осуществления приведено описание устройства для ионно-лучевого травления в качестве устройства для генерации плазмы. Вместо этого, в качестве устройства для генерации плазмы можно создать устройство для ионно-лучевого распыления, которое содержит мишень установки для распыления, установленную внутри технологической камеры, и которое формирует пленку осаждением распыляемых частиц на технологическую подложку. Кроме того, настоящее изобретение можно применить к другому устройству для плазменной обработки, например устройству для плазменного легирования или устройству для плазменного травления.
Кроме того, в вышеописанных вариантах осуществления ограждающая стенка (колпак вакуумной напылительной установки) 15, 35 выполнена как внешняя стенка, образующая границы между воздухом и вакуумом. Вместо этого, например, источник ионов в соответствии с настоящим изобретением может быть установлен внутри вакуумной камеры 13, как показано на Фиг.15. Ограждающая стенка 15 ограничивает плазменную генераторную камеру 14 внутри вакуумной камеры 13. Высокочастотная антенна 16 установлена на внешней поверхности ограждающей стенки 15, которая установлена внутри вакуумной камеры 13. Защитный корпус 26 в соответствии с настоящим изобретением установлен так, что защитный корпус 26 покрывает внутреннюю окружную поверхность ограждающей стенки 15 напротив высокочастотной антенны 16.
Кроме того, защитный корпус 16, 36 в соответствии с настоящим изобретением имеет цилиндрическую или плоскую форму. Вместо этого, форму защитного корпуса можно соответственно изменять в зависимости от формы внутренней поверхности ограждающей стенки. Например, защитный корпус может быть выполнен в форме квадратного ящика или в форме купола.