JP2009545890A - Ｒｆ変調によって弾道電子ビームの均一性を制御する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
弾道電子ビーム(135)を用いて基板を処理する方法及びシステムが記載されている。ビーム源の高周波(RF)出力を変調することによって、電子ビーム束の半径方向の均一性が調節される。たとえば、前記基板(125)の支持が可能な下部電極(120)と結合する第1RF出力、前記下部電極に対向する上部電極(172)と結合する第2RF出力、及び、前記弾道電子ビームを生成するため前記上部電極と結合する負の高電圧直流(DC)出力(150)を有するプラズマ処理システムが記載されている。前記第2RF出力の振幅は、前記弾道電子ビーム束の均一性の変化に影響を及ぼすように変調される。
Description
本発明は基板をプラズマ処理する方法及び装置に関する。より詳細には本発明は、処理の均一性を調節するため、プラズマ処理中に出力を変調させる方法及びシステムに関する。
半導体処理中、シリコン基板上にパターニングされた、微細線に沿って、又はビア若しくはコンタクト内部の材料を除去すなわちエッチングするのに（ドライ）エッチングプロセスが利用されて良い。プラズマエッチング処理は一般的に、処理チャンバ内に、パターニングされた保護層-たとえばフォトレジスト層-で覆われた半導体基板を設ける工程を有する。一旦基板がチャンバ内に設けられると、電離可能でかつ分解可能な気体混合物が、所定の流速でチャンバ内部に導入される。その一方で周辺のプロセス圧力に到達するように真空ポンプが絞られる。
その後、存在する気体種の一部が、加熱された電子によって電離するときに、プラズマが生成される。その加熱は、容量的若しくは誘導的に高周波(RF)出力が輸送されることにより、又はたとえば電子サイクロトロン共鳴(ECR)を用いたマイクロ波出力によって、実現される。しかも加熱された電子は、周辺の気体種の一部を分解し、かつ露出した表面のエッチングを行う化学的性質に適した（複数の）反応種を生成する役割を果たす。一旦プラズマが生成されると、基板の選択された表面はそのプラズマによってエッチングされる。その処理は適切な条件を実現するように調節される。適切な条件には、その基板の選択された領域で様々な特徴部位（たとえば溝、ビア、コンタクト等）をエッチングするために必要な反応物及びイオン数の適切な濃度が含まれる。エッチングが必要な係る基板材料には、二酸化シリコン(SiO2)、low-k及び超low-k誘電材料、多結晶シリコン、シリコンカーバイド、及びシリコン窒化物が含まれる。
リーバーマン(M.A.Lieberman)他、プラズマ源の科学技術（Plasma Sources Sci. & Tech.）、第11巻、2002年、pp.283-293
本発明は基板をエッチングする方法及びシステムに関する。
一の実施例によると、弾道電子ビームによって改善されるプラズマを用いた基板のエッチング方法及びシステムが記載されている。
他の実施例によると、弾道電子ビームによって改善されるプラズマエッチング処理において電子ビーム束の空間分布を調節する方法及びシステムが記載されている。
他の実施例によると、プラズマ処理システムの取り扱い方法、及び、コンピュータシステムが、基板上の薄膜をエッチングさせるように、弾道電子ビームを有するプラズマ処理システムを制御するプログラム命令を有するコンピュータによる読み取りが可能な媒体が記載されている。当該方法は、前記プラズマ処理システム内の基板ホルダ上に前記基板を設ける手順、前記弾道電子ビームを生成するために前記プラズマ処理システム内部の電極に直流電流(DC)出力を結合する手順、前記プラズマ処理システム内にプラズマを生成するために前記電極及び/又は前記基板ホルダに交流電流(AC)出力を結合する手順、前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記AC出力の振幅を変調させる手順、並びに前記プラズマ及び前記弾道電子ビームで前記薄膜をエッチングする手順、を有する。
さらに他の実施例によると、基板をエッチングするように備えられたプラズマ処理システムが記載されている。当該システムは、プラズマの生成を助けるように備えられたプラズマ処理チャンバ、該プラズマ処理チャンバと結合して前記基板を支持するように備えられている基板ホルダ、前記プラズマ処理チャンバと結合して前記プラズマと接するように備えられている電極、前記プラズマ処理チャンバと結合し、かつ前記プラズマを生成するために前記基板ホルダ及び/又は前記電極に少なくとも一のAC信号を結合するように備えられているAC出力システム、前記プラズマ処理チャンバと結合し、かつ前記プラズマを介して弾道電子ビームを生成するためにDC電圧を前記電極と結合するように備えられているDC出力システム、並びに、前記AC出力システムと結合して、かつ前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記少なくとも一のAC信号の振幅を変調させるように備えられているAC出力変調システム、を有する。
さらに他の実施例によると、基板をエッチングするように備えられたプラズマ処理システムが記載されている。当該システムは、プラズマの生成を助けるように備えられたプラズマ処理チャンバ、該プラズマ処理チャンバと結合して前記基板を支持するように備えられている基板ホルダ、前記プラズマを生成するために前記プラズマ処理チャンバにAC出力を結合する手段、前記プラズマを介して弾道電子ビームを生成するためにDC電圧を前記プラズマ処理チャンバに結合する手段、及び、前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記AC出力の振幅を変調させる手段、を有する。
以降の説明では、限定ではない説明を目的として、たとえばプラズマ処理システムの構造や様々な処理の説明といった具体的詳細について説明する。しかし本発明は、これらの具体的詳細から逸脱した他の実施例においても実施可能であることに留意して欲しい。
材料処理方法においては、パターンエッチングは、エッチング中に基板上に設けられた下地の薄膜にこのパターンを転写するためのマスクを供するため、後でパターニングされる基板の上側表面に感光性材料-たとえばフォトレジスト-の薄い層を塗布する手順を有する。感光性材料のパターニングは一般的に、たとえばマイクロリソグラフィを用いた感光性材料のレチクル（及び関連光学系）を介する放射線源による露光、及びそれに続く、現像溶液を用いた感光性材料の照射領域（ポジのレジストの場合）又は非照射領域（ネガのレジストの場合）の除去を有する。しかもこのマスク層は複数の層を有して良い。
パターンエッチング中、ドライエッチング処理がよく利用される。ドライエッチングプロセスでは、電子を加熱し、かつそれに続くプロセスガスの原子及び/又は分子組成物の電離並びに分解を引き起こすために、そのプロセスガスに電磁(EM)エネルギー-たとえば高周波(RF)出力のような-を結合することによって、そのプロセスガスからプラズマが生成される。さらに、RFサイクルの一部が行われている間、つまり結合RF出力の正の半周期の間、に基板表面を照射する弾道電子ビームを生成するため、負の高電圧直流(DC)出力がプラズマ処理システムに結合されて良い。弾道電子ビームは、たとえば（エッチングされる）下地の薄膜とマスク層との間でのエッチング選択性を改善することによって、ドライプラズマエッチングプロセスの特性を改善することができる。それによってたとえば電子シェーディングダメージのような荷電損傷が減少する。弾道電子ビームの発生に関しての更なる詳細は、特許文献1及び2に開示されている。
ここで図1を参照すると、弾道電子ビームを備えたプラズマ処理システムの概略図が供されている。当該プラズマ処理システムは、処理チャンバ内部で互いに対向するように設けられている第1電極120と第2電極172を有する。第1電極120は基板125を支持するように備えられている。第1電極120が、第1RF周波数でRF出力を供するように備えられている第1RF発生装置140と結合する。他方第2電極172は、第2RF周波数でRF出力を供するように備えられている第2RF発生装置170と結合する。たとえば第2RF周波数は第1RF周波数よりも高くて良い。第1及び第2電極へのRF出力の結合はプラズマ130の生成を助ける。それに加えて当該プラズマ処理システムは、第2電極172にDC電圧を供するように備えられているDC出力供給体150を有する。ここで第2電極172への負のDC電圧の結合は、弾道電子ビームの生成を助ける。電子ビーム出力は第2電極172での負のDC電圧の重ね合わせから得られる。特許文献2に記載されているように、当該プラズマ処理システムへの負のDC出力の印加は、基板125の表面を照射する弾道（衝突が起こらない）電子ビームの生成に影響を及ぼす。
一般的には、後述するように、弾道電子ビームは、任意の種類のプラズマ処理システムによって実装されて良い。この例では、負のDC電圧が、RF出力容量性結合プラズマ(CCP)処理システムで重ね合わせられる。従って本発明はこの例によって限定されない。この例は単なる例示目的に過ぎない。
弾道電子ビームがエッチング特性にとって重要であるが、電子ビーム束Ie(r)の均一性もまた重要である。電子ビームが無衝突であるとはいえ、その電子ビームは、既知の物理現象によって、エネルギーをプラズマに与えることができる。その結果、バルクのプラズマ密度が増大する。電子ビームからのバルクのプラズマへのエネルギーの付与、及びそれに続く電離についての一の考えられ得る理論は、逃走電子ビームエネルギーをイオン波に結合するデュアルストリームプラズマ不安定性（dual stream plasma instability）である。そこでは、特別なエネルギー群のバルクのボルツマン電子が、イオン波によって、より高エネルギーの電子へ静電的に加速される。その加速後、その高エネルギーの電子は中性種をイオン化する。弾道電子ビームの電子源は、第2電極172のイオン衝突から生成される2次電子である。従って基板125に対する弾道電子ビームの均一性は、他のパラメータだけではなく、電極172へのイオン束とプラズマの均一性に依存する。
無衝突電子ビーム束Ie(r)は次式のように表すことができる。
Ie(r)〜νB1ne(r)[Vp(r)-V(r)]3/2 (1)
ここで、νB1は電極172でのイオンのボーム速度を表し、Vp(r)は半径の大きさで変化するプラズマの電位を表し、V(r)は半径の大きさで変化する電極（つまり第2電極172）の電位を表し、かつne(r)は第2電極172におけるシース端部での半径の大きさで変化する電子密度（すなわちバルクのプラズマ密度）を表す。一般的には、第2電極172におけるシース端部で半径方向に一定のVp(r)を推定することは非常に妥当である。従って電子ビーム束Ie(r)は、（シース端部での）電子密度ne(r)（これは第2電極172での統計加熱によって変化する）及び電極の電位V(r)による影響を支配的に受ける。
ここで、νB1は電極172でのイオンのボーム速度を表し、Vp(r)は半径の大きさで変化するプラズマの電位を表し、V(r)は半径の大きさで変化する電極（つまり第2電極172）の電位を表し、かつne(r)は第2電極172におけるシース端部での半径の大きさで変化する電子密度（すなわちバルクのプラズマ密度）を表す。一般的には、第2電極172におけるシース端部で半径方向に一定のVp(r)を推定することは非常に妥当である。従って電子ビーム束Ie(r)は、（シース端部での）電子密度ne(r)（これは第2電極172での統計加熱によって変化する）及び電極の電位V(r)による影響を支配的に受ける。
一例として、高周波容量性放電における、電極電位、RF電流IRF(r)、及びそれらによって得られる電子密度ne(r)の挙動が非特許文献1に記載されている。この挙動は図2にまとめられている。高VHF（超短波）出力（つまり高密度）では誘導性(Er 2)出力が支配的である一方で、低VHF出力（つまり低密度）では容量性(Ez 2)出力が支配的である
従ってある実施例によると、VHF（RF出力）振幅変調が、Er 2の寄与とEz 2の寄与とを交互に生じさせるのに利用される。そのようにすることで、プラズマ130への全出力の供給を実質的に同一に維持しながら、ne(r)及びV(r)を所定の分布に実現することが可能となる。RF出力変調は、プラズマ密度ne(r)の空間均一性、ひいては電子ビーム束Ie(r)の空間均一性を調節する手段を供することができる。
従ってある実施例によると、VHF（RF出力）振幅変調が、Er 2の寄与とEz 2の寄与とを交互に生じさせるのに利用される。そのようにすることで、プラズマ130への全出力の供給を実質的に同一に維持しながら、ne(r)及びV(r)を所定の分布に実現することが可能となる。RF出力変調は、プラズマ密度ne(r)の空間均一性、ひいては電子ビーム束Ie(r)の空間均一性を調節する手段を供することができる。
ここで図3を参照すると、弾道電子ビーム束の空間均一性を調節する手段を供するように備えられたプラズマ処理システムが、本発明に従って与えられている。プラズマ処理システム1は、プラズマの生成を助けるように備えられたプラズマ処理チャンバ8、該プラズマ処理チャンバ8と結合して基板3を支持するように備えられている基板ホルダ2、及び前記プラズマ処理チャンバ8と結合して前記プラズマと接するように備えられている電極9を有する。それに加えてプラズマ処理システム1は、前記プラズマ処理チャンバ8と結合して、前記プラズマを生成するために前記基板ホルダ2及び/又は前記電極9に少なくとも一のAC信号を結合するように備えられているAC出力システム4、並びに、前記プラズマ処理チャンバ8と結合し、かつ前記プラズマを介して弾道電子ビームを生成するためにDC電圧を前記電極9と結合するように備えられているDC出力システム5をさらに有する。さらにプラズマ処理システム1は、前記AC出力システム5と結合して、かつ前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記少なくとも一のAC信号の振幅を変調させるように備えられているAC出力変調システム、を有する。任意で、プラズマ処理システム1は制御装置7をさらに有する。前記制御装置7は、プラズマ処理チャンバ8、基板ホルダ2、AC出力システム4、DC出力システム5、及びAC出力変調システム6と結合し、かつ前記プラズマ処理チャンバ8内で基板3を処理するプロセスを実行するために、上記構成部品の各々とデータのやり取りを行うように備えられている。
図4は、本発明の他の実施例によるプラズマ処理システムの概略図を示している。プラズマ処理システム1aは、プラズマ処理チャンバ10、被処理基板25が固定される基板ホルダ20、及び真空排気システム30を有する。基板25は、半導体基板、ウエハ、又は液晶ディスプレイであって良い。プラズマ処理チャンバ10は、基板25の表面に隣接する処理領域15内でのプラズマを助けるように備えられて良い。電離可能気体又は複数の気体の混合物が、気体注入システム（図示されていない）を介して導入され、処理圧力が調節される。たとえば制御機構（図示されていない）は、真空排気システム30を絞るのに用いられて良い。プラズマは、所定の材料処理に固有の材料の生成、及び/又は基板25の露出表面からの材料の除去の補助に利用されて良い。プラズマ処理システム1aは、如何なるサイズの基板-たとえば200mm基板、300mm基板、又はそれ以上の基板-をも処理するように備えられて良い。
基板25は静電固定システムによって基板ホルダ20に固定されて良い。さらに基板ホルダ20は、再循環流体流を含む加熱システム又は冷却システムを有して良い。その再循環流体流は、冷却時には、基板ホルダ20から熱を受け取り、かつ熱を熱交換システム（図示されていない）へ輸送する。またその再循環流体流は、加熱時には、熱交換システムから流体流へ熱を輸送する。しかも基板25と基板ホルダ20との間の気体ギャップ熱伝導を改善するため、気体は、背面気体システムを介して基板25の背面へ供給されて良い。係るシステムは、昇温又は降温での基板の温度制御が必要なときに利用されて良い。たとえば背面気体システムは、2領域気体分配システムを有して良い。このシステムでは、背面気体（たとえばヘリウム）圧力は、基板25の中心と端部との間で独立に変化して良い。他の実施例では、加熱/冷却素子-たとえば抵抗加熱素子又は熱電ヒータ/冷却器-は、プラズマ処理チャンバ10のチャンバ壁やプラズマ処理システム1a内部の他の部品だけではなく、基板ホルダ20内にも含まれて良い。
図4に図示された実施例では、基板ホルダ20は電極を有し、その電極を介してRF出力は処理空間15内の処理プラズマと結合して良い。たとえば基板ホルダ20は、RF発生装置40から任意のインピーダンス整合ネットワーク42を経由して基板ホルダ20に至るRF出力伝送線を介して、RF電圧によるバイアスがかけられて良い。RFバイアスは、電子を加熱してプラズマを生成及び保持する役割を果たすか、かつ/又はシース内部でのイオンエネルギー分配関数に影響を及ぼす役割を果たして良い。この構成では、そのシステムは反応性イオンエッチング(RIE)反応装置として動作して良い。RIE反応装置では、チャンバ及び上部気体注入電極は接地面として機能する。RFバイアスの典型的な周波数は0.1MHzから100MHzの範囲であって良い。プラズマ処理用のRFシステムは当業者にとって既知である。
さらに基板ホルダ20と結合するRF出力の振幅は、基板25に対する電子ビーム束の空間分布の変化に影響を及ぼすために変調される。RF発生装置40は、上述したようにRF周波数でRF信号（又は発振器信号）を発生させるように備えられた発振器、及び、前記RF信号を増幅して、RF波形信号発生装置からの振幅変調信号に従って前記RF信号の振幅を変調させるように備えられた増幅器を有して良い。たとえば増幅器は、発振器からの発振器信号、及び波形信号発生装置からの振幅変調信号の受信に適した線形RF増幅器を有して良い。波形信号発生装置からの振幅変調信号出力の一の例はパルス波形である。波形信号発生装置からの振幅変調信号出力の一の例は正弦波形である。
増幅器及び内部信号発生装置を有する典型的システムは、ドレスラー社（Dressler、現.アドバンスドエナジー社）から市販されている線形RF増幅器（LPPA型シリーズ）である。上述の増幅器は、10〜500MHzの周波数範囲において、400〜800ワット(W)範囲のRF出力で、パルスモードだけではなく、連続モードでも動作することが可能である。しかも上述の増幅器は20msecほどの短時間のパルス幅を実現することができる。
しかもインピーダンス整合ネットワーク42は、反射出力を減少させることによって、プラズマ処理チャンバ10内のプラズマへのRF出力の輸送を改善する役割を果たす。整合ネットワークの接続形態（たとえばL型、π型、T型等）及び自動制御方法は、当業者にとって周知である。
さらに図4を参照すると、プラズマ処理システム1aは、基板25に対向する上部電極52と結合する直流(DC)出力供給体50をさらに有する。上部電極52は電極板を有して良い。その電極板はシリコンを含む電極板を有して良い。しかも電極板はドーピングされたシリコン電極板を有して良い。DC出力供給体は可変DC出力供給体を有して良い。それに加えてDC出力供給体は双極性DC出力供給体を有して良い。DC出力供給体50は、該DC出力供給体50の極性、電流、電圧、若しくはオン/オフ状態の監視、及び/又は調節、及び/又は制御を行うように備えられたシステムをさらに有して良い。一旦プラズマが生成されると、DC出力供給体50は弾道電子ビームの生成を助ける。DC出力供給体50からRF出力を分離するのに電気フィルタが利用されて良い。
たとえばDC出力供給体50によって電極52に印加されるDC電圧は、約-2000ボルト(V)から約1000Vの範囲であって良い。望ましくはDC電圧の絶対値は約100V以上の値を有する。より望ましくはDC電圧の絶対値は約500V以上の値を有する。それに加えてDC電圧は負の極性を有することが望ましい。さらにDC電圧は、上部電極52表面上で発生する自己バイアスよりも大きな絶対値を有する負の電圧であることが望ましい。基板ホルダ20に対向する上部電極52の表面にはシリコン含有材料が含まれて良い。
真空排気システム30はたとえば、最大で5000l/sec（以上）の排気速度での排気が可能なターボ分子真空ポンプ(TMP)及びチャンバ圧力をしぼるゲートバルブを有して良い。ドライプラズマエッチングに用いられる従来のプラズマ処理装置では、1000〜3000l/secのTMPが一般に用いられている。TMPは、典型的には50mTorr未満の低圧処理にとって有用である。高圧（約100mTorrよりも高い圧力）での処理については、メカニカルブースターポンプ及びドライ粗引きポンプが用いられて良い。さらにチャンバ圧力の監視装置（図示されていない）が、プラズマ処理チャンバ10と結合して良い。圧力を測定する装置はたとえば、MKSインスツルメンツによって市販されている628B型のバラトロン絶対キャパシタンスマノメータであって良い。
再度図4を参照すると、プラズマ処理システム1aは制御装置90をさらに有する。制御装置90は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルI/Oポートを有する。デジタルI/Oポートは、プロセスシステム100からの出力を監視するのみならず、処理システム1aの入力をやり取りし、かつ活性化させるのに十分な制御電圧を発生させる能力を有する。しかも制御装置90は、RF発生装置40、インピーダンス整合ネットワーク42、DC出力供給体50、気体注入システム（図示されていない）、真空排気システム30、背面気体供給システム（図示されていない）、基板/基板ホルダ温度測定システム（図示されていない）、及び/又は静電固定システム（図示されていない）と結合し、これらの構成部品と情報をやり取りして良い。メモリ内に記憶されたプログラムは、薄膜のエッチング方法を実行するためのプロセスレシピに従ってプラズマ処理システム1aの上述した構成部品への入力を活性化させるのに利用されて良い。制御装置90の一例はデルコーポレーションから販売されているDELL PRECISION WORKSTATION610（商標）である。
制御装置90は、プラズマ処理システム1aに対して局所的に設置されても良いし、又はインターネット又はイントラネットを介して処理システム1に対して離れた場所に設置されても良い。よって制御装置90は、直接接続、イントラネット、インターネット及びワイヤレス接続のうちの少なくとも1を用いることによってプラズマ処理システム1aとのデータのやり取りをして良い。制御装置90は、たとえば顧客側（つまりデバイスメーカー等）のイントラネットと結合して良いし、又はたとえば売り手側（つまり装置製造者等）のイントラネットと結合しても良い。さらに別なコンピュータ（つまり制御装置、サーバー等）が、たとえば制御装置とアクセスすることで、直接接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも1つを介してデータのやり取りをして良い。
図5に図示された実施例では、プラズマ処理システム1bは、図3又は4の実施例と似ていると考えることができる。さらにプラズマ処理システム1bは、図3に記載されたこれらの構成部品に加えて、プラズマ密度の増大、及び/又はプラズマ処理の均一性の改善を可能にするため、静的又は機械的若しくは電気的に回転する磁場システム60を有して良い。しかも制御装置90は、回転速度及び磁場強度を制御するため、磁場システム60と結合して良い。回転磁場システムの設計及び実装は当業者には周知である。
図6に図示された実施例では、プラズマ処理システム1cは、図3又は4の実施例と似ていると考えることができる。さらにプラズマ処理システム1cはさらにRF発生装置70を有して良い。RF発生装置70は、任意のインピーダンス整合ネットワーク72を介してRF出力を上部電極52と結合させるように備えられている。上部電極52へのRF出力の印加に係る典型的な周波数は、約0.1MHzから約200MHzの範囲であって良い。それに加えて基板ホルダ20（又は下部電極）へのRF出力の印加に係る典型的な周波数は、約0.1MHzから約100MHzの範囲であって良い。たとえば上部電極52と結合するRF周波数は、基板ホルダ20と結合するRF周波数よりも高くて良い。さらに、RF発生装置70から上部電極52へのRF出力は振幅変調であって良い。あるいはRF発生装置40から基板ホルダ20へのRF出力は振幅変調であっても良い。あるいは、RF発生装置70から上部電極52へのRF出力とRF発生装置40から基板ホルダ20へのRF出力の両方が振幅変調であっても良い。高いRF周波数でのRF出力は振幅変調であることが望ましい。しかも制御装置90は、上部電極52へのRF出力の印加を制御するため、RF発生装置70及びインピーダンス整合ネットワーク72と結合する。上部電極の設計及び実装は当業者には周知である。
さらに図6を参照すると、DC出力供給体50は上部電極52と直接結合して良い。あるいはDC出力供給体50は、インピーダンス整合ネットワーク72の出力端から上部電極52へ延びるRF伝送線と結合しても良い。DC出力供給体50からRF出力を分離するのに電気フィルタが利用されて良い。
図7に図示された実施例では、プラズマ処理システム1dは、たとえば図3、4、及び5の実施例と似ていると考えることができる。またプラズマ処理システム1dは誘導コイル80をさらに有して良い。任意のインピーダンス整合ネットワーク84を介したRF発生装置82によって、RF出力は誘導コイル80と結合する。RF出力は、誘導コイル80から誘電体窓（図示されていない）を介してプラズマ処理領域15に誘導結合する。誘導コイル80へのRF出力の印加に係る典型的な周波数は、約10MHzから約100MHzの範囲であって良い。同様にチャック電極への出力の印加に係る典型的な周波数は、約0.1MHzから約100MHzの範囲であって良い。それに加えて、スロット付きファラデーシールド（図示されていない）が、誘導コイル80とプラズマとの間の容量結合を減少させるのに用いられて良い。しかも誘導コイル80への出力の印加を制御するため、制御装置90は、RF発生装置82及びインピーダンス整合ネットワーク84と結合する。代替実施例では、誘導コイル80は、変成器結合プラズマ(TCP)反応装置のように、上方からプラズマ処理領域15とのやり取りをする“螺旋状”又は“ホットケーキ型”コイルであって良い。誘導結合プラズマ(ICP)源、又は変成器結合(TCP)プラズマ源の設計及び実装は当業者には周知である。
あるいはその代わりに、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を用いて生成されて良い。さらに他の実施例では、プラズマは、ヘリコン波を発生することで生成される。さらに他の実施例では、プラズマは、表面波を伝播させることで生成される。上述した各プラズマ源は当業者には既知である。
図8に図示された実施例では、プラズマ処理システム1eは、たとえば図3、4、及び5の実施例と似ていると考えることができる。またプラズマ処理システム1eは第2RF発生装置44をさらに有して良い。第2RF発生装置44は、他の任意のインピーダンス整合ネットワーク46を介して基板ホルダ20へRF出力を結合するように備えられている。第1RF発生装置40及び/又は第2RF発生装置44にとって、基板ホルダ20へのRF出力の印加に係る典型的な周波数は、約0.1MHzから約200MHzの範囲であって良い。第2RF発生装置44にとってのRF周波数は、第1RF発生装置40にとってのRF周波数よりも高くて良い。さらに、第1RF発生装置40から基板ホルダ20へのRF出力は振幅変調であって良い。あるいは第2RF発生装置44から基板ホルダ20へのRF出力は振幅変調であっても良い。あるいは、第1RF発生装置40から基板ホルダ20へのRF出力も第2RF発生装置44から基板ホルダ20へのRF出力の両方とも振幅変調であっても良い。高いRF周波数でのRF出力は振幅変調であることが望ましい。しかも制御装置90は、基板ホルダ20へのRF出力の印加を制御するため、第2RF発生装置44及びインピーダンス整合ネットワーク46と結合する。基板ホルダについてのRFシステムの設計及び実装は当業者には周知である。
以降の議論では、弾道電子ビームを備えるプラズマ処理システムを利用した薄膜のエッチング方法が示されている。たとえば当該プラズマ処理システムは様々な構成部品-たとえば図1〜8に記載された部品及びこれらの組合せ-を有して良い。
図9は、本発明の実施例による弾道電子ビームを有するプラズマ処理システムを用いた薄膜のエッチング方法に係るフローチャートを表している。手順500は、プラズマと弾道電子ビームの両方を生成するように備えられたプラズマ処理システム内に基板を設ける手順で開始される。
手順520では、DC出力は当該プラズマ処理システムと結合する。たとえばDC出力供給体によって当該プラズマ処理システムに印加されるDC電圧は、約-2000ボルト(V)から約1000Vの範囲であって良い。望ましくはDC電圧の絶対値は約100V以上の値を有する。より望ましくはDC電圧の絶対値は約500V以上の値を有する。それに加えてDC電圧は負の極性を有することが望ましい。さらにDC電圧は、当該プラズマ処理システムの電極表面上で発生する自己バイアス電圧よりも大きな絶対値を有する負の電圧であることが望ましい。
手順530では、RF出力は当該プラズマ処理システムと結合する。手順540では、プラズマが生成される。手順550では、RF出力の振幅は、発生した弾道電子ビーム束の空間分布を調節するために変調される。RF出力はたとえば、約100Wから10000Wの範囲で変調されて良い。また望ましくは、RF出力はたとえば、約400Wから5000Wの範囲で変調されて良い。それに加えて変調周波数は、約0.01Hzから約1kHzの間で変化して良い。振幅変調、変調周波数、若しくは振幅変調のデューティサイクル、又はこれらの組合せは、望ましい電子ビーム束又は処理結果を実現するために変化されて良い。
たとえ本発明のある特定の実施例のみが詳細に説明されたとしても、当業者は、本発明の新規な教示及び利点からほとんど逸脱することなく、多くの修正型が可能であることをすぐに理解する。従って多くの係る修正型は、本発明の技術的範囲内に含まれるものと解される。
Claims (24)
- 弾道電子ビームを有するプラズマ処理システムを用いて基板上の薄膜をエッチングする方法であって：
前記プラズマ処理システム内の基板ホルダ上に前記基板を設ける手順；
前記弾道電子ビームを生成するために前記プラズマ処理システム内部の電極に直流電流(DC)出力を結合する手順；
前記プラズマ処理システム内にプラズマを生成するために前記電極及び/又は前記基板ホルダに交流電流(AC)出力を結合する手順；
前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記AC出力の振幅を変調させる手順；並びに
前記プラズマ及び前記弾道電子ビームで前記薄膜をエッチングする手順；
を有する方法。 - 前記DC出力を結合する手順が、約-2000ボルト(V)から約1000Vの範囲のDC出力を結合する手順を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記DC出力を結合する手順が、負の極性を有するDC出力を結合する手順を有し、かつ
前記DC出力の絶対値が約500V以上である、
請求項1に記載の方法。 - 前記電極に前記DC出力を結合する手順が、前記基板ホルダ上の前記基板に対向する上部電極にDC出力を結合する手順を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記の上部電極にDC出力を結合する手順が、前記基板ホルダ上の前記基板に対向するシリコン含有電極板にDC出力を結合する手順を有する、請求項4に記載の方法。
- 前記のシリコン含有電極板にDC出力を結合する手順が、前記基板ホルダ上の前記基板に対向するドーピングされたシリコン電極板にDC出力を結合する手順を有する、請求項5に記載の方法。
- 前記のAC出力を結合する手順が、前記電極及び/又は前記基板ホルダに高周波(RF)出力を結合する手順を有する、請求項4に記載の方法。
- 前記RF出力を結合する手順が、第1RF周波数で、前記上部電極又は前記基板ホルダに第1RF出力を結合する手順、及び、第2RF周波数で、前記上部電極又は前記基板ホルダに第2RF出力を結合する手順、を有し、かつ
前記第1RF出力は前記変調中に調節される、
請求項7に記載の方法。 - 前記第2RF周波数が前記第1RF周波数よりも低い、請求項1に記載の方法。
- 前記のAC出力を結合する手順が、前記電極及び/又は前記基板ホルダに高周波(RF)出力を結合する手順を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記のAC出力の振幅を変調する手順が、約100Wから約10000Wの範囲のRF出力レベルの間で前記RF出力を変調する手順を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記のAC出力の振幅を変調する手順が、約0.01Hzから約1kHzの範囲の変調周波数で前記RF出力を変調する手順を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記のAC出力の振幅を変調する手順が、第1RF出力レベルから第2RF出力レベルの間で前記RF出力をパルス変調する手順を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記のRF出力をパルス変調する手順が、
当該プラズマ処理システムが前記第1出力レベルで動作する期間、及び当該プラズマ処理システムが前記第2出力レベルで動作する期間を定義するように、デューティサイクルを設定する手順を有する、請求項13に記載の方法。 - 振幅変調の範囲、振幅変調の周波数、若しくは振幅変調のデューティサイクル、又は上記の組合せのうちの1つ以上を変化させることによって、前記のAC出力の変調を調節する手順をさらに有する、請求項1に記載の方法。
- 誘導コイルに高周波(RF)出力を結合することによってプラズマを生成する手順をさらに有する、請求項1に記載の方法。
- 磁場システムによって当該プラズマ処理システム内に磁場を供する手順；及び
制御装置によって前記磁場の回転速度又は磁場強度を制御する手順；
をさらに有する、請求項1に記載の方法。 - コンピュータシステム上で実行するためのプログラム命令を有するコンピュータによる読み取りが可能な媒体であって、
前記プログラム命令が前記コンピュータシステムによって実行されるときに、前記コンピュータシステムは、
前記プラズマ処理システム内の基板ホルダ上に前記基板を設ける手順；
前記弾道電子ビームを生成するために前記プラズマ処理システム内部の電極に直流電流(DC)出力を結合する手順；
前記プラズマ処理システム内にプラズマを生成するために前記電極及び/又は前記基板ホルダに交流電流(AC)出力を結合する手順；
前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記AC出力の振幅を変調させる手順；並びに
前記プラズマ及び前記弾道電子ビームで前記薄膜をエッチングする手順；
を実行させるように前記プラズマ処理システムを制御する、コンピュータによる読み取りが可能な媒体。 - 基板をエッチングするように備えられたプラズマ処理システムであって：
プラズマの生成を助けるように備えられたプラズマ処理チャンバ；
該プラズマ処理チャンバと結合して前記基板を支持するように備えられている基板ホルダ；前記プラズマ処理チャンバと結合して前記プラズマと接するように備えられている電極；
前記プラズマ処理チャンバと結合し、かつ前記プラズマを生成するために前記基板ホルダ及び/又は前記電極に少なくとも一のAC信号を結合するように備えられているAC出力システム；
前記プラズマ処理チャンバと結合し、かつ前記プラズマを介して弾道電子ビームを生成するためにDC電圧を前記電極と結合するように備えられているDC出力システム；並びに、
前記AC出力システムと結合して、かつ前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記少なくとも一のAC信号の振幅を変調させるように備えられているAC出力変調システム；
を有するプラズマ処理システム。 - 前記AC出力システムが、前記電極又は前記基板ホルダに、第1RF周波数である第1RF出力を結合するように備えられている第1RF出力システム、及び、前記基板ホルダに、第2RF周波数である第2RF出力を結合するように備えられている第2RF出力システムを有し、かつ
前記AC出力変調システムが、前記第1RF出力の振幅を変調するように備えられている、
請求項19に記載のプラズマ処理システム。 - 前記第2RF周波数が前記第1RF周波数よりも低い、請求項20に記載のプラズマ処理システム。
- 前記AC出力システムが、誘導コイルにRF周波数であるRF出力を結合するように備えられているRF出力システムを有する、請求項19に記載のプラズマ処理システム。
- 当該プラズマ処理システム内に磁場を供する磁場システム；及び
前記磁場の回転速度又は磁場強度を制御する制御装置；
をさらに有する、請求項19に記載のプラズマ処理システム。 - 基板をエッチングするように備えられたプラズマ処理システムであって：
プラズマの生成を助けるように備えられたプラズマ処理チャンバ；
該プラズマ処理チャンバと結合して前記基板を支持するように備えられている基板ホルダ；
前記プラズマを生成するために前記プラズマ処理チャンバにAC出力を結合する手段；
前記プラズマを介して弾道電子ビームを生成するためにDC電圧を前記プラズマ処理チャンバに結合する手段；及び
前記弾道電子ビームの電子ビーム束の空間分布を調節するために前記AC出力の振幅を変調させる手段；
を有するプラズマ処理システム。
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