JP6469374B2 - イオンビームエッチングシステム - Google Patents

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Description

半導体の生産で頻繁に用いられる１つの作業がエッチング作業である。エッチング作業では、部分的に製造された集積回路から１つ以上の物質の一部または全体を除去する。特に対象となる形状寸法が小さい場合、アスペクト比が高いものを使用する場合、または正確なパターン転写が必要な場合は、プラズマエッチングが用いられることが多い。
プレーナー型から３Ｄ型のトランジスタ構造（例えばロジックデバイスのＦｉｎＦＥＴゲート構造）に推移するとともに、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）や抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）などの最先端のメモリ構造に推移していくのに伴い、プラズマエッチング処理は、高品質の製品を生産するためにますます正確かつ均質である必要がある。従来のエッチング技術にみられる１つの問題は、エッチングの副生成物が、除去される代わりに表面に再度蒸着することがあり、このような蒸着は望ましくない。例えば、この副生成物は、戻って基板に蒸着することがあり、特に特徴部の側壁に蒸着することがある。副生成物は、金属または金属含有量の多いフィルムであることが多い。この再蒸着現象、およびそれに関連するエッチングが不完全な問題または垂直ではない側壁にエッチングされる問題は、不揮発性基板にエッチングする際に特に問題になり、この問題は、ＭＲＡＭ、ＲｅＲＡＭ、クロスポイントメモリデバイスなどの最先端装置を製造する場合に起こることが多い。このようなエッチング処理は、イオンに基づくスパッタリングによって左右されることがあり、この方法では通常、特徴部の側壁にある程度の蒸着物が再び生じることになる。
基板に不要なエッチング副生成物が蒸着すると、エッチングの仕上がりが貧弱になって基準以下のデバイスになるなど、多くの問題が生じるおそれがある。例えば、この蒸着により、エッチングの輪郭が垂直にならなかったり、他のエッチングが不均一になったりすることがある。さらに、この蒸着により電気的な問題が起こることがあり、特に被エッチング構造に誘導体と導電フィルムとが交互に重なる層がある場合に起こることがある。いくつかの事例では、不要な金属物質がエッチングした積層体の側壁に蒸着することがあり、これによって電気的に絶縁されるはずである層どうしの間に電気接続部が形成される。この接続によって積層体内に短絡が起き、デバイスに欠陥が生じるおそれがある。この種の欠陥の一例がショートであり、このショートは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）部分全体にわたってＭＲＡＭデバイスのバリアを形成する。
そのため、基板にエッチングした後に半導体基板から不要物質（特にエッチング特徴部の側壁にある物質）を除去できる、改良した半導体製造方法および半導体製造装置が必要とされている。
本明細書における特定の実施形態は、エッチング後に基板から不要物質を除去するための方法および装置に関する。様々な実施形態において、基板は、部分的に製造された半導体基板であり、不要物質とは、エッチング特徴部の側壁にある金属蒸着物などである。この物質は、斜めのイオンビームを用いてスパッタ除去でき、不要な金属蒸着物を特徴部の側壁から除去できる。斜めのイオンビームは、波形のイオン抽出プレートを使用することで実現でき、このイオン抽出プレートによってイオンは、基板の表面に対して様々な角度で基板の処理チャンバに入射する。
本明細書における実施形態の１つの態様では、半導体デバイス構造内の特徴部の側壁から物質を除去するための方法であって、（ａ）反応チャンバ内に基板を受容し、反応チャンバがイオン抽出プレートによってプラズマ発生サブチャンバと処理サブチャンバとに分割され、イオン抽出プレートが少なくとも部分的に波形で、基板に対して複数の角度で通過するのを誘導するように設計または構成された開口を有すること；（ｂ）プラズマ発生サブチャンバ内にプラズマ発生ガスを流し、同プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを発生させること；および（ｃ）プラズマ発生サブチャンバから出てイオン抽出プレートを通過し、処理容積に入って複数の角度で基板へ向かうのを加速させ、これによって複数の方向を向いている特徴部の側壁から物質を除去することを含む、方法を提供する。
いくつかの事例では、半導体デバイス構造の特徴部は、２つのエッチングした導電層の間に配置されたエッチングした絶縁層を含む。この特徴は、様々な実装形態において、溝、孔、または支柱であってよい。少なくともいくつかの開口は通常、基板に対して垂直ではない角度を向いている中心軸を有する。いくつかの実施形態では、処理サブチャンバ内に存在するプラズマが実質的にない。換言すれば、処理サブチャンバは、実質的にプラズマフリーであってよい。
いくつかの実装形態では、本方法はさらに、処理過程でイオン抽出プレートを回転させるが、その回転が単一方向に３６０°以下であることを含む。イオン抽出プレートは、基板の局所部分が複数の異なる区分タイプの各々から出ているイオンに露光される程度に回転してもよい。いくつかの実施形態では、イオン抽出プレートは、抽出プレートおよび基板の中心を通って延びる軸に沿って動く。回転および／または並進運動は、単一のエッチング作業中に起きてもよいし、複数ステップに及ぶエッチング工程の異なるステップで起きてもよいし、異なる基板を処理する間に起きてもよい。これらの実施形態またはその他の実施形態では、基板のホルダは、処理過程で静止していてよい。様々な実装形態において、本方法は、作業（ａ）よりも前に基板に特徴部をエッチングすることも含む。このような場合では、本方法は、基板を装置から動かして、その場で（ａ）よりも前に反応チャンバに対してエッチングが実施されることを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、本方法は、イオン抽出プレートにバイアスを印加することを含む。
本明細書における実施形態のもう１つの態様では、半導体基板の表面上にある特徴部の側壁から物質を除去するための装置であって、（ａ）反応チャンバ；（ｂ）反応チャンバ内に配置され、これによって反応チャンバをプラズマ発生サブチャンバと処理サブチャンバとに分割するイオン抽出プレートであって、イオン抽出プレートは少なくとも一部が波形で、イオン抽出プレートをイオンが通過できるように設計または構成された開口を有する、イオン抽出プレート；（ｃ）プラズマ発生サブチャンバへ通じる１つ以上のガス注入口；（ｄ）反応チャンバへ通じる１つ以上のガス排出口；（ｅ）プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを生成するように設計または構成されたプラズマ発生源；および（ｆ）基板支持体を備える、装置を提供する。
本装置は、コントローラも備えていてよい。いくつかの事例では、コントローラは、プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを発生させ、イオン抽出プレートにバイアスを印加し、イオン抽出プレートを単一方向で測定した約３６０°以下で回転させるように設計または構成される。コントローラは、イオン抽出プレートを右回りおよび左回りに回転させるとともに、基板の特徴部の側壁から物質を除去するように設計または構成されてもよい。
本装置は、イオン抽出プレートを基板支持体に接続するＲＦストラップを備えていてもよく、ＲＦストラップは、イオン抽出プレートに印加されたバイアスに相当するバイアスを基板支持体にかけるように設計または構成される。様々な実施形態において、開口の中心を通って延びる軸を、開口が配置されたイオン抽出プレートの局所表面に対する法線の方向に向けてよく、これによってイオンの通過を、イオン抽出プレートの局所表面に対して全体的に法線の方向に誘導する。いくつかの事例では、少なくともいくつかの開口は、単一の開口を考えた場合に、処理サブチャンバに面しているイオン抽出プレート側にある１つの開口の開口面積が、プラズマ発生サブチャンバに面しているイオン抽出プレート側にある１つの開口の開口面積よりも大きくなるような円錐形である。
これらの事例またはその他の事例では、イオン抽出プレートの波形部分は、複数の円錐形特徴部を含んでよく、開口は、基板支持体に対して傾斜した円錐形特徴部の表面を通って延びるように配置される。イオン抽出プレートは、複数の波形区分を含んでよく、波形の向きは隣接する区分どうしで異なる。いくつかの実装形態では、少なくとも２つの異なるタイプの波形区分を使用する。第１の区分タイプは、基板の処理面に対する法線の方向から径方向にずれた方向にイオンを誘導するように設計または構成されてよい。第２の区分タイプは、基板の処理面に対する法線の方向から方位角にずれた方向にイオンを誘導するように設計または構成されてよい。いくつかの事例では、波形の角度は約１〜７５°であってよい。さらに、いくつかの事例では、波形の少なくとも２つの角度を使用する。
開口を通過するイオンの方向は、開口の中心を通って延びる軸の周囲に円錐状に広がってよい。他の事例では、イオンの方向は、円錐状の広がりが小さくなり、よりコリメートされる。イオン抽出プレートの平均位置（またはイオン抽出プレートの波形部分）と、基板支持体上にある場合の基板のめっき面との間には距離がある。いくつかの実施形態では、この距離は、約１０ｃｍ未満である。様々な事例において、イオン抽出プレートは、イオン抽出プレートの中心を通って延びる軸回りに回転可能である。本装置は、基板の処理過程でイオン抽出プレートを基板支持体へ向かって動かし、基板支持体から離れるように動かすための並進アクチュエータを備えていてもよい。並進アクチュエータは、イオン抽出プレートを基板に平行な方向に動かすように設計または構成されてもよい。これらの事例またはその他の事例では、隣接する波形頂部間の距離は少なくとも約２ｍｍである。いくつかの事例では、この距離は、約５〜２０ｍｍである。いくつかの事例では、開口位置のパターンは、隣接する波形特徴部どうしで様々に異なる。反応チャンバは、波形イオン抽出プレートが存在しないときに基板を垂直方向にエッチングするように構成され、波形イオン抽出プレートが存在するときに基板を複数の角度でエッチングするように構成されてもよい。
これらの特徴およびこれ以外の特徴について、関連図面を参照して以下に記載していく。
開示した実施形態による斜めにプラズマエッチングする反応器の断面図である。
様々な処理段階のうちの１つで部分的に製造した集積回路の積層体構造を示す図である。 様々な処理段階のうちの１つで部分的に製造した集積回路の積層体構造を示す図である。 様々な処理段階のうちの１つで部分的に製造した集積回路の積層体構造を示す図である。 様々な処理段階のうちの１つで部分的に製造した集積回路の積層体構造を示す図である。
本明細書における実施形態を実施する方法を示すフローチャートである。
開示した技術を使用できるさらに広義の半導体製造方法を示すフローチャートである。
開示した技術を使用できるもう１つの広義の半導体製造方法を示すフローチャートである。
図３Ｃに開示した様々な生産段階で部分的に製造した半導体デバイスを示す図である。
本明細書における特定の実施形態によるイオン抽出格子の様々な実施形態のうちの１つを示す図である。 本明細書における特定の実施形態によるイオン抽出格子の様々な実施形態のうちの１つを示す図である。 本明細書における特定の実施形態によるイオン抽出格子の様々な実施形態のうちの１つを示す図である。 本明細書における特定の実施形態によるイオン抽出格子の様々な実施形態のうちの１つを示す図である。
イオン抽出格子の波形特徴部を示し、特にイオンの軌跡上の開口のサイズ／形状の作用を強調表示した図である。 イオン抽出格子の波形特徴部を示し、特にイオンの軌跡上の開口のサイズ／形状の作用を強調表示した図である。 イオン抽出格子の波形特徴部を示し、特にイオンの軌跡上の開口のサイズ／形状の作用を強調表示した図である。 イオン抽出格子の波形特徴部を示し、特にイオンの軌跡上の開口のサイズ／形状の作用を強調表示した図である。
イオン抽出格子の波形特徴部を示し、特にイオンの軌跡上の波形規模の長さの作用を強調表示した図である。 イオン抽出格子の波形特徴部を示し、特にイオンの軌跡上の波形規模の長さの作用を強調表示した図である。
開示した特定の実施形態による斜めにプラズマエッチングする反応器を示す図である。
本明細書では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および「部分的に製造した集積回路」という用語を入れ替え可能な形で使用している。一当業者であれば、「部分的に製造した集積回路」という用語は、多くの集積回路製造段階のうちの任意の段階でのシリコンウエハを指してよいことを理解するであろう。半導体デバイス業界で使用されるウエハまたは基板は通常、直径が２００ｍｍ、または３００ｍｍ、または４５０ｍｍである。以下の詳細な説明では、本発明をウエハに実装すると仮定する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズおよび物質のものであってよい。半導体ウエハに加えて、本発明に有利となり得る他のワークピースには、プリント回路基板などの様々な物品がある。
以下の説明文では、提示した実施形態を完全に理解してもらうために、数々の特定の詳細を記載している。開示した実施形態は、これらの特定の詳細の一部または全部がなくとも実施できるものである。また、開示した実施形態を不必要に不明瞭にしないために、公知の処理作業については詳述していない。開示した実施形態を特定の実施形態と合わせて説明していくが、開示した実施形態を限定する意図はないことは理解されるであろう。
さらに、説明文ではしばしば、「上方（ｕｐｐｅｒ）」部材および「下方（ｌｏｗｅｒ）」部材（または同じように「上（ｔｏｐ）」および「下（ｂｏｔｔｏｍ）」「左（ｌｅｆｔ）」および「右（ｒｉｇｈｔ）」など）と表記するが、これらの説明用語は、明瞭にするためだけに非限定的に使用するものである。一当業者であれば、その他の構成も使用してよいことを理解するであろう。特定の実施形態では、本明細書で「上方（ｕｐｐｅｒ）」および「下方（ｌｏｗｅｒ）」と記載している部材が、例えば「下方（ｌｏｗｅｒ）」および「上方（ｕｐｐｅｒ）」または「左（ｌｅｆｔ）」および「右（ｒｉｇｈｔ）」の部材になることがある。
本明細書における実施形態では、全体的に半導体処理方法および半導体処理装置を扱う。さらに詳細には、実施形態は、エッチング特徴部の側壁から金属蒸着物などの不要物質を除去するための方法および装置に関する。開示した方法は通常、基板をプラズマエッチングした後に実施される。特定の実施形態では、エッチング特徴部は、溝またはその他の凹部である。本方法は、前段のエッチング処理が実行された時間に応じて、別のモジュール、または（例えばイオン抽出プレートを加えて）適切に修正したエッチングモジュールで実施できる。
開示した技術を実施する際、処理チャンバに基板を設ける。図１は、簡易化した適切な処理装置１００の断面図である。基板１０１は、反応チャンバ１０３内の基板支持体１０５上に配置されている。多くの実装形態では、基板支持体は固定される（すなわち回転したり動いたりしない）。特定の事例では、基板支持体１０５は静電チャックである。基板１０１の上にはイオン抽出プレート１０７が配置され、このイオン抽出プレートは、回転アクチュエータ１１５と接続している支持体１１１に支持されている。いくつかの実施形態では、イオン抽出プレート１０７は、補足的なケージ部を備えている。このケージは、イオン抽出プレートから垂直に下向きに延びている筒状の側壁１３２と、側壁１３２から内向きに延びている平坦な環状面１３３とを備えていてよい。イオン抽出プレート自体１０７は、ケージの天井板として機能できる。側壁１３２および平坦面１３３は導電性であってよく、支持体１１１は非導電性であってよい。他の実施形態では、図７に示したもののように、このケージ構造は存在しない。イオン抽出プレート１０７は、処理チャンバ１０３を上方プラズマ発生チャンバ１２３と下方処理チャンバ１２５とに分割する。チャンバ１２３および１２５をそれぞれ、上方サブチャンバおよび下方サブチャンバと呼ぶことがある。
イオン抽出プレート１０７は、断面が平坦ではない（図１のように横側から見たとき）。図１の実施形態では、イオン抽出プレート１０７の断面は、頂部１２７と谷部１２９とが連続していて、両部分が波形面を形成している。
次に、明瞭にするために、波形のいくつかの基本単位を定義する。一表面を波形の基本単位とみなす。一表面とは、２つの頂点／エッジでつながった波形特徴部の連続部分である（例えば頂と谷部との間の一表面）。例には、三角形／ピラミッド構造の１辺の平坦面および円錐の傾斜部分（すなわち底部ではない部分）などがあるが、これに限定されない。一表面には多くの開口が備わっていてよい。
波形特徴部は通常、角度／向きが異なる複数の面で作製される。１つの波形特徴部が、その特徴部が連続する可能性のある群内の１つの単位となり、その単位が集まって１つの波形区分を作る（または異なる区分が使用されない場合は、プレートの波形全体になる可能性がある）。一特徴部には通常、２つの連続する面を隔てている頂点（例えば先端、最下点、頂または谷部）が含まれ、２つの連続する面は普通、断面を見たときに互いに異なる向きになっている。波形特徴部の例には、アコーディオン様の波形パターンの頂から頂までもしくは谷部から谷部までの単一の区間、または単一の円錐、単一のピラミッド、単一の半球などがある。円錐形または半球形の波形特徴部の場合、例えば、波形特徴部の表面は、実際には単一の連続面であってよいことは自明である。それにもかかわらず、断面を見たとき、これらの特徴部は、向きが異なる２つの面を隔てている頂点を有するとみなしてよい。円錐、ピラミッド、半球などはすべて、異なる種類の波形特徴部であるとみなす。別タイプの異なる波形特徴部が、上向きの傾斜平面と下向きの傾斜平面とを有するアコーディオン状の特徴部である。
波形区分とは、一種類の波形特徴部を有するイオン抽出プレートの一領域である。例として、一区分には、（ａ）円錐のみ、または（ｂ）半球のみがあるか、または（ｃ）頂点（すなわち頂および谷部）どうしが平行で第１の方向に並んでいるアコーディオン状の特徴部のみがあるか、または（ｄ）頂点どうしが平行で第２の方向に並んでいるアコーディオン状の特徴部のみがあってよい。図４Ａを参照すると、単一の波形区分のみが示されている。この区分は、多くの波形特徴部（円錐）を備えている。図４Ｂを参照すると、個別の波形区分が８つあるが、異なるタイプの区分４０４および４０６が２つのみあり、この２つが交互になっている。区分４０４は、概ね三角形でピラミッド状の単一の波形特徴部であり、区分４０６は、複数のアコーディオン状の特徴部を含んでいる。これらの図について、以下にさらに考察していく。
本明細書で使用するように、波形という用語は、側面から見たときに、上向きの傾斜と下向きの傾斜とが交互になっている部分を有する特徴部／区分／プレートを説明するのに使用される。波形とはみなされないプレートの一例が、内部平坦領域の周囲に（１つまたは複数の）外側傾斜領域があるプレートであって、傾斜領域がすべて基板の中心へ向かう内向きに面しているプレートである。この場合、このプレートは、（側面から見たときに）台形の断面部を有し、上向きの傾斜と下向きの傾斜とが交互になる面がないため波形とはみなされない。
イオン抽出プレート１０７は、プレート１０７の厚みを通って広がる開口１０９を有する。開口１０９は、その開口を通る軸がイオン抽出プレート１０７の局所表面に対する法線になるような向きである。表面はプレーナー型ではないため、開口１０９の多くまたは全部は、基板のめっき面に対して垂直ではない斜めを向いていてよい。
処理過程で、プラズマ発生ガスがガス注入口１１７から入る。プラズマの発生または維持に使用する任意のガスまたはガスの混合気をプラズマ発生ガスと呼んでよい。プラズマは、プラズマ発生デバイス１２１によってプラズマ発生チャンバ１２３内で主にまたは独占的に生成される。図１の実施形態では、コイル１２１の使用により誘導結合プラズマが発生し、このコイルは、誘電体窓１３１によってプラズマ発生チャンバ１２３から離れている。様々な実施形態において、イオン抽出プレート１０７は、処理チャンバ１２５が実質的にプラズマフリーとなるように、プラズマ発生チャンバ１２３にプラズマを閉じ込める。様々な実施形態において、抽出プレート１０７の外エッジとチャンバの壁１０３とは、距離を置いて離れている。この分離距離によって、以下に説明するように、抽出プレート１０７に正しくバイアスをかけやすくなる。
イオン抽出プレート１０７にはバイアスを印加してよい。ＲＦストラップ１１３でイオン抽出プレート１０７を基板支持体１０５に接続し、特定の実施形態では、イオン抽出プレート１０７と基板支持体１０５とに印加されたバイアスが等しくなるようにする。プラズマ発生チャンバ１２３内にあるイオンは、イオン抽出プレート１０７の開口１０９を通過する。開口１０９の向きが斜めで、かつプレート１０７にはバイアスが印加されているため、イオンは、基板１０１に対して斜めに処理チャンバ１２５内に誘導される。イオンは、基板１０１の表面に接触してスパッタし、これによって不要物質を除去する。イオンは基板の表面に対して斜めに進むため、イオンの一部が基板上のエッチング特徴部内に進むことができ、イオンはその特徴部の側壁から物質をスパッタ除去する。様々な実施形態において、回転アクチュエータ１１５は、処理過程でイオン抽出プレート１０７を回転させる。この回転でエッチング特徴部は、イオン抽出プレート１０７にある様々な方向を向いた多数の開口によってできた多様な角度から誘導されたイオンに露光される。いくつかの事例では、イオンのスパッタリング／活性化と反応性化学物質との組み合わせを利用して不要物質を除去できる。反応チャンバ１０３に注入され、いくつかの事例では、下方処理チャンバ１２５に直接注入される処理ガス中に、反応性の化学エッチング液を入れてよい。
図２Ａ〜図２Ｄは、本明細書における一実施形態による生産工程の異なる時点で部分的に製造した集積回路を示している。図２Ａは、エッチングする前の基板を示している。この場合、基板は、第１の層２０２、第２の層２０４、第３の層２０６、およびパターニングしたマスク層２０８を有する。基板は、従来の技術でエッチングされて、図２Ｂに示したエッチング基板を生み出すことができる。エッチング工程では、エッチング特徴部の側壁に不要物質２１０ができることがある。この不要物質を除去してエッチング特徴部を改善し、デバイスが故障する可能性を低減する必要がある。デバイスの故障は、例えば、第１の層２０２および第３の層２０６が導電性で、第２の層２０４が絶縁性である場合に特に起こる可能性がある。この場合、絶縁層２０４の１つの目的は、第１の層２０２と第３の層２０６とを電気的に分離することであってよい。しかしながら、導電性であってよい不要物質２１０は、第１の層２０２と第３の層２０６との間にショートを形成してデバイスの故障を招くおそれがある。そのため、この不要物質２１０は、他の処理よりも前に除去する必要がある。
図２Ｃは、本明細書に開示した様々な実施形態によるイオンによって衝撃を受けているエッチング基板を示している。イオンの軌道は、矢印で示されている。イオンは、図１に示したイオン抽出プレート１０７の開口１０９が斜めを向いているため、斜めに進む。イオンは、基板と相互作用して不要物質２１０をスパッタし、不要物質を特徴部の側壁から離す。図２Ｄは、開示した方法に従って処理した後の基板を示している。不要物質２１０は除去され、エッチング断面が改善されている。
開示した技術を実施するために使用できるプラズマ反応器のさらに詳細な一例を、図７を参照して以下に記載する。イオン抽出プレートとして使用するのに適したプレート構造の例を、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５〜図６を参照して以下に記載する。
方法
図３Ａは、開示した様々な実施形態による特徴部の側壁から物質を除去するための工程３００Ａを描いたフローチャートである。いくつかの事例では、特徴部は、幅約１０〜６０ｎｍ、または幅約５〜１００ｎｍの溝である。他の事例では、特徴部は、直径が約５〜１００ｎｍ、または約１０〜６０ｎｍの支柱または孔であってよい。工程３００Ａは、ブロック３０１から始まり、このブロックでは、エッチングした基板を反応チャンバに受容する。前述したように、反応チャンバは、イオン抽出プレートによって上方プラズマ発生チャンバと下方処理チャンバとに分かれている。基板は、下方処理チャンバに設けられ、通常は静電チャックなどの基板支持体によって支持される。
ブロック３０３では、プラズマ発生ガスがプラズマ発生チャンバに流れる。プラズマ発生ガスからはプラズマが発生する。ブロック３０５では、イオン抽出プレートにバイアスを印加する。様々な実施形態において、イオン抽出プレートは、基板を支持している静電チャックに電気的に接続している。この接続は、導電材料でできたＲＦストラップを介して作製されてよい。このように、基板は、イオン抽出プレートと同じＲＦの電位にバイアスされてよい。
ブロック３０７では、上方プラズマ発生チャンバ内のイオンがイオン抽出プレートの開口を通過して下方処理チャンバ内に進み、イオンは、ブロック３０９で基板の表面と相互作用できる。多くの場合、プラズマはプラズマ発生チャンバに閉じ込められ、下方処理チャンバ内に漏れることはない。
イオンは、印加されたバイアスによって加速できる。イオンの多くまたは全部は、基板の面に対して斜めに進んでよい。イオンは、本明細書の他の箇所で説明したように、イオン抽出格子の開口の斜めの向きおよびサイズが原因で、角速度を有する。イオンの角速度により、多くのイオンは、エッチング特徴部に進入して特徴部の側壁に衝突することができる。エッチング特徴部の側壁に衝突するイオンにより、側壁に蒸着した不要物質を除去しやすくすることができる。イオンの軌道が斜めではなく垂直であるとすれば、エッチング特徴部に進入するイオンは、側壁の代わりに特徴部の底に衝突するであろう。さらに、軌道が垂直であるいくつかのイオンは側壁に衝突するが、入射角が大きければ除去工程はかなり遅くなってしまう。斜めのイオンの軌道を利用することで、特徴部に進入するイオンはより小さい入射角で側壁に衝突し、その結果、側壁にある物質がより高速で除去される。いくつかの事例では、イオンは、不要物質をスパッタ除去できる。他の事例では、イオンは、表面（例えばエッチング特徴部の側壁）を活性化でき、その後、反応性化学物質を使用して活性化した表面から不要物質を除去できる。不要物質は、真空源と接続している排出口を通して反応チャンバから排除できる。
図３Ｂは、開示した技術から利益が生じる可能性のある例示的な半導体製造工程を示している。特に、図３Ｂは、さらに広義の製造状況に関するものであり、この状況では、図３Ａに記載した斜めのエッチング処理が起こる可能性がある。このさらに広義の半導体製造方法の一例が米国特許第６，６８９，２８３号、発明の名称：ＤＲＹ ＥＴＣＨＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ，ＭＩＣＲＯＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＰＲＯＣＥＳＳ ＡＮＤ ＤＲＹ ＥＴＣＨＩＮＧ ＭＡＳＫにさらに深く考察され、記載されており、この文献の全容を参照することにより本明細書に組み入れる。
工程３００Ｂは、導電層と絶縁層とが交互になっている積層体を基板に蒸着するブロック３０２から始まる。１つの実施形態では、積層体は、導電材料と絶縁材料とが交互になった層で作製される。様々な事例において、積層体が上に載る基板は、半導体ウエハである。次に、ブロック３０４では、交互の層からなる積層体にレジスト層を蒸着する。レジスト層には、リソグラフィ技術を用いてマイクロパターンを形成できる。特定の事例では、パターニングしたレジスト層は、例えば、スピンコート法を用いて蒸着されてＵＶ露光装置または電子ビーム露光装置を用いてパターニングしたポジ型レジストである。ブロック３０６では、パターニングしたレジスト層の上にマスク層を蒸着する。いくつかの事例では、マスク層は窒化チタン（ＴｉＮ）で作製され、このマスク層は、反応性スパッタリング法によって蒸着されてよい。
次に、ブロック３０８では、パターニングしたレジスト層を除去してパターニングしたマスク層を形成する。いくつかの実施形態では、この除去は、基板を溶剤槽に浸漬して超音波エネルギーを印加し、パターニングしたレジストを除去することによるリフトオフ法によって実現できる。次に、基板上の積層体をブロック３１０でエッチングしてエッチング積層体を形成できる。このエッチングは、例えばプラズマエッチング技術によって実行してよく、この技術ではエッチング特徴部の側壁にいくらかの不要物質が残ることが多い。その後、ブロック３１２で、本明細書で開示した斜めのイオンビームエッチング技術を用いて、エッチング特徴部の側壁から不要物質を除去できる。例えば、図３Ａに示した工程３００Ａは、作業３１２で実装されてよい。図３Ｃ〜図３Ｄは、開示した技術を利用できる追加の例示的な半導体製造工程を示している。図３Ｃは、主な処理作業を説明するフローチャートであり、図３Ｄは、図３Ｃの各段階の後に部分的に製造した半導体デバイスを示している。この半導体製造方法の一例が、米国特許第ＲＥ４０，９５１号、発明の名称「ＤＲＹ ＥＴＣＨＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬ」に記載されており、この文献の全容を参照することにより本明細書に組み入れる。
工程３００Ｃは、導電材料と絶縁材料とが交互になっている層を有する積層体を蒸着するブロック３５１から始まる。１つの例では、この層は、Ｔａ３７０、Ａｌ３７１、Ｔａ３７２、ＰｔＭｎ３７３、ＣｏＦｅ３７４、Ａｌ2Ｏ3３７５、ＣｏＦｅ３７６、ＮｉＦｅ３７７、およびＴａ３７８を含む（ウエハに最も近い方からウエハから最も遠い方へ順に）。層３７４〜３７６（ＣｏＦｅ／Ａｌ2Ｏ3／ＣｏＦｅの組）は、導電材料と絶縁材料とが交互になる層を構成する。上方のＣｏＦｅ層３７６を自由層と呼ぶことができ、下方のＣｏＦｅ層３７４を固定層と呼ぶことができる。ＰｔＭｎ層３７３は、反強磁性層である。次に、ブロック３５３で、公知の技術に従ってレジスト層３７９を蒸着し、パターニングする。その後、ブロック３５５で、最上層のＴａ３７８をエッチングしてパターニングマスク層３７８を形成する。このように、レジスト層のパターンをマスク層に転写することができる。Ｔａは、ＣｏＦｅ層３７４および３７６、Ａｌ2Ｏ3層３７５、ならびにＰｔＭｎ層３７３を含む磁性層をエッチングする際のマスク層として使用するのに適している。マスク層をこの第１のエッチング手順でエッチング／パターニングした後、層３７０〜３７７をエッチングせず／連続状態にし、層３７８〜３７９をエッチング／パターニングする。１つの実施形態では、第１のエッチング手順をＣＦ4ガスを用いて実行する。フォトレジスト層３７９は、ブロック３５５での第１のエッチング手順後に除去してよい。
次に、ブロック３５７で第２のエッチング手順を実施し、この手順で層３７３〜３７７をエッチングする。いくつかの事例では、第２のエッチング手順で、エッチング液としてメタノールを使用する。この第２のエッチング手順の後、層３７２以下の層をエッチングせず／連続状態にし、層３７３以上の層をエッチング／パターニングする。Ｔａ層３７２は、マスクとして作用して基礎層を保護し、これは、パターニングしたＴａ層３７８が、層３７８がある領域の基礎層に対するマスクとして作用するのと同じである。この工程を利用することで、トンネル磁気抵抗構造（ＴＭＲ）を形成できる。この第２のエッチング手順でエッチングされた積層体の側壁には、蒸着物質の層３８０が形成されることがある。さらに、図３Ｄの積層体で、ブロック３５７は、エッチング断面が完全に垂直に示されているが、このような事例にはならないことがあり、側壁は、図２Ｃ〜図２Ｄに示したように、これよりも傾斜していることがある。蒸着物質の層３８０は、ＣｏＦｅ層３７４と３７６との間にショートを形成することがある。この問題に対処するため、本明細書に記載した技術をブロック３５９で用いて斜めのイオンエッチングを実施し、これによって側壁に蒸着した物質を除去し、装置を改善する。
エッチング機構
いくつかの事例では、エッチング特徴部の側壁から不要物質を除去することは、イオンスパッタリングを単独で利用することで実現できる。他の実施形態では、イオン照射と同時に反応性化学物質を使用して物質除去を容易にする。反応性化学物質を使用する場合、イオンの１つの目的は、反応のために表面を活性化させることであってよい。
本明細書における実施形態を用いて、様々な材料をエッチングすることができる。例えば、いくつかの実装形態では、被エッチング材料は、以下の元素：Ｔａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｉｒ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｐｂ、Ｏ、Ｎなど、もしくはこれらの化合物および合金を含む、１枚のフィルムまたは複数のフィルムからなる積層体を含んでいてよい。この一覧は排他的なものではなく、限定する意図はない。いくつかの実施形態では、被エッチング基板は、部分的に製造したＭＲＡＭまたはＲｅＲＡＭ装置である。さらに、被エッチング材料は、基板に蒸着した材料の積層体であってよい。積層体は、誘電性材料と導電性材料とが交互になった／交互に重なった層を有することができる。特定の実施形態では、積層体は、少なくとも１つの導電性−誘電性−導電性の層であるサンドイッチ構造（すなわち１つの誘導性材料層が２つの導電性材料層の間に配置されている）を有する。
プラズマ発生ガスは、上方プラズマ発生チャンバに送出されたガスである。このガスは、この空間内でプラズマを生成および／または維持するために使用される。通常、プラズマの役割は、下方処理チャンバ内に注入するためのイオン源になることである。これらのイオンは、不活性でも反応性でもよい。
使用できる不活性ガスの例には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンおよびゼノンなどがある。使用できる反応ガスの例には、水素（Ｈ2）、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、メタン（ＣＨ4）、四フッ化炭素（ＣＦ4）、塩素（Ｃｌ2）、臭化水素（ＨＢｒ）、アンモニア（ＮＨ3）、三フッ化リン（ＰＦ3）、フッ化カルボニル（ＣＯＦ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素（ＮＯ）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、アセチルアセトン（Ｃ5Ｈ8Ｏ2）、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｃ5Ｈ2Ｆ6Ｏ2）、塩化チオニル（ＳＯＣｌ2）、フッ化チオニル（ＳＯＦ2）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、ピリジン（Ｃ5Ｈ5Ｎ）、および／またはギ酸（ＨＣＯＯＨ）などがあるが、これに限定されない。様々な実施形態において、これらのエッチング反応剤を組み合わせたものを使用する。例えば、いくつかの事例では、ＣＯ＋ＮＯという組み合わせを使用する。別の事例では、ＣＯ2＋ＮＯ2という組み合わせを使用する。さらに他の事例では、ピリジンを塩化チオニルおよび／またはフッ化チオニルと組み合わせる。これ以外の組み合わせも可能である。プラズマを生み出すのに使用するガスは、使用したエッチング化学物質および被エッチング材料をある程度基準にして、反応チャンバでの不要な反応を低減または排除するように選択されてよい。これらの材料および反応は単なる例示であり、何ら実施形態を限定する意図はない。一当業者であれば、本明細書に記載の技術を多様な材料および反応とともに使用してよいことを理解するであろう。
反応ガスを使用する場合、プラズマ発生ガスの一部として送出してもよいし、別々に送出してもよい。例えば、１つの実施形態では、反応ガスは、（不活性のプラズマ発生ガスの有無にかかわらず）プラズマ発生チャンバに送出される。もう１つの実施形態では、反応ガスは、下方処理チャンバに直接送出され、もう１つのガス流がプラズマ発生ガスを上方プラズマ発生チャンバに送出する。
特徴部の側壁から不要物質を除去するための機構は、プラズマ発生チャンバおよび処理チャンバに送出されるガスの選択に左右される。不活性ガスをプラズマ発生チャンバに送出し、反応ガスを使用しない場合、除去はイオンエッチングに左右される可能性がある。逆に、プラズマ発生ガスが反応性種を含んでいる場合、除去は、反応性イオンエッチングの影響を受けるかこれに左右される可能性がある。さらに、プラズマ発生ガスが不活性イオンを含み、別のエッチング源が下方処理チャンバに直接送出される場合、異なる除去機構が左右する可能性がある。
イオンエッチングは、様々な実装形態に使用できる。イオンエッチングとは一般に、不活性ガスを用いた物理的スパッタリングによって原子を除去することを指す。物理的スパッタリングは、イオンとこのイオンが衝突する物質との間の運動量交換により引き起こされる。衝撃を受けると、入射イオンはターゲット内で衝突カスケードを引き起こす。このようなカスケードが跳ね返って、表面結合エネルギーよりも大きいエネルギーでターゲット表面に到達したとき、スパッタリングとして公知の原子が放出される可能性がある。
他の実施形態では、反応性イオンエッチングを用いて不要物質を除去する。この場合、化学的に活性のイオンおよび／または基が不要物質と反応して不要物質の除去を補助することがある。いくつかの事例では、イオンスパッタリングと基を誘導した反応とを組み合わせたものを使用する。
エッチングガスを下方処理チャンバに直接送出し、プラズマ発生ガスをプラズマ発生チャンバに送出する場合は、除去機構はいくぶん異なることがある。作用の何らかの理論または機構で結びつけることを望まないかぎり、被エッチング金属またはその他の被エッチング材料にダングリングボンドおよび／またはその他の物理化学的な受容特徴部を生み出すことによって、イオン衝撃が基板上に活性部位を生成できると思われる。イオン衝撃による活性化は、慣習的にプラズマへの露光によって実現される。これらの従来の用途において、プラズマは通常、基板のすぐ上の領域に発生し、基板を支持するのに使用される静電チャックをバイアスしてイオンを基板の表面に引き付けることができる。
本実施形態では、イオン衝撃が別の方法で起こる。例えば、プラズマは、上方プラズマ発生チャンバ内で主にまたは排他的に発生でき、上方プラズマ発生チャンバは、イオン抽出プレートによって（基板が設定されている）処理チャンバから分離されている。そのため、様々な実装形態において、基板は、プラズマ環境に直接露光されなくてよい。イオン抽出プレートおよび静電チャックは、イオンが上方プラズマ発生チャンバからイオン抽出格子を通って下方処理チャンバに入るのを加速するためにバイアスされてよく、下方処理チャンバでイオンは、基板に衝突して、記載したような表面を活性化かつ／またはスパッタすることができる。
いくつかの事例では、エッチング処理過程で下方サブチャンバに供給されるガスは、エッチングガスだけでなく、１つ以上の他のガスを含んでいる。この補足ガスは、例えば、酸素、水素または窒素であってよい。このガスは、基板の表面と反応して、例えば金属酸化物、金属水素化物または金属窒化物を形成することがある。この酸化物／水素化物／窒化物は、いくつかの事例では露出金属表面よりもエッチングしやすいことがある。補足ガスは、連続的に供給されてもパルス間隔で供給されてもよい。パルス間隔で供給される場合、第２の処理ガスは、パルス間隔のエッチングガスとパルス間隔の第２の処理ガスとを交互に繰り返すサイクルで供給されてよい。
もう１つの実施形態では、酸化物／水素化物／窒化物の形成を引き起こす物質は、イオン化した形態で上方サブチャンバから下方サブチャンバへ送出される。いくつかの実装形態では、基板の表面は、化学的な不活性イオンと化学的な反応性イオンとが交互になる流れに露光される。
上方プラズマ発生チャンバおよび下方処理チャンバへのガスの送出は、任意の様々な機構によって実現できる。１つの実施形態では、注入口のノズルを上方チャンバおよび下方チャンバ内に配置する。各チャンバには複数の注入口があってよい。１つの実施では、多くの注入口をサブチャンバの周囲に設置して均一な処理ガス流を供給する。もう１つの実施形態では、イオン抽出プレートは、シャワーヘッドとして作用して、上方チャンバか下方サブチャンバのいずれか一方またはこの両方にガスを供給する。別の事例では、各サブチャンバに延びている中央ノズルを介してガスを供給できる。プラズマ発生ガスはプラズマ発生チャンバに送出され、補足ガス（例えばエッチングガス）はプラズマ発生チャンバか処理チャンバのいずれかに送出されてよい。一当業者であれば、開示した実施形態の範囲内で、異なる形態のガス送出を利用できることを理解するであろう。
プラズマ発生
上方プラズマ発生チャンバでプラズマが発生する。プラズマの形成に適したガスについて、エッチング機構の段落で上に記載している。様々なタイプのプラズマ発生技術を使用して、プラズマ発生チャンバ内でプラズマを発生させることができる。１つの実施形態では、プラズマは誘導結合プラズマであり、これは、例えばプラズマ発生チャンバの上に配置したコイルを使用することで発生する。もう１つの実施形態では、プラズマは、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマまたは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマである。誘導結合プラズマの場合、幅広い励起周波数を使用できる。特定の事例では、励起周波数は、高周波数またはマイクロ波周波数である。本明細書における教示に従って修正してよいプラズマ発生反応器の一例が、米国カリフォルニア州Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｍｏｎｔが販売するＫｉｙｏ ｒｅａｃｔｏｒである。
いくつかの実装形態では、プラズマ発生チャンバ内の圧力はかなり低い（例えば約２０ｍトル以下、または約５ｍトル以下、または約１〜２ｍトル）。低圧のプラズマを使用する１つの理由は、イオンがプラズマ中のガスと衝突する可能性を低減するためである。イオンがガスの原子／分子と衝突するとき、イオンは方向性および運動量を失い、それによって基板から不要な蒸着物を除去する際の有益性が少なくなる。低圧のプラズマを使用するもう１つの理由は、下方処理チャンバ内でプラズマを形成する可能性を低減するためである。いくつかの事例では（処理に使用できるイオン数が多いプラズマのような）高密度のプラズマを使用することが好ましいが、プラズマの密度は、プラズマが格子から漏れて下方処理チャンバ内に入るほど高くてはいけない。いくつかの実施形態では、プラズマ発生チャンバ内のプラズマの密度は、約５ｅ９ｃｍ-3〜１ｅ１２ｃｍ-3、または約１ｅ１０ｃｍ-3〜５ｅ１１ｃｍ3である。
特定の実施形態では、イオン抽出プレートは、プラズマ発生に重要な役割を果たしていない。しかしながら、抽出プレートは、プラズマを上方プラズマ発生チャンバに閉じ込めて下方処理チャンバへ送出するために種を濾過して排除する際に、役割を果たすことができる。
反応器内にイオン抽出プレートを配置
イオン抽出プレートを反応チャンバ内に配置し、これによって反応チャンバを上方プラズマ発生チャンバと下方処理チャンバとに分割する。これらのチャンバを上方チャンバおよび下方チャンバまたはサブチャンバと呼ぶことも時折ある。本明細書に記載したようなイオン抽出プレートを備えるように修正するのに適した反応チャンバの一例が、米国カリフォルニア州Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｍｏｎｔが販売するＫｉｙｏｒｅａｃｔｏｒである。状況を理解するために、以下の説明文には、以前に上に記載した図１を参照しながら検討してよい。
いくつかの実施形態では、抽出プレートの周縁は、反応チャンバの周縁と同じ広がり（ほぼ同じ広がり）であり、反応チャンバの周縁は、被処理基板の周縁と概ね同じ広がりである（例えば約５％以内または約１０％以内）。ただし、いくつかの事例では、抽出プレートおよび反応チャンバの周縁は、基板の周縁を超えて広がる。反応チャンバ／抽出プレートが（エッチング特徴部の径方向内向きの側壁がより徹底的にイオンによって衝撃を受けられるように）基板よりも大きくなるように設計することが望ましいことがあるが、このような大型装置の利点は、装置が占有すると思われる実質的に増大した空間に対して意味があるとともに、増大したプラズマ発生チャンバの容量内で増えたプラズマ量を維持するのに必要になると思われる著しく増量した電力に対しても意味があるものでなければならない。このように、いくつかの実施形態では、被処理基板の直径は、イオン抽出プレートの直径の約５０〜９０％、または約６０〜９０％である。いくつかの実装形態では、抽出プレートの外エッジは、湾曲するリスクを最小に抑えるために反応チャンバの壁の内面から離れており、このリスクは、チャンバの壁が地面に保持され、抽出プレートがバイアスされているときに起こることがある。１つの例では、抽出器の外エッジは、少なくとも約３ｃｍの間隙を介してチャンバの壁から離れている。
基板のめっき面とイオン抽出プレートの波形部分の最下面との間の距離（またはいくつかの事例では抽出プレートの波形部分の平均位置）は、比較的短くすべきである（例えば約１０ｃｍ未満、または約８ｃｍ未満、または約５ｃｍ未満）。分離距離がこのように比較的短いことで、プレートとチャックとの間の電界を弱くしやすくなり、その結果、プラズマが下方処理チャンバ内に保持されない。これらの実装形態またはその他の実装形態において、イオン抽出格子は、上方プラズマ発生チャンバの天井から約１０〜２５ｃｍの所に配置されてよい。
しかしながら、抽出プレートは、基板に近すぎる所に配置すべきではない。というのも、それによってプレートの表面パターンの印刷がウエハの面に生じるおそれがあるからである。換言すれば、抽出プレートの開口のパターンは、処理後に基板の面に望ましくない形で現れることがあり、これによってエッチングが著しく不均一になる。多くの用途では、このような印刷を回避するにあたり、基板の最上部から抽出プレートの底部までの分離距離が少なくとも約１インチあれば十分である。
イオン抽出プレートの設計
イオン抽出プレートを実装するために、多様な設計を使用できる。例示的な抽出プレートを図４Ａ〜図４Ｄに示し、これについて以下にさらに説明する。全体的に、プレートは、開口がプレートの厚みを通って広がっている波形表面を備える。様々な実施形態において、単一の抽出プレートを使用する。開口の多くまたは全部は、抽出プレートの局所表面に対して法線になるとともに基板の面に対して斜めになるような向きである。
開口の直径またはその他の主要寸法は、十分な量のイオンが上方チャンバから下方チャンバへ移動できるほど十分大きくなくてはならない。開口の主要寸法は、抽出プレートの局所表面に平行な方向に広がり、最長の線形経路は開口内のこの方向に広がっている。主要寸法は、上方プラズマ発生チャンバに面する抽出プレートの側面で測定される。開口の主要寸法が小さすぎ、かつ／またはプレートにある開口数が不十分な場合、比較的少ないイオンが下方処理チャンバに入って基板と相互作用する。プラズマ発生サブチャンバで発生した大部分のイオンは、開口の側壁またはプレートの最上部と衝突し、これではイオンは有益ではなくなる。いくつかの事例では、開口の寸法その他の主要寸法は、少なくとも約０．５ｍｍ、または少なくとも約１ｍｍである。抽出プレートが（孔のあるプレートの代わりに）細かいメッシュで作製されている場合、開口はさらに小さくてよい。以下に説明するように、許容できる開口の寸法には上限がある。開口の主要寸法に適した範囲は、約０．５から５ｍｍであってよい。
開口の寸法またはその他の主要寸法は、開口／プレート全体の上に連続的なプラズマシースを保持するのに十分小さくなくてはならない。開口が大きすぎると、プラズマシースが巻き込まれ、その付近でかなり埋没するか、あるいは開口の近傍で不均一になりすぎるおそれがある。プラズマシースが不連続になれば（例えば１つの開口大きすぎてシースが開口のエッジを巻き込む場合）、プラズマ発生チャンバ内のプラズマがプラズマシースの開口部から漏れ、開口から漏れ、下方処理チャンバに入る可能性がある。多くの実施形態では、下方処理チャンバは実質的にプラズマフリーになるべきであるため、これは問題となることがある。
開口近傍のプラズマシースの形状は重要である。なぜなら、シースの形状／向きは、イオンが誘導されてイオン抽出プレートを通って下方処理チャンバに入る軌道を決定しやすくするからである。特に、イオンは、プラズマシースの局所的なエッジ／境界の方向に対して垂直な角度に誘導される傾向がある。プラズマシースが開口近くである程度埋没することは、特定の実施形態では許容できることがあるが、その埋没／くぼみは、イオンが開口を通って進む際に、許容範囲を超える量のイオンがプレート／側壁にあたってしまうほど大きくてはならない。プラズマシースが比較的小さい程度で埋没するように開口のサイズが設計されている実装形態では、イオンの軌道はいくぶん少なくコリメートされてよりスプレー状になることがある。そのため、プラズマシースが小さい程度で埋没すれば、基板全体にわたってより広範囲にわたるイオン入射角を実現するのに有益となることがある。いくつかの実施形態では、開口の直径またはその他の主要寸法は、約５ｍｍ以下または約３ｍｍ以下である。特定の事例では、プラズマシースの厚みは、約２００μｍ〜１ｍｍである。
開口を特徴付けるもう１つの方法が、開口の主要寸法とプラズマシースの厚みとの比である（例えばＤap／Ｔsであり、Ｄapは開口の直径またはその他の主要寸法、Ｔsはシースの厚みである）。この比を開口対シース比と呼び、いくつかの実施形態では、この比は約０．５〜１５、または約０．５〜４である。
図５Ａ〜図５Ｃは、前述の開口サイズを示している。これらの図は、必ずしも原寸通りではなく、単に明瞭にするために示しているにすぎない。これらの図のいずれにおいても、矢印はイオンの軌道を表している。イオン抽出プレート５０１の１つの波形頂部のみを示している。図５Ａは、イオン抽出プレート５０１にある斜めの開口５０２Ａを示している。図５Ａでは、開口５０２Ａの直径は適切で、許容範囲内のイオン数が上方処理チャンバ５０５から通過して下方処理チャンバ５０６内の基板（図示せず）に接触できる。さらに、プラズマシース５１０Ａは、途切れがなく、開口全体の上で公平に均一である。図５Ｂは、直径が小さすぎる開口５０２Ｂを示している。プラズマシース５１０Ｂの形状は許容できるものだが、あまりにも多くのイオンが開口５０２Ｂの側壁に衝突してしまい、下方処理チャンバ５０６の中へ通過できるイオン数が不十分になる。図５Ｂに示したもののように、開口が小さすぎると、基板からの不要物質の除去が不十分になる。次に、図５Ｃは、大きすぎる開口５０２Ｃを示している。この場合、プラズマシース５１０Ｃの形状は、開口付近で均一ではない。したがって、大部分のイオンが正しい方向に誘導されない。特に、イオンは、プラズマシース５１０Ｃの局所表面／境界に対する法線の方向に誘導される。この局所表面／境界は、抽出プレートを貫通している開口の方向に垂直ではないため、イオンは、開口の側壁に衝突しようとする。いくつかの実施形態では、開口の上でシースの境界が限られた程度でややくぼんでいることが望ましい。こうすると、イオンが開口を通る方向が円錐状またはスプレー状に分散し、これによって基板の局所領域で溝の側壁に衝撃を与える角度範囲が増大する。
図５Ｄは、開口５０２Ｄが円錐台のような形状である実施形態を示している。換言すれば、開口の面積は、（処理チャンバ５０６に面している）抽出プレート５０１の下面にある開口の面積に比して、（プラズマ発生チャンバ５０５に面している）抽出プレート５０１の上面の方が小さくなっている。この構成では、イオンは開口５０２Ｄの側壁にあまり衝突しなくなる。なぜなら、イオンがプレート５０１を通って進むとき、イオンが進む面積／体積の量は増大していくからである。そのため、このような形でなければ側壁に衝突することになる一部のイオンが、下方処理チャンバ５０６内へ通過することができる。さらに、抽出プレートの上面にある開口の面積は比較的小さいため、プラズマシースの形状は公平に均一になる。この種の円錐状の開口に設計することで、下方処理チャンバ５０６内へのイオンの送出は、あまりコリメートせずに、より「スプレー状」にすることができる。記載したように、これは、基板全体にわたって様々なイオン入射角を実現するのに有益となることがある。
開口のサイズおよび形状は、一連の所望のイオン軌道を実現するように調整されてよい。いくつかの事例では、開口は、個々の一部または全部の開口から密にコリメートしたイオンの供給を実現するように設計される。これらの事例またはその他の事例では、一部または全部の開口が、幅広い方向にわたってイオンのスプレーを供給するように設計される。いくつかの実施形態では、プレートは、開口の断面が円錐形で、局所的なシースの境界で小さいくぼみを作るために十分大きな主要寸法になるように設計される。
様々な実施形態において、一部または全部の開口が円形である。しかしながら、特定の実施形態では、一部または全部の開口が円形ではない形状である。開口形状（開口がある局所表面に平行な平面から見たとき）の例には、楕円形、スロット、多角形、Ｃ型、Ｔ型などがあってよい。
イオンのコリメーションの程度に影響を及ぼす可能性のある関連要素が、抽出プレートの厚みである。一般に、プレートが厚いほどイオンの軌道はコリメートされるようになり、プレートが薄いほど軌道の範囲は広くなる。抽出プレートは、構造が一体化して実質的に中央付近で下向きに曲がらないように、十分に厚くなくてはならない。いくつかの実施形態では、抽出プレートは、少なくとも約１ｍｍの厚み、または少なくとも約３ｍｍの厚みである。さらに、抽出プレートは、許容範囲内のイオンフラックスを実現するように十分薄くなければならない。いくつかの実施形態では、抽出プレートは、約２５ｍｍ未満の厚み、または約１０ｍｍ未満の厚みである。
イオン抽出プレートは、特定量の開口面積を有する。この開口面積は、上方プラズマ発生チャンバから下方処理チャンバまでに明瞭な視界がある面積の合計量であると定義する。抽出プレートが波形であり、それに応じて開口が斜めであるという性質により、明瞭な視界のすべてが同時に単一の視点から見えるわけではない。開口面積は、イオン抽出プレートの上側（すなわちプラズマ発生チャンバに面する側）の表面面積および開口面積に基づいて計算される。いくつかの実施形態では、イオン抽出プレートの合計開口面積は、約１％〜５０％、または約１０％〜４０％である。１つの実施形態では、開口面積は約３０％である。
図４Ａ〜図４Ｄに戻ると、イオン抽出プレートは、数多くの方法で設計されてよい。一般に、イオンが最良の形でエッチング特徴部に進入できるとともに、そのような特徴部の側壁に蒸着した物質を除去できるように、ある範囲にわたる角度にイオンを誘導することが好ましい。所与の基板の側壁が基板上の任意の特定の位置で多くの異なる方向を向いていることがあるため、多様なイオン軌道を用いて広範囲にわたるイオン入射角を実現することが有益である。このようにすると、エッチング特徴部の１つ１つの側壁が、その側壁に蒸着した不要物質を清浄できるイオンに露光される可能性が高まり、これによって上質な除去の仕上がりを実現できる。
いくつかの実施形態では、プレートは、複数の円錐部を備えている。各円錐部は、１つ以上の開口（例えば少なくとも約２つの開口、少なくとも約３つの開口、または少なくとも約４つの開口）を含んでいてよく、この開口は、抽出プレートの円錐部の局所表面に対して法線の方向を向いている。いくつかの実施形態では、円錐部は、高さおよび／または直径が様々に異なる。このように立体形状が様々に異なることにより、イオンを基板に向かって様々な角度に誘導することができる。円錐どうしで様々に異なることがあるその他の要素は、開口の位置／向きのほか、円錐１つあたりの開口数である。
図４Ａは、この種の開口のある円錐構造を有するイオン抽出プレート４００Ａを上から見たときの図である。各々の小円４０３は、円錐を表している。各円錐の中心にある黒点４０５は、円錐の頂部を表している。楕円形（ここでは４つ１組で示している）は、開口４０７を表している。開口４０７は、円錐の表面が斜めであるために、この視点から見ると断面が卵形である。円錐４０３は、抽出プレートの一部のみに示されているが、このような円錐がプレートの全表面にわたって広がっていてよいことは自明である。もう１つの実施形態では、円錐は、円錐の頂点が、鋭い先端ではなく小さく平坦な面になるように、頂部を切り取られている。本出願の目的上、別途記載のない限り、頂部を切り取った円錐構造を円錐構造とみなす。頂部を切り取った円錐を１つ有するプレートを波形とはみなさないが、頂部を切り取った円錐をプレート表面全体にわたって複数有するプレートであれば、下向きの斜面と上向きの斜面とが交互になった面（例えば隣接する円錐の間）をいくつか有するため、波形とみなす。同じように、別途記載のない限り、半球、楕円形、および卵形の凹部も円錐構造であるとみなしてよい。関連する一実施形態では、抽出プレートは、円錐構造ではなくピラミッド構造であってよい。ピラミッド構造の各面は、１つ以上の開口を有していてよい。
もう１つの実施形態では、抽出プレートは、互いにずれている複数の波形セクションを有する。１つの例では、このセクションは、パイ状である。もう１つの例では、このセクションは長方形である。図４Ｂは、互いにずれている複数のパイ状の波形セクションを有するイオン抽出プレート４００Ｂを示している。この実施形態では、パイ状区分４０４と４０６との２種類が交互になっている。開口４０７は、ここでも楕円形で示されている。明瞭にするため、開口４０７は、８区分のうちの２つのみに示されているが、開口４０７は、プレート４００Ｂの区分４０４および４０６の各々にあることは自明である。太字の実線４０９は、パイ状区分４０４と４０６との間の分割を示している。細字の実線４１１は、波形区分内にある頂部／頂を表している。点線４１３は、頂部間の谷部を表している。換言すれば、細字の実線４１１は「その面から出ている」特徴部を示し、点線４１３は「その面に入っていく」特徴部を示している。
開口のパターン／角度が様々であるいくつかの区分を使用することで、様々なイオン入射角を実現して除去の仕上がりを最大限にすることができる。図４Ｂの実施形態では、２つの異なる区分パターンが使用されている。１つの区分パターン４０６は、アコーディオン様で、頂部と谷部とが交互になっている連なりを有する。開口４０７は、抽出プレートの局所表面に対する法線の方向を向いているため、この種の区分４０６の開口を通って進むイオンは、開口位置から径方向にずれた方向に誘導される（すなわち、プレートの中心に向かうか中心から離れるかのいずれか）。図４Ｂに示したもう一方の区分パターン４０４は、概ね三角錐の上面の形状である。図４Ｂに示したように、ピラミッドの頂部は、半径の中心点ではなく、プレートの外側に向かってずれていてよい。さらに、円形プレート４００Ｂが湾曲しているため、外エッジはやや湾曲していてよい。この区分４０４の開口４０７は、イオンを径方向以外の方向に誘導する（プレートの中心に直接向かうのではなく、中心から直接離れるのでもない）。いくつかの事例では、区分４０４の開口４０７は、イオンを径方向に垂直な方向に誘導する。つまり、これらの開口４０７は、開口の位置から全体的に方位角にずれた方向にイオンを誘導できる。
図４Ｃは、様々な波形区分を有する補足的な実施形態を示している。この実施形態では、区分４０８および４１０は、概ね正方形であり、図面では太字の実線４２１で分離されている。この場合、区分４０８および４１０は、互いに垂直な２つの波形パターンが交互になっている。波形の頂部は細字の実線４１１で示され、波形の谷部は点線４１３で示されている。開口４０７は楕円形で示されている。
図４Ｄは、波形のパイ状区分４２７を有する代替実施形態を示している。この場合もまた、波形の頂部は細字の実線４１１で示され、波形の谷部は点線４１３で示され、開口４０７は楕円形で示されている。
図４Ａ〜図４Ｄに示した各々の実施形態において、頂部の高さ、谷部の深さ、このような頂部と谷部との間の距離は、イオンが下方処理容積内に誘導される角度が様々になるように様々に異なっていてよい。このようにする代わりに、頂部〜谷部の高さおよび／または頂部と谷部との間の水平距離は、プレートの面全体にわたって一定であってよい。図４Ａ〜図４Ｄには、開示した実施形態を実装する際に使用できる波形特徴部の非限定的な例を挙げている。本出願の目的上、１つの波形特徴部を、上向きの斜面と下向きの斜面とからなる最小セット／組と考える。例えば、１つの円錐は、上向きの斜面と下向きの斜面とを両方含んでいる（側面から見たとき）ため、波形特徴部であるとみなす。同じように、アコーディオン状の波形構造の１つの「頂部から頂部まで」または「谷部から谷部まで」を１つの波形特徴部とみなす。図４Ｂの区分４０４のように、より大きいピラミッド構造を使用する場合、ピラミッド区分全体を１つの波形特徴部とみなす。
特定の実装形態では、イオン抽出プレートは、基板に対して可動式である。この動きは、回転または並進運動によって起こすことができる。並進運動タイプの動きは、例えば、抽出プレートをｚ方向、すなわち基板へ向かう方向および／または基板から離れる方向へ動かすことによって、かつ／または抽出プレートをｘ方向および／またはｙ方向、すなわち基板の面に平行な方向に動かすことによって、あるいはこれらの動きをいくつか組み合わせることによって起こすことができる。いくつかの実施形態では基板支持体自体が可動式であってよいが、様々な事例において、イオン抽出プレートは可動式で、基板支持体および基板は静止状態のままである。基板支持体が動くという特定の従来の設計と比較すると、この可動式抽出プレートの設計では、設計上の要素／制約が比較的少なく、この点に留意しなければならない。例えば、基板支持体が可動式の場合、静電チャックへの何らかの電気接続、流体接続またはその他の接続を、そのような動きを受け入れるように設計しなければならない。このような受け入れは、空間およびコストの点ではかなり多岐にわたることがある。
イオン抽出プレートの動きは有益なものである。なぜなら、その動きによってイオンが基板の表面全体にわたってより均一に送出されるからである。このような動きがなければ、イオンは、抽出プレートの開口を出た後に、特定のコリメートした軌道に追従するおそれがあり、基板表面の特定の部分にしか実際にはイオンに衝突されなくなる。抽出プレートを回転させ、かつ／または並進運動させることで、イオンが基板に衝撃を与える面積は、空間的に平均になるか、あるいは広がることがある。さらに、隣接する頂部／谷部にある開口および／または隣接する抽出プレート区分にある開口は、互いにわずかにまたは著しくずれて、イオン衝撃のこのような空間的な平均化を実現しやすくすることができる。このようにすると、より均一な衝突が実現される。いくつかの事例では、程度の小さい回転を利用して（例えば約５〜２０°）イオンを送出しやすくすることもできる。この小さな回転は、異なる角度で連続している抽出プレート区分を使用しない場合は有用になり得る。一方、同じ角度で連続している区分を使用する場合は、回転の程度をこれよりも大きくする必要がある可能性がある。特定の実施形態では、回転により、波形特徴部の全範囲を基板上の任意の位置へ突出させる角度のある経路がカバーされる。いくつかの実施形態では、並進アクチュエータが備えられて、イオン抽出プレートを基板に近づける／基板から遠ざけるように動かして、同じようにイオンを送出しやすくする。
イオン抽出プレートの回転は、様々な手段で達成できる。図１の実施形態では、例えば、回転アクチュエータを支持体に接続して、この支持体をイオン抽出プレートに接続する。回転アクチュエータは、支持体の動きを通じて抽出プレートを動かすことができる。もう１つの実施形態では、並進アクチュエータを使用して、イオン抽出プレートを基板へ近づけ、かつ基板から離すように動かすことができる。いくつかの実施形態では、抽出プレートは、その場に保持され、かつ／またはベルトや歯車など、別タイプの運動起動素子によって動かされる。
イオン抽出プレートの回転は、図４Ｂに示した実施形態のように、プレートが波形／開口からなる連続区分を備えている場合は、特に有益である。連続区分を使用する場合、回転の程度は、指摘したように、基板の各部分をそれぞれの全区分タイプに露光するのに十分なものでなければならない。この回転の程度は、図４Ｂの湾曲した両矢印で記している。２つの異なる区分のみを使用し、各区分が抽出プレートのうちの１８０°の範囲を占めているもう１つの例では、プレートは３６０°回転する必要がある。同じように、プレートが１６の個別区分（第１のタイプ８つと第２のタイプ８つが交互になっている）を備え、各区分が抽出プレートのうちの２２．５°の範囲を占めている場合、プレートは、少なくとも約４５°回転する必要がある。
いくつかの実装形態では、回転の程度は、最も広い区分の角度範囲の少なくとも約２倍である。ただし、３タイプ以上の区分を使用する場合は、回転の程度をさらに大きくする必要がある。例えば、合計１２区分に対して角度が等しい４つの連続区分タイプを３セット使用する場合（例えば区分順序が右回りにＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ／Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ／Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄで、この場合のＡ、Ｂ、ＣおよびＤは、別タイプの区分を表す）、回転の程度は少なくとも約１２０°でなければならない。この回転角度で、基板の処理面の各部分は、Ａ区分全体、Ｂ区分全体、Ｃ区分全体およびＤ区分全体から確実にイオンに露光される。これよりも大きい区分を少なく使用するのとは逆に、これよりも小さい区分を多く使用することが有益となり得る。この構成により回転の程度を小さくすることができ、これによって反応器の設計が簡易になる。いくつかの実施形態では、処理過程の回転の程度は、約１５〜１８０°、または約２０〜１２０°、または約３０〜９０°である。
いくつかの事例では、異なる区分タイプの数は、約１〜３６（例えば約２〜１０、または約２〜５）である。波形の頂部および谷部の設計／立体形状／位置が区分間で異なれば、あるいは開口の場所が区分間で異なれば、１つの区分タイプは別の区分タイプとは異なる。例えば、２つの区分間の頂部および谷部が逆／反対であれば、両区分が他の点で同じであっても、パイ状でアコーディオン様の１区分は別のパイ状でアコーディオン様の区分とは異なる
特定の一実施形態では、抽出プレートは、４つの異なる区分タイプＡ、Ｂ、ＣおよびＤを備えている。区分タイプＡは、図４Ｂの上の区分で示した概ね三角錐の区分に似たものである。区分タイプＢは、図４Ｂの右上の区分で示したアコーディオン様の区分に似たものである。区分タイプＣおよびＤはそれぞれタイプＡおよびＢと同様であるが、谷部の場所に頂部を使用し、頂部の場所に谷部を使用する。一連の異なる区分タイプは、４回繰り返される（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ／Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ／Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ／Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ）（合計１６区分で、各区分は図４Ｂに示した区分幅の半分である）。この設計では、回転の程度は約９０°であってよく、これは、区分タイプＡ〜Ｄのうちの１つの範囲全体に基板を露光するのに十分な角度である。イオン抽出プレートの波形の頂部と谷部とを区分どうしで逆にし、エッチング過程で抽出プレートを回転させることで、基板の局所部分にわたってより広範囲にわたるイオン入射角を実現することができる。
基板に向かってイオンを正しく誘導するのに重要なもう１つの要素が、イオン抽出プレートに使用する波形の寸法である。図６Ａは、開口６０２を有するイオン抽出プレート６０１Ａの一部を側面からみたときの断面図である。図６Ａ〜図６Ｂの実線矢印は、イオンの軌道を表している（図６Ｂの点線矢印については以下で考察する）。波形寸法のうちの長さは、波形の隣接する頂部間の距離であると定義し、図６Ａには寸法ＬAと記している。図６Ａに示したように、この寸法は、プラズマシース６１０Ａが抽出プレート６０１Ａの表面形状に追従できるように十分大きいものでなければならない。
これとは対照的に、図６Ｂは、イオン抽出プレート６０１Ｂの一部の断面図であり、このプレートの波形の長さ寸法はＬBで、これは短すぎる。換言すれば、図６Ｂの波形の頂部は、互いに近すぎる。この場合、プラズマシース６１０Ｂは、抽出プレートの表面に追従できない。その結果、プラズマシースはイオンを開口６０２の中へ誘導しない。代わりにイオンは、抽出プレートの一部と遙かに衝突しやすくなる。前述したように、イオンは一般に、プラズマシースの境界に対する法線の方向に誘導される。このプラズマシースの境界が抽出器の格子の局所表面に実質的に平行でない場合（よって、抽出プレートを貫通する開口の方向に実質的に垂直ではない場合）、イオンは、下方処理チャンバ内へ通過しそうになく、不要物質の除去は弱まる可能性が高くなる。
いくつかの実施形態では、イオン抽出プレートの１区分内で隣接する波形の頂部間の距離は、少なくとも約２ｍｍ、または少なくとも約５ｍｍである。さらに、図６Ａにαと記した角度は、約１°〜６０°、例えば約５°〜４５°であってよい。これ以外の許容できる角度について以下でさらに考察する。
特定の実装形態では、イオン抽出プレートは、プレート面積全体にわたって波形である。換言すれば、抽出プレートには、基板に平行な面が実質的になくてよい。他の実装形態では、抽出プレートは、波形セクションと非波形セクションとを備えていてよい。このような実施形態では、抽出プレートの波形部分は、基板状の平面上に突出するように、プレートの表面面積の少なくとも約５０％、または少なくとも約９０％を占めてよい（すなわち波形面積の割合を計算する際は、基板（Ａt）の合計面積をＡt＝π＊ｒ2とみなし、式中ｒは抽出プレートの半径であり、波形面積は、全面積から平坦な非波形面積を減算したものとみなす）。
イオンが下方処理チャンバ内へ誘導される角度は、図６Ａおよび図６Ｂに角度αと記した波形の角度に左右される。特定の実施形態では、αは、波形の様々な部分で異なり、イオンが様々な角度で基板に入射するのを実現する。これによってイオンの入射角が様々になり、十分な数のイオンがエッチング特徴部内に進入できて、そのような特徴部の側壁にある物質を除去する可能性が高まる。イオン入射角を、イオンが入ってくる軌道と基板表面全体に対する法線の方向との間の角度であると定義する。抽出プレートから出て行くイオンが極めてコリメートされている場合、波形の角度は入射角に等しい。抽出プレートから出て行くイオンがあまりコリメートされずに、よりスプレー状になっている場合、実現されるイオン入射角の範囲は、波形角度の前後が中央値になる。簡易にするために、特定量のイオンが基板の溝またはその他の特徴部内に進入し、基板表面全体とは極めて異なる方向を向いた表面に衝撃を与えることが自明であっても、イオン入射角を、（別途明記されない限り）基板表面全体に関連付けて定義する。
波形の角度は、波形の寸法および開口の位置と合わせて選択し、抽出プレートを通過するイオンが最終的に抽出プレートの下面と衝突しないようにする必要がある。図６Ｂでは、例えば、波形の寸法ＬBは小さすぎるため、抽出プレートの開口を通過できるわずかなイオン（もしあれば）は、点線矢印で示したように、プレートの下面と衝突することになるであろう。この結果は回避すべきである。特定の実施形態では、波形の角度は、約０〜７５°、または約１〜７５°、または約０〜６０°、または約１〜６０°、または約３０〜５５°である。これらの実装形態またはその他の実装形態では、波形の角度は、約６０°以下、例えば約４５°以下、または約１５°以下であってよい。特定の一実施形態では、約４５°の波形角度を用いる。本明細書の他の箇所に記載したように、特定の実施形態では、様々に異なる波形角度を単一のイオン抽出プレートに対して用いる。この場合、最小の波形角度と最大の波形角度との差は、少なくとも約１０°、例えば少なくとも約２０°、少なくとも約３０°、少なくとも約５０°、またはいくつかの事例ではさらに大きい角度であってよい。
イオン抽出プレートは通常、導電性材料から作製される。適切なプレート材料の例には、Ａｌ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｏ、低抵抗シリコン、および低抵抗ＳｉＣなどがあるが、これに限定されない。前述したように、プレートは、十分な剛性のある材料で作製されてはならない。
抽出プレートは一般に、図１に示したように、チャンバの水平セクションをほぼ全体的に覆っている。前述したように、いくつかの設計では、湾曲を防ぐために、抽出プレートとチャンバの壁との間には間隙がある。この間隙は、約３ｃｍ以上でなければならない。チャンバが円形の場合（上から見たとき、またはワークピースに面しているとき）、プレートも円形になる。これによって、格子が効果的に反応チャンバを２つのサブチャンバに分割することができる。特定の設計では、抽出プレートの形状は、基板（これは通常円形のウエハだがこれに限らない）の立体形状によって定義される。公知のように、ウエハは、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど、様々なサイズで提供されていることが多い。正方形もしくはその他の多角形の基板、またはこれよりも小さい／大きい基板には、他の形状が可能である。そのため、格子の断面（上から見たとき）には、多様な形状およびサイズがあってよい。
いくつかの実装形態では、抽出プレートは、プロービング装置を格子内に配置できるようにするための特徴部を含む中心領域などの領域を有する。プロービング装置は、動作中にプラズマ処理システムに関連する処理パラメータをプロービングするために設けることができる。プロービング工程は、発光終点検出、干渉法による終点検出、プラズマ濃度測定、イオン濃度測定、およびその他の測定によるプロービング作業を含んでいてよい。特定の実施形態では、プレートの中心領域は開口している。他の実施形態では、プレートの中心領域は、光学的に透明な材料（例えば石英、サファイアなど）を含んでいて、光をプレートに伝達することができる。
いくつかの実施形態では、抽出プレートは、プレートに埋め込まれた冷却チャネルを備えていてよく、このような冷却チャネルには、流動しているまたは流動していない冷却材料を充填してよい。特定の実施形態では、冷却材料は、ヘリウムもしくはその他の不活性ガスなどの流体、または脱イオン（ＤＩ）水、プロセス冷却水、３Ｍのフロリナート（登録商標）などの液体、またはパーフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、アンモニアおよびＣＯ2などの冷媒である。これらの実施形態またはその他の実施形態では、抽出プレートは、埋め込まれた加熱素子および／または温度測定装置を備えていてよい。冷却チャネルおよび埋め込みヒータによって正確な温度制御が可能になり、これによって粒子および壁の状態に対して綿密な制御ができる。この制御を利用して、特定の事例では、下方サブチャンバ内の状態を調整することができる。例えば、下方格子または格子アセンブリが低温に維持されている場合、ウエハからのエッチング副生成物は、好ましいことに下方格子に蒸着するため、下方サブチャンバ内のエッチング副生成物のガス相の密度が下がる。このようにする代わりに、下方格子または格子アセンブリを高温に維持して（例えば８０°Ｃ以上）格子への蒸着を低減し、チャンバを比較的汚れのない状態に保ち、かつ／またはウエハレスの自動清浄（ＷＡＣ）過程でチャンバを清浄するのに必要な時間を削減できるようにしてもよい。
イオン抽出プレートおよび基板支持体をバイアスする
イオン抽出プレートは、電源との電気接続部を備えている。このような素子を使用して、処理過程で抽出プレートにバイアスを印加することができる。様々な実装形態において、イオン抽出プレートは、可撓性のＲＦストラップを介して基板支持体と電気的に接続している。このようなＲＦストラップの存在により、基板支持体（したがって基板も）には、イオン抽出プレートと同じＲＦ電位にバイアスできる。これらの素子を同じ電位にバイアスすることで、下方処理チャンバ内にプラズマを形成する可能性が低減される。
抽出プレートにバイアスする１つの理由が、プレートから出ているイオンを特定のエネルギーレベルにするためである。このようにすると、バイアスを制御して、基板に衝突するイオンに特定のイオンエネルギーを与えることができる。
バイアスは通常、負のＤＣオフセットのＲＦバイアスである。この負のバイアスは、正のイオンが抽出プレートへ向かって同プレートを通過するのを加速しやすくする。特定の実装形態では、低周波のバイアス（例えば約１５ＭＨｚ以下、または約４ＭＨｚ以下）を基板および抽出プレートに印加する。この比較的低いバイアス周波数は、ＲＦストラップのインダクタンスを小さくする（例えば約５０Ｖ以下）際に有益となり得る。これらの実施形態またはその他の実施形態では、抽出プレートに印加されるバイアスは、約５０〜７５０Ｖを基準とする負のＤＣを有していてよい。１つの実施形態では、４００ｋＨｚのバイアス周波数を用いる。１つの実施形態では、各ステップで抽出プレートに異なるバイアス電圧を印加して、複数のステップを用いる。このようにする代わりに、印加したバイアス電圧に、設定値とオフ状態との間、または２つのゼロ以外の設定値の間でパルスをかけてもよい。この技術は、実質的な基板への充電を行う場合には特に有益となり得る。いくつかの用途では、低エネルギーのイオン（例えば＜５０Ｖ）のみが基板上に入射するように、バイアス電圧をオフにする。下方処理チャンバ内の条件
多くの実施形態では、下方処理チャンバは、処理過程で実質的にプラズマフリーであり、抽出器の孔から出るイオンの軌道は、抽出プレートと基板との間の空間に維持される。この空間にプラズマがあると、イオンの大半が基板に直角に当たってしまう。
下方処理チャンバ内の圧力は、いくつかの実施形態では比較的低くてよい（例えば約２０ｍトル未満、または約５ｍトル未満）。一般に、下方処理チャンバの圧力は、上方プラズマ発生チャンバ内の圧力よりも低くなり、これは少なくとも、抽出プレートを通過する量のコンダクタンスに限度があることが一因である。低圧を実現するための１つの方法が、反応チャンバに接続した真空ポンプによる高速吸引を利用するものである。この低圧が、抽出プレートを介してプラズマから抽出されたイオンを基板に当てられるようにし、多くのイオンガスが基板の上で衝突しないようにする。基板に到達する前にガス分子と衝突するイオンは、処理および物質の除去にはあまり有用でないことがある。
基板の温度を、静電クランプおよび裏面のＨｅガスを用いて制御して、ＥＳＣと基板との間の熱伝導を効果的にすることができる。イオンと反応性化学物質とを組み合わせたものを使用して特徴部の側壁から物質を除去する際は、温度を約８０°Ｃ以上に設定することが有利となり得る。イオンを単独で使用する場合、基板の温度を約２０〜６０°Ｃに制御することが有用になり得る。
装置
本明細書に記載する方法は、波形のイオン抽出プレートを有する任意の適切なプラズマエッチング装置によって実施できる。適切な装置は、本明細書に記載したエッチング条件を提供し維持するためのチャンバおよび電子ハードウェアを備えている。適切な装置は、本発明による工程の動作を制御するための命令を有するシステムコントローラを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、プラズマエッチング装置は、様々な他の処理箇所のあるさらに大きい処理工具内に処理箇所として備わっていてよい。
図７は、特定の実施形態による誘導結合型プラズマエッチング装置７００の断面図を示している。前述したように、本明細書における実施形態は、非誘導結合プラズマを用いて実施してよい。誘導結合型プラズマエッチング装置７００は、構造的にチャンバ壁７０１と窓７１１とで規定された全体エッチングチャンバを備えている。チャンバ壁７０１は通常、ステンレス鋼またはアルミニウムまたは陽極酸化アルミニウムから製造される。チャンバ壁は、Ｙ2Ｏ3、ＹＦ、ＣｅＯ2またはその他の耐プラズマコーティングでコーティングされてよい。窓７１１は通常、石英またはＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどのその他の誘導体材料から製造される。
イオン抽出プレート７５０が、全体エッチングチャンバを上方プラズマ発生チャンバ７０２と下方処理チャンバ７０３とに分割する。基板支持体７１７は、接続部７５４、マッチング回路７５５および接続部７５６と介して電源７５７と電気的に接続している。抽出プレートも、可撓性のＲＦストラップ７７７を介して基板支持体７１７と電気的に接続している。電源７５７は、抽出プレート７５０および基板支持体７１７に適切なバイアルをかける。処理過程では全体的に、上方プラズマ発生チャンバ７０２内にプラズマが存在するが、下方処理チャンバ７０３内には実質的にプラズマがない。シーリング機構（図示せず）を抽出プレートの周縁近辺で用いて、下方処理チャンバ７０３内へのプラズマ漏れ防止しやすくすることができる。
抽出プレート７５０は、回転または並進運動によって動くことができる。図７の実施形態では、（１つまたは複数の）運動起動素子は図示していない。図１に示した実施形態のようないくつかの事例では、運動起動素子は、支持体１１１を介してイオン抽出プレート１０７に接続している回転アクチュエータ１１５である。運動起動素子をイオン抽出格子の下に配置して、同素子がより急速に劣化しやすいプラズマ環境から保護されるようにすることが有益となり得る。いくつかの他の事例では、運動起動素子は、実質的に抽出プレートと同じ平面に配置されるか、あるいは抽出プレートよりも上に設置される。他に可能性のある運動起動素子には、ベルト、歯車、持ち上げ機構などがある。イオンが基板の局所表面に接触している面積／角度のある空間が増大する方法で、プレートを動かす任意の運動起動素子を用いてよい。
下方処理チャンバ７０３内の下内面近くにはチャック７１７が設置される。チャック７１７は、上にエッチング処理が実施される半導体ウエハ７１９を受容し、保持するように構成される。チャック７１７は、ウエハが存在するときにこのウエハを支持するための静電チャックであってよい。いくつかの実施形態では、エッジリング（図示せず）がチャック７１７を包囲し、エッジリングがチャック７１７の外側にあるとき、エッジリングの上面はウエハの最上面とほぼ同一平面にある。チャック７１７は、ウエハのチャッキングおよびチャッキング解除を可能にするための静電電極も備えている。そのためにはフィルタおよびＤＣクランプ電源を設けてよい。チャック７１７からウエハを持ち上げて離すためのその他の制御システムも設けることができる。
窓７１１の上にはコイル７３３が配置される。コイル７３３は、導電材料から製造され、少なくとも完全な１巻きを含む。図７に示した例示的なコイル７３３は、３巻きを含む。コイル７３３の断面に「Ｘ」がある記号は、コイル７３３がその面の中へ回転しながら延びて入ることを指している。逆に、「・」があるコイル７３３の記号は、コイル７３３がその面から回転しながら延びて出ることを指している。ＲＦ電源７４１は、コイル７３３にＲＦ電力を供給するように構成される。一般に、ＲＦ電源７４１は、接続部７４５を介してマッチング回路７３９に接続している。マッチング回路７３９は、接続部７４３を介してコイル７３３に接続している。このように、ＲＦ電源７４１は、コイル７３３に接続している。窓７１１のすぐ下に任意でファラデーシールド７４９を配置する。ファラデーシールドは、金属またはその他の種がプラズマチャンバの誘電体窓に蒸着するのを防止できる。ファラデーシールドについては、２０１１年８月４日に出願された米国特許出願第１３／１９８，６８３号、発明の名称「ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＦＡＲＡＤＡＹ ＳＨＩＥＬＤ ＨＡＶＩＮＧ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＣＨＥＶＲＯＮ ＰＡＴＴＥＲＮＳ ＡＮＤ ＣＯＲＲＥＬＡＴＥＤ ＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＧ ＲＥＬＡＴＩＶＥ ＴＯ ＥＸＴＥＲＮＡＬ ＩＮＮＥＲ ＡＮＤ ＯＵＴＥＲ ＴＣＰ ＣＯＩＬ」でさらに考察され、記載されており、この文献の全容を参照することにより本明細書に組み入れる。
処理ガスが、上方プラズマ発生チャンバに配置した主要注入口７６０を通して、かつ任意で側面注入口７７０であって、ＳＴＧと呼ぶことがある注入口を通して供給されてよい。様々な実施形態において、エッチングガスが側面注入口７７０を通して供給されるのに対し、プラズマを発生させるのに使用するガスは、主要注入口７６０を通して注入される。ガス排出口は図示していない。同じく図示していないものは、作動的なプラズマ処理過程でチャンバから出るガスの副生成物を真空制御して除去できるようにする、チャンバ７０１に接続しているポンプである。
高周波電力がＲＦ電源７４１からコイル７３３に印加されて、ＲＦ電流をコイル７３３に流す。コイル７３３を流れるＲＦ電流は、コイル７３３の周囲に電磁場を発生させる。電磁場は、上方プラズマ発生チャンバ７０２内に誘導電流を発生させる。誘導電流は、プラズマ発生チャンバ７０２内に存在するガスに作用して、同チャンバ内にプラズマを発生させる。イオン抽出プレート７５０は、下方処理チャンバ７０３内に進入できるプラズマ種の量を制限し、特に、イオンを下方処理チャンバ７０３に斜め向きに供給するように動作する。
様々なイオンおよびその他の種がウエハ７１９と物理的かつ化学的に相互作用することで、ウエハの特徴部を選択的にエッチングする。エッチング副生成物は、排出口（図示せず）を通して下方処理チャンバ７０３から除去できる。イオン抽出プレート７５０の他の１つの利点が、同プレートによって、上方プラズマ発生チャンバ７０２のプラズマ環境から出るエッチング副生成物を遮蔽しやすくなり、特定のエッチング副生成物（特に、存在する場合は、金属と配位子との錯体）を不揮発性の解離生成物に解離する可能性を少なくする点であり、このようにしなければ、解離生成物が基板７１９または装置７００に再度蒸着するおそれがある。
通常は、本明細書に開示したチャックは、摂氏約２０°から摂氏約２５０°まで、好ましくは摂氏約２０〜１５０°の高温で動作する。温度は、エッチング処理作業および特定の製法によって異なる。
図示していないが、チャンバ７０１は通常、クリーンルームまたは製造設備に設置される際に設備に連結される。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および環境粒子制御を行う配管を備えている。このような設備は、目的の製造設備に設置される際にチャンバ７０１に連結される。また、チャンバ７０１は、典型的な自動操作を用いてロボットで半導体ウエハをチャンバ７０１内へ移送し、同チャンバから外へ移送できる移送チャンバに連結していてよい。
１つの実施形態では、イオン抽出プレート７５０は、取り外し可能であり、チャンバ７０１は、垂直方向のエッチング処理（波形抽出プレート７５０が除去されたとき）と、開示した斜めのエッチング処理（波形抽出プレート７５０があるとき）との両方を実施するように構成される。いくつかの事例では、複数の開口を有する非波形イオン抽出プレートを、垂直方向のエッチング処理過程で使用してよい。この非波形プレートにより、特徴部を異方的に、実質的に垂直方向にエッチングするイオンを供給しやすくなる。波形イオン抽出プレートの設計に関する本明細書の教示は、特に波形特徴部に関する教示以外の点で、非波形抽出プレートにも当てはまる。
システムコントローラ
いくつかの実施形態では、（１つ以上の物理コントローラまたは論理コントローラを備えていてよい）システムコントローラが、処理工具の動作の一部または全部を制御する。システムコントローラは通常、１つ以上の記憶装置および１つ以上のプロセッサを備える。プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続部、ステッピングモータコントロールボード、およびその他の同様の部品を備えていてよい。適切な制御動作を実装するための命令がプロセッサに対して実行される。このような命令は、コントローラとつながっている記憶装置に格納されるか、ネットワーク上に提供されてよい。特定の実施形態では、システムコントローラは、システム制御ソフトウェアを実行する。
システム制御ソフトウェアは、タイミング、処理ガス成分（例えば、該当する場合、プラズマ発生ガスの組成とエッチングガスの組成）の混合、チャンバの圧力、チャンバの温度、ウエハの温度、チャック／ウエハ／イオン抽出プレートおよびその他の任意の電極に印加される電流と電位、ウエハの位置、抽出格子の位置、ならびに処理工具によって実施される特定処理の他のパラメータを制御するための命令を備えていてよい。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理工具部品のサブルーチンまたは制御目的を書いて、様々な処理工具の処理を実行するのに必要な処理工具部品の動作を制御することができる。システム制御ソフトウェアを任意の適切なコンピュータ読み取り可能なプログラム言語でコード化することができる。
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェアは、前述した様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を備えている。例えば、エッチング処理の各段階が、システムコントローラが実行するための１つ以上の命令を含んでいてよい。プラズマ発生処理段階に対する処理条件を設定するための命令は、対応するプラズマ発生の製法段階に含まれていてよい。いくつかの実施形態では、エッチングの製法段階は、連続的に構成されてよく、その結果、エッチング処理段階の命令はすべて、その処理段階と同時に実行される。
その他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムをいくつかの実施形態に用いてよい。そのためのプログラムまたはプログラムのセクションの例には、基板配置プログラム、プラズマガス組成の制御プログラム、エッチングガス組成の制御プログラム、ガス注入タイミングの制御プログラム、イオン抽出プレートバイアス制御プログラム、イオン抽出プレート位置制御プログラム、静電チャックバイアス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、電位／電流電源制御プログラムがある。本明細書に記載した任意のソフトウェア／プログラムは、エッチング過程で関連するパラメータを修正するための命令を含んでいてよい。１つの例では、イオン抽出プレートバイアス制御プログラムが、エッチング過程で抽出プレートおよび静電チャックに印加されるバイアスを印加し、かつ任意に修正する命令を含んでいてよい。したがって、下方処理チャンバ内に進むイオンのイオンエネルギーは、エッチング工程で修正されてよい。
いくつかの事例では、コントローラは、以下の機能の１つ以上を制御する：プラズマ発生ガスを上方プラズマ発生チャンバへ送出する機能、エッチングガスを下方処理チャンバを送出する機能、プラズマ発生チャンバ内のプラズマ発生条件、イオン抽出プレートに印加されるバイアスなど。例えば、サブチャンバへのガスの送出は、特定のバルブを特定の時間に開閉するように誘導することで実現できる。これによってコントローラは、ガス送出のタイミングも送出されたガスの組成も制御することができる。コントローラは、例えば、電源がプラズマ発生器（例えばＩＣＰ反応器のコイル）に、特定の周波数／電力レベルで電力を供給するように誘導することで、プラズマ発生条件を制御できる。さらに、コントローラは、不活性ガス（および／またはいくつかの実施形態では反応ガス）の流れをプラズマ発生チャンバに入るように誘導したり、サブチャンバ内の圧力を制御したり、サブチャンバ内の温度を制御したりするなどして、プラズマ発生条件を制御できる。コントローラは、これらの局面を、（例えば電流、電流密度、電位、圧力などが特定の閾値に達したときの）センサの出力、（例えば１回の処理で特定回数バルブを開口する）動作のタイミングに基づいて、またはユーザから受けた命令に基づいて制御できる。
前述した様々なハードウェアおよび方法の実施形態は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光発電パネルなどの製造または製作用に、リソグラフパターニングの工具または処理と合わせて用いてよい。通常は、必須ではないものの、そのような工具／処理は、一般的な製造設備で一緒に使用または実行される。
フィルムのリソグラフパターニングでは通常、以下のステップの一部または全部が含まれ、各ステップはいくつかの可能な工具を用いて可能になる：（１）スピン塗布またはスプレー塗布する工具を用いて、フォトレジストをワークピース、例えば窒化シリコンフィルムが上に形成された基板に塗布する；（２）ホットプレートや炉またはその他の適切な硬化工具を用いてフォトレジストを硬化する；（３）ウエハステッパなどの工具を用いてフォトレジストを可視光線または紫外線またはｘ線に露光する；（４）選択的にレジストを除去するようにレジストを現像し、それによってウェットベンチやスプレー現像機などの工具を用いてそのレジストにパターンニングする；（５）ドライエッチングまたはプラズマエッチング工具を用いてレジストパターンを下地フィルムまたはワークピースに転写する；（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマによるレジスト剥離液などの工具を用いてレジストを除去する。いくつかの実施形態では、フォトレジストを塗布する前に、アッシャブルハードマスク層（非晶質炭素層など）およびもう１つの適切なハードマスク（反射防止層など）を蒸着してよい。
本明細書に記載した構成および／または手法は、例示的な性質のものであること、また、多数の変形例が可能なため、これらの特定の実施形態または例を限定的な意味にとらえてはならないことを理解すべきである。本明細書に記載した特定のルーチンまたは方法は、任意数の処理対策のうちの１つ以上を代表するものであってよい。そのため、図示した様々な行為を図示した順序で実施してもよいし、他の順序で実施してもよいし、平行して実施してもよいし、いくつかの事例では省略してもよい。同じように、上記処理の順序は変更してもよい。
本開示の主題は、様々な工程、システムおよび構成のあらゆる新規かつ非自明な組み合わせおよびサブコンビネーションを含むとともに、その他の特徴、機能、行為および／または本明細書に開示した特性を含むほか、その任意の均等物もすべて含む。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
半導体デバイス構造内の特徴部の側壁から物質を除去するための方法であって、
（ａ）反応チャンバ内に基板を受容し、前記反応チャンバがイオン抽出プレートによってプラズマ発生サブチャンバと処理サブチャンバとに分割され、前記イオン抽出プレートが少なくとも部分的に波形で、前記基板に対して複数の角度で通過するのを誘導するように設計または構成された開口を有すること；
（ｂ）前記プラズマ発生サブチャンバ内にプラズマ発生ガスを流し、同プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを発生させること；および
（ｃ）前記プラズマ発生チャンバから出て前記イオン抽出プレートを通過し、処理容積に入って複数の角度で前記基板へ向かうのを加速させ、これによって複数の方向を向いている特徴部の側壁から物質を除去すること
を含む、方法。
適用例２：
前記半導体デバイス構造の前記特徴部は、２つのエッチングした導電層の間に配置されたエッチングした絶縁層を含む、適用例１の方法。
適用例３：
少なくともいくつかの前記開口は、前記基板に対して垂直ではない角度を向いている中心軸を有する、適用例１の方法。
適用例４：
処理過程では、前記処理サブチャンバには実質的にプラズマがない、適用例１の方法。
適用例５：
処理過程で前記イオン抽出プレートを回転させるが、その回転が単一方向に３６０°以下であることを含む、適用例１の方法。
適用例６：
前記イオン抽出プレートは、前記基板の局所部分が複数の異なる区分タイプの各々から出ているイオンに露光される程度に回転する、適用例５の方法。
適用例７：
前記基板のホルダは、処理中に静止している、適用例１の方法。
適用例８：
前記イオン抽出プレートを、前記抽出プレートおよび基板の中心を通って延びる軸に沿って動かすことを含む、適用例１の方法。
適用例９：
前記イオン抽出プレートを前記基板に平行な方向に動かすことを含む、適用例１の方法。
適用例１０：
（ａ）よりも前に前記基板に前記特徴部をエッチングすることをさらに含む、適用例１の方法。
適用例１１：
（ａ）よりも前に前記反応チャンバに対して前記エッチングが実施される装置から前記基板を動かすことをさらに含む、適用例１０の方法。
適用例１２：
前記イオン抽出プレートにバイアスを印加することをさらに含む、適用例１の方法。
適用例１３：
半導体基板の表面上にある特徴部の側壁から物質を除去するための装置であって、
（ａ）反応チャンバ；
（ｂ）前記反応チャンバ内に配置され、これによって前記反応チャンバをプラズマ発生サブチャンバと処理サブチャンバとに分割するイオン抽出プレートであって、前記イオン抽出プレートは少なくとも一部が波形で、前記イオン抽出プレートをイオンが通過できるように設計または構成された開口を有する、イオン抽出プレート；
（ｃ）前記プラズマ発生サブチャンバへ通じる１つ以上のガス注入口；
（ｄ）前記反応チャンバへ通じる１つ以上のガス排出口；
（ｅ）前記プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを生成するように設計または構成されたプラズマ発生源；および
（ｆ）基板支持体
を備える、装置。
適用例１４：
前記プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを発生させ、前記イオン抽出プレートにバイアスを印加し、前記イオン抽出プレートを単一方向で測定した約３６０°以下で回転させるように設計または構成されたコントローラをさらに備える、適用例１３の装置。
適用例１５：
前記コントローラはさらに、前記イオン抽出プレートを右回りおよび左回りに回転させるとともに、前記基板の前記側壁から物質を除去するように設計または構成される、適用例１４の装置。
適用例１６：
前記イオン抽出プレートを前記基板支持体に接続するＲＦストラップをさらに備え、前記ＲＦストラップは、前記イオン抽出プレートに印加されたバイアスに相当するバイアスを前記基板支持体にかけるように設計または構成される、適用例１３の装置。
適用例１７：
前記開口の中心を通って延びる軸が、前記開口が配置された前記イオン抽出プレートの局所表面に対する法線の方向を向き、これによってイオンの通過を、前記イオン抽出プレートの局所表面に対して全体的に法線の方向に誘導する、適用例１３の装置。
適用例１８：
少なくともいくつかの前記開口は、単一の開口を考えた場合に、前記処理サブチャンバに面している前記イオン抽出プレート側にある１つの開口の開口面積が、前記プラズマ発生サブチャンバに面している前記イオン抽出プレート側にある１つの開口の開口面積よりも大きくなるような円錐形である、適用例１３の装置。
適用例１９：
前記イオン抽出プレートの前記波形部分は、複数の円錐形特徴部を含み、前記開口は、前記基板支持体に対して傾斜した前記円錐形特徴部の表面を通って延びるように配置される、適用例１３の装置。
適用例２０：
前記イオン抽出プレートは、複数の波形区分を含み、波形の向きは隣接する区分どうしで異なる、適用例１３の装置。
適用例２１：
少なくとも２つの異なるタイプの波形区分を使用する、適用例２０の装置。
適用例２２：
第１の区分タイプは、前記基板の処理面に対する法線の方向から径方向にずれた方向にイオンを誘導するように設計または構成され、第２の区分タイプは、前記基板の前記処理面に対する法線の方向から方位角にずれた方向にイオンを誘導するように設計または構成される、適用例２１の装置。
適用例２３：
波形の角度は約１〜７５°である、適用例１３の装置。
適用例２４：
波形の少なくとも２つの角度を使用する、適用例２３の装置。
適用例２５：
開口を通過するイオンの方向は、前記開口の中心を通って延びる軸の周囲に円錐状に広がる、適用例１３の装置。
適用例２６：
前記イオン抽出プレートの平均位置と、前記基板支持体上にある場合の基板のめっき面との間の距離は、約１０ｃｍ未満である、適用例１３の装置。
適用例２７：
前記イオン抽出プレートは、前記イオン抽出プレートの中心を通って延びる軸回りに回転可能である、適用例１３の装置。
適用例２８：
前記基板の処理過程で前記イオン抽出プレートを前記基板支持体へ向かって動かし、前記基板支持体から離れるように動かすための並進アクチュエータをさらに備える、適用例１３の装置。
適用例２９：
前記イオン抽出プレートの隣接する波形頂部間の距離は、少なくとも約２ｍｍである、適用例１３の装置。
適用例３０：
前記イオン抽出プレートの隣接する波形頂部間の距離は、少なくとも約５〜２０ｍｍである、適用例１３の装置。
適用例３１：
開口位置のパターンは、隣接する波形特徴部どうしで様々に異なる、適用例１３の装置。
適用例３２：
前記反応チャンバは、前記波形イオン抽出プレートが存在しないときに基板を垂直方向にエッチングするように構成され、前記波形イオン抽出プレートが存在するときに基板を複数の角度でエッチングするように構成される、適用例１３の装置。

Claims (52)

  1. 部分的に製造された複数の半導体デバイス構造内の特徴部の側壁から物質を除去するための方法であって、
    （ａ）反応チャンバ内に基板を受容し、前記反応チャンバがイオン抽出プレートによってプラズマ発生サブチャンバと処理サブチャンバとに分割され、前記イオン抽出プレートが少なくとも部分的に波形で、通過するのを誘導するように設計または構成された開口を有すること；
    （ｂ）前記プラズマ発生サブチャンバ内にプラズマ発生ガスを流し、同プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを発生させること；および
    （ｃ）前記プラズマ発生サブチャンバから出て前記イオン抽出プレートを通過し、処理サブチャンバに入って前記基板へ向かうのを加速させ、これによって特徴部の側壁から物質を除去すること
    を含む、方法。
  2. 前記複数の半導体デバイス構造の前記特徴部は、２つのエッチングした導電層の間に配置されたエッチングした絶縁層を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 少なくともいくつかの前記開口は、前記基板に対して垂直ではない角度を向いている中心軸を有する、請求項１に記載の方法。
  4. 処理過程では、前記処理サブチャンバには実質的にプラズマがない、請求項１に記載の方法。
  5. 処理過程で前記イオン抽出プレートを回転させるが、その回転が単一方向に３６０°以下であることを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記イオン抽出プレートは、
    断面が含む波形が互いに異なる複数の区分タイプを備え、
    前記基板の局所部分が複数の異なる前記区分タイプの各々から出ているイオンに露光される程度に回転する、請求項５に記載の方法。
  7. 基板ホルダは、処理中に静止している、請求項１に記載の方法。
  8. 前記イオン抽出プレートを、前記イオン抽出プレートおよび基板の中心を通って延びる軸に沿って動かすことを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記イオン抽出プレートを前記基板に平行な方向に動かすことを含む、請求項１に記載の方法。
  10. （ａ）よりも前に前記基板に前記特徴部をエッチングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  11. （ａ）よりも前に前記反応チャンバに対して前記エッチングが実施される装置から前記基板を動かすことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記イオン抽出プレートにバイアスを印加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  13. 半導体基板の表面上にある特徴部の側壁から物質を除去するための装置であって、
    （ａ）反応チャンバ；
    （ｂ）前記反応チャンバ内に配置され、これによって前記反応チャンバをプラズマ発生サブチャンバと処理サブチャンバとに分割するイオン抽出プレートであって、前記イオン抽出プレートは少なくとも一部が波形で、前記イオン抽出プレートをイオンが通過できるように設計または構成された開口を有する、イオン抽出プレート；
    （ｃ）前記プラズマ発生サブチャンバへ通じる１つ以上のガス注入口；
    （ｄ）前記反応チャンバへ通じる１つ以上のガス排出口；
    （ｅ）前記プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを生成するように設計または構成されたプラズマ発生源；および
    （ｆ）基板支持体
    を備える、装置。
  14. 前記プラズマ発生サブチャンバ内でプラズマを発生させ、前記イオン抽出プレートにバイアスを印加し、前記イオン抽出プレートを単一方向で測定した約３６０°以下で回転させるように設計または構成されたコントローラをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記コントローラはさらに、前記イオン抽出プレートを右回りおよび左回りに回転させるとともに、前記半導体基板の前記側壁から物質を除去するように設計または構成される、請求項１４に記載の装置。
  16. 前記イオン抽出プレートを前記基板支持体に接続するＲＦストラップをさらに備え、前記ＲＦストラップは、前記イオン抽出プレートに印加されたバイアスに相当するバイアスを前記基板支持体にかけるように設計または構成される、請求項１３に記載の装置。
  17. 前記開口の中心を通って延びる軸が、前記開口が配置された前記イオン抽出プレートの局所表面に対する法線の方向を向き、これによってイオンの通過を、前記イオン抽出プレートの局所表面に対して全体的に法線の方向に誘導する、請求項１３に記載の装置。
  18. 少なくともいくつかの前記開口は、単一の開口を考えた場合に、前記処理サブチャンバに面している前記イオン抽出プレート側にある１つの開口の開口面積が、前記プラズマ発生サブチャンバに面している前記イオン抽出プレート側にある１つの開口の開口面積よりも大きくなるような円錐形である、請求項１３に記載の装置。
  19. 前記イオン抽出プレートの前記波形部分は、複数の円錐形特徴部を含み、前記開口は、前記基板支持体に対して傾斜した前記円錐形特徴部の表面を通って延びるように配置される、請求項１３に記載の装置。
  20. 前記イオン抽出プレートは、複数の波形区分を含み、波形の向きは隣接する区分どうしで異なる、請求項１３に記載の装置。
  21. 少なくとも２つの異なるタイプの波形区分を使用する、請求項２０に記載の装置。
  22. 第１の区分タイプは、前記半導体基板の処理面に対する法線の方向から径方向にずれた方向にイオンを誘導するように設計または構成され、第２の区分タイプは、前記半導体基板の前記処理面に対する法線の方向から方位角にずれた方向にイオンを誘導するように設計または構成される、請求項２１に記載の装置。
  23. 前記イオン抽出プレートは、波形の角度が約１〜７５°である波形を備える、請求項１３に記載の装置。
  24. 前記イオン抽出プレートは、少なくとも２つの波形の角度を有する波形を備える、請求項２３に記載の装置。
  25. 開口を通過するイオンの方向は、前記開口の中心を通って延びる軸の周囲に円錐状に広がる、請求項１３に記載の装置。
  26. 前記イオン抽出プレートの平均位置と、前記基板支持体上にある場合の基板のめっき面との間の距離は、約１０ｃｍ未満である、請求項１３に記載の装置。
  27. 前記イオン抽出プレートは、前記イオン抽出プレートの中心を通って延びる軸回りに回転可能である、請求項１３に記載の装置。
  28. 前記半導体基板の処理過程で前記イオン抽出プレートを前記基板支持体へ向かって動かし、前記基板支持体から離れるように動かすための並進アクチュエータをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
  29. 前記イオン抽出プレートの隣接する波形頂部間の距離は、少なくとも約２ｍｍである、請求項１３に記載の装置。
  30. 前記イオン抽出プレートの隣接する波形頂部間の距離は、少なくとも約５〜２０ｍｍである、請求項１３に記載の装置。
  31. 開口位置のパターンは、隣接する波形特徴部どうしで様々に異なる、請求項１３に記載の装置。
  32. 前記反応チャンバは、前記イオン抽出プレートが存在しないときに基板を垂直方向にエッチングするように構成され、前記イオン抽出プレートが存在するときに基板を複数の角度でエッチングするように構成される、請求項１３に記載の装置。
  33. エッチング反応器のためのイオン抽出プレートであって、
    少なくとも一部が波形であるプレートと、
    前記プレートにおける複数の開口であって、各開口は、中心とそれを通って延びる軸とを有し、対応する開口の前記中心を通って延びる前記軸は、前記対応する開口が配置された前記イオン抽出プレートの局所表面に対する法線の方向を向き、前記開口は、前記プレートが前記エッチング反応器内でプラズマに露光されるときにイオンが通過できるように構成される、複数の開口と、
    を備える、イオン抽出プレート。
  34. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、前記開口の主要寸法は、約０．５〜５ｍｍであり、前記主要寸法は、前記対応する開口が配置された前記イオン抽出プレートの前記局所表面に平行な方向で測定される、イオン抽出プレート。
  35. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    少なくともいくつかの前記開口は、単一の円錐形開口を考えた場合に、前記イオン抽出プレートの第１の側にある１つの開口の開口面積が、前記イオン抽出プレートの反対側にある１つの開口の開口面積よりも小さくなるような円錐形である、イオン抽出プレート。
  36. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    一部または全部の前記開口は円形である、イオン抽出プレート。
  37. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    一部または全部の前記開口は円形ではない形状である、イオン抽出プレート。
  38. 請求項３７のイオン抽出プレートであって、
    一部または全部の前記開口は、楕円形、スロット形状、多角形、Ｃ型、またはＴ型を有する、イオン抽出プレート。
  39. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    少なくとも約１ｍｍ、および約２５ｍｍ未満の厚みを有する、イオン抽出プレート。
  40. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    約１〜５０％の合計開口面積を有する、イオン抽出プレート。
  41. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    前記プレートの前記波形部分は、複数の円錐形特徴部を含み、各円錐形特徴部は、１つ以上の前記開口を備える、イオン抽出プレート。
  42. 請求項４１のイオン抽出プレートであって、
    前記複数の円錐形特徴部は、均一の高さおよび／または直径を有しない、イオン抽出プレート。
  43. 請求項４１のイオン抽出プレートであって、
    円錐形特徴部１つあたりの開口数は均一でない、イオン抽出プレート。
  44. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    前記プレートは、少なくとも２つの異なる区分タイプを含む複数の波形区分を備え、各波形区分は、一種類の波形特徴部を有する、イオン抽出プレート。
  45. 請求項４４のイオン抽出プレートであって、
    第１の区分タイプは、エッチング時に前記第１の区分タイプの開口を通って進むイオンを前記対応する開口の位置から径方向にずれた方向に誘導するように構成され、第２の区分タイプは、エッチング時に前記第２の区分タイプの開口を通って進むイオンを前記対応する開口の位置から方位角にずれた方向に誘導するように構成される、イオン抽出プレート。
  46. 請求項４４のイオン抽出プレートであって、
    前記波形区分は、パイ状または長方形である、イオン抽出プレート。
  47. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    前記プレートは、２つ以上の異なる種類の波形特徴部を有する、イオン抽出プレート。
  48. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    前記プレートの前記波形部分は、前記プレートの表面面積の少なくとも約５０％を占める、イオン抽出プレート。
  49. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    前記プレートの前記波形部分は、各々が対応する波形の角度を有する複数の波形特徴部を備え、前記波形の角度は均一でない、イオン抽出プレート。
  50. 請求項４９のイオン抽出プレートであって、
    最小の波形角度と最大の波形角度との差は、少なくとも約１０°である、イオン抽出プレート。
  51. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    埋め込まれた冷却チャネルおよび／または埋め込まれた加熱素子をさらに備える、イオン抽出プレート。
  52. 請求項３３のイオン抽出プレートであって、
    前記プレートの前記波形部分は、複数の波形頂点を備え、隣接する波形頂点間の距離は、少なくとも約２ｍｍである、イオン抽出プレート。
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