JP7164487B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理装置に関する。

従来から、不規則な反応を利用したプラズマを用いた基板処理技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許明細書第２００２／０１３９６５８号公報

本開示は、基板処理装置を提供する。

基板処理装置は、処理室と、前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持領域を有する載置台と、前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、前記基板保持領域を覆うように二次元的に配置され、放出された電子と前記ガスとの間の相互作用を生じさせるために前記ガスに向かって電子を放出するように構成された複数の電子銃アレイと、前記複数の電子銃アレイの各々に対応するように設けられ、各電子銃アレイから放出される電子のエネルギーを互いに独立に制御するように構成された複数の電子エネルギー制御部と、前記複数の電子銃アレイの各々は、電子を放出するように構成された複数の二次元的に配列されたカソードと、各カソードの周りに設けられ、前記各カソードに電子を放出させるように前記各カソードの電位よりも高い第１の電位を有するように構成されたゲート電極と、前記各カソードが接続されるノードと前記ゲート電極との間に接続され、前記カソードのノードと前記ゲート電極との間に印加される電圧を変化させて前記カソードのノードから前記ゲート電極に流れる電流を制御するように構成された電流制御部と、前記各カソードに対応する前記ゲート電極の前方に設けられ、前記各カソードから放出される電子を加速するための第１の電位よりも高い第２の電位を有するように構成された加速電極と、を有し、
前記複数の電子エネルギー制御部の各々は、前記加速電極と前記ゲート電極との間に印加される電圧を、前記電流制御部とは独立に制御することにより、前記各カソードから放出される前記電子のエネルギーを制御するように構成される。前記電流制御部は、第１の可変直流電源を含み、前記電子エネルギー制御部は、第２の可変直流電源を含み、前記各カソードは、前記第１の可変直流電源の負端子に接続された導電性パターン上に設けられ、前記ゲート電極は、前記各カソードの周りに対応するように配置され複数の開口を有する導電性プレートから構成されるとともに、前記第１の可変直流電源の正端子と前記第２の可変直流電源の負端子とに接続され、前記加速電極は、前記ゲート電極の前記複数の開口に対応するように配置された複数の開口を有する導電性プレートから構成され、前記第２の可変直流電源の正端子に接続される。

本実施形態のさらなる目的および利点は、以下の説明において部分的に記載され、部分的に、説明から明らかとなるか、または本発明の実施によって理解され得る。本発明の目的及び利点は、添付の特許請求の範囲で特に示されたエレメント及びその組み合わせによって実現され得る。上述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、いずれも例示的かつ説明的であり、請求項に係る発明を限定するものではないことを理解されたい。

本開示によれば、所望のエネルギーを有する電子をガスに照射してガスを励起することができる。

一実施形態に係る基板処理装置を示す。 電子銃アレイに含まれる単一の電子銃を示す。 カソードとゲート電極（Ｖｃｇ）との間の電圧と電子放出電流との関係を示す。 ゲート電極３６と加速電極３７（Ｖｇａ）との間に印加される電圧と、電子エネルギーとの関係を示す。 電子銃アレイの平面図を示す。 １つの電子銃アレイの平面図を示す。 ２つの隣接する電子銃アレイを示す。 ２つの隣接する電子銃アレイの断面図を示す。 電流密度の分布の例を示す。 電子エネルギーの分布の例を示す。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置によって実行される処理フローのシーケンスの例を示す。 従来の不規則な反応および直接電子相互作用を示す。 陰イオンを生成するプロセスを示す。 陰イオンを凹部の底部に向かって加速させるプロセスを示す。 陽イオンを生成するプロセスを示す。 陽イオンを凹部の底部に向かって加速させるプロセスを示す。 図１２ないし図１６に示される基板処理方法の処理シーケンスの例を示す。 反応生成物を排気する方法を示す。 従来の基板処理装置を用いた従来の基板処理方法を示す。 エッチングガス分子の陽イオンの挙動を示す。 電子銃アレイの駆動回路を示す。

本開示の実施形態は、添付図面を参照して以下に説明する。

図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す。本開示の基板処理装置は、種々のタイプの基板処理装置に適用することができる。本実施形態において、本開示の基板処理装置をエッチング装置に適用する例を以下に説明する。

基板処理装置は、処理室１０、載置台２０、電子銃アレイ３０、ガス導入部５０、バルブ６１～６８、流量制御部７１～７４、ガス供給源８１～８４、パルス電源９０、真空ポンプ１１０、１１１、及び制御部１２０を含む。基板１５０は、載置台２０の上面上に配置される。

処理室１０は、基板１５０を収容し、その中に基板１５０を処理するために設けられる。処理室１０は、天板１１と、側壁１２と、底板１３とを有する。処理室１０は、用途に応じて適切な材料で構成されてもよいが、処理室１０は、例えば、陽極酸化アルミニウムで構成されてもよい。

処理室１０は、処理室１０の一部として、電子銃アレイ３０の上方にある上部バッファ空間１８を含む。天板１１の内壁は、天板１１の周囲よりも薄くなるように、中央部分に凹部を有する。より薄い部分は、上部プレート１１の下面と電子銃アレイ３０との間にバッファ空間１８を形成する。ガス導入部５０は、上板１１を貫通してバッファ空間１８と連通し、バッファ空間１８にガスを導入する。複数のガス吐出孔１９が、隣接する電子銃アレイ３０間に設けられる。バッファ空間１８に供給されるガスは、ガス吐出孔１９を通って流れ、下方に向かう。

処理室１０は、処理室１０の中央に高さ方向に水平に延びる中間電極１６を含む。中間電極１６は、処理室１０の内部をガス励起部１４と処理部１５に分割する。ガス励起部１４は、処理室１０の上部に設けられ、処理部１５は、処理室１０の下部に設けられる。中間電極１６は、複数の開口１７を有する。開口１７は、中間電極１６内に設けられ、分配される。励起ガスは、ガス励起部１４から中間電極１６の開口部１７を介して処理部１５に供給される。

ガス励起部１４は、ガス導入部５０からガス励起部１４に供給されるガスを励起するように設けられている。ガス励起部１４は、電子銃アレイ３０を含む。電子銃アレイ３０は、例えば、載置台２０の上面に面するように処理室１０の上壁（すなわち、上板１１の内側）に設けられる。

電子銃アレイ３０は、複数の電子銃４０と、電流制御部３８と、電子エネルギー制御部３９とを含む。複数の電子銃４０の各々は、放出された電子がガス励起部１４に導入され、ガス励起部１４を通って拡散するガス（分子）と衝突するように、ガス励起部１４に向かって電子を発射する。発射された電子は、電子エネルギー制御部３９によって制御される所定のエネルギーを有し、ガス分子を所定の状態に変更する。ガス分子は、電子のエネルギーに依存して所定の状態に変化するので、ガス分子の状態は、電子のエネルギーを制御することによって制御することができる。この原則については後述する。

上述のように、ガス導入部５０は、基板１５０を処理室１０内で処理するためのガスを供給するために設けられる。ガス導入部５０は、例えば、処理室１０の上部プレート１１を貫通するパイプで構成される。ガス導入部５０は、様々なガスを処理室１０に供給するガス管５１に接続される。各ガス管５１は、バルブ６０、６１およびマスフロー制御部７０を介してガス供給源８０に接続される。各ガス供給源８０は、図１に示すように、Ａｒ、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８、およびＯ_２のようなプロセスに応じてガスを保持する。マスフロー制御部７０は、ガス供給源８０から供給されるガスの流量を制御するために設けられる。ガスが処理室１０に供給されると、バルブ６０及び６１が開き、マスフロー制御部７０は、ガス供給源８０から供給されるガスの流量を制御する。

中間電極１６は、必要に応じて設けることができる。中間電極１６は、例えば、ガス励起部１４と処理部１５との間に設けられる。例えば、中間電極１６は、ガス励起部１４内の電子が処理部１５に入るのを防止する。中間電極１６は、Ｃｒ、ＴｉＮ及びＴａＮを含む金属等の導電性材料で構成される。図１に示すように、中間電極１６は、例えば、励起部１４の電子が処理部１５に入らないように接地されている。さらに、中間電極１６は、接地される代わりにパルス電源に接続されてもよい。パルス電源が中間電極１６に正のパルス及び負のパルスを交互に供給する場合、イオンエネルギーは、中間電極１６に供給される正のパルス及び負のパルスによって調整することができる。

処理部１５は、基板１５０を処理するために設けられる。基板１５０は、例えば、シリコンウエハから構成されるが、シリコンウエハに限定されない。基板１５０は、用途に応じて、ＳｉＣのような他の材料で構成されてもよい。本実施形態では、エッチング装置は、基板１５０または基板１５０上に堆積された膜をエッチングする。処理部１５は、基板１５０を支持する載置台２０を含む。

載置台２０は、処理される基板１５０を上面上に保持する。載置台２０は、電子銃アレイ３０と対向するように設けられ、励起ガスで基板１５０を保持する。載置台２０は、例えば、基板１５０をその上に保持するための静電チャックとして構成される。また、載置台２０は、上面の周囲にエッジリング２１を備えてもよい。エッジリング２１は、基板を均一に処理するために設けられる。エッジリング２１は、例えば、シリコン、石英等で構成されている。

パルス電源９０は、載置台２０にバイアス電圧を印加するために設けられる。パルス電源９０は、例えば、正のパルス電力及び負のパルス電力を出力する。従って、パルス電源９０は、バイアス電圧として載置台２０に正の電圧及び負の電圧を印加する。パルス電源９０は、用途に応じて、パルス電力の電圧値及び周波数を変化させることができる。

ここで、電子銃アレイ３０は、上部電極として機能し、載置台は、下部電極として機能する。本実施形態の基板処理装置は、連鎖反応を起こす不規則反応をエッチングに用いないが、基板処理装置は、基本構造及び処理部１５の構造について、ランダムに発生した反応種を用いたエッチング装置と同様に構成することができる。

真空ポンプ１１０および１１１は、処理室１０を排気するために設けられ、排気パイプ１００を介して処理室１０に接続される。真空ポンプ１１０は、ターボ分子ポンプであってもよく、真空ポンプ１１１は、例えば、ドライポンプであってもよい。真空ポンプ１１０および１１１が処理室１０内を適切に排気することができる限り、真空ポンプ１１０および１１１には様々な真空ポンプが利用可能である。

制御部１２０は、基板処理装置の動作を制御する。制御部１２０は、プロセスレシピに従って基板処理装置の全動作を制御し、また、電子銃アレイ３０の動作および設定を制御する。

制御部１２０は、ＣＰＵ（中央処理装置）と、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）のようなメモリとを含むマイクロコンピュータから構成されてもよい。制御部１２０は、命令を含むプログラムを読み取り、基板処理プロセスを実施することができる。例えば、基板プロセスを実行するためのプログラム命令を記憶するレシピは、所定の読取装置に設定され、読取装置は、プログラムをマイクロコンピュータのメモリにインストールする。ＣＰＵは、レシピに従って命令を実行する際にプログラムを読み出す。プログラムを実行する際、制御部１２０は、電子銃アレイ３０の動作を含む基板処理装置の動作全体を制御する。

図２は、電子銃アレイ３０に含まれる単一の電子銃４０を示す。

電子銃４０は、カソード導電パターン３４、カソード３５、ゲート電極３６、加速電極３７、電流制御部３８、電子エネルギー制御部３９、及びスイッチングデバイス４１を含む。

カソード３５は、先端から電子を発射するように設けられている。カソード３５の構成は、特定の形状に限定されないが、カソード３５は、電子を容易に放出するための鋭いエッジまたは先端を有してもよい。図２は、スピント型電界エミッタとしてのカソード３５を示しているが、カソード３５には任意のタイプのカソードを使用することができる。図２は単一のカソード３５を図示しているが、単一の電子銃アレイ３０は、図１に示すように、複数のカソード３５を含む。複数のカソード３５は、図２に示すように、１つのノード３５ｎ（「接続点」とも呼ばれる）に接続される。しかし、図２には、例示の目的で１つの電子銃４０が説明されている。

ゲート電極３６は、カソード３５の先端から電子を放出させる電場を形成するために設けられる。ゲート電極３６は、カソード３５を取り囲む開口３６ａを有する。より具体的には、ゲート電極３６は、カソード３５の先端と同じ高さに設けられ、カソード３５が先端から電子を放出させる。

電流制御部３８は、例えば、可変直流電源を含む。電流制御部３８の負端子は、トランジスタ４１及びカソード導電パターン３４を介してカソード３５に電気的に接続される。電流制御部３８の正端子は、ゲート電極３６に電気的に接続されている。カソード３５とゲート電極３６との間の電界は、カソード３５から電子が放出されるか否かを決定づける。カソード３５から電子が放出され得る電界の最小値を１Ｖ／μｍに設定し、カソード３５の先端とゲート電極との間の距離を０．１μｍに設定したとき、カソード３５とゲート電極３６との間に０．１Ｖの電圧が印加されると、カソード３５の先端から電子が放出される。従って、カソード３５の先端とゲート電極３６との間の距離がより狭く設定されるにつれて、より低い電圧でカソード３５から電子が放出され得る。従って、ゲート電極３６と加速電極３７との間に電圧を印加することによって生じる電子エネルギーの制御範囲を広げて所望の電子エネルギーを得ることができるので、カソード３５の先端とゲート電極３６との間の距離をできるだけ短くして、エネルギーをできるだけ低くしてカソード３５から電子を引き出すようにする。例えば、カソード３５とゲート電極３６との間に印加される電圧は、０．０５～２Ｖの範囲内、０．０７～１．５Ｖの範囲内、０．１～１．０Ｖの範囲内であってもよい。

図３は、カソード３５とゲート電極との間に印加される電圧（Ｖｃｇ）と電子放出電流との関係を示す。電子放出電流は、カソード３５から電流制御部３８の負極に流れる電流を示す。電子がカソード３５から放出されると、電子放出電流はゼロより大きくなる。図３の「Ｖｍｉｎ」は、電子がカソード３５から放出され得る最小電圧値を示す。図３に示されるように、Ｖｃｇと電子放出電流との関係は互いに比例しないので、Ｖｃｇは、例えば、Ｖｍｉｎよりわずかに高い値に設定される。

カソード３５に電子を放出させる電場の値は、カソード３５の材料の仕事関数に依存する。カソードの材料は、例えば、タングステン（Ｗ）、カーボンナノチューブ、またはモリブデン（Ｍｏ）のような高融点金属で構成される。しかしながら、カソード３５の材料は、上記の材料に限定されず、カソード３５のために任意の適切な材料を使用することができる。

一方、ゲート電極３６及び加速電極３７は、例えば、クロム、窒化チタン、窒化タンタルから作ることができる。ゲート電極３６及び加速電極３７が薄く硬く形成され、プロセスガス（例えば、フッ素含有ガス）に対する抵抗特性を有する限り、ゲート電極３６及び加速電極３７には種々の材料が利用可能である。

カソード３５から電子を放出する最小電圧を定めるカソード３５の先端とゲート電極３６との間の距離の設定下で、電流制御部３８は、カソード３５とゲート電極３６との間に印加される電圧を制御することにより、カソード３５から電子を放出させるかどうかを制御することができる。ここで、各電子銃アレイ３０の電子放出電流は、複数のカソードが並列に接続されているノード３５ｎとスイッチングデバイス４１との間に電流計を挿入するか、抵抗を挿入し、挿入された抵抗の両端の電圧を測定することにより測定することができ、各電子銃アレイ３０は一つのピクセルとみなすことができる。従って、各ピクセル（すなわち、各電子銃アレイ３０）は、各ピクセルについて測定された電子放出電流に基づいて制御され得る。さらに、スイッチングデバイス４１は、電子の出力をオン／オフし、パルス波を形成するように設けられている。本実施形態では、スイッチングデバイス４１は、ＭＯＳトランジスタから構成されるが、スイッチングデバイス４１として任意のスイッチングデバイスを使用することができる。

加速電極３７は、カソード３５から放出される電子を加速するために設けられる。加速電極３７は、開口部３６ａと一致する開口部３７ａを有する。開口部３７ａの中心が開口部３６ａの中心と一致する限り、加速電極３７は様々な形状を有してもよい。しかしながら、各電子銃４０における電子を均一に加速するために、加速電極３７は、例えば、ゲート電極３６の形状と同じ形状を有する。図２は、ゲート電極３６の形状と同じ形状を有する加速電極３７を示す。

電子エネルギー制御部３９は、例えば、プラス端子とマイナス端子とを有する可変直流電源から構成される。電子エネルギー制御部３９の負極はゲート電極３６に接続され、電子エネルギー制御部３９の正極は加速電極３７に接続される。図２に示す実施形態では、電子エネルギー制御部３９の正極は接地される。従って、加速電極３７の電位は接地電位（ゼロ）に設定され、ゲート電極３６の電位は負電位に設定される。カソード３５から放出される電子の初期エネルギー、及びゲート電極３６と加速電極３７との間に印加される電圧は、電子銃４０から放出される電子エネルギーを決定する。

図４は、ゲート電極３６と加速電極３７（Ｖｇａ）との間に印加される電圧と電子エネルギーとの関係を示す。図４に示すように、電子エネルギーはＶｇａに比例する。したがって、Ｖｇａを制御する（Ｖｇａを変化させる）ことにより、電子エネルギーは容易に制御でき、直線的に変化するので、所望の値に容易に設定できる。

本実施形態では、電流制御部３８と電子エネルギー制御部３９は、互いに独立して制御することができる。したがって、電流制御部３８は、所望の初期エネルギーで電子を生成することができ、電子エネルギー制御部３９は、電子銃４０から放出され、ガスに向かう電子の電子エネルギーを制御することができる。

図５は、電子銃アレイ３０の平面図を示す。複数の電子銃アレイ３０は、基板１５０の領域を完全に覆うように二次元的に配置される。従って、複数の電子銃アレイ３０は、載置台２０上に配置された基板１５０の全領域を覆うように、処理室１０の上側の壁面（天井面）上にマトリックス状に配置される。電子銃アレイ３０の各々は、そこから放出される電子のエネルギーを制御することができる。従って、電子銃アレイ３０は、基板１５０の表面を横切る電子エネルギーを局所的に制御することができる。

さらに、電子銃アレイ３０は、隣接する電子銃アレイ３０間の狭い交差空間にガス吐出孔１９を有する。隣接する電子銃アレイ３０間にガス吐出孔１９を設けることにより、ガスをガス励起部１４に均一に導入することができる。

従って、シャワーヘッドがガスを供給するときのように、電子銃アレイ３０の全領域からガスを均一に供給することができ、かつ電子銃アレイ３０が均一なエネルギーで電子を放出できるので、供給されたガスは、電子銃アレイ３０から放出される電子によって均一に励起される。

一方、ガス導入部５０は、処理室１０の側壁１２を介して設けられてもよい。円周方向及び高さ方向における電子銃アレイ３０と中間電極１６との間で処理室１０の側壁１２を貫通する複数のガス導入部５０を設けることにより、ガスをバッファ空間１８内に供給することができる。

図６は、１つの電子銃アレイ３０の平面図を示す。加速電極３７は、電子銃アレイ３０のトッププレートを形成する。加速電極３７は、多くの開口３７ａを有し、その各々は、カソード３５及びゲート電極３６の開口３６ａを有する。すなわち、加速電極３７及びゲート電極３６は、マトリックス状に多数の開口部３７ａまたは３６ａを有する１枚の金属板としてそれぞれ形成される。従って、１つの電子銃アレイ３０は、図２で説明した複数の電子銃４０を含む。

電子銃アレイ３０は、例えば、正方形の形状に形成されてもよい。基板１５０が円形に形成されるとき、正方形の電子銃アレイ３０は、マトリックス状に配列されることによって、基板１５０の全領域を覆うことができる。電子銃アレイ３０のサイズは、基板１５０のサイズおよび用途に応じて決定され得るが、基板１５０が３００ｍｍの直径を有する場合、１ｃｍから５ｃｍの範囲、例えば２ｃｍであり得る。図５は、比較的大きい電子銃アレイ３０の各々を概略的に示すが、電子銃アレイ３０の各々は、図５の例示よりも小さく形成することができる。また、１つの電子銃アレイ３０に含まれる電子銃４０の数は、できるだけ多く設定されることが好ましい。例えば、加速電極３７の開口３７ａの直径は、１００ｎｍに設定することができる。

図７は、２つの隣接する電子銃アレイ３０を示す。電子銃アレイ３０の各々は互いに別々に、Ｖｃラインに接続されたカソード導電パターン３４と、Ｖｇラインに接続されたゲート電極３６と、Ｖａｃｃラインに接続された加速電極３７とを有する。したがって、電子銃アレイ３０の各々は、それぞれの電子銃アレイ３０に対応する電圧線Ｖｃ、Ｖｇ及びＶａｃｃが互いに別々に設けられているので、カソード３５（すなわち、カソード導電パターン３４）とゲート電極３６との間の電圧、及びゲート電極３６と加速電極３７との間の電圧について別々に制御することができる。したがって、電子銃アレイ３０に含まれる電子銃４０は、互いに独立して制御することができないが、電子銃アレイ３０の各々は、互いに独立して制御することができる。

図８は、２つの隣接する電子銃アレイ３０の断面図を示す。図８に示すように、電子銃アレイ３０は、ベースプレート３１、接着層３２、上部プレート３３、カソード導電パターン３４、カソード３５、ゲート電極３６および加速電極３７を含む。ここで、ベースプレート３１、接着層３２及び上部プレート３３は、それぞれ、２つの電子銃アレイ３０を介して１つの部品として形成される。一方、カソード導電パターン３４、カソード電極３５、ゲート電極３６および加速電極３７は、それぞれ、２つの電子銃アレイ３０に対応するように１対１で提供される。従って、電子銃アレイ３０は、基板１５０の領域を完全に覆うように物理的に１つの部品として形成されても、電子銃アレイ３０の各々が互いに独立して電子エネルギーを制御し、それによって電子エネルギーおよびガス励起を局所的に制御できるように形成できる。従って、電子銃アレイ３０の各々の特性が経時的に互いに異なるように変化しても、均一なガス励起は、電子銃アレイ３０の各々が同一のエネルギーを有する電子を放出するように電子エネルギーを制御することによって達成することができる。

図９は、電流密度の分布の例を示す。図９に示されるように、電流密度は、電子銃アレイ３０の位置において、異なる経時変化をし得る。電子銃アレイ３０の一部は、異なる特性及び公差を有するので、バラツキが生じ得る。

図１０は、電子エネルギーの分布の一例を示す。図１０に示すように、電流密度が位置で異なっていても、本実施形態の電子銃アレイ３０は、電流制御と電子エネルギー制御を互いに独立に行うことができるので、電子銃アレイ３０の電子エネルギーを局所的に調整することにより、均一な電子エネルギーを有する電子を出力することができる。例えば、いくつかの電子銃アレイ３０が劣化すると、電流制御部３８は、均一な電流を供給するように調整される。電流制御部３８を調整しても、電子エネルギーと電子放出電流とを互いに独立に制御することができるので、電子エネルギーを一定に保つように加速制御部３９によって制御される加速電圧を一定に保つことができる。

したがって、本実施形態の電子銃アレイ３０は、電子銃アレイ３０がそれぞれ互いに異なるＩ－Ｖ特性を有する場合でも、基板１５０の面内で均一な電子エネルギーを達成することができる。

図１１は、本開示の一実施形態による基板処理装置によって実行される処理フローシーケンスの例を示す。

ステップＳ１００において、制御部１２０は、真空ポンプ１１０及び１１１が処理室１０内を排気するように制御する。処理室１０内の圧力が、電子がガス分子と１回だけ衝突するような所定の真空度に到達すると、処理フローのステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において、Ｉ－Ｖ特性が、各電子銃アレイ３０について測定される。図２および図３を参照して説明したように、各電子銃４０のＩ－Ｖ特性は、電流制御部３８の設定電圧に対して、カソード３５からノード３５ｎに流れる電流を測定することによって測定することができる。さらに、各電子銃アレイ３０のＩ－Ｖ特性は、カソード３５のノード３５ｎから電流制御部３８の負端子に流れる電流を測定することによって測定することができる。Ｉ－Ｖ特性は、電子銃アレイ３０の各々が異なるＩ－Ｖ特性を有し得ること、及びＩ－Ｖ特性が同一の電子銃アレイ３０内でさえも経時的に変化し得ることから、電子銃アレイ３０の各々の条件を把握するために測定される。従って、Ｉ－Ｖ特性は、電子銃アレイ３０の各々に対して測定される。各電子銃アレイ３０のＩ－Ｖ特性を測定すると、カソード３５のノード３５ｎから電流制御部３８に流れる電流値が測定され、電流制御部３８の出力電圧が測定電圧値として使用される。

ステップＳ１１０を実行する際、制御部１２０は、電流制御部３８（可変直流電源）の電圧を制御し、ノード３５ｎと電流制御部３８の負端子との間に設けられた電流計により、ノード３５ｎから電流制御部３８の負端子に流れる電流を測定する。

ステップＳ１２０において、電子銃アレイ３０の各々についてノード３５ｎとゲート電極３６との間の電圧値（Ｖｃｇ）が決定される。制御部１２０は、電子銃アレイ３０の各々の電圧値（Ｖｃｇ）を決定することができる。電圧値（Ｖｃｇ）が決まると、電流値が基準値（又は参照値）になる。この際、制御部１２０は、ピクセルとみなされるすべての電子銃アレイ３０の電流値が目標電流値（定数値）となるように、各電子銃アレイ３０の電圧値（Ｖｃｇ）を制御する。従って、制御部１２０は、各ピクセル（すなわち、各電子銃アレイ３０）について、ノード３５ｎから電流制御部３８の負極に流れる電流値に基づいて、ノード３５ｎとゲート電極３６との間の電圧値（Ｖｃｇ）を決定する。制御部１２０は、電流値に基づいてカソードノード３５ｎとゲート電極３６との間の電圧値を求めると、電流制御部３８の電圧値を求めた電圧値に設定する。

ステップＳ１３０において、制御部１２０は、全ての電子銃アレイ３０の電圧が設定されたかどうかを判定する。一例では、制御部１２０は、電子銃アレイ３０の全てが同じ電圧値を有するように、電圧値（Ｖｃｇ）を設定する。他の例では、制御部１２０は、電子銃アレイ３０の各々が異なる電流値を有するように電圧値（Ｖｃｇ）を設定する。各ピクセルの電流値は、反応種の分布を等しくするために意図的に不均一に設定することができる。全ての電子銃アレイ３０のカソード３５とゲート電極３６との間の電圧値がまだ設定されていない場合、制御部１２０は、ステップＳ１１０に戻り、ステップＳ１１０およびＳ１２０を繰り返し、すべての電子銃アレイ３０の電圧値を設定するまで継続する。制御部１２０が、全ての電子銃アレイ３０の電圧値（Ｖｃｇ）を決定し、電流制御部３８の出力電圧を所定の値に設定すると、処理フローのステップＳ１４０に移行する。

ステップＳ１４０において、制御部１２０は、電子銃アレイ３０の各々について、加速電極３７とゲート電極３６との間の電圧値を設定する。例えば、制御部１２０は、均一なエネルギーを有する電子を放出するように、電圧値の各々を調整する。ステップＳ１２０において、制御部１２０は、電子銃アレイ３０の各々の条件に応じて、ノード３５ｎとゲート電極３６との間の電圧値を種々設定する。従って、電子銃アレイ３０の電圧値（Ｖｃｇ）は、互いに異なってもよい。電子銃アレイ３０から放出される電子エネルギーが均一に設定されることが望ましい場合、電子エネルギーは、カソード３５（ノード３５ｎの電圧に等しい）と加速電極３７との間の加速電圧に依存するので、ゲート電極３６と加速電極３７との間の電圧値（Ｖｇａ）は、加速電圧を等しくするように調整される。したがって、カソード３５とゲート電極３６との間の電圧値（Ｖｃｇ）が、電子銃アレイ３０の全ての間で互いに異なる場合であっても、電子銃アレイ３０の各々についてノード３５ｎと加速電極３７との間の加速電圧のそれぞれを均一にするようにノード３５ｎとゲート電極３６との間の電圧値（Ｖｇａ）のそれぞれを別々に調整することにより、電子銃アレイ３０の各々の加速電圧を均一にすることができる。したがって、ゲート電極３６と加速電極３７との間の電圧値（Ｖｇａ）を、電子銃アレイ３０に設定されたノード３５ｎとゲート電極３６との間の電圧値（Ｖｃｇ）に基づき適切な値に設定することにより、電子銃アレイ３０から放出される電子エネルギーを均一にすることができる。従って、実質的に同じ種類のガスの反応種を得るために、制御部１２０は、全ての電子銃アレイ３０のゲート電極３６と加速電極３７（Ｖｇａ）との間の電圧を一定値に設定する。

これに対し、基板１５０の特定の領域は、他の領域よりも強力または弱い強度で処理する必要があり、特定の領域を処理するために使用される特定の電子銃アレイ３０を制御して、特定の領域に放出される電子を高エネルギーまたは低エネルギーを有するようにしてもよい。

このように、本実施形態による基板処理装置によれば、ガスに向けて放出される電子のエネルギーは、所望のプロセスおよび所望の用途に従って基板１５０を処理するように、地域的に制御されてもよい。

ステップＳ１５０において、搬送アーム（図示せず）は、基板を処理室１０内に搬送する。基板１５０は、載置台２０上に載置される。もしくは、基板１５０は、ステップＳ１００とステップＳ１１０との間で処理室内に搬送されてもよい。基板１５０の種類は、特定の種類の基板に限定されないが、例えば、シリコンウエハを基板１５０として使用してもよい。

ステップＳ１６０において、プロセス用ガスがガス導入部５０から処理室１０に導入される。特に、制御部１２０は、プロセスガスが所定の流量でパイプ５０を介して処理室１０のバッファ空間１８に供給されるように、バルブ６１～６８および流量制御部７１～７４を制御する。バッファ空間１８に供給されるプロセスガスは、ガス吐出孔１９を通ってガス励起部１４に流れる。このとき、電子銃アレイ３０は、均一なエネルギーを有する電子を放出する。従って、ガス中に含まれる分子は、所定のエネルギーを有する電子との衝突により反応種に変換される。ここで、プロセスガスは、ガスと衝突する電子のエネルギーに依存してその状態を変化させる。従って、ガス条件は、電子銃アレイ３０から放出される電子エネルギーを制御することによって制御することができる。以下、ガス制御についてより詳細に説明する。

ステップＳ１７０において、制御部１２０は、基板１５０にプロセスを実行する。基板処理装置をエッチング装置として構成した場合には、基板１５０上にエッチング処理を行う。一方、基板処理装置が成膜装置として構成された場合には、基板１５０上に成膜処理を行う。ガスは実質的に同じエネルギーを有する反応種に変換されるので、反応種は基板１５０と均一に反応する。基板処理装置が、基板１５０上に堆積された膜をエッチングするエッチング装置として構成される場合、実質的に同じエネルギーを有する反応種は、基板１５０上に堆積された膜と反応する。基板処理装置が、ＡＬＤ（原子層堆積）又はＣＶＤ（化学蒸着法）によって基板１５０上に膜を堆積させる成膜装置として構成される場合、実質的に同じエネルギーを有する反応種は、処理室１０に供給される他のガスと反応する。従って、電子のエネルギーを制御することにより、基板１５０上で均一なプロセスを実行することができる。

基板処理装置が処理を終了すると、処理が終了する。

上述のように、基板処理装置は、均一なプロセス等のプロセス用途に応じて様々なプロセスを実行することができる。

次に、本実施形態の従来の不規則反応と直接電子相互作用との差について説明する。

図１２は、従来の不規則反応および直接電子相互作用を示す。

図１２の左の列は、従来の不規則反応の例を示す。図に示すように、不規則反応では、電子が気体の分子と衝突した後、イオン化された分子は次々と他の分子と衝突する。言い換えれば、連鎖反応は不規則反応が起こるときに起こる。この場合、反応は複数回連続して起こるので、反応を制御するのは困難である。図１２の左の列の下部は、電子エネルギー分布を示しており、電子エネルギー分布は、正規分布曲線を示す。このように、電子エネルギーは広いエネルギー領域に分布するので、電子エネルギーを特定の値に制御することはできない。

一方、図１２の右の列は、本実施形態における直接電子相互作用の例を示す。右の列の上部に示すように、電子は実質的に一回ガス分子と衝突する。電子エネルギーが小さい場合、電子はガス分子と衝突した後、ガス分子に吸着するか、またはガス分子に付着する。より具体的には、電子エネルギーは小さいため、電子はガス分子と衝突した後にガス分子から跳ね返らず、ガス分子に付着する。換言すれば、電子の付着は、電子がガス分子の解離を引き起こさないように、所定の小さなエネルギーに電子エネルギーを制御することによって起こる。したがって、電子がガス分子と衝突しても解離は起こらず、陰イオンが生成される。

図１２の右の列の下部は、電子エネルギー分布を示す。グラフに示されているように、電子は特定のエネルギー範囲にある。したがって、直接電子相互作用は特定の狭いエネルギー領域で起こり、選択的な反応が起こる。ここで、直接電子相互作用は、ガスを反応種または活性種にする。反応種または活性種は、特定のエネルギーを有するが、従来の不規則反応によって生成される反応種とは異なる。反応種または活性種のエネルギーは、反応種または活性種は連鎖反応を引き起こさないように、電子銃アレイ３０から放出される電子のエネルギーによって制御することができる。

次に、特定の反応種を生成する例を以下に説明する。

表１は、電子との衝突によって引き起こされるＣＦ_４および誘導体種の反応を示す。表１において、「閾値または係数」は電子のエネルギーを示し、「反応」は、「閾値または係数」のエネルギーを有する電子との衝突によって引き起こされる反応の種類を示す。

表１に示すように、反応の種類には、「イオン化」、「電子付着」、「解離」および「ＣＦ_４の振動励起」が含まれる。反応の同じタイプでは、「閾値または係数」の値は互いに近い。例えば、イオン化は８．７ｅＶから２２．０の範囲で起こり、電子の付着は４．３ｅＶで起こる。したがって、ＣＦ_４と衝突する電子のエネルギーを変えることによって、反応の種類と誘導体種を制御することができる。

表１はＣＦ_４の場合のみを示しているが、ガスと衝突する電子のエネルギーを制御することによって、他のガスの反応の種類および誘導体種を制御することができる。

次に、本実施形態の基板処理装置を用いた基板処理方法における反応機構について、図１３～図１８を参照して説明する。図１３～１７は、基板または基板上の膜に凹部を形成するためのエッチングガスを使用する一連のプロセスを示す。図１３～１７は、例示の目的で、１つのガス分子および１つの凹部を示す。しかしながら、実際のプロセスは、複数のガス分子および複数の凹部を含んでよい。

図１３は、陰イオンを生成するプロセスを示す。陰イオンを生成するプロセスにおいて、ガス導入部５０は、分子１３０を含むエッチングガスを処理室１０内に供給し、電子銃アレイ３０は、エッチングガスに１ｅＶ未満のエネルギーを有する電子を放出する（図１参照）。電子銃アレイ３０から放出される電子のエネルギーを１ｅＶ未満に設定することにより、電子はエッチングガス分子１３０に付着し、エッチングガス分子１３０の陰イオンを生成することができる。このとき、ガスは解離せず、ガス分子１３０の陰イオンは、ガス分子１３０を分解することなく効率的に生成することができる。

ここで、エッチングガスは、特定のガスに限定されない。例えば、エッチングガスは、ＣＦ_４、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_８、ｃ－Ｃ_４Ｆ_８、Ｃｌ_２、ＨＢｒおよびＳＦ_６のようなハロゲン含有ガスを含む。シリコンをエッチングする場合は、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、またはＳＦ_６の陰イオンが生成されうる。酸化ケイ素膜をエッチングする場合は、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３のような少なくとも１つのフッ化炭素分子を含む陰イオンが生成されうる。

図１４は、陰イオンを凹部の底部に向かって加速するプロセスを示す。陰イオンを凹部１５１の底部に向かって加速するプロセスにおいて、正のバイアス電圧が載置台２０に印加され、載置台２０から中間電極１６に向かう電界が形成される。エッチングガス分子１３０の陰イオンは、凹部１５１の底面に直進し、凹部１５１の底面と衝突するとき、凹部１５１の底面に負電荷を与える。

ここで、電子は帯電した基板によって影響を受けるので、直進することができない（図１９参照）。対照的に、陰イオンは、その運動エネルギーにより帯電した基板の影響を受けにくいため、凹部１５１の底部に到達することができる。従って、凹部１５１の底部は、陰イオンによって負に帯電され得る。陰イオンは、陰イオンの種類とそのエネルギー、プロセスの種類、および基板の種類との関係に応じて、凹部１５１の表面をエッチングしてもよく、しなくてもよい。

図１５は、陽イオンを生成するプロセスを示す。陽イオンを生成するプロセスにおいて、ガス導入部５０は、分子１３０を含むエッチングガスを供給し続け、電子銃アレイ３０は、電子がエッチングガス分子１３０と衝突したときに、エッチングガス分子１３０の陽イオンを生成できるエネルギーを有する電子を放出する。例えば、電子のエネルギーは１００ｅＶ未満に設定される。電子のエネルギーは、１ｅＶ以上１００ｅＶ未満であってよく、１０ｅＶ～５０ｅＶの範囲であってよい。電子のエネルギーは、電子がエッチングガス分子１３０と衝突したときに陽イオンを生成することができる値に設定される。電子銃アレイ３０は、加速電極３７とゲート電極３６との間の電圧を増加させることにより、電子のエネルギーを容易に増加させることができる。

図１６は、陽イオンを凹部の底部に向かって加速するプロセスを示す。陽イオンを凹部１５１の底部に向かって加速するプロセスにおいて、エッチングガス分子１３０の陽イオンは凹部１５１の底部に向かって移動する。凹部１５１の底部が図１４に示される陰イオンを加速するプロセスにおいて負に帯電しており、かつ負のバイアス電圧が載置台２０に印加されているためである。凹部１５１の負に帯電した底部は、エッチングガス分子１３０の陽イオンを引きつけ、負電荷が陽イオンによって打ち消されるため、陽イオンがそれと衝突したときに電気的に中性になる。このとき、エッチングガス分子１３０の陽イオンは、凹部１５１の底部をエッチングする。

このプロセスにおいて、パルス電源９０は、必要に応じて載置台２０に負電圧を印加することができる。このようにすることにより、載置台２０と中間電極１６との間の電界を増加させ、エッチングガス分子１３０の陽イオンを凹部１５１の底部により効率的に引きつけることができる。

図１７は、図１２から１６に示される基板処理方法のプロセスシーケンスの例を示す。図１７（ａ）は、ラジカル源（エッチングガス）の状態を示す。図１７（ｂ）は、電子のエネルギーを示す。図１７（ｃ）は、載置台のバイアス電圧を示す。図１７（ｄ）は、放出された電子の量を示す。図１７（ｅ）は、ガス分子のイオンの量および符号を示す。横軸はプロセスのステージを示す。

ステップＳＴ１において、ガス導入部５０は、処理室１０内にエッチングガスを導入し、電子銃アレイ３０は、図１７（ｂ）及び（ｄ）に示されるように、低エネルギーで電子を放出する。従って、図１７（ａ）及び（ｅ）に示すように、エッチングガス分子１３０の陰イオンが生成される。この段階は、図１３のプロセスに対応する。

ステップＳＴ２において、パルス電源９０は、図１７（ｃ）に示すように、載置台２０に正の電圧を印加する。これは、ステップＳＴ１で生成されたエッチングガス分子１３０の陰イオンを凹部１５１の底部に引きつける。この段階は、図１４のプロセスに対応する。

ステップＳＴ３において、電子銃アレイ３０は、図１７（ｂ）および（ｄ）に示されるように、高エネルギーを有する電子を放出し、それにより、図１７（ａ）および（ｅ）に示されるように、陽イオンを生成する。このステップは、図１５のプロセスに対応する。

ステップＳＴ４において、パルス電源９０は、図１７（ｃ）に示すように、載置台に負電圧を印加する。負に帯電した凹部１５１の底部および負電圧が印加された載置台は、ステップＳＴ３で生成されたエッチングガス分子１３０の陽イオンを引きつける。陽イオンは凹部１５１の底部と衝突し、陽イオンの量は図１７（ｅ）に示すように減少する。このステップは、図１６のプロセスに対応する。

ステップＳＴ５において、真空ポンプ１１０および１１１は、処理室１０を排気し、それにより、エッチングガスと凹部１５１の底部との反応によって生成される反応生成物を除去する。このステップは、図１８に示されたプロセスに対応する。

ステップＳＴ６において、エッチングプロセスの終了後、制御部１２０はクリーニングプロセスを実行する。より具体的には、制御部１２０は、洗浄ガスを処理室１０に導入させ、それによって、処理室１０のドライクリーニングを行う。

したがって、制御部１２０は、本実施形態に係る基板処理装置を制御することにより、処理を行うことができる。さらに、制御部１２０は、一例として、任意の位置で同じエネルギーを有する電子を放出するように電子銃アレイ３０を制御し、それによって均一な基板プロセスを実行することができる。

ここで、載置台２０に、正のバイアス電圧及び負のバイアス電圧を順次印加することができる。例えば、制御部１２０は、パルス電源９０の周波数を調整しながら、図１７（ｃ）に示されるように、パルス周波数電源９０に、まず載置台２０に正のバイアス電圧を印加させ、次に載置台２０に負のバイアス電圧を印加させてもよい。あるいは、例えば、制御部１２０は、パルス源９０の周波数を調整しながら、パルス周波数電源９０に、まず載置台２０に負電圧を印加させ、次に正電圧を印加させてもよい。より具体的には、図１７（ｃ）及び図１７（ｅ）に示されるように、基板処理装置は、異なる符号（図１７（ｅ））を有するイオンを生成し、イオンの生成にタイミングを合わせながら、イオンの符号と反対の符号を有するバイアス電圧を載置台２０に印加する（図１７（ｃ））。

さらに、制御部１２０は、パルス周波数電源９０に、正のバイアス電圧および負のバイアス電圧を様々なシーケンスで印加させてもよい。例えば、制御部１２０は、パルス周波数電源９０に、正のバイアス電圧、正のバイアス電圧、及び負のバイアス電圧を載置台２０にこの順序で印加させてもよい。この場合、制御部１２０は、生成されたイオンとバイアス電圧が互いに逆の符号を有するように、バイアス電圧の印加にタイミングを合わせながら、電子銃アレイ３０に陰イオン、陰イオン、および陽イオンの順に生成させる。より具体的には、この場合、制御装置１２０は、電子銃アレイ３０に低エネルギー、低エネルギー、および高エネルギーの電子を放出させ、陰イオン、陰イオン、および陽イオンの順に生成させる。これを行うことにより、載置台２０は、生成されたイオンの符号に従って生成されたイオンを引きつけ、それによって、載置台２０上の基板１５０を処理する。

同様に、例えば、制御部１２０は、パルス周波数電源９０に、負のバイアス電圧、負のバイアス電圧、及び正のバイアス電圧を、この順序で載置台に印加させてもよい。この場合、制御部１２０は、生成されたイオンとバイアス電圧が互いに逆の符号を有するように、バイアス電圧の印加にタイミングを合わせながら、電子銃アレイ３０に陽イオン、陽イオン、および陰イオンの順に生成させる。より具体的には、この場合、制御部１２０は、電子銃アレイ３０に高エネルギー、高エネルギー、低エネルギーの電子を放出させ、この順序で陽イオン、陽イオン、および陰イオンを生成する。

従って、生成されたイオンおよび載置台２０に印加されるバイアス電圧が同じタイミングで反対の符号を有する限り、制御装置１２０は、載置台１２０上の基板１５０を処理するために種々のシーケンスを実行することができる。

図１８は、反応生成物を排気する方法を示す。反応生成物を排気するプロセスにおいて、真空ポンプ１１０および１１１は処理室１０を排気し、エッチングガスと凹部１５１の底部との間の反応によって生成された反応生成物は処理室１０から除去される。

制御部１２０は、基板処理装置を制御することにより、図１２～図１６に示される一連のプロセスを実行し、それによって、凹部１５１を深くエッチングする。

図１３に示される陰イオンを生成し、図１５に示される陽イオンを生成するプロセスにおいて、電子銃アレイ３０の加速電圧を各位置で調整することによって、電子のエネルギーを均一にすることができる。

このように、本実施形態の基板処理装置を用いた基板処理方法においては、深くエッチングを行い、アスペクト比の高いトレンチやビアホールなどの凹部を形成することができる。

図１９は、従来の基板処理装置を用いた従来の基板処理方法を示す。従来の基板処理方法では、従来の基板処理方法が陽イオンのみを用いて凹部１５２をエッチングするので、凹部１５２を垂直にエッチングするのは困難であり、凹部１５２の正電荷を打ち消すのは困難である。従って、凹部１５２は正に帯電されており、エッチングガス分子の陽イオンは直進することができず、それによりエッチングによって湾曲した凹部１５２を形成する。

図２０は、エッチングガス分子の陽イオンの挙動を示す。図２０に示されるように、陽イオンは、凹部１５１の底部が負に帯電され、それによって陽イオンを引きつけるので、直進することができる。したがって、本実施形態の基板処理装置を用いた基板処理方法は、直線的な深堀エッチングを実現することができる。

図２１は、電子銃アレイ３０の駆動回路を示す。図２１に示すように、ディスプレイに使用される駆動回路は、電子銃アレイ３０に適用することができる。データ信号がデータ線に入力されると、電圧が走査線に印加され、トランジスタＭ１およびＭ２がオンになり、電子銃アレイ３０がオンになる。電子銃アレイ３０を駆動するために、例えば、アクティブマトリックス駆動型スイッチング回路を適用することができる。しかしながら、駆動回路はこの回路に限定されず、他の回路も、用途に応じて電子銃アレイ３０を駆動するために適用され得る。

本明細書に記載するすべての例及び条件付き言語は、読者が発明及び発明者が当該技術を促進するために貢献した概念を理解するのを助けるための教育的目的を意図するものであり、かかる具体的に列挙した例及び条件に限定されるものではないと解釈されるべきであり、また、明細書におけるこのような例の構成は、本開示の優越性又は劣性を示すものではない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更、置換、および変更を行えることを理解されたい。

Claims (22)

1. 処理室と、
   前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持領域を有する載置台と、
   前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
   前記基板保持領域を覆うように二次元的に配置され、放出された電子と前記ガスとの間の相互作用を生じさせるために前記ガスに向かって電子を放出するように構成された複数の電子銃アレイと、
   前記複数の電子銃アレイの各々に対応するように設けられ、各電子銃アレイから放出される電子のエネルギーを互いに独立に制御するように構成された複数の電子エネルギー制御部と、
   前記複数の電子銃アレイの各々は、電子を放出するように構成された複数の二次元的に配列されたカソードと、
   各カソードの周りに設けられ、前記各カソードに電子を放出させるように前記各カソードの電位よりも高い第１の電位を有するように構成されたゲート電極と、
   前記各カソードが接続されるノードと前記ゲート電極との間に接続され、前記カソードのノードと前記ゲート電極との間に印加される電圧を変化させて前記カソードのノードから前記ゲート電極に流れる電流を制御するように構成された電流制御部と、
   前記各カソードに対応する前記ゲート電極の前方に設けられ、前記各カソードから放出される電子を加速するための第１の電位よりも高い第２の電位を有するように構成された加速電極と、を有し、
   前記複数の電子エネルギー制御部の各々は、前記加速電極と前記ゲート電極との間に印加される電圧を、前記電流制御部とは独立に制御することにより、前記各カソードから放出される前記電子のエネルギーを制御するように構成され、
   前記電流制御部は、第１の可変直流電源を含み、
   前記電子エネルギー制御部は、第２の可変直流電源を含み、
   前記各カソードは、前記第１の可変直流電源の負端子に接続された導電性パターン上に設けられ、
   前記ゲート電極は、前記各カソードの周りに対応するように配置され複数の開口を有する導電性プレートから構成されるとともに、前記第１の可変直流電源の正端子と前記第２の可変直流電源の負端子とに接続され、
   前記加速電極は、前記ゲート電極の前記複数の開口に対応するように配置された複数の開口を有する導電性プレートから構成され、前記第２の可変直流電源の正端子に接続された、基板処理装置。
2. 前記複数の電子エネルギー制御部を制御して、電子のエネルギーを第１のエネルギーに設定し、電子と前記ガスとの相互作用によって前記処理室内に供給される前記ガスを陰イオンにし、次いで、電子のエネルギーを第２のエネルギーに設定し、電子と前記ガスとの相互作用によって処理室内に供給される前記ガスを陽イオンにする制御部と、を更に有する請求項１に記載の基板処理装置。
3. 処理室と、
   前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持領域を有する載置台と、
   前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
   前記基板保持領域を覆うように二次元的に配置され、放出された電子と前記ガスとの間の相互作用を生じさせるために前記ガスに向かって電子を放出するように構成された複数の電子銃アレイと、
   前記複数の電子銃アレイの各々に対応するように設けられ、各電子銃アレイから放出される電子のエネルギーを互いに独立に制御するように構成された複数の電子エネルギー制御部と、
   前記複数の電子銃アレイの各々は、電子を放出するように構成された複数の二次元的に配列されたカソードと、
   各カソードの周りに設けられ、前記各カソードに電子を放出させるように前記各カソードの電位よりも高い第１の電位を有するように構成されたゲート電極と、
   前記各カソードが接続されるノードと前記ゲート電極との間に接続され、前記カソードのノードと前記ゲート電極との間に印加される電圧を変化させて前記カソードのノードから前記ゲート電極に流れる電流を制御するように構成された電流制御部と、
   前記各カソードに対応する前記ゲート電極の前方に設けられ、前記各カソードから放出される電子を加速するための第１の電位よりも高い第２の電位を有するように構成された加速電極と、を有し、
   前記複数の電子エネルギー制御部の各々は、前記加速電極と前記ゲート電極との間に印加される電圧を、前記電流制御部とは独立に制御することにより、前記各カソードから放出される前記電子のエネルギーを制御するように構成され、
   前記複数の電子エネルギー制御部を制御して、電子のエネルギーを第１のエネルギーに設定し、電子と前記ガスとの相互作用によって前記処理室内に供給される前記ガスを陰イオンにし、次いで、電子のエネルギーを第２のエネルギーに設定し、電子と前記ガスとの相互作用によって処理室内に供給される前記ガスを陽イオンにする制御部と、を更に有し、
   前記制御部は、前記第１のエネルギーを１ｅＶ未満に設定し、前記第２のエネルギーを１ｅＶを超えるように設定する、基板処理装置。
4. 前記処理室は、前記ガス供給部、前記電子銃アレイ及び前記電子エネルギー制御部を収容するガス励起部と、
   前記載置台を収容する基板処理部と、を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記ガス供給部は、前記処理室の側壁に設けられる、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記ガス供給部は、前記電子銃アレイ間に隣接して設けられている請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記ガスの反応種を前記ガス励起部から載置台に向かって引き寄せるために、載置台にバイアス電圧を印加するように構成された電圧源を更に有する請求項４に記載の基板処理装置。
8. 前記電流制御部は、第１の可変直流電源を含み、
   前記電子エネルギー制御部は、第２の可変直流電源を含む、請求項３に記載の基板処理装置。
9. 前記各カソードは、前記第１の可変直流電源の負端子に接続された導電性パターン上に設けられ、
   前記ゲート電極は、前記各カソードの周りに対応するように配置され複数の開口を有する導電性プレートから構成されるとともに、前記第１の可変直流電源の正端子と前記第２の可変直流電源の負端子とに接続され、
   前記加速電極は、前記ゲート電極の前記複数の開口に対応するように配置された複数の開口を有する導電性プレートから構成され、前記第２の可変直流電源の正端子に接続された、請求項８に記載された基板処理装置。
10. 前記複数の二次元的に配列されたカソードは、マトリクス状に配列されている請求項１～９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
11. 処理室と、
    前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持領域を有する載置台と、
    前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
    前記基板保持領域を覆うように二次元的に配置され、放出された電子と前記ガスとの間の相互作用を生じさせるために前記ガスに向かって電子を放出するように構成された複数の電子銃アレイと、
    前記各電子銃アレイに対応するように設けられ、前記各電子銃アレイから放出される電子のエネルギーを互いに独立に制御するように構成された複数の電子エネルギー制御部と、
    前記複数の電子エネルギー制御部を制御して、電子のエネルギーを第１のエネルギーに設定し、電子と前記ガスとの相互作用によって前記処理室内に供給される前記ガスを陰イオンにし、次いで、電子のエネルギーを第２のエネルギーに設定し、電子と前記ガスとの相互作用によって処理室内に供給される前記ガスを陽イオンにする制御部と、を有し、
    前記処理室は、前記ガス供給部、前記電子銃アレイおよび前記電子エネルギー制御部を収容するガス励起部と、前記載置台を収容する基板処理部とを有し、
    前記ガス励起部から載置台に向かって励起ガスを加速するため、前記載置台にバイアス電圧を印加するように構成された電圧源を更に備え、
    前記制御部は、前記電圧源に正のバイアス電圧をガスの陰イオンの発生に応じて前記載置台に印加させ、前記電圧源に負のバイアス電圧を前記ガスの陽イオンの発生に応じて前記載置台に印加させる制御を行う、基板処理装置。
12. 前記複数の電子銃アレイの各々は、電子を放出するように構成された複数の二次元的に配列されたカソードと、
    各カソードの周りに設けられ、前記各カソードに電子を放出させるように前記各カソードの電位よりも高い第１の電位を有するように構成されたゲート電極と、
    前記各カソードが接続されるノードと前記ゲート電極との間に接続され、前記カソードのノードと前記ゲート電極との間に印加される電圧を変化させて前記カソードのノードから前記ゲート電極に流れる電流を制御するように構成された電流制御部と、
    前記各カソードに対応する前記ゲート電極の前方に設けられ、前記各カソードから放出される電子を加速するための第１の電位よりも高い第２の電位を有するように構成された加速電極と、を有し、
    前記複数の電子エネルギー制御部の各々は、前記加速電極と前記ゲート電極との間に印加される電圧を、前記電流制御部とは独立に制御することにより、前記各カソードから放出される前記電子のエネルギーを制御するように構成された、請求項１１に記載の基板処理装置。
13. 前記電子銃アレイは、マトリックス形態で前記処理室の天井面に配置される請求項１～１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
14. 前記処理室は、前記ガス供給部、前記電子銃アレイおよび前記電子エネルギー制御部を収容するガス励起部と、前記載置台を収容する基板処理部とを有し、
    前記ガス励起部から載置台に向かって励起ガスを加速するため、前記載置台にバイアス電圧を印加するように構成された電圧源を更に備え、
    前記制御部は、前記電圧源に正のバイアス電圧をガスの陰イオンの発生に応じて前記載置台に印加させ、前記電圧源に負のバイアス電圧を前記ガスの陽イオンの発生に応じて前記載置台に印加させる制御を行う請求項２に記載の基板処理装置。
15. 前記処理室は、前記ガス供給部、前記電子銃アレイおよび前記電子エネルギー制御部を収容するガス励起部と、前記載置台を収容する基板処理部とを有し、
    前記ガス励起部から載置台に向かって励起ガスを加速するため、前記載置台にバイアス電圧を印加するように構成された電圧源を更に備え、
    前記制御部は、前記電圧源に正のバイアス電圧をガスの陰イオンの発生に応じて前記載置台に印加させ、前記電圧源に負のバイアス電圧を前記ガスの陽イオンの発生に応じて前記載置台に印加させる制御を行う請求項３に記載の基板処理装置。
16. 前記制御部は、前記第１のエネルギーを１ｅＶ未満に設定し、前記第２のエネルギーを１ｅＶを超えるように設定する、請求項２、１１又は１４に記載の基板処理装置。
17. 処理室と、
    前記処理室内に設けられ、基板を保持する基板保持領域を有する載置台と、
    前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
    前記基板保持領域を覆うように二次元的に配置され、放出された電子と前記ガスとの間の相互作用を生じさせるために前記ガスに向かって電子を放出するように構成された複数の電子銃アレイと、
    前記複数の電子銃アレイの各々を通って流れる電流値を制御するように構成された電流制御部と、
    各電子銃アレイの各々を通って流れる電流値を測定するように構成された電流測定ユニットと、
    前記各電子銃アレイに対応するように設けられ、前記各電子銃アレイから放出される電子のエネルギーを互いに独立に制御するように構成された複数の電子エネルギー制御部と、
    制御部と、を有し、前記制御部は、
    電流測定装置に前記各電子銃アレイの電流値を測定させ、電流測定装置の両端の電圧値を測定する工程と、
    前記各電子銃アレイの電流－電圧特性を求める工程と、
    前記各電子銃アレイの電流値が一定になるように前記各電子銃アレイの抽出電圧を決定する工程と、
    前記各電子銃アレイの加速電圧を一定の電圧に設定する工程と、を実行するように構成された基板処理装置。
18. 前記電流制御部は、第１の可変直流電源から構成され、
    前記制御部は、前記第１の可変直流電源の出力電圧を前記抽出電圧に設定し、
    前記電子エネルギー制御部は、第２の可変直流電源から構成され、前記制御部は、前記第２の可変直流電源の出力電圧を前記加速電圧に設定する、請求項１７に記載の基板処理装置。
19. 前記制御部は、前記加速電圧を、前記電子銃アレイから放出される前記電子が、前記電子銃アレイと衝突することによって前記ガスを陰イオンに変換するエネルギーを有する第１の電圧に設定する、請求項１８に記載の基板処理装置。
20. 前記処理室は、前記ガス供給部、前記電子銃アレイおよび前記電子エネルギー制御部を収容するガス励起部と、前記載置台を収容する基板処理部とを有し、
    前記ガス励起部から前記載置台に向かって励起ガスを加速するために、前記載置台にバイアス電圧を印加するように構成された電圧源を更に有し、
    前記制御部は、前記電圧源に正のバイアス電圧を前記ガスの陰イオンの発生に応じて前記載置台に印加させ、陰イオンを前記載置台上に配置された基板に引きつける、請求項１９に記載された基板処理装置。
21. 前記制御部は、前記第２の可変直流電源によって設定された加速電圧を、前記第１の電圧から前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に変更し、前記電子が前記ガスを陽イオンに変化させるためのエネルギーを有するようにする、請求項２０に記載の基板処理装置。
22. 前記制御部は、前記電圧源に負のバイアス電圧を前記ガスの前記陽イオンの発生に応じて前記載置台に印加させ、前記陽イオンを前記載置台上に配置された前記基板に引きつけさせる制御を行う請求項２１に記載の基板処理装置。

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