(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
プラズマの噴流を出すための開口を有しており、内部の圧力が１ｍｂａｒから１０ｍｂａｒの間であるプラズマ・チャンバと、
加工物と反応する反応ガスの少なくとも一部を活性化するプラズマの噴流の少なくとも一部を受け入れるための第１の開口、および、このプラズマの噴流によって少なくとも一部が活性化された反応ガスを前記加工物に向かって出すための、前記真空チャンバの中に開く第２の開口を有し、前記反応ガスを収容する反応ガス・チャンバであって、その内部圧力が１０-4ｍｂａｒから１ｍｂａｒの範囲である反応ガス・チャンバと、
前記真空チャンバ内で前記加工物を処理するための集束帯電粒子ビーム・システムと、
前記加工物を処理するための前記活性化された反応ガスの噴流によって衝撃が与えられる前記加工物を配置するための加工物ホルダとを備え、
前記真空チャンバ内の圧力は１０-4ｍｂａｒ 以下であるプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記プラズマ・チャンバ、前記反応ガス・チャンバおよび前記加工物ホルダは、前記真空チャンバ内に存在する請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工物の比較的局部のプラズマ処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路および微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のような近代的な小形デバイスの製造に多くの処理が用いられている。そのようなデバイスの多くは、半導体ウェハ基板上に作製される。製造時に、典型的には、ウェハ全体を同時に処理する技術を用いるのが最も効率的である。例えば、金属の層をウェハ全体に蒸着させることができ、フォトリソグラフィを用いて、フォトレジストのパターンをその金属に形成し、次いでフォトレジストによって保護されていない金属を除去するプラズマのようなエッチング剤にウェハ全体を曝す。
【０００３】
プラズマは、任意の方向に移動する自由帯電粒子の集合体で、その集合体は、平均的に電気的に中性である。プラズマ生成システムに供給されたガスは、正イオンと、加工物表面に流れ、それと反応する化学反応性化合物とに連続的に分解される。化学反応性化合物は、表面をエッチングし、または分解して、材料を表面に蒸着することができる。プラズマは、表面を物理的にスパッタし、または材料を表面に打ち込むこともできる。
【０００４】
プラズマは、ウェハから層を除去すること、材料をウェハに打ち込むこと、およびウェハから材料を蒸着することなどのために、半導体製造にとりわけ広く使用されている。半導体が作製される基板のサイズが３００ｍｍおよびそれ以上に増大するに従って、業界は、すべての部分が同量の処理を受けるように、ウェハの表面に均一なプラズマ放電を生成するように努めてきた。
【０００５】
小形デバイスの製造に用いられるいくつかのプロセスは、ウェハ全体に適用されるのではなく、局部にのみ適用される。そのような方法は、厳密に集束されたイオン・ビームをターゲット表面にあるパターンでスキャンして、材料を粉砕、エッチング、または蒸着することを含む。粉砕は、スパッタリングと呼ばれるプロセスでイオンの衝撃により表面材料を直接除去することを含む。集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）蒸着では、典型的には有機金属化合物を含むガスを、ターゲット表面上のＦＩＢの衝撃点に誘導する。ガスは、イオン・ビームの存在下で分解して、材料をターゲット表面に加える。例えば、特許文献１（米国特許第５，８２７，７８６号（Ｐｕｒｅｔｚ）「Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍｓ」）には、イオン・ビーム・アシスト蒸着プロセスが記載されている。ＦＩＢ励起エッチングは、反応ガスをＦＩＢと併用して、各衝突イオンによって除去される表面原子の数を増加させる。そのようなプロセスは、例えば、特許文献２（米国特許第５，１８８，７０５号（Ｓｗａｎｓｏｎ他）「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」）に記載されている。
【特許文献１】米国特許第５，８２７，７８６号
【特許文献２】米国特許第５，１８８，７０５号
【特許文献３】米国特許出願第１０／８８９，９６７号
【特許文献４】ＰＣＴ／ＵＳ０５／００５６４３
【非特許文献１】Ｊｅｆｆｅｒｙ  Ａ．Ｈｏｐｗｏｏｄ、「Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ（１９９９年）
【非特許文献２】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ａ．Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ  ａｎｄ  Ａｌｌａｎ  Ｊ．Ｌｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇ、「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ（１９９４年）
【非特許文献３】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ａ．Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ  ａｎｄ  Ａｌｌａｎ  Ｊ．Ｌｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇ、「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＩＢ蒸着およびエッチングでは、反応ガスは加工物表面に吸着され、イオン・ビームの存在下で反応する。蒸着およびエッチング速度は、ウェハ全体を同時に処理する非局部プロセスに比べて、比較的小さい。材料除去または蒸着速度は、ターゲット表面に衝突するビームの帯電粒子の数、ガス分子が表面に吸着される速度、および各帯電粒子によって除去または蒸着される原子の数に依存する。
【０００７】
集束イオン・ビームにおける帯電粒子の密度は、比較的高くなるが、ビーム径は典型的には非常に小さいため、表面に衝突する粒子の総数は比較的少なく、これは処理速度が比較的遅いことを意味する。さらに、ビームにおける電流密度が高いということは、表面部分に付着したガス分子が早く底をつき、ビームは、さらなるガス粒子が表面に吸着する時間を有するまで表面の処理を停止しなければならないことを意味する。
【０００８】
そのような帯電粒子ビーム・プロセスは、ウェハ全体の処理よりはるかに遅いため、そのような処理は、典型的には、原型回路の改変、集積回路の品質管理および修繕、透過型電子顕微鏡用サンプルの調製、ナノプロフィルメータ用プローブ・チップの形成、ディスク・ドライブ用読取り書込みヘッドの形成、リソグラフィ・マスク修繕のような極めて繊細なワークに用いられる。
【０００９】
材料のエッチングおよび蒸着を行うための集束イオン・ビームの使用には他の欠点がある。ビームにおける質量およびエネルギーにより、ビームは、基板の表面に対して不注意に損傷を与え、打ち込まれたイオンを基板の結晶表面内に残すことになる。これにより、基板の電気特性および光学特性が変化する可能性がある。また、これによって、基板上のフィーチャの形状が変化して、続く測定により、処理前にそのフィーチャが正確に特徴づけられなくなる可能性がある。
【００１０】
蒸着またはエッチング速度が大きく、基板に対する損傷を最小限にする局部的処理方法が必要とされている。
【００１１】
本発明の目的は、処理速度が比較的大きく、基板に対する意図せぬ損傷を最小限にする局部的処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、局部的プラズマ処理方法および装置を提供する。いくつかの実施形態において、加工物に接触する反応イオンの運動エネルギーを極めて小さくすることで、基板表面に対する損傷を最小限にするか、またはなくすることができる。本発明のプラズマ・システムにおける加工物表面に衝突する反応ガス分子の量は、帯電粒子ビームによって生成する反応ガス分子の量よりはるかに多いため、蒸着およびエッチング速度は、集束帯電粒子ビーム・システムによって典型的に達成される速度よりはるかに大きい。
【００１３】
従来技術のプラズマ処理システムと異なり、プラズマ処理が局部的であるため、本発明のいくつかの実施形態は、真空システム内の圧力を許容不能レベルまで引き上げることなく、真空チャンバ内での使用に適している。例えば、集束イオン・ビーム・システム、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を含む真空チャンバ内で局部的プラズマ処理を実施することが可能である。真空チャンバを開け、その後にチャンバを再度排気しなければならないという非能率を伴うことなく、加工物を本発明によって処理し、次いで帯電粒子ビームによって処理することが可能である。
【００１４】
次に、本発明、およびその利点をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
多くの用途に向けた局部的プラズマ処理に好ましい実施形態を用いることができる。いくつかの実施形態において、ガス噴射システム（ＧＩＳ）に帯電粒子システムを使用して現在実施されている用途に、本発明を用いることができる。これらの実施形態において、本発明は、帯電粒子ビームを使用するのではなく、プラズマを使用して、反応ガスを活性化させる。典型的な帯電粒子ビーム・システムでは、ガスは、帯電粒子ビームによって活性化されるためには表面に付着しなければならないため、本発明においては、従来のＧＩＳシステムより広範なガスを使用することができる。本発明は、ＧＩＳシステムに現在使用されているほぼあらゆるガス、ならびに全ウェハ処理のためのプラズマ・システムに現在使用されているガスを使用できる。本発明の反応ガス流は、典型的には、帯電粒子ビームほど集束されないため、本発明の実施形態は、より広い部分を処理する。
【００１６】
本発明の実施形態は、従来技術のプラズマ処理システムで処理される部分より小さい部分を処理することができる。加工物をプラズマ・チャンバの外部に配置し、プラズマおよび／または反応ガス流を加工物の方へ導く。それぞれの実施形態は、５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満または０．２ｍｍ未満の部分を処理することができる。処理部分は、加工物よりはるかに小さい径、例えば加工物表面部分の約１／２、１／１０、１／５０、１／１００、１／５００未満の径を有するため、本発明を用いることで、加工物の比較的小さい部分を処理することができる。本発明は、大きいまたは小さい任意の特定サイズに限定されない。
【００１７】
実施形態は、ガス噴射システムによる従来の帯電粒子ビーム処理によって達成される速度よりはるかに大きい速度で加工物を処理することができる。
【００１８】
図１は、イオンのビーム１１４を生成する集束イオン・ビーム・システム１０４と、電子のビーム１１６を生成する走査型電子顕微鏡１０６と、イオン・ビームまたは電子ビームの衝撃から加工物１１０の表面上に生成された二次または逆散乱粒子を検出するための検出器１０８とを含む真空チャンバ１０２内部に、プラズマのビーム１１８および／または反応ガスを生成するプラズマ処理システム１００を含む本発明の好ましい実施形態を概略的に示す図である。可動ステージ１１２は、加工物を保持し、帯電粒子またはプラズマ・システムの処理位置の間で加工物を移動させる。いくつかの実施形態において、プラズマ・システム１００は、加工物１１０を処理位置の間で移動させなくてもよいように、帯電粒子ビーム１１４、１１６の一方または双方の衝撃点に重なる部分において加工物１１０に衝撃を与えることを目的とする。他の多くの要素およびアクセサリが知られており、帯電粒子ビーム・システムに使用されている。例えば、本発明の譲受人であるＦＥＩ社に与えられている米国特許出願第１０／８８９，９６７号「二重ビーム装置」には、二重帯電粒子ビーム・システムが記載されている。本発明は、真空チャンバまたは任意の他の器具での使用に限定されない。すなわち、本発明は、加工物の独立処理に使用することができる。走査型プローブ顕微鏡またはスタイラス・ナノプローブを収容するチャンバに本発明を用いることができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態において、プラズマ源は、本出願の譲受人に与えられている国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０５／００５６４３に記載されているように、平衡アンテナ・モードで動作する誘導結合プラズマ源である。そのようなプラズマ源は、１８０°位相がずれた信号により、アンテナを対向端に誘導することによって、アンテナとプラズマの容量結合を低減または除去する。そのようなシステムは、高周波源からの電位変動が常に実質的にゼロである領域をプラズマ内に作る。ゼロ電位の領域は、加工物にもたらされる損傷が最小限またはゼロになるように、プラズマ・チャンバから出るイオンのｒｆコイルからの電位エネルギー変調が最小限になるように、プラズマ源の開口部付近に配置される。したがって、既存のイオンのエネルギーは、極めて低い熱エネルギーと、１．５Ｖ程度でありうるが、より典型的には３０Ｖであるプラズマ・シースからの加速である。このモードは、軸方向イオン・エネルギーの良好な制御を可能にするとともに、適度に並行した、すなわち層流のイオン流束を可能にする。好ましいプラズマ源は、プラズマ・チャンバの壁をスパッタリングするための閾値を下回るエネルギー・レベルにイオンを維持することによって、プラズマ源の寿命を長くするとともに、加工物損傷を低減する。
【００２０】
たいていの他のプラズマ生成方法では、高周波放射は、プラズマの電位エネルギーにおいて数百ボルトの振動を生成する。そのような振動は、加工物に衝撃を与えるいくつかのイオンのエネルギーを著しく増加させることによって、加工物表面に損傷を与える。本発明のいくつかの用途、特にエッチング用途では、そのようなより高いエネルギー・イオンは問題にならず、振動またはより高いエネルギー・イオンを生成するプラズマ生成方法が許容される。本発明の実施形態は、容量放電、他の種類の誘導放電、波加熱放電およびＤＣ放電のような他の種類のプラズマ放電を用いることもできる。
【００２１】
図２は、好ましいプラズマ源２００を示す図である。プラズマ源２００は、プラズマ・チャンバ２０６および反応ガス・チャンバ２１０のための外壁の部分を形成する誘電管２０２を含む。誘電管２０２は、Ａｌ2Ｏ3のような絶縁体で構成される。その材料は、プラズマ、および反応ガス・チャンバ２１０で使用されることになるフッ素化合物のようなガスの腐食効果に耐えるように選択されるべきである。誘電管は、好ましくは、約０．５ｃｍの内径を有するのが好ましい。プラズマ・ガス供給管２３０は、プラズマを維持するために、アルゴン等のガスをプラズマ・チャンバ２０６に供給する。反応ガス供給管２４２は、エッチングまたは蒸着用反応ガスを反応ガス２１０に供給する。ワイヤ２３２は、粒子が加工物１１０に衝突するエネルギーを制御するプラズマの電位を制御するのに使用される。コイル２３４は、高周波（ＲＦ）エネルギーをプラズマ・チャンバ２０６内のプラズマに加える。コイルは、典型的には、各コイルが約１ｍｍの間隔をおいて配置された１から６巻の銅線を含む。コイルの巻数は重要ではないが、同調回路のインピーダンスは、コイル構成に応じて調整されることを当業者であれば認識するであろう。ワイヤ２３６は、ｒｆ電力をコイル２３４に供給する。ｒｆシールド２５２は、ｒｆエネルギーが、集束イオン・ビーム、電子ビーム、および走査型プローブ顕微鏡または他の装置のようなスタイラス機器に干渉しうる真空チャンバのような局部環境へのｒｆエネルギーの伝搬を防止または低減する。
【００２２】
プラズマ・チャンバ２０６は、好ましくは、長さが約１．０ｃｍである。プラズマ・チャンバ２０２は、プラズマからの粒子２３８の噴流が、プラズマ・チャンバ２０６を出て、ＣＦ4のような反応ガス、または反応ガスと非反応ガスの混合物を典型的に含む反応ガス・チャンバ２１０に入ることができる開口部２１２を一端に有する。開口部２１２は、好ましくはほぼ円形で、約０．１ｍｍの直径を有する。異なるサイズおよび形状の開口部２１２を使用して、ガス流の形状、そして処理部分の形状を変えることが可能である。プラズマの噴流は、反応ガスを活性化させ、プラズマと、反応ガスと、中性ガスの混合物を含む噴流２４０は、開口２２０を出て、加工物を処理する。中性ガスは、中性アルゴンと未反応処理ガス混合物である。アルゴンのすべてがプラズマになるわけではなく、同様に、反応ガスのすべてがプラズマによって処理されるわけではない。
【００２３】
反応ガス・チャンバ２１０は、好ましくは長さが０．１から０．５ｍｍで、典型的には約０．２ｍｍである。十分な量の反応ガスを活性化するために、プラズマと反応ガスの十分な相互作用を確保する程度の長さが必要であるが、プラズマの噴流がチャンバを出る前にプラズマの噴流を吸収するほど長くすべきではない。反応ガス・チャンバの好ましい長さは、プラズマの噴流の体積およびエネルギー、ならびに反応ガスの種類および圧力に応じて変わりうる。反応ガス・チャンバ２１０内の圧力は、使用するガス、およびプロセスに応じて変わりうる。ガスとしてＣＦ4を使用するエッチング・プロセスでは、プラズマ・チャンバ内の典型的な圧力は１０-5ｍｂａｒである。反応ガスは、例えば、純粋なガスであってもよいし、何らかの非反応性成分を含むガスの混合物であってもよい。
【００２４】
誘導によりエネルギーをプラズマに伝達する交流電流を運ぶ誘電コイル２３４がプラズマ・チャンバ２０６の周囲に巻きつけられている。プラズマ・チャンバの内部のガスの圧力は、好ましくは１から１０ｍｂａｒの範囲である。コイルを１３．５６ＭＨｚで駆動することができる。２７ＭＨｚ、または４５０ＭＨｚのようなより高い周波数は、いくつかの用途に対しては好ましいといえる。周波数は、開始場所としての電子・中性子衝突周波数に基づいて選択される。電子・中性子衝突周波数に対応する周波数に近いほど、プラズマ生成が効率的になる。熟練者であれば、文献、例えば、Ｊｅｆｆｅｒｙ  Ａ．Ｈｏｐｗｏｏｄ、「Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ（１９９９年）、またはＭｉｃｈａｅｌ  Ａ．Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ  ａｎｄ  Ａｌｌａｎ  Ｊ．Ｌｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇ、「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ（１９９４年）に見られるガイダンスを用いて適切な周波数を選択することができる。
【００２５】
ビーム既定開口２２２は、加工物１１０の上の反応ガス流２４０のスポット・サイズを制御する開口部２０５を有する。好ましいスポット・サイズは、用途に依存することになり、典型的には約０．２ｍｍでありうる。他の好ましいスポット・サイズとしては、約５ｍｍ未満、約１ｍｍ未満、約０．５ｍｍ未満、約０．１ｍｍ未満、約０．０８ｍｍ未満、約０．０５ｍｍ未満、またはさらに小さいサイズが挙げられる。開口部２０５は、典型的には、加工物１１０から約５ｍｍ離れて配置され、加工物上に約０．２ｍｍのスポット・サイズを生成する。プラズマ・チャンバ２０６、および加工物上の対応するスポットのサイズは、用途に応じて変わる。本発明は、非常に柔軟で、それぞれの用途に応じた適切なスポット・サイズおよび電流を生成するように、システムを容易に構成することができる。
【００２６】
上述の構成は一例にすぎず、本発明の多くの異なる構成が可能である。例えば、上述の構成において、反応ガスは、プラズマ・チャンバ２０６の外側に維持され、プラズマの噴流によって活性化される。いくつかの実施形態において、反応ガスは、プラズマ・チャンバに直接供給され、プラズマによって活性化されたプラズマ・チャンバからの反応ガスの噴流は、プラズマ・チャンバを出て、そのまま加工物表面に誘導される。これらの実施形態は、プラズマ・チャンバにおいて、特に導電層を著しくエッチングまたは蒸着しない反応ガスにより強く限定される。計測ワークに必要とされる導電材料の蒸着については、プラズマ・チャンバの内側に導電材料の蒸着が存在しないのが好ましい。プラズマ・チャンバの内側の導電層は、誘導プロセスを短絡させ、プラズマが生成されない。他の可能な構成において、プラズマ・チャンバおよび反応ガスは、単一の管２０２を使用する代わりに、個別の筐体を有することができる。いくつかの実施形態は、プラズマを使用して、加工物をスパッタ・エッチングすることによって、反応ガスをまったく使用せずに機能することが可能である。
【００２７】
エッチング速度は、０から１００μｍ／分の範囲とすることができる。エッチング速度は、エッチング・ガス、プラズマに加えられる電力、およびプラズマとサンプルの電位差に依存する。プラズマ、加工物、またはその両方にバイアスをかけることによって電位差を加えることができる。電位差は、例えば、化学エッチングの代わりに、または化学エッチングに加えてスパッタリングを行うことによって材料をエッチングすることが望まれる場合に加えられる。スパッタリングは、表面材料との化学反応とは対照的に、高エネルギー・イオンを使用して、表面から材料を物理的にたたき落とすことによる材料の除去である。エッチング速度は、材料に応じて変わり、いくつかの実施形態において、典型的なエッチング速度は、２０μｍ／分、５０μｍ／分、１００μｍ／分または１２０μｍ／分より大きい。本発明は、１００μｍ3／秒、５００μｍ3／秒または１０００μｍ3／秒より大きい蒸着速度を確保することができる。
【００２８】
プラズマ・チャンバに用いられる最小および最大圧力は、プラズマ源のタイプに応じて変わる。最小圧力は、プラズマを維持するのに必要な圧力である。必要な電力は、ガス圧が減少するのに従って増加するため、最小圧力は、プラズマ源に加えられる電力に応じて変わることになる。プラズマ・チャンバが、帯電粒子ビーム・システムを含む真空チャンバ内に存在する場合は、プラズマ・チャンバ内の圧力は、真空チャンバ内の背景圧力を帯電粒子ビーム・システムの動作圧力内に維持するのに十分に低いのが好ましい。いくつかの実施形態において、プラズマ・チャンバ圧力は、ミリバールの範囲で、真空チャンバ圧力は、処理時に２または３×１０-5ｍｂａｒまで上昇する。従来のＳＥＭより高いチャンバ圧力で動作することが可能である環境走査型電子顕微鏡（ＥＳＥＭ）型システムに本発明を使用することができる。ＥＳＥＭに使用した場合は、しばしばシステム真空チャンバにおけるはるかに高い背景圧が許容できるため、反応ガス・チャンバをより高圧力に維持することができる。
【００２９】
プラズマ・チャンバをできるだけ小さくして、基板上の処理部分を局部化することができる。チャンバのサイズの物理的限界は、中性のプラズマとチャンバ壁との間に形成された帯電領域であるプラズマ・シースの厚さによって決定づけられる。プラズマ・シースは、典型的には、厚さが数百ミクロンである。
【００３０】
表１には、異なる材料をエッチングするのに有用なガスのリストが記載されている。エッチング・ガスの多くは、特定の材料を優先的にエッチングするため、除去すべき材料の下の基板を実質的にエッチングすることなく、所望の材料を除去するエッチング剤を選択することがしばしば可能である。表２には、様々な材料を蒸着するのに有用な先駆ガスが列記されている。ある用途では、エッチング・ガスを反応ガス・チャンバ・プラズマ源で純粋な形で使用し、他の用途では、エッチング・ガスを希ガスと混合して、反応速度を低下させる。表２において、「ＴＥＯＳ」はテトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、「ＴＭＣＴＳ」はテトラメチルシクロテトラシロキサン（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｔｅｔｒａｓｉｌｏｘａｎｅ）である。
【００３１】
【表１】
0005523651.tif 000002
【００３２】
【表２】
0005523651.tif 000003
【００３３】
均一に蒸着するのに十分に高いが、粒子が形成され、または蒸着が不均一になるほど高くない濃度を実験的に見いだすことによって、ある用途に好適な濃度を決定することが可能である。帯電粒子ビーム・システムまたはプラズマ・システムに有用であることが知られているほぼあらゆるガスを本発明に使用することができる。
【００３４】
いくつかの用途において、加工物に到達するイオンは、加工物への損傷を回避するために極めて低いエネルギーを有することが望ましい。本発明のいくつかの実施形態は、極めて低いエネルギー・イオンを確保することができる。プラズマ中のイオンは、典型的には、約＋３０Ｖの電位であるため、プラズマが加工物に対してさらにバイアスされない場合は、設置された加工物に到達するイオンは約３０ｅＶのエネルギーを有する。低エネルギー・イオンは、衝撃に際して加工物に対してほとんどまたはまったく変化をもたらさないため、プラズマ励起蒸着処理に有用である。低イオン・エネルギーは、測定される表面をほとんどまたはまったく改変しないため、特に計測操作に有用である。エッチング等のために、より高いエネルギー・イオンを使用することが望まれる場合は、プラズマを加工物に対してバイアスすることによってイオン・エネルギーを高めることができる。軸方向エネルギーに対する制御は、基板を損なうことなく蒸着を行うとともに、エッチングのためのより高いエネルギー・イオンを確保することを可能にする。プラズマ・チャンバ内の低イオン・エネルギーは、プラズマ・チャンバのスパッタリングを低減し、それによりプラズマ源の寿命が長くなる。
【００３５】
帯電集束イオン・ビームを使用すると約４０秒間要するのに比べて、本発明は、５秒間未満の時間で導電層または絶縁層を蒸着することが可能である。本発明は、また、帯電粒子ビーム・システムにおけるＧＩＳシステムの寿命を長くする。ガス噴射システム（ＧＩＳ）におけるガスに応じて、典型的なＧＩＳの寿命は、ＧＩＳ使用時間が６０から２００時間の範囲である。ガスを使用する時間を短くすると、ＧＩＳの寿命が長くなり、整備時間および費用が低減されるとともに、ＧＩＳとＦＩＢまたは電子カラムとの位置を合わせる必要性が小さくなる。本発明は、ウェハ上の部位を処理するのに必要な時間を短くすることによって、ウェハ毎に訪れる部位の数を増加させ、または工具に配置される１時間当たりのウェハの数を増加させることもできる。
【００３６】
以下の表３には、いくつかの実施形態の様々な態様に対するパラメータの好ましい値および範囲が示されている。
【００３７】
【表３】
0005523651.tif 000004
【００３８】
本発明を多くの異なる用途に用いることができる。導電体および絶縁体の蒸着、あるいは欠陥分析もしくは測定を容易にするための加工物における異なる材料層のエッチングまたは修飾に用いることができる。プラズマ源は、ＦＩＢ  ＧＩＳに使用される同じガスを使用し、真空チャンバにおける同じ背景圧で動作することが可能である。供給源によって供給される反応ガスの量は、典型的には、蒸着に必要な量よりはるかに多いため、本発明は、反応種が注入される希ガス・プラズマを使用することが可能である。これにより、蒸着厚さに対する制御がより良好になり、気相核化反応が回避される。蒸着は、集束イオン・ビームに比べて、はるかに低いイオン・エネルギーで行われることによって、サンプルの損傷が最小限に抑えられる。
【００３９】
エッチングを強化する等のために、より高いプラズマ・エネルギーが望まれる場合は、衝撃に際してより高い運動エネルギーのイオンを供給するために、加工物に対してプラズマを電気的にバイアスさせることができる。ＡＣ電位を使用すると、電子ならびにイオンを加工物に供給することによる加工物帯電効果を最小限にすることが可能である。本発明は、帯電中性化に向けて加工物に電荷を供給することができる。
【００４０】
表面汚染の除去
本発明は、加工物から表面汚染を迅速に除去する方法を提供し、例えば、電子ビーム顕微鏡法に有用である。本発明は真空チャンバ内で用いることができるため、本発明を用いることで、加工物を洗浄し、次いで、さらなる汚染を引き起こす真空チャンバからの加工物の除去を行うことなく観察することができる。
【００４１】
走査型電子顕微鏡は、電子と、典型的には低濃度で存在する真空システム内の潤滑剤またはシールからの炭素担持物質との相互作用による加工物への炭素の堆積を引き起こすことが知られている。本発明は、炭素堆積物を除去することによって、ＳＥＭ画像を向上させることができる。例えば、プラズマ・チャンバは、反応ガスを活性化させるプラズマの噴流を供給することができ、反応ガスは、加工物表面に衝突して、炭素を除去することができる。そこで、ユーザは、炭素のない表面のより清浄で、より明瞭で、より正確な画像を見ることができる。選択されたガスは、好ましくは、炭素と反応するが、炭素の下の基板材料とはさほど強く、またはまったく反応しない。
【００４２】
酸素、あるいは水蒸気、または酸素とＣＦ4の混合物のような酸素含有ガスを、炭素汚染を除去し、または概して炭素をエッチングするための作用ガスとして使用することができる。表１は、異なる材料をエッチングするのに使用できるガスを示す。
【００４３】
描写エッチング
半導体プロセスの展開およびプロセス制御を通じて、技術者は、基板の部分を粉砕して、層の断面を露出させることによって、ときには層の厚さまたは均一性を調べることになる。隣り合う層が同様の材料で構成される場合は、一方の層がどこで終わり、他方の層がどこから始まっているかを判断するのは困難でありうる。層、または層間の界面がわずかに異なる速度でエッチングするため、技術者は、ときには断面を軽くエッチングして、層の縁をより明瞭にすることになる。この技術は、「描写エッチング」として知られている。
【００４４】
例えば、集束イオン・ビームを使用して、加工物の断面を露出させるための穴を掘削することができ、次いで本発明を用いることで、真空チャンバからの加工物を除去することなく、露出された断面を迅速にエッチングして、層を描写することができる。例えば、フッ素および炭素を含有する気体状の化合物を使用して、シリコンの酸化物の層を描写することができる。次いで、走査型電子顕微鏡のような機器を使用して、断面を観察する。熟練者は、描写対象層に対する適切な化合物を選択することができる。具体的なエッチング化合物については表１を参照されたい。
【００４５】
保護層または導電層の蒸着
電子顕微鏡で加工物を観察するために、材料の層を加工物上に蒸着して、表面を保護し、または観察時に絶縁加工物を構築する余剰の電荷を除去するのが一般的である。例えば、炭素、白金または金の層が一般的である。
【００４６】
観察前にそのような被覆物を迅速に蒸着するために、本発明を観察用機器として同じ真空チャンバ内に用いることができる。
【００４７】
そのような層は、ときには、比較的遅くて加工物を改変することができる帯電粒子ビームを使用して蒸着される。例えばフォトレジストは、帯電粒子ビームに曝されることに極めて敏感である。フォトレジストは、イオン・ビームの曝露下では収縮し、電子ビームの下では最初に膨張し、次に収縮する。本発明は、最小限の損傷で、被覆物をフォトレジストに塗布することができる。例えば、Ｗ（ＣＯ）6を先駆ガスとして使用して、タングステンの被覆物を塗布することができる。被覆物を塗布した後に、電子顕微鏡または集束イオン・ビーム・システムのような帯電粒子ビーム・システムを使用して加工物を観察する。
【００４８】
蒸着層の除去
本発明を用いることで、観察が完了した後にそのような層を除去することができる。除去すべき材料を選択的にエッチングし、基部基板を実質的にエッチングしないガスを選択するのが好ましい。プラズマにおけるイオンのエネルギー・レベルを低レベルに維持して、加工物に対する損傷を最小限にすることができる。蒸着導電層をエッチングするが、その下の層をエッチングしないガスを選択するのが好ましい。
【００４９】
比較的多量の材料の迅速な除去
用途によっては、比較的多量の材料を迅速に除去することが望まれる。例えば、透過型電子顕微鏡に使用されるサンプルは、薄くなければならず、好ましくは厚さが２００ｎｍ未満である。サンプルをＴＥＭで観察する前に、より厚いサンプルを迅速に薄くすることが、しばしば必要である。本発明を用いることで、ＴＥＭサンプルを迅速に薄くすることができる。本発明を用いることで、ＴＥＭサンプルから汚染を迅速に除去することができる。サンプルを薄くするために使用されるガスは、サンプルの組成に依存することになる。表１には、様々な材料をエッチングするのに好適なガスが記載されている。
【００５０】
本発明が多量の材料を迅速に除去するのに好適とされる他の例としては、検査のために広い部分にわたっていくつかの層を除去して、基部層を露出させる、または回路層に接触するために、「フリップ・チップ」の背面から多量の材料を除去することが挙げられる。例えば、特定の材料を除去するために塩素または塩素化合物を使用することが可能である。材料を除去するために、ユーザは、典型的には、加工物ホルダに加工物を装着する。次いで、ユーザは、プラズマの噴流および反応ガスを加工物の方へ誘導することになる。表１のガスのいずれか、または知られている他のガスから具体的なガスを選択することが可能である。
【００５１】
上記にプラズマ生成器の様々な構成が記載されているが、本発明は特定のタイプのプラズマ生成器に限定されず、使用する生成器のタイプは具体的な用途によって決まる。同様に、上記および添付の表にいくつかのガスが記載されているが、本発明は、特定のガスに限定されない。エッチング、またはプラズマ励起化学蒸着のための他のタイプのプラズマ処理により知られている任意のガスを本発明に使用することができる。プラズマ処理に使用される様々なタイプのプラズマ生成器およびガスが、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ａ．Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ  ａｎｄ  Ａｌｌａｎ  Ｊ．Ｌｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇ、「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」に記載されている。
【００５２】
本発明およびその利点を詳細に説明したが、添付の請求項に定められている本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されている実施形態に対して様々な変更、代用および代替を行うことができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲は、明細書に記載されているプロセス、装置、製造、物質組成、手段、方法および工程の特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者であれば本発明の開示から容易に理解するであろうが、本発明によれば、本明細書に記載されている対応する実施形態と実質的に同じ機能を果たし、または実質的に同じ結果を達成する、現在存在する、または後に開発されるプロセス、装置、製造、物質組成、手段、方法または工程を利用することができる。よって、添付の請求項は、そのような装置、製造、物質組成、手段、方法または工程をそれらの範囲に含めることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明を具体化する局部的プラズマ処理を導入する帯電粒子ビーム・システムを示す図である。
【図２】本発明に使用されるプラズマ源を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  プラズマ処理システム
１０２  真空チャンバ
１０４  集束イオン・ビーム・システム
１０６  走査型電子顕微鏡
１０８  検出器
１１０  加工物
１１２  可動ステージ
２００  プラズマ源
２０２  誘電管
２０６  プラズマ・チャンバ
２１０  反応ガス・チャンバ
２３０  プラズマ・ガス供給管
２３２  ワイヤ
２３４  コイル
２４２  反応ガス供給管
【図１】
0005523651.tif 000005
【図２】
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