(57)【要約】  一実施形態において、プラズマ処理システムは、真空チャンバと、処理される基板を保持するように構成されていて、真空チャンバ内に配置されている基板ホルダと、を含む。本システムは、基板ホルダの周辺領域の上方に配置された電子源を更に含み、該電子源は、基板ホルダの周辺領域に向けて電子ビームを生成するように構成される。
2021536667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理システムであって、
真空チャンバと、
処理される基板を保持するように構成され、前記真空チャンバ内に配置されている基板ホルダと、
前記基板ホルダの周辺領域の上方に配置された電子源であって、前記基板ホルダの前記周辺領域に向けて電子ビームを生成するように構成された電子源と、
を含むシステム。
【請求項２】
前記電子源は、直流（ＤＣ）電源ノードに結合されたエッジ電極を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記エッジ電極の内半径と前記エッジ電極の幅との比が１０：１〜１５０：１の間で様々である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記エッジ電極は誘電体材料で覆われている、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記基板ホルダの中央領域の上方に配置された中央電極を更に含み、前記中央電極は前記エッジ電極の内側に配置されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記中央電極はドープ半導体材料を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
当該システムは、誘導プロセス又は容量プロセスを用いて前記真空チャンバ内にプラズマを生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記電子源は、外部電子源と結合されるように構成された出口を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムを使用して半導体基板を処理する方法であって、
前記半導体基板を前記基板ホルダの上に置くステップと、
前記半導体基板を前記真空チャンバ内で処理するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
処理方法であって、
処理される基板を、真空チャンバ内に配置された基板ホルダの上に置くステップであって、前記基板は周辺領域に囲まれている中央領域を含む、置くステップと、
電子源から、弾道電子を含む電子ビームを前記周辺領域に向けるステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記電子ビームを向けるステップは、前記周辺領域の上方に配置されたエッジ電極に第１の直流パルスを印加することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電子源は、前記周辺領域の上方に配置されたエッジ電極と、前記中央領域の上方に配置された中央電極と、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記電子ビームを向けるステップは、
前記エッジ電極に直流のパルス系列を印加し、前記中央電極に高周波バイアスを印加し、前記基板ホルダに低周波バイアスを印加すること、
前記エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、前記中央電極に高周波バイアスと直流の第２のパルス系列とを印加し、前記基板ホルダに低周波バイアスを印加すること、
前記エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、前記中央電極に高周波バイアスと直流の第２のパルス系列とを印加し、前記基板ホルダに低周波バイアスの第３のパルス系列を印加すること、
前記エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、前記中央電極に基準電位を印加し、前記基板ホルダに高周波バイアス及び低周波バイアスを印加すること、
前記エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、前記中央電極に直流の第２のパルス系列を印加し、前記基板ホルダに高周波バイアス及び低周波バイアスを印加すること、
前記エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、前記中央電極に基準電位を印加し、前記基板ホルダに高周波バイアス及びパルス状低周波バイアスを印加すること、又は
前記エッジ電極に直流のパルス系列を印加し、前記中央電極に直流の第２のパルス系列を印加し、前記基板ホルダに高周波バイアス及びパルス状低周波バイアスを印加すること
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電子ビームを向けるステップは、
前記エッジ電極に直流のパルス系列を印加し、前記中央電極に無線周波数バイアスを印加し、前記基板ホルダに基準電位を印加すること、
前記エッジ電極に無線周波数バイアスと直流のパルス系列とを印加し、前記中央電極に無線周波数バイアスを印加し、前記基板ホルダに基準電位を印加すること、又は
前記エッジ電極に直流のパルス系列を印加し、前記中央電極に基準電位を印加し、前記基板ホルダに無線周波数バイアスを印加すること、
を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記真空チャンバ内にプラズマを生成するステップと、
前記プラズマからのイオンを前記基板に向けるステップと、
前記イオンと、前記弾道電子を含む前記電子ビームとにより、前記基板の表面を処理するステップと、
を更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記電子ビームを向けるステップと、前記イオンを向けるステップとが交互に実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電子ビームを向けるステップと、前記イオンを向けるステップとが同時に実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
プラズマシステムの電子生成装置であって、
中央部分の周囲に配置されたエッジ電極部分であって、当該エッジ電極部分は、
前記中央部分の径より大きい内径と、
前記内径より小さい厚さと、
前記内径と外径との間に配置された第１の導電領域と、
直流（ＤＣ）電源を前記第１の導電領域に結合する第１の電気結合コンポーネントと、
前記プラズマシステムのプラズマに曝されるように構成され、電子を生成するように構成された外側表面と、
を含み、当該エッジ電極部分は誘電体材料で覆われている、エッジ電極部分、
を含む装置。
【請求項１９】
前記中央部分に配置された中央電極部分であって、当該中央電極部分は、
当該中央電極部分に沿って又は当該中央電極部分の中に分布された第２の導電領域と、
直流（ＤＣ）電源用又は交流（ＡＣ）電源用の第２の電気結合コンポーネントであって、前記第２の導電領域と結合される第２の電気結合コンポーネントと、
当該中央電極部分の厚さより大きい径と、
を含み、前記第２の電気結合コンポーネントは前記第１の電気結合コンポーネントから電気的に絶縁されている、中央電極部分、
を更に含む請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２の導電領域はドープ半導体材料を含む、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１８年８月３０日に出願された米国特許仮出願第６２／７２４，８６５号、並びに２０１８年１２月１７日に出願された米国特許仮出願第１６／２２１，９１８号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、全般的にはプラズマ処理に関し、具体的な実施形態ではプラズマ処理の方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ここ何十年かの間に多くの産業でプラズマ処理の用途が多様になっている。例えば、プラズマ処理は、材料の堆積又は除去に日常的に用いられ、例えば、超小型電子回路、フラットパネル又は他のディスプレイ、太陽電池、微小電気機械システム等の製造に用いられる薄層の堆積又はエッチングに用いられる。
【０００４】
半導体デバイスの製造では、基板上での多数の材料層の形成、パターニング、及び除去を含む一連の技術が必要である。現行及び次世代の半導体デバイスの物理的且つ電気的仕様を満たす為に、処理フローは、構造的完全性を維持しながらフィーチャサイズを縮小できることが、様々なパターニング処理にとって望ましい。歴史的には、微細加工により、トランジスタが１つの平面内に作成され、その上に配線／メタライゼーションが形成される為、トランジスタは、２次元（２Ｄ）回路又は２Ｄ製造として特徴付けられている。スケーリングの取り組みにより、２Ｄ回路内の単位面積当たりのトランジスタ数は、大幅に増加したものの、スケーリングがナノメートル規模の半導体デバイス製造ノードに入るにつれて、スケーリングの取り組みは、より困難な局面に入りつつある。
【０００５】
デバイス構造が高密度化し、垂直方向に展開するにつれて、精密材料処理の必要性がますます切実になっている。プラズマ処理の選択性、プロファイル制御、膜追従性、及び均一性の間のトレードオフは、管理が困難な場合がある。そこで、材料を精密にマニピュレートして高度なスケーリング課題を満たす為には、エッチング及び堆積の各方式に最適な処理条件を隔離して制御する設備及び技法が望ましい。
【０００６】
半導体テクノロジの世代ごとに、材料を精密にマニピュレートしなければならないだけでなく、半導体ウェーハ全体にわたって十分な均一性を確保しなければならない。特に、ウェーハのエッジにあるフィーチャが、中央部にあるフィーチャと、外観も機能も同等でなければならない。ウェーハ全体でのそのようなばらつきが過剰であれば、ウェーハのエッジで形成されたチップを廃棄しなければならず、それによって製造工程の歩留まりが大幅に下がる。
【０００７】
半導体デバイスの製造ではプラズマ処理が一般的に用いられる。例えば、プラズマエッチング及びプラズマ堆積は、半導体デバイスの製造中の一般的な処理ステップである。プラズマ処理中にウェーハ全体でのばらつきを制御することは、半導体製造において使用されるウェーハのサイズが大きいこと（例えば、３００ｍｍ）により困難である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、プラズマ処理システムは、真空チャンバと、処理される基板を保持するように構成され、真空チャンバ内に配置されている基板ホルダと、を含む。本システムは更に、基板ホルダの周辺領域の上方に配置された電子源を含み、該電子源は、基板ホルダの周辺領域に向けて電子ビームを生成するように構成される。
【０００９】
本発明の一代替実施形態によれば、処理方法は、処理される基板を、真空チャンバ内に配置された基板ホルダの上に置くステップを含み、基板は、周辺領域に囲まれた中央領域を含む。電子源から、弾道電子を含む電子ビームが周辺領域に向けられる。
【００１０】
本発明の一代替実施形態によれば、プラズマシステムの電子生成装置は、中央部分の周囲に配置されたエッジ電極部分を含む。エッジ電極部分は、中央部分の径より大きい内径と、内径より小さい厚さと、内径と外径との間に配置された第１の導電領域と、直流（ＤＣ）電源を第１の導電領域に結合する第１の電気結合コンポーネントと、を含む。エッジ電極部分はまた、プラズマシステムのプラズマに曝されるように構成され且つ電子を生成するように構成された外側表面を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明とその利点についてのより完全な理解が得られるように、ここからは、後述の説明を以下の添付図面と併せて参照する。
【００１２】
【図１】ＤＣバイアスされるエッジ電極を含むプラズマ処理装置の一実施形態の概略図である。
【図２】表面における電子刺激化学反応の一例を示す。
【図３】半導体ウェーハ上の最端エッジ領域の一例を示す。
【図４Ａ】半導体ウェーハの中央部分にある穴のエッチングの一例を示す。
【図４Ｂ】半導体ウェーハの最端エッジ領域にある穴のエッチングの一例を示す。
【図４Ｃ】電子ビームの存在下での半導体ウェーハの最端エッジ部分にある穴のエッチングの一例を示す。
【図５】エッジ電極を含む上部電極アセンブリの一実施形態の平面図を示す。
【図６】エッジ電極及び中央電極を含む上部電極アセンブリの一代替実施形態の平面図を示す。
【図７】エッジ電極及び中央電極を含む上部電極アセンブリの別の実施形態の平面図を示す。
【図８】エッジ電極がマスクで保護されている、マスクされた上部電極アセンブリの一実施形態の概略立面断面図である。
【図９】エッジ電極が誘電体で保護されている場合の電子ビームの変遷パターンの一例を示す。
【図１０】エッジ電極及び中央電極を含む、保護された上部電極アセンブリの一実施形態の概略立面断面図である。
【図１１Ａ】プラズマ処理装置におけるエッジ電極、中央電極、及び基板ホルダの個別バイアスを概略的に示す。
【図１１Ｂ】プラズマ処理装置におけるエッジ電極、中央電極、及び基板ホルダのバイアス構成の幾つかの実施形態の表である。
【図１２】上部電極アセンブリを通してガスを供給し、ＤＣバイアスされるエッジ電極を含むプラズマ処理装置の一実施形態の概略図である。
【図１３】エッジ電極、中央電極、及びガス供給用導管を含む上部電極アセンブリの一実施形態の平面図である。
【図１４】エッジ電極、中央電極、及びガス供給用導管を含む、保護された上部電極アセンブリの一実施形態の概略立面断面図である。
【図１５】一次プラズマ真空チャンバの外にある電子源を含むプラズマシステムの一実施形態の概略図である。
【００１３】
異なる図面間で対応する符号及びシンボルは、特に断らない限り、対応する要素を概ね参照する。図面は、実施形態の当該の態様を明確に示すように描かれており、必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。更に、各図面におけるガス導管の数、サイズ、及び配置は、実際のガス導管の数、サイズ、及び配置を反映したものではなく、当該の概念の図解を意図したものに過ぎない。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
プラズマ処理中の製造歩留まりを向上させる為に、本発明の実施形態は、ウェーハの周辺領域に覆い被さる電極アセンブリの周辺領域において電子ビームが選択的に生成されるプラズマ処理のツール及び方法を開示する。電子ビームは、この周辺領域のウェーハ表面の反応性を変える為に、プラズマ処理中に同時又は順次的に選択的に照射されてよく、これは、ウェーハの中央領域にあるデバイスとウェーハの周辺領域にあるデバイスとの間のばらつきを低減することに役立つ。
【００１５】
プラズマ処理装置の一実施形態について、図１〜３を使用して説明する。処理ツールの例示的適用について、図４Ａ〜４Ｃを使用して論じる。図１のプラズマツールにおいて使用されてよい上部電極アセンブリの実施形態について、図５〜８、１０を使用して説明する。プラズマ処理装置の別の実施形態について、図１２を使用して説明する。図１２のプラズマツールにおいて使用されてよい上部電極アセンブリの実施形態について、図１３〜１４を使用して説明する。電子源が一次プラズマ真空チャンバの外にある一実施形態について、図１５を使用して説明する。
【００１６】
図１は、ＤＣバイアスされるエッジ電極を含むプラズマ処理装置の一実施形態の概略図である。
【００１７】
この実施形態では、プラズマ処理装置１００が、処理チャンバ１０５（例えば、真空チャンバ）、ガス入力系１１０、基板ホルダ１１５、上部電極アセンブリ１２０、及びコイル１２５を含む。ガス入力系１１０は、処理ガスを処理チャンバ１０５に供給する。ガス入力系１１０は、複数の入力を含んでよく、様々なガスを処理チャンバ１０５に入力してよい。一実施形態では、コイル１２５に高周波（ＲＦ）バイアスが印加され、それによって、処理チャンバ１０５の領域１３０に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）が生成される。別の実施形態では、プラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、マイクロ波プラズマとして生成されてよく、或いは他の方法で生成されてよい。基板ホルダ１１５上に加工物又は基板１３５（例えば、半導体ウェーハ）が置かれてよい。一実施形態では、ＲＦバイアスがマッチングネットワーク１３７を通して基板ホルダ１１５及び基板１３５に印加されてよい。
【００１８】
更に、基板１３５の周囲にフォーカスリング１３９が置かれてよい。幾つかの実施形態では、プラズマ処理はエッチング処理であってよく、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理、原子層エッチング（ＡＬＥ）処理等であってよい。別の実施形態では、プラズマ処理は堆積処理であってよく、例えば、プラズマ物理気相堆積（ＰＶＤ）処理、プラズマ化学気相堆積（ＣＶＤ）処理、原子層堆積（ＡＬＤ）処理等であってよい。更に別の実施形態では、プラズマ処理は、基板の任意の物理的又は化学的修飾を生成してよい。
【００１９】
一実施形態では、上部電極アセンブリ１２０は、エッジ電極１４０を含み、任意選択で、中央電極１４５を含む。後述するように、エッジ電極１４０は、弾道電子用電子源であってよい。基板１３５がほぼ円形である実施形態では、エッジ電極１４０及び任意選択の中央電極１４５は、それぞれ環状及び円形であってよい。当然のことながら、本明細書では、基板１３５、上部電極アセンブリ１２０、エッジ電極１４０、及び中央電極１４５の高さがゼロではないことから、円形という用語は、より厳密には円筒形を意味するものとし、環状という用語は、より厳密には環状の円筒形を意味するものとする。
【００２０】
直流（ＤＣ）電源１５０が、エッジ電極１４０にＤＣバイアスを供給する。様々な実施形態では、ＤＣバイアスは連続又はパルス状であってよい。一実施形態では、エッジ電極１４０に供給されるＤＣバイアスは、基板１３５の周辺領域（例えば、最端エッジ領域１６５）に対して負であり、これによって、最端エッジ領域１６５からエッジ電極１４０にかけて電界が生成される。この電界の影響下で、プラズマ中の正に帯電したイオンがエッジ電極１４０に向かって加速され、一部がエッジ電極１４０に衝突する。これらの衝突の一部で、エッジ電極１４０から電子が放出される。そのような電子は、ガスのイオン化で発生したプラズマ電子と区別する為に、二次電子と呼ばれる。表面に衝突した正イオンの数に対する、表面から放出された二次電子の数の比が二次電子放出係数である。二次電子放出係数は、様々な要因に依存する。これは一般に、表面が酸化物の場合は高めであり、表面が金属の場合は低めである。表面がシリコンの場合には、典型的な二次電子放出係数はほぼ０．１（例えば、一実例では１００Ｖイオンの場合で０．０２７）となり、このことは、シリコン電極表面に１０個のイオンが衝突するごとに１つの二次電子が生成されうることを示している。
【００２１】
エッジ電極１４０から放出される二次電子は、処理中に電界の影響下で基板１３５の最端エッジ領域１６５に向けて加速されてエネルギを得るが、プラズマ中に存在する様々な種と衝突して、散乱してコースからそれ、エネルギも失う場合がある。弾道電子１６０は、プラズマ中で衝突を被ることなく、電界から与えられた全エネルギを運んで最端エッジ領域１６５に到達する。例えば、エッジ電極１４０と最端エッジ領域１６５との電位差が３００Ｖであれば、弾道電子１６０は約３００ｅＶのエネルギを運んで基板１３５に到達することが可能である。別の、ほぼ弾道電子である電子は、少数のほぼ弾性の衝突のみを被り、それによってほとんどのエネルギが保持されて、基板上の化学反応を刺激するのにほぼ十分なエネルギとともに基板に到達しうる。更に別の電子は、多数の衝突を被って、プラズマ中の平均電子温度に対応するエネルギ程度のエネルギしか運ばないことになりうる。
【００２２】
ＤＣ電源からエッジ電極１４０に印加されるＤＣバイアスの大きさは、エネルギに影響するだけでなく、最端エッジ領域１６５に到達する電子の数にも影響する。表面における化学反応を刺激するのに必要な電子エネルギは、表面と、必要な化学反応とによって決まる。関心対象の多くのプラズマ処理では、数百電子ボルトのオーダーのエネルギで表面における反応速度を加減速することが可能であるが、他のプラズマ処理では数十電子ボルトのオーダーのエネルギで十分な場合がある。エッジ電極に印加されるＤＣバイアスの大きさはまた、十分な数の電子が十分なエネルギとともに最端エッジ領域１６５に到達することを確実にするのに十分でなければならない場合がある。幾つかの実施形態では、エッジ電極１４０に印加されるＤＣバイアスは、基板１３５の最端エッジ領域１６５上に現れる最小電位に対して負であり、この最小電位は、基板１３５上の他の場所に現れる最小電位と多少異なる場合がある。基板１３５にＲＦバイアスが供給されている場合、最小電位は、ＲＦサイクルの負の最大点で発生する。ＲＦバイアスがキャパシタンスを介して基板１３５に供給されている場合は、ＤＣ自己バイアスも基板１３５上に現れて総基板バイアスに寄与する可能性がある。この基板自己バイアスは、システムパラメータ及び動作パラメータの両方に依存する。様々な実施形態では、エッジ電極１４０に印加されるＤＣバイアスは、５０Ｖ〜１０００Ｖの範囲になるように選択され、一実施形態では約５００Ｖ〜１０００Ｖの範囲になるように選択される。幾つかの実施形態では、エッジ電極１４０に印加されるＤＣバイアスは、基板ＲＦバイアスがオンの間に印加されてよい。他の幾つかの実施形態では、エッジ電極１４０に印加されるＤＣバイアスと基板ＲＦバイアスは交互に印加されてよい。一実例では、基板ＲＦバイアスがオフにされて、その後、ＤＣパルスがエッジ電極１４０に印加されて、ＤＣパルスの後に基板ＲＦバイアスがオンにされてよく、このシーケンスが繰り返されてよい。そのような実施形態は、基板自己バイアスが大きい場合に特に有利である。
【００２３】
エッジ電極１４０からは二次電子が最初に様々な角度で放出される可能性があり、電子はプラズマ中での衝突によって方向を変える可能性があるが、電界は、エッジ電極１４０の表面に垂直な方向が最強であり、多数の電子をその方向に向けることに非常に効果的である。従って、エッジ電極に負のＤＣバイアスを印加することによって、弾道電子及びほぼ弾道電子のビームが生成される。良好な近似として、二次電子密度は断面が環状であり、エッジ電極１４０の寸法を反映する。これらの二次電子は、ほぼ、エッジ電極に垂直な経路を移動し、基板１３５の周辺領域に当たる。従って、弾道電子及びほぼ弾道電子は、高水準の空間精度で基板１３５の周辺領域に送達される。
【００２４】
図１に示すように、二次電子は基板１３５上の最端エッジ領域１６５に当たる。エッジ電極１４０は、基板に到達する電子のビームが、良好な近似として、基板１３５の最端エッジ領域１６５をカバーするように設計される。一実施形態では、上部電極アセンブリ１２０は、プラズマ処理システムにおいて基板と中心を揃えて配置されてよく、エッジ電極１４０の内半径及び幅は、基板１３５の最端エッジ領域１６５の内半径及び幅とほぼ等しくてよい。
【００２５】
別の実施形態では、電子ビームが基板１３５をカバーし、且つ、基板１３５の多少外側まで広がるように、エッジ電極１４０の幅は基板１３５の最端エッジ領域１６５の幅より大きくてよい。電子ビームが基板１３５のエッジを越えて広がることは、少なくとも２つの点で有益でありうる。プラズマ運転中は、基板１３５とフォーカスリング１３９との間に通常存在する細い隙間にイオンが入り込む可能性があるが、隙間の内部は電子から隠れていることが多い。その為、隙間の中の基板ホルダ１１５上に正電荷が蓄積する可能性がある。そしてこの電荷は基板１３５のエッジの近くの電位を変化させ、これが、最端エッジ１６５と基板１３５のそれ以外の部分との間の所望のプラズマ処理の違いをもたらす。電子ビームが隙間領域をカバーする場合は、ビームの電子が正電荷を中和することによって、そこに正電荷が蓄積するのを防ぐ。更に、電子ビームが基板１３５のエッジを越えて広がることにより、エッジ電極１４０に対する基板１３５の配置にずれがあったとしてもその影響が小さくなる。
【００２６】
二次電子を生成することに加えて、スパッタリングと呼ばれる処理では、エッジ電極１４０に当たる正イオン（図示せず）が電極材料の原子を押し退ける場合もある。押し退けられた原子はプラズマ中に入って基板１３５に到達する場合がある。エッジ電極１４０及び任意選択の中央電極１４５は、プラズマに直接曝される場合には、それらが意図されたプラズマ処理の妨げにならないように特に選択された材料で作られてよい。或いは、エッジ電極１４０及び任意選択の中央電極１４５は、意図されたプラズマ処理の妨げにならない材料で作られた保護層で被覆されてよい。上部電極アセンブリ１２０の実施形態及び他の特性について、後で更に論じる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、電子のビームは、基板１３５の表面がプラズマからのイオンに曝されるのと同時に、基板１３５に向けられてよい。この場合、イオンが基板１３５の表面と相互に作用している間に、ビームの電子が最端エッジ領域１６５に存在する。或いは、幾つかの実施形態では、基板１３５の表面が、イオンを受け取るのと異なるタイミングで電子を受け取るように、電子のビームが最端エッジ領域１６５に向けられてから、イオンフラックスが続いてよい。
【００２８】
図２は、表面における電子刺激化学反応の一例を示す。表面２１０は任意の材料の任意の表面であってよく、例えば、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンカーバイド、フォトレジスト、下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）、様々な平坦化材料、ハードマスク等のような材料の上面又は側壁であってよい。特に、表面２１０は、プラズマエッチング処理時にエッチングマスクとして使用される任意の層の表面であってよい。表面２１０は、図２では水素終端されているように示されているが、より一般的には、１つ以上の他の原子又は原子団（例えば、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、アミン基、フルオロカーボン基等）によって全体又は一部が終端されてよい。
【００２９】
電子２２０は、十分なエネルギで表面２１０に当たると、表面にあるボンドを壊して、それまで表面と結合していた種を脱離させ、ダングリングボンドを残す可能性がある。例えば、電子２２０は、水素原子２２３の脱離を刺激して、第１のダングリングボンド２２７を生成する可能性がある。
【００３０】
このようにして生成されたダングリングボンドがその後の反応に関与する可能性がある。例えば、水素原子２３０が第２のダングリングボンド２３３の場所に到達し、下層材料の原子とボンドを形成することによって表面に吸着して、第２のダングリングボンド２３３を終端する可能性がある。同様に、反応物Ｒ１  ２４０が表面に吸着して、第３のダングリングボンド２４３を終端する可能性がある。別の事象では、反応物Ｒ２  ２５０とダングリングボンドとの相互作用の結果として、２つの種、即ち、表面に吸着する反応物Ｒ２’  ２５３と、表面から離れる反応副生成物Ｐ  ２５７とが生成される可能性がある。幾つかのプラズマ処理では、反応物Ｒ１及びＲ２はフルオロカーボンであってよい。
【００３１】
ダングリングボンドの表面密度の変化、又は表面を覆う種の変化は、エッチングや堆積等の様々なプラズマ処理に影響を及ぼしうる。例えば、ダングリングボンドは堆積を促進しうる。同様に、シリコン表面をフルオロカーボンで覆うことにより、シリコン表面をプラズマイオンから保護して、そのエッチング耐性を水素終端表面より相対的に高くすることが可能である。特に、更なる電子の到達により、吸着反応物上に更なるダングリングボンドが生成されて、表面２１０上の材料の継続的成長につながることが可能である。例えば、反応物Ｒ１  ２４０又は反応物Ｒ２  ２５０がフルオロカーボンであれば、フルオロカーボンコーティングが表面２１０上で成長し続けることが可能である。
【００３２】
一実施形態では、基板１３５の最端エッジ領域１６５（図１を参照）は、基板１３５の幅の１０パーセント以下（別の実施形態では２パーセント以下）を含み、別の実施形態では基板１３５の外側エッジを含む。
【００３３】
基板１３５は、一実施形態では円形の半導体ウェーハであってよい。図３は、半導体ウェーハ上の最端エッジ領域の一例を示す。ウェーハ３００上で、最端エッジ領域３１０がほぼ環状であってよい。半導体ウェーハ３００が基板１３５の一例であるのと全く同様に、半導体ウェーハ３００の最端エッジ領域３１０は、基板１３５の最端エッジ領域１６５の一例である。様々な実施形態では、半導体ウェーハの最端エッジ領域３１０の内半径３１５と、最端エッジ領域３１０の幅３２０との比が１０：１〜１５０：１の間であってよく、一例では４０：１〜１５０：１の間であってよい。
【００３４】
一例では、最端エッジ領域３１０は、ウェーハ３００の外側エッジ３３０を含む。幾つかの実施形態では、最端エッジ領域は、外側エッジ３３０から幅３２０だけ内側に広がる環状領域を含み、幅３２０は基板１３５の半径の１０パーセント以下、好ましくは２パーセント以下である。例えば、ウェーハ径が３００ミリメートルであれば、最端エッジ領域は、１５ミリメートル以下、好ましくは３ミリメートル以下の幅３２０だけ外側エッジ３３０から内側に広がる環状領域を含む。適用例によっては、最端エッジ領域３１０は外側エッジ３３０に届かない可能性があり、その代わりに、外側エッジ３３０で定義される円の内側全体に横たわる可能性があると、本明細書では想定している。基板が円形でない場合には最端エッジ領域は環状でなくてよいことも本明細書において認識されている。基板１３５の最端エッジ領域１６５におけるプラズマ処理の効果の少なくとも１つの側面は、ウェーハの内部部分３４０における同じ側面と異なってよい。例えば、プラズマ処理は堆積処理であってよく、プラズマ処理の効果の一側面は、所与のタイプのフィーチャの上面又は側壁における成長速度であってよい。プラズマ処理は、線フィーチャの周囲をエッチングすることによってその線フィーチャを形成することを意図されたエッチング処理であってよく、このプラズマ処理の効果の一側面は線フィーチャの幅であってよい。或いは、プラズマ処理は、基板上の層にほぼ円筒形の穴をエッチングすることを意図されたエッチング処理であってよく、このプラズマ処理の効果の一側面はその穴の径であってよい。
【００３５】
図４Ａは、半導体ウェーハの中央部分にある穴のエッチングの一例を示す。パターニングされたフォトレジスト層４０５がハードマスク４１０上に形成されており、そのハードマスク４１０は酸化物層４１５上に横たわっている。ハードマスク４１０は、シリコン、シリコン窒化物、シリコンカーバイド等であってよい。そのようなケースでは２段階エッチング処理がよく用いられる。第１の段階では、エッチング処理によりハードマスク４１０に開口がエッチングされ、エッチングマスクとしてフォトレジスト４０５が使用される。第２の段階では、第２のエッチング処理により酸化物層４１５に開口がエッチングされ、エッチングマスクとしてハードマスク４１０及び残存しているフォトレジスト４０５が使用される。フォトレジスト４０５、ハードマスク４１０、又はその両方の露出面がいずれか又は両方のプラズマ段階の間に浸食される場合があるが、これは、それらもある程度エッチングされる為である。プラズマ処理の効果の一側面は、酸化物層にエッチングされた穴の径４２５であり、これは例えば上部で測定される。径４２５は、１つにはこの浸食によって決定される。
【００３６】
図４Ｂは、半導体ウェーハの最端エッジ領域にある穴のエッチングの一例を示す。この例では、フォトレジスト４０５の上面４４０及び側壁４４５、並びにハードマスク４１０の側壁４５０の浸食が、ウェーハの内部領域に共通の相対位置４３５より進んでいる。従って、最端エッジ領域にある穴の径４５５は、ウェーハの内部領域の径４２５より大きい。最端エッジ領域と内部領域とでの浸食の程度差は様々な要因で発生する可能性があり、そのような要因として、ウェーハとフォーカスリングの電位差、ウェーハの温度差、或いは、ウェーハエッジの近くの様々なプラズマ種のエネルギ又は密度がある。そのような密度の差が発生する原因は、例えば、ウェーハ上フィーチャの、エッジにおける急な終端によって発生する負荷効果である可能性がある。ウェーハとフォーカスリングの電位差による効果は、フォーカスリングの設計及び操作を慎重に行うことで軽減される可能性がある。しかしながら、プラズマ種の拡散及び熱拡散により、温度要因及び化学的要因に関連する効果が微細な空間分解能で影響を及ぼすことは困難である。フォトレジスト４０５の初期厚さ又は側壁プロファイルの差が初期の処理ステップによって発生しうることも本明細書において認識されている。
【００３７】
図４Ｃは、電子ビームの存在下での半導体ウェーハの最端エッジ部分にある穴のエッチングの一例を示す。競合する２つのプロセス、即ち、一方ではエッチングによるフォトレジスト４０５及びハードマスク４１０の浸食、他方ではフォトレジスト４０５及びハードマスク４１０の表面上の反応物の電子刺激成長が発生しうる。例えば、初期の浸食期間の後に成長が始まりうる。フォトレジスト及びハードマスクの表面が有利な位置４６５に達した後に、この位置が競合する２つのプロセスの間の平衡状態で維持されることが可能である。
【００３８】
従って、電子ビームの使用により、ウェーハの最端エッジ領域においては、外側の穴径４７０が前述の穴径４５５より小さくなって内側の穴径４２５に近づくことが達成可能である。ここで認識されることには、エッチングされる穴の内側表面にビーム電子が到達しうるものの、穴のエッチングを抑制することに対するビーム電子の影響は、側壁のシャドウイング効果によって穴の内側ではフルオロカーボン反応が相対的に利用不可であることによって制限される。
【００３９】
図５は、エッジ電極を含む上部電極アセンブリの一実施形態の平面図を示す。一実施形態では、上部電極アセンブリ５００が、誘電性中央部分５１０、エッジ電極１４０、及び外側絶縁体５３０を含む。中央部分５１０はほぼ円筒形であってよく、その厚さはその径より小さくてよい。エッジ電極１４０及び外側絶縁体５３０は、ほぼ環状円筒形であってよい。様々な実施形態では、エッジ電極１４０は、意図されたプラズマ処理を阻害しない導体材料で作られてよい。例えば、シリコン酸化物のエッチング処理の場合には、エッジ電極１４０はシリコン又はシリコンカーバイドで作られてよい。様々な実施形態では、中央部分５１０及び外側絶縁体５３０は、イットリアのようなセラミックを含む１つ以上の絶縁材料で作られてよい。エッジ電極１４０の内半径５７０及び幅５８０は、（例えば、上述の）半導体ウェーハの最端エッジ領域３１０の内半径３１５及び幅３２０とほぼ等しくてよい。従って、様々な実施形態では、エッジ電極１４０の内半径５７０とエッジ電極１４０の幅５８０との比が１０：１〜１５０：１の間であってよい。別の実施形態では、幅５８０は、半導体ウェーハの最端エッジ領域３１０の幅３２０より大きくてよい。
【００４０】
エッジ電極１４０には、連続又はパルス状のＤＣバイアスが供給されてよい。エッチング処理の一適用例では、処理によって、エッチングされることを意図された材料の１つの単層がほぼ１００ミリ秒以内に除去されることが可能であり、エッチングマスクの表面上の表面サイトの数は、１平方センチメートル当たり１０１５箇所のオーダーであってよい。例えば、シリコン（１００）表面上の格子表面サイトの総数は、約１．３×１０１５ｃｍ−２である。そのようなエッチング処理においてエッチングマスクの表面に対して化学処理を有利に作用させる為に、様々な実施形態が、１００ミリ秒ごとに１平方センチメートル当たり１０１４〜１０１６個の間の電子の電子フラックスを供給してよい。例えば、電子フラックスは、表面上の反応物又はダングリングボンドの瞬時濃度に対して電子の過飽和が維持されるように選択されてよく、電子フラックス自体はボンドサイトの総数より少なくてよい。
【００４１】
エッジ電極１４０に印加されるＤＣバイアスが連続である実施形態の場合には、一般的に入手可能な連続ＤＣ電源であれば必要な電流を供給するのに十分な能力がある。
【００４２】
幾つかの実施形態では、連続ＤＣバイアスは、エッチングマスク表面上の成長を刺激する時にのみ、それに必要な継続時間だけ印加されてよい。キロヘルツ周波数レンジで動作する、一般的に入手可能なパルス状ＤＣ電源であれば、毎秒数千個のパルスを供給する。エッジ電極１４０に印加されるＤＣバイアスがパルス状である実施形態の場合には、１００ミリ秒ごとに１平方センチメートル当たり１０１４〜１０１６個の間の電子のビームフラックスを供給する為に必要とされる電流レベルは、十分にそのような電源の能力の範囲内である。一実施形態では、パルス幅は、所望のビームフラックスが確実に供給されるのに十分な長さであるように選択される。幾つかの実施形態では、ＤＣパルスは、エッチングマスク表面上の成長を刺激することが必要な時にのみ印加されてよい。
【００４３】
図６は、エッジ電極及び中央電極を含む上部電極アセンブリの一実施形態の平面図を示す。図５の実施形態と異なり、この実施形態では、上部電極アセンブリは追加の中央電極を含む。
【００４４】
従って、この実施形態では、上部電極アセンブリ１２０は、中央電極１４５、内側絶縁体６２０、エッジ電極１４０、及び外側絶縁体５３０を含む。中央電極１４５はほぼ円筒形であってよく、その厚さはその径より小さくてよい。内側絶縁体６２０、エッジ電極１４０、及び外側絶縁体５３０は、ほぼ環状円筒形であってよい。一実施形態では、中央電極１４５はドープシリコンで作られてよい。内側絶縁体６２０は、イットリアのようなセラミックを含む様々な絶縁材料で作られてよい。
【００４５】
様々な実施形態では、中央電極６１０には、エッジ電極１４０と異なるバイアス電圧が印加されてよい。中央電極１４５及びエッジ電極１４０のバイアスの様々な実施形態について、後で更に論じる。
【００４６】
図７は、エッジ電極及び中央電極を含む上部電極アセンブリの別の実施形態の平面図を示す。図６に示した中央電極に加えて、この実施形態は更に、エッジ電極を囲む外側部分を含む。
【００４７】
この実施形態では、上部電極アセンブリ７００が、中央電極１４５、内側絶縁体６２０、エッジ電極１４０、外側絶縁体７４０、及び外側部分７５０を含む。外側絶縁体７４０及び外側部分７５０は、ほぼ環状円筒形であってよい。外側絶縁体７４０は、エッジ電極１４０と外側部分７５０との間を電気的に絶縁しており、セラミック等のような１つ以上の絶縁材料で作られてよく、幅が外側絶縁体５３０と異なってよい。外側部分７５０は、絶縁材料又は導体材料で作られてよい。
【００４８】
外側部分７５０が導体である実施形態では、外側部分７５０は接地されてよく、或いは連続モード又はパルスモードでＤＣバイアス又はＲＦバイアスされてよい。そのような実施形態では、追加の絶縁リング（図示せず）が外側部分７５０を囲んでよい。
【００４９】
図５〜７の実施形態では、上部電極アセンブリの各電極はプラズマに曝される。その結果、電極材料がスパッタリングされてプラズマ中に入る可能性があり、場合によっては基板に到達して基板上のプラズマ処理に干渉する可能性がある。例えば、電極がドープシリコンで作られている実施形態では、シリコンのスパッタリングがシリコンエッチング処理と競合してシリコンエッチング処理の効率を低下させる可能性がある。そのような適用例では、マスク保護実施形態が用いられてよい。マスク保護実施形態では、電極が、カバー材料又はラミネート材料によってプラズマから保護されうる。カバー材料は、運用中にスパッタリングされる可能性がある為、エッチング処理を阻害しないように選択される。エッチング処理に応じて、カバー材料は、イットリアを含むセラミック、酸化物、窒化物等のような誘電体であってよく、或いはこれらの複合物又は組み合わせであってよい。
【００５０】
図８は、エッジ電極がマスクで保護されている、マスクされた上部電極アセンブリ８００の一実施形態の概略立面断面図である。この実施形態では、エッジ電極１４０は、保護誘電体８２０の中に配置されている。エッジ電極１４０は、導体材料、例えば、ドープシリコン、金属又は合金、又はこれらの組み合わせで作られており、ほぼ環状円筒形である。エッジ電極の高さは、一般に、その径より小さい。保護誘電体は、イットリア等のセラミックを含む１つ以上の絶縁材料の１つ以上の部分を含んでよい。様々な実施形態では、エッジ電極１４０は、保護誘電体８２０の１つ以上の部分の中に印刷されてよく、或いは、エッジ電極１４０及び保護誘電体８２０は、個別部分から組み立てられてよい。エッジ電極１４０には、バイアスを可能にする電気的アクセスの為のエッジ接点８２５が設けられている。
【００５１】
保護誘電体８２０の表面領域８３０はプラズマと向き合い、エッジ電極１４０を覆い、ほぼ環状である。エッジ電極に負のＤＣバイアスが印加されると、プラズマ中の正イオンがエッジ電極１４０に引き寄せられて表面領域８３０に当たり、表面領域８３０から二次電子を生成する。しかしながら、誘電体は導体ではない為、二次電子が生成されるまで電荷が徐々に表面領域８３０上に集まり、それによって、得られた電子ビームが消失する。
【００５２】
図９は、エッジ電極が誘電体で保護されている場合の電子ビームの変遷パターンの一例を示す。トレースＡ、Ｂ、及びＣは、それぞれ、エッジ電極に印加されるバイアス、誘電体の表面の電圧、及び電子ビーム中の電子のフラックスを描いている。時点ｔ１に、エッジ電極１４０に負のＤＣバイアスが印加される。表面領域８３０の電圧は、バイアスが印加されていないときの値から、処理によっては、１０Ｖ前後の小さい負値まで急降下し、印加されたバイアスにほぼ等しい値に向かう。時点ｔ２で、容易に感知可能な電子ビームフラックスが得られる。表面領域８３０上に電荷が集まるにつれて、表面電圧はゆっくり上昇し、元の値に向かって戻る。時点ｔ３で、表面電圧は、影響のある電子ビームフラックスを生成するのに十分ではなくなり、時点ｔ４までに元の値にほぼ回復する。基板に対してプラズマ処理を連続的に作用させる為には、ＤＣバイアスを除去して、表面領域８３０上に蓄積した電荷がプラズマ中に放散されることを可能にし、時点ｔ５でＤＣバイアスを再印加することが有利である。従って、パルス状ＤＣ電源を使用して、マスクされた上部電極アセンブリ８００のエッジ電極１４０をバイアスすることが有利である。
【００５３】
図１０は、エッジ電極及び中央電極を含む、保護された上部電極アセンブリの一実施形態の概略立面断面図である。この実施形態では、エッジ電極１４０及び中央電極１４５が絶縁ボディ１０２０内に配置されている。更に、保護誘電体１０３０が使用されて、エッジ電極１４０及び中央電極１４５を絶縁し、それらをプラズマから保護している。
【００５４】
一実施形態では、保護誘電体１０３０はイットリアであってよい。イットリアは、プラズマシステムにおけるコーティングとしてよく使用され、一般に、目立った汚染を引き起こさない。別の実施形態では、保護誘電体１０３０は、他のセラミックを含む１つ以上の他の絶縁材料の１つ以上の部分を含んでよい。エッジ電極１４０及び中央電極１４５は導体材料で作られ、例えば、ドープシリコン、金属又は合金、或いはこれらの組み合わせで作られる。様々な実施形態では、エッジ電極１４０及び中央電極１４５は、ボディ１０２０又は保護誘電体１０３０の１つ以上の部分の中に印刷されてよく、或いは個別部分から組み立てられてよい。エッジ電極１４０及び中央電極１４５には、個別バイアスを可能にする電気的アクセスの為のエッジ接点８２５及び中央接点１０４５が設けられている。
【００５５】
図１１Ａは、プラズマ処理装置におけるエッジ電極１４０、中央電極１４５、及び基板ホルダ１１５の個別バイアスを概略的に示し、図１１Ｂは、それらのバイアス構成の幾つかの実施形態の表である。エッジ電極１４０に印加されるパルス状ＤＣバイアスＡと、中央電極１４５に印加されるパルス状ＤＣバイアスＢは、電圧、パルス幅、パルス周波数、パルスタイミング、又はこれらの組み合わせが異なってよい。幾つかの実施形態では、パルス状ＤＣバイアスＡがパルス状ＤＣバイアスＢより大きくてよく、これにより、基板の最端エッジ領域に到達する電子フラックスが、内側部分に到達する電子フラックスより大きくなる。別の実施形態では、パルス状ＤＣバイアスＢがパルス状ＤＣバイアスＡより大きくてよく、これにより、基板の内側部分に到達する電子フラックスが、最端エッジ領域に到達する電子フラックスより大きくなる。後者の実施形態が有利なのは、電子が最端エッジ領域より内側部分の化学反応を優先的に刺激することが必要とされる場合である。更に別の実施形態では、パルス状ＤＣバイアスＡのパルスとパルス状ＤＣバイアスＢのパルスとが交互であってよく、これにより、基板の最端エッジ部分と内側部分とが交互に電子に曝される。
【００５６】
図１１Ｂの行１〜３に記されたＨＦ（高周波）バイアス及びＬＦ（低周波）バイアスは、プラズマシステムにおいて上部電極及び基板ホルダのそれぞれによく使用されるバイアスを指す。ＬＦ周波数は一般に３０ｋＨｚを下回るが、幾つかの適用例では４００ｋＨｚ又は８００ｋＨｚであり、一方、ＨＦバイアスは一般に３〜３００ＭＨｚの周波数範囲であるが、よく使用される周波数の中でも特に１３、２７、４０、６０、１００、１２０、及び２００ＭＨｚが使用される。行４〜７に挙げられた構成は行１〜３の構成に関連していて、ＨＦバイアスが中央電極ではなく基板ホルダに印加される。
【００５７】
他のバイアス構成も可能である。例えば、構成１〜３において中央電極１４５に印加されるＨＦバイアスが、パルス状ＤＣバイアスＡに追加でエッジ電極１４０に印加されてもよい。別の構成では、基板１１５は接地されてよく、一方、ＲＦバイアスは、中央電極１４５、及び任意選択でエッジ電極１４０に印加される。更に、プラズマをずっと持続させる為に、マッチングネットワークを通して様々なバイアスが印加されてよく、或いはキャパシタンス及びコイルが存在してよい。
【００５８】
プラズマ処理システムの幾つかの実施形態では、誘導結合プラズマが平面コイルによって持続されてよいことが本明細書において認識されている。そのような実施形態では、専用電極のＤＣバイアス、従って、ウェーハの最端エッジ領域に向けられる電子ビームの生成を可能にする為に、ファラデーケージが使用されてよい。
【００５９】
幾つかのプラズマシステムでは、処理ガスの供給は上部電極アセンブリを通して行うのが普通である。図１２は、上部電極アセンブリを通してガスを供給し、ＤＣバイアスされるエッジ電極を含むプラズマ処理装置の一実施形態の概略図である。この実施形態では、プラズマ処理装置１２００が、ガス入力系１２１０、基板ホルダ１１５、及び上部電極アセンブリ１２２０を含む。処理ガスは、上部電極アセンブリ１２２０のガス導管１２４０を通してプラズマ領域１２３０に導入される。一実施形態では、上部電極アセンブリは、エッジ電極１２５０を含み、任意選択で、中央電極１２６０を含む。更に、ＤＣ電源１２７０が、エッジ電極１２５０にＤＣバイアスを供給する。上部電極アセンブリ１２２０のいかなる実施形態においてもガス導管１２４０の配置に応じて、エッジ電極１２５０はエッジ電極１４０と同様であってよい。
【００６０】
図１３は、エッジ電極、中央電極、及びガス供給用導管を含む上部電極アセンブリの一実施形態の平面図である。この実施形態では、マスクされた上部電極アセンブリ１３００が、中央電極１２６０、内側絶縁体６２０、エッジ電極１２５０、外側絶縁体７４０、及び外側部分１３５０を含む。この実施形態では、中央電極１２６０及び外側部分１３５０は、材料、形態、及び動作が、図７の中央電極１４５及び外側部分７５０とよく似ていてよく、異なるのは、ガスを通すガス導管１２４０が中央電極１２６０及び外側部分１３５０に配置されていることである。
【００６１】
図１４は、エッジ電極、中央電極、及びガス供給用導管を含む、保護された上部電極アセンブリ１４００の一実施形態の概略立面断面図である。この実施形態では、エッジ電極１２５０及び中央電極１２６０が絶縁ボディ１４２０内に配置されている。更に、保護誘電体１４３０が使用されて、エッジ電極１２５０及び中央電極１２６０を絶縁し、それらをプラズマから保護している。
【００６２】
一実施形態では、保護誘電体１４３０はイットリアであってよい。別の実施形態では、保護誘電体１４３０は、他のセラミックを含む１つ以上の他の絶縁材料の１つ以上の部分を含んでよい。エッジ電極１２５０及び中央電極１２６０は導体材料で作られ、例えば、ドープシリコン、金属又は合金、或いはこれらの組み合わせで作られる。様々な実施形態では、エッジ電極１２５０及び中央電極１２６０は、ボディ１４２０又は保護誘電体１４３０の１つ以上の部分の中に印刷されてよく、或いは個別部分から組み立てられてよい。
【００６３】
エッジ電極１２５０及び中央電極１２６０には、バイアスを可能にする電気的アクセスの為のエッジ接点１４４０及び中央接点１４４５がそれぞれ設けられている。保護された上部電極アセンブリ１４００には、ガスを通すガス導管１２４０が配置されている。
【００６４】
前述のように、様々な実施形態では、エッジ電極又は中央電極又はその両方に印加されるＤＣバイアスが、連続であれパルス状であれ、プラズマ処理の前又は途中の選択されたタイミングでのみ印加されてよいことが本明細書において企図されている。例えば、ＤＣバイアスの印加は、プラズマ処理の初期段階においてのみ行われてよく、或いは多段階処理のうちの１つの段階の間だけ行われてよく、或いはエッチングマスク等のフィーチャの浸食効果を打ち消す為に稀に行われてよく、或いはエッチングマスク等のフィーチャの浸食が懸念レベルに達した場合のみ、定期的に行われてよく、或いは同様の場合に行われてよい。同様に、ＤＣバイアスは変調されてよく、これは、例えば、プラズマ処理の前又は途中の選択されたタイミングで、バイアスの大きさを変化させることによって、又はパルス状バイアスの場合にパルス幅及びパルス周波数を変化させることによって、又は電極に供給される電流を制限することによって行われてよい。更に、１つ以上のＲＦバイアスがオンである間、又は１つ以上のＲＦバイアスが交互に起こる間に、ＤＣバイアスがエッジ電極又は中央電極に印加されてよい。例えば、１つ以上のＲＦバイアスがオフにされ、ＤＣパルスが印加され、前記ＲＦバイアスがオンにされ、このシーケンスが繰り返されてよい。
【００６５】
上述のように、上部電極アセンブリの幾つかの実施形態では、中央電極はなくてよい。そのような場合には、上部電極アセンブリは、不活性中央部分の少なくとも一部が欠落した環状であってよいことが本明細書において企図されている。
【００６６】
上記で開示した実施形態では、パルス状又は連続のＤＣバイアスが供給されたエッジ電極を使用して、主に二次電子からなる電子ビームが生成され、これが基板の最端エッジ領域に向けられる。別の実施形態では、ビームを形成する為に、別の電子源、場合によっては従来式のプラズマ処理装置の主要素の外にある電子源が使用されてよい。
【００６７】
図１５は、一次プラズマチャンバ１５１５（例えば、真空チャンバ）の外にある電子源１５１０を含むプラズマシステムの一実施形態１５００の概略図である。
【００６８】
この実施形態では、ＲＦバイアスが一次コイル１５２０に印加されて、プラズマを、プラズマ処理の為に一次チャンバ１５１５の領域１５２５において持続させる。一実施形態では、電子源１５１０は源チャンバ１５５０を含み、これは環状円筒形であってよい。電子源プラズマは、一次プラズマと異なり、様々な技法で源チャンバ１５５０の内側領域１５５３に生成されてよく、そのような技法として、誘導結合、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、ホロカソード等がある。
【００６９】
図１５に示した実施形態では、ＲＦが供給されている源コイル１５５７が領域１５５３で源プラズマを持続させる。ＤＣ電源１５５９が、源チャンバ１５５０の幾つかの内側表面にＤＣバイアスを供給する。様々な実施形態では、ＤＣバイアスは連続又はパルス状であってよい。一実施形態では、出口１５６０が接地されている。源プラズマ中のイオンと源チャンバ１５５０の内側表面との衝突によって二次電子が生成され、この二次電子は、源チャンバ１５５０のＤＣバイアスされた表面と接地された出口１５６０との間の電界の影響下で、出口１５６０に向かい、出口１５６０を通り抜けるように駆動される。出口１５６０は、環状であって、環状断面の電子ビームを生成してよい。様々な実施形態では、一次プラズマと向き合う表面１５６５も接地されている。
【００７０】
ここで本発明の実施形態の概要を示す。本明細書の全体、並びにここにファイルされる請求項により、他の実施形態も理解されるであろう。
【００７１】
例１．  プラズマ処理システムであって、真空チャンバと、処理される基板を保持するように構成され、真空チャンバ内に配置されている基板ホルダと、基板ホルダの周辺領域の上方に配置された電子源であって、基板ホルダの周辺領域に向けて電子ビームを生成するように構成された電子源と、を含むシステム。
【００７２】
例２．  電子源は、直流（ＤＣ）電源ノードに結合されたエッジ電極を含む、例１のシステム。
【００７３】
例３．  エッジ電極の内半径とエッジ電極の幅との比が１０：１〜１５０：１の間で様々である、例２のシステム。
【００７４】
例４．  エッジ電極は誘電体材料で覆われている、例２〜３のいずれか一のシステム。
【００７５】
例５．  基板ホルダの中央領域の上方に配置された中央電極を更に含み、中央電極はエッジ電極の内側に配置されている、例２〜４のいずれか一のシステム。
【００７６】
例６．  中央電極を貫通してガスをチャンバ内に供給するガス入口を更に含む、例５のシステム。
【００７７】
例７．  中央電極はドープ半導体材料を含む、例５〜６のいずれか一のシステム。
【００７８】
例８．  当該システムは、誘導プロセス又は容量プロセスを用いて真空チャンバ内にプラズマを生成するように構成されている、例１〜７のいずれか一のシステム。
【００７９】
例９．  電子源は、外部電子源と結合されるように構成された出口を含む、例１〜８のいずれか一のシステム。
【００８０】
例１０．  請求項１のシステムを使用して半導体基板を処理する方法であって、半導体基板を基板ホルダの上に置くステップと、半導体基板を真空チャンバ内で処理するステップと、を含む方法。
【００８１】
例１１．  処理方法であって、処理される基板を、真空チャンバ内に配置された基板ホルダの上に置くステップであって、基板は中央領域が周辺領域に囲まれている、置くステップと、電子源から、弾道電子を含む電子ビームを周辺領域に向けるステップと、を含む方法。
【００８２】
例１２．  電子ビームを向けるステップは、周辺領域の上方に配置されたエッジ電極に第１の直流パルスを印加することを含む、例１１の方法。
【００８３】
例１３．  電子源は、周辺領域の上方に配置されたエッジ電極と、中央領域の上方に配置された中央電極と、を含む、例１１又は１２のいずれか一の方法。
【００８４】
例１４．  電子ビームを向けるステップは、エッジ電極に直流のパルス系列を印加し、中央電極に高周波バイアスを印加し、基板ホルダに低周波バイアスを印加すること、エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、中央電極に高周波バイアスと直流の第２のパルス系列とを印加し、基板ホルダに低周波バイアスを印加すること、エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、中央電極に高周波バイアスと直流の第２のパルス系列とを印加し、基板ホルダに低周波バイアスの第３のパルス系列を印加すること、エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、中央電極に基準電位を印加し、基板ホルダに高周波バイアス及び低周波バイアスを印加すること、エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、中央電極に直流の第２のパルス系列を印加し、基板ホルダに高周波バイアス及び低周波バイアスを印加すること、エッジ電極に直流の第１のパルス系列を印加し、中央電極に基準電位を印加し、基板ホルダに高周波バイアス及びパルス状低周波バイアスを印加すること、又はエッジ電極に直流のパルス系列を印加し、中央電極に直流の第２のパルス系列を印加し、基板ホルダに高周波バイアス及びパルス状低周波バイアスを印加することを含む、例１３の方法。
【００８５】
例１５．  電子ビームを向けるステップは、エッジ電極に直流のパルス系列を印加し、中央電極に無線周波数バイアスを印加し、基板ホルダに基準電位を印加すること、エッジ電極に無線周波数バイアスと直流のパルス系列とを印加し、中央電極に無線周波数バイアスを印加し、基板ホルダに基準電位を印加すること、又はエッジ電極に直流のパルス系列を印加し、中央電極に基準電位を印加し、基板ホルダに無線周波数バイアスを印加することを含む、例１３の方法。
【００８６】
例１６．  真空チャンバ内にプラズマを生成するステップと、プラズマからのイオンを基板に向けるステップと、イオンと、弾道電子を含む電子ビームとにより、基板の表面を処理するステップと、を更に含む、例１１〜１５のいずれか一の方法。
【００８７】
例１７．  電子ビームを向けるステップと、イオンを向けるステップとが交互に実施される、例１６の方法。
【００８８】
例１８．  電子ビームを向けるステップと、イオンを向けるステップとが同時に実施される、例１６の方法。
【００８９】
例１９．  プラズマシステムの電子生成装置であって、中央部分の周囲に配置されたエッジ電極部分を含み、エッジ電極部分は、中央部分の径より大きい内径と、内径より小さい厚さと、内径と外径との間に配置された第１の導電領域と、直流（ＤＣ）電源を第１の導電領域に結合する第１の電気結合コンポーネントと、プラズマシステムのプラズマに曝されるように構成され、電子を生成するように構成された外側表面と、を含む、装置。
【００９０】
例２０．  エッジ電極部分は誘電体材料で覆われている、例１９の装置。
【００９１】
例２１．  当該システムは、中央部分に配置された中央電極部分を更に含み、中央電極部分は、当該中央電極部分に沿って又は当該中央電極部分の中に分布された第２の導電領域と、直流（ＤＣ）電源又は交流（ＡＣ）電源用の第２の電気結合コンポーネントであって、第２の導電領域と結合される第２の電気結合コンポーネントと、当該中央電極部分の厚さより大きい径と、を含み、第２の電気結合コンポーネントは第１の電気結合コンポーネントから電気的に絶縁されている、例１９又は２０のいずれか一の装置。
【００９２】
例２２．  第２の導電領域はドープ半導体材料を含む、例２１の装置。
【００９３】
例２３．  中央電極部分は複数のガス導管を含み、複数のガス導管は、中央電極部分の表面にガス入口を含み、反対側の表面にガス出口を含む、例２１〜２２のいずれか一の装置。
【００９４】
本発明について、例示的実施形態を参照しながら説明してきたが、本明細書は限定的に解釈されることを意図していない。当業者であれば本明細書を参照することにより、それらの例示的実施形態の様々な変更や組み合わせ、並びに本発明の別の実施形態が明らかになるであろう。例えば、上述の（例えば、図５及び６の）上部電極アセンブリの別の実施形態にガス導管を取り付けて、図１２のプラズマシステム実施形態で動作可能になるようにすることが可能である。従って、添付の請求項がそのようなあらゆる変更又は実施形態を包含することが意図される。
【図１】
2021536667.tif 000003
【図２】
2021536667.tif 000004
【図３】
2021536667.tif 000005
【図４Ａ】
2021536667.tif 000006
【図４Ｂ】
2021536667.tif 000007
【図４Ｃ】
2021536667.tif 000008
【図５】
2021536667.tif 000009
【図６】
2021536667.tif 000010
【図７】
2021536667.tif 000011
【図８】
2021536667.tif 000012
【図９】
2021536667.tif 000013
【図１０】
2021536667.tif 000014
【図１１Ａ】
2021536667.tif 000015
【図１１Ｂ】
2021536667.tif 000016
【図１２】
2021536667.tif 000017
【図１３】
2021536667.tif 000018
【図１４】
2021536667.tif 000019
【図１５】
2021536667.tif 000020
【国際調査報告】
2021536667.tif 000021
2021536667.tif 000022