(57)【要約】【課題】  プラズマ処理システム内のプラズマの均一性を調整・制御する方法及びシステムを提供する。【解決手段】  基板のエッチング中に弾道電子ビームを生成するために、プラズマ処理システムは、直流（ＤＣ）電力が結合される電子源電極を含んでいる。プラズマの密度分布の変化に影響を及ぼすリング状の中空陰極プラズマを作り出すために、電子源電極に対向するように基板の周囲に設けられたリング状電極が使用される。【選択図】図２
2008147659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理システムを用いて基板上の薄膜をエッチングする方法であって：
前記プラズマ処理システム内の基板ホルダー上に基板を配置する段階；
弾道電子ビームを作り出すために、前記プラズマ処理システム内の前記基板ホルダー上の前記基板に対向する電子源電極に、第１の直流電圧で直流電力を結合させる段階；
前記プラズマ処理システム内にプロセスプラズマを形成するために、前記プラズマ処理システムに交流電力を結合させる段階；及び
前記基板の周辺端部近傍の前記プロセスプラズマのプラズマ密度を増大させるために、前記基板の周辺端部より外側に前記電子源電極に対向するように配置されたリング状電極に、第２の直流電圧で直流電力を結合させる段階；
を有する方法。
【請求項２】
前記第１の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、約−２０００Ｖから約１０００Ｖの電圧範囲の直流電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、負の極性を有する直流電力を結合させることを有し、前記第１の直流電圧の絶対値は約５００Ｖ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、前記第２の直流電圧が前記第１の直流電圧と実質的に同一の値であるように直流電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、前記第２の直流電圧が前記第１の直流電圧とは異なる値であるように直流電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、ドープトシリコンの電極板を有する前記電子源電極に直流電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、前記基板ホルダー上で前記基板の周辺端部より外側に位置付けられた前記リング状電極に直流電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記リング状電極は、前記基板ホルダー上にあり且つ前記基板の周辺端部を囲むフォーカスリングに対して、該フォーカスリングの周辺端部より外側に配置される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、直流に対して導電性の材料で形成された前記リング状電極に直流電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の直流電圧で直流電力を結合させる段階は、ドープトシリコンで形成された前記リング状電極に直流電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記交流電力を結合させる段階は、前記基板ホルダーにＲＦ電力を結合させることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＲＦ電力を結合させることは、前記基板ホルダーに第１のＲＦ周波数で第１のＲＦ電力を結合させること、及び前記基板ホルダーに第２のＲＦ周波数で第２のＲＦ電力を結合させることを有し、前記第２のＲＦ周波数は前記第１のＲＦ周波数より低い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板の周辺端部近傍の前記プラズマ密度の増大量を変えるために、前記リング状電極への前記第２の直流電圧を、前記第１の直流電圧に対して相対的に調整する段階；
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記リング状電極の周辺端部より外側に配置された補助電極に、第３の直流電圧で直流電力を結合させる段階；及び
前記基板の周辺端部近傍の前記プラズマ密度の増大量を更に変えるために、前記プロセスプラズマに露出される前記補助電極の表面積を調整する段階；
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
基板をエッチングするように構成されたプラズマ処理システムであって：
プロセスプラズマの形成を容易にするように構成されたプラズマ処理チャンバー；
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、且つ前記基板を支持するように構成された基板ホルダー；
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、前記基板ホルダー上の前記基板に対向するように配置され、且つ前記プロセスプラズマに接するように構成された電子源電極；
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、且つ前記プロセスプラズマを形成するために前記プラズマ処理チャンバーに少なくとも１つの交流信号を結合させるように構成された交流電源システム；
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、前記基板の周辺端部より外側に前記電子源電極に対向するように配置され、且つ前記プロセスプラズマに接するように構成されたリング状電極；及び
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、前記プロセスプラズマを貫く弾道電子ビームを形成するために、前記電子源電極に第１の直流電圧で直流電力を結合させるように構成され、且つ前記基板の周辺端部近傍の前記プロセスプラズマのプラズマ密度を増大させるために、前記リング状電極に第２の直流電圧で直流電力を結合させるように構成された直流電源システム；
を有するプラズマ処理システム。
【請求項１６】
前記交流電源システムは、前記基板ホルダーにＲＦ周波数のＲＦ電力を結合させるように構成されたＲＦ電源システムを有する、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１７】
前記直流電源システムは、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧と実質的に同一であるように前記電子源電極及び前記リング状電極に直流電圧を結合させるように構成された直流電圧源を有する、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１８】
前記直流電源システムは、前記電子源電極に結合され且つ前記電子源電極に前記第１の直流電圧を結合させるように構成された第１の電圧源と、前記リング状電極に結合され且つ前記リング状電極に前記第２の直流電圧を結合させるように構成された第２の電圧源とを有する、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１９】
前記リング状電極は、直流に対して導電性の材料から形成されている、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２０】
前記リング状電極は、ドープトシリコン、シリコン含有材料、金属含有材料、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、又はコーティングされたアルミニウムから形成されている、請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２１】
前記プラズマ処理チャンバーに結合され、前記リング状電極の周辺端部より外側に配置され、且つ前記プロセスプラズマに接するように構成された補助電極；及び
前記補助電極に結合され、且つ前記プロセスプラズマに露出される前記補助電極の表面積を調整するために、前記補助電極に対して相対的に移動するように構成された覆い板；
を更に有する請求項１５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２２】
基板をエッチングするように構成されたプラズマ処理システムであって：
前記基板と相互作用するプロセスプラズマの形成を容易にするように構成されたプラズマ処理チャンバー；
前記プラズマ処理チャンバー内で前記基板を支持する手段；
前記プラズマ処理チャンバー内に前記プロセスプラズマを形成する手段；
前記基板と相互作用する弾道電子ビームの形成を容易にするために、前記プラズマ処理チャンバーに直流電力を結合させる手段；及び
前記基板の周辺端部近傍のプラズマ密度を調整する手段；
を有するプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板をプラズマ処理する方法及びシステムに関し、より具体的には、プラズマ処理における処理の均一性を調整する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスにおいて、（乾式）プラズマエッチング処理は、シリコン基板上にパターニングされた微細な線に沿って、あるいはビア又はコンタクト内から、物質を除去又はエッチングするために使用されることができる。プラズマエッチング処理は、一般に、パターニングされた例えばフォトレジスト層である保護層を上に具備した半導体基板を処理チャンバー内に配置することを伴う。基板がチャンバー内に配置されると、イオン化可能な解離性の混合ガスが所定の流速でチャンバー内に導入される一方で、周囲の処理圧を達成するように真空ポンプが締められる。
【０００３】
その後、存在しているガス種の一部が、誘導結合若しくは容量結合、又は例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いたマイクロ波パワーの何れかでの無線周波数（ＲＦ）の移動を介して加熱された電子によってイオン化されるとき、プラズマが形成される。また、加熱電子は周囲のガス種の内の一部の種を解離する働きをし、露出面の化学エッチングに適した反応種を作り出す。プラズマが形成されると、基板の選択された表面がプラズマによってエッチングされる。この処理は適切な条件を達成するように調整される。この適切な条件には、基板の選択領域内に様々な形状（例えば、トレンチ、ビア、コンタクト等）をエッチングするのに望ましい反応物及びイオン集団の適切な濃度を含む。エッチングが必要とされる基板材料には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電体材料、ポリシリコン及び窒化シリコンが含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、弾道電子ビームによって促進されるプラズマを用いて基板をエッチングする方法及びシステムを提供することを目的とし、本発明の一態様は、弾道電子ビーム促進プラズマエッチングプロセスにおいてプラズマ密度の空間分布を調整する方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に従った方法及びシステムは、プラズマ密度分布を調整するために、不均衡な中空陰極（hollow  cathode）プラズマを囲む均衡のとれた中空陰極プラズマ作り出す。リング状電極が、電子源となる電子源電極に対向するようにして基板の周囲に設けられる。弾道電子ビームを形成するために電子源電極に直流（ＤＣ）電力が結合されるとともに、基板のエッジ位置でのプラズマ密度を調整するためにリング状電極にＤＣ電力が結合される。
【０００６】
本発明の他の一態様に従った、弾道電子ビームを有するプラズマ処理システムを用いて基板上の薄膜をエッチングする方法は：プラズマ処理システム内の基板ホルダー上に基板を配置する段階；弾道電子ビームを作り出すために、プラズマ処理システム内の基板ホルダー上の基板に対向する電子源電極に、第１の直流（ＤＣ）電圧でＤＣ電力を結合させる段階；プラズマ処理システム内にプロセスプラズマを形成するために、基板ホルダーに交流（ＡＣ）電力を結合させる段階；及び基板の周辺端部近傍のプロセスプラズマのプラズマ密度を増大させるために、基板の周辺端部より外側に電子源電極に対向するように配置されたリング状電極に、第２のＤＣ電圧でＤＣ電力を結合させる段階を有する。
【０００７】
本発明の他の一態様に従った、基板をエッチングするように構成されたプラズマ処理システムは：プロセスプラズマの形成を容易にするように構成されたプラズマ処理チャンバー；プラズマ処理チャンバーに結合され、且つ基板を支持するように構成された基板ホルダー；プラズマ処理チャンバーに結合され、基板ホルダー上の基板に対向するように配置され、且つプロセスプラズマに接するように構成された電子源電極；プラズマ処理チャンバーに結合され、且つプロセスプラズマを形成するために基板ホルダーに少なくとも１つのＡＣ信号を結合させるように構成されたＡＣ電源システム；プラズマ処理チャンバーに結合され、基板の周辺端部より外側に電子源電極に対向するように配置され、且つプロセスプラズマに接するように構成されたリング状電極；及びプラズマ処理チャンバーに結合され、プロセスプラズマを貫く弾道電子ビームを形成するために、電子源電極に第１のＤＣ電圧でＤＣ電力を結合させるように構成され、且つ基板の周辺端部近傍のプロセスプラズマのプラズマ密度を増大させるために、リング状電極に第２のＤＣ電圧でＤＣ電力を結合させるように構成された直流電源システムを有する。
【０００８】
本発明の他の一態様に従った、基板をエッチングするように構成されたプラズマ処理システムは：基板と相互作用するプロセスプラズマの形成を容易にするように構成されたプラズマ処理チャンバー；プラズマ処理チャンバー内で基板を支持する手段；プラズマ処理チャンバー内にプロセスプラズマを形成する手段；基板と相互作用する弾道電子ビームの形成を容易にするために、プラズマ処理チャンバーにＤＣ電力を結合させる手段；及び基板の周辺端部近傍のプラズマ密度を調整する手段を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の記載において、限定目的ではなく例示目的で、例えばプラズマ処理システムの具体的な幾何学配置や様々な処理の説明など、具体的詳細事項が説明される。しかしながら、理解されるように、本発明はこれらの具体的詳細事項を逸脱したその他の実施形態においても実施され得るものである。
【００１０】
物質処理の手法において、パターンエッチングは、その後にパターニングされる基板の上面に、例えばフォトレジスト等の感光材料の薄い層を設けることを有する。これは、エッチング中に下にある基板上の薄膜にマスクパターンを転写するためのマスクを設けるものである。感光材料のパターニングは、一般に、例えば微細リソグラフィシステムを用いた、電磁（ＥＭ）放射線の幾何学パターンへの感光材料の露光と、その後の、現像液を用いた感光材料の照射領域（ポジレジストの場合）又は非照射領域（ネガレジストの場合）の除去とを必要とする。また、このマスク層は複数のサブレイヤーを有していてもよい。
【００１１】
パターンエッチングにおいて、乾式プラズマエッチング処理がしばしば使用される。その場合、例えば無線周波数（ＲＦ）電力等の電磁（ＥＭ）エネルギーを処理ガスに結合させ、それにより、電子を加熱し、さらには処理ガスの原子及び／又は分子の組成のイオン化及び解離を起こさせることによって、処理ガスからプラズマが形成される。さらに、プラズマ処理システムに負の高電圧直流（ＤＣ）電力を結合させることによって、ＲＦ周期の一部において、すなわち、結合されたＲＦ電力の正側の半周期において基板表面に衝突する弾道電子ビームを作り出すことができる。弾道電子ビームは、例えば、下地の薄膜（エッチング対象）とマスク層との間のエッチング選択性を向上させることや、電子シェーディングによるダメージ等の帯電ダメージを低減させること等によって、乾式プラズマエッチング処理を促進させ得ることが観測されている。弾道電子ビームの生成に関する更なる詳細は、「プラズマ処理装置及び方法（Plasma  processing  apparatus  and  method）」という発明名称で米国特許出願第２００６／００３７７０１号として公開された、係属中の米国特許出願第１１／１５６５５９号に開示されている。なお、参照することによりその全体がここに組み込まれる。
【００１２】
図１を参照するに、弾道電子ビームを組み入れたプラズマ処理システムの概略図が示されている。このプラズマ処理システムは、互いに対向するように処理チャンバー内に配置された第１電極120及び第２電極170を有しており、第１電極120は基板125を支持するように構成されている。第１電極120は基板ホルダーの一部として設けられており、ＲＦ周波数のＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ発生器140に結合されている。第１電極へのＲＦ電力の結合は、プラズマ130の形成を容易にするものである。さらに、このプラズマ処理システムは、電子源となる電子源電極として機能する第２電極170にＤＣ電圧を供給するように構成されたＤＣ電源150を有している。ここで、第２電極170への負のＤＣ電圧の結合は、弾道電子ビーム135の形成を容易にするものである。電子ビームのパワーは第２電極170への負のＤＣ電圧の重畳により得られる。公開された米国特許出願第２００６／００３７７０１号明細書に記載されているように、プラズマ処理システムへの負のＤＣ電圧の印加は、基板125の表面に衝突する弾道（又は無衝突（コリジョンレス））電子ビームの形成に影響を及ぼす。
【００１３】
一般に、弾道電子ビームは、以下にて示されるように、如何なる種類のプラズマ処理システムを用いても実現され得る。故に、この実施例においては、基板が置かれる電極にＲＦ電力が印加され、それに対向する上部電極に負のＤＣ電圧が重畳されているが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。この実施例は単に説明目的で使用されるものである。
【００１４】
弾道電子ビームはエッチング特性を向上させるために重要なものであるが、この電子ビーム束Ie(r)の均一性もまた重要である。この電子ビームはコリジョンレスであるが、既知の物理現象を介してプラズマにエネルギーを移すことができ、バルク（bulk）プラズマ密度の増大をもたらす。電子ビームからバルクプラズマへのエネルギーの移転、及びそれに続くイオン化の考え得る１つの理論は、立ち去る電子ビームのエネルギーをイオン波に結合させるデュアルストリームのプラズマの不安定性である。そのとき、ある特定のエネルギー群のバルクボルツマン電子が、イオン波によって（ランダウ減衰を介してエネルギーを得ることによって）、中性種をイオン化する更に高いエネルギーまで静電的に加速される。弾道電子ビームの電子源は、第２電極170のイオン衝撃により生成された二次電子である。故に、基板125への弾道電子ビーム束の均一性は、プラズマと電極170へのイオン束との均一性、及びその他のパラメータに依存する。すなわち、プラズマの不均一性は電子ビーム束の不均一性を生じさせ、それがまたプラズマの不均一性を増幅させることになる。
【００１５】
コリジョンレス電子ビーム束Ie(r)は次式のように表現され得る：
Ie(r)〜νB1Ne(r)[Vp(r)-V]3/2      （１）
ただし、νB1は電極170でのイオンのボーム（Bohm）速度、Vp(r)はプラズマの電位の半径方向変化、Vは電極（すなわち、第２電極170）の電位、そしてNe(r)は第２電極170のシース（sheath）端での電子密度（又はバルクプラズマ密度）の半径方向変化を表している。一般的に、第２電極のシース端で半径方向に一定のVp(r)を仮定することは非常に理に適っている。故に、電子ビーム束Ie(r)は主として（シース端）電子密度Ne(r)によって影響される。
【００１６】
一例として、図１に示されるように第１電極120にＲＦ電力を結合させてプラズマ130を形成するとき、電子密度Ne(r)の分布が基板125の中心で高く、且つ基板125の周辺部で比較的低くなることが本発明の発明者によって観測された。（例えば、図１に例示されるような）低誘導モードの静電結合プラズマの、中心で高電圧となる定在波の性質が、このようなNe(r)分布を生じさせる。この中心から周辺へのNe(r)の変化は更に、電子ビーム束の分布（これは等式（１）に示されるようにNe(r)に依存する）及びその他の周辺での損失機構によって増幅される。
【００１７】
さらに、第１電極120に隣接する電極シースの挙動は、時間変調された中空陰極（hollow  cathode）、すなわち、時間にあわせて不均衡になる中空陰極に似ていることが本発明の発明者によって観測された。例えば、電極120に結合されたＲＦ電力のＲＦ周期の一部（例えば、負側の半周期）の間、電子は比較的厚い電極シースによって跳ね返され、第１電極120と第２電極170との間に捕捉される。他の例では、電極120に結合されたＲＦ電力のＲＦ周期の別の一部（例えば、正側の半周期）の間、電子は比較的薄い電極シースによって引き付けられ、電子は電極120に降り注がれる。
【００１８】
一実施形態に従って、基板125の上方の不均衡な中空陰極の周辺端部より外側にリング状の中空陰極が形成される。このリング状の中空陰極は基板125の周辺端部における電子密度を高めることが可能であり、それにより基板125の上方に一層と均一な電子密度分布Ne(r)が実現され、さらには、上述のような一層と均一な電子ビーム束が実現される。このリング状の中空陰極は、基板125の周辺端部より外側にリング状電極を設け、このリング状電極に負のＤＣ電圧を結合させることによって形成され得る。このＤＣ電圧は、例えば、均衡のとれた中空陰極が形成されるように、第２電極170に印加されるＤＣ電圧と実質的に等しくされてもよい。
【００１９】
続いて図２を参照するに、本発明の一実施形態に従った、弾道電子ビームを組み入れたプラズマ処理システムの概略図が示されている。このプラズマ処理システムは、互いに対向するように処理チャンバー内に配置された第１電極220及び第２電極270を有しており、第１電極220は基板225を支持するように構成されている。第１電極220は、ＲＦ周波数のＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ発生器240に結合されている。第１電極へのＲＦ電力の結合は、プラズマ230の形成を容易にするものである。さらに、このプラズマ処理システムは、第２電極270にＤＣ電圧を供給するように構成されたＤＣ電源250を有している。ここで、第２電極（すなわち、電子源）270への負のＤＣ電圧の結合は、弾道電子ビーム235の形成を容易にするものである。電子ビームのパワーは第２電極270への負のＤＣ電圧の重畳により得られる。公開された米国特許出願第２００６／００３７７０１号明細書に記載されているように、プラズマ処理システムへの負のＤＣ電圧の印加は、基板225の表面に衝突する弾道（又は無衝突（コリジョンレス））電子ビームの形成に影響を及ぼす。
【００２０】
さらに、図２に示されるように、このプラズマ処理システムは、基板225の周辺端部より外側に配置されたリング状電極222を有している。リング状電極222は第２電極270に対向しており、（図示されるように）ＤＣ電源250に結合されると、リング状電極222及び第２電極270はリング状の中空陰極プラズマ232を形成する。
【００２１】
図３は、他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを例示している。プラズマ処理システム1aは、プラズマ処理チャンバー10、処理されるべき基板25が上に添えられる基板ホルダー20、及び真空ポンプ系30を有している。ここでは、用語“基板ホルダー”は、プラズマ処理チャンバー内での処理のために基板を支持するように構成された如何なる物体をも意味するものとして使用される。基板ホルダーは、以下にて説明されるように、電極、裏面側ガス供給系、静電クランプ等の何れか１つ又は複数を含んでいてもよい。基板25は、半導体基板、ウェハ又は液晶ディスプレーとし得る。プラズマ処理チャンバー10は、基板25の表面に隣接する処理領域15におけるプラズマ生成を容易にするように構成されることができる。イオン化可能なガス又は混合ガスがガス注入系（図示せず）を介して導入され、処理圧が調整される。例えば、真空ポンプ系30を締めるために制御機構（図示せず）が使用され得る。プラズマは、所定の材料処理に特有の材料を作り出すため、且つ／或いは基板25の露出面からの材料の除去を支援するために使用されることができる。プラズマ処理システム1aは、例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、又はそれより大きい基板といった如何なるサイズの基板をも処理するように構成され得る。
【００２２】
基板25は静電クランプ系を介して基板ホルダー20に貼り付けられることが可能である。また、基板ホルダー20は更に、再循環流体流を含む冷却系又は加熱系を有することができる。この流体流は、冷却時に基板ホルダー20から熱を受け取って熱交換系（図示せず）まで熱伝達し、あるいは加熱時に熱交換系から流体流に熱伝達する。さらに、基板25と基板ホルダー20との間のガスギャップの熱伝導率を改善するために、基板２５の裏面側にガスが裏面側ガス供給系を介して供給されてもよい。このようなシステムが使用され得るのは、加熱温度又は冷却温度での基板の温度制御が要求されるときである。例えば、裏面側ガス供給系は、裏面側のガス（例えば、ヘリウム）の圧力を基板25の中心と端部との間で独立に変えることが可能な、２区画に区分けされたガス分配系を有することができる。他の一実施形態においては、例えば抵抗加熱素子又は熱電加熱器／冷却器などの加熱／冷却素子が、基板ホルダー20、プラズマ処理チャンバー10のチャンバー壁、及びプラズマ処理システム1a内のその他の何らかの部品に含められてもよい。
【００２３】
図３に示された実施形態において、基板ホルダー20は、処理空間15内のプロセスプラズマ（処理用のプラズマ）にＲＦ電力を結合させる電極を有し得る。例えば、基板ホルダー20は、必要に応じてインピーダンス整合回路42を介しての、ＲＦ発生器40から該基板ホルダー20へのＲＦ電力の伝送によって、或るＲＦ電圧に電気的にバイアスされることができる。このＲＦバイアスは、電子を加熱してプラズマを形成・維持すること、シース内のイオンエネルギー分布関数に影響を及ぼすこと、又はこれらの双方を行うように作用し得る。この構成において、システムは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）炉として動作することができ、チャンバー及び上部のガス供給電極は接地面として作用する。ＲＦバイアスの典型的な周波数は０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲とし得る。プラズマ処理用のＲＦシステムは当業者に周知である。
【００２４】
また、インピーダンス整合回路42は、反射される電力を最小化することによって、処理チャンバー10内のプラズマへのＲＦ電力の移転を改善するように作用する。整合回路トポロジー（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型など）及び自動制御方法は当業者に周知である。
【００２５】
なおも図３を参照するに、プラズマ処理システム1aは更に直流（ＤＣ）電源50を有しており、ＤＣ電源50は、基板25に対向する上部電極52に結合されている。上部電極52は電極板を有していてもよい。この電極板はシリコンを含有する電極板から成っていてもよい。さらに、この電極板はドープトシリコンの電極板から成っていてもよい。ＤＣ電源50は可変ＤＣ電源を含むことができる。さらに、ＤＣ電源は双極性のＤＣ電源を含むことができる。ＤＣ電源50は更に、ＤＣ電源50の極性、電流、電圧、又はオン／オフ状態の監視、調整又は制御の少なくとも１つを実行するように構成されたシステムを含むことが可能である。プラズマが生成されると、ＤＣ電源50は弾道電子ビームの形成を容易にする。ＤＣ電源50からＲＦ電力をデカップリングするために電気的フィルタが用いられてもよい。
【００２６】
例えば、電源50によって電極52に印加されるＤＣ電圧は、約−２０００Ｖから約１０００Ｖの範囲とし得る。望ましくは、ＤＣ電圧の絶対値は約１００Ｖ以上の値を有し、より望ましくは、ＤＣ電圧の絶対値は約５００Ｖ以上の値を有する。また、このＤＣ電圧は負の極性を有することが望ましい。さらに、このＤＣ電圧は、上部電極52の表面に生成される自己バイアス電圧より大きい絶対値を有する負電圧であることが望ましい。基板ホルダー20に面する側の上部電極52の表面は、シリコン含有材料から成っていてもよい。
【００２７】
さらに、基板ホルダー20は、基板25の周辺端部より外側に配置された、上部電極52に対向するリング状電極22を有している。リング状電極22はＤＣ電源50に結合されている。リング状電極22に供給されるＤＣ電圧は、上部電極52に供給されるＤＣ電圧と実質的に同一とし得る。
【００２８】
真空ポンプ系30は、最大で毎秒５０００リットルの（及び、これより大きい）ポンプ速度を実現可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバー圧力を絞るための仕切り弁を含み得る。乾式プラズマエッチングで使用される従来からのプラズマ処理装置では、毎秒１０００から３０００リットルのＴＭＰが使用され得る。ＴＭＰは典型的に５０ｍＴｏｒｒ未満の低圧処理で使用され得る。（１００ｍＴｏｒｒより高い）高圧処理の場合には、機械的な増圧ポンプ及びドライ式の粗引きポンプが使用され得る。また、チャンバー圧を監視する装置（図示せず）がプラズマ処理チャンバー10に結合されることができる。この圧力測定装置は、例えば、ＭＫＳインスツルメント社から市販されている６２８Ｂ型バラトロン（Baratron）絶対キャパシタンス式圧力計とし得る。
【００２９】
なおも図３を参照するに、プラズマ処理システム1aは更にコントローラ90を有している。コントローラ90はマイクロプロセッサ、メモリ、及び、プラズマ処理システム1aからの出力を監視するとともにプラズマ処理システム1aへの入力を伝達し且つアクティブにするのに十分な制御電圧を生成可能なデジタル入／出力ポートを有している。さらに、コントローラ90は、ＲＦ発生器40、インピーダンス整合回路42、ＤＣ電源50、ガス注入系（図示せず）、真空ポンプ系30、裏面側ガス供給系（図示せず）、基板／基板ホルダー温度測定系（図示せず）、及び／又は静電クランプ系（図示せず）に結合され、それらと情報を交換することが可能である。薄膜をエッチングする方法を実行するため、プロセスレシピに従ってプラズマ処理システム1aの上述の構成要素への入力をアクティブにするように、メモリ内に格納されたプログラムが使用され得る。コントローラ90の一例は、デル社から入手可能なDELL  PRECISION  WORKSTATION610（登録商標）である。
【００３０】
コントローラ90は、処理システム1aに対してローカルに位置付けられてもよいし、あるいはインターネット又はイントラネットを介して処理システム1aに対して遠隔に位置付けられてもよい。故に、コントローラ90は、直接接続、イントラネット又はインターネットの少なくとも１つを用いてプラズマ処理システム1aとデータを交換することができる。コントローラ90は、顧客側（すなわち、デバイスメーカー等）のイントラネットに結合されていてもよいし、あるいは製造供給元（すなわち、装置製造者）のイントラネットに結合されていてもよい。さらに、他のコンピュータ（すなわち、コントローラ、サーバ等）が、直接接続、イントラネット又はインターネットの少なくとも１つを介してデータ交換するために、コントローラ90にアクセスしてもよい。
【００３１】
図４に示された一実施形態におけるプラズマ処理システム1bは、図３の実施形態と同様のものとすることができ、更に、図３を参照して説明された構成要素に加えて、プラズマ密度を潜在的に高め、且つ／或いはプラズマ処理の均一性を向上させるために、静止しているか、機械的又は電気的に回転するかの何れかである磁場系60を含んでいる。また、回転速度及び磁場強度を調整するため、コントローラ90は磁場系60にも結合されている。回転磁場の設計及び実装は当業者に周知である。
【００３２】
図５に示された実施形態におけるプラズマ処理システム1cは、例えば、図３及び４の実施形態と同様のものとすることができ、更に、必要に応じてのもう１つのインピーダンス整合回路46を介してＲＦ電力を基板ホルダー20に結合させるように構成された第２のＲＦ発生器44を有している。基板ホルダー20へのＲＦ電力印加の典型的な周波数は、第１のＲＦ発生器40若しくは第２のＲＦ発生器44の何れか、又はこれらの双方に対して、約０．１ＭＨｚから約２００ＭＨｚの範囲とし得る。第２のＲＦ発生器44のＲＦ周波数は第１のＲＦ発生器40のＲＦ周波数より高くすることができる。また、ＲＦ発生器40から基板ホルダー20へのＲＦ電力は振幅変調されてもよく、ＲＦ発生器44から基板ホルダー20へのＲＦ電力は振幅変調されてもよく、あるいは、これら双方のＲＦ電力が振幅変調されてもよい。望ましくは、ＲＦ周波数が高い方のＲＦ電力が振幅変調される。また、基板ホルダー20へのＲＦ電力の印加を制御するため、コントローラ90は第２のＲＦ発生器44及びインピーダンス整合回路46にも結合されている。基板ホルダーのＲＦシステムの設計及び実装は当業者に周知である。
【００３３】
図６に示された実施形態におけるプラズマ処理システム1dは、例えば、図３、４及び５の実施形態と同様のものとすることができ、更に、必要に応じてのインピーダンス整合回路84を介してＲＦ発生器82によってＲＦ電力が結合される誘導コイル80を有している。ＲＦ電力は誘導コイル80から誘電体窓（図示せず）を介してプラズマ処理領域15に誘導的に結合される。誘導コイル80へのＲＦ電力印加の典型的な周波数は、約１０ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とし得る。同様に、チャック電極への電力印加の典型的な周波数は約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚの範囲とし得る。さらに、誘導コイル80とプラズマとの間の容量結合を低減するために、スロット式ファラデー遮蔽体（図示せず）が用いられ得る。また、誘導コイル80への電力の印加を制御するため、コントローラ90はＲＦ発生器82及びインピーダンス整合回路84にも結合されている。代替的な一実施形態においては、誘導コイル80は電磁結合型プラズマ（ＴＣＰ）炉においてのように上方からプラズマ処理領域15に作用する“螺旋状”コイル又は“パンケーキ型”コイルとし得る。誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源又は電磁結合型プラズマ（ＴＣＰ）源の設計及び実装は当業者に周知である。
【００３４】
他の例では、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によって形成されてもよい。更に他の一実施形態においては、プラズマはヘリコン波の放射によって形成される。更に他の一実施形態においては、プラズマは伝播表面波によって形成される。これらの各プラズマ源は当業者に周知である。
【００３５】
次に図７を参照するに、他の一実施形態に従った基板ホルダー300の分解図が示されている。基板ホルダー300は、図２乃至６にて説明されたプラズマ処理システム、及びそれらの組み合わせの何れにおいても使用され得るものである。基板ホルダー300は、ＲＦバイアス可能な電極310、電極絶縁体312、陽極酸化された表面316を有する接地壁314、及びフォーカスリング325を有している。基板ホルダー300は更に、基板322を保持することを助ける静電クランプ（ＥＳＣ）320を含んでいる。図１には詳細に示されていないが、一般に、静電クランプ320はセラミックボディ内に入れられたクランプ電極を有している。フォーカスリング325は、シリコン基板を処理する場合、例えばシリコンや炭化シリコン等のシリコン含有材料から製造されていることが一般的である。
【００３６】
さらに、基板ホルダー300は、ＤＣ電源350に結合されるように構成されたリング状電極330を有している。リング状電極330は直流に対して導電性のＤＣ導電性材料から製造されている。例えば、リング状電極330は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、又はセラミックコーティングされたアルミニウム等の、金属又は金属含有材料から製造可能である。セラミックコーティングは酸化アルミニウム又は酸化イットリウムを含み得る。セラミックコーティングは希土類金属の酸化物又はフッ化物を含んでいてもよい。例えば、セラミックコーティングは、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＤｙＯ３から成るグループから選択された材料を含んでいてもよい。さらに例えば、リング状電極330はドープトシリコン等のシリコン含有材料から製造されることもできる。
【００３７】
リング状の中空プラズマの強さすなわち密度は、該リング状中空プラズマに露出されるリング状電極330の表面積を増大させることによって高められることが可能である。あるいは、リング状中空プラズマの密度は、該リング状中空プラズマに露出されるリング状電極330の表面積を減少させることによって低められることが可能である。
【００３８】
続いて図８を参照するに、他の一実施形態に従った弾道電子ビームを組み入れたプラズマ処理システムの概略図が示されている。このプラズマ処理システムは、互いに対向するように処理チャンバー内に配置された第１電極420及び第２電極470を有しており、第１電極420は基板425を支持するように構成されている。第１電極420は、ＲＦ周波数のＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ発生器440に結合されている。第１電極へのＲＦ電力の結合は、プラズマ430の形成を容易にするものである。さらに、このプラズマ処理システムは、第２電極470にＤＣ電圧を供給するように構成されたＤＣ電源450を有している。ここで、第２電極470への負のＤＣ電圧の結合は、弾道電子ビーム435の形成を容易にするものである。電子ビームのパワーは第２電極470への負のＤＣ電圧の重畳により得られる。公開された米国特許出願第２００６／００３７７０１号明細書に記載されているように、プラズマ処理システムへの負のＤＣ電圧の印加は、基板425の表面に衝突する弾道（又はコリジョンレス）電子ビームの形成に影響を及ぼす。
【００３９】
さらに、図８に示されるように、このプラズマ処理システムは、基板425の周辺端部より外側に配置されたリング状電極422を有している。リング状電極422は第２電極470に対向しており、（図示されるように）ＤＣ電源450に結合されると、リング状電極422及び第２電極470はリング状の中空陰極プラズマ432を形成する。
【００４０】
さらに、図８に示されるように、このプラズマ処理システムは補助電極460を有しており、補助電極460は該補助電極460の一部を覆うように構成された覆い板462を有している。補助電極460は上部電極470及びリング状電極422の双方の周辺端部より外側に配置されることができる。例えば、補助電極460はプラズマ処理システムのチャンバー壁の外側に沿って配置されてもよい。また、補助電極460はＤＣ電源450に結合されている。補助電極460は、リング状の中空陰極プラズマ432に露出される補助電極460の表面積を調整するために、覆い板462の位置に対して移動できるように構成されている。他の例では、覆い板462が、リング状の中空陰極プラズマ432に露出される補助電極460の表面積を調整するために、補助電極460の位置に対して移動できるように構成されている。
【００４１】
補助電極460に対する覆い板462の位置、又は覆い板462に対する補助電極460の位置を調整することにより、リング状の中空陰極プラズマ432に露出される補助電極460の表面積を変化させることが可能である。リング状の中空陰極プラズマ432の密度は、この露出表面積を増大させることによって高められることができ、また、リング状の中空陰極プラズマ432の密度は、この露出表面積を減少させることによって低められることができる。この点で、補助電極460及び覆い板462は、リング状電極422を用いることなく使用されてもよい。
【００４２】
補助電極460はＤＣ導電性材料から製造されている。例えば、補助電極460は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、又はセラミックコーティングされたアルミニウム等の、金属又は金属含有材料から製造可能である。さらに例えば、補助電極460はドープトシリコン等のシリコン含有材料から製造されることもできる。覆い板462は非導電性材料から製造されている。例えば、覆い板462は、例えば石英、サファイア、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、アルミナ、窒化アルミニウム、テフロン（登録商標）、ポリイミド等、セラミック、ポリマー又はプラスチックから製造可能である。
【００４３】
続いて図９を参照するに、他の一実施形態に従った弾道電子ビームを組み入れたプラズマ処理システムの概略図が示されている。このプラズマ処理システムは、互いに対向するように処理チャンバー内に配置された第１電極520及び第２電極570を有しており、第１電極520は基板525を支持するように構成されている。第１電極520は、ＲＦ周波数のＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ発生器540に結合されている。第１電極へのＲＦ電力の結合は、プラズマ530の形成を容易にするものである。さらに、このプラズマ処理システムは、第２電極570にＤＣ電圧を供給するように構成されたＤＣ電源550を有している。ここで、第２電極570への負のＤＣ電圧の結合は、弾道電子ビーム535の形成を容易にするものである。電子ビームのパワーは第２電極570への負のＤＣ電圧の重畳により得られる。公開された米国特許出願第２００６／００３７７０１号明細書に記載されているように、プラズマ処理システムへの負のＤＣ電圧の印加は、基板525の表面に衝突する弾道（又はコリジョンレス）電子ビームの形成に影響を及ぼす。
【００４４】
さらに、図９に示されるように、このプラズマ処理システムは、基板525の周辺端部より外側に配置されたリング状電極522を有している。リング状電極522は第２電極570に対向しており、且つ第２のＤＣ電源560に結合されている。（図示されるように）第２のＤＣ電源560に結合されると、リング状電極522及び第２電極570はリング状の中空陰極プラズマ532を形成する。第２のＤＣ電源560からリング状電極522に結合される電圧（Ｖ＋δＶ、又はＶ−δＶ）を、ＤＣ電源550から上部電極570に印加される電圧（Ｖ）に対して調整することにより、それらの電圧差（δＶ）がリング状の中空陰極プラズマ532の密度を調整するために使用される。例えば、この電圧差（δＶ）の絶対値により、リング状の中空陰極プラズマ532の密度は低下される。
【００４５】
以下にて、弾道電子ビームを有するプラズマ処理システムを用いて薄膜をエッチングする方法を説明する。例えば、プラズマ処理システムは、図２乃至９にて説明されたような様々な要素、及びそれらの組み合わせを有し得る。
【００４６】
図１０は、本発明の他の一実施形態に従った、弾道電子ビームを有するプラズマ処理システムを用いて薄膜をエッチングする方法のフローチャートを示している。手順700は、段階710にて、プラズマと弾道電子ビームとの双方を形成するように構成されたプラズマ処理システムの基板ホルダー上に、基板を配置することで開始される。
【００４７】
段階720にて、弾道電子ビームの形成を容易にするため、基板ホルダーに対向配置されたプラズマ処理システム（例えば、図２乃至９に示されたシステムの何れか１つ）の電子源電極にＤＣ電力が結合される。例えば、ＤＣ電源によってプラズマ処理システムに印加されるＤＣ電圧は、約−２０００Ｖから約１０００Ｖの範囲とし得る。望ましくは、このＤＣ電圧の絶対値は約１００Ｖ以上の値を有し、より望ましくは、このＤＣ電圧の絶対値は約５００Ｖ以上の値を有する。また、このＤＣ電圧は負の極性を有することが望ましい。さらに、このＤＣ電圧は、プラズマ処理システムの電極表面に生成される自己バイアス電圧より大きい絶対値を有する負電圧であることが望ましい。
【００４８】
段階730にて、プラズマを形成するためにプラズマ処理システムにＲＦ電力が結合される。ＲＦ電力は、基板ホルダー又は誘導コイルのよって、あるいはプラズマを生成する何らかのその他の既知の方法によって、処理システムに結合され得る。しかしながら、ＲＦの存在時にＤＣ電圧を制御することの難しさのため、ＲＦ電力は、負電圧を有する電子源電極（例えば、上部電極）には供給されない。
【００４９】
段階740にて、プラズマ及び弾道電子ビームの空間的均一性の調整を容易にするため、プラズマ処理システム（例えば、図２乃至９に示されたシステムの何れか１つ）内にリング状電極が配置される。このリング状電極は上部電極に対向させて、基板の周辺端部より外側に配置される。リング状電極は、基板端部のプラズマ密度を高めることを助けるものである。
【００５０】
リング状電極に結合されるＤＣ電圧は、上部電極に結合されるＤＣ電圧と実質的に同一とし得る。他の例では、リング状電極に結合されるＤＣ電圧は、上部電極に結合されるＤＣ電圧とは異なっていてもよい。例えば、上部電極に結合される電圧とリング状電極に結合される電圧との差の大きさは、基板端部でのプラズマ密度の変化に影響を及ぼすように調整されてもよい。
【００５１】
さらに、基板の端部領域上方のプラズマ密度の増大量は、プラズマに露出されるリング状電極の表面積によって影響され得る。例えば、この表面積が可変にされてもよい。
【００５２】
段階750にて、基板上でのエッチング処理を促進するように、基板はプラズマに晒される。
【００５３】
以上にて、本発明の特定の実施形態が詳細に説明された。当業者に容易に認識されるように、これらの実施形態には本発明の新規な教示及び効果を実質的に逸脱することなく数多くの変更が為され得る。従って、そのような全ての変更は本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】電子ビーム支援プラズマを用いたプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図４】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図５】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図６】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図７】本発明の他の一実施形態に従ったリング状電極を有する基板ホルダーを示す分解立面図である。
【図８】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図９】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマ処理システムを示す概略図である。
【図１０】本発明の他の一実施形態に従ったプラズマを用いて基板を処理する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
1a、1b、1c、1d  …  プラズマ処理システム
10  …  プラズマ処理チャンバー
15  …  処理領域
20、300  …  基板ホルダー
22、222、330、422、522  …  リング状電極
25、225、322、425、525  …  基板
30  …  真空ポンプ系
40、44、82、240、440、540  …  交流電源（ＲＦ発生器）
42、46、84  …  インピーダンス整合回路
50、250、450、550、560  …  直流（ＤＣ）電源
52、270、470、570  …  第２（上部）電極（電子源電極）
80  …  誘導コイル
90  …  コントローラ
220、310、420、520  …  第１（下部）電極
230、430、530  …  プラズマ
232、432、532  …  リング状中空陰極プラズマ
235、435、535  …  弾道電子ビーム
312  …  絶縁体
314  …  接地壁
316  …  陽極酸化表面
320  …  静電クランプ
325  …  フォーカスリング
460  …  補助電極
462  …  覆い板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008147659.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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