(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の非両極性の電子プラズマ（ＮＥＰ）処理用の処理システムであって、
ソースプラズマを励起して、電子ビームを生成するように構成されたプラズマソースチャンバと、
基板を収容して、前記基板を前記電子ビームに暴露させるように構成された処理チャンバと、
前記ソースプラズマに含まれる電子を、単一の電子インジェクタを通って移動させ、電子ビーム励起プラズマに入るのに十分なエネルギーを有する電子に制限するように構成された単一の電子インジェクタであって、前記電子ビームは、前記処理チャンバ内に、実質的に等しい数の電子および正に帯電されたイオンを有する、単一の電子インジェクタと、
前記処理チャンバ内に磁場を形成するように構成された磁場発生器と、
を有し、
前記磁場は、前記正に帯電されたイオンを捕獲しないで、前記電子ビーム内に含まれる電子を捕獲することで、前記基板に到達する前記電子を最小化する、
処理システム。
【請求項２】
前記磁場発生器は、
前記電子インジェクタと前記基板の間に配置された、複数の金属ロッドと、
前記金属ロッドの少なくとも一つに結合された、少なくとも一つの電磁石と、
を有する、請求項１に記載の処理システム。
【請求項３】
前記金属ロッドの各々は、前記基板に対して実質的に平行に配置される、請求項２に記載の処理システム。
【請求項４】
前記金属ロッドの各々は、前記金属ロッドの各々に含まれる金属イオンの、前記処理チャンバへの拡散を抑制するバリア材料で被覆されている、請求項２に記載の処理システム。
【請求項５】
前記バリア材料は、石英、セラミック、および窒化ケイ素からなる群から選定される、請求項４に記載の処理システム。
【請求項６】
前記複数の金属ロッドは、前記処理チャンバに含まれる第１のチャンバ壁から、前記基板に対して実質的に平行な前記処理チャンバの幅を覆う、前記処理チャンバに含まれる第２のチャンバ壁まで延伸する、請求項２に記載の処理システム。
【請求項７】
前記第１のチャンバ壁に結合された前記複数の金属ロッドの第１の金属ロッドは、前記第２のチャンバ壁に結合された、前記複数の金属ロッドの第２の金属ロッドと実質的に整列され、
前記複数の金属ロッドの各残りの金属ロッドは、前記第１の金属ロッドと前記第２の金属ロッドの間に、実質的に整列され、
前記複数の金属ロッドの各々は、前記基板と実質的に平行である、請求項６に記載の処理システム。
【請求項８】
前記金属ロッドの各々は、他の金属ロッドの各々と電気的に結合される、請求項２に記載の処理システム。
【請求項９】
前記金属ロッドの各々は、前記金属ロッドの少なくとも各隣接する一つと、磁気的に結合される、請求項２に記載の処理システム。
【請求項１０】
前記磁場発生器は、さらに、前記電子ビームに含まれる前記電子のパワーレベルを低下させ、前記磁場発生器と前記基板の間の電位を高めるように構成される、請求項１に記載の処理システム。
【請求項１１】
基板の非両極性の電子プラズマ（ＮＥＰ）処理用の処理システムであって、
ソースプラズマを励起して、電子ビームを生成するように構成されたプラズマソースチャンバと、
基板を収容して、前記基板を前記電子ビームに暴露させるように構成された処理チャンバと、
ソースプラズマに含まれる電子を、単一の電子インジェクタを通って移動し、電子ビーム励起プラズマに入るのに十分なエネルギーを有する電子に制限するように構成された単一の電子インジェクタであって、前記電子ビームは、前記処理チャンバ内に、実質的に等しい数の電子および正に帯電されたイオンを有する、単一の電子インジェクタと、
前記電子ビームに含まれる前記電子を捕獲するように構成された磁場発生器であって、該磁場発生器により生成された磁場から、前記基板と前記磁場発生器との間に、シース電位を形成し、前記シース電位は、前記正に帯電されたイオンを前記基板に引き寄せ、前記基板に到達する前記電子を最小化する、磁場発生器と、
前記処理チャンバに加速器電圧を発生させるように構成された、正に帯電されたイオンの加速器であって、前記正に帯電されたイオンを前記基板に向かって加速する、加速器と、
を有し、
前記磁場発生器は、前記プラズマソースチャンバ上の前記ソースプラズマを介して前記処理チャンバと対向する面上に配置されている、処理システム。
【請求項１２】
前記加速器電圧が加速器電圧の第１の範囲にわたって調節されると、前記シース電位のシース電圧は、前記加速器電圧とともに実質的に直線的に変化し、
前記加速器電圧が加速器電圧の第２の範囲にわたって調節されると、前記シース電圧は、実質的に一定となる、請求項１１に記載の処理システム。
【請求項１３】
前記加速器電圧が加速器電圧の前記第１の範囲から加速器電圧の第２の範囲に調節されると、前記シース電圧は低下する、請求項１２に記載の処理システム。
【請求項１４】
前記加速器電圧が、加速器電圧の前記第１の範囲から加速器電圧の前記第２の範囲に調節されると、前記磁場発生器により生じる前記磁場の磁場レベルの上昇により、前記シース電圧が低下する、請求項１３に記載の処理システム。
【請求項１５】
前記基板と前記磁場発生器の間の前記シース電位は、前記加速器電圧を調整することにより制御される、請求項１４に記載の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国特許法施行規則（37C.F.R）1.78（a）（4）により、本願は、2013年6月5日に出願した先願の同時係属の仮出願第No.61／831401号の利益および優先権を主張するものであり、本願の参照として明確に取り入れられる。
【０００２】
本願は、半導体処理技術に関し、特に、基板を処理する処理システムの特性を制御する機器および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、プラズマは、半導体処理に使用され、基板にパターン化された微細ラインに沿ったまたはビア内の材料の除去を容易にし、エッチング処理を支援する。従来のプラズマを使用するエッチングプロセスは、容量的にまたは誘導的に結合されたプラズマ、中空カソードプラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ、マイクロ波表面波プラズマ、および反応性イオンエッチング（RIE）を含む。例えば、RIEは、電磁場を介して、高エネルギーイオンのプラズマを発生し、基板の不要な材料をエッチング除去する。
【０００４】
RIEにおいて生じる高エネルギーイオンは、プラズマ内での制御が難しい。その結果、従来のRIE技術は、いくつかの問題を伴い、これらは、高エネルギーイオンの低い制御のため、基板のエッチングの際の全体の特性を低下させる。従来のRIE技術は、しばしば、ブロードなイオンエネルギー分布（IED）を示し、この結果、基板のエッチングにブロードなイオンビームが使用されることになる。ブロードなイオンビームは、適正な基板のエッチングに必要な精度を低下させる。また、従来のRIE技術は、基板の帯電損傷のような、いくつかの電荷誘導型の副作用を伴う。また従来のRIE技術は、マイクロ負荷効果のような、特徴−形状負荷の影響を伴う。マイクロ負荷効果は、RIEのエッチング速度が上昇した際に、基板の高密集領域のため生じる。上昇したエッチング速度は、基板に損傷を与える結果となる。
【０００５】
基板の処理に従来の電子ビーム励起プラズマを使用することは、共通の知見になっている。従来の電子ビーム励起プラズマ処理では、基板の処理に使用される電子ビームが発生する。電子ビームを形成するため、正に帯電されたイオンに電子を追加すると、正に帯電されたイオンにわたって、より良い制御が得られ、これにより、他の従来のプラズマプロセスに比べて、基板における電子およびイオンエネルギーの分布が改善する。
【０００６】
従来の電子ビーム励起プラズマプロセスは、プラズマを励起させて電子ビームを発生させ、次に、該電子ビームを処理チャンバ内に注入して、処理チャンバ内に収容された基板を処理する。通常、処理チャンバとは独立のチャンバに収容されたプラズマに、磁場が印加され、プラズマの電気特性が励起され、次に電子ビームが形成される。電子ビームの正に帯電されたイオンは、次に、一連の別個にバイアス化されたグリッドを介して加速され、電子ビームの正に帯電されたイオンが基板に到達する。
【０００７】
従来の電子ビーム励起プロセスにより生じた、電子ビームの正に帯電されたイオンは、しばしば、それらのイオン化特性を喪失させ、正に帯電されたイオンは、各別個にバイアス化されたグリッドを介して加速され、処理チャンバ内の基板に到達する正に帯電されたイオンの量が抑制され、これにより電子ビームのイオン化効率が制限される。電子ビームのイオン化効率にわたる低制御性により、基板の適正な処理のための所望のレベルのイオンエネルギー分布を得る機能が制限される。従って、電子ビームが通過する、別個にバイアス化されるグリッドを最小限に抑制して、電子ビームのイオン化効率を維持する有効な手段が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、基板の非両極性の電子プラズマ（NEP）処理用の処理システムであって、ソースプラズマを励起して、電子ビームを生成するように構成されたプラズマソースチャンバと、基板を収容して、前記基板を前記電子ビームに暴露させるように構成された処理チャンバと、を有する処理システムが提供される。この処理システムは、さらに、電子ビームが前記処理チャンバに導入された際に、前記ソースプラズマからの電子を、前記電子ビームに注入するように構成された電子インジェクタを有する。電子ビームは、処理チャンバ内に、実質的に等しい数の電子および正に帯電されたイオンを有する。また、処理システムは、さらに、磁場発生器と前記基板との間に、電圧電位を生成するように構成された磁場発生器を有する。前記電圧電位は、正に帯電されたイオンを基板に向かって加速し、基板に到達する電子を最小化する。
【０００９】
また、本発明では、基板のNEP処理用の処理システムであって、ソースプラズマを励起して、電子ビームを生成するように構成されたプラズマソースチャンバと、基板を収容して、前記基板を前記電子ビームに暴露させるように構成された処理チャンバと、を有する処理システムが提供される。処理システムは、さらに、電子ビームが処理チャンバに導入された際に、ソースプラズマからの電子を、電子ビームに注入するように構成された電子インジェクタを有する。電子ビームは、処理チャンバ内に、実質的に等しい数の電子および正に帯電されたイオンを有する。処理システムは、さらに、処理チャンバに直流（DC）電圧を発生させるように構成された、正に帯電されたイオンの加速器であって、正に帯電されたイオンを基板に向かって加速し、基板に到達する電子を最小化する、加速器を有する。
【００１０】
また、本発明では、基板のNEP処理用の処理システムであって、ソースプラズマを励起して、電子ビームを生成するように構成されたプラズマソースチャンバと、基板を収容して、前記基板を電子ビームに暴露させるように構成された処理チャンバと、を有する処理システムが提供される。処理システムは、さらに、電子ビームが処理チャンバに導入された際に、ソースプラズマからの電子を、電子ビームに注入するように構成された電子インジェクタを有する。電子ビームは、処理チャンバ内に、実質的に等しい数の電子および正に帯電されたイオンを有する。処理システムは、さらに、電子ビームに含まれる電子を捕獲するように構成された磁場発生器であって、該磁場発生器により生成された磁場から、基板と磁場発生器との間に、シース電位を形成する磁場発生器を有する。シース電位は、正に帯電されたイオンを基板に引き寄せ、基板に到達する電子を最小限に抑制する。処理システムは、さらに、処理チャンバに加速器電圧を発生させるように構成された、正に帯電されたイオンの加速器であって、正に帯電されたイオンを基板に向かって加速する、加速器を有する。
【００１１】
本願に取り込まれ、本願の一部を構成する添付図面は、前述の本発明の一般的な説明および以下の詳細な説明とともに、本発明の実施例を表し、本発明の説明の一助となる。また、参照符号の最も左側の数字は、その参照符号が最初に示された図を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例による、基板の中性ビーム処理のための処理システムの一例の概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施例による、基板の中性ビーム処理のための処理システムの一例の概略的な断面図である。
【図３】本発明の実施例による、基板の中性ビーム処理のための処理システムの一例の概略的な断面図である。
【図４】本発明の実施例による、基板の中性ビーム処理のための処理システムの一例の概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施例による、処理システムの一例の作動ステップのフロー図である。
【図６】本発明の実施例による、基板の非両極性電子プラズマ（NEP）処理用の処理システムの一例の概略的な断面図である。
【図７】本発明の実施例による、基板のNEP処理用の処理システムの一例の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明について説明する。図において、同様の参照符号は、通常、同様の、機能的に等しい、および／または構造的に等しい素子を表す。最初に素子が示される図は、参照符号の最も左の数字によって表される。
【００１４】
以下の詳細な説明では、添付図面を参照して、本発明に対応する一実施例について示す。詳細な説明における「一実施例」、「ある実施例」、「ある一実施例」等の表記は、示された一実施例が特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示すが、各実施例は、特定の特徴、構造、または特性を必ずしも含む必要はない。また、そのような語句は、必ずしも同じ実施例を表す必要はない。また、一実施例に関して特定の特徴、構造、または特性が記載されている場合、他の実施例との関連において、そのような特徴、構造、または特性の影響は、明確に記載されているかにかかわらず、関連技術の当業者の知識の範囲内である。
【００１５】
本願に示された一実施例は、例示のために示されており、限定的なものではない。他の実施例も可能であり、実施例に対して、本発明の範囲内で修正を行うことも可能である。従って、詳細な説明は、本発明の開示を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物に対応して定められる。
【００１６】
以下の実施例の詳細な説明は、本発明の一般的な性状を十分に明らかにし、関連技術の当業者の知識の適用により、他人は、本発明の範囲から逸脱しないで、実験を行わなくても、そのような一実施例を各種用途に変更および／または適合することができる。従って、そのような適合および修正は、記載された知見および示唆に基づいた、一実施例の複数の等価物の範囲内であることを意図するものである。本願の語句および用語は、限定的なものではなく説明的なものであり、本願明細書の語句または用語は、本願の示唆を考慮して、関連技術の当業者に解釈されることが理解される。
【００１７】
基板のより効率的な電子ビーム処理のため、本発明では、非両極性電子プラズマ（NEP）システムが提供される。NEPシステムは、中性ビームである電子ビームを発生し、中性ビーム中の正に帯電されたイオンは、負に帯電した電子によりバランスされる。NEPシステムは、ソースプラズマを発生するプラズマ発生チャンバと、電子ビーム励起プラズマおよび被処理基板を含む処理チャンバとを有する。ソースプラズマは、磁場により励起され、ソースプラズマ内に電子流束が生じる。電子流束は、プラズマ発生チャンバに配置されたソースプラズマから、処理チャンバに入り、基板処理用の電子ビーム励起プラズマを発生する。説明の容易化のため、磁場による電子ビームプラズマの励起によって生じた電子流束は、単に電子ビームと称される。
【００１８】
当業者には、プラズマ発生チャンバから処理チャンバへの電子ビームの移動は、ソースプラズマと電子ビーム励起プラズマの間の電気的電位の差に基づいて生じることが認識される。電子ビーム励起プラズマの電気的電位は、ソースプラズマの電気的電位に対して高い。その結果、電子ビームに含まれる電子流束は、プラズマ発生チャンバから処理チャンバに移動し、基板が処理される。
【００１９】
例えば、NEPシステムにおける電子ビームのイオン効率は、従来の電子ビーム励起処理に比べて向上する。NEPシステムにおけるプラズマ発生チャンバおよび処理チャンバは、単一の誘電体電子インジェクタにより分離される。プラズマ発生チャンバに収容されたプラズマが励起され、電子ビームが形成されると、プラズマ発生チャンバに収容されたプラズマに含まれる高エネルギー電子は、単一の誘電体電子インジェクタを介して、処理チャンバに流れる。単一の誘電体電子インジェクタは、負に帯電した電子を処理チャンバに注入し、電子ビームに同様に含まれる正に帯電されたイオンとバランスされる。負に帯電した電子の電子ビームへの注入により、正に帯電されたイオンのイオン化が維持される。電子ビームは、処理チャンバを介して流れ、正に帯電されたイオンは、その正の電荷を喪失しないためである。電子ビームは、基板に向かって移動し、従って、電子ビームのイオン化効率が向上する。
【００２０】
電子の基板に向かう移動により、正に帯電されたイオンがその正の電荷を失わないため、電子ビームに含まれる負に帯電した電子は必要ではあるが、実際に基板に到達する負に帯電した電子の量は、最小限に抑制される。負に帯電した電子は、基板に損傷を及ぼすおそれがある。その結果、NEPシステムにおける処理チャンバは、磁場発生器および／または正に帯電されたイオン加速器を有し、発生器および／または加速器と基板の間に電圧ポテンシャルが生じる。電圧ポテンシャルは、電子ビームに含まれる負に帯電した電子を減速させ、基板に到達する負に帯電した電子の量は、最小化されるものの、基板に向かう正に帯電されたイオンは加速され、基板の処理のため該基板に到達する正に帯電されたイオンの量は、最大化される。
【００２１】
従来の電子ビーム励起プロセスでは、一連の別個にバイアス化されたグリッドが使用され、電子ビームの正に帯電されたイオンが処理チャンバに向かって加速され、基板が処理される。正に帯電されたイオンは、それらが各々別個にバイアス化されたグリッドを通過すると、その正電荷が喪失する大きな可能性を有し、従って、電子ビームのイオン効率はより悪化する。従って、従来の電子ビーム励起プラズマ処理で使用されるような、別個に帯電バイアス化されたグリッドを通過する電子ビームのイオン効率は、NEPシステムによって使用される単一の誘電体電子インジェクタを下回る。
【００２２】
以下の記載に詳しく示すように、本発明は、この特性の利点を採用し、基板に到達する負に帯電した電子の量を抑制したまま、基板を処理する正に帯電されたイオンのイオン効率を高める。これにより、電子ビームを介した基板処理の効率および効果が改善され、負に帯電した電子によって生じ得る、基板に対する潜在的な損傷が最小限に抑制される。以下の記載では、NEPを参照するが、システムおよび方法は、各種所望の電子ビーム（選定された電荷特性の電子ビーム）に適用されることが理解される。
【００２３】
図1には、基板を中性ビームで処理する処理システム100を示す。処理システム100は、ソースプラズマ電位（Vp，1）でソースプラズマ120を形成するプラズマ発生チャンバ110と、電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）で電子ビーム励起プラズマ140を形成する処理チャンバ130と、を有する。電子ビーム励起プラズマ電位は、ソースプラズマ電位よりも大きい（Vp，2＞Vp，1）。
【００２４】
ソースプラズマ120には、例えば無線周波数（RF）パワーのようなカップリングパワーが印加され、イオン化ガスが形成される。電子ビーム励起プラズマ140は、ソースプラズマ120により生じた電子流束を用いて形成されてもよい。電子流束は、これに限られるものではないが、エネルギー電子（ee）流束、電流（Jee）流束、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、電子ビーム励起プラズマ140の形成に使用され得る、ソースプラズマ120によって生じる、他のいかなる種類の流束であってもよい。また、処理システム100は、基板ホルダ（図示されていない）を有し、これにより基板150が配置されてもよい。基板150は、処理チャンバ130内の直流（DC）グラウンド（アース）または浮遊グラウンド（アース）に配置され、これにより基板150は、電子ビーム励起プラズマ電位で、電子ビーム励起プラズマ140に暴露される。
【００２５】
プラズマ発生チャンバ110は、プラズマ発生システム160に結合されてもよい。プラズマ発生システム160は、ソースプラズマ120を点火し加熱する。プラズマ発生システム160は、ソースプラズマ120を加熱し、ソースプラズマ電位において、最小の変動が達成される。プラズマ発生システム160は、これに限られるものではないが、誘導結合プラズマ（ICP）源、変成器結合プラズマ（TCP）源、容量結合プラズマ（CCP）源、電子サイクロトロン共鳴（ECR）源、ヘリコン波源、表面波プラズマ源、スロット式プレーンアンテナを有する表面波プラズマ源、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、ソースプラズマ電位の最小変動で、ソースプラズマ120を加熱し得る他のいかなるプラズマ発生システムを含んでもよい。
【００２６】
また、プラズマ発生チャンバ110は、直流（DC）導電性電極170に結合される。DC導電性電極170は、導電性表面を有し、この表面は、ソースプラズマ120と接触する。DC導電性電極170は、DCアースに接続され、ソースプラズマ電位でソースプラズマ120によって駆動される、イオンシンクとして機能してもよい。ソースプラズマチャンバ110は、本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、DCアースに結合されたいかなる数のDC導電性電極170と結合されてもよい。
【００２７】
DC導電性電極170は、ソースプラズマ電位に影響を及ぼし、DCアースまでの最小のインピーダンス経路を提供してもよい。ソースプラズマ電位は、ソースプラズマ120と接触するDC導電性電極170の導電性表面の表面積が、ソースプラズマ120と接する他の表面の表面積よりも大きくなった際に、低下してもよい。ソースプラズマ120と接する他の表面の表面積に対して、ソースプラズマ120と接する導電性表面の表面積が大きくなると、他の表面のインピーダンスに比べて、導電性表面のインピーダンスに、大きな差異が提供され、この大きな差異により、ソースプラズマ120用の、DCアースまでの低インピーダンス経路が提供され、これによりソースプラズマ電位が低下する。
【００２８】
電流Jeeは、ソースプラズマ120からの電子流束であってもよく、これは、処理チャンバ130の電子ビーム励起プラズマ140を開始させ、および／または持続させる。電流Jeeは、制御され、中性ビームが生成されてもよい。中性ビームを発生させるため、ソースプラズマ電位および電子ビーム励起プラズマ電位は、各間で、最小の変動となるように安定化される。電子ビーム励起プラズマ140の安定性を維持するため、処理チャンバ130は、DC導電性バイアス電極180を有し、これは、電子ビーム励起プラズマ140と接触する導電性表面を有する。
【００２９】
DC導電性バイアス電極180は、DC電圧源190に結合されてもよい。DC電圧源190は、DC導電性バイアス電極180を正のDC電圧（+VDC）でバイアス化する。その結果、電子ビーム励起プラズマ電位は、正のDC電圧源により駆動される境界駆動プラズマ電位となり、電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）が生じ、これは正のDC電圧（+VDC）まで実質的に上昇し、正のDC電位（+VDC）に実質的に安定に維持される。処理チャンバ130は、本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、DC電圧源190に結合された、いかなる数のDC導電性電極180に結合されてもよい。
【００３０】
また処理システムは、分離部材195を有し、これは、プラズマ発生チャンバ110と処理チャンバ130の間に配置される。分離部材195は、電子拡散器として機能してもよい。分離部材195は、電圧電位差（Vp，2）−（Vp，1）により形成された電子加速層を介した電場によって駆動される。分離部材195は、絶縁体、石英（クオーツ）、アルミナ、アースに対して高RFインピーダンスを有する電気的に浮遊の誘電体コート導電性材料、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、他のいかなる分離部材195を有してもよい。（Vp，2）−（Vp，1）の分離部材195にわたって維持される大きな電場により、電流jeeは、十分に活性となり、電子ビーム励起プラズマ140内のイオン化が持続される。
【００３１】
分離部材195は、1または2以上の開口を有し、プラズマ発生チャンバ110から処理チャンバ130への電流jeeの通過が可能になってもよい。1または2以上の開口の全領域は、DC導電性電極170の表面積に対して調整され、電子ビーム励起プラズマ140からソースプラズマ120への反転イオン電流を最小限に抑制したまま、比較的大きな電位差（Vp，2）−（Vp，1）が生じるようにされてもよい。これにより、基板150に衝突するイオンの十分なイオンエネルギーji2およびje2が確実に得られるようになる。
【００３２】
イオン電流ji1は、ソースプラズマ120における第1のイオン集団からの第1のイオン流束であり、これは、ソースプラズマチャンバ110内において、電子電流jeeとほぼ等価な量でDC導電性電極170に流れる。電子電流jeeは、ソースプラズマ120から、分離部材195での電子加速層（図示されていない）を介して、電子ビーム励起プラズマ140に流れる。電子電流jeeは、十分に活性となり、電子ビーム励起プラズマ140を形成する。その場合、熱電子の集団および第2のイオン集団が形成される。熱電子は、入射電子電流jeeにより電子ビーム励起プラズマ140のイオン化の際に放射される電子によって生じてもよい。電子電流jeeからのある活性電子は、十分な量のエネルギーを喪失し、熱電子集団の一部となる。
【００３３】
熱電子電流jteは、jte−jeeの活性電子流束と実質的に等しい量であるため、デバイシールドにより、電子ビーム励起プラズマ140の熱電子は、DC導電性バイアス電極180に流れる。DC導電性バイアス電極180に誘導される熱電子により、イオン電流ji2の第2のイオン集団からの第2のイオン流束は、第2の電位で基板150に誘導される。電子電流jeeの入射活性電子エネルギーが高くなった際に、イオン電流ji2の相応の量が電子ビーム励起プラズマ140を通り抜け、基板150に衝突する。基板150は、浮遊DCアースにあるため、電子ビーム励起プラズマ140内の第2のイオン集団により供給されるイオン電流ji2は、電子電流je2と実質的に等しくなり、そのため、正味の電流は存在しない。
【００３４】
その結果、ソースプラズマ電位を超える電子ビーム励起プラズマ電位の上昇により、電子電流jeeを有する活性電子ビームが駆動され、電子ビーム励起プラズマ140が形成される。処理システム100全体の粒子バランスにより、等しい数の電子電流je2を有する電子と、イオン電流ji2を有するイオンとを有し、基板150に衝突する活性電子ビームが提供され、該活性電子ビームは、電子電流je2がイオン電流ji2と実質的に等しい中性ビームとなる。基板150に誘導される中性ビームの電荷バランスは、基板150での化学的処理を活性化させる。
【００３５】
図2において、同様の参照符号の使用は、同様の部材を表す。図2には、基板の中性ビーム処理用の処理システム200が示されている。処理システム200は、処理システム100と多くの同様の特徴物を共有する。従って、処理システム200と処理システム100の間の差異についてのみ、さらに詳しく説明する。処理システム200は、ソースプラズマ電位（Vp，1）でソースプラズマ210を形成する、プラズマ発生チャンバ205を有する。また、処理システム200は、処理チャンバ215を有し、これは、基板220を処理するプラズマ処理用の、汚染物質のない真空環境を提供する。処理チャンバ215は、基板220を支持する基板ホルダ225を有する。処理チャンバ215は、真空排気システム230に結合され、処理チャンバ215が減圧され、処理チャンバ215内の圧力が制御される。
【００３６】
プラズマ発生チャンバ205は、ソースプラズマ領域235を有し、この領域は、第1の圧力で第1の処理ガスを受容し、ソースプラズマ210を形成する。処理チャンバ215は、ソースプラズマ領域235の下流に配置され、電子流束245およびソースプラズマ領域235からの第1の処理ガスを受容する、電子ビーム励起プラズマ領域240を有し、電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）および第2の圧力で、電子ビーム励起プラズマ250が形成される。
【００３７】
プラズマ発生チャンバ205には、第1のガス注入システム235が結合され、ソースプラズマ領域235に、第1の処理ガスが導入される。第1の処理ガスは、電気的に正のガス、電気的に負のガス、またはそれらの混合ガスを含んでもよい。例えば、第1の処理ガスは、アルゴン（Ar）のような希ガス、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、基板220の処理に好適な他のいかなるガスを含んでもよい。また、第1の処理ガスは、エッチャント、膜形成ガス、希釈剤、清浄化ガス、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、基板220の処理に好適な任意の他の化学成分のような、化学成分を含んでもよい。
【００３８】
任意の第2のガス注入システム260が処理チャンバ215に結合され、電子ビーム励起プラズマ領域24に、第2の処理ガスが導入されてもよい。第2の処理ガスは、基板220の処理に適したいかなるガスを含んでもよい。第2の処理ガスは、電気的に正のガス、電気的に負のガス、またはその混合ガスを含んでもよい。例えば、第2の処理ガスは、アルゴン（Ar）のような希ガス、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、基板220の処理に適した他のいかなるガスを含んでもよい。また、第2の処理ガスは、エッチャント、膜形成ガス、希釈剤、清浄化ガス、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、基板220の処理に好適な任意の他の化学成分のような、化学成分を含んでもよい。
【００３９】
処理システム200は、プラズマ発生チャンバ205に結合されたプラズマ発生システム265を有し、ソースプラズマ領域235に、ソースプラズマ210を生成する。プラズマ発生システム265は、容量結合プラズマ（CCP）、誘導結合プラズマ（ICP）、変換結合プラズマ（TCP）、表面波プラズマ、ヘリコン波プラズマ、電子シクロトロン共鳴（ECR）加熱プラズマ、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、他のいかなる種類のプラズマを有してもよい。ソースプラズマ210が加熱され、ソースプラズマ電位（Vp，1）において、最小の変動が生成されてもよい。
【００４０】
プラズマ発生システム265は、電源275に結合された誘導コイル270を有してもよい。電源275は、RF発生器を有し、これは、インピーダンス整合ネットワークを介して、RFパワーを誘導コイル270に結合する。RFパワーは、誘導コイル270から誘電窓280を介して、ソースプラズマ領域235内のソースプラズマ210に誘導結合される。誘導コイル270により生じるRFパワーの周波数は、10MHzから100MHzの範囲であってもよい。スロット化ファラデーシールド（図示されていない）を用いて、誘導コイル270とソースプラズマ210の間の容量性結合を抑制してもよい。
【００４１】
インピーダンス整合ネットワークは、反射パワーを抑制することにより、プラズマへのRFパワーの伝達を改善してもよい。整合ネットワークのトポリジーは、これに限られるものではないが、L型、N型、T型、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、他のいかなる整合ネットワークトポロジーを含んでもよい。ソースプラズマ210の電気的に正の放電では、電子密度は、約1010cm3から1013cm3の範囲であり、電子温度は、使用されるプラズマ源の種類に応じて、1eVから約10eVの範囲であってもよい。
【００４２】
また、プラズマ発生チャンバ205は、DC導電性電極285を有する。DC導電性電極285は、導電性表面を有し、この表面は、ソースプラズマ210と接触する境界として機能する。DC導電性電極285は、DCアースに結合されてもよい。DC導電性グラウンド電極285は、ドープされたシリコン電極を有してもよい。DC導電性グラウンド電極285は、ソースプラズマ電位（Vp，1）でソースプラズマ210により駆動されるイオンシンクとして機能してもよい。
【００４３】
また、処理システム200は、処理チャンバ215に結合されたバイアス電極システム290を有する。バイアス電極システム290は、電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）を，ソースプラズマ電位（Vp，1）を超える値まで高め、電子流束245を駆動してもよい。バイアス電極システム290は、電子ビーム励起プラズマ250と接する導電性表面を有するDC導電性バイアス電極295を有する。DC導電性バイアス電極295は、絶縁体284を介して処理チャンバ215から電気的に絶縁されてもよい。DC導電性バイアス電極295は、DC電圧源286と結合されてもよい。DC導電性バイアス電極295は、金属および／またはドープ化シリコンのような、導電性材料を含んでもよい。
【００４４】
DC導電性バイアス電極295は、電子ビーム励起プラズマ250と接する比較的大きな領域を有してもよい。+VDGの領域が大きくなると、電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）は、+VDGにより近づく。例えば、DC導電性バイアス電極295の全領域は、電子ビーム励起プラズマ250と接する他の全ての導電性表面の総合計よりも大きくなる。あるいは、DC導電性バイアス電極295の全領域は、電子ビーム励起プラズマ250と接する導電性表面のみであってもよい。
【００４５】
電圧源286は、可変DC電源を有してもよい。また、電圧源286は、バイポーラDCパワー電源を有してもよい。電圧源286は、電圧源286の極性、電流、電圧および／もしくはオン／オフ状態をモニターし、調節し、ならびに／または制御する手段を有してもよい。電気的フィルタにより、電圧源286からRFパワーを分断してもよい。例えば、電圧源286によりDC導電性バイアス電極295に印加されるDC電圧は、約0Vから約10,000Vの範囲であってもよい。DC電圧源286によりDC導電性バイアス電極295に印加されるDC電圧は、約50Vから約5000Vの範囲であることが望ましい。DC電圧は、約50Vを超える絶対値を有する、正の電圧であってもよい。
【００４６】
処理チャンバ215は、グラウンドに結合されたチャンバハウジング部材211を有する。チャンバハウジング部材211と電子ビーム励起プラズマ250の間には、ライナ部材288が配置されてもよい。ライナ部材288は、例えば石英および／またはアルミナのような、誘電体材料から加工されてもよい。ライナ部材288は、電子ビーム励起プラズマ250用のグラウンドに、高RFインピーダンスを提供してもよい。電気的貫通孔287により、DC導電性バイアス電極295との電気的接続が可能となる。
【００４７】
ソースプラズマ領域235と電子ビーム励起プラズマ領域240の間には、分離部材274が配置されてもよい。分離部材274は、1または2以上の開口272を有し、これにより、電子ビーム励起プラズマ領域240に電子ビーム励起プラズマ250を形成するため、ソースプラズマ領域235内のソースプラズマ210から、電子ビーム励起プラズマ領域240への第1の処理ガスおよび電子流束245の通過が可能となってもよい。分離部材274内の1または2以上の開口272は、超デバイ長さの開口を有し、横方向の寸法または直径は、デバイ長さよりも長くてもよい。1または2以上の開口272は、ソースプラズマ電位（Vp，1）と電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）との間の十分な高電位差で、適正な電子輸送が可能となるように寸法化され、電子ビーム励起プラズマ250とソースプラズマ210の間で、反転イオン電流が抑制される。また、1または2以上の開口272は、ソースプラズマ領域235における第1の圧力と、電子ビーム励起プラズマ領域240における第2の圧力の間の圧力差を持続するように寸法化されてもよい。
【００４８】
電子流束245は、分離部材274を介して、ソースプラズマ領域235と電子ビーム励起プラズマ領域240の間で生じてもよい。電子流束245は、電界拡散によって駆動され、ここでは、ソースプラズマ電位（Vp，1）と電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）の間の電位差により、電子流束245が構成される。電子流束245は、十分に活性であり、電子ビーム励起プラズマ250におけるイオン化が持続される。
【００４９】
真空排気システム230は、最大5000リットル／秒の排気速度能のターボ分子真空ポンプ（TMP）と、電子ビーム励起プラズマ領域250の圧力を制御する、ゲートバルブのような真空バルブと、を有してもよい。処理チャンバ215には、チャンバ圧力をモニターする圧力測定装置（図示されていない）が結合されてもよい。
【００５０】
基板ホルダ225は、アースに結合されてもよい。基板220は、基板ホルダ225がアースに結合された際に、浮遊アース状態であってもよい。その結果、電子ビーム励起プラズマ250と接するアースのみが、基板220により提供される浮遊アースとなる。基板220は、セラミック静電クランプ（ESC）層を介して、基板ホルダ225にクランプ化されてもよい。ESC層は、基板220をアースされた基板ホルダ225から絶縁する。また処理システム100は、基板ホルダ225に結合され、基板220を電気的にバイアス化する、基板バイアスシステムを有してもよい。例えば、基板ホルダ225は、インピーダンス整合ネットワークを介してRF発生器に結合された電極を含んでもよい。基板ホルダ225に印加されるパワーの周波数は、0.1MHzから100MHzの範囲であってもよい。
【００５１】
処理システム200は、基板ホルダ225に結合された基板温度制御システム（図示されていない）を有し、基板220の温度が調節されてもよい。基板温度制御システムは、温度制御素子を有する。温度制御素子は、冷却システムを有し、基板ホルダ225からの熱の受容後に、冷却媒体流を再循環し、熱交換器システムに熱を輸送する。また温度制御素子は、基板ホルダ225の加熱の際に、熱交換器システムから熱を輸送する。温度制御素子は、これに限られるものではないが、抵抗性加熱素子、熱電ヒータ／クーラ、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、基板ホルダ225の温度を制御する他のいかなる種類の温度制御素子を有してもよい。
【００５２】
基板ホルダ225は、クランプシステム（図示されていない）を有し、基板220と基板ホルダ225の間の熱輸送を向上させてもよい。クランプシステムは、機械的なクランプシステム、またはESCシステムのような電気的なクランプシステムを有してもよい。クランプシステムは、基板220を基板ホルダ225の上部表面に固定してもよい。また、基板ホルダ225は、さらに、基板裏面ガス供給システムを有し、基板220の裏面にガスを導入させてもよい。これにより、基板220と基板ホルダ225の間のガス−ギャップの熱伝導性が改善される。基板裏面ガスシステムは、2ゾーンガス分布システムを有し、基板220の中心と端部との間で、ヘリウム圧力ギャップが独立に変化してもよい。基板ホルダ225は、基板ホルダ225の周端部を超えて延伸するバッフル部材221で取り囲まれてもよい。バッフル部材221は、真空排気システム230によって電子ビーム励起プラズマ領域240に供給される排気速度を、均一に分布させることを支援する。バッフル部材221は、石英および／またはアルミナのような、誘電体材料を有してもよい。バッフル部材221は、電子ビーム励起プラズマ250のアースまでの高RFインピーダンス経路を提供してもよい。
【００５３】
また処理システム200は、制御器292を有してもよい。制御器292は、マイクロプロセッサ、メモリ、およびデジタル入力／出力ポートを有し、このポートは、十分に通信可能な制御信号を生成することができ、処理システム200への入力を活性化するとともに、処理システム200からの出力をモニタする。制御器292は、プラズマ発生システム265に結合され、プラズマ発生システム265との間で情報を交換する。また制御器292は、第1のガス注入システム255、電源275、電極バイアスシステム280、第2のガス注入システム260、DC電圧源286、基板ホルダ225、および真空排気システム230に結合されてもよい。ある実施例では、メモリに保管されたプログラムが、処理レシピに基づいて、処理システム200の前述の部材の入力を活性化し、基板220が処理される。
【００５４】
制御器292は、汎用コンピュータシステムであり、メモリ内に保管された1または2以上の指令の1または2以上のシーケンスを実行するプロセッサに応答して、処理ステップに基づいて、マイクロプロセッサの一部または全てを実行してもよい。そのような指令は、ハードディスクまたはリムーバルメディアドライブのような別のコンピュータ可読媒体から、制御器メモリに読み込まれてもよい。また、制御器プロセッサがメインメモリに含まれる指令のシーケンスを実行する際に、マルチ処理配置において1または2以上のプロセッサが用いられてもよい。またハード配線回路が、所定の位置で、またはソフトウェア命令との組み合わせで使用されてもよい。従って、実施例は、ハードウェア回路およびソフトウェアのいかなる特定の組み合わせにも限定されない。
【００５５】
制御器292は、制御器メモリのような、少なくとも一つのコンピュータ可読媒体またはメモリを有し、これらは、本発明の示唆によりプログラム化された指令を保持し、データ構造、テーブル、記録、および／または基板220を処理する際に必要な他の任意のデータを収容する。本願において使用される「コンピュータ可読媒体」という用語は、実行のため制御器292のプロセッサに指令を提供する際に関与する、任意の媒体を表す。コンピュータ可読媒体は、多くの形態を取り得、これには、これに限られるものではないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体が含まれる。不揮発性媒体は、例えば、ハードディスクまたはリムーバルメディアドライブのような、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メインメモリのようなダイナミックメモリを含む。また、コンピュータ可読媒体の各種形態には、実行のため、制御器292のプロセッサに対する1または2以上の指令の1または2以上のシーケンスを実施することが含まれる。例えば、指令は、最初に遠隔コンピュータの磁気ディスクで実施されてもよい。遠隔コンピュータは、本発明の全てのまたは一部を遠隔で実行するための指令をダイナミックメモリにロードし、ネットワークをわたり制御器292に指令を送信する。
【００５６】
コンピュータ可読媒体の任意の一つまたはその組み合わせに保管された場合、本発明は、本発明を実施する1もしくは2以上の装置を駆動するための制御器292を制御し、および／または制御器と人ユーザとの相互作用を可能にするソフトウェアを含む。そのようなソフトウェアは、これに限られるものではないが、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトウェアを有してもよい。そのようなコンピュータ可読媒体は、さらに、基板220の処理の際に実施されるプロセスの全てまたは一部を実施する、本発明のコンピュータプログラム製品を含む。コンピュータコード装置は、いかなる解釈可能なまたは実行可能なコードメカニズムであってもよく、これには、これに限られるものではないが、スクリプト、解釈可能なプログラム、ダイナミックリンクライブラリ（DLL）、ジャバクラス、および完全に実施可能なプログラムが含まれる。また、プロセスの一部は、より良い特性、信頼性、および／またはコストのため分配されてもよい。
【００５７】
制御器292は、処理システム200に対してローカルに配置されてもよい。またはこれは、ネットワークを介して、処理システム200に対して遠隔に配置されてもよい。従って、制御器292は、直接接続、イントラネット、またはインターネットの少なくとも一つを用いて、処理システム200とデータを交換してもよい。制御器292は、カスタマーサイトでイントラネットに結合され、またはベンダーサイトでイントラネットに結合されてもよい。別のコンピュータが制御器292にアクセスし、直接接続またはネットワーク接続の少なくとも一つを介してデータを交換してもよい。
【００５８】
図3において、同様の部材には、同様の参照符号が使用されている。図3を参照すると、図には、基板を中性ビームで処理する処理システム300が示されている。処理システム300は、処理システム100および200と多くの同様の特徴を共有しており、従って、以下、処理システム300と処理システム100および200の間の差異についてのみ、詳しく説明する。プラズマ発生チャンバ205のいずれかの側に配置された誘導コイルとは異なり、誘導コイル305は、プラズマ発生チャンバ205の上に配置されたプラズマ発生システム310内に収容される。誘導コイル205は、平坦コイル、らせんコイル、パンケーキコイル、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、他のいかなる誘導コイルであってもよい。誘導コイル305は、変性結合プラズマ（TCP）のように、上方からソースプラズマ210と連通してもよい。誘導コイル305から誘電体窓315を介して、RFパワーがソースプラズマ領域235におけるソースプラズマ210に誘導結合される。また、プラズマ発生チャンバ205は、導電性表面を有するDC導電性グラウンド電極320を有し、この表面は、ソースプラズマ210と接触する境界として機能する。DC導電性グラウンド電極320は、DCアースに結合されてもよい。
【００５９】
図4を参照すると、この図において、同様の部品には同様の参照符号が付されている。図には、基板の中性ビーム処理用の処理システム400が示されている。処理システム400は、処理システム100、200、300と同様の多くの特徴を共有する。従って、以下、処理システム400と処理システム100、200、300との間の差異について、詳細に説明する。プラズマ発生チャンバ205の側部または上部に誘導コイルが配置される代わりに、誘導コイル405は、プラズマ発生チャンバ205のソースプラズマ領域235内に配置され、ここで誘導コイル405は、円柱状誘電体窓インサート410により、ソースプラズマ210から分離される。誘導コイル405は、らせんコイルのような円柱状コイルであり、これは、電源275に結合されてもよい。RFパワーは、誘導コイル405から円柱状誘電窓インサート410を介して、ソースプラズマ領域235内のソースプラズマ210に誘導結合されてもよい。また、プラズマ発生チャンバ205は、DC導電性グラウンド電極415を有し、これは、ソースプラズマ210と接する境界として機能する導電性表面を有する。DC導電性グラウンド電極415は、DCアースに結合されてもよい。誘導コイル405は、ソースプラズマ210内に配置されるため、DC導電性グラウンド電極415は、プラズマ発生チャンバ205の内表面の相応の割合を占める表面を有する。
【００６０】
図5には、本発明の一実施例による処理システムの動作の一例のフローチャートを示す。本発明は、この記載された動作に限定されるものではない。むしろ、本願の示唆から、他の動作制御フローが本発明の範囲に含まれることは、関連技術の当業者には明らかである。以下、図5における各ステップについて説明する。
【００６１】
ステップ510では、作動制御フローにおいて、プラズマを用いた基板の処理のため、処理チャンバに基板が配置される。
【００６２】
ステップ520では、作動制御フローにおいて、ソースプラズマ電位で、ソースプラズマ領域にソースプラズマが形成される。例えば、作動制御フローにおいて、ソースプラズマ電位（Vp，1）で、プラズマ発生チャンバ205のソースプラズマ領域235にソースプラズマ210が形成される。
【００６３】
ステップ530では、作動制御フローにおいて、ソースプラズマ領域からの電子流束を用いて、電子ビーム励起プラズマ電位で、電子ビーム励起プラズマ領域に電子ビーム励起プラズマが形成される。より具体的には、例えば、ソースプラズマ領域235からの電子流束245を用いて、電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）で、電子ビーム励起プラズマ領域240に電子ビーム励起プラズマ250が形成される。電子流束245は、ソースプラズマ領域235におけるソースプラズマ210から生じ、これは、プラズマ発生チャンバ205から、分離部材272を介して、基板220が処理される処理チャンバ215に至る。
【００６４】
ステップ540では、作動制御フローにおいて、電子ビーム励起プラズマ電位がソースプラズマ電位を超えて上昇する。ソースプラズマ領域235内のソースプラズマ210は、境界駆動プラズマであり、ここでのプラズマ境界は、それぞれのプラズマ電位に実質的な影響を及ぼす。境界の一部は、DCアースに結合され得るソースプラズマ210と接してもよい。また、電子ビーム励起プラズマ領域240内の電子ビーム励起プラズマ250は、境界駆動プラズマであり、ここでは、電子ビーム励起プラズマ250と接する境界の一部は、+VDCで、DC電圧源に結合される。
【００６５】
ステップ550では、作動制御フローにおいて、処理チャンバの圧力が制御される。より具体的には、制御器292は、処理チャンバ215の圧力を制御する。処理チャンバ215に導入される気体は、真空排気システム230により排気され、処理チャンバ215内の圧力が制御される。
【００６６】
ステップ560では、作動制御フローにおいて、基板が電子ビーム励起プラズマに暴露される。より具体的には、基板200は、電子ビーム励起プラズマ250に暴露される。基板220の電子ビーム励起プラズマ250への暴露には、基板220を、中性ビーム活性化化学処理に暴露させることが含まれる。
【００６７】
図6において、同様の部材には、同様の参照符号が使用されている。図6を参照すると、図には、基板のNEP処理用の処理システム600が示されている。処理システム600は、処理システム100、200、300、400と、多くの特徴を共有する。従って、以下、処理システム600と処理システム100、200、300、400との差異についてのみ，詳細に説明する。1または2以上の開口272を有し、ソースプラズマ領域235から電子ビーム励起プラズマ領域240への電子流束245の流通を可能にする分離部材274を配置する代わりに、このシステムは、電子ビーム645に電子を注入して、電子ビーム645の効率を向上させるように修正される。例えば、図6に示すように、電子ビーム645は、誘電体電子インジェクタ672を通って流れる。
【００６８】
前述のように、第1のガス注入システム255は、プラズマ発生チャンバ205に結合され、ソースプラズマ領域235に第1の処理ガスを導入する。ある実施例では、第1の処理ガスは、Arガスを含み、5mTorrから15mTorrの圧力に維持されてもよい。第1の処理ガスは、ソースプラズマ210を形成する。
【００６９】
次に、ソースプラズマ210が励起され、誘導コイル670からソースプラズマに提供されるRFパワーに基づいて、電子ビーム645が形成される。誘導コイル670は、電源275に結合されてもよい。電源275は、RF発生器を有し、これは、インピーダンス整合ネットワークを介して、周波数13.56MHzのRFパワーを誘導コイル670に結合してもよい。200Wから300WのRFパワーが、誘導コイル670から誘電体管680を介して、ソースプラズマ領域235のソースプラズマ210に誘導結合されてもよい。誘電体管680は、プラズマ発生チャンバ205の側壁に沿って配置され、プラズマ発生チャンバ205への入力ポートとして機能してもよい。誘電体管680は、誘導コイル670と結合され、プラズマ発生チャンバ205用のハーメチックシール、およびプラズマ発生チャンバ205へのRFパワーの伝送入口が提供される。プラズマ発生チャンバ205は、DCアースと結合される、大きな表面を有してもよい。
【００７０】
電子ビーム645は、誘導コイル670からプラズマ発生チャンバ205に誘導結合されたRFパワーによるソースプラズマ210の励起の結果得られる、電気流束から生じる。電子ビーム645は、電気的拡散により駆動され、電子ビーム645の電子流束は、ソースプラズマ電位（Vp，1）と電子ビーム励起プラズマ電位（Vp，2）との間の電位差に基づいて、ソースプラズマ領域235から電子ビーム励起プラズマ領域240に移動する。
【００７１】
電子ビーム645がソースプラズマ領域235から電子ビーム励起プラズマ領域240に移動すると、電子ビーム645は、単一の誘電体電子インジェクタ672を通過する。単一の誘電体電子インジェクタ672は、電子ビーム645に電子を注入し、電子ビーム645に含まれる正に帯電されたイオンと、注入された電子とをバランスさせ、これにより実質的に非両極性の電子ビームが形成される。電子ビーム645への電子の注入により、電子ビーム645のイオン効率が改善される。電子ビーム645は、電子ビーム励起プラズマ領域240に移動するため、正の電荷を失う正に帯電されたイオンの量が、最小限に抑制される。
【００７２】
電子ビーム645への電子の注入は、電子ビーム645のイオン効率を改善するものの、基板220に到達する電子は、基板220に損傷を及ぼすおそれがある。そのため、実際に基板220に到達する電子の量は、最小限に抑制される。電子ビーム645が基板620に到達すると、基板220を取り囲む電位差が生じ、この電位差は、基板220から電子を排斥し、正に帯電されたイオンを基板220に引き寄せる。従って、基板220に到達する電子の量は、電子ビーム645パワー、チャンバ圧力、磁場、または基板220の周囲にシース電位を形成するために使用され得る、これらの組み合わせの少なくとも一部に基づいて、最小限にされ得る。電子ビーム645のパワーは、圧力および磁場に応じて、数ミリワットから数千キロワットの間で変化し得る。圧力は、電子ビーム645のパワーおよび磁場に応じて、0.1mTorrから1Torrの間で変化し得る。磁場は、磁界の大きさ、磁界を形成する磁石の配置および／また形状に依存する。図7には、磁石の配置および／または形状の一実施例を示す。
【００７３】
ある実施例では、単一の誘電体電子インジェクタ672が、電子ビーム励起プラズマ250からソースプラズマ210を分離する。単一の誘電体電子インジェクタ672は、例えば直径が1.0mmの単一の開口を有してもよい。単一の誘電体電子インジェクタ672は、ソースプラズマ210に含まれる電子を、単一の誘電体電子インジェクタ670の単一の開口を通って移動し、電子ビーム励起プラズマ250に入るのに十分なエネルギーを有する電子に制限する。各電子が単一の誘電体電子インジェクタ672から電子ビーム励起プラズマ250に導入されると、電子ビーム励起プラズマ250に含まれる対応する正に帯電されたイオンは、処理チャンバ215から単一の誘電体電子インジェクタ672を通り、プラズマ発生チャンバ205に移動する。従って、電子ビーム645に含まれる正に帯電されたイオンは、単一の誘電体電子インジェクタ672を通過した高エネルギーの電子とバランスされ、電子ビーム励起プラズマ250に導入される、実質的に非両極性の電子ビームが形成される。
【００７４】
第2のガス注入システム260は、処理チャンバ215に結合され、第2の処理ガスを電子ビーム励起プラズマ領域240に導入してもよい。ある実施例では、第2の処理ガスは、圧力が1mTorrから3mTorrの範囲のN2を含んでもよい。第2の処理ガスは、電子ビーム645を用いて注入され、電子ビーム励起プラズマ250が形成されてもよい。
【００７５】
電子ビーム645が処理チャンバ215に入ると、次に電子ビーム645は、励起プラズマ領域240を通り、大きな表面積の正のDC加速器625により、基板220に向かって加速される。加速器625は、処理チャンバ215に正のDC電圧（+VDC）を印加し、電子ビーム645に含まれる正に帯電されたイオンを移動させてもよい。その結果、正に帯電されたイオンは、電子ビーム励起プラズマ領域240を通って移動し、基板220に到達する。電子ビーム645が基板220に到達すると、基板220を取り囲むシース電位は、電子を排斥し、正に帯電されたイオンを引き寄せる。その結果、基板220を処理するため基板220に到達した正に帯電されたイオンは、最大化される一方、基板220に到達する電子の量は、最小限に抑制される。これに限られるものではないが、一例では、電子ビーム645に含まれる電子の30%以下が、基板220に到達するものの、電子ビーム645に含まれる電子の70%以上は、基板220に到達できない。基板220のシース電位は、誘電体端部板665の浮遊電位により生じた正に帯電されたイオンの密度を有する、電子ビーム励起プラズマ250内の層として定められる。これは、電子ビーム645に含まれる電子を排斥するが、電子ビーム645に含まれる正に帯電されたイオンを引き寄せる。正に帯電されたイオンを加速する、加速器625により印加された正のDC電圧（+VDC）は、80Vから600Vの範囲であってもよい。
【００７６】
加速器625は、処理チャンバ215の内側部分に結合され、処理チャンバ215と実質的に同等の直径を有する。加速器625は、処理チャンバ215の大きな表面領域を占め、加速器625は、処理チャンバ215全体にわたって、正に帯電されたイオンを適正に加速する。処理チャンバ215の残りの表面領域は、基板220を取り囲む誘電体端部板665を有する。誘電体端部板665は、処理チャンバ215の端部板であってもよく、この場合、処理チャンバ215の誘電体端部板665は、誘電体電子インジェクタ672とは反対の処理チャンバ215の端部に配置される。誘電体端部板665は、浮遊電位を有する、例えば石英のような、浮遊表面であってもよい。これにより、基板220のシース電位が形成される。誘電体端部板665は、加速器625により提供される正のDC電圧（+VDC）に対して浮遊されてもよい。
【００７７】
その結果、電子ビーム645に含まれる正に帯電されたイオンは、処理チャンバ215を通って加速され、誘電体端部板665に至る。誘電体端部板665は、浮遊しているため、誘電体端部板665のシース電位により、電子ビーム645に含まれる電子は排斥（反発）され、正に帯電されたイオンは引き寄せられる。そのため、最小量の電子を伴う、多量の正に帯電されたイオンのみが基板220に到達し、基板220が処理される。これに限られるものではないが、一例では、電子ビーム645に含まれる電子の25%が基板220に到達し、電子ビーム645に含まれる電子の75%は、基板220に到達することができない。また加速器625は、正に帯電されたイオンを、適正に定められた電子ビーム645内に維持し、所望のIEDおよび基板220を処理する際のマイクロロードレベルが達成される。
【００７８】
ある実施例では、電子ビーム645の電子ビームパワーは、加速器電圧により抑制され、基板220のシース電位の内部に入る電子の量が抑制される。加速器電圧による電子ビームパワーの減衰は、シース電位に到達する電子の量を制限し、電子は、シース電位によって最終的に排斥される。その結果、シース電位は、安定に維持され変化しない。シース電位の変化は、基板220に到達する電子の数を増やす結果となり、基板220の処理の際に、より広いIEDが得られ、基板220に損傷を生じさせるおそれがある。
【００７９】
図7を参照すると、図において、同様の部材には同様の参照符号が付されている。図には、基板のNEP処理用の処理システム700が示されている。処理システム700は、処理システム100、200、300、400、600と多くの同様の特徴を共有する。従って、以下、処理システム700と、処理システム100、200、300、400、600との差異についてのみ、詳細に説明する。加速器625が処理チャンバ215の内径に結合される代わりに、システムは、複数の金属ロッド710a乃至710nを含むように変更される。ここで、nは、1以上の整数である。これらは、基板220に到達する電子は排斥するが、正に帯電されたイオンが基板220に到達できるような磁場を形成する。例えば、図7に示すように、正に帯電されたイオン720a乃至720iは、金属ロッド710a乃至710nを通過して、基板220に到達し、基板220が処理される。
【００８０】
前述のように、ソースプラズマ210は、励起され、誘導コイル670からソースプラズマ210に提供されるRFパワーに基づいて、電子ビーム645を形成してもよい。ソースプラズマ210は、複数の正に帯電されたイオン730a乃至730d、および複数の電子740a乃至740gを含んでもよい。ソースプラズマに提供されるRFパワーは、複数の電子740a乃至740gを励起させ、複数の電子740a乃至740gの一部に、誘電体電子インジェクタ672を通ってエネルギー化される電子を進めるのに十分なエネルギーレベルが得られる。誘電体電子インジェクタ672を通って推進する高エネルギー化電子は、電子ビーム645を形成する。反対に、元来から電子ビーム励起プラズマ250に含まれる、実質的に等価な量の正に帯電されたイオン（図示されていない）は、誘電体電子インジェクタ672を通って、ソースプラズマ210の方に駆動され、非両極性ビームが形成される。
【００８１】
例えば、複数の電子750a乃至750cは、ソースプラズマ210に予め含まれていた電子であるが、誘電体電子インジェクタ672を介して、電子750a乃至750cを推進させるのに十分なエネルギーレベルが得られ、電子ビーム645が形成される。電子ビーム645への電子750a乃至750cの注入により、電子ビーム645のイオン効率が改善され、その結果、電子ビーム645が電子ビーム励起プラズマ領域240を通って移動した際に、正のエネルギーを失う正に帯電されたイオンの量は、最小限に抑制される。
【００８２】
電子ビーム645が処理チャンバ215に入ると、正に帯電されたイオンの量は、電子ビーム645に含まれる電子の量と実質的に等しくなり、電子ビーム645の非両極性が維持される。例えば、プラズマチャンバ215内に配置された、複数の正に帯電されたイオン760a乃至760fに含まれる正に帯電されたイオンの量は、複数の電子770a乃至770fに含まれる電子の量と実質的に等価となる。その結果、処理チャンバ215を通って電子ビーム645が移動した際に、電子ビーム645の非両極性が維持される。
【００８３】
前述のように、電子ビーム645は、実質的に等しい量の電子および正に帯電されたイオンを有するため、電子ビームに含まれる正に帯電されたイオンは、基板220に到達する間に、さらには基板220の処理に利用可能な正に帯電されたイオンの量が制限される前に、正電荷を喪失しない。しかしながら、基板220に到達する電子の量は、最小限に抑制される。これに限られるものではないが、一例では、電子ビーム645に含まれる、基板220に到達する電子の割合は、20%以下であるのに対して、電子ビーム645に含まれる、基板220に到達しない電子の割合は、80%以上である。基板に到達する電子は、基板220の処理を妨げ、基板220に損傷を及ぼしかねない。その結果、電子ビーム645が基板220に到達すると、電子ビーム645に含まれる電子は、基板220から排斥され、電子ビーム645に含まれる正に帯電されたイオンは、基板220に向かって加速される。
【００８４】
基板220は、基板ホルダ225に配置される。基板ホルダ225は、浮遊電位であってもよい。複数の磁性ロッド710a乃至710nは、誘電体電子インジェクタ672と基板220の間に配置される。複数の磁性ロッド710a乃至710nは、磁場を形成し、この磁場は、電子ビーム645に含まれる電子を捕獲し、磁性ロッド710a乃至710nと基板ホルダ225との間に、電位差を形成する。基板ホルダ225の電位は、磁性ロッド710a乃至710nの電位に比べて十分に高く、正に帯電されたイオンが基板220に向かって加速される電場が形成される。その結果、正に帯電されたイオンは、多くの量が基板220に到達するものの、電子は、最小量しか基板220には到達せず、基板220に対する損傷が回避される。これに限られるものではないが、一例では、電子ビーム645に含まれ、基板220に到達する電子の割合は、15%以下であるが、電子ビーム645に含まれ、基板220に到達できない電子の割合は、85%以上である。
【００８５】
例えば、電子770a乃至770fは、磁性ロッド710a乃至710nにより捕獲され、磁性ロッド710a乃至710nと、基板ホルダ225との間に、十分な電位差が形成される。基板ホルダ225の電位は、磁性ロッド710a乃至710nの電位に比べて、十分に大きく、電場が形成される。その結果、複数の正に帯電されたイオン720a乃至720iが、磁性ロッド710a乃至710nを介して、基板220に推進され、基板220が処理される。一方、単一の電子780のみが磁性ロッド710a乃至710nを通り、基板220に到達する。捕獲された残りの電子770a乃至770fは、磁性ロッド710a乃至710nを通過することができず、そのため基板200は、そのような電子から保護された状態となる。
【００８６】
ある実施例では、注入された電子のパワーは、基板220に到達する前に、磁性ロッド710a乃至710nにより低下される。例えば、処理チャンバ215内に配置された電子770a乃至770fは、磁性ロッド710a乃至710nにより、第1のパワーレベルから第2のパワーレベルに低下された、それら各々のパワーレベルを有する。磁性ロッド710a乃至710nは、磁性ロッド710a乃至710nにより生じた磁場に基づいて、各電子770a乃至770fのパワーレベルを弱めてもよい。
【００８７】
磁性ロッド710a乃至710nと基板ホルダ225の電位差により生じる磁場の強度は、各電子770a乃至770fの弱められたパワーレベルに基づく。各電子770a乃至770fの低下されたパワーレベルの量が多くなり、従って、各電子770a乃至770fのパワーレベルが低下すると、磁性ロッド710a乃至710nと基板ホルダ225との電位差により生じる電場は、大きくなる。電場が大きくなると、正に帯電されたイオン720a乃至720iの基板220へのより効率的な輸送が可能になる。その結果、各電子770a乃至770fのパワーレベルが、磁性ロッド710a乃至710nによって十分に低下しない場合、正に帯電されたイオン720a乃至720iが基板220に到達する量は、有意に減少する。
【００８８】
ある実施例では、シース電位と関連するシース電圧は、加速器電圧の第1の範囲にわたって、加速器電圧とともに直線的に増加する。加速器（図示されていない）によって提供される加速器電圧は、図6に示された加速器625と実質的に等しい。加速器電圧が加速器電圧の第1の範囲内に調整された場合、シース電圧は、加速器電圧と実質的に等しくなる。また、加速器電圧が加速器電圧の第2の範囲にわたって変化すると、シース電圧は、一定値を維持するため、シース電圧は、加速器電圧とは実質的に異なるようになる。
【００８９】
例えば、加速器電圧が0Vから250Vの範囲にある場合、シース電圧は、加速器電圧とともに直線的に増加し、シース電圧は、加速器電圧と実質的に等しくなる。次に、加速器電圧が250Vを超えると、シース電圧は、速やかに飽和し、加速器電圧が250Vを超えるように調整されると、一定値を維持する。従って、シース電圧は、加速器電圧とは実質的に異なるようになる。その結果、シース電圧は、外部バイアスなしで、加速器電圧の調整により制御される。加速器電圧によるシース電圧の制御が可能な場合、加速器電圧により、基板220に到達する電子の量に対する、基板220に到達する正に帯電されたイオンの量を制御することも可能となる。
【００９０】
磁性ロッド710a乃至710nにより生じる磁場の大きさは、加速器電圧の第1の範囲と加速器電圧の第2の範囲の間の遷移に影響を及ぼす。前述のように、シース電圧は、電圧の第1の範囲にわたり、加速器電圧に対して直線的に増加し、その後、加速器電圧が電圧の第2の範囲にわたって変化すると、一定の電圧に低下する。磁性ロッド710a乃至710nにより生じた磁場が大きくなると、加速器電圧が電圧の第1の範囲から電圧の第2の範囲に調整された際に、シース電圧の減少が遅い速度で生じる。
【００９１】
ある実施例では、磁性ロッド710a乃至710nに、1または2以上の電磁石が結合され、電子ビーム645に含まれる電子を捕獲する磁場が生じる。また、磁性ロッド710a乃至710nは、処理チャンバ215への金属イオンの拡散を最小限に抑制する、バリア材料を有してもよい。バリア材料は、これに限られるものではないが、石英、セラミック、窒化ケイ素、および／または本発明の範囲から逸脱しない範囲で関連技術分野の当業者には明らかな、金属イオンの拡散を防止する他のいかなるバリア材料を有してもよい。
【００９２】
磁性ロッド710a乃至710nは、各磁性ロッド710a乃至710nが基板ホルダ225に対して実質的に平行となるように整列されてもよい。磁性ロッド710a乃至710nは、第1の磁性ロッド710aが処理チャンバ215の第1の壁に結合され、第2の磁性ロッド710nが第1の壁とは反対の処理チャンバ215の第2の壁に結合されるように整列されてもよい。他の磁性ロッド710a乃至710nの各々は、基板ホルダ225と実質的に平行なまま、第1の磁性ロッド710aと第2の磁性ロッド710nの間に分布されてもよい。磁性ロッド710a乃至710nの各々は、相互に電気的に結合されてもよい。磁性ロッド710a乃至710nの各々は、少なくとも各隣接する磁性ロッド710a乃至710nと磁気的に結合されてもよい。
【００９３】
要約書ではなく、詳細な説明の記載が、請求項の解釈のため用いられることを意図するものであることは明らかである。要約書には、本発明の1または2以上の、ただし全てではない実施例を記載することができ、従って、いかなる方法でも、本発明および添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００９４】
1または2以上の実施例の記載により、本発明について説明した。また、実施例は、考慮される限り詳細に記載した。しかしながら、これらは、いかなる方法でも、添付の特許請求の範囲をそのような細部に限定することを意図するものではない。当業者には、追加の利点および変更が容易に理解される。従って、本発明は、その広い態様において、具体的な細部、それぞれの機器および方法、ならびに記載され示された例に限定されるものではない。従って、本発明の一般的な概念逸脱しない範囲で、そのような細部からの逸脱が可能である。
【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】
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