(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する機器であって、
第1のプラズマ電位で第1のプラズマを形成する第1のプラズマチャンバと、
前記第1のプラズマ電位よりも高い第2のプラズマ電位で第2のプラズマを形成する第2のプラズマチャンバと、
前記第1のプラズマチャンバと前記第2のプラズマチャンバの間に設置された分離部材であって、前記第1のプラズマチャンバと前記第2のプラズマチャンバの間の電子移動を可能にする、分離部材と、
前記第2のプラズマチャンバに隣接し、前記分離部材から離間して配置されたホルダであって、SiO2、石英、HfO2、Y2O3、および酸化アルミニウムの1または2以上を含む中和器グリッドを有する、ホルダと、
を有する、機器。
【請求項２】
前記中和器グリッドは、幅に対する全長の比が5よりも大きいチャネルを有する、請求項1に記載の機器。
【請求項３】
前記中和器グリッドは、幅に対する全長の比が15よりも大きいチャネルを有する、請求項1に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板を処理するプラズマに基づく方法及び装置に関する。特に本開示は、低圧環境中で非双極性電子プラズマを印加することによって基板の異方的な単色中性ビームによって活性化される化学処理を実行するために中性粒子ビームを生成するプラズマに基づく方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願で与えられる「背景技術」は、本開示の態様を一般的に与えることを目的とする。出願時に従来技術として認められ得ない本願の態様のみならずこの「背景技術」で説明される限りにおける本願発明者等の取り組みは、明示的にも黙示的にも本発明に対する従来技術として認められない。
【０００３】
半導体処理中、プラズマは通常、半導体基板上にパターニングされた微細ラインに沿って又はビア（若しくはコンタクト）内での材料の異方的除去を促進することによるエッチング処理を支援するのに利用される。そのようなプラズマ支援エッチングの例には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が含まれる。ＲＩＥは基本的に、イオンにより活性化される化学エッチング処理である。
【０００４】
しかしＲＩＥが数十年用いられてきたものの、ＲＩＥの成熟には複数の問題が伴う。そのような複数の問題には、（ａ）広いイオンエネルギー分布（ＩＥＤ）、（ｂ）様々な電荷誘起副作用、及び（ｃ）特徴部位の形状が負荷となる効果（つまりマイクロローディング）が含まれる。これらの問題を緩和する一の方法は、特許を受ける権利が譲渡された特許文献１に記載されているような中性ビーム処理の利用である。特許文献１の内容は本願に援用される。
【０００５】
真の中性ビーム処理は、化学反応種、添加物、及び/又はエッチャントとして関与する中性の熱種が基本的に存在しない状態で行われる。基板での化学プロセス−たとえばエッチングプロセス−は、入射する（指向性を有する単色の）強力中性種の運動エネルギーによって活性化される。入射する（指向性を有して強力かつ反応性の）中性種はまた、反応物又はエッチャントとしての役割も果たす。
【０００６】
中性ビーム処理の一の当然の帰結は、マイクロローディングが起こらないことである。その理由は、プロセスは、（ＲＩＥにおいてエッチャントとして機能する）熱種に係る束の角度のばらつきの効果を含まないからである。しかしマイクロローディングがなくなる不利な結果は、エッチング効率の実現である。つまり最大エッチング歩留まりは単位数つまり１となる。すなわち一の入射中性種は名目上、一のエッチング反応しかし促進しない。
逆にＲＩＥでは、豊富な量の熱中性種（エッチャント）がすべて、膜のエッチングに関与しうる。このとき活性化は一の強力入射イオンによって起こる。従って運動エネルギーが活性化する（熱中性種）による化学エッチングは、１０、１００、及びさらには１０００のエッチング効率を実現しうる一方で、マイクロローディングと共存せざるを得なくなる。
【０００７】
現在の中性ビームはたとえば、壊れやすい基板−たとえば３００ｍｍウエハ基板−上に与えられるのには不当な１００００リットル／秒（ｌ／ｓ）の流量を利用するターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を用いて良い。
【０００８】
図１は、中和器グリッド２０が接地している従来の中性ビーム（ＮＢ）源１０の概略図である。図１は、従来の中性ビーム（ＮＢ）源の排気の困難さを表している。換言すると、ＴＭＰすなわちターボ２８が高い−たとえば１００００リットル／秒（ｌ／ｓ）−である場合、薄いウエハ基板２６−たとえば３００ｍｍウエハ基板−がＴＭＰに曝露されるとき、そのウエハ基板は故障又は破壊する恐れがある。図１では、ＮＢ源１０は、約１０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）で第１プラズマ電位（ＶＰ，１）の第１プラズマ１８を生成する第１プラズマチャンバ１６、及び、約１×１０−４〜５×１０−５Ｔｏｒｒで第２電位（ＶＰ，２）の第２プラズマ２４を生成する第２プラズマチャンバ２２を有して良い。前記第２電位は前記第１プラズマ電位よりも高い。第１プラズマ１８は、気体注入口１４を介した第１プラズマチャンバ１６内の電離可能気体−たとえばアルゴン（Ａｒ）−に電力−たとえば高周（ＲＦ）波又はマイクロ波（μ波）−を結合することによって生成される。他方第２プラズマ２４は、第１プラズマ１８から中和器グリッド２０を通過する電子束を用いて生成される。
【０００９】
第１プラズマチャンバ１６は、第１プラズマ１８を点火及び加熱するように構成されるプラズマ生成システム１２を有する。第１プラズマ１８は任意の従来のプラズマ生成システムによって加熱されて良い。前記従来のプラズマ生成システムは、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）プラズマ源、ヘリコン波プラズマ源、表面波プラズマ源、スロット平面アンテナを有する表面波プラズマ源等を含む。第１プラズマ１８が任意のプラズマ源によって加熱されて良いが、第１プラズマ１８は、そのプラズマ電位（ＶＰ，１）での揺らぎを減少又は抑制する方法によって加熱されることが望ましい。たとえばＩＣＰ源は、（ＶＰ，１）での揺らぎを減少又は抑制する実際的な方法である（特許文献１を参照のこと）。
【００１０】
図２は、図１の単色型の従来の中性ビーム（ＮＢ）源を用いた、加速器表面３２及び接地された中和器グリッド上面３４の電位図と構造３０を示すグラフである。この型では、単色ＮＢの加速器表面３２は、直流（ＤＣ）電力（＋ＶＡ）が供給されなければならない。図２では、プラズマバルク３６は、正にバイアス印加されたＤＣ加速器表面３２によって駆動されるプラズマ電位（ＶＰ）又は境界駆動プラズマ電位を有する。ここでＶＰ〜ＶＡである。加速器表面３２は、中和器グリッド３４の表面積よりも実質的に大きな表面積を有することに留意して欲しい。さらに電位図及び構造３０はまた、イオンのボーア速度と初期イオン束を支配する古典的プレシースＳＡ、シース端部３８、及び電子の存在しない領域４０又は陰極降下ＳＢを有するシースＳをも示している。ここで全体のシースＳはＳＡ＋ＳＢである。
【００１１】
ＤＣバイアス印加された加速器表面３２は、プラズマバルク３６と接する相対的に大きな面積を有することに留意して欲しい。ＤＣグランドでの面積が多くなればなるほど、第１プラズマ電位は小さくなる。たとえばプラズマバルク３６と接するＤＣバイアス印加された加速器表面３２の伝導性表面の表面積は、プラズマバルク３６と接する任意の他の表面積よりも大きくて良い。
【００１２】
それに加えてたとえばプラズマバルク３６と接するＤＣバイアス印加された加速器表面３２の伝導性表面の表面積は、プラズマバルク３６と接する任意の他のすべての表面積の合計面積よりも大きくて良い。
【００１３】
あるいはその代わりに例として、プラズマバルク３６と接するＤＣバイアス印加された加速器表面３２の伝導性表面は、プラズマバルク３６と接する唯一の伝導性表面であって良い。ＤＣバイアス印加された加速器表面３２はグランドへの最低インピーダンス経路を供して良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２３６３１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
これらの課題−たとえばエッチング効率、マイクロローディング、電荷損傷、ＴＭＰ流量、及び／又はこれらのパラメータ間でのトレードオフ−を克服するために多くの取り組みがなされてきたが、これらの課題は依然として残り、エッチングに携わる人たちは、このもんだに対する新規で実際的な探求し続けている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
実施例は基板の処理方法を含んで良い。当該方法は、プラズマ生成物によって基板を処理するように構成された化学処理装置内に基板を設ける工程を有する。当該方法はまた、前記化学処理装置のプラズマ生成チャンバの第１プラズマ領域内へ第１圧力の第１プロセスガスを流す工程、及び、前記第１プラズマ領域内の第１２プラズマを第１プラズマ電位に維持する工程をも有する。当該方法は、前記プラズマ生成チャンバの第２プラズマ領域内へ第２圧力の第２プロセスガスを流す工程、及び、ＤＣ加速器を用いることによって前記第２プラズマ領域内の第２プラズマを第２プラズマ電位に維持する工程であって、前記ＤＣ加速器は、前記第１プラズマ電位よりも十分に大きい前記第２プラズマ電位を維持することで、前記第２プラズマ電位は前記第１プラズマ領域からの電子束を前記第２プラズマ領域へ向かわせ、前記第２プラズマは前記第１プラズマ領域からの電子束を用いて維持され、前記第２プラズマ領域は、前記第１プラズマ領域と前記第２プラズマ領域との間に設けられる分離部材によって分離され、前記分離部材は、前記第１プラズマ領域から前記第２プラズマ領域への電子束を可能にするのに十分な開口部のアレイを画定する、工程、をさらに有する。当該方法はまた、前記第２プラズマ領域から前記基板と前記第２プラズマ領域との間に設けられる中和器グリッドへ向けて正イオンを加速する工程であって、前記正イオンは前記第２プラズマを維持することによって加速され、それにより、前記第２プラズマは前記中和器グリッドに隣接するシース境界にわたって電位降下を起こし、前記中和器グリッドは前記基板表面に垂直な方位をとる複数のチャネルを画定し、前記複数のチャネルの表面材料は前記複数のチャネルの表面上で前記電子束からの電子を保持することで、前記中和器グリッドを通り抜けて進行する正イオンは、前記複数のチャネルの表面からの電子を受け取り、かつ、中性粒子として前記基板へ向けて進行し続ける、工程をも有する。当該方法は、前記中和器グリッドから進行する中性粒子の実質的に異方的なビームに前記基板を曝露する工程をさらに有する。
【００１７】
実施例は基板の処理方法を含んで良い。当該方法は、プラズマ生成物によって基板を処理するように構成されたプラズマ処理装置内に基板を設ける工程、及び、前記プラズマ処理装置のプラズマ生成チャンバの第１プラズマ領域内へ第１圧力の第１プロセスガスを流す工程を有する。当該方法はまた、第１エネルギー源を用いることによって前記第１プラズマ領域内の第１プラズマを第１プラズマ電位に維持する工程、及び、前記プラズマ生成チャンバの第２プラズマ領域内へ第２圧力の第２プロセスガスを流す工程をも有する。当該方法は、ＤＣ加速器を用いる工程によって前記第２プラズマ領域内の第２プラズマを第２プラズマ電位に維持する工程をさらに有する。前記ＤＣ加速器を用いる工程は、前記第２プラズマ電位を前記第１プラズマ電位よりも十分大きい状態に維持する工程であって、それにより、前記第２プラズマ電位は前記第１プラズマ領域から前記第２プラズマ領域へ電子束を向かわせ、前記第２プラズマは前記第１プラズマ領域からの電子束を用いることによって維持され、前記第２プラズマ領域は、前記第１プラズマ領域と前記第２プラズマ領域との間に設けられる分離部材によって前記第１プラズマ領域から分離され、前記分離部材は、前記第１プラズマ領域から前記第２プラズマ領域への電子束を可能にするのに十分な開口部のアレイを画定する、工程、をさらに有する。当該方法はまた前記ＤＣ加速器への電力を制御する工程であって、それにより前記第２プラズマは、前記基板と前記第２プラズマ領域との間に設けられる中和器グリッドへ案内されるプラズマビームを生成するプラズマシース電位を生じさせ、前記プラズマビームは略等しい量の電子と正イオンを有することによって空間電荷が中性となり、前記中和器グリッドは前記基板表面に垂直な方位をとる複数のチャネルを画定し、前記複数のチャネルの表面材料は前記複数のチャネルの表面上で前記電子束からの電子を保持することで、前記中和器グリッドを通り抜けて進行する正イオンは、前記複数のチャネルの表面からの電子を受け取り、かつ、中性粒子として前記基板へ向けて進行し続ける、工程をも有する。当該方法は、前記中和器グリッドから進行する中性粒子の実質的に異方的なビームに前記基板を曝露する工程をさらに有する。
【００１８】
実施例は基板を処理する装置をさらに有して良い。当該装置は第１プラズマ電位の第１プラズマを生成する第１プラズマチャンバを有する。当該装置はまた、前記第１プラズマ電位よりも大きい第２プラズマ電位の第２プラズマを生成する第２プラズマチャンバをも有する。前記第２プラズマは、前記第１プラズマからの電子束を用い、かつ、ＤＣ加速器へ結合されることによって生成及び維持される。当該装置は、前記第１プラズマチャンバと前記第２プラズマチャンバとの間に設けられる分離部材をさらに有する。前記分離部材は、前記第１プラズマチャンバからの電子束が前記第２プラズマチャンバへ入り込むことを可能にするのに十分な開口部のアレイを備えるように構成されている。当該装置はまた、前記第２プラズマチャンバに隣接し、かつ、前記分離部材から離れて設けられるホルダをも有する。前記ホルダは、前記基板表面に垂直な方位をとる複数のチャネルを画定する中和器グリッドを保持し、前記複数のチャネルの表面材料は前記複数のチャネルの表面上で前記電子束からの電子を保持することで、前記中和器グリッドを通り抜けて進行する正イオンは、前記複数のチャネルの表面からの電子を受け取り、かつ、中性粒子として前記基板へ向けて進行し続けるように構成される。前記中和器グリッドは、前記電子束を介して前記中和器グリッドから進行する中性粒子の実質的に異方的なビームを生じさせるように構成される。
【００１９】
前の段落は、一般的な導入として供されたのであり、「特許請求の範囲」の技術的範囲を限定することを意図していない。記載された実施例は、さらなる利点と共に、以降の詳細な説明と添付図面を一緒に参照することによって最も良く理解される。
【００２０】
本開示とそれに付随する多くの利点は、添付図面と結びつけて考慮された以降の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるため、本開示とそれに付随する多くの利点についてより完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】中和器グリッドが接地されている従来の中性ビーム（ＮＢ）源の概略図である。
【図２】図１の単色型の従来の中性ビーム源を用いた加速器表面及び接地された中和器グリッド上面の電位図及び構造を示すグラフである。
【図３】本開示のある実施例による化学処理装置の概略図である。
【図４】本開示のある実施例による図３の装置の構成を示す概略図である。
【図５】本開示のある実施例による図３の装置の概略図である。
【図６】本開示のある実施例による図３の装置の誘電体中和器領域の断面の拡大された概略図である。
【図７】本開示のある実施例による誘電中和器グリッドでの非双極性電子プラズマと中性ビームの概略的側面図である。
【図８】シース比を変化させた図６の中和器グリッドのチャネルの概略的側面図である。
【図９】本開示のある実施例による図３の装置の電位図のグラフである。
【図１０】本開示のある実施例による注入口の誘電体、加速器、及び接地されていない中和器グリッド上面の電位図並びに構造のグラフである。
【図１１Ａ】本開示のある実施例によるＮＥＰ端部境界で測定されたイオンエネルギー分布（ＩＥＤ）のグラフである。
【図１１Ｂ】本開示のある実施例によるＮＥＰ端部境界で測定されたイオンエネルギー分布（ＩＥＤ）のグラフである。
【図１２】本開示のある実施例による図３の装置を用いた典型的な用途の概略図である。
【図１３】本開示のある実施例によって基板を処理するように構成されるプラズマ処理装置の動作方法を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここで図面を参照する。図中、同様の参照番号は、同一又は対応する部材を指すものとする。
【００２３】
一の実施例によると、とりわけ上述した問題の一部又は全部を緩和するため、基板の化学処理を活性化することが可能な非双極性電子プラズマ（ＮＥＰ）によって異方的な単色中性ビーム（ＮＢ）を供する方法及び装置が供される。非双極性電子プラズマによる中性ビームにより活性化される化学処理は、運動エネルギー活性化−つまり熱中性種−を含むので、高い反応性すなわちエッチング効率を実現する。しかし中性ビームにより活性化される化学処理は、本願で供されているように、単色活性化、空間電荷の中和、ハードウエハの実用性を実現する機能、及び、基板でのターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）圧力をより合理的に低くすることを可能にする機能をも供する。
【００２４】
たとえば約３００ｍｍのウエハ基板上で用いられるために、約２２００ｌ／ｓ又は３３００ｌ／ｓのより合理的なＴＭＰ流量を供するため、中性ビーム（ＮＢ）源が供されて良い。それはつまり、（１）最低のポンピング（ＴＭＰ）要件を可能にする最低圧プラズマを供するように構成されたプラズマ系ＮＢ源、（２）最高ＮＢ電子束、（３）制御可能で指向性（異方的）なエネルギー、（４）単色ＮＢ、（５）（伝導体の代わりに）たとえば石英（ＳｉＯ２）、セラミック（Ａｌ２Ｏ３）、バルクＨｆＯ２、バルクＹ２Ｏ３等の絶縁体であって良い中和器グリッド、である。
【００２５】
上述した図１と図２は、中和器グリッドが接地されている従来の中性ビーム（ＮＢ）源、及び、単色型の従来の中性ビーム源を用いた中和器グリッドの電位図と構造を示している。
【００２６】
図３は、本開示のある実施例による化学処理装置−たとえば１つの注入器を備える中性ビーム（ＮＢ）非双極性電子プラズマ（ＮＥＰ）装置５０（ＮＢ−ＮＥＰ）−の典型的実施例の概略図である。図３では、一般的に、ＮＢ−ＮＥＰ装置５０の誘電体注入器は、プラズマ誘電体チャンバ５８から第２プラズマ誘電体チャンバ６４への電子束を可能にする注入ノズル又は開口部のアレイ（図示されていない）を有して良い。図３では、単一ノズル電子注入器６８（１つの注入器とも呼ばれる）を備えるＮＥＰが典型的実施例として用いられている。ＮＢ−ＮＥＰ装置５０の容積は比較的小さい（たとえば直径約４ｃｍである）。ＮＢ−ＮＥＰ装置５０の電位構造は重要である（図９と図１０を参照のこと）。完結した注入器二重層が存在する（図９と図１０を参照のこと）。ウエハ基板、中和器グリッド、又は検出器が設けられ得るＮＥＰ端部境界が存在して良い（図３を参照のこと）。ＮＥＰと接する電気的接地が存在せず、プラズマ１のみが直流（ＤＣ）接地を有することは重要である。そのようなＤＣ接地領域は、電子注入器ノズル６８の断面積と比較して実質的に大きくなければならない。従ってＮＥＰ端部境界は（たとえば図３の７２では）実質的に絶縁体表面である。
【００２７】
１つの注入器を備えるＮＢ−ＮＥＰ装置５０は、電気的グランドの参照体として構成される接地被覆管５２、第１プラズマ誘電体管／チャンバ５８、たとえば加速器７０と結合する９０°の錐体注入器を有する誘電体注入器６８を含む注入器誘電体部６２、加速器７０をグランドから隔離するように構成される第２プラズマ誘電体管／チャンバ６４、電気的グランドとして構成されるグランドに載置されるフランジ６６、誘電体グリッドホルダ７１、及び誘電体中和器グリッド７２又はウエハ基板を含んで良い。ＮＥＰ端部境界は、上述したように、中和器グリッド（分離部材）７２又はウエハ基板に設けられて良い。あるいはその代わりに、第２接地フランジは、第１プラズマ誘電体チャンバ５８と注入器誘電体部６２との間に設けられて良い。
【００２８】
第１プラズマ誘電体管／チャンバ５８は、石英（ＳｉＯ２）、Ａｌ２Ｏ３等を含んで良く、かつ、ヘリカル共振器、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、中空カソード等を含む第１プラズマ電源５４と５６を有して良い。たとえば第１プラズマ誘電管／チャンバ５８はＩＣＰ石英管であって良い。注入器誘電部６２は石英（ＳｉＯ２）、Ａｌ２Ｏ３等であって良い。第２プラズマ電源は、注入器誘電体部６２及び第２プラズマ誘電管／チャンバ６４と結合する加速器７０を含んで良い。さらに注入器誘電体部６２はＮＥＰ石英管であって良い。第２プラズマ誘電管／チャンバ６４は石英（ＳｉＯ２）、Ａｌ２Ｏ３等を含んで良い。よって第２プラズマ誘電体はたとえば石英管であって良い。第１プラズマは高ｎｅの電子源を有する効率的なプラズマ源であって良い。プラズマは不活性である。ここでｎｅは電子数密度である。第１プラズマ誘電管／チャンバ５８内での圧力Ｐは１×１０−５＜Ｐ＜１×１０−１Ｔｏｒｒであって良い。第２プラズマ誘電管／チャンバ６４内での圧力Ｐは１×１０−５＜Ｐ＜１×１０−２Ｔｏｒｒであって良い。よって第１プラズマと第２プラズマは、合理的な基板圧力又は相互作用を保証する低プラズマ圧力であって良い。あるいはその代わりに、第１プラズマ誘電管５８及び注入器誘電体部６２は、それらの間に設けられる注入器ノズル６８と一体として結合されても良い。
【００２９】
図４は、本開示のある実施例による図３の装置の構成を示す概略図である。一部の実施例では、ＮＢ−ＮＥＰ装置５０は、上述したように、ポンピング中和器７６を有する正のＤＣバイアス電圧（＋ＶＡ）加速器７０、第１プラズマ生成チャンバとして機能する第１プラズマ誘電体又はＩＣＰ石英管５８、加速器７０と結合する注入器６８を含む注入器誘電体又はＮＥＰ石英管６２、加速器７０を制御するように構成されるＲＦ（高周波）チョーク７４、中和器グリッド７２に隣接して設けられる第２プラズマ生成チャンバとして機能する第２プラズマ（ＮＥＰ）石英管６４を有して良い。ポンピング中和器７６は、プラズマがＴＭＰ（図示されていない）に到達する前にプラズマを中和する３つのグリッドの構成を有して良い。あるいはその代わりに中和器グリッド７２は、ウエハ基板／試料又はエネルギー分析器に置き換えられて良い。加速器７０は、実質的に円筒形に構成され、かつ、伝導性材料を含んで良い。
【００３０】
【表１】
0006381752.tif 000002
表１に示されているように、低圧非双極性電子プラズマ（ＮＥＰ）又は第２プラズマ中での端部境界の浮遊表面シース電位、電子、及びイオンのエネルギー分布関数（ＥＥＤｆ、ＩＥＤｆ）が調査された。ＮＥＰは、該ＮＥＰ内部に位置する加速器によって注入器誘電体６２を介して誘導結合電子源プラズマ（ＩＣＰ）又は第１プラズマから抽出される電子ビームによって加熱されて良い。ＮＥＰのＥＥＤｆは、プラズマビームエネルギー周辺の最も強力なエネルギー群を接続する広いネルギー連続体が従うマクスウエル関数部分を有して良い。ＮＥＰ圧力はＮ２の１〜３ｍＴｏｒｒであって良い。ＩＣＰ圧力はＡｒの５〜２０ｍＴｏｒｒであって良い。加速器７０は８０〜７００Ｖで正にバイアス印加（＋ＶＡ）されて良い。ＩＣＰ電力範囲は１５０〜３００Ｗであって良い。ＮＥＰのＥＥＤｆ及びＩＥＤｆは、たとえば逆電位エネルギー分析器を用いて決定されて良い。ＥＥＤｆ並びにＩＥＤｆは、加速器電圧（＋ＶＡ）の関数として様々なＮＥＰ圧力、ＩＣＰ圧力、及び電力で測定されて良い。加速器電流及びシース電位もまた測定されて良い。ＩＥＤｆは調節可能なエネルギーによって単色イオンを明らかにし得る。ＩＥＤｆはシース電位によって均整のとれた状態で制御されて良い。ＮＥＰ端部境界の浮遊表面には、単色の空間電荷が中性のプラズマビームが衝突して良い（図１０の８０を参照のこと）。注入された強力電子ビームがＮＥＰによって適切に減衰されるとき、シース電位は、加速器電圧（＋ＶＡ）によって略１：１の比で１次関数的に制御され得る。ＮＥＰパラメータが電子ビームを十分に減衰できないことで、浮遊表面上に堆積した過剰な量の電子ビーム電力が残される場合、シース電位は急落して加速器電圧（＋ＶＡ）に対して応答しなくなる。
【００３１】
第２プラズマ（ＮＥＰ）は、５ミリトール（ｍＴｏｒｒ）〜１ｍＴｏｒｒのオフ間隔なしに一度で数時間非常に安定して動作するように設定し得ることに留意して欲しい。表１では、ＶｆＭは等方的浮遊電位で、つまりは中性ビーム（ＮＢ）下ではなく、ＶｆＢはＮＢ下での浮遊電位である。
【００３２】
図５は、本開示のある実施例による図３の装置の概略図である。中和器グリッド７２は絶縁体として構成されて良い。注入器誘電管６２と第２プラズマ（ＮＥＰ）誘電管６４を含む全ＮＥＰ領域は電気的グランドを有しないように構成されていることに留意して欲しい。従って誘電体中和器グリッド７２もまた接地されていない。換言すると、ＮＥＰ領域は、グランドから離れた誘電体中和器グリッド７２を保持するように構成される誘電体グリッドホルダ７１を挿入することによってグランドに載置されているフランジ６６の電気的グランドから隔離される。誘電体中和器グリッド７２は、たとえば石英、セラミック、ＳｉＯ２、アルミニウム酸化物、ＨｆＯ２、Ｙ２Ｏ３からなる群から選ばれる誘電体表面材料を有するように構成されて良い。
【００３３】
誘電体グリッドホルダ７１はウルテム（ポリイミド）（商標）等を含んで良い。誘電体グリッドホルダ７１の目的は、ＮＥＰ（第２プラズマ）が電気的グランド表面と接触するように接近せずに誘電体中和器グリッド７２とのみ接触することを保証するためである。さらに加速器は、たとえば正のＤＣバイアス電圧（＋ＶＡ）で３つのグリッドのポンピング中和器７６を有するように構成されて良い。
【００３４】
図６は、本開示のある実施例による図３の装置の誘電体中和器領域の断面の拡大概略図である。図６では、中和器グリッド７２はＮＥＰ石英管６４とグリッドホルダ７１との間に設けられて良い。図６では、実質的に異方的な中性粒子のビームを含む空間電荷が中性のプラズマビーム８０が、中和器グリッド７２へ導入され、かつ、ウエハ表面（図示されていないが矢印の先）をエッチング又は処理する中性ビームとして飛び出す。中和は、電子と正イオンとの表面再結合が高アスペクト比−たとえば＞５又は＞１５の比−の中和器グリッド管の内面で起こるときに起こりえる。これらの内面での正イオンの前方散乱とこれらの正イオンと表面電子との再結合を介して、中和が起こりえる（図８Ａと図８Ｂを参照のこと）。
【００３５】
図７は、本開示のある実施例によるＮＥＰ（第２プラズマ）と中和器グリッド７２の概略的側面図である。図７では、ＮＥＰ（第２プラズマ）が、高アスペクト比の石英中和器グリッド７２及びその管のチャネル８８及び管壁８６の構成と接触した状態で図示されている。プラズマビーム８０は、図示されているようにシース端部後では任意の形状をとって良いことに留意して欲しい。
【００３６】
図８Ａと図８Ｂは、ＮＥＰ８２が作用するときにシースの比が変化する図６の接地されていない誘電体中和器グリッドの孔すなわちチャネル９２，９８の概略的側面図である。図８Ａでは、たとえばＳ〜２ｄ及び高ｌ／ｄ管チャネルの比（＞５）を有する中和器グリッド９０は、中和器の個々のグリッド孔９２を有して良い。図８Ｂでは、たとえばＳ〜２ｄ及び高ｌ／ｄ管チャネルの比（＞１５）を有する中和器グリッド９４は、中和器管表面９６、中和器管チャネル９８、及び中和器上面１００を有して良い。各中和器グリッドは比ｌ／ｄを有するように構成されて良い。ここで、ｌは中和器管チャネル９８の断面方向の長さで、ｄは中和器上面１００と管表面９６との間−つまり中和器グリッドの個々のグリッドの孔９２すなわち開口部−で測定された長さである。中和器管チャネル９８は、基板表面に対して垂直な方位をとる複数のチャネルとして構成されて良い。
【００３７】
デバイ長未満のグリッド孔（ｄ＜Ｓ）は、シースＳがグリッド孔９２へ入り込むのを防止するように構成されて良く、かつ、入射イオンと管表面９６との間での微小角（図８Ａと図８Ｂのイオンと中性粒子を参照のこと）相互作用が起こる結果、放出される高速中性粒子が高い指向性を有することを保証することに留意して欲しい。
（１）比が５よりも大きい場合、たとえばＳ〜２ｄのデバイ長未満の中和器の構成は、グリッド孔９２全体にわたってかなり平坦なシースＳを保持することで、真っ直ぐで高速な中性粒子、及び、中和のための大きな管表面の利点を有し、かつ、軸から外れた望ましくない高速中性粒子を除去し得る高ｌ／ｄ管チャネル（＞５）を保証する。
（１）比が１５よりも大きい場合、たとえばＳ＞２ｄのデバイ長未満の中和器の構成は、プラズマビーム８０の単色、指向性、及び中和効率を最適化し得る幾何学構造を有する約１５よりも大きな高ｌ／ｄ管チャネルと共に、グリッド孔９２にわたって平坦なシースＳを保証し得る。
【００３８】
換言すると、グリッド孔９２はデバイ長未満（たとえばＳ＞２ｄ）となるように構成されて良く、かつ、管チャネル９８は、高い指向性を有する高速中性ビーム（異方的な強力ＮＢ）を保証するように高アスペクト比（たとえばｌ／ｄ〜＞１５）となるように構成されて良い。従来の単色の強力ＮＢ（図１参照）とは異なり、単色で強力なＮＢ−ＮＥＰ装置５０は、表面を中和するために空間電荷が中和された中性プラズマを利用する。よって電子とイオンの数が等しいプラズマビームが管チャネルに入射することで、管表面の電子は、中性ビームを生成する微小角前方散乱イオンと再結合する。そのシースは電子の存在しない領域を有していない。その中和器グリッド７２は電子を供給しない。つまり中和器グリッドの中性は、空間電荷が中和したプラズマビームによって予め決定された。
【００３９】
図９は、本開示のある実施例による図３の装置の電位図１０２のグラフである。図９では、電位構造は、ＮＥＰ端部境界での表面二重層１０６、及び、図３の注入器６８での注入器二重層１０４を表している。表面二重層１０６はまだ実験的に探索されてこなかった。表面二重層が存在すること／の予測は非常に蓋然性の高い理論である。しかし表面二重層の存在又は不存在は、ＮＢ−ＮＥＰ装置５０の誘電体中和器グリッド７２の設計にとって取るに足らないことであることに留意しなければならない。図９ではたとえば、第１プラズマ（ＩＣＰ）は略２５Ｖの第１プラズマ電位を有し、第２プラズマ（ＮＥＰ）は略７００Ｖの第２プラズマ電位を有し、かつ、ＮＢ−ＮＥＰ装置５０の下の浮遊電位（ＶｆＢ）は略２８０Ｖであって良い。さらに加速器７０のＤＣバイアス電位は略７００Ｖであって良い。よって第２プラズマ電位は加速器７０のＤＣバイアス電位に略等しくて良い。
【００４０】
それに加えて、第１プラズマはＴＭＰによって制御された圧力に保持されて良い。ここでの圧力Ｐ１は、第１プラズマ誘電体チャンバ５８内で１×１０−５＜Ｐ１＜１×１０−１であって良い。第２プラズマもまたＴＭＰによって制御された圧力に保持されて良い。ここでの圧力Ｐ２は、第２プラズマチャンバ６４内で１×１０−５＜Ｐ２＜１×１０−２であって良い。
【００４１】
図１０は、本開示のある実施例による注入器誘電体６２、加速器７０の加速器表面１１４ａ、１１４ｂ、及び、図３の中和器グリッド７２の接地されていない中和器グリッド上面１１８の電位図１０８を示すグラフである。図１０は、ＮＢ−ＮＥＰ装置５０用の誘電体中和器グリッド７２の電位構造及び設計を示している。ある実施例では、中和器グリッド７２の管表面１１８でのイオンと電子の再結合による中性化と、それに続くこれらの粒子の前方散乱は、初期のイオン速度をほぼ保存し、かつ、プラズマビーム８０中での電子と正イオンの数が等しく、中和器グリッド７２の管表面９６上での再結合による中性化によって、粒子のエネルギーと運動量が保存される。換言すれば、接地されないように構成された中和器グリッド７２により、正イオンがプラズマビーム８０内で失われなくなる。加速器表面領域は、図１０に示されているように、ＮＥＰ電子注入器ノズル領域（ＮＥＰ基準）よりも実質的に大きいことに留意する必要がある。
【００４２】
さらにある実施例では、シース端部８４で生成されるプラズマビーム８０中の等しい数の電子と正イオンが管表面９６上で再結合及び中和することで、エネルギーと運動量が保存される。
【００４３】
図１１Ａと図１１Ｂは、本開示のある実施例によるＮＥＰ端部境界で測定されたイオンエネルギー分布（ＩＥＤ）のグラフである。図１１Ａと図１１Ｂは、ＮＥＰ端部境界で測定されたＩＥＤｆの例を示している。ある実施例では、中性粒子の実質的に異方的なビームを含む空間電荷が中和したプラズマビーム８０は、ＮＥＰ端部境界（繰り返しになるが絶縁表面）に衝突する。たとえば加速器電圧はＶＡ＝５５０Ｖであって良い。ＶＡはまたＮＥＰプラズマ電位でもある。つまりＶＰ２〜ＶＡである。測定されたイオンエネルギーピークは３６０ｅＶで、これはＶＰ２−ＶｆＢである。ここでＶｆＢはビーム８０の衝突下での絶縁表面の浮遊電位である。端部境界に衝突するプラズマビームの電子エネルギーはＶｆＢ−ＶＰ１（ＶＰ１は典型的には略２０Ｖである第１プラズマ電位である）これは略１９０ｅＶである。
【００４４】
図３のＮＢ−ＮＥＰ装置５０は、本開示のある実施例による銅の異方的エッチングに用いられて良い。エッチング剤は有機化合物ガスであって良い。有機化合物については、そのまま供給可能なものを用いるか、あるいは、加熱して気体状態にして真空状態に維持されるプラズマ処理システムへ供給可能なものを用いることが好ましい。一般的には有機酸が用いられる。有機酸については、酢酸（一般式Ｒ−ＣＯＯＨ。Ｒは水素又はＣ１〜Ｃ２０の直鎖若しくは分岐鎖アルキル又はアルケニルで、好適にはメチル、エーテル、プロピル、ブチル、ペンチル、又はヘキシル）によって表されるカルボン酸を用いることが好ましい。酢酸以外のカルボン酸は、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、プロピオン酸（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯＯＨ）、酪酸（ＣＨ３（ＣＨ２）２ＣＯＯＨ）、吉草酸（ＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＯＯＨ）等を含んで良い。カルボン酸の中でも、ギ酸、酢酸、及びプロピオン酸はより好適に用いられる。
【００４５】
有機化合物が酢酸であるとき、銅酸化物と酢酸との間での反応が加速され、かつ、揮発性であるＣｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）とＨ２Ｏが生成される。その結果、銅酸化物分子はＣｕ膜から分離される。同一の反応は、他の有機化合物（有機酸）−たとえば酢酸以外のギ酸又はプロピオン酸−を用いる場合でも起こる。その結果、Ｃｕ膜はエッチングされる。
【００４６】
図１２は、本開示のある実施例による図３のＮＢ−ＮＥＰ装置５０を用いた典型的な用途１２４の概略図である。図１２では、本開示の実施例は、Ｃｕ異方性乾式エッチングのためにＣｕ系基板をＣＨ３ＣＯＯＨで処理するのに適用される。たとえば、基板は２５℃及び３×１０５Ｔｏｒｒの雰囲気に設けられている。異方的な超熱酸素（Ｏ）系処理がたとえば１００ｅＶで適用されるとき、ＣｕｘＯが、エッチング中に異方的な超熱酸素（Ｏ）のサブプランテーションによって１２６に生成される。ＣＨ３ＣＯＯＨと酸化銅との間での正味の表面反応は次式のように書くことができる。
ＣｕＯ＋２ＣＨ３ＣＯＯＨ→Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２＋Ｈ２Ｏ  （１）
Ｃｕ２Ｏ＋４ＣＨ３ＣＯＯＨ→２Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２＋Ｈ２Ｏ＋Ｈ２  （２）
式（１）と（２）によると、ＣＨ３ＣＯＯＨは酸化銅と反応して、Ｃｕ及び揮発性のＣｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２＋Ｈ２Ｏエッチング生成物を生成する。従ってＣＨ３ＣＯＯＨがエッチング剤として選ばれるとき、揮発性エッチング生成物はＣｕ（ＣＨ３ＣＯＯ）２及びＨ２Ｏである。
【００４７】
気体であるＣＨ３ＣＯＯＨエッチングガスの処理チャンバへの輸送は、バブラシステム及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を有し得る供給システムを用いることによって実現されて良い。バブラシステムは、たとえばアルゴン（Ａｒ）のようなキャリアガスと併用されても良いし、あるいは併用されなくても良い。キャリアガスが用いられるとき、そのキャリアガスは、ＣＨ３ＣＯＯＨ液体を通って泡となり、かつ、ＣＨ３ＣＯＯＨ蒸気で飽和状態になる。プロセスチャンバ内でのＣＨ３ＣＯＯＨ蒸気の分圧は、バブラ中でのＣＨ３ＣＯＯＨの温度によって制御される。ＣＨ３ＣＯＯＨとキャリアガスの典型的なガス流量は１０００ｓｃｃｍ未満で、好適には５００ｓｃｃｍ未満である。あるいはその代わりに液体注入システムは、ＣＨ３ＣＯＯＨを処理チャンバへ供給するのに用いられて良い。たとえばＣＨ３ＣＯＯＨ剤のようなエッチング剤の取り扱い及び使用は当業者には周知である。
【００４８】
換言すると、基板を設ける方法は、たとえばパターニングされたマスクの下に銅（Ｃｕ）の層を有する基板を設ける工程、及び、前記銅の層中にエッチングによって部位を生成する工程を有する。さらにエッチングは、実質的に異方的な中性粒子ビームを用いることによって基板上に１つ以上の部位をエッチングにより生成する工程を含んで良い。不活性ガスは、上述のプロセスガス化学物質のうちの任意の１つに加えられて良い。不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、及び窒素のうちの少なくとも１つを含んで良い。たとえばプロセス化学物質への不活性ガスの付加は、プロセスガスの希釈又は（複数の）プロセスガス分圧の調節に用いられる。
【００４９】
あるいはその代わりに、本開示の一部の実施例は、他の材料−たとえばＮＢ−ＮＥＰ装置５０によるルテニウム（Ｒｕ）−の処理又はエッチングに用いられて良い。Ｒｕエッチングは、エタノール（Ｃ２Ｈ６Ｏ）雰囲気環境においてＮＢ−ＮＥＰ装置５０の酸素イオンビームによって実行されて良い。
【００５０】
図１３は、本開示の本開示のある実施例による基板を処理するように構成された化学処理装置５０の動作方法を表すフローチャート２００である。図１３では、フローチャート２００は、プラズマを用いて基板の処理を促進するように構成された化学処理装置５０内に基板を設ける工程２０５を有する。プラズマ処理チャンバ（５８，６２，６４）は、上述の図３〜図１０に記載された化学処理装置５０の部品を有して良い。
【００５１】
２１０では、第１プラズマが、第１プラズマ電位−たとえば２５Ｖ−で第１プラズマ領域内の第１プロセスガスから生成される。図３、図４、及び図９に表されているように、第１プラズマ領域はプラズマ生成チャンバ（５８、６２、６４）内に位置し、かつ、プラズマ生成装置（５４）は、第１プラズマを生成するため、プラズマ生成チャンバ（５８、６２、７０）に結合されて良い。第１プロセスガスは、アルゴン（Ａｒ）を含むガスを第１プラズマ領域（５８）へ流す工程を有して良い。
【００５２】
２１５では、第２プラズマは、第１プラズマ領域（５８）からの電子束を用いることによって、第２プラズマ電位−たとえば７００Ｖ−で第２プラズマ領域（６２、６４）内に生成される。図３〜図１０に表されているように、第１プラズマ領域（５８）内の第１プラズマからの電子束は、プラズマ生成チャンバ（５８、６２、７０）から注入器誘電体６２を通り抜けて、処理されるべき基板が設けられているプロセスチャンバ又は第２プラズマ誘電体管／チャンバ６４へ向かう。図３、図５、及び図６で表されているように、第２プラズマ領域（５８）はプロセスチャンバ（６４）内に設けられて良い。プラズマ生成チャンバ（５８、６２、７０）とプロセスチャンバ（６４）との間に設けられる中和器グリッド７２内の１つ以上の開口部すなわち流路は、第１プラズマ領域（５８）から第２プラズマ領域（６２、６４）への輸送すなわち供給を容易にする。第２プラズマ（ＮＥＰ）が、酸素を含む第２プロセスガスを第２プラズマ領域へ流すことによって生成され得る。
【００５３】
２２０では、第２プラズマ電位が、電子束を制御するように、第１プラズマ電位を超えて上昇し、かつ、維持される（図９及び図１０を参照のこと）。第１プラズマ領域（５８）内の第１プラズマは境界駆動プラズマであって良い。つまりプラズマ境界は、各対応するプラズマ電位への実質的な影響を有して良い。第１プラズマと接する境界の一部又は全部はＤＣグランドに結合される。それに加えて第２プラズマ領域内の第２プラズマは境界駆動プラズマであって良い。第２プラズマと接する境界の一部又は全部は＋ＶＡでＤＣ電源に結合される。第１プラズマ電位を超えた第２プラズマ電位の上昇は、図９及び図１０で与えられた実施例のうちの任意の１つ又は２つ以上の結合を用いて実行されて良い。
【００５４】
２２５では、プロセスチャンバに流入するガスが、そのプロセスチャンバ内の圧力を制御するように真空排気装置（ＴＭＰ）により排気される。２３０では、加速器を用いて、第２プラズマ領域（６２、６４）から接地されていない中和器グリッド７２へ向かうように加速され、電子と正イオンが再結合され、異方的で単色の中性ビーム８０が形成される。正イオンを中和器グリッド７２に向けて加速する工程は、ＳｉＯ２、石英、アルミニウム酸化物、ＨｆＯ２、Ｙ２Ｏ３等からなる群から選ばれる誘電体表面材料を有する中和器グリッド７２に向かうように、正の酸素イオンを加速させる工程を含む。
【００５５】
２３５では、基板は、第２プラズマ領域（６２、６４）内において第２プラズマの異方的で単色の中性ビームに曝露される。第２プラズマへの基板の曝露は、異方的で単色の中性ビームによって活性化される化学プロセスへの基板の曝露を含んで良い。
【００５６】
よって前述の議論は、本発明の単に典型的な実施例を開示及び説明している。当業者はわかるように、本発明は、本発明の技術的思想又は基本的特性から逸脱することなく他の具体的形態で実施され得る。従って本発明の開示は例示を意図しているのであって、本発明及び他の請求項に係る発明を限定することを意図しているのではない。本開示−本願での教示の容易に認識可能な変化型を含む−は、本願の発明特定事項が公衆に公開されないように前述の請求項中の用語の範囲を部分的に画定する。
【符号の説明】
【００５７】
１０  中性ビーム（ＮＢ）源
１２  プラズマ生成システム
１４  気体注入口
１８  第１プラズマ
２０  中和器グリッド
２２  第２プラズマチャンバ
２４  第２プラズマ
２６  ウエハ基板
２８  ターボ分子ポンプ
３２  加速器表面
３４  中和器グリッド
３６  プラズマバルク
３８  シース端部
４０  電子の存在しない領域
５０  中性ビーム（ＮＢ）非双極性電子プラズマ（ＮＥＰ）装置
５２  接地被覆管
５４  第１プラズマ電源
５６  第１プラズマ電源
５８  プラズマ誘電体チャンバ
６２  注入器誘電体部
６４  第２プラズマ誘電体チャンバ
６６  フランジ
６８  単一ノズル電子注入器
７０  加速器
７１  誘電体グリッドホルダ
７２  中和器グリッド
７４  ＲＦ（高周波）チョーク
７６  ポンピング中和器
８０  プラズマビーム
８２  非双極性電子プラズマ
８４  シース端部
８６  管壁
８８  チャネル
９２  チャネル
９６  管表面
９８  チャネル
１００  中和器上面
１０４  注入器二重層
１０６  表面二重層
１１４ａ，ｂ  加速器表面
１１８  中和器グリッド上面
【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】
0006381752.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0006381752.tif 000012
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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