(57)【要約】【課題】【解決手段】  本明細書では、高エネルギー原子層エッチングを遂行するための方法および装置を提供する。方法は、エッチングすべき材料を有する基板を提供するステップと、材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面をエネルギー粒子に暴露して、下にある改質されていない表面に対して、改質された表面を優先的に取り除くステップであって、エネルギー粒子は、下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーを有するステップとを含む。使用するエネルギー粒子のエネルギーは、いくつかの事例では非常に高く、改質された表面をエネルギー粒子に暴露するときに使用するバイアスに印加する電力は、少なくとも１５０ｅＶである。【選択図】図３Ｂ
2020536393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記改質された表面をエネルギー粒子に暴露して、下にある改質されていない表面に対して、前記改質された表面を優先的に除去するステップであって、前記エネルギー粒子は、前記下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーを有するステップと
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記エネルギー粒子の前記イオンエネルギーは、前記下にある改質されていない表面の結合を切断するのに十分である方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、約１％〜約１０％の間のデューティサイクルを有する時間的に分離した照射量で前記エネルギー粒子を配送する方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記改質された表面を前記エネルギー粒子に暴露する前記ステップの間に前記基板を保持する基板支持物にバイアス電圧を印加する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記エネルギー粒子は、ある量の前記改質された表面を除去し、除去される、前記改質された表面の前記量は、次式により与えられ、
【数１】
2020536393.tif 000009
式中、Ｙは、前記エネルギー粒子のイオン収量であり、Ｆは、前記エネルギー粒子のフラックスであり、ｔは、前記エネルギー粒子への前記暴露の継続時間であり、ｄは、エッチングすべき前記材料の表面密度である方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記エネルギー粒子は、前記下にある改質されていない材料を著しくスパッタすることはない方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、前記改質された表面を自己制御的手法で除去するのに十分な継続時間の間、前記改質された表面を前記エネルギー粒子に暴露する方法。
【請求項８】
基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記改質された表面をエネルギー粒子に暴露する間、バイアスを印加して、前記改質された表面を除去するステップと
を備え、
前記バイアスに印加する電力は、少なくとも１５０ｅＶである方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記バイアスに印加する前記電力は、少なくとも５００ｅＶである方法。
【請求項１０】
基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記改質された表面に、ある照射量のエネルギー粒子を配送して、前記改質された表面を除去するステップと
を備え、
前記照射量は、前記下にある改質されていない表面の表面結合エネルギー未満のバイアス電圧を使用して配送するとき、前記改質された表面を除去するのに不十分である方法。
【請求項１１】
基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記改質された表面をエネルギー粒子に暴露して、前記改質された表面および下にある改質されていない表面をイオン衝撃により除去するのに十分な継続時間よりも長い継続時間の間、前記下にある改質されていない表面に対して、前記改質された表面の少なくとも８０％を優先的に除去するステップと
を備える方法。
【請求項１２】
基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記改質された表面を１００％未満のデューティサイクルを有する、パルスの形のエネルギー粒子に暴露するステップと
を備える方法。
【請求項１３】
基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記改質された表面を減衰した照射量のエネルギー粒子に暴露するステップと
を備え、
減衰なしの照射量は、前記改質された表面に連続して配送されるとき、エッチングすべき前記材料の表面結合エネルギーよりも大きなエネルギーを有する方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、活性種のイオンフラックスを変えることにより前記照射量を減衰させる方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記改質された表面が活性種に暴露されている継続時間を変えることにより前記照射量を減衰させる方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、前記減衰した照射量は、前記改質された表面の少なくとも一部を除去するために、前記改質された表面に至る活性種の、２つ以上の時間的に分離したパルスを備える方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、前記改質された表面に至る活性種のイオンの加速度を変えることにより前記照射量を減衰させる方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、前記改質された表面に活性種を特定の方向で配送するために、前記基板を保持する基板支持物に印加するバイアス電圧を変えることにより前記照射量を減衰させる方法。
【請求項１９】
基板を処理する方法であって、
エッチングすべき材料を備える基板を提供するステップと、
エッチングすべき前記材料の表面を改質ガスに暴露して、前記表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、
前記改質された表面を時間的に分離した、パルスの形のエネルギー粒子に暴露するステップと、
前記時間的に分離したパルス中にイオンエネルギーおよび照射量を変調するステップと
を備える方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記イオンエネルギーおよび前記照射量を変調する前記ステップは、前記イオンエネルギーを増大させるステップと、前記イオンエネルギーの前記増大を、低減した照射量で補うステップとを備える方法。
【請求項２１】
基板を処理する方法であって、
改質ガスに前記基板を暴露して、前記基板の表面を改質して、改質された表面を形成するステップと、
前記基板の前記改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップの間、活性化源から発生した複数の時間的に分離したエネルギーのパルスを提供して、前記改質された表面の少なくとも一部を前記基板から除去するステップと
を備える方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記基板を前記改質ガスに暴露する前記ステップと前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップをさらに備え、前記複数の時間的に分離したエネルギーのパルスは、各サイクルで、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露するステップの間、提供される方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記複数の時間的に分離した複数のエネルギーのパルスは、サイクルあたり少なくとも１００の時間的に分離したエネルギーのパルスを備える方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法であって、前記時間的に分離したエネルギーのパルスは、前記改質された表面を除去するのに十分であり、前記改質された表面を物理的にスパッタするのに不十分である方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の方法であって、提供される前記エネルギーは、前記改質された表面を除去するのに十分な前記除去ガスへの暴露中に前記基板に印加する最小電圧と、前記改質された表面をスパッタするのに不十分な前記除去ガスへの暴露中に前記基板に印加する最大電圧とからなる、バイアス窓により規定される方法。
【請求項２６】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記複数の時間的に分離したエネルギーのパルスを約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間の周波数でパルス化する方法。
【請求項２７】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記複数の時間的に分離したエネルギーのパルスを約１％〜約１０％の間のデューティサイクルでパルス化する方法。
【請求項２８】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記活性化源は、２つ以上の供給源を備える方法。
【請求項２９】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記活性化源は、無線周波数プラズマ、前記基板に印加するバイアス、紫外線放射、光子、およびそれらの組合せからなるグループから選択される方法。
【請求項３０】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記活性化源は、前記基板にバイアスをかけるために印加する電圧を備える方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、前記バイアス電圧は、少なくとも約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間である方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法であって、０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の前記バイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化する方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法であって、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間の低バイアス電圧と約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の高バイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化する方法。
【請求項３４】
請求項３０に記載の方法であって、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間のパルス化周波数を使用して前記バイアスをパルス化する方法。
【請求項３５】
請求項３０に記載の方法であって、約１％〜約２０％の間のデューティサイクルを使用して前記バイアスをパルス化する方法。
【請求項３６】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記活性化源は、前記無線周波数プラズマを備える方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、電力を印加し、かつ前記プラズマ電力が０Ｗのオフ状態と前記プラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間でパルス化された前記無線周波数プラズマ電力を印加することにより、前記無線周波数プラズマを発生させる方法。
【請求項３８】
請求項３６に記載の方法であって、前記電力および前記無線周波数プラズマ電力を印加することにより発生させた前記無線周波数プラズマを、低プラズマ電力と高プラズマ電力の間でパルス化し、前記低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、前記高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である方法。
【請求項３９】
請求項３６に記載の方法であって、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間のパルス化周波数を使用して前記無線周波数プラズマをパルス化する方法。
【請求項４０】
請求項３６に記載の方法であって、前記無線周波数プラズマパルス化のデューティサイクルは、約１％〜約２０％の間である方法。
【請求項４１】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記活性化源は、前記無線周波数プラズマ、および前記基板に印加するバイアスを備える方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の方法であって、０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の前記バイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化する方法。
【請求項４３】
請求項４１に記載の方法であって、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間の低バイアス電圧と約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の高バイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化する方法。
【請求項４４】
請求項４１に記載の方法であって、電力を印加し、かつ前記プラズマ電力が０Ｗのオフ状態と前記プラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間でパルス化された前記無線周波数プラズマ電力を印加することにより、前記無線周波数プラズマを発生させる方法。
【請求項４５】
請求項４１に記載の方法であって、低プラズマ電力と高プラズマ電力の間で前記無線周波数プラズマをパルス化し、前記低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、前記高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である方法。
【請求項４６】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記基板は、１つまたは複数の狭い特徴、および１つまたは複数の広い特徴を備える方法。
【請求項４７】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、約０℃〜約１２０℃の間の基板温度で前記基板を処理する方法。
【請求項４８】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記改質ガスに前記基板を暴露する前記ステップの間、約５ｍトール〜約１トールの間のチャンバ圧力を有する処理チャンバ内で前記基板を処理する方法。
【請求項４９】
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記処理ガスに前記基板を暴露する前記ステップの間、約５ｍトール〜約２００ｍトールの間のチャンバ圧力を有する処理チャンバ内で前記基板を処理する方法。
【請求項５０】
基板を処理する方法であって、
前記基板を改質ガスに暴露して、前記基板の表面を改質して、改質された表面を形成するステップと、
前記基板の前記改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップの間、２つ以上の時間的に分離したパルスの形でプラズマを定期的に点火して、前記改質された表面の少なくとも一部を前記基板から除去するステップと
を備える方法。
【請求項５１】
請求項５０に記載の方法であって、前記基板を前記改質ガスに暴露する前記ステップと前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップをさらに備え、各サイクルで、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップの間、前記２つ以上の時間的に分離したプラズマのパルスを提供する方法。
【請求項５２】
請求項５０に記載の方法であって、前記複数の時間的に分離したプラズマのパルスは、サイクルあたり少なくとも１００のエネルギーのパルスを備える方法。
【請求項５３】
請求項５０〜５２のいずれか一項に記載の方法であって、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップの間、パルスの形でバイアスを印加するステップをさらに備える方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の方法であって、前記基板を前記改質ガスに暴露する前記ステップと前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップをさらに備え、前記２つ以上の時間的に分離した前記プラズマおよび前記バイアスのパルスは、各サイクルで、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップの間に提供される方法。
【請求項５５】
請求項５３に記載の方法であって、前記複数の時間的に分離した前記プラズマおよび前記バイアスのパルスは、サイクルあたり少なくとも１００のパルスを備え、前記サイクルは、前記基板を前記改質ガスに暴露する前記ステップと、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップとを備える方法。
【請求項５６】
請求項５３に記載の方法であって、前記プラズマおよび前記バイアスを同じ周波数でパルス化する方法。
【請求項５７】
請求項５３に記載の方法であって、同じデューティサイクルを使用して前記プラズマおよび前記バイアスをパルス化する方法。
【請求項５８】
基板を処理する方法であって、
前記基板を改質ガスに暴露して、前記基板の表面を改質して、改質された表面を形成するステップと、
前記基板の前記改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、
前記改質された表面を暴露する前記ステップの間、プラズマを点火するステップと、
前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップの間、２つ以上の時間的に分離したパルスの形でバイアスを定期的に印加して、前記改質された表面の少なくとも一部を前記基板から除去するステップと
を備える方法。
【請求項５９】
請求項５８に記載の方法であって、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップの間、パルスの形でプラズマを点火するステップをさらに備える方法。
【請求項６０】
請求項５８に記載の方法であって、前記基板を前記改質ガスに暴露する前記ステップと前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップをさらに備え、各サイクルで、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する間、前記２つ以上の時間的に分離したバイアス電力のパルスを提供する方法。
【請求項６１】
請求項５８に記載の方法であって、前記複数の時間的に分離したバイアス電力のプラズマは、サイクルあたり少なくとも１００のパルスを備え、前記サイクルは、前記基板を前記改質ガスに暴露する前記ステップと、前記改質された表面を前記除去ガスに暴露する前記ステップとを備える方法。
【請求項６２】
基板を処理するための装置であって、
シャワーヘッド、および材料を有する前記基板を保持するための基板支持物を備える処理チャンバと、
プラズマ発生器と、
少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと
を備え、
前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、
前記メモリは、
前記処理チャンバに改質ガスを導入させ、
前記処理チャンバに除去ガスを導入させ、
前記除去ガスの前記導入中に活性化源をパルス化させる
ための機械可読命令を記憶する装置。
【請求項６３】
請求項６２に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記活性化源のパルス周波数を約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項６４】
請求項６２に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記活性化源のデューティサイクルを約１％〜約１０％の間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項６５】
請求項６２に記載の装置であって、前記活性化源は、プラズマ電力を使用して前記処理チャンバ内で発生させたプラズマであり、前記メモリは、前記プラズマ電力が０Ｗのオフ状態と前記プラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間で前記活性化源をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項６６】
請求項６２に記載の装置であって、前記活性化源は、前記処理チャンバ内で発生させたプラズマであり、前記メモリは、低プラズマ電力と高プラズマ電力の間で前記活性化源をパルス化させるための機械可読命令をさらに備え、前記低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、前記高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である装置。
【請求項６７】
請求項６２〜６６のいずれか一項に記載の装置であって、前記メモリは、パルスの形で前記基板支持物にバイアスを印加させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項６８】
請求項６７に記載の装置であって、前記メモリは、０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のバイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項６９】
請求項６７に記載の装置であって、前記メモリは、前記活性化源と同じパルス化周波数で前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７０】
請求項６７に記載の装置であって、前記メモリは、前記活性化源と同じパルス化デューティサイクルで前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７１】
基板を処理するための装置であって、
シャワーヘッド、および材料を有する前記基板を保持するための基板支持物を備える処理チャンバと、
プラズマ発生器と、
少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと
を備え、
前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、
前記メモリは、
改質ガスを前記処理チャンバに導入させ、
除去ガスを前記処理チャンバに導入させ、
前記除去ガスの前記導入中に、２つ以上の時間的に分離したパルスの形で前記処理チャンバ内に無線周波数プラズマ電力を発生させる
ための機械可読命令を記憶する装置。
【請求項７２】
請求項７１に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記無線周波数プラズマ電力のパルス周波数を約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７３】
請求項７１に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記無線周波数プラズマ電力のデューティサイクルを約１％〜約１０％の間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７４】
請求項７１に記載の装置であって、前記メモリは、前記無線周波数プラズマ電力を、前記プラズマ電力が０Ｗのオフ状態と前記プラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間でパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７５】
請求項７１に記載の装置であって、前記メモリは、前記無線周波数プラズマ電力を低プラズマ電力と高プラズマ電力の間でパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶し、前記低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、前記高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である装置。
【請求項７６】
請求項７１〜７５のいずれか一項に記載の装置であって、前記メモリは、パルスの形で前記基板支持物にバイアスを印加させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７７】
請求項７６に記載の装置であって、前記メモリは、０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のバイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７８】
請求項７６に記載の装置であって、前記メモリは、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間の低バイアス電圧と約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の高バイアス電圧との間で前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項７９】
請求項７６に記載の装置であって、前記メモリは、前記無線周波数プラズマ電力と同じパルス化周波数で前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８０】
請求項７６に記載の装置であって、前記メモリは、前記無線周波数プラズマ電力と同じパルス化デューティサイクルで前記バイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８１】
基板を処理するための装置であって、
シャワーヘッド、および材料を有する前記基板を保持するための基板支持物を備える処理チャンバと、
プラズマ発生器と、
少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと
を備え、
前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、
前記メモリは、
前記処理チャンバに改質ガスを導入させ、
前記処理チャンバに除去ガスを導入させ、
前記除去ガスの前記導入中に２つ以上の時間的に分離したパルスの形で前記基板支持物にバイアス電力を印加させる
ための機械可読命令を記憶する装置。
【請求項８２】
請求項８１に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記バイアス電力のパルス周波数を約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８３】
請求項８１に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中に前記バイアス電力のデューティサイクルを約１％〜約１０％の間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８４】
請求項８１に記載の装置であって、前記メモリは、前記バイアス電力が０Ｖのオフ状態と前記バイアス電力が約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のオン状態との間で前記バイアス電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８５】
請求項８１に記載の装置であって、前記メモリは、低バイアス電力と高バイアス電力の間で前記バイアス電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶し、前記低バイアス電力は、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間であり、前記高バイアス電力は、約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間である装置。
【請求項８６】
請求項８１〜８５のいずれか一項に記載の装置であって、前記メモリは、前記除去ガスの前記導入中にパルスの形でプラズマ電力を印加することによりプラズマを点火させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８７】
請求項８６に記載の装置であって、前記メモリは、０Ｗと約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のプラズマ電圧との間で前記プラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８８】
請求項８６に記載の装置であって、前記メモリは、前記バイアス電力と同じパルス化周波数で前記プラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【請求項８９】
請求項８６に記載の装置であって、前記メモリは、前記バイアス電力と同じパルス化デューティサイクルで前記プラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する装置。
【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、事実上、全体が参照によりすべて本明細書に組み入れられる、２０１７年１０月６日に提出された、「ＰＵＬＳＩＮＧ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＥＴＣＨＩＮＧ（原子層エッチングのパルス化）」と題する米国仮特許出願６２／５６９，４４３号明細書と、２０１７年１２月１５日に提出された、「ＨＩＧＨ  ＥＮＥＲＧＹ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＥＴＣＨＩＮＧ（高エネルギー原子層エッチング）」と題する米国仮特許出願第６２／５９９，６１３号明細書の両方の優先権を主張する、２０１８年１０月１日に提出された、「ＨＩＧＨ  ＥＮＥＲＧＹ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＥＴＣＨＩＮＧ（高エネルギー原子層エッチング）」と題する米国非仮特許出願第１６／１４８，９３９号明細書の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製作処理は、さまざまな材料をエッチングするステップを含む。３次元構造が１０ｎｍ未満のノードに向けて縮小するにつれ、従来のエッチング処理は、前例のない難題に直面する。たとえば、ピッチローディング（ｐｉｔｃｈ  ｌｏａｄｉｎｇ）は、アスペクト比が高まることによりエッチング速度が影響受けるときに問題になる。エッチング前面への中性物質およびイオンの輸送、各エッチング前面での表面反応速度、およびエッチング前面からのエッチング生成物除去に関連する難題は、素子が縮小するにつれ顕著になる。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書では、高エネルギー原子層エッチングを遂行するための方法および装置を提供する。一様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、エッチングすべき材料を含む基板を提供するステップと、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質するステップと、改質された表面に対して、改質された表面をエネルギー粒子に暴露して、下にある改質されていない表面に対して、改質された表面を優先的に取り除くステップであって、エネルギー粒子は、下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーを有するステップとを含む。
【０００４】
さまざまな実施形態では、エネルギー粒子のイオンエネルギーは、下にある改質されていない表面の結合を切断するのに十分である。約１％〜約１０％の間のデューティサイクルを有する時間的に分離した照射量でエネルギー粒子を配送してよい。
【０００５】
さまざまな実施形態では、改質された表面をエネルギー粒子に暴露する間、基板を保持する基板支持物にバイアス電圧を印加する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、エネルギー粒子は、ある量の改質された表面を除去し、除去される、改質された表面の量は、次式により与えられ、
【数１】
2020536393.tif 000003
式中、Ｙは、エネルギー粒子のイオン収量であり、Ｆは、エネルギー粒子のフラックスであり、ｔは、エネルギー粒子に暴露する継続時間であり、ｄは、エッチングすべき材料の表面密度である。
【０００７】
さまざまな実施形態では、エネルギー粒子は、下にある改質されていない材料を著しくスパッタすることはない。たとえば、改質された表面を自己制御的手法で除去するのに十分な継続時間の間、改質された表面をエネルギー粒子に暴露してよい。
【０００８】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、エッチングすべき材料を含む基板を提供するステップと、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面をエネルギー粒子に暴露する間、バイアスを印加して、改質された表面を除去するステップであって、その結果、バイアスに印加する電力は、少なくとも１５０ｅＶであるステップとを含む。
【０００９】
さまざまな実施形態では、バイスに印加する電力は、少なくとも５００ｅＶである。
【００１０】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、エッチングすべき材料を含む基板を提供するステップと、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面に、ある照射量のエネルギー粒子を配送して、改質された表面を除去するステップであって、その結果、下にある改質されていない表面の表面結合エネルギー未満のバイアス電圧を使用して配送するとき、照射量は、改質された表面を除去するのに不十分であるステップとを含む。
【００１１】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、エッチングすべき材料を含む基板を提供するステップと、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面をエネルギー粒子に暴露して、イオン衝撃により、改質された表面および下にある改質されていない表面を除去するのに十分な継続時間より長い継続時間の間、下にある改質されていない表面に対して、改質された表面の少なくとも８０％を優先的に除去するステップとを含む。
【００１２】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、エッチングすべき材料を含む基板を提供するステップと、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面を、１００％未満のデューティサイクルを有する、パルスの形のエネルギー粒子に暴露するステップとを含む。
【００１３】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、エッチングすべき材料を含む基板を提供するステップと、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面を、減衰した照射量のエネルギー粒子に暴露するステップであって、その結果、減衰なしの照射量は、改質された表面に連続的に配送されるとき、エッチングすべき材料の表面結合エネルギーよりも大きなエネルギーを有するステップとを含む。
【００１４】
さまざまな実施形態では、活性種のイオンフラックスを変えることにより照射量を減衰させる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、改質された表面を活性種に暴露している継続時間を変えることにより照射量を減衰させる。
【００１６】
さまざまな実施形態では、減衰した照射量は、改質された表面の少なくとも一部を除去するために、改質された表面に至る活性種の、２つ以上の時間的に分離したパルスを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、改質された表面に至る活性種でのイオン加速度を変えることにより照射量を減衰させる。
【００１８】
さまざまな実施形態では、改質された表面に活性種を特定の方向で配送するために、基板を保持する基板支持物に印加するバイアス電圧を変えることにより照射量を減衰させる。
【００１９】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、エッチングすべき材料を含む基板を提供するステップと、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面を時間的に分離した、パルスの形のエネルギー粒子に暴露するステップと、時間的に分離したパルスの間にイオンエネルギーおよび照射量を変調するステップとを含む。いくつかの実施形態では、イオンエネルギーおよび照射量を変調するステップは、イオンエネルギーを増大させるステップと、イオンエネルギーの増大を、低減した照射量で補償するステップとを含む。
【００２０】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、基板を改質ガスに暴露して、基板の表面を改質して、改質された表面を形成するステップと、基板の改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、改質された表面を除去ガスに暴露する間、活性化源から生成された複数の時間的に分離したエネルギーのパルスを提供して、改質された表面の少なくとも一部を基板から除去するステップとを含む。
【００２１】
いくつかの実施形態では、方法はまた、基板を改質ガスに暴露するステップと改質された表面を除去ガスに暴露するステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップを含み、その結果、各サイクルで、改質された表面を除去ガスに暴露する間、複数の時間的に分離したエネルギーのパルスを提供する。
【００２２】
さまざまな実施形態では、複数の時間的に分離したエネルギーのパルスは、サイクルあたり少なくとも１００の時間的に分離したエネルギーのパルスを含む。
【００２３】
さまざまな実施形態では、時間的に分離したエネルギーのパルスは、改質された表面を除去するのに十分であり、改質された表面を物理的にスパッタするのに不十分である。
【００２４】
さまざまな実施形態では、提供するエネルギーは、改質された表面を除去するのに十分な除去ガスに暴露する間に基板に印加する最小電圧と、改質された表面をスパッタするのに不十分な除去ガスに暴露する間に基板に印加する最大電圧とからなるバイアス窓により規定される。
【００２５】
さまざまな実施形態では、複数の時間的に分離したエネルギーのパルスを、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間でパルス化する。
【００２６】
さまざまな実施形態では、複数の時間的に分離したエネルギーのパルスを、約１％〜約１０％の間のデューティサイクルでパルス化する。
【００２７】
いくつかの実施形態では、活性化源は、２つ以上の供給源を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、活性化源は、無線周波数プラズマ、基板に印加するバイアス、紫外線放射、光子、およびそれらの組合せからなるグループから選択される。
【００２９】
いくつかの実施形態では、活性化源は、基板にバイアスをかけるために印加する電圧を含む。バイアス電圧は、少なくとも約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間であってよい。０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のバイアス電圧との間でバイアスをパルス化してよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間の低バイアス電圧と約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の高バイアス電圧との間でバイアスをパルス化する。
【００３１】
いくつかの実施形態では、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間のパルス化周波数を使用してバイアスをパルス化する。
【００３２】
いくつかの実施形態では、約１％〜約２０％の間のデューティサイクルを使用してバイアスをパルス化する。
【００３３】
いくつかの実施形態では、活性化源は、無線周波数プラズマを含む。
【００３４】
いくつかの実施形態では、電力を印加し、かつプラズマ電力が０Ｗのオフ状態とプラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間でパルス化された無線周波数プラズマ電力を印加することにより、無線周波数プラズマを発生させる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、電力および無線周波数プラズマ電力を印加することによりを発生させた無線周波数プラズマを、低プラズマ電力と高プラズマ電力の間でパルス化し、低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である。
【００３６】
いくつかの実施形態では、約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間のパルス化周波数を使用して無線周波数プラズマをパルス化する。
【００３７】
いくつかの実施形態では、無線周波数プラズマパルス化のデューティサイクルは、約１％〜約２０％の間である。
【００３８】
その結果、いくつかの実施形態では、活性化源は無線周波数プラズマ、および基板に印加するバイアスを含む。０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のバイアス電圧との間でバイアスをパルス化してよい。約１００Ｖ〜約３００Ｖの間の低バイアス電圧と約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の高バイアス電圧との間でバイアスをパルス化してよい。電力を印加し、かつプラズマ電力が０Ｗのオフ状態とプラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間でパルス化された無線周波数プラズマ電力を印加することにより、無線周波数プラズマを発生させてよい。低プラズマ電力と高プラズマ電力の間で無線周波数プラズマをパルス化してよく、低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である。
【００３９】
さまざまな実施形態では、基板は、１つまたは複数の狭い特徴、および１つまたは複数の広い特徴を含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、約０℃〜約１２０℃の間の基板温度で基板を処理する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、基板を改質ガスに暴露する間、約５ｍトール〜約１トールの間のチャンバ圧力を有する処理チャンバ内で基板を処理する。
【００４２】
いくつかの実施形態では、除去ガスに基板を暴露する間、約５ｍトール〜約２００ｍトールの間のチャンバ圧力を有する処理チャンバ内で基板を処理する。
【００４３】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、基板を改質ガスに暴露して、基板の表面を改質して、改質された表面を形成するステップと、基板の改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、改質された表面を除去ガスに暴露する間、２つ以上の時間的に分離したパルスの形でプラズマを定期的に点火して、改質された表面の少なくとも一部を基板から除去するステップとを含む。
【００４４】
方法はまた、基板を改質ガスに暴露するステップと改質された表面を除去ガスに暴露するステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップを含み、その結果、各サイクルで、改質された表面を除去ガスに暴露する間、２つ以上の時間的に分離したプラズマのパルスを提供する。
【００４５】
いくつかの実施形態では、複数の時間的に分離したプラズマのパルスは、サイクルあたり少なくとも１００のエネルギーのパルスを備える。
【００４６】
方法はまた、改質された表面を除去ガスに暴露する間、パルスの形でバイアスを印加するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、方法はまた、基板を改質ガスに暴露するステップと改質された表面を除去ガスに暴露するステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップを含み、その結果、各サイクルで、改質された表面を除去ガスに暴露する間、２つ以上の時間的に分離したプラズマおよびバイアスのパルスを提供する。
【００４７】
いくつかの実施形態では、複数の時間的に分離したプラズマおよびバイアスのパルスは、サイクルあたり少なくとも１００のパルスを備え、サイクルは、基板を改質ガスに暴露するステップと、改質された表面を除去ガスに暴露するステップとを含む。
【００４８】
いくつかの実施形態では、プラズマおよびバイアスを同じ周波数でパルス化する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、同じデューティサイクルを使用してプラズマおよびバイアスをパルス化する。
【００５０】
別の様態は、基板を処理する方法を伴い、方法は、基板を改質ガスに暴露して、基板の表面を改質して、改質された表面を形成するステップと、基板の改質された表面を除去ガスに暴露するステップと、改質された表面を暴露する間にプラズマを点火するステップと、改質された表面を除去ガスに暴露する間、基板に２つ以上の時間的に分離したパルスの形でバイアスを定期的に印加して、改質された表面を基板から除去するステップとを含む。
【００５１】
方法はまた、改質された表面を除去ガスに暴露する間、プラズマをパルスの形で点火するステップを含んでよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、方法は、基板を改質ガスに暴露するステップと改質された表面を除去ガスに暴露するステップとを２つ以上のサイクルで繰り返すステップを含み、その結果、各サイクルで、改質された表面を除去ガスに暴露する間、２つ以上の時間的に分離したバイアス電力のパルスを提供する。
【００５３】
いくつかの実施形態では、複数の時間的に分離したバイアス電力のパルスは、サイクルあたり少なくとも１００のパルスを備え、サイクルは、基板を改質ガスに暴露するステップと、改質された表面を除去ガスに暴露するステップとを含む。
【００５４】
別の様態は、基板を処理するための装置を伴い、装置は、シャワーヘッド、および材料を有する基板を保持するための基板支持物を含む処理チャンバと、プラズマ発生器と、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラとを含み、その結果、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリは、互いに通信可能に接続され、少なくとも１つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと少なくとも動作可能に接続され、メモリは、改質ガスを処理チャンバに導入させ、除去ガスを処理チャンバに導入させ、除去ガスの導入中に活性化源をパルス化させるための機械可読命令を記憶する。
【００５５】
いくつかの実施形態では、メモリは、除去ガスの導入中に活性化源のパルス周波数を約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００５６】
いくつかの実施形態では、メモリは、除去ガスの導入中に活性化源のデューティサイクルを約１％〜約１０％の間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、活性化源は、プラズマ電力を使用して処理チャンバ内で発生させたプラズマであり、メモリは、プラズマ電力が０Ｗのオフ状態とプラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間で活性化源をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００５８】
いくつかの実施形態では、活性化源は、処理チャンバ内で発生させたプラズマであり、メモリは、低プラズマ電力と高プラズマ電力の間で活性化源をパルス化させるための機械可読命令をさらに備え、低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である。
【００５９】
その結果、いくつかの実施形態では、メモリは、パルスの形で基板支持物にバイアスを印加させるための機械可読命令をさらに記憶する。たとえば、メモリはまた、０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のバイアス電圧との間でバイアスをパルス化させるための機械可読命令を記憶してよい。いくつかの実施形態では、メモリは、活性化源と同じパルス化周波数でバイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。いくつかの実施形態では、メモリは、活性化源と同じパルス化デューティサイクルでバイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６０】
別の様態は、基板を処理するための装置を伴うことがあり、装置は、シャワーヘッド、および材料を有する基板を保持するための基板支持物を含む処理チャンバと、プラズマ発生器と、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラとを含み、その結果、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリは、互いに通信可能に接続され、少なくとも１つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと少なくとも動作可能に接続され、メモリは、処理チャンバに改質ガスを導入させ、処理チャンバに除去ガスを導入させ、除去ガスの導入中に２つ以上の時間的に分離したパルスの形で処理チャンバ内に無線周波数プラズマ電力を発生させるための機械可読命令を記憶する。
【００６１】
いくつかの実施形態では、メモリは、除去ガスの導入中に無線周波数プラズマ電力のパルス周波数を約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６２】
いくつかの実施形態では、メモリは、除去ガスの導入中に無線周波数プラズマ電力のデューティサイクルを約１％〜約１０％の間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６３】
いくつかの実施形態では、メモリは、プラズマ電力が０Ｗのオフ状態とプラズマ電力が約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のオン状態との間で無線周波数プラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６４】
いくつかの実施形態では、メモリは、低プラズマ電力と高プラズマ電力の間で無線周波数プラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶し、低プラズマ電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であり、高プラズマ電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間である。
【００６５】
いくつかの実施形態では、メモリは、バイアスを基板支持物にパルスの形で印加させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６６】
いくつかの実施形態では、メモリは、０Ｖと約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のバイアス電圧との間でバイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６７】
いくつかの実施形態では、メモリは、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間の低バイアス電圧と約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の高バイアス電圧との間でバイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６８】
いくつかの実施形態では、メモリは、無線周波数プラズマ電力と同じパルス化周波数でバイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００６９】
いくつかの実施形態では、メモリは、無線周波数プラズマ電力と同じパルス化デューティサイクルでバイアスをパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７０】
別の様態は、基板を処理するための装置を伴い、装置は、シャワーヘッド、および材料を有する基板を保持するための基板支持物を含む処理チャンバと、プラズマ発生器と、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラとを含み、その結果、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリは、互いに通信可能に接続され、少なくとも１つのプロセッサは、流量制御ハードウェアと少なくとも動作可能に接続され、メモリは、処理チャンバに改質ガスを導入させ、処理チャンバに除去ガスを導入させ、除去ガスの導入中に２つ以上の時間的に分離した、基板へのパルスの形で基板支持物にバイアス電力を印加させるための機械可読命令を記憶する。
【００７１】
いくつかの実施形態では、メモリは、除去ガスの導入中にバイアス電力のパルス周波数を約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７２】
いくつかの実施形態では、メモリは、除去ガスの導入中にバイアス電力のデューティサイクルを約１％〜約１０％の間にさせるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７３】
いくつかの実施形態では、メモリは、バイアス電力が０Ｖのオフ状態とバイアス電力が約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間のオン状態との間でバイアス電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７４】
いくつかの実施形態では、メモリは、低バイアス電力と高バイアス電力の間でバイアス電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶し、低バイアス電力は、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間であり、高バイアス電力は、約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間である。
【００７５】
いくつかの実施形態では、メモリは、除去ガスの導入中にパルスの形でプラズマ電力を印加することによりプラズマを点火させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７６】
いくつかの実施形態では、メモリは、０Ｗと約５０Ｗ〜約９００Ｗの間のプラズマ電圧との間でプラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７７】
いくつかの実施形態では、メモリは、バイアス電力と同じパルス化周波数でプラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７８】
いくつかの実施形態では、メモリは、バイアス電力と同じパルス化デューティサイクルでプラズマ電力をパルス化させるための機械可読命令をさらに記憶する。
【００７９】
これらおよび他の様態について、図面と併せて以下でさらに記述する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】原子層エッチングを受けている基板の例示的概略図を示す。
【００８１】
【図２】ＦｉｎＦＥＴ半導体素子の３次元概略図を示す。
【００８２】
【図３Ａ】開示するある種の実施形態による方法のための動作を描く処理の流れ図である。
【図３Ｂ】開示するある種の実施形態による方法のための動作を描く処理の流れ図である。
【００８３】
【図４Ａ】開示するある種の実施形態に従って遂行する動作の例を描くタイミング概略図である。
【図４Ｂ】開示するある種の実施形態に従って遂行する動作の例を描くタイミング概略図である。
【図４Ｃ】開示するある種の実施形態に従って遂行する動作の例を描くタイミング概略図である。
【図４Ｄ】開示するある種の実施形態に従って遂行する動作の例を描くタイミング概略図である。
【図４Ｅ】開示するある種の実施形態に従って遂行する動作の例を描くタイミング概略図である。
【図４Ｆ】開示するある種の実施形態に従って遂行する動作の例を描くタイミング概略図である。
【図４Ｇ】開示するある種の実施形態に従って遂行する動作の例を描くタイミング概略図である。
【００８４】
【図４Ｈ】例示的な低エネルギーおよび高エネルギーのＡＬＥ技法のタイミング概略図である。
【００８５】
【図４Ｉ】ＡＬＥで、改質された層を低イオンエネルギーおよび高イオンエネルギーで除去する例示的概略図である。
【図４Ｊ】ＡＬＥで、改質された層を低イオンエネルギーおよび高イオンエネルギーで除去する例示的概略図である。
【００８６】
【図５】開示する実施形態を遂行するための例示的処理チャンバの概略図である。
【００８７】
【図６】開示する実施形態を遂行するための例示的処理装置の概略図である。
【００８８】
【図７】パルス化ＡＬＥで使用するバイアス電力の関数として描く、シリコン・オン・インシュレータの、サイクルあたりのエッチングのグラフであり、この場合、バイアス電力は、開示するある種の実施形態に従って行われた実験用にパルス化されている。
【００８９】
【図８Ａ】パルス化ＡＬＥで使用するバイアス電力の関数として描く、アモルファスシリコンおよび酸化ケイ素の、サイクルあたりのエッチングのグラフであり、この場合、バイアス電力は、開示するある種の実施形態に従って行われた実験用にパルス化されている。
【００９０】
【図８Ｂ】パルス化ＡＬＥで使用するバイアス電力の関数として描く、エッチング選択性のグラフであり、バイアス電力は、図８Ａに関して行われた実験用にパルス化されている。
【００９１】
【図９Ａ】パルス化ＡＬＥで使用するバイアス電力の関数として描く、アモルファスシリコンおよび酸化ケイ素の、サイクルあたりのエッチングのグラフであり、この場合、バイアス電力は、開示するある種の実施形態に従って行われた実験用にパルス化されている。
【００９２】
【図９Ｂ】パルス化ＡＬＥで使用するバイアス電力の関数として描く、エッチング選択性のグラフであり、この場合、バイアス電力は、図９Ａに関して行われた実験用にパルス化されている。
【００９３】
【図１０Ａ】開示するある種の実施形態に従って行われた実験について、異なるバイアス電力のパルス化ＡＬＥで使用するトレンチ臨界寸法の関数として描く、ピッチローディングのグラフである。
【図１０Ｂ】開示するある種の実施形態に従って行われた実験について、異なるバイアス電力のパルス化ＡＬＥで使用するトレンチ臨界寸法の関数として描く、ピッチローディングのグラフである。
【００９４】
【図１１】パルス化ＡＬＥ対パルス化なしのＡＬＥで使用する材料の、サイクルあたりのエッチングを描くグラフである。
【００９５】
【図１２Ａ】式５Ｂで提供する関数に基づく、サイクルあたりの例示的エッチングモデルのグラフである。
【００９６】
【図１２Ｂ】低エネルギーＡＬＥのある例での、アルゴンバイアスの関数として描く、サイクルあたりのエッチングのグラフである。
【００９７】
【図１３】完全に除去するためのアルゴン暴露「オン」時間の関数として描く、イオンエネルギーのある例である。
【００９８】
【図１４Ａ】パルス化ＡＬＥについて、アルゴン暴露のさまざまな「オン」時間のバイアスの関数として描く、ＡＬＥのサイクルあたりの正規化エッチングのある例である。
【００９９】
【図１４Ｂ】模擬実験データに関する、アルゴン暴露の「オン」時間に対する、サイクルあたりの例示的エッチングのグラフである。
【０１００】
【図１５】シリコンおよびＳｉＣｌに関する、さまざまなアルゴンバイアス電圧に対する例示的エッチング速度のグラフである。
【０１０１】
【図１６Ａ】ある実験で５０Ｖのアルゴンバイアスに暴露した基板の例示的図である。
【０１０２】
【図１６Ｂ】ある実験で２００Ｖのアルゴンバイアスに暴露した基板の例示的図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０３】
以下の記述では、提示する実施形態を十分に理解することができるようにするために、数多くの具体的な詳細について示す。開示する実施形態は、これらの具体的な詳細の一部またはすべてなしに実施されてよい。他の実例では、開示する実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知の処理動作について詳細に記述しなかった。具体的実施形態と関連づけて、開示する実施形態について記述するが、その一方で、開示する実施形態を限定することを意図するものではないことを理解されよう。
【０１０４】
半導体処理は、多くの場合さまざまなエッチング動作を伴う。３Ｄ構造を処理し、形成するための一例の技術は、方向性エッチングおよび側壁不動態化を生成する反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈ、ＲＩＥ）を伴う。一般に、ＲＩＥは、フッ素含有化合物、塩素、臭化水素から生成されたハロゲン含有種などの反応種、ならびに方向性エッチングで使用するための水素および／またはアルゴンなどのイオン、および側壁表面を不動態化するためのさまざまな種を生成する。しかしながら、エッチング深さが増大するにつれ、一部は特徴の最下部に種が配送されるときに特徴孔の側壁に種が当たるために、異なるアスペクト比の特徴に対して深さローディング（ｄｅｐｔｈ  ｌｏａｄｉｎｇ）が発生する。深さローディングはまた、さまざまな、隙間のある（ｉｓｏ）領域（たとえば、広い特徴開口部を有する特徴）および高密度領域（たとえば、狭い特徴開口部を有する特徴）に起因して発生する。「狭い」開口部を有する特徴は、相対語で「広い」特徴よりも小さな開口部直径または線幅を有する特徴として規定されてよい。広い特徴は、狭い特徴の臨界寸法よりも少なくとも１．５倍、または少なくとも２倍、または少なくとも５倍、または少なくとも１０倍以上の開口部直径または臨界寸法を有してよい。「狭い」特徴の例は、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの間の開口部直径を有する特徴を含む。「広い」特徴の例は、数１００ナノメートル〜約１ミクロンのオーダーで開口部直径を有する特徴を含む。
【０１０５】
エッチング処理は、多くの場合、エッチングすべき材料をエッチングガスの組合せに暴露して、材料を除去するステップを伴う。しかしながら、そのような除去は、自己制御的であるわけではなく、いくつかの事例では、望む以上にエッチングすることも、望ましくない特徴輪郭をもたらすこともある。特徴のサイズが縮小するにつれ、原子層エッチング（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｅｔｃｈ、ＡＬＥ）などの原子スケールの処理の必要性が高まっている。ＡＬＥは、膜厚に数字上の小さな変化をもたらす、名目上は自己制御的ステップからなるサイクルで、順次の自己制御反応を使用して材料の薄層を除去する技法である。この処理は、平滑性および等角性により、さらにまた、あるＡＬＥの場合には方向性により、特徴づけられる。
【０１０６】
ＡＬＥは、原子スケールの深さ方向分解能および制御を用いる、材料の超薄層のブランケット除去またはパターン精細度エッチング（ｐａｔｔｅｒｎ−ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）用に先進の半導体製造（たとえば、約１０ｎｍ未満の技術ノード）で使用することができる。一般に、任意の適切な技法を使用してＡＬＥを遂行してよい。原子層エッチング技法の例については、例示的原子層エッチングおよびエッチング技法を記述する目的で参照により本明細書に組み入れられる、２０１４年１１月１１日に付与された米国特許第８，８８３，０２８号明細書、および２０１４年８月１９日に付与された米国特許第８，８０８，５６１号明細書で記述されている。さまざまな実施形態では、プラズマを用いてＡＬＥを遂行してよい、またはＡＬＥを熱的に遂行してよい。
【０１０７】
ＡＬＥをサイクルで遂行してよい。「ＡＬＥサイクル」の概念は、本明細書のさまざまな実施形態の議論に関連する。一般に、ＡＬＥサイクルは、単分子層のエッチングなど、エッチング処理を１回遂行するために使用する動作からなる最小の１組である。１サイクルの結果は、基板表面上の膜層の少なくとも一部をエッチングすることである。典型的には、ＡＬＥサイクルは、反応層を形成するための改質動作、続いてこの改質された層だけを除去またはエッチングするための除去動作を含む。サイクルは、反応物または副産物のうち一方を掃いて取り除くなどの、ある種の補助動作を含んでよい。一般に、サイクルは、固有の動作シーケンスの１つのインスタンスを包含する。ある例として、ＡＬＥサイクルは、（ｉ）反応物ガスの配送、（ｉｉ）チャンバからの反応物ガスのパージング、（ｉｉｉ）除去ガスおよび任意選択のプラズマの配送、ならびに（ｉｖ）チャンバのパージングの動作を含んでよい。いくつかの実施形態では、エッチングを非等角的に遂行してよい。図１は、ＡＬＥサイクルの２つの例示的概略図を示す。図１７１ａ〜図１７１ｅは、一般的なＡＬＥサイクルを示す。１７１ａで、基板を提供する。１７１ｂで、基板の表面を改質する。１７１ｃで、次のステップの準備をする。１７１ｄで、改変された層をエッチングしている。１７１ｅで、改質された層を除去する。同様に、図１７２ａ〜図１７２ｅは、シリコン膜をエッチングするためのＡＬＥサイクルのある例を示す。１７２ａで、多くのシリコン原子を含むシリコン基板を提供する。１７２ｂで、基板の表面を改質する反応物ガスの塩素を基板に導入する。１７２ｂの概略図は、ある例として基板の表面の上で一部の塩素が吸収されることを示す。図１では塩素を描くが、任意の塩素含有化合物または適切な反応物を使用してよい。１７２ｃで、チャンバから反応物ガス塩素をパージする。１７２ｄで、Ａｒ+プラズマ種および矢印により示すように、方向性プラズマを伴う除去ガスアルゴンを導入し、イオン衝撃を遂行して、基板の改質された表面を除去する。基板がスパッタするのを防止する処理条件で、連続して低エネルギーＡＬＥでイオン衝撃を遂行する。たとえば、この動作中、基板にバイスを印加して、基板に向けてイオンを引き寄せる。この除去動作の間、電力は連続して加えられるので、バイアス電力は、典型的にはスパッタリングを防止する電力に設定される。したがって、バイアスに印加する電力は、典型的には約１００Ｖ未満のオーダーである。バイアス電力は、エッチングすべき材料に依存するので、たとえば、ゲルマニウムについては、バイアス電力は、約２０Ｖ〜約３５Ｖの間であってよく、一方では、シリコンについては、バイアス電力は、約３５Ｖ〜約６５Ｖの間であってよい。これらの例では、ゲルマニウムは、３５Ｖよりも大きなバイアス電力でスパッタし、シリコンは、６５Ｖよりも大きなバイアス電力でスパッタする。したがって、バイアス電力は、典型的にはスパッタリングを防止し、さらにまた基板および周囲の材料への損傷を防止するために、低く保たれる。この例の「バイアス窓」での最小バイアス電力は、改質された材料を除去するのに十分なエネルギーを基板に提供するために必要な最小��イアス電力である。したがって、連続して加えられるバイアス電力に関して、ゲルマニウムでは２０Ｖ未満の、シリコンでは３５Ｖ未満のバイアス電力では、改質された表面は、基板から除去されるのに十分なエネルギーを有しない。１７２ｅで、チャンバをパージし、副産物を除去する。
【０１０８】
あるサイクルは、材料の約０．１ｎｍ〜約５０ｎｍを、または材料の約０．１ｎｍ〜約２０ｎｍの間で、または材料の約０．１ｎｍ〜約２ｎｍの間で、または材料の約０．１ｎｍ〜約５ｎｍの間で、または材料の約０．２ｎｍ〜約５０ｎｍの間で、または材料の約０．２ｎｍ〜約５ｎｍの間だけで部分的にエッチングしてよい。あるサイクルでエッチングする材料の量は、自己制御的手法でエッチングする目的に依存することがある。いくつかの実施形態では、ＡＬＥのサイクルは、材料の単分子層未満を除去してよい。
【０１０９】
チャンバ圧力、基板温度、プラズマの電力、周波数、およびタイプ、ならびにバイアス電力などのＡＬＥ処理条件は、エッチングすべき材料、エッチングすべき材料を改質するために使用するガスの組成、エッチングすべき材料の下にある材料、ならびに改質された材料を除去するために使用する除去ガスの組成に依存する。しかしながら、これらの要因の組合せは、さまざまな材料をエッチングするためにＡＬＥを遂行するのを難題にしている。
【０１１０】
スパッタリングおよび基板への損傷を防止するためにバイアス電力が典型的には低く保たれるので、さまざまな材料に対してスパッタリングなしに自己制御的手法でＡＬＥを遂行することは、難題であり、多くの場合ある種の処理条件により制限される。
【０１１１】
特徴サイズの特徴幅が１０ｎｍ未満に縮小するにつれ、特徴の間での、１ｎｍの臨界寸法変動は、特徴の間でアスペクト比の大きなゆらぎを引き起こし、連続バイアス（低エネルギーＡＬＥ）を用いる従来のＡＬＥにより行われるエッチング処理で、深さローディング効果が観察される。エッチング処理中、より深いトレンチ内での、ＡＬＥのサイクルあたりの材料のエッチング量は、より浅いトレンチ内での、ＡＬＥのサイクルあたりの材料のエッチング量よりも少ない。いくつかの事例では、サイクルあたりのエッチング量は、単一の特徴の内部でさえ、特徴開口部近くの最上部よりも特徴の最下部で、より少ない可能性がある。特定の理論に制限することなく、極端な３Ｄ構造でＡＬＥの自己制御的特徴を満足させるために、プラズマから供給されるイオンエネルギーを変える必要があると考えられる。しかしながら、さまざまなアスペクト比の特徴を有する基板に対して、ＡＬＥを使用して、大きな特徴開口部を有する基板をエッチングするのに十分であるようにイオンエネルギーを選択した場合、より狭い特徴開口部を有する特徴は、低減されたエネルギーおよびフラックスを有するイオンを受け取り、それにより、より小さな特徴のエッチングは不十分である。しかしながら、狭い特徴開口部を有する特徴を効果的にエッチングするために、より大きなイオンエネルギーを選択した場合、より大きな特徴は、はるかにより高いイオンエネルギーを受け、それにより、はるかにより高いイオンエネルギーは、より大きな特徴の表面をスパッタし、ＡＬＥの自己制御的側面は排除される。３Ｄ構造で明らかになったこの深さローディング効果は、エッチング速度が特徴の幾何形状に依存することを示唆している。
【０１１２】
エッチング中に幾何形状依存性が存在することがあるのには、理由がいくつかある。存在することがある一例の難題は、陽イオンが生成されるため、狭い特徴開口部に起因して高アスペクト比の特徴の特徴開口部またはその近くで、そのように正に帯電したイオンの蓄積がいくらか存在する場合に発生する帯電効果であり、それにより、特徴開口部が特徴の最下部よりも正に帯電する特徴の深さの範囲内で帯電差をもたらし、その結果、改質された表面を除去するために使用する正に帯電した入射イオンと正に帯電したイオンとの間で反発現象をもたらし、その結果、特徴の最下部で、改質された表面の除去が不均一になる。
【０１１３】
ますます多くの新しい材料が集積回路処理の中に導入され、処理パラメータ（ガス圧力、ウエハ温度、プラズマ電力、イオンエネルギーなど）の組み合わせが多数あることを仮定すると、高アスペクト比での帯電効果を回避しながら、所与の材料に対して、スパッタすることはないが、層ごとに自己制御的方法でエッチングするＡＬＥ処理を達成することは難題である。
【０１１４】
本明細書では、高エネルギーを使用して、制御された原子層エッチングを遂行する方法を提供する。開示する実施形態は、エッチングすべき材料の表面を改質ガスに暴露して、表面を改質し、改質された表面を形成するステップと、改質された表面をエネルギー粒子に暴露して、下にある改質されていない表面に対して、改質された表面を取り除くステップであって、エネルギー粒子は、下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーを有するステップとを伴う。
【０１１５】
たとえば、基板は、平均表面結合エネルギーを有する、エッチングすべき材料を含んでよい。エッチングすべき材料は、さまざまな材料層を含む。原子層エッチングの自己制御的側面を仮定すると、改質ガスに暴露する間、改質ガスは、暴露された表面を改質するが、下にある材料を改質しないように、エッチングすべき材料の表面を改質する。改質された材料をイオン、電子、中性子、光子、または他の種などのエネルギー粒子に暴露するとき、エネルギー粒子は、改質された表面を除去し、下にある改質されていない表面を残し、ＡＬＥの自己制御様態を維持する。エネルギー粒子は、高エネルギーを伴って配送され、高エネルギーは、エッチングすべき材料の下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーに打ち勝つのに十分なイオンエネルギーであってよい。すなわち、いくつかの実施形態では、エネルギー粒子は、多くのエネルギー粒子をすべて同時になど、多量の照射量で配送される場合、下にある材料の結合を切断し、それにより、改質された表面の下にある材料をスパッタし、ＡＬＥの自己制御的側面を最小にする。対照的に、開示する実施形態は、少ない照射量を配送することにより高エネルギーを補償するようにエネルギー粒子を配送するための照射量で、エネルギー粒子のエネルギーを変調するステップを伴う。低エネルギーＡＬＥでは、高照射量を配送することにより低エネルギーを補償する、すなわち、エネルギー粒子は、低エネルギーで配送されるが、高照射量で連続的に配送され、下にある改質されていない表面に影響を及ぼすことなく、改質された表面だけを依然として除去して、ＡＬＥの自己制御的側面だけは維持することができる。しかしながら、高エネルギーＡＬＥでは、低照射量を配送することにより高エネルギーを補償する、すなわち、エネルギー粒子は、低エネルギーＡＬＥで使用するエネルギーよりもはるかに大きい（かつ低エネルギーＡＬＥと同じ照射量で配送された場合、改質された表面よりも多く除去する）高エネルギーを伴うが、エッチングが依然として自己制御的であるような低照射量で配送される。
【０１１６】
さまざまな実施形態は、エッチングすべき材料の表面を改質するステップと、改質された表面を、除去ガスを活性化することにより生成された、減衰した照射量の活性種に暴露して、改質された表面の一部またはすべてを除去するステップとを伴う。さまざまな方法を使用して、減衰した照射量を達成することができる。減衰した照射量の活性種を提供する１つの方法は、高／低処理の間だけではなくオン／オフ処理の間にも、プラズマ電力、バイアス電圧、ガス流などをパルス化するステップを伴ってよい、時間的に分離したパルスの形で、同期した手法または非同期の手法で活性種を配送することである。減衰した照射量は、改質された表面に連続的に配送されたとき、エッチングすべき材料のスパッタしきい値エネルギーよりも大きなエネルギーを有する、効果が低減される照射量を配送することとして規定される。いくつかの事例では、スパッタしきい値は、エッチングすべき材料の表面結合エネルギーである。
【０１１７】
減衰した照射量を配送するための別の方法は、活性種のイオンフラックスを変えることによりものであり、一方、減衰なしの照射量は、表面結合エネルギーよりも大きなエネルギーを有する。減衰した照射量を配送するさらに別の例は、減衰した照射量の活性種に、改質された表面を暴露する継続時間を変えることによる。継続時間は、改質された表面を除去するのに不十分である可能性がある。たとえば、減衰した照射量の、所与の継続時間の単一パルスは、改質された表面を除去するのに不十分なことがあるが、減衰した照射量で時間をかけて配送される、同じ継続時間の２つ以上のパルスは、改質された表面を除去するのに十分なことがある。別の例は、活性種で生成されたイオンの加速度を変えることにより、改質された表面に、減衰した照射量を配送するステップを伴う。別の例は、改質された表面に活性種を特定の方向で配送するために、基板を保持する基板支持物に印加するバイアス電圧を変えることにより、減衰した照射量を配送するステップを伴う。いくつかの実施形態では、減衰した照射量は、下にある改質されていない材料をスパッタすることなく、改質された表面を除去するのに十分である。
【０１１８】
ＡＬＥを遂行するこれまでの技法は、ＡＬＥの除去動作中に基板を保持する基板支持物に印加するバイス電圧の「ＡＬＥ窓」を得て、改質された表面分子を基板から除去するのに十分なエネルギーを、改質された表面に提供するが（ＡＬＥ窓の下限）、超過する場合には改質された表面の下にある材料および／または表面の物理的スパッタリングをもたらす、改質された表面のしきい値エネルギー未満を提供する（ＡＬＥ窓の上限）ことに基づいていた。表面上の材料のスパッタリングを防止して、ＡＬＥによる除去を確実にするために、低バイアス電圧および低プラズマ電力を提供することに焦点を当てたそのような技法は、自己制御的であり、したがって、層ごとの処理で制御することができる。
【０１１９】
対照的に、開示する実施形態は、高プラズマ電力、高バイアス電圧、または両方を動作させるステップを伴う。本明細書では、基板支持物にバイアスを印加するとき、基板支持物に設定する電圧を記述するために「バイアス電力」および「バイアス電圧」という用語を交換可能に使用することを理解されたい。しきい値バイアス電力またはしきい値バイアス電圧は、基板支持物上にある基板の表面上の材料をスパッタする前に基板支持物に印加するバイアスの最大電圧を指す。したがって、しきい値バイアス電力は、エッチングすべき材料、プラズマを発生させるために使用するガス、プラズマを点火するためのプラズマ電力、およびプラズマ周波数に一部は依存する。本明細書で記述するようなバイアス電力またはバイアス電圧は、「Ｖ」または「Ｖｂ」という単位で示される電圧で測定され、この場合、ｂはバイアス（ｂｉａｓ）を指す。本明細書で記述するとき、電子ボルト（ｅＶ）は、１ボルトの電位差によって加速することにより１つの電子が獲得するエネルギーの量である。電子ボルトは、１ボルトの電位差によって加速することにより１つの電子が獲得するエネルギーの量を指す。開示する実施形態は、１％〜１０％の間のデューティサイクルなどの、低デューティサイクルのパルスで動作することができる。開示する実施形態は、活性化した除去ガスに加える高エネルギーが反発効果に打ち勝つのに十分であるので、帯電の問題に打ち勝つ。低エネルギーＡＬＥでは、より高いイアス電力を使用して反発効果に打ち勝とうとしようとすることを想定することができるが、より高いバイアス電力は、低エネルギーＡＬＥでは、暴露時間が長いために基板をスパッタする、または基板を損傷する結果となり、それにより、ＡＬＥの自己制御的特徴を失う。対照的に、高エネルギーでパルス化ＡＬＥを使用することにより、スパッタリングなしにＡＬＥの自己制御的特性を維持しながら、反発効果に打ち勝つ。
【０１２０】
以下でさらに記述する図１３に示すように、典型的には、短いデューティサイクルを用いる場合、改質された表面の除去が不完全であることが予期される。
【０１２１】
しかしながら、開示する実施形態は、高エネルギーを使用してＡＬＥを遂行するための１つの技法として、短いデューティサイクルを使用するステップを伴う。特定の理論に制限することなく、ＡＬＥの除去動作に関連する時間依存性が存在すると考えられる。
【０１２２】
この例は、シリコン表面が塩素プラズマにより改質されること、および改質された表面が、アルゴンプラズマを使用して除去することができるＳｉＣｌを有することを伴うとする。この例は、一例としてだけ提供されること、しかし以下の表現は、一般に低エネルギーＡＬＥと高エネルギーＡＬＥの両方を含むＡＬＥ用の、（塩素の代わりに）任意の適切なプラズマおよび（アルゴンプラズマの代わりに）高エネルギー種によりエッチングするための任意の適切な材料に関連することを理解されよう。
【０１２３】
Ｎ0は、基板上の表面サイトの総数を表すとする。表面サイトの総数は、次式により与えられ、
Ｎ0＝Ｎ＋Ｓ  式１
式中、Ｎは、未反応サイト（基板上にＳｉＣｌが残っているサイト）の総数を表し、Ｓは、反応したサイト（Ｓｉの下層だけが残っているサイト）の総数を表す。
【０１２４】
基板の上で塩素を脱着するための反応は、次式により与えられる。
Ｓｉ−ＳｉCl（ｓ）＋Ａｒ＋イオン→Ｓｉ（ｓ）＋ＳｉＣｌ（ｇ）  式２
【０１２５】
この化学反応式は、イオン当たりの反応の形でイオンアシスト脱着を描き、逆反応を仮定しておらず、速度効率Ｙ＝収量である。
【０１２６】
Ｆは、イオン／ｍ2・秒で与えられるイオンのフラックスであるとする。
【０１２７】
したがって、式の速度は、次式により与えられる。
【数２】
2020536393.tif 000004
【０１２８】
［Ｓ］の微分は、ｋが［Ｓ］およびｔに従属すると仮定して、時間ｔで以下の表現により与えられる。
【数３】
2020536393.tif 000005
反応した表面部分は、次式のように、θにより与えられる。
【数４】
2020536393.tif 000006
【０１２９】
式５Ａは、式５Ｂとして書き直される。式５Ｂでは、θ（ｔ）は、除去量を時間の関数として表し、式中、Ｙ（ε）は、生成物を除去するためのイオン収量であり（０ｅＶで０．１イオン）であり、それによれば、
【数５】
2020536393.tif 000007
であり、ｄは、１／ｃｍ2の単位で表した表面密度であり、Ｆは、いくつかの装置では、５０ｅＶで約１Ｅ１６／ｃｍ2秒であってよいイオンフラックスであり、ｔは、２秒動作の１０％デューティサイクルで０．２秒照射量などの、アルゴンイオンの「オン」時間である。
【０１３０】
後に以下で記述する図１２Ｂは、シリコンのＡＬＥに対して式５Ａのこの逆相関関数を使用する、サイクルあたりのエッチングのある例を示す。特定の理論に制限されることなく、より高いエネルギーで運動量移行がより効率的であることに起因して、より高いエネルギーでより少ないイオンを必要とすると考えられる。ある例を図４Ｉおよび図４Ｊに提供する。図４Ｉでは、改質された表面に加えられる５０ｅＶの低イオンエネルギーは、１３０００ｍ／秒の速度で配送されるアルゴンを使用して、改質された表面を除去し、この場合、Ｙ〜０．１ＳｉＣｌx／イオンである。それに対して、図４Ｊでは、改質された表面に加えられる３００ｅＶの高イオンエネルギーは、３３０００ｍ／秒の速度で配送されるアルゴンを使用して表面を除去し、この場合、Ｙ〜０．５ＳｉＣｌx／イオンである。したがって、低イオンエネルギーを使用して取り除くために１０個のイオンを必要とした表面では、高イオンエネルギーを使用して同じ表面を除去するために２個のイオンだけが必要である。
【０１３１】
特定の理論に制限することなく、スパッタリングは、イオンエネルギーと共に増大するが、一方では、ＳｉＣｌ表面は、下にあるＳｉ表面よりも速くエッチングし、したがって、エッチング量への寄与は、反応層を除去するまで小さい。暴露時間が非常に短い場合、除去時間の大分部の間、反応層は存在する。たとえば、図１５は、エッチング速度対アルゴンバイアスのある例を示し、それによれば、ＳｉＣｌは、すべてのエネルギーでＳｉ（１５０２）よりも速くエッチングする（１５０１）。
【０１３２】
図１６Ａは、１．５秒／サイクルで５０Ｖのバイアスを用いる低エネルギーＡＬＥのある例を示し、この例は、サイクルあたり、より平滑な表面、より長い暴露時間窓、およびより高い分解能をもたらし、その結果、下層への損傷がより少なくなる可能性がある。灰色部分は、基板上のＴＥＯＳを表す。緑色部分は、下にある材料を提示する。図１６Ｂは、高エネルギーを使用するパルス化ＡＬＥに暴露した同じ基板構造のある例を示し、この例は、類似する相乗効果を使用してより高いスループットを、５００ｅＶで２°とは対照的に５０ｅＶで８°により与えられる、より狭いイオン角度分布関数（ｉｏｎ  ａｎｇｕｌａｒ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ、ＩＡＤＦ）に起因して、改善されたアスペクト比依存性エッチング（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｅｔｃｈｉｎｇ、ＡＲＤＥ）を、より少ない帯電効果を、ならびにより少ない再堆積およびイオン散乱をもたらす。ＣＣＰ反応器で使用するために有用なことがある短いパルスの形で高エネルギーＡＬＥを達成することができる。高エネルギーＡＬＥは、より大きなイオンエネルギー窓を可能にする。
【０１３３】
開示する実施形態は、金属、金属含有材料、誘電体材料、半導体材料、絶縁材料などを含むさまざまな材料をエッチングするのに適している。限定しない例は、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、タングステン、炭素、ゲルマニウム、金属酸化物、および（窒化チタン、窒化アルミニウムなどのような）金属窒化物を含む。本明細書で提供する例は、シリコンのエッチングを対象とするが、開示する実施形態を使用して、さまざまな材料をエッチングすることができ、改質ガス化学物質、除去ガス化学物質、および処理条件は、エッチングすべき材料に依存することを理解されよう。
【０１３４】
本明細書の方法および装置は、高エネルギー原子層エッチングを遂行することを対象とする。低照射量で高エネルギーを補償することにより、高エネルギー原子層エッチング（高エネルギーＡＬＥ）を使用することができる。対照的に、低エネルギーで遂行する従来のＡＬＥ（低エネルギーＡＬＥ）は、高照射量の低エネルギーを伴う。照射量は、ＡＬＥの除去動作中に使用するイオン数として規定される。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、高エネルギーＡＬＥは、本明細書でパルス化原子層エッチングと呼ぶエッチング処理を使用して遂行することができる。いくつかの事例では、「高エネルギーＡＬＥ」および「パルス化ＡＬＥ」という用語を交換可能に使用する。単一の高エネルギーＡＬＥサイクルは、少なくとも２つの動作を、すなわち、１）連続プラズマまたはパルス化プラズマでの表面改質、および２）バイアス電力、もしくは無線周波数プラズマ電力、もしくは両方などの１つもしくは複数のパルス化エネルギー源、または格子エネルギーを使用して、改質された表面を除去する、改質された表面の除去を含む。単一の高エネルギーＡＬＥサイクルでの表面改質動作および／または除去動作のいずれかで、複数のパルスを使用してよい。たとえば、いくつかの実施形態では、除去中に、１００以上のパルスのバイアス電力パルス化を遂行してよい。除去中に、バイアス、または電力、または両方をパルス化してよく、いくつかの事例では、光子エネルギーなどの他のエネルギーを使用してよい。パルスは、バイアス電力パルス化とプラズマ電力パルス化の両方を使用するとき、同期していても、非同期であってもよい。パルス化するための周波数は、同じであっても、異なってもよい。オン／オフのパルス化、または低電力と高電力の間のパルス化、または低電圧と高電圧の間のパルス化、パルスの周波数、パルスのデューティサイクル、およびパルスの継続時間を含むパルス化条件を、改質化学物質、除去ガス化学物質、エッチングすべき材料、基板特徴輪郭、および開示する実施形態の用途に応じて注意深く調整してよい。
【０１３６】
開示する実施形態を、低エネルギーＡＬＥ処理よりも約１０倍〜約２０倍の間だけ高いイオンエネルギーを使用して、高エネルギーＡＬＥ支配期間に遂行することができる。いくつかの実施形態は、誘導結合プラズマの電力と、約１％〜約１０％の間の非常に低いデューティサイクルで基板に電圧を加えることにより印加される基板へのバイアスとのパルス化を同期させることにより遂行される。新しい処理支配期間により、約３０：１よりも大きいなどの高アスペクト比を伴う、極端に狭い特徴をエッチングすることができるようになり、ローディング効果は低く、横方向のエッチングは低減される、または排除される。
【０１３７】
パルス化ＡＬＥは、改質と除去の両方の間にパルス化を遂行するように、パルス化プラズマとイオンバイアスパルス化の両方を伴ってよい。
【０１３８】
表面改質中のパルス化は、効果的なプラズマ時間を制御することができ、改質を遂行するために使用する装置またはツールに合わせて調整することができる。除去中のパルス化を使用して、高エネルギーを使用して、改質された表面を除去することができる。いくつかの実施形態では、除去中のパルス化は、ＲＦプラズマのパルス化とバイアス電力のパルス化の両方を含んでよく、パルス化は、ＲＦプラズマ電力パルス化およびバイアス電力パルス化が同じパルス化周波数で同じデューティサイクルを使用してパルス化されるように同期してよい。
【０１３９】
パルス化エネルギーを使用するパルス化ＡＬＥは、自己制御相乗作用窓を拡張するための方法を提供する。相乗作用は、表面改質動作と除去動作の両方の相互作用に起因して、好ましいエッチングが行われることを意味する。より高いバイアス／エネルギー支配期間まで拡張された相乗作用窓は、極端に狭い３Ｄ構造に関連したイオン散乱に起因する、エッチング前面に到達するイオンエネルギー／フラックスの損失を補償することができる。したがって、高エネルギーＡＬＥは、広範囲の臨界寸法およびアスペクト比に対して、自己制御反応でサイクルあたり同じエッチングを可能にする動作支配期間を提供する。
【０１４０】
高エネルギーＡＬＥは、原子層エッチングの相乗作用挙動のための自己制御エネルギー窓を拡張する。連続イオン衝撃では、たとえばシリコンのスパッタしきい値電圧は、１００Ｖよりも大きくてよい。すなわち、１００Ｖよりも大きなバイアス電力で、シリコン表面はスパッタする。パルス化モードは、所与の周波数およびデューティサイクルでプラズマおよびイオンを発生させる。低デューティサイクルで電力／バイアスパルス化を用いると、しきい値スパッタバイアスをより高いバイアス電力に増大させることができる。したがって、バイアスパルス化は、低エネルギーＡＬＥと比較して、少なくとも１桁の大きさだけ自己制御エネルギー窓の範囲および大きさを増大させる。
【０１４１】
特定の理論に制限することなく、パルス化に伴うイオンフルエンス低減に起因してパルス化原子層エッチングが達成されると考えられる。フルエンス＝フラックス×時間であると仮定すると、フルエンスはイオンの照射量を表す。最も簡単な推定として、デューティサイクル、およびステップ時間の比により照射量の低減を計算することができる。たとえば、１０％のデューティサイクルでは、それにより照射量時間は、パルス化に伴い５秒ではなく２秒であり、その場合、フルエンスの実効的低減量は、９４％である。したがって、この例では、ウエハは、低エネルギーＡＬＥで使用する当初のイオン照射量の０．０６倍に暴露される。サイクルあたりにエッチングされる量は、イオン照射量およびイオンエネルギーに依存する。一般に、照射量を低減する結果、エッチング量はより少なくなる。特定の理論に制限することなく、より高いイオンエネルギーにすることにより、より低い照射量を補償することができると考えられる。
【０１４２】
反応性イオンエッチングと比較して、高エネルギーＡＬＥは、２つの自己制御ステップを採用して、反応物の移送および表面反応を独立に制御する。バイアスパルス化モードは、ＡＬＥの自己制御窓を再規定して、バイアス電力またはＲＦ電力がトレンチサイズおよびアスペクト比と無関係な、ＡＬＥにより３Ｄ構造をエッチングするための支配期間を提供する。提供する実施形態は、ブランケットとパターン形成された基板の両方でエッチングするのに適している。いくつかの実施形態では、高エネルギーＡＬＥのバイアス窓は、鋭くない最大値を有してよく、その結果、スパッタリングを引き起こすことなく高エネルギーＡＬＥで使用する最大バイアス電圧は、単一の設定値ではなく、ある範囲の値にある。
【０１４３】
開示する実施形態は、エッチングが実質的に自己制御的になる電圧の範囲と呼ばれるＡＬＥエネルギー窓を拡張する。いくつかの実施形態では、ＡＬＥエネルギー窓は、サイクルあたりのエッチング対電圧のグラフを評価することにより決定され、いくつかの実施形態では、サイクルあたりのエッチングのどこが平たん域であるかを識別することを伴い、エネルギー窓は、平たん域の値の±約１０％として計算される。いくつかの実施形態では、これは、正の傾きが０の傾き（最小値）になり、かつ０の傾きが正の傾き（最大値）になる変曲点を決定することにより遂行することができる。いくつかの実施形態では、ＡＬＥエネルギー窓は、基板をスパッタすることなく、材料の改質された表面を除去するために基板に印加することができる電圧の範囲である。電圧の範囲は、改質された表面上に十分なエネルギーを提供して、改質された材料を除去するために必要な最小電圧である最小電圧、および除去ガスが基板をスパッタする前に基板が耐えることができる最大電圧である最大電圧を含む。
【０１４４】
低エネルギーＡＬＥでは、スパッタリングにより引き起こされる基板への損傷を防止するために、より低くなる傾向がある、バイアス窓のバイアス電圧の範囲は、典型的にはより狭くなる。デューティサイクルを変え、したがって、除去ガスに印加するエネルギーの継続時間を変更することにより、デューティサイクルが低減し、その結果、エネルギーに暴露する継続時間が低減するにつれ、低エネルギーＡＬＥ中に使用するバイアス電圧よりも基板に印加することができるバイアス電圧が最大１０倍〜２０倍まで大きくすることができるようにバイアス窓の範囲および振幅は増大する。除去中に除去ガスに対して、より大きなエネルギーを使用することにより、損傷がより大きくなり、したがって、バイアス電圧またはＲＦプラズマ電力を低減することによってエネルギーの量を低減することにより、損傷を低減しようと試みることが一般に期待されてよい。しかしながら、特定の理論に制限することなく、改質化学物質、除去ガス化学物質、および基板材料化学物質の組ごとに時間をかけて費やしたエネルギー量を使用して、改質された材料を除去するためのバイアス窓を提供することが考えられる。低エネルギーＡＬＥでは、バイアス電力に対する一定の制限によりスパッタリングが防止されることが観察される。しかしながら、高エネルギーＡＬＥでは、バイアス電力は、バイアスが時間をかけてパルの形で加えられるので、低エネルギーＡＬＥで使用するバイアス電力よりも最大１０倍〜２０倍大きくすることができる。いくつかの実施形態では、高エネルギーＡＬＥをパルスの形で遂行しながら、他の技法を使用して、ＡＬＥ中に高エネルギーを加えてよいことに留意されたい。高エネルギーＡＬＥで使用するバイアス電力で、低エネルギーＡＬＥは、スパッタリングをもたらすが、その一方で、高エネルギーＡＬＥは、時間をかけて高バイアス電力を分離し、それにより、基板に対するどんなスパッタリングも防止する。改質化学物質、除去ガス化学物質、およびエッチングすべき材料に依存するとき、印加するエネルギーと時間（たとえば、デューティサイクル）とフラックスの組合せを修正して、開示するある種の実施形態を使用してバイアス窓を最大化することができる。
【０１４５】
開示する実施形態は、詳細にはＦｉｎＦＥＴの用途で特徴をエッチングするのに適していることがある。図２は、例示的ＦｉｎＦＥＴ構造（フィン形状の電界効果トランジスタ）２００を示す。基板２０２は、半導体基板であってよい。この構造では、表面２１４ａおよび２０４ａは、ソース領域に対応し、一方では、２１４ｂおよび２０４ｂは、トレイン領域に対応する。ライナ２１２は、酸化ケイ素などの絶縁材料２３０から基板２０２の半導体材料を分離する。薄いゲート誘電体層２０６ｂおよび２０６ａは、絶縁材料２３０の全面にわたって堆積させられてよく、スペーサ２１０、ゲート電極２０８、およびゲート電極障壁２０８ａを含むゲートから絶縁材料２３０を分離してよい。ゲートの最上部の全面にわたって電気接点２５０を形成する。開示するある種の実施形態を使用して、基板２０２内に形成されたトレンチに関して最小深さローディングを伴うフィン／浅いトレンチ分離を画定することができる。追加で、開示するある種の実施形態は、ゲート電極堆積のためのダミーゲート除去に適していることがある。
【０１４６】
図３Ａおよび図３Ｂは、開示するある種の実施形態に従って遂行される方法の動作を描く処理の流れ図である。図３Ａおよび図３Ｂの動作を、約１ｍトール〜約１００トールの間の、たとえば約５０ｍトールなどの約１ｍトール〜約１トールの間のチャンバ圧力で遂行してよい。図３Ａおよび図３Ｂの動作を、約０℃〜約１２０°の間の基板温度で遂行してよい。
【０１４７】
以下の議論では、図３Ａの動作３０２、３０４、３０６、３１０、および３１２は、図３Ｂの動作３０２、３０４、３０６、３１０、および３１２に対応してよい、および／またはそれらと同じであってよいことが理解されよう。動作３０２で、処理反応チャンバに基板を提供する。基板は、誘電体、基板の上に堆積した伝導性材料、または半導体材料などの材料からなる１つまたは複数の層を有するウエハを含むシリコンウエハ、たとえば２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または４５０ｍｍウエハであってよい。パターン形成された基板は、狭い、および／または凹角の開口部、特徴内部の狭窄部、ならびに高アスペクト比のうち１つまたは複数により特徴づけられてよい、ビアまたは接触孔などの「特徴」を有してよい。上述の層の１つまたは複数の中に特徴を形成してよい。特徴の一例は、半導体基板内の孔もしくはビア、または基板上の層である。別の例は、基板または層内のトレンチである。さまざまな実施形態では、特徴は、障壁層または接着層などの下層を有してよい。下層の限定しない例は、誘電体層および伝導層、たとえば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および金属の層を含む。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、基板には特徴がまったくなく、基板の表面は、材料のブランケット層である。いくつかの実施形態では、基板は、さまざまなサイズの特徴を含む。さまざまな実施形態では、開示する実施形態を遂行することにより製作される基板のタイプは、開示する実施形態を遂行する前の基板上の特徴のアスペクト比に依存することがある。いくつかの実施形態では、動作３０１で提供される基板上の特徴は、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約６：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約３０：１、またはそれよりも高いアスペクト比を有してよい。特徴はまた、開口部に近い寸法を、たとえば、約５ｎｍ〜５００ｎｍの間の、たとえば約２５ｎｍ〜約３００ｎｍの間の開口部直径または線幅を有することがある。開示する方法を、約２０ｎｍ未満の開口部を有する特徴を伴う基板上で遂行してよい。
【０１４９】
ビア、トレンチ、または他の凹状特徴を、充填されていない特徴または特徴と呼ぶことがある。さまざまな実施形態によれは、特徴輪郭は、徐々に狭くなることがある、および／または特徴開口部に張り出し部を含むことがある。凹角の輪郭は、特徴の最下部、閉じた端部、または内部から特徴開口部に至るまで狭くなる輪郭である。凹角の輪郭は、パターン形成中の非対称エッチング動力学により、および／または拡散障壁の堆積などの先行する膜堆積での、非等角な膜段差被覆性によるオーバーハンギングにより、生成されることがある。さまざまな例では、特徴は、特徴の最上部にある開口部で、特徴の中央部および／または最下部の幅よりも小さな幅を有することがある。
【０１５０】
動作３０４で、少なくとも基板の表面で改質するのに十分な継続時間の間、基板を改質ガスに暴露する。動作３０４でチャンバの中にエッチングガスを導入する。本明細書で記述するように、チャンバの中に材料を導入する動作でプラズマを使用する原子層エッチングを伴ういくつかの実施形態では、ウエハの基板を処理する前に、チャンバの中に化学物質を導入することにより、反応器またはチャンバを安定化させてよい。チャンバを安定化させるステップは、安定化の後に続く動作で使用する化学物質と同じ流量、圧力、温度、および他の条件を使用してよい。いくつかの実施形態では、チャンバを安定化させるステップは、異なるパラメータを伴ってよい。いくつかの実施形態では、動作３０４の間、Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅなどのキャリアガス、およびそれらの組合せを連続して流す。いくつかの実施形態では、除去中にだけキャリアガスを使用する。以下で記述するように、いくつかの動作でキャリアガスをパージガスとして使用してよい。
【０１５１】
改質動作は、後続の除去動作で、改質されていない材料よりも容易に除去される厚さを伴う薄い反応性表層を形成する。改質動作では、チャンバの中に塩素を導入することにより基板を塩素化してよい。開示する実施形態では、塩素を例示的エッチング液種として使用するが、いくつかの実施形態では、チャンバの中に異なるエッチングガスを導入することを理解されよう。エッチングすべき基板のタイプおよび化学的性質に応じてエッチングガスを選択してよい。いくつかの実施形態では、プラズマを点火してよく、塩素は、エッチング処理の間、基板と反応する。いくつかの実施形態では、塩素は、基板と反応してよい、または基板の表面の上に吸収されてよい。さまざまな実施形態では、塩素は、ガス状の形態でチャンバの中に導入され、任意選択で、上記で記述したキャリアガスのいずれかであってよいキャリアガスを伴ってよい。塩素プラズマから生成される種は、基板を収容する処理チャンバ内でプラズマを形成することにより直接生成することができる、または基板を収容していない処理チャンバ内で遠隔に生成することができ、基板を収容する処理チャンバの中に供給することができる。いくつかの実施形態では、プラズマを使用せず、チャンバの中に塩素を熱的に導入してよい。
【０１５２】
さまざまな実施形態では、プラズマは、誘導結合プラズマであっても、容量結合プラズマであってもよい。誘導結合プラズマを約５０Ｗ〜約２０００Ｗの間のプラズマに設定してよい。いくつかの実施形態では、約０Ｖ〜約５００Ｖの間でバイアスを印加してよい。
【０１５３】
さまざまな実施形態では、プラズマを点火して、基板表面の改質を促進する。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマチャンバ内で改質ガスを点火して、プラズマ種を発生させ、次いで、基板を収容する処理チャンバにプラズマ種を配送する。いくつかの実施形態では、処理チャンバ内部で改質ガスを点火する。
【０１５４】
さまざまな実施形態では、動作３０４の間にプラズマをパルス化してよい。プラズマ電力が約５０Ｗ〜約２０００Ｗの間にあるオン状態とプラズマ電力が０Ｗのオフ状態との間でプラズマをパルス化してよい。いくつかの実施形態では、プラズマ電力が約１０Ｗ〜約１００Ｗの間にある低い状態とプラズマ電力が約９００Ｗから約１５００Ｗの間にある高い状態との間でプラズマをパルス化してよい。
【０１５５】
約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間のパルス化周波数でパルス化を遂行してよい。改質ガスのプラズマパルス化のデューティサイクルは、約１％〜約２０％の間であってよい。パルス化は、それぞれ継続時間Ｔ続いてよい周期の繰返しを伴ってよいことを理解されよう。継続時間Ｔは、所与の周期の間に、パルスオン時間の継続時間（プラズマがオン状態にある継続時間）およびオフ時間の継続時間（プラズマがオフ状態にある継続時間）を含む。パルス周波数は、１／Ｔと理解される。たとえば、パルス化周期Ｔ＝１００μｓでは、周波数は、１／Ｔ＝１／１００μｓ、すなわち１０ｋＨｚである。デューティサイクルまたはデューティ比は、デューティサイクルまたはデューティ比がパルスオン時間／Ｔになるように、エネルギー源がオン状態にある、周期Ｔ内の割合またはパーセンテージである。たとえば、パルス化周期Ｔ＝１００μｓでは、（ある周期内でエネルギー源がオン状態にある継続時間が７０μｓになるように）パルスオン時間が７０μｓであり、かつ（ある周期内でエネルギー源がオフ状態にある継続時間が３０μｓになるように）パルスオフ時間が３０μｓである場合、デューティサイクルは７０％である。
【０１５６】
図４Ｈは、３％、１０％、４０％、および１００％（１００％は、十分な相乗作用を伴うが、連続する低エネルギーでＡＬＥが遂行される）を含む、ＡＬＥサイクルで使用してよい、さまざまなデューティサイクルの例を提供する。Ａｒがオンになったときの、対応する「オン」時間を、図４Ｈの概略図で提供する。
【０１５７】
いくつかの実施形態では、プラズマをパルス化して、より高いエネルギーを改質ガスに配送できるようにする。いくつかの実施形態では、プラズマをパルス化して、プラズマを発生させるために使用する装置が、装置の限界に対処するある種の条件で動作できるようにしてよい。たとえば、連続する短い継続時間の間にプラズマ電力を配送することができない装置では、全プラズマオン時間が、連続する短い継続時間と同じになるように、連続する短い継続時間内に配送される照射量を、より長い期間にわたり複数のパルスに分離することにより、基板表面上の活性サイトの大部分またはすべてを改質するのに十分なプラズマ電力の配送が容易になる。たとえば、塩素がシリコン表面を連続して改質するために必要な時間の最小量は４００ｍｓであるが、装置はそのような連続する短い継続時間の間に塩素ガスを配送し、プラズマ電力を加えることができない場合、連続する塩素ガスの流れ、ならびに１００ｍｓのプラズマ電力のパルスとプラズマ電力なしの４００ｍｓとからなる４サイクル使用して、４００ｍｓの継続時間を２秒にわたって加えることができる。
【０１５８】
動作３０６で、任意選択で処理チャンバをパージして、基板表面を改質しなかった過剰な改質ガス分子を除去する。パージ動作で、表面に結合していない活性塩素種を処理チャンバから除去してよい。これは、吸収された層を除去することなく処理チャンバをパージおよび／または排気して、活性種を除去することにより行うことができる。塩素プラズマ内で発生した種は、任意選択でチャンバのパージングおよび／または排気と組み合わせて、単にプラズマを停止し、残りの種の崩壊を可能にすることにより除去することができる。Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、およびそれらの組合せなどの任意の不活性ガスを使用して、パージングを行うことができる。
【０１５９】
動作３０８ａで、活性化ガスを基板に配送し、活性化源を使用して、活性化ガスから活性種を発生させ、活性種を使用して、改質された表面を除去する。動作３０８ａで、ＲＦプラズマ電力、バイアス電力、光子、または基板をエッチングする他のエネルギー源などのエネルギー源をパルス化することにより加えてよい高エネルギー照射量の活性種に基板を暴露する。いくつかの実施形態では、動作３０８ａの間、１つのＡＬＥサイクルで２つ以上の高エネルギー照射量を提供する。高エネルギー照射量は、改質された表面をスパッタするためのしきい値エネルギーよりも大きなエネルギーを伴って、単一のエネルギー照射量を使用して、改質された表面を除去するのに不十分な継続期間の間、提供される。活性化ガスは、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、もしくはそれらの組合せなどの不活性ガスまたは希ガスであってよい。いくつかの実施形態では、単一の高エネルギー照射量のエネルギーは、スパッタしきい値エネルギーよりも少なくとも２倍〜少なくとも１５倍大きい。たとえば、いくつかの実施形態では、開示する実施形態を使用してシリコンをエッチングするために、高エネルギー照射量は、６５Ｖの例示的しきい値スパッタバイアス電力と比較して、少なくとも１５０ｅＶの、または少なくとも５００ｅＶの、または少なくとも１０００ｅＶの、または１００ｅＶ〜約１５００ｅＶの間のバイアス電力で提供される。
【０１６０】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のエネルギー源はパルス化され、一方では、１つまたは複数のエネルギー源は連続して放出される。たとえば、いくつかの実施形態では、バイアスがパルス化される間、ＲＦプラズマ電力は連続している。いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力はパルス化され、バイアス電力はパルス化される。いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力はパルス化され、バイアス電力は連続している。さまざまな実施形態では、電力をパルス化する場合、オン状態とオフ状態の間で、または低い状態と高い状態の間でパルス化を遂行してよい。
【０１６１】
周波数およびデューティサイクルを含む、プラズマ電力およびバイアス電力のパルス化条件は、エッチングすべき材料に依存する。改質ガスとして塩素を使用してシリコンをエッチングするために、以下の範囲を使用してよい。ＲＦプラズマ電力については、オン状態とオフ状態の間でパルス化するとき、オン状態の間の電力は、約５０Ｗ〜約９００Ｗの間であってよい。ＲＦプラズマ電力については、低電力と高電力の間でパルス化するとき、高電力の間の電力は、約９００Ｗ〜約１５００Ｗの間であってよく、低電力の間の電力は、約１０Ｗ〜約１００Ｗの間であってよい。バイアス電力については、オン状態とオフ状態の間でパルス化するとき、バイアス電力は、低エネルギーＡＬＥのバイアス電力よりも約１０倍〜約２０倍高くてよい。シリコンのエッチングについては、オン状態のバイアス電力は、約１％〜約１０％の間のデューティサイクルに対して、約１００Ｖ〜約１５００Ｖの間であってよい。バイアス電力については、高電力と低電力の間でパルス化するとき、高電力のバイアス電力は、約１％〜約１０％間のデューティサイクルに対して、約５００Ｖ〜約１５００Ｖの間であってよく、低電力は、約１％〜約１０％の間のデューティサイクルに対して、約１００Ｖ〜約３００Ｖの間であってよい。いくつかの実施形態では、バイス電力およびＲＦプラズマ電力を１つのＡＬＥサイクルの間に少なくとも１００回パルス化する。
【０１６２】
一例では、シリコンをエッチングするために、以下の処理条件を使用してよい。
表１．シリコンの高エネルギーＡＬＥ用の例示的処理条件
【表１】
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【０１６３】
いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力は連続しており、一方では、バイアス電力は、オン状態とオフ状態の間でパルス化される。いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力は連続しており、一方では、バイアス電力は、高電力と低電力の間でパルス化される。いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力は、オン状態とオフ状態の間でパルス化され、一方では、バイアス電力は、オン状態とオフ状態の間でパルス化される。いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力は、高電力と低電力の間でパルス化され、一方では、バイアス電力は、オン状態とオフ状態の間でパルス化される。いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力は、オン状態とオフ状態の間でパルス化され、一方では、バイアス電力は、高電力と低電力の間でパルス化される。いくつかの実施形態では、ＲＦプラズマ電力は、高電力と低電力の間でパルス化され、一方では、バイアス電力は、高電力と低電力の間でパルス化される。いくつかの実施形態では、高バイアス電力は、最大で、スパッタリングなしに、改質された表面を除去するのに十分なエネルギーを提供するための最大バイアス電力であってよく、低バイアス電力は、所与のＲＦプラズマ電力およびデューティサイクルで、改質された表面を除去するのに十分なエネルギーを提供するための最小バイアス電力と同じくらい低くてよい。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、ＲＦ電力およびバイアス電力のパルス化は、同期してよく、その結果、ＲＦ電力は、バイアス電力がオンのときにオンであり、バイアス電力がオフのときにオフである、またはＲＦ電力は、バイアス電力が高いときにオンであり、バイアス電力が低いときにオフである、またはＲＦ電力は、バイアス電力がオンのときに高く、バイアス電力がオフのときに低い、またはＲＦ電力は、バイアス電力が高いときに高く、バイアス電力が低いときに低い。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、ＲＦ電力およびバイアス電力のパルス化は、非同期であってよく、その結果、ＲＦ電力は、バイアス電力がオンのときにオフであり、バイアス電力がオフのときにオンである、またはＲＦ電力は、バイアス電力が高いときにオフであり、バイアス電力が低いときにオンである、またはＲＦ電力は、バイアス電力がオンのときに低く、バイアス電力がオンのときに高い、またはＲＦ電力は、バイアス電力が高いときに低く、バイアス電力が低いときに高い。いくつかの実施形態では、ＲＦ電力をパルス化する周波数およびバイアス電力をパルス化する周波数は同じである。いくつかの実施形態では、ＲＦ電力をパルス化する周波数およびバイアス電力をパルス化する周波数は異なる。
【０１６６】
約２００Ｈｚなどの約１０Ｈｚ〜約２００Ｈｚの間のパルス化周波数でパルス化を遂行してよい。活性化ガスのプラズマパルス化のデューティサイクルは、約１％〜約１０％の間であってよい。さまざまな実施形態では、デューティサイクルを低減することにより、バイアス窓の範囲および大きさが増大し、その結果、より低いデューティサイクルは、より広いバイアス窓および許容範囲の、基板に印加するより大きなバイアス電力をもたらす。
【０１６７】
図３Ｂでは、動作３０８ｂで、改質された表面を高エネルギーのエネルギー粒子に暴露して、改質された表面をエッチングする。エネルギー粒子は、エッチングすべき材料の下にある改質されていない表面の平均表面結合エネルギーよりも大きなイオンエネルギーを有してよい。動作３０８ａについて上記で記述したように、高エネルギーのエネルギー粒子をパルスの形で基板に配送してよい。いくつかの実施形態では、エネルギー粒子は、下にある改質されていない材料を著しくスパッタすることはない。たとえば、エネルギー粒子により除去中にスパッタされる、下にある改質されていない材料の量は、１サイクルでエネルギー粒子により除去される材料の総量の約１０％未満である。
【０１６８】
さまざまな実施形態では、動作３０８ｂは、低イオンエネルギーに暴露された場合に改質される表面の少なくとも８０％を除去するのに不十分な継続時間の間、改質された表面を暴露するステップを伴う。
【０１６９】
動作３１０で、任意選択でチャンバをパージして、過剰な活性化ガス、および動作３０８ａまたは３０８ｂの除去動作から得られる反応副産物を除去する。
【０１７０】
動作３１２で、任意選択で動作３０４〜３１０を周期的に繰り返す。さまざまな実施形態では、改質動作および除去動作を、約１サイクル〜約２００サイクル、または約１サイクル〜約１５０サイクル、または約１サイクル〜約７０サイクル、または約１サイクル〜約４０サイクル、または約１サイクル〜約３０サイクル、または約１サイクル〜約２０サイクルなど、周期的に繰り返してよい。所望の量の膜をエッチングするために、任意の適切な回数のＡＬＥサイクルを含んでよい。いくつかの実施形態では、ＡＬＥを周期的に遂行して、基板上の層の表面の約１Å〜約５０Åをエッチングする。いくつかの実施形態では、ＡＬＥのサイクルは、基板上の層の表面の約２Å〜約５０Åをエッチングする。
【０１７１】
さまざまなタイミング概略図の例を図４Ａ〜図４Ｇに描く。これらの図では、ＲＦプラズマは、表面改質中にオフであるとして描かれているが、一方では、さまざまな実施形態では、プラズマは、表面改質中にオンになる。図４Ａ〜図４Ｇの例のすべてでは、改質ガスは、表面改質の間にオンで一定しており、パージ段階および除去の間にオフになり、除去ガスは、除去の間にオンで一定しており、パージ段階および除去の間にオフになる。図に描かれていないが、エッチングサイクル中にキャリアガスを連続して流してよいことを理解されよう。いくつかの実施形態では、パージ段階のガスは、除去ガスと同じであり、したがって、パージ段階の間に除去ガスをオンにしてよく、一方では、プラズマもバイアス電力も配送されない（図示せず）。
【０１７２】
図４Ａは、表面改質、パージ、除去、およびパージからなる２つのエッチングサイクルを示し、この場合、バイアス電力は、除去動作中にオンとオフの間でパルス化され、一方では、ＲＦプラズマは、除去動作中に一定である。１つのＡＬＥサイクル内の除去中にバイアス電力について４つのオンパルスだけを描くが、一方では、複数のパルスを、１％〜１０％の間などのさまざまなデューティサイクルで使用してよい。
【０１７３】
図４Ｂは、表面改質、パージ、除去、およびパージからなる２つのエッチングサイクルを示し、この場合、バイアス電力は、除去動作の間に低電力と高電力の間でパルス化され、一方では、ＲＦプラズマは、除去動作の間に一定である。１つのＡＬＥサイクル内の除去中にバイアス電力について４つの高電力パルスだけを描くが、一方では、複数のパルスを、１％〜１０％の間などのさまざまなデューティサイクルで使用してよい。
【０１７４】
図４Ｃは、表面改質、パージ、除去、およびパージからなる２つのエッチングサイクルを示し、この場合、バイアス電力は、除去動作中にオンとオフの間でパルス化され、一方では、ＲＦプラズマは、同じく除去動作の間にオンとオフの間でパルス化される。１つのＡＬＥサイクル内の除去中に４つのオンパルスだけを描くが、一方では、複数のパルスを、１％〜１０％の間などのさまざまなデューティサイクルで使用してよい。この例では、ＲＦパルス化およびバイアス電力パルス化は、同じ周波数およびデューティサイクルで同期している。
【０１７５】
図４Ｄは、表面改質、パージ、除去、およびパージからなる２つのエッチングサイクルを示し、この場合、バイアス電力は、除去動作中に高電力と低電力の間でパルス化され、一方では、ＲＦプラズマは、同じく除去動作中にオンとオフの間でパルス化される。１つのＡＬＥサイクル内の除去中に４つのパルスだけを描くが、一方では、複数のパルスを、１％〜１０％の間などのさまざまなデューティサイクルで使用してよい。この例では、ＲＦパルス化およびバイアス電力パルス化は、同じ周波数およびデューティサイクルで同期している。
【０１７６】
図４Ｅは、表面改質、パージ、除去、およびパージからなる２つのエッチングサイクルを示し、この場合、バイアス電力は、除去動作中にオンとオフの間でパルス化され、一方では、ＲＦプラズマは、同じく除去動作中に高電力と低電力の間でパルス化される。１つのＡＬＥサイクル内の除去中に４つのパルスだけを描くが、一方では、複数のパルスを、１％〜１０％の間などのさまざまなデューティサイクルで使用してよい。この例では、ＲＦパルス化およびバイアス電力パルス化は、同じ周波数およびデューティサイクルで同期している。
【０１７７】
図４Ｆは、表面改質、パージ、除去、およびパージからなる２つのエッチングサイクルを示し、この場合、バイアス電力は、除去動作中に高電力と低電力の間でパルス化され、一方では、ＲＦプラズマは、同じく除去動作中に高電力と低電力の間でパルス化される。１つのＡＬＥサイクル内の除去中に４つのパルスだけを描くが、一方では、複数のパルスを、１％〜１０％の間などのさまざまなデューティサイクルで使用してよい。この例では、ＲＦパルス化およびバイアス電力パルス化は、同じ周波数およびデューティサイクルで同期している。
【０１７８】
図４Ｇは、表面改質、パージ、除去、およびパージからなる２つのエッチングサイクルを示し、この場合、バイアス電力は、除去動作中にオンとオフの間でパルス化され、一方では、ＲＦプラズマは、同じく除去動作の間にオンとオフの間でパルス化される。１つのＡＬＥサイクル内の除去中に４つのバイアス電力パルスだけ（および３つのＲＦプラズマパルスだけ）を描くが、一方では、複数のパルスを、１％〜１０％の間などのさまざまなデューティサイクルで使用してよい。この例では、ＲＦパルス化およびバイアス電力パルス化は非同期であり、その結果、バイアス電力は、ＲＦプラズマがオフのときにオンであり、ＲＦプラズマがオンのときにオフであるが、同じ周波数を伴う。
【０１７９】
図４Ａ〜図４Ｇは、さまざまなパルス化ＡＬＥ実施形態でのパルスタイミングの例だけを提供する。開示するある種のパルス化ＡＬＥ実施形態で、多くの変形形態を使用してよいことを理解されよう。
【０１８０】
本明細書では、エッチング選択性を達成するための実施形態を提供する。たとえば、エッチング選択性は、エッチングすべき材料、使用する除去ガスおよび改質ガス、ならびにオン状態中にパルスで使用するバイアス電力に依存し、その結果、より低いバイアス電力で、２つの材料の間でより高い選択性が観察されることがあり、一方では、より高いバイアス電力で、２つの材料の間でより低い選択性が観察されることがある。開示する実施形態は、自己制御パルス化ＡＬＥを動作させるためのバイアス窓を拡張するので、これにより、パルス化ＡＬＥ中にさまざまなバイアス電力を使用して一方の材料のエッチング選択性を別の材料のエッチング選択性と比較して調整して、所望のエッチング特性、およびいくつかの実施形態では特徴輪郭を得ることができるようになる。
【０１８１】
装置
次に、ある種の実施形態では原子層エッチング（ＡＬＥ）に適していることがある誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ、ＩＣＰ）反応器について記述する。そのようなＩＣＰ反応器はまた、事実上、全体が参照により本明細書に組み入れられる、「ＩＭＡＧＥ  ＲＥＶＥＲＳＡＬ  ＷＩＴＨ  ＡＨＭ  ＧＡＰ  ＦＩＬＬ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ（複数のパターンを形成するためのＡＨＭギャップ充填を伴う像反転）」と題する、２０１３年１２月１０日に提出された米国特許出願公開第２０１４／０１７０８５３号明細書で記述されている。本明細書でＩＣＰ反応器について記述するが、いくつかの実施形態では、容量結合プラズマ反応器もまた使用してよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、電子サイクロトロン共鳴プラズマを使用してよい。
【０１８２】
図５は、本明細書のある種の実施形態を実装するのに適している誘導結合プラズマエッチング装置５００の横断面図を概略的に示し、その実施形態のある例は、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐ．（ラムリサーチ株式会社）が製造するＫｉｙｏ（登録商標）反応器である。誘導結合プラズマ装置５００は、チャンバ壁５０１および窓５１１により構造上画定される総合処理チャンバ５０１を含む。ステンレス鋼またはアルミニウムからチャンバ壁５０１を製作してよい。石英または他の誘電体材料から窓５１１を製作してよい。任意選択の内部プラズマグリッド５５０は、総合処理チャンバ５０１を上部サブチャンバ５０２および下部サブ処理チャンバ５０３に分割する。大部分の実施形態では、プラズマグリッド５５０は、除去されることがあり、それにより、サブチャンバ５０２および５０３からなるチャンバ空間が利用される。チャック５１７は、下部サブチャンバ５０３内部で最下部内面近くに位置決めされる。チャック５１７は、エッチング処理および堆積処理が遂行される半導体ウエハ５１９を受け取り、保持するように構成される。チャック５１７は、ウエハ５１９が存在するときにウエハ５１９を支持するための静電チャックとすることができる。いくつかの実施形態では、縁部リング（図示せず）は、チャック５１７を取り囲み、ウエハ５１９がチャック５１７の上に存在するとき、ウエハ５１９の最上部表面と共にほぼ平面状の上面を有する。チャック５１７はまた、ウエハのチャッキングおよびデチャッキング用の静電電極を含む。この目的のために、フィルタおよびＤＣクランプ電源（図示せず）を提供してよい。さらにまた、チャック５１７から離してウエハ５１９を持ち上げるための他の制御システムを提供することができる。チャック５１７は、ＲＦ電源５２３を使用して電気的に充電することができる。ＲＦ電源５２３は、接続５２７を通して整合回路５２１に接続される。バイアス電力をチャック５１７に加えて、基板にバイアスをかけてよい。さまざまな実施形態では、バイアス電力を、０Ｖ（バイアスなし）〜約２０００Ｖの間、または０Ｖ〜１８００Ｖの間、または０Ｖ〜１５００Ｖの間、または５００Ｖ〜約１５００Ｖの間の値に設定してよい。整合回路５２１は、接続５２５を通してチャック５１７に接続される。このようにして、ＲＦ電源５２３は、チャック５１７に接続される。
【０１８３】
プラズマを発生させるための要素は、窓５１１の上方に位置決めされたコイル５３３を含む。いくつかの実施形態では、開示する実施形態でコイルを使用しない。コイル５３３は、導電性材料から製作され、少なくとも完全な１巻きを含む。図５に示すコイル５３３の例は、３巻きを含む。コイル５３３の横断面を記号付きで示し、「Ｘ」を有するコイルは、回転してページの中に伸長し、「●」を有するコイルは、回転してページから外に伸長する。プラズマを発生させるための要素はまた、コイル５３３にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源５４１を含む。一般に、ＲＦ電源５４１は、接続５４５を通して整合回路５３９に接続される。整合回路５３９は、接続５４３を通してコイル５３３に接続されている。このようにして、ＲＦ電源５４１は、コイル５３３に接続される。ＲＦ電源５４１は、改質動作中に１％〜約２０％の間のデューティサイクルを使用して１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの間の周波数でパルス化されるように、および／またはＡＬＥサイクルの除去動作中に１％〜約２０％の間のデューティサイクルを使用して１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの間の周波数でパルス化されるように構成されてよい。任意選択のファラデー遮蔽５４９を、コイル５３３と窓５１１の間に位置決めする。ファラデー遮蔽５４９は、コイル５３３に対して空間的に離した関係で維持される。ファラデー遮蔽５４９は、窓５１１の真上に配置される。コイル５３３、ファラデー遮蔽５４９、および窓５１１は、それぞれ互いに実質的に平行になるように構成される。ファラデー遮蔽は、金属または他の種がプラズマチャンバ５０１の誘電体窓上に堆積するのを防止してよい。
【０１８４】
処理ガス（たとえば、塩素、アルゴン、酸素など）を、上部チャンバ５０２内に位置決めされた主ガス流注入口５６０を通して、および／または１つまたは複数の側面ガス流注入口５７０を通して、処理チャンバ５０１の中に流してよい。同様に、明示的に示されていないが、類似のガス流注入口を使用して、容量結合プラズマ処理チャンバに処理ガスを供給してよい。真空ポンプ、たとえば、１段または２段の機械式ドライポンプおよび／またはターボ分子ポンプ５４０を使用して、処理チャンバ５０１から外に処理ガスを抜き取り、処理チャンバ５０１内部の圧力を維持してよい。たとえば、ポンプを使用して、ＡＬＥのパージ動作中にチャンバ５０１を排気してよい。弁制御導管を使用して、真空ポンプにより提供される真空環境の適用を選択的に制御するように、処理チャンバ５０１に真空ポンプを流体的に接続してよい。これは、稼働中のプラズマ処理の間に絞り弁（図示せず）または振り子弁（ｐｅｎｄｕｌｕｍ  ｖａｌｖｅ）（図示せず）などの閉ループ制御流量制限機器を採用して行われてよい。同様に、容量結合プラズマ処理チャンバへの真空ポンプおよび弁制御流体接続をさらにまた使用してよい。
【０１８５】
装置の動作中、ガス流注入口５６０および／または５７０を通して１つまたは複数の処理ガスを供給してよい。ある種の実施形態では、主ガス流注入口５６０だけを通して、または側面ガス流注入口５７０だけを通して、処理ガスを供給してよい。いくつかの事例では、図に示すガス流注入口を、より複雑なガス流注入口と、たとえば１つまたは複数のシャワーヘッドと交換してよい。ファラデー遮蔽５４９および／または任意選択のグリッド５５０は、チャンバ５０１に処理ガスを配送できるようにする内部チャネルおよび孔を含んでよい。ファラデー遮蔽５４９と任意選択のグリッド５５０のいずれか、または両方は、処理ガスを配送するためのシャワーヘッドの役割を果たしてよい。いくつかの実施形態では、液体気化および配送システムをチャンバ５０１の上流に配置してよく、その結果、液体反応物または前駆物質が気化されると、気化した反応物または前駆物質をガス流注入口５６０および／または５７０を介して処理チャンバ５０１の中に導入する。例示的液体前駆物質は、ＳｉＣｌ4およびシリコンアミドを含む。
【０１８６】
ＲＦ電源５４１からコイル５３３に無線周波数電力を供給して、コイル５３３を通してＲＦ電流を流す。コイル５３３を通して流れるＲＦ電流は、コイル５３３の周りに電磁場を発生させる。電磁場は、上部サブチャンバ５０２内部に誘導電流を発生させる。発生したさまざまなイオンおよび基とウエハ５１９の物理的および化学的な相互作用により、ウエハの特徴を選択的にエッチングし、ウエハ上に層を選択的に堆積させる。
【０１８７】
上部サブチャンバ５０２と下部サブ処理チャンバ５０３の両方が存在するようにプラズマグリッドを使用する場合、誘導電流は、上部サブチャンバ５０２内に存在するガスに作用して、上部サブチャンバ５０２内に電子−イオンプラズマを発生させる。任意選択の内部プラズマグリッド５５０は、下部サブチャンバ５０３内の熱い電子の量を制限する。いくつかの実施形態では、下部サブチャンバ５０３内に存在するプラズマがイオン−イオンプラズマになるように装置を設計し、動作させる。
【０１８８】
上部の電子−イオンプラズマと下部のイオン−イオンプラズマの両方は、正イオンおよび負イオンを包含してよいが、イオン−イオンプラズマは、より大きな負イオン：正イオンの比を有する。下部サブチャンバ５０３からポート５２２を通して揮発性エッチングおよび／または堆積副産物を除去してよい。本明細書で記述するチャック５１７は、基板を処理して、タンタルをエッチングするために、約−２００℃〜約６００℃の間、または約−２０℃〜約２５０℃の間の範囲に及ぶ温度で動作してよく、チャック５１７を約０℃未満の温度に設定してよい。温度は、処理動作、および特有のレシピ、および使用するツールに依存する。
【０１８９】
クリーンルームまたは製作施設に据え付けるとき、チャンバ５０１を施設（図示せず）に連結してよい。施設は、処理ガス、真空、温度制御、および環境粒子制御を提供する配管を含む。これらの施設は、対象となる製作施設内に据え付けられたとき、チャンバ５０１に接続される。追加で、典型的な自動制御機械を使用してロボット工学がチャンバ５０１の中に、およびチャンバ５０１から外に半導体ウエハを移送できるようにする移送チャンバに、チャンバ５０１を連結してよい。
【０１９０】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ５３０（１つまたは複数の物理コントローラまたは論理コントローラを含んでよい）は、処理チャンバの動作の一部またはすべてを制御する。システムコントローラ５３０は、１つまたは複数の記憶装置、および１つまたは複数のプロセッサを含んでよい。いくつかの実施形態では、装置は、開示する実施形態を実現するとき、流量および継続時間を制御するための切替システムを含む。いくつかの実施形態では、装置は、最大で約５００ｍｓまで、または最大で約７５０ｍｓまでの切替時間を有してよい。切替時間は、流れの化学作用、選んだレシピ、反応器アーキテクチャ、および他の要因に依存することがある。
【０１９１】
いくつかの実装形態では、コントローラ５３０は、上述の例の一部であってよいシステムの一部である。そのようなシステムは、１つもしくは複数の処理ツール、１つもしくは複数のチャンバ、処理するための１つもしくは複数のプラットフォーム、および／または特有の処理構成要素（ウエハ基板支持物、ガス流システムなど）を含む半導体処理設備を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは半導体基板を処理する前、その間、およびその後に自身の動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、１つまたは複数のシステムのさまざまな構成要素または下位区分を制御してよい「コントローラ」と呼ばれることがある。処理パラメータおよび／またはシステムのタイプに応じて、コントローラ５３０をプログラムして、処理ガスの配送、温度設定（たとえば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、出力設定、無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体配送設定、位置および動作の設定、ツールおよび他の移送ツールの中へ、およびそれらからのウエハ移送、ならびに／または特有のシステムに接続された、もしくはそれとインタフェースをとるロードロックを含む、本明細書で開示する処理のいずれも制御してよい。
【０１９２】
大まかに言って、コントローラ５３０は、さまざまな集積回路、論理回路、メモリ、および／または命令を受け取り、命令を発行し、動作を制御し、クリーニング動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどを行うソフトウェアを有する電子回路として規定されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形をとるチップ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）として規定されるチップ、および／またはプログラム命令（たとえば、ソフトウェア）を実行する１つもしくは複数のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、半導体ウエハ上での、もしくは半導体ウエハのための、またはシステムに対する特定の処理を行うための動作パラメータを規定するさまざまな個々の設定（またはプログラムファイル）の形でコントローラに伝達される命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つもしくは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハのダイを製作する間、１つまたは複数の処理ステップを達成するために処理技術者により規定されたレシピの一部であってよい。いくつかの実施形態では、コントローラ５３０を使用して、ＡＬＥの改質動作に関する温度の窓を決定してよい、またはＡＬＥの除去動作に関する処理条件の窓を決定してよい、または両方を決定してよい。
【０１９３】
コントローラ５３０は、いくつかの実装形態では、システムと一体化された、システムに連結された、システムに他の方法でネットワーク化された、またはそれらを組合せたコンピュータの一部であってよい、またはそのコンピュータに結合されてよい。たとえば、コントローラは、「クラウド」の中にあってよい、または半導体工場のホストコンピュータシステムのすべて、もしくは一部であってよく、これにより、ウエハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、製作動作の現在の進展を監視し、過去の製作動作の履歴を調べ、複数の製作動作から傾向または性能指標を調べるためにシステムへの遠隔アクセスを可能にして、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定してよい、または新しい処理を開始してよい。いくつかの例では、遠隔コンピュータ（たとえば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでよいネットワークを介してシステムに処理レシピを提供することができる。遠隔コンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよく、パラメータおよび／または設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝達される。いくつかの例では、コントローラ５３０は、１つまたは複数の動作中に遂行すべき処理ステップごとにパラメータを指定する、データの形をとる命令を受け取る。パラメータは、遂行すべき処理のタイプ、およびコントローラがインタフェースをとる、または制御するように構成されたツールのタイプに特有であってよいことを理解されたい。したがって、上記で記述したように、コントローラ５３０は、本明細書で記述する処理および制御などの共通の目的に向かって一緒にネットワーク化され、作動する１つまたは複数の別個のコントローラを備えることによるなど、分散させられてよい。そのような目的のための分散コントローラのある例は、チャンバ上の処理を制御するために組み合わせる、（プラットフォームレベルで、または遠隔コンピュータの一部としてなど）遠隔に位置する１つまたは複数の集積回路と通信状態にある、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路である。
【０１９４】
限定することなく、例示のシステムは、プラズマ・エッチング・チャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピン・リンス・チャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベル縁部エッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、ＡＬＤチャンバまたはモジュール、ＡＬＥチャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連づけられてよい、またはそれで使用されてよい、任意の他の半導体処理システムを含んでよい。
【０１９５】
上記で指摘したように、ツールにより遂行すべき１つまたは複数の処理ステップに応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインタフェース、近接したツール、隣接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツールの場所および／またはロードポートとの間でウエハの容器を運ぶ材料搬送で使用するツールのうち１つまたは複数と通信してよい。
【０１９６】
図６は、真空移送モジュール（ｖａｃｕｕｍ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｄｕｌｅ、ＶＴＭ）６３８とインタフェースをとるさまざまなモジュールを伴う半導体処理クラスタアーキテクチャを描く。複数の貯蔵施設および処理モジュールの間でウエハを「移送する」ための移送モジュールの配列は、「クラスタ・ツール・アーキテクチャ」と呼ばれることがある。ロードロックまたは移送モジュールとしても公知のエアロック６３０は、さまざまな製作処理を遂行するように個々に最適化されてよい４つの処理モジュール６２０ａ〜６２０ｄを伴ってＶＴＭ６３８内に示されている。例として、処理モジュール６２０ａ〜６２０ｄは、基板エッチング、堆積、イオン注入、ウエハ洗浄、スパッタリング、および／または他の半導体処理を遂行するように実装されてよい。基板エッチング処理モジュールの１つまたは複数（６２０ａ〜６２０ｄのいずれか）は、本明細書で開示するように、すなわち、改質ガスを導入するために、除去ガスを導入するために、および開示する実施形態に従って他の適切な機能のために実装されてよい。エアロック６３０および処理モジュール６２０は、「ステーション」と呼ばれることがある。各ステーションは、ステーションをＶＴＭ６３８にインタフェースで接続するファセット（ｆａｃｅｔ）６３６を有する。各ファセットの内側では、センサ１〜１８を使用して、対応するステーション間でウエハ６２６が移動するとき、ウエハ６２６の通過を検出する。
【０１９７】
ロボット６２２は、ステーション間でウエハ６２６を移送する。一実施形態では、ロボット６２２は、１つのアームを有し、別の実施形態では、ロボット６２２は、２つのアームを有し、その場合、各アームは、搬送するためにウエハ６２６などのウエハを選び出すためのエンドエフェクタ６２４を有する。大気移送モジュール（ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｄｕｌｅ、ＡＴＭ）６４０では、フロント・エンド・ロボット６３２を使用して、カセットから、またはロード・ポート・モジュール（Ｌｏａｄ  Ｐｏｒｔ  Ｍｏｄｕｌｅ、ＬＰＭ）６４２内のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ、前面開口式一体型ポッド）６３４から、エアロック６３０へウエハ６２６を移送する。処理モジュール６２０内部のモジュールセンタ６２８は、ウエハ６２６を置くための１つの場所である。ＡＴＭ６４０内の露光装置６４４を使用して、ウエハを整列させる。
【０１９８】
代表的処理法では、ウエハをＬＰＭ６４２内にあるＦＯＵＰ６３４の１つの中に置く。フロント・エンド・ロボット６３２は、ＦＯＵＰ６３４から露光装置６４４へウエハを移送し、それにより、ウエハ６２６をエッチングする、または処理する前に、適切に中心に位置決めできるようになる。ウエハ６２６を整列させた後、フロント・エンド・ロボット６３２によりエアロック６３０の中にウエハ６２６を動かす。エアロックモジュールは、ＡＴＭとＶＴＭの間で環境を調和させる能力があるので、ウエハ６２６は、損傷を受けることなく２つの圧力環境の間を移動することができる。エアロックモジュール６３０からロボット６２２によりＶＴＭ６３８を通して処理モジュール６２０ａ〜６２０ｄの１つの中にウエハ６２６を動かす。このウエハ移動を達成するために、ロボット６２２は、そのアームの各々でエンドエフェクタ６２４を使用する。ウエハ６２６が処理されると、ロボット６２２は、処理モジュール６２０ａ〜３２０ｄからエアロックモジュール６３０にウエハ６２６を移動させる。ここから、フロント・エンド・ロボット６３２は、ＦＯＵＰ６３４の１つまたは露光装置６４４にウエハ６２６を移動させる。
【０１９９】
ウエハ移動を制御するコンピュータは、クラスタアーキテクチャにローカルに存在することができる、または製造現場内のクラスタアーキテクチャの外部に位置することができる、または遠隔の場所にあり、かつネットワークを介してクラスタアーキテクチャに接続されることができることに留意されたい。図５に関して上記で記述したようなコントローラを、図６内のツールを用いて実装してよい。
【０２００】
実験的なもの
実験１
４０サイクルのパルス化原子層エッチングに基板を暴露することにより、基板上でＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）材料に関する実験を行い、各サイクルは、１００Ｈｚの周波数でパルス化された、４０ｍトールで改質するための２００ｓｃｃｍの塩素照射量と、アルゴンを使用するパージと、１００Ｈｚの周波数でパルス化されたバイアス（オン／オフ）を使用する３００Ｗのプラズマを伴う４００ｓｃｃｍのヘリウム流と、アルゴンを使用するパージとを含む。試行ごとにサイクルあたりのエッチングを決定し、各試行は、５０Ｖの増分で１００Ｖ〜５００Ｖの範囲に及ぶ異なるバイアス電力をバイアスのオン状態に使用した。図７には、オングストローム単位のサイクルあたりのエッチングに対してバイアス電力をプロットし、図７は、飽和したエッチング速度を示し、自己制御支配期間は、連続ＡＬＥでの自己制御バイアス電力よりも実質的に高い３００Ｖ〜５００Ｖの間の高バイアス電力にある。図７に描くＹ軸の目盛りは、線形である。
【０２０１】
実験２
基板上のアモルファスシリコンおよび酸化ケイ素の材料に対して、サイクルあたりのエッチングを決定するために実験を行った。アモルファスシリコンも酸化ケイ素も、除去ガスとしてヘリウムを使用して７０サイクルのパルス化原子層エッチングに暴露し、各サイクルは、バイアスなしに１００Ｈｚの周波数でパルス化された、２０ｍトールで改質するための１８０ｓｃｃｍのヘリウムを伴う１８０ｓｃｃｍの塩素と、ヘリウムを使用するパージと、１００Ｈｚの周波数でパルス化されたバイアス（オン／オフ）を使用する０Ｗのプラズマ電力を伴う４００ｓｃｃｍのヘリウム流と、ヘリウムを使用するパージとを含む。１００Ｖの増分で１００Ｖ〜５００Ｖの範囲に及ぶ、バイアスのオン状態のさまざまなバイアス電力で、サイクルあたりのエッチングを決定した。図８Ａには、オングストローム単位のサイクルあたりのエッチングに対してバイアス電力をプロットし、図８Ａは、酸化ケイ素（円形）よりもアモルファスシリコン（三角形）のサイクルあたりのエッチングが高いことを示す。図８Ａに描くＹ軸の目盛りは、線形である。酸化ケイ素に対するアモルファスシリコンのエッチング選択性を計算し、図８Ｂに描き、図８Ｂは、より低いバイアス電力でより高い選択性を、より高いバイアス電力でより低い選択性を示す。これらの結果は、より広い範囲のバイアス電力を調整して、パルス化ＡＬＥを使用してエッチング選択性を達成することができることを示唆している。
【０２０２】
実験３
基板上のアモルファスシリコンおよび酸化ケイ素の材料に対して、サイクルあたりのエッチングを決定するために実験を行った。アモルファスシリコンも酸化ケイ素も、除去ガスとしてアルゴンを使用して、２００サイクルのパルス化原子層エッチングに暴露し、各サイクルは、バイアスなしに２００Ｗのプラズマ電力を用いて１００Ｈｚの周波数でパルス化された、２０ｍトールで改質するための１８０ｓｃｃｍのヘリウムを伴う１８０ｓｃｃｍの塩素と、アルゴンを使用するパージと、１００Ｈｚの周波数でパルス化されたバイアス（オン／オフ）を使用する０Ｗのプラズマ電力を伴う４００ｓｃｃｍのアルゴン流と、アルゴンを使用するパージとを含む。２５Ｖまたは５０Ｖの増分で２００Ｖ〜４００Ｖの範囲に及ぶ、バイアスのオン状態のさまざまなバイアス電力でサイクルあたりのエッチングを決定した。図９Ａには、オングストローム単位のサイクルあたりのエッチングに対してバイアス電力をプロットし、図９Ａは、酸化ケイ素（円形）よりもアモルファスシリコン（三角形）のサイクルあたりのエッチングが高いことを示す。図９Ａに描くＹ軸の目盛りは、線形である。酸化ケイ素に対するアモルファスシリコンのエッチング選択性を計算し、図９Ｂに描き、図９Ｂは、より低いバイアス電力でより高い選択性を、より高いバイアス電力でより低い選択性を示す。これらの結果は、より広い範囲のバイアス電力を調整して、パルス化ＡＬＥを使用してエッチング選択性を達成することができることを示唆している。
【０２０３】
実験４
パルス化ＡＬＥを使用して、パターン形成された基板上で実験を行い、この場合、使用した除去ガスは、ヘリウムであった。基板のパターンは、ｉｓｏ構造と高密度な構造の両方を含み、ｉｓｏ構造は、８０ｎｍの特徴幅を有し、高密度な構造は、特徴の開口部に近い約５ｎｍの特徴幅を有し、特徴の深さは、６０ｎｍ〜８０ｎｍのオーダーである。１２０℃の基板温度で複数サイクルのパルス化ＡＬＥに基板を暴露し、各サイクルは、プラズマを用いる塩素照射量と、ヘリウムを用いるパージと、プラズマ、および０Ｖ〜６５Ｖの間のバイアス電力での暴露あたり、３秒間に２５％のデューティサイクルでパルス化されたバイアスを伴うヘリウム除去ガス暴露と、ヘリウムを用いるパージとを含む。ある範囲の臨界寸法を有するさまざまなトレンチについて、ピッチ・ローディング・パーセントを計算し、その結果を図１０Ａに描いた。図示するように、トレンチサイズが増大するにつれ、ピッチローディングは低減する。
【０２０４】
１２０℃の基板温度で複数サイクルのパルス化ＡＬＥに類似構造のパターンを暴露し、各サイクルは、プラズマを用いる塩素照射量と、ヘリウムを用いるパージと、プラズマ、および０Ｖ〜１５０Ｖの間のバイアス電力での暴露あたり、３秒間に１０％のデューティサイクルでパルス化されたバイアスを伴うヘリウム除去ガス暴露と、ヘリウムを用いるパージとを含む。ある範囲の臨界寸法を有するさまざまなトレンチについて、ピッチ・ローディング・パーセントを計算し、その結果を図１０Ｂに描いた。図示するように、トレンチサイズが増大するにつれ、ピッチローディングは低減する。
【０２０５】
基板の画像を生成し、１０ｎｍ未満の特徴開口部を有するトレンチでは、１０％のデューティサイクルを使用して０Ｖ〜１５０Ｖの間でパルス化された、より高いヘリウムバイアスは、２５％のデューティサイクルを使用して０Ｖ〜６５Ｖの間でパルス化された低いヘリウムバイアスに暴露した基板よりも、基板全体にわたる特徴ごとに、類似するエッチング深さを達成したことを画像は示していた。
【０２０６】
実験４
図１１は、３つの異なる曲線について、除去動作中のサイクルあたりのエッチング対バイアスの比較を示す。曲線１００２は、２秒の暴露時間を使用して除去動作中に３％のデューティサイクルパルス化でＡＬＥを遂行したときの、サイクルあたりのエッチングのある例を示す。曲線１１０１は、２秒の暴露時間を使用して除去動作中に１０％のデューティサイクルパルス化でＡＬＥを遂行したときの、サイクルあたりのエッチングのある例を示す。これらの曲線を、除去中に７秒の暴露時間を用いてパルス化なし（たとえば、１００％のデューティサイクル）でＡＬＥを遂行した曲線１１０３と比較する。図示するように、パルス化した実施形態は飽和し（１０％のデューティサイクルは、約９００ｅＶで飽和し、３％のデューティサイクルは、約１５００ｅＶで飽和する）、一方では、パルス化しない実施形態で提供されるデータは、特定の飽和バイアス電圧を有しない。
【０２０７】
実験４
図１２Ａは、除去中に、連続する暴露で、サイクルあたりのエッチング対バイアス電圧について収集した実験データのある例を示す。矢印１２０１は、サイクルあたりのエッチングが飽和する電圧からなるＡＬＥ窓の、ある例を示す。
【０２０８】
図１２Ｂは、シリコンの連続ＡＬＥでの、サイクルあたりのエッチングに対する時間の、ある例を示す。比較すると、文献は、アルゴン暴露の継続時間の関数としての、エッチング反応器内のイオンビームのエッチング量が、アルゴン暴露の１００秒〜３００秒の間でエッチング量の増大を、続いて約６５０秒までの比較的水平な傾きのエッチング量を、およびいくつかの事例では７００秒を超えるアルゴン暴露の間にわずかな増大を伴うことを示す。
【０２０９】
実験５
図１３は、イオンエネルギーの完全除去がアルゴンイオンの「オン」時間に依存することを示す。
【０２１０】
図１４Ａは、改質ガスとして塩素を、除去ガスとしてアルゴンを使用する、シリコン基板上のさまざまなオン時間に対するＡＬＥ窓を示し、フラックス速度はＦ＝Ｆ0（１＋ａ×Ｖbias＾１．５）であり、式中、Ｆ0は、実験データから決定される。たとえば、曲線１４０１は、各パルスが０．０６秒であるサイクルあたりの正規化エッチングを表し、曲線１４０２は、各パルスが０．２秒であるサイクルあたりの正規化エッチングを表し、曲線１４０３は、各パルスが０．５秒であるサイクルあたりの正規化エッチングを表し、曲線１４０５は、各パルスが１秒であるサイクルあたりの正規化エッチングを表し、曲線１４０７は、各パルスが２秒であるサイクルあたりの正規化エッチングを表し、曲線１４０８は、各パルスが３秒であるサイクルあたりの正規化エッチングを表し、曲線１４０９は、各パルスが７秒であるサイクルあたりの正規化エッチングを表す。線１４１０は、１層がエッチングされる量を示す。
【０２１１】
図１４Ｂは、一定のアルゴンのオン時間を使用して、ＡＬＥの相乗効果を使用して完全除去を可能にすることができるパルス化ＡＬＥの、サイクルあたりのエッチングを示すデータへの例示的適合シミュレーションを示す。これらの結果は、除去中の「オン」時間の継続時間がはるかに高くても、パルス化ＡＬＥは、実質的なスパッタリングなしに、サイクルあたりのより高いエッチング速度を使用して完全除去を可能にすることができることを示唆している。
【０２１２】
結論
前述の実施形態について、理解を明確にするためにいくらか詳細に記述してきたが、添付の特許請求の範囲内で一定の変更および修正を実施してよいことは明らかであろう。本実施形態の処理、ステム、および装置を実装する代替方法が多くあることに留意されたい。したがって、本実施形態は、例示的であり、制限するものではないと考えるべきであり、実施形態は、本明細書で示す詳細に限定されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
2020536393.tif 000018
【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【国際調査報告】
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