複合材料の目標エッチングプロセス特性を達成するためのガスクラスタイオンビームエッチングプロセス
【課題】種々の材料のガスクラスタイオンのビーム（ＧＣＩＢ）エッチングプロセスを実行するための方法及び装置を提供する。
【解決手段】第１の材料、第２の材料及び前記第１の材料及び／又は第２の材料を曝露する表面を持つ基板を保持するための基板ホルダ回りを減圧環境に維持し、１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を選択し、少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガスからガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を形成し；前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するために前記ＧＣＩＢについてのＧＣＩＢプロセス条件の１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質を設定し；前記減圧環境を通じて前記ＧＣＩＢを加速し；及び前記基板の前記表面の少なくとも１部分に前記ＧＣＩＢを照射して、前記第１の材料及び前記第２の材料の少なくとも１部分をエッチングする。
【解決手段】第１の材料、第２の材料及び前記第１の材料及び／又は第２の材料を曝露する表面を持つ基板を保持するための基板ホルダ回りを減圧環境に維持し、１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を選択し、少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガスからガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を形成し；前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するために前記ＧＣＩＢについてのＧＣＩＢプロセス条件の１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質を設定し；前記減圧環境を通じて前記ＧＣＩＢを加速し；及び前記基板の前記表面の少なくとも１部分に前記ＧＣＩＢを照射して、前記第１の材料及び前記第２の材料の少なくとも１部分をエッチングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常集積回路（ＩＣ）の製造において、半導体装置製造装置は、半導体装置基板上にパターン化された微細ラインに沿った材料や又はビアやコンタクト内の材料を（乾式）プラズマエッチングプロセスを用いて除去するかエッチングする。前記プラズマエッチングを成功させるためには、前記エッチング化学反応は、１つの材料を選択的にエッチングし、かつ他方で他の材料を実質的により遅い速度でエッチングするように適切な化学反応物を含むことが要求される。さらに、前記プラズマエッチングプロセスを成功させるためには、前記エッチングプロセスを前記基板に均一に適用する一方で、許容可能なプロフィル制御が達成されることが要求される。
【０００３】
現在のＩＣ装置では、Ｓｉ−含有及びＧｅ−含有材料が半導体装置プロセスでは主流となっている。しかし、前記ＩＣ装置の種々の電気特性を改良するために、よりめずらしい材料もまた半導体装置プロセスに導入されている。例えば、フロントエンド・オブ・ライン（ＦＥＯＬ）半導体装置プロセスにおいては、高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料がトランジスタゲート誘電体として使用されることが望ましい。この目的で使用された初期のｈｉｇｈ−ｋ材料は、タンタル酸化物及びアルミニウム酸化物材料であった。現在、ハフニウム系誘電体及び多分ランタン系誘電体がゲート誘電体として導入されることが予想されている。さらに、ＦＥＯＬ半導体装置プロセスでは、金属−含有材料が、電子装置の次の世代のトランジスタゲート電極として使用するために望ましい。現在、Ｔｉ、Ｔａ及び／又はＡｌ（例えばＴｉＮ、ＴａＮ、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＡｌ）が金属電極として製造導入されることが予想されている。もちろん新材料を半導体装置プロセスに導入することは、ＦＥＯＬ工程のみではなく、バックエンド・オブ・ライン（ＢＥＯＬ）工程のための金属化プロセスにおける１つの流れとなっている。さらに、最先端のメモリ装置では、貴金属同様、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びそれらの合金を含むに新規なかつめずらしい材料が使用され、導入されている。
【０００４】
電子装置プロセスにおける現在使用されている現材料及びこれらの新たな材料の出現に伴い、すでに存在する層及び構造の状態は維持してこれらの新しい材料をエッチングすることができるということは、大きな課題である。従来のエッチングプロセスでは、これらの材料を実用的エッチング速度で達成することができず、又はそれらの材料の上又下に存在する材料と比較して許容されるエッチング選択性を達成することができない。さらには従来のエッチングプロセスでは、前記基板にわたり均一に適用される許容されるプロフィル制御を達成することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１１５５１１号明細書
【特許文献２】米国特許第７７５９２５１号明細書
【特許文献３】米国特許第６８１２１４７号明細書
【特許文献４】米国特許第７９７７２３９号明細書
【特許文献５】米国特許第７７０９３４４号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１００１０１９４０号明細書
【特許文献７】米国特許第７０７１１２２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００４００６０８９９号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００９０３０５５０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施態様はガスクラスタイオンビームＧＣＩＢプロセスに関する。特に本発明の実施態様はＧＣＩＢエッチングプロセスに関する。
さらに、本発明の実施態様は、目標エッチングプロセス特性（ｔａｒｇｅｔ ｅｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｅｔｒｉｃｓ）を達成するための種々の材料のエッチングプロセスに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施態様により、基板上の材料をエッチングするための方法が記載される。前記方法は、表面を有する基板を保持するための基板ホルダ回りに減圧環境を維持し、前記基板を前記減圧環境内に確実に保持することを含む。前記方法はさらに：１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を選択することを含み、前記目標エッチングプロセス特性には前記第１の材料のエッチング速度、前記第２の材料のエッチング速度、前記第１及び第２の材料間のエッチング選択性、前記第２の材料の表面粗度、前記第１の材料のエッチングプロフィル及び前記第２の材料のエッチングプロフィルが含まれ；少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガスからガスクラスタイオンビーム（ＢＣＩＢ）を形成し；前記１つ又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するための前記ＧＣＩＢについてＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上のＢＣＩＢ性質を設定し；前記ＧＣＩＢを前記減圧環境を通じて加速し；及び前記ＧＣＩＢを前記基板の表面の少なくとも１部分に照射して、前記第１及び第２の材料の少なくとも１部分をエッチングすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、１つの実施態様による基板をエッチングする方法を示すフローチャートである。
【図２Ａ】図２ＡからＣは、他の実施態様による基板をエッチングする方法を模式的に示す。
【図２Ｂ】図２ＡからＣは、他の実施態様による基板をエッチングする方法を模式的に示す。
【図２Ｃ】図２ＡからＣは、他の実施態様による基板をエッチングする方法を模式的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数を模式図を与える。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数を模式図を与える。
【図４Ａ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｂ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｃ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｄ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｅ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｆ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｇ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｈ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｉ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｊ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｋ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｌ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図５】図５は、１つのＧＣＩＢプロセスシステムを示す。
【図６】図６は、他のＧＣＩＢプロセスシステムを示す。
【図７】図７は、他のＧＣＩＢプロセスシステムを示す。
【図８】図８は、ＧＣＩＢプロセスシステムのための１つのイオン化源を示す。
【図９】図９は、ＧＣＩＢプロセスシステムのための他のイオン化源を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
基板上のシリコン−含有、Ｇｅ−含有、金属−含有及び半導体層を含む層を、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いてエッチングする方法が種々の実施態様において記載される。当業者が認識するべきことは、種々の実施態様は、１つ又はそれ以上の具体的な詳細な説明がなくても実施され得るということ、又は他の置換及び／又は追加の方法、材料又はコンポーネントを用いても実施され得る、ということである。他の例では、よく知られた構成、材料又は操作は、本発明の種々の実施態様の側面が曖昧になることを避けるために、示されず又は詳細には記載されない場合がある。同様に、説明を目的として、具体的な数、材料及び構造が本発明の完全な理解を与えるために記載される。にもかかわらず本発明は具体的な詳細な説明なしで実施され得る。さらに、理解されるべきことは、図面に示される種々の実施態様は例示表現されているものであり、必ずしも寸法通りに描かれているものではない、ということである。
【００１０】
本明細書を通じて「１つの実施態様」又は「１実施態様」とは、前記実施態様との関連で記載される特定の構成、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施態様に含まれるものであることを意味するが、それらが全ての実施態様に含まれるということを意味するものではない。従って、本明細書を通じて種々の場所で「１つの実施態様は」又は「１実施態様で」なる句が現れることは、必ずしも本発明の同じ実施態様を意味するものではない。さらに、特定の構成、構造、材料又は特性は、１つ又はそれ以上の実施態様で全ての方法で組み合わせることができるものである。種々の追加の層及び／又は構成が他の実施態様に含まれ、及び／又は記載された構成は他の実施態様では省かれ得る。
【００１１】
ここで使用される「基板」とは、本発明により処理される対象物を意味する。前記基板は、装置、特に半導体装置又は他の電子装置の全ての材料部分又は構成部分を含み、及び例えば半導体ウェハなどのベース基板構造又は薄膜などのベース基板構造の上又はそれを覆う層であり得る。従って基板は特定のベース構造、上層又は下層、パターン化されているかされていないかなどに限定されるものではなく、むしろ全てのかかる層又はベース構造を含み、層及び／又はベース構造の全ての組合せを含むものである。以下の説明では、特定のタイプの基板を参照しているが、このことは例示を目的とするものでなんらを制限することを目的とするものではない。
【００１２】
上で部分的に説明されたように、エッチング速度、エッチング選択性、ＣＤ（限界寸法）を含むプロフィル制御及び表面粗度は、他のプロセスの結果でもとりわけ、パターンエッチングの成功を決定するための本質的な条件を与える。一例として、構造パターンを基板上の材料層に転写する場合、重要なことは、前記パターンプロフィルとパターン表面の表面粗度を隣接する表面と同様制御しつつ、１つの材料を適切なプロセススループットのために十分な速度で選択的エッチングする、ということである。さらに、重要なことは、前記基板上の材料層に形成される全ての構造パターンについて前記エッチング速度、エッチング選択性及びエッチングプロフィルを均一に制御することであり、及び／又は前記基板上の材料層に形成される構造パターンについてのこれらのパラメータ制御を空間的に調節することである。
【００１３】
従って、種々の実施態様により、Ｓｉ−含有材料、Ｇｅ−含有材料、金属−含有材料、半導体材料及び／又はカルコゲニド材料などの基板上の材料をエッチングするための方法が記載される。以下図面を参照するが、類似する参照番号はいくつかの図面を通じて対応する部品を示すものである。図１は、１つの実施態様による基板上の種々の材料をエッチングするための方法を例示する。さらに基板をエッチングする例示的方法が図２Ａ及び２Ｂに図示される。
【００１４】
フローチャート１で例示される方法は、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）プロセスシステムでの基板２２を保持する基板ホルダ回りに減圧環境を維持する１０で開始される。基板２２は、第１の材料、第２の材料及び前記第１及び／又は前記第２の材料を暴露する表面を含む。前記ＧＣＩＢプロセスシステムは、以下図５、６又は７で記載されるＧＣＩＢプロセスシステム（１００、１００’又は１００’’）又はこれらの全ての組合せの１つを含み得る。
【００１５】
図２Ａで例示されるように、基板２２の少なくとも１部分２０を覆う材料層２４がＧＣＩＢ２５を用いてエッチングされ得る。一例として、前記第１の材料は、材料層２４を含み、前記第２の材料は、基板２２を含み得る。前記第１の材料及び／又は前記第２の材料を暴露する表面は、材料層２４のエッチングの際に前記材料層２４の上部表面を含み、又は材料層２４のエッチングプロセスが進行する際に材料層２４と基板２２の前記境界を含む。
【００１６】
又は、図２Ｂに例示されるように、基板２２の少なくとも１部分２０’を覆う材料層２４’は、ＧＣＩＢ２５’を用いてエッチングされマスク層２６内に形成された第１のパターン２７を材料層２４’へ転写してそこに第２のパターン２８を生成する。一例として、前記第１の材料は、マスク層２６を含み、前記第２の材料が材料層２４’を含み得る。前記第１の材料及び／又は前記第２の材料を暴露する表面は、マスク層２６の暴露された表面及び材料層２４’の暴露された表面を含み得る。
【００１７】
図２Ｂに例示されるように、そこに形成された第１のパターン２７を有するマスク層２６は材料層２４’上又はその上に用意される。前記マスク層２６は、フォトレジストなどの放射感受性材料で基板２２をコーティングすることで形成され得る。例えば、フォトレジストは、トラックシステムを用いて容易に実施されるプロセスであるスピンコーティング技術などを用いて前記基板に適用され得る。加えて、例えば、前記フォトレジスト層はリソグラフィを用いてイメージパターンに曝露させ、その後前記イメージパターンを現像液で現像してフォトレジスト層内にパターンを形成する。
【００１８】
フォトレジスト層は、２４８ｎｍ（ナノメートル）レジスト、１９３ｎｍレジスト、１５７ｎｍレジスト又はＥＵＶ（極端紫外線）を含み得る。前記フォトレジスト層はトラックシステムを用いて形成され得る。例えば、前記トラックシステムには、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から入手可能な、ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ ＡＣＴ８、ＡＣＴ１２、又はＬＩＴＨＩＵＳレジストコーティング及び現像システムが含まれる。基板上にフォトレジスト膜を形成する他のシステム及び方法は、スピン・オン・レジスト技術における当業者によく知られている。
【００１９】
電磁（ＥＭ）放射線のパターンへの曝露は、乾式又は湿式フォトリソグラフィシステムで実行され得る。前記イメージパターンは、全ての適切な従来のステッピングリソグラフィシステム又はスキャニングリソグラフィシステムを用いて形成され得る。例えば、前記フォトリソグラフィシステムは、ＡＳＭＬ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ Ｂ．Ｖ．（Ｄｅ Ｒｕｎ ６５０１、５５０４ ＤＲ Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ、Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）又はＣａｎｏｎ ＵＳＡ、Ｉｎｃ．、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ（３３００ Ｎｏｒｔｈ Ｆｉｒｓｔ Ｓｔｒｅｅｔ、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、ＣＡ ９５１３４）から市販品が入手可能である。
【００２０】
前記現像プロセスは、前記基板を、トラックシステムなどの現像システム中の現像液に曝露することを含み得る。例えば、前記トラックシステムには、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から入手可能な ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ ＡＣＴ８、ＡＣＴ１２、又はＬＩＴＨＩＵＳレジストコーティング及び現像システムが含まれる。
【００２１】
前記フォトレジスト層は、湿式ストリッププロセス、乾式プラズマアッシングプロセス又は乾式非プラズマアッシングプロセスを用いて除去され得る。
【００２２】
前記マスク層２６は多層を含み、前記マスク層２６に形成される前記第１のパターン２７は湿式プロセス技術、乾式プロセス技術又はそれらの技術の組合せを用いて形成され得る。単層又は多層のマスク層２６の形成技術は、リソグラフィ及びパターンエッチング技術の当業者には理解される技術である。前記第１のパターン２７がマスク層２６中に形成されると、前記マスク層２６は下層をパターン化するために利用され得る。
【００２３】
又は、図２Ｃに例示されるように、基板２２の少なくとも１部分２０’’を覆う第１の材料層２４’’及び第２の材料層２４’’’は、ＧＣＩＢ２５’’を用いてエッチングされ得る。例えば前記第１の材料層２４’’及び前記第２の材料層２４’’’を平坦化することが可能である。一例として、前記第１の材料は、第１の材料層２４’’含み及び前記第２の材料層は第２の材料層２４’’’を含み得る。前記第１の材料及び／又は前記第２の材料を曝露する表面は、第１の材料層２４’’及び前記第２の材料層２４’’’の曝露された表面を含み得る。
【００２４】
前記方法は１１に進み、基板２２を、前記ＧＣＩＢプロセスシステムの減圧環境内に確実に保持する。基板の温度は、制御されてもよく、されなくてもよい。例えば、基板２２はＧＣＩＢプロセスの際に加熱又は冷却され得る。加えて、前記基板２２は、導電性材料、半導体材料又は誘電性材料又はこれらの２以上の組合せを含み得る。例えば、基板２２には、シリコン、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）、ゲルマニウム又はこれらの組み合わせなどの半導体材料が含まれる。
【００２５】
さらに基板２２には、基板２２の部分（２０、２０’、２０’’）上に第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）が含まれ得る。前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）には、Ｓｉ−含有材料及び／又はＧｅ−含有材料が含まれる。前記Ｓｉ−含有材料には、Ｓｉ及び、Ｏ、Ｎ、Ｃ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含み得る。前記Ｇｅ−含有材料には、Ｇｅ及び、Ｏ、Ｎ、Ｃ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含み得る。
【００２６】
例えば、前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）には、シリコン、ドープシリコン、非ドープシリコン、アモルファスシリコン、モノ結晶性シリコン、多結晶性シリコン、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ、ここで、ｘ＞０；例えばＳｉＯ２）、シリコン窒化物（ＳｉＮｙ、ここでｙ＞０；例えばＳｉＮ１．３３、又はＳｉ３Ｎ４）、シリコン炭化物（ＳｉＣｚ、ここでｚ＞０）、シリコン酸化窒化物（ＳｉＯｘＮｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、シリコン酸化炭化物（ＳｉＯｘＣｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、シリコン炭化窒化物（ＳｉＣｘＮｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、又はシリコン−ゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ここでｘはＳｉの原子比、１−ｘはＧｅの原子比、及び０＜１−ｘ＜１）が含まれ得る。上記挙げられた全ての材料の１つは、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩからなる群から選択される元素でドープされ、又は注入され得る。さらに、上記挙げられた全ての材料の１つは、金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属又は後周期遷移金属でドープされ、又は注入され得る。さらになお、上記挙げられた全ての材料の１つは、アモルファス相又は結晶相であり得る。
【００２７】
加えて、前記第１及び／又は第２の材料相（２４、２４’２４’’２４’’’、２６）には金属−含有材料が含まれる。前記金属−含有材料には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、後周期遷移金属、貴金属又は希土類金属が含まれる。前記金属−含有材料には、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＳｎからなる群から選択される遷移金属又は後周期遷移金属が含まれる。前記金属−含有材料には、金属、金属合金、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属シリサイド、金属ゲルマニド、金属硫化物などが含まれる。
【００２８】
さらに、前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）はまた、半導体材料を含むことができる。前記半導体材料には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰなど）又はＩＩ−Ｖ族化合物（例えばＣｄ３Ｐ２、など）、ＩＩ−ＶＩ族化合物（例えばＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳなど）（ここで、ＩＩ、ＩＩＩ、Ｖ、ＶＩ族は、周期律表の古典的又は古い表記によるものであり、新しいＩＵＰＡＣ表記によると、これらの族はグループ２、１３、１５、１６のそれぞれ対応する）などの化合物半導体を含み得る。材料層（２４、２４’）はまた、カルコゲニド（例えば硫化物、セレン化物、テルル化物）を含み得る。
【００２９】
さらに、前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）には、フォトレジスト（例えば上で列記したレジスト材料の１つ）、ソフトマスク層、ハードマスク層、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層、有機平坦層（ＯＰＬ）又は有機誘電体層（ＯＤＬ）又はそれらの２以上の組合せが挙げられる。
【００３０】
１例では、前記第１の材料がフォトレジストを含み、及び第２の材料がＳｉ−含有材料、Ｇｅ−含有材料、金属−含有材料、半導体材料又はカルコゲニド材料を含む。他の例では、前記第１の材料がシリコンを含み、前記第２の材料が、Ｓｉ及びＯ、Ｎ、Ｃ及びＧｅからなる群から選択される１つ又はそれ以上の元素を持つＳｉ−含有材料を含む。シリコンには、ドープシリコン、非ドープシリコン、ｐ−ドープＳｉ、ｎ−ドープＳｉ、結晶性Ｓｉ、アモルファスＳｉ、モノ結晶性Ｓｉ（又は単結晶性Ｓｉ）、多結晶性Ｓｉなどが挙げられる。他の例では、前記第１の材料がＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料がＧｅ−含有材料を含む。他の例では、前記第１の材料はＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料が金属−含有材料を含む。
【００３１】
１２では、１又はそれ以上のエッチングプロセス特性が選択される。上述され、かつ以下より詳細に説明されるように、前記目標エッチングプロセス特性には、前記第１の材料のエッチング速度、前記第２の材料のエッチング速度、前記第１及び第２の材料間のエッチング選択性、前記第１の材料の表面粗度、前記第２の材料の表面粗度、前記第１の材料のエッチングプロフィル及び前記第２の材料のエッチングプロフィルが含まれる。
【００３２】
１３で、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）が、少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガス混合物から形成される。前記少なくとも１つのエッチングガスにはハロゲン元素が含まれ得る。前記少なくとも１つのエッチングガスには、ハロゲン元素及びＣ、Ｈ、Ｎ及びＳからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含み得る。
【００３３】
例えば、前記少なくとも１つのエッチングガスには、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＮＦ３、又はＳＦ６が含まれ得る。加えて、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスには、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、又はＨＩなどのハロゲン化物を含み得る。さらに、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスには、モノ置換ハロメタン（例えばＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨ３Ｉ）、ジ置換ハロメタン（例えば、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨ２ＦＩ、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２ＢｒＣｌ、ＣＨ２ＣｌＩ、ＣＨ２Ｂｒ２、ＣＨ２ＢｒＩ、ＣＨ２Ｉ２）、トリ置換ハロメタン（例えば、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨＦ２Ｉ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒＣｌＦ、ＣＨＣｌＦＩ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＢｒＦＩ、ＣＨＦＩ２、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＣｌ２Ｉ、ＣＨＢｒ２Ｃｌ、ＣＨＢｒＣｌＩ、ＣＨＣｌＩ２、ＣＨＢｒ３、ＣＨＢｒ２Ｉ、ＣＨＢｒＩ２、ＣＨＩ３）、テトラ置換ハロメタン（例えば、ＣＦ４、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＦ３Ｉ、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＢｒＣｌＦ２、ＣＣｌＦ２Ｉ、ＣＢｒ２Ｆ２、ＣＢｒＦ２Ｉ、ＣＦ２Ｉ２、ＣＣｌ３Ｆ、ＣＢｒＣｌ２Ｆ、ＣＣｌ２ＦＩ、ＣＢｒ２ＣｌＦ、ＣＢｒＣｌＦＩ、ＣＣｌＦＩ２、ＣＢｒ３Ｆ、ＣＢｒ２ＦＩ、ＣＢｒＦＩ２、ＣＦＩ３、ＣＣｌ４、ＣＢｒＣｌ３、ＣＣｌ３Ｉ、ＣＢｒ２Ｃｌ２、ＣＢｒＣｌ２Ｉ、ＣＣｌ２Ｉ２、ＣＢｒ３Ｃｌ、ＣＢｒ２ＣｌＩ、ＣＢｒＣｌＩ２、ＣＣｌＩ３、ＣＢｒ４、ＣＢｒ３Ｉ、ＣＢｒ２Ｉ２、ＣＢｒＩ３、Ｃｌ４）などのハロメタンが含まれ得る。
【００３４】
ＧＣＩＢを形成するためには、エッチングガスは、ガス相で単独又はキャリアガスと組合せて相対的に高圧（例えば圧力が１気圧以上）で存在するように選択されるべきである。
【００３５】
１つの実施態様で、Ｓｉ−含有及び／又はＧｅ−含有材料のエッチングの場合には、前記少なくとも１つのエッチングガスはＦ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択されるハロゲン元素を含む。前記少なくとも１つのエッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ又はＣとＨの両方を含み得る。例えば、前記少なくとも１つのエッチングガスはハロゲン化物又はハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスは、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５又はこれらの２又はそれ以上の組合せを含み得る。
【００３６】
他の実施態様では、Ｓｉ−含有及び／又はＧｅ−含有材料がエッチングされる場合には、前記少なくとも１つのエッチングガスが２つの異なるハロゲン元素を含む。第１のハロゲン元素は、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択され得るものであり、前記第２のハロゲン元素がＦを含み得る。前記少なくとも１つのエッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ、又はＣとＨの両方を含み得る。例えば、少なくとも１つのエッチングガスは、ハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスは、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含み得る。
【００３７】
他の実施態様では、ＳｉとＯ、Ｃ、Ｎ及びＧｅからなる１又はそれ以上の元素を持つＳｉ−含有材料がエッチングされる場合には、前記少なくとも１つのエッチングガスはＣ、Ｈ及びハロゲン元素を含む。例えば、前記エッチングガスはハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＢｒ２Ｃｌ、又はＣＨＢｒ３、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含み得る。
【００３８】
他の実施態様では、金属−含有材料をエッチングする場合には、前記エッチングガスは、Ｆ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択されるハロゲン元素を含む。前記エッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ、又はＣとＨの両方を含み得る。例えば、前記エッチングガスは、ハロゲン化物又はハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５、又はそれらの２つ又はそれ以上の全ての組合せを含み得る。
【００３９】
他の実施態様では、金属−含有材料をエッチングする場合には、前記エッチングガスは２つの異なるハロゲン元素を含み。第１のハロゲン元素は、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択され、前記第２のハロゲン元素がＦを含み得る。前記エッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ、又はＣとＨとの両方を含む。例えば、前記エッチングガスはハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含む。
【００４０】
他の実施態様では、カルコゲニド材料をエッチングする場合には、前記エッチングガスはハロゲン元素を含む。例えば前記エッチングガスはハロゲン化物又はハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＢｒ２Ｃｌ、又はＣＨＢｒ３、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含む。
【００４１】
前記少なくとも１つのエッチングガスは、第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスを含み得る。１つの実施態様で、前記第１のエッチングガスはＣｌ又はＢｒを含み、前記第２のエッチングガスはＦを含む。例えば、前記第１のエッチングガスは、Ｃｌ２を含み、前記第２のエッチングガスはＮＦ３を含み得る。他の実施態様では、前記第１のエッチングガスがハロメタン又はハロゲン化物を含み、前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む。他の実施態様で、前記第１のエッチングガスがＣ、Ｈ及びハロゲン元素を含み、前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む。例えば、前記第１のエッチングガスは、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌ３、又はＣＨＢｒ３を含み、前記第２のエッチングガスがＮＦ３又はＣｌ２を含み得る。前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスは、連続的に前記ＧＣＩＢに導入され得る。又は、前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスが、交互及び順番に前記ＧＣＩＢに導入され得る。
【００４２】
前記加圧ガス混合物はさらにハロゲン元素を含む化合物、Ｆ及びＣを含む化合物、Ｈ及びＣを含む化合物、又はＣ、Ｈ、及びＦを含む化合物、又はそれらの２又はそれ以上の混合物を含むことができる。加えて前記加圧ガスはさらに、塩素−含有化合物、フッ素−含有化合物又は臭素−含有化合物を含み得る。さらに、前記加圧ガス混合物はさらに、Ｃ、Ｆ、Ｈ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含有する化合物を含み得る。さらに前記加圧ガス混合物はさらに、シリコン−含有化合物、ゲルマニウム−含有化合物、窒素−含有化合物、酸素−含有化合物、又は炭素−含有化合物、又はこれらの２又はそれ以上の組み合わせを含み得る。さらに、前記加圧ガス混合物はさらに、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含み得る。さらに、前記加圧ガス混合物はさらに、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｆ２、ＨＦ、ＳＦ６、又はＮＦ３、又はそれらの２又はそれ以上の混合物を含み得る。
【００４３】
さらに、前記ＧＣＩＢは、少なくとも１つのドーパント又は、薄膜堆積又は成長のための膜形成成分、又はそれらの１又はそれ以上の全ての組み合わせを含む加圧ガス混合物から生成され得る。
【００４４】
他の実施態様では、前記ＧＣＩＢは、１つのエッチングガスを含む第１の加圧ガス混合物及び１つの膜形成ガスを含む第２の加圧ガス混合物を、交互にかつ順に用いて生成され得る。他の実施態様では、前記ＧＣＩＢの組成及び／又はよどみ点圧力が前記エッチングの際に調節され得る。
【００４５】
１４で、前記ＧＣＩＢのためのＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上の性質が、目標エッチング特性の１つ又はそれ以上を達成するために設定される。エッチング速度、エッチング選択性、表面粗度制御、プロフィル制御などの前記目標エッチングプロセス特性を達成するために、前記ＧＣＩＢは次のことを実行することで生成され得る：即ち、ビーム加速電位、１つ又はそれ以上のフォーカシング電位、及びビーム照射量を選択すること；前記ビーム加速電位に従って前記ＧＣＩＢを加速すること；前記１つ又はそれ以上のフォーカシング電位に従って前記ＧＣＩＢをフォーカシングすること；及び前記ビーム照射量に従い前記基板の少なくとも１部分の上を前記加速ＧＣＩＢで照射すること、である。
【００４６】
さらに、これらのＧＣＩＢ性質に加えて、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム拡散角度、よどみ点圧力、よどみ点温度、質量流速、クラスタサイズ分布、ビームサイズ、ビーム組成、ビーム電極電位、又はガスノズル設計（ノズルスロート直径、ノズル長さ及び／又はノズル拡散部分半角など）が選択され得る。前記ＧＣＩＢ性質の１つ又はそれ以上が、上述のＧＣＩＢエッチングプロセス特性の制御を達成するために選択され得る。さらに、前記ＧＣＩＢ性質の１つ又はそれ以上は、上述の目標エッチングプロセス特性の制御を達成するために変更され得る。
【００４７】
図３Ａには、１つのＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数が模式的に示される。例えば、図３Ａは、いくつかのビームエネルギー分布（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｃ）を示し、ここでは、分布が方向３５に進むにつれてピークビームエネルギーが減少し及びエネルギー分布が広がる。
【００４８】
前記ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数は、前記それぞれのＧＣＩＢを１つの加圧領域を通る１つのＧＣＩＢ経路に沿って方向付けるようにして、それにより前記ＧＣＩＢの少なくとも１部分が前記加圧領域を横切るように変更され得る。前記ビームエネルギー分布の変更の程度は、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って圧力−距離（ｄ）積分により特徴付けされ得る。前記圧力−距離積分値が増加する場合（前記圧力の増加及び／又は経路長さ（ｄ）の増加のいずれか）、前記ビームエネルギー分布は広がりかつ前記ピークエネルギーは減少する。前記圧力−距離積分値が減少する場合（前記圧力の増加及び／又は経路長さ（ｄ）の減少のいずれか）、前記ビームエネルギー分布は狭くなりかつ前記ピークエネルギーは増加する。一例として、前記ビーム発散を増加させるために前記ビームエネルギー分布を広げることができ、又は前記ビーム発散を減少させるために前記ビームエネルギー分布を狭めることができる。
【００４９】
前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、約０．０００１トール−ｃｍ以上であり得る。又は、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、約０．００１トール−ｃｍ以上であり得る。前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、約０．０１トール−ｃｍ以上であり得る。一例として、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、０．０００１トール−ｃｍから０．０１トール−ｃｍであり得る。他の例として、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、０．００１トール−ｃｍから０．０１トール−ｃｍであり得る。
【００５０】
又はＧＣＩＢのための前記ビームエネルギー分布関数は、前記それぞれのＧＣＩＢの荷電状態を変更又は修正することで変更され得る。例えば、前記荷電状態は、ガスクラスタの電子衝撃−誘導イオン化で利用される電子フラックス、電子エネルギー又は電子エネルギー分布を調節することで変更され得る。
【００５１】
図３Ｂには、１つのＧＣＩＢのためのビーム角度分布関数が模式的に示される。例えば、図３Ｂは、入射４５（即ち相対角度０°）での第１のピーク４２及び第１の幅４４（即ち最大値半値幅（ＦＷＨＭ））で特徴付けられる第１のビーム角度分布関数を模式的に図示する。さらに例えば、図３Ｂは、入射４５（即ち相対角度０°）での第１のピーク４２’及び第１の幅４４’（即ち最大値半値幅（ＦＷＨＭ））で特徴付けられる第２のビーム角度分布関数を模式的に図示する。前記第１のビーム角度分布関数４０は狭い分布（又は相対的に狭いビーム拡散角度）を表し、一方前記第２のビーム角度分布関数４０’は相対的に広い分布（又は相対的に広いビーム拡散角度）を表す。従って、前記基板上への垂直入射に対しての前記ＧＣＩＢの方向性は前記ビーム角度分布関数を変更することで調節され得る（例えば角度分布を、前記第１のビーム角度分布関数４０と前記第２ビーム角度分布関数４０’との間に変更することで）。前記ビーム角度分布関数又はビーム拡散角度は、前記ビームエネルギー分布関数を変更するために説明した上述の技術を用いて変更され得る。
【００５２】
１つの実施態様では、前記ＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上の性質には、ＧＣＩＢ電位、ビーム照射量、ビーム加速電位、ビームフォーカシング電位、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム拡散角度、前記ＧＣＩＢ組成の流速、よどみ点圧力、よどみ点温度、前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス圧力、又は前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス流速（例えば以下詳細に説明されるＰ−セル（Ｐ−Ｃｅｌｌ）値）が含まれる。
【００５３】
他の実施態様では、前記１つ又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するための１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質の設定には、前記第１の材料及び／又は前記第２の材料のための目標エッチング速度、前記第１の材料及び／又は前記第２の材料のための目標エッチング選択性、及び前記第１の材料及び／又は前記第２の材料のための目標表面粗度の２つ又はそれ以上を達成するために、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、ＧＣＩＢ組成の流速及び前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス流速を設定することを含む。
【００５４】
以下説明されるように、前記１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質は、前記第１及び第２の材料間の前記目標エッチング選択性を、１未満、実質的に１、及び１を超える値に調節され得る。さらに、以下説明されるように、前記１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質は、前記第１及び／又は第２の材料の目標表面粗度を、５オングストローム以下の値に変更するように調節され得る。さらに、前記１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質は、前記第１及び／又は第２の材料の相対的高エッチング速度条件又は前記第１及び／又は第２の材料の相対的低エッチング速度を達成するように調節され得る。
【００５５】
１５で、前記ＧＣＩＢは減圧環境を通じて、ビーム加速電位に従い基板２２へ加速される。前記ＧＣＩＢについて、前記ビーム加速電位は１００ｋＶまでの範囲、前記ビームエネルギーは１００ｅＶまでの範囲、前記クラスタサイズは数万原子までの範囲、及び前記ビーム照射量は約１ｘ１０１７クラスタ／ｃｍ２の範囲であり得る。例えば、前記ＧＣＩＢのビーム加速電位は約１ｋＶから約７０ｋＶであり得る（即ち、平均クラスタ荷電状態が１と仮定すると、前記ビームエネルギーは約１ｋｅＶから約７０ｋｅＶとなる）。さらに例えば、前記ＧＣＩＢのビーム照射量は約１ｘ１０１２クラスタ／ｃｍ２から約１ｘ１０１４クラスタ／ｃｍ２であり得る。
【００５６】
前記ＧＣＩＢは、原子当たりのエネルギー比率が約０．２５ｅＶ／原子から約１００ｅＶ／原子の範囲を持つように確定され得る。又は前記ＧＣＩＢは、原子当たりのエネルギー比率が約０．２５ｅＶ／原子から約１０ｅＶ／原子の範囲を持つように確定され得る。又は前記ＧＣＩＢは、原子当たりのエネルギー比率が約１ｅＶ／原子から約１０ｅＶ／原子の範囲を持つように確定され得る。
【００５７】
望ましい原子当たりのエネルギーを持つＧＣＩＢの確定には、ビーム加速電位、前記ＧＣＩＢ形成のよどみ点圧力又はガス流速、又はそれらの全ての組み合わせの選択を含む。前記ビーム加速電位は、前記ビームエネルギー又はイオンクラスタ当たりのエネルギーを増減させるために使用され得る。例えば、前記ビーム加速電位の増加により前記最大ビームエネルギーを増加させ、それにより所定のクラスタサイズについての原子当たりのエネルギー比率が増加する。さらに、前記よどみ点圧力は前記所定のクラスタサイズを増減させるために使用され得る。例えば、ＣＧＩＢの形成の際に前記よどみ点圧力を増加させることは前記クラスタサイズ（即ち、クラスタ当たりの原子数）を増加させることになり、従って所定のビーム加速電位のための原子当たりのエネルギーが減少する。
【００５８】
ここでビーム照射量は、単位面積当たりのクラスタ数の単位で与えられる。しかしビーム照射量はまた電流及び／又は時間（即ちＧＣＩＢ滞留時間）を含む。例えば前記ビーム電流は測定されて一定に維持される一方で、時間は前記ビーム照射量を変えるために変更され得る。又は例えば、クラスタが前記基板の単位面積当たりの表面に衝突する割合（即ち、単位時間当たりの単位面積当たりのクラスタの数）は一定に維持される一方で、前記時間は前記ビーム照射量を変えるために変更され得る。
【００５９】
１６で、前記ＧＣＩＢは前記基板２２の表面の少なくとも１部分を照射して前記第１の材料及び前記第２の材料の少なくとも１部分をエッチングする。
【００６０】
図１に記載された方法はさらに、１つ又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性を作るため前記１つ又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を変更すること、及び前記１つ又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性のための追加のＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上の追加のＧＣＩＢ性質を設定することを含む。
【００６１】
他の実施態様によると、基板２２を前記ＧＣＩＢで照射することに加えて、他のＧＣＩＢが追加の制御及び／又は作用のために使用され得る。第２のＧＣＩＢなどの他のＧＣＩＢによる基板２２の照射は、前記ＧＣＩＢの使用前、使用中又は使用後に行うことができる。例えば、他のＧＣＩＢは前記基板２２の１部分を不純物でドープするために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは、基板２２の性質を変えるために前記基板の１部分を変更するために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは、基板２２から追加の材料除去のために基板２２の１部分をエッチングするために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは、基板２２から、ハロゲン−含有残渣などの材料除去のために基板２２の１部分を洗浄するために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは前記基板２２の１部分上に材料を成長又は堆積させるために使用され得る。前記ドーピング、変更、エッチング、洗浄、成長又は堆積には、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｂ、Ｃ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を導入することが含まれる。
【００６２】
他の実施態様によると、ＧＣＩＢ照射の対象となる基板２２の前記少なくとも１部分（２０、２０’、２０’’）は前記ＧＣＩＢでの照射の前又は後で洗浄され得る。例えば、前記洗浄プロセスには、乾式洗浄プロセス及び／又は湿式洗浄プロセが含まれる。さらに、基板２２の前記少なくとも１部分（２０、２０’、２０’’）は前記ＧＣＩＢでの照射の後にアニーリングされ得る。
【００６３】
他の実施態様によると、基板２２を用意し及び／又はエッチングする場合に、基板２２の全ての部分又は構造パターン２８が修正プロセスの対象とされ得る。修正プロセスの間、ＧＣＩＢプロセスシステムに結合された計測システムを用いて、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で又はその場以外（ｅｘ−ｓｉｔｕ）のいずれかで計測データが取得される。前記計測システムには、全ての種類の基板診断システムが含まれ、例えば限定されるものではないが、光学的診断システム、Ｘ線蛍光分光システム、４点プローブシステム、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などが含まれる。さらに、前記測定システムには、オプティカル・デジタル・プロフィル（ＯＤＰ）、散乱計、エリプソメータ、反射計、干渉計又はこれらの２つ又はそれ以上の組み合わせが含まれる。
【００６４】
例えば、前記測定システムは光学散乱測定システムを含む。
前記散乱測定システムには、ビームプロフィルエリプソメトリ（エリプソメーター）及びビームプロフィル反射計（反射計）が組み込まれた散乱計が含まれ、これは、Ｔｈｅｒｍａ−Ｗａｖｅ、Ｉｎｃ．（１２５０ Ｒｅｌｉａｎｃｅ Ｗａｙ、Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡ ９４５３９）又はＮａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ、Ｉｎｃ．（１５５０ Ｂｕｃｋｅｙｅ Ｄｒｉｖｅ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣＡ ９５０３５）から市販されているものが入手できる。さらに例えば、その場測定システムには、基板上を測定するように構成される集積化オプティカル・デジタル・プロフィル（ＯＤＯ）モジュールが含まれ得る。
【００６５】
前記測定データには、前記基板、前記基板上に形成される全ての層及びサブ層及び／又は前記基板上の装置の全ての部分に関する、幾何学的、機械的、電子的及び／又は光学的パラメータなどのパラメータデータが含まれ得る。例えば、測定データには、上述した測定システムで測定可能な全てのパラメータが含まれ得る。さらに例えば、測定データには、膜厚、表面及び／又は境界面粗度、表面汚染、構造深さ、トレンチ深さ、ビア深さ、構造幅、トレンチ幅、ビア幅、限界寸法（ＣＤ）、電気抵抗又はこれらの２又はそれ以上の全ての組み合わせを含み得る。
【００６６】
前記測定データは、前記基板の２つ又はそれ以上の位置での測定がなされ得る。さらに、このデータは１つ又はそれ以上の基板について取得され収集され得る。前記１つ又はそれ以上の基板は、例えば基板のカセットを含み得る。前記測定データは、１つ又はそれ以上の基板の少なくとも２つ又はそれ以上の位置で測定され、かつ例えば前記１つ又はそれ以上の基板のそれぞれの複数の位置で取得され得る。その後、前記複数の基板のそれぞれの上の複数の位置は、測定された場所から測定されていない場所にデータフィッティングアルゴリズムを用いて拡張され得る。例えば、前記データフィッティングアルゴリズムは、内挿（直線又は非直線）又は外挿（直線又は非直線）又はそれらの組み合わせを含み得る。
【００６７】
前記測定システムを用いて前記１つ又はそれ以上の基板について測定データ収集されると、前記測定データは制御装置に送られて修正データを計算する。測定データは、物理的接続（例えばケーブル）又は無線接続又はそれらの組み合わせにより前記測定システムと前記制御装置との間を交信可能となる。さらに、前記測定データは、イントラネット又はインターネを介して交信され得る。又は、測定データは、前記測定システムと制御装置の間を、コンピュータ読取可能媒体を介して交信され得る。
【００６８】
修正データは、前記基板の位置に特異的な処理のために計算され得る。所定の基板についての前記修正データは、前記入力される測定データに関する前記パラメータデータと前記所定の基板について前記目標パラメータデータとの間で変更を達成するために前記基板上の位置の関数として前記ＧＣＩＢ照射量を変調するためのプロセス条件を含む。例えば所定の基板についての修正データは、前記所定の基板についての前記パラメータデータの非均一性を修正するために前記ＧＣＩＢを用いるためのプロセス条件を決定することを含む。又は例えば、前記所定の基板についての修正データは、前記所定の基板について前記パラメータデータの特に意図された非均一性を作るために前記ＧＣＩＢを用いるためのプロセス条件を決定することを含む。
【００６９】
前記パラメータデータ及び前記ＧＣＩＢ照射量の望ましい変更の間の関係、及び前記ＧＣＩＢ照射量と１セットのＧＣＩＢプロセスパラメータを持つＧＣＩＢプロセス条件との間の確立された関係を用いて、前記制御装置はそれぞれの基板について修正データを決定する。例えば、１つの数学的アルゴリズムが採用され、前記入力される測定データに伴う前記パラメータデータに基づき、入力パラメータデータと前記目標パラメータデータとの差を計算し、前記ＧＣＩＢプロセスパターン（即ち、エッチングパターン又は堆積パターン又はこれらの両方）をこの差に適合させるように変換し、かつパラメータデータと前記ＧＣＩＢ照射量での変更の間の前記関係を用いて前記ＧＣＩＢプロセスパターンが達成されるようにビーム照射等高線を作る。その後例えば、ＧＣＩＢプロセスパラメータは、前記ビーム照射量及びＧＣＩＢプロセス条件の間の関係を用いて前記計算されたビーム照射等高線に合わせるように決定され得る。前記ＧＣＩＢプロセスパラメータには、ビーム照射量、ビーム領域、ビームプロフィル、ビーム強度、ビームスキャン速度、又は曝露時間（又はビーム滞留時間）、又はそれらの２又はそれ以上の全ての組合せが含まれる。
【００７０】
この実施態様には、数学的アルゴリズムの選択による多くの異なる対応方法が適切に適用され得る。他の実施態様では、前記ビーム照射等高線は、パラメータデータの望ましい変更を達成するために追加の材料を選択的に堆積することができる。
【００７１】
前記修正データは、ＧＣＩＢを用いて前記基板へ適用され得る。修正プロセスの際に、前記ＧＣＩＢは、平滑化、アモルファス化、変更、ドーピング、エッチング、成長又は堆積、又はこれらの２つ又はそれ以上の全ての組合せの少なくとも１つを実行するように構成され得る。前記基板への修正データの適用は、基板欠陥の修正、基板表面平坦性の修正、層厚さの修正又は層接着性の改善を容易にすることができる。基板がＧＣＩＢ特徴で処理されると、基板の均一性又は基板についてパラメータデータの分布は、その場で又はその他の場で検査され、前記プロセスは終了するか、又は適切に微調節され得る。
【００７２】
【表１】
図４Ａから４Ｌを参照する。ここには基板の材料をエッチングするための例示データが図示されている。図４Ａは、１２のＧＣＩＢプロセス条件の関数としてシリコン酸化物（ＳｉＯ２）の基準化エッチング速度の棒グラフである。前記１２のＧＣＩＢエッチングプロセスの前記ＧＣＩＢプロセス条件は表１に与えられている。それぞれＧＣＩＢプロセス条件のエッチング速度は、アルゴンＧＣＩＢを用いたエッチング速度で基準化されている。これは表１では１つのＧＣＩＢ条件「Ａ」として挙げられている。
【００７３】
表１で、それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位（ｋＶ）及び前記ビームエネルギー分布関数の修正に関係するＰ−セル値が与えられている。ＧＸＩＢ組成に関して、用語「５％ＮＦ３／Ｎ２」とは、ＮＦ３とＮ２との相対的量（ｍｏｌ／ｍｏｌ％）を表す。Ｐ−セル値に関して、上述のように、前記Ｐ−セル値は、バックグラウンドガスの流速（標準立法センチメートル／分、ｓｃｃｍで）に関し、バックグラウンドガスは圧力増加領域に導入されて、前記ＧＣＩＢ及び前記バックグラウンドガスとの間の衝突を起こさせて前記ビームエネルギー分布関数を広げさせる。例えば、前記ＧＣＩＢが通過する前記圧力セルでの圧力は、バックグラウンドガス４０ｓｃｃｍ（Ｐ−セル値「４０」）（又は圧力−距離積分が約０．００５トール−ｃｍ）を前記圧力セル中に導入することで上昇する。
【００７４】
図４Ａに示されるように、前記シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度は、広い範囲のＧＣＩＢプロセス条件につき決定された。前記ＧＣＩＢがＡｒのみを含む場合、即ちＧＣＩＢプロセス条件「Ａ」の場合は、前記エッチング速度は、純粋に物理的に、例えばスパッタリングにより駆動される。しかし、図４Ａ及び表１には、前記ＧＣＩＢ組成は前記エッチングプロセスに化学成分を加えてエッチング速度を増加させることが提案されている。
【００７５】
図４Ｂで示されるように、棒グラフは、表１のＧＣＩＢプロセス条件の１つの関数として、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びフォトレジスト間のエッチング選択性を示す。前記エッチング選択性は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関連する（即ち、Ｅ／ＲＳｉＯ２／Ｅ／ＲＰ．Ｒ．）。図４Ｂから、ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成及びＣｌ２系ＧＣＩＢ組成は、１を超えるエッチング選択性を与えることを示す。
【００７６】
図４Ｃは、ＧＣＩＢプロセス条件とＰ−セル値の関数として、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）とフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度のデータを図示する。３つのＧＣＩＢプロセスについてＧＣＩＢプロセス条件は表２に与えられている。表２では、それぞれのエッチングプロセス条件は、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位（ｋＶ）及び前記それぞれのＧＣＩＢ組成中のそれぞれの化学成分についての流速（ｓｃｃｍ）が与えられている。図４Ｃから分かるように、３つのＧＣＩＢプロセス条件の全てを用いるシリコン酸化物及びフォトレジストのエッチング速度は、Ｐ−セル値の減少に伴い減少する。
【００７７】
【表２】
図４Ｄに示されるように、表２のＧＣＩＢプロセス条件の関数として、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）とフォトレジストのエッチング選択性が棒グラフで示される。前記エッチング選択性は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関係する（即ち、Ｅ／Ｒ ＳｉＯ２／Ｅ／Ｒ Ｐ．Ｒ．）。図４Ｄから次のことが分かる：（１）ＳｉＯ２とＰ．Ｒ．間のエッチング選択性はＰ−セル値の増加と共に増加すること；（２）ＳｉＯ２とＰ．Ｒ．間のエッチング選択性は、特により高いＰ−セル値においてハロメタン組成に酸素添加することでやや増加すること；及び（３）ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成は、Ｃｌ２系ＧＣＩＢ組成と比較して高いＳｉＯ２及びＰ．Ｒ．間の選択性を与えること、である。
【００７８】
図４Ｅに示されるように、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング表面の表面粗度のデータグラフが、表２のＧＣＩＢプロセス条件及びＰ−セル値の関数としてプロットされている。前記表面粗度（オングストローム（Ａ）で測定される、Ｒａ）は平均粗度を表す。粗度の程度は、境界面及び／又は表面不均一性の尺度である。例えば、表面粗度などの粗度の程度は、最大粗度（Ｒｍａｘ）、平均粗度（Ｒａ）（図４Ｅに示されるように）又は二乗平均平方根粗度（Ｒｑ）として数学的に特徴付けられ得る。図４Ｅから次のことが分かる：（１）ＳｉＯ２の平均粗度はＰ−セル値の減少に伴い減少すること；（２）ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成は、Ｃｌ２系ＧＣＩＢ組成に比較してＳｉＯ２上やや高い平均粗度を与える、ということである。
【００７９】
図４Ｆに、表３のＧＣＩＢプロセス条件の関数としてシリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度及びシリコン酸化物及びフォトレジスト間のエッチング選択性が棒グラフで示される。前記エッチング選択性は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関する（即ち、Ｅ／Ｒ ＳｉＯ２／Ｅ／Ｒ Ｐ．Ｒ．）。表３の前記３つのＧＣＩＢプロセス条件についてＧＣＩＢ組成は同じく表２に示される。しかしいくつかのＧＣＩＢプロセス条件は、相対的に低い表面粗度（３オングストローム以下の程度）を達成するために調節されている。
【００８０】
【表３】
表３には、ビーム加速電位、Ｐ−セル値、ＧＣＩＢ組成中のそれぞれの加圧ガスの流速、及び得られるエッチング選択性と平均粗度が与えられている。図４Ｆは、対応する相対的エッチング速度及びエッチング選択性が示される。明らかに、ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成は高いエッチング選択性と共に相対的に低い表面粗度を達成する。
【００８１】
図４Ｇは、２０％ＣＨＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についての流速の関数として、多結晶性シリコン（Ｓｉ）に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）のエッチング選択性を表す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセス条件はさらに、６０ｋＶのビーム加速電位及び０のＰ−セル値を含む。前記流速が３５０ｓｃｃｍから５５０ｓｃｃｍへ増加すると、Ｓｉに対するＰ．Ｒ．、ＳｉＯ２及びＳｉＮのエッチング選択性は１を超える値から１未満の値へ下がる。
【００８２】
図４Ｈは、１０％ＣＨＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についてのＧＣＩＢプロセス条件を関数とする、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及び多結晶性シリコン（Ｓｉ）の間のエッチング選択性を示す棒グラフである。図４Ｈに示されるように、Ｐ−セル値の増加は、ＳｉＯ２とＳｉ間のエッチング選択性を増加させ、一方で流速の増加はＳｉＯ２とＳｉ間のエッチング選択性を減少させる。
【００８３】
【表４】
表４には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件、及び得られるエッチング選択性（ＳｉＯ２とＳｉ間の）及び平均粗度が与えられる。前記エッチング選択性は、約１から約１２の値に変動し、一方で約１Ａ（オングストローム）から約４Ａの範囲の平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００８４】
図４Ｉは、１０％ＣＨＦ３／Ｏ２のＧＣＩＢ組成に加えられるＨｅの流速を関数とした、ＳｉＯ２のエッチング速度、多結晶性Ｓｉ（Ｓｉ）のエッチング速度、及びＳｉＯ２とＳｉの間のエッチング選択性を示すデータグラフである。それぞれの選択性のピーク値（約１２．２）についてのＧＣＩＢプロセス条件は表４に与えられる（第６列参照）。Ｈｅ流速の変更の際には、ＧＣＩＢプロセス条件での残りのパラメータは一定に維持された。
【００８５】
図４Ｊは、１０％ＣＣｌＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についてＰ−セル値の関数として、多結晶性シリコン（Ｓｉ）に対してフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）のエッチング選択性を示す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセス条件はさらに、６０ｋＶのビーム加速電位及び４５０ｓｃｃｍの流速を含む。Ｐ−セル値が０から４０へ増加すると、Ｓｉに対するＳｉＯ２及びＳｉＮのエッチング選択性は増加し、一方でＳｉに対するＰ．Ｒ．のエッチング選択性は減少する。
【００８６】
【表５】
図４Ｋは、１０％ＣＣｌＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についてビーム加速電位を関数として、多結晶性シリコン（Ｓｉ）に対してフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）についてエッチング選択性を示す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセス条件はさらに、０のＰ−セル値及び４５０ｓｃｃｍの流速が含まれる。ビーム加速電位が６０ｋＶから１０ｋＶへ減少すると、Ｐ．Ｒ．、ＳｉＯ２及びＳｉＮのＳｉに対するエッチング選択性が減少する。
【００８７】
表５には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＯ２間の）及びＳｉでの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中１０％のＣＢｒＦ３を含むＧＣＩＢ組成である。いくつかの場合には、Ｎ２が前記ＧＣＩＢに添加される。前記エッチング選択性は、約０．３から約２．５の値を変動する。一方約３Ａから約３０Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。例えば、ビーム加速電位の増加、Ｐ−セル値の増加、及びエッチング化合物の流速の減少と共にＮ２を添加することで、最小の平均粗度が得られる。
【００８８】
【表６】
【００８９】
【表７】
表６で、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＯ２間の）及びＳｉでの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中の２０％ＣＦ４を含むＧＣＩＢを組成である。前記エッチング選択性は、約０．３２から約０．５４の値で変動し、一方約２Ａから約１９Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００９０】
【表８】
表７には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（Ｓｉ及びＳｉＯ２間の）及びＳｉでの平均粗度が与えられている。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｎ２中に２０％ＮＦ３を含む組成ＧＣＩＢ組成である。前記エッチング選択性は、約１から４の値を変動し、一方約２Ａから約６０Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。高いエッチング速度及びエッチング選択性が、平均粗度を犠牲にすると達成され得る。さらに、ＳｉとＳｉＮ間のエッチング選択性は、ｐ−ドープＳｉとＳｉＮ間のエッチング選択性と類似しているように見える。
【００９１】
表８では、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＮ間の）及びＳｉの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｎ２中に２％から６％のＣｌ２を含むＧＣＩＢ組成である。いくつかの場合には、Ｈｅ、Ａｒ又はＮ２が前記ＧＣＩＢへ添加される。前記エッチング選択性は、約１から１１の値を変動し、一方約１２Ａから約１０５Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００９２】
表９には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＮ間の）及びＳｉの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中に４％から６％のＣｌ２を含むＧＣＩＢ組成である。前記エッチング選択性は、約１．４から６の値を変動し、一方約５Ａから約４０Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。Ｃｌ２のためのキャリアとしてＨｅを用いることは、Ｃｌ２のキャリアとしてＮ２を用いる場合よりもより低い平均粗度を与えるように見える。
【００９３】
【表９】
表１０では、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＮ間の）及びＳｉの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中に３５％ＨＣｌを含むＧＣＩＢ組成である。前記エッチング選択性は、約２から７の値を変動し、一方約１５Ａから約２５Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００９４】
【表１０】
図４Ｌでは、基板上の材料のエッチングのための例示的データが示される。図４Ｌは、３つのＧＣＩＢエッチングプロセスのために、ＮｉＦｅ、Ｃｕ、ＣｏＦｅ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ、ＴａＮ、Ｔａ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、フォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、及びＳｉＣＯＨを含む、いくつかの材料のエッチング速度を示す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセスは：（Ａ）Ａｒ；（Ｂ）５％ ＮＦ３／Ｎ２；及び（Ｃ）４％Ｃｌ２／Ｈｅを含む。前記３つのＧＣＩＢエッチングプロセスのためのプロセス条件は表１１に与えられる。
【００９５】
【表１１】
表１１で、それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位（ｋＶ）、前記ビームエネルギー分布の修正に関するＰ−セル値、及び前記ＧＣＩＢ組成の流速を含む。
【００９６】
図４Ｌに示されるように、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、及びＡｌなどのいくつかの金属−含有材料のエッチング速度は、Ｆ系ＧＣＩＢ化学反応系とは逆に、Ｃｌ系ＧＣＩＢ化学反応系を用いる場合に改善される傾向がある。また、ＧＣＩＢプロセス条件で「Ａ」とされる、ＧＣＩＢがＡｒのみを含有する場合には、エッチング速度は、純粋に物理的、例えばスパッタリングにより駆動される。しかし図４Ｌ及び表１１により、前記ＧＣＩＢ組成が、前記エッチングプロセスへ化学成分を与えるように選択され、エッチング速度を増加させることができることが示唆される。
【００９７】
図５を参照して、上述の基板処理のためのＧＣＩＢプロセスシステム１００が、本発明の１つに実施例により示されている。
前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００は、真空容器１０２、基板ホルダ１５０、その上に処理される基板１５２が固定される。前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００はさらに真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃを含む。基板１５２は半導体基板、ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又はその他のワークピースであり得る。ＧＣＩＢプロセスシステム１００は基板１５２を処理するためにＧＣＩＢを生成するように構成される。
【００９８】
図５のＧＣＩＢプロセスシステムを参照して、前記真空容器１０２は、３つの流通チャンバ、即ちソースチャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６及び減圧筺体を与えるためのプロセスチャンバ１０８を含む。前記３つのチャンバは適切な操作圧力に真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃによりそれぞれ減圧される。３つの流通チャンバ１０４、１０６、１０８において、ガスクラタスタビームは前記第１のチャンバ（ソースチャンバ１０４）で形成され得る。一方、ＧＣＩＢは前記第２のチャンバ（イオン化／加速チャンバ１０６）で生成されることができ、ここで前記ガスクラスタビームはイオン化され加速される。その後前記第３のチャンバ（プロセスチャンバ１０８）で、加速されたＧＣＩＢが基板１５２を処理するために利用され得る。
【００９９】
図５に示されるように、ＧＣＩＢプロセスシステム１００は、１又はそれ以上のガス源を有し、１又はそれ以上のガス又はガス混合物を真空容器１０２へ導入するように構成される。例えば、第１のガス源１１１に貯蔵された第１のガス組成が、第１のガス制御バルブ１１３Ａを通じて圧力下でガス測定バルブ１１３へ送られる。さらに、例えば第２のガス源１１２に貯蔵される第２のガス組成が第２のガス制御バルブ１１３Ｂを通じて圧力下ガス測定バルブ１１３へ送られる。さらに、例えば前記第１のガス組成又は第２のガス組成又はそれらの両方は凝縮可能な不活性ガス、キャリアガス又は希釈ガスを含み得る。例えば、前記不活性ガス、キャリアガス又は希釈ガスには、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はＲｎなどの希ガスが含まれる。
【０１００】
さらに、前記第１のガス源１１１及び第２のガス源１１２はいずれかのみ又はお互いに組み合わせてイオン化クラスタを生成するために利用され得る。前記材料組成には、前記材料層と反応又は導入されることが望まれる前記元素の前記主原子又は分子種を含み得る。
【０１０１】
前記第１のガス組成又は第２のガス組成又はそれらの両方を含む高圧、凝縮可能なガスは、ガス供給チューブ１１４を通じてよどみチャンバ（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）１１６に導入され、適切な形状のノズル１１０を通じて実質的に低圧真空内に噴射される。前記高圧凝縮可能なガスが前記よどみチャンバ１１６からより低圧領域に前記ソースチャンバ１０４へ膨張する結果として、前記ガス速度は超音波速度に加速され、ガスクラスタビーム１１８がノズル１１０から噴射される。
【０１０２】
前記ジェット内で膨張することによる静的エンタルピーとして前記ジェットの固有冷却は運動エネルギーと交換され、これにより前記ガスジェットの１部分が濃縮され、クラスタを含むガスクラスタビーム１１８を形成し、それぞれのクラスタは数個又は数千個の弱く結合された原子又は分子からなる。ガススキマ−１２０は、前記ノズル１１０の出口から下流の、前記ソースチャンバ１０４とイオン化／加速チャンバ１０６の間に設けられる。これは、前記ガスクラスタビーム１１８の周辺端部にあるクラスタに凝縮されない可能性のあるガス分子を、クラスタが形成され得る前記ガスクラスタビーム１１８のコア部分でのガス分子と分離するためである。とりわけ、ガスクラスタビーム１１８の１部分のこの選択は、前記下流の圧力を低減させ得るからである。というのは前記下流では高圧が有害となり得るからである（例えばイオン化装置１２２及びプロセスチャンバ１０８）。さらに、ガススキマー１２０は、前記イオン化／加速チャンバ１０６に導入されるガスクラスタビームの初期寸法を決める。
【０１０３】
前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００はまた、１又はそれ以上のスキマー開口部を持つ多重ノズルを含み得る。多重のガスクラスタイオンビームの設計に関連するさらなる詳細は、米国特許出願公開第２０１０／０１９３７０１Ａ１（発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｇａｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｙｓｔｅｍ」（２００９年４月２３日出願）；及び米国特許出願公開第２０１０／０１９３４７２Ａ１（発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｇａｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ」（２０１０年３月２６日出願）に記載され、これらの内容は参照されて本明細書の援用される。
【０１０４】
前記ガスクラスタビーム１１８が前記ソースチャンバ１０４で形成された後、前記ガスクラスタビーム１１８中の構成ガスクラスタはイオン化装置１２２でイオン化されＧＣＩＢ１２８を形成する。前記イオン化装置１２２は、１又はそれ以上のフィラメント１２４から電子を生成する電子衝突イオン化装置を含み、これらの電子は加速されて、前記イオン化／加速チャンバ１０６内部で前記ガスクラスタビーム１１８内の前記ガスクラスタと衝突するように方向付けられる。ガスクラスタとの衝突衝撃で、十分なエネルギーの電子が、前記ガスクラスタ内の分子から電子を放出させてイオン化分子を生成させる。前記ガスクラスタのイオン化は、通常は正味正電荷を持つ荷電ガスクラスタの集団を生成する。
【０１０５】
図５に示されるように、ビーム電子回路１３０が、イオン化、抽出、加速及びＧＣＩＢ１２８のフォーカシングに利用される。前記ビーム電子回路１３０は、フィラメント電力供給１３６を含み、これは前記イオン化装置フィラメント１２４を加熱するための電圧ＶＦを提供する。
【０１０６】
さらに、前記ビーム電子回路１３０は、前記イオン化／加速チャンバ１０６内で一組の適切にバイアスされた高電圧電極１２６を含み、これは前記イオン化装置１２２から前記クラスタイオンを抽出する。前記高電圧電極１２６はその後前記抽出されたクラスタイオンを加速して望ましいエネルギーとしそれらをフォーカシングしてＧＣＩＢ１２８を定める。前記ＧＣＩＢ１２８中のクラスタイオンの運動エネルギーは、通常は約１０００電子ボルト（１ｋｅＶ）から数十ｋｅＶの範囲である。例えばＧＣＩＢ１２８は、１から１００ｋｅＶへ加速され得る。
【０１０７】
図５に示されるように、前記ビーム電子回路１３０はさらに、アノード電力供給１３４を含み、これは、イオン化装置フィラメント１２４から放出された電子を加速するためにイオン化装置１２２のアノードに電圧ＶＡを与え、前記電子をガスクラスタビーム１１８中のガスクラスタへ衝突させてクラスタイオンを生成させる。
【０１０８】
さらに、図５に示されるように、前記ビーム電子回路１３０は、抽出電力供給１３８を含みこれは前記イオン化装置１２２のイオン化領域からイオンを抽出しＧＣＩＢ１２８を生成させるために少なくとも１つの高電圧電極１２６をバイアスするための電圧ＶＥＥを与える。例えば抽出電力供給１３８は、イオン化装置１２２のアノード電圧以下の高電圧電極１２６の第１の電極へ電圧を供給する。
【０１０９】
さらに、前記ビーム電子回路１３０は、加速装置電力供給１４０を含み、これは前記イオン化装置１２２に関して前記高電圧電極１２６の１つをバイアスするために電圧ＶＡＣＣを与え、その結果全ＧＣＩＢ加速エネルギーを約ＶＡＣＣ電圧（ｅＶ）にする。例えば、加速装置電力供給１４０は、前記高電圧電極１２６の第２の電極へ前記イオン化装置１２２のアノード電圧以下でありかつ前記第１の電極の前記抽出電圧以下である電圧を与える。
【０１１０】
さらに、前記ビーム電子回路１３０はレンズ電力供給１４２、１４４を含み、これらは、前記ＧＣＩＢ１２８をフォーカシングするための電位（例えばＶＬ１及びＶＬ２）を持ついくつかの高電圧電極をバイアスするために設けられ得る。例えば、レンズ電力供給１４２は、前記高電圧電極１２６の第３の電極へ電圧を供給することができ、それは前記イオン化装置１２２のアノード電圧、前記第１の電極の抽出電圧、及び前記第２の電極の加速装置電圧以下であり、かつレンズ電力供給１４４は前記高電圧電極１２６の第４の電極へ電圧を供給することができ、それは前記イオン化装置１２２のアノード電圧、前記第１の電極の抽出電圧、及び前記第２の電極の加速装置電圧及び前記第３の電極の第１のレンズ電圧以下である。
【０１１１】
留意すべきは、イオン化及び抽出方法の両方に多くに変法が使用され得る、ということである。ここで記載される方法は教示目的で有用であり、他の抽出方法にはＶＡＣＣでの前記イオン化装置及び前記抽出電極（又は抽出光学系）の前記第１の要素を設けることを含む。このことは通常、前記イオン化装置電力供給のために電圧制御のための光ファイバプログラミングを必要とするが、より簡単な光学経路を生成する。ここで記載れた発明は、イオン化装置及び抽出レンズのバイアス化にも拘わらず有用である。
【０１１２】
前記高電圧電極１２６の下流の前記イオン化／加速チャンバ１０６のビームフィルタ１４６が、ＧＣＩＢ１２８からモノマー及び軽いクラスタイオンを除去するために利用され、前記プロセスチャンバ１０８へ入るフィルタされたプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを定める。１つの実施態様では、前記ビームフィルタ１４６は実質的に、クラスタの数を１００以下の原子又は分子又はその両方に低減する。前記ビームフィルタは、フィルタプロセスを支援するために前記ＧＣＩＢ１２８を超えて磁場を付加するために磁石アセンブリを含む。
【０１１３】
図５を参照して、ビームゲート１４８は、イオン化装置／加速チャンバ１０６のＧＣＩＢ１２８の経路内に設けられる。ビームゲート１４８は、開口状態を有し、そこでは前記ＧＣＩＢ１２８が前記イオン化装置／加速チャンバ１０６から前記プロセスチャンバ１０８へ通過しＧＣＩＢ１２８Ａを定めることを許容し、かつ閉口状態を有し、そこではＧＣＩＢ１２８は前記プロセスチャンバ１０８に入ることがブロックされる。制御ケーブルが、制御システム１９０からビームゲート１４８へのシグナル制御を行う。前記制御シグナルは、前記開口及び閉口状態との間でビームゲート１４８の切り替えの制御を可能とする。
【０１１４】
基板１５２は、ウェハ又は半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は他のＧＣＩＢプロセスで処理される基板であり得る。基板１５２は前記プロセスチャンバ１０８内のプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路内に設けられる。大部分の応用が、空間的に均一結果となる大型基板のプロセスを含むことから、スキャンシステムは、前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａが広い領域にわたり均一にスキャンして空間的に同一の結果を得ることが望まれる。
【０１１５】
Ｘ−スキャン駆動装置１６０は、基板ホルダ１５０をＸ−スキャン移動の方向に直線移動させる（紙面内及び紙面の外）。Ｙスキャン駆動装置１６２は、基板ホルダ１５０をＹ−スキャン移動１６４の方向、通常はＸ−スキャン移動に直行する方向に直線移動させる。Ｘ−スキャン及びＹ−スキャン移動の組合せが基板ホルダ１５０で保持された基板１５２を移動させ、ラスタ様スキャン移動でプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを通過させ、前記基板１５２のプロセスのためのプロセスＧＣＩＢ１２８Ａにより基板１５２の表面を均一（又はプログラムされたように）に照射させる。
【０１１６】
基板ホルダ１５０は、前記基板１５２を前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａの前記軸に関してある角度で設け、それによりプロセスＧＣＩＢ１２８Ａは、基板１５２表面に関してある角度のビーム入射１６６を有する。前記ビーム入射１６６の角度は、９０度又はその他の角度であり得る。しかし通常は９０度又はそれに近い角度である。Ｙ−スキャンの際に、基板１５２及び基板ホルダ１５０は、前記示された位置から１５２Ａ及び１５０Ａでそれぞれ示される他の位置「Ａ」へ移動する。前記２つの位置の間を移動する際に、基板１５２はプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを通じてスキャンされ、かつ両方の端部に移動してプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路から完全に外れる（オーバースキャン）。図５では明確に示されていないが、同様のスキャン及びオーバースキャンが、（通常）直行するＸ−スキャン移動方向（紙面内及び外）で実行される。
【０１１７】
ビーム電流センサ１８０は、基板ホルダ１５０を超えて、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路中に設けられ、前記基板ホルダ１５０がプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路の外をスキャンされる際にプロセスＧＣＩＢ１２８Ａのサンプルを捕集する。ビーム電流センサ１８０は通常はファラディカップなどであり、ビーム入射開口部を除いて閉鎖され、通常は電気絶縁性の台１８２を有する真空容器１０２の壁部に固定されている。
【０１１８】
図５に示されるように、制御システム１９０は、Ｘ−スキャン駆動装置１６０、Ｙ−スキャン駆動装置１６２に電気ケーブルを通じて接続され、Ｘ−スキャン駆動装置１６０、Ｙ−スキャン駆動装置１６２を制御して、基板１５２をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの中又は外に配置するようにして前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａによる基板１５２の望ましい処理が達成されるように制御する。制御システム１９０は、ビーム電流センサ１８０で集められたサンプルビーム電流を、電気ケーブルの手段により受け取り、それによりＧＣＩＢをモニタし、かつ、所定の照射量が伝達された場合にプロセスＧＣＩＢ１２８Ａから基板１５２を移動させることで基板１５２により受け取られるＧＣＩＢ照射量を制御する。
【０１１９】
図６に示されるように、ＧＣＩＢプロセスシステム１００’は、図５の実施態様と類似し、さらにＸ−Ｙ位置決めテーブル２５３を含み、これは基板２５２を２軸で動かすことができ、基板２５２をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａに対して効果的にスキャンすることができる。例えば、前記Ｘ−移動は、紙面の内及び外への動きを含み、Ｙ−移動は方向２６４に沿った動きを含む。
【０１２０】
前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａは、基板２５２の表面上に関してビーム入射２６６の角度で、前記基板の表面の予定された衝突領域２８６で基板と衝突する。Ｘ−Ｙ移動により、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は、基板２５２の表面のそれぞれの部分をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路内に位置させることができ、それにより前記表面の全ての領域がプロセスＧＣＩＢ１２８Ａにより処理されるために前記予定された衝突領域２８６と一致させるようにすることができる。Ｘ−Ｙ制御装置２６２は、電位シグナルを前記Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３に電気ケーブルを通じて送り、Ｘ軸及びＹ軸方向のそれぞれの位置と速度を制御することができる。前記Ｘ−Ｙ制御装置２６２は、電気ケーブルを介して制御システム１９０から制御シグナルを受け取り、それにより操作可能となる。Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は、従来のＸ−Ｙテーブル位置わせ技術により連続的移動又はステップ移動で、基板２５２の異なる領域を前記予定される衝突領域２８６内に移動させる。１つの実施態様では、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は制御装置１９０により、プログラムされた速度で、基板２５２の全ての部分が、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａにより処理するＧＣＩＢのために予定された衝突領域２８６を通ってスキャン操作されるようにプログラム化可能である。
【０１２１】
位置決めテーブル２５３の基板保持表面２５４は導電性であり、制御装置１９０で操作される照射量測定プロセッサに接続される。位置決めテーブル２５３の電気絶縁性層２５５が、基板２５２と基板保持表面２５４とを前記位置決めテーブル２５３の基台部２６０から分離する。プロセスＧＣＩＢ１２８Ａの衝突により基板２５２内に誘導される電荷は、基板２５２、基板ホルダ表面２５４を伝わり、シグナルが照射量測定のための制御装置１９０へ位置決めテーブル２５３を通じて結合される。照射量測定は、ＧＣＩＢプロセッサ照射量を決定するためにＧＣＩＢ電流を積算するために積算手段を持つ。特定の条件下で、電子のターゲット−中和ソース（図示されない）（電子フラッドと参照される場合がある）が、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａを中和するために使用され得る。そのような場合には、ファラディカップ（図示されていないが、図５のビーム電流センサ１８０に類似する）が、電荷ソースが追加されても正確な照射量を保証するために使用され得る。その理由は、通常ファラディカップは高エネルギー正イオンが入射された場合のみ測定されるからである。
【０１２２】
操作では、制御システム１９０はシグナルを出して前記ビームゲート１４８を開口させ、基板２５２をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａで照射させる。前記制御装置１９０は、基板２５２により集められたＧＣＩＢ電流を、基板２５２により受けられた積算照射量を計算するためにモニタする。基板２５２で受けられた照射量が既定の照射量に到達すると、制御装置１９０はビームゲート１４８を閉じ、基板２５２の処理は終了する。基板２５２の所定の領域につき受けたＧＣＩＢ照射量の測定に基づき、制御装置１９０は、基板２５２の異なる領域を処理する適切なビーム滞留時間を達成するためにスキャン速度を調節することができる。
【０１２３】
又は、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａは固定パターンで一定の速度で、基板２５２表面をスキャンされ得るが、しかしＧＣＩＢ強度は、意図的に前記サンプルへの非均一な照射量を与えるために変調され得る（これはＺ軸変調と参照され得る）。前記ＧＣＩＢ強度は、ＧＣＩＢプロセスシステム１００’で、種々の方法で変調され得る。これには、ＧＣＩＢ供給源からのガス流量の変更、フィラメントＶＦ又はアノードＶＡの変更のいずれかによりイオン化装置１２２の変調、レンズ電圧ＶＬ１及び／又はＶＬ２を変更することでレンズフォーカシングを変調、又は種々のビームブロック、調節シャッタ又は種々の開口部でＧＣＩＢの一部分を機械的にブロックすることが含まれる。前記変調変更は、連続的に類似する変更、又は時間変調される切り替え又はゲート開閉であり得る。
【０１２４】
プロセスチャンバ１０８はさらに、その場測定システムを含む。例えば、前記その場測定システムには、光学送信装置２８０及び光学受信装置２８２を持ち、基板２５２を入射光学シグナル２８４で照射し、それに対応する基板２５２からの散乱光学シグナル２８８を受け取るように構成される光学診断システムを含む。前記光学診断システムは、入射光学シグナル２８４と及び前記プロセスチャンバ１０８の内へ及び外へ前記散乱光学シグナルを通過可能とする光学窓を含む。さらに、前記光学送信装置２８０及び光学受信装置２８２は、それぞれ送信光学系及び受信光学系を含み得る。前記光学送信装置２８０は、前記制御システム１９０から制御電気シグナルを受け取り、それに応じる。
前記光学受信装置２８２は、前記制御装置１９０へ測定値を返す。
【０１２５】
その場測定システムは、ＧＣＩＢ処理の進展をモニタするように構成される全ての装置を含み得る。１つの実施態様では、前記その場測定システムは光学散乱計測システムを含む。前記散乱計測システムには、ビームプロフィルエリプソメトリー（エリプソメータ）及びビームプロフィル反射測定（反射計）を組み込んだ散乱計が含まれ、市販ではＴｈｅｒｍａ−Ｗａｖｅ、Ｉｎｃ．（１２５０ Ｒｅｌｉａｎｃｅ Ｗａｙ、Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡ ９４５３９）又はＮａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ、Ｉｎｃ．（１５５０ Ｂｕｃｋｅｙｅ Ｄｒｉｖｅ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣＡ ９５０３５）から入手できる。
【０１２６】
例えば、前記その場測定システムは、統合オプチカルデジタルプロフィルメトリ（ｉＯＤＰ）スキャトロメトリモジュールが含まれ、これは前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００’での処理プロセスの実行から得られるプロセス成績データを測定するように構成される。前記測定システムは、例えば前記処理プロセスから得られる測定データを測定又はモニタすることができる。前記測定データは、例えばプロセス成績データを決めるために利用でき、このデータは、プロセス速度、相対プロセス速度、構造プロフィル角度、限界寸法、構造厚さ又は深さ、構造形状などの前記処理プロセスを特徴付けることができる。例えば、基板上に方向性の堆積材料をプロセスする際のプロセス成績データには、構造中（即ちビア、ラインなどの）の頂部、中間部又は底部ＣＤなどの限界寸法（ＣＤ）、構造深さ、材料厚さ、側壁角度、側壁形状、堆積速度、相対堆積速度、全てのパラメータの空間分布、全ての空間分布の均一性を特徴付けるパラメータが含まれる。制御システム１９０からの制御シグナルを介して前記Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３を操作に際しては、その場測定システムは基板２５２の１又はそれ以上の特徴をマッピングすることができる。
【０１２７】
図７に示される実施態様では、ＧＣＩＢプロセスシステム１００’’は図５の実施態様と類似するがさらに、例えば前記イオン化／加速チャンバ１０６の外側に、又はその近くに配置される圧力セルチャンバ３５０を含む。前記圧力セルチャンバ３５０は、不活性ガス源３５２を含み、これはバックグラウンドガスを前記圧力セルチャンバ３５０へ、前記圧力セルチャンバ３５０内の圧力を増加させるために供給するように構成され、かつ圧力センサ３５４を含み、これは前記圧力セルチャンバ３５０内の増加した圧力を測定するように構成される。
【０１２８】
前記圧力セルチャンバ３５０は、前記ＧＣＩＢ１２８のビームエネルギー分布を修正して修正されたプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを生成するように構成され得る。前記ビームエネルギー分布のこの修正は、前記ＧＣＩＢの少なくとも１部分が前記増加圧力領域を横切るように、前記圧力セルチャンバ３５０内の増加圧力領域を通過するＧＣＩＢ経路に沿ってＧＣＩＢ１２８を方向付けることで達成される。前記ビームエネルギー分布の修正の程度は、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿った圧力−距離積分により特徴付けられ、ここで距離（又は圧力セルチャンバ３５０の長さ）は経路長（ｄ）で示される。前記圧力−距離積分値が増加する場合（圧力及び／又は経路長（ｄ）のいずれかが増加することで）、前記ビームエネルギー分布は広がりかつピークエネルギーが減少する。前記圧力−距離積分値が減少する場合（圧力及び／又は経路長（ｄ）のいずれかが減少することで）、前記ビームエネルギー分布は狭くなりかつピークエネルギーが増加する。圧力セルの設計のためのさらなる詳細は、米国特許第７、０６０、９８９号（発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｇａｓ−ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｏｎ ｂｅａｍ」）から決めることができ、この内容は参照されて本明細書の援用される。
【０１２９】
制御システム１９０は、マイクロプロセッサー、メモリ及びデジタルＩ／Ｏポートを含み、これはＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）へ交信し、かつＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）からの出力同様にＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）への入力を行うために十分な制御電圧を生成することができる。さらに、制御システム１９０は、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃ、第１のガス源１１１、第２のガス源１１２、第１のガス制御バルブ１１３Ａ、第２のガス制御バルブ１１３Ｂ、ビーム電子化回路１３０、ビームフィルタ１４６、ビームゲート１４８、Ｘ−スキャン駆動装置１６０、Ｙ−スキャン駆動装置１６２及びビーム電流センサ１８０に接続され情報を交換し得る。例えば、前記メモリに貯蔵されたプログラムは、基板１５２上でＧＣＩＢプロセスを実行するためのプロセス条件によりＧＣＩＢプロセスシステム１００の前記コンポーネントへの入力を開始させるために利用され得る。
【０１３０】
しかし、前記制御システム１９０は、メモリに含まれる１又はそれ以上の命令の１又はそれ以上の順序を実行するプロセッサに応じて本発明のマイクロプロセッサーに基づくプロセスステップの一部又は全てを実行する汎用目的コンピュータシステムとして実装され得る。かかる命令は、ハードディスク又は移動可能な媒体ドライブなどの他のコンピュータ読み取り可能な媒体から前記制御装置メモリへ読み込まれ得る。多重プロセス配置での１又はそれ以上のプロセッサはまた、主メモリに含まれる一連の命令を実行するために前記制御マイクロプロセッサーとして適用され得る。他の実施態様では、実線回路がソフトウェア命令の代わりに又はそれと組み合わせて使用され得る。従って、実施態様はハードウェア回路及びソフトウェアの全ての特定の組合せに限定されるものではない。
【０１３１】
前記制御システム１９０は、上述のように全ての数の処理要素を構成するために使用可能であり、前記制御システム１９０は、処理要素からデータを収集し、提供し、処理し、記憶し及び表示することができる。前記制御システム１９０は１又はそれ以上の前記処理要素を制御するために、いくつかの制御装置同様、いくつかのアプリケーションを含むことができる。例えば、制御システム１９０は、グラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）要素（図示されていない）を含みことができ、これはユーザが１又はそれ以上の処理要素をモニタ及び／又は制御することを可能とする。
【０１３２】
制御システム１９０はＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）に相対して近くに位置され得るか、又はＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）の相対して遠隔的に位置され得る。例えば、制御システム１９０は、直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを介してＧＣＩＢプロセスシステム１００とデータ交換し得る。制御システム１９０は、イントラネットへ例えば顧客サイト（即ち、装置製造者など）で接続され得るか、又はイントラネットへ、例えば購入者サイト（即ち製造者）で接続され得る。これに加えて又はこれに代えて、制御システム１９０はインターネットへ接続され得る。さらに、他のコンピュータ（即ち制御装置、サーバなど）が制御システム１９０にアクセスして直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを介してデータを交換することができる。
【０１３３】
基板１５２（又は２５２）は基板ホルダ１５０（又は基板ホルダ２５０）へ、機械的クランプシステム又は電気的クランプシステム（例えば静電クランプシステム）などのクランプシステム（図示されていない）により固定され得る。さらに、基板ホルダ１５０（又は２５０）は、加熱システム（図示されていない）又は冷却システム（図示されていない）を含み、これは基板ホルダ１５０（又は２５０）及び基板１５２（又は２５２）の温度を調節し及び／又は制御するように構成されている。
【０１３４】
真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ、及び１７０Ｃは、ターブ分子真空ポンプ（ＴＭＯ）を含みことができ、これは約５０００リットル／秒（及びそれ以上）のポンプ速度を有し、さらに真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ、及び１７０Ｃは前記チャンバ圧力を作動させるためのゲートバルブを含むことができる。従来の真空プロセス装置では、１０００から３０００リットル／秒（ＴＭＰ）が適用され得る。ＴＭＰは低圧プロセスにおいて有用であり、通常は約５０ｍＴｏｒｒ（トール）未満である。図示されていないが、理解されるべきことは、圧力セルチャンバ３５０はまた、真空ポンプシステムを含み得る、ということである。さらに、チャンバ圧力をモニタする装置（図示されていない）が、前記真空容器１０２と、又は前記３つの真空チャンバ１０４、１０６、１０８の全てと接続され得る。前記圧力測定装置が、例えばキャパシタンスマノメータ又はイオン化ゲージであり得る。
【０１３５】
図８を参照して、ガスクラスタジェット（図５、６及び７のガスクラスタビーム１１８）のイオン化装置（図５、６及び７の１２２）の断面３００が示されている。断面３００はＧＣＩＢ１２８の軸に垂直である。通常のガスクラスタサイズ（２０００から１５０００原子）について、ガススキマー（図５、６及び７の１２０）を出てイオン化装置（図５、６及び７の１２２）に入るクラスタは、約１３０から１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーで飛行する。この低いエネルギーで、前記イオン化装置１２２内の空間電荷中和から離れることは、ビーム電流の相当な損失を伴って前記ジェットの急激な分散を起こす結果となり得る。図８には自己中和イオン化装置が示されている。他のイオン化装置と同じく、ガスクラスタは電子衝撃によりイオン化される。この設計では、熱電子（３１０で示される７つの例）が、多重直線熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ、及び３０２ｃ（通常はタングステン）から放出され、電子反発電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃ及びビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃにより与えられる適切な電場の作用により抽出されフォーカシングされる。熱電子３１０は前記ガスクラスタジェット及び前記ジェット軸を通過しその後逆側のビーム形成電極３０４ｂに衝突して低エネルギー第２電子（例えば、３１２、３１４及び３１６で示される）を生成する。
【０１３６】
図示されていないが、直線熱電子フィラメント３０２ｂ及び３０２ｃもまた、熱電子を生成しそれにより低エネルギー第２電子を生成する。全ての第２電子は、空間電荷中性を維持することが要求される前記正に荷電されたガスクラスタジェット内に引かれ得る低エネルギー電子を与えることで、前記イオン化されたクラスタジェットが空間電荷中性を維持することを保証する助けとなる。ビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ、及び３０４ｃは、直線熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに関して正にバイアスされており、電子反発電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃは、直線熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに関して負にバイアスされている。絶縁体３０８ａ、３０８ｂ３０８ｃ、３０８ｄ、３０８ｅ及び３０８ｆは、電極３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃを電気的に絶縁し支持する。例えばこの自己中和イオン化装置は、１０００マイクロアンペア（Ａｍｐ）アルゴンＧＣＩＢで効果的に達成され得る。
【０１３７】
又はイオン化装置はプラズマからイオン化クラスタへ電子抽出を用いることも可能である。このイオン化装置の形状は上で記載された３つのフィラメントイオン化装置とは大きく異なるが、操作原理及びイオン化装置の制御は類似している。図９を参照して、ガスクラスタジェット（図５、６および７のガスクラスタジェット１１８）をイオン化するためのイオン化装置（図５、６及び７の１２２）の断面４００が示されている。断面４００はＧＣＩＢ１２８の軸に垂直である。通常のガスクラスタサイズ（２０００から１５０００原子）について、ガススキマー（図５、６及び７の１２０）から出てイオン化装置（図５、６及び７の１２２）に入るクラスタは、約１３０から１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーを持って飛行する。この低エネルギーでは、前記イオン化装置１２２内の空間電荷中和から離れることは、ビーム電流の大きな損失を伴って前記ジェットの迅速な分散を起こす結果となり得る。図９は、自己中和イオン化装置を示す。他のイオン化装置装と同様に、ガスクラスタは電子衝撃によりイオン化される。
【０１３８】
前記イオン化装置は、細いロッドアノード電極４５２の配列を含み、これは支持プレート（図示されていない）により支持され電気的に接続されている。この細いロッドアノード電極の配列４５２は、前記ガスクラスタビーム（例えば図５、６及び７のガスクラスタビーム１１８）の軸に関して実質的に共中心である。前記イオン化装置はまた、細いロッド電子反発電極４５８の配列を含み、これは他の支持プレート（図示されていない）で支持され電気的に接続されている。細いロッド電子反発電極４５８の配列は、前記ガスクラスタビーム（例えば、図５、６及び７の１１８）の軸と実質的に共中心である。前記イオン化装置はさらに、細いロッド電子反発電極４６４の配列を含み、これは他の支持プレート（図示されていない）で支持され電気的に接続されている。細いロッド電子反発電極４６４の配列は、前記ガスクラスタビーム（例えば、図５、６及び７の１１８）の軸と実質的に共中心である。
【０１３９】
高エネルギー電子は、プラズマ電子源４７０からビーム領域４４４へ供給される。前記プラズマ電子源４７０は、プラズマ領域４４２でプラズマが形成されるプラズマチャンバ４７２を含む。前記プラズマ電子源４７０はさらに、熱電子フィラメント４７６、ガス入口開口部４２６及び複数の抽出開口部４８０を含む。前記熱電子フィラメント４７６は、前記プラズマチャンバ４７０から絶縁体４７７を介して絶縁されている。一例として、前記熱電子フィラメント４７６は、１回半巻の「ピッグテール」構造を持つタングステンフィラメントを含み得る。
【０１４０】
前記ガスクラスタイオン化装置の断面４００は、複数の開口部４８２を持つ電子加速電極４８８を含む。さらに、前記断面４００は、複数の開口部４８４を持つ電子減速電極４９０を含む。前記複数の開口部４８２、複数の開口部４８４及び複数の抽出開口部４８０は全て、前記プラズマ領域４４２からビーム領域４４４へ整列されている。
【０１４１】
希ガスなどのプラズマ形成ガスが、ガス入口開口部４２６を通じてプラズマチャンバ４７２に導入される。絶縁ガス供給ライン４２２により、加圧されたプラズマ形成ガスが遠隔制御可能なガスバルブ４２４へ送られる。前記遠隔制御可能なガスバルブ４２４は、プラズマ形成ガスのプラズマチャンバ４７２導入を制御する。
【０１４２】
フィラメント電力供給４０８は、熱電子放出を起こすため熱電子フィラメント４７６を通じる電流を駆動するためのフィラメント電圧（ＶＦ）を与える。フィラメント電力供給４０８は、制御可能に、３から５Ｖ（ボルト）で約１４０から２００Ａ（アンペア）を与える。アーク電力供給４１０は、制御可能に、前記熱電子フィラメント４７６に関して正にプラズマ形成チャンバ４７２をバイアスするためのアーク電圧（ＶＡ）を与える。アーク電力供給４１０が通常は固定電圧で操作され、通常約３５Ｖである。またアーク電力供給４１０は、プラズマを生成するためにプラズマチャンバ４７２内で電子を加速する手段を与える。前記フィラメント電流は、前記アーク電力供給４１０により供給されるアーク電流を規制するように制御される。アーク電力供給４１０は、プラズマアークへ５Ａまでのアーク電流を与えることが可能である。
【０１４３】
電子減速電極４９０は、電子バイアス電力供給４１２によりプラズマチャンバ４７２に関して正にバイアスされている。電子バイアス電力供給４１２は、３０から４００Ｖの範囲にわたり制御可能に調節できるバイス電圧（ＶＢ）を与える。電子加速電極４８８は電子抽出電力供給４１６により電子減速電極４９０に関して正にバイアスされている。電子抽出電力供給４１６は、２０から２５０Ｖの範囲にわたり制御可能な電子抽出電圧（ＶＥＥ）を与える。加速電力供給４２０は、細いロッドアノード電極４５２及び電子減速電極４９０を接地電位に関して正にバイアスするために加速電圧（ＶＡＣＣ）を提供する。ＶＡＣＣは、断面４００で示されるガスイオン化装置により生成されるガスクラスタイオンのための加速電位であり、１から１００ｋＶの範囲で調節可能に制御可能である。電子反発電力供給４１４は、前記細いロッド電子反発電極４５８の配列をＶＡＣＣに関してバイアスするための電子反発バイアス電圧（ＶＥＲ）を与える。ＶＥＲは、５０から１００Ｖの範囲で制御可能である。イオン反発電力供給４１８は、細いロッドイオン反発電極４６４の配列をＶＡＣＣに関してバイアスするためにイオン反発バイアス電圧（ＶＩＲ）を与える。ＶＩＲは５０から１５０Ｖの範囲で制御可能である。
【０１４４】
光学ファイバ制御装置４３０は、ケーブル４３４で電気制御シグナルを受け取り、それを、接地された制御システムからのシグナルを用いて高電位で操作するコンポーネントを制御するために制御リンク４３２の光学シグナルへ変換する。光学ファイバ制御リンク４３２は、制御シグナルを遠隔操作で制御可能に、ガスバルブ４２４、フィラメント電力供給４０８、アーク電力供給４１０、電子バイアス電力供給４１２、電子反発電力供給４１４、電子抽出電力供給４１６及びイオン反発電力供給４１８へ送る。
【０１４５】
例えば、前記イオン化装置設計は、米国特許第７１７３２５２（発明の名称「Ｉｏｎｉｚｅｒ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｇａｓ−ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｏｎ−ｂｅａｍ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」）に記載されたイオン化装置と類似したものであり、この全内容は参照されて本明細書に援用される。
【０１４６】
前記イオン化装置（図５、６及び７の１２２）は、ＧＣＩＢ前記１２８のビームエネルギー分布をＧＣＩＢ１２８の荷電状態を変更することで修正するように構成され得る。例えば、前記荷電状態は、ガスクラスタの電子衝撃誘導イオン化で利用される電子の、電子フラックス、電子エネルギー又は分布を調節することで修正され得る。
【０１４７】
ここまで本発明のいくつかの実施態様が詳細に説明されたが、当業者は、本発明の新規な教示及び利点から実質的に離れることなく、前記実施態様の多くの修正・変更が可能である、ということを理解するであろう。従ってこれら全ての修正・変更は本発明の範囲に含まれることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常集積回路（ＩＣ）の製造において、半導体装置製造装置は、半導体装置基板上にパターン化された微細ラインに沿った材料や又はビアやコンタクト内の材料を（乾式）プラズマエッチングプロセスを用いて除去するかエッチングする。前記プラズマエッチングを成功させるためには、前記エッチング化学反応は、１つの材料を選択的にエッチングし、かつ他方で他の材料を実質的により遅い速度でエッチングするように適切な化学反応物を含むことが要求される。さらに、前記プラズマエッチングプロセスを成功させるためには、前記エッチングプロセスを前記基板に均一に適用する一方で、許容可能なプロフィル制御が達成されることが要求される。
【０００３】
現在のＩＣ装置では、Ｓｉ−含有及びＧｅ−含有材料が半導体装置プロセスでは主流となっている。しかし、前記ＩＣ装置の種々の電気特性を改良するために、よりめずらしい材料もまた半導体装置プロセスに導入されている。例えば、フロントエンド・オブ・ライン（ＦＥＯＬ）半導体装置プロセスにおいては、高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料がトランジスタゲート誘電体として使用されることが望ましい。この目的で使用された初期のｈｉｇｈ−ｋ材料は、タンタル酸化物及びアルミニウム酸化物材料であった。現在、ハフニウム系誘電体及び多分ランタン系誘電体がゲート誘電体として導入されることが予想されている。さらに、ＦＥＯＬ半導体装置プロセスでは、金属−含有材料が、電子装置の次の世代のトランジスタゲート電極として使用するために望ましい。現在、Ｔｉ、Ｔａ及び／又はＡｌ（例えばＴｉＮ、ＴａＮ、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＡｌ）が金属電極として製造導入されることが予想されている。もちろん新材料を半導体装置プロセスに導入することは、ＦＥＯＬ工程のみではなく、バックエンド・オブ・ライン（ＢＥＯＬ）工程のための金属化プロセスにおける１つの流れとなっている。さらに、最先端のメモリ装置では、貴金属同様、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びそれらの合金を含むに新規なかつめずらしい材料が使用され、導入されている。
【０００４】
電子装置プロセスにおける現在使用されている現材料及びこれらの新たな材料の出現に伴い、すでに存在する層及び構造の状態は維持してこれらの新しい材料をエッチングすることができるということは、大きな課題である。従来のエッチングプロセスでは、これらの材料を実用的エッチング速度で達成することができず、又はそれらの材料の上又下に存在する材料と比較して許容されるエッチング選択性を達成することができない。さらには従来のエッチングプロセスでは、前記基板にわたり均一に適用される許容されるプロフィル制御を達成することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１１５５１１号明細書
【特許文献２】米国特許第７７５９２５１号明細書
【特許文献３】米国特許第６８１２１４７号明細書
【特許文献４】米国特許第７９７７２３９号明細書
【特許文献５】米国特許第７７０９３４４号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１００１０１９４０号明細書
【特許文献７】米国特許第７０７１１２２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００４００６０８９９号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００９０３０５５０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施態様はガスクラスタイオンビームＧＣＩＢプロセスに関する。特に本発明の実施態様はＧＣＩＢエッチングプロセスに関する。
さらに、本発明の実施態様は、目標エッチングプロセス特性（ｔａｒｇｅｔ ｅｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｅｔｒｉｃｓ）を達成するための種々の材料のエッチングプロセスに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施態様により、基板上の材料をエッチングするための方法が記載される。前記方法は、表面を有する基板を保持するための基板ホルダ回りに減圧環境を維持し、前記基板を前記減圧環境内に確実に保持することを含む。前記方法はさらに：１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を選択することを含み、前記目標エッチングプロセス特性には前記第１の材料のエッチング速度、前記第２の材料のエッチング速度、前記第１及び第２の材料間のエッチング選択性、前記第２の材料の表面粗度、前記第１の材料のエッチングプロフィル及び前記第２の材料のエッチングプロフィルが含まれ；少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガスからガスクラスタイオンビーム（ＢＣＩＢ）を形成し；前記１つ又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するための前記ＧＣＩＢについてＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上のＢＣＩＢ性質を設定し；前記ＧＣＩＢを前記減圧環境を通じて加速し；及び前記ＧＣＩＢを前記基板の表面の少なくとも１部分に照射して、前記第１及び第２の材料の少なくとも１部分をエッチングすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、１つの実施態様による基板をエッチングする方法を示すフローチャートである。
【図２Ａ】図２ＡからＣは、他の実施態様による基板をエッチングする方法を模式的に示す。
【図２Ｂ】図２ＡからＣは、他の実施態様による基板をエッチングする方法を模式的に示す。
【図２Ｃ】図２ＡからＣは、他の実施態様による基板をエッチングする方法を模式的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数を模式図を与える。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数を模式図を与える。
【図４Ａ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｂ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｃ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｄ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｅ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｆ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｇ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｈ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｉ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｊ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｋ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図４Ｌ】図４Ａから４Ｌは、基板上のエッチング材料のための例示データをグラフ化して示す。
【図５】図５は、１つのＧＣＩＢプロセスシステムを示す。
【図６】図６は、他のＧＣＩＢプロセスシステムを示す。
【図７】図７は、他のＧＣＩＢプロセスシステムを示す。
【図８】図８は、ＧＣＩＢプロセスシステムのための１つのイオン化源を示す。
【図９】図９は、ＧＣＩＢプロセスシステムのための他のイオン化源を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
基板上のシリコン−含有、Ｇｅ−含有、金属−含有及び半導体層を含む層を、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いてエッチングする方法が種々の実施態様において記載される。当業者が認識するべきことは、種々の実施態様は、１つ又はそれ以上の具体的な詳細な説明がなくても実施され得るということ、又は他の置換及び／又は追加の方法、材料又はコンポーネントを用いても実施され得る、ということである。他の例では、よく知られた構成、材料又は操作は、本発明の種々の実施態様の側面が曖昧になることを避けるために、示されず又は詳細には記載されない場合がある。同様に、説明を目的として、具体的な数、材料及び構造が本発明の完全な理解を与えるために記載される。にもかかわらず本発明は具体的な詳細な説明なしで実施され得る。さらに、理解されるべきことは、図面に示される種々の実施態様は例示表現されているものであり、必ずしも寸法通りに描かれているものではない、ということである。
【００１０】
本明細書を通じて「１つの実施態様」又は「１実施態様」とは、前記実施態様との関連で記載される特定の構成、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施態様に含まれるものであることを意味するが、それらが全ての実施態様に含まれるということを意味するものではない。従って、本明細書を通じて種々の場所で「１つの実施態様は」又は「１実施態様で」なる句が現れることは、必ずしも本発明の同じ実施態様を意味するものではない。さらに、特定の構成、構造、材料又は特性は、１つ又はそれ以上の実施態様で全ての方法で組み合わせることができるものである。種々の追加の層及び／又は構成が他の実施態様に含まれ、及び／又は記載された構成は他の実施態様では省かれ得る。
【００１１】
ここで使用される「基板」とは、本発明により処理される対象物を意味する。前記基板は、装置、特に半導体装置又は他の電子装置の全ての材料部分又は構成部分を含み、及び例えば半導体ウェハなどのベース基板構造又は薄膜などのベース基板構造の上又はそれを覆う層であり得る。従って基板は特定のベース構造、上層又は下層、パターン化されているかされていないかなどに限定されるものではなく、むしろ全てのかかる層又はベース構造を含み、層及び／又はベース構造の全ての組合せを含むものである。以下の説明では、特定のタイプの基板を参照しているが、このことは例示を目的とするものでなんらを制限することを目的とするものではない。
【００１２】
上で部分的に説明されたように、エッチング速度、エッチング選択性、ＣＤ（限界寸法）を含むプロフィル制御及び表面粗度は、他のプロセスの結果でもとりわけ、パターンエッチングの成功を決定するための本質的な条件を与える。一例として、構造パターンを基板上の材料層に転写する場合、重要なことは、前記パターンプロフィルとパターン表面の表面粗度を隣接する表面と同様制御しつつ、１つの材料を適切なプロセススループットのために十分な速度で選択的エッチングする、ということである。さらに、重要なことは、前記基板上の材料層に形成される全ての構造パターンについて前記エッチング速度、エッチング選択性及びエッチングプロフィルを均一に制御することであり、及び／又は前記基板上の材料層に形成される構造パターンについてのこれらのパラメータ制御を空間的に調節することである。
【００１３】
従って、種々の実施態様により、Ｓｉ−含有材料、Ｇｅ−含有材料、金属−含有材料、半導体材料及び／又はカルコゲニド材料などの基板上の材料をエッチングするための方法が記載される。以下図面を参照するが、類似する参照番号はいくつかの図面を通じて対応する部品を示すものである。図１は、１つの実施態様による基板上の種々の材料をエッチングするための方法を例示する。さらに基板をエッチングする例示的方法が図２Ａ及び２Ｂに図示される。
【００１４】
フローチャート１で例示される方法は、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）プロセスシステムでの基板２２を保持する基板ホルダ回りに減圧環境を維持する１０で開始される。基板２２は、第１の材料、第２の材料及び前記第１及び／又は前記第２の材料を暴露する表面を含む。前記ＧＣＩＢプロセスシステムは、以下図５、６又は７で記載されるＧＣＩＢプロセスシステム（１００、１００’又は１００’’）又はこれらの全ての組合せの１つを含み得る。
【００１５】
図２Ａで例示されるように、基板２２の少なくとも１部分２０を覆う材料層２４がＧＣＩＢ２５を用いてエッチングされ得る。一例として、前記第１の材料は、材料層２４を含み、前記第２の材料は、基板２２を含み得る。前記第１の材料及び／又は前記第２の材料を暴露する表面は、材料層２４のエッチングの際に前記材料層２４の上部表面を含み、又は材料層２４のエッチングプロセスが進行する際に材料層２４と基板２２の前記境界を含む。
【００１６】
又は、図２Ｂに例示されるように、基板２２の少なくとも１部分２０’を覆う材料層２４’は、ＧＣＩＢ２５’を用いてエッチングされマスク層２６内に形成された第１のパターン２７を材料層２４’へ転写してそこに第２のパターン２８を生成する。一例として、前記第１の材料は、マスク層２６を含み、前記第２の材料が材料層２４’を含み得る。前記第１の材料及び／又は前記第２の材料を暴露する表面は、マスク層２６の暴露された表面及び材料層２４’の暴露された表面を含み得る。
【００１７】
図２Ｂに例示されるように、そこに形成された第１のパターン２７を有するマスク層２６は材料層２４’上又はその上に用意される。前記マスク層２６は、フォトレジストなどの放射感受性材料で基板２２をコーティングすることで形成され得る。例えば、フォトレジストは、トラックシステムを用いて容易に実施されるプロセスであるスピンコーティング技術などを用いて前記基板に適用され得る。加えて、例えば、前記フォトレジスト層はリソグラフィを用いてイメージパターンに曝露させ、その後前記イメージパターンを現像液で現像してフォトレジスト層内にパターンを形成する。
【００１８】
フォトレジスト層は、２４８ｎｍ（ナノメートル）レジスト、１９３ｎｍレジスト、１５７ｎｍレジスト又はＥＵＶ（極端紫外線）を含み得る。前記フォトレジスト層はトラックシステムを用いて形成され得る。例えば、前記トラックシステムには、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から入手可能な、ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ ＡＣＴ８、ＡＣＴ１２、又はＬＩＴＨＩＵＳレジストコーティング及び現像システムが含まれる。基板上にフォトレジスト膜を形成する他のシステム及び方法は、スピン・オン・レジスト技術における当業者によく知られている。
【００１９】
電磁（ＥＭ）放射線のパターンへの曝露は、乾式又は湿式フォトリソグラフィシステムで実行され得る。前記イメージパターンは、全ての適切な従来のステッピングリソグラフィシステム又はスキャニングリソグラフィシステムを用いて形成され得る。例えば、前記フォトリソグラフィシステムは、ＡＳＭＬ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ Ｂ．Ｖ．（Ｄｅ Ｒｕｎ ６５０１、５５０４ ＤＲ Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ、Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）又はＣａｎｏｎ ＵＳＡ、Ｉｎｃ．、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ（３３００ Ｎｏｒｔｈ Ｆｉｒｓｔ Ｓｔｒｅｅｔ、Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、ＣＡ ９５１３４）から市販品が入手可能である。
【００２０】
前記現像プロセスは、前記基板を、トラックシステムなどの現像システム中の現像液に曝露することを含み得る。例えば、前記トラックシステムには、東京エレクトロン株式会社（ＴＥＬ）から入手可能な ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ ＡＣＴ８、ＡＣＴ１２、又はＬＩＴＨＩＵＳレジストコーティング及び現像システムが含まれる。
【００２１】
前記フォトレジスト層は、湿式ストリッププロセス、乾式プラズマアッシングプロセス又は乾式非プラズマアッシングプロセスを用いて除去され得る。
【００２２】
前記マスク層２６は多層を含み、前記マスク層２６に形成される前記第１のパターン２７は湿式プロセス技術、乾式プロセス技術又はそれらの技術の組合せを用いて形成され得る。単層又は多層のマスク層２６の形成技術は、リソグラフィ及びパターンエッチング技術の当業者には理解される技術である。前記第１のパターン２７がマスク層２６中に形成されると、前記マスク層２６は下層をパターン化するために利用され得る。
【００２３】
又は、図２Ｃに例示されるように、基板２２の少なくとも１部分２０’’を覆う第１の材料層２４’’及び第２の材料層２４’’’は、ＧＣＩＢ２５’’を用いてエッチングされ得る。例えば前記第１の材料層２４’’及び前記第２の材料層２４’’’を平坦化することが可能である。一例として、前記第１の材料は、第１の材料層２４’’含み及び前記第２の材料層は第２の材料層２４’’’を含み得る。前記第１の材料及び／又は前記第２の材料を曝露する表面は、第１の材料層２４’’及び前記第２の材料層２４’’’の曝露された表面を含み得る。
【００２４】
前記方法は１１に進み、基板２２を、前記ＧＣＩＢプロセスシステムの減圧環境内に確実に保持する。基板の温度は、制御されてもよく、されなくてもよい。例えば、基板２２はＧＣＩＢプロセスの際に加熱又は冷却され得る。加えて、前記基板２２は、導電性材料、半導体材料又は誘電性材料又はこれらの２以上の組合せを含み得る。例えば、基板２２には、シリコン、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）、ゲルマニウム又はこれらの組み合わせなどの半導体材料が含まれる。
【００２５】
さらに基板２２には、基板２２の部分（２０、２０’、２０’’）上に第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）が含まれ得る。前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）には、Ｓｉ−含有材料及び／又はＧｅ−含有材料が含まれる。前記Ｓｉ−含有材料には、Ｓｉ及び、Ｏ、Ｎ、Ｃ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含み得る。前記Ｇｅ−含有材料には、Ｇｅ及び、Ｏ、Ｎ、Ｃ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含み得る。
【００２６】
例えば、前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）には、シリコン、ドープシリコン、非ドープシリコン、アモルファスシリコン、モノ結晶性シリコン、多結晶性シリコン、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ、ここで、ｘ＞０；例えばＳｉＯ２）、シリコン窒化物（ＳｉＮｙ、ここでｙ＞０；例えばＳｉＮ１．３３、又はＳｉ３Ｎ４）、シリコン炭化物（ＳｉＣｚ、ここでｚ＞０）、シリコン酸化窒化物（ＳｉＯｘＮｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、シリコン酸化炭化物（ＳｉＯｘＣｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、シリコン炭化窒化物（ＳｉＣｘＮｙ、ここでｘ、ｙ＞０）、又はシリコン−ゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ、ここでｘはＳｉの原子比、１−ｘはＧｅの原子比、及び０＜１−ｘ＜１）が含まれ得る。上記挙げられた全ての材料の１つは、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩからなる群から選択される元素でドープされ、又は注入され得る。さらに、上記挙げられた全ての材料の１つは、金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属又は後周期遷移金属でドープされ、又は注入され得る。さらになお、上記挙げられた全ての材料の１つは、アモルファス相又は結晶相であり得る。
【００２７】
加えて、前記第１及び／又は第２の材料相（２４、２４’２４’’２４’’’、２６）には金属−含有材料が含まれる。前記金属−含有材料には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、後周期遷移金属、貴金属又は希土類金属が含まれる。前記金属−含有材料には、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＳｎからなる群から選択される遷移金属又は後周期遷移金属が含まれる。前記金属−含有材料には、金属、金属合金、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属シリサイド、金属ゲルマニド、金属硫化物などが含まれる。
【００２８】
さらに、前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）はまた、半導体材料を含むことができる。前記半導体材料には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰなど）又はＩＩ−Ｖ族化合物（例えばＣｄ３Ｐ２、など）、ＩＩ−ＶＩ族化合物（例えばＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳなど）（ここで、ＩＩ、ＩＩＩ、Ｖ、ＶＩ族は、周期律表の古典的又は古い表記によるものであり、新しいＩＵＰＡＣ表記によると、これらの族はグループ２、１３、１５、１６のそれぞれ対応する）などの化合物半導体を含み得る。材料層（２４、２４’）はまた、カルコゲニド（例えば硫化物、セレン化物、テルル化物）を含み得る。
【００２９】
さらに、前記第１及び／又は第２の材料層（２４、２４’、２４’’、２４’’’、２６）には、フォトレジスト（例えば上で列記したレジスト材料の１つ）、ソフトマスク層、ハードマスク層、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層、有機平坦層（ＯＰＬ）又は有機誘電体層（ＯＤＬ）又はそれらの２以上の組合せが挙げられる。
【００３０】
１例では、前記第１の材料がフォトレジストを含み、及び第２の材料がＳｉ−含有材料、Ｇｅ−含有材料、金属−含有材料、半導体材料又はカルコゲニド材料を含む。他の例では、前記第１の材料がシリコンを含み、前記第２の材料が、Ｓｉ及びＯ、Ｎ、Ｃ及びＧｅからなる群から選択される１つ又はそれ以上の元素を持つＳｉ−含有材料を含む。シリコンには、ドープシリコン、非ドープシリコン、ｐ−ドープＳｉ、ｎ−ドープＳｉ、結晶性Ｓｉ、アモルファスＳｉ、モノ結晶性Ｓｉ（又は単結晶性Ｓｉ）、多結晶性Ｓｉなどが挙げられる。他の例では、前記第１の材料がＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料がＧｅ−含有材料を含む。他の例では、前記第１の材料はＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料が金属−含有材料を含む。
【００３１】
１２では、１又はそれ以上のエッチングプロセス特性が選択される。上述され、かつ以下より詳細に説明されるように、前記目標エッチングプロセス特性には、前記第１の材料のエッチング速度、前記第２の材料のエッチング速度、前記第１及び第２の材料間のエッチング選択性、前記第１の材料の表面粗度、前記第２の材料の表面粗度、前記第１の材料のエッチングプロフィル及び前記第２の材料のエッチングプロフィルが含まれる。
【００３２】
１３で、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）が、少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガス混合物から形成される。前記少なくとも１つのエッチングガスにはハロゲン元素が含まれ得る。前記少なくとも１つのエッチングガスには、ハロゲン元素及びＣ、Ｈ、Ｎ及びＳからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含み得る。
【００３３】
例えば、前記少なくとも１つのエッチングガスには、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＮＦ３、又はＳＦ６が含まれ得る。加えて、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスには、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、又はＨＩなどのハロゲン化物を含み得る。さらに、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスには、モノ置換ハロメタン（例えばＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨ３Ｉ）、ジ置換ハロメタン（例えば、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨ２ＦＩ、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＨ２ＢｒＣｌ、ＣＨ２ＣｌＩ、ＣＨ２Ｂｒ２、ＣＨ２ＢｒＩ、ＣＨ２Ｉ２）、トリ置換ハロメタン（例えば、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨＦ２Ｉ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒＣｌＦ、ＣＨＣｌＦＩ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＢｒＦＩ、ＣＨＦＩ２、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＣｌ２Ｉ、ＣＨＢｒ２Ｃｌ、ＣＨＢｒＣｌＩ、ＣＨＣｌＩ２、ＣＨＢｒ３、ＣＨＢｒ２Ｉ、ＣＨＢｒＩ２、ＣＨＩ３）、テトラ置換ハロメタン（例えば、ＣＦ４、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＦ３Ｉ、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＢｒＣｌＦ２、ＣＣｌＦ２Ｉ、ＣＢｒ２Ｆ２、ＣＢｒＦ２Ｉ、ＣＦ２Ｉ２、ＣＣｌ３Ｆ、ＣＢｒＣｌ２Ｆ、ＣＣｌ２ＦＩ、ＣＢｒ２ＣｌＦ、ＣＢｒＣｌＦＩ、ＣＣｌＦＩ２、ＣＢｒ３Ｆ、ＣＢｒ２ＦＩ、ＣＢｒＦＩ２、ＣＦＩ３、ＣＣｌ４、ＣＢｒＣｌ３、ＣＣｌ３Ｉ、ＣＢｒ２Ｃｌ２、ＣＢｒＣｌ２Ｉ、ＣＣｌ２Ｉ２、ＣＢｒ３Ｃｌ、ＣＢｒ２ＣｌＩ、ＣＢｒＣｌＩ２、ＣＣｌＩ３、ＣＢｒ４、ＣＢｒ３Ｉ、ＣＢｒ２Ｉ２、ＣＢｒＩ３、Ｃｌ４）などのハロメタンが含まれ得る。
【００３４】
ＧＣＩＢを形成するためには、エッチングガスは、ガス相で単独又はキャリアガスと組合せて相対的に高圧（例えば圧力が１気圧以上）で存在するように選択されるべきである。
【００３５】
１つの実施態様で、Ｓｉ−含有及び／又はＧｅ−含有材料のエッチングの場合には、前記少なくとも１つのエッチングガスはＦ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択されるハロゲン元素を含む。前記少なくとも１つのエッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ又はＣとＨの両方を含み得る。例えば、前記少なくとも１つのエッチングガスはハロゲン化物又はハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスは、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５又はこれらの２又はそれ以上の組合せを含み得る。
【００３６】
他の実施態様では、Ｓｉ−含有及び／又はＧｅ−含有材料がエッチングされる場合には、前記少なくとも１つのエッチングガスが２つの異なるハロゲン元素を含む。第１のハロゲン元素は、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択され得るものであり、前記第２のハロゲン元素がＦを含み得る。前記少なくとも１つのエッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ、又はＣとＨの両方を含み得る。例えば、少なくとも１つのエッチングガスは、ハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記少なくとも１つのエッチングガスは、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含み得る。
【００３７】
他の実施態様では、ＳｉとＯ、Ｃ、Ｎ及びＧｅからなる１又はそれ以上の元素を持つＳｉ−含有材料がエッチングされる場合には、前記少なくとも１つのエッチングガスはＣ、Ｈ及びハロゲン元素を含む。例えば、前記エッチングガスはハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＢｒ２Ｃｌ、又はＣＨＢｒ３、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含み得る。
【００３８】
他の実施態様では、金属−含有材料をエッチングする場合には、前記エッチングガスは、Ｆ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択されるハロゲン元素を含む。前記エッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ、又はＣとＨの両方を含み得る。例えば、前記エッチングガスは、ハロゲン化物又はハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５、又はそれらの２つ又はそれ以上の全ての組合せを含み得る。
【００３９】
他の実施態様では、金属−含有材料をエッチングする場合には、前記エッチングガスは２つの異なるハロゲン元素を含み。第１のハロゲン元素は、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択され、前記第２のハロゲン元素がＦを含み得る。前記エッチングガスはさらに、Ｃ又はＨ、又はＣとＨとの両方を含む。例えば、前記エッチングガスはハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、ＣＣｌＦ３、ＣＢｒＦ３、ＣＨＣｌＦ２、又はＣ２ＣｌＦ５、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含む。
【００４０】
他の実施態様では、カルコゲニド材料をエッチングする場合には、前記エッチングガスはハロゲン元素を含む。例えば前記エッチングガスはハロゲン化物又はハロメタンを含み得る。加えて、例えば前記エッチングガスは、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ３Ｃｌ、ＣＨ３Ｂｒ、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌＦ２、ＣＨＢｒＦ２、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２ＣｌＦ、ＣＨ２ＢｒＦ、ＣＨＣｌ２Ｆ、ＣＨＢｒ２Ｆ、ＣＨＣｌ３、ＣＨＢｒＣｌ２、ＣＨＢｒ２Ｃｌ、又はＣＨＢｒ３、又はこれらの２又はそれ以上の全ての組合せを含む。
【００４１】
前記少なくとも１つのエッチングガスは、第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスを含み得る。１つの実施態様で、前記第１のエッチングガスはＣｌ又はＢｒを含み、前記第２のエッチングガスはＦを含む。例えば、前記第１のエッチングガスは、Ｃｌ２を含み、前記第２のエッチングガスはＮＦ３を含み得る。他の実施態様では、前記第１のエッチングガスがハロメタン又はハロゲン化物を含み、前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む。他の実施態様で、前記第１のエッチングガスがＣ、Ｈ及びハロゲン元素を含み、前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む。例えば、前記第１のエッチングガスは、ＣＨＦ３、ＣＨＣｌ３、又はＣＨＢｒ３を含み、前記第２のエッチングガスがＮＦ３又はＣｌ２を含み得る。前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスは、連続的に前記ＧＣＩＢに導入され得る。又は、前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスが、交互及び順番に前記ＧＣＩＢに導入され得る。
【００４２】
前記加圧ガス混合物はさらにハロゲン元素を含む化合物、Ｆ及びＣを含む化合物、Ｈ及びＣを含む化合物、又はＣ、Ｈ、及びＦを含む化合物、又はそれらの２又はそれ以上の混合物を含むことができる。加えて前記加圧ガスはさらに、塩素−含有化合物、フッ素−含有化合物又は臭素−含有化合物を含み得る。さらに、前記加圧ガス混合物はさらに、Ｃ、Ｆ、Ｈ、Ｃｌ及びＢｒからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含有する化合物を含み得る。さらに前記加圧ガス混合物はさらに、シリコン−含有化合物、ゲルマニウム−含有化合物、窒素−含有化合物、酸素−含有化合物、又は炭素−含有化合物、又はこれらの２又はそれ以上の組み合わせを含み得る。さらに、前記加圧ガス混合物はさらに、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含み得る。さらに、前記加圧ガス混合物はさらに、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、Ｆ２、ＨＦ、ＳＦ６、又はＮＦ３、又はそれらの２又はそれ以上の混合物を含み得る。
【００４３】
さらに、前記ＧＣＩＢは、少なくとも１つのドーパント又は、薄膜堆積又は成長のための膜形成成分、又はそれらの１又はそれ以上の全ての組み合わせを含む加圧ガス混合物から生成され得る。
【００４４】
他の実施態様では、前記ＧＣＩＢは、１つのエッチングガスを含む第１の加圧ガス混合物及び１つの膜形成ガスを含む第２の加圧ガス混合物を、交互にかつ順に用いて生成され得る。他の実施態様では、前記ＧＣＩＢの組成及び／又はよどみ点圧力が前記エッチングの際に調節され得る。
【００４５】
１４で、前記ＧＣＩＢのためのＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上の性質が、目標エッチング特性の１つ又はそれ以上を達成するために設定される。エッチング速度、エッチング選択性、表面粗度制御、プロフィル制御などの前記目標エッチングプロセス特性を達成するために、前記ＧＣＩＢは次のことを実行することで生成され得る：即ち、ビーム加速電位、１つ又はそれ以上のフォーカシング電位、及びビーム照射量を選択すること；前記ビーム加速電位に従って前記ＧＣＩＢを加速すること；前記１つ又はそれ以上のフォーカシング電位に従って前記ＧＣＩＢをフォーカシングすること；及び前記ビーム照射量に従い前記基板の少なくとも１部分の上を前記加速ＧＣＩＢで照射すること、である。
【００４６】
さらに、これらのＧＣＩＢ性質に加えて、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム拡散角度、よどみ点圧力、よどみ点温度、質量流速、クラスタサイズ分布、ビームサイズ、ビーム組成、ビーム電極電位、又はガスノズル設計（ノズルスロート直径、ノズル長さ及び／又はノズル拡散部分半角など）が選択され得る。前記ＧＣＩＢ性質の１つ又はそれ以上が、上述のＧＣＩＢエッチングプロセス特性の制御を達成するために選択され得る。さらに、前記ＧＣＩＢ性質の１つ又はそれ以上は、上述の目標エッチングプロセス特性の制御を達成するために変更され得る。
【００４７】
図３Ａには、１つのＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数が模式的に示される。例えば、図３Ａは、いくつかのビームエネルギー分布（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｃ）を示し、ここでは、分布が方向３５に進むにつれてピークビームエネルギーが減少し及びエネルギー分布が広がる。
【００４８】
前記ＧＣＩＢのためのビームエネルギー分布関数は、前記それぞれのＧＣＩＢを１つの加圧領域を通る１つのＧＣＩＢ経路に沿って方向付けるようにして、それにより前記ＧＣＩＢの少なくとも１部分が前記加圧領域を横切るように変更され得る。前記ビームエネルギー分布の変更の程度は、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って圧力−距離（ｄ）積分により特徴付けされ得る。前記圧力−距離積分値が増加する場合（前記圧力の増加及び／又は経路長さ（ｄ）の増加のいずれか）、前記ビームエネルギー分布は広がりかつ前記ピークエネルギーは減少する。前記圧力−距離積分値が減少する場合（前記圧力の増加及び／又は経路長さ（ｄ）の減少のいずれか）、前記ビームエネルギー分布は狭くなりかつ前記ピークエネルギーは増加する。一例として、前記ビーム発散を増加させるために前記ビームエネルギー分布を広げることができ、又は前記ビーム発散を減少させるために前記ビームエネルギー分布を狭めることができる。
【００４９】
前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、約０．０００１トール−ｃｍ以上であり得る。又は、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、約０．００１トール−ｃｍ以上であり得る。前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、約０．０１トール−ｃｍ以上であり得る。一例として、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、０．０００１トール−ｃｍから０．０１トール−ｃｍであり得る。他の例として、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿って前記圧力−距離積分は、０．００１トール−ｃｍから０．０１トール−ｃｍであり得る。
【００５０】
又はＧＣＩＢのための前記ビームエネルギー分布関数は、前記それぞれのＧＣＩＢの荷電状態を変更又は修正することで変更され得る。例えば、前記荷電状態は、ガスクラスタの電子衝撃−誘導イオン化で利用される電子フラックス、電子エネルギー又は電子エネルギー分布を調節することで変更され得る。
【００５１】
図３Ｂには、１つのＧＣＩＢのためのビーム角度分布関数が模式的に示される。例えば、図３Ｂは、入射４５（即ち相対角度０°）での第１のピーク４２及び第１の幅４４（即ち最大値半値幅（ＦＷＨＭ））で特徴付けられる第１のビーム角度分布関数を模式的に図示する。さらに例えば、図３Ｂは、入射４５（即ち相対角度０°）での第１のピーク４２’及び第１の幅４４’（即ち最大値半値幅（ＦＷＨＭ））で特徴付けられる第２のビーム角度分布関数を模式的に図示する。前記第１のビーム角度分布関数４０は狭い分布（又は相対的に狭いビーム拡散角度）を表し、一方前記第２のビーム角度分布関数４０’は相対的に広い分布（又は相対的に広いビーム拡散角度）を表す。従って、前記基板上への垂直入射に対しての前記ＧＣＩＢの方向性は前記ビーム角度分布関数を変更することで調節され得る（例えば角度分布を、前記第１のビーム角度分布関数４０と前記第２ビーム角度分布関数４０’との間に変更することで）。前記ビーム角度分布関数又はビーム拡散角度は、前記ビームエネルギー分布関数を変更するために説明した上述の技術を用いて変更され得る。
【００５２】
１つの実施態様では、前記ＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上の性質には、ＧＣＩＢ電位、ビーム照射量、ビーム加速電位、ビームフォーカシング電位、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム拡散角度、前記ＧＣＩＢ組成の流速、よどみ点圧力、よどみ点温度、前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス圧力、又は前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス流速（例えば以下詳細に説明されるＰ−セル（Ｐ−Ｃｅｌｌ）値）が含まれる。
【００５３】
他の実施態様では、前記１つ又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するための１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質の設定には、前記第１の材料及び／又は前記第２の材料のための目標エッチング速度、前記第１の材料及び／又は前記第２の材料のための目標エッチング選択性、及び前記第１の材料及び／又は前記第２の材料のための目標表面粗度の２つ又はそれ以上を達成するために、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、ＧＣＩＢ組成の流速及び前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス流速を設定することを含む。
【００５４】
以下説明されるように、前記１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質は、前記第１及び第２の材料間の前記目標エッチング選択性を、１未満、実質的に１、及び１を超える値に調節され得る。さらに、以下説明されるように、前記１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質は、前記第１及び／又は第２の材料の目標表面粗度を、５オングストローム以下の値に変更するように調節され得る。さらに、前記１つ又はそれ以上のＧＣＩＢ性質は、前記第１及び／又は第２の材料の相対的高エッチング速度条件又は前記第１及び／又は第２の材料の相対的低エッチング速度を達成するように調節され得る。
【００５５】
１５で、前記ＧＣＩＢは減圧環境を通じて、ビーム加速電位に従い基板２２へ加速される。前記ＧＣＩＢについて、前記ビーム加速電位は１００ｋＶまでの範囲、前記ビームエネルギーは１００ｅＶまでの範囲、前記クラスタサイズは数万原子までの範囲、及び前記ビーム照射量は約１ｘ１０１７クラスタ／ｃｍ２の範囲であり得る。例えば、前記ＧＣＩＢのビーム加速電位は約１ｋＶから約７０ｋＶであり得る（即ち、平均クラスタ荷電状態が１と仮定すると、前記ビームエネルギーは約１ｋｅＶから約７０ｋｅＶとなる）。さらに例えば、前記ＧＣＩＢのビーム照射量は約１ｘ１０１２クラスタ／ｃｍ２から約１ｘ１０１４クラスタ／ｃｍ２であり得る。
【００５６】
前記ＧＣＩＢは、原子当たりのエネルギー比率が約０．２５ｅＶ／原子から約１００ｅＶ／原子の範囲を持つように確定され得る。又は前記ＧＣＩＢは、原子当たりのエネルギー比率が約０．２５ｅＶ／原子から約１０ｅＶ／原子の範囲を持つように確定され得る。又は前記ＧＣＩＢは、原子当たりのエネルギー比率が約１ｅＶ／原子から約１０ｅＶ／原子の範囲を持つように確定され得る。
【００５７】
望ましい原子当たりのエネルギーを持つＧＣＩＢの確定には、ビーム加速電位、前記ＧＣＩＢ形成のよどみ点圧力又はガス流速、又はそれらの全ての組み合わせの選択を含む。前記ビーム加速電位は、前記ビームエネルギー又はイオンクラスタ当たりのエネルギーを増減させるために使用され得る。例えば、前記ビーム加速電位の増加により前記最大ビームエネルギーを増加させ、それにより所定のクラスタサイズについての原子当たりのエネルギー比率が増加する。さらに、前記よどみ点圧力は前記所定のクラスタサイズを増減させるために使用され得る。例えば、ＣＧＩＢの形成の際に前記よどみ点圧力を増加させることは前記クラスタサイズ（即ち、クラスタ当たりの原子数）を増加させることになり、従って所定のビーム加速電位のための原子当たりのエネルギーが減少する。
【００５８】
ここでビーム照射量は、単位面積当たりのクラスタ数の単位で与えられる。しかしビーム照射量はまた電流及び／又は時間（即ちＧＣＩＢ滞留時間）を含む。例えば前記ビーム電流は測定されて一定に維持される一方で、時間は前記ビーム照射量を変えるために変更され得る。又は例えば、クラスタが前記基板の単位面積当たりの表面に衝突する割合（即ち、単位時間当たりの単位面積当たりのクラスタの数）は一定に維持される一方で、前記時間は前記ビーム照射量を変えるために変更され得る。
【００５９】
１６で、前記ＧＣＩＢは前記基板２２の表面の少なくとも１部分を照射して前記第１の材料及び前記第２の材料の少なくとも１部分をエッチングする。
【００６０】
図１に記載された方法はさらに、１つ又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性を作るため前記１つ又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を変更すること、及び前記１つ又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性のための追加のＧＣＩＢプロセス条件の１つ又はそれ以上の追加のＧＣＩＢ性質を設定することを含む。
【００６１】
他の実施態様によると、基板２２を前記ＧＣＩＢで照射することに加えて、他のＧＣＩＢが追加の制御及び／又は作用のために使用され得る。第２のＧＣＩＢなどの他のＧＣＩＢによる基板２２の照射は、前記ＧＣＩＢの使用前、使用中又は使用後に行うことができる。例えば、他のＧＣＩＢは前記基板２２の１部分を不純物でドープするために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは、基板２２の性質を変えるために前記基板の１部分を変更するために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは、基板２２から追加の材料除去のために基板２２の１部分をエッチングするために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは、基板２２から、ハロゲン−含有残渣などの材料除去のために基板２２の１部分を洗浄するために使用され得る。さらに例えば、他のＧＣＩＢは前記基板２２の１部分上に材料を成長又は堆積させるために使用され得る。前記ドーピング、変更、エッチング、洗浄、成長又は堆積には、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｂ、Ｃ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｏ、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ、及びＢｒからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を導入することが含まれる。
【００６２】
他の実施態様によると、ＧＣＩＢ照射の対象となる基板２２の前記少なくとも１部分（２０、２０’、２０’’）は前記ＧＣＩＢでの照射の前又は後で洗浄され得る。例えば、前記洗浄プロセスには、乾式洗浄プロセス及び／又は湿式洗浄プロセが含まれる。さらに、基板２２の前記少なくとも１部分（２０、２０’、２０’’）は前記ＧＣＩＢでの照射の後にアニーリングされ得る。
【００６３】
他の実施態様によると、基板２２を用意し及び／又はエッチングする場合に、基板２２の全ての部分又は構造パターン２８が修正プロセスの対象とされ得る。修正プロセスの間、ＧＣＩＢプロセスシステムに結合された計測システムを用いて、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で又はその場以外（ｅｘ−ｓｉｔｕ）のいずれかで計測データが取得される。前記計測システムには、全ての種類の基板診断システムが含まれ、例えば限定されるものではないが、光学的診断システム、Ｘ線蛍光分光システム、４点プローブシステム、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などが含まれる。さらに、前記測定システムには、オプティカル・デジタル・プロフィル（ＯＤＰ）、散乱計、エリプソメータ、反射計、干渉計又はこれらの２つ又はそれ以上の組み合わせが含まれる。
【００６４】
例えば、前記測定システムは光学散乱測定システムを含む。
前記散乱測定システムには、ビームプロフィルエリプソメトリ（エリプソメーター）及びビームプロフィル反射計（反射計）が組み込まれた散乱計が含まれ、これは、Ｔｈｅｒｍａ−Ｗａｖｅ、Ｉｎｃ．（１２５０ Ｒｅｌｉａｎｃｅ Ｗａｙ、Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡ ９４５３９）又はＮａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ、Ｉｎｃ．（１５５０ Ｂｕｃｋｅｙｅ Ｄｒｉｖｅ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣＡ ９５０３５）から市販されているものが入手できる。さらに例えば、その場測定システムには、基板上を測定するように構成される集積化オプティカル・デジタル・プロフィル（ＯＤＯ）モジュールが含まれ得る。
【００６５】
前記測定データには、前記基板、前記基板上に形成される全ての層及びサブ層及び／又は前記基板上の装置の全ての部分に関する、幾何学的、機械的、電子的及び／又は光学的パラメータなどのパラメータデータが含まれ得る。例えば、測定データには、上述した測定システムで測定可能な全てのパラメータが含まれ得る。さらに例えば、測定データには、膜厚、表面及び／又は境界面粗度、表面汚染、構造深さ、トレンチ深さ、ビア深さ、構造幅、トレンチ幅、ビア幅、限界寸法（ＣＤ）、電気抵抗又はこれらの２又はそれ以上の全ての組み合わせを含み得る。
【００６６】
前記測定データは、前記基板の２つ又はそれ以上の位置での測定がなされ得る。さらに、このデータは１つ又はそれ以上の基板について取得され収集され得る。前記１つ又はそれ以上の基板は、例えば基板のカセットを含み得る。前記測定データは、１つ又はそれ以上の基板の少なくとも２つ又はそれ以上の位置で測定され、かつ例えば前記１つ又はそれ以上の基板のそれぞれの複数の位置で取得され得る。その後、前記複数の基板のそれぞれの上の複数の位置は、測定された場所から測定されていない場所にデータフィッティングアルゴリズムを用いて拡張され得る。例えば、前記データフィッティングアルゴリズムは、内挿（直線又は非直線）又は外挿（直線又は非直線）又はそれらの組み合わせを含み得る。
【００６７】
前記測定システムを用いて前記１つ又はそれ以上の基板について測定データ収集されると、前記測定データは制御装置に送られて修正データを計算する。測定データは、物理的接続（例えばケーブル）又は無線接続又はそれらの組み合わせにより前記測定システムと前記制御装置との間を交信可能となる。さらに、前記測定データは、イントラネット又はインターネを介して交信され得る。又は、測定データは、前記測定システムと制御装置の間を、コンピュータ読取可能媒体を介して交信され得る。
【００６８】
修正データは、前記基板の位置に特異的な処理のために計算され得る。所定の基板についての前記修正データは、前記入力される測定データに関する前記パラメータデータと前記所定の基板について前記目標パラメータデータとの間で変更を達成するために前記基板上の位置の関数として前記ＧＣＩＢ照射量を変調するためのプロセス条件を含む。例えば所定の基板についての修正データは、前記所定の基板についての前記パラメータデータの非均一性を修正するために前記ＧＣＩＢを用いるためのプロセス条件を決定することを含む。又は例えば、前記所定の基板についての修正データは、前記所定の基板について前記パラメータデータの特に意図された非均一性を作るために前記ＧＣＩＢを用いるためのプロセス条件を決定することを含む。
【００６９】
前記パラメータデータ及び前記ＧＣＩＢ照射量の望ましい変更の間の関係、及び前記ＧＣＩＢ照射量と１セットのＧＣＩＢプロセスパラメータを持つＧＣＩＢプロセス条件との間の確立された関係を用いて、前記制御装置はそれぞれの基板について修正データを決定する。例えば、１つの数学的アルゴリズムが採用され、前記入力される測定データに伴う前記パラメータデータに基づき、入力パラメータデータと前記目標パラメータデータとの差を計算し、前記ＧＣＩＢプロセスパターン（即ち、エッチングパターン又は堆積パターン又はこれらの両方）をこの差に適合させるように変換し、かつパラメータデータと前記ＧＣＩＢ照射量での変更の間の前記関係を用いて前記ＧＣＩＢプロセスパターンが達成されるようにビーム照射等高線を作る。その後例えば、ＧＣＩＢプロセスパラメータは、前記ビーム照射量及びＧＣＩＢプロセス条件の間の関係を用いて前記計算されたビーム照射等高線に合わせるように決定され得る。前記ＧＣＩＢプロセスパラメータには、ビーム照射量、ビーム領域、ビームプロフィル、ビーム強度、ビームスキャン速度、又は曝露時間（又はビーム滞留時間）、又はそれらの２又はそれ以上の全ての組合せが含まれる。
【００７０】
この実施態様には、数学的アルゴリズムの選択による多くの異なる対応方法が適切に適用され得る。他の実施態様では、前記ビーム照射等高線は、パラメータデータの望ましい変更を達成するために追加の材料を選択的に堆積することができる。
【００７１】
前記修正データは、ＧＣＩＢを用いて前記基板へ適用され得る。修正プロセスの際に、前記ＧＣＩＢは、平滑化、アモルファス化、変更、ドーピング、エッチング、成長又は堆積、又はこれらの２つ又はそれ以上の全ての組合せの少なくとも１つを実行するように構成され得る。前記基板への修正データの適用は、基板欠陥の修正、基板表面平坦性の修正、層厚さの修正又は層接着性の改善を容易にすることができる。基板がＧＣＩＢ特徴で処理されると、基板の均一性又は基板についてパラメータデータの分布は、その場で又はその他の場で検査され、前記プロセスは終了するか、又は適切に微調節され得る。
【００７２】
【表１】
図４Ａから４Ｌを参照する。ここには基板の材料をエッチングするための例示データが図示されている。図４Ａは、１２のＧＣＩＢプロセス条件の関数としてシリコン酸化物（ＳｉＯ２）の基準化エッチング速度の棒グラフである。前記１２のＧＣＩＢエッチングプロセスの前記ＧＣＩＢプロセス条件は表１に与えられている。それぞれＧＣＩＢプロセス条件のエッチング速度は、アルゴンＧＣＩＢを用いたエッチング速度で基準化されている。これは表１では１つのＧＣＩＢ条件「Ａ」として挙げられている。
【００７３】
表１で、それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位（ｋＶ）及び前記ビームエネルギー分布関数の修正に関係するＰ−セル値が与えられている。ＧＸＩＢ組成に関して、用語「５％ＮＦ３／Ｎ２」とは、ＮＦ３とＮ２との相対的量（ｍｏｌ／ｍｏｌ％）を表す。Ｐ−セル値に関して、上述のように、前記Ｐ−セル値は、バックグラウンドガスの流速（標準立法センチメートル／分、ｓｃｃｍで）に関し、バックグラウンドガスは圧力増加領域に導入されて、前記ＧＣＩＢ及び前記バックグラウンドガスとの間の衝突を起こさせて前記ビームエネルギー分布関数を広げさせる。例えば、前記ＧＣＩＢが通過する前記圧力セルでの圧力は、バックグラウンドガス４０ｓｃｃｍ（Ｐ−セル値「４０」）（又は圧力−距離積分が約０．００５トール−ｃｍ）を前記圧力セル中に導入することで上昇する。
【００７４】
図４Ａに示されるように、前記シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度は、広い範囲のＧＣＩＢプロセス条件につき決定された。前記ＧＣＩＢがＡｒのみを含む場合、即ちＧＣＩＢプロセス条件「Ａ」の場合は、前記エッチング速度は、純粋に物理的に、例えばスパッタリングにより駆動される。しかし、図４Ａ及び表１には、前記ＧＣＩＢ組成は前記エッチングプロセスに化学成分を加えてエッチング速度を増加させることが提案されている。
【００７５】
図４Ｂで示されるように、棒グラフは、表１のＧＣＩＢプロセス条件の１つの関数として、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びフォトレジスト間のエッチング選択性を示す。前記エッチング選択性は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関連する（即ち、Ｅ／ＲＳｉＯ２／Ｅ／ＲＰ．Ｒ．）。図４Ｂから、ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成及びＣｌ２系ＧＣＩＢ組成は、１を超えるエッチング選択性を与えることを示す。
【００７６】
図４Ｃは、ＧＣＩＢプロセス条件とＰ−セル値の関数として、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）とフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度のデータを図示する。３つのＧＣＩＢプロセスについてＧＣＩＢプロセス条件は表２に与えられている。表２では、それぞれのエッチングプロセス条件は、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位（ｋＶ）及び前記それぞれのＧＣＩＢ組成中のそれぞれの化学成分についての流速（ｓｃｃｍ）が与えられている。図４Ｃから分かるように、３つのＧＣＩＢプロセス条件の全てを用いるシリコン酸化物及びフォトレジストのエッチング速度は、Ｐ−セル値の減少に伴い減少する。
【００７７】
【表２】
図４Ｄに示されるように、表２のＧＣＩＢプロセス条件の関数として、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）とフォトレジストのエッチング選択性が棒グラフで示される。前記エッチング選択性は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関係する（即ち、Ｅ／Ｒ ＳｉＯ２／Ｅ／Ｒ Ｐ．Ｒ．）。図４Ｄから次のことが分かる：（１）ＳｉＯ２とＰ．Ｒ．間のエッチング選択性はＰ−セル値の増加と共に増加すること；（２）ＳｉＯ２とＰ．Ｒ．間のエッチング選択性は、特により高いＰ−セル値においてハロメタン組成に酸素添加することでやや増加すること；及び（３）ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成は、Ｃｌ２系ＧＣＩＢ組成と比較して高いＳｉＯ２及びＰ．Ｒ．間の選択性を与えること、である。
【００７８】
図４Ｅに示されるように、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング表面の表面粗度のデータグラフが、表２のＧＣＩＢプロセス条件及びＰ−セル値の関数としてプロットされている。前記表面粗度（オングストローム（Ａ）で測定される、Ｒａ）は平均粗度を表す。粗度の程度は、境界面及び／又は表面不均一性の尺度である。例えば、表面粗度などの粗度の程度は、最大粗度（Ｒｍａｘ）、平均粗度（Ｒａ）（図４Ｅに示されるように）又は二乗平均平方根粗度（Ｒｑ）として数学的に特徴付けられ得る。図４Ｅから次のことが分かる：（１）ＳｉＯ２の平均粗度はＰ−セル値の減少に伴い減少すること；（２）ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成は、Ｃｌ２系ＧＣＩＢ組成に比較してＳｉＯ２上やや高い平均粗度を与える、ということである。
【００７９】
図４Ｆに、表３のＧＣＩＢプロセス条件の関数としてシリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度及びシリコン酸化物及びフォトレジスト間のエッチング選択性が棒グラフで示される。前記エッチング選択性は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のエッチング速度に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）のエッチング速度に関する（即ち、Ｅ／Ｒ ＳｉＯ２／Ｅ／Ｒ Ｐ．Ｒ．）。表３の前記３つのＧＣＩＢプロセス条件についてＧＣＩＢ組成は同じく表２に示される。しかしいくつかのＧＣＩＢプロセス条件は、相対的に低い表面粗度（３オングストローム以下の程度）を達成するために調節されている。
【００８０】
【表３】
表３には、ビーム加速電位、Ｐ−セル値、ＧＣＩＢ組成中のそれぞれの加圧ガスの流速、及び得られるエッチング選択性と平均粗度が与えられている。図４Ｆは、対応する相対的エッチング速度及びエッチング選択性が示される。明らかに、ＣＨＦ３系ＧＣＩＢ組成は高いエッチング選択性と共に相対的に低い表面粗度を達成する。
【００８１】
図４Ｇは、２０％ＣＨＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についての流速の関数として、多結晶性シリコン（Ｓｉ）に対するフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）のエッチング選択性を表す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセス条件はさらに、６０ｋＶのビーム加速電位及び０のＰ−セル値を含む。前記流速が３５０ｓｃｃｍから５５０ｓｃｃｍへ増加すると、Ｓｉに対するＰ．Ｒ．、ＳｉＯ２及びＳｉＮのエッチング選択性は１を超える値から１未満の値へ下がる。
【００８２】
図４Ｈは、１０％ＣＨＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についてのＧＣＩＢプロセス条件を関数とする、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及び多結晶性シリコン（Ｓｉ）の間のエッチング選択性を示す棒グラフである。図４Ｈに示されるように、Ｐ−セル値の増加は、ＳｉＯ２とＳｉ間のエッチング選択性を増加させ、一方で流速の増加はＳｉＯ２とＳｉ間のエッチング選択性を減少させる。
【００８３】
【表４】
表４には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件、及び得られるエッチング選択性（ＳｉＯ２とＳｉ間の）及び平均粗度が与えられる。前記エッチング選択性は、約１から約１２の値に変動し、一方で約１Ａ（オングストローム）から約４Ａの範囲の平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００８４】
図４Ｉは、１０％ＣＨＦ３／Ｏ２のＧＣＩＢ組成に加えられるＨｅの流速を関数とした、ＳｉＯ２のエッチング速度、多結晶性Ｓｉ（Ｓｉ）のエッチング速度、及びＳｉＯ２とＳｉの間のエッチング選択性を示すデータグラフである。それぞれの選択性のピーク値（約１２．２）についてのＧＣＩＢプロセス条件は表４に与えられる（第６列参照）。Ｈｅ流速の変更の際には、ＧＣＩＢプロセス条件での残りのパラメータは一定に維持された。
【００８５】
図４Ｊは、１０％ＣＣｌＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についてＰ−セル値の関数として、多結晶性シリコン（Ｓｉ）に対してフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）のエッチング選択性を示す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセス条件はさらに、６０ｋＶのビーム加速電位及び４５０ｓｃｃｍの流速を含む。Ｐ−セル値が０から４０へ増加すると、Ｓｉに対するＳｉＯ２及びＳｉＮのエッチング選択性は増加し、一方でＳｉに対するＰ．Ｒ．のエッチング選択性は減少する。
【００８６】
【表５】
図４Ｋは、１０％ＣＣｌＦ３／ＨｅのＧＣＩＢ組成についてビーム加速電位を関数として、多結晶性シリコン（Ｓｉ）に対してフォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）についてエッチング選択性を示す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセス条件はさらに、０のＰ−セル値及び４５０ｓｃｃｍの流速が含まれる。ビーム加速電位が６０ｋＶから１０ｋＶへ減少すると、Ｐ．Ｒ．、ＳｉＯ２及びＳｉＮのＳｉに対するエッチング選択性が減少する。
【００８７】
表５には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＯ２間の）及びＳｉでの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中１０％のＣＢｒＦ３を含むＧＣＩＢ組成である。いくつかの場合には、Ｎ２が前記ＧＣＩＢに添加される。前記エッチング選択性は、約０．３から約２．５の値を変動する。一方約３Ａから約３０Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。例えば、ビーム加速電位の増加、Ｐ−セル値の増加、及びエッチング化合物の流速の減少と共にＮ２を添加することで、最小の平均粗度が得られる。
【００８８】
【表６】
【００８９】
【表７】
表６で、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＯ２間の）及びＳｉでの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中の２０％ＣＦ４を含むＧＣＩＢを組成である。前記エッチング選択性は、約０．３２から約０．５４の値で変動し、一方約２Ａから約１９Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００９０】
【表８】
表７には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（Ｓｉ及びＳｉＯ２間の）及びＳｉでの平均粗度が与えられている。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｎ２中に２０％ＮＦ３を含む組成ＧＣＩＢ組成である。前記エッチング選択性は、約１から４の値を変動し、一方約２Ａから約６０Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。高いエッチング速度及びエッチング選択性が、平均粗度を犠牲にすると達成され得る。さらに、ＳｉとＳｉＮ間のエッチング選択性は、ｐ−ドープＳｉとＳｉＮ間のエッチング選択性と類似しているように見える。
【００９１】
表８では、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＮ間の）及びＳｉの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｎ２中に２％から６％のＣｌ２を含むＧＣＩＢ組成である。いくつかの場合には、Ｈｅ、Ａｒ又はＮ２が前記ＧＣＩＢへ添加される。前記エッチング選択性は、約１から１１の値を変動し、一方約１２Ａから約１０５Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００９２】
表９には、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＮ間の）及びＳｉの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中に４％から６％のＣｌ２を含むＧＣＩＢ組成である。前記エッチング選択性は、約１．４から６の値を変動し、一方約５Ａから約４０Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。Ｃｌ２のためのキャリアとしてＨｅを用いることは、Ｃｌ２のキャリアとしてＮ２を用いる場合よりもより低い平均粗度を与えるように見える。
【００９３】
【表９】
表１０では、いくつかのＧＣＩＢプロセス条件及び得られるエッチング選択性（ＳｉとＳｉＮ間の）及びＳｉの平均粗度が与えられる。それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、Ｈｅ中に３５％ＨＣｌを含むＧＣＩＢ組成である。前記エッチング選択性は、約２から７の値を変動し、一方約１５Ａから約２５Ａの平均粗度が、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、Ｐ−セル値及び流速を含む種々のＧＣＩＢプロセス条件を調節することで達成される。
【００９４】
【表１０】
図４Ｌでは、基板上の材料のエッチングのための例示的データが示される。図４Ｌは、３つのＧＣＩＢエッチングプロセスのために、ＮｉＦｅ、Ｃｕ、ＣｏＦｅ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ、ＴａＮ、Ｔａ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、フォトレジスト（Ｐ．Ｒ．）、及びＳｉＣＯＨを含む、いくつかの材料のエッチング速度を示す棒グラフである。前記ＧＣＩＢプロセスは：（Ａ）Ａｒ；（Ｂ）５％ ＮＦ３／Ｎ２；及び（Ｃ）４％Ｃｌ２／Ｈｅを含む。前記３つのＧＣＩＢエッチングプロセスのためのプロセス条件は表１１に与えられる。
【００９５】
【表１１】
表１１で、それぞれのＧＣＩＢプロセス条件は、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位（ｋＶ）、前記ビームエネルギー分布の修正に関するＰ−セル値、及び前記ＧＣＩＢ組成の流速を含む。
【００９６】
図４Ｌに示されるように、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、及びＡｌなどのいくつかの金属−含有材料のエッチング速度は、Ｆ系ＧＣＩＢ化学反応系とは逆に、Ｃｌ系ＧＣＩＢ化学反応系を用いる場合に改善される傾向がある。また、ＧＣＩＢプロセス条件で「Ａ」とされる、ＧＣＩＢがＡｒのみを含有する場合には、エッチング速度は、純粋に物理的、例えばスパッタリングにより駆動される。しかし図４Ｌ及び表１１により、前記ＧＣＩＢ組成が、前記エッチングプロセスへ化学成分を与えるように選択され、エッチング速度を増加させることができることが示唆される。
【００９７】
図５を参照して、上述の基板処理のためのＧＣＩＢプロセスシステム１００が、本発明の１つに実施例により示されている。
前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００は、真空容器１０２、基板ホルダ１５０、その上に処理される基板１５２が固定される。前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００はさらに真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃを含む。基板１５２は半導体基板、ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又はその他のワークピースであり得る。ＧＣＩＢプロセスシステム１００は基板１５２を処理するためにＧＣＩＢを生成するように構成される。
【００９８】
図５のＧＣＩＢプロセスシステムを参照して、前記真空容器１０２は、３つの流通チャンバ、即ちソースチャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６及び減圧筺体を与えるためのプロセスチャンバ１０８を含む。前記３つのチャンバは適切な操作圧力に真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃによりそれぞれ減圧される。３つの流通チャンバ１０４、１０６、１０８において、ガスクラタスタビームは前記第１のチャンバ（ソースチャンバ１０４）で形成され得る。一方、ＧＣＩＢは前記第２のチャンバ（イオン化／加速チャンバ１０６）で生成されることができ、ここで前記ガスクラスタビームはイオン化され加速される。その後前記第３のチャンバ（プロセスチャンバ１０８）で、加速されたＧＣＩＢが基板１５２を処理するために利用され得る。
【００９９】
図５に示されるように、ＧＣＩＢプロセスシステム１００は、１又はそれ以上のガス源を有し、１又はそれ以上のガス又はガス混合物を真空容器１０２へ導入するように構成される。例えば、第１のガス源１１１に貯蔵された第１のガス組成が、第１のガス制御バルブ１１３Ａを通じて圧力下でガス測定バルブ１１３へ送られる。さらに、例えば第２のガス源１１２に貯蔵される第２のガス組成が第２のガス制御バルブ１１３Ｂを通じて圧力下ガス測定バルブ１１３へ送られる。さらに、例えば前記第１のガス組成又は第２のガス組成又はそれらの両方は凝縮可能な不活性ガス、キャリアガス又は希釈ガスを含み得る。例えば、前記不活性ガス、キャリアガス又は希釈ガスには、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はＲｎなどの希ガスが含まれる。
【０１００】
さらに、前記第１のガス源１１１及び第２のガス源１１２はいずれかのみ又はお互いに組み合わせてイオン化クラスタを生成するために利用され得る。前記材料組成には、前記材料層と反応又は導入されることが望まれる前記元素の前記主原子又は分子種を含み得る。
【０１０１】
前記第１のガス組成又は第２のガス組成又はそれらの両方を含む高圧、凝縮可能なガスは、ガス供給チューブ１１４を通じてよどみチャンバ（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）１１６に導入され、適切な形状のノズル１１０を通じて実質的に低圧真空内に噴射される。前記高圧凝縮可能なガスが前記よどみチャンバ１１６からより低圧領域に前記ソースチャンバ１０４へ膨張する結果として、前記ガス速度は超音波速度に加速され、ガスクラスタビーム１１８がノズル１１０から噴射される。
【０１０２】
前記ジェット内で膨張することによる静的エンタルピーとして前記ジェットの固有冷却は運動エネルギーと交換され、これにより前記ガスジェットの１部分が濃縮され、クラスタを含むガスクラスタビーム１１８を形成し、それぞれのクラスタは数個又は数千個の弱く結合された原子又は分子からなる。ガススキマ−１２０は、前記ノズル１１０の出口から下流の、前記ソースチャンバ１０４とイオン化／加速チャンバ１０６の間に設けられる。これは、前記ガスクラスタビーム１１８の周辺端部にあるクラスタに凝縮されない可能性のあるガス分子を、クラスタが形成され得る前記ガスクラスタビーム１１８のコア部分でのガス分子と分離するためである。とりわけ、ガスクラスタビーム１１８の１部分のこの選択は、前記下流の圧力を低減させ得るからである。というのは前記下流では高圧が有害となり得るからである（例えばイオン化装置１２２及びプロセスチャンバ１０８）。さらに、ガススキマー１２０は、前記イオン化／加速チャンバ１０６に導入されるガスクラスタビームの初期寸法を決める。
【０１０３】
前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００はまた、１又はそれ以上のスキマー開口部を持つ多重ノズルを含み得る。多重のガスクラスタイオンビームの設計に関連するさらなる詳細は、米国特許出願公開第２０１０／０１９３７０１Ａ１（発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｇａｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｙｓｔｅｍ」（２００９年４月２３日出願）；及び米国特許出願公開第２０１０／０１９３４７２Ａ１（発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｇａｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ」（２０１０年３月２６日出願）に記載され、これらの内容は参照されて本明細書の援用される。
【０１０４】
前記ガスクラスタビーム１１８が前記ソースチャンバ１０４で形成された後、前記ガスクラスタビーム１１８中の構成ガスクラスタはイオン化装置１２２でイオン化されＧＣＩＢ１２８を形成する。前記イオン化装置１２２は、１又はそれ以上のフィラメント１２４から電子を生成する電子衝突イオン化装置を含み、これらの電子は加速されて、前記イオン化／加速チャンバ１０６内部で前記ガスクラスタビーム１１８内の前記ガスクラスタと衝突するように方向付けられる。ガスクラスタとの衝突衝撃で、十分なエネルギーの電子が、前記ガスクラスタ内の分子から電子を放出させてイオン化分子を生成させる。前記ガスクラスタのイオン化は、通常は正味正電荷を持つ荷電ガスクラスタの集団を生成する。
【０１０５】
図５に示されるように、ビーム電子回路１３０が、イオン化、抽出、加速及びＧＣＩＢ１２８のフォーカシングに利用される。前記ビーム電子回路１３０は、フィラメント電力供給１３６を含み、これは前記イオン化装置フィラメント１２４を加熱するための電圧ＶＦを提供する。
【０１０６】
さらに、前記ビーム電子回路１３０は、前記イオン化／加速チャンバ１０６内で一組の適切にバイアスされた高電圧電極１２６を含み、これは前記イオン化装置１２２から前記クラスタイオンを抽出する。前記高電圧電極１２６はその後前記抽出されたクラスタイオンを加速して望ましいエネルギーとしそれらをフォーカシングしてＧＣＩＢ１２８を定める。前記ＧＣＩＢ１２８中のクラスタイオンの運動エネルギーは、通常は約１０００電子ボルト（１ｋｅＶ）から数十ｋｅＶの範囲である。例えばＧＣＩＢ１２８は、１から１００ｋｅＶへ加速され得る。
【０１０７】
図５に示されるように、前記ビーム電子回路１３０はさらに、アノード電力供給１３４を含み、これは、イオン化装置フィラメント１２４から放出された電子を加速するためにイオン化装置１２２のアノードに電圧ＶＡを与え、前記電子をガスクラスタビーム１１８中のガスクラスタへ衝突させてクラスタイオンを生成させる。
【０１０８】
さらに、図５に示されるように、前記ビーム電子回路１３０は、抽出電力供給１３８を含みこれは前記イオン化装置１２２のイオン化領域からイオンを抽出しＧＣＩＢ１２８を生成させるために少なくとも１つの高電圧電極１２６をバイアスするための電圧ＶＥＥを与える。例えば抽出電力供給１３８は、イオン化装置１２２のアノード電圧以下の高電圧電極１２６の第１の電極へ電圧を供給する。
【０１０９】
さらに、前記ビーム電子回路１３０は、加速装置電力供給１４０を含み、これは前記イオン化装置１２２に関して前記高電圧電極１２６の１つをバイアスするために電圧ＶＡＣＣを与え、その結果全ＧＣＩＢ加速エネルギーを約ＶＡＣＣ電圧（ｅＶ）にする。例えば、加速装置電力供給１４０は、前記高電圧電極１２６の第２の電極へ前記イオン化装置１２２のアノード電圧以下でありかつ前記第１の電極の前記抽出電圧以下である電圧を与える。
【０１１０】
さらに、前記ビーム電子回路１３０はレンズ電力供給１４２、１４４を含み、これらは、前記ＧＣＩＢ１２８をフォーカシングするための電位（例えばＶＬ１及びＶＬ２）を持ついくつかの高電圧電極をバイアスするために設けられ得る。例えば、レンズ電力供給１４２は、前記高電圧電極１２６の第３の電極へ電圧を供給することができ、それは前記イオン化装置１２２のアノード電圧、前記第１の電極の抽出電圧、及び前記第２の電極の加速装置電圧以下であり、かつレンズ電力供給１４４は前記高電圧電極１２６の第４の電極へ電圧を供給することができ、それは前記イオン化装置１２２のアノード電圧、前記第１の電極の抽出電圧、及び前記第２の電極の加速装置電圧及び前記第３の電極の第１のレンズ電圧以下である。
【０１１１】
留意すべきは、イオン化及び抽出方法の両方に多くに変法が使用され得る、ということである。ここで記載される方法は教示目的で有用であり、他の抽出方法にはＶＡＣＣでの前記イオン化装置及び前記抽出電極（又は抽出光学系）の前記第１の要素を設けることを含む。このことは通常、前記イオン化装置電力供給のために電圧制御のための光ファイバプログラミングを必要とするが、より簡単な光学経路を生成する。ここで記載れた発明は、イオン化装置及び抽出レンズのバイアス化にも拘わらず有用である。
【０１１２】
前記高電圧電極１２６の下流の前記イオン化／加速チャンバ１０６のビームフィルタ１４６が、ＧＣＩＢ１２８からモノマー及び軽いクラスタイオンを除去するために利用され、前記プロセスチャンバ１０８へ入るフィルタされたプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを定める。１つの実施態様では、前記ビームフィルタ１４６は実質的に、クラスタの数を１００以下の原子又は分子又はその両方に低減する。前記ビームフィルタは、フィルタプロセスを支援するために前記ＧＣＩＢ１２８を超えて磁場を付加するために磁石アセンブリを含む。
【０１１３】
図５を参照して、ビームゲート１４８は、イオン化装置／加速チャンバ１０６のＧＣＩＢ１２８の経路内に設けられる。ビームゲート１４８は、開口状態を有し、そこでは前記ＧＣＩＢ１２８が前記イオン化装置／加速チャンバ１０６から前記プロセスチャンバ１０８へ通過しＧＣＩＢ１２８Ａを定めることを許容し、かつ閉口状態を有し、そこではＧＣＩＢ１２８は前記プロセスチャンバ１０８に入ることがブロックされる。制御ケーブルが、制御システム１９０からビームゲート１４８へのシグナル制御を行う。前記制御シグナルは、前記開口及び閉口状態との間でビームゲート１４８の切り替えの制御を可能とする。
【０１１４】
基板１５２は、ウェハ又は半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は他のＧＣＩＢプロセスで処理される基板であり得る。基板１５２は前記プロセスチャンバ１０８内のプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路内に設けられる。大部分の応用が、空間的に均一結果となる大型基板のプロセスを含むことから、スキャンシステムは、前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａが広い領域にわたり均一にスキャンして空間的に同一の結果を得ることが望まれる。
【０１１５】
Ｘ−スキャン駆動装置１６０は、基板ホルダ１５０をＸ−スキャン移動の方向に直線移動させる（紙面内及び紙面の外）。Ｙスキャン駆動装置１６２は、基板ホルダ１５０をＹ−スキャン移動１６４の方向、通常はＸ−スキャン移動に直行する方向に直線移動させる。Ｘ−スキャン及びＹ−スキャン移動の組合せが基板ホルダ１５０で保持された基板１５２を移動させ、ラスタ様スキャン移動でプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを通過させ、前記基板１５２のプロセスのためのプロセスＧＣＩＢ１２８Ａにより基板１５２の表面を均一（又はプログラムされたように）に照射させる。
【０１１６】
基板ホルダ１５０は、前記基板１５２を前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａの前記軸に関してある角度で設け、それによりプロセスＧＣＩＢ１２８Ａは、基板１５２表面に関してある角度のビーム入射１６６を有する。前記ビーム入射１６６の角度は、９０度又はその他の角度であり得る。しかし通常は９０度又はそれに近い角度である。Ｙ−スキャンの際に、基板１５２及び基板ホルダ１５０は、前記示された位置から１５２Ａ及び１５０Ａでそれぞれ示される他の位置「Ａ」へ移動する。前記２つの位置の間を移動する際に、基板１５２はプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを通じてスキャンされ、かつ両方の端部に移動してプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路から完全に外れる（オーバースキャン）。図５では明確に示されていないが、同様のスキャン及びオーバースキャンが、（通常）直行するＸ−スキャン移動方向（紙面内及び外）で実行される。
【０１１７】
ビーム電流センサ１８０は、基板ホルダ１５０を超えて、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路中に設けられ、前記基板ホルダ１５０がプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路の外をスキャンされる際にプロセスＧＣＩＢ１２８Ａのサンプルを捕集する。ビーム電流センサ１８０は通常はファラディカップなどであり、ビーム入射開口部を除いて閉鎖され、通常は電気絶縁性の台１８２を有する真空容器１０２の壁部に固定されている。
【０１１８】
図５に示されるように、制御システム１９０は、Ｘ−スキャン駆動装置１６０、Ｙ−スキャン駆動装置１６２に電気ケーブルを通じて接続され、Ｘ−スキャン駆動装置１６０、Ｙ−スキャン駆動装置１６２を制御して、基板１５２をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの中又は外に配置するようにして前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａによる基板１５２の望ましい処理が達成されるように制御する。制御システム１９０は、ビーム電流センサ１８０で集められたサンプルビーム電流を、電気ケーブルの手段により受け取り、それによりＧＣＩＢをモニタし、かつ、所定の照射量が伝達された場合にプロセスＧＣＩＢ１２８Ａから基板１５２を移動させることで基板１５２により受け取られるＧＣＩＢ照射量を制御する。
【０１１９】
図６に示されるように、ＧＣＩＢプロセスシステム１００’は、図５の実施態様と類似し、さらにＸ−Ｙ位置決めテーブル２５３を含み、これは基板２５２を２軸で動かすことができ、基板２５２をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａに対して効果的にスキャンすることができる。例えば、前記Ｘ−移動は、紙面の内及び外への動きを含み、Ｙ−移動は方向２６４に沿った動きを含む。
【０１２０】
前記プロセスＧＣＩＢ１２８Ａは、基板２５２の表面上に関してビーム入射２６６の角度で、前記基板の表面の予定された衝突領域２８６で基板と衝突する。Ｘ−Ｙ移動により、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は、基板２５２の表面のそれぞれの部分をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａの経路内に位置させることができ、それにより前記表面の全ての領域がプロセスＧＣＩＢ１２８Ａにより処理されるために前記予定された衝突領域２８６と一致させるようにすることができる。Ｘ−Ｙ制御装置２６２は、電位シグナルを前記Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３に電気ケーブルを通じて送り、Ｘ軸及びＹ軸方向のそれぞれの位置と速度を制御することができる。前記Ｘ−Ｙ制御装置２６２は、電気ケーブルを介して制御システム１９０から制御シグナルを受け取り、それにより操作可能となる。Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は、従来のＸ−Ｙテーブル位置わせ技術により連続的移動又はステップ移動で、基板２５２の異なる領域を前記予定される衝突領域２８６内に移動させる。１つの実施態様では、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３は制御装置１９０により、プログラムされた速度で、基板２５２の全ての部分が、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａにより処理するＧＣＩＢのために予定された衝突領域２８６を通ってスキャン操作されるようにプログラム化可能である。
【０１２１】
位置決めテーブル２５３の基板保持表面２５４は導電性であり、制御装置１９０で操作される照射量測定プロセッサに接続される。位置決めテーブル２５３の電気絶縁性層２５５が、基板２５２と基板保持表面２５４とを前記位置決めテーブル２５３の基台部２６０から分離する。プロセスＧＣＩＢ１２８Ａの衝突により基板２５２内に誘導される電荷は、基板２５２、基板ホルダ表面２５４を伝わり、シグナルが照射量測定のための制御装置１９０へ位置決めテーブル２５３を通じて結合される。照射量測定は、ＧＣＩＢプロセッサ照射量を決定するためにＧＣＩＢ電流を積算するために積算手段を持つ。特定の条件下で、電子のターゲット−中和ソース（図示されない）（電子フラッドと参照される場合がある）が、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａを中和するために使用され得る。そのような場合には、ファラディカップ（図示されていないが、図５のビーム電流センサ１８０に類似する）が、電荷ソースが追加されても正確な照射量を保証するために使用され得る。その理由は、通常ファラディカップは高エネルギー正イオンが入射された場合のみ測定されるからである。
【０１２２】
操作では、制御システム１９０はシグナルを出して前記ビームゲート１４８を開口させ、基板２５２をプロセスＧＣＩＢ１２８Ａで照射させる。前記制御装置１９０は、基板２５２により集められたＧＣＩＢ電流を、基板２５２により受けられた積算照射量を計算するためにモニタする。基板２５２で受けられた照射量が既定の照射量に到達すると、制御装置１９０はビームゲート１４８を閉じ、基板２５２の処理は終了する。基板２５２の所定の領域につき受けたＧＣＩＢ照射量の測定に基づき、制御装置１９０は、基板２５２の異なる領域を処理する適切なビーム滞留時間を達成するためにスキャン速度を調節することができる。
【０１２３】
又は、プロセスＧＣＩＢ１２８Ａは固定パターンで一定の速度で、基板２５２表面をスキャンされ得るが、しかしＧＣＩＢ強度は、意図的に前記サンプルへの非均一な照射量を与えるために変調され得る（これはＺ軸変調と参照され得る）。前記ＧＣＩＢ強度は、ＧＣＩＢプロセスシステム１００’で、種々の方法で変調され得る。これには、ＧＣＩＢ供給源からのガス流量の変更、フィラメントＶＦ又はアノードＶＡの変更のいずれかによりイオン化装置１２２の変調、レンズ電圧ＶＬ１及び／又はＶＬ２を変更することでレンズフォーカシングを変調、又は種々のビームブロック、調節シャッタ又は種々の開口部でＧＣＩＢの一部分を機械的にブロックすることが含まれる。前記変調変更は、連続的に類似する変更、又は時間変調される切り替え又はゲート開閉であり得る。
【０１２４】
プロセスチャンバ１０８はさらに、その場測定システムを含む。例えば、前記その場測定システムには、光学送信装置２８０及び光学受信装置２８２を持ち、基板２５２を入射光学シグナル２８４で照射し、それに対応する基板２５２からの散乱光学シグナル２８８を受け取るように構成される光学診断システムを含む。前記光学診断システムは、入射光学シグナル２８４と及び前記プロセスチャンバ１０８の内へ及び外へ前記散乱光学シグナルを通過可能とする光学窓を含む。さらに、前記光学送信装置２８０及び光学受信装置２８２は、それぞれ送信光学系及び受信光学系を含み得る。前記光学送信装置２８０は、前記制御システム１９０から制御電気シグナルを受け取り、それに応じる。
前記光学受信装置２８２は、前記制御装置１９０へ測定値を返す。
【０１２５】
その場測定システムは、ＧＣＩＢ処理の進展をモニタするように構成される全ての装置を含み得る。１つの実施態様では、前記その場測定システムは光学散乱計測システムを含む。前記散乱計測システムには、ビームプロフィルエリプソメトリー（エリプソメータ）及びビームプロフィル反射測定（反射計）を組み込んだ散乱計が含まれ、市販ではＴｈｅｒｍａ−Ｗａｖｅ、Ｉｎｃ．（１２５０ Ｒｅｌｉａｎｃｅ Ｗａｙ、Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡ ９４５３９）又はＮａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ、Ｉｎｃ．（１５５０ Ｂｕｃｋｅｙｅ Ｄｒｉｖｅ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、ＣＡ ９５０３５）から入手できる。
【０１２６】
例えば、前記その場測定システムは、統合オプチカルデジタルプロフィルメトリ（ｉＯＤＰ）スキャトロメトリモジュールが含まれ、これは前記ＧＣＩＢプロセスシステム１００’での処理プロセスの実行から得られるプロセス成績データを測定するように構成される。前記測定システムは、例えば前記処理プロセスから得られる測定データを測定又はモニタすることができる。前記測定データは、例えばプロセス成績データを決めるために利用でき、このデータは、プロセス速度、相対プロセス速度、構造プロフィル角度、限界寸法、構造厚さ又は深さ、構造形状などの前記処理プロセスを特徴付けることができる。例えば、基板上に方向性の堆積材料をプロセスする際のプロセス成績データには、構造中（即ちビア、ラインなどの）の頂部、中間部又は底部ＣＤなどの限界寸法（ＣＤ）、構造深さ、材料厚さ、側壁角度、側壁形状、堆積速度、相対堆積速度、全てのパラメータの空間分布、全ての空間分布の均一性を特徴付けるパラメータが含まれる。制御システム１９０からの制御シグナルを介して前記Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２５３を操作に際しては、その場測定システムは基板２５２の１又はそれ以上の特徴をマッピングすることができる。
【０１２７】
図７に示される実施態様では、ＧＣＩＢプロセスシステム１００’’は図５の実施態様と類似するがさらに、例えば前記イオン化／加速チャンバ１０６の外側に、又はその近くに配置される圧力セルチャンバ３５０を含む。前記圧力セルチャンバ３５０は、不活性ガス源３５２を含み、これはバックグラウンドガスを前記圧力セルチャンバ３５０へ、前記圧力セルチャンバ３５０内の圧力を増加させるために供給するように構成され、かつ圧力センサ３５４を含み、これは前記圧力セルチャンバ３５０内の増加した圧力を測定するように構成される。
【０１２８】
前記圧力セルチャンバ３５０は、前記ＧＣＩＢ１２８のビームエネルギー分布を修正して修正されたプロセスＧＣＩＢ１２８Ａを生成するように構成され得る。前記ビームエネルギー分布のこの修正は、前記ＧＣＩＢの少なくとも１部分が前記増加圧力領域を横切るように、前記圧力セルチャンバ３５０内の増加圧力領域を通過するＧＣＩＢ経路に沿ってＧＣＩＢ１２８を方向付けることで達成される。前記ビームエネルギー分布の修正の程度は、前記ＧＣＩＢ経路の少なくとも１部分に沿った圧力−距離積分により特徴付けられ、ここで距離（又は圧力セルチャンバ３５０の長さ）は経路長（ｄ）で示される。前記圧力−距離積分値が増加する場合（圧力及び／又は経路長（ｄ）のいずれかが増加することで）、前記ビームエネルギー分布は広がりかつピークエネルギーが減少する。前記圧力−距離積分値が減少する場合（圧力及び／又は経路長（ｄ）のいずれかが減少することで）、前記ビームエネルギー分布は狭くなりかつピークエネルギーが増加する。圧力セルの設計のためのさらなる詳細は、米国特許第７、０６０、９８９号（発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｇａｓ−ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｏｎ ｂｅａｍ」）から決めることができ、この内容は参照されて本明細書の援用される。
【０１２９】
制御システム１９０は、マイクロプロセッサー、メモリ及びデジタルＩ／Ｏポートを含み、これはＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）へ交信し、かつＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）からの出力同様にＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）への入力を行うために十分な制御電圧を生成することができる。さらに、制御システム１９０は、真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ及び１７０Ｃ、第１のガス源１１１、第２のガス源１１２、第１のガス制御バルブ１１３Ａ、第２のガス制御バルブ１１３Ｂ、ビーム電子化回路１３０、ビームフィルタ１４６、ビームゲート１４８、Ｘ−スキャン駆動装置１６０、Ｙ−スキャン駆動装置１６２及びビーム電流センサ１８０に接続され情報を交換し得る。例えば、前記メモリに貯蔵されたプログラムは、基板１５２上でＧＣＩＢプロセスを実行するためのプロセス条件によりＧＣＩＢプロセスシステム１００の前記コンポーネントへの入力を開始させるために利用され得る。
【０１３０】
しかし、前記制御システム１９０は、メモリに含まれる１又はそれ以上の命令の１又はそれ以上の順序を実行するプロセッサに応じて本発明のマイクロプロセッサーに基づくプロセスステップの一部又は全てを実行する汎用目的コンピュータシステムとして実装され得る。かかる命令は、ハードディスク又は移動可能な媒体ドライブなどの他のコンピュータ読み取り可能な媒体から前記制御装置メモリへ読み込まれ得る。多重プロセス配置での１又はそれ以上のプロセッサはまた、主メモリに含まれる一連の命令を実行するために前記制御マイクロプロセッサーとして適用され得る。他の実施態様では、実線回路がソフトウェア命令の代わりに又はそれと組み合わせて使用され得る。従って、実施態様はハードウェア回路及びソフトウェアの全ての特定の組合せに限定されるものではない。
【０１３１】
前記制御システム１９０は、上述のように全ての数の処理要素を構成するために使用可能であり、前記制御システム１９０は、処理要素からデータを収集し、提供し、処理し、記憶し及び表示することができる。前記制御システム１９０は１又はそれ以上の前記処理要素を制御するために、いくつかの制御装置同様、いくつかのアプリケーションを含むことができる。例えば、制御システム１９０は、グラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）要素（図示されていない）を含みことができ、これはユーザが１又はそれ以上の処理要素をモニタ及び／又は制御することを可能とする。
【０１３２】
制御システム１９０はＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）に相対して近くに位置され得るか、又はＧＣＩＢプロセスシステム１００（又は１００’、１００’’）の相対して遠隔的に位置され得る。例えば、制御システム１９０は、直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを介してＧＣＩＢプロセスシステム１００とデータ交換し得る。制御システム１９０は、イントラネットへ例えば顧客サイト（即ち、装置製造者など）で接続され得るか、又はイントラネットへ、例えば購入者サイト（即ち製造者）で接続され得る。これに加えて又はこれに代えて、制御システム１９０はインターネットへ接続され得る。さらに、他のコンピュータ（即ち制御装置、サーバなど）が制御システム１９０にアクセスして直接接続、イントラネット及び／又はインターネットを介してデータを交換することができる。
【０１３３】
基板１５２（又は２５２）は基板ホルダ１５０（又は基板ホルダ２５０）へ、機械的クランプシステム又は電気的クランプシステム（例えば静電クランプシステム）などのクランプシステム（図示されていない）により固定され得る。さらに、基板ホルダ１５０（又は２５０）は、加熱システム（図示されていない）又は冷却システム（図示されていない）を含み、これは基板ホルダ１５０（又は２５０）及び基板１５２（又は２５２）の温度を調節し及び／又は制御するように構成されている。
【０１３４】
真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ、及び１７０Ｃは、ターブ分子真空ポンプ（ＴＭＯ）を含みことができ、これは約５０００リットル／秒（及びそれ以上）のポンプ速度を有し、さらに真空ポンプシステム１７０Ａ、１７０Ｂ、及び１７０Ｃは前記チャンバ圧力を作動させるためのゲートバルブを含むことができる。従来の真空プロセス装置では、１０００から３０００リットル／秒（ＴＭＰ）が適用され得る。ＴＭＰは低圧プロセスにおいて有用であり、通常は約５０ｍＴｏｒｒ（トール）未満である。図示されていないが、理解されるべきことは、圧力セルチャンバ３５０はまた、真空ポンプシステムを含み得る、ということである。さらに、チャンバ圧力をモニタする装置（図示されていない）が、前記真空容器１０２と、又は前記３つの真空チャンバ１０４、１０６、１０８の全てと接続され得る。前記圧力測定装置が、例えばキャパシタンスマノメータ又はイオン化ゲージであり得る。
【０１３５】
図８を参照して、ガスクラスタジェット（図５、６及び７のガスクラスタビーム１１８）のイオン化装置（図５、６及び７の１２２）の断面３００が示されている。断面３００はＧＣＩＢ１２８の軸に垂直である。通常のガスクラスタサイズ（２０００から１５０００原子）について、ガススキマー（図５、６及び７の１２０）を出てイオン化装置（図５、６及び７の１２２）に入るクラスタは、約１３０から１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーで飛行する。この低いエネルギーで、前記イオン化装置１２２内の空間電荷中和から離れることは、ビーム電流の相当な損失を伴って前記ジェットの急激な分散を起こす結果となり得る。図８には自己中和イオン化装置が示されている。他のイオン化装置と同じく、ガスクラスタは電子衝撃によりイオン化される。この設計では、熱電子（３１０で示される７つの例）が、多重直線熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ、及び３０２ｃ（通常はタングステン）から放出され、電子反発電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃ及びビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ及び３０４ｃにより与えられる適切な電場の作用により抽出されフォーカシングされる。熱電子３１０は前記ガスクラスタジェット及び前記ジェット軸を通過しその後逆側のビーム形成電極３０４ｂに衝突して低エネルギー第２電子（例えば、３１２、３１４及び３１６で示される）を生成する。
【０１３６】
図示されていないが、直線熱電子フィラメント３０２ｂ及び３０２ｃもまた、熱電子を生成しそれにより低エネルギー第２電子を生成する。全ての第２電子は、空間電荷中性を維持することが要求される前記正に荷電されたガスクラスタジェット内に引かれ得る低エネルギー電子を与えることで、前記イオン化されたクラスタジェットが空間電荷中性を維持することを保証する助けとなる。ビーム形成電極３０４ａ、３０４ｂ、及び３０４ｃは、直線熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに関して正にバイアスされており、電子反発電極３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃは、直線熱電子フィラメント３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃに関して負にバイアスされている。絶縁体３０８ａ、３０８ｂ３０８ｃ、３０８ｄ、３０８ｅ及び３０８ｆは、電極３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ３０６ａ、３０６ｂ及び３０６ｃを電気的に絶縁し支持する。例えばこの自己中和イオン化装置は、１０００マイクロアンペア（Ａｍｐ）アルゴンＧＣＩＢで効果的に達成され得る。
【０１３７】
又はイオン化装置はプラズマからイオン化クラスタへ電子抽出を用いることも可能である。このイオン化装置の形状は上で記載された３つのフィラメントイオン化装置とは大きく異なるが、操作原理及びイオン化装置の制御は類似している。図９を参照して、ガスクラスタジェット（図５、６および７のガスクラスタジェット１１８）をイオン化するためのイオン化装置（図５、６及び７の１２２）の断面４００が示されている。断面４００はＧＣＩＢ１２８の軸に垂直である。通常のガスクラスタサイズ（２０００から１５０００原子）について、ガススキマー（図５、６及び７の１２０）から出てイオン化装置（図５、６及び７の１２２）に入るクラスタは、約１３０から１０００電子ボルト（ｅＶ）の運動エネルギーを持って飛行する。この低エネルギーでは、前記イオン化装置１２２内の空間電荷中和から離れることは、ビーム電流の大きな損失を伴って前記ジェットの迅速な分散を起こす結果となり得る。図９は、自己中和イオン化装置を示す。他のイオン化装置装と同様に、ガスクラスタは電子衝撃によりイオン化される。
【０１３８】
前記イオン化装置は、細いロッドアノード電極４５２の配列を含み、これは支持プレート（図示されていない）により支持され電気的に接続されている。この細いロッドアノード電極の配列４５２は、前記ガスクラスタビーム（例えば図５、６及び７のガスクラスタビーム１１８）の軸に関して実質的に共中心である。前記イオン化装置はまた、細いロッド電子反発電極４５８の配列を含み、これは他の支持プレート（図示されていない）で支持され電気的に接続されている。細いロッド電子反発電極４５８の配列は、前記ガスクラスタビーム（例えば、図５、６及び７の１１８）の軸と実質的に共中心である。前記イオン化装置はさらに、細いロッド電子反発電極４６４の配列を含み、これは他の支持プレート（図示されていない）で支持され電気的に接続されている。細いロッド電子反発電極４６４の配列は、前記ガスクラスタビーム（例えば、図５、６及び７の１１８）の軸と実質的に共中心である。
【０１３９】
高エネルギー電子は、プラズマ電子源４７０からビーム領域４４４へ供給される。前記プラズマ電子源４７０は、プラズマ領域４４２でプラズマが形成されるプラズマチャンバ４７２を含む。前記プラズマ電子源４７０はさらに、熱電子フィラメント４７６、ガス入口開口部４２６及び複数の抽出開口部４８０を含む。前記熱電子フィラメント４７６は、前記プラズマチャンバ４７０から絶縁体４７７を介して絶縁されている。一例として、前記熱電子フィラメント４７６は、１回半巻の「ピッグテール」構造を持つタングステンフィラメントを含み得る。
【０１４０】
前記ガスクラスタイオン化装置の断面４００は、複数の開口部４８２を持つ電子加速電極４８８を含む。さらに、前記断面４００は、複数の開口部４８４を持つ電子減速電極４９０を含む。前記複数の開口部４８２、複数の開口部４８４及び複数の抽出開口部４８０は全て、前記プラズマ領域４４２からビーム領域４４４へ整列されている。
【０１４１】
希ガスなどのプラズマ形成ガスが、ガス入口開口部４２６を通じてプラズマチャンバ４７２に導入される。絶縁ガス供給ライン４２２により、加圧されたプラズマ形成ガスが遠隔制御可能なガスバルブ４２４へ送られる。前記遠隔制御可能なガスバルブ４２４は、プラズマ形成ガスのプラズマチャンバ４７２導入を制御する。
【０１４２】
フィラメント電力供給４０８は、熱電子放出を起こすため熱電子フィラメント４７６を通じる電流を駆動するためのフィラメント電圧（ＶＦ）を与える。フィラメント電力供給４０８は、制御可能に、３から５Ｖ（ボルト）で約１４０から２００Ａ（アンペア）を与える。アーク電力供給４１０は、制御可能に、前記熱電子フィラメント４７６に関して正にプラズマ形成チャンバ４７２をバイアスするためのアーク電圧（ＶＡ）を与える。アーク電力供給４１０が通常は固定電圧で操作され、通常約３５Ｖである。またアーク電力供給４１０は、プラズマを生成するためにプラズマチャンバ４７２内で電子を加速する手段を与える。前記フィラメント電流は、前記アーク電力供給４１０により供給されるアーク電流を規制するように制御される。アーク電力供給４１０は、プラズマアークへ５Ａまでのアーク電流を与えることが可能である。
【０１４３】
電子減速電極４９０は、電子バイアス電力供給４１２によりプラズマチャンバ４７２に関して正にバイアスされている。電子バイアス電力供給４１２は、３０から４００Ｖの範囲にわたり制御可能に調節できるバイス電圧（ＶＢ）を与える。電子加速電極４８８は電子抽出電力供給４１６により電子減速電極４９０に関して正にバイアスされている。電子抽出電力供給４１６は、２０から２５０Ｖの範囲にわたり制御可能な電子抽出電圧（ＶＥＥ）を与える。加速電力供給４２０は、細いロッドアノード電極４５２及び電子減速電極４９０を接地電位に関して正にバイアスするために加速電圧（ＶＡＣＣ）を提供する。ＶＡＣＣは、断面４００で示されるガスイオン化装置により生成されるガスクラスタイオンのための加速電位であり、１から１００ｋＶの範囲で調節可能に制御可能である。電子反発電力供給４１４は、前記細いロッド電子反発電極４５８の配列をＶＡＣＣに関してバイアスするための電子反発バイアス電圧（ＶＥＲ）を与える。ＶＥＲは、５０から１００Ｖの範囲で制御可能である。イオン反発電力供給４１８は、細いロッドイオン反発電極４６４の配列をＶＡＣＣに関してバイアスするためにイオン反発バイアス電圧（ＶＩＲ）を与える。ＶＩＲは５０から１５０Ｖの範囲で制御可能である。
【０１４４】
光学ファイバ制御装置４３０は、ケーブル４３４で電気制御シグナルを受け取り、それを、接地された制御システムからのシグナルを用いて高電位で操作するコンポーネントを制御するために制御リンク４３２の光学シグナルへ変換する。光学ファイバ制御リンク４３２は、制御シグナルを遠隔操作で制御可能に、ガスバルブ４２４、フィラメント電力供給４０８、アーク電力供給４１０、電子バイアス電力供給４１２、電子反発電力供給４１４、電子抽出電力供給４１６及びイオン反発電力供給４１８へ送る。
【０１４５】
例えば、前記イオン化装置設計は、米国特許第７１７３２５２（発明の名称「Ｉｏｎｉｚｅｒ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｇａｓ−ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｏｎ−ｂｅａｍ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」）に記載されたイオン化装置と類似したものであり、この全内容は参照されて本明細書に援用される。
【０１４６】
前記イオン化装置（図５、６及び７の１２２）は、ＧＣＩＢ前記１２８のビームエネルギー分布をＧＣＩＢ１２８の荷電状態を変更することで修正するように構成され得る。例えば、前記荷電状態は、ガスクラスタの電子衝撃誘導イオン化で利用される電子の、電子フラックス、電子エネルギー又は分布を調節することで修正され得る。
【０１４７】
ここまで本発明のいくつかの実施態様が詳細に説明されたが、当業者は、本発明の新規な教示及び利点から実質的に離れることなく、前記実施態様の多くの修正・変更が可能である、ということを理解するであろう。従ってこれら全ての修正・変更は本発明の範囲に含まれることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の材料をエッチングする方法であり、前記方法は：
第１の材料、第２の材料、及び前記第１の材料及び／又は第２の材料を曝露する表面を持つ基板を保持するための基板ホルダ回りを減圧環境に維持し；
前記基板を前記減圧環境内に確実に保持し；
１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を選択し、
前記目標エッチングプロセス特性が、前記第１の材料のエッチング速度、前記第２の材料のエッチング速度、前記第１の材料と第２の材料との間のエッチング選択性、前記第１の材料の表面粗度、前記第２の材料の表面粗度、前記第１の材料のエッチングプロフィル及び前記第２の材料のエッチングプロフィルを含み；
少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガスからガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を形成し；
前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するために前記ＧＣＩＢについてのＧＣＩＢプロセス特性の１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質を設定し；
前記減圧環境を通じて前記ＧＣＩＢを加速し；及び
前記基板の前記表面の少なくとも１部分に前記ＧＣＩＢを照射して、前記第１の材料及び前記第２の材料の少なくとも１部分をエッチングする、ことを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、前記ＧＣＩＢプロセス条件の前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ前記性質が、ＧＣＩＢ組成、ビーム照射量、ビーム加速電位、ビームフォーカシング電位、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム拡散角度、前記ＧＣＩＢ組成の流速、よどみ点圧力、よどみ点温度、前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス圧力、又は前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス流速を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であり、前記ＧＣＩＢプロセス条件の前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質が、ＧＣＩＢ組成を含み、かる前記ＧＣＩＢ組成が第１のエッチングガス及び第２のエッチングを含む、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣｌ又はＢｒを含み、かつ前記第２のエッチングガスがＦを含む、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣｌ２を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＮＦ３を含む、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがハロメタン又はハロゲン化物を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む、方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣ、Ｈ及びハロゲン元素を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む、方法。
【請求項８】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣＨＦ３、ＣＨＣｌ３、又はＣＨＢｒ３を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＮＦ３又はＣｌ２を含む、方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスが、前記照射の間に前記ＧＣＩＢに連続的に導入される、方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスが、前記照射の間に前記ＧＣＩＢに交互に順番に導入される、方法。
【請求項１１】
請求項２に記載の方法であり、さらに：追加のガスを前記ＧＣＩＢへ導入して前記ＧＣＩＢ前記組成を変化させ、前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成することを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であり、前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するための前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質が、
前記第１の材料及び／又は第２の材料のための２又はそれ以上の目標エッチング速度、前記第１の材料及び第２の材料との間の目標エッチング選択性及び前記第１の材料及び／又は第２の材料の目標表面粗度を達成するために、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、前記ＧＣＩＢ前記組成の流速及び前記ＧＣＩＢが通過する上昇圧力領域のためのバックグラウンドガス流速を設定することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であり、さらに：
前記目標エッチング選択性を１未満の値から１近く又はそれ以上に変更するように前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質を調節することを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であり、前記第１の材料及び／又は第２の材料の前記目標表面粗度が５オングストローム以下である、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であり、さらに：
前記基板の上部表面を平坦化することを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であり、さらに：
前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を変更して１又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性を生成し；及び
前記ＧＣＩＢについて追加のＧＣＩＢ前記プロセス条件の１又はそれ以上の追加のＧＣＩＢ性質を設定して前記１又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性を達成する、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がフォトレジストを含み、前記第２の材料が、Ｓｉ−含有材料、Ｇｅ−含有材料、金属−含有材料、半導体材料又はカルコゲニド材料を含む方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がシリコンを含み、前記第２の材料が、Ｓｉ及びＯ、Ｎ、Ｃ、及びＧｅからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含むＳｉ−含有材料を含む方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料がＧｅ−含有材料を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料が金属−含有材料を含む、方法。
【請求項１】
基板上の材料をエッチングする方法であり、前記方法は：
第１の材料、第２の材料、及び前記第１の材料及び／又は第２の材料を曝露する表面を持つ基板を保持するための基板ホルダ回りを減圧環境に維持し；
前記基板を前記減圧環境内に確実に保持し；
１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を選択し、
前記目標エッチングプロセス特性が、前記第１の材料のエッチング速度、前記第２の材料のエッチング速度、前記第１の材料と第２の材料との間のエッチング選択性、前記第１の材料の表面粗度、前記第２の材料の表面粗度、前記第１の材料のエッチングプロフィル及び前記第２の材料のエッチングプロフィルを含み；
少なくとも１つのエッチングガスを含む加圧ガスからガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を形成し；
前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するために前記ＧＣＩＢについてのＧＣＩＢプロセス特性の１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質を設定し；
前記減圧環境を通じて前記ＧＣＩＢを加速し；及び
前記基板の前記表面の少なくとも１部分に前記ＧＣＩＢを照射して、前記第１の材料及び前記第２の材料の少なくとも１部分をエッチングする、ことを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、前記ＧＣＩＢプロセス条件の前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ前記性質が、ＧＣＩＢ組成、ビーム照射量、ビーム加速電位、ビームフォーカシング電位、ビームエネルギー、ビームエネルギー分布、ビーム角度分布、ビーム拡散角度、前記ＧＣＩＢ組成の流速、よどみ点圧力、よどみ点温度、前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス圧力、又は前記ＧＣＩＢが通過する増加圧力領域のためのバックグラウンドガス流速を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であり、前記ＧＣＩＢプロセス条件の前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質が、ＧＣＩＢ組成を含み、かる前記ＧＣＩＢ組成が第１のエッチングガス及び第２のエッチングを含む、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣｌ又はＢｒを含み、かつ前記第２のエッチングガスがＦを含む、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣｌ２を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＮＦ３を含む、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがハロメタン又はハロゲン化物を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む、方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣ、Ｈ及びハロゲン元素を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＦ、Ｃｌ、又はＢｒを含む、方法。
【請求項８】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガスがＣＨＦ３、ＣＨＣｌ３、又はＣＨＢｒ３を含み、かつ前記第２のエッチングガスがＮＦ３又はＣｌ２を含む、方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスが、前記照射の間に前記ＧＣＩＢに連続的に導入される、方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の方法であり、前記第１のエッチングガス及び第２のエッチングガスが、前記照射の間に前記ＧＣＩＢに交互に順番に導入される、方法。
【請求項１１】
請求項２に記載の方法であり、さらに：追加のガスを前記ＧＣＩＢへ導入して前記ＧＣＩＢ前記組成を変化させ、前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成することを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であり、前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を達成するための前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質が、
前記第１の材料及び／又は第２の材料のための２又はそれ以上の目標エッチング速度、前記第１の材料及び第２の材料との間の目標エッチング選択性及び前記第１の材料及び／又は第２の材料の目標表面粗度を達成するために、ＧＣＩＢ組成、ビーム加速電位、前記ＧＣＩＢ前記組成の流速及び前記ＧＣＩＢが通過する上昇圧力領域のためのバックグラウンドガス流速を設定することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であり、さらに：
前記目標エッチング選択性を１未満の値から１近く又はそれ以上に変更するように前記１又はそれ以上のＧＣＩＢ性質を調節することを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であり、前記第１の材料及び／又は第２の材料の前記目標表面粗度が５オングストローム以下である、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であり、さらに：
前記基板の上部表面を平坦化することを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であり、さらに：
前記１又はそれ以上の目標エッチングプロセス特性を変更して１又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性を生成し；及び
前記ＧＣＩＢについて追加のＧＣＩＢ前記プロセス条件の１又はそれ以上の追加のＧＣＩＢ性質を設定して前記１又はそれ以上の新たな目標エッチングプロセス特性を達成する、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がフォトレジストを含み、前記第２の材料が、Ｓｉ−含有材料、Ｇｅ−含有材料、金属−含有材料、半導体材料又はカルコゲニド材料を含む方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がシリコンを含み、前記第２の材料が、Ｓｉ及びＯ、Ｎ、Ｃ、及びＧｅからなる群から選択される１又はそれ以上の元素を含むＳｉ−含有材料を含む方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料がＧｅ−含有材料を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であり、前記第１の材料がＳｉ−含有材料を含み、前記第２の材料が金属−含有材料を含む、方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図４Ｋ】
【図４Ｌ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図４Ｋ】
【図４Ｌ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５５３３６（Ｐ２０１３−５５３３６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８０１２７（Ｐ２０１２−１８０１２７）
【出願日】平成２４年８月１５日（２０１２．８．１５）
【出願人】（５０８２３３４４５）ティーイーエル エピオン インコーポレイテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１５日（２０１２．８．１５）
【出願人】（５０８２３３４４５）ティーイーエル エピオン インコーポレイテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]