知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-08
(54)【発明の名称】放射線曝露後の基板を処理するチャンバおよび方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/38 20060101AFI20240426BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20240426BHJP
【ＦＩ】
G03F7/38 511
H05H1/46 M
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023567148
(86)(22)【出願日】2022-03-02
(85)【翻訳文提出日】2023-12-25
(86)【国際出願番号】 US2022018523
(87)【国際公開番号】W WO2022235327
(87)【国際公開日】2022-11-10
(31)【優先権主張番号】63/183,598
(32)【優先日】2021-05-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/531,108
(32)【優先日】2021-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ルボミルスキー， ドミトリー
(72)【発明者】
【氏名】ブッフバーガー， ダグラス エー．， ジュニア
(72)【発明者】
【氏名】リャン， チーウェイ
(72)【発明者】
【氏名】キム， ヒョンジュン
(72)【発明者】
【氏名】イー， エリー ワイ．
【テーマコード（参考）】
2G084
2H196
【Ｆターム（参考）】
2G084BB02
2G084BB05
2G084BB23
2G084CC12
2G084CC33
2G084DD02
2G084DD15
2G084DD22
2G084DD55
2G084DD63
2G084FF04
2G084FF15
2G084FF38
2H196AA25
2H196FA01
2H196FA04
2H196JA03
(57)【要約】
本明細書では、露光後焼成動作を実行するための方法および装置について説明する。この装置はプレートスタックを含み、ディフューザーを使用して第１の高イオン密度プラズマ内のイオン濃度を低下させて第２の低イオン密度プラズマを形成する前に、第１の高イオン密度プラズマの形成を可能にする。第２の低イオン密度プラズマは電子雲またはダークプラズマである。基板支持体上に配置された基板の露光後焼成中に、基板支持体とディフューザーとの間に、第２の低イオン密度プラズマを介して電場が形成される。第２の低イオン密度プラズマは、電場の印加中に基板支持体とディフューザーとを電気的に結合する。プレートスタックには電源と絶縁体とが装備されており、処理チャンバの３つの領域内でプラズマの形成または変更を可能にする。
【選択図】図６
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体製造に使用するのに適した基板処理のための装置であって、面板と、
前記面板に電気的に結合されたソース整合デバイスと、
前記面板の反対側に配置されたディフューザーと、前記面板と前記ディフューザーの第１の側との間に配置されたプラズマ形成空間と、
前記面板と前記ディフューザーとの間に配置された絶縁体と、
前記ディフューザーの第２の側によって部分的に形成された処理空間と、
前記ディフューザーの反対側の前記処理空間内に配置され、その中に１つまたは複数の加熱装置を備える基板支持体と、
前記ディフューザーおよび前記基板支持体と電気的に接続され、前記ディフューザーと前記基板支持体との間に垂直方向の電場を生成するように構成された電圧源と、
コントローラであって、前記装置に、
前記プラズマ形成空間に処理ガスを流し込み、
第１のイオン濃度を有する第１のプラズマを形成し、
前記第１のプラズマを前記ディフューザーに流し、約１０４イオン／ｃｍ３～約１０６イオン／ｃｍ３の第２のイオン濃度を有する第２のプラズマを形成し、
前記ディフューザーと前記基板支持体との間に電圧差を印加し、前記第２のプラズマ全体に電場を形成し、
前記電場を印加しながら、前記基板支持体上に配置されたレジスト層を有する基板を約７５℃～約３００℃の温度に加熱する、
という動作を実行させるように構成された、コントローラと、
を備える、基板処理のための装置。
【請求項2】
前記処理ガスが不活性ガスである、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第１のプラズマが、約１０５イオン／ｃｍ３～約１０１０イオン／ｃｍ３の第１のイオン濃度を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記ディフューザーを機械的に支持するように構成されたシャワーヘッドスペーサと、前記シャワーヘッドスペーサの半径方向内側に配置され、前記処理空間の一部を形成する上部チャンバライナと、をさらに備え、前記上部チャンバライナがセラミック材料から形成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記ディフューザーの中央部分の厚さが約５ｍｍ～約４０ｍｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記ディフューザーが電気的に接地されている、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
基板を処理するための方法であって、プラズマ形成領域に処理ガスを流入させることと、
前記プラズマ形成領域内の前記処理ガスから第１のイオン密度を有する第１のプラズマを形成することと、
ディフューザーを通して前記第１のプラズマを処理領域に流し、前記第１のイオン密度よりも低い第２のイオン密度を有する第２のプラズマを形成することと、
基板と前記ディフューザーとの間の前記処理領域内の前記第２のプラズマ全体に電場を印加することと、
前記基板全体に前記電場を印加しながら、基板支持体内の１つまたは複数の加熱装置を使用して前記基板を加熱することによって、前記基板上に形成されたレジスト層を焼成することと、
を含む、方法。
【請求項8】
前記処理ガスが不活性ガスである、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記不活性ガスがヘリウムとアルゴンの１つまたは組み合わせである、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記基板が約７５°Ｃ～約３００°Ｃの温度に加熱される、請求項７に記載の方法。
【請求項11】
前記第２のプラズマが、約１０４イオン／ｃｍ３～約１０６イオン／ｃｍ３の第２のイオン濃度を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項12】
前記第１のプラズマが、約１０５イオン／ｃｍ３～約１０１０イオン／ｃｍ３の第１のイオン濃度を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記レジスト層の焼成中の前記基板支持体と前記ディフューザーとの間の距離が約２ｍｍ～約６０ｍｍである、請求項７に記載の方法。
【請求項14】
ソース整合デバイスが面板に電気的に結合されており、前記第１のプラズマの形成中に前記面板にＲＦ電力を印加し、電圧源が前記ディフューザーおよび前記基板支持体と電気的に接続されており、前記ディフューザーと前記基板支持体との間に電場を生成するように構成されている、請求項７に記載の方法。
【請求項15】
基板を処理するための方法であって、プラズマ形成領域に不活性ガスを流すことと、
前記プラズマ形成領域において前記不活性ガスから第１のイオン密度を有する第１のプラズマを形成することと、
イオン遮蔽板を通して前記第１のプラズマを処理領域に流し、約１０４イオン／ｃｍ３～約１０６イオン／ｃｍ３の第２のイオン密度を有する第２のプラズマを形成することと、
基板支持体と前記イオン遮蔽板との間の前記処理領域内の前記第２のプラズマ全体に電場を印加することと、
前記基板全体に前記電場を印加しながら、１つまたは複数の加熱装置を使用して基板を加熱することにより、前記基板支持体上に配置された前記基板上に形成されたレジスト層を焼成することと、
を含む、方法。
【請求項16】
前記不活性ガスがヘリウムとアルゴンの１つまたは組み合わせである、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記レジスト層の焼成中の前記基板支持体と前記イオン遮蔽板との間の距離が約２ｍｍ～約６０ｍｍである、請求項１５に記載の方法。
【請求項18】
前記レジスト層が露光されたレジスト層である、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
前記第２のプラズマが、前記イオン遮蔽板と前記基板との間に約０．００５ｍＡ～約０．１ｍＡの電流を流す、請求項１５に記載の方法。
【請求項20】
前記第２のプラズマ内のイオンが、約１ｅＶ未満のイオン温度を有する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は、概して、半導体処理のための方法および装置に関する。より詳細には、本開示は、放射線曝露後に基板を処理するための方法および装置を対象とする。
【背景技術】
【0002】
集積回路は、単一チップ上に何百万もの構成要素（トランジスタ、キャパシタ、抵抗器など）を含み得る複雑なデバイスに進化した。フォトリソグラフィは、チップ上に構成要素を形成するために使用され得る処理である。一般に、フォトリソグラフィの処理にはいくつかの段階が含まれる。まず、基板上にフォトレジスト層を形成する。化学増幅型フォトレジストには通常、レジスト樹脂と光酸発生剤が含まれている。光酸発生剤は、その後の露光段階で電磁放射線に曝されると、現像処理でのフォトレジストの溶解度を変化させる。電磁放射線は、任意の適切な源、例えば、レーザー、電子ビーム、イオンビーム、または他の適切な電磁放射線源によって生成され得る。電磁放射線も、任意の望ましい波長、例えば１９３ｎｍまたは他の適切な波長で選択される。
【0003】
露光段階では、フォトマスクまたはレチクルを使用して、基板の特定の領域を選択的に電磁放射線に露光する。その他の露光方式としては、マスクレス露光方式等が挙げられる。露光されると光酸発生剤が分解し、酸が発生し、レジスト樹脂に酸の潜像が形成される。露光後、基板は露光後焼成処理において加熱される。露光後焼成処理中に、光酸発生剤によって生成された酸がレジスト樹脂と反応し、その後の現像処理中にレジストの溶解度が変化する。
【0004】
露光後焼成後、基板、特にフォトレジスト層が現像され、リンスされてパターン化されたマスクが作成される。使用するフォトレジストの種類に応じて、電磁放射線に曝露された基板の領域は除去されにくいか、除去されやすいかのいずれかになる。現像とリンスの後、湿式または乾式エッチング処理を使用してマスクのパターンが基板に転写される。
【0005】
チップ設計の進化により、回路の高速化と回路密度の向上が継続的に追求されている。より高い回路密度の要求には、通常、集積回路構成要素の寸法の縮小が利用される。集積回路構成要素の寸法が縮小するにつれて、より多くの要素を半導体集積回路上の所定の領域に配置できるようになる。したがって、リソグラフィ処理ではさらに小さな特徴が基板上に転写され、高度なチップ設計仕様を満たすために、リソグラフィは的確かつ正確に損傷なく転写される。特徴を基板上に的確かつ正確に転写するために、高解像度リソグラフィでは、短波長の放射を提供する光源が利用される。短波長は、基板上の最小印刷可能サイズを小さくするのに役立つ。しかし、短波長リソグラフィには、スループットの低下、ラインエッジの粗さの増加、レジスト感度の低下などの問題がある。
【0006】
リソグラフィの露光／現像解像度を向上させるべく、電磁放射線が透過するフォトレジスト層の部分の化学的特性を変更するために、露光処理の前後に電場を生成し、基板上に配置されたフォトレジスト層に電場を伝達するために電極アセンブリが利用される。しかし、現在のフォトレジスト材料と焼成処理を使用して基板上の印刷サイズを小さくすることは困難である。
【0007】
したがって、基板上にレジストをパターニングするための改良された方法が必要である。
【発明の概要】
【0008】
本開示は、概して、基板処理のための装置および方法に関する。一実施形態では、半導体製造での使用に適した基板処理装置が説明される。この装置は、面板、面板に電気的に結合されたソース整合デバイス、および面板の反対側に配置されたディフューザーを含む。面板とディフューザーの第１の側との間にプラズマ形成空間が配置される。この装置はさらに、面板と第２のディフューザーとの間に配置された絶縁体を含む。ディフューザーの第２の側によって部分的に処理空間が形成され、ブロックスクリーンの反対側の処理空間内に基板支持体が配置される。基板支持体は１つまたは複数の加熱装置を含む。ディフューザーおよび基板支持体と電圧源とが電気的に接続されており、電圧源はディフューザーと基板支持体との間に垂直方向の電場を生成するように構成されている。この装置はさらにコントローラを含む。コントローラは、装置に、処理ガスをプラズマ形成空間に流入させ、第１のイオン濃度を有する第１のプラズマを形成し、第１のプラズマをディフューザーに流し、第２のイオン濃度が約１０４イオン／ｃｍ３から約１０６イオン／ｃｍ３である第２のプラズマを形成し、ディフューザーと基板支持体との間に電圧差を印加して、第２のプラズマ全体に電場を形成し、電場を印加しながら、基板支持体上に配置されたレジスト層を有する基板を約７５°Ｃ～約３００°Ｃの温度まで加熱する、という動作を実行させるように構成されている。
【0009】
別の実施形態では、基板を処理するための方法が説明される。この方法は、処理ガスをプラズマ形成領域に流入させることを含む。第１のプラズマは、第１のプラズマ形成領域内の処理ガスから第１のイオン密度で形成される。第１のプラズマはディフューザーを通って処理領域に流入し、第１のイオン密度よりも低い第２のイオン密度を有する第２のプラズマを形成する。基板とディフューザーとの間の処理領域内の第２のプラズマ全体に電場が印加される。基板上に形成されたレジスト層は、基板全体に電場を印加しながら、１つまたは複数の加熱装置を使用して基板を加熱することによって焼成される。
【0010】
さらに別の実施形態では、基板を処理するための別の方法が説明される。この方法は、プラズマ形成領域に不活性ガスを流すことを含む。第１のプラズマは、第１のプラズマ形成領域内の不活性ガスから第１のイオン密度で形成される。第１のプラズマは、イオン遮蔽板を通って処理領域に流入し、約１０４イオン／ｃｍ３～約１０６イオン／ｃｍ３の第２のイオン密度を有する第２のプラズマを形成する。基板支持体とイオン遮蔽板との間の処理領域内の第２のプラズマ全体に電場が印加される。基板支持体上に配置された基板上に形成されたレジスト層は、基板全体に電場を印加しながら、１つまたは複数の加熱装置を使用して基板を加熱することによって焼成される。
【0011】
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明は、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することによって得ることができる。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態のみを示しており、したがってその範囲を限定するものとみなされるべきではなく、他の同様に効果的な実施形態も許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一実施形態による処理チャンバの概略断面図である。
【図3】一実施形態による、異なる圧力および電極分離距離を使用した場合の降伏電圧のグラフを示す図である。
【図4A】一実施形態による、電極間のＤＣ電圧差を変化させたときに電極間を流れる電流のグラフを示す図である。
【図4B】別の実施形態による、電極間のＤＣ電圧差を変化させたときに電極間を流れる電流のグラフを示す図である。
【図8】一実施形態による、基板を処理する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
理解を容易にするために、可能であれば、各図に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳述することなく他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図される。
【0014】
本開示は、概して、半導体基板の露光後焼成中に使用するための装置および方法を対象とする。本明細書に開示される方法および装置は、半導体処理用途のフォトリソグラフィ処理におけるラインエッジ／幅の粗さを低減し、露光解像度を向上させるのに役立つ。本明細書に開示される方法および装置は、従来の技術と比較して同様の限界寸法を達成するために使用される放射線量（ｅＵＶ露光）を低減するのにも役立つ可能性がある。ここで説明する装置は、基板上のレジスト層の電場誘導焼成を可能にする。電場誘導焼成は、場誘導焼成が露光後の場誘導焼成となるように、基板の現像前に実行されてもよい。フォトレジスト層上で場誘導焼成を使用すると、従来の技術と比較して線量感度が向上し、線幅の粗さが低減されることが示されている。
【0015】
本明細書に記載される「基板」または「基板表面」は、一般に、処理が実行される任意の基板表面を指す。処理には、堆積、エッチング、パターニング、および半導体処理中に利用されるその他の方法が含まれる。処理され得る基板または基板表面には、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、有機ケイ酸塩、炭素ドープ酸化ケイ素または窒化ケイ素材料などの誘電体材料も含まれる。特定の実施形態では、基板または基板表面には、基板のパターニングに利用されるフォトレジスト材料、ハードマスク材料、または他のフィルムもしくは層が含まれる。基板自体は特定のサイズや形状に限定されない。本明細書に記載の実施形態は、一般に円形の２００ｍｍまたは３００ｍｍの基板を参照して作製されているが、本明細書に記載の実施形態に従って、多角形、正方形、長方形、湾曲、またはその他の非円形のワークピースなどの他のサイズおよび形状を利用することもできる。他の基板サイズには、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２５０ｍｍ、３５０ｍｍ、４００ｍｍ、４５０ｍｍなどが含まれ得る。
【0016】
本明細書に開示される方法および装置は、フォトレジストの感度およびフォトリソグラフィ処理の生産性を向上させる。露光後の焼成手順中に光酸発生剤によって生成される荷電種のランダムな拡散は、ラインエッジ／幅の粗さおよびレジスト感度の低下に寄与する。本明細書に記載されるような電極アセンブリは、フォトリソグラフィ処理中にフォトレジスト層に電場および／または磁場を印加するために利用される。場の印加により、光酸発生剤によって生成された荷電種の拡散が制御される。さらに、フォトレジスト層と電極アセンブリとの間に中間媒体が利用され、それらの間に生成される電場が強化される。いくつかの実施形態では、中間媒体は、液体、気体、またはプラズマなどの流体である。別の実施形態では、中間媒体は非液体および非固体媒体である。
【0017】
フォトレジスト層と電極アセンブリとの間に空隙が形成されると、電極アセンブリに電圧降下が発生し、生成してフォトレジスト層に印加することが望ましい電場強度が逆に低下する。フォトレジスト層における不正確な（例えば、過小もしくは多すぎる電圧および／もしくは電流）ならびに／または不均一な電場強度により、フォトレジスト層内の荷電種を特定の所望の方向に駆動または生成するための電圧電力が不十分または不正確になる可能性があり、したがって、フォトレジスト層に対するラインエッジプロファイル制御の低下につながる。制御されたまたは望ましい電場強度を生成すると、露光および／または現像処理に対するフォトレジスト層の精度および感度が向上する。
【0018】
中間媒体がスラリ、ゲル、溶液、または固体媒体などの非気相媒体である実施形態では、電極アセンブリから基板上に配置されたフォトレジスト層に伝達するときに、所定の範囲で印加される電圧レベルを効率的に維持することができる。ただし、非気相（例えば液体または液体状物質）を中間媒体として使用することには、まだ解決されていないいくつかの課題がある。例えば、非気相中間媒体の動作温度は限られており、基板上に配置されたレジスト層と反応する可能性がある。
【0019】
非気相流体の抵抗率も、安定した範囲で制御することが困難である。特定の態様および用途では、中間媒体の望ましい抵抗率は約６・１０１０Ω・ｃｍであるが、半導体製造時の変動により、実際の抵抗率は５・１０１０Ω・ｃｍに近くなる。中間媒体の抵抗率および温度は基板の焼成動作中に変化し、酸素含有量、媒体内の不純物、および媒体の重合の可能性によって影響を受ける。非気相流体の純度は制御が難しく、処理中の基板に欠陥を引き起こし得る。非気相流体は、未露光領域と比較して、露光領域でフォトレジストと異なる相互作用をし、フォトレジストの損失や粗さの変化を引き起こし得る。
【0020】
したがって、本明細書では、弱電離ガスまたは弱電離ガスの混合物を中間媒体として利用する、上記の問題の解決策を提供する。弱電離ガスは、１つまたは複数のガスをプラズマ形成領域に流し、高イオン密度プラズマ（約１０５イオン／ｃｍ３～約１０１０イオン／ｃｍ３）を形成することによって生成される。高イオン密度プラズマは後で濾過され、必要に応じて別のガスと結合して低イオン密度プラズマ（１０４イオン／ｃｍ３～１０７イオン／ｃｍ３）を形成する。低イオン密度プラズマ混合物には、これらに限定されないが、ラジカルと中性子とが含まれ、シャワーヘッドを通って流れ、基板と対向電極との間の空間に供給される。低イオン密度プラズマがシャワーヘッドを通過して間隙に入る際、低イオン密度プラズマ混合物は濾過され、荷電種雲としてシャワーヘッドから出る。低イオン密度プラズマと荷電種雲には、同じガスまたは混合ガスからの様々な種類のイオンとラジカルとが含まれている。荷電種雲には、約１０４イオン／ｃｍ３～約１０６イオン／ｃｍ３など、低イオン密度プラズマよりも低い濃度のイオンが含まれる。
【0021】
電子密度は、体積内の自由電子の数として定義される。各プラズマの電子密度は、高イオン密度プラズマ内の電子密度が約１０５電子／ｃｍ３～約１０１０電子／ｃｍ３、低イオン密度プラズマ内の電子密度が約１０４電子／ｃｍ３～１０７電子／ｃｍ３、基板と電極との間の電子密度が約１０４電子／ｃｍ３～約１０１０電子／ｃｍ３となるように、イオン密度と同様であってもよい。基板の真上の電子およびイオンの密度は、基板上のレジスト層を処理または反応させず、または実質的に不活性のままにしながら、電場が通過するプラズマ媒体を形成するように選択される。電場はプラズマ媒体を介して結合され、プラズマ媒体は電場がより効率的に維持される電荷輸送媒体となる。プラズマ媒体を形成するために利用されるガス、およびプラズマ媒体内の電子／イオン密度は、プラズマ媒体が基板上のレジスト層と反応するかどうかにさらに影響する。したがって、プラズマ媒体の形状、密度、位置、および構成は、基板との反応を低減しながらプラズマ媒体を通る電場結合を増加させるように制御される。
【0022】
いくつかの実施形態では、高イオン密度プラズマまたは低イオン密度プラズマのうちの一方だけが、シャワーヘッドまたはディフューザーを通過して基板と対向電極との間の処理空間に入る前に形成される。これらの実施形態では、基板と対向電極との間のイオン密度は約１０４イオン／ｃｍ３から約１０６イオン／ｃｍ３であり、電子密度は約１０４イオン／ｃｍ３から約１０６イオン／ｃｍ３である。
【0023】
処理チャンバ内のガスとプラズマは、抵抗率、温度、圧力、および組成物に関して選択および／または制御される。処理チャンバ内の処理環境の圧力は、約１０ミリトールから約８００トールの間である。基板と対向電極との間に電圧が印加され、基板と対向電極との間の気相媒体またはプラズマ相媒体を介して電場が形成される。電場は、電源によって基板支持体または電極の一方または両方に定電圧または定電流を印加することによって制御される。電流の方向は単極でも双方向でもよく、電場は基板の上面に対して上向きまたは下向きになる。いくつかの実施形態では、電源によって交流が印加される。
【0024】
低イオン密度のプラズマ／荷電種雲は、基板と対向電極との間の間隙または空間に送られる。本明細書に記載される実施形態では、対向電極は二次プラズマ注入（ＳＰＩ：ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｌａｓｍａ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）シャワーヘッドである。ＳＰＩシャワーヘッドには、ガスが通過するための複数の孔がある。
【0025】
一実施形態では、基板に面するＳＰＩシャワーヘッドの底面は、制御された抵抗率を有する金属材料または半導体材料などの導電性材料から形成される。ＳＰＩシャワーヘッドの上面は基板とは反対側を向いており、接地電位に維持された別のシャワーヘッドなど、プレートスタックの他の部分に電流または電場が反対方向（上向き）に向かうのを低減または排除するために誘電体層でコーティングされている。
【0026】
別の実施形態では、ＳＰＩシャワーヘッドは、セラミック、石英、またはプラスチック材料などの誘電体材料から形成される。この実施形態では、ＳＰＩシャワーヘッドの底面は基板に面する金属化表面である。ＳＰＩシャワーヘッドを介して形成された孔の内面が誘電体材料で製造されているため、金属化表面を備えた誘電体材料でＳＰＩシャワーヘッドを形成することは有益である。底面が金属化された誘電体ＳＰＩシャワーヘッドを使用する場合、基板に面する金属化された底面に印加される電圧により、電流と電場が低イオン密度プラズマを通って基板に流れるように、または基板から低イオン密度プラズマを通って流れるように方向付けられる。
【0027】
さらに別の実施形態では、ＳＰＩシャワーヘッドは、結晶シリコン材料などのシリコン材料から形成され、ＳＰＩシャワーヘッドの厚さ方向の抵抗率は、基板に面する表面をドーピングすることによって制御される。
【0028】
電流または電場がＳＰＩシャワーヘッドから上方向に向かうのを防止または低減するための別の構成には、ＳＰＩシャワーヘッドと、ＳＰＩシャワーヘッドの上の接地または浮遊シャワーヘッドとの間の間隙の抵抗を増加させることが含まれる。この実施形態では、間隙は、低イオン密度プラズマが完全に再結合することなく通過できるように、低イオン密度プラズマに対して透過性の誘電媒体で満たされている。
【0029】
中性または非荷電ガスを低イオン密度プラズマに追加したい場合は、ＳＰＩシャワーヘッドの上にあるデュアルチャネルシャワーヘッドによって中性ガスが低密度プラズマに追加される。デュアルチャネルシャワーヘッドは、シャワーヘッド本体の厚さを完全に貫通する少なくとも１のチャネルセットと、シャワーヘッド本体の片側のみに開孔を有し、１つまたは複数の第２のガス／プラズマを提供するように構成された第２のチャネルセットとを含む。プラズマ発生源はＳＰＩシャワーヘッドの上部に配置されており、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）構成、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）構成、紫外線（ＵＶ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）構成、マイクロ波構成、または遠隔プラズマ源（ＲＰＳ：ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅ）構成、のうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、ＣＣＰアーキテクチャの下部電極は、プラズマ再結合部材として機能するシャワーヘッドまたはディフューザーである。プラズマの再結合には、プラズマ内のイオンを除去してラジカルとイオンの比率を高めることが含まれる。ディフューザーがＣＣＰアーキテクチャの底部に配置される実施形態では、プレートスタックは既存のチャンバアーキテクチャに装備されてもよい。
【0030】
一実施形態では、本明細書に記載のプレートスタックは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＳＥＬＥＣＴＲＡ（登録商標）チャンバ上で利用され得る。他の製造業者による他の適切に構成された装置も、本明細書に記載される実施形態から利益を得ることができると考えられる。ディフューザーには、基板支持体に対してＤＣバイアスが印加されてもよい。この例では、ディフューザーは、独立したＲＦリターンパスを有効にするＲＦフィルタを介してＤＣ電源に接続されている。ディフューザーはチャンバの蓋または本体から電気的に絶縁されている。部分的に再結合したプラズマまたは低イオン密度のプラズマは、基板が配置されている処理領域に流れ込み、基板とディフューザーとの間に電流／電場が流れる。この実施形態では、ＳＰＩシャワーヘッドもデュアルチャネルシャワーヘッドも利用されない。
【0031】
本明細書に記載の各実施形態において、基板は、低イオン密度プラズマに曝されている間、基板支持体ペデスタル上に置かれる。基板支持体ペデスタルは、ＳＰＩシャワーヘッドを基準として正または負に帯電する。基板支持体ペデスタルには真空チャック構成要素と機能が含まれている。基板支持体ペデスタルは、基板の温度を制御するように構成された加熱ペデスタルである。
【0032】
図１は、一実施形態による処理チャンバ１００の概略断面図を示す。処理チャンバ１００は、フォトレジストまたは化学修飾レジスト層がその上に配置された基板上で場誘導露光後焼成動作を実行するように構成されている。本明細書で説明される処理チャンバ１００は、第２の処理チャンバ（図示せず）が同じ真空処理プラットフォームに結合された単一構造を形成するように、中心線Ｃを横切って鏡映されてもよい。一実施形態では、プラットフォームは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）装置である。ただし、他の製造業者から入手可能な他の適切に構成された装置も、本明細書に記載の実施形態から利益を得ることができると考えられる。
【0033】
処理チャンバ１００は、ＲＦ電極および／またはガスマニホールドとして機能する混合ブロック１０２を含む。処理ガスは、ガス源１３６から混合ブロック１０２に供給される。ガス源１３６からの処理ガスは、フィードスルー部材１０３を通って混合ブロック１０２に入る。一実施形態では、フィードスルー部材１０３は、ポリテトラフルオロエチレンなどのポリマー材料から形成される。混合ブロック１０２は、その中に配置された流れセンタリングインサート１４０を含む。流れセンタリングインサート１４０は、内部に開孔２０４が形成されたリング状の装置であってもよい。開孔２０４は、インサート１４０の中心を貫通して形成され、開孔２０４は、単一の開孔であっても、複数の開孔であってもよい。流れセンタリングインサート１４０は、処理チャンバ１００のプレートスタック内の処理ガスの同心流分布を改善する。流れセンタリングインサート１４０はさらに、混合ブロック１０２へのプラズマの逆流を低減させるのに役立つ。
【0034】
混合ブロック１０２は、ガス流が均一になるように（図１の図の左から右に均一になるように）ソースガスの流れを方向転換するように機能する第１のディフューザー１０４および面板１０６に電気的に結合されている。このようなディフューザーまたはスクリーンは特定の電位に結合できるため、本明細書のすべてのディフューザーまたはスクリーンは電極として特徴付けられ得ることに留意すべきである。絶縁体１０８は、面板１０６を含む混合ブロック１０２を第２のディフューザー１１０から電気的に絶縁する。第２のディフューザー１１０は、面板１０６に対向する第２の電極として機能する。一実施形態では、第２のディフューザー１１０は選択性変調装置（ＳＭＤ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）であり、イオン遮蔽板として機能する。第１のディフューザー１０４および面板１０６は、金属などの導電性材料で形成される。本明細書に記載の導電性材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であってもよい。絶縁体１０８は、誘電体などの絶縁材料である。絶縁材料は、酸化アルミニウムなどのセラミックまたは石英材料であってもよい。
【0035】
第１のディフューザー１０４、面板１０６、および第２のディフューザー１１０のそれぞれには、処理ガスがプレートスタック（例えば、第１のディフューザー１０４、面板１０６、絶縁体１０８、第２のディフューザー１１０、ガス分配装置１１２、絶縁板１５６、および遮蔽スクリーン１１４）を通って流れることを可能にするために、それを貫通して配置された複数の孔がある。混合ブロック１０２、面板１０６、および第２のディフューザー１１０の少なくとも一部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの導電性材料で形成されている。
【0036】
面板１０６、第２のディフューザー１１０、および絶縁体１０８の表面は、ガス源１３６からのガスが存在し、エネルギーが混合ブロック１０２を介して面板１０６に提供されるときに第１のプラズマが生成される第１のプラズマ生成領域２１０を規定する。
【0037】
第１のプラズマ生成領域２１０に直接面する面板１０６および第２のディフューザー１１０の表面は、第１のプラズマ生成領域２１０で生成される高エネルギーのプラズマ生成物による衝撃から保護するために、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３）またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミック層でコーティングされてもよい。セラミックコーティングは、電子ビームコーティング処理、陽極酸化処理、および／または無孔陽極酸化処理によって形成されてもよい。他の適切なコーティングには、ニッケルメッキや、例えば濃ＨＮＯ３溶液に曝すことによる表面酸化処理が含まれる。必ずしもプラズマに直接曝される必要はないが、プラズマによって生成される反応性ガスおよび／またはラジカルに曝される面板１０６および第２のディフューザー１１０の他の表面は、耐薬品性のためにセラミック層（イットリア、アルミナなど）または適切な不動態化層（陽極酸化層、化学的に生成されたアルミナ層など）でコーティングされてもよい。絶縁体１０８は、任意の絶縁体であってよく、特定の実施形態では、セラミック材料から形成される。
【0038】
第１のプラズマ生成領域２１０で生成されたプラズマ生成物は、プラズマ生成物の均一な分布をさらに促進し、電子温度制御を支援する第２のディフューザー１１０を通過する。第２のディフューザー１１０を通過すると、プラズマ生成物はガス分配装置１１２を通過する。ガス分配装置１１２と第２のディフューザー１１０とがエッジで互いに接触しているため、ガス分配装置１１２も第２のディフューザー１１０と同様の電圧に保たれる。ガス分配装置１１２を完全に通過する開孔２１６（図２）は、第２のディフューザー１１０内の開孔の直径の少なくとも３倍の直径を有する。ガス分配装置１１２は、プラズマ生成物が第２のプラズマ生成領域２１８に入るときにプラズマ生成物に１つまたは複数の追加のガスを導入するために使用できる第２および／または第３のガスチャネルセット２１４を含む。第２および／または第３のガスチャネルセット２１４は、第２のガス源１４２に結合される。第２のガス源１４２は、１つまたは複数の不活性ガスまたは中性ガスを供給するように構成され、任意選択で、面板１０６と第２のディフューザー１１０との間に生成されるプラズマのイオン化の低減を支援することができる。１つまたは複数の追加のガスは、第２のディフューザー１１０の遠位側のガス分配装置１１２の側面から現れる。ガス分配装置１１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできており、上述の面板２０８および第２のディフューザー１１０と同様に、耐薬品性のために不動態化層でコーティングされてもよく、またはセラミック層でコーティングされてもよい。
【0039】
ガス分配装置１１２を通って流されたガスおよびプラズマは、第２のプラズマ生成領域２１８（図２）に入り、そこでガスとプラズマが混合される。第２のプラズマ生成領域２１８は、ガス分配装置１１２と遮蔽スクリーン１１４との間に形成されたプレナムである。ガス分配装置１１２と遮蔽スクリーン１１４との両方を異なる電位に保持して、それらの間に形成される第２のプラズマのイオン密度を制御することができる。いくつかの実施形態では、分配装置１１２と遮蔽スクリーン１１４の両方が接地され、第２のディフューザー１１０とガス分配装置１１２が第１の接地２５３に接続され、遮蔽スクリーン１１４が第２の接地２５５に接続される。ガス分配装置１１２と遮蔽スクリーン１１４は、絶縁板１５６によって分離されている。絶縁板１５６は、セラミックまたはプラスチック材料から形成され、絶縁体１０８と同様のものとすることができる。一実施形態では、絶縁板１５６は酸化アルミニウム材料で形成される。他の実施形態では、絶縁板１５６は、フルオロカーボン含有材料などのプラスチック材料で形成される。プラスチック材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であってもよい。絶縁板１５６は、絶縁板１５６の抵抗率が約１０１５Ω・ｃｍより大きく、例えば約１０１６Ω・ｃｍより大きく、例えば約１０１７Ω・ｃｍより大きくなるように、例えば約１０１８Ω・ｃｍより大きくなるように、望ましい電気絶縁特性を具体化するように選択される。絶縁板１５６により、ガス分配装置１１２と遮蔽スクリーン１１４との間の電圧差の制御が可能になる。遮蔽スクリーン１１４はプラズマ遮蔽スクリーンまたはイオン遮蔽スクリーンであり、プラズマが遮蔽スクリーン１１４を通過する際に濾過され、イオンの濃度が低減される。遮蔽スクリーン１１４は、代替的に、シャワーヘッドまたは第３のディフューザー板として説明されてもよい。
【0040】
プラズマに直接曝露される遮蔽スクリーン１１４の部分はセラミック（例えば、アルミナまたはイットリア）でコーティングされてもよいが、プラズマに直接曝露されない表面もセラミックでコーティングされてもよい。露出面と非露出面の両方が、反応性ガスや活性種に対する耐薬品性のために不動態化層でコーティングされていることが有利である。
【0041】
遮蔽スクリーン１１４は、図１および図２で説明したように、プレートスタックの底板を構成する。遮蔽スクリーン１１４は、プラズマが処理空間１７０からプレートスタックに逆流するのを防ぐように構成されたシャワーヘッドである。遮蔽スクリーン１１４はまた、遮蔽スクリーン１１４を通過して処理空間１７０に入るプラズマ内のイオンの数を低減するように構成されている。遮蔽スクリーン１１４の底面は、処理空間１７０および基板支持体１３０の上面１３２に面している。
【0042】
基板支持体１３０は、基板支持体アセンブリ１２６の上部である。基板支持体アセンブリ１２６はさらに、基板支持体アセンブリ１２６を下部チャンバ本体１２０に接続するシャフト１２８およびベローズ１５４を含む。ベローズ１５４は、処理空間１７０と外部環境との間にシールを形成する。１つまたは複数の裏側ガス源１５２が基板支持体アセンブリ１２６に結合され、基板支持体１３０の上面１３２に裏側ガスを供給する。裏側ガス源１５２はまた、基板１５０の裏側に真空を形成するためのポンプを含んでもよい。
【0043】
電源１４６および運動装置１４８も基板支持体アセンブリ１２６に結合される。電源１４６はＡＣ電源またはＤＣ電源であってもよい。電源１４６は、基板支持体１３０内の運動装置１４８および／または１つまたは複数の加熱装置２２８（図２）に電力を供給するように構成されている。運動装置１４８は、基板支持体アセンブリ１２６の上昇または下降、中心軸Ａの周りの基板支持体アセンブリ１２６の回転、または基板支持体アセンブリ１２６の傾斜など、基板支持体アセンブリ１２６の移動を可能にするように構成されている。基板支持体１３０はアルミニウム製の基板支持体１３０である。
【0044】
処理チャンバ１００は、下部チャンバ本体１２０に結合された上部チャンバ本体１１６をさらに含む。上部チャンバ本体１１６と下部チャンバ本体１２０とは互いに結合されて、処理空間１７０の少なくとも一部を画定する。本明細書に記載のプレートスタックは、上部チャンバ本体１１６の上部に配置される。下部チャンバ本体１２０は、内部を通って配置された少なくとも１つの移送通路１６０を含む。ポンピングライナ１２２は、下部チャンバ本体１２０の半径方向内側に配置される。ポンピングライナ１２２は、自らを貫通して配置された複数の開孔１２４を含む。開孔１２４は、排気プレナム１３４と処理空間１７０とを接続し、ガスがポンプ１４４によって排気プレナム１３４を介して除去されるようにする。開孔１２４は、ポンピングライナ１２２の周りに対称的に配置される。シャワーヘッドスペーサ１１８は、上部チャンバ本体１１６の半径方向内側に配置され、アルミニウム材料などの導電性材料で形成される。シャワーヘッドスペーサ１１８は、処理空間１７０の一部をさらに画定する。上部チャンバライナ１１９は、上部チャンバ本体１１６およびシャワーヘッドスペーサ１１８の半径方向内側に配置されている。上部チャンバライナ１１９は絶縁体である。上部チャンバライナ１１９はセラミック材料から製造される。いくつかの実施形態では、上部チャンバライナ１１９は、酸化アルミニウム材料または窒化アルミニウム材料から製造される。
【0045】
ソース整合デバイス１３８が面板１０６と電気的に通信するように構成されるように、ＲＦ整合回路などのソース整合デバイス１３８がプレートスタックに結合されている。ソース整合デバイス１３８は、面板１０６にＲＦ電流または電圧を印加するように構成されている。ソース整合デバイス１３８は、面板１０６と第２のディフューザー１１０との間にプラズマを生成するように構成されている。
【0046】
図２は、一実施形態による、図１の処理チャンバ１００の一部の概略断面図を示す。図２は、プレートスタック内に形成された通路とプレナムをさらに示している。本明細書に記載されているように、開孔２０４は、流れセンタリングインサート１４０を貫通して形成される。開孔２０２は、第１のディフューザー１０４を貫通して形成され、第１のプレナム２０６と流体連通する。開孔２０８は、面板１０６を貫通して形成され、第１のプラズマ生成領域２１０と流体連通する。
【0047】
第２のディフューザー１１０はまた、第１のプラズマ生成領域２１０からの処理ガスが第２のディフューザー１１０を通って、第２のディフューザー１１０とガス分配装置１１２との間に形成された第２のプレナム２１２に流入できるようにする複数の開孔を含む。
【0048】
ガス分配装置１１２を通る開孔２１６は、第２のプレナム２１２および第２のプラズマ生成領域２１８の両方と流体連通している。ガス分配装置１１２は、ガス分配装置の制御された加熱を可能にするために、その中に配置された１つまたは複数のヒータ２５０をさらに含む。１つまたは複数のヒータは、抵抗加熱要素または誘導ヒータを含み得る。ガス分配装置１１２および／または第２のディフューザーは、接地に電気的に接続される。代替的に、ガス分配装置１１２または第２のディフューザー１１０のうちの１つを電源に結合して、面板１０６または遮蔽スクリーン１１４のいずれかに印加される電圧差とは異なる電圧差を可能にしてもよい。
【0049】
開孔２２０が絶縁板１５６内に形成され、第２のプラズマ生成領域２１８の一部を形成する。遮蔽スクリーン１１４はさらに、第２のプラズマ生成領域２１８と処理空間１７０とを流体的に結合する複数の開孔２２２を含む。絶縁板１５６により、遮蔽スクリーン１１４およびガス分配装置１１２は異なる電位に保持され、第２のプラズマ生成領域２１８内のプラズマ強度を制御できるようにすることができる。遮蔽スクリーン１１４を通る開孔２２２は、遮蔽スクリーン１１４内の各開孔の方向と平行に延在する中心軸が、第２のディフューザー１１０を通って形成された開孔の任意の中心軸からオフセットされるように、第２のディフューザー１１０を通る開孔からオフセットされている。開孔をオフセットすることにより、第１のプラズマ生成領域２１０内に形成された高イオン密度プラズマに対する基板１５０上のフォトレジストの露光が低減される。遮蔽スクリーン１１４は、上面２４４および底面２３４を含む。遮蔽スクリーン１１４は、遮蔽スクリーン１１４を通って配置された１つまたは複数の締め具２２４を介して上部チャンバ本体１１６に結合され得る。
【0050】
ポンピングライナ１２２の複数の開孔１２４は、ポンピングライナ１２２を貫通して形成された個別の開孔２２６をさらに含んでいてもよい。個々の開孔２２６は、ポンピングライナ１２２を囲んで、基板支持体１３０の周囲の処理空間１７０からのガスの均一な除去を可能にする。本明細書に記載の実施形態では、基板支持体１３０内に配置された１つまたは複数の加熱装置２２８は抵抗加熱装置である。裏側ガス源１５２は、１つまたは複数のガス導管２３０を介して基板支持体１３０の上面１３２に流体的に結合される。エッジリング２３２は、基板１５０の周囲の基板支持体１３０のエッジ上に配置されてもよい。
【0051】
複数のシールリング２４０が、面板１０６と絶縁体１０８との間、絶縁体１０８と第２のディフューザー１１０との間、第２のディフューザー１１０とガス分配装置１１２との間、ガス分配装置１１２と絶縁板１５６との間、および絶縁板１５６と遮蔽スクリーン１１４との間など、プレートスタック内のプレートのそれぞれの間に配置される。シールリング２４０は、様々な領域２１０、２１８およびプレナム２０６、２１２をシールして、チャンバ１００からのプラズマ生成物の漏出を防止し、チャンバ１００内の真空の完全性を可能にするように構成される。
【0052】
上述したように、基板１５０に面する遮蔽スクリーン１１４の底面２３４は、制御された抵抗率を有する金属または半導体材料などの導電性材料から形成される。電流または電場がガス分配装置１１２などのプレートスタックの他の部分に反対方向（上向き）に向かうのを低減または排除するために、遮蔽スクリーン１１４の上面２４４は基板１５０とは反対側を向いており、誘電体層（図示せず）によってコーティングされている。
【0053】
別の実施形態では、遮蔽スクリーン１１４は、セラミック、石英、またはプラスチック材料などの誘電体材料から形成される。この実施形態では、遮蔽スクリーン１１４の底面２３４は基板１５０に面する金属化表面である。金属化表面を有する誘電体材料から遮蔽スクリーン１１４を形成することは、遮蔽スクリーン１１４を貫通して形成された開孔２２２が誘電体材料から作られた内面を有するという点で有益である。底面が金属化された誘電体遮蔽スクリーン１１４を使用する場合、基板１５０に面する金属化された底面に印加される電圧により、電流と電場が処理空間内の低イオン密度プラズマを通って基板１５０に向かう、または基板１５０から低イオン密度プラズマを通るように方向付けられる。
【0054】
さらに別の実施形態では、遮蔽スクリーン１１４は、結晶シリコン材料などのシリコン材料から形成され、遮蔽スクリーン１１４の厚さ方向の抵抗率は、基板に面する表面をドーピングすることによって制御される。
【0055】
いくつかの実施形態では、遮蔽スクリーン１１４の表面を誘電体材料でコーティングすることは、遮蔽スクリーン１１４の表面全体で実行される。同様に、セラミック遮蔽スクリーン１１４全体に金属コーティングを形成することも可能であり得る。そうでなければ、遮蔽スクリーン１１４と他のチャンバ部品との間の距離は、プレートスタック内の電場分布の変化を考慮して制御されるであろう。
【0056】
電圧源２６０は、遮蔽スクリーン１１４と基板支持体１３０との間に接続される。電圧源２６０は、遮蔽スクリーン１１４と基板支持体１３０との間の電圧差の制御を可能にする。電圧源は、約０Ｖから約２０００Ｖ、例えば約１０Ｖから約２０００Ｖの電圧差を生成するように構成され得る。電圧源は、ＤＣ電圧が印加されるか、または約７．５ｋＨｚ以下、例えば約０ｋＨｚから約７．５ｋＨｚの周波数を有するＡＣ電圧が印加され得るように、ＡＣ／ＤＣ波形制御をさらに含んでもよい。基板支持体１３０と遮蔽スクリーン１１４との間の電圧差を制御することにより、基板１５０上に配置されたレジストの焼成中にそれらの間の電場を制御することができる。遮蔽スクリーン１１４または基板支持体１３０のいずれか一方を接地してもよい。図２の実施形態では、遮蔽スクリーン１１４は接地され、基板支持体１３０は正または負に帯電して、基板支持体１３０と遮蔽スクリーン１１４との間に電場を形成する。
【0057】
上述のチャンバ１００は、コントローラ２７０などのプロセッサベースのシステムコントローラによって制御することができる。例えば、コントローラ２７０は、ガス源１３６、１４２、１５２を介して様々な前駆体ガスの流れを制御し、ソース整合１３８の動作を調整して、チャンバ１００内のプラズマ生成および流れを促進するように構成することができる。コントローラ２７０はまた、処理空間１７０内に電場を生成するために、プレートスタックおよびペデスタルの構成要素のうちの１つまたは複数への電圧の印加を変調および制御することによって、チャンバ１００内の電場生成のあらゆる側面を制御するように構成されてもよい。コントローラ２７０はさらに、基板処理シーケンスの様々な段階を制御するように動作する。
【0058】
コントローラ２７０は、基板処理の制御を容易にするためにチャンバ１００の様々な構成要素に結合される、電源、クロック、キャッシュ、入出力（Ｉ／Ｏ）回路などの、メモリ２７４と大容量記憶装置、入力制御ユニット、および表示ユニット（図示せず）と連動可能なプログラム可能な中央処理装置（ＣＰＵ）２７２を含む。コントローラ２７０は、流れ、ＲＦ電力、電位などを監視するセンサを含む、チャンバ１００内のセンサを介して基板処理を監視するためのハードウェアも含む。基板温度、チャンバ雰囲気圧力などのシステムパラメータを測定する他のセンサも、コントローラ２７０に情報を提供することができる。
【0059】
チャンバ１００および関連するプラズマおよび電場形成処理の制御を容易にするために、ＣＰＵ２７２は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するための、プラグラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などの産業環境で使用できる任意の形式の汎用コンピュータプロセッサの１つであってもよい。メモリ２７４はＣＰＵ２７２に結合されており、メモリ２７４は非一時的であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルまたはリモートのその他の形式のデジタルストレージ、などの１つまたは複数の容易に利用可能なメモリであってもよい。支援回路２７６は、従来の方法でプロセッサを支援するためにＣＰＵ２７２に結合される。プラズマおよび電場の形成および他の処理は、一般に、通常はソフトウェアルーチンとしてメモリ２７４に格納される。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ２７２によって制御されているハードウェアから遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。
【0060】
メモリ２７４は、ＣＰＵ２７２によって実行されるとチャンバ１００の動作を容易にする命令を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態である。メモリ２７４内の命令は、本開示の方法を実装するプログラムなどのプログラム製品の形態である。プログラムコードは、様々なプログラミング言語のいずれかに準拠し得る。一例では、本開示は、コンピュータシステムで使用するためのコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実装され得る。プログラム製品のプログラムは、実施形態の機能を定義する（本明細書で説明する方法を含む）。
【0061】
特定の実施形態では、プログラムは機械学習機能を具体化する。様々なデータの特徴には、処理時間、温度、圧力、電圧、極性、電力、ガス種、前駆体流量などの処理パラメータが含まれる。特徴間の関係が識別および定義され、機械学習アルゴリズムによる分析が可能になり、データを取り込み、チャンバ１００によって実行される処理を適応させることができる。機械学習アルゴリズムは、教師あり学習または教師なし学習手法を使用し得る。プログラムによって具体化される機械学習アルゴリズムの例には、とりわけ、線形回帰、ロジスティック回帰、決定木、状態ベクトルマシン、ニューラルネットワーク、ナイーブベイズ、ｋ最近傍法、Ｋ平均法、ランダムフォレスト、次元削減アルゴリズム、および勾配ブースティングアルゴリズムなどが含まれるが、これらに限定されない。一例では、機械学習アルゴリズムを利用して、ＲＦ電力と前駆体ガス流を調整してプラズマを形成し、イオンよりもラジカルの濃度が高い低イオン密度プラズマの維持を容易にする。この方法での荷電種の形成は、荷電種雲の構成要素（例えば、ラジカルおよび／またはイオン）を特定し、チャンバ処理または装置の特性を変更して、電極（例えば、スクリーン１１４）とペデスタル１３０との間の電場結合媒体として望ましい特性を示す荷電種雲を形成および維持することによって改良および改善することができる。
【0062】
例示的なコンピュータ可読記憶媒体としては、（ｉ）情報が永久に保存される書き込み不可能な記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブで読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭディスク、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、または任意の種類の固体不揮発性半導体メモリなど、コンピュータ内の読み取り専用メモリデバイス）と、（ｉｉ）変更可能な情報が保存される書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブやハードディスクドライブ内のフロッピーディスク、または任意の種類の固体ランダムアクセス半導体メモリ）、が挙げられるが、これらに限定されない。このようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書に記載される方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を搬送する場合、本開示の実施形態である。
【0063】
ガス分配装置１１２の有孔底面２４２と遮蔽スクリーン１１４の上面２４４との間の距離は、約２０ｍｍ未満、例えば、約２０ｍｍ未満、例えば、約５ｍｍ～約１８ｍｍ、例えば、約１０ｍｍ～約１８ｍｍ、例えば、約１２ｍｍ～約１７ｍｍである。遮蔽スクリーン１１４の底面２３４と基板支持面１３２との間の距離Ｄは、約２ｍｍ～約６０ｍｍ、例えば約５ｍｍ～約５６ｍｍ、例えば約１６ｍｍ～約５６ｍｍ、例えば約３２ｍｍ～約５６ｍｍである。ガス分配装置１１２、遮蔽スクリーン１１４、および基板支持面１３２の間の間隙は、良好な電場均一性を可能にするのに十分小さく、一方、第２のプラズマ生成領域２１８および処理空間１７０内のガスの破壊および放電をそれぞれ防止するのに十分な大きさである。遮蔽スクリーン１１４と基板支持面１３２との間の距離Ｄは、プラズマと基板１５０との相互作用を低減しながら、処理空間１７０内に形成されるプラズマの制御を可能にするように構成される。プラズマは、基板１５０と相互作用するためにプラズマを通過する均一かつ一方向の電場を提供するように制御される。処理空間１７０内のプラズマは、基板１５０と遮蔽スクリーン１１４を電気的に結合するように作用し、処理空間１７０を通る電場のより良好な制御を可能にする。
【0064】
図３は、一実施形態による、異なる圧力および電極分離距離を使用した場合の降伏電圧のグラフを示す。図３のグラフは、異なる圧力における電極間の３つの異なる距離の降伏電圧値を示している。測定された３つの距離には、Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３というラベルが付けられる。Ｄ１は約５ｍｍ未満の距離であってもよく、Ｄ２は約１５ｍｍ未満の距離であり、Ｄ３は１５ｍｍを超える距離である。２つの電極間のガス圧力は、第１の圧力Ｐ１または第２の圧力Ｐ２のいずれかのような圧力に維持される。第１の圧力Ｐ１は約０．５トールから約２トールであり、第２の圧力Ｐ２は約２トールから約５トールである。第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との間では、２つの電極間に印加される電圧差は、ガスの破壊を防ぐために第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との間に維持され、第１の電圧Ｖ１は第２の電圧Ｖ２よりも低い。第１の電圧Ｖ１は、約１５０Ｖ～約２００Ｖである。第２の電圧Ｖ２は、約２００Ｖ～約２５０Ｖである。したがって、図３は、１つまたは複数のガスが破壊される前に、特定の圧力および電極間の距離で１つまたは複数のガスに印加できる最大電圧を決定するのに役立つ。
【0065】
図４Ａおよび図４Ｂは、電極間のＤＣ電圧差が変化したときに電極間を流れる電流のグラフを示している。図４Ａおよび図４Ｂでは、１トールおよび間隙距離１２．７ｍｍのヘリウム環境内で電極を使用して、平行な電極間の電流アークを測定している。図４Ｂは、第３の電圧Ｖ３と第４の電圧Ｖ４との間のＤＶ電圧範囲の拡大図である。図４Ａに示すように、中性電流Ａ０はほぼゼロの電流であるため、隣接する電極間でアーク放電はほとんどからまったく発生しない。第１のＲＦ電力値ＲＦ１、第２のＲＦ電力値ＲＦ２、または第３のＲＦ電力値ＲＦ３など、異なるＲＦ電力値でも同様の電流アーク経路を持つ。第１のＲＦ電力値ＲＦ１は、約１００Ｗ～約３００Ｗである。第２のＲＦ電力値ＲＦ２は、約３５０Ｗ～約７５０Ｗである。第３のＲＦ電力値ＲＦ３は、約７５０Ｗ～約１２５０Ｗである。
【0066】
図４Ｂに示すように、第３の電圧Ｖ３と第４の電圧Ｖ４の間では、２つの電極間のアーク電流はほぼ線形の応答を示す。アーク電流は、第１の電流値Ａ１と第２の電流値Ａ２との間に維持される。第１の電流値Ａ１は、約－０．０２５ｍＡより大きく、例えば約－０．０２ｍＡより大きい。第２の電流値Ａ２は、約０．０２５ｍＡ未満、例えば約０．０２ｍＡ未満である。アーク電流を第１の電流値Ａ１と第２の電流値Ａ２との間に維持する第３の電圧Ｖ３および第４の電圧Ｖ４の値は、約－２５０Ｖ～約－１５０Ｖの第３の電圧Ｖ３、ならびに約１５０Ｖおよび約２５０Ｖの第４の電圧Ｖ４である。アーク放電が基板を損傷したり、基板処理中に不均一性を引き起こしたりする可能性があるため、場誘導露光後焼成動作中、アーク電流を第１の電流値Ａ１と第２の電流値Ａ２との間など、ゼロに近づけることで処理結果が向上する。
【0067】
図５は、一実施形態による、図１の処理チャンバ内で基板を処理する方法５００のフロー図である。方法５００は、動作５０２中に、第１のプラズマ生成領域２１０などの第１のプラズマ形成領域に第１のガスを流すことを含む。第１のガスを第１のプラズマ形成領域に流し込んだ後、別の動作５０４中に第１のプラズマが第１のプラズマ生成領域２１０内に形成される。第１のプラズマは第１のイオン密度を有する。第１のイオン密度プラズマは、第１のプラズマ内のイオン密度が約１０５イオン／ｃｍ３～約１０１０イオン／ｃｍ３であるような高イオン密度プラズマである。同様に、第１の電子密度は約１０５電子／ｃｍ３～約１０１０電子／ｃｍ３である。第１のプラズマ生成領域２１０内では、約８ＭＨｚ～約２０ＭＨｚ、例えば約１０ＭＨｚ～約１５ＭＨｚの周波数を有するＡＣ電圧が面板１０６と第２のディフューザー１１０との間に印加される。プラズマ形成領域に流入する第１のガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、および／またはキセノンなどの不活性ガスまたは不活性ガスの混合物である。いくつかの実施形態では、第１のガスは、ヘリウムとアルゴンの１つまたは混合物である。本明細書に記載される実施形態では、第１のプラズマ形成領域２１０に流入される第１のガスは、不活性ガスまたは他の非反応性ガスのみからなり、処理ガスは１つまたは複数の不活性ガスのみを含む。堆積前駆体、洗浄ガス、または酸化前駆体などの他のガスを使用すると、基板上に配置されたレジスト材料が損傷したり汚染されたりする可能性がある。第１のガスは、約０．５トールから約８トール、例えば約１トールから約５トールの圧力に保持される。第１のプラズマ生成領域２１０内にある間に第１のガスに印加される電力は、約２５Ｗ～約２０００Ｗ、例えば約５０Ｗ～約１５００Ｗである。動作５０４中、面板１０６は電源に取り付けられ、ＲＦ電力が面板１０６に印加される一方、第２のディフューザー１１０は電気的に接地され、定電圧電位を有する。
【0068】
次に、第１のプラズマは、ガス分配装置１１２の開孔２２２を通って流れる前に、第２のディフューザー１１０を通って第２のプレナムに流入する。第１のプラズマは、別の動作５０６中に第１のプラズマ生成領域２１０から第２のプラズマ生成領域２１８に流入する。動作５０６中、第１のプラズマ内のイオンはガス分配装置１１２によって還元されて、第２のプラズマを形成する。第２のプラズマは、別の動作５０８中に任意に第２のガスと混合されてもよい。動作５０８中、第２のガスが第２のプラズマ生成領域２１８（混合領域）に導入され、第２のプラズマと混合される。第２のプラズマは、第１のプラズマの第１のイオン密度よりも低い第２のイオン密度を有する。第２のプラズマは、低イオン密度プラズマとして説明され、約１０３イオン／ｃｍ３～約１０７イオン／ｃｍ３のイオン濃度を有する。同様に、第２の電子密度は約１０３電子／ｃｍ３～約１０７電子／ｃｍ３である。ガス分配装置１１２を接地し、電圧源２６０に電気的に接続されている遮蔽スクリーン１１４により、第２のプラズマ生成領域２１８内で第２のプラズマ内のイオンのエネルギーレベルおよび濃度を制御できるようになる。第１のプラズマがガス分配装置１１２を通過すると、イオンが除去されて第２のプラズマ内のエネルギーレベルが低下する。ガス分配装置１１２は、約１２０°Ｃから約２５０°Ｃの間の温度に加熱される。
【0069】
第２のプラズマの形成後、第２のプラズマは、遮蔽スクリーン１１４の開孔２２２を通って、遮蔽スクリーン１１４と基板支持体１３０／基板１５０との間の処理空間１７０に流入される。処理空間１７０内のプラズマは第３のプラズマである。遮蔽スクリーン１１４と基板支持体１３０との間の電圧差は、約０Ｖ～約３００Ｖ、例えば約１０Ｖ～約２５０Ｖである。電圧源２６０は、ＤＣ電圧、または約０ｋＨｚ～約７．５ｋＨｚのＡＣ電圧など、約７．５ｋＨｚ以下の周波数を有するＡＣ電圧を印加できるように、ＡＣ／ＤＣ波形制御をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、信号ピークが約０Ｖの中心にないように、ＡＣ波形はＤＣオフセットを有していてもよい。処理空間１７０内の圧力は、約０．５トールから約１０トール、例えば約０．５トールから約８トール、例えば約１トールから約５トールである。
【0070】
第３のプラズマは、処理空間１７０内にある間は荷電種雲として記述され、その結果、第３のプラズマ内のイオンの濃度は、遮蔽スクリーン１１４を通過して処理空間１７０に入る間に低減される。荷電種雲内のイオン／電子は、遮蔽スクリーン１１４と基板支持体１３０との間に形成される電場によって制御される。電場は、イオンまたは電子の密度が約１０４イオン／ｃｍ３から約１０６イオン／ｃｍ３になるように、第２のプラズマ内のイオン密度およびイオンエネルギーレベルを制御するのに役立つ。同様に、第３のプラズマ内の電子密度は約１０４電子／ｃｍ３～約１０６電子／ｃｍ３である。荷電種雲内の荷電イオンは、それぞれ約１ｅＶ未満のイオン温度を有し、したがって、基板１５０上に配置されたフォトレジストに対する影響が低減される。低電力の第３のプラズマ／荷電種雲は、本明細書では基板支持体１３０上のダークプラズマと呼ばれる場合がある。ダークプラズマは、ダークプラズマを利用する露光後焼成動作中にフォトレジストが同時に露光処理を受けないという点で有益である。
【0071】
第２のプラズマが処理空間１７０に流入されて荷電種雲が形成されるのと同時または直後のいずれかで、基板支持面１３２上の基板は、別の動作５１０中に約７５°Ｃ～約３００°Ｃ、例えば約１００°Ｃ～約２５０°Ｃの温度で焼成される。動作５１０中に基板が焼成される間、基板支持体１３０と遮蔽スクリーン１１４との間に第３のプラズマを通して電場が印加される。第３のプラズマは電場を結合する役割を果たし、電場強度の制御の向上とその後の基板上のレジスト焼成動作を可能にする。本明細書に記載される基板は、その上に配置されたフォトレジスト層などのレジスト層を含む。基板への熱および電場の印加は、露光動作中にレジスト層がパターン化された後に実行され、レジスト層は放射線源に露光されて、レジスト層の露光部分および未露光部分が形成される。熱と電場の印加によりレジスト層が焼成され、レジスト層内の荷電粒子が所定の方向に駆動され、望ましくない方向への荷電粒子の拡散が低減される。
【0072】
生成された電場は、荷電種雲を介して基板に結合される。荷電種雲はさらに、基板１５０／基板支持面１３２と遮蔽スクリーン１１４との間に少量の電流（約０．００５ｍＡ～約０．１ｍＡ、例えば約０．００５ｍＡ～約０．０５ｍＡ）を伝導する。少量の電流により、レジスト層に悪影響を与えずに焼成結果が改善されることが判明している。
【0073】
図６は、別の実施形態による、図１の処理チャンバ１００の一部の概略断面図を示す。図６の処理チャンバ１００は、図２の処理チャンバ１００と同様であるが、ガス分配装置１１２、絶縁板１５６、および遮蔽スクリーン１１４が取り除かれている。したがって、第２のディフューザー１１０は、第２のディフューザー１１０と基板支持体１３０との間に追加のディフューザーまたはシャワーヘッドを配置することなく、シャワーヘッドスペーサ１１８および／または上部チャンバ本体１１６上に直接載置される。この実施形態では、第２のディフューザー１１０は電圧源２６０に電気的に接続されており、それに電力または電圧が印加されてもよい。第２のディフューザー１１０はまた、接地２５３によって接地されてもよい。接地２５３は、第２のディフューザー１１０をベース電圧値として保持するために使用され得る一方、電圧源２６０が第２のディフューザー１１０に電圧を印加する。基板支持体１３０には電力が供給されるか、電圧源２６０によって電圧差が印加される。この実施形態では、第１のプラズマが第１のプラズマ生成領域２１０内に形成されるが、イオンの量は、本明細書で前述したように、第２のディフューザー１１０を通じて低減されて荷電種雲を形成する。
【0074】
第２のディフューザー１１０の厚さＴおよび開孔の配置は、第２のディフューザー１１０を通過するイオン／電子の数の調節を助けるように構成される。本明細書に記載の実施形態では、厚さＴは、開孔／通路が形成される第２のディフューザー１１０の中央部分の厚さである。厚さＴは、約５ｍｍ～約４０ｍｍ、例えば約５ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約５ｍｍ～約８ｍｍ、例えば約５ｍｍ～約７ｍｍである。いくつかの実施形態では、第２のディフューザー１１０の厚さＴは、約６ｍｍより大きく、例えば約８ｍｍより大きく、例えば約１０ｍｍより大きく、例えば約１２ｍｍより大きい。厚さＴが約１０ｍｍより大きい実施形態では、各開孔の幅は、基板支持体１３０に面する第２のディフューザー１１０の底面に開孔が近づくにつれて開孔が狭くなるように、第２のディフューザー１１０の途中で変化してもよい。開孔のサイズは、第２のディフューザーを通過するイオンの数を低減することができるように設計されている。
【0075】
上述のように、基板１５０に面する第２のディフューザー１１０の底面は、制御された抵抗率を有する金属または半導体材料などの導電性材料から形成される。第２のディフューザー１１０の上面は、基板１５０とは反対側を向いており、電流または電場がプレートスタックの他の部分に反対方向（上向き）に向かうのを低減または排除するために、誘電体層（図示せず）によってコーティングされている。
【0076】
別の実施形態では、第２のディフューザー１１０は、セラミック、石英、またはプラスチック材料などの誘電体材料から形成される。この実施形態では、第２のディフューザー１１０の底面は、基板１５０に面する金属化表面である。第２のディフューザー１１０を金属化表面を有する誘電体材料から形成することは、第２のディフューザー１１０を貫通して形成された開孔が誘電体材料から作られた内面を有するという点で有益である。底面が金属化された誘電体の第２のディフューザー１１０を使用する場合、基板１５０に面する金属化された底面に印加される電圧により、電流と電場が処理空間１７０内の低イオン密度プラズマを通って基板１５０に向かう、または基板１５０から低イオン密度プラズマを通るように方向付けられる。
【0077】
さらに別の実施形態では、第２のディフューザー１１０は、結晶シリコン材料などのシリコン材料から形成され、第２のディフューザー１１０の厚さ方向の抵抗率は、基板に面する表面をドーピングすることによって制御される。
【0078】
いくつかの実施形態では、第２のディフューザー１１０は、その中に配置された温度制御通路１２１を含む。温度制御通路１２１は、ガス流開孔を含む第２のディフューザー１１０の部分を囲んでいる。温度制御通路１２１は、第２のディフューザー１１０を冷却または加熱するために利用され得る。第２のディフューザー１１０を冷却することが望ましい実施形態では、温度制御通路１２１は冷却剤通路であり、水などの冷却された液体を受け入れるように構成されている。第２のディフューザー１１０を加熱することが望ましい実施形態では、温度制御通路１２１は加熱通路であり、加熱されたガスまたは流体を受け入れるように構成されている。代替的に、加熱コイルを温度制御通路１２１内に配置してもよい。温度制御通路１２１の存在は、第２のディフューザー１１０がより厚い厚さを有する実施形態において有益である。
【0079】
図７は、別の実施形態による、図１の処理チャンバの一部の概略断面図を示す。図７の実施形態は図６の実施形態と同様であるが、第２のディフューザー１１０は、第２のディフューザースペーサ７０２によってシャワーヘッドスペーサ１１８および上部チャンバ本体１１６から分離されている。第２のディフューザースペーサ７０２は、シャワーヘッドスペーサ１１８の上に配置される。第２のディフューザースペーサ７０２は、第２のディフューザー１１０と基板支持体１３０をさらに分離するように構成されている。第２のディフューザースペーサ７０２は、アルミニウムなどの導電性材料で形成される。第２のディフューザースペーサ７０２はリングであり、処理空間１７０の一部を形成する中央開孔を含む。
【0080】
第２のディフューザースペーサ７０２は、その中に配置された１つまたは複数の加熱要素７０４をさらに含む。１つまたは複数の加熱要素７０４は、処理空間１７０を囲む。
【0081】
図８は、図７および図８の処理チャンバ内で基板を処理する方法８００のフロー図である。方法８００は、基板１５０などの基板のレジスト上に場誘導露光後焼成を形成することを可能にする。方法５００は、動作８０２中に、第１のプラズマ生成領域２１０などのプラズマ形成領域に処理ガスを流すことを含む。プラズマ形成領域に流入する処理ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、および／またはキセノンなどの不活性ガスの混合物である。いくつかの実施形態では、不活性ガスの混合物は、ヘリウムとアルゴンの１つまたは混合物である。本明細書に記載される実施形態では、プラズマ形成領域に流入される処理ガスは、不活性ガスまたは他の非反応性ガスのみからなり、処理ガスは１つまたは複数の不活性ガスのみを含む。堆積前駆体、洗浄ガス、または酸化前駆体などの他のガスを使用すると、基板上に配置されたレジスト材料が損傷したり汚染されたりする可能性がある。
【0082】
処理ガスをプラズマ形成領域に流し込んだ後、別の動作８０４中にプラズマ形成領域内に第１のプラズマが形成される。第１のプラズマは第１のイオン密度を有する。第１のイオン密度プラズマは、第１のプラズマ内のイオン密度が約１０５イオン／ｃｍ３～約１０１０イオン／ｃｍ３であるような高イオン密度プラズマである。同様に、第１の電子密度は約１０５電子／ｃｍ３～約１０１０電子／ｃｍ３である。プラズマ形成領域内では、約８ＭＨｚ～約２０ＭＨｚ、例えば約１０ＭＨｚ～約１５ＭＨｚの周波数を有する、ソース整合デバイス１３８などのソース整合デバイスによって面板１０６と第２のディフューザー１１０との間にＡＣ電圧が印加される。第１のガスは、約０．５トールから約８トール、例えば約１トールから約５トールの圧力に保持される。第１のプラズマ生成領域内にある間に処理ガスに印加される電力は、約２５Ｗ～約２０００Ｗ、例えば約５０Ｗ～約１５００Ｗである。動作５０４中に、面板１０６などの面板は、ＲＦ電力が面板に印加されるように、第２のディフューザー１１０などの第２のディフューザーが電気的に接地され、定電圧電位を有するように電源に取り付けられる。
【0083】
第１のプラズマを形成した後、動作８０６中に、第１のプラズマが処理空間１７０などの処理空間に流入される。第１のプラズマは、プラズマ形成領域から第２のディフューザーを通って処理空間に流入する。第２のディフューザーは、第２のディフューザーと基板支持体１３０などの基板支持体との間に追加の拡散プレートまたはシャワーヘッドが配置されないように、処理空間の少なくとも一部を形成する。処理空間の一部を形成する第２のディフューザーにより、基板支持体と第２のディフューザーとの間の電場の結合が向上する。さらに、プレートスタック内のディフューザーおよびシャワーヘッドの数が少ないため、追加のディフューザーおよび／またはシャワーヘッドを使用する図２の実施形態などの他の実施形態と比較して、処理空間内のイオン濃度をより制御し増加させることができることが判明した。第１のプラズマを第２のディフューザーに流すと、第２のプラズマが形成される。
【0084】
第２のプラズマは、第１のプラズマを第２のディフューザーに流すことによって形成される。第２のディフューザーがＳＭＤとして機能し、処理空間へのイオンの少なくとも一部の流れを阻止するため、第２のプラズマは、第１のプラズマのイオン濃度よりも低いイオン濃度を有する。第２のディフューザーと基板支持体との間の電圧差は、約０Ｖ～約３００Ｖ、例えば約１０Ｖ～約２５０Ｖである。電圧源２６０は、ＤＣ電圧、または約０ｋＨｚから約７．５ｋＨｚのＡＣ電圧など、約７．５ｋＨｚ以下の周波数を有するＡＣ電圧を印加できるように、ＡＣ／ＤＣ波形制御をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、信号ピークが約０Ｖの中心にないように、ＡＣ波形はＤＣオフセットを有する場合がある。処理空間１７０内の圧力は、約０．５トールから約１０トール、例えば約０．５トールから約８トール、例えば約１トールから約５トールである。
【0085】
第２のプラズマは、処理空間内にある間は荷電種雲であり、第２のプラズマ内のイオンの濃度は、第２のディフューザーを通過して処理空間に入る間に低減される。荷電種雲内のイオン／電子は、第２のディフューザーと基板支持体の間に形成される電場によって制御される。電場は、イオンまたは電子の密度が約１０４イオン／ｃｍ３から約１０６イオン／ｃｍ３になるように、第２のプラズマ内のイオン密度およびイオンエネルギーレベルを制御するのに役立つ。同様に、第２のプラズマ内の電子密度は約１０４電子／ｃｍ３～約１０６電子／ｃｍ３である。荷電種雲内の荷電イオンのイオン温度はそれぞれ約１ｅＶ未満であるため、基板上に配置されたフォトレジストへの影響が軽減される。低電力の第３のプラズマ／荷電種雲は、本明細書ではダークプラズマと呼ばれる場合がある。ダークプラズマは、ダークプラズマを利用する露光後焼成動作中にフォトレジストが同時に露光処理を受けないという点で有益である。第２のプラズマが処理空間に流入して荷電種雲が形成されるのと同時または直後のいずれかで、基板支持面上の基板は、別の動作８０８中に約７５°Ｃ～約３００°Ｃ、例えば約１００°Ｃ～約２５０°Ｃの温度で焼成される。
【0086】
動作８０８中に基板が焼成される間、基板支持体と第２のディフューザーとの間に第２のプラズマを通して電場が印加される。第２のプラズマは電場を結合する役割を果たし、電場強度の制御の向上とその後の基板上のレジスト焼成動作を可能にする。本明細書に記載される基板は、その上に配置されたフォトレジスト層などのレジスト層を含む。基板への加熱と電場の印加は、露光動作中にレジスト層がパターン化された後に実行される。加熱と電場の印加によりレジスト層が焼成され、レジスト層内の荷電粒子が所定の方向に駆動され、望ましくない方向への荷電粒子の拡散が低減される。
【0087】
生成された電場は、荷電種雲を介して基板に結合される。荷電種雲はさらに、基板／基板支持面と第２のディフューザーとの間に少量の電流（約０．００５ｍＡ～約０．１ｍＡ、例えば約０．００５ｍＡ～約０．０５ｍＡ）を伝導する。少量の電流により、フォトレジストに悪影響を与えずに焼成結果が改善されることがわかっている。
【0088】
本明細書では、処理空間内の基板上に低イオン密度プラズマを形成するための装置および方法について説明する。低イオン密度プラズマは、本明細書に記載のシャワーヘッドまたはイオン遮蔽板などの電極と基板または基板支持体との間に均一な電場を可能にするのに役立つ。低イオン密度プラズマは、場誘導露光後焼成動作中に基板への損傷や欠陥を軽減するのに十分なほど低いイオン密度を示すが、良好な電場分布と結合特性を可能にするのに十分なほど高いイオン密度を示す。
【0089】
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】