特表 2024-545554 電子で促進される材料処理のための直流プラズマ制御

(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】2024-12-10

(54)【発明の名称】電子で促進される材料処理のための直流プラズマ制御

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20241203BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

H05H1/24

H01L21/302 100

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024518981

(86)(22)【出願日】2022-10-24

(85)【翻訳文提出日】2024-05-10

(86)【国際出願番号】 US2022078600

(87)【国際公開番号】W WO2023086731

(87)【国際公開日】2023-05-19

(31)【優先権主張番号】17/524,330

(32)【優先日】2021-11-11

(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】524115095

【氏名又は名称】ヴェルヴェッチ エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＶＥＬＶＥＴＣＨ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100202326

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 大佑

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム アンドリュー ゴダード

(72)【発明者】

【氏名】スチュアート フランシス サンド

(72)【発明者】

【氏名】サミール ジョン アンズ

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィッド アーウィン マーゴリーズ

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA03

2G084AA07

2G084CC02

2G084CC21

2G084HH05

2G084HH11

2G084HH22

2G084HH52

5F004BB12

5F004CA03

5F004CA06

(57)【要約】

直流プラズマ内において精密に制御された電子のウエハスケール波を使用して材料処理するためのシステム及び方法を提示する。直流プラズマチャンバの陽極及び陰極は、それぞれ調整可能直流電圧源及び直流電流源に接続されている。陽極電位は、直流プラズマの陽光柱にあるステージの表面浮遊電位を直流電圧/電流源の基準アース電位にシフトするように調整される。制御ループは、ステージの表面浮遊電位を基準アース電位に維持するために、様々な処理ステップを通して作動させることができる。アース電位を基準とする信号発生器がステージに容量結合され、直流プラズマ内の自由電子に運動エネルギーを付与するためにステージの表面電位を制御する。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するための直流（ＤＣ）プラズマシステムであって、
直流プラズマ反応チャンバの陽極と陰極との間に生成される直流プラズマを含むように構成された前記直流プラズマ反応チャンバと、
陽極に電気的に結合された出力を有する調整可能直流電圧源と、
陰極に電気的に結合された直流電流源と、並びに
前記直流プラズマ反応チャンバの前記直流プラズマの陽光柱を含む領域に配置された基板支持ステージと、
を備え、
前記調整可能直流電圧源及び前記直流電流源は、基準アースに電気的に結合され、また
前記調整可能直流電圧源は、前記基板の処理中に、前記陽極の電位を調整して、前記基板支持ステージの表面における浮遊電位を基準アースの電位に設定するように構成される、
直流プラズマシステム。

【請求項2】

請求項１に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記直流電流源は、前記基板の処理中に、前記陽極と前記陰極との間に流れる一定の直流電流を設定するように構成され、前記一定の直流電流は、前記直流プラズマを生成するように構成される、直流プラズマシステム。

【請求項3】

請求項２に記載の直流プラズマシステムにおいて、組み合わさった前記陽極の電位及び前記一定の直流電流が、前記陰極の電位を確立する、直流プラズマシステム。

【請求項4】

請求項２に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記陽極の電位は、前記一定の直流電流とは独立して調整可能である、直流プラズマシステム。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の直流プラズマシステムであって、さらに、導電性材料から作製される基準プレートであって、表面電位が浮遊電位に等しくなるように前記直流プラズマ反応チャンバ内の前記陽光柱を含む領域に配置された、該基準プレートを備える、直流プラズマシステム。

【請求項6】

請求項５に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記基板支持ステージ及び前記基準プレートは、前記直流プラズマ反応チャンバの長手方向延在部分に沿ったセグメント内に配置される、直流プラズマシステム。

【請求項7】

請求項６に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記基板支持ステージの中心と前記基準プレートの中心は、前記長手方向延在部分の方向に直交するライン内に含まれる、直流プラズマシステム。

【請求項8】

請求項５～７のいずれか一項に記載の直流プラズマシステムであって、さらに、絶縁導電ワイヤを介して前記基準プレートと電気的に結合され、前記基準プレートの表面電位と前記基準アースの電位との間の差に基づいてエラー信号を生成するように構成された制御電子機器、を備える、直流プラズマシステム。

【請求項9】

請求項８に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記制御電子機器はオペアンプ又はエラーアンプを含む、直流プラズマシステム。

【請求項10】

請求項８に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記調整可能直流電圧源は、前記エラー信号を受信し、前記エラー信号の値に基づいて前記陽極の電位を調整するように構成される、直流プラズマシステム。

【請求項11】

請求項１０に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記調整可能直流電圧源、前記基準プレート、及び前記制御電子機器は、前記浮遊電位を前記基準アースの電位に維持する閉ループ制御システムを提供するように構成される、直流プラズマシステム。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の直流プラズマシステムであって、さらに、前記基板支持ステージに容量結合されるバイアス信号生成器を備え、
前記バイアス信号生成器は、前記基準アースの電位を基準とする電圧レベルを有し、前記基板支持ステージに容量結合されるバイアス信号を発生し、また
前記バイアス信号は、前記基板支持ステージの表面電位を制御するように構成されている、直流プラズマシステム。

【請求項13】

請求項１２に記載の直流プラズマシステムにおいて、
前記バイアス信号発生器は、前記バイアス信号の波形特性を制御するように構成され、前記波形特性は、前記電圧レベル、周波数、デューティサイクル、立ち上がりエッジ、又は立ち下がりエッジを含む、直流プラズマシステム。

【請求項14】

請求項１２に記載の直流プラズマシステムにおいて、
前記バイアス信号の前記電圧レベルがゼロボルトであるとき、前記基板支持ステージの前記表面電位はゼロボルトであり、前記直流プラズマ中の自由電子のエネルギー準位はゼロボルトであり、前記基板の表面の原子核のエネルギー準位はゼロボルトである、直流プラズマシステム。

【請求項15】

請求項１４に記載の直流プラズマシステムにおいて、
前記バイアス信号の前記電圧レベルを正の電圧ステップで増加させると、前記基板支持ステージの前記表面電位は、同一の正の電圧ステップで増加し、前記自由電子のエネルギー準位は前記正の電圧ステップに比例して増加する、直流プラズマシステム。

【請求項16】

請求項１５に記載の直流プラズマシステムにおいて、
正の前記電圧ステップは、前記基板の処理中に、前記自由電子のエネルギー準位を前記原子核に結合した前記電子のエネルギー準位まで上昇させるように選択可能である、直流プラズマシステム。

【請求項17】

前記基板の表面を加工する方法であって、請求項１～１６のいずれか一項に記載の直流（ＤＣ）プラズマシステムを介して前記基板を処理するステップを備える、方法。

【請求項18】

基板の表面を加工する方法であって、
直流プラズマの陽光柱を生成するように構成された直流プラズマ反応チャンバの領域内に基板支持ステージを配置するステップと、
調整可能直流電圧源及び直流電流源をそれぞれ直流プラズマ反応チャンバの陽極及び陰極に結合することにより直流プラズマを生成するステップと、
前記直流プラズマを生成するステップに基づいて、前記基板支持ステージの表面に浮遊電位を生成するステップと、
前記直流電流源により前記陽極と前記陰極との間の前記直流電流を一定に維持しながら、前記調整可能直流電圧源により前記陽極の電位を調整するステップと、並びに
前記調整及び前記維持するステップに基づいて、前記浮遊電位を前記調整可能直流電圧源の基準アースの特定電位に設定するステップと、
を備える、方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、さらに、
前記基板支持ステージ上に基板を配置するステップと、
バイアス信号を前記基板支持ステージに容量結合し、前記直流プラズマ中の自由電子にエネルギーを付与するステップと、
前記エネルギー付与ステップに基づき、前記自由電子を前記基板の表面に加速するステップと、及び
前記加速ステップに基づき、前記自由電子を前記基板の表面の原子と衝突させ、それによって電子と原子核との間のエネルギー結合を破壊するステップと、
を備え、
前記バイアス信号の電圧レベルは、前記特定の物質を構成する原子の前記電子の特定のエネルギー準位を目標として選択される、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願への相互参照］
本出願は、２０２１年１１月１１日に出願され、「電子で促進される材料処理のための直流プラズマ制御（DC Plasma Control for Electron Enhanced Material Processing）」と題された米国出願第１７／５２４，３３０号の優先権を主張するものであり、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、概して、材料処理、特に、室温（または所望により他の温度）で直流プラズマ内において精密に制御された電子のウエハスケール波を使用して材料処理に使われる直流プラズマ反応チャンバ内の動作条件を生成するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

例えば集積回路の製造には、直流プラズマ反応チャンバ内で対応する基板を処理するステップが含まれ、電子及び／又はイオンが基板表面に向かって加速され、基板表面を物理的に変化させる反応が開始する。場合によっては、そして主に、イオンと比較して電子の質量が比較的小さいため、電子を介した基板処理が、処理ステップ自体によって予想される目標となる物理的変化を超える基板表面への損傷を低減するために好ましい場合がある。

【0004】

場合によっては、プラズマ処理は、基板の表面浮遊電位の正確な値が分からないように、直流プラズマ反応チャンバの領域内に基板を配置することを含むことがある。したがって、基板に外部から印加されるバイアス信号は、基板の表面に近いプラズマの領域において自由電子エネルギーを与える可能性があり、該エネルギーは、基板の表面に存在する（原子）材料の電子エネルギーの閾値／準位とは相関しない。本開示による教示は、基材の表面に存在する材料の電子エネルギー閾値を特に目標とするために、自由電子のエネルギーの精密な制御を可能にする直流プラズマチャンバ内の動作条件を作り出す。

【発明の概要】

【0005】

室温（または必要に応じて他の温度）における直流プラズマ内において精密に制御された電子のウエハスケール波を使用して材料処理するためのシステム及び方法が開示されている。本開示では、このような材料処理は、直流プラズマ内における自由電子の運動エネルギーを正確に制御して、処理される基板表面の原子のエネルギー準位を正確に（かつ選択的に）目標化することができ、電子で促進される材料処理（ＥＥＭＰ：electron enhanced material processing）と称される。

【0006】

本開示の一実施形態によれば、基板処理のための直流（ＤＣ：direct-current）プラズマシステムが開示され、該直流プラズマシステムは、直流プラズマ反応チャンバの陽極と陰極との間に生成される直流プラズマを含むように構成された直流プラズマ反応チャンバと、陽極に電気的に結合した出力を有する調整可能直流電圧源と、陰極に電気的に結合した直流電流源と、並びに直流プラズマ反応チャンバの、直流プラズマの陽光柱を含む領域に配置された基板支持ステージとを備え、調整可能直流電圧源及び直流電流源は基準アースに電気的に結合され、また基板の処理ステップ中に、調整可能直流電圧源は陽極の電位を調整して、基板支持ステージの表面における浮遊電位を基準アースの電位に設定する。

【0007】

本開示の第２の実施形態によれば、基板の表面を処理するための方法が開示され、該方法は、直流プラズマの陽光柱を生成するように構成された直流プラズマ反応チャンバの領域に基板支持ステージを配置するステップと、調整可能直流電圧源及び直流電流源をそれぞれ直流プラズマ反応チャンバの陽極及び陰極に結合して直流プラズマを発生させるステップと、生成された直流プラズマに基づいて、基板支持ステージの表面に浮遊電位を生成するステップと、直流電流源を介して陽極と陰極との間の直流電流を一定に維持しながら、調整可能直流電圧源を介して陽極の電位を調整するステップと、並びに前記調整及び維持するステップに基づいて、浮遊電位を調整可能直流電圧源の基準アースの特定電位に設定するステップと、を備える。

【0008】

本開示のさらなる態様は、本出願の明細書、図面及び特許請求の範囲に示されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示の１つ以上の実施形態を示し、例示的な実施形態の説明と共に、本開示の原理及び実施形態を説明するのに役立つ。

【図1A】直流プラズマ処理システムで使用できる直流プラズマ反応チャンバの簡略化した概略図である。

【図1B】図１Ａの直流プラズマ反応チャンバの動作中のプラズマの（電気）電位の変化を代表するグラフを示す。

【図1C】図１Ａの直流プラズマ反応チャンバの領域に配置された（基板）ステージを含む直流プラズマ処理システムの簡略化した概略図を示す。

【図1D】外部バイアス信号発生器を介した、図１Ｃの直流プラズマ処理システムのステージの例示的なバイアスを示す。

【図1E】図１Ｄの外部バイアス信号発生器によって生成された例示的なバイアス信号と、対応するステージ表面で生成された電位とを示す。

【図1F】ステージの表面における原子の例示的なエネルギー準位を示す。

【図2A】ステージの表面電位を制御する手段を備える、本開示の一実施形態による直流プラズマ処理システムの簡略化された概略図を示す。

【図2B】図２Ａの直流プラズマ処理装置のステージの表面電位の制御を代表するグラフである。

【図2C】図２Ａの直流プラズマ処理システムの基準アース電位に対するステージの表面電位の調整の代表的なグラフを示す。

【図3A】ステージの表面電位を制御する手段と、表面電位を測定する手段とを備える、本開示の一実施形態による直流プラズマ処理システムの簡略化された概略図を示す。

【図3B】表面電位の自動制御のための手段が追加された図３Ａのシステムをベースとする、本開示の一実施形態による直流プラズマ処理システムの簡略化された概略図を示す。

【図4A】ステージのバイアス手段が追加されている図３Ｂのシステムをベースとする本開示の一実施形態による直流プラズマ処理システムの簡略化された概略図である。

【図4B】図４Ａの直流プラズマ処理システムのステージに供給される例示的なバイアス信号と、対応するステージの表面で発生する電位を示す。

【図4C】ステージの表面における原子の例示的なエネルギー準位を示す。

【図5】基板の表面を処理するための、本開示の一実施形態による方法の様々なステップを示すプロセスチャートである。

【0010】

様々な図面における同様の参照番号及び符号は、同様の要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１Ａは、直流プラズマ処理システムにおいて使用され得る従来技術の直流プラズマ反応チャンバ（１１０）の簡略化された概略図を示す。直流プラズマ反応チャンバ（１１０）のバイアスは、直流プラズマ反応チャンバ（１１０）の陽極Ａと陰極Ｃとの間に結合した直流電圧源（１５０）によって提供され得る。動作中、ガスと、陽極Ａ及び陰極Ｄの間を流れる電流の電子との相互作用に基づいて、グロー放電（プラズマ）がチャンバ（１１０）内に形成され得る。これにより、チェンバ内に自由イオン及び自由電子が生成される。このような直流プラズマ反応チャンバ（１１０）の動作原理は当業者に周知であるため、本開示では関連する詳細を省略する。

【0012】

図１Ａに示すように、チャンバ（１１０）内に形成されるグロー放電は、かなりの光を放出するグロー領域（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）と、光を放出しない可能性のある暗い領域（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）とを含んでもよい。このような領域は、例えば、温度及び電位を含む直流プラズマ反応チャンバ（１１０）の異なる動作特性を表しうる。

【0013】

図１Ｂは、動作中のチャンバ（１１０）の軸線方向（長手方向に延びる方向）Ｘに沿ったプラズマの（電気）電位Ｖ_ＰＰの変化を代表するグラフを示す。図１Ｂに示すように、プラズマ電位Ｖ_ＰＰは、直流電圧源（図１Ａの１５０）によって陰極Ｃに印加される電位を表す値Ｖ_Ｃから、直流電圧源（図１Ａの１５０）によって陽極Ａに印加される電位を表す値Ｖ_Ａまで変化する。例えば後述の図１Ｄに示すように、一般に値Ｖ_Ａはゼロボルト（例えば基準アース）であり、値Ｖ_Ｃは負（例えば約０（ゼロ）～５００ボルトの範囲内における値の負）であることに留意すべきである。

【0014】

引き続き図１Ｂを参照すると、陰極Ｃに近い領域（例えば、Ｄ１、Ｇ１、Ｄ２）及び陽極Ａに近い領域（例えば、Ｇ４）における電位Ｖ_ＰＰの急激な変動は、チャンバ（１１０）の動作温度のより高い領域に対応し得る。もう一方の領域Ｇ３は、陽光柱とも呼ばれ、ある程度一様／一定の電位、Ｖ_ＰＰの領域及び動作温度が低い領域である。例えば、図１Ｂに示すように、チャンバ（１１０）の軸線方向Ｘに沿ったセグメント［Ｘ_Ｇ３１、Ｘ_Ｇ３２］が陽光柱領域Ｇ３内に含まれることを考えると、かかるセグメント［Ｘ_Ｇ３１、Ｘ_Ｇ３２］を横切るプラズマ電位Ｖ_ＰＰの変動は最小であり、換言すれば、セグメント［Ｘ_Ｇ３１、Ｘ_Ｇ３２］にわたる電位Ｖ_ＰＰは一定であると考えることができる。したがって、図１Ｂに示すように、セグメント［Ｘ_Ｇ３１、Ｘ_Ｇ３２］にわたるプラズマ電位Ｖ_ｐｐは、値Ｖ_Ｇ３に等しいと考えてもよい。陽光柱領域Ｇ３におけるより低い動作温度及びプラズマの一定の電位値により、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、そのような領域を基板処理に使用することが可能になる。

【0015】

図１Ｃは、直流プラズマ反応チャンバ（１１０）の陽光柱領域Ｇ３に配置された（基板）ステージＳを含む直流プラズマ処理システム（１００Ｃ）の簡略化された概略図を示す。ステージＳは、平坦な基板を支持するように設計されてもよく、したがって、上面の平坦な／平らな表面を含んでもよい。図１Ｃに示すステージＳは電気的に絶縁されており（外部電位に接続されていない）、したがって、当業者には周知のように、プラズマ電位Ｖ_ＰＰの存在下では、ステージＳの表面に電位Ｖ_Ｓが発生し、該電位Ｖ_Ｓは表面浮遊電位Ｖ_ＦＰと称される。（表面）浮遊電位Ｖ_ＦＰとプラズマ電位Ｖ_ＰＰとの関係を図１Ｃに示す。特に、図１Ｃに示すように、ステージＳが配置されているチャンバ（１１０）の領域［Ｘ_Ｇ３１、Ｘ_Ｇ３２］におけるプラズマ電位Ｖ_ＰＰはＶ_Ｇ３と等しく、浮遊電位Ｖ_ＦＰはプラズマ電位Ｖ_Ｇ３よりも低い（プラズマ電位Ｖ_Ｇ３に対して負である）。

【0016】

図１Ｃのグラフに示される浮遊電位Ｖ_ＦＰは、ステージＳの存在下で発生する「プラズマシース」に起因し得る。当業者に知られているように、プラズマ内の壁又は障壁では、プラズマのバルクに対して負の電位が発生する。その結果、プラズマのバルクと壁又はバリアとの間に平衡電位降下が生じる。このような電位降下は、プラズマと壁又はバリアとの間に生じる電荷の不均衡により、壁又はバリアに隣接する空間の小さな領域に限定される。この電荷不均衡の層はデバイ長（Debye Length）によって特徴づけられる有限の厚さを有し、「プラズマシース（plasma sheath）」又は「シース（sheath）」と呼ばれる。このような層の厚さは数デバイ長であり、その大きさはプラズマの様々な特性に依存する値である。バルクプラズマ（例えば、チャンバ１１０）の寸法が例えばデバイ長よりはるかに大きい場合、デバイ長はプラズマ温度及び電子密度に依存する。本開示による教示によって支持される直流プラズマ動作条件の特定の場合（例えば、室温付近から室温を適度に上回るＥＥＭＰシステム）、デバイ長は数ミリメートルのオーダーであり（例えば、１０ミリメートル未満）、電位Ｖ_Ｇ３とＶ_ＦＰとの間の差は数ボルトのオーダーである（例えば、１０ボルト未満）。プラズマシースは、導電性であるか否かを問わず、いかなる壁又は障壁の存在下でも発生し得ることに留意すべきである。したがって、一度基板（導電性であるか絶縁性であるかを問わない）がステージＳの上に配置されると、図１Ｃを参照して上述したのと同一の浮遊電位Ｖ_ＦＰが基板の表面で発生し得る。

【0017】

図１Ｄは、キャパシタＣによってステージＳに容量結合される外部バイアス信号発生器（１８０）を介した、図１Ｃの直流プラズマ処理システムのステージＳの例示的なバイアス印加を示す。図１Ｄに示される例示的な構成（１００Ｄ）では、陽極Ａに印加される電位Ｖ_Ａは、ゼロボルトである（例えば、基準アース、Ｇｎｄに結合する）。さらに、図１Ｄに示すように、外部バイアス信号発生器（１８０）によってステージＳに印加されるバイアス信号Ｖ_Ｂは、基準アース電位Ｇｎｄを基準とすることができる。いくつかの従来技術の実施態様では、バイアス信号Ｖ_Ｂは、ステージＳに直流結合され得るが、本開示による教示は、チャンバ（１１０）内の任意の中間点を通る直流電流の放電経路がチェンバ（１１０）内の動作条件を大幅に変化させる可能性があるため、放電経路を回避するようにステージへのこのような直流結合を厳密に禁止する。

【0018】

図１Ｄに示される直流プラズマ処理システムにおいて、バイアス信号Ｖ_Ｂは、ステージＳ、又は存在する場合には基材の近傍の自由電子及び／又はイオンによって見られる電位（例えば、表面電位Ｖ_Ｓ）を制御するために使用され得る。これにより、自由電子及び／又はイオンのエネルギーは、基板の処理に必要な準位に制御することができる。例えば、図１Ｅの左側のグラフに示すように、外部バイアス信号発生器（例えば、図１Ｄの１８０）によって生成されるバイアス信号Ｖ_Ｂは、ゼロから開始し、短時間で電圧振幅Ｖ_Ｂ１に達する（前縁勾配によって表される）ことができる。図１Ｅの右上のグラフに示すように、処理ステップ（ａ）中に電圧振幅Ｖ_Ｂ１がステージＳに印加（例えば交流結合）されると、電圧振幅Ｖ_Ｂ１は表面浮遊電位Ｖ_ＦＰａに加算（負の場合は減算）され、ステージＳ近傍に表面電位Ｖ_Ｓが発生する。しかし、自由電子及び／又はイオンはプラズマ電位Ｖ_ＰＰａにあるため、自由電子及び／又はイオンによって見られるのは、プラズマ電位Ｖ_ＰＰａを上回る表面電位Ｖ_Ｓの一部のみである。例えば、図１Ｅの右上側のグラフに示されるように、自由電子及び／又はイオンの（運動）エネルギーは、
電位差Ｖ_ＫＥａ＝（Ｖ_Ｂ１－ΔＶ_ＦＰａ）に基づいてもよく、ここで、
ΔＶ_ＦＰａ、＝（Ｖ_ＰＰａ－Ｖ_ＦＰａ）である。

【0019】

例えば、異なる差分ΔＶ_ＦＰｂ、＝（Ｖ_ＰＰｂ－Ｖ_ＦＰｂ）が生じる可能性のある、異なるプラズマ電位Ｖ_ＰＰｂ、又は異なる浮遊電位Ｖ_ＦＰｂを含む処理ステップ（ａ）の動作条件とは異なる動作条件を有する可能性がある、図１Ｅの右下側のグラフによって表される処理ステップ（ｂ）を考慮すると、同一の印加電圧振幅Ｖ_Ｂ１に対して、自由電子及び／又はイオンの異なる（運動）エネルギーが得られる。本開示による教示は、チャンバ（例えば、図１Ｄの１１０）内の動作条件の変動を排除する、及び／又は、例えば、自由電子（及び／又はイオン）のエネルギーの精密な制御を可能にするように、そのような変動を補償する。例えば、異なる反応性ガスによる基板のエッチング、基板の洗浄、又は基板の表面から組成物／材料を変更及び／又は除去する可能性のある他のプロセスを含む、チャンバ（１１０）内で実行される異なるタイプの処理（例えば、図１Ｅの（ａ）及び（ｂ））を考慮すると、動作条件の変動が予想されることに留意すべきである。当業者には既知であるように、異なるタイプの処理を実行するための異なる操作条件は、さらに、チャンバ（１１０）内の直流プラズマ電流、温度、ガス混合物又は流量のいずれか１つに対する対応する変動及び／又は調整を含み得ることに留意すべきである。

【0020】

基板がステージＳの表面上に配置されると、上述のバイアス信号Ｖ_Ｂの印加によって得られた自由電子及び／又はイオンの運動エネルギーが、自由電子及び／又はイオンを基板の表面に向かって加速させ、基板の表面の原子に運動エネルギーを放出させるために基板に衝突させる可能性がある。しかし、それらの原子は、それらが存在する電位、言い換えれば浮遊ポテンシャル、Ｖ_ＦＰに基づくエネルギー準位にある。図１Ｅを参照して上述した処理タイプ（a）に対するそのような原子の１つの様々なエネルギー準位は、基板表面の原子の原子核のエネルギー準位Ｅ_ｎ、基板表面の原子の原子核に結合した電子のエネルギー準位Ｅ_Ｂ、及び基板表面の原子核に結合した電子の軌道における電子のエネルギー準位Ｅ_ｅを含めて、図１Ｆに示されている。

【0021】

図１Ｆに見られるように、原子核のエネルギー準位Ｅ_ｎは（負の）電位Ｖ_ＦＰａにあり、電子のエネルギー準位Ｅ_ｅは（負の）電位（Ｅ_ｎ＋Ｅ_Ｂ）にある。言い換えれば、原子を、電子と原子核との間の結合を切断する準位まで励起するには、電子のエネルギー準位Ｅ_ｅに等しいか、又は、それ以上のエネルギーを原子に与えなければならない。したがって、自由電子のみを介して処理されるプラズマを考慮すると、図１Ｆにおいて電位差Ｖ_ＫＥａ＝（Ｖ_Ｂ１－ΔＶ_ＦＰａ）で表されるバイアス信号Ｖ_Ｂの印加によって供給される自由電子の運動エネルギーは、エネルギー準位Ｅ_ｅに等しいか、またはそれ以上でなければならない。しかし、
Ｅ_ｅ＝（Ｅ_ｎ＋Ｅ_Ｂ）であり、Ｅ_ｎは先験的に未知の浮遊ポテンシャルＶ_ＦＰａに基づいているため、エネルギー準位Ｅ_ｅを正確に狙うために自由電子の運動エネルギーを正確に制御することは不可能かもしれない。

【0022】

浮遊電位（例えば、図１ＦのＶ_ＦＰａ）は、直流プラズマチャンバの安定した動作条件における所与のプロセスについて経験的及び／又は実験的に決定され得るが、そのような動作条件の矛盾及び／又は再現性の欠如は、決定された浮遊電位を無効にし得る。さらに、異なるタイプのプロセスでは本質的に異なる浮遊電位が得られるため、基板表面の原子のエネルギー準位を正確に目標化するために自由電子の運動エネルギーを正確に制御する作業は、実現不可能かもしれない。その結果、いくつかの従来技術の実施態様では、目標とする原子のエネルギー準位よりも実質的に大きい運動エネルギーが基板表面の原子に付与される場合があり、そのため選択性が得られない場合がある（異なるエネルギー準位を有する異なる材料／組成の原子が、軌道結合を切断するのに十分なエネルギー準位を等しく受ける場合があるため）。本開示の教示に従った電子で促進される材料処理（ＥＥＭＰ）は、このような欠点を克服し、したがって、基板表面の原子のエネルギー準位を正確かつ選択的に目標化するために、自由電子の運動エネルギーを正確に制御することを可能にする。

【0023】

図２Ａは、電気的に絶縁されたときのステージＳの表面電位を制御する手段（２５０、２６０）を備える、本開示の一実施形態による直流プラズマ処理システム（２００Ａ）の簡略化された概略図を示す。言い換えると、手段（２５０、２６０）は、浮遊電位Ｖ_ＦＰの調整を可能にする。図２Ａに示すように、手段（２５０、２６０）は、直流プラズマ反応チャンバ（１１０）の陽極Ａに結合されている調節可能直流電圧源（２５０）と、直流プラズマ反応チャンバ（１１０）の陰極Ｃに結合されている直流電流源（２６０）とを含む。したがって、陽極Ａの電位ＶＡは、基準アース（ゼロボルトのＧｎｄ）に対してゼロボルト以上（正）の範囲になるように制御することができ、反応チャンバ（１１０）を通して陽極Ａと陰極Ｃとの間に流れる（ドレイン）電流Ｉｐは、直流電流源（２６０）によって設定することができる。したがって、陰極Ｃの電位Ｖ_Ｃは、外部直流電圧源（例えば、図１Ｄの１５０）によって強制されず、むしろ（浮遊して）陽極Ａの調整可能電位Ｖ_Ａ及び設定電流Ｉｐに基づく（負の）電圧に落ち着く。このような構成は、より高いレベルの処理の安定性及び最適化を確立し維持するために、反応チャンバ（１１０）を通る設定電流Ｉｐを一定に維持しながら、浮遊電位Ｖ_ＦＰを独立して制御／調整することを可能にする。

【0024】

図２Ｂは、図２Ａを参照して上述した直流プラズマ処理システム（２００Ａ）のステージＳの表面電位Ｖ_ＦＰの制御を代表する２つのグラフを示す。特に、図２Ｂは、実線又は破線の使用によって区別される２つのグラフを示し、各グラフは、調整可能直流電圧源（２５０）によって陽極Ａに印加される２つの異なる電圧（Ｖ_Ａ１、Ｖ_Ａ２）に対する、チャンバ（１１０）の長手方向延在部分Ｘにわたるプラズマ電位Ｖ_ＰＰの変化を表す。図２Ｂに見られるように、電圧Ｖ_Ａ１から電圧Ｖ_Ａ２への陽極電位の正のステップ増加、＋ΔＶ_１２に対して、浮遊電位（Ｖ_ＦＰ１、Ｖ_ＦＰ２）及び陰極電位（Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２）は、同一の正のステップ、＋ΔＶ_１２だけ増加する。実のところ、図２Ｂに示すように、プラズマ電位Ｖ_ＰＰの全体について、曲線は、ステップ＋ΔＶ_１２だけ正側にシフトする。言い換えれば、範囲［Ｘ_Ｃ、Ｘ_Ａ］内の任意の長手方向座標Ｘに対して、対応するプラズマ電位Ｖ_ＰＰ（Ｘ）は、ステップ増加、＋ΔＶ_１２に従う。同様の挙動が、調整可能直流電圧源（２５０）によって陽極Ａに印加される負のステップ変動に適用される。言い換えれば、調整可能直流電圧源による陽極Ａの電位の制御は、任意の長手方向座標Ｘにおけるプラズマ電位Ｖ_ＰＰに線形的に影響し、したがって、浮遊電位Ｖ_ＦＰおよびステージＳの上部の電圧Ｖ_Ｓに線形的に影響する。本開示で後述するように、このような線形性は、異なるタイプの材料処理のために直流プラズマチャンバを動作させながら、浮遊電位Ｖ_ＦＰの値をプリセット値（例えば、ゼロボルト）に自動的に制御する閉ループ制御サブシステムを実装するために、本教示によるＥＥＭＰシステムで使用することができる。

【0025】

図２Ｃは、陽極電圧Ｖ_Ａ１がゼロボルト（実線）に等しい特別な場合を含む、図２Ｂを参照して上述したグラフに類似する２つのグラフを示す。図２Ｂに見られるように、このような場合の浮遊電位電圧は、負の値Ｖ_ＦＰ１に等しく、したがって、プラズマ電位Ｖ_ＰＰに対して（以下）負である。さらに、図２Ｃに見られるように、陽極電位の正のステップ増加、＋ΔＶ_１３＝（Ｖ_Ａ１－Ｖ_ＦＰ１）に対して、浮遊電位は、ゼロボルトに等しい値Ｖ_ＦＰ３に調整され得る。本開示の一実施形態によれば、浮遊電位Ｖ_ＦＰのこのようなゼロ化は、処理される基板（導電性であるか絶縁性であるかを問わない）の表面における原子のエネルギー準位を正確に（かつ選択的に）目標化するために、直流プラズマ内における自由電子の運動エネルギーの正確な制御を可能にし得る。言い換えれば、図１Ｆに戻って参照すると、処理のために目標化／選択される原子の原子核のエネルギー準位Ｅ_ｎを決定する先験的な未知の浮遊電位は、浮遊電位Ｖ_ＦＰのゼロ化によって除去される。一方、後述の図４Ｂに示すように、これにより、ターゲット電子のエネルギー準位Ｅ_ｅ、直流プラズマ内における自由電子の運動エネルギー準位（例えば、図１ＦのＶ_ＫＥａ）、及びステージＳに印加されるバイアス電圧Ｖ_Ｂは、同一の既知かつ固定の基準であるゼロボルト電位Ｇｎｄを基準にすることを可能にする。

【0026】

図３Ａは、ステージＳの表面電位を制御する手段（図２Ａの２５０、２６０）と、ステージ上部の表面電位Ｖ_Ｓ（例えば、浮遊電位、Ｖ_ＦＰ）を測定する手段（図３ＡのＲ、３１１、Ｖ_Ｒ）とを備える、本開示の実施形態による直流プラズマ処理システム（３００Ａ）の簡略化された概略図を示す。当業者には理解されるように、システム（３００Ａ）は、表面電位Ｖ_Ｓを測定する手段（Ｒ、３１１、Ｖ_Ｒ）、又は、言い換えれば、ステージ上部の（表面）浮遊電位Ｖ_ＦＰを測定する手段（Ｒ、３１１、Ｖ_Ｒ）を追加することによって、図２Ａを参照して上述したシステム（２００Ａ）の改良を表している。浮遊電位Ｖ_ＦＰのこのような測定を可能にすることにより、図２Ａ～２Ｃを参照して上述したような直流電圧源（２５０）の調整を、表面電位Ｖ_ＦＰを監視／測定しながら実行し得る。これにより、例えばそのような電位をゼロ（ＶＦＰ＝０ボルト）にすることを含め、浮遊電位Ｖ_ＦＰの正確な制御が可能になる。

【0027】

引き続き図３Ａを参照すると、手段（Ｒ、３１１、Ｖ_Ｒ）は、ステージＳと同じ（長手方向座標）セグメント［ＸＧ３１、ＸＧ３２］で直流プラズマチャンバ（１１０）内に配置される基準プレートＲを含む。基準プレートＲは、チャンバ（１１０）の（内部）動作条件に耐えることができる任意の導電性材料から作製されてもよく、例えば、正方形、長方形、円形、五角形、台形又はその他に従った平面形状を含む任意の平面形状を有してもよい。基準プレートＲは、プレートＳと同じ領域に配置され、したがって、同じほぼ一定のプラズマ電位Ｖ_ＰＰの領域に配置されるため、基準プレートＲは、ステージＳと同じ浮遊電位Ｖ_ＦＰを見る。言い換えれば、基準プレートＲにおける（表面）電位Ｖ_Ｒを測定することにより、ステージＳにおける浮遊電位を決定することができる。基準プレートＲに取り付けられた絶縁導電ワイヤ(３１１)は、電位Ｖ_Ｒをチャンバー(１１０)の外部に設置された測定電子機器(例えば、変換器)にルート付け／結合するために使用することができる。このような測定電子機器は、プレートＲを通してプラズマに直流電流経路を与えるべきではないことに留意すべきである。

【0028】

図３Ａを引き続き参照すると、基準プレートＲの場所は、技術的に実行可能で実用的なセグメント［ＸＧ３１、ＸＧ３２］内のチャンバ（１１０）の任意の長手方向延在部分でもよい。チャンバＳは、チャンバ（１１０）の一方の側面にステージＳに隣接するアクセスドアを含んでもよく、いくつかの例示的な実施形態では、基準プレートＲは、アクセスドア及びステージＳの反対側にあるチャンバ（１１０）の壁に対して、又はその近傍に配置されることがある。さらに、例示的な実施形態によれば、基準プレートの中心Ｒ、及びステージＳの中心（例えば、図に示すようにステージのＴ字形をなす２つのセグメントの交点）は、チャンバ（１１０）の軸線方向（例えば、中心線、長手方向延在部分の方向）に対して垂直な線内に含まれ得る。本開示の出願人は、ステージＳの浮遊電位の追跡において、手段（Ｒ、３１１、Ｖ_Ｒ）の精度が高いことを確認した。

【0029】

図３Ｂは、図３Ａのシステム（３００Ａ）に基づいて、ステージＳにおける表面電位Ｖ_ＦＰの自動制御のための手段（３２０、ＣＴ）が追加された、本開示の実施形態による直流プラズマ処理システム（３００Ｂ）の簡略化された概略図を示す。手段（３２０、ＣＴ）は、異なる種類の処理のために直流プラズマチャンバを動作させながら、ステージＳにおける浮遊電位Ｖ_ＦＰの値をプリセット値（例えば、ゼロボルト）に自動的に制御する閉ループ制御システムを組み込むように構成された制御電子機器（３２０）を含む。特に、図３Ｂに示すように、制御電子回路（３２０）は、絶縁導電線（３１１）によって提供される結合を介して、基準プレートＲの（表面）電位Ｖ_Ｒを入力として取り込み、そこから陽極Ａに供給される電圧Ｖ_Ａを調整するために制御（エラー）信号ＣＴを生成し、したがって、図２Ａ～２Ｃを参照して上述したように、ステージＳにおける浮遊電位Ｖ_ＦＰを調整する。制御（エラー）信号ＣＴは、例えばゼロボルトのような浮遊電位Ｖ_ＦＰの所望の目標／プリセット値に関して生成され得る。当業者であれば、本開示の範囲外である制御電子機器（３２０）を実装するための設計技術を熟知している。特に、当業者は、このような制御電子機器（３２０）においてオペアンプ又は誤差増幅器を使用することをよく知っており、このような増幅器の入力は、電位Ｖ_Ｒ、及び浮遊電位Ｖ_ＦＰの所望の目標／プリセット値（例えば、ゼロボルト）に結合され、入力の差に基づいてエラー信号（例えば、ＣＴ）を生成することができる。

【0030】

図４Ａは、ステージＳをバイアスするためのバイアス手段（Ｃ_Ｓ、４８０）が追加された図３Ｂのシステムに基づく、本開示の一実施形態による直流プラズマ処理システム（４００Ａ）の簡略化された概略図を示す。特に、バイアス手段（Ｃ_Ｓ、４８０）は、バイアス手段のキャパシタＣ_Ｓを通ってステージＳに結合されるバイアス信号発生器（４８０）を含む。言い換えれば、バイアス信号発生器（４８０）の出力で生成されたバイアス信号Ｖ_Ｂは、キャパシタＣ_Ｓを介してステージＳに容量結合される。本開示において既に説明したように、このような容量性結合は、直流プラズマチャンバ（１１０）から、または直流プラズマチャンバ（１１０）へのあらゆる直流電流経路の除去を可能にし、それにより、チャンバ（１１０）の動作条件のいかなる望ましくない摂動も防止することができる。バイアス信号発生器（４８０）は、例えば、振幅、周波数、デューティサイクル及び／又は立ち上がり／立ち下がりエッジ／スロープを含む所望の特性に従って、バイアス信号Ｖ_Ｂの波形を出力するように構成されたプログラマブル波形発生器を含むことができることに留意されたい。さらに、ステージＳは、バイアス信号Ｖ_ＢをステージＳに電気的に結合するための第１の導電性部分（例えば、キャパシタＣ_Ｓに接続された垂直リード）と、導電性材料及び／又は絶縁性材料を含み得るステージの第２の部分（例えば、水平支持プレート）とを含み得ることに留意されたい。

【0031】

図４Ｂは、図４Ａの直流プラズマ処理システム（４００Ａ）のステージＳに供給された例示的なバイアス信号Ｖ_Ｂ１、及び、ステージＳの表面で発生した対応する表面電位Ｖ_Ｓを示す。当業者には明確に理解できるように、図４Ｂに示すグラフは、浮遊電位Ｖ_ＦＰがゼロボルトになるように調整または制御されるシステム（４００）の構成に対応する。したがって、図１Ｅを参照した上記の説明を考慮すると（又は対照的に）、ステージＳ又はその上の基板の表面に引き寄せられる自由電子及び／又はイオンの（運動）エネルギーは、電位差Ｖ_ＫＥ＝（Ｖ_Ｂ１－ΔＶ_ＦＰ）に基づいており、ΔＶ_ＦＰ＝（Ｖ_ＰＰ－Ｖ_ＦＰ）である。したがって、直流プラズマチャンバを使用する実用的な基板処理用途では、ΔＶ_ＦＰの値は、Ｖ_ＫＥの値（例えば、図４Ｃにおける目標電子のエネルギー準位Ｅ_ｅに基づく）よりも相当小さい（例えば、１／５０又はそれ以下の比）可能性があるため、近似値Ｖ_ＫＥ＝Ｖ_Ｂ１は妥当であると考えられる。一方、これにより、基板の表面における原子（例えば、束縛電子）のエネルギー準位を正確かつ選択的に目標化する、本開示の教示による電子で促進される材料処理（ＥＥＭＰ）を実施するための、ステージＳに提供されるバイアス信号Ｖ_Ｂ１の単純かつ簡単な生成が可能になる。

【0032】

図４Ａ及び図４Ｂをさらに参照すると、ステージＳの表面、又はステージＳ上に配置された基板の表面における原子のエネルギー準位の励起は、主に表面電位Ｖ_Ｓの瞬間的な変化に基づいてもよいことに留意されたい。したがって、エネルギー準位の励起は、バイアス電圧の目標値Ｖ_Ｂ１への遷移の終了時、言い換えれば、図４Ｂに示す傾斜の終了時に直ちに達成され得る。

【0033】

図４Ｃは、図４Ａの直流プラズマ処理システム（４００Ａ）のステージＳの表面における原子の例示的なエネルギー準位を示す。図４Ｃは、図２Ａ～２Ｃを参照した上記説明に従って、図３Ａを参照した上記説明に従って、基準プレートＲにさらに基づき、図３Ｂを参照した上記説明に従って、制御電子機器（３２０）によって提供される（随意的な）閉ループ制御システムにさらに基づき、図４Ａを参照した上記説明に従って、バイアス信号発生器（４８０）によって提供されるバイアス信号ＶＢの容量結合にさらに基づく、浮遊電位Ｖ_ＦＰのゼロ化に基づき、基板表面における原子のエネルギー準位（例えば、図４ＣにおけるＥｅ≒Ｖ_ＫＥ）を正確かつ選択的に目標化する調整を可能にする、本開示の教示による電子で促進される材料処理（ＥＥＭＰ）の利点を強調している。

【0034】

図５は、基板の表面を処理するための、本開示の実施形態による方法の様々なステップを示すプロセスチャート（５００）である。図５に示すように、そのようなステップは、ステップ（５１０）に従って、直流プラズマの陽光柱を生成するように構成された直流プラズマ反応チャンバの領域に基板支持ステージを配置するステップと、ステップ（５２０）に従って、調節可能直流電圧源及び直流電流源をそれぞれ直流プラズマ反応チャンバの陽極及び陰極に結合することによって、直流プラズマを生成するステップと、この生成するステップに基づいて、ステップ（５３０）に従って、基板支持ステージの表面で浮遊電位を生成するステップと、ステップ（５４０）に従い、直流電流源を介して陽極と陰極との間の直流電流を一定に維持しながら、調整可能直流電圧源を介して陽極の電位を調整するステップと、この調整及び維持ステップに基づいて、ステップ（５５０）に従い、浮遊電位を調整可能直流電圧源の基準アースの電位に設定するステップと、を含む。

【0035】

本開示の多数の実施形態について説明してきた。 それにも関わらず、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。

【0036】

上記の実施例は、本開示の実施形態の製造方法及び使用方法の完全な開示及び説明として当業者に提供されるものであり、本発明者／発明者が開示とみなす範囲を限定することを意図するものではない。

【0037】

本明細書において開示される方法及びシステムを実施するための上述の態様のうち、当業者にとって自明である改変は、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図される。本明細書において言及される全ての特許および刊行物は、本開示が関係する当業者の技術レベルを示すものである。本開示において引用される全ての参考文献は、各参考文献の全体が個別に参考として援用される場合と同じ程度に参考として援用される。

【0038】

本開示は、特定の方法またはシステムに限定されず、変更できることを理解されたい。また、本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図するものではないことを理解されたい。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「a」、「an」、「the」は、内容が明確に指示しない限り、複数の参照語を含む。「複数（"plurality"）」という用語は、内容が明確に指示しない限り、2つ以上の参照語を含む。別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するための直流（ＤＣ）プラズマシステムであって、
直流プラズマ反応チャンバの陽極と陰極との間に生成される直流プラズマを含むように構成された前記直流プラズマ反応チャンバと、
陽極に電気的に結合された出力を有する調整可能な直流電圧源と、
陰極に電気的に結合された直流電流源と、そして、
前記調整可能な直流電圧源と前記直流電流源は、基準グランドに電気的に結合され、前記調整可能な直流電圧源は、前記基板の処理中に、前記陽極の電位を調整して、前記基板支持ステージの表面の浮遊電位を基準グラウンドの電位に設定するように構成される、前記直流プラズマ反応チャンバの前記直流プラズマの陽光柱を含む領域に配置された基板支持ステージと、
を備える、
直流プラズマシステム。

【請求項2】

請求項１に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記直流電流源は、前記基板の処理中に、前記陽極と前記陰極との間に流れる一定の直流電流を設定するように構成され、この前記一定の直流電流は、前記直流プラズマを生成するように構成される、直流プラズマシステム。

【請求項3】

請求項２に記載の直流プラズマシステムにおいて、組み合わさった前記陽極の電位及び前記一定の直流電流が、前記陰極の電位を確立する、直流プラズマシステム。

【請求項4】

請求項２に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記陽極の電位は、前記一定の直流電流とは独立して調整可能である、直流プラズマシステム。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の直流プラズマシステムであって、さらに、前記直流プラズマ反応チャンバ内の前記陽光柱を含む領域に配置された導電性材料から作製される、表面電位が浮遊電位に等しくなるような基準プレート、を備える、直流プラズマシステム。

【請求項6】

請求項５に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記基板支持ステージ及び前記基準プレートは、前記直流プラズマ反応チャンバの縦座標に沿ったセグメント内に配置される、直流プラズマシステム。

【請求項7】

請求項６に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記基板支持ステージの中心と前記基準プレートの中心は、前記縦座標の方向と直交する線上に含まれる、直流プラズマシステム。

【請求項8】

請求項５に記載の直流プラズマシステムであって、さらに、絶縁導電線を介して前記基準プレートと電気的に結合され、前記基準プレートの表面電位と前記基準グラウンドの電位との間の差に基づいてエラー信号を生成するように構成された制御電子機器、を備える、直流プラズマシステム。

【請求項9】

請求項８に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記制御電子機器はオペアンプ又はエラーアンプを含む、直流プラズマシステム。

【請求項10】

請求項８に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記調整可能な直流電圧源は、前記エラー信号を受信し、前記エラー信号の値に基づいて前記陽極の電位を調整するように構成される、直流プラズマシステム。

【請求項11】

請求項１０に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記調整可能な直流電圧源、前記基準プレート、及び前記制御電子機器は、前記浮遊電位を前記基準グラウンドの電位に維持する閉ループ制御システムを提供するように構成される、直流プラズマシステム。

【請求項12】

請求項１～４のいずれか一項に記載の直流プラズマシステムであって、さらに、前記基板支持ステージに容量結合され、前記基準グラウンドの電位を基準とする電圧レベルを有し、前記基板支持ステージの表面電位を制御するように構成されるバイアス信号
を発生させるように構成されたバイアス信号生成器、を備える、直流プラズマシステム。

【請求項13】

請求項１２に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記バイアス信号発生器は、前記バイアス信号の波形特性を制御するように構成され、前記波形特性は、前記電圧レベル、周波数、デューティサイクル、立ち上がりエッジ、又は立ち下がりエッジを含む、直流プラズマシステム。

【請求項14】

請求項１２に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記バイアス信号の前記電圧レベルがゼロボルトであるとき、前記基板支持ステージの前記表面電位はゼロボルトであり、前記直流プラズマ中の自由電子のエネルギー準位はゼロボルトであり、前記基板の表面の原子核のエネルギー準位はゼロボルトである、直流プラズマシステム。

【請求項15】

請求項１４に記載の直流プラズマシステムにおいて、前記バイアス信号の前記電圧レベルを正の電圧ステップで増加させると、前記基板支持ステージの前記表面電位は、同一の正の電圧ステップで増加し、前記自由電子のエネルギー準位は前記正の電圧ステップに比例して増加する、直流プラズマシステム。

【請求項16】

請求項１５に記載の直流プラズマシステムにおいて、正の前記電圧ステップは、前記基板の処理中に、前記自由電子のエネルギー準位を前記原子核に結合した前記電子のエネルギー準位まで上昇させるように選択可能である、直流プラズマシステム。

【請求項17】

前記基板の表面を加工する方法であって、請求項１～４のいずれか一項に記載の直流プラズマシステムを介して前記基板を処理する、方法。

【請求項18】

基板の表面を加工する方法であって、
直流プラズマの陽光柱を生成するように構成された直流プラズマ反応チャンバの領域内に基板支持ステージを配置するステップと、
調整可能な直流電圧源及び直流電流源をそれぞれ直流プラズマ反応チャンバの陽極及び陰極に結合することにより直流プラズマを生成するステップと、
前記生成するステップに基づいて、前記基板支持ステージの表面に浮遊電位を生成するステップと、
前記直流電流源により前記陽極と前記陰極との間の前記直流電流を一定に維持しながら、前記調整可能な直流電圧源により前記陽極の電位を調整するステップと、そして、
前記調整及び前記維持に基づいて、前記浮遊電位を前記調整可能な直流電圧源の基準グラウンドの特定の電位に設定すると、
を備える、
方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、さらに、
前記基板支持ステージ上に基板を配置するステップと、
バイアス信号を前記基板支持ステージに容量結合し、前記直流プラズマ中の自由電子に通電するステップと、
前記通電に基づき、前記自由電子を前記基板の表面に加速するステップと、そして、
前記加速に基づき、前記バイアス信号の電圧レベルは、前記特定の物質を構成する原子の前記電子の特定のエネルギー準位をターゲットとして選択され、前記自由電子を前記基板の表面の原子と衝突させ、それによって電子と原子核との間のエネルギー結合を破壊するステップと、
を備える、
方法。

【国際調査報告】