(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを処理するプラズマリアクタであって、
リアクタチャンバと前記チャンバ内のワーク支持部を備え、前記チャンバは前記ワーク支持部に面している天井を有し、
前記天井の上にある誘導結合プラズマソース電力アプリケータ及び前記誘導結合ソース電力アプリケータに結合されたＲＦ発電機と、
前記天井内にソース電力電極を備えた容量結合プラズマソース電力アプリケータであって、前記誘導結合プラズマソース電力アプリケータは前記ソース電力電極の上を覆い、前記ソース電力電極はＲＦ電力の誘導結合を、前記誘導結合プラズマソース電力アプリケータから前記ソース電力電極を通って前記チャンバ内へと許容することができる容量結合プラズマソース電力アプリケータと、
ワーク支持土台に亘って延び、前記ワーク支持部の支持面における開口の二次元アレイを形成する通路の二次元アレイと、
前記通路の各々１つを通じて延び、（ａ）前記支持面における前記開口を通じた視界を備えた視端、及び（ｂ）前記チャンバの外側の出力端を有している光ファイバの二次元アレイと、
前記光ファイバの出力端に結合された光学センサと、
前記誘導結合プラズマソース電力アプリケータ及び前記容量結合プラズマソース電力アプリケータによって前記チャンバ内のプラズマに同時に結合される電力の相対量を調整する前記光学センサに応答するコントローラとを備え、
前記光学センサからの信号は、ワークの表面に亘るエッチング深さ分布の瞬間的な画像を表すリアクタ。
【請求項２】
前記コントローラは、前記エッチング深さ分布の均一性を高めるように、前記電力の相対量を調整するようにプログラムされている請求項１記載のリアクタ。
【請求項３】
ワークを処理するプラズマリアクタであって、
リアクタチャンバと前記チャンバ内のワーク支持部を備え、前記チャンバは前記ワーク支持部に面している天井を有し、
（ａ）前記天井、及び（ｂ）前記ワーク支持部のうちの１つにソース電力電極を備えた容量結合プラズマソース電力アプリケータと、
前記容量結合ソース電力アプリケータに結合された異なる固定周波数の複数のＶＨＦ発電機と、
ワーク支持土台に亘って延び、該ワーク支持部の支持面における開口の二次元アレイを形成する通路の二次元アレイと、
前記通路の各々１つを通じて延び、（ａ）前記支持面における前記開口を通じた視界を備えた視端と、（ｂ）前記チャンバの外側の出力端を有する光ファイバの二次元アレイと、
前記光ファイバの出力端に結合された光学センサと
前記光学センサに応答し、前記ソース電力電極に加えられた有効なＶＨＦ周波数を制御するように、前記複数のＶＨＦ発電機の電力出力レベルを独立して制御するコントローラとを備え、
前記光学センサからの信号は、ワークの表面に亘るエッチング深さ分布の瞬間的な画像を表すリアクタ。
【請求項４】
前記光学センサからの信号は、ワークの表面に亘るエッチング深さ分布の瞬間的な画像を表わし、前記コントローラは、前記エッチング深さ分布の均一性を高めるように、前記電力の相対量を調整するようにプログラムされている請求項３記載のリアクタ。
【請求項５】
前記ワーク支持部にバイアス電力電極を備えたプラズマバイアス電力アプリケータと、
前記プラズマバイアス電力アプリケータに結合された異なる固定周波数の複数のＲＦ発電機と、
前記光学センサに応答し、前記プラズマバイアス電力アプリケータに加えられた有効なＲＦ周波数を制御するように、前記複数のＲＦ発電機の電力出力レベルを独立して制御するコントローラとを更に備える請求項３記載のリアクタ。
【請求項６】
前記ワーク支持部内の調整可能要素と、前記調整可能要素に結合された制御要素とを更に備え、前記制御要素は前記光学センサに応答し、前記調整可能要素は、
前記ワーク支持土台の中空開口と、
該中空開口内の移動可能な、陰極として機能する金属板と、
前記支持面に対する前記金属板の位置を移動させるアクチュエータとを備え、前記処理コントローラは前記アクチュエータに結合されている請求項３記載のリアクタ。
【請求項７】
ワークを処理するプラズマリアクタであって、
側壁及び天井を有する真空チャンバと、
前記天井に面する支持面を有し、ワークを支持するために前記チャンバ内に配置されたワーク支持土台と、
前記ワーク支持土台に亘って延び、前記支持面における開口の二次元アレイを形成する通路の二次元アレイと、
各ファイバが前記通路の各々１つを通じて延び、（ａ）前記支持面における前記開口を通じた視界を備えた視端、及び（ｂ）前記チャンバの外側の出力端を有する複数の光ファイバと、
前記光ファイバの前記出力端に結合された光学検出装置と、
前記土台上に支持された前記ワークの表面に亘る二次元のエッチング速度分布を変更することが可能な調整可能要素と、
前記光学検出装置から情報を受信し、前記調整可能要素に制御コマンドを送信するように接続された処理コントローラとを備えるリアクタ。
【請求項８】
前記調整可能要素は、
前記チャンバ、処理ガス供給源、及び該供給源と前記ガス噴射ポートのアレイの各々１つとの間に接続された複数の制御可能なバルブに連通するガス噴射ポートのアレイを備え、前記処理コントローラは前記調整可能なバルブに結合されている請求項７記載のリアクタ。
【請求項９】
前記調整可能要素は、
前記ワーク支持土台の中空開口と、
該中空開口内の移動可能な、陰極として機能する金属板と、
前記支持面に対する前記金属板の位置を移動させるアクチュエータとを備え、前記処理コントローラは前記アクチュエータに結合されている請求項７記載のリアクタ。
【請求項１０】
前記調整可能要素は、
前記天井の上にある内側及び外側のソース電力アプリケータと、前記内側及び外側のソース電力アプリケータに加えられたＲＦ電力レベルの比率を制御するＲＦ電力コントローラとを備える請求項７記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路のためのフォトリソグラフィマスクの製造は、半導体ウェハ処理よりもずっと高い程度のエッチング均一性を要する。単一のマスクパターンは、概して、石英マスク上の４平方インチの領域を占める。マスクパターンの画像は、ウェハ上の単一のダイの領域（１平方インチ）に集中され、次にウェハに亘って段階的に進められて各ダイの単一の画像を形成する。石英マスクにマスクパターンをエッチングするのに先立って、マスクパターンは走査電子線によって書かれており、これは単一のマスクのコストを非常に高くする時間の掛かる処理である。マスクエッチング処理はマスクの表面に亘って均一ではない。更に、電子ビームで書かれたフォトレジストパターンは、それ自体は非均一であり、ウェハ上の加工サイズが４５ｎｍの場合には、マスク全体に亘って２−３ｎｍほどの限界寸法（例えば、ライン幅）のばらつきを呈する。（このばらつきは、例えば、すべての測定されたライン幅の３σの偏差である。）フォトレジストの限界寸法におけるそのような非均一性は、様々なマスクのソースあるいは顧客に応じて変化する。マスクエッチング処理は、このばらつきを１ｎｍ以上に増加させることができず、その結果、エッチングされたマスクパターンのばらつきは、３〜４ｎｍを超過することができない。これらの厳格な要件は、ウェハ上でのシャープな画像を達成するための石英マスクパターンにおける回析効果の使用から生じる。現在の技術では、そのような要件を満たすのは困難である。それは、２２ｎｍのウェハ加工サイズを持つかも知れない将来の技術にとっては更に困難になるであろう。この問題は、エッチングバイアスの現象によって悪化し、ここでは、マスクエッチングにおけるフォトレジストパターンの消耗は、石英マスク上のエッチングパターンにおけるライン幅（限界寸法）の減少をもたらす。これらの問題は、マスクエッチング処理に特有である。なぜなら、フォトレジストに関する典型的なマスク材料（例えば、石英、クロム、ケイ化モリブデン）のエッチング選択性が典型的には１未満であるので、その結果、マスクフォトレジストパターンがマスクエッチング処理中にエッチングされるからである。
【０００２】
いくつかのマスクパターンは、正確に規定された深さで石英マスクに周期的な開口をエッチングすることを要し、それは、マスクを通じたウェハの露出中の干渉光ビームの非常に微細な位相の位置決めを達成するのに重大である。例えば、位相シフトのマスクの１つの種類においては、各ラインは、クロムラインの各側に露出した薄い石英ラインを伴うクロムラインによって規定され、一側の石英ラインのみが、エッチングされていない石英ラインを通過する光に対して光の１８０度の位相シフトを提供する正確な深さにエッチングされる。石英におけるエッチング深さを正確に制御するために、エッチング処理は、石英におけるエッチング深さを測定するために、周期的にそれを中断することによって念入りに監視されなければならない。そのような検査は、各々、マスクエッチングリアクタチャンバからマスクを除去すること、フォトレジストを除去すること、エッチング深さを測定すること、その後、経過したエッチング処理時間に基づいた目標深さに達するまでの残りのエッチング処理時間を推定すること、新しいフォトレジストを蒸着すること、電子ビームがレジスト上のマスクパターンを描くこと、マスクエッチングチャンバ内にマスクを再導入すること、そして、エッチング処理を再開することを要する。所望する深さに達するまでの残りのエッチング時間の推定は、エッチング速度が安定及び均一なままであり、したがって、信頼性が低いと想定される。そのような厄介な処理の問題は、低い生産力及び高いコストを含み、同様に、フォトレジストパターンにおける汚染あるいは欠陥の機会の増大を含んでいる。しかしながら、正確に制御されたエッチング深さの要求のために、そのような問題を回避する方法は存在しないようである。
【０００３】
限界寸法のばらつきの小さな許容範囲は、マスク表面に亘るエッチング速度の極めて均一な分布を要する。石英材料における正確なエッチング深さを要するマスクにおいては、２つの限界寸法があり、一方はライン幅であり、他方はエッチング深さであり、両方の種類の限界寸法の均一性は、マスクに亘る均一なエッチング速度分布を要する。エッチング速度分布における非均一性は、ソース電力アプリケータの利用によって或る程度まで低減することができ、それは、プラズマイオン密度の放射状分布を変えることができる（ウェハの上にある内側及び外側コイルアンテナからなる誘導ソース電力アプリケータ等）。しかしながら、そのようなアプローチは、対称な非均一性（即ち、中央が高い、あるいは、中央が低いエッチング速度分布）だけに対処することができる。実際には、エッチング速度分布での非均一性は、非対称（例えば、マスクの１つのコーナにおいて高いエッチング速度等）であることができる。より基本的な制限は、マスクエッチング処理がエッチング速度のそのような中央で極めて低い分布を有する傾向があり、調整可能な特徴（内側及び外側コイルを有するそのような誘導電力アプリケータ）が中央で低い体制からエッチング速度分布を変えることが可能ではないということである。
【０００４】
非均一なエッチング速度分布に関する別の問題は、エッチング速度分布が同じ設計の異なるリアクタの中で大きく変わる傾向があり、重要な部分あるいは消費可能な構成要素が交換（陰極の交換等）される場合には常に同じリアクタ内において広く変わることができるということである。エッチング速度分布は、消費可能な交換に際して予測不能な変化を伴って交換された部分の特徴における小さなばらつきに高度に敏感なようである。
【概要】
【０００５】
エッチングパラメータの複数の周波数制御を有するプラズマリアクタが提供される。リアクタは、リアクタチャンバと、チャンバ内のワーク支持部とを備え、チャンバはワーク支持部に面する天井を有している。誘導結合プラズマソース電力アプリケータは天井の上にあり、ＲＦ発電機は誘導結合ソース電力アプリケータに結合されている。容量結合プラズマソース電力アプリケータは、天井あるいはワーク支持部にソース電力電極を備えている。通路のアレイはその底からワーク支持部に亘って延び、ワーク支持部の支持面における開口のアレイを形成している。光ファイバのアレイは通路を通じて延び、各ファイバは、（ａ）支持面における開口を通じた視界を備えた視端、及び（ｂ）チャンバの外側の出力端を有している。光学センサは光ファイバの出力端に結合されている。前記リアクタは、誘導結合プラズマソース電力アプリケータ及び容量結合プラズマソース電力アプリケータによってチャンバ内のプラズマに同時に結合される電力の相対量を調整する光学センサに応答するコントローラを更に備えている。
【詳細な説明】
【０００６】
高ＲＦ均一性を有する陰極
我々は、マスクエッチング処理における不均一なエッチング速度分布の原因の１つが、当該マスクエッチング処理が行なわれるプラズマリアクタ中のマスクを保持する支持土台あるいは陰極におけるＲＦ電気の不均一の存在にあることを見出した。ＲＦバイアス電力は、マスク表面のプラズマイオンエネルギを制御するために土台に加えられるのに対して、ＲＦソース電力は、プラズマイオンを生成するために、例えば、上部コイルアンテナに加えられる。ＲＦバイアス電力は、イオンエネルギに影響を与えるマスク表面の電界を制御する。マスク表面のイオンエネルギは、エッチング速度に影響を与えるために、土台におけるＲＦ電気の不均一は、マスク表面全体に亘るエッチング速度の分布における不均一を招く。我々は、土台におけるＲＦ不均一の原因のいくつかを見出した。１つは、アルミニウム土台（陰極）とアルミニウム表面板（ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ  ｐｌａｔｅ）とを螺合するチタンねじである。上記のねじは、土台の表面全体に亘って（つまり、マスク表面全体に亘って）電界パターンにおけるノードを形成する。なぜなら、上記ねじの電気的特性は、アルミニウム陰極のそれとは異なるからである。もう１つは、陰極と表面版との導電率の不均一な分布である。表面板と陰極との電気伝導は、主として表面板と陰極の周縁に限定される。これは、少なくとも部分的にはプラズマ処理中の真空圧力による陰極のそりに起因する。この周縁の伝導は、チタンねじの不均一な締め付け及び／又は表面板又は土台の周縁付近の表面仕上げの変化等、数多くの要因により不均一となることがある。我々は、土台全体に亘ってＲＦ電気の均一性を向上するいくつかの特徴を導入することにより、この問題を解決した。第一に、アルミニウム陰極にチタンねじが存在することによるＲＦ電界の不均一又は不連続性を、すべてのチタンねじの頭を被包する連続したチタンリングを陰極の上面周縁に延伸するように配することによって解決しようとするものである。表面の不均一又はチタンねじの不均一な締め付けによる導電率の変化を、高導電性ニッケルメッキを表面板と陰極の対向する表面周縁に施すこと、及び表面板と陰極との間に両者によりその周縁で圧縮されるＲＦガスケットの導入によって解決しようとするものである。
【０００７】
図１に示すように、マスクにパターンをエッチングするためのプラズマリアクタは、側壁１２とその上にある天井１４とにより密閉された真空チャンバ１０を備え、チャンバ圧力を調整する真空ポンプ１５によって真空引きされる。チャンバ１０内のマスク支持土台１６は、マスク１８を支持する。本明細書において後述するように、マスクは、典型的には石英基板からなり、また石英基板の上面に更にクロムやケイ化モリブデン等のマスク薄膜層を備えていてもよい。更に、パターン規定層が存在するが、それはフォトレジスト又はクロム層からなるハードマスクでも良い。他のマスクの種類としては、上記石英基板は、フォトレジストパターンを除いては被覆層を有していない。
【０００８】
プラズマソース電力は、各々ＲＦインピーダンス整合回路２８、３０を介して各ＲＦソース電力発生器２４、２６により駆動され、また、上方に位置する内側及び外側コイルアンテナ２０、２２により加えられる。側壁１２は、接地接続されたアルミニウム又は他の金属でもよいのに対して、天井１４は、典型的には、コイルアンテナ２０、２２からチャンバ１０内へのＲＦ電力の誘導結合を許容する絶縁材料である。処理ガスは、ガスパネル３６からガスマニホールド３４を通り、側壁１２の上部に等間隔に配置された噴射ノズル３２を介して導入される。ガスパネル３６は、各々のバルブ又はマスフローコントローラ４０を介してマニホールド３４に接続された出力バルブ又はマスフローコントローラ４２に接続された異なるガス供給源３８から構成されることが可能である。
【０００９】
マスク支持土台１６は、金属（例えば、アルミニウム）表面板４６上に支持される金属（例えば、アルミニウム）陰極４４からなる。陰極４４は、表面板４６における供給口及び排出口（図示せず）により供給又は真空引きされる内部冷却液又は加熱液流路（図示せず）を有する。ＲＦバイアス電力は、ＲＦバイアス電力発生器４８により、ＲＦインピーダンス整合回路５０を介して上記表面板に加えられる。ＲＦバイアス電力は、表面板４６と陰極４４との界面を通り、陰極４４の上面へと導通する。陰極４４は、その上に角形の石英マスクあるいは基板１８が支持される中央平坦部４４ａを有する。平坦部の寸法は、一般にマスク１８の寸法と一致している。しかし、後述するように、平坦部４４ａは若干小さく、その結果、マスク周縁部の小部分あるいは端縁１８ａが、平坦部４４ａを短い距離超えて延びている。平坦部４４ａを囲む土台リング５２は、（図２Ｂ又は図７に示す楔形又はパイ片状に）リング５２の約２／５を形成するカバーリング５２ａと、残余の３／５を形成するキャプチャリング５２ｂとに分割されている。キャプチャリング５２ｂは、マスク１８の端縁１８ａが載置される棚部５４を有する。３本のリフトピン５６（図１ではそのうち１本だけを示している）がキャプチャリング５２ｂを持ち上げるが、それにより、マスク１８は、マスク１８を支持土台１６から分離することが望まれる際はいつでも、端縁１８ａによって上昇させられる。土台リング５２は、バイアス電力発生器４８の周波数において、石英マスク１８とアルミニウム平坦部４４ａとの組合せにより得られるＲＦインピーダンスに整合するように選択された異なる電気的特性を持つ材料の層５３、５５からなる。（カバーリング５２ａとキャプチャリング５２ｂの両者は、異なる層５３、５５からなる。）更に、キャプチャリング５２の上面は、マスク１８の上面と共面をなし、そのために、マスク１８の端部を超えて延びる大きく均一な表面が、プラズマ処理中のマスク１８の表面全体に亘る均一な電界及びシース電圧を促進する。典型的には、下部リング層５５が石英で、上部リング層５３がアルミナ等のセラミックの場合にこうした条件が満たされる。処理コントローラ６０は、ガスパネル３６、ＲＦ発生器２４、２６、４８、及びウェハハンドリング装置６１を制御する。ウェハハンドリング装置は、リフトピン５６に接続されたリフトサーボ６２、ロボットブレードアーム６３、及びスリットバルブ６４をチャンバ１０の側壁１２中に備えることができる。
【００１０】
等間隔に配された一連のチタンねじ７０は、陰極４４と表面板４６とをその周縁に沿って固定する。アルミニウム陰極／表面板４４、４６とチタンねじ７０との電気的相違のために、ねじ７０は、陰極４４の上面でＲＦ電界に別々の不均一性を与える。陰極４４と表面板４６の対向する表面におけるばらつきは、陰極４４と表面板４６との間にその周縁に沿って導電性の不均一を作り出し、その結果、対応する不均一性がＲＦ電界にも生じる。陰極４４は、プラズマ処理中にその中央部がそり上がり易いために（チャンバの真空により）、陰極４４と表面板４６との主要な電気的接触は、その周縁においてなされる。陰極４４と表面板４６との間の導電率の感度を（ａ）様々なチタンねじ７０間の締め付けのばらつき、及び（ｂ）表面特性におけるばらつきに低減するために、ニッケル等の高導電材料からなる環状薄膜７２が、陰極４４の下面４４ｂの周縁に蒸着され、一方、対応する（例えば）ニッケルからなる環状薄膜７４が、表面板４６の上面４６ａ上に蒸着される。ニッケル膜７２、７４は、相互に位置合わせがなされ、その結果、２つの環状ニッケル薄膜７２、７４は、土台４４と表面板４６の対向する接触面を構成し、両者に非常に均一な分布の導電率を与える。更なる導電率の均一性向上は、環状溝７６を陰極４４の下面の周縁に沿って形成し、環状溝７６中に導電性ＲＦガスケット８０を配置することにより実現される。必要に応じて、環状溝７６と並ぶ環状溝７８を表面板４６の上面に形成することが可能なＲＦガスケット８０は、陰極４４と表面板４６が押圧されてねじ７０が締め付けられる際に圧縮される金属製つる巻細線等、適切な従来のものであることが可能である。チタンねじ７０の頭に生じ易い電界分布における点状不均一を抑制又は解消するために、連続したチタンリング８２が、陰極４４の上面の周縁における環状溝８４の周囲に配置される。
【００１１】
図２Ａは、マスク支持土台１６と、その下のリフト部品９０を示している。リフト部品９０は、空気圧アクチュエータあるいはリフトサーボ９４により駆動されるリフトスパイダ９２と、該リフトスパイダ９２状に載置される３本のリフトピン５６とを備えている。リフトピン５６は、極度に滑らかで殆ど摩擦のない動作（摩耗から生じる汚染を抑制するため）で、玉軸受９８を備えるリフトベローズ９６中を導かれる。図２Ｂは、キャプチャリング５２ｂとマスク１８と共に上昇させられた状態の陰極４４を示している。マスクが上昇させられた際のカバーとキャプチャリング５２ａ、５２ｂとの分離により形成された間隙により、ロボットブレードは、マスク１８へアクセスすることができる。
【００１２】
マスク１８の表面全体における極度に中央部で低いエッチング速度分布の問題は、陰極平坦部４４ａの電気的物性（例えば、誘電率）の分布を変更することにより解決される。これは、一実施形態において、平坦部４４ａの上面に中央インサート１０２及び周辺外側インサート１０４を設けることにより達成され、この２つのインサートは、土台リング５２と共に連続した平坦な表面を形成すると共に、電気的に異なる材料からなる。例えば、エッチング速度分布が極端に中央部で低くなる傾向を抑制するために、中央インサート１０２は導電性材料（例えば、アルミニウム）のものであってもよく、一方、外側インサート１０４は絶縁材料（例えば、アルミナのようなセラミック）のものであることが可能である。この導電性の中央インサート１０２は、ＲＦ電流に更に低いインピーダンス経路を与え、マスク１８の中央部でイオンエネルギとエッチング速度とを増大させる一方、絶縁性外側インサート１０４は、より高いインピーダンスをもたらし、マスク１８の周辺のエッチング速度を減少させる。この組合せがエッチング速度分布を改善し、それをほぼ均一にさせる。この特徴によって、エッチング速度分布の微細な調整が、内側及び外側コイルアンテナ２０、２２に加えられる相対ＲＦ電力レベルを調整することにより可能となる。均一なエッチング速度分布を達成するのに要求されるプラズマイオン密度の放射状分布の変化は、はるかに少ない量にまで減少され、それは、均一なエッチング速度分布を得るための内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力配分の能力の範囲内である。図３は、内側及び外側インサート１０２、１０４の上面図である。他の実施形態において、インサート１０２、１０４は、異なる誘電率（電気的誘電率）を有する絶縁体であることが可能である。図４及び図５は、この概念の詳細を示し、４個の累進的に異なる電気的物性を持つ同心円状リング１０２、１０４、１０６、１０８がエッチング速度分布をより均一にするために用いられている。図６及び図７は、陰極４４のＲＦ電気的物性の分布のリアルタイム調整性を提供する他の実施形態を示している。プランジャ１１０は、陰極４４の中央内部の中空シリンダ１１４内で、可動アルミニウム板１１２の軸方向位置を調整する。アルミニウム板１１２は、アルミニウム平坦部４４ａの残部に電気的に接触している。絶縁体（例えば、セラミック）の上部フィルム１１６は、陰極４４の上部を覆うことができる。アルミニウム板１１２が押されてシリンダ１１４の上部へ近づくにつれ、陰極４４の中央領域を通じて電気インピーダンスは減少し、それによりマスク１８の中央でエッチング速度を増加させる。反対に、マスク中央のエッチング速度は、アルミニウム板１１２がシリンダ１１４内でマスク１８から遠ざかるように下方へ移動されるにつれて減少する。プランジャ１１０の軸方向の動きを調整するアクチュエータ１１８は、処理コントローラ６０（図１参照）により、均一性を最大限にするように又は不均一を補正するようにエッチング速度分布を調整するように制御されることができる。
【００１３】
マスク裏面におけるエッチング速度の監視と終了点検出
マスク上のエッチング深さ又は微小寸法を測定するためのエッチング処理の周期的中断による製造コストの上昇は、陰極４４及びマスク又は基板１８の裏面を介した光学的検出を用いることで抑制又は解消される。フォトレジストに対する低いエッチング選択性により、こうした周期的測定を行なうためにエッチング処理を中断することが必要であった。一般に、マスク材料は、フォトレジストよりも遅い速度でエッチングされる。この問題は、マスク上にフォトレジストの厚い層を蒸着することにより解決が図られるが、レジストの高いエッチング速度により、フォトレジスト表面には不規則な凹凸又は粗面ができる。この凹凸は、フォトレジストを通過する光に影響を与え、その結果、いかなる微小寸法やエッチング深さの光学的測定にもノイズを与えてしまう。そのために、フォトレジストは、ノイズのない光学的測定を確保するために周期的測定ごとに一時的に除去されるので、中断されたマスクエッチング処理を再開する前には、フォトレジストの再蒸着やレチクルパターンのフォトレジストへの再書き込みが必要となる。
【００１４】
図８に示すマスクエッチングプラズマリアクタは、このような困難を回避するもので、陰極４４中に設けられた裏面光学測定装置を用いることにより、全エッチング処理中の連続的な微小寸法の観察又はエッチング深さの測定を、マスク又は基板１８をマスク支持土台１６上に載置したままで行なうことが可能である。裏面測定装置は、典型的には、石英製のマスク基板１８の光学的に透明な性質を利用するものである。その上に蒸着されることが可能である薄膜（クロム又はケイ化モリブデン等）は不透明であることが可能であるが、マスク１８のレチクルパターンを規定するパターン状開口の形成は、光学的に検出される。このような層により反射又はこのような層を透過する光の強度の変化は、陰極４４を介してマスク裏面で観察されることが可能である。この観察は、エッチング処理終了点検出を行なうために用いられることが可能である。石英材料をエッチングする際には、マスク裏面で陰極４４を介して観察される光学干渉を、エッチング処理中にエッチング深さ測定をリアルタイムで行なうために検出することが可能である。利点の１つとしては、マスク裏面から検出される画像又は光学信号がフォトレジストのノイズにより影響されないこと、又は、少なくとも、マスク１８の上面（フォトレジスト側）からこのような測定を行なう試みと比較するとその影響が非常に少ないことがある。
【００１５】
これらの目的のために、図８のリアクタは、陰極４４の上面においてマスク又は基板１８の裏面に対向する光学軸を持つレンズ１２２を収容する凹部１２０を備える。一対の光ファイバ１２４、１２６は、その径がレンズ１２２に比べて小さく、且つ、レンズ１２２に接近あるいは接触する端部１２４ａ、１２６ａを有しており、また、両者は、レンズ１２２の光学軸において隣り合うよう並置されている。図８に示す光ファイバ１２４、１２６の各々は、実際には小さな複数の光ファイバの束であることが可能である。光ファイバ１２４は、その他端１２４ｂが光源１２８に接続されている。光源は、マスク１８が透明となる波長の光、典型的には石英マスクに対しては可視光を発する。干渉深さ測定の場合、光源１２８の波長スペクトルは、マスク１８のレチクルパターンにおける局所的コヒーレンスを容易にするように選択される。約４５ｎｍのエッチングされたマスク構造中の周期的形状（又は１ミクロン未満の周期的形状サイズ）に対しては、光源が可視光スペクトル中の光を放射するときに、この条件が満たされる。光ファイバ１２６は、その他端１２６ｂが光受容器１３０に接続されている。単純な終了点検出の場合、光受容器１３０は、単に光の強度を検出すればよい。微小寸法（例えば、線幅）測定の場合、光受容器１３０は、レンズ１２２の視野中にあるエッチングされた配線の画像を検出してもよく、それから線幅を判断することができる。エッチング深さ測定の場合、光受容器１３０は、干渉パターン又は干渉縞を検出してもよく、それによりエッチング深さが判断される（つまり、干渉又は回折パターンから推定又は干渉縞の計数から演算される）。他の実施形態において、光受容器１３０は、多数の波長の干渉測定を行なうための分光計を備えることが可能であり、それによりエッチング深さが推定又は演算されることが可能である。このような測定のために、処理コントローラ６０は、光受容器からの光学信号を処理することができる光学信号プロセッサ１３２を備えている。このような光学信号処理は、以下のいずれかを（特定の形態に応じて）含むことが可能である。周辺光の強度の変化からエッチング処理終了点検出を行なう；光受容器１３０によって検出される２次元画像から微小寸法を測定する；干渉縞を計数することによりエッチング深さを演算する；多数の波長の干渉スペクトルからエッチング深さを測定する。この場合、光受容器１３０は、分光計からなる。これに代えて、このような分光計は、プラズマから出射され透明マスク１８を透過する光を用いてウェハ裏側からの光学発光分光法によるエッチング処理終了点検出を行なうために採用されてもよく、その場合、光源１２８は、用いられない。
【００１６】
処理コントローラ６０は、光学信号プロセッサ１３２からの処理終了点検出情報（又はエッチング深さ測定情報）に応答し、ＲＦ発生器２４、２６、４８、及びウェハハンドリング装置６１を含むプラズマリアクタの様々な要素を制御する。典型的には、処理コントローラ６０は、エッチング処理終了点に達したときに、エッチング処理を終了し、マスク１８が土台１６から除去されるようにする。
【００１７】
図９は、クロムエッチング処理（石英マスク表面上のクロム薄膜がマスクのレチクルパターンに応じてエッチングされる）中の時間に対するマスクの上面（フォトレジスト塗布面）から検出した周辺反射光強度の関係を示すグラフである。図９に示される強度の大きな変動は、フォトレジスト層の上面の凹凸により引き起こされるノイズを表わしている。破線は、ノイズ中に隠された階段関数信号を表わし、その階段関数は、クロムエッチング処理終了点と一致する。図１０は、図８のリアクタ中の陰極４４を介してウェハ裏面から行なった同様の測定のグラフであり、光受容器１３０が反射光レベルを検出している。フォトレジスト由来のノイズは、大きく減少し、その結果、終了点規定段階関数が光学データ中に明確に現れている。階段関数の端部は、エッチング処理がクロム薄膜の底部に達する際に反射光強度が下降する遷移点を表わし、その点では、クロムの反射表面積が急峻に減少している。
【００１８】
図１１及び図１２は、時間に対する（即ち、空間に対する）光強度のグラフであり、図１２においては、光受容器１３０によって検出されるように、光強度の周期的ピークが干渉縞に対応し、その間隔は、エッチング深さ、あるいは透明な石英マスク基板１８にエッチングされる近接した周期的間隔を持つ形状の異なる表面間の厚さの差を決定している。図１１は、マスク上面からフォトレジストを介して検出された強度を示し、干渉縞検出を阻害するフォトレジスト由来の大きなノイズが含まれているのを示している。図１２は、図８の光受容器１３０によってマスク裏面を介して検出された強度を示し、フォトレジスト由来のノイズは、実質的に存在しないことを示している。
【００１９】
図１３は、光受容器１３０が分光計からなり光源１２８が複数の波長スペクトルを発生する場合の波長に対する光強度の関係を表わすグラフである。図１３のグラフに示す強度スペクトラムの挙動は、干渉効果が透明マスク１８中に周期的間隔で配置されたサブミクロン形状中の異なる深さを持つ表面から反射される光の間で生じる場合に典型的なものである。低波長においては、ピークは、比較的周期的で等間隔であり、ここでは、主要な光効果は干渉である。より高い波長では、マスク１８中の周期的形状間の局所的コヒーランスは、さほど強くなく、そのため、回折効果は、波長が増大するにつれて大きくなり、図１３に示すように、高波長での強度の挙動は、より不等間隔でより複雑となる。図１３中のピークの間隔は、特に低波長において、エッチング深さの関数であり、エッチング深さは、ピーク間隔から推測される。
【００２０】
図１４は、図８のリアクタの一実施形態を例示しており、ここでは、光受容器１３０は、周辺光強度検出器であり、光学信号プロセッサ１３２は、図１０の終了点検出グラフに対応する反射光強度全体における大きな屈曲点（階段関数）を探すようにプログラムされている。この実施形態の光源１２８は、適切なものであればいかなる光源でもよい。これに代えて、光源１２８は、省略されてもよく、その場合、光センサ１３０は、単に透明マスク又は基板１８を透過するプラズマからの光に応答する。
【００２１】
図１５は、図８のリアクタの一実施形態を例示しており、ここでは、光受容器１３０は、干渉縞を解像するレンズ１２２よって充分にフォーカスされる干渉縞検出器であり、光学信号プロセッサ１３２は、透明石英マスク１８のエッチング深さを演算するために（例えば、図１２に示されるような時間に対する強度のデータから）干渉縞を計数するようにプログラムされている。この演算により、実質的に即時にエッチング深さが演算され、ロジック２００によりメモリ２０２に記憶されているユーザ規定による目標深さと比較される。ロジック２００は、記憶されている深さの値と測定された深さの値との一致を検出するために、従来の数的一致又は最小化ルーチンを用いることができる。一致によって、ロジック２００は、処理コントローラ６０に対するエッチング終了点のフラグを立てる。
【００２２】
図１６は、図８のリアクタの一実施形態を示し、ここでは、図１３の干渉分光法が透明石英マスク又は基板１８のエッチング深さを測定又は判断するために用いられる。この場合、光源１２８は、可視領域の多数の波長又はスペクトラム（約数百ナノメートル以下の周期的なマスク形状のサイズに対して）を出射する。光受容器１３０は、分光計である。複合信号調整器兼アナログ−デジタル変換器２２０は、分光計１３０により収集されたスペクトル情報（図１３のグラフに対応する）を光学信号プロセッサ１３２が取り扱うことができるデジタルデータに変換する。終了点検出を行なうことができる１つのモードでは、上述したように、エッチング深さを図１３に示すデータの低波長領域中の周期的ピーク間の間隔から演算する。比較ロジック２００は、瞬時に測定されたエッチング深さをメモリ２０２に記憶されたユーザが規定した目標深さと比較し、エッチング処理終了点に達したか否かを判断することができる。他のモードでは、比較ロジック２００は、充分にロバストであり、分光計１３０の即時出力を表わすデジタル化された波長スペクトル（図１３のグラフに対応）と所望のエッチング深さに対応する周知のスペクトルとを比較できる。この周知のスペクトラムは、メモリ２０２に記憶されることが可能である。比較ロジック２００により検出される、測定されたスペクトルと記憶されているスペクトラムとの一致又は近似的一致により、エッチング処理終了点フラグが処理コントローラ６０に送られることになる。
【００２３】
図１７は、図８のリアクタの一実施形態を示し、ここでは光受容器１３０は、チャンバ中のプラズマによって出射される光学的放射からの輝線を区別可能で、光学発光分光（ＯＥＳ）を行なう光学発光分光計である。プロセッサ１３２は、エッチングされる層中の材料を示す化学種に対応する選択された光学線の強度を追跡する（又はその消失を検出する）ようにプログラムされたＯＥＳプロセッサである。所定の移行（例えば、クロムエッチング処理中のＯＥＳスペクトラムにおけるクロム波長線の消失）の際には、プロセッサ１３２は、処理コントローラ６０にエッチング処理終了点検出フラグを送る。
【００２４】
図１８は、我々が構成した一実施形態を示し、ここでは、間隔を置いた凹部２３１、２３３中に各々一対のレンズ２３０、２３２が設けられており、レンズ２３０、２３２は、干渉縞を解像するようフォーカスされており、集光された光は、各々レンズ２３０、２３２に対向又は接触する光ファイバ２３４、２３６によって伝送される。光ファイバ２３４、２３６は、干渉検出器２３８（これは、干渉縞検出器あるいは分光計であることが可能である）に接続され、検出器２３８は、処理コントローラ６０に接続された出力を有している。レンズ２３０、２３２は、光源２４０から光ファイバ２４２、２４４を介して光を受ける。この光は、マスク１８の上面からレンズ２３０、２３２に向かって反射され、光ファイバ２３４、２３６によって検出器２３８に伝送される。更に、図１８の実施形態は、光ファイバ２５２を介してＯＥＳ分光計２５４に接続される第３のレンズ２５０を収容する第３の凹部２４９が陰極表面に備えられている。ＯＥＳプロセッサ２５６は、ＯＥＳ分光計２５４の出力を処理し、終了点検出を実行し、処理コントローラ６０にその結果を送信する。図１８の実施形態の陰極４４が図１９に示されており、ここでは、レンズ２３０、２３２、２５０を各々収容する３つの凹部２３１、２３３、２４９が示されている。図２０は、表面板４６中にレンズ２３０、２３２、２５０をサポートする光学機器を収容するための対応する孔２６０、２６１、２６２を示している。図２１は、土台１６中の光ファイバとレンズとの接続を示す断面図である。
【００２５】
図１６、図１７、図１８では、分光計１３０（図１６及び図１７）及び２５４（図１８）が用いられているが、分光計１３０又は２５４は、所定の波長用に調整された一又は複数の光学波長フィルタで置き換えられてもよい。上記の各光学波長フィルタは、信号強度を増強するために、光電子増倍管と組み合わせることが可能である。
【００２６】
裏面終了点検出マスクエッチング処理
図２２Ａ及び図２２Ｂは、マスクの石英材料中にレチクルパターンをエッチングする処理を示している。図２２Ａにおいて、石英マスク基板２１０は、間隔を空けた線２１４及びフォトレジスト層２１２中に定められた開口２１６による周期的構造を有するフォトレジスト層２１２によって覆われている。図１５及び図１６のリアクタにおいては、ＣＨＦ３＋ＣＦ４＋Ａｒの石英エッチング処理ガスがチャンバ１０内に導入され、電力がＲＦ発生器２４、２６、４８により加えられ、また、石英材料は、フォトレジスト層２１２中に形成された開口２１６の中でエッチングされる。石英中のエッチング深さは、石英基板２１０のエッチングされた上面から反射された光２１８とエッチングされていない上面から反射された光２１９との干渉により連続的に測定される。エッチング処理は、所望のエッチング深さに達すると即時に中断される（図２２Ａ）。そして、所望のマスクを形成するためにフォトレジストが除去される（図２２Ｂ）。
【００２７】
図２３Ａ〜図２３Ｅは、下層石英マスク基板２１０、ケイ化モリブデン層２６０（モリブデン−酸化シリコン窒化物［ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｏｘｙ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ］）、クロム層２６２、酸化クロム反射防止コーティング２６４及びフォトレジスト層２６６からなると共に、フォトレジスト層２６６に開口２６８が形成された３層マスク構造（図２３Ａ）をエッチングする処理を示している。図２３Ｂのステップにおいて、クロム層２６２及び反射防止コーティング２６４は、単純な反射終了点検出を有するプラズマリアクタチャンバ（図１４のチャンバ）又はＯＥＳ終了点検出を有するチャンバ（図１７のチャンバ）中で、Ｃｌ２＋Ｏ２＋ＣＦ４等のクロムエッチング処理ガスを用いてエッチングされる。フォトレジスト層２６６が除去される（図２３Ｃ）。その後、図２３Ｄに示すように、ケイ化モリブデン層２６０が、ＳＦ６＋Ｃｌ２等のケイ化モリブデンのエッチング剤である処理ガスを用い、クロム層２６２をハードマスクとして用いてエッチングされる。このステップは、図１４又は図１７のチャンバのような単純な周辺反射による又はＯＥＳ終了点検出による終了点検出を行なうプラズマリアクタ中で行なわれる。図２３Ｅにおいて、クロム層２６２及び酸化クロム反射防止コーティング２６４は、ＣＨ３＋ＣＦ４＋Ａｒ等のクロムエッチング処理ガスを用いて除去される。このステップは、エッチング深さ測定を伴わない単純な終了点検出を行なう図１４又は図１７のリアクタを用いて行なわれる。これにより、レチクルパターンが規定されたケイ化モリブデンの被覆層を有する石英マスク基板が残される。
【００２８】
図２４Ａ〜図２４Ｅは、透明石英マスク上に形成され、周期的間隔で石英が露出する空間の横に位置する周期的なクロム線からなるバイナリマスクを製造する処理を示しており、上記石英が露出する空間は、１つおきに透過光が所望の角度（例えば、１８０度）で位相偏移する深さまでエッチングされている。図２４Ａは、石英マスク基板３００、クロム層３０２、酸化クロム反射防止コーティング３０４、及びフォトレジスト層３０６からなる初期構造を示している。図２４Ｂのステップでは、クロム及び酸化クロム層３０２、３０４は、図１４又は図１７のチャンバのようなリアクタチャンバ中のＣｌ２＋Ｏ２＋ＣＦ４の処理ガスの中でエッチングされる。図２４Ｃのステップでは、フォトレジスト層３０６が除去され、その後、石英マスク基板３００の露出部分が図２４Ｄに示すようにＣＨＦ３＋ＣＦ４＋Ａｒの石英エッチング処理ガス中でエッチングされる。図２４Ｄの石英エッチングのステップは、図１５又は図１６のチャンバのような、石英マスク基板３００中のエッチング深さを検出又は監視できるリアクタチャンバの中でエッチングされる。このエッチング処理中に、即時エッチング深さが連続的に監視され、エッチング処理は、マスク３００上で目標エッチング深さに達するとすぐに中止される。最終結果物を図２４Ｅに示している。
【００２９】
マスク表面全体に亘るエッチング深さ分布の連続的監視
図２５及び図２６は、図１のウェハ支持土台１６の一実施形態を示し、ここでは、マトリクス状の裏面エッチング深さ検出素子（レンズ及び光ファイバ）が陰極４４の上面に設けられており、それによりエッチング処理中のマスク又は基板の全表面に亘るエッチング速度分布又はエッチング深さ分布の瞬間的画像又はサンプルが、エッチング処理を中断することなくまたマスク基板を乱すことなく、連続的に得ることができる。アルミニウム平坦部４４ａは、その上面にマトリクス状の開口３２０を有し、各開口は、マスク基板３００の裏面に対向するレンズ３２２を保持している。光源３２４は、各々レンズ３２２と接続された出力光ファイバ３２６を介して光を供給する。レンズ３２２は、干渉縞を解像するのに充分なフォーカシングを与える。干渉検出器３２８は、干渉縞の計数を容易にするセンサ又は分光計でもよく、各々レンズ３２２と接続された入力光ファイバ３３０と接続されている。スイッチ又はマルチプレクサ３３２は、各入力光ファイバ３３０から検出器３２８へ光が順に入るようにする。図２５及び図２６の装置が動作するモードには、３種類のモードがある。第１のモードでは、所定の１つのレンズ３２２の視野中のエッチング深さが干渉縞の間隔から演算される。第２のモードでは、検出器３２８は、分光計であり、所定の１つのレンズ３２２の視野中のエッチング深さが、多数の波長の干渉スペクトルでの低波長ピーク間隔（図１３に対応）から演算される。第３のモードでは、多数の波長の干渉スペクトルが一定の時間に検出され、対応するエッチング深さが分かっているスペクトラムのライブラリ３４０と比較される。エッチング速度分布は、エッチング深さと経過時間から演算される。この分布は、処理のエッチング不均一を記録し、処理コントローラ１３２に送られる。コントローラ１３２は、リアクタの調整可能な特性を調整することによって応答し、エッチング速度分布の不均一性を減少することができる。
【００３０】
図２５及び図２６の実施形態では、３×３のマトリクス状のエッチング深さセンサ又はレンズ３２２が平坦部４４ａの上面に備えられているが、こうしたセンサのマトリクスにはいかなる数の行及び列が採用されてもよく、そのために、マトリクスはｎ×ｍのマトリクスであり、ここで、ｍ及びｎは適切な整数である。
【００３１】
一実施形態において、処理コントローラ１３２は、エッチング速度分布が中央部で高いか中央部で低いかを（分光計又はセンサ１３０により供給されるエッチング速度分布情報から）推定するようにプログラムされることが可能である。処理コントローラ６０は、この情報にリアクタの調整可能な特性を調整することによって応答し、不均一性を減らすことができる。例えば、処理コントローラ６０は、内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力の配分を変更することが可能である。これに代えて、あるいは、これに加えて、処理コントローラ６０は、図６及び図７のリアクタ中の可動アルミニウム板１１２の高さを変更することが可能である。平坦部４４ａ中のエッチング深さ検出素子のアレイ又はマトリクスからのフィードバックによって、処理コントローラ６０は、エッチング速度分布の均一性をリアクタの調整可能要素の連続的な試行錯誤調整により改善することができる。
【００３２】
リアルタイム構成可能な処理ガス分配
図２７及び図２８は、個別に制御可能なガス噴射口又はノズル３２のアレイを有する、図１のプラズマリアクタの一実施形態を示している。異なるノズル３２を個々に制御することにより、チャンバ１０内のガス分布は、ワーク又はマスク１８全体に亘るエッチング速度の不均一な分布を修正するように変更されることができる。この例示される実施形態において、ガス噴射ノズル３２のアレイは、側壁１２の天井１４近傍に位置している。この目的のために、リアクタは、側壁１２の上部と脱着可能な蓋３４２との間に保持されるトップリング３３８を備え、蓋３４２は、天井１４を構成している。トップリング３３８の下面の外側ショルダ３４４は、側壁１２の上面に配置される。リングの上面の内側ショルダ３４６は、蓋３４２の端部を受ける。外側ショルダ３４８は、蓋３４２の下面に設けられ、リング３３８の内側ショルダ３４６内に載置されている。ガス噴射口又はノズル３２は、リング３３８の縦方向の内面３４９に形成されている。各噴射ノズル３２へのガス流は、別体のバルブ３５０により個別に制御され、各ノズル３２には、各々１つのバルブ３５０がある。ガスパネル３６から供給される処理ガスは、リング３３８上に形成された入口ポート３５４に接続されたガス供給ライン３５２を通じて流れる。リング３３８に形成されたガス供給出口３５６−１、３５６−２は、入口ポート３５４で受けられた処理ガスを排出する。一連の分断可能なガス流路３５８は、処理ガスが各々のガス供給出口又はポート３５６から対応するバルブ３５０の組へ通流するリング３３８の周囲の外側の直列接続を形成する。
【００３３】
好ましい一実施形態において、各バルブ３５０は、空気圧で制御されると共に、流入口ポート３５０ａ及び流出口ポート３５０ｂと、制御ガス入口ポート３５０ｃ及び空気圧制御入口ポート３５０ｄとを有している。出口ポート３５０ｃは、制御された処理ガス流を対応するノズル３２の１つに供給する。処理ガスは、流入口ポート３５０ａから流出口ポート３５０ｂへ自由に流れる。制御入口ポート３５０ｄの圧縮空気圧は、流入口ポート３５０ａ、流出口ポート３５０ｂを通過するいずれのガスをガス出口ポート３５０ｃへ迂回させるかを決定する。このような空気圧で制御されるバルブは周知のものであり、そのためここではそれらの内部構造は開示されない。ガス流路３５８−１、３５８−２は、ガス供給出口３５６−１、３５６−２からバルブ３５０−１、３５０−２の流入口ポート３５０ａへ接続されている。残りのガス流路３５８の各々は、１つのバルブ３５０の流出口ポート３５０ａから連続するバルブ３５０の流入口ポート３５０ｂへ接続されている。こうして、図２８の図面の左側にある一連のバルブ３５０を通して流れるガス流は、反時計回りに流れる一方、図２８の図面の右側にある一連のバルブ３５０を通して流れるガス流は、時計回りに流れる。
【００３４】
各出口ポート３５６からそれに接続される一連のバルブ３５０へのガス流は、その系列内に介在するどのバルブ３５０にも遮られない。各バルブ３５０は、対応するガス噴射口３２へガス流を供給する他のどのバルブ３５０を開閉することなく、「開」にすることができ、また、その噴射口へのガス流を遮断するために「閉」にすることができる。バルブ構成プロセッサ３６０は、すべてのバルブ３５０を制御し、バルブ制御リンク３６２を介してバルブ３５０のいかなる組合せをも開閉することができる。上述したように、好ましい一実施形態においては、バルブ３５０は、空気圧バルブであり、制御リンク３６２は、コイルアンテナ２０、２２付近の導電体の存在を回避するための空気圧（エア）チューブである。図２８の実施形態において、コンプレッサ３６４は、圧縮した空気を、各々の空気圧バルブ３５０の空気圧制御入口３５０ａへの圧縮空気の付与を調整するソレノイド（つまり、電気的に制御された）バルブ３６５へ供給する。バルブ構成プロセッサ３６０は、ソレノイドバルブ３６５をコイルアンテナ２０、２２から離れた電気的連結を介して制御する。
【００３５】
図２９は、図２８の実施形態の変形例を示し、ここでは、バルブ３５０は、空気圧で制御されるのではなく、各々電気的に制御されている。図２９において、各々の制御リンク３６２は、コントローラ３６０から対応する１つのバルブ３５０へ直接延びる電気配線であり、エアコンプレッサ３６４及び圧縮空気ソレノイドバルブ３６５は省略されている。
【００３６】
図２７及び図２８に戻って、各噴射口３２は、リング３３８を通り放射状の円筒形通路３６６から形成されている。中空円筒形スリーブ３６８は、通路３６６内で受け止められ、スリーブ３６８の端部３６８ａがガス噴射口を形成している。端部３６８ａでの噴射口の径は、約０．０３０インチである。各スリーブ３６８は、セラミック材料で形成されてもよく、また取り外し可能であってもよい。各バルブ３５０の制御ガス出口ポート３５０ｃは、短いガス供給ライン３７０を介して対応する放射状通路３６６の外側端部に接続されている。ガス分配アセンブリの全体は、モジュール式になっており、外側ガス供給ライン３５８及び短いガス供給ライン３７０の各々の接続（又は分断）により素早く分解でき、スリーブ３６８は、別個に孔３６６から取り外し可能である。このように、リング３３８に支持されているガス分配部品及びアセンブリは、各々簡単に個別に交換でき、例えば、リング３３８のようなより高価なリアクタの部品の取り外しや交換を必要とすることがない。
【００３７】
図３０Ａ〜図３０Ｄは、図２７及び図２８のリアクタで実施されたエッチング処理の定められた時間内に得られたマスク１８上のエッチング深さ分布を、異なるバルブ構成ごとに示すグラフである。図３０Ａのエッチング分布は、すべてのバルブ３５０が開放されたときに得られたもので、概して中央部で低いエッチング分布であり、マスク表面全体に亘って０．５１％という高い不均一性又はばらつきを示している。図３０Ｂの分布は、一対の隣接したバルブ３５０ａ、３５０ｂを閉じると共に残りのバルブ３５０を開放したときに得られたもので、よりほぼ均一な分布であり、わずか０．３８％の不均一性又はばらつきとなっている。図３０Ｃは、すべてのバルブ３５０を開放した状態のバルブ構成に再び戻して得られた。図３０Ｃの分布は、中央部でより低くなっている。図３０Ｄの分布は、隣接した異なる一対のバルブ３５０ｃ、３５０ｄを閉じることで得られた。得られた分布は、より均一であると共により中央部で低い傾向が抑えられ、わずか０．４０％のばらつきとなった。
【００３８】
図３１は他の実施形態を示し、ここでは、ガス噴射ノズル３２がジグザグ又は「Ｗ」パターンにリング３３８内に配置されている。各ノズルは、上述の実施形態と同様、個別に制御されている。噴射パターンは、ノズルの上部列３２ａのみ又は下部列３２ｂのみを作動させることにより、天井に対して移動させることが可能である。ノズル間の距離は、選択されたノズル３２のみ（例えば、３つおきのノズル又は４つおきのノズル）を作動させることにより変更することができる。図３２は、リング３３８の一部の断面図であり、ノズル３２が異なる方向へ噴射するように配置される様子を表わしている。ガス分布の大きな変化は、バルブ構成コントローラ３６０によって、例えば、特定の方向を向いたノズル３２のみをオンにすることにより得られることが可能である。例えば、図３２の図面の右を向いた角度のノズル３２ｃすべてをオンにし、他のすべてを除外することが可能である。例えば、すべての左に角度を付けられたノズル３２ｄをオンにすると共に、すべての右に角度をつけられたノズル３２ｃを含む他のすべてをオフにすることにより、大きな変化又は修正を得ることが可能である。
【００３９】
裏面エッチング深さ測定センサからのフィードバックを伴う調整可能なリアクタ要素の制御
図３３及び図３４に示すように、図２５及び図２６に示す裏面エッチング深さセンサの２次元アレイの出力を用い、マスクエッチングプラズマリアクタの調整可能要素のフィードバック制御が提供される。調整可能要素又は複数の要素は、個々に制御される図２７及び図２８のガス噴射ノズル３２のアレイであることが可能である。これに代えて、あるいは、これに加えて、このようなフィードバックループ内で制御される調整可能要素は、図６及び図７のリアクタにおいて、内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力配分、又は可動アルミニウム板１１２の高さを含むことが可能である。
【００４０】
図２５及び図２６のエッチング深さ検出素子１３０のアレイ又はマトリクスからのフィードバックによって、処理コントローラ６０は、エッチング速度分布の均一性をリアクタの調整可能要素の連続的な試行錯誤調整により改善することができる。図３３において、フィードバックループは、図２５及び図２６の裏面エッチング深さ検出器１３０のアレイ４００で開始する。処理コントローラ６０は、マスク１８上のエッチング速度における不均一性の位置と大きさを推測し、そして、そのような不均一性を抑制するあるいは解消するリアクタの特定の調整可能要素において最も起こりそうな変化を推定するために、マスク１８全体に亘り即時にエッチング深さ計測した画像を用いるようにプログラムされている。この情報は、プロセッサ６０により、リアクタの調整可能要素のうちのいずれか１つ、又はいくつか、又はすべてに送られる命令（又は複数の命令）に変換される。このように、図３３は、処理コントローラ６０から以下に示す調整可能要素への出力信号経路を示しており、そのいずれか１つ又はすべては、リアクタ中に存在することが可能である。調整可能要素は：内側及び外側アンテナＲＦ電力発生器２４、２６（内側及び外側ＲＦ電力配分用）；可動アルミニウム板１１２用アクチュエータ１１８；制御可能ノズル３２のアレイ用ノズルアレイコントローラ３６０である。
【００４１】
フィードバックループは、マスク１８全体に亘るエッチング速度分布の均一性を改善するように全マスクエッチング処理を通じて連続的に動作するようにしてもよく、それによりマスク１８上のエッチング速度分布の「画像」からプロセッサ６０によって認識される不均一性を改善する。フィードバックは、試行錯誤補正を行なうプロセッサ６０内のソフトウェアにより管理されることが可能である。これに代えて、プロセッサ６０内のソフトウェアは、認識したエッチング速度分布の不均一性に対してプロセッサ６０がより高い処理能力をもって反応できるように、市販の神経トレーニング−フィードバック学習技術を組み込むことが可能である。このようなソフトウェア技術は、本発明の一部を構成するものではない。
【００４２】
一実施形態において、調整可能要素（又は複数の要素）へのフィードバック命令は、エッチング深さセンサのアレイ中のばらつきを抑制するように生成されることが可能である。別の実施形態においては、フィードバックは、特定の不均一性に対処するために選択されることが可能である。例えば、センサ１３０のアレイにより検出されたエッチング速度分布は、マスク１８の１つの象限又は角部において非常に高いことがあり、この場合、バルブ構成プロセッサは、限定された（試験的な）量だけその１つの象限内のガス流を減少するよう命令される。この方策が、裏面センサ１３０のアレイから得られた後続のエッチング速度分布の画像によれば、限定的な効果しか挙げない場合、このガス流分布の調整を増大させることが可能である。この調整と補正のサイクルは、エッチング速度分布均一性に改善が見られなくなるようになるまで継続することが可能である。
【００４３】
他の不均一性は、最初のものが補正された後、同様にして取り扱えばよい。例えば、異なる位置のエッチング速度が非常に高いことがあるが、その場合、その位置へのガス流は、それによりこの不均一性が、裏面センサ１３０のアレイからのエッチング速度分布「画像」の多数のサンプルに比べて一定の減少をみせる限り、減少させられる。
【００４４】
エッチング速度分布の不均一性が対称である場合（例えば、中央部で高い又は中央部で低い分布の場合）、アルミニウム板１１２の高さ、又は内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力配分等、対称性を持つ調整可能要素が、プロセッサ６０によりフィードバック制御ループを用いて不均一性を減少させるために用いられることが可能である。例えば、中央部で低いエッチング速度分布は、プロセッサ６０によって、アルミニウム板１１２を上昇させ、及び／又は、内側コイル２０への（外側コイル２２に対する）ＲＦ電力の配分を増加させて、マスク１８の中央部におけるエッチング速度を増加させることによって、不均一性が減少される。フィードバックループにおいて、この変化は、初期には小さくてもよく、裏面センサ１３０のアレイからのエッチング速度分布画像で均一性が改善されるにつれて、アルミニウム板及び／又は内側コイル２０への電力の配分を更に増加させることが可能である。このサイクルは、更なる改善が観察されなくなるまで継続することが可能である。上記技術のすべては、処理コントローラ６０により実行されるソフトウェア内に組み込まれることが可能である。
【００４５】
図３５は、図３３及び図３４の実施形態における処理コントローラ６０によって実行されるフィードバックサイクルの１つの可能な例を示している。まず、プロセッサ６０は、裏面センサ１３０のアレイからエッチング速度の最新の２次元画像をマスク表面全面に亘って取得する（図３５のブロック３８０）。この画像から、プロセッサ６０は、エッチング速度分布における不均一性のパターンを推定し（ブロック３８２）、その不均一性を減少する選択肢のリストから、リアクタの調整可能要素のうち１つの調整を選択する（ブロック３８４）。この調整を行なった後（ブロック３８６）、プロセッサ６０は、最新のエッチング速度分布画像を取得し（ブロック３８８）、それを調整前に獲得した先の画像と比較する。改善（不均一性の減少）がある場合、プロセッサ６０は、同じサイクルを繰り返し、恐らく同じ効果の調整において更なる向上が得られる。改善がない場合（ブロック３９０でＮＯの場合）、選択された調整は、選択肢のリストから除外され（ブロック３９２）、ブロック３８４のステップに戻って異なる調整が選択される。
【００４６】
図３６は、ワーク１１０２を処理するためのプラズマリアクタを示しており、ここでは、ワーク１１０２は、半導体ウェハであってもよく、リフトサーボ１１０５により（必要に応じて）上昇及び下降されるワーク支持土台１１０３上に保持される。リアクタは、チャンバ側壁１１０６及び天井１１０８により区切られたチャンバ１１０４からなる。天井１１０８は、小さなガス噴射口１１１０をその内面に有するガス分配シャワーヘッド１１０９を備え、シャワーヘッド１１０９は、処理ガス供給部１１１２から処理ガスを受け取る。これに加えて、処理ガスは、ガス噴射ノズル１１１３を介して導入されることが可能である。リアクタは、誘導結合プラズマＲＦプラズマソース電力アプリケータ１１１４及び容量結合ＲＦプラズマソース電力アプリケータ１１１６の双方を備えている。誘導結合ＲＦプラズマソース電力アプリケータ１１１４は、天井１１０８の上方に配される誘導アンテナ又はコイルであることが可能である。誘導結合をチャンバ１１０４内に導入するために、ガス分配シャワーヘッド１１０９は、セラミック等の誘電材料で形成されることが可能である。超短波容量結合ソース電力アプリケータ１１１６は、天井１１０８内又はワーク支持土台１１０３内に位置することができる電極である。また、他の実施形態においては、容量結合ソース電力アプリケータ１１１６は、天井１１０８内の電極及びワーク支持土台１１０３内の電極から構成されてもよく、これにより、ＲＦソース電力は、天井１１０８及びワーク支持土台１１０３の双方から容量結合がなされる。（電極が天井１１０８内にある場合、それは、多数のスロット上部のコイルアンテナから誘導結合がチャンバ１１０４内に導入できるように、多数のスロットを有することが可能である。）ＲＦ電力発生器１１１８は、高周波（ＨＦ）電力（例えば、約１０ＭＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲）を、必要に応じて設けられるインピーダンス整合素子１１２０を介して誘導結合ソース電力アプリケータ１１１４へ供給する。ＲＦ電力発生器１１２２は、超短波（ＶＨＦ）電力（例えば、約２７ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲）を必要に応じて設けられるインピーダンス整合素子１１２４を介して容量結合ソース電力アプリケータ１１１６へ供給する。容量結合電力ソースアプリケータ１１１６のプラズマイオン生成効率は、ＶＨＦ周波数が高いほど良く、その周波数領域は、好ましくは当該容量結合電力を生じるＶＨＦ領域内であればよい。図３６中で象徴的に示されるように、両ＲＦ電力アプリケータ１１１４、１１１６からの電力は、ワーク支持土台１１０３上に形成されたチャンバ１１０４内のバルクプラズマ１１２６と接続されている。ＲＦプラズマバイアス電力は、ワーク支持土台内であってウェハ１１０２の下にある（例えば）電極１１３０と接続されたＲＦバイアス電力源から、ワーク１１０２へと容量結合される。ＲＦバイアス電力源は、低周波（ＬＦ）ＲＦ電力発生器１１３２及び他のＲＦ電力発生器１１３４を備えることが可能であり、他のＲＦ電力発生器１１３４は、中波（ＭＦ）又は高周波（ＨＦ）ＲＦ電力発生器のいずれであることが可能である。インピーダンス整合素子１１３６は、バイアス電力発生器１１３２、１１３４とワーク支持電極１１３０との間に接続される。真空ポンプ１１６０は、チャンバ１１０４から、排気速度を規制するために用いられるバルブ１１６２を介して処理ガスを排気する。バルブ１１６２を通る排気速度とガス分配シャワーヘッド１１０９を通る流入ガス流量が、チャンバ圧力と処理ガスのチャンバ内での滞留時間を決定する。
【００４７】
プラズマイオン密度は、誘導結合電力アプリケータ１１１４又はＶＨＦ容量結合電力アプリケータ１１１６のいずれかによって加えられる電力が増大されるにつれて増加する。しかしながら、それらは異なる挙動を見せる、つまり、誘導結合電力は、よりバルクプラズマ内のイオンやラジカルの解離を促進し、中央部で低い放射状のイオン密度分布を促進する。これに対して、ＶＨＦ容量結合電力は、解離の減少を促進し、中央部で高い放射状のイオン分布を促進すると共に、更にそのＶＨＦ周波数が高くなるにつれてよりイオン密度を大きくする。
【００４８】
誘導結合及び容量結合電力アプリケータは、処理上の要求に従い、個別にあるいは組み合わせて用いられることが可能である。一般に、組み合わせて用いられる際には、誘導結合ＲＦ電力アプリケータ１１１４及び容量結合ＶＨＦ電力アプリケータ１１１６は、プラズマに対して電力を結合するのに対して、ＬＦ及びＨＦバイアス電力発生器は、同時にバイアス電力をウェハ支持電極１１３０に供給する。後述するように、これらのソースの同時動作により、プラズマイオン密度、プラズマイオン放射状分布（均一性）、プラズマの解離又は化学種含有量、シースイオンエネルギ、及びイオンエネルギ分布（幅）等、最も重要なプラズマ処理パラメータの独立した調整が可能となる。この目的のために、ソース電力コントローラ１１４０は、本明細書中に後述するように、ソース電力発生器１１１８、１１２２を互いに独立して（例えば、それらの電力比率を制御するよう）管理し、バルクプラズマのイオン密度、プラズマイオン密度の放射状分布、及びプラズマ中のラジカルやイオンの解離を制御する。コントローラ１１４０は、ＲＦ発生器１１１８、１１２２の各々の出力電力レベルを独立して制御することができる。これに加えて、あるいは、これに代えて、コントローラ１１４０は、いずれか一方又は両方のＲＦ発生器１１１８、１１２２のＲＦ出力を脈動することが可能であり、そして、各々のデューティサイクルを制御することが可能であり、又はＶＨＦ発生器１１２２の、そして、必要に応じＨＦ発生器１１１８の、周波数を制御することが可能である。これに加えて、バイアス電力コントローラ１１４２は、後述するように、イオンエネルギ準位とイオンエネルギ分布の幅との両方を制御するために、バイアス電力発生器１１３２、１１３４の各々の出力電力レベルを独立して制御する。コントローラ１１４０、１１４２は、本発明の種々の方法を実行する。
【００４９】
図３７に示す本発明の第１の方法によれば、プラズマイオン密度、プラズマイオン密度均一性、シースイオンエネルギ及びイオンエネルギ分布（幅）が各々独立して制御される。図３７の方法は、処理ガスを、好ましくは天井ガス分配シャワーヘッド１１０９を介して導入する（図３７のブロック１２０２）。この方法は、ＶＨＦソース電力をバルクプラズマと容量結合する（ブロック１２０４）と共にＲＦソース電力をバルクプラズマと誘導結合することにより継続する（ブロック１２０６）。ユーザは、特定のステップに従い、一定のプラズマイオン密度を確定する。これは、ＶＨＦ容量結合ソース電力と誘導結合ソース電力との合計を、その処理ステップが実行されるように、所望のプラズマイオン密度が得られるレベルに維持することにより達成される（ブロック１２０８）。同時に、ウェハ表面でのプラズマイオン密度の放射状分布は、所望のプラズマイオン密度を維持しながら（例えば、可能な限り均一なるように）調整される。これは、ＶＨＦ容量結合電力の量と誘導結合電力の量との比率を調整することにより達成される（ブロック１２１０）。これにより、誘導結合電力により促進される中央部で低い分布と、ＶＨＦ容量結合電力により促進される中央部で高い分布との間に放射状イオン分布を配分する。本明細書中に後述するように、これは、ＨＦ及びＶＨＦ発生器１１１８、１１２２により供給される電力間の比率のみを変化させながら合計ＲＦ電力をほぼ一定に維持することにより、イオン密度を乱すことなく達成される。
【００５０】
ステップ１２１０の調整は、以下のステップのいずれか１つ（又はその組合せ）により行なうことができる。第１の種類の調整は、誘導及び容量結合電力ソース１１１８、１１２２のＲＦ発生器の電力レベルを調整する（図３７のブロック１２１０ａ）ことからなる。他の種類は、誘導及び容量結合ＲＦ電力発生器１１１８、１１２２のうち少なくとも一方又は両方を脈動させ、一方のデューティサイクルを他方に対して調整する（図３７のブロック１２１０ｂ）ことからなる。第３の種類は、容量結合電力ＶＨＦ発生器１１２２の有効周波数を調整する（図３７のブロック１２１０ｃ）ことからなり、ＶＨＦ周波数が上げられるにつれてプラズマイオン密度は増大する。容量結合プラズマソース電力の有効ＶＨＦ周波数の調整は、好ましい一実施形態において、固定されるが異なるＶＨＦ周波数（即ち、発生器１１２２ａによる高ＶＨＦ周波数ｆ１出力及び発生器１１２２ｂによる低ＶＨＦ周波数ｆ２出力）の２つのＶＨＦ発生器１１２２ａ、１１２２ｂを設けることにより達成されてもよく、その組み合わされた出力は、（インピーダンス整合１１２４ａ、１１２４ｂを介して）容量電力アプリケータに加えられる。高及び低周波数ｆ１、ｆ２により規定される範囲内の有効ＶＨＦ周波数ｆｅｆｆの変更は、２つの発生器１１２２ａ、１１２２ｂの出力電力レベルａ１、ａ２間の比率を変化させることにより行なわれる。有効周波数ｆｅｆｆは、２つのＶＨＦ発生器１１２２ａ、１１２２ｂ各々の周波数ｆ１、ｆ２、及び各々の調整可能な出力電力レベルａ１及びａ２の関数として、以下の式により一次近似されることが可能である：ｆｅｆｆ＝（ａ１ｆ１＋ｆ２ａ２）／（ａ１＋ａ２）。上記の例では、２つのＶＨＦ発生器を設けているが、必要であればより多数を用いることも可能である。
【００５１】
ＶＨＦ容量ソースは、プラズマ中に高ＲＦ電圧を生じることなくプラズマ密度を効率よく生成することができ、これは容量結合プラズマ（ＩＣＰ）ソースと同様である。これに対して、ＬＦ及びＨＦバイアスソースは、プラズマ中に高ＲＦ電圧を効率よく生成するが、プラズマ密度には殆ど貢献しない。それ故、ＶＨＦソース（又は複数のＶＨＦソース）とＩＣＰソースとの組合せにより、プラズマ中に大きなＲＦ電圧を生じるという副作用を生じることなくプラズマを発生することができる。その結果として、ウェハ土台に加えられるＨＦソースのＬＦによって発生するＲＦ電圧は、プラズマ密度発生ソースから独立して駆動される。ＶＨＦソースは、ＩＣＰソースから独立して駆動することができ、プラズマ密度をＩＣＰと組み合わせて生成する能力を持つ（これに対して、従来のＩＣＰソースは、ウェハ上のＲＦ電圧を生成するためだけにウェハ土台に接続されたＨＦ又はＬＦ容量結合電力ソースを用いている）。
【００５２】
更に、この方法は、独立して調整可能なＬＦバイアス電力源とＨＦバイアス電力源とをワークに結合することを含む（ブロック１２１２）。コントローラ１１４２は、ワーク表面のイオンエネルギ準位及びイオンエネルギ分布（幅及びスペクトラム）を２つのＲＦバイアス電力発生器１１３２、１１３４の同時調整により調整する（ブロック１２１４）。このステップは、以下のいずれか１つにより行なわれる：１つの方法は、ＨＦ及びＬＦバイアス電力ソース１１３２、１１３４の電力レベルの比率を調整することである（図３７のブロック１２１４ａ）。他の方法（より現実的ではないが）は、ＬＦ及びＨＦバイアス電力ソースの周波数を調整又は選択することである（図３７のブロック１２１４ｂ）。第１実施形態においては、ＬＦ及びＨＦ周波数は、ＥＳＣ電極１１３０に加えられ、一方ＶＨＦソース電力は、ガス分配シャワーヘッド１１１０（この場合シャワーヘッド１１１０は、ＣＣＰアプリケータ１１１６である）に加えられ、また、ＩＣＰアプリケータ１１１４は、シャワーヘッド１１１０の上方に位置している。第２実施形態においては、ＶＨＦソース電力は、ＥＳＣ電極１１３０にＨＦ及びＬＦバイアス周波数と共に加えられ、一方、ＩＣＰ電力アプリケータ１１１４は、シャワーヘッド１１１０の上方に配置される。
【００５３】
上記の方法が、多層構造の異なる材料からなる連続層をエッチングするためのエッチング処理に用いられる場合、各層をエッチングするプラズマ処理は、全く異なる処理となるように個別に構成されることが可能である。例えば、１つの層は、高度に解離したイオン及びラジカル種を用いてエッチングされてもよく、一方、もう１つの層は、それ以外の層よりも高密度のプラズマ中でエッチングされることが可能である。更に、チャンバ圧力が各ステップ間で変化させられる場合には、その変化の放射イオン密度分布に対する効果は、均一な分布を維持するために補償されることが可能である。これらすべては、多層構造の連続層を露出させていく際には、上記調整ステップを繰り返すことにより達成される（ブロック１２１６）。
【００５４】
ブロック１２１０のステップにおいて得られるプラズマイオン放射分布の優れた均一性によって、ウェハ上方に大きなチャンバ容積を設ける必要がなくなる。よって、ウェハとプラズマソースとの間の距離を、均一性を犠牲にすることなく減少することができる。これは、リアクタを作成する際になされてもよく、又は（好ましくは）ウェハ支持台１１０３が、天井−ウェハ間距離を変更するよう天井１１０８に対して上昇又は下降可能であってもよい。このようにしてチャンバ容積を減少させることにより、処理ガス滞留時間を減少させることができ、解離及びプラズマ種含有量に対して独立した制御を行なうことができる。また、天井−ウェハ間距離を減少させることにより、ガス分配シャワーヘッド１１０９のガス分配効果は、マスクされる前に拡散によりウェハ表面に達することになり、これは大きな効果である。よって、上記方法の他のステップは、（ａ）滞留時間を制限するために、又は（ｂ）シャワーヘッドのガス分配パターンが拡散効果によりウェハ表面でマスクされることを防ぐために、のいずれかのために、天井−ウェハ間距離を制限することからなる（図３７のブロック１２１８）。利点の１つは、これにより、誘導結合ソースの、中央部で低いイオン分布特性を補償するための大きな天井−ウェハ間距離を必要とすることなく、誘導結合を用いることができるようになるという点である。実際、天井−ウェハ間距離は、上方ガス分配シャワーヘッドがウェハ表面の処理均一性に影響を与える又はそれを改善するのに充分に小さな距離とすることができる。
【００５５】
プラズマの化学種含有量は、図３７のブロック１２２０のステップにおいて、プラズマ内の解離の程度を調整することにより、上記調整から独立して（例えば、ブロック１２１０のステップの放射状イオン密度分布の調整から独立して）調整又は規制されることが可能である。このステップは、チャンバ内の処理ガス滞留時間を変化させるために、例えば、バルブ１１６２を制御することでチャンバ１１０４が真空ポンプ１１６０により排気される（図３７のブロック１２２０ａ）速度を調整することにより行なわれることが可能である。（解離は、滞留時間の増大及びチャンバ容積の増大に伴って増える。）これに代えて（あるいは、これに加えて）、解離の調整は、天井−ウェハ間距離をチャンバ内の処理ガス滞留時間を変更するように調整することによって行なわれることが可能である（図３７のブロック１２２０ｂ）。これは、図３６のワーク支持土台１１０３を上昇又は下降させることによりなされることが可能である。上記のプラズマ中の解離を調整するための方策は、ブロック１２１０のステップにおいてイオン分布又は均一性を調整するために確定された誘導及び容量結合の比率に対して大きな影響を与えない。こうして、ステップ１２１０のプラズマイオン密度分布の調整から実質的に独立してステップ１２２０の解離又は化学種含有量の調整が行なわれる。
【００５６】
また、他の実施形態においては、容量結合ソース電力アプリケータ１１１６は、天井１１０８及びワーク支持土台１１０３両方の中の電極から構成されてもよく、ＶＨＦ電力は、天井１１０８及びワーク支持土台１１０３両方の中の電極を介して同時に加えられる。この特徴の利点は、天井のＶＨＦ電圧（又は電流）の位相は、ワーク支持対での位相と異なってもよく、またこの位相差を変更することにより、チャンバ１１０４内のプラズマイオン密度の放射状分布が変化することにある。よって、プラズマイオン密度の放射状分布を調整するための追加的なステップは、ワーク支持土台１１０３でのＶＨＦ電圧（又は電流）と天井１１０８でのＶＨＦ電圧（又は電流）との間の位相差を調整することである。これは、図３７のブロック１２３０に示されている。この調整は、ブロック１２１０のステップ中に容量結合と誘導結合の比率を変更することを必要としてもよく、あるいは必要としなくてもよい。
【００５７】
図３８Ａ、図３８Ｂ、及び図３８Ｃは、中央部で低い又は「Ｍ」字型の誘導結合プラズマイオン密度分布（図３８Ａ）と中央部で高い容量結合プラズマイオン密度分布（図３８Ｂ）の組合せから、どのようにして図３８Ａ及び図３８Ｂの分布を重ね合わせたものに対応するよりも理想的又はよりほぼ均一なプラズマイオン密度分布（図３８Ｃ）が得られたかを示している。図３８Ｃの理想的な分布は、図３６の誘導結合及び容量結合の２つのソース１１１８、１１２２の量を注意深く調整することにより得られる。容量結合電力が高い比率のときは、より中央部で高い分布が得られる一方、誘導結合電力が高い比率のときは、より中央部で低い分布が得られる。異なる比率は、異なるチャンバ圧力で理想的な分布が得られるという結果をもたらす。誘導及び容量結合を配分する方法の１つは、２つの発生器１１１８、１１２２のＲＦ電力の量を配分することである。図３９は、発生器１１１８、１１２２の出力電力レベルの比率が、どのように放射状イオン分布に影響するかを示している。図３９の曲線中の最小点又は窪みは、イオン分布の不均一性又はずれが最小となる理想的電力比率に対応する。誘導及び容量結合電力を配分する方法の他の１つは、２つの発生器１１１８、１１２２のうち少なくとも一方（又は両方）を脈動させ、パルスのデューティサイクルを制御することである。例えば、それらのうち一方（誘導ソース１１１８）を脈動させると共に他方（容量ソース１１２２）を連続させてもよく、又は、容量結合ソース１１２２のデューティサイクルを調整することにより、双方のバランスを取ってもよい。これに代えて、両方とも脈動させてもよく、２つのソースのデューティサイクルの比率を制御することにより配分がなされる。その結果を図４０に示しており、誘導結合−容量結合デューティサイクル比率が高いとき、誘導結合電力は、より大きくプラズマに達し、より中央部で低い分布をなり、容量結合−誘導結合デューティサイクル比率が高いとき、プラズマ中の容量結合電力はより大きく、より中央部で高い分布となる。
【００５８】
上記のイオン密度分布に対する調整は、プラズマイオン密度を変えることなく行なうことができる。図４１は、これが図３９の実施形態においてどのように達成されるかを示し、ここでは、均一性の調整がＲＦ発生器出力電力を調整することにより行なわれる。図４１は、誘導結合電力（縦軸）と容量結合電力（横軸）の異なる組合せに対する一定イオン密度の直線を示している。発生器１１１８、１１２２からの各々の誘導及び容量結合電力の値は、一定密度の直線のうちの特定の１つに沿って存在するように制限されていると仮定すると、誘導−容量電力比率は、プラズマイオン密度を変更することなく所望の任意の値（均一性を制御するための）に設定することが可能である。一定密度の直線は、従来の試験で任意のリアクタにより推定される。図４２は、これが図４０の実施形態においてどのように達成されるかを示し、ここでは、均一性の調整は、ＲＦ発生器のパルス状デューティサイクルを調整することにより行なわれる。図４２は、誘導結合デューティサイクル（縦軸）と容量結合デューティサイクル（横軸）の異なる組合せに対する一定イオン密度の直線を示している。発生器１１１８、１１２２からの各々の誘導及び容量結合デューティサイクルの値は、一定密度の直線のうち特定の１つに沿って存在するよう制限されていると仮定すると、誘導−容量電力比率は、プラズマイオン密度を変更することなく所望の任意の値（均一性を制御するための）に設定することが可能である。一定密度の直線は、従来の試験で任意のリアクタにより推定される。
【００５９】
図４３は、図３７のブロック１２１０ｃのステップにおける、ＶＨＦ容量結合電力ソース１１２２のイオン密度に対する周波数の選択の効果を示すグラフである。図４３は、イオン密度（つまり、電力結合）は、周波数を高めるにつれて（例えば、２７ＭＨｚから６０ＭＨｚへ、そして、２００ＭＨｚへ）印加ソース電力に伴いより大きな比率で増加することを示している。そのために、プラズマイオン密度及び容量及び誘導結合電力間のバランスに影響を与える方法の１つは、容量結合ソースＲＦ発生器１１２２のＶＨＦ周波数を選択又は制御することである。
【００６０】
図４４は、図３７の方法の変形例を示し、ここでは、所望のプラズマイオン密度が維持されると共に、上述の誘導−容量結合比率が、所望のプラズマの解離又は化学種含有量を得るために採用されている。図４４の方法は、処理ガスを、好ましくは天井ガス分配シャワーヘッド１１０９を介して、導入する（図４４のブロック１３０２）。この方法は、ＲＦソース電力をバルクプラズマと容量結合する（ブロック１３０４）と共にＲＦソース電力をバルクプラズマと誘導結合することにより継続する（ブロック１３０６）。ユーザは、特定のステップに従い、一定のプラズマイオン密度を確定する。これは、容量結合電力と誘導結合電力との合計を、その処理ステップが実行されるように、所望のプラズマイオン密度が得られるレベルに維持することにより達成される（ブロック１３０８）。同時に、所望のプラズマイオン密度を維持しながら、バルクプラズマ中の解離の程度が（例えば、或る処理の要求条件を満たすように）決定される。これは、ＶＨＦ容量結合電力の量と誘導結合電力の量との比率を調整することにより達成される（ブロック１３１０）。これにより、非常に高レベル特性の誘導結合プラズマと低レベル特性のＶＨＦ容量結合プラズマ間の解離（バルクプラズマ中の電子運動エネルギ）が固定される。このような配分は、図４１及び（又は）図４２を参照し、上述の方法に従って、ＨＦ及びＶＨＦ発生器１１１８、１１２２により供給される電力間の比率のみを変化させながら合計ＲＦ電力をほぼ一定に維持することにより、イオン密度を乱すことなく達成することができる。ステップ１３１０の調整は、以下のステップのいずれか１つ（又はその組合せ）により行なうことができる。第１の種類の調整は、誘導及び容量結合電力ソース１１１８、１１２２のＲＦ発生器の電力レベルを調整することからなる（図４４のブロック１３１０ａ）。他の種類は、誘導及び容量結合ＲＦ電力発生器１１１８、１１２２のうち少なくとも一方又は両方を脈動させ、一方のデューティサイクルを他方に対して調整することからなる（図４４のブロック１３１０ｂ）。第３の種類は、容量結合電力ＶＨＦ発生器１１２２の有効周波数を調整することからなり（図４４のブロック１３１０ｃ）、ＶＨＦ周波数が上げられるにつれてプラズマイオン密度は増大する。有効ＶＨＦ周波数の変更は、一対の各々周波数を持つ固定周波数ＶＨＦ発生器１１２２ａ、１１２２ｂを設け、それらの出力電力レベルを調整することにより行なうことができる。
【００６１】
更に、この方法は、独立して調整可能なＬＦバイアス電力源とＨＦバイアス電力源とをワークに結合することを含む（ブロック１３１２）。コントローラ１１４２は、ワーク表面のイオンエネルギ準位及びイオンエネルギ分布（幅及びスペクトラム）を２つのＲＦバイアス電力発生器１１３２、１１３４の同時調整により調整する（ブロック１３１４）。このステップは、以下のいずれか１つにより行なわれる：１つの方法は、ＨＦ及びＬＦバイアス電力ソース１１３２、１１３４の電力レベルの比率を調整することである（図４４のブロック１３１４ａ）。他の方法は、ＬＦ及びＨＦバイアス電力ソースの周波数を調整又は選択することである（図４４のブロック１３１４ｂ）。
【００６２】
この方法は、プラズマエッチング処理、プラズマ化学気相蒸着処理（ＰＥＣＶＤ）、物理気相蒸着処理及びマスク処理に有効である。上記の方法が、多層構造の異なる材料からなる連続層をエッチングするためのエッチング処理に用いられる場合、各層をエッチングするプラズマ処理は、全く異なる処理となるよう個別に構成されることが可能である。例えば、１つの層は、高度に解離したイオン及びラジカル種を用いてエッチングされてもよく、一方、もう１つの層は、それ以外の層よりも高密度のプラズマ中でエッチングされることが可能である。更に、チャンバ圧力が各ステップ間で変化させられる場合には、その変化の放射イオン密度分布に対する効果は、均一な分布を維持するために補償されることが可能である。これらすべては、多層構造の連続層を露出させていく際には、上記調整ステップを繰り返すことにより達成される（ブロック３１６）。
【００６３】
誘導結合ソース電力とＶＨＦ容量結合ソース電力との組合せにより得られるプラズマイオン放射分布の優れた均一性によって、大きな天井−ウェハ間距離を設ける必要がなくなる。よって、天井−ウェハ間距離を、均一性を犠牲にすることなく減少することができる。これは、リアクタを作成する際になされてもよく、又は（好ましくは）ウェハ支持台１１０３が、天井−ウェハ間距離を変更するように天井１１０８に対して上昇又は下降可能であってもよい。このようにしてチャンバ容積を減少させることにより、処理ガス滞留時間を減少させることができ、解離及びプラズマ種含有量に対して独立した制御を行なうことができる。また、天井−ウェハ間距離を減少させることにより、ガス分配シャワーヘッド１１０９のガス分配効果は、マスクされる前に拡散によりウェハ表面に達することになり、これは大きな効果である。よって、上記方法の他のステップは、（ａ）滞留時間を制限するために、又は（ｂ）シャワーヘッドのガス分配パターンが拡散効果によりウェハ表面でマスクされることを防ぐために、のいずれかのために、天井−ウェハ間距離を制限することからなる（図４４のブロック１３１８）。
【００６４】
プラズマの化学種含有量は、図４４のブロック１３２０のステップにおいて、チャンバ内の処理ガス滞留時間を調整することにより、上記調整から独立して調整又は規制されることが可能である。このステップは、チャンバ内の処理ガス滞留時間を変化させるために、例えば、バルブ１１６２を調整することでチャンバ１１０４が真空ポンプ１１６０により排気される速度を調整することにより行なわれることが可能である（図４４のブロック１３２０ａ）。（解離は、滞留時間の増大に伴って増える。）これに代えて（あるいは、これに加えて）、解離の調整は、天井−ウェハ間距離をチャンバ内の処理ガス滞留時間を変更するように調整することによって行なわれることが可能である（図４４のブロック１３２０ｂ）。これは、図３６の非処理物支持台１１０２を上昇又は下降させることによりなされることが可能である。上記のプラズマ中の解離を調整するための方策は、ブロック１３１０のステップにおいて確定された誘導及び容量結合の比率に対して大きな影響を与えない。こうして、ステップ１２１０のプラズマイオン密度分布の調整から実質的に独立して（又は、それに加えて）ステップ１３２０の解離又は化学種含有量の調整が行なわれる。
【００６５】
また、他の実施形態においては、容量結合ソース電力アプリケータ１１１６は、天井１１０８及びワーク支持土台１１０３両方の中の電極から構成されてもよく、ＶＨＦ電力は、天井１１０８及びワーク支持土台１１０３両方の中の電極を介して同時に加えられる。この特徴の利点は、天井のＶＨＦ電圧（又は電流）の位相は、非処理物保持対での位相と異なってもよく、またこの位相差を変更することにより、チャンバ１１０４内のプラズマイオン密度の放射状分布が変化することにある。よって、プラズマイオン密度の放射状分布は、ワーク支持土台１１０３でのＶＨＦ電圧（又は電流）と天井１１０８でのＶＨＦ電圧（又は電流）間の位相差を調整することによって、解離から独立して（つまり、ブロック１３１０のステップにおいて選択された容量−誘導結合比率を変えることなく）調整されることが可能である。これは、図４４のブロック１３３０に示されている。
【００６６】
図４５は、ブロック１３０８のステップにおいて、誘導及び容量結合の比率割当がどのようにバルクプラズマ中の解離を制御するかを示すグラフである。解離は、バルクプラズマ中の電子エネルギの増大により促進され、図４５は、４つの異なる動作方式での電子エネルギ分布の関数を示している。
【００６７】
符号１４１０で示された曲線は、ＨＦバイアス電力のみがウェハに加えられ、ソース電力が加えられない場合の電子エネルギ分布の関数を表わしている。この場合、電子状態は、典型的解離反応（曲線１４２０により示される）の断面が測定可能な大きさとなるエネルギよりもはるかに低い低エネルギスペクトル内に限定される。そのために、解離の発生は、（もしあったとしても）より少なくなる。
【００６８】
符号１４３０で示された曲線は、ＶＨＦ電力が容量結合ソース電力アプリケータ１１１６に加えられ、電力が他のアプリケータには加えられない場合の電子エネルギ分布の関数を表わしている。この場合、電子状態は、衝突断面積１４２０に一致する小さな成分を有し、そのために、少量の解離が発生する。
【００６９】
符号１４４０で示された曲線は、ＨＦ電力が誘導結合ソース電力アプリケータ１１１４に加えられ、電力が他のアプリケータには加えられない場合の電子エネルギ分布の関数を表わしている。この場合、電子状態は、衝突断面積１４２０の高い値に一致する成分を有し、そのために、非常に高度の解離がバルクプラズマ中に発生する。
【００７０】
符号１４５０で示された曲線は、ＲＦ電力が容量及び誘導結合アプリケータ１１１６、１１１４間に配分されている場合の電子エネルギ分布の関数を表わしている。この場合、得られる電子エネルギ分布の関数は、２つの関数１４３０、１４４０の組み合わされたものとなり、それらの間に存在し、その結果、バルクプラズマ中に、より少ない量のイオン解離が発生する。組合せの場合を表わす曲線１４５０は、衝突断面積１４２０が相当な大きさを有するエネルギ以上で、幾分小さい電子状態を有し、より少ない量の解離をもたらす。組合せの場合の曲線１４５０は、容量及び誘導結合電力量間の比率を変化させることにより、より大きな又はより小さなエネルギ準位に移動させることができる。これは、図４６のグラフに示されており、ここでは、各実線の曲線は、特定の電力レベルでの純粋な誘導結合電力についての電子エネルギ分布の関数に対応している。実線の曲線から延びる破線の曲線は、より大きな電力が誘導結合から迂回させられ、容量結合へ加えられる際のこれらの曲線の変形例を示している。本質的に、これは電子状態を低エネルギ準位へと移動させ、それにより解離を減少させる。
【００７１】
図４７は、プラズマの化学物質含有量に対する異なるレベルの解離の効果を示している。縦軸は、光学発光スペクトラム強度を表わし、横軸は、波長を表わしている。異なるピークは、或るラジカル又はイオンの存在に対応し、ピークの大きさは、特定の種のプラズマ中の状態又は出現率に対応する。実線の曲線は、低程度の解離（容量結合が優勢）に対応し、その場合、より大きな分子種がより多く存在する。破線の曲線は、高程度の解離（誘導結合が優勢）に対応し、その場合、より小さな（より反応度の高い）化学種がより多く（親分子によっては）存在する。図４７に示す例においては、優勢な容量結合方式において高い出現率を持つ高分子量の種は、ＣＦ２であり、一方、優勢な誘導結合方式において高い出現率を持つ低分子量の種は、自由炭素Ｃである。いくつかの場合、Ｃ（自由炭素）の存在は、自由フッ素のような非常に軽く反応性の高い種の存在を示す指標であり、それは、高エッチング速度が望まれる場合には望ましい。ＣＦ２のようなより大きな種の存在は、より少ない解離と、より反応性の高い種の不在を示す指標であり、それは、例えば、高エッチング選択性を要求するプラズマエッチング処理においては望ましい。
【００７２】
図４８は、図４４のブロック１３１０ａのステップを行なう方法の一例を示すグラフである。図４８の縦軸は、バルクプラズマ中の解離度に対応しており、図４７中の自由炭素のような解離度の高い種の光学発光スペクトル強度を表わすことが可能である。横軸は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）電力の容量結合プラズマ（ＣＣＰ）電力（図３６のＩＣＰ及びＣＣＰ発生器１１１８、１１２２の電力レベル）の比率である。図４８は、解離はこの比率の増加関数であることを示しているが、それは、図４８中に示された単純一次関数でなくともよい。
【００７３】
図４９は、図４４のブロック１３１０ｂのステップを行なう方法の一例を示すグラフである。図４９の縦軸は、バルクプラズマ中の解離度に対応しており、図４７中の自由炭素のような解離度の高い種の光学発光スペクトル強度を表わすことが可能である。横軸は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）パルス状デューティサイクルの容量結合プラズマ（ＣＣＰ）パルス状デューティサイクル（図３６のＩＣＰ及びＣＣＰ発生器１１１８、１１２２のパルス状デューティサイクル）の比率である。図４９は、解離がこの比率の増加関数であることを示しているが、それは、図４９中に示された単純一次関数でなくともよい。ＣＣＰ発生器１１２２は、脈動していなくてもよく、その場合、そのデューティサイクルは１００％であり、一方、ＩＣＰデューティサイクルのみが制御を実行するために変化させられる。図５０Ａ及び図５０Ｂは、パルスＩＣＰ発生器出力とパルスＣＣＰ発生器出力の同時波形の可能な一例を示している。この例示においては、ＣＣＰ発生器１１２２は、ＩＣＰ発生器１１１８より高いデューティサイクルを有し、その結果、プラズマは、低解離度等、より容量結合プラズマの特性を示し易くなる。容量及び誘導結合電力ソースのデューティサイクル間の比率は、プラズマ中の誘導及び容量結合電力間の比率に、以下のような影響を与える。まず、誘導結合電力ソースのデューティサイクルが短いほど、ＲＦ誘導電力のパルスバースト間のアイドル時間が長くなる。アイドル時間中、バルクプラズマ内の最も高いエネルギを持つ電子は、そのエネルギを他のよりエネルギが低い電子よりも早く解放し、その結果、電子エネルギ分布の関数（図４５）は、エネルギ内下方へ（つまり、図４５の左側へ向かって）シフトする。これにより、エッチングのアイドル時間中、より容量結合に近い（つまり、より解離の少ない）プラズマが生成される。この効果は、デューティサイクルが減少するにつれて増大し、その結果、プラズマは（多数のサイクルの平均として）高エネルギ電子が減少し、解離も低下する。このアイドル時間中、高エネルギ電子の分布は低下し、そして（これに加えて）高エネルギ電子の空間分布は、拡散により広がる好機を得て、その結果、処理の均一性が誘導結合電力デューティサイクルの減少に応じた程度向上する。
【００７４】
図５１は、図４４のブロック１３１０ｃのステップを行なう方法の一例を示すグラフである。図５１の縦軸は、バルクプラズマ中の解離度に対応しており、図４７中の自由炭素のような解離度の高い種の光学発光スペクトル強度を表わすことが可能である。横軸は、図３６の容量結合プラズマ（ＣＣＰ）発生器１１２２の周波数である。図５１は、先に示した例のように、ＣＣＰとＩＣＰ電力の両方が同時に加えられる場合に対応し、ＣＣＰ電力発生器１１２２の周波数は上げられる。固定レベルのＩＣＰ電力及び固定レベルのＣＣＰ電力に対して、有効ＶＨＦ周波数の上昇は、図５１に示されるように、プラズマ解離を増大させる。解離挙動は、図５１に示されるような単純一次関数でなくともよい。
【００７５】
図５２Ａ、図５２Ｂ、及び図５２Ｃは、図３７のブロック１２１４のステップ（図４４のブロック１３１４のステップと対応する又は同じである）がどのように行なわれるかを例示している。図５２Ａ、図５２Ｂ、及び図５２Ｃの各グラフは、イオンエネルギの関数としてのプラズマシース（ワーク表面の）のイオン数、又はシースイオンエネルギ分布を示している。
【００７６】
図５２Ａは、ウェハに加えられるバイアス電力のみが低周波数（例えば、１ＭＨｚ）バイアス電圧又は電流である場合のイオンエネルギ分布を示している。（図３６において、これはＬＦバイアス電力発生器１１３２のみがバイアス電力を加える場合に対応する。）この周波数は、実質的にシースイオン遷移周波数より低く、シースイオンがシース電界の発振に追随できる最も高い周波数である。そのために、図５２Ａの例のシースイオンは、バイアス電力により与えられるシース電界のピーク−ピーク発振に追随できる。これにより、ＲＦバイアス電力のピーク−ピーク電圧に一致するピークイオンエネルギを生じる（図５２Ａ中のｅＶｐ−ｐで示す）。イオンエネルギ分布は、２モードであり、図５２Ａのグラフに示すように、より低いエネルギで第２のピークを有する。これら２つのピーク間のイオン分布は、比較的低い。
【００７７】
図５２Ｂは、バイアス電力が高周波（ＨＦ）成分（例えば、１３．５６ＭＨｚ）からなる場合のイオンエネルギ分布を示している。（図３６において、これはＨＦバイアス電力発生器１１３４のみがバイアス電力を加える場合に対応する。）この周波数は、シースイオン遷移周波数より充分に高く、そのために、シースイオンはピーク−ピークシース電界発振に追従することができない。結果として、図５２Ｂのイオンエネルギ分布は、シースのピーク−ピーク電圧の半分を中心とする狭いエネルギバンドに限定される。図５２Ａ及び図５２Ｂのイオンエネルギ分布は、幾分互いに相補的であると見ることができ、一方の分布（図５２Ｂ）は中間周波数帯で大きく、他方（図５２Ａ）は、２つの極値にピークがあり、中間周波数で幾分少ない広い分布を有する。
【００７８】
図５２Ｃは、ＬＦ及びＨＦバイアス電力を同時に加えることによって（図３６の両方のバイアス電力発生器１１３２、１１３４をオンにすることにより）実現されるイオンエネルギ分布の例を示している。この結果、実質的に、図５２Ａ及び図５２Ｂの２つの極端な分布を重ね合わせたイオンエネルギ分布が得られる。それ故、図５２Ｃの「組合せ」イオンエネルギ分布は、ＬＦ及びＨＦバイアス電力の相対量を調整することにより調整できる。これは、ＬＦ及びＨＦバイアス電力発生器１１３２、１１３４の電力レベルを配分すること（図３７のステップ１２１４ａ）と、それらの一方又は両方を脈動させ、それらのデューティサイクルを配分すること（図３７のステップ１２１４ｂ）とのいずれか（又は両方）により達成される。これに代えて、又は追加のステップとして、ＨＦ又はＬＦバイアス電力のいずれかの周波数を変更することが可能である。例えば、ＬＦバイアス電力周波数は、シースイオン遷移周波数に近い値まで上げてもよく、それは、図５２Ｃにおける最大エネルギ（ｅＶｐ−ｐ）付近のイオンエネルギ分布状態を減少させる（それにより、図５２Ｃの点線の曲線で示されるように、イオンエネルギ分布を狭くする）。他の例として、ＨＦバイアス電力周波数は、シースイオン遷移周波数に近い値まで下げてもよく、それは、図５２Ｃにおける中間エネルギの分布ピークを減少させる（それにより、図５２Ｃの点線の曲線で示されるように、中間周波数のイオンエネルギ分布を広くする）。
【００７９】
図５３は、典型的な電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の典型的なゲートの多層薄膜構造を示している。これらの層は、半導体基板１６０４上方の高誘電率二酸化シリコン層１６０２、酸化層１６０２上の多結晶シリコン導電層１６０６、導電層１６０６上のケイ化チタン層１６０８、ケイ化物層１６０８上のハードマスク層１６１０、ハードマスク層１６１０上層の反射防止（ＡＲ）コーティング１６１２、及びＡＲコーティング１６１２上のフォトレジスト層１６１４を含む。このような構造をエッチングするプラズマエッチング処理において、異なる材料の各層１６０２〜１６１４は、異なるエッチング処理で最適にエッチングされる。いくつかの層（例えば、フォトレジスト層１６１４及び多結晶シリコン導電層１６０６は、容量結合されているよりも誘導結合されているプラズマ中で最適にエッチングされるのに対して、他の層（例えば、ハードマスク層１６１０）は、誘導結合されているよりも容量結合されているプラズマ中で最適にエッチングされる。図３７又は図４４の方法を用いて、異なる層の各々は、その特定の層に対して最適な種類のプラズマ処理条件で、ソース電力結合の種類を含む処理条件を変化させることにより（例えば、誘導及び容量結合ソース電力間の比率を変化させることにより）処理され（例えば、エッチングされ）てもよい。こうして、エッチング処理において、各々の層１６０２〜１６１４が順に露出される際に、図３６及び図４４を参照して説明した調整を繰り返し、処理パラメータを変更して各層の処理を個別に構成する。これが、図３７及び図４４のブロック１２１６及び１３１６のステップのゴールである。この変化を付ける際には、他の処理パラメータを変化させることが可能である。例えば、多結晶シリコン層１６０６をエッチングするために用いられる種類の誘導結合主体のプラズマは、低チャンバ圧力（例えば、数ミリＴｏｒｒ）で適切に維持される一方、容量結合主体のプラズマは、高チャンバ圧力（例えば、数十ミリＴｏｒｒ）で適切に維持される。ほぼ同量の誘導及び容量結合電力を有するプラズマは、容量結合プラズマの高チャンバ圧力と誘導結合プラズマの低チャンバ圧力との中間のチャンバ圧力で稼働させることが可能である。そのうえ、異なるバイアス電力レベル及びイオンエネルギ分布が、各々異なる層１６０２〜１６１４をエッチングするのに用いられてもよく、その調整をするために図３６又は図４４のブロック１２１４又は１３１４のステップを用いることも可能である。
【００８０】
効果
ＶＨＦ容量結合電力と誘導結合電力とのプラズマへの同時印加により、ユーザは、プラズマイオン密度及び、プラズマ均一性又は解離（又はプラズマの化学種含有量）のいずれかを独立して制御することができる。従来のリアクタは、長い天井−ウェハ間距離を用いて天井から電力を加えることにより誘導結合プラズマの中央部で低いイオン密度分布を補償し、その結果、拡散効果がウェハで均一なプラズマイオン分布を作り出す。しかしながら、このように大きな天井−ウェハ間距離は、上方ガス分配シャワーヘッドのウェハ表面での好ましい効果を損ない、その結果、誘導結合リアクタにおいて上方ガス分配シャワーヘッドの利点が実現されない。もう１つの問題は、大きな天井−ウェハ空間は、チャンバ容積を非常に大きくし、その結果、処理ガス滞留時間がそれに応じて長くなり（極端な高容量真空ポンプでチャンバを排気しない限り）、バルクプラズマ中の解離を、最小レベルを下回って制御することが困難となるということである。これは、マイクロローディング効果やエッチング選択性の欠如といったエッチング処理の問題を抑制又は解決することをより困難にしていた。これらの問題は、本発明においてすべて解決される。ウェハ表面での処理均一性を改善するために、誘導結合リアクタ中に上方ガスシャワーヘッドを用いることができないという表面上の問題は、理想的な量の容量結合電力を、イオン生成領域内のイオン分布を均一にするために導入することにより解決される。これにより、天井−ウェハ間空間は、上方ガス分配シャワーヘッドがウェハ表面で処理均一性を制御できる程度まで大きく削減される。減少した天井−ウェハ間距離により容易になった、より小さなチャンバ容積内のガス滞留時間の減少によって、プラズマ中の解離を減少させることで、エッチング選択性は改善され、また、エッチングのマイクロローディング効果も抑制される。これに加えて、エッチングのマイクロローディング効果の問題は、独立した手段によって、所望の化学種を促進する解離度を促進することにより、プラズマの所望の化学物質含有量を選択することで解決されることが可能である。一定の化学種は、エッチングのマイクロローディング効果を抑制することができるので、容量結合電力の誘導結合電力に対する比率を調整することにより、プラズマ中に存在する望ましい種の量を最大限にするように解離を変化させることが可能である。もう１つの効果は、このすべては、全体のプラズマイオン密度を所望のレベルに保持しながら、又は、プラズマイオン密度を独立して調整しながら行なうことができるという点である。
【００８１】
装置
図５４は、ワーク１１０２を処理するための本発明の第１実施形態のプラズマリアクタを示し、ここではワークは、リアクタチャンバ１１０４内のワーク支持土台１１０３上に保持される半導体ウェハであることが可能である。必要に応じて、ワーク支持土台１１０３は、リフトサーボ１１０５により上昇及び下降させられる。チャンバ１１０４は、チャンバ側壁１１０６及び天井１１０８により区切られている。天井１１０８は、小さなガス噴射口１１１０をその内面に有するガス分配シャワーヘッド１１０９を備え、シャワーヘッド１１０９は、処理ガス供給部１１１２から処理ガスを受け取る。リアクタは、誘導結合ＲＦプラズマソース電力アプリケータ１１１４を備えている。図５７に示すように、誘導結合電力アプリケータは、螺旋状に巻かれ、天井１１０８の上方に天井１１０８と平行な平面に配置される導電コイル１１１４ａからなることが可能である。これに代えて、図５８に示されるように、導電コイルは、平行に螺旋状に巻かれた導体１１１４ｂ、１１１４ｃ、１１１４ｄからなることが可能である。容量結合ＲＦプラズマソース電力アプリケータ１１１６は、一実施形態において、ガス分配シャワーヘッド上に位置する天井内の電極である。他の実施形態においては、容量結合ＲＦプラズマソース電力アプリケータ１１１６は、ワーク支持土台１１３０内の電極である。誘導結合をコイルアンテナ１１１４ａからチャンバ１１０４内に導入させるために、ガス分配シャワーヘッド１１０９は、セラミック等の誘電材料で形成されることが可能である。天井電極１１１６ａは、好ましくは図５５に示されるような多数の放射状のスロット１１１５を、チャンバ１１０４に上部コイルアンテナ１１１４ａからチャンバへ誘導結合を導入するために有している。これに代えて、図５６に示される天井電極１１１６ｂを用いてもよく、それは、スロットを有さず、代わりに電極として機能することができる材料で形成されると共に、同時にＲＦ電力の誘導結合を上部コイルアンテナ１１１４から導入する。そのような材料の一例は、ドーピングされた半導体である。
【００８２】
また、他の実施形態においては、容量結合ソース電力アプリケータ１１１６は、天井１１０８内の電極１１１６ａ及びワーク支持土台１１０３内の電極１１３０の両方を含んでいてもよく、これにより、ＲＦソース電力は、天井１１０８及びワーク支持土台１１０３から同時に容量結合がなされる。更に他の実施形態においては、両方の電極１１１６ａ及び１１３０が存在するが、ＶＨＦソース電力は、そのうち一方にのみ加えられると共に、他方はＶＨＦ帰路又は対向電極として機能する。
【００８３】
ＲＦ電力発生器１１１８は、高周波（ＨＦ）電力（例えば、約１０ＭＨｚ〜２７ＭＨｚの範囲）を、インピーダンス整合素子１１２０を介して誘導結合コイルアンテナ１１１４ａへ供給する。天井電極１１１６ａが容量結合ソース電力アプリケータである一実施形態において、ＲＦ電力発生器１１２２は、超短波（ＨＦ）電力（例えば、約２７ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲内）を、インピーダンス整合素子１１２４を介して容量結合電力アプリケータ１１１６へ供給する。下部（ワーク支持土台）電極１１３０が容量結合ソース電力アプリケータである別の実施形態においては、ＲＦ電力発生器１１２３は、ＶＨＦ電力を、インピーダンス整合素子１１２５を介して下部電極１１３０へ供給する。第３実施形態では、天井及び下部電極１１１６ａ、１１３０の両方が容量結合プラズマソース電力アプリケータを備え、その結果、両方のＶＨＦ発生器１１２２、１１２３が存在する。他の実施形態においては、両方の電極１１１６ａ及び１１３０が存在するが、ＶＨＦソース電力は、そのうち一方にのみ加えられると共に、他方はもう一方の対向電極として機能するために、ＶＨＦ帰路電位に接続されている（例えば、接地されている）。
【００８４】
容量結合電力ソースアプリケータ１１１６のプラズマイオン生成効率は、ＶＨＦ周波数が高いほど良く、その周波数領域は、好ましくは当該容量結合電力を生じるＶＨＦ領域内であればよい。両ＲＦ電力アプリケータ１１１４、１１１６からの電力は、ワーク支持土台１１０３上に形成されたチャンバ１１０４内のバルクプラズマ１１２６と接続されている。
【００８５】
ＲＦプラズマバイアス電力は、ワーク支持土台内であってウェハ１１０２の下方にある電極１１３０と接続されたＲＦバイアス電力源から、ワーク１１０２へと結合されている。ＲＦバイアス電力源は、低周波（ＬＦ）ＲＦ電力発生器１１３２（１００ｋＨｚ〜４ＭＨｚ）及び他のＲＦ電力発生器１１３４を備えることが可能であり、他のＲＦ電力発生器１１３４は、高周波（ＨＦ）ＲＦ電力発生器（４ＭＨｚ〜２７ＭＨｚ）であることが可能である。インピーダンス整合素子１１３６は、バイアス電力発生器１１３２、１１３４とワーク支持電極１１３０との間に接続される。真空ポンプ１１６０は、チャンバ１１０４から、排気速度を規制するために用いられるバルブ１１６２を介して、処理ガスを排気する。バルブ１１６２を通る排気速度とガス分配シャワーヘッド１１０９を通る流入ガス流量が、チャンバ圧力と処理ガスのチャンバ内での滞留時間を決定する。ワーク支持土台１１０３が静電チャックの場合、ＤＣチャック電圧源１１７０が電極１１３０に接続されることが可能である。コンデンサ１１７２は、ＲＦ発生器１１２３、１１３２、１１３４を直流電圧源１１７０から隔離する。
【００８６】
上記第１実施形態においては、ＶＨＦ電力は、天井電極１１１６ａのみに加えられる。この場合、ワーク支持土台電極１１３０が天井電極１１１６ａに加えられたＶＨＦ電力の帰路として、また、天井電極１１１６ａがワーク支持土台電極１１３０に加えられたＨＦ電力の帰路として機能することが望ましい。この目的のために、天井電極１１１６ａは、ＬＦ／ＨＦバンドパスフィルタ１１８０を介して接地されることが可能である。バンドパスフィルタ１１８０は、発生器１１２２からのＶＨＦが天井電極１１１６ａから接地へと回避されることを防止する。同様に、ウェハ支持台電極１１３０は、（ＲＦ隔離コンデンサ１１７２を経由し）ＶＨＦバンドパスフィルタ１１８６を介して接地されることが可能である。ＶＨＦバンドパスフィルタ１１８６は、発生器１１３２、１１３４からのＬＦ及びＨＦ電力が電極１１３０から接地へと回避されることを防止する。
【００８７】
上記第２実施形態においては、ＶＨＦ電力は、ウェハ支持台電極１１３０のみに加えられる。この場合、ウェハ支持台電極１１３０は、接地されておらず、ＶＨＦ発生器１１２３に（整合１１２５経由で）接続されており、そのため、ＶＨＦバンドパスフィルタ１１８６は省略されている。同様に、ＬＦ／ＨＦバンドパスフィルタ１１８０は、バイパス（又は省略）されていてもよく、天井電極１１１６ａは直接接地されることも可能である。上記の選択肢は、図５４中にスイッチ１１８４、１１８８として象徴的に示されている。なお、リアクタは、上記第１又は第２実施形態のいずれかに合うよう構成可能にされているのではなく、その一方に従って（スイッチ１１８４、１１８８により）永続的に構成されていてもよく、その結果、ＶＨＦ発生器１１２２、１１２３の一方のみが存在してもよく、そのような場合、スイッチ１１８４、１１８８は不要となる。
【００８８】
上記第３実施形態においては、両方の電極１１１６ａ及び１１３０は、ＶＨＦ発生器１１２２、１１２３によって同時に駆動されるために、どちらもＶＨＦ接地になり得ない。しかしながら、天井電極１１１６ａは、対向電極又はウェハ支持台電極１１３０に加えられるＬＦ／ＨＦバイアス電力の帰路となるために、ＬＦ／ＨＦバンドパスフィルタ１１８０を介して接地接続されることが可能である。この実施形態においては、側壁１１０６がＶＨＦ電力用の接地帰路となることが可能である。２つの電極１１３０、１１１６ａ間のＶＨＦ位相が異なる場合、各電極は何らかの参照電位を少なくとも各ＲＦサイクルの一部分用として供給することが可能である。例えば、２つの電極１１１６ａ、１１３０間のＶＨＦ位相差が１８０度であった場合、各電極１１１６ａ、１１３０は、各ＲＦサイクルの全体を通して他方の対向電極として機能することが可能である。２つのＶＨＦ発生器１１２２、１１２３は、単一のＶＨＦ発生器として実現されてもよく、ソース電力コントローラ１１４０が単一のＶＨＦ発生器により各々の電極１１１６ｂ、１１３０へ供給されるＶＨＦ電圧又はＶＨＦ電流間の位相の差を管理することが可能である。
【００８９】
ソース電力コントローラ１１４０は、ソース電力発生器１１１８、１１２２を互いに独立して管理し、バルクプラズマのイオン密度、プラズマイオン密度の放射状分布、及びプラズマ中のラジカルやイオンの解離を制御する。コントローラ１１４０は、各ＲＦ発生器１１１８、１１２２の出力電力レベルを独立して制御することができる。これに加えて、あるいは、これに代えて、コントローラ１１４０は、いずれか一方又は両方のＲＦ発生器１１１８、１１２２のＲＦ出力を脈動させることが可能であり、そして、各々のデューティサイクルを制御することが可能であり、又は、ＶＨＦ発生器１１２２の、そして、必要に応じてＨＦ発生器１１１８の周波数を制御することが可能である。また、コントローラ１１４０は、真空ポンプ１１６０のポンプ流量及び／又は排気バルブ１１６２の開度を制御することが可能である。これに加えて、バイアス電力コントローラ１１４２は、バイアス電力発生器１１３２、１１３４の出力電力レベルを独立して制御する。コントローラ１１４０、１１４２は、上述の本発明の種々の方法を実行するよう稼働される。
【００９０】
図５９は、図５４の実施形態の他の変形例を示し、ここでは、コイルアンテナ１１１４ａは、各々のＲＦ発生器１１９４ａ、１１９４ａにより各々インピーダンス整合素子１１９６ａ、１１９６ｂを介して給電される１つ（又はそれ以上）のソレノイド導体コイル１１９０、１１９２を含んでいる。この場合、天井１１０８及びシャワーヘッド１１０９は、平坦（実線）又はドーム形状（破線）のいずれでもよい。図６０は、図５４の実施形態の一変形例を示し、ここでは、天井１１０８及びガス分配シャワーヘッド１１０９が、中央部が高い階段状となっている。この場合、コイルアンテナ１１１４ａは、平坦形状（破線）又は図６０の実線で示される半球状（又はドーム状）のいずれの形状をとってもよい。図６１は、図５４の実施形態の一変形例を示し、ここでは、天井１１０８及びガス分配シャワーヘッド１１０９が、半球又はドーム形状となっている。ここでも、コイルアンテナ１１１４ａは、平坦（破線）又はドーム形状（実線）のいずれでもよい。
【００９１】
図６２は、別の実施形態を示し、ここでは、誘導結合ソース電力アプリケータ１１１４が誘導アンテナではなく、トロイダルソースである。トロイダルソースは、処理領域の径により分離されたチャンバ容器内の一対の開口１４０４、１４０６に接続された外側中空凹型導管１４０２からなる。例えば、図６２の形態では、開口１４０４、１４０６は、天井１１０８を通ってチャンバの端部に位置し、その結果、それらは、ウェハ支持台１１０３の径によって分離されている。ＲＦ電力は、導管１４０２の内部へ、磁気（例えば、鉄）トロイダルコア１４０８によって接続され、コア１４０８の一部には、導電性コイル１４０９が巻回されている。ＲＦ発生器１１１８は、整合器１１２０を介してコイル１４０９と接続されている。このトロイダルソースは、導管１４０２及びウェハ１１０２上部の処理領域を通る環状経路内にプラズマ電流を形成する。このプラズマ電流は、ＲＦ発生器１１１８の周波数で発振する。図６３は、図６２のリアクタの一変形例を示し、ここでは、天井１１０８及びシャワーヘッド１１０９が、中央部が高い階段形状（実線）又はドーム形状（破線）となっている。図２７及び図２８のトロイダルプラズマソースの利点の１つは、ＲＦ電力が、ガス分配シャワーヘッド１１０９や天井電極１１１６ｂを通って直接誘導結合されることがないという点である。そのために、シャワーヘッド１１０９は、金属製であってもよく、天井電極１１１６ａは、中実（図５５のスロット１１１５を持たない）であってもよく、又は、天井電極は、省略され、ＶＨＦ電力は金属製ガス分配シャワーヘッド１１０９に直接接続されてもよく、それの結果、金属製シャワーヘッド１１０９が天井電極として機能する。
【００９２】
図５４〜図６１のリアクタの各々は、ＶＨＦソース電力をチャンバ内に容量結合し、ＨＦソース電力をチャンバ内に誘導結合する。図６２〜図６３のリアクタは、ＶＨＦソース電力をチャンバ内に容量結合し、ＨＦソース電力をチャンバの処理領域を通じて流れる発振トロイダルプラズマ電流に誘導結合する。この誘導結合素子は、発振トロイダルプラズマ電流の外側部分に対向している。容量結合電力は、図５４〜図６１の実施形態において、天井電極１１１６ａ又はウェハ支持台電極１１１６ｂに加えられ、また、図６２〜図６３の実施形態においては、導電仕様のシャワーヘッド１１０９（又はウェハ支持台電極１１１６ｂ）に加えられる。容量結合電力は、バルクプラズマ中にイオンを生成するが、それは、ＶＨＦ周波数範囲（２７〜２００ＭＨｚ）にそれがあるからである。この周波数範囲内では、バルクプラズマ中の運動電子は、容量結合ＲＦ電界の発振に追従し、そのため、イオン生成に貢献するのに充分なエネルギを獲得する。これより下の範囲では、容量結合電力は、バルクプラズマ中のイオン生成よりもむしろプラズマシース中のイオンエネルギにより多く貢献し、そのためプラズマソース電力とはならないであろう。そのために、プラズマソース電力（即ち、バルクプラズマ中のイオン生成のための電力）を供給するために、電極１１１６ａ（又は１１３０）に接続されたＲＦ発生器１１２２（又は１１２３）がＶＨＦ電力を供給する。
【００９３】
すべての処理パラメータに亘る制御は、２つのコントローラ１１４０、１１４２により実行されるとして説明したが、コントローラは、すべての処理パラメータ及び調整を制御する単一のコントローラとして実現されることが可能であると理解される。
【００９４】
図３６及び図５４〜図６１の多周波数プラズマリアクタ要素は、同じプラズマリアクタ内の下記の特徴のうち任意の１つ又はすべてと組み合わされることが可能である：（ａ）非常に均一な分布の電気的特性を有する図１〜図５の陰極、（ｂ）図６及び図７の陰極内の調整可能な電気的素子、（ｃ）図８、図１４〜図２１、及び図２５の裏面光学検出装置、及び（ｄ）図２７、図２８、図３１、及び図３２のモジュール型個別バルブ式噴射ノズルのアレイ。これに加えて、図３６のコントローラ１４０（有効ＶＨＦ周波数と誘導及び容量結合電力レベルの比率を管理する、図２６中に示されている調整可能なリアクタ要素の１つとなり得る。このような構成において、有効ＶＨＦ周波数及び／又は容量及び誘導結合電力レベルの比率は、図２６の裏面光学センサアレイ３００を用いてフィードバック制御ループにおいて制御されることが可能である。センサアレイ３００は、エッチング深さ又はエッチング速度分布における不均一性をリアルタイムで検出するために用いられてもよく、フィードバック制御ループは、処理中の不均一性を減らすように働いてもよい。
【００９５】
以上の説明は、本発明の実施形態のいくつかに向けられているが、その基本的範囲から逸脱することなく本発明の他の及び追加的な形態が実施されてもよく、また、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
本発明の典型的な実施形態が得られ、詳細に理解されることができるように、上記で簡潔に要約された本発明のより具体的な説明は、その実施形態への参照によって理解されることが可能であり、それは添付図面に例示されている。ある周知の処理は、本発明を不明瞭にしないように、ここでは説明されない。
【００９７】
【図１】マスクエッチング処理を行なうプラズマリアクタを示す図である。
【図２Ａ】図１のリアクタの下部を示す図である。
【図２Ｂ】上昇させられた位置の図１のリアクタのマスク支持土台を示す図である。
【図３】図１のリアクタの陰極の平面図である。
【図４】〜
【図５】陰極の他の実施形態の平面及び側面図である。
【図６】〜
【図７】陰極の他の実施形態の平面及び側面図である。
【図８】裏面終了点検出装置を有するプラズマリアクタの簡略図である。
【図９】〜
【図１０】マスクの上面及び裏面から各々得られる光学終了点検出信号のグラフである。
【図１１】〜
【図１２】マスクの上面及び裏面から各々得られる干渉縞光学信号のグラフである。
【図１３】図８のリアクタの一実施形態において得られる多波長干渉スペクトル信号のグラフである。
【図１４】図１０に対応する、全体的な反射光強度に基づく裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１５】図１２に対応する、干渉縞計数に基づく裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１６】多波長干渉分光測定に基づく裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１７】発光分光（ＯＥＳ）に基づいた裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１８】ＯＥＳ及び干渉の両方に基づいた裏面終了点検出を有する例を示す図である。
【図１９】〜
【図２０】図１８の実施形態の陰極及び表面板の各々の斜視図である。
【図２１】図１９の陰極の断面図である。
【図２２Ａ】〜
【図２２Ｂ】裏面終了点検出を利用する石英マスクエッチング処理におけるステップのシーケンスを示す図である。
【図２３Ａ】〜
【図２３Ｅ】裏面終了点検出を利用するクロム−モリブデンシリサイド−石英マスクエッチング処理におけるステップのシーケンスを示す図である。
【図２４Ａ】〜
【図２４Ｅ】裏面終了点検出を利用するクロム−石英マスクエッチング処理におけるステップのシーケンスを示す図である。
【図２５】〜
【図２６】リアルタイムのエッチング速度分布がマスクの裏面から連続的に測定される実施形態の側面及び平面図である。
【図２７】〜
【図２８】個々に制御可能なガス噴射ノズルのアレイを有する実施形態の斜視及び平面図である。
【図２９】空気圧バルブを利用する図２７及び図２８の実施形態の実施の平面図である。
【図３０Ａ】〜
【図３０Ｄ】作動された図２７及び図２８のバルブのアレイのうちの異なる１つで得られるマスクに亘るエッチング深さ分布のグラフである。
【図３１】図２７及び図２８のリアクタの他の実施形態を示す図である。
【図３２】図２７及び図２８のリアクタの他の実施形態を示す図である。
【図３３】〜
【図３４】エッチング速度分布の瞬間的二次元画像に基づいたリアクタの調整可能要素のリアルタイムフィードバック制御を行なうことが可能なプラズマリアクタのブロック図及び斜視図である。
【図３５】図３３及び図３４のリアクタにおいて行なわれることが可能であるフィードバック制御処理のブロック図である。
【図３６】本発明の実施形態に係るプラズマリアクタの簡略ブロック図である。
【図３７Ａ】〜
【図３７Ｂ】本発明の一実施形態の方法を示すブロック図であり、これらの図はここでは纏めて「図３７」と称される。
【図３８Ａ】誘導結合プラズマの典型的なプラズマイオン密度の放射状分布を示すグラフである。
【図３８Ｂ】容量結合プラズマの典型的なプラズマイオン密度の放射状分布を示すグラフである。
【図３８Ｃ】本発明の方法に係る図３６のリアクタにおいて得られるプラズマイオン密度の放射状分布を示すグラフである。
【図３９】誘導及び容量結合電力の電力レベルの比率の関数としてイオン放射状分布の非均一性（偏差）を示す図である。
【図４０】誘導及び容量結合電力のパルスデューティサイクルの比率の関数としてイオン放射状分布の非均一性（偏差）を示す図である。
【図４１】誘導及び容量結合電力レベルの対の値のための一定のプラズマイオン密度の線を示すグラフである。
【図４２】誘導及び容量結合電力のパルスデューティサイクルの対の値のための一定のプラズマイオン密度の線を示すグラフである。
【図４３】容量結合電力の異なるＶＨＦ周波数のためのソース電力レベルの関数としてバルクプラズマ中の電子密度の依存性を示すグラフである。
【図４４Ａ】〜
【図４４Ｂ】本発明の他の実施形態の方法を示すブロック図であり、ここでは纏めて「図４４」と称される。
【図４５】容量的及び誘導結合電力の異なる混合のために得られる異なるバルクプラズマ中の電子エネルギ分布の関数を示すグラフである。
【図４６】容量結合電力が誘導結合電力に加えられるときに得られる異なるソース電力レベルのための電子エネルギ分布の関数の変化を示す図である。
【図４７】異なる解離度（電子エネルギ分布）のために得られる異なる光学発光スペクトルを示す図である。
【図４８】解離度（例えば、自由炭素あるいは自由フッ素の集合）が容量結合電力に対する誘導結合電力の比率の増加と共にどのように増加するかを示すグラフである。
【図４９】解離度（例えば、自由炭素あるいは自由フッ素の集合）が容量結合電力のデューティサイクルに対する誘導結合電力のパルスデューティサイクルの比率の増加と共にどのように増加するかを示すグラフである。
【図５０Ａ】〜
【図５０Ｂ】パルス誘導結合電力及び容量結合電力の同時波形を各々示す図である。
【図５１】解離度が容量結合電力周波数の増加と共にどのように減少するかを示すグラフである。
【図５２Ａ】〜
【図５２Ｃ】ウェハに各々、低周波バイアス電力だけが加えられる場合、高周波バイアス電力だけが加えられる場合、そして、低周波及び高周波の両方のバイアス電力が加えられる場合のシースイオンエネルギ分布のグラフである。
【図５３】図３７又は図４４の処理においてエッチングされる多層ゲート構造を示す図である。
【図５４】第１実施形態に係るプラズマリアクタを示す図である。
【図５５】〜
【図５６】図５４のリアクタ内の天井電極の異なる実施を示す図である。
【図５７】〜
【図５８】図５４のリアクタの誘導アンテナの異なる実施形態を示す図である。
【図５９】他の実施形態に係るプラズマリアクタを示す図である。
【図６０】他の実施形態に係るプラズマリアクタを示す図である。
【図６１】他の実施形態に係るプラズマリアクタを示す図である。
【図６２】他の実施形態に係るプラズマリアクタを示す図である。
【図６３】他の実施形態に係るプラズマリアクタを示す図である。
【００９８】
理解を容易にするために、図面間で共通する同一の要素を指定するためには可能な限り同一の参照符号が使用されている。一実施形態の要素及び構成が、更なる記述なしに、他の実施形態に有益に組み込まれることが可能であると意図されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを例示し、従ってその範囲を限定するものとは解釈されず、本発明に対して他の等しく有効な実施形態を認めることが可能である。
【図１】
0005584388.tif 000002
【図２Ａ】
0005584388.tif 000003
【図２Ｂ】
0005584388.tif 000004
【図３】
0005584388.tif 000005
【図４】
0005584388.tif 000006
【図５】
0005584388.tif 000007
【図６】
0005584388.tif 000008
【図７】
0005584388.tif 000009
【図８】
0005584388.tif 000010
【図９】
0005584388.tif 000011
【図１０】
0005584388.tif 000012
【図１１】
0005584388.tif 000013
【図１２】
0005584388.tif 000014
【図１３】
0005584388.tif 000015
【図１４】
0005584388.tif 000016
【図１５】
0005584388.tif 000017
【図１６】
0005584388.tif 000018
【図１７】
0005584388.tif 000019
【図１８】
0005584388.tif 000020
【図１９】
0005584388.tif 000021
【図２０】
0005584388.tif 000022
【図２１】
0005584388.tif 000023
【図２２Ａ】
0005584388.tif 000024
【図２２Ｂ】
0005584388.tif 000025
【図２３Ａ】
0005584388.tif 000026
【図２３Ｂ】
0005584388.tif 000027
【図２３Ｃ】
0005584388.tif 000028
【図２３Ｄ】
0005584388.tif 000029
【図２３Ｅ】
0005584388.tif 000030
【図２４Ａ】
0005584388.tif 000031
【図２４Ｂ】
0005584388.tif 000032
【図２４Ｃ】
0005584388.tif 000033
【図２４Ｄ】
0005584388.tif 000034
【図２４Ｅ】
0005584388.tif 000035
【図２５】
0005584388.tif 000036
【図２６】
0005584388.tif 000037
【図２７】
0005584388.tif 000038
【図２８】
0005584388.tif 000039
【図２９】
0005584388.tif 000040
【図３０Ａ】
0005584388.tif 000041
【図３０Ｂ】
0005584388.tif 000042
【図３０Ｃ】
0005584388.tif 000043
【図３０Ｄ】
0005584388.tif 000044
【図３１】
0005584388.tif 000045
【図３２】
0005584388.tif 000046
【図３３】
0005584388.tif 000047
【図３４】
0005584388.tif 000048
【図３５】
0005584388.tif 000049
【図３６】
0005584388.tif 000050
【図３７Ａ】
0005584388.tif 000051
【図３７Ｂ】
0005584388.tif 000052
【図３８Ａ】
0005584388.tif 000053
【図３８Ｂ】
0005584388.tif 000054
【図３８Ｃ】
0005584388.tif 000055
【図３９】
0005584388.tif 000056
【図４０】
0005584388.tif 000057
【図４１】
0005584388.tif 000058
【図４２】
0005584388.tif 000059
【図４３】
0005584388.tif 000060
【図４４Ａ】
0005584388.tif 000061
【図４４Ｂ】
0005584388.tif 000062
【図４５】
0005584388.tif 000063
【図４６】
0005584388.tif 000064
【図４７】
0005584388.tif 000065
【図４８】
0005584388.tif 000066
【図４９】
0005584388.tif 000067
【図５０Ａ】
0005584388.tif 000068
【図５０Ｂ】
0005584388.tif 000069
【図５１】
0005584388.tif 000070
【図５２Ａ】
0005584388.tif 000071
【図５２Ｂ】
0005584388.tif 000072
【図５２Ｃ】
0005584388.tif 000073
【図５３】
0005584388.tif 000074
【図５４】
0005584388.tif 000075
【図５５】
0005584388.tif 000076
【図５６】
0005584388.tif 000077
【図５７】
0005584388.tif 000078
【図５８】
0005584388.tif 000079
【図５９】
0005584388.tif 000080
【図６０】
0005584388.tif 000081
【図６１】
0005584388.tif 000082
【図６２】
0005584388.tif 000083
【図６３】
0005584388.tif 000084