(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板をエッチングするための改善された方法および装置に関する。【解決手段】反応チャンバを上部サブチャンバと下部サブチャンバとに分割するプラズマグリッド１５０が配置される。プラズマグリッドは、上部サブチャンバから下部サブチャンバに一部の種が通り抜けることを可能とする特別なアスペクト比のスロットを有し得る。上部サブチャンバでは、電子−イオンプラズマが生成される。グリッドを通り抜けて下部サブチャンバに移る電子は、通り抜ける際に冷却される。このことにより、下部サブチャンバでは、イオン−イオンプラズマが得られる。下部サブチャンバ・プラズマは、上部サブチャンバ・プラズマと比較して、電子密度がより低く、実効電子温度がより低く、負イオン：正イオン比がより高い。結果的に、中心からエッジへの均一性、選択性、プロファイル角、および疎／密ローディングが良好なエッチングプロセスを得ることができる。【選択図】図１
2014204127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のフィーチャをエッチングするための装置であって、
プラズマが提供され得る内部を画定するチャンバと、
エッチング中に前記チャンバ内で基板を保持するための基板ホルダと、
前記チャンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ発生器と、
前記プラズマチャンバの内部を、前記プラズマ発生器に近接する上部サブチャンバと、前記基板ホルダに近接する下部サブチャンバと、に分割するグリッドと、を備え、
前記上部サブチャンバは、前記下部サブチャンバの高さの少なくとも約１／６の高さを有し、
前記グリッドは、略径方向外向きに延びる複数のスロットを有し、前記スロットにより、前記チャンバ内でプラズマが生成される際に前記グリッドに誘導電流が発生することを実質的に防止する、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置は、さらに、前記上部サブチャンバ内で上部ゾーン・プラズマを生成し、前記下部サブチャンバ内で下部ゾーン・プラズマを生成するという条件で、前記チャンバ内でプラズマを発生させるように設計または構成されているコントローラを備え、
前記下部ゾーン・プラズマの実効電子温度は、約１ｅＶ以下であって、前記上部ゾーン・プラズマの実効電子温度よりも低く、
前記下部ゾーン・プラズマの電子密度は、約５×１０9ｃｍ-3以下であって、前記上部ゾーン・プラズマの電子密度よりも低い、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記コントローラは、さらに、前記グリッドにバイアスを印加するように設計または構成されている、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置において、前記コントローラは、さらに、前記基板ホルダにバイアスを印加するように設計または構成されている、装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の装置において、前記コントローラは、さらに、前記チャンバにエッチャントガスを供給するように設計または構成されている、装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の装置において、前記コントローラは、さらに、前記プラズマにより前記基板をエッチングする間、前記チャンバ内の圧力を約２０００ミリトル未満とするように設計または構成されている、装置。
【請求項７】
請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の装置において、前記コントローラは、さらに、前記下部サブチャンバ内でイオン−イオンプラズマを発生させるように設計または構成されている、装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置において、前記グリッドは、約１〜５０ｍｍの間の平均厚さを有する、装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置において、前記グリッドの前記スロットは、幅に対する高さのアスペクト比が、約０．３〜５の間である、装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置において、前記スロットは、隣接スロットから約６０度以下の方位角で離間されている、装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置において、前記プラズマ発生器は、前記チャンバの天井の上方に配置されているコイルを有する、装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の装置において、前記基板ホルダは、静電チャックである、装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の装置において、さらに、真空接続部を備える、装置。
【請求項１４】
半導体基板を処理するためのシステムであって、
真空搬送モジュールと、
前記真空搬送モジュール内のロボットと、
前記真空搬送モジュールにおけるファセットに接続される複数の処理モジュールと、
プロセッサを有するコントローラと、を備え、
前記複数のステーションのうち少なくとも１つは、
プラズマが提供され得る内部を画定するチャンバと、
エッチング中に前記チャンバ内で基板を保持するための基板ホルダと、
前記チャンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ発生器と、
前記プラズマチャンバの内部を、前記プラズマ発生器に近接する上部サブチャンバと、前記基板ホルダに近接する下部サブチャンバと、に分割するグリッドと、を備え、
前記上部サブチャンバは、前記下部サブチャンバの高さの少なくとも約１／６の高さを有し、
前記グリッドは、略径方向外向きに延びる複数のスロットを有し、該スロットにより、前記チャンバ内でプラズマが生成される際に前記グリッドに誘導電流が発生することを実質的に防止する、システム。
【請求項１５】
半導体エッチング装置と関連して用いられるグリッドであって、
半導体デバイス製造用の標準的な半導体基板の直径と略同じ直径を有するプレートと、
前記プレートにおいて略径方向外向きに延びる複数のスロットであって、前記プレートがプラズマに暴露される際に前記プレートに誘導電流が発生することを実質的に防止するための複数のスロットと、を備え、
前記スロットは、約０．３〜５の間のアスペクト比を有する、グリッド。
【請求項１６】
請求項１５に記載のグリッドにおいて、前記グリッドは、半導体エッチング装置の処理チャンバ内に配置されると、前記処理チャンバを上部サブチャンバと下部サブチャンバとに分割し、前記上部サブチャンバ内で生成されるプラズマに曝されると、前記上部サブチャンバにおける上部電子密度よりも少なくとも約１０倍低い前記下部サブチャンバの下部電子密度を維持するように機能する、グリッド。
【請求項１７】
請求項１６に記載のグリッドにおいて、前記グリッドは、前記上部電子密度よりも少なくとも約１００倍低い前記下部電子密度を維持するように機能する、グリッド。
【請求項１８】
請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載のグリッドにおいて、前記標準的な半導体基板は、約３００ｍｍまたは約４５０ｍｍの直径を有する、グリッド。
【請求項１９】
請求項１５から請求項１８のいずれか一項に記載のグリッドにおいて、方位角的に隣接する方位角隣接スロットは、少なくとも約１０°、かつ約６０°以下で離間されている、グリッド。
【請求項２０】
請求項１５から請求項１９のいずれか一項に記載のグリッドにおいて、前記グリッドは、金属を含んでいる、グリッド。
【請求項２１】
請求項１５から請求項１９のいずれか一項に記載のグリッドにおいて、前記グリッドは、絶縁性材料を含んでいる、グリッド。
【請求項２２】
基板上のフィーチャをエッチングする方法であって、
チャンバ内の基板ホルダに基板を供給し、前記チャンバはプラズマ発生器とグリッドとを備え、前記グリッドは、前記プラズマチャンバの内部を前記プラズマ発生器に近接する上部サブチャンバと、前記基板ホルダに近接する下部サブチャンバとに分割し、前記上部サブチャンバは、前記下部サブチャンバの高さの少なくとも約１／６の高さを有し、
前記上部サブチャンバ内で上部ゾーン・プラズマを生成し、前記下部サブチャンバ内で下部ゾーン・プラズマを生成するという条件で、前記チャンバ内でプラズマを発生させ、
前記下部ゾーン・プラズマと前記基板との相互作用によって、前記基板のフィーチャをエッチングすること、を備え、
前記下部ゾーン・プラズマの実効電子温度は、約１ｅＶ以下であって、前記上部ゾーン・プラズマの実効電子温度よりも低く、
前記下部ゾーン・プラズマの電子密度は、約５×１０9ｃｍ-3以下であって、前記上部ゾーン・プラズマの電子密度よりも低い、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記プラズマを発生させる際に、前記グリッドに電流は実質的に生じない、方法
【請求項２４】
請求項２２または請求項２３に記載の方法において、さらに、前記グリッドにバイアスを印加することを備える、方法。
【請求項２５】
請求項２２または請求項２３に記載の方法において、さらに、前記基板ホルダにバイアスを印加することを備える、方法。
【請求項２６】
請求項２２から請求項２５のいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記チャンバにエッチャントガスを供給することを備える、方法。
【請求項２７】
請求項２２から請求項２６のいずれか一項に記載の方法において、前記エッチングは、約２０００ミリトル未満のチャンバ圧力で実施される、方法。
【請求項２８】
請求項２２から請求項２７のいずれか一項に記載の方法において、前記下部ゾーン・プラズマは、イオン−イオンプラズマである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、それぞれ、その全体が全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、発明の名称を「ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＰＬＡＳＭＡ ＧＲＩＤ ＦＯＲ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ（半導体製造用の内部プラズマグリッド）」とする、２０１３年４月５日出願の米国仮特許出願第６１／８０９，２４６号に基づく優先権の利益を主張して２０１３年１１月１５日に出願された発明の名称を「ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＰＬＡＳＭＡ ＧＲＩＤ ＦＯＲ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ（半導体製造用の内部プラズマグリッド）」とする米国特許出願第１４／０８２，００９号に基づく優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造においてよく採用される工程の１つは、エッチング工程である。エッチング工程では、半製品の集積回路から１つ以上の材料が部分的または完全に除去される。特に、関わるジオメトリが小さいか、高いアスペクト比が採用されるか、または精密なパターン転写が要求される場合には、プラズマエッチングがよく用いられる。
【０００３】
一般に、プラズマは、電子と、さらに正・負イオン、およびいくつかのラジカルを含んでいる。ラジカル、正イオン、および負イオンは、基板と相互作用することで、基板上のフィーチャ、表面、および材料をエッチングする。エッチングプロセスでは、チェンバコイルが、変圧器の一次コイルと同様の機能を果たし、プラズマが、変圧器の二次コイルと同様の機能を果たす。
【０００４】
プレーナ型から３Ｄトランジスタ構造（例えば、論理デバイス用のフィンＦＥＴゲート構造）に移行すると、プラズマエッチングプロセスは、良品を製造するためには、ますます精密かつ均一であることが要求される。プラズマエッチングプロセスは、数ある因子の中でも特に、良好な選択性、プロファイル角、疎（Ｉｓｏ）／密（Ｄｅｎｓｅ）ローディング、全面均一性を有さなければならない。
【０００５】
エッチングプロセスは、エッチングされる材料と残される材料との間の選択性が良好であると有用である。フィンＦＥＴゲート構造の分野では、これは、窒化ケイ素マスクなど他の露出部品に対して、エッチングされるゲートの選択性が良好でなければならないことを意味する。プロファイル角は、直近にエッチングされた（略垂直な）側壁と水平面との間の角度として測定される。多くの応用において、理想的なプロファイル角は９０度であり、垂直エッチングにより開口が作製される。場合によって、ウェハ上の局所フィーチャ密度がエッチングプロセスに影響することがある。例えば、フィーチャが密なウェハ領域は、フィーチャがより疎なウェハ領域に比べて、（例えば、より高速の、より低速の、より等方的な、より異方的なエッチングになり得るなど）エッチングに若干違いが生じ得る。フィーチャ密度の違いに起因して生じる差異は、Ｉ／Ｄローディングと呼ばれる。製造の際に、このような差異を最小限に抑えることは有用である。これらの要件および他の可能性のあるデバイス固有の要件を満たすことに加えて、多くの場合、エッチングプロセスが基板の全面にわたって一貫して実施されることが要求される（例えば、エッチング特性は、半導体ウェハの中心からエッジまで均一でなければならない）。
【０００６】
フィンＦＥＴゲートのような先進構造をエッチングする際に、上記のような複数の目的を達成することは難しいことが分かっている。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書で開示するのは、半導体デバイスの製造において半導体基板およびその上の層をエッチングするための様々な方法および装置である。本明細書で記載する実施形態の一態様において、基板上のフィーチャをエッチングするための装置を提供する。装置は、プラズマが提供され得る内部（室）を画定するチェンバと、エッチング中にチェンバ内で基板を保持するための基板ホルダと、チェンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ発生器と、プラズマチェンバの内部をプラズマ発生器に近接する上部サブチェンバと基板ホルダに近接する下部サブチェンバとに分割するグリッドと、を備えることができ、上部サブチェンバは、下部サブチェンバの高さの少なくとも約１／６の高さを有し、また、グリッドは、略径方向外向きに延びる複数のスロットを有し、これらスロットにより、チェンバ内でプラズマが生成される際にグリッドに誘導電流が発生することを略防止する。
【０００８】
装置は、さらに、上部サブチェンバ内で上部ゾーン・プラズマを生成し、下部サブチェンバ内で下部ゾーン・プラズマを生成するという条件で、チェンバ内でプラズマを発生させるように設計または構成されたコントローラを備えることができ、下部ゾーン・プラズマの実効電子温度は、約１ｅＶ以下であって、上部ゾーン・プラズマの実効電子温度よりも低く、また、下部ゾーン・プラズマの電子密度は、約５×１０9ｃｍ-3以下であって、上部ゾーン・プラズマの電子密度よりも低い。コントローラは、さらに、グリッドおよび／または基板ホルダにバイアスを印加するように設計また構成することができる。コントローラは、さらに、チェンバにエッチャントガスを供給するように設計また構成することができる。一部の例では、コントローラは、プラズマにより基板をエッチングする間、チェンバ内の圧力を約２０００ミリトル（ｍＴｏｒｒ）未満とするように設計または構成される。しかしながら、一部の例では、コントローラは、エッチング中のチェンバ内を、約２００ミリトル未満の圧力など、より低い圧力とするように設計または構成される。他の例では、コントローラは、反応チェンバ内の圧力を約１〜２０ミリトルの間、または約５〜２０ミリトルの間に維持するように設計または構成することができる。コントローラは、さらに、下部サブチェンバ内でイオン−イオンプラズマを発生させるように設計または構成することができる。
【０００９】
一部の実施形態では、グリッドは、約１〜５０ｍｍの間、または約５〜２０ｍｍの間の平均厚さを有することができる。グリッドにおけるスロットは、典型的には、約０．３〜５の間のアスペクト比を有する。一部の実施形態では、スロットのアスペクト比は、約０．５〜２の間、または約１〜４の間である。スロットは、多くの場合、径方向外向きに延びるように配置されている。場合によって、方位角的に隣接する方位角隣接スロットは、少なくとも約１５°で離間されている。これらまたは他の例において、方位角隣接スロットは、約６０°以下で離間させることができ、例えば約５０°以下で離間させることができる。
【００１０】
一部の実施形態におけるプラズマ発生器は、チェンバの天井の上方に配置されたコイルを有する。一部の実施形態では、基板ホルダは、静電チャックである。装置には、他の様々な要素を含むことができる。例えば、装置は、さらに、処理ガス注入口を備えることができる。さらに、装置は、真空接続部を備えることができる。
【００１１】
開示する実施形態のさらなる態様において、半導体基板を処理するためのシステムを提供する。システムは、真空搬送モジュールと、真空搬送モジュール内のロボットと、真空搬送モジュールに接続される複数のステーションと、プロセッサを有するコントローラと、を備えることができ、複数のステーションのうち少なくとも１つは、プラズマを施すことが可能な内部を画成するチェンバと、エッチング中にチェンバ内で基板を保持するための基板ホルダと、チェンバ内でプラズマを生成するためのプラズマ発生器と、プラズマチェンバの内部をプラズマ発生器に近接した上部サブチェンバと基板ホルダに近接した下部サブチェンバとに分割するグリッドと、を備え、上部サブチェンバは、下部サブチェンバの高さの少なくとも約１／６の高さを有し、また、グリッドは、略径方向外向きに延びる複数のスロットを有し、該スロットにより、チェンバ内でプラズマが生成されるときにグリッドに誘導電流が発生することを略防止する。
【００１２】
いくつかの実施形態において、ステーションは、真空搬送モジュールにおけるファセットにインタフェース接続される。複数のセンサを、各ファセットに設けることができる。
【００１３】
本明細書で記載する実施形態のさらに別の態様では、半導体エッチング装置と関連して用いられるグリッドを開示し、これは、半導体デバイス製造用の標準的な半導体基板の直径と略同じ直径を有するプレートと、プレートにおいて略径方向外向きに延びる複数のスロットであって、プレートがプラズマに暴露されるときにプレートに誘導電流が発生することを略防止するための複数のスロットと、を備え、スロットは、約０．３〜５の間であるアスペクト比を有する。
【００１４】
グリッドは、半導体エッチング装置の処理チェンバ内に配置されると、これによって、処理チェンバを上部サブチェンバと下部サブチェンバとに分割し、そして上部サブチェンバ内で生成されるプラズマに曝されて、上部サブチェンバにおける上部電子密度よりも少なくとも約１０倍低い下部サブチェンバの下部電子密度を維持するように機能する。一部の実施形態では、グリッドは、上部電子密度よりも少なくとも約１００倍低い下部電子密度を維持するように機能することができる。多くの場合、標準的な半導体基板は、約２００ｍｍ、３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。方位角隣接スロットは、少なくとも約１０°で離間させることができる。また、方位角隣接スロットは、約６０°以下で離間させることができる。一部の実施形態では、グリッドは、金属で構成される。他の例では、グリッドは、絶縁性材料で構成される。一部の例において、グリッドは、金属と絶縁性材料の両方を含むことができる。
【００１５】
本明細書で記載する実施形態の他の態様において、基板上のフィーチャをエッチングする方法を提供し、該方法は、プラズマ発生器とグリッドとを備えるチェンバであって、グリッドは、プラズマチェンバの内部をプラズマ発生器に近接した上部サブチェンバと基板ホルダに近接した下部サブチェンバとに分割するものであって、上部サブチェンバは、下部サブチェンバの高さの少なくとも約１／６の高さを有する、チェンバ内の、基板ホルダに基板を供給することと；上部サブチェンバ内で上部ゾーン・プラズマを生成し、下部サブチェンバ内で下部ゾーン・プラズマを生成するという条件で、チェンバ内でプラズマを発生させることと；下部ゾーン・プラズマと基板との相互作用によって、基板のフィーチャをエッチングすることと、を含み、このとき、下部ゾーン・プラズマの実効電子温度は、約１ｅＶ以下であって、上部ゾーン・プラズマの実効電子温度よりも低く、また、下部ゾーン・プラズマの電子密度は、約５×１０9ｃｍ-3以下であって、上部ゾーン・プラズマの電子密度よりも低い。
【００１６】
一部の例では、プラズマを生成する際に、グリッドに電流は実質的に生じない。方法は、さらに、グリッドにバイアスを印加すること、および／または基板ホルダにバイアスを印加すること、を含むことができる。一部の実施形態では、方法は、さらに、チェンバにエッチャントガスを供給することを含む。エッチングは、約２０００ミリトル未満のチェンバ圧力で実施することができ、一部の例では、エッチングは、約１〜２００ミリトルの間、または約１〜２０ミリトルの間、または約５〜２０ミリトルの間のチェンバ圧力で実施される。下部ゾーン・プラズマは、本明細書で記載するような、イオン−イオンプラズマとすることができる。
【００１７】
これらおよび他の特徴について、関連する図面を参照して以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本明細書で開示するいくつかの実施形態により、エッチング工程で使用されるプラズマ処理システムを示す断面模式図である。
【００１９】
【図２Ａ】本明細書で開示するいくつかの実施形態によるグリッド構造の簡略上視図である。
【００２０】
【図２Ｂ】本明細書で記載するいくつかの実施形態によるグリッド構造の写真である。
【００２１】
【図３Ａ】エッチング副生成物の解離によって生じるいくつかの問題を示す説明図である。
【図３Ｂ】エッチング副生成物の解離によって生じるいくつかの問題を示す説明図である。
【図３Ｃ】エッチング副生成物の解離によって生じるいくつかの問題を示す説明図である。
【００２２】
【図４】開示する実施形態によるマルチステーション・クラスタツールの一実施形態を示す説明図である。
【００２３】
【図５Ａ】従来の高圧技術（図５Ａ）により、エッチングされたフィンＦＥＴ構造のＳＥＭ像を示す説明図である。
【図５Ｂ】プラズマグリッドを用いた一実施形態（図５Ｂ）により、エッチングされたフィンＦＥＴ構造のＳＥＭ像を示す説明図である。
【００２４】
【図６Ａ】従来の低圧技術（図６Ａ）により、エッチングされたフィーチャのＳＥＭ像を示す説明図である。
【図６Ｂ】プラズマグリッドを用いた本開示の一実施形態（図６Ｂ）により、エッチングされたフィーチャのＳＥＭ像を示す説明図である。
【００２５】
【図７】プラズマグリッドを用いることなく、いくつかのレジームに従ってエッチングされたフィーチャの様々なＳＥＭ像を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本出願において、「半導体ウェハ」、「ウェハ」、「基板」、「ウェハ基板」、および「半製品の集積回路」という用語は、区別なく用いられる。「半製品の集積回路」という用語が、集積回路がその上に作製される多くの段階のいずれかにおける半導体ウェハ上のデバイスを指し得ることは、当業者であれば理解できるであろう。以下の詳細な説明では、本発明がウェハ上で実施されることを想定している。例示的なワークピースには、（標準的な半導体基板と呼ばれることもある）直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍの半導体基板が含まれる。ただし、本発明はこれに限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、材質のものとすることができる。
【００２７】
以下の説明では、提示する実施形態についての完全な理解を与えるため、様々な具体的詳細について記載する。開示する実施形態は、それら特定の詳細の一部または全部がなくても実施することができる。また、開示する実施形態を不必要に不明瞭にすることがないよう、周知の工程処理については詳細に記載していない。開示する実施形態は、具体的な実施形態に関連させて説明されるが、当然のことながら、開示する実施形態を限定するものではない。
【００２８】
半導体デバイスの製造において半導体基板およびその上に形成された層のエッチングに用いられる装置が開示される。装置は、エッチングが実施されるチャンバによって規定される。一部の実施形態では、チャンバは、平面窓と、略平面状の励起コイルと、エッチング中に半導体基板を保持するための基台またはチャックと、を備える。当然のことながら、本開示は、特定のタイプのプラズマ源に限定されない。平面状の励起コイルの他に、ドーム型および平板型のプラズマ源を採用することができる。プラズマ源には、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、ならびにその他、当業者に周知のものが含まれる。本明細書で記載する実施形態では、チャンバ内に配置されて、チャンバを２つのサブチャンバに分割するグリッドを利用する。作動中には、サブチャンバはそれぞれ、異なる特性のプラズマを収容している。プラズマは、主として、または専ら、上部サブチャンバにおいて生成され、一部の種は、影響なくグリッドを通り抜けて、下部サブチャンバに入ることができる。グリッドは、グリッドの厚さを貫通したスロットを有する。いくつかの実現形態では、これらのスロットは、概ね／略、径方向外向きに延びている。本明細書で用いられる場合の「略径方向外向きに延びる」とは、その説明される特徴部が、少なくともある程度、径方向に向いた成分を有することを意味する。つまり、その特徴部の主要部分が、略中心からエッジへの方向に延びていればよく、特徴部全体が、すべて径方向に向いている必要はない。また、「中心からエッジへの方向」は、中心からエッジへの真の方向の周囲のある角度範囲（例えば、中心からエッジへの真の方向の約２０°の範囲内）を含むものと定義される。
【００２９】
グリッドは、グリッドの厚さを貫通した複数の径方向スロットを含むことができる。グリッドおよびスロットは、ほんの少数の高エネルギー電子のみがグリッドを通過し得るように設計されており、低エネルギー電子の通過は、グリッドを取り囲むシースによって効果的に阻止される。一般に、より高エネルギーの電子は、グリッドを通過して下部サブチャンバに入るときに、より低エネルギーの「より低温の」電子になる。高エネルギー電子は、グリッドを通過するのに十分なエネルギーを有し得るものの、それらの多くは、グリッドと衝突する角度でグリッドに接近して、エネルギーを損失する。実際にグリッドを通り抜ける高エネルギー電子は、励起源から既に切り離されているため、集合的に、グリッドの下でプラズマを維持するのに十分なエネルギーを持たない。高温電子が下部チャンバで低温となるメカニズムには、グリッドとの衝突と、グリッドの下での中性種との電子衝突と、グリッドの下の電子から励起源が排除されていることと、が含まれる。このように、グリッドは、下部サブチャンバにおいて、低電子密度（ｎe）および低平均実効電子温度（Ｔe）のプラズマを生成する機能を有し得る。グリッドの上方では、一般に、プラズマは、通常の電子−イオンプラズマであり、その中の負に帯電した種のうち極めて多くの部分が電子である。グリッドの下方では、プラズマは、はるかに高い割合で負イオンを含み、実際には、イオン−イオンプラズマであり得る。イオン−イオンプラズマのいくつかの特性については、後述する。大まかには、イオン−イオンプラズマは、電子−イオンプラズマと比較して、負に帯電した種として（電子よりも）イオンを、はるかに高い割合で含む。
【００３０】
［反応器内のグリッドの位置］
グリッドは、プラズマチャンバ内に配置されて、これにより、チャンバを上部サブチャンバと下部サブチャンバとに分割している。本明細書で記載するようなグリッドを備えるように改良するのに適したチャンバの一例は、カリフォルニア州フリーモント市所在のラムリサーチ社（Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）による反応器Ｋｉｙｏである。条件として、以下の説明では図１を参照することを想定することができ、これについてはさらに後述する。いくつかの実現形態において、グリッドは、反応チャンバの内部底面の上方、約１〜６インチ（２５．４〜１５２．４ｍｍ）の間に、または基台などの基板支持部の上方、約１〜６インチの間（例えば、約１．５〜３インチ（３８．１〜７６．２ｍｍ）の間）に配置される。これらまたは他の実現形態において、グリッドは、反応チャンバの内部天井の下方、約１〜６インチの間（例えば、約１．５〜３インチの間）に配置することができる。多くの場合、天井には、誘電体窓が装備されている。
【００３１】
一部の実施形態では、上部サブチャンバと下部サブチャンバの高さは、略同じ（例えば、約５％以内）であり、一方、他の実施形態では、それらの高さは、より顕著に異なり得る。サブチャンバ高さ比とも呼ばれる、下部チャンバの高さに対する上部チャンバの高さの比率（ｈu／ｈl）は、約０．１〜１０の間、または約０．２〜５の間とすることができる。いくつかの実施形態において、サブチャンバ高さ比は、約１／６よりも大きい。
【００３２】
グリッドは、ウェハに近すぎると、ウェハ面にグリッドの跡が生じる原因となり得るので、そのように配置されてはならない。すなわち、処理後のウェハ面に、望ましくないグリッドのスロットパターンが生じて、基板表面上で深刻なエッチング不均一性を引き起こすことがある。多くの応用において、基板の頂面からグリッドまでの離間距離が少なくとも約１インチであると十分である。
【００３３】
［グリッド設計］
グリッドは、スロットを有する比較的薄い板である。加えて、一部の実施形態では、グリッドは、他の形状の孔または穿孔部を有することができる。この場合、グリッドは、孔とスロットとを併せて有する。グリッド構造の非限定的な例を、図２Ａおよび図２Ｂに示している。グリッドに含まれる材料は、絶縁体、導体、またはそれらの組み合わせとすることができる。いくつかの実現形態において、グリッドは１つ以上の材料を含み、それらの材料には、限定するものではないが、金属と、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンなどの金属合金と、セラミック、シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、およびそれらの組み合わせが含まれる。材料は、例えば耐食性のための陽極酸化または他の不動態化が施されていても、または施されていないものであってもよい。一部の例では、グリッドは、セラミック、ガラス、厳しいプラズマ環境に耐えることができる堅牢なポリマ、またはこれらの材料のいずれかによる複合材料などの絶縁性材料を含むことができる。一実施形態において、グリッドは、セラミックコーティングを有する金属材料で構成される。他のコーティングを用いることもできる。コーティングされたグリッドを用いることは、特に被エッチング層が揮発性である場合に有効である。いくつかの実現形態において、グリッドは、純粋なコーティングで被覆することができ、それには、例えば、Ｙ2Ｏ3、ＹＦ3、ＹＡＧ、窒化チタン、またはＣｅＯ2のコーティングが含まれるが、ただし、これらに限定されない。また、グリッドは、接地するか、フローティングとするか、またはバイアスすることができる。いくつかの実現形態において、接地されたグリッドは、陰極の拡張バイアス電流帰路として機能する。
【００３４】
接地される場合のグリッドは、一般に、チャンバの水平断面全体に及ぶものである。グリッドがバイアスされる場合には、グリッドと最も近い接地面との間に約５ｃｍ以上の間隔を維持することができる。チャンバが（上から見て）円形である場合、グリッドも円形となる。これによって、グリッドは、反応チャンバを２つのサブチャンバに効果的に分割することが可能となる。いくつかの設計において、グリッドの円形形状は、典型的には円形ウェハである基板のジオメトリによって規定される。周知のように、ウェハは、一般に、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど、様々なサイズで提供される。角型基板またはより小さな基板の場合には、チャンバ内で実施されるエッチング工程に応じて、他の形状が可能である。グリッドの断面は、様々な形状とすることができる。平坦な平面状のグリッド断面は、一部の実施形態には適している。しかしながら、他の実施形態では、皿状、ドーム状、周期的形状（例えば、正弦波形状、矩形波形状、山形状）、傾斜状などのグリッド断面が適切である。これらの断面形状のいずれかを貫通したスロットまたは孔は、本明細書の別項に記載するような（アスペクト比を含む）特性を有することになる。
【００３５】
グリッドは、平均して、約１〜５０ｍｍの間の厚さ、好ましくは約５〜２０ｍｍの間の厚さとすることができる。グリッドは、厚すぎると、適正に機能しない場合がある（例えば、通過を阻まれる種が多すぎること、質量が大きすぎること、反応チャンバで占めるスペースが大きすぎること、などがある）。グリッドは、薄すぎると、プラズマ処理に耐えることができない場合があり、かなり頻繁な交換が必要となり得る。スロットの高さはグリッドの厚さによって決まるので、グリッドの厚さは、後述するように、グリッドにおけるスロットの所望のアスペクト比によっても制限される。
【００３６】
一部の実施形態において、グリッドは、上流プラズマと下流プラズマとの間の分離器として機能し、この場合、下流プラズマは、下部サブチャンバ内にあって、ラジカルリッチとなり得る。このように、グリッドを装備したプラズマチャンバによって、現在はカリフォルニア州フリーモント市所在のラムリサーチ社であるノベラスシステムズ社（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）から入手可能なＧＡＭＭＡ（登録商標）プラットフォームツールなどの既存のリモートプラズマ・ツールで達成されるのと同様の結果を得ることができる。この目的で機能させる場合には、グリッドは、比較的厚く、例えば約２０〜５０ｍｍ厚とすることができる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、グリッドはスロットを有し、それらのスロットは、典型的な一実施形態では、長くて薄い形状を有する。スロットは、グリッドの中心から径方向外向きに延びている。スロットは、高さ、幅、および厚さを有する（幅と長さを、図２Ａにおいてラベルで明示している）。スロット高さは、グリッド面に垂直な軸に沿って測定され、この高さは、グリッドの厚さに略等しい。スロットの幅は、スロットの径方向範囲にわたって可変または一定とすることができる。いくつかの例において、スロットは、扇形と（すなわち、グリッドの中心に向かってより薄く、エッジに向かってより厚く）することができる。いくつかの実施形態において、スロットは、その長さ方向がグリッドの中心から外向きに（すなわち、径方向に）延びている。いくつかの実施形態において、スロット幅は、約２５ｍｍ以下である。スロットの長さは、およそグリッドの方位角方向において可変または一定することができる。径方向スロットの分離角は、グリッドの周りで可変または一定することができる。
【００３８】
グリッドにスロットがない場合には、プラズマ生成中に、グリッドに電流が誘導されることになる。この電流は、グリッドの周りに略環状に流れるか、または局所渦電流を形成し、そして、電力消費が増加することになる。ところが、スロットがあることによって、そのような寄生電流の発生が防止され、これにより電力が節約されて、その結果、より効率的なプロセスとなる。略円形の孔などのような形状の開口部は、このような電流の発生を防ぐ効果が比較的低くなり得る。そこで、上述のように、円形開口部は、スロット状開口部と併せて用いることができる。
【００３９】
スロットのアスペクト比は、スロットの幅に対するその高さの比（ｈ／ｗ）と定義される。通常、このアスペクト比のジオメトリは、スロットの長さ方向（多くの場合、径方向）に垂直な断面として見ることができる。スロットの幅は可変とすることができるので、アスペクト比は、同様に可変とすることができる。いくつかの実施形態において、スロットのアスペクト比は、約０．３〜５の間、または約１〜４の間、または約０．５〜２の間である。多くの実施形態では、このようなアスペクト比を有するグリッドによって、上部サブチャンバと比較して、下部サブチャンバにおける電子密度および実効電子温度を低下させる。上述のように、電子がスロットを通過する際に、多くの高温電子がグリッドに衝突することを少なくとも一因として、実効電子温度が低下すると考えられる。また、下部サブチャンバの電子はグリッドによって遮蔽されることで、プラズマコイル（または他のプラズマ源）からの誘導加熱を受けないため、下部サブチャンバにおける実効電子温度は、上部サブチャンバと比較して低下する。
【００４０】
孔をスロットと共に用いる場合には、孔は、スロットと同じ目的を果たすことができる。従って、それらは、通常、上記のようなアスペクト比を有する。いくつかの実施形態において、孔は、約０．０５（１．２７ｍｍ）インチ〜約０．２（５．０８ｍｍ）インチの範囲の直径を有する。それらは、グリッドの厚さ全体を貫通している。
【００４１】
グリッドにより得られる更なる効果は、メイン注入器からの対流効果を緩和することができることである。これによって、ウェハ面へのガス流を、より均一とすることが可能である。ウェハと上部チャンバ内のガス注入器（複数の場合もある）との間にグリッドがあることによって、グリッドがガス流を妨げることで、ウェハ上で、より拡散性の高いフローレジームが得られるので、ガス注入器から送出されるガスの対流の影響を著しく軽減することが可能である。
【００４２】
一部の実施形態では、グリッドは、ガス吐出孔を含んでいる。このような実施形態では、グリッドは、上部サブチャンバおよび／または下部サブチャンバのためのシャワーヘッドであるという付加的な目的を果たすことができる。このような実施形態では、１つ以上のグリッドに、１つ以上のチャネルを含むことができる。これらのチャネルに、注入口（または複数の注入口）からガスを供給して、そのガスをグリッド（複数の場合もある）の複数の出口孔に送ることができる。出口孔は、上部サブチャンバおよび下部サブチャンバのいずれかまたは両方に処理ガスを送出するガス分配シャワーヘッドを形成することができる。
【００４３】
いくつかの実現形態において、グリッドは、グリッドを貫通してプロービング装置を配置することを可能にする特徴部を含む中心領域などの領域を有する。プロービング装置は、作動中のプラズマ処理システムに関連するプロセスパラメータをプローブするために設けることができる。プロービングプロセスには、発光終点検出、干渉法による終点検出、プラズマ密度測定、イオン密度測定、および他の計量プロービング操作を含むことができる。一部の実施形態では、グリッドの中心領域は、開口している。他の実施形態では、グリッドの中心領域は、光がグリッドを透過することを可能とするため、光学的に透明な材料（例えば、石英、サファイアなど）を含んでいる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、３００ｍｍウェハ用エッチャの場合に、グリッドの外縁付近で約１５ｍｍ〜４０ｍｍ毎に、グリッドにスロットを有することが好ましい場合がある。これは、方位角的に隣接する方位角隣接スロットが、それぞれ約１８°または約４８°だけ離間されていることに相当する。このように、いくつかの実施形態において、方位角隣接スロットは、少なくとも約１０°または少なくとも約１５°だけ離間されている。これらまたは他の実施形態において、方位角隣接スロットは、約４０°以下、または約５０°以下、または約６０°以下だけ離間されている。
【００４５】
いくつかの実施形態において、グリッドは、プラズマ形成において重要な役割を果たすものではない。しかし、グリッドは、電子−イオンプラズマを上部サブチャンバに留めるとともに、下部サブチャンバに送出させる種をフィルタリングして透過させる役割を担い得るものである。
【００４６】
［プラズマ特性］
グリッドは、プラズマチャンバを、２つのゾーン、すなわちプラズマ生成用のコイル（または他のプラズマ生成機構）に近接した上部ゾーンと、基板ホルダに近接した下部ゾーンとに、効果的に分割する。いくつかの実施形態において、上部ゾーンのプラズマは、比較的「高温」の高エネルギー電子を含んでいる。このプラズマは、しばしば電子−イオンプラズマとして特徴付けられる。いくつかの実施形態において、下部ゾーンのプラズマは、比較的「低温」の低エネルギー電子を含んでいる。この下部ゾーン・プラズマは、しばしばイオン−イオンプラズマとして特徴付けられる。
【００４７】
プラズマは、主として、または専ら、上部サブチャンバにおいて生成され得る。一実施形態では、上部サブチャンバの上方に位置するコイルに電流を流すことによって、上部サブチャンバにおいて誘導結合プラズマが生成される。シングルコイルまたは多重コイルが採用され得る。他の実施形態では、例えば、ＶＨＦ ＣＣＰ源を用いて、容量結合プラズマが生成される。グリッドがあることによって、上部サブチャンバのプラズマは、下位サブチャンバのプラズマとは明確に異なる特性を有する。
【００４８】
多くの実施形態において、上部ゾーン・プラズマは、通常の電子−イオンプラズマである。この種のプラズマでは、正に帯電した種のほとんどは正イオンであり、負に帯電した種のほとんどは電子である。負イオンは存在するものの、それらは比較的低濃度にすぎない。これに対し、下部サブチャンバのプラズマは、多くの場合、イオン−イオンプラズマである。イオン−イオンプラズマは、電子−イオンプラズマと比較して、負イオンである負に帯電した種の割合がより大きく、電子である負に帯電した種の割合がより低い。いくつかの実現形態において、イオン−イオンプラズマ中の電子濃度に対する正イオン濃度の比率（電子に対する正イオンの比ｎi／ｎeとも呼ばれる）は、約２以上であり、いくつかの例では、約５以上であるか、さらには約１０以上である。一部の例では、電子に対する正イオンの比は、下部プラズマでは、上部プラズマよりも少なくとも約２倍大きい（例えば、少なくとも５倍大きい）。
【００４９】
２つのプラズマ間の関連差異は、上部ゾーン・プラズマのほうが、著しく高い電子密度を有することである。例えば、下部ゾーン・プラズマの電子密度は、約５×１０9ｃｍ-3以下（例えば、約１×１０9ｃｍ-3以下）とすることができる。このような範囲は、特に電子負性処理ガスに適用可能である。上部ゾーン・プラズマは、下部ゾーン・プラズマのそれよりも少なくとも約１０倍大きい（例えば、少なくとも約１００倍大きい、または少なくとも約１０００倍大きい）電子密度を有することができる。いくつかの例において、下部サブチャンバは、イオン−イオンプラズマを有し、その場合の電子密度は、負イオン密度および正イオン密度よりも、少なくとも一桁小さい。具体的な下部サブチャンバ・プラズマの一例では、電子密度（Ｎｅ）が約１０8ｃｍ-3であり、正イオン密度（Ｎｉ＋）が約１０9ｃｍ-3であり、負イオン密度（Ｎｉ−）が約１０9ｃｍ-3である。
【００５０】
上部ゾーン・プラズマと下部ゾーン・プラズマとの間の追加的な差異は、通常、下部ゾーン・プラズマのほうが、正イオンに対する負イオンの比率がより高いということである。上部ゾーンの電子−イオンプラズマは、通常、主として正イオンと電子を含み、負イオンは比較的少ないので、負イオン：正イオン比は低くなる。下部ゾーン・プラズマにおける負イオン：正イオン比は、約０．５〜１の間（例えば、約０．８〜０．９５の間）とすることができる。
【００５１】
下部ゾーン・プラズマ中の比較的低い電子濃度についての、限定的ではない１つの考えられる説明は、下部ゾーンにある電子（例えば、上部ゾーンから下部ゾーンへグリッドを通り抜けた電子）は、一般に、ＲＦ電場により加熱されず、ガス分子との非弾性衝突によって急速にエネルギーを損失し、その結果、低実効電子温度となるということである。これらの低エネルギー電子は、中性種と相互作用して負イオンを生成する可能性が、（上部ゾーン・プラズマ中の高エネルギー電子と比較して）より高い。電子は、中性粒子に付着して負イオンを生成するためには、比較的低エネルギーでなければならない。このような負イオンの生成は、高エネルギー電子では発生せず、それらは、中性種と衝突したときに、結合して負イオンを生成するのではなく、他の電子を「蹴り出す」ことがある。
【００５２】
指摘したように、実効電子温度は、下部ゾーン・プラズマに比べて、上部ゾーン・プラズマで高い。電子は、グリッドのスロットを通過する際に冷却され得る。典型的には、下部ゾーン・プラズマの実効電子温度は、約１ｅＶ以下である。いくつかの例において、下部ゾーン・プラズマの実効電子温度は、約０．１〜１ｅＶの間（例えば、約０．２〜０．９ｅＶの間）とすることができる。実効電子温度は、電子ボルトで測定した場合、下部ゾーン・プラズマにおける温度よりも、上部ゾーン・プラズマにおいて、少なくとも約２倍高く（例えば、少なくとも約３倍高く）なり得る。具体的な実現形態では、上部ゾーン・プラズマは、約２．５ｅＶの実効電子温度を有し、下部ゾーン・プラズマは、約０．８ｅＶの実効電子温度を有する。いくつかの実施形態において、このような実効電子温度の違いは、全面的または部分的に、グリッドがあることに起因して生じる。
【００５３】
グリッドの役割は、特定の理論またはメカニズムに制限されることなく、以下のように説明することができる。グリッドは、下部サブチャンバを部分的に遮蔽して、その中の荷電種がプラズマコイルからの電力を直接受けることがないようにすることができる。さらに、グリッドのスロットの特定のアスペクト比によって、高エネルギー電子の一部がスロットを通過するときにグリッドと衝突するようにする。これによって、２つのプラズマゾーンで、２つの質的に異なるプラズマを発生させる。
【００５４】
上部ゾーン・プラズマと下部ゾーン・プラズマのもう１つの区別される特徴は、それらのプラズマ電位である。一般に、下部チャンバにおけるよりも、上部チャンバにおけるプラズマ電位は高い。例えば、上部プラズマにおけるプラズマ電位は、約８〜３５Ｖの間（例えば、約１０〜２０Ｖの間）とすることができ、下部プラズマにおけるプラズマ電位は、約０．４〜１０Ｖの間（例えば、約０．５〜３Ｖの間）とすることができる。このようなプラズマ電位の差は、下部サブチャンバでは電子エネルギーがより低いため、下部ゾーン・プラズマは電子を失うことを防ぐことに積極的である必要がないことから、生じ得る。
【００５５】
また、２つのプラズマは、通常、異なるエネルギー分布関数（例えば、イオンエネルギー分布関数および電子エネルギー分布関数）を有する。電子エネルギー分布関数とイオンエネルギー分布関数は、どちらも、下部プラズマでは幅がより狭く、上部プラズマでは幅がより広い。グリッドを用いることにより、波形発生器による高度な制御を用いることなく、極めて狭いイオンエネルギー分布関数を得ることができる。例えば、下部プラズマのイオンエネルギー分布関数は、わずか約５Ｖの半値全幅を有し得る。その結果、負イオンから負電流を引き出すことが可能であり、これが基板表面に達して（電子がこの目的を果たす代わりに）電気的中性を維持する。こうして、独特なエッチング機構が得られる。
【００５６】
下部ゾーン・プラズマ中のラジカル濃度は、約１％の全中性密度〜約７０％の全中性密度の範囲、または約１０％〜約７０％の全中性密度の範囲、または約１０％〜約５０％の全中性密度の範囲とすることができる。
【００５７】
エッチング工程中のチャンバ圧力は、約１〜２０００ミリトルの間（例えば、約２〜２００ミリトルの間）など、約２０００ミリトル未満とすることができる。具体的な一例では、チャンバ圧力は約２０ミリトル以下に維持される。このような圧力は、約０．５ｅＶ以下の実効電子温度および／または約５×１０8ｃｍ-3以下の電子密度を有する下部ゾーン・プラズマで用いる場合に、特に有用である。また、これらの圧力は、下部ゾーンのイオン−イオンプラズマで用いる場合に特に有用である。
【００５８】
イオン−イオンプラズマは、半導体処理において、いくつかの効果が得られると考えられる。例えば、イオン−イオンプラズマでエッチングされた半製品の半導体デバイスは、被エッチング基板の面にわたり、極めて良好な選択性、プロファイル角、疎／密（Ｉ／Ｄ）ローディング、および全面均一性を示す。従来の技術では、これらの効果をすべて同時に得ることはできなかった（すなわち、プロセス設計者は、例えば、良好な全面エッチング均一性を達成することと、他の効果を得ることとの間で、選択しなければならなかった）。従って、本明細書に記載の実施形態は、エッチング方法における大きな進歩を示すものである。
【００５９】
図３Ａ〜３Ｃは、エッチング副生成物の分解が、エッチングされているフィーチャに及ぼす影響を示している。最初に、図３Ａは、３層がその上に堆積された基板を示している。最下層３０３はゲート酸化物を表し、中間層３０５はポリシリコンを表し、（３つの個々のブロックとして示す）最上層３０７はハードマスクを表す。従来のエッチングプロセスでは、チャンバ内にあるプラズマが、図３Ｂに示すように、エッチング副生成物３１０を一部解離するように作用すると考えられる。このメカニズムには、正イオン３０９で一部を示すイオンアシスト化学エッチングが含まれることがある。これらの副生成物３１０は、多くの場合、揮発性成分（例えば、ＳｉＢｒ4）であり、条件が整えば、基板から掃去される。ところが、電子−イオンプラズマに特徴的である高実効電子温度のプラズマが、ウェハと接触すると、プラズマ中の高エネルギー電子が、揮発性副生成物３１０と反応することで、それらを物理化学的に「粘着性」の解離生成物３１２（例えば、ＳｉＢｒ2）に解離させる可能性がある。これらの解離生成物３１２は、図３Ｂに示すように、基板に付着することがあり、多くの場合、エッチングされているフィーチャの側壁に付着して、図３Ｃに示すように、エッチングプロセスを、非垂直または他の望ましくない形で発生させる。このような解離生成物の付着／再付着は、結果的に非垂直エッチングとなるローカルローディング効果につながる。
【００６０】
これらの望ましくない効果は、被エッチング基板に近接したプラズマの実効電子温度を抑えるためのグリッドを用いることによって、軽減される。グリッドによって、結果的にイオン−イオンプラズマを生成することができ、それに応じて電子密度および実効電子温度が低下することで、これらの望ましくない効果が軽減される。一般に、イオンは電子よりもかなり低いエネルギーを有するので、本発明の実施形態のイオン−イオンプラズマ中のイオンは、このような副生成物の解離を引き起こすことはない。本発明の実施形態では、電子−イオンプラズマを生成し得るものの、この高電子密度／高実効電子温度プラズマを上部サブチャンバに留めることができる。このため、エッチング副生成物は、下部ゾーン・プラズマのみに接触する傾向にあり、高実効電子温度の上部ゾーン・プラズマとは接触しない。また、イオン−イオンプラズマ中には多少の電子は存在するものの、それらの電子は一般に、低Ｔeを有し、従って、通常、副生成物の解離を引き起こすのに十分なエネルギーを持たない。このように、エッチング副生成物は、「粘着性」の問題を引き起こす化合物に解離されることはない。
【００６１】
［ウェハバイアス］
いくつかの実現形態において、ウェハは処理中にバイアスされる。これは、ウェハを保持／支持するのに用いられる静電チャックにバイアスを印加することにより実現される。ウェハは、下部サブチャンバにおいて（イオン−イオンプラズマなどの）より低Ｔeの低電子密度プラズマに暴露されるので、そのイオン−イオンプラズマに特有の効果が享受／促進されるように、チャックにバイアスを印加することができる。さらに、下部サブチャンバにおいて電子−イオンプラズマの形成が回避されるように、バイアスを印加することができる。例えば、バイアスは、電子−イオンプラズマの形成を防ぐのに適した周波数および電力とすることができ、その場合、イオン−イオンプラズマは、チャックバイアスにより与えられる電力を用いることなく形成される。例えば、基板へのバイアス電力の印加により発生する電子加熱量を抑えるように、ＲＦバイアスは、約２０ＭＨｚ未満の周波数、好ましくは約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの間の周波数とすることができる。一部の実施形態では、（周波数にかかわらず）バイアスは、約１％〜９９％の間のデューティサイクルで、約１Ｈｚ〜約１０ｋＨｚの範囲でパルス化される。
【００６２】
上述のように、通常の電子−イオンプラズマでは、プラズマ電位は、かなり高い正電位である。このようなプラズマ電位によって、それらの電子がプラズマから逃げ出す能力が効果的に制限される。一方、下部ゾーン・プラズマは、一般に、通常とは異なる低い電子密度および実効電子温度を有し、よって、その電子を効果的に留めるのに必要とされるのは、はるかに低いプラズマ電位にすぎない。この低プラズマ電位によって、動作ウィンドウの制限が緩和され、任意選択的に、バイアス波形の正サイクル期間に、イオン−イオンプラズマ中に負イオンを存在させることで、ウェハに向けた衝突を加速させることが可能となる。このようなエッチングレジームは、従来の連続波プラズマでは得ることができなかったものである。
【００６３】
静電チャックに印加されるバイアスの周波数は、イオン−イオンプラズマ中のイオン（限定されないが、特に負イオン）の形成および引力を最適化するように設計することができる。
【００６４】
静電チャックに印加されるバイアスの電力レベルは、下部サブチャンバでの電子−イオンプラズマの形成を防ぐように設計することができる。いくつかの実施形態において、チャックをバイアスするために供給される電力は、約３〜３００Ｗの間、例えば約５〜１５０Ｗの間である。これは、約０〜５００Ｖの間のバイアス電圧に相当し得る。
【００６５】
いくつかの実施形態において、静電チャックに印加されるバイアスの周波数は、約０．１〜１５ＭＨｚの間（例えば、約４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの間）である。具体的な一例では、バイアスは、約８ＭＨｚである。このような周波数は、イオン移動周波数に相当するので、特に有用となり得る。他の周波数を用いてもよいが、効果が低くなる可能性がある。例えば、約１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの間の周波数は、ある程度は機能し得るが、より高い上記周波数よりも効果は低くなる。チャック／ウェハに印加されるバイアスに関するもう１つの考慮事項は、バイアスの周波数が高すぎると、バイアスは、下部サブチャンバ内で電子−イオンプラズマを形成するように作用し得るということである。このような条件を回避するためには、静電チャックに印加されるバイアスの周波数は、約３０ＭＨｚ未満でなければならない。いくつかの実施形態において、バイアスの周波数は、約１００ｋＨｚ〜１３ＭＨｚの間である。
【００６６】
注目すべきことは、グリッドを使用し、かつ静電チャック／ウェハに適切な周波数のＡＣバイアスを印加する場合には、プラズマから負イオンと正イオンを交互に引き出してウェハ面に向けて加速させるように、ウェハ上方のプラズマシースを機能させることができるということである。すなわち、プラズマシースによって、正サイクルで負イオンを、そして負サイクルで正イオンを引き付けて、これらのサイクルをＡＣバイアスによって繰り返す。上述のように、このような（ウェハへの）負イオンの引き付けは、本発明の実施形態の実現より以前には、プラズマ電位が高すぎるために、これによってＡＣバイアス・サイクルの当該半分の引き付け効果を打ち消すことで、不可能であったものである。
【００６７】
前述のように、バイアスは、パルスで印加することができる。しかしながら、パルス化の必要がない多くのケースある。本発明の実施形態では、エッチングの全過程において、ウェハ上方に安定したイオン−イオンプラズマが得られる。従って、本明細書に記載の効果を得るためには、チャック／ウェハへのバイアスをパルス化する必要はない。ところが、いくつかの実施形態では、それでもバイアスがパルスで印加される場合があり、それは、例えば、エッチング速度または基板のイオン衝撃量を抑えるためであって、これにより下層に対するエッチング選択性を向上させる。イオン−イオンプラズマにおけるバイアスのパルス化は、イオンとラジカルを交互に用いて選択性を向上させることにより、特に有用とすることができる。すなわち、パルス化によって、基板表面へのイオンとラジカルの流れを分けることができる（パルスオン：ラジカル＋イオン；パルスオフ：ラジカルのみ）。
【００６８】
［プロセス／応用］
本明細書で開示する装置およびプラズマ条件は、シリコン（多結晶、アモルファス、単結晶、および／または微結晶シリコンを含む）、金属（ＴｉＮ、Ｗ、ＴａＮなどを含むが、これらに限定されない）、酸化物および窒化物（ＳｉＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどを含むが、これらに限定されない）、有機物（フォトレジスト、アモルファスカーボンなどを含むが、これらに限定されない）など、様々な材料のいずれかをエッチングするために用いることができ、さらに他の様々な材料として、限定するものではないが、Ｗ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＰｔＭｎ、ＰｄＣｏ、Ｃｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、Ｗ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、ＴａＳｎ、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ2、ＩｎＳｂＴｅ Ａｇ−Ｇｅ−Ｓ、Ｃｕ−Ｔｅ−Ｓ、ＩｒＭｎ、および／またはＲｕが含まれる。このコンセプトは、ＮｉＯx、ＳｒＴｉＯx、ペロブスカイト（ＣａＴｉＯ3）、ＰｒＣＡＭｎＯ3、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ1−xＴｉxＯ3）、（ＳｒＢｉＴａ）Ｏ3などの材料に拡張することができる。本装置は、現今の製造設備で使用可能な任意のガスの組み合わせ（ＨＢｒ、ＣＯ、ＮＨ3、ＣＨ3ＯＨなどを含む）で用いることが可能である。
【００６９】
本明細書で開示する装置およびプラズマ条件は、任意のテクノロジノードのデバイスまたは他の構造においてフィーチャをエッチングするために採用することができる。一部の実施形態では、エッチングは、２０−１０ｎｍノードまたはそれ以降のものの製造において用いられる。エッチングは、製造手順のフロントエンドと製造手順のバックエンドの両方の前に実施することができる。エッチングによって、優れた垂直プロファイル、材料選択性、Ｉ／Ｄローディング、および／または約２％よりも良好なウェハの中心からエッジへの均一性を提供することができる。好適なエッチング用途のいくつかの例には、シャロートレンチ・アイソレーション、ゲートエッチング、スペーサエッチング、ソース／ドレイン・リセスエッチング、酸化物リセス、およびハードマスク開口エッチングが含まれる。
【００７０】
［装置］
本明細書で記載する方法は、任意の適切な装置によって実施することができる。適切な装置は、グリッド構造により上部サブチャンバと下部サブチャンバとに分割されたチャンバと、本明細書で記載するようなエッチング条件を提供および維持するための電子ハードウェアと、を備えるものである。適切な装置は、さらに、そのような条件を達成するようにハードウェアを制御するため、さらにはＦＥＴのゲート電極をエッチングするなどの応用に適した一連のプロセス工程を実行するための、命令を有するシステムコントローラを備える。いくつかの実施形態において、ハードウェアには、プロセスツールに含まれる１つ以上の処理ステーションを含むことができる。
【００７１】
図１は、本明細書で記載するいくつかの実施形態による誘導結合型プラズマエッチング装置１００の断面図を模式的に示している。誘導結合型プラズマエッチング装置１００は、チャンバ壁１０１と窓１１１によって構造的に画成される全体エッチングチャンバを備える。チャンバ壁１０１は、典型的には、ステンレス鋼またはアルミニウムで製造される。窓１１１は、典型的には、石英または他の誘電材料で製造される。内部プラズマグリッド１５０によって、全体エッチングチャンバを、上部サブチャンバ１０２と下部サブチャンバ１０３とに分割している。下部サブチャンバ１０３内の内部底面の近くに、チャック１１７が配置されている。チャック１１７は、エッチングプロセスがその上で実施される半導体ウェハ（すなわち「ウェハ」）１１９を受けて、保持するように構成されている。チャック１１７は、ウェハがある場合にこれを支持するための静電チャックとすることができる。いくつかの実施形態において、エッジリング（図示せず）がチャック１１７を取り囲んでおり、それは、チャック１１７上にウェハがある場合にそのウェハ表面と略平面となる上面を有する。チャック１１７は、さらに、ウェハのチャッキングおよびデチャッキングを可能にするために、静電電極を有する。この目的のために、フィルタおよびＤＣクランプ電源を設けることができる。また、チャック１１７からウェハを持ち上げるための他の制御システムを設けることもできる。チャック１１７は、ＲＦ電源１２３を用いて帯電させることが可能である。ＲＦ電源１２３は、接続１２７を介して整合回路１２１に接続されている。整合回路１２１は、接続１２５を介してチャック１１７に接続されている。このようにして、ＲＦ電源１２３は、チャック１１７に接続されている。
【００７２】
窓１１１の上方に、コイル１３３が配置されている。コイル１３３は、導電性材料で製造されており、少なくとも１ターンの完全なターンを含んでいる。図１に示す例示的なコイル１３３は、３ターンを含んでいる。コイル１３３の断面に記号を付して示しており、「Ｘ」を付したコイルは、回転して紙面に入るように延伸し、「・」を付したコイルは、回転して紙面から出るように延伸する。ＲＦ電源１４１は、コイル１３３にＲＦ電力を供給するように構成されている。通常、ＲＦ電源１４１は、接続１４５を介して整合回路１３９に接続されている。整合回路１３９は、接続１４３を介してコイル１３３に接続されている。このようにして、ＲＦ電源１４１は、コイル１３３に接続されている。オプションのファラデーシールド１４９が、コイル１３３と窓１１１との間に配置される。ファラデーシールド１４９は、コイル１３３に対して離間した関係に維持される。ファラデーシールド１４９は、窓１１１の直ぐ上に配置される。コイル１３３、ファラデーシールド１４９、および窓１１１は、それぞれ、相互に略平行となるように構成されている。金属またはその他の種がプラズマチャンバの誘電体窓に付着することを、ファラデーシールドによって防ぐことができる。
【００７３】
上部チャンバに配置されたメイン注入口１６０を介して、さらに／またはＳＴＧとも呼ばれるサイド注入口１７０を介して、処理ガスを供給することができる。ガス排出口は図示していない。また、操作的プラズマ処理中の、真空制御、およびチャンバからのガス状副生成物の除去を可能にするために、チャンバ１０１に接続されたポンプも、図示していない。
【００７４】
装置の作動中には、注入口１６０および／または１７０を介して、１種以上の反応ガスを供給することができる。いくつかの実施形態において、ガスは、メイン注入口のみを介して、またはサイド注入口のみを介して供給することができる。いくつかの例では、注入口は、シャワーヘッドで置き換えることができる。ファラデーシールド１４９および／またはグリッド１５０は、チャンバへの処理ガスの送出を可能にする内部チャネルおよび孔を有することができる。すなわち、ファラデーシールド１４９およびグリッド１５０のいずれかまたは両方は、処理ガスを送出するためのシャワーヘッドとして機能することができる。
【００７５】
高周波電力がＲＦ電源１４１からコイル１３３に印加され、これにより、ＲＦ電流がコイル１３３に流れる。コイル１３３に流れるＲＦ電流によって、コイル１３３の周りに電磁場が発生する。この電磁場によって、上部サブチャンバ１０２内に誘導電流が発生する。この誘導電流が、上部サブチャンバ１０２内にあるガスに作用することで、上部サブチャンバ１０２内に電子−イオンプラズマが発生する。内部プラズマグリッド１５０によって、下部サブチャンバ１０３内の高温電子の量が制限される。いくつかの実施形態において、装置は、下部サブチャンバ内にあるプラズマがイオン−イオンプラズマとなるように、設計され、操作される。
【００７６】
上部の電子−イオンプラズマと、下部のイオン−イオンプラズマは、どちらも、正イオンと負イオンを含むが、イオン−イオンプラズマのほうが、負イオン：正イオン比が大きい。種々のイオンおよびラジカルとウェハ１１９との物理的および化学的相互作用によって、ウェハのフィーチャが選択的にエッチングされる。揮発性のエッチング副生成物は、排出口（図示せず）を介して下部サブチャンバから除去される。重要なことは、このような揮発性副生成物が高温電子に曝されることは実質的にないので、それらが不揮発性の「粘着性」解離生成物に解離される恐れはない。
【００７７】
典型的には、本明細書で開示するチャックは、約３０℃〜約２５０℃の範囲の、好ましくは約３０〜１５０℃の範囲の高温で作動する。この温度は、エッチングプロセス処理および具体的なレシピに依存する。また、チャンバ１０１は、約１ミリトル〜約９５ミリトルの範囲、または約５〜２０ミリトルの範囲の圧力で作動することができる。ただし、一部の実施形態では、上記で開示したような、より高い圧力とすることができる。
【００７８】
図示はしていないが、チャンバ１０１は、通常、クリーンルームまたは製造施設に設置されると、様々な設備に連結される。それらの設備には、処理ガス、真空、温度制御、環境粒子制御を提供する配管設備が含まれる。チャンバ１０１がターゲット製造施設に設置されると、このような設備が連結される。さらに、チャンバ１０１を搬送室に連結することができ、これによって、ロボット技術により、通常の自動操作を用いて、半導体ウェハをチャンバ１０１に出し入れする搬送が可能となる。
【００７９】
図２Ａ−２Ｂは、本明細書で記載する実施形態による内部プラズマグリッドの例を示している。グリッドは、径方向外向きに延びるスロットを有することができる。図２Ｂの実施形態では、３種類のスロットがある。３種類のスロットはそれぞれ、異なるスロット長を有する。図２Ｂに示すスロットは、上述のように、下部サブチャンバにおいてイオン−イオンプラズマを生成するのに適したアスペクト比を有する。図２Ａに示すスロットは、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【００８０】
いくつかの実施形態において、半導体エッチング装置を、マルチステーション・ツールに組み込むことができる。マルチステーション・ツールは、本明細書で開示するような複数のプラズマエッチング反応器を含むことができ、また、他の半導体製造プロセスを実施するための追加のステーションを含むことができる。マルチステーション統合処理ツールおよびそのようなツールを用いる方法は、２００６年２月８日に出願され、発明の名称を「ＷＡＦＥＲ ＭＯＶＥＭＥＮＴ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＡＣＲＯＳ（ウェハの移動を制御するマクロ）」とするＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００４６２５号、および２００８年５月７日に出願され、発明の名称を「ＤＹＮＡＭＩＣ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＯＦ ＷＡＦＥＲＳ ＵＳＩＮＧ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ ＶＡＬＵＥＳ ＯＢＴＡＩＮＥＤ ＴＨＲＯＵＧＨ Ａ ＳＥＲＩＥＳ ＯＦ ＷＡＦＥＲ ＭＯＶＥＭＥＮＴＳ（一連のウェハ移動を通じて得られる補償値を使用したウェハのダイナミックアライメント）」とする米国特許出願第１２／１１６，８９７号に、さらに説明および記載されており、これらの文献はそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００８１】
図４は、典型的な半導体プロセス・クラスタアーキテクチャを示しており、真空搬送モジュール３８（ＶＴＭ：Ｖａｃｕｕｍ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）とインタフェース接続される各種モジュールを例示している。当業者には周知のように、複数の保管設備および処理モジュールの間でウェハを「搬送する」ための搬送モジュールの構成は、しばしば「クラスタツールアーキテクチャ」システムと呼ばれる。様々な製造プロセスを実施するために個々に最適化することができる４つの処理モジュール２０ａ〜２０ｄと共に、ロードロックまたは搬送モジュールとも呼ばれるエアロック３０を、ＶＴＭ３８に示している。例として、処理モジュール２０ａ〜２０ｄは、基板エッチング、成膜、イオン注入、ウェハ洗浄、スパッタリング、および／または他の一般的な半導体プロセスを実施するように実現することができる。基板エッチング処理モジュールのうち１つまたは複数（２０ａ〜２０ｄのいずれか）を、本明細書で開示するように、すなわち反応チャンバを上部サブチャンバと下部サブチャンバとに分割するグリッド構造を備えるように、実現することができる。エアロック３０または処理モジュール２０について全体的に述べる場合に、あるエアロックまたはある処理モジュールのどちらかを指すときに、ステーションという用語が用いられる。各ステーションは、該ステーションを真空搬送モジュール３８にインタフェース接続するファセット３６を有する。各ファセットの内部で、センサ１〜１８を用いて、それぞれのステーションに出入りするウェハ２６の通過を検出する。
【００８２】
ロボット２２により、ウェハ２６をステーション間で搬送する。一実施形態では、ロボット２２は１つのアームを有し、他の実施形態では、ロボット２２は２つのアームを有し、その場合、各アームは、移送のためにウェハをピックアップするためのエンドエフェクタ２４を有する。大気搬送モジュール４０（ＡＴＭ：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）内のフロントエンド・ロボット３２を用いて、カセットから、またはロードポート・モジュール（ＬＰＭ：Ｌｏａｄ Ｐｏｒｔ Ｍｏｄｕｌｅ）４２内の正面開口一体型ポッド（ＦＯＵＰ（フープ）：Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）３４から、エアロック３０へウェハを搬送する。処理モジュール２０内部のモジュール中心２８は、ウェハ２６を配置するための理想的な位置を示している。ＡＴＭ４０内のアライナ４４を用いて、ウェハを位置合わせする。
【００８３】
例示的な処理方法では、ロードポート・モジュール４２内のフープ３４のいずれか１つに、ウェハが配置される。フロントエンド・ロボット３２が、ウェハをフープ３４からアライナ４４に搬送し、これにより、ウェハは、エッチングされる前に適切に中心に位置合わせされることが可能である。位置合わせされた後に、ウェハは、フロントエンド・ロボット３２によってエアロック・モジュール３０内に移送される。エアロック・モジュールは、大気搬送モジュールと真空搬送モジュールとの間で環境を適合させる能力を持つので、２つの圧力環境の間でウェハを損傷することなく移送することが可能である。ウェハは、エアロック・モジュール３０から、ロボット２２により真空搬送モジュール３８を通して、処理モジュール２０ａ〜２０ｄのいずれか１つの中に移送される。このようなウェハの移動を達成するため、ロボット２２は、そのアームの各々のエンドエフェクタ２４を使用する。ウェハが処理されたら、それを、ロボット２２によって、処理モジュール２０ａ〜２０ｄからエアロック・モジュール３０に移送する。そこから、フロントエンド・ロボット３２によって、フープ３４のいずれか１つまたはアライナ４４に、ウェハを移送することができる。
【００８４】
留意すべきことは、ウェハの移動を制御するコンピュータは、このクラスタアーキテクチャにローカルなものとすることができ、または製造現場内のどこか、もしくは遠隔地に配置して、ネットワークを介してクラスタアーキテクチャに接続することができるということである。
【００８５】
［システムコントローラ］
いくつかの実施形態において、システムコントローラ（１つ以上の物理コントローラまたは論理コントローラを含むことができる）により、エッチングチャンバの動作の一部またはすべてを制御する。システムコントローラは、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサとを備えることができる。プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、ステッピングモータ・コントローラボード、および他の同様の構成要素を含むことができる。適切な制御動作を実現するための命令が、プロセッサ上で実行される。これらの命令は、コントローラに関連付けられたメモリデバイスに格納されていてもよいし、あるいはネットワークを介して提供されるものであってもよい。いくつかの実施形態において、システムコントローラは、システム制御ソフトウェアを実行する。
【００８６】
システム制御ソフトウェアは、以下のチャンバ動作条件のうち１つ以上の適用のタイミングおよび／または大きさを制御するための命令を含むことができる：ガスの混合および／または組成、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウェハ／ウェハ支持部の温度、ウェハに印加するバイアス、コイルまたは他のプラズマ発生要素に印加する周波数および電力、ウェハ位置、ウェハ移動速度、ならびにツールによって実施される具体的なプロセスのその他パラメータ。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な方法で構成することができる。例えば、種々のプロセスツール・プロセスを実施するために必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するための、各種プロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトを作成することができる。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコーディングすることができる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、システム制御ソフトウェアは、上記の各種パラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンシング命令を含む。例えば、半導体製造プロセスの各段階は、システムコントローラで実行するための１つ以上の命令を含むことができる。例えば、エッチング段階のプロセス条件を設定するための命令は、対応するエッチングレシピ段階に含むことができる。一部の実施形態では、それらのレシピ段階は、あるプロセス段階のすべての命令がそのプロセス段階と同時に実行されるように、順に配列することができる。
【００８８】
いくつかの実施形態において、他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムを採用することができる。本目的のためのプログラムまたはプログラム部分の例には、基板位置決めプログラム、処理ガス組成制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびＲＦ電源制御プログラムが含まれる。
【００８９】
一部の例において、コントローラは、ガス濃度、ウェハの移動、さらに／またはコイルおよび／もしくは静電チャックに供給される電力、を制御する。コントローラは、例えば、必要な反応物質（複数の場合もある）を適切な濃度で供給する１種以上の流入ガス流を発生させるように、関連する弁を開閉することにより、ガス濃度を制御することができる。ウェハの移動は、例えば、所望の移動をウェハ位置決めシステムに指示することにより、制御することができる。コイルおよび／またはチャックに供給される電力は、上部サブチャンバ内で所望の電子−イオンプラズマを発生させ、下部サブチャンバ内で所望のイオン−イオンプラズマを発生させるための、特定のＲＦ電力レベルを与えるように制御することができる。さらに、下部サブチャンバ内で電子−イオンプラズマが形成されないような条件で、静電チャックに電力が供給されるように、コントローラを構成することができる。すなわち、コントローラは、下部サブチャンバ内でイオン−イオンプラズマ（または、少なくとも、適切な低実効電子温度および密度を有するプラズマ）を維持するように構成される。コントローラは、これらまたはその他の側面を、センサ出力（例えば、電力、電位、圧力などが所定の閾値に達したとき）、操作のタイミング（例えば、プロセスの所定の時点で弁を開放する）に基づいて、またはユーザから受ける指示に基づいて、制御することができる。
【００９０】
上記の各種ハードウェアおよび方法の実施形態は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池パネルなどの作製または製造のために、リソグラフィパターニング・ツールまたはプロセスとともに用いることができる。一般に、そのようなツール／プロセスは、必ずしもそうではないが、共通の製造設備で一緒に使用または実施される。
【００９１】
リソグラフィによる膜のパターニングは、通常、以下の工程の一部またはすべてを含み、各工程は、いくつかの考え得るツールによって実施可能となる。（１）例えばシリコン窒化膜がその上に形成された基板であるワークピースの上に、スピン式またはスプレー式のツールを用いて、フォトレジストを塗布する、（２）ホットプレートまたは炉または他の適切な硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる、（３）ウェハステッパなどのツールによって、可視光線または紫外線またはＸ線でフォトレジストを露光する、（４）ウェットベンチまたはスプレー式現像装置などのツールを用いて、選択的にレジストを除去するようにレジストを現像し、これによりパターンを形成する、（５）ドライまたはプラズマアシスト・エッチングツールを用いて、レジストパターンを下の膜またはワークピースに転写する、（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマ・レジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを剥離する。一部の実施形態では、フォトレジストを塗布する前に、アッシャブル・ハードマスク層（アモルファスカーボン層など）および他の適切なハードマスク（反射防止層など）を成膜することができる。
【００９２】
本明細書で記載した構成および／または手法は、当然のことながら、本質的に例示的なものであり、これらの具体的な実施形態または例は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、数多くの変形が可能である。本明細書に記載の具体的なルーチンまたは方法は、多数の処理戦略のうちの１つまたは複数を提示し得るものである。従って、例示した種々の処理動作は、例示した順序で、他の順序で、並列に、実行することができ、あるいは場合によって、省略することもできる。同様に、上記のプロセスの順序を変更することができる。
【００９３】
本開示の対象には、本明細書で開示した様々なプロセス、システムおよび構成の新規かつ非自明なすべての組み合わせおよび部分的組み合わせ、さらには、その他の特徴、機能、処理動作、および／または特性、ならびにそれらのあらゆる均等物が含まれる。
【００９４】
［実験］
本開示の方法および装置によって、半導体基板上の半製品のデバイスのエッチングが改善されることを、実験により確認した。プラズマグリッドを使用した場合には、エッチングされた製品は、良好な選択性、プロファイル角、疎／密ローディング、および全面エッチング均一性を示している。
【００９５】
図５Ａおよび５Ｂは、従来の高圧技術（５Ａ）により、および、プラズマグリッドを用いた本発明の実施形態（５Ｂ）により、エッチングされたフィンＦＥＴ構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像を示している。図５Ａに示すように、従来技術によると、ウェハの中心とエッジとの間に深刻な不均一性が認められる結果となる。例えば、フィーチャ底部は、ウェハのエッジよりも中心において、かなり多くエッチングされた。このことは、解離副生成物の再付着が、ウェハの中心よりもエッジ付近で、より大きな問題であったことを示唆している。Ｉ／Ｄローディングが大きく、材料間の選択性が低かった。疎／密ローディングは、いくつかの方法で検討することができる。エッチング深さの疎／密ローディングは、疎なフィーチャ（一般的には、大きなフィーチャであって、例えば、間隔５００ｎｍの配線）でのエッチング深さと、密なフィーチャ（一般的には、小さなフィーチャであって、例えば、間隔３０ｎｍの配線）でのエッチング深さとの差として、計算することができる。プロファイルの疎／密ローディングは、疎なフィーチャでのプロファイル角と、密なフィーチャでのプロファイル角との差として、計算することができる。また、疎／密ローディングは、限界寸法（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の比較を指す場合もある。その場合、疎／密ローディングは、（疎なフィーチャでの（底部ＣＤ−頂部ＣＤ））−（密なフィーチャでの（底部ＣＤ−頂部ＣＤ））として計算することができる。別段の規定がある場合を除き、Ｉ／Ｄローディングは、この限界寸法の比較を指すものとする。
【００９６】
一方、図５Ｂに示すように、プラズマグリッドを使用することで、中心からエッジへの均一性は、実質的に向上する。また、Ｉ／Ｄローディングは、はるかに低く、選択性が向上した。本実験は、フィンＦＥＴの高さを表す厚さまで薄厚化し、フルパターンウェハのエッチングをシミュレートするために５０％ＳｉＮクーポンで覆ったＳｉキャリアウェハ上で、実施した。フィンＦＥＴ構造は、プロファイルのテーパを最小限に抑えるように、６５％でオーバエッチングされた。
【００９７】
図６Ａおよび６Ｂは、従来の低圧技術（６Ａ）により、および、プラズマグリッドを用いた本発明の実施形態（６Ｂ）により、エッチングされたフィーチャのＳＥＭ像を示している。従来技術は、シリコンと酸化物との間の比較的低い選択性を示し、エッチングされたフィーチャはテーパ状のプロファイルを有し、また、Ｉ／Ｄローディングは良好ではなかった。一方、図６Ｂに示すように、プラズマグリッドによって、向上した選択性（無限大の選択性）、より垂直なプロファイル角が得られ、また、Ｉ／Ｄローディングは略なくなった。本実験は、パターンウェハから切り離されてキャリアウェハの中心に配置されたチップ上で、実施した。本実験は、フィンＦＥＴの高さを表す厚さまで薄厚化し、フルパターンウェハのエッチングをシミュレートするために５０％ＳｉＮクーポンで覆ったＳｉキャリアウェハ上で、実施した。
【００９８】
図７は、プラズマグリッドを用いることなく、いくつかのレジームに従ってエッチングされたフィーチャの様々なＳＥＭ像を示している。２通りの異なる圧力と、４通りの異なる総流量とを用いた。実効電子温度（Ｔｅ）は、圧力の増加に伴って低下する。滞留時間は、総流量の増加に伴って減少する。それぞれの圧力で、総流量を増加させると、エッチング結果が向上する。特に、高流量のケースは、より良好な（より垂直な）プロファイル角、および向上した選択性（より多いマスク残り）を示している。しかしながら、これらの改善は、より良好ではないＩ／Ｄローディングおよび中心からエッジへの均一性により、軽減される。この高流量での結果は、ガスの形態で掃去されない場合のいくつかの副生成物および／または解離生成物が、図３Ａ〜３Ｃに示すようにフィーチャの側壁および／または底部に付着し得ることで不良なエッチング結果となるという考えを裏付けるものである。総流量がより高いと、これらの副生成物が、より効果的に反応チャンバから掃去されて、エッチング不良が生じる可能性がより低くなる。
【００９９】
様々な実験によって、プラズマグリッドを使用した結果、極めて良好な選択性、プロファイル角、Ｉ／Ｄローディング、中心からエッジへの均一性を伴うエッチングプロセスが得られることが示された。いくつかの例において、選択性（すなわち、Ｓｉのエッチング速度：酸化物のエッチング速度）は、約１０より大きいか、または約１００よりも大きい。実際に、いくつかの例では、プラズマグリッドを用いることで、無限大の選択性が得られる場合がある。このような場合、酸化物材料がエッチングされることは略なく、むしろ、酸化物表面に少量の堆積が生じることがある。多くのケースにおいて得られるプロファイル角は、略垂直（例えば、約８９°超）である。いくつかの実現形態において、Ｉ／Ｄローディングは、約２°未満であることが示された。また、いくつかの実現形態における中心からエッジへの均一性は、約２ｎｍ未満であった。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図４】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【外国語明細書】
2014204127000001.pdf