(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上で実施されるべきプラズマプロセスを規定するための方法であって、
前記プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度を決定し、任意の時点における前記時間依存基板温度は前記時点におけるプラズマ成分の付着係数の制御に基づいて決定され、
前記プラズマプロセス中に適用されるべき上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差を決定し、前記基板は下部プラズマ境界として機能し、任意の時点における前記時間依存温度差は前記時点で前記基板に向けられる前記プラズマ成分のフラックスの制御に基づいて決定され、
前記プラズマプロセス中の前記上部プラズマ境界及び前記基板の温度制御を指示するように規定され接続されている温度制御装置による使用に適したデジタル形式で前記決定された時間依存基板温度及び時間依存温度差を記憶させることと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記付着係数は、前記プラズマ成分が前記基板に付着する親和性を表す時間依存パラメータである、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
基板温度の上昇は、付着係数の減少に対応し、前記プラズマ成分が前記基板に付着する親和性が低いことを表し、
基板温度の減少は、付着係数の増加に対応し、前記プラズマ成分が前記基板に付着する親和性が高いことを表す、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記時間依存温度差は、前記プラズマ成分に対する熱泳動効果に基づいて定められ、これによって、前記プラズマ成分のより高質量の部分は、より低温の領域に向かって移動し、前記プラズマ成分のより低質量の部分は、より高温の領域に向かって移動し、前記プラズマ成分の質量及び前記プラズマ成分が暴露される局所的温度に基づくその移動は、前記基板に向けられる前記プラズマ成分のフラックスを制御する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記基板上に存在する１つ以上の材料内に多数の高アスペクト比構造がエッチングされる高アスペクト比構造エッチングプロセスを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記上部プラズマ境界と前記基板との間の前記時間依存温度差は、前記高アスペクト比構造エッチングプロセス中、前記基板に向かう前記プラズマ成分のフラックスが前記基板の付近及び前記多数の高アスペクト比構造内に十分な量の適切な質量の前記プラズマ成分を提供することを保証するように、設定される、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記時間依存基板温度は、前記高アスペクト比構造エッチングプロセス中は、前記プラズマプロセスが完了するまで前記基板上のマスクを維持するために、十分な量の前記プラズマ成分が前記マスクに付着することを保証するように、前記多数の高アスペクト比構造の側壁を不都合なアンダカットから保護するために、十分な量の前記プラズマ成分が前記側壁に付着することを保証するように、及び前記プラズマプロセスが完了するまで前記多数の高アスペクト比構造が開かれた状態を維持することを保証するように、設定される、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記プラズマ成分は、前記プラズマプロセスのエッチング能力に対して抵抗力を有するポリマである、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記プラズマプロセス中に基板サポートに熱的に接触した状態で前記基板を保持し、
前記決定された時間依存基板温度を実現するために必要とされる時間依存基板サポート温度を決定し、
前記決定された時間依存基板サポート温度を、前記プラズマプロセス中の前記基板サポートの温度制御を指示するように規定され接続されている温度制御装置による使用に適したデジタル形式で記憶させること、
を備える方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記時間依存基板温度、及び前記上部プラズマ境界と前記基板との間の前記時間依存温度差のそれぞれは、前記基板の中心から前記基板の外周に至るまでの半径方向位置の関数として定められる、方法。
【請求項１１】
プラズマ処理チャンバを動作させるための方法であって、
プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度を取得し、任意の時点における前記時間依存基板温度は前記時点におけるプラズマ成分の付着係数の制御と相関し、
前記プラズマプロセス中に適用されるべき上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差を取得し、前記基板は下部プラズマ境界として機能し、任意の時点における前記時間依存温度差は前記時点で前記基板に向かう前記プラズマ成分のフラックスの制御と相関し、
前記基板ホルダの上面上で前記基板を保持し、前記基板ホルダは前記上部プラズマ境界を定める上部電極アセンブリの下部で前記上部電極アセンブリから離された場所に配置され、
前記基板の温度を前記得られた時間依存基板温度に従って制御するために、前記プラズマプロセス中の前記基板ホルダの温度を制御し、
前記プラズマプロセス中の前記上部電極アセンブリの温度を制御して、前記取得された前記上部プラズマ境界と前記基板との間の時間依存温度差に適合させること、
を備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、更に、
前記プラズマプロセス中の前記基板ホルダの温度を測定し、
前記測定された前記基板ホルダの温度に基づいて、基板ホルダ温度制御フィードバック信号を生成し、
前記取得された時間依存基板温度に従って前記基板の温度を維持するために、前記基板ホルダ温度制御フィードバック信号に基づいて前記基板ホルダの温度を制御すること、
を備える方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記基板ホルダの温度を制御することは、前記基板ホルダ内のヒータ、前記基板ホルダ内の冷却器、又はそれらを組み合わせたものを動作させることを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、更に、
前記プラズマプロセス中の前記上部電極アセンブリの温度を測定し、
前記測定された前記上部電極アセンブリの温度に基づいて、上部電極アセンブリ温度制御フィードバック信号を生成し、
前記取得された前記上部プラズマ境界と前記基板との間の時間依存温度差に従って前記上部電極アセンブリと前記基板ホルダとの間の温度差を維持するために、前記上部電極アセンブリ温度制御フィードバック信号及び前記基板ホルダ温度制御フィードバック信号に基づいて前記上部電極アセンブリの温度を制御すること、
を備える方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記上部電極アセンブリの温度を制御することは、前記上部電極アセンブリ内のヒータ、前記上部電極アセンブリ内の冷却器、又はそれらを組み合わせたものを動作させることを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、更に、
前記プラズマプロセス中の周辺構成要素の温度を測定し、前記周辺構成要素は前記プラズマ処理チャンバ内においてプラズマ発生空間の周囲に配置されており、
前記測定された前記周辺構成要素の温度に基づいて、周辺構成要素温度制御フィードバック信号を生成し、
前記プラズマプロセス中の前記周辺構成要素の目標温度を維持するために、前記周辺構成要素温度制御フィードバック信号に基づいて前記周辺構成要素の温度を制御すること、
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
前記周辺構成要素の温度を制御することは、前記周辺構成要素内のヒータ、前記周辺構成要素内の冷却器、又はそれらを組み合わせたものを動作させることを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記周辺構成要素は、閉じ込めリング、周辺シュラウド、又はこれらの組み合わせを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法であって、
前記周辺構成要素の前記目標温度は、前記プラズマプロセス中の時間の関数として指定される、方法。
【請求項２０】
請求項１１に記載の方法であって、
前記プラズマ成分は、前記プラズマプロセスのエッチング能力に対して抵抗力を有するポリマである、方法。
【請求項２１】
請求項１１に記載の方法であって、
前記基板ホルダ及び前記上部電極アセンブリのそれぞれは、半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンを含むように規定され、
前記得られた時間依存基板温度は、前記基板ホルダの前記半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンのそれぞれのために提供され、
前記取得された前記上部電極アセンブリと前記基板との間の時間依存温度差は、前記上部電極アセンブリの前記半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンのそれぞれのために提供される、方法。
【請求項２２】
基板のプラズマ処理のためのシステムであって、
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、前記基板を保持するように規定されている基板ホルダであって、１つ以上の温度制御装置を含む基板ホルダと、
前記プラズマ処理チャンバ内において前記基板ホルダの上部で前記基板ホルダから離間されて配置されている上部電極アセンブリであって、１つ以上の温度制御装置を含む上部電極アセンブリと、
目標基板温度を維持するために前記基板ホルダの前記１つ以上の温度制御装置を制御するように規定されている温度制御モジュールであって、前記基板と前記上部電極アセンブリとの間の目標温度差を維持するために前記上部電極アセンブリの前記１つ以上の温度制御装置を制御するように更に規定されている温度制御モジュールと、
を備えるシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムであって、
前記目標基板温度は、プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度である、システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムであって、
任意の時点における前記時間依存基板温度は、前記時点におけるプラズマ成分の付着係数の制御と相関を有する、システム。
【請求項２５】
請求項２２に記載のシステムであって、
前記基板と前記上部電極アセンブリとの間の前記目標温度差は、プラズマプロセス中に適用されるべき前記基板と前記上部電極アセンブリとの間の時間依存温度差である、システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、
任意の時点における前記時間依存温度差は、前記時点で前記基板に向かうプラズマ成分のフラックスの制御と相関を有する、システム。
【請求項２７】
請求項２２に記載のシステムであって、更に、
前記基板ホルダの温度を測定するように配置されている第１の温度測定装置と、前記基板ホルダの温度は、その上で保持されている前記基板の温度と相関を有し、
前記上部電極アセンブリの温度を測定するように配置されている第２の温度測定装置と、
を備え、前記第１及び第２の温度測定装置のそれぞれは、それぞれの温度測定信号を前記温度制御モジュールに伝えるように規定されている、システム。
【請求項２８】
請求項２２に記載のシステムであって、
前記基板ホルダの前記１つ以上の温度制御装置は、前記基板ホルダ内に埋め込まれている冷却器及びヒータを含む、システム。
【請求項２９】
請求項２２に記載のシステムであって、
前記上部電極アセンブリの前記１つ以上の温度制御装置は、前記上部電極アセンブリ内に埋め込まれている冷却器及びヒータを含む、システム。
【請求項３０】
請求項２２に記載のシステムであって、
前記基板ホルダ及び前記上部電極アセンブリのそれぞれは、それぞれの温度制御装置を備える半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンを含むように規定されている、システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体製造では、回路の一部分のフォトレジストマスクパターンを半導体ウエハ上の１つ以上の材料（導体又は絶縁体）に転写するために、プラズマエッチングプロセスを使用することができる。プラズマエッチングプロセスにおいて、プラズマは、フォトレジストマスクパターンの開口領域、すなわちフォトレジストマスクによって保護されていない領域に露出している材料をエッチングによって除去する働きをする。エッチング反応は、プラズマ中に存在する化学的に活性の帯電種（イオン）によって達成される。プラズマは、プラズマチャンバ内の反応物混合から発生する。用途によっては、プラズマ中に存在するイオンをウエハに向かって加速させ、そうしてウエハからの材料のエッチングに方向性を付与するために、電場を使用することができる。エッチングプロセスが完了したら、フォトレジストマスクはウエハから除去される。
【０００２】
プラズマエッチングプロセス中、フォトレジスト材料は、エッチング化学物質及び／又はエッチング副生成物質によって浸食又は変質される可能性がある。フォトレジスト材料の過剰な浸食は、フォトレジストマスクパターンの歪み、及びそれに対応するウエハエッチングの歪みを引き起こす可能性がある。また、適切に制御されないと、エッチング副生成物は、フォトレジストマスクパターンの開口を小さくし、そうしてエッチング対象材料へのプラズマのエッチング成分の到達を阻む可能性がある。更に、上記の問題は、高アスペクト比の特徴及び非常に小さい寸法を有する高度なデバイスの製造において、より一層深刻になる。本発明の実施形態がもたらされるのは、このような状況においてである。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、基板上で実施されるべきプラズマプロセスを規定するための方法が開示される。方法は、プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度を決定することを含む。任意の時点における時間依存基板温度は、その時点におけるプラズマ成分の付着係数の制御に基づいて決定される。方法は、また、プラズマプロセス中に適用されるべき上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差を決定することも含む。基板は、下部プラズマ境界として機能する。任意の時点における時間依存温度差は、その時点で基板に向かわされるプラズマ成分のフラックスの制御に基づいて決定される。方法は、更に、決定された時間依存基板温度及び時間依存温度差を、プラズマプロセス中の上部プラズマ境界及び基板の温度制御を指示するように定められて接続される温度制御装置による使用に適したデジタル形式で記憶させることも含む。
【０００４】
別の実施形態では、プラズマ処理チャンバを動作させるための方法が開示される。方法は、プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度を得ることを含む。任意の時点における時間依存基板温度は、その時点におけるプラズマ成分の付着係数の制御と相関する。方法は、また、プラズマプロセス中に適用されるべき上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差を得ることも含む。基板は、下部プラズマ境界として機能する。任意の時点における時間依存温度差は、その時点で基板に向かうプラズマ成分のフラックスの制御と相関する。方法は、また、基板ホルダの上面上で基板を保持することも含む。基板ホルダは、上部プラズマ境界を定める上部電極アセンブリの下部で上部電極アセンブリから離された場所に配される。方法は、更に、基板の温度を時間依存基板温度にしたがって制御するために、プラズマプロセス中の基板ホルダの温度を制御することも含む。また、方法は、プラズマプロセス中の上部電極アセンブリの温度を制御して、上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差に適合させることも含む。
【０００５】
別の実施形態では、基板のプラズマ処理のためのシステムが開示される。システムは、プラズマ処理チャンバを含む。プラズマ処理チャンバ内に基板ホルダが配され、基板を保持するように定められる。基板ホルダは、１つ以上の温度制御装置を含む。システムは、また、プラズマ処理チャンバ内において基板ホルダの上部で基板ホルダから離されて配される上部電極アセンブリも含む。上部電極アセンブリは、１つ以上の温度制御装置を含む。システムは、更に、目標基板温度を維持するために基板ホルダの１つ以上の温度制御装置を制御するように定められた温度制御モジュールも含む。温度制御モジュールは、更に、基板と上部電極アセンブリとの間の目標温度差を維持するために上部電極アセンブリの１つ以上の温度制御装置を制御するようにも定められる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の原理を例として示す添付の図面とあわせてなされる以下の詳細な説明から、本発明のその他の特徴及び利点がより明らかになる。
【図１Ａ】基板の一部としての誘電性材料の上に配されたフォトレジストマスク材料を示す図である。
【図１Ｂ】エッチングプロセスを通じてマスク材料が薄くなる様子を示す図である。
【図１Ｃ】耐エッチング被覆及び残りのマスク材料の除去後における誘電性材料の被エッチング領域を示す図である。
【図２Ａ】過剰なポリマ被覆がどのようにして被エッチング開口を狭め、被エッチング開口内におけるエッチングプロセスを時期尚早に遮断するかを明示する図である。
【図２Ｂ】不十分なポリマ被覆蒸着がどのようにしてマスク材料の時期尚早な除去及びエッチング特徴の広がりを引き起こすかを明示する図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、エッチング作業の実施に使用するためのプラズマ処理チャンバを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、図３Ａの拡大領域Ｘを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態にしたがった、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2、及び不活性ガス（Ａｒ）を使用する誘電性エッチングプラズマ化学物質についてのポリマ蒸着傾向チャートを示す図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態にしたがった、温度差（ΔＴ）対エッチングプロセス時間の一例を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態にしたがった、プラズマエッチングプロセス中の代表的な上部電極温度分布Ｔ上部電極及び基板温度分布Ｔ基板を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、代表的なプラズマ処理チャンバを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、図４Ａの例における上部電極アセンブリ及び基板ホルダの複数の同心温度制御ゾーンの上面図である。
【図５】本発明の一実施形態にしたがった、図４Ａの代表的なプラズマ処理チャンバに基づいた、基板のプラズマ処理のためのシステムを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にしたがった、基板上で実施されるべきプラズマプロセスを定めるための方法のフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態にしたがった、プラズマ処理チャンバを動作させるための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、多くの具体的詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば、本発明が、これらの具体的詳細の一部又は全部が特定されなくても実施されうることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス工程の詳細な説明は省かれている。
【０００８】
半導体製造では、プラズマエッチングプロセスは、エッチングされるべきでない部分の基板を保護するためにパターン化マスク材料を使用するのが一般的である。プラズマエッチングの目的は、マスク材料ではなく基板上の露出材料に対するエッチング選択性を最適にするようにプラズマを配合することにある。しかしながら、プラズマがマスク材料をある程度エッチングすることは、不可避であるのが一般的である。また、基板上のエッチングされるべき材料は、マスク材料をエッチングする能力も高いようなプラズマ配合を必要とすることがよくある。したがって、プラズマエッチングにおける挑戦は、マスク材料のエッチングを管理し、マスクパターンが基板に正確に転写されることを保証すること、及びエッチングプロセスが完了するまでマスク材料が基板を適切に保護することを保証することにある。また、エッチング副生成物質も、それらがエッチングプロセスを阻害しないことを保証するように制御される必要がある。
【０００９】
一部のプラズマエッチングプロセスでは、プラズマの発生元である混合ガスは、不動態化ガスを含むことができる。この不動態化ガスは、エッチングされるべき材料と比べてマスク材料のエッチング損傷及び浸食を選択的に低減させるように定めることができる。一実施形態では、不動態化ガスは、マスク材料の表面上に、マスク材料のエッチングを減速させる障壁として機能する耐エッチング被覆を形成する。不動態化ガスに付随する耐エッチング被覆は、被エッチング領域内の垂直面にも広がって、垂直面の浸食及びそれに関係した上部特徴のアンダカットを軽減することができる。不動態化ガスによって提供される耐エッチング被覆の存在下では、垂直にバイアスされたエッチングを更に積極的に使用して、基板に垂直な方向へのエッチングを進行させることができる。したがって、エッチングプラズマ混合における不動態化ガスの使用は、異方性エッチングプロセス中のマスク保護に有用であることができ、これは、方向性の高エネルギイオン衝撃を使用する場合に特に顕著である。
【００１０】
一実施形態では、プラズマの発生元である反応性ガス混合は、エッチングガスと、不動態化ガスとして機能するポリマ形成ガスとを含む。プラズマ中、エッチングガスは、高反応性の種を形成し、これらは、基板上の露出材料をエッチングする働きをし、また、想定外にマスク材料もエッチングする。エッチング反応は、基板の垂直面上及び横方向面上の両方で発生し、結果として異方性エッチング傾向を生じる。プラズマ中のポリマ形成ガスの存在、及びそれに対応する耐エッチング被覆は、被エッチング構造及びマスク材料の表面上に蒸着された状態で、適切な材料に対するエッチング選択性、及び電気的バイアスの存在下でのエッチング異方性の両方を向上させる働きをする。
【００１１】
図１Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態にしたがった、特徴（又は構造）を形成する代表的なプロセス手順を示している。図１Ａは、基板の一部としての誘電性材料１０８の上に配されたフォトレジストマスク材料１０４を示している。マスク材料１０４は、開口領域１１２を含むパターンを形成する。図１Ｂは、開口１１２内で誘電性材料１０８がエッチングされた状態を示している。図１Ｂは、また、エッチングプロセスを通じてマスク材料が薄くなる様子も示している。また、エッチングプロセス中、マスク材料１０４、及び誘電性材料１０８内の被エッチング領域は、例えばポリマ被覆などの耐エッチング材料の被覆１０３によって覆われている。図１Ｃは、耐エッチング被覆１０３及び残りのマスク材料１０４の除去後における誘電性材料１０８の被エッチング領域を示している。
【００１２】
エッチングプロセス中、マスク材料は、エッチング対象材料内でエッチングの進行に伴って、浸食及び／又は損傷される可能性がある。マスク材料の浸食／損傷の一部は、その下の材料にも転写され、ストリエーション、ＣＤ（限界寸法）の拡大、ファセッティングなどの、望ましくないパターン歪みをあとに残すと考えられる。図１Ｃに示されるように、誘電性材料１０８内に完成されたエッチング特徴は、幅Ｗ及び深さＤによって定められる。エッチング特徴のアスペクト比（ＡＲ）は、特徴の深さ対特徴の幅（Ｄ／Ｗ）の比率によって定められる。高度な集積回路デバイスの製造では、エッチング特徴の幅が０．１ミクロン（マイクロメータ）以下ほどの小ささに、エッチング特徴の深さが３ミクロン以上ほどの深さになり、そうしてエッチング特徴のアスペクト比を５０〜６０又はそれよりも更に高くする可能性がある。例えば、高アスペクト比特徴エッチングは、なかでも特に、コンタクトホール、ビアホール、トレンチ、メモリセル構造の製造で生じる可能性がある。
【００１３】
小寸法及び高アスペクト比の特徴をエッチングするときに、もし、マスク材料上及びエッチング特徴内の側壁上に例えばポリマ被覆などの耐エッチング被覆が過剰に蒸着されると、それらの耐エッチング被覆は、エッチング前線の前進を阻害し、エッチングされるべき対象材料のエッチングを停止させる可能性がある。図２Ａは、過剰なポリマ被覆がどのようにして被エッチング開口を狭め、被エッチング開口内におけるエッチングプロセスを時期尚早に遮断するかを明示している。図２Ａでは、対象材料（例えば誘電性材料などのエッチングされるべき材料）の上に、パターン化マスク材料２０４が配されている。パターン化マスク材料２０４は、対象材料をプラズマに暴露させて更にそれに対応してエッチングさせるための、開口２１２を含む。プラズマエッチングプロセス中は、マスク材料２０４上及び被エッチング領域の側壁上にポリマ被覆などの耐エッチング被覆２０３が蒸着される。図２Ａは、耐エッチング被覆２０３が過剰に蓄積されたときに、耐エッチング被覆２０３が狭まって、被エッチング領域をそれ以上のプラズマへの暴露から遮断し、そうして開口２１２内のエッチングプロセスを事実上停止させることを例示している。
【００１４】
また、もし、マスク材料上及びエッチング特徴内の側壁上に例えばポリマ被覆などの耐エッチング被覆が十分に蒸着されないと、マスク材料及び／又はエッチング特徴の側壁は、所望の深さのエッチング特徴が得られるよりも前に速くエッチングされ過ぎて、エッチング特徴の変形及び／又は広がりを引き起こす可能性がある。図２Ｂは、不十分なポリマ被覆蒸着がどのようにしてマスク材料の時期尚早な除去及びエッチング特徴の広がりを引き起こすかを明示している。図２Ｂでは、対象材料１０８の上にパターン化マスク材料２０４’が配され、該マスク材料は、対象材料をプラズマに暴露させて更にそれに対応してエッチングさせるための、開口２１２’を含む。また、マスク材料２０４’上には、ポリマ被覆などの耐エッチング被覆２０３’も蒸着される。図２Ｂは、耐エッチング被覆２０３が十分に蒸着されないと、開口２１２’の付近でマスク材料が薄くなって浸食され、エッチング特徴の側壁がエッチングされ過ぎ、結果として開口２１２’の不都合な広がりが生じる可能性があることを例示している。高度なデバイスの製造では、エッチング特徴の寸法を小さく維持すること及びエッチングの深さを達成することが、ともに重要である。したがって、プラズマエッチングプロセス中に蒸着される例えばポリマ被覆などの耐エッチング被覆の量及び分布を管理することが必要である。
【００１５】
図３Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、エッチング作業の実施に使用するためのプラズマ処理チャンバ３００を示している。チャンバ３００内において、基板３０１は、基板サポート３０２上に位置しており、当該サポートは、電極又は静電チャック（ＥＳＣ）であり得る。基板サポート３０２の上方で基板サポート３０２から離された位置に、上部電極３０３が配される。図３Ｂは、本発明の一実施形態に従う図３Ａの拡大領域Ｘを示している。拡大領域Ｘは、上部電極３０３の一部分と、基板３０１の一部分とを含む。基板３０１の一部分は、エッチングされるべき対象材料３１０と、当該対象材料３１０の上に配されているパターン化マスク材料３２０とを含む。パターン化マスク材料３２０は、エッチングプロセス中に対象材料３１０をプラズマに暴露させるための開口３０５を含む。プラズマへの対象材料３１０の暴露は、対象材料３１０内で開口３０５が存在するところにエッチング特徴を形成させる。
【００１６】
エッチングプロセス中は、プラズマからマスク材料３２０上に及びエッチング特徴内の表面上に、ポリマ材料などの耐エッチング材料３３０が蒸着される。プラズマ内の耐エッチング材料３３０は、耐エッチング材料３３０の一部の粒子がその他の粒子よりも大きい質量を有するような質量分布を有する。図３Ｂでは、耐エッチング材料３３０の、より大質量の粒子３３０Ａが「＋」で、耐エッチング材料３３０の、より小質量の粒子３３０Ｂが「−」で記されている。プラズマエッチングプロセス中、耐エッチング材料３３０は、熱泳動効果を受け、このとき、より大質量の粒子３３０Ａは、より低温の表面／領域に向かって移動し、より小質量の粒子３３０Ｂは、より高温の表面／領域に向かって移動する。
【００１７】
図３Ｂの例では、上部電極３０３と基板３０１との間に温度差が存在し、上部電極３０３の温度のほうが、基板３０１の温度よりも高くなっている。したがって、図３Ｂの例では、プラズマ中に、耐エッチング材料３３０の、より大質量の粒子３３０Ａは、「＋」記号で記されるように、より低温の基板３０１に向かって移動する。反対に、プラズマ中に、耐エッチング材料３３０の、より小質量の粒子３３０Ｂは、「−」記号で記されるように、より高温の上部電極３０３に向かって移動する。
【００１８】
代表的な一実施形態では、上部電極３０３と基板３０１との間の温度差は、約２０℃であってよく、上部電極３０３のほうが、高い温度を有している。しかしながら、プラズマプロセスは、温度要件について大幅に変わり得る。場合によっては、上部電極３０３のほうが、基板３０１よりも高い温度を有し、場合によっては、基板３０１のほうが、上部電極３０３よりも高い温度を有する。また、上部電極３０３と基板３０１との間の、又はチャンバ３００内のその他の任意の表面との間の温度差の大きさは、プロセス間で、及び所定のプロセス内で可変であることができる。例えば上部電極３０３と基板３０１との間などの、プラズマに暴露される表面同士の間の（１つ以上の）温度差の制御は、プラズマ中の耐エッチング材料３３０の空間質量分布の制御を可能にすることがわかる。また、プラズマ中の耐エッチング材料３３０の空間質量分布を制御することによって、基板３０１の付近における耐エッチング材料３３０粒子の質量分布を制御することが可能である。
【００１９】
図３Ｃは、本発明の一実施形態に従う、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2、及び不活性ガス（Ａｒ）を使用する誘電性エッチングプラズマ化学物質についてのポリマ蒸着傾向チャートを示している。エッチングプラズマ化学物質中、Ｃ4Ｆ6は、ポリマ形成ガスである。温度差（ΔＴ）は、上部電極と基板との間の温度差として定義される、すなわち、ΔＴ＝Ｔ上部電極−Ｔ基板である。図３Ｃのチャートは、ΔＴの増加が更に多くのポリマを基板上に蒸着させることを示している。エッチングプラズマ化学物質には、２種以上のポリマ形成ガスが使用されてよいことが理解されるべきである。ポリマ形成ガスの非限定的な例として、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ5Ｆ、Ｃ3Ｈ7Ｆ、Ｃ2Ｈ3Ｆ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ2、Ｃ3Ｈ8、及びＳｉＨ4、Ｓｉ（ＣＨ3）4、Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）4が挙げられる。
【００２０】
図３Ｄは、本発明の一実施形態にしたがった、温度差（ΔＴ）対エッチングプロセス時間の一例を示している。図３Ｄの例は、エッチングプロセス中の３段階（Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩ）を示している。エッチングプロセスの段階Ｉは、開口の初期エッチングを伴う。エッチングプロセスの段階ＩＩは、開口内を更に深くエッチングすることを伴う。エッチングプロセスの段階ＩＩＩは、対象材料内の開口が所望の深さに到達すること及び／又はエッチングされている対象材料の下の材料層を露出させることを保証するために、オーバッチングすることを伴う。例えば、対象材料が誘電性の膜であり、開口がコンタクト又はビアのためのものであるならば、段階ＩＩＩのオーバエッチングは、開口が誘電性層の下の金属層に到達することを保証するために、開口内に残るあらゆる誘電性膜を取り除く働きをすることができる。
【００２１】
図３Ｄの例では、上部電極と基板との間の温度差（ΔＴ）は、エッチングプロセスの段階Ｉの最中に最大である。段階Ｉでは、フォトレジストマスク材料を覆ってフォトレジストマスク材料の損失を抑えるために、また、開口の側壁を覆って横方向のエッチングを阻止するために、より大質量のポリマの蒸着が望まれる。エッチングプロセスの段階Ｉの最中に、高めの温度差（ΔＴ）を維持することによって、より大質量のポリマ粒子が、基板表面の付近に分布される。図３Ｄの代表的なエッチングプロセスの段階ＩＩの最中は、プラズマのエッチング成分が、エッチング特徴内の更に深くに到達する必要がある。したがって、エッチングプロセスの段階ＩＩの最中は、蒸着されたポリマが、プラズマのエッチング成分が開口３０５底部のエッチング前線にアクセスすることを制限することがないように、エッチング特徴内における過剰なポリマ蒸着を回避する必要がある。エッチングプロセスの段階ＩＩの最中に、温度差（ΔＴ）を下げることによって、より一様なポリマ粒子質量分布が、基板表面の付近に実現される。そして、エッチングプロセスの段階ＩＩＩの最中は、これ以上のポリマ蒸着は不要である。したがって、段階ＩＩＩの最中は、より大質量のポリマが、エッチング特徴内の深いところでのオーバエッチングを邪魔しないように、更に低い温度差（ΔＴ）が適用される。
【００２２】
プラズマ中の、ポリマ材料などの耐エッチング材料は、粒子の形態で存在しているのが一般的である。これらの粒子は、一部には、表面に粘着する粒子の数を表面に接触する粒子の数で割ったものとして定義される付着係数（ＳC）によって特徴付けられる。したがって、ポリマ材料の付着係数（ＳC）が高いほど、より多くのポリマ材料が表面上に粘着する。ポリマ材料の場合は、付着係数（ＳC）は、温度の関数であり、温度の上昇とともに減少する。したがって、基板温度の上昇は、付着係数（ＳC）の減少に対応する、すなわち基板に粘着するポリマが少ないことに対応する。
【００２３】
エッチングプロセス中、例えばウエハなどの基板の温度は、被エッチング領域に流れ込むポリマ材料が、被エッチング領域の側壁に、アンダカットにつながる恐れがある横方向のエッチングからそれらの側壁を保護するのに十分に粘着することを確実にするように制御される。しかしながら、基板の温度は、被エッチング領域へのポリマ材料のキャッピング（蓋のように覆うこと）につながる恐れがある被エッチング領域の側壁へのポリマ材料の過剰な蓄積を回避するようにも制御される。例えば、エッチングプロセスのどこかの段階では、エッチング前線を塞がらない状態に維持するために、被エッチング領域の底部に到達するポリマの量を減らすことが望まれる。これを達成するためには、ポリマが、被エッチング領域の底部に到達する前にマスクの上及び被エッチング領域の側壁に粘着するように、基板の温度を減少させて、ポリマの付着係数（ＳC）を増加させることができる。
【００２４】
上部電極と基板との間の温度差（ΔＴ）は、プラズマ中の耐エッチング材料の空間質量分布を制御することによって、基板に向けられる、例えばポリマなどの耐エッチング材料の量を制御することが理解されるべきである。また、基板の温度は、どれだけの耐エッチング材料が基板に付着するかを制御する、例えばポリマなどの耐エッチング材料の付着係数（ＳC）を制御することが理解されるべきである。したがって、プラズマエッチングプロセス中の基板上への耐エッチング材料の蒸着は、基板の温度、及び基板と、上部電極などのプラズマチャンバ内のその他の表面との間の温度差を制御することによって制御することができる。
【００２５】
図３Ｅは、本発明の一実施形態にしたがった、プラズマエッチングプロセス中の代表的な上部電極温度分布Ｔ上部電極（３５０）及び基板温度分布Ｔ基板（３４０）を示している。エッチングプロセス中の任意の時点における上部電極と基板との間の温度差（ΔＴ）は、Ｔ上部電極−Ｔ基板によって与えられる。図３Ｅの温度分布は、議論目的で提供されたものであり、基板のプラズマ処理中に適用可能なものとして考えられる温度分布を決して限定するものではないことが理解されるべきである。各種の実施形態では、プラズマプロセスは、原則的に任意の数のプロセスステップによって表すことができ、各プロセスステップは、基板温度の、及び／又は基板と上部電極との間の（若しくは基板とプラズマチャンバ内のその他の温度制御表面との間の）温度差の変更を潜在的に含んでいる。
【００２６】
図３Ｅの例におけるプラズマエッチングプロセスは、４つのステップ（又は段階）（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ）を含む。基板の温度Ｔ基板（３４０）は、ステップＩからステップＩＩにかけて上昇し、ステップＩＩＩの間は一定に留まり、次いで、ステップＩＶにおいて減少する。基板と上部電極との間の温度差（ΔＴ）は、ステップ１からステップＩＩにかけては同じままであり、ステップＩＩからステップＩＩＩにかけて減少し、ステップＩＩＩからステップＩＶにかけては同じままである。基板と上部電極との間の温度差（ΔＴ）の制御は、基板に向かわされるポリマフラックスの大きさを決定する。基板温度の制御は、基板付近のポリマフラックスが基板へのその付着に関してどのように管理されるかを決定する。本明細書で開示される方法は、プラズマエッチングプロセス中の基板上への及びエッチング特徴内へのポリマの蒸着を制御するために、基板温度、及び基板と上部電極（又はその他のチャンバ表面）との間の温度差を制御することを提供する。
【００２７】
図４Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、代表的なプラズマ処理チャンバ４００を示している。チャンバ４００は、上板４０２と、底板４０４と、囲い壁４０６とによって規定されている。チャンバ４００の内部空洞４０８は、内部空洞４０８からのガス除去のために、排気ポート４１０に流体接続され、当該ポートは、排気ポンプ４１２に接続されている。チャンバ４００内において、基板ホルダ４０１の上部で基板ホルダ４０１から離間して、上部電極アセンブリ４１３が配置されている。上部電極アセンブリ４１３と基板ホルダ４０１との間には、上部電極アセンブリ４１３と基板ホルダ４０１との間のプラズマ発生空間４０５の周辺境界を形成するために、周辺シュラウド（側壁）アセンブリ４１５が規定されている。
【００２８】
一実施形態では、矢印４１９によって示されるように、上部電極アセンブリ４１３内のポート４１７を通じてプラズマ発生空間４１９内へプロセスガスが流入される。また、一実施形態では、プロセスガスは、矢印４２３によって示されるように、周辺シュラウドアセンブリ４１５内のポート４２１を通じてプラズマ発生空間４０５から流出され、チャンバ４００の内部空洞４０８に入り、そこから、排気ポート４１０を通じて排出され得る。一実施形態では、プラズマ発生体積４０５からポート４２１を通る流体の流れの絞り調整を可能にするために、ポート４２１のごく近くに圧力制御リング４２５が配置され、圧力制御リング４２５はポート４２１に向かう及びポート４２１から遠ざかる方向４２７に可動である。また、一部の実施形態では、上部電極アセンブリ４１３内のプロセスガス供給ポート４１７は、プロセスガス源及びプロセスガス流量に関して別々の独立した能力をそれぞれ有する複数の同心ゾーン（例えば図４ＡのゾーンＡ、Ｂ、Ｃ）の形に定められる。なお、図４Ａに描かれたプロセスガス供給及びプロセスガス流量制御の構成は、例として提供されたものであり、本明細書で開示される発明の原理を制限するものではないことが理解されるべきである。
【００２９】
上部電極アセンブリ４１３は、無線周波数（ＲＦ）電源４２９に接続され、ＲＦ電力をプラズマ発生空間４０５に送るように規定される。上部電極アセンブリ４１３に供給されるＲＦ電力は、単一周波数又は多重周波数であってもよい。上部電極アセンブリ４１３は、また、幾つかの加熱素子４３１と、幾つかの冷却素子４３３とを含む。一実施形態では、加熱素子４３１は、抵抗ヒータとして定められる。また、一実施形態では、冷却素子４３３は、冷却流体を流すことができる流路として定められる。しかしながら、加熱素子４３１及び冷却素子４３３は、各種の実施形態において、上部電極アセンブリ４１３の制御加熱及び制御冷却をそれぞれ提供することができる限り、様々な形に定めることが可能であることが理解されるべきである。
【００３０】
また、上部電極アセンブリ４１３の加熱素子４３１及び／又は冷却素子４３３も、温度制御に関して別々の独立した能力をそれぞれ有する複数の同心ゾーン状に規定することができる。例えば、図４Ａは、上部電極アセンブリ４１３内の３つの温度制御ゾーン（ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ）を示している。図４Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、上部電極アセンブリ４１３の、同心状に定められた温度制御ゾーンの上面図を示している。上部電極アセンブリ４１３は、温度測定結果を温度制御モジュール４３５に提供する熱電対などの幾つかの温度測定装置を含む。複数ゾーンに分けられた加熱素子及び／又は冷却素子の場合は、各ゾーンが、温度制御モジュール４３５に接続された１つ以上の温度測定装置を含むことができる。ここで理解されるべき点は、上部電極アセンブリ４１３が、効果的で迅速で精密な温度制御能力と、正確な温度測定／監視能力とを備えていることである。
【００３１】
基板ホルダ４０１は、半導体ウエハなどの基板４０３を、プラズマ発生空間４０５に暴露された状態で保持するように規定されている。一実施形態では、基板ホルダ４０１は、ＲＦ電力をプラズマ発生空間４０５に送ることができるように、無線周波数（ＲＦ）電源４１１に接続されている。ＲＦ電源４１１は、単一周波数又は多重周波数のいずれかであることができる。また、別の一実施形態では、基板ホルダ４０１は、基準接地電位に接続されることができる。一実施形態では、基板ホルダ４０１は、静電チャック（ＥＳＣ）として規定されている。
【００３２】
基板ホルダ４０１は、幾つかの加熱素子４０７と、幾つかの冷却素子４０９とを含む。一実施形態では、加熱素子４０７は、抵抗ヒータとして規定されている。また、一実施形態では、冷却素子４０９は、冷却流体を流動させることができる流路として定められる。しかしながら、基板ホルダ４０１の加熱素子４０７及び冷却素子４０９は、各種の実施形態において、基板ホルダ４０１の制御加熱能力及び制御冷却能力をそれぞれ提供することができる限り、様々な形に定めることが可能であることが理解されるべきである。
【００３３】
また、基板ホルダ４０１の加熱素子４０７及び／又は冷却素子４０９は、温度制御に関して別々の独立した能力をそれぞれ有する複数の同心ゾーン状に規定することができる。例えば、基板ホルダ４０１は、上部電極アセンブリ４１３の温度制御ゾーン構成に実質的に一致する３つの温度制御ゾーン（ゾーンＡ、Ｂ、Ｃ）を含む。基板ホルダ４０１は、温度測定結果を温度制御モジュール４３５に提供する熱電対などの幾つかの温度測定装置を含む。複数のゾーンに分けられた加熱素子及び／又は冷却素子の場合は、各ゾーンが、温度制御モジュール４３５に接続されている１つ以上の温度測定装置を含むことができる。ここで理解されるべき点は、基板ホルダ４０１は、効果的で迅速で精密な温度制御能力と、正確な温度測定／監視能力とを備えていることである。
【００３４】
また、一実施形態では、周辺シュラウドアセンブリ４１５も、幾つかの加熱素子４３７と、幾つかの冷却素子４３９とを含むことができる。一実施形態では、加熱素子４３７は、抵抗ヒータとして定められる。また、一実施形態では、冷却素子４３９は、冷却流体を流動させることができる流路として定められる。しかしながら、加熱素子４３７及び冷却素子４３９は、各種の実施形態において、周辺シュラウドアセンブリ４１５の制御加熱能力及び制御冷却能力をそれぞれ提供することができる限り、様々な形に定めることが可能であることが理解されるべきである。また、周辺シュラウドアセンブリ４１５は、温度測定結果を温度制御モジュール４３５に提供する熱電対などの幾つかの温度測定装置を含む。やはりここで理解されるべき点は、周辺シュラウドアセンブリ４１５のが、効果的で迅速で精密な温度制御能力と、正確な温度測定／監視能力とを備えていることである。
【００３５】
図５は、本発明の一実施形態に従う図４Ａの代表的なプラズマ処理チャンバ４００に基づく、基板のプラズマ処理のためのシステム５００を示している。システム５００は、プラズマ処理チャンバ４００と、チャンバ４００内に配される基板ホルダ４０１と、チャンバ４００内において基板ホルダ４０１の上部で基板ホルダ４０１から離されて配される上部電極アセンブリ４１３とを含む。基板ホルダ４０１は、図４Ａに関して論じられた加熱素子４０７及び冷却素子４０９などの１つ以上の温度制御装置５０９を含む。温度制御装置５０９は、温度制御モジュール４３５によって制御されるように接続されている。上部電極アセンブリ４１３は、図４Ａに関して論じられた加熱素子４３１及び冷却素子４３３などの１つ以上の温度制御装置５１１を含む。温度制御装置５１１は、温度制御モジュール４３５によって制御されるように接続される。
【００３６】
基板ホルダ４０１の温度を測定するために、第１の温度測定装置５０１が配置されている。なお、第１の温度測定装置５０１は、１つ以上の温度測定装置を表すことができることが理解されるべきである。そして、基板ホルダ４０１内に複数の温度制御ソーンがある場合は、第１の温度測定装置５０１は、複数の温度制御ゾーンにそれぞれ対応する複数の温度測定装置を表すことができる。第１の温度測定装置５０１は、温度制御モジュール４３５に接続されている。
【００３７】
上部電極アセンブリ４１３の温度を測定するために、第２の温度測定装置５０３が配置されている。なお、第２の温度測定装置５０３は、１つ以上の温度測定装置を表すことができることが理解されるべきである。そして、上部電極アセンブリ４１３内に複数の温度制御ソーンがある場合は、第２の温度測定装置５０３は、複数の温度制御ゾーンにそれぞれ対応する複数の温度測定装置を表すことができる。第２の温度測定装置５０３は、温度制御モジュール４３５に接続されている。
【００３８】
システム５００は、また、温度制御モジュール４３５による読み出し及び利用が可能な温度データを記憶させるように定められる。一実施形態では、データストレージモジュール５０５は、コンピュータメモリである。しかしながら、その他の実施形態では、データストレージモジュール５０５は、温度制御モジュール４３５による読み出し及び利用が可能な温度データを記憶させることができる限り、原則的に任意の形に定めることが可能であることが理解されるべきである。一実施形態では、データストレージモジュール５０５は、システム５００内に規定されている。その他の実施形態では、データストレージモジュール５０５は、システム５００とは別に、但しシステム５０５とデータ通信できるように規定される。例えば、温度制御モジュール４３５は、データストレージモジュール５０５を維持するようにシステム５０５の外部に規定されている計算装置と有線接続又は無線接続のいずれかを通じて通信するように規定することができる。
【００３９】
データストレージモジュール５０５は、プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度を定めるデータを含む。時間依存基板温度データは、データストレージモジュール５０５から温度制御モジュール４３５への入力として提供される。任意の時点における時間依存基板温度データは、その時点におけるプラズマ成分の付着係数（ＳC）の制御と相関する。そして、基板の温度は、第１の温度測定装置５０１によって測定される基板ホルダ４０１の温度と相関する。
【００４０】
データストレージモジュール５０５は、また、プラズマプロセス中に適用されるべき上部電極アセンブリと基板との間の時間依存温度差を定めるデータも含む。時間依存基板温度差データは、データストレージモジュール５０５から温度制御モジュール４３５への入力として提供される。任意の時点における時間依存温度差データは、その時点で基板に向かうプラズマ成分のフラックスの制御と相関がある。
【００４１】
温度制御モジュール４３５は、目標基板４０３温度を維持するために、基板ホルダ４０１の１つ以上の温度制御装置５０９を制御するように定められる。一実施形態では、目標基板４０３温度は、プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度である。任意の時点における時間依存基板４０３温度は、その時点におけるプラズマ成分の付着係数の制御と相関がある。
【００４２】
温度制御モジュール４３５は、更に、基板４０３と上部電極アセンブリ４１３との間の目標温度差を維持するために、上部電極アセンブリ４１３の１つ以上の温度制御装置５１１を制御するように定められる。一実施形態では、基板４０３と上部電極アセンブリ４１３との間の目標温度差は、プラズマプロセス中に適用されるべき基板４０３と上部電極アセンブリ４１３との間の時間依存温度差である。任意の時点における時間依存温度差は、その時点で基板４０３に向かうプラズマ成分のフラックスの制御と相関がある。
【００４３】
一実施形態では、基板ホルダ４０１及び上部電極アセンブリ４１３のそれぞれは、それぞれの温度制御装置を備える半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンを含むように定められる。この実施形態では、基板ホルダ４０１の、半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンのそれぞれのために、データストレージモジュール５０５から時間依存基板温度データが提供される。また、この実施形態では、上部電極アセンブリ４１３の、半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンのそれぞれのために、データストレージモジュール５０５から、上部電極アセンブリ４１３と基板４０１との間の時間依存温度差データが提供される。
【００４４】
図６は、本発明の一実施形態に従う基板上で実施されるべきプラズマプロセスを定めるための方法のフローチャートを示している。方法は、プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度を決定するための工程６０１を含む。任意の時点における時間依存基板温度データは、その時点におけるプラズマ成分の付着係数（ＳC）の制御に基づいて決定される。付着係数（ＳC）は、プラズマ成分が基板に付着する親和性を表す時間依存パラメータである。基板温度の上昇は、付着係数（ＳC）の減少に対応し、プラズマ成分が基板に付着する親和性が低いことを表す。基板温度の減少は、付着係数（ＳC）の増加に対応し、プラズマ成分が基板に付着する親和性が高いことを表す。一実施形態では、プラズマ成分は、プラズマプロセスのエッチング能力に対して抵抗力を有するポリマである。
【００４５】
方法は、また、プラズマプロセス中に適用されるべき上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差を決定するための工程６０３も含む。一実施形態では、上部プラズマ境界は、プラズマに暴露される上部電極アセンブリの表面によって定められる。基板は、下部プラズマ境界として機能する。任意の時点における時間依存温度差は、その時点で基板に向けられるプラズマ成分のフラックスの制御に基づいて決定される。時間依存温度差は、プラズマ成分に対する熱泳動効果に基づいて定められ、それによって、プラズマ成分の、より高質量の部分は、より低温の領域に向かって移動し、プラズマ成分の、より低質量の部分は、より高温の領域に向かって移動する。プラズマ成分の質量及びプラズマ成分が暴露される局所的温度に基づくその移動は、基板に向けられるプラズマ成分のフラックスを制御する。
【００４６】
方法は、更に、決定された時間依存基板温度及び時間依存温度差を、温度制御装置による使用に適したデジタル形式で記憶させるための工程６０５も含む。温度制御装置は、プラズマプロセス中の上部プラズマ境界及び基板の温度制御を指示するように定められて接続されている。また、一実施形態では、時間依存基板温度、及び上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差のそれぞれは、基板の中心から基板の外周に至るまでの半径方向位置の関数として定められている。
【００４７】
一実施形態では、方法は、プラズマプロセス中に基板を基板サポートに熱的に接触した状態で保持することによって、工程６０１において決定された時間依存基板温度を実現するために必要とされる、時間依存基板サポート温度を決定するための工程を含む。この実施形態は、また、決定された時間依存基板サポート温度を、プラズマプロセス中の基板サポートの温度制御を指示するように定められて接続される温度制御装置による使用に適したデジタル形式で記憶させるための工程も含む。
【００４８】
一実施形態では、プラズマプロセスは、基板上に存在する１つ以上の材料内に多数の高アスペクト比特徴がエッチングされる高アスペクト比特徴エッチングプロセスを含む。この実施形態では、上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差は、高アスペクト比特徴エッチングプロセス中は、基板に向かうプラズマ成分のフラックスが基板の付近及び上記多数の高アスペクト比特徴内に十分な量の適切な質量のプラズマ成分を提供することを保証するように、設定される。また、この実施形態では、時間依存基板温度は、高アスペクト比特徴エッチングプロセス中は、１）プラズマプロセスが完了するまでマスクを維持するために、十分な量のプラズマ成分が基板に付着することを保証するように、２）上記多くの高アスペクト比特徴の側壁を不都合なアンダカットから保護するために、十分な量のプラズマ成分が上記側壁に付着することを保証するように、及び３）プラズマプロセスが完了するまで上記多くの高アスペクト比特徴が開かれた状態を維持することを保証するように、設定される。
【００４９】
図７は、本発明の一実施形態に従うプラズマ処理チャンバを動作させるための方法のフローチャートを示している。方法は、プラズマプロセス中に適用されるべき時間依存基板温度を得るための工程７０１を含む。任意の時点における時間依存基板温度データは、その時点におけるプラズマ成分の付着係数（ＳC）の制御と相関する。一実施形態では、プラズマ成分は、プラズマプロセスのエッチング能力に対して抵抗力を有するポリマである。
【００５０】
方法は、また、プラズマプロセス中に適用されるべき上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差を決定するための工程７０３も含む。一実施形態では、上部プラズマ境界は、プラズマに暴露される上部電極アセンブリの表面によって定められる。基板は、下部プラズマ境界として機能する。任意の時点における時間依存温度差は、その時点で基板に向かうプラズマ成分のフラックスの制御と相関する。
【００５１】
方法は、また、基板ホルダの上面上で基板を保持するための工程７０５も含む。基板ホルダは、上部プラズマ境界を定める上部電極アセンブリの下部で上部電極アセンブリから離された場所に配置されている。方法は、また、基板の温度を時間依存基板温度に従って制御するためにプラズマプロセス中の基板ホルダの温度を制御する工程７０７も含む。基板ホルダの温度の制御は、基板ホルダ内のヒータ、基板ホルダ内の冷却器、又はそれらを組み合わせたものを動作させることを含む。
【００５２】
方法は、また、プラズマプロセス中の上部電極アセンブリの温度を制御して、上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差に適合させるための、工程７０９も含む。上部電極アセンブリの温度の制御は、上部電極アセンブリ内のヒータ、上部電極アセンブリ内の冷却器、又はそれらを組み合わせたものを動作させることを含む。
【００５３】
一実施形態では、基板ホルダ及び上部電極アセンブリのそれぞれは、半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンを含むように規定されている。この実施形態では、基板ホルダの、半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンのそれぞれのために、時間依存基板温度が得られる。また、この実施形態では、上部電極アセンブリの、半径方向に同心の複数の温度制御ゾーンのそれぞれのために、上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差が得られる。
【００５４】
一実施形態では、方法は、プラズマプロセス中の基板ホルダの温度を測定するための工程を含む。測定された基板ホルダの温度に基づいて、基板ホルダ温度制御フィードバック信号が生成される。そして、時間依存基板温度にしたがって基板の温度を維持するために、基板ホルダ温度制御フィードバック信号に基づいて基板ホルダの温度が制御される。
【００５５】
方法は、また、プラズマプロセス中の上部電極アセンブリの温度を測定するための工程も含むことができる。測定された上部電極アセンブリの温度に基づいて、上部電極アセンブリ温度制御フィードバック信号が生成される。そして、上部プラズマ境界と基板との間の時間依存温度差にしたがって上部電極アセンブリと基板ホルダとの間の温度差を維持するために、上部電極アセンブリ温度制御フィードバック信号及び基板ホルダ温度制御フィードバック信号に基づいて上部電極アセンブリの温度が制御される。
【００５６】
また、一実施形態では、方法は、プラズマプロセス中の周辺構成要素の温度を測定するための工程を含む。周辺構成要素は、プラズマ処理チャンバ内においてプラズマ発生空間の周囲に配置されている。測定された周辺構成要素の温度に基づいて、周辺構成要素温度制御フィードバック信号が生成される。プラズマプロセス中の周辺構成要素の目標温度を維持するために、周辺構成要素温度制御フィードバック信号に基づいて周辺構成要素の温度が制御される。周辺構成要素の温度の制御は、周辺構成要素内のヒータ、周辺構成要素内の冷却器、又はそれらを組み合わせたものを動作させることを含む。各種の実施形態では、周辺構成要素は、閉じ込めリング、周辺シュラウド、又はそれらを組み合わせたものを含む。また、周辺構成要素の目標温度は、プラズマプロセス中の時間の関数として指定することができる。
【００５７】
本明細書で論じられる代表的な実施形態は、基板温度の制御及びプラズマ発生空間の温度差の制御を通じて基板上への蒸着を制御可能である耐エッチング材料として、プラズマ中のポリマ種を特定している。しかしながら、本明細書で開示される方法は、熱泳動効果を受ける質量差分布を有し尚且つ基板上の保護層として蒸着することができる原則的にあらゆるプラズマ種の蒸着を制御するために適用することができる。また、本明細書で言及されるプラズマは、誘導的手段、容量的手段、又はそれらを組み合わせた手段のいずれかを通じて発生させることが可能であることが理解されるべきである。また、本明細書で開示される方法は、半導体基板、フラットパネルディスプレイ、太陽電池パネルなどを非限定な例として含む、原則的にあらゆるタイプの基板のプラズマ処理に適用することができる。
【００５８】
本発明は、幾つかの実施形態の観点から説明されてきたが、当業者ならば、以上の明細書を読むこと及び図面を検討することによって、様々な代替、追加、置き換え、及び均等物を了解しうることがわかる。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替、追加、置き換え、及び均等物を含むことを意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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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３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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