(57)【要約】【解決手段】  基板処理のために、広範囲にわたってバイアス電圧を制御するとともに二重高周波を分離し、プラズマ密度およびプラズマのイオンエネルギの独立制御を可能にする方法および装置が提供されている。模範的装置は、基板を支持するよう構成されている下部電極と、下部電極に接続されている第１および第２のＲＦ電源装置とを含むプラズマ処理チャンバを備えている。さらに、上部接地延伸部から電気的に絶縁されている上部電極も含まれる。一連のフィルタ設定を規定するフィルタ配列が含まれている。スイッチは、上部電極に結合されるとともに、上部電極をフィルタ設定の一組に相互接続するよう構成されている。フィルタ設定は、ＲＦ電源装置の一方、あるいは両方から生成されるＲＦ電流が上部電極を通電可能、あるいは通電不可能にするよう構成されている。
2005521230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバであって、
基板を支持するための下部電極と、
前記下部電極に接続されている第１および第２の高周波（ＲＦ）電源装置と、
上部接地延伸部から電気的に絶縁されている上部電極と、
一組のフィルタ設定を定義するフィルタ配列と、
前記上部電極に接続されているスイッチであって、前記上部電極を前記一組のフィルタ設定から選択された一組に相互に接続するよう構成されているスイッチとを備え、前記フィルタ設定の前記一つの選択は、前記第１のＲＦ電源装置および前記第２のＲＦ電源装置の一方、あるいは両方から生成されるＲＦ電流が、実質的に前記上部電極を通電過可能、あるいは通電不可能にするよう構成されているプラズマ処理チャンバ。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理チャンバにおいて、前記上部電極を通電不可能な前記ＲＦ電流は、前記上部接地延伸部および下部接地延伸部の少なくとも一つを通って逸らされるプラズマ処理チャンバ。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ処理チャンバにおいて、前記上部接地延伸部は石英絶縁体を介して前記上部電極に接続されているプラズマ処理チャンバ。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理チャンバはさらに、
前記第１のＲＦ電源装置への出力を変調し、プラズマイオンエネルギを制御するよう構成されている第１の制御装置と、
前記第２のＲＦ電源装置への出力を変調し、プラズマ密度を制御するよう構成されている第２の制御装置とを備えるプラズマ処理チャンバ。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理チャンバはさらに、
石英絶縁体を介して前記下部電極に接続されている下部接地延伸部を備えるプラズマ処理チャンバ。
【請求項６】
請求項２に記載のプラズマ処理チャンバにおいて、前記上部および下部接地延伸部の各々を通る前記ＲＦ電流は、前記第１および第２の電源装置に帰還するプラズマ処理チャンバ。
【請求項７】
選択可能な動作モードを有するエッチングシステムであって、
第１および第２のＲＦ生成器により供給される第１および第２のＲＦ電流を受け入れるように構成されている高周波（ＲＦ）駆動電極と、
前記ＲＦ駆動電極の上部に配置されるとともに電気的に浮かされている受動電極であって、両電極間のプラズマ領域を定義する受動電極と、
前記第１および第２のＲＦ電流の一方または両方が前記受動電極を通電可能、あるいは両方とも通電不可能にするよう構成されている選択スイッチと
を備えるエッチングシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のエッチングシステムにおいて、前記受動電極を通過しないＲＦ電流は、上部および下部接地延伸部の少なくとも一方を通って逸らされるエッチングシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のエッチングシステムにおいて、前記上部接地延伸部は石英絶縁体を介して前記受動電極に接続されているエッチングシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のエッチングシステムにおいて、前記下部接地延伸部は石英絶縁体を介して前記ＲＦ駆動電極に接続されているエッチングシステム。
【請求項１１】
請求項７に記載のエッチングシステムにおいて、前記上部および下部接地延伸部の各々を通る前記ＲＦ電流は、前記電源装置に帰還するエッチングシステム。
【請求項１２】
請求項７記載のエッチングシステムにおいて、前記第１および第２のＲＦ生成器は、低周波ＲＦ生成器と高周波ＲＦ生成器とを含むエッチングシステム。
【請求項１３】
請求項７に記載のエッチングシステムはさらに、
前記第１のＲＦ生成器への出力を変調し、前記プラズマ領域におけるプラズマのイオンエネルギを制御するよう構成されている前記第１の制御装置と、
前記第２のＲＦ生成器への出力を変調し、プラズマ密度を制御するよう構成されている第２の制御装置と
を備えているエッチングシステム。
【請求項１４】
プラズマエッチングチャンバにおいてウェハをエッチングするための方法であって、
基板を処理するために選択可能な動作モードを有するエッチングシステムを提供し、
前記エッチングシステムにおけるエッチング環境を設定するよう構成されているエッチングレシピを選択し、
前記基板にて選択バイアス電圧を確立するために前記動作モードの一つを選択し、
前記設定されたエッチング環境および前記選択バイアス電圧下において生じるエッチングを実施すること
を備える方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のウェハをエッチングする方法において、前記基板にて選択バイアス電圧を確立するための一つの動作モードの選択は、
前記プラズマエッチングチャンバにおけるプラズマ密度またはプラズマのイオンエネルギのどちらか一方を制御することを備える方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載のウェハをエッチングする方法において、前記選択可能な動作モードは、エッチングシステムの上部および下部電極間の有効面積比を変更する方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載のウェハをエッチングする方法において、前記基板にて選択バイアス電圧を確立するための一つの動作モードの選択はさらに、
前記エッチング環境を通電する高周波および低周波ＲＦ電流のための第１および第２の帰還経路を提供し、
前記第１の帰還経路から前記高周波および低周波ＲＦ電流のどちらか一方をブロックすること
を備える方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のウェハをエッチングする方法において、前記第１の帰還経路は、前記第２の帰還経路と電気的に絶縁されている上部電極を含む方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載のウェハをエッチングする方法において、前記第１の帰還経路からの前記高周波および低周波ＲＦ電流のどちらか一方のブロックは、選択スイッチを介して上部電極と接続されているフィルタ配列を用いる方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載のウェハをエッチングする方法において、前記エッチングレシピは、前記エッチング環境の温度および電圧、流速、前記駆動電極への出力、および選択スイッチ設定のためのパラメータを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造に関し、さらに具体的には、プラズマエッチング反応装置内のウェハにおけるバイアス電圧の制御、および、複数のＲＦ（高周波）電源を用いた場合における高周波（ＲＦ）の分離のための方法および装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング反応装置は、現在、各ＲＦシステムが異なる周波数にて動作可能である二重高周波（ＲＦ）システムとともに利用可能である。図１は、二つの電極を含む従来技術の二重周波数ＲＦシステムを表す図１００を示す。図１００の反応装置は、ＲＦ駆動電極１０４と受動電極１０２とを含み、ウェハ１１６はＲＦ駆動電極１０４上に配置されている。ＲＦ電流は、堅固なボルトで留めた金属配線１１０を介してＲＦ駆動電極に提供されている。ＲＦ電源装置が駆動すると、電流はＲＦ駆動電極を介してプラズマ領域に入るとともに、矢印１１４に示すように、反応装置を通って受動電極へと同じ進路を進む。さらに、ＲＦ電流は、矢印１１４ａに示すとおり、プラズマ領域を通って接地延伸部１１６、１１８へと流れる。２７メガヘルツ（ＭＨｚ）および２ＭＨｚの電流経路は近似しているため、２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚ周波数は干渉しあう。
【０００３】
従来技術のプラズマ反応装置は、反応装置のチャンバ内のプラズマ密度およびプラズマのイオンエネルギを独立制御することが不可能である。一般的に、二重ＲＦシステムの周波数が高いとプラズマ密度に影響を与え、一方、低い周波数は反応装置の電圧、すなわちイオンエネルギに影響を与える。しかしながら、二重周波数が干渉し合うため、プラズマ密度とイオンエネルギとを独立制御することは不可能である。ある二重周波数のＲＦシステムに供給される電力はプラズマ密度を増加、あるいは減少させるように変更され得るが、かかる変更はイオンエネルギに対しても影響を及ぼす。すなわち、プラズマ密度およびイオンエネルギを制御するベクトルは、両方の周波数が干渉しあうシステムにおいては直交でない。したがって、プラズマ密度などのパラメータを一つ変更すると、他のパラメータ（イオンエネルギ）にも影響を及ぼす。逆の場合もまた同様である。
【０００４】
さらに、受動電極の面積のＲＦ駆動電極の面積に対する比は、ウェハにおけるバイアス電圧を決定する。例えば、ＲＦ駆動電極の面積が受動電極の面積に比例して減少すると、ＲＦ駆動電極におけるバイアス電圧は増加する。したがって、ウェハはＲＦ駆動電極上に置かれているため、ウェハにおけるイオンのバイアス電圧が上昇する。その結果、エッチング工程中にウェハに影響するエネルギは増大する。高バイアス電圧から生じる高イオンエネルギは、いくつかのエッチング処理には有益であるが、他の処理には望ましくない。例えば、高イオンエネルギは、高アスペクト比でエッチングする、すなわち、基板に深く小さな連絡孔を開けるのに好ましい。しかしながら、溝をエッチングするなど他の処理は、低イオンエネルギにて行われることが最適である。不都合なことに、ウェハにおけるバイアス電圧制御は、特にプラズマエッチングチャンバの構造に起因して制限される。
【０００５】
異なる構造を有するプラズマ反応装置、すなわち低イオンエネルギを要求する処理のためのより径が小さい受動電極にウェハを伝搬することは可能であるが、追加資本設備の余分な費用がかかるとともに、追加処理によるウェハ汚染の危険性がある。別の代替案は、受動電極を径の小さい電極に取替えることであるが、この代替案も同様にコストを追加し、汚染および処理結果を悪化させる。    
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この結果、チャンバのプラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御が、種々のエッチング処理に最適に対応し得るように、従来技術の課題を解決する必要がある。さらに、反応装置に適応させるために、広い範囲に亘ってＲＦ駆動電極におけるバイアス電圧を制御し、種々のエッチング処理にうまく対応し得ることが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概して、本発明は、広範囲にわたってウェハにおけるバイアス電圧を制御するための方法および装置を提供することにより、これらの要求を満たす。さらに、本発明は、（周波数の異なる）二重ＲＦ電流を分離し、それによってプラズマ密度とプラズマのイオンエネルギとを独立制御可能にする方法および装置を提供する。当然のことながら、本発明は、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の態様にて実施され得ることは理解されるべきである。本発明のいくつかの実施形態について以下に説明する。
【０００８】
一態様において、プラズマ処理チャンバのための装置が提供されている。本実施形態において、処理チャンバは、基板を支持するよう構成されているＲＦ駆動電極と、ＲＦ駆動電極に接続されている第１および第２の高周波（ＲＦ）電源装置とを備える。さらに、接地延伸部に囲まれているが電気的に絶縁されている受動電極も備えている。一組のフィルタ設定を定義するフィルタ配列が備えられている。スイッチは上部電極に接続されるとともに、上部電極をフィルタ配列の一組に相互接続するよう構成されている。フィルタ配列は、ＲＦ電源装置の一方、あるいは両方から生成されるＲＦ電流が上部電極を通電可能、あるいは通電不可能にするよう構成されている。
【０００９】
本発明の別の態様において、選択可能な動作モードを有するエッチングシステムのための装置が提供されている。本態様では、第１および第２のＲＦ生成器からの第１および第２のＲＦ電流を受信するよう構成されているＲＦ駆動電極が含まれる。ＲＦ駆動電極の上方に配置されるとともに電気的に浮かされている受動電極が備えられ、両電極間のプラズマ領域を定義している。また、本実施形態には、受動電極を、第１および第２のＲＦ電流の一方または両方が通電可能にする、あるいはどちらも通電不可能にするよう構成されている選択スイッチも含まれる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様において、プラズマエッチングに用いられる二重周波数を分離するための装置が提供されている。この態様において、プラズマエッチング反応装置が含まれる。プラズマエッチング反応装置は、下部および上部電極と、下部電極に接続されている第１および第２の電源装置と、上部および下部電極により定義されるプラズマ領域とが含まれる。上部電極は、電気的に上部接地延伸部から絶縁されている。上部電極を通って第１と第２の電源供給に達する第１のＲＦ帰還経路が含まれている。接地延伸部を通って第１と第２の電源供給に達する第２のＲＦ帰還経路が含まれている。ＲＦ電流の一方、あるいは両方を第１のＲＦ電流帰還経路からブロックするよう構成されている選択スイッチが含まれている。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、基板をエッチングするための装置が提供されている。本態様では、ＲＦ電流を下部電極に流すよう構成されている第１および第２の電源供給が含まれる。さらに、電源装置への第１の帰還経路を定義する上部電極と、電源装置への第２および第３の帰還経路を定義する接地延伸部とが含まれる。ＲＦ電流の一方または全部を第１の帰還経路からブロックする、あるいはどちらもブロックしないという選択可能な動作モードを有する選択スイッチが含まれる。    
【００１２】
さらに別の態様において、プラズマエッチングチャンバにおいてウェハをエッチングするための方法が提供されている。この方法は、基板を処理するために選択可能な動作モードを有するエッチングシステムの提供を含む。次に、エッチングシステムにおけるエッチング環境を設定するよう構成されているエッチングレシピが選択される。次に、基板における選択バイアス電圧を確立するために、動作モードの一つが選択される。次に、設定されたエッチング環境および選択バイアス電圧下において起こるエッチングが実施される。
【００１３】
本発明には、数多くの利点がある。とりわけ注目すべきことは、装置および方法は、広範囲にわたって基板におけるバイアス電圧の制御を可能とすることである。帰還経路からのＲＦ電流を選択してブロックすることにより、上部および下部電極の有効面積比が変更され、それによってバイアス電圧に影響を与える。したがって、プラズマエッチングチャンバの設計から生じる固有のバイアス電圧の制限は、回避される。さらに、ＲＦ電流を選択してブロックすることにより、エッチングチャンバに供給される二重ＲＦ電流の分離を可能にする。したがって、プラズマ密度およびイオンエネルギのより独立した制御は、かかる条件のもと実現可能となる。
【００１４】
本発明のその他の態様および利点は、本発明の原理を例示した添付図面と関連付ながら行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、プラズマエッチング反応装置の二重の周波数を分離し、それによってイオンエネルギおよびプラズマ密度に対するより広範囲に独立した制御を可能にする装置および方法を説明する。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施できる。そのほか、本発明が不要に不明瞭となることを避けるため、周知の工程動作の説明は省略した。
【００１６】
本発明の実施例は、広範囲の電圧にわたってウェハにおけるバイアス電圧を制御するだけでなく、プラズマ密度とイオンエネルギとを独立制御するために、プラズマエッチング反応装置の二重の周波数を分離するための装置および方法を提供する。一実施例において、選択スイッチは、任意の回路フィルタ配列を受動電極と相互接続するのに適合している。フィルタは、プラズマを発光させるためのプラズマ反応装置によって用いられる高周波（ＲＦ）電流を通電可能、あるいは不可能にするよう構成されている。受動電極からの一以上のＲＦ電流を選択してブロックすることにより、受動電極およびＲＦ駆動の（下部）電極の間の有効面積比が変更される。バイアス電圧はこの面積比によって変わるため、面積比の変更に応じて、ＲＦ駆動電極におけるバイアス電圧は変更される。    
【００１７】
さらに、受動（上部）電極とそれに対応する接地延伸部との間に、絶縁体が配置される。上部接地延伸部および受動電極の間に絶縁体を導入することにより、受動電極をチャンバの他の部分から電気的に絶縁することが可能となる。本発明の一実施例において、二重ＲＦ電流の一方は他方と分離され、イオンエネルギおよびプラズマ密度の独立制御を可能にする。したがって、選択スイッチを様々な方位に向けることは、その柔軟性により反応装置のチャンバ状態の最適化を可能にし、最適な環境におけるエッチング工程を実施する。
【００１８】
選択スイッチを様々な位置に向け、それによって異なるフィルタを用いることにより、同一チャンバ内において、複数かつ異なるエッチング工程の実行が可能となる。例えば、エッチングチャンバ内部にて任意の機器を交換する、あるいは変更のため、エッチングチャンバ内における真空状態を維持したまま、ウェハに影響を及ぼす高イオンエネルギを要求するエッチング工程の次に、同一チャンバ内において低イオンエネルギを要求するエッチング工程が続けて実施され得る。本発明の一実施例では、選択スイッチが高イオンエネルギを提供するよう配置されている第１のエッチングが完了すると、選択スイッチは自動的に第２のエッチングのための第２の位置へと移動する。一実施例によれば、選択スイッチの自動移動は、エッチング反応装置に提供されるエッチングレシピによって規定されるプログラム化された命令を通じて実現される。装置および方法は、図２〜６に示す実施例を参照して以下にさらに詳しく説明される。
【００１９】
図２は、低周波ＲＦ電流の通電を可能にするよう配置されている選択スイッチを伴うプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図１３０である。ブロック図１３０は、２つの高周波（ＲＦ）ジェネレータ、１３２、１３４とを含む。本発明の一実施例によれば、パワージェネレータの一方は２メガヘルツ（ＭＨｚ）といった低周波ＲＦ電流を提供し、他方のパワージェネレータは、２７ＭＨｚといった高周波ＲＦ電流を提供する。ＲＦジェネレータの周波数の表示は、可能な例示の提供のみを目的としており、本発明はこれらの周波数に限定されるわけではない。信号の反射を防止するための適切なフィルタと共に、整合回路がジェネレータ１３２および１３４の各々の下流に備えられていることは理解されるべきである。ジェネレータ１３２および１３４は、接続部１３６を介して下部電極１３８に接続されている。下部電極１３８は、ＲＦ駆動電極ともよばれる。本発明の一実施例において、接続部１３６は、金属配線に硬質のボルトで留められた金属である。下部電極１３８の上面には、ウェハ１７０が配置されている。下部電極１３８は、絶縁体１４０によって、接地延伸部１４２とは絶縁されている。本発明の一実施形態では、絶縁体１４０は石英である。本発明の別の実施例において、下部接地延伸部１４２は、ジェネレータ１３２および１３４のための電流帰還経路を提供する。    
【００２０】
引き続き図２において、プラズマ領域１４４は、下部電極１３８、上部電極１４６および閉じ込めリング１４８の間に定義されている。上部電極１４６は受動電極ともよばれる。上部電極１４６は絶縁体１５０によって、接地延伸部１５２から絶縁されている。本発明の一実施形態では、絶縁体１５０は石英である。上部電極１４６を接地延伸部１５２から絶縁することにより、上部電極を電気的に浮いた状態、すなわち電気的に絶縁状態にすることは理解されるべきである。接地延伸部１５２は、ＲＦジェネレータ１３２および１３４へのＲＦ電流の帰還経路を提供する。上部電極１４６には、選択スイッチ１５４が接続されている。本発明の一実施例によれば、選択スイッチ１５４は、２ＭＨｚといった低周波ＲＦ電流が上部電極を通電可能となるように受動電極を接続するよう配置されている。回路１５６は、低周波ＲＦ電流が上部電極を通電するように構成され、２７ＭＨｚといった高周波ＲＦ電流は、上部電極を通電しないようにブロックされる。したがって、矢印１６６に示すように、低周波ＲＦ電流のみが、上部電極１４６、選択スイッチ１５４、ローパス回路１５６および電源装置１３２および１３４への帰還延伸部１６４により定義されている帰還経路を通電可能である。高周波ＲＦ電流は、受動電極１４６によって定義されている帰還経路からブロックされるとともに、矢印１６８に示されるように、接地延伸部１４２および１５２によって定義されている帰還経路を通って適した電源装置へと戻される。したがって、受動電極１４６からの高周波電流の除外によって、高周波ＲＦ電流はプラズマ領域１４４を通る別の経路を強いられる。低周波および高周波電流の両方が、プラズマ領域１４４を通って流れることによりプラズマを維持し、さらに二重周波数は分離されてプラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御を可能にする点に留意することは重要である。
【００２１】
図２に示す本発明の一実施例によれば、低周波ＲＦ電流のわずかな部分が、接地延伸部１４２および１５２によって定義されている帰還経路を流れる。しかしながら、上部電極を通電する流れと比較すると、流れは比較的少量なため、このわずかな部分による分離効果への影響はほとんどない。低周波および高周波ＲＦ電流が各々通電する別々の帰還経路は、同様に他のＲＦ周波数の出力に影響することなく、一方のＲＦ周波数の電源供給を増大、あるいは低減し得る。したがって、プラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御は、ＲＦジェネレータ１３２、１３４のいずれか一方に対する出力の変調を介して実現され得る。    
【００２２】
さらに、図２に示すように、二重周波数の分離は、ウェハ１７０における広範囲のバイアス電圧に対する制御を可能にする。二つの電極を備える容量結合型反応装置において、バイアス電圧は、上部および下部電極の面積比に比例している。数学的に説明すると、この関係は以下のとおり表される。
【００２３】
Ｖbias∝（Ａ1／Ａ2）n
【００２４】
Ｖbiasが下部電極のバイアス電圧の場合には、Ａ1は上部電極の面積、Ａ2は下部電極の面積であり、指数ｎは反応装置の特定のジオメトリに依存して１から４の間の範囲となり得る。図２に示す実施例に戻って参照すると、高周波ＲＦ電流が小面積の接地延伸部１４２および１５２を通って戻されるため、上部電極１４６および下部電極１３８の間の有効面積比は減少している。ＲＦ電流のおよそ半分は、もはや上部電極１４６を通電不可能なため、有効面積比を小さくする。したがって、ウェハにおけるバイアス電圧は、低面積比に起因して低減する。よって、この方向に向けられている選択スイッチは、デュアルダマシン処理下で溝をエッチングするなど、ウェハにおいて低イオンエネルギを要求する実装のためのエッチングシステムを最適化し得る。    
【００２５】
図３は、高周波ＲＦ電流が上部電極１４６を通電可能になるよう配置されている選択スイッチを伴うプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図１７２である。ブロック図１７２において、選択スイッチ１５４は、高周波ＲＦ電流が通電するよう配置されている。回路１５８は、低周波ＲＦ電流をブロックしながら、高周波ＲＦ電流の通電を可能にする。したがって、低周波ＲＦ電流は、矢印１６６に示すとおり、接地延伸部１４２および１５２を介して、パワージェネレータ１３２および１３４の適した方へと戻される。他方、高周波ＲＦ電流は、受動電極１４６、選択スイッチ１５４、ハイパス回路１５８および帰還延伸部１６４を通って、適切なパワージェネレータへと伝搬され得る。ここでもまた、二重ＲＦ周波数は帰還経路が別々なため分離される。    
【００２６】
図２と同様に、図３のウェハにおけるバイアス電圧は、低面積比に起因して極めて低い。高周波が上部電極１４６を通電可能な状態で両周波数は分離されているため、高周波出力は、イオンエネルギに大きく影響することなく、プラズマ領域１４４におけるプラズマ密度に影響を与えるように増大あるいは低減され得る。数学的に説明すると、二重ＲＦ周波数の分離により、プラズマ密度およびイオンエネルギを制御するベクトルは直交状態となり得る。本発明の一実施例において、プラズマエッチングシステムは２つの制御装置を備え、一方は高周波ＲＦジェネレータへの出力を制御し、他方は低周波ＲＦジェネレータへの出力を制御する。上述のとおり、高周波ＲＦジェネレータへの出力はプラズマ密度を制御し、低周波ＲＦジェネレータへの出力はプラズマのイオンエネルギを制御する。高アスペクト比コンタクト処理（ＨＡＲＣ）は、高イオンエネルギおよび高プラズマ密度を要求し、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）膜は、中位のプラズマ密度および低イオンエネルギを要求し、多孔質ｌｏｗ−ｋ膜は、低イオンエネルギおよび低プラズマ密度を要求する。
【００２７】
図４は、高周波および低周波のＲＦ電流の各々をブロックするために配置されている選択スイッチを備えるプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図１７６である。ブロック図１７６において、選択スイッチ１５４は超ローパス回路１６０に備えられている。本実施例において、超ローパス回路１６０は、電源装置１３２および１３４から生成される高周波および低周波のＲＦ電流をブロックするよう構成されている。したがって、２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚの電流は、上部電極１４６からブロックされている。本実施例において、ＲＦ電流は矢印１６６および１６８に示すように、プラズマ領域１４４を通って同一進路を流れる際に干渉しあうことは理解されるべきである。本実施例により、高周波および低周波のＲＦ電流は、接地延伸部１５２および１４２を介して、それぞれ対応するジェネレータに戻される。    
【００２８】
図２および図３とは対照的に、図４において実施されるように分離は最小である。しかしながら、ウェハ１７０におけるバイアス電圧は、本発明の本実施例において最も低い。ここで、面積比は接地延伸部１４２と１５２の面積の下部電極１３８の面積に対する比率により決定される。各ＲＦ電流は上部電極１４６からブロックされているため、上部電極１４６は本実施例における要素ではない。理解され得るように、接地延伸部１４２および１５２の面積は下部電極１３８の面積よりもかなり小さいため、本実施例の面積比は極めて小さくなる。一実施例において、ウェハにおけるバイアス電圧はゼロに近く、言い換えるとプラズマ領域１４４におけるイオンエネルギがほとんどないことと相互関連がある。本実装例は特に、極めて低いバイアス電圧を要求するデュアルダマシン集積化スキームに適合する。本実施例にうまく適応するデュアルダマシンのエッチング工程はトレンチエッチングである。有益と思われ得るその他のエッチング工程には、例えば、多孔質の低誘電率物質を備える膜が含まれる。    
【００２９】
ローパスフィルタ回路１５６、ハイパスフィルタ回路１５８および超ローパスフィルタ回路１６０に対するフィルタ回路は様々な電子回路構成によって実現され得ることは理解されるべきである。例えば、キャパシタやインダクタ、さらに抵抗器は、特定の周波数信号のみを通電可能にし、その他を拒絶可能な回路を設計するために組み合わされ得る。低周波および高周波回路の構造は、当業者には周知である。したがって、ローパスフィルタ１５６および超ローパスフィルタ１６０は、低周波を通過させるが高周波をブロックするよう設計され、一方、ハイパスフィルタ１５８は、高周波を通過させるが低周波はブロックする。一実施例において、ローパスフィルタ１５６は、２ＭＨｚ周波数を通過させるが２７ＭＨｚ周波数をブロックし、超ローパスフィルタ１６０は、２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚ周波数をブロックし、ハイパスフィルタ１５８は、２７ＭＨｚ周波数を通過させるが２ＭＨｚ周波数をブロックする。パワージェネレータ１３２および１３４により生成されるＲＦ電流は、低周波の２ＭＨｚおよび高周波の２７ＭＨｚとしてそれぞれ表されるが、本発明はこれらのＲＦ周波数に決して制限されない。したがって、フィルタ回路１５６、１５８および１６０は、プラズマ反応装置内に用いられているＲＦ電流の周波数にしたがって、それぞれの機能を実行するよう設計されている。特定の多周波数を制御する必要がある場合には、さらにフィルタを追加してもよい。
【００３０】
図５は、高周波および低周波のＲＦ電流のいずれも上部電極１４６からブロックされるように配置されている選択スイッチを備えるプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図１８０である。本実施例において、矢印１６６および１６８に表されるＲＦ電流は、規制されていない上部電極１４６を通って進む。本実施例において、選択スイッチ１５４は、順番に帰路延伸部１６４に接続されるフィルタ配列バイパス１６２に結合される。フィルタが本経路に一つも用いられない場合には、高周波および低周波ＲＦ電流の各々は、上部電極を通電し、それぞれ対応するジェネレータ１３２および１３４へと戻ることが可能である。図４を参照して説明される実施例と同様に、本実施例において、ＲＦ電流は干渉し合うことは理解されるべきである。図４の実施例とは対照的に、図５のウェハ１７０におけるバイアス電圧は極めて高い。本実施例において、上部電極および下部電極の間の面積比は大きいため、ウェハ１７０におけるバイアス電圧を高くする。高バイアスエネルギは、ビアエッチング、あるいは高アスペクト比ジオメトリを有する他のエッチングのような小さくて深い孔をあけるのに最適な高イオンエネルギと相関関係にある。  
【００３１】
プラズマエッチング反応装置が円筒形に設計されていることにより、電極の面積が電極の直径の二乗に関連付けられていることは理解されるべきである。したがって、上部電極１４６および下部電極１３８の直径のわずかな差は、二次関数的に増大され、ウェハにおけるバイアス電圧に影響を及ぼす。さらに重要なことは、上述の実施例は電極の直径とは無関係に、任意のエッチング、あるいは堆積反応装置に摘要され得ることである。選択スイッチの適用、および、電気的な絶縁状態に上部電極を設計することにより、エッチングシステムはウェハにおけるバイアス電圧を固定する設計の反応装置から解放される。    
したがって、エッチングシステムは、広く変化するバイアス電圧を要求する多元エッチングの応用に適応可能である。同時に、下部電極に提供されている二重周波数の分離は、イオンエネルギおよびプラズマ密度の独立制御を可能にする。  
【００３２】
図６は、選択可能な動作モードを有するエッチングシステムにおける基板処理のための方法を提供するフローチャート１８４を示す。フローチャート１８４は、選択可能な動作モードを有するエッチングシステムが提供されている工程１８６にて開始する。ここでは、図２〜５を参照して上述したエッチングシステムが提供されている。選択スイッチに関連して、図２〜５のフィルタ配列により、エッチングシステムは、ウェハにおけるバイアス電圧の広範囲にわたる制御を提供するとともに、プラズマ密度およびイオンエネルギを独立制御することが可能である。次に方法は、エッチングシステムにおけるエッチング環境を設定するためにエッチングレシピが選択される工程１８８へと進む。この工程では、プラズマエッチングチャンバの温度および圧力、駆動電極への出力、および、チャンバ内へのエッチング薬液の流速が設定される。一実施例において、二重ＲＦ電流は、一方のＲＦジェネレータが他方のＲＦジェネレータより高周波である下部電極に適用される。  
【００３３】
図６の方法は、基板におけるバイアス電圧を確立するために動作モードのうちの一つが選択される工程１９０に続く。この工程では、選択スイッチの位置が与えられる。図２〜５を参照して説明されたように、選択スイッチは、フィルタ配列と関連して、プラズマエッチングチャンバのジオメトリとは無関係に基板におけるバイアス電圧に影響を与える。したがって、ユーザは、特定のエッチング処理のためのバイアス電圧を最適化することが可能である。例えば、小さな孔の深い掘削、すなわち、デュアルダマシン処理のビアは、高イオンエネルギ、すなわち高バイアス電圧を要求する。高バイアス電圧は、図５に示すように、選択スイッチの設定により実現される。あるいは、デュアルダマシン実装例のためのトレンチエッチングのような低バイアス電圧を要求するエッチングは、図４に示されるように、選択スイッチを設定することにより対応され得る。さらに、エッチング処理は、プラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御を要求し得るため、選択スイッチは、図２および図３に示すように、二重周波数ＲＦ電流を分離するように位置づけられる。上述のとおり、一旦。周波数が分離されると、出力をＲＦジェネレータの各々に適合させる分離した制御によりプラズマ密度およびイオンエネルギは独立制御され得る。
【００３４】
図６の方法は、エッチングが、設定されたエッチング環境および選択されたバイアス電圧下で行われる工程１９２へと進む。工程１８８においてエッチング環境に対応して確立されたパラメータは、この工程にて使用される。さらに、基板において選択バイアス電圧が提供されるように、選択スイッチの位置は、フィルタ、あるいはフィルタ配列バイパスに合わせられる。上述のとおり、選択スイッチの位置は、ＲＦ周波数が分離されているか否かを決定し、それによってプラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御を可能にする。次に、方法は別のエッチングが実施され得る工程１９４へと進む。選択可能な動作モードは、汚染の危険をもたらす、基板の取り外し、あるいは外部環境に対する基板の露出を伴うことなく、連続したエッチングを可能にする。上述のとおり、異なるバイアス電圧、あるいはプラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御を要求する多元エッチング処理は、選択スイッチの位置をシフトすることにより実行可能である。プラズマエッチングチャンバのジオメトリによってもたらされる制限は、最適なエッチング状態が提供され得るように、障害として取り除かれる。したがって、高イオンエネルギを要求する高アスペクト比のビアのためのデュアルダマシンのエッチングの次は、選択スイッチを調整することにより低イオンエネルギを要求するトレンチエッチングとなり得る。
【００３５】
図７は、プラズマエッチング反応装置内にて行われるエッチング処理のためのエッチングレシピを実行する制御システムを示すブロック図１９６である。エッチングレシピ１９８は、エッチング工程Ａ２００、Ｂ２０２およびＣ２０４に対する処理変数のための制御値を含む。一実施例において、処理変数は、エッチング工程Ａ２００に示すように、プラズマエッチングチャンバの圧力と温度、駆動電極への出力、ガスの流速および選択スイッチの設定を含む。本発明の一実施例において、特定の制御値は、エッチング工程Ａ２００、エッチング工程Ｂ２０２およびエッチング工程Ｃ２０４の各処理変数に対して指定される。特定の制御値は、エッチング工程Ａ、ＢおよびＣの間で異なり得ることは理解されるべきである。例えば、デュアルダマシン処理に関連して、エッチング工程Ａ２００はトレンチエッチングの実施で、その後、エッチング工程Ｂ２０２がビアエッチング（例えば、トレンチ第１処理）の実施となり得る。したがって、本発明の一実施例において、エッチング工程Ａ２００のための選択スイッチ設定は低イオンエネルギを提供するが、一方、エッチング工程Ｂ２０２の選択スイッチ設定は高イオンエネルギを提供する。エッチング工程は、変更を行うためにエッチングチャンバ内にて真空を破る必要なく、連続的に実施され得ることは理解されるべきである。
【００３６】
引き続き図７において、エッチングレシピ１９８は、反応装置処理ソフトウェハ２０６により実行される。コンピュータシステム２０８は、反応装置処理ソフトウェハ２０６を実行するための中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含む。コンピュータシステム２０８は、システム制御装置２１０と通信している。本発明の一実施例において、システム制御装置２１０は、コンピュータシステム２０８からの、プラズマエッチング反応装置２１６内において実施される特定のエッチング工程に対する制御変数のための値を含む入力を受信する。本発明の一実施例において、システム制御装置２１０は、コンピュータシステム２０８からの入力を、エッチング工程のための処理変数の各々に対する制御信号２１２に変換するよう構成されているハードウェア回路を含む。制御信号２１２は、制御インタフェース２１４を介して、プラズマエッチング反応装置２１６の処理変数に対応する制御装置に送られる。    
【００３７】
引き続き図７において、プラズマエッチング反応装置２１６は、ウェハ２１８を受け取るように適合されている。本発明の一実施例において、プラズマエッチング反応装置２１６は、図２〜５に示すように構成されている。プラズマエッチング反応装置２１６の設備２２０は、プラズマエッチング反応装置２１６が消費する必要なユーティリティを提供している。例えば、ＲＦジェネレータのための電源装置、あるいはチャック電圧がここに含まれる。さらに、本発明の一実施例において、窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、エッチング薬液、および洗浄ドライエア（ＣＤＡ）が提供されている。コンピュータシステム２０８は、モニタ２２２を備えることは理解されるべきである。本発明の一実施例によれば、モニタは、プラズマエッチング反応装置２１６のリアルタイム処理表示装置を備えてグラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）を表示する。さらに、モニタ２２２のＧＵＩは双方向表示を提示し、それによってプラズマエッチング反応装置２１６において実行されるエッチング工程に対する制御変数の値を変更する。
【００３８】
理解を深めるために従来技術をある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更と修正を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、制限的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で修正可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】二つの電極を含む従来技術の二重周波数ＲＦシステムを表すブロック図を示す図である。
【図２】低周波ＲＦ電流を通電可能にするために配置されている選択スイッチを備えるプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図である。
【図３】高周波ＲＦ電流を通電可能にするために配置されている選択スイッチを備えるプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図である。
【図４】高周波および低周波ＲＦ電流の各々をブロックするために配置されている選択スイッチを備えるプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図である。
【図５】高周波および低周波ＲＦ電流のいずれもブロックされないよう配置されている選択スイッチを備えるプラズマエッチング反応装置の断面図を示すブロック図である。
【図６】選択可能な動作モードを有するエッチングシステムにおける基板処理のための方法を提供するフローチャートである。
【図７】プラズマエッチング反応装置内にて行われるエッチング処理のためのエッチングレシピを実行する制御システムを示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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