(57)【要約】【解決手段】処理チャンバと、この処理チャンバ内に設けられた基板ホルダと、処理チャンバ中に、第１のガスと第２のガスを供給するガス噴射システムとを有するプラズマ加工システム。このシステムは、第１の期間に、第１のガスのフローが処理チャンバ内に連続的に流れ、第２のガスのフローがこの処理チャンバ中にパルス的に流れるよう、ガス噴射システムを制御するようなコントローラを有する。このコントローラは、第２の期間に、ＲＦパワーを基板ホルダにパルス的に印加させる。このガス噴射システムを使用して第１のガスのフローを流すことによって発生される、処理チャンバ内のバックグラウンド圧力を調整する方法と、処理チャンバ内に処理プラズマを発生させる方法とを含んだ、プラズマ加工システムの動作方法が提供される。この方法は、第１の期間に、ガス噴射システムを使用して第２のガスのフローをパルス的に流し、第２の期間に、ＲＦパワーを基板ホルダにパルス的に印加する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバと、
この処理チャンバ内に設けられた基板ホルダと、
第１のガス並びに第２のガスを、この処理チャンバ中に供給するように構成されたガス噴射システムと、
第１の期間に、第１のガスのフローが、この処理チャンバ中に連続的に流れ、また、第２のガスのフローが、この処理チャンバ中にパルス的に流れるように、前記ガス噴射システムを制御するように構成されたコントローラとを具備し、このコントローラは、第２の期間に、ＲＦパワーを前記基板ホルダにパルス的に印加するように構成されている、プラズマ処理システム。
【請求項２】
前記ガス噴射システムのガス噴射プレートが、前記基板ホルダの基板受け面に対し、ほぼ並行であり、このガス噴射プレートは、前記第１のガスのフローと前記第２のガスのフローとの少なくとも一方を、この基板ホルダの基板受け面に対し、ほぼ直交する方向に、前記処理チャンバに導入するよう構成された、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記ＲＦパワーのパルス幅と実質的に同じである、前記第２のガスのフローのパルス幅を与えるよう構成された、請求項１のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記ＲＦパワーのパルス時間と実質的に同じである、前記第２のガスのフローのパルス時間を与えるよう構成された、請求項１のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記ＲＦパワーのパルス動作サイクルと実質的に同じである、前記第２のガスのフローのパルス動作サイクルを与えるよう構成された、請求項１のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記第２のガスのフローの前記パルス的な流れの第１の期間が、前記ＲＦパワーの前記パルス的な印加の第２の期間と実質的に同じであることを与えるよう構成された、請求項１のシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第２のガスのフローの前記パルス的な流れの第１の期間が、前記ＲＦパワーの前記パルス的な印加の第２の期間とはオフセットされることを与えるよう構成された、請求項１のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記処理チャンバ内のバックグラウンド圧力を調整するよう構成された請求項１のシステム。
【請求項９】
前記ＲＦパワーを印加するように、前記基板ホルダに接続された発生器を更に具備し、この発生器はＲＦ信号を発生する請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記発生器に接続された増幅器を更に具備する請求項９のシステム。
【請求項１１】
前記増幅器は、リニアＲＦ増幅器である請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記増幅器を前記基板ホルダに接続しているインピーダンス整合ネットワークを更に具備する請求項１０のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記増幅器と前記インピーダンス整合ネットワークに接続されて、これらを制御するよう構成された請求項１２のシステム。
【請求項１４】
入力信号を発生するように構成され、前記増幅器に接続された波形発生器を更に具備し、前記ＲＦ信号は、前記増幅器によって受信され、また、前記波形発生器から、前記増幅器によって受信された入力信号によって振幅変調される請求項１０のシステム。
【請求項１５】
前記入力信号は、パルス波形である請求項１４のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記波形発生器に接続されて、これを制御するよう構成された請求項１４のシステム。
【請求項１７】
前記ガス噴射システムは、マスフローコントローラに接続された第１のガスの供給源と、パルス化されたガスの噴射マニホールドに接続された第２のガスの供給源とを具備する請求項1のシステム。
【請求項１８】
前記パルス化されたガスの噴射マニホールドは、圧力調整器と、パルス化されたガスの噴射バルブと、ガス分配マニホールドとを具備する請求項１７のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラは、前記第１のガスの供給源と、前記マスフローコントローラと、前記第２のガスの供給源と、前記パルス化されたガスの噴射マニホールドとに接続されて、これらを制御するよう構成された請求項１７のシステム。
【請求項２０】
処理チャンバと、
この処理チャンバ内に設けられた基板ホルダと、
第１のガス並びに第２のガスを、前記処理チャンバ中に供給するように構成されたガス噴射システムと、
第1の期間に、前記ガス噴射システムを通して、前記処理チャンバ中へ第１のガスの連続したフローを与えると共に、前記ガス噴射システムを通して、前記処理チャンバ中へ第２のガスのフローのパルス的な流れを与え、第２の期間に、前記基板ホルダへ、ＲＦパワーをパルス的な印加を与えるための制御手段と具備する、プラズマ処理システム。
【請求項２１】
前記ガス噴射システムのガス噴射プレートが、前記基板ホルダの基板受け面に対し、ほぼ並行であり、このガス噴射プレートは、前記第１のガスのフローと前記第２のガスのフローの少なくとも一方を、この基板のホルダの基板受け面に対し、ほぼ直交する方向に、前記処理チャンバに導入するよう構成された、請求項２０のシステム。
【請求項２２】
前記制御手段は、前記ＲＦパワーのパルス幅と実質的に同じである、前記第２のガスのフローのパルス幅を与えるよう構成された請求項２０のシステム。
【請求項２３】
前記制御手段は、前記ＲＦパワーのパルス時間と実質的に同じである、前記第２のガスのフローのパルス時間を与えるよう構成された、請求項２０のシステム。
【請求項２４】
前記制御手段は、前記ＲＦパワーのパルス動作サイクルと実質的に同じである、前記第２のガスのフローのパルス動作サイクルを与えるよう構成された、請求項２０のシステム。
【請求項２５】
前記制御手段は、前記第２のガスのフローの前記パルス的な流れの第１の期間が、前記ＲＦパワーの前記パルス的な印加の第２の期間と実質的に同じであることを与えるよう構成された、請求項２０のシステム。
【請求項２６】
前記制御手段は、前記第２のガスのフローの前記パルス的な流れの第１の期間が、前記ＲＦパワーの前記パルス的な印加の第２の期間とはオフセットされることを与えるよう構成された、請求項２０のシステム。
【請求項２７】
前記制御手段は、前記処理チャンバ内のバックグラウンド圧力を調整するよう構成された請求項２０のシステム。
【請求項２８】
前記ＲＦパワーを印加するように、前記基板ホルダに接続された発生器を更に具備し、この発生器がＲＦ信号を発生する、請求項２０のシステム。
【請求項２９】
前記発生器に接続された増幅器を更に具備する請求項２８のシステム。
【請求項３０】
前記増幅器は、リニアＲＦ増幅器である請求項２９のシステム。
【請求項３１】
前記増幅器を前記基板ホルダに接続しているインピーダンス整合ネットワークを更に具備する請求項２９のシステム。
【請求項３２】
前記制御手段は、前記増幅器と前記インピーダンス整合ネットワークに接続されて、これらを制御するよう構成された請求項３１のシステム。
【請求項３３】
入力信号を発生するように構成され、前記増幅器に接続された波形発生器を更に具備し、前記ＲＦ信号は、前記増幅器によって受信され、また、前記ＲＦ信号は、前記波形発生器から、前記増幅器によって受信された入力信号によって振幅変調される、請求項２９のシステム。
【請求項３４】
前記入力信号は、パルス波形である請求項３３のシステム。
【請求項３５】
前記制御手段は、前記波形発生器に接続されて、これを制御するよう構成された請求項３３のシステム。
【請求項３６】
前記ガス噴射システムは、マスフローコントローラに接続された第１のガスの供給源と、パルス化されたガスの噴射マニホールドに接続された第２のガスの供給源とを具備する、請求項２０のシステム。
【請求項３７】
前記パルス化されたガスの噴射マニホールドは、圧力調整器と、パルス化されたガスの噴射バルブと、ガス分配マニホールドとを具備する請求項３６のシステム。
【請求項３８】
前記制御手段は、前記第１のガスの供給源と、前記マスフローコントローラと、前記第２のガス供給源と、前記パルス化されたガスの噴射マニホールドとに接続されて、これらを制御するよう構成された、請求項３６のシステム。
【請求項３９】
プラズマ処理システムを動作させる方法であり、この方法は、
ガス噴射システムを使用して、第１のガスのフローを流すことによって発生される、処理チャンバ内のバックグラウンド圧力を調整する工程と、
前記処理チャンバ内に処理プラズマを発生させる工程と、
第1の期間に、ガス噴射システムを使用して、第２のガスのフローをパルス的に流す工程と、第２の期間に、基板ホルダへＲＦパワーをパルス的に印加する工程とを具備する方法。
【請求項４０】
前記第２のガスのフローをパルス的に流す工程は、所定のパルス幅で実行される請求項３９の方法。
【請求項４１】
前記第２のガスのフローをパルス的に流す工程は、所定のパルス時間で実行される請求項３９の方法。
【請求項４２】
前記第２のガスのフローをパルス的に流す工程は、所定のパルス動作サイクルを得るために実行される請求項３９の方法。
【請求項４３】
前記ＲＦパワーをパルス的に印加する工程は、所定のパルス幅で実行される請求項３９の方法。
【請求項４４】
前記ＲＦパワーをパルス的に印加する工程は、所定のパルス時間で実行される請求項３９の方法。
【請求項４５】
ＲＦパワーをパルスするステップは、所定のパルス動作サイクルを得るために実行される請求項３９の方法。
【請求項４６】
前記第２のガスのフローをパルス的に流す工程は、第１のパルス幅で実行され、前記ＲＦパワーをパルス的に印加する工程は、第２のパルス幅で実行され、この第１のパルス幅は、この第２のパルス幅と実質的に同じである、請求項３９の方法。
【請求項４７】
前記第２のガスのフローをパルス的に流す工程は、第１のパルス時間で実行され、前記ＲＦパワーをパルス的に印加する工程は、第２のパルス時間で実行され、この第１のパルス時間は、この第２のパルス時間と実質的に同じである、請求項３９の方法。
【請求項４８】
前記第２のガスのフローをパルス的に流す工程は、第１のパルス動作サイクルを得るために実行され、前記ＲＦパワーをパルス的に印加する工程は、第２のパルス動作サイクルを得るために実行され、この第１のパルス動作サイクルは、この第２のパルス動作サイクルと実質的に同じである、請求項３９の方法。
【請求項４９】
前記第２のガスのフローのパルス的な流れの第１の期間は、前記ＲＦパワーのパルス的な印加の第２の期間と実質的に同じである請求項３９の方法。
【請求項５０】
前記第２のガスのフローのパルス的な流れの第１の期間は、ＲＦパワーのパルス的な印加の第２の期間とはオフセットされる請求項３９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理に関し、特に、改良プラズマ処理の方法に関する。
【０００２】
この出願は、２００１年８月２９日に出願された出願番号６０／３１５，３６９の米国仮出願に対して、優先権を主張する。そしてこれの全内容は、参照として本明細書中に盛り込まれる。
【背景技術】
【０００３】
代表的に、材料の処理中に、複合材料構造を形成する際に、プラズマが、材料薄膜の付加並びに除去に用いられている。例えば、半導体処理においては、（ドライ）プラズマエッチング処理が、細いラインに沿うか、ビア内の材料、もしくはシリコン基板上にパターニングされたコンタクトを、除去もしくはエッチングをするために利用されている。このプラズマエッチング処理は、一般に、例えばフォトレジスト層のような、重なり、パターニングされた保護層を備えた半導体基板を処理チャンバ内へ位置付けることを含んでいる。基板が、いったんチャンバ内に位置付けられると、真空ポンプが、周囲の処理圧力を得るために絞られながら、イオン化可能な解離ガス混合物が、予め規定された流量でチャンバ中に導入される。
【０００４】
その後、存在するガス種のフラクションが、誘導的もしくは容量的に高周波数（ＲＦ）パワーの伝送、または、例えば、エレクトロンサイクロン共鳴（ＥＣＲ）のようなマイクロ波電力使用によって加熱されたエレクトロンにより、イオン化されているとき、プラズマが形成される。更に、加熱されたエレクトロンは、周囲のガス種のうちのいくつかの種を解離させて、露出表面のエッチング化学に適した反応種を作り出す役割を果たしている。いったんプラズマが形成されると、基板のいかなる露出表面もプラズマによってエッチングされる。この処理は、基板の露出領域での様々なフィーチャー（例-トレンチ、ビア、コンタクト等）にエッチングをするために、望ましい反応種の適切な濃度、並びにイオン個体群を含んだ最適条件を得るために調整される。このようなエッチングが必要である基板材料は、二酸化シリコン（SiO2）とポリシリコンと窒化ケイ素とを含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このフィーチャーのサイズが縮小し、集積回路（ＩＣ）製造過程で使用されるエッチング処理工程の数と複雑さがエスカレートするのに従って、高い材料選択性で、高エッチングレートを得るのに必要な適切な化学的バランスを達成するために、反応性材料の移送と、エッチングフィーチャーからのエッチング物の流出とを制御する能力が、より厳しくなっていく。
【０００６】
酸化（SiO2）エッチングのような、多くのドライエッチングでのエッチングレートは、物理的要素と化学的要素とを含んでいる。このプラズマ化学は、物理的要素のために利用される正に帯電された（比較的重い）イオン（単一電荷アルゴンイオンのようなイオン）の個体群、並びに、化学的要素のために利用されるラジカル個体群（フッ素原子FとCF、CF2、CF3、即ち、より一般的にはフルオロカーボンプラズマにおけるCFx種のようなもの）を作り出している。更に、化学的反応体（CFx）は、表面エッチング化学においては反応体として働き、また、（重い）正に帯電されたイオン（Ar+）は、表面反応の触媒となるエネルギーを与える。
【０００７】
フィーチャーサイズが次第に縮小するのに従って、このサイズは、酸化物（並びに他の膜）の厚さが薄くする割合より大きな割合で小さくなる。かくして、このエッチングフィーチャーのアスペクト比（フィーチャーの深さ対幅の比）は、縮小サイズとともに大きく増加する（10：1の割合で）。アスペクト比が増加するのに従って、化学的反応体の指向性、並びにエッチングフィーチャーに対する局部的なイオントランスポートは、エッチングフィーチャーの異方性を保つために飛躍的に重要になってくる。
【０００８】
帯電された種（イオンのような）の移送は、電気力によって影響される。かくして、この業界においては、基板の表面に対してほぼ直交する方向にイオンが移動するよう、プラズマシースを介して、イオンを基板面に引き付け、かつ加速させるような、ＲＦバイアスが印加される基板ホルダ（チャック）を提供することが、一般的である。しかしながら、中性な化学反応種は、基板面での方向性を呈するように、電気力の適用によって影響されない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、エッチングレートと、エッチング選択性と、特に高アスペクト比でのフィーチャーの、エッチングフィーチャー側壁プロファイルを改善するために、露出基板面に局部的な、化学的移送での改良に影響を与えるよう、プラズマ処理システム並びにこの動作方法を提供する。露出基板面は、材料のエッチングもしくは堆積工程の作用を受ける。これら工程の組み合わせは、露出基板面の材料合成物、並びに/もしくは地形を変更させる役割を果たしている。
【００１０】
本発明は、有効的な、処理チャンバ、並びにこの処理チャンバ内に設けられた基板ホルダ、並びにこの処理チャンバへ第１のガスと第２のガスとを供給するよう構成されたガス噴射システムを含んでいる、プラズマ処理システムを提供する。このシステムは、更に、第1の期間に、第１のガスのフローがこの処理チャンバへ連続的に流れ、また、第２のガスのフローが、この処理チャンバへパルス的に流れるように、ガス噴射システムを制御するよう構成されたコントローラを含んでいる。このコントローラは、第２の期間に、この基板ホルダへＲＦパワーをパルス的に印加するように構成されている。
【００１１】
本発明は、更に、有効的にプラズマ処理システムの動作方法を提供する。この方法は、ガス噴射システムを使って第１のガスのフローを流すことによってバックグラウンド圧力が発生される、前記処理チャンバ内のバックグラウンド圧力を調整する工程、並びに前記処理チャンバ内の処理プラズマを発生させる工程を含んでいる。この方法は、更に、第1の期間に、ガス噴射システムを使用して第２のガスのフローをパルス的に流す工程、並びに第２の期間に、基板ホルダにＲＦパワーをパルス的に印加する工程を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のこの目的と他の目的と効果は、本発明の代表的な実施形態の下記の具体的な説明と添付の図面とから、より明らかで、より容易に認識されるであろう。
【００１３】
エッチングレートと、エッチング選択性と、特に高アスペクト比でのフィーチャーのエッチングフィーチャー側壁プロファイルとを改善するように、露出基板面に局部的な化学的移送の改良に影響を与えるよう、本発明はプラズマ処理システム並びにこの動作方法を改良している。この露出基板面は、材料のエッチングもしくは堆積工程の作用を受ける。これら工程の組み合わせは、露出基板面の材料合成物、並びに/もしくは地形を変更させる役割を果たしている。この材料のエッチング、並びにこの堆積手段の一アスペクトは、低い圧力の処理、並びに基板材料フィーチャーに対して局部的な化学的移送指向性の欠如に関連した低密度に起因している、高アスペクト比のフィーチャーで厳密に制限され得る化学的移送である。ガスのフローを周期的にパルスする方法が、基板に隣接している化学的移送の改善に影響を与えるよう、基板ホルダへＲＦパワーをパルス的に印加する方法と共にここに述べられている。
【００１４】
ガスのフローをパルス的に流すことは、基板の露出表面付近のガスの圧力の増加を導き、このため、平均自由行程の局部的な減少、即ち基板面に局部的な衝突の可能性を高める。また、基板ホルダへＲＦパワーをパルス的に印加することは、シースの厚さが増すようなパルス幅の持続特性のための、シースでの間の電圧降下の増加を生じさせる。この後起こるこのシースの厚さ以下の値への平均自由行程の低下は、イオン−中性子衝突のためのこの短い期間、電荷交換衝突、もしくは単なる運動量移動衝突の非常に大きな可能性を高める。その結果、基板面に対して直交して入射する方向に動く、比較的大きな高エネルギーで指向性のある中性の種の個体群を作り出す。それゆえ、質量と運動量の標準のフラックスは、フィーチャーの入口付近で増加する。本発明によるこのプラズマ処理システム並びにこの動作方法は、ここに述べる通りである。
【００１５】
本発明は、全体を通して、連続的に、第１の処理ガスを、ガス噴射オリフィスの第１アレイを通じて流し、第２の処理ガスをガス噴射オリフィス第２アレイを通じてパルス的に流すことが可能な、ガス噴射システムを含んでいるプラズマ処理システムに関する。この処理システムは、更に、基板が載せられる基板ホルダに印加されるＲＦバイアスを有している。この基板は、材料の、この基板上への付加（堆積）もしくはこの基板から除去（エッチング）を促進するようなプラズマ処理の作用を受ける。
【００１６】
図１には、プラズマ処理チャンバ１０を有しているプラズマ処理システム１が示されている。このプラズマ処理チャンバ１０内には、ガス噴射システム１１のガス噴射プレート１２が、基板１６が装着される基板ホルダ１４に直接対向して配置されている。このガス噴射システム１１は、ガス噴射プレート１２を通した、プラズマ処理チャンバ１０中への第１のガスのフロー２０の連続的な噴射と、第２のガスのフロー３０のパルス化された噴射とを容易にする。この第１のガスのフロー２０の連続的な流れは、ガスライン２２経由で、マスフローコントローラ２４を通じ、第１のガスの供給源２６から発生する。また、前記第２のガスのフロー３０のパルス的な流れは、ガスライン３２経由で、パルス化されたガスの噴射マニホールド３４を通じ、第２のガスの供給源３６から発生する。
【００１７】
図１のプラズマ処理システム１は、発生器５０から供給され、インピーダンス整合ネットワーク５２を介して、基板ホルダ１４に印加されるＲＦバイアスを更に使用している。増幅器５４は、波形信号発生器５６から出力された信号５８によって振幅変調され、発生器５０から出力されたＲＦバイアス信号の振幅を増加させる。この増幅器５４は、増幅されたＲＦバイアス信号を、インピーダンス整合ネットワーク５２へ送る。
【００１８】
図１を継続的に参照してみると、前記基板ホルダ１４は、ＲＦパワーによってバイアスされ、発生器５０から発生するＲＦ信号は、インピーダンス整合ネットワーク５２並びに増幅器５４を通じて基板ホルダ１４に供給されている。前記信号増幅は、波形信号発生器５６からの入力信号５８によって振幅変調される。
【００１９】
この増幅器５４は、発生器５０からの発振入力、並びに波形信号発生器５６からの振幅変調信号５８を受信するのに適しているリニアＲＦ増幅器であり得る。波形信号発生器５６から出力される信号５８の一例は、パルス波形となっている。増幅器５４と内部パルスジェネレーターとを有している代表的なシステムは、商業的に入手可能なDressler社（2501 North Rose Drive,Placentia,CA 92670）のリニアＲＦ増幅器（モデルラインLPPA）である。この増幅器は、１０ないし５００ＭＨｚの範囲の周波数で、４００ないし８０００Ｗの範囲のＲＦパワーでパルスモードと連続的なモードとでの動作が可能である。更に、この増幅器は、２０ミリセカンド程の短いパルス幅を達成することが可能である。
【００２０】
インピーダンス整合ネットワーク５２は、反射されたパワーを最小にすることによって、処理チャンバ１０内のプラズマへのＲＦパワーの移送を最大にする役割を果たす。この目的を達成するための整合ネットワークトポロジー（例-Ｌ-タイプ、Π-タイプ、Ｔ-タイプ等）は既に知られている。コンデンサＣ1とＣ２とを、例えば、Ｌ-タイプ構成にチューニングするための整合ネットワーク設定は、開始状態とランタイム状態との両方において、コントローラ７０によって制御される。好ましくは、自動整合ネットワーク制御方法が、この処理の全体に渡って、最適の整合を維持するために使用される。しかしながら、代表的な整合ネットワークの反応速度は、おおよそ１５０ミリセカンドである。
【００２１】
このため、一般的な（機械によってチューニングされる）整合ネットワークは、約
１５０ミリセカンドより小さいパルス幅に対して最適に応答することは期待出来ない。このような場合、一般的な整合ネットワークは、処理ガスの連続的な流れの条件に基づくラン設定値並びに開始設定値用に設計されている。しかし一方で、もし、数百ミリセカンドを超えたパルス幅が使用されるのであれば、一般的な整合ネットワークは、応答するのに十分速く、パルス時間の間でさえ最適なインピーダンス整合を与える。更なる説明は、下記に説明されている。
【００２２】
このうえ、図１のプラズマ処理システム１は、更に、真空ポンプシステム４２を含んでおり、これを通じ、処理ガス並びに排出ガスは、プラズマ処理チャンバ１０から除去（排気）されることが可能である。真空ポンプシステム４２は、好ましくは、５０００リットル/秒（もしくはそれ以上）の吸出しスピードで動作可能であるターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、並びにチャンバ圧力を抑圧するためのゲートバルブを含んでいる。ＴＭＰは、概して５０ｍＴｏｒｒ以下の低圧力処理に有益である。これより高い圧力では、このＴＭＰの吸出しスピードは、非常に低下する。高い圧力処理（即ち、１００ｍＴｏｒｒ以上）においては、機械的ブースターポンプとドライラフポンプとが推奨される。
【００２３】
更に、このプラズマ処理システム１は、真空ポンプシステム４２に接続されたコントローラ７０と、インピーダンス整合ネットワーク５２と、増幅器５４と、波形信号発生器５６とを有している。また、コントローラ７０は、プラズマ処理システム１でガス噴射パラメーターを制御するように、マスフローコントローラ２４と、第１のガスの供給源２６と、第２のガスの供給源３６と、パルス化されたガスの噴射マニホールド３４とに接続されている。
【００２４】
コントローラ７０は、マイクロプロセッサーと、メモリーと、ガス噴射システム１１へ入力を伝達し、活性化するのに充分な、制御電圧を発生させることが可能であるデジタルＩ／Ｏポートとを有している。更に、コントローラ７０は、インピーダンス整合ネットワーク５２と、増幅器５４と、波形信号発生器５６との間で情報を交換する。このコントローラ７０は、状態データを、ガスの供給源２６並びにガスの供給源３６と、マスフローコントローラ２４と、パルス化されたガスの噴射マニホールド３４との間で交換する。そして更に、コントローラ７０は、制御信号を真空ポンプ５５へ送ったり、真空ポンプ５５から受信したりする。このため、例えば、ゲートバルブが制御され得る。このメモリーに記憶されたプログラムは、必要なときに、バルブと夫々のガスの流量を活性化する処理レシピを含んでいる。コントローラ７０の一例は、3730 Park Place,  Glendale,CA 91020  所在の、Micro/sys,Inc.,社製、SBC2486DX  PC/104型埋め込み可能なコンピューターボードである。
【００２５】
プラズマ処理システム1の動作中、処理ガスは、第１のガスのフロー２０を連続的に流すための手段、並びに第２のガスのフロー３０をパルス的に流すための手段が供給されているガス噴射システム1１によって、プラズマ処理チャンバ１０中へ導入される。第１のガスのフロー２０と第２のガスのフロー３０とは、夫々ガスの供給源２６と３６とから発生する。ガスの供給源２６と３６とは、複数の圧縮気圧シリンダーを備えたキャビネットハウジング、並びに安全にガスの取り扱いを実行するための圧力調整器とを含むことが可能である。この第１のガスのフロー２０の連続的な流れは、当業者にとっては周知である、ガスシャワーヘッド構成によって得られる。
【００２６】
好ましい実施形態においては、この第１のガスのフロー２０の連続的な流れは、ガス噴射プレート１２を通じて処理チャンバ１０中に導入される。他の実施形態においては、この第１のガスのフロー２０の連続的な流れは、この処理チャンバ１０のチャンバ壁を通じて処理チャンバ１０中に導入される。好ましい実施形態では、マスフローコントローラ２４は、ガスの供給源２６によって供給されている第１の処理ガスの質量流量を看視制御する。第２のガス３０をパルス的に流すことは、パルス化されたガスの噴射マニホールド３４によって実行できる。このパルス化されたガスの噴射マニホールド３４は、１つ以上の圧力調整器と、１つ以上のパルス化されたガス噴射と、ガス分配マニホールドとを含むことができる。代表的なパルス化されたガス噴射システムは、２００１年５月２日に出願された、係属中の米国出願Ｕ．Ｓ.  ６０／２７２，４５２に、より詳しく説明されており、これの全内容は、参照として本明細書中に盛り込まれる。好ましい実施形態においては、第２のガスのフロー３０のパルス的な流れは、ガス噴射プレート１２を通じて処理チャンバ１０中に導入される。
【００２７】
他の実施形態においては、ガス噴射プレート１２は、アルミニウムのような金属から形成されることが可能であり、また、プラズマと接している表面は、酸化アルミニウムの保護被膜を形成するように陽極酸化されたり、Y2O3がスプレーコーティングされ得る。更に、このガス噴射プレート１２は、掃気プレートとして機能するようにシリコンもしくはカーボンにより形成されるか、耐腐食性を促進するために炭化ケイ素により形成され得る。
【００２８】
基板１６は、当業者にとっては充分理解されている手段によって、プラズマ処理チャンバ１０へ転移されたりここから外されたりされる。更に、この基板１６は、好ましくは、静電クランプ（図示されていない）によって基板ホルダ１４に固定されており、バックサイドガス（図示されていない）が、基板１６と基板ホルダ１４との間の改善された熱伝導係数のために供給され得る。この基板ホルダ１４は、更に、基板１６の温度制御を容易にするための加熱手段と冷却手段（図示されていない）とを含むことが出来る。
【００２９】
図２には、図１に示された実施形態の動作方法の概略的な説明が示されている。第１のガスのフロー２０の流量に関する第１の期間履歴は、全体を通して１１０で示されており、流量１１２は、この処理中一定値を保っている。
【００３０】
第２のガスのフロー３０のフロー特性に関する第２の期間履歴は、全体を通して１２０で示されており、このフロー特性１２２は、好ましくは噴射全圧力である。この噴射全圧力は、パルス振幅１２２とパルス幅１２６とパルス時間１２４とを有する、パルス化されたガスの噴射マニホールド３４によってパルス変調される。パルス時間１２４に対するパルス幅１２６の比率は、更に、パルス動作サイクルと呼ぶことができる。そしてまた、パルス化されたフロー特性１２２は、第２のガスのフロー３０のマスフローになり得る。
【００３１】
この第１並びに第２の期間履歴と共に、このＲＦバイアスパワーに関する第３の期間履歴は、全体を通して１３０で示されており、このＲＦパワーは、第１のパワーレベル１３４と第２のパワーレベル１３２との間でパルス変調される。このＲＦバイアスパワーは、パルス幅１３８とパルス時間１３６とを有する。このパルス時間１３６に対するパルス幅１３８の比率は、更に、パルス動作サイクルと呼ぶことができる。好ましい実施形態においては、このＲＦパワーパルス幅１３８とパルス時間１３６とは、夫々第２の処理ガスパルス幅１２２とパルス時間１２４と実質的には同じである。他の実施形態においては、このＲＦパワーパルス動作サイクルは、実質的には第２のガスのフローのパルス動作サイクルと同じである。更に他の実施形態では、この第２のガスのフローのパルス幅は、ＲＦパワーパルス幅と実質的に異なっている。また、他の実施形態では、第２のガスのフローのパルス時間は、ＲＦパワーのパルス時間と実質的に異なっている。他の実施形態では、この第２のガスのフローの動作周期は、ＲＦパワーのパルス動作サイクルと実質的に異なっている。更に、他の実施形態では、このＲＦパワーのパルス波形は、第２のガスのフローのガスパルス波形に対して、期間１４０中に偏移もしくはオフセットされる。
【００３２】
第１のガスのフロー２０の流量は、１００ないし５０００ｓｃｃｍ（相当アルゴン流量）の範囲を取り得る。チャンバ圧力は、1ないし１０００ｍＴｏｒｒの範囲を取り得る。この第２のガスのフロー３０の噴射全圧力は、５０ないし１０００Ｔｏｒｒの範囲を取り得る。このパルス幅は、１０ミリセカンドないし１０秒の範囲に渡るパルス時間を有し、１ないし１０００ミリセカンドの範囲を取り得る。
【００３３】
好ましい実施形態において、図２によって呈示された動作方法による処理レシピをこれから説明する。第１のガスのフロー２０は、対応流量４００/７/１２ｓｃｃｍを有する
Ａｒ/Ｃ４Ｆ８/Ｏ２のガス混合物を含んでいる。処理チャンバ内のバックグラウンド圧力は、例えばポンピングポート内、もしくは処理領域外のチャンバ壁にてチャンバ圧力を感知して、真空ポンプシステムのゲートバルブを調整することによって２０ｍＴｏｒｒに設定されている。この第２のガスのフロー３０は、実質的には第１のガスのフロー２０と同じである対応分圧を有するＡｒ/Ｃ４Ｆ８/Ｏ２のガスの混合である。この第２のガスのフローにかかるガス噴射全圧力は、好ましくは大気圧（即ち、おおよそ７６０Ｔｏｒｒ）である。そして最後に、パルス幅とパルス時間とは、実質的には第２のガスのフローのパルス的な流れとＲＦパワーのパルス的な印加と同じであり、これらは夫々２０ミリセカンド並びに２００ミリセカンドに設定されている。
【００３４】
動作の好ましい方法においては、２０ミリセカンドの処理ガスのパルス幅は、係属中の米国出願６０/２７２，４５２によって示されているガス噴射構成により得ることが出来る。そして、２０ミリセカンドのＲＦパワーのパルス幅は、上記に説明されている商業的に入手可能なＲＦパワーソースによって得ることが出来る。上記に説明されているもう１つの事柄は、ＲＦパワーのパルス幅が、一般的なインピーダンス整合ネットワークの応答時間（即ち、おおよそ１５０ミリセカンド）より短いとき、最適なインピーダンス整合を得るために他の技術が必要となる場合もある、ということである。リニアＲＦ増幅器は、上記に説明されたように、周波数シフトチューニング内に装備されており、特に、１．６ないし４ＭＨｚで利用できる。（Dressler  ＲＦ  Technology社）。商業的に実行可能なオプションを超えた周波数においては、１９９９年７月１３日に出願された、係属中の米国出願Ｕ．Ｓ.  ６０／１４３，５４８によって説明されているような、自由走行発生器のような他の解決が必要となる。そしてこれの全内容は、参照として本明細書中に盛り込まれる。
【００３５】
図３には、図１で描写されている実施形態の動作方法が示されている。プラズマ処理は、工程５００で、プラズマ処理システム１内で開始される。工程５１０では、コントローラ７０は、記憶された処理レシピに従い、ガス噴射システム１１によって第１のガスのフロー２０のための流量１１２を設定する。この第１のガスのフロー２０は、工程５００における処理の開始から工程６３０の処理の終了まで、一定のマスフロー１１２を伴って連続的に処理チャンバ１０中に導入される。工程５２０では、コントローラ７０は、真空ポンプ４２に接続され、記憶された処理レシピに従い処理チャンバ１０内のバックグラウンド圧力を調整する。
【００３６】
この第１のガス流量が確立され、かつバックグラウンド圧力が設定されると、処理プラズマは、コントローラ７０に記憶された処理レシピに従って、工程５３０で、基板ホルダのＲＦパワーによって発生される。工程５４０では、コントローラ７０は、工程５５０での第２のガスのフローをパルス的に流し、かつ工程５７０での位相遅れの工程を踏むかもしくはこの工程を飛ばして、工程５８０でのＲＦパワーのパルス的な印加をトリガーする。ＲＦパワーのパルス的な印加が工程５９０で終了し、パルス的処理が工程６００にて完了する一方で、この第２のガスのフローのパルス的な流れは、工程５６０で終了する。
【００３７】
工程６１０では、処理の終了点は、光放出分光法もしくはインピーダンス整合ネットワーク監視等のようなエンドポイント検出方法によって測定される。終了点に達した場合は、この処理は工程６３０にて終了となる。この処理が完了していない場合は、第２のパルス的処理ガス、並びにＲＦパワーのパルス的な印加の夫々のパルス時間に匹敵する時間遅延がステップ６２０にて再実行される。この後は、これらステップ５４０から６３０が繰り返される。
【００３８】
本発明のほんのいくつかの代表的な実施形態しか上記に詳しく説明されていないが、当業者は、本発明の新しい教示並びに効果から本質的に逸脱することなく、代表的な実施形態において多くの変形が可能であるということを容易に認識するであろう。従って、このような変形は本発明の範囲内に含められることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略図。
【図２】図１の実施形態に係るガス噴射パルシング並びにＲＦバイアスパルシングのタイミングチャート。
【図３】図１の実施形態に係る、図１のシステムの動作手順の概要図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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