(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマの一様性、密度、および半径方向分布の制御と、を提供するガスとともに使用するための容量結合プラズマ処理システムを提供する【解決手段】上側電極２０４と、下側電極２０６と、ガス注入口と、電源（ＲＦジェネレータ２２０）と、受動回路とを含む。ガス注入口は、上側電極と下側電極との間にガスを提供するように動作可能である。電源は、第１の電極と第２の電極との間のガスからプラズマを点火するように動作可能である。受動回路（ＲＦ整合回路２１８）は、第２の電極に結合され、第２の電極のインピーダンス、電圧電位及びＤＣバイアス電位のうちの１以上を調整する。受動高周波回路（共振フィルタ６０６）は、インダクタ６０８に並列に配置された可変コンデンサ６１０を含む。【選択図】図６
2015207777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスとともに使用するためのプラズマ処理システムであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記ガスを提供するように動作可能なガス注入口と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記ガスからプラズマを点火するように動作可能な電源と、
前記第２の電極に結合され、前記第２の電極のインピーダンス、電圧電位、およびＤＣバイアス電位のうちの１以上を調整するように構成された受動回路と、
を備え、前記受動高周波回路は、インダクタに並列に配置されたコンデンサを含む、プラズマ処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記コンデンサおよび前記インダクタは、それぞれ接地されている、プラズマ処理システム。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ処理システムであって、
前記コンデンサは、可変コンデンサである、プラズマ処理システム。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記第２の電極を前記受動回路から切り離すように、そして、前記第２の電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
【請求項５】
請求項２に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記第２の電極を前記受動回路から切り離すように、そして、前記第２の電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
【請求項６】
請求項３に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記第２の電極を前記受動回路から切り離すように、そして、前記第２の電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
【請求項７】
プラズマ処理方法であって、
第１の電極と第２の電極との間にガスを提供することと、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記ガスから、電源を通じて、プラズマを点火することと、
インダクタに並列に配置されたコンデンサを含む受動回路を通じて、前記第２の電極のインピーダンス、電圧電位、およびＤＣバイアス電位のうちの１以上を変更することと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、参照によってその開示内容全体を本明細書に組み込まれる２００９年４月６日出願の米国仮特許出願第６１／１６６，９９４号の利益を主張する。
【０００２】
プラズマ処理における進歩は、半導体産業の成長を促してきた。プラズマ処理は、例えば、誘導結合プラズマ処理システム、容量結合プラズマ処理システム、マイクロ波生成プラズマ処理システムなどの、様々なプラズマ生成技術を伴うと考えられる。半導体デバイスの製造に材料のエッチングおよび／または蒸着を伴うプロセスでは、メーカは、多くの場合、容量結合プラズマ処理システムを用いる。
【０００３】
新しい先端材料、異種材料の複雑な積み重ね、より薄い層、より小さい特徴、およびより厳しい許容差を伴って製造される次世代の半導体デバイスは、プラズマプロセスパラメータに対してより厳密な制御およびより広い操作窓を伴うプラズマ処理システムを必要とすると考えられる。したがって、基板のプラズマ処理について考慮すべき重要な事柄として、容量結合プラズマ処理システムが複数のプラズマ関連プロセスパラメータを制御する能力を有することが挙げられる。プラズマ関連プロセスパラメータを制御する従来の方法は、受動ＲＦ結合回路、高周波数（ＲＦ）ジェネレータ、またはＤＣ電源を含みえる。
【０００４】
図１Ａは、プラズマエッチングプロセスにおける先行技術プラズマ処理システム１００の概略図を示している。プラズマ処理システム１００は、閉じ込めチャンバ１０２と、上側電極１０４と、下側電極１０６と、ＲＦドライバ１０８とを含む。閉じ込めチャンバ１０２、上側電極１０４、および下側電極１０６は、プラズマ形成空間１１０を提供するように配置される。ＲＦドライバ１０８が、下側電極１０６に電気的に接続される一方で、上側電極１０４は、電気的に接地される。
【０００５】
作動中、基板１１２は、静電力を通じて下側電極１０６上に保持される。ガス源（不図示）が、プラズマ形成空間１１０にエッチングガスを供給する。ＲＦドライバ１０８は、下側電極１０６に駆動信号を提供し、そうして、下側電極１０６と上側電極１０４との間に電圧差を提供する。電圧差は、プラズマ形成空間１１０内に電磁場を形成し、プラズマ形成空間１１０内のガスは、イオン化され、プラズマ１１４を形成する。プラズマ１１４は、基板１１２の表面をエッチングする。
【０００６】
図１Ｂは、従来のエッチングプロセスにおけるプラズマ処理システム１００の底部を拡大した図を示している。図に示されるように、プラズマ１１４と基板１１２表面との間に、プラズマシース１１６が形成される。プラズマシース１１６は、プラズマ１１４の電位と下側電極１０６の電位との間の電位降下を担う。プラズマ１１４からのプラズマイオン１１８は、プラズマシース１１６を通した電位降下を通じて基板１１２の表面に向かって加速される。プラズマイオン１１８による基板１１２への衝撃は、基板１１２の表面上からの材料のエッチング除去を引き起こす。エッチングプロセス中は、プラズマからのイオンとともに中性種のフラックスが、基板１１２上へのポリマ層の蒸着も引き起こす。このように、プラズマ１１４は、電子デバイスの作成のために、基板１１２上からの材料のエッチングおよび／または基板１１２上への材料の蒸着に使用されえる。
【０００７】
実際は、プラズマ処理パラメータおよびエッチング／蒸着挙動を精密に制御する必要性から、プラズマ処理システムは、図１Ａおよび図１Ｂのプラズマ処理システム１００よりも複雑である必要がある。
【０００８】
図２は、先行技術プラズマ処理システム２００の概略図を示している。図２に示されるように、プラズマ処理システム２００は、上側電極２０４と、下側電極２０６と、接地上側延長リング２１０と、上側インシュレータ２１２と、接地下側延長リング２１４と、底部インシュレータ２１６と、ＲＦ整合回路２１８と、ＲＦジェネレータ２２０と、ＲＦ整合回路２２２と、ＲＦジェネレータ２２４とを含む。
【０００９】
図２のプラズマ処理システム２００の基本的なセットアップは、上述の図１Ａのプラズマ処理システム１００と同様であるが、上側電極２０４が、接地される代わりにＲＦ整合回路２２２を通じてＲＦジェネレータ２２４に接続されている点で異なる。このようにして、上側電極２０４のＲＦバイアスは、独立に制御することができる。また、プラズマ処理システム２００は、プラズマ境界からＲＦ電流を流出させる接地上側延長リングおよび接地下側延長リングを含む。この例のプラズマ処理システム２００では、下側電極２０６は、底部インシュレータ２１６によって接地底部延長リング２１４から電気的に絶縁されている。同様に、上側電極２０４は、上側インシュレータ２１２によって接地上側延長リング２１０から電気的に絶縁されている。
【００１０】
プラズマ処理システム２００は、単一周波数、二重周波数（ＤＦＣ）、または三重周波数のＲＦ容量放電システムでありえる。ＲＦジェネレータ２２４によって提供される高周波の非限定例として、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚが挙げられる。プラズマ処理システム２００では、処理のために、基板２０８を下側電極２０６の上に配することができる。
【００１１】
例えば、基板２０８が処理されている状況を考える。プラズマ処理中、接地経路を伴うＲＦジェネレータ２２０は、ＲＦ整合回路２１８を通じて下側電極２０６に低電力ＲＦバイアスを供給しえる。一例として、ＲＦ整合回路２１８は、プラズマ処理システム２００への送電を最大にするために使用されえる。下側電極２０６に提供されるＲＦジェネレータ２２０からの駆動信号は、下側電極２０６と上側電極２０４との間に電圧差を提供する。電圧差は、ガスのイオン化を引き起こす電磁場を形成し、そうして、上側電極２０４と下側電極２０６との間にプラズマを発生させる（ガスおよびプラズマは、図を簡単するために示されていない）。プラズマは、電子デバイスの作成のために、基板２０８上からの材料のエッチングおよび／または基板２０８上への材料の蒸着に使用されえる。
【００１２】
例えば、メーカがプラズマ処理パラメータに対するさらなる制御のために、エッチングプロセス中に上側電極２０４の電圧を調整しようとする状況を考える。上側電極２０４の電圧は、接地経路を伴ってＲＦ整合回路２２２を通じてＲＦジェネレータ２２４によって調整されえる。ＲＦジェネレータ２２４は、図２の例では、高電力でありえる。
【００１３】
次に、図３を参照にして、別のタイプの先行技術プラズマ処理システムが説明される。
【００１４】
図３は、先行技術プラズマ処理システム３００の概略図を示している。図３に示されるように、プラズマ処理システム３００は、上側電極２０４と、下側電極２０６と、接地上側延長リング２１０と、上側インシュレータ２１２と、接地下側延長リング２１４と、底部インシュレータ２１６と、ＲＦ整合回路２１８と、ＲＦジェネレータ２２０と、ＲＦフィルタ３３２と、ＤＣ電源３２４とを含む。プラズマ処理システム３００では、処理のために、基板２０８を下側電極２０６の上に配することができる。
【００１５】
図３のプラズマ処理システム３００は、上述の図２の多重周波数容量結合プラズマ処理システム２００と同様であるが、図３の例では、ＤＣ電源３２４が、接地経路を伴ってＲＦフィルタ３２２を通じて上側電極２０４に結合されているという点で異なる。ＲＦフィルタ３２２は、通例、ＤＣ電源３２４に損失を導入することなく不要な調波ＲＦエネルギを減衰させるために使用される。不要な調波ＲＦエネルギは、プラズマが放電するときに生成され、ＲＦフィルタ３２２によって、ＤＣ電源に戻るのを阻止されえる。
【００１６】
例えば、メーカがプラズマ処理パラメータに対するさらなる制御のために、プラズマ処理中に上側電極２０４のＤＣ電位を調整しようとする状況を考える。上側電極２０４のＤＣ電位は、図３の例では、ＤＣ電源３２４を用いて調整されえる。通常、上側電極２０４にＤＣバイアスを印加することの目的は、電子が上側電極２０４に行くのを阻止してプラズマ内に捕らわれたままにすることにある。このようにすれば、プラズマ密度を引き上げて、基板２０８の材料のエッチング速度を増加させることができる。
【００１７】
上述されたプラズマ処理システムは、上側電極にかかる電圧を調整してプラズマ関連パラメータに対するさらなる制御を達成するために、外部のＲＦ電源および／またはＤＣ電源を用いる必要がある。外部電源の要請は、実装するのに高価となるので、ＲＦ結合およびＤＣバイアスを実現するためにＤＣ電流接地経路を伴うＲＦ結合回路を使用するプラズマ処理システムが開発されている。図４および図５を参照にして、このタイプの先行技術プラズマ処理システムが説明される。
【００１８】
図４は、従来のプラズマ処理システム４００の概略図を示している。図４に示されるように、プラズマ処理システム４００は、上側電極２０４と、下側電極２０６と、接地上側延長リング４０４と、上側インシュレータ２１２と、接地底部延長リング４１２と、底部インシュレータ２１６と、ＲＦ整合回路２１８と、ＲＦジェネレータ２２０と、導電性結合部材４１０と、ＲＦ結合回路４０２とを含む。プラズマ処理システム４００では、処理のために、基板２０８を下側電極２０６の上に配することができる。
【００１９】
図４のプラズマ処理システム４００は、上述の図２および図３の多重周波数容量結合プラズマ処理システム２００および３００と同様であるが、図４の例では、上側電極２０４が、外部のＲＦ電源またはＤＣ電源の代わりに受動回路（ＲＦ結合回路４０２）に接続されているという点で異なる。具体的には、ＲＦ結合回路４０２は、ＤＣ接地経路を伴って上側電極２０４に結合されている。図２および図３の例でなされているように外部電源を使用する代わりに、図４では、ＤＣ電流接地帰路およびＲＦ結合回路４０２を提供することによって、上側電極２０４へのＲＦ結合およびＤＣバイアスが達成されている。
【００２０】
図４のプラズマ処理システム４００は、以下でさらに論じられるように、プラズマ処理システム４００では、各種の延長リングが異なっているという点でも図２および図３の例と異なる。
【００２１】
プラズマ処理システム４００では、上側電極２０４は、上側インシュレータ１１２によって接地上側電極延長リング４０４から電気的に絶縁されている。接地上側電極延長リング４０４は、表面を石英層４１４で覆われた導電性のアルミニウム材料で構成されてよい。同様に、下側電極２０６は、底部インシュレータ２１６によって接地ＤＣ底部延長リング４１２から電気的に絶縁されている。接地底部延長リング４１２は、表面を石英層４１６で覆うことができる導電性のアルミニウム材料で構成されてよい。下側電極延長リング４１２の構成には、その他の導電性材料が用いられてもよい。
【００２２】
導電性結合部材４１０は、ＤＣ電流接地帰路を提供するために、下側電極延長リング４１２のアルミニウム部分の上に配される。導電性結合部材４１０は、シリコンで構成されてよい。或いは、導電性結合部材４１０は、その他の導電性材料で構成されてもよい。プラズマ処理システム４００では、導電性結合部材４１０は、リング状である。このリング状は、有利なことに、プラズマ処理チャンバの底部におけるＤＣ電流接地帰路を半径方向に一様にする。しかしながら、導電性結合部材４１０は、例えば円盤状やドーナツ状などのように、ＤＣ電流接地帰路を一様にしえる任意の適切な形状に形成されてもよい。
【００２３】
上側電極２０４は、ＲＦ接地結合を制御するＲＦ結合回路４０２を提供される。ＲＦ結合回路４０２は、電源を必要としない、すなわち、ＲＦ結合回路４０２は、受動回路である。ＲＦ結合回路４０２は、上側電極２０４にかかるＲＦ電圧電位および／またはＤＣバイアス電位を変化させるためにインピーダンスおよび／または抵抗をそれぞれ変化させる回路を伴うように構成されえる。次に、図５を参照にして、先行技術ＲＦ結合回路４０２の一例が説明される。
【００２４】
図５は、ＲＦ結合回路４０２の一例の分解図である。図５に示されるように、ＲＦ結合回路４０２は、インダクタ（誘導子）５０２と、可変コンデンサ５０４と、ＲＦフィルタ５０６と、可変レジスタ５０８と、スイッチ５１０とを含む。ＲＦ結合回路４０２は、可変インピーダンス出力を生成するために、接地経路を伴う可変コンデンサ５０４に直列のインダクタ５０２を伴うように構成される。可変コンデンサ５０４のキャパシタンス値の非限定例として、動作周波数が約２ＭＨｚであるときの、約２０ｐＦから約４，０００ｐＦまでの間が挙げられる。インダクタ５０２のインダクタンス値の非限定例としては、約１４ｎＨが挙げられる。
【００２５】
ＲＦフィルタ５０６は、可変抵抗出力を生成するために、可変レジスタ５０８およびスイッチ５１０に接続されている。スイッチ５１０が開いているときは、図４の上側電極２０４は浮遊しており、ＤＣ電流経路はない。スイッチ５１０が閉じられているときは、電流経路は、上側電極３０４からプラズマ（不図示）を通り、図４の導電性結合部材４１０を経て接地ＤＣ底部延長リング４１２へ流れる傾向を有する。
【００２６】
電流フローに対してインピーダンスを提供するために、電流経路内に可変コンデンサ５０４およびインダクタ５０２が配される。ＲＦ結合回路４０２のインピーダンスは、可変コンデンサ５０４の値を変更することによって調整されえる。図４の上側電極２０４のＲＦ電圧電位は、ＲＦ結合回路４０２のインダクタ５０２および可変コンデンサ５０４を通じてインピーダンスを変化することによって制御されえる。前述のように、ＲＦ結合回路３０２は、受動回路であり、したがって、電源を必要としない。
【００２７】
さらに、電流フローに対して抵抗を提供するために、電流経路内に可変レジスタ５０８が配される。ＲＦ結合回路４０２の抵抗は、可変レジスタ５０８の値を変化させることによって調整されえる。したがって、図４の上側電極２０４のＤＣ電位は、図５のスイッチ５１０が開かれているＤＣ浮遊電位と、図５のスイッチ５１０が閉じられているＤＣ地電位との間でＤＣ電位の値を漸次的に変化させるように制御されえる。
【００２８】
ＲＦ結合回路４０２は、上側電極２０４にかかるＲＦインピーダンスおよび／またはＤＣバイアス電位を、ＤＣ電流接地経路を伴うＲＦ結合を用いて調整することによって、プラズマプロセスパラメータ（例えばプラズマ密度、イオンエネルギ、化学物質など）を制御するための方法と構成とを提供する。制御は、いかなる外部電源も用いることなく達成されえる。
【００２９】
将来世代のプラズマエッチャーは、大直径基板のためにハードウェアの幾何学的寸法のスケーリングと現行プロセスの優れた転写性とを必要とする。あいにく、上述のプラズマ処理システムは、大直径基板のために十分なスケーリングも現行プロセスの持つ転写性も提供していない。必要とされるのは、プラズマ関連パラメータに対する制御を可能にしつつ大直径基板のためにスケーリングと現行プロセスの転写性とを提供するプラズマ処理システムである。
【発明の概要】
【００３０】
本発明の目的は、大直径基板のためにスケーリングおよび現行プロセスの転写性と、プラズマの一様性、密度、および半径方向分布の制御と、を提供する容量結合プラズマ処理システムを提供することにある。
【００３１】
本発明の一態様は、ガスとともに使用するためのプラズマ処理システムに関する。該プラズマ処理システムは、第１の電極と、第２の電極と、ガス注入口と、電源と、受動回路とを含む。ガス注入口は、第１の電極と第２の電極との間にガスを提供するように動作可能である。電源は、第１の電極と第２の電極との間のガスからプラズマを点火するように動作可能である。受動回路は、第２の電極に結合され、第２の電極のインピーダンス、電圧電位、およびＤＣバイアス電位のうちの、１以上を調整するように構成される。受動高周波回路は、インダクタに並列に配置されたコンデンサを含む。
【００３２】
発明のさらなる目的、利点、および新規の特徴は、一部には、以下の説明において明記され、一部には、以下を検証することによって当業者に明らかになり、または発明の実施することによって学習されえる。発明の目的および利点は、添付の特許請求の範囲において特に示された手段および組み合わせによって実現および達成されえる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本明細書に組み込まれ且つ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の典型的な一実施形態を示しており、説明と相まって、発明の原理を明らかにする働きをする。
【００３４】
【図１Ａ】プラズマエッチングプロセスにおける先行技術プラズマ処理システムの概略図である。
【００３５】
【図１Ｂ】従来のエッチングプロセスにおける図１Ａのプラズマ処理システムの底部の拡大図である。
【００３６】
【図２】ＲＦジェネレータを上側電極に結合された先行技術プラズマ処理システムの概略図である。
【００３７】
【図３】ＤＣ電源を上側電極に接続された先行技術プラズマ処理システムの説明図である。
【００３８】
【図４】ＤＣ接地経路を伴うＲＦ回路構成を上側電極に結合された先行技術プラズマ処理システムの説明図である。
【００３９】
【図５】ＲＦ回路構成の概略図である。
【００４０】
【図６】本発明の一実施形態にしたがって、インダクタを介したＤＣ接地経路を伴う共振フィルタ回路構成に上側電極を結合されたプラズマ処理システムの概略を示した図である。
【００４１】
【図７】本発明の一実施形態にしたがって、浮遊上側電極を伴うことを除いて同様に構成されたシステムにおけるエッチング速度と比較して基板上におけるエッチング速度についての測定結果を半径すなわち基板の中心からの距離との関係で示したデータを表わすグラフである。
【００４２】
【図８】本発明の一実施形態にしたがって、ＤＣ接地経路を伴う共振フィルタ回路のインピーダンスを共振フィルタの一構成要素である可変コンデンサのキャパシタンス値との関係で示したデータを表わすグラフである。
【００４３】
【図９】本発明の一実施形態にしたがって、下側電極のＤＣ電圧および上側電極のＲＦ電圧を共振ＲＦ回路の一構成要素である可変コンデンサのキャパシタンス値との関係で示したデータを表わすグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図６は、本発明の実施形態の一例にしたがったプラズマ処理システム６００を示している。図６に示されるように、プラズマ処理システム６００は、上側電極２０４と、下側電極２０６と、ＲＦ整合回路２１８と、ＲＦジェネレータ２２０と、上側インシュレータ２１２と、底部インシュレータ２１６と、接地底部延長リング２１４と、接地上側延長リング２１０と、閉じ込めリングセット６０２と、ＲＦ接地デバイス６０４と、共振フィルタ６０６とを含む。共振フィルタ６０６は、インダクタ６０８と、可変コンデンサ６１０と、浮遊キャパシタンス６１２とを含む。プラズマ処理システム６００では、処理のために、基板２０８を下側電極２０６の上に配することができる。
【００４５】
ＲＦジェネレータ２２０は、ＲＦ整合回路２１８を通じて下側電極２０６にＲＦ電力を提供する。ＲＦジェネレータ２２０によって供給される高周波の非限定例として、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および６０ＭＨｚが挙げられる。
【００４６】
上側電極２０４は、下側電極２０６に相対しており、下側電極２０６に容量結合されている。上側電極２０４は、さらに、接地され、上側インシュレータ２１２によって接地上側延長リング２１０から電気的に絶縁されている。下側電極２０６は、接地され、底部インシュレータ２１６によって接地底部延長リング２１４から電気的に絶縁されている。
【００４７】
上側電極２０４は、共振フィルタ６０６に結合することができる。上側電極２０４は、また、ＲＦ接地デバイス６０４を通じて接地することもできる。浮遊キャパシタンス６１２は、上側電極２０４の対接地寄生キャパシタンスとして定められる。インダクタ６０８および可変コンデンサ６１０は、互いに並列に配置され、それぞれ接地されている。
【００４８】
作動中、ガス源（不図示）によって、プラズマ形成空間６１８にガス６１４が供給される。ＲＦジェネレータ２２０によって、ＲＦ整合回路２１８を通じて下側電極２０６に駆動信号が提供される。駆動信号は、上側電極２０４と下側電極２０６との間に電磁場を形成し、該電磁場は、プラズマ形成空間６１８内のガス６１４をプラズマ６２２に変える。プラズマ６２２は、次いで、電子デバイスの作成のために、基板２０８のエッチングに使用されえる。
【００４９】
共振フィルタ６０６のインピーダンスは、可変コンデンサ６１０のキャパシタンスを変化させることによって制御することができる。共振フィルタ６０６のインピーダンスの調整によって、上側電極２０４と接地上側延長リング６１０との間の低周波ＲＦ電流経路を制御することができる。また、共振フィルタ６０６のインピーダンスの変更は、上側電極２０４のＲＦ電圧、およびプラズマ６２２の上側シースと下側シースとの間の位相関係を変更する。このようにして、単純に共振フィルタ６０６のインピーダンスを調整することによって、プラズマ６２２の形状および密度などのプラズマ処理パラメータを制御することができる。
【００５０】
例えば、もし共振フィルタ６０６のインピーダンスが高い場合は、上側電極２０４への低周波ＲＦ電流の流入がブロックされ、大きい電極ＤＣ自己バイアスが形成される。上側電極２０４と接地上側延長リング（２１０）および接地下側延長リング（２１４）との間にプラズマを通してＤＣ電流経路が提供されるこのケースでは、ＲＦサイクル中、上側電極２０４においてプラズマシースが崩壊することはない。したがって、電極２０４に近づく電子は、プラズマへ跳ね返されてプラズマ内に捕らわれたままになり、これは、より多くのイオン化をもたらし、そうして、プラズマ密度を増加させる。また、共振フィルタを同調させることによって、上部および底部の両方のプラズマシースにほぼ同相状態をとらせることができ、その結果、プラズマバルク内に電子が捕捉され、そうして、プラズマ密度が向上される。プラズマ密度の局所的な増加は、したがって、基板２０８のエッチング速度を局所的に増加させる。ゆえに、このように、適切に同調された共振フィルタ６０６は、図３の先行技術プラズマ処理システム３００においてなされるように上側電極２０４にＤＣバイアスを印加するのと同じ効果を有することができる。
【００５１】
このようにして、単純に共振フィルタ６０６のインピーダンスを同調させることによって、基板２０８の上方におけるプラズマ６２２の半径方向分布を制御し、そうして、エッチング速度などのプラズマ処理パラメータの半径方向分布を制御することが可能である。これは、図７を参照にして、以下でさらに論じられる。
【００５２】
図７は、浮遊上側電極２０４を伴うプラズマ処理システム、および本発明にしたがったプラズマ処理システムの一例（上側電極２０４が共振フィルタ６０６に結合されている）について、基板半径の関数としてエッチング速度を比較している。図は、ｘ軸を（ｍｍ単位の）基板半径とし、ｙ軸を（Å／分単位の）基板２０８のエッチング速度とした、グラフ７００を含む。グラフ７００は、点線関数７０２と、破線関数７０４とを含む。点線関数７０２は、上側電極２０４が浮遊しているプラズマ処理システムについて、エッチング速度を基板半径の関数として表わしている。破線関数７０４は、上側電極２０４が共振フィルタ６０６に結合されている本発明の一態様にしたがって、エッチング速度を基板半径の関数として表わしている。
【００５３】
点線関数７０２は、点７０６によって示される、基板の中心すなわち基板半径０ｍｍにおけるおよそ３９５０Å／分の最大エッチング速度を特徴とする。点線関数７０２は、点７１２および７１４によって示される、基板の中心から±１４７ｍｍにおけるおよそ３７５０Å／分の最小エッチング速度まで、半径の増大とともに減少する。
【００５４】
破線関数７０４は、点７０８によって示される、基板の中心すなわち基板半径０ｍｍにおけるおよそ４７５０Å／分の最大エッチング速度を特徴とする。破線関数７０４は、点７１０および７１６によって示される、基板の中心から±１４７ｍｍにおけるおよそ３８５０Å／分の最小エッチング速度まで、半径の増大とともに減少する。
【００５５】
グラフ７００から、浮遊上側電極を伴うプラズマ処理システムの場合の最大エッチング速度、および本発明にしたがったプラズマ処理システム例の場合の最大エッチング速度は、基板の中心において達成されることが明らかである。さらに、グラフ７００から、浮遊上側電極２０４を伴うプラズマ処理システムの場合の最大エッチング速度、および本発明にしたがったプラズマ処理システム例の場合のエッチング速度は、基板の中心からの距離の増大とともに減少することが明らかである。しかしながら、ここで鍵となるのは、上側電極２０４に共振フィルタ６０６を実装した結果としてエッチング速度の半径方向分布がどのように変化するかという点にある。
【００５６】
本発明にしたがったプラズマ処理システム例の基板の中心すなわち点７０８におけるエッチング速度は、浮遊上側電極２０４を伴うプラズマ処理システムの基板の中心すなわち点７０６におけるエッチング速度を、およそ２０％上回る。本発明にしたがったプラズマ処理システム例の半径±１４７ｍｍの基板の両端すなわち点７１６および７１０におけるエッチング速度は、上側電極２０４が浮遊しているプラズマ処理システムの半径±１４７ｍｍの基板の両端すなわち点７１２および７１４におけるエッチング速度を、およそ２．７％上回る。したがって、ここから、上側電極２０４に結合されている共振フィルタ６０６の効果は、主に、基板の中心におけるエッチング速度を増加させたことであることが明らかである。
【００５７】
通常、大抵のプラズマ処理応用のゴールは、エッチング速度の半径方向一様性を維持することにあるが、基板の中心におけるエッチング速度を優先的に増加させる能力は、多くの場合に有用でありえる。例えば、プラズマ処理システム６００が名目上、中心において低いエッチング速度を提供するケースでは、適切に同調された共振フィルタ６０６を実装することによって、この効果を補正し、そうして、基板全体にわたって一様なエッチング速度を有する最終結果を生じることができる。
【００５８】
突き詰めると、プラズマ処理システム６００では、単純に共振フィルタ６０６を同調させることによって、エッチング速度−半径のグラフの形状を変更することができる。この能力は、エッチング速度を増加されるとともに直径全体にわたって一様なエッチングプロファイルを有する処理された基板を提供するために、エッチング速度をプラズマ処理システム６００の残りの部分と同調させるまたは整合させることを可能にする。
【００５９】
図８は、共振フィルタ６０６のインピーダンスを可変コンデンサ６１０のキャパシタンスの関数８００として示したグラフである。図８に示されるように、グラフのｘ軸が、可変コンデンサ６１０のキャパシタンス（０ｐＦ、１４５０ｐｆ）を表わすのに対して、グラフのｙ軸は、共振フィルタ６０６のインピーダンス（−２０００Ω、２５００Ω）を表わしている。ここでのこのケースでは、ＲＦ周波数は、２ＭＨｚ程度である。
【００６０】
図に示されるように、共振フィルタ６０６のインピーダンスは、可変コンデンサ６１０がほぼキャパシタンスを有さない点８０２から、可変コンデンサ６１０がおよそ８００ｐＦのキャパシタンスを有する点８０４にかけて、徐々に増加する。次いで、共振フィルタ６０６のインピーダンスは、点８０４から、可変コンデンサ６１０がおよそ１０００ｐＦのキャパシタンスを有する点８０６にかけて、より大幅に増加する。次いで、共振フィルタ６０６のインピーダンスは、点８０６から、可変コンデンサ６１０がおよそ１２００ｐＦのキャパシタンスを有する点８０８にかけて、漸近的に増加する。
【００６１】
前述のように、共振フィルタ６０６が高インピーダンスであることの効果は、主に基板の中心において、プラズマ密度および基板エッチング速度を増加させることにある。したがって、（図７の破線関数７０４のケースでなされているように）中心におけるエッチング速度を優先的に増加させるためには、可変コンデンサ６１０を、安定したプラズマ６２２の維持を可能にする最大インピーダンスを与えるように設定することができる。図８では、（１２００ｐＦのキャパシタンス値に対応する）点８０８が、共振フィルタ６０６の最大可能インピーダンスを与えることが明らかである。しかしながら、これは、非常に不安定な点であるので、プラズマ６２２をこの条件下に維持することは、困難であると考えられる。したがって、プラズマ６２２の維持を可能にはするが、より低いインピーダンスを与えるような選択肢が、より適していると考えられる。ここでの適した選択肢の一例は、およそ１０００ｐＦのコンデンサ値に対応する点８０６であると考えられる。
【００６２】
図９は、電位を可変コンデンサ６１０のキャパシタンスの関数として示したグラフである。図８に示されるように、グラフのｘ軸が、可変コンデンサ６１０のキャパシタンス（０ｐＦ、１４５０ｐｆ）を表わすのに対して、グラフのｙ軸は、電位（−１０００Ｖ、１５００Ｖ）を表わしている。
【００６３】
図９に示されるように、破線９０２が、下側電極２０６のＤＣバイアスを可変コンデンサ６１０のキャパシタンスの関数として表わすのに対して、点線９０４は、上側電極２０４のピーク・ツー・ピークＲＦ電圧を可変コンデンサ６１０のキャパシタンスの関数として表わしている。グラフは、単純に可変コンデンサ６１０の値を変化させることによって、下側電極２０６のＤＣ電圧および上側電極２０４のピーク・ツー・ピーク電圧がどのように変更可能であるかを示している。また、このグラフは、図８の点８０６（可変コンデンサ６１０＝１０００ｐＦであるところ）に対応するキャパシタンス値がどのように、下側電極２０６にかかるＤＣバイアスを比較的高い値に維持しつつ上側電極にかかるピーク・ツー・ピーク電圧を最大にするかも示している。
【００６４】
以上からわかるように、本発明の実施形態は、インダクタ６０８を介したＤＣ電流接地経路を伴う共振フィルタ６０６回路を用いて上側電極２０４にかかるＲＦインピーダンスを調整することによってプラズマパラメータ（例えば、プラズマ密度、イオンエネルギ、および化学物質など）を制御するための方法と構成とを提供する。共振フィルタ６０６回路およびＤＣ接地経路は、実装が比較的単純である。また、制御は、ＤＣ電源を用いることなく達成されえる。電源の必要性を排除することによって、容量結合プラズマ処理チャンバにおいてプラズマ処理の制御を維持しつつ費用の節約を実現することが可能である。
【００６５】
発明の様々な好ましい実施形態に関する以上の説明は、例示および説明を目的として提示されてきた。これは、包括的であること、すなわち開示された厳密な形態に発明を制限することを意図しておらず、上記の教示内容に照らして多くの変更およびヴァリエーションが可能であることが明らかである。上述されたような典型的な実施形態は、発明の原理およびその実際の応用を最も良く説明することよって、当業者が発明を様々な実施形態のかたちでおよび考えられる具体的な用途に適するように様々な変更を伴うかたちで最も良く用いることを可能にするために選択され、説明されたものである。発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められることを意図される。
【図１Ａ】
2015207777.tif 000003
【図１Ｂ】
2015207777.tif 000004
【図２】
2015207777.tif 000005
【図３】
2015207777.tif 000006
【図４】
2015207777.tif 000007
【図５】
2015207777.tif 000008
【図６】
2015207777.tif 000009
【図７】
2015207777.tif 000010
【図８】
2015207777.tif 000011
【図９】
2015207777.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月15日(2015.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理システムであって、
前記プラズマ処理において半導体基板を支持する下側電極と、
前記下側電極を囲む接地下側延長リングと、
上側電極と、
前記上側電極を囲む接地上側延長リングと、
前記下側電極と前記上側電極との間にガスを提供するように動作可能なガス注入口と、
前記下側電極に接続され、前記下側電極と前記上側電極との間の前記ガスからプラズマを点火するように動作可能なＲＦ電源と、
前記上側電極に結合され、インダクタに並列に配置された可変コンデンサを含む受動ＲＦ回路を備え、
前記受動ＲＦ回路は、
前記可変コンデンサのキャパシタンスを変えることにより、前記上側電極のインピーダンス、電圧電位、およびＤＣバイアス電位のうちの１以上を調整して、前記半導体基板の中心におけるエッチング速度を優先的に増加させ、
前記可変コンデンサの前記キャパシタンスを変えることにより、前記下側電極と前記接地下側延長リングとを接続する第１のＲＦ電流経路と、前記上側電極と前記接地上側延長リングとを接続する第２のＲＦ電流経路と、を制御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】
請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記可変コンデンサおよび前記インダクタは、それぞれ接地されている、プラズマ処理システム。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記上側電極を前記受動ＲＦ回路から切り離すように、そして、前記上側電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
【請求項４】
請求項２に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記上側電極を前記受動ＲＦ回路から切り離すように、そして、前記上側電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
【請求項５】
半導体基板をプラズマ処理するためのプラズマ処理システムであって、
前記プラズマ処理において半導体基板を支持する下側電極と、
前記下側電極を囲む接地下側延長リングと、
上側電極と、
前記上側電極を囲む接地上側延長リングと、
前記下側電極と前記上側電極との間にガスを提供するように動作可能なガス注入口と、
前記下側電極に接続され、前記下側電極と前記上側電極との間の前記ガスからプラズマを点火するように動作可能な電源と、
前記上側電極に結合され、インダクタに並列に配置された可変コンデンサを含む受動ＲＦ回路を備え、
前記受動ＲＦ回路は、
前記可変コンデンサのキャパシタンスを変えることにより、前記上側電極のインピーダンス、電圧電位、およびＤＣバイアス電位のうちの１以上を調整し、
前記可変コンデンサの前記キャパシタンスを変えることにより、前記プラズマの形状および密度を制御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６】
請求項５に記載のプラズマ処理システムであって、
前記可変コンデンサおよび前記インダクタは、それぞれ接地されている、プラズマ処理システム。
【請求項７】
請求項５に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記上側電極を前記受動ＲＦ回路から切り離すように、そして、前記上側電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
【請求項８】
請求項５に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記電源から前記下側電極への送電を最大にするように動作可能な整合回路を備えるプラズマ処理システム。
【請求項９】
請求項５に記載のプラズマ処理システムであって、
前記受動ＲＦ回路は、さらに、前記半導体基板の中心におけるエッチング速度を優先的に増加させるように構成される、プラズマ処理システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
動作周波数は約２ＭＨｚである、プラズマ処理システム。
【請求項１１】
請求項５に記載のプラズマ処理システムであって、
動作周波数は約２ＭＨｚである、プラズマ処理システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のプラズマ処理システムであって、
前記受動ＲＦ回路は、さらに、安定したプラズマの維持を可能にする最大インピーダンスを与えるように前記可変コンデンサが設定されるとき、前記半導体基板の中心における基板エッチング速度を優先的に増加させるように構成される、プラズマ処理システム。
【請求項１３】
請求項５に記載のプラズマ処理システムであって、
前記受動ＲＦ回路は、さらに、安定したプラズマの維持を可能にする最大インピーダンスを与えるように前記可変コンデンサが設定されるとき、前記半導体基板の中心における基板エッチング速度を優先的に増加させるように構成される、プラズマ処理システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
プラズマ処理システム４００では、上側電極２０４は、上側インシュレータ２１２によって接地上側電極延長リング４０４から電気的に絶縁されている。接地上側電極延長リング４０４は、表面を石英層４１４で覆われた導電性のアルミニウム材料で構成されてよい。同様に、下側電極２０６は、底部インシュレータ２１６によって接地ＤＣ底部延長リング４１２から電気的に絶縁されている。接地底部延長リング４１２は、表面を石英層４１６で覆うことができる導電性のアルミニウム材料で構成されてよい。下側電極延長リング４１２の構成には、その他の導電性材料が用いられてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図５は、ＲＦ結合回路４０２の一例の分解図である。図５に示されるように、ＲＦ結合回路４０２は、インダクタ（誘導子）５０２と、可変コンデンサ５０４と、ＲＦフィルタ５０６と、可変抵抗器５０８と、スイッチ５１０とを含む。ＲＦ結合回路４０２は、可変インピーダンス出力を生成するために、接地経路を伴う可変コンデンサ５０４に直列のインダクタ５０２を伴うように構成される。可変コンデンサ５０４のキャパシタンス値の非限定例として、動作周波数が約２ＭＨｚであるときの、約２０ｐＦから約４，０００ｐＦまでの間が挙げられる。インダクタ５０２のインダクタンス値の非限定例としては、約１４ｎＨが挙げられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
ＲＦフィルタ５０６は、可変抵抗出力を生成するために、可変抵抗器５０８およびスイッチ５１０に接続されている。スイッチ５１０が開いているときは、図４の上側電極２０４は浮遊しており、ＤＣ電流経路はない。スイッチ５１０が閉じられているときは、電流経路は、上側電極２０４からプラズマ（不図示）を通り、図４の導電性結合部材４１０を経て接地ＤＣ底部延長リング４１２へ流れる傾向を有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
電流フローに対してインピーダンスを提供するために、電流経路内に可変コンデンサ５０４およびインダクタ５０２が配される。ＲＦ結合回路４０２のインピーダンスは、可変コンデンサ５０４の値を変更することによって調整されえる。図４の上側電極２０４のＲＦ電圧電位は、ＲＦ結合回路４０２のインダクタ５０２および可変コンデンサ５０４を通じてインピーダンスを変化することによって制御されえる。前述のように、ＲＦ結合回路４０２は、受動回路であり、したがって、電源を必要としない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
さらに、電流フローに対して抵抗を提供するために、電流経路内に可変抵抗器５０８が配される。ＲＦ結合回路４０２の抵抗は、可変抵抗器５０８の値を変化させることによって調整されえる。したがって、図４の上側電極２０４のＤＣ電位は、図５のスイッチ５１０が開かれているＤＣ浮遊電位と、図５のスイッチ５１０が閉じられているＤＣ地電位との間でＤＣ電位の値を漸次的に変化させるように制御されえる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
発明の様々な好ましい実施形態に関する以上の説明は、例示および説明を目的として提示されてきた。これは、包括的であること、すなわち開示された厳密な形態に発明を制限することを意図しておらず、上記の教示内容に照らして多くの変更およびヴァリエーションが可能であることが明らかである。上述されたような典型的な実施形態は、発明の原理およびその実際の応用を最も良く説明することよって、当業者が発明を様々な実施形態のかたちでおよび考えられる具体的な用途に適するように様々な変更を伴うかたちで最も良く用いることを可能にするために選択され、説明されたものである。発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められることを意図される。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
ガスとともに使用するためのプラズマ処理システムであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記ガスを提供するように動作可能なガス注入口と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記ガスからプラズマを点火するように動作可能な電源と、
前記第２の電極に結合され、前記第２の電極のインピーダンス、電圧電位、およびＤＣバイアス電位のうちの１以上を調整するように構成された受動回路と、
を備え、前記受動高周波回路は、インダクタに並列に配置されたコンデンサを含む、プラズマ処理システム。
適用例２：
適用例１のプラズマ処理システムであって、
前記コンデンサおよび前記インダクタは、それぞれ接地されている、プラズマ処理システム。
適用例３：
適用例２のプラズマ処理システムであって、
前記コンデンサは、可変コンデンサである、プラズマ処理システム。
適用例４：
適用例１のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記第２の電極を前記受動回路から切り離すように、そして、前記第２の電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
適用例５：
適用例２のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記第２の電極を前記受動回路から切り離すように、そして、前記第２の電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
適用例６：
適用例３のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記第２の電極を前記受動回路から切り離すように、そして、前記第２の電極を接地するように動作可能なスイッチを備えるプラズマ処理システム。
適用例７：
プラズマ処理方法であって、
第１の電極と第２の電極との間にガスを提供することと、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記ガスから、電源を通じて、プラズマを点火することと、
インダクタに並列に配置されたコンデンサを含む受動回路を通じて、前記第２の電極のインピーダンス、電圧電位、およびＤＣバイアス電位のうちの１以上を変更することと、
を備える方法。
【外国語明細書】
2015207777000001.pdf
2015207777000002.pdf
2015207777000003.pdf
2015207777000004.pdf