(57)【要約】  プラズマプロセスにおけるプロセス励起のために複数の高調波周波数成分が使用される。異なる周波数成分間の相対振幅及び／又は位相シフトは、所望のイオンエネルギープラズマ特性を提供するように制御される。相対振幅及び／又は位相シフトは、直接及び／又は手動のイオンエネルギー測定なしで制御され得る。むしろ、プラズマ内のイオンエネルギーは、例えば、インピーダンスレベル、高周波（ＲＦ）発生器の電気信号、整合回路の電気信号及びプラズマ処理装置の他の回路の電気信号など、プラズマ装置内の１つ又は複数の電気的特性を監視することによって動的に制御され得る。イオンエネルギーの監視及び制御は、所望のイオンエネルギー分布を維持するために、プラズマプロセス中に動的に実現され得る。
2021521590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をプラズマ処理することができるプラズマ処理システムであって、
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバに結合され、且つ少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力を前記プロセスチャンバに提供するように構成された１つ又は複数のＲＦ電源であって、前記第２の周波数は、前記基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、１つ又は複数のＲＦ電源と、
前記基板のプラズマ処理中に前記プラズマ処理システムの少なくとも１つの電気的特性を受け取るために前記プラズマ処理システムの少なくとも１つの他のコンポーネントに結合された制御回路と、
前記１つ又は複数のＲＦ電源の少なくとも１つに結合された前記制御回路の少なくとも１つの出力であって、前記１つ又は複数のＲＦ電源は、前記基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得ることができるように、前記基本周波数電圧及び／又は前記第２の周波数電圧の特性を調整するように構成される、少なくとも１つの出力と
を含むプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記基本周波数電圧及び／又は第２の周波数電圧の前記特性は、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との振幅比である、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項３】
前記プラズマ処理システムの前記少なくとも１つの電気的特性は、前記プロセスチャンバのインピーダンスを含む、請求項２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４】
前記プラズマ処理システムの前記他のコンポーネントは、前記プロセスチャンバと前記１つ又は複数のＲＦ電源との間に結合された整合回路である、請求項３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項５】
前記プラズマ処理システムの前記少なくとも１つの電気的特性は、前記プロセスチャンバのインピーダンスを含む、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項６】
前記１つ又は複数のＲＦ電源は、２つ以上の周波数でＲＦ電圧を提供する単一のＲＦ電源であり、前記２つ以上の周波数は、前記基本周波数と前記第２の周波数とを含む、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項７】
前記第２の周波数は、前記基本周波数の前記第二次高調波周波数である、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記基本周波数電圧及び／又は第２の周波数電圧の前記電気的特性は、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の位相差である、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記制御回路は、前記他のコンポーネントと前記１つ又は複数のＲＦ電源との間に結合されたフィードバック回路である、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記プラズマ処理システムの制御ユニットである、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
前記１つ又は複数のＲＦ電源は、下部ＲＦ電源を含む、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１２】
基板をプラズマ処理するための方法であって、
プロセスチャンバを提供することと、
少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力を前記プロセスチャンバに提供するために、前記プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、前記第２の周波数は、前記基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することと、
前記基板のプラズマ処理中にプラズマ処理システムの少なくとも１つの電気的特性を監視することと、
前記基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得るために、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との振幅比を前記プラズマ処理中に調整することと
を含む方法。
【請求項１３】
前記プラズマ処理システムの前記少なくとも１つの電気的特性は、前記プロセスチャンバのインピーダンスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
整合回路は、前記プロセスチャンバと前記１つ又は複数のＲＦ電源との間に結合される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記調整することは、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の前記位相差を調整することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記プラズマ処理は、プラズマエッチングプロセスであり、及び前記調整することは、前記プラズマエッチングプロセスのエッチング特性を変える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
基板をプラズマ処理するための方法であって、
プロセスチャンバを提供することと、
少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力を前記プロセスチャンバに提供するために、前記プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、前記第２の周波数は、前記基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することと、
前記プロセスチャンバと前記１つ又は複数のＲＦ電源との間に整合回路を結合することと、
少なくとも前記基板のプラズマ処理中に前記整合回路によって見られる前記プロセスチャンバのインピーダンスを監視することと、
前記基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得るために、少なくとも前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の位相差を前記プラズマ処理中に調整することと
を含む方法。
【請求項１８】
前記１つ又は複数のＲＦ電源は、１つ又は複数の下部ＲＦ電源を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の周波数は、前記基本周波数の前記第二次高調波周波数である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記プラズマ処理は、プラズマエッチングプロセスであり、及び前記調整することは、前記プラズマエッチングプロセスのエッチング特性を変える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
基板をプラズマ処理するための方法であって、
プロセスチャンバを提供することと、
少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力を前記プロセスチャンバに提供するために、前記プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、前記第２の周波数は、前記基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することと、
前記プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、前記第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び前記第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、前記第１の質量と前記第２の質量とは、異なる質量である、提供することと、
前記第１の質量及び前記第２の質量に基づくイオンエネルギー分布の選択的制御を可能にするために、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の関係を調整することにより、前記第１のタイプのイオン及び前記第２のタイプのイオンの前記イオンエネルギー分布を制御することと
を含む方法。
【請求項２２】
前記調整することは、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との振幅比を調整することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記調整することは、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の位相差を調整することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記プラズマ処理は、プラズマエッチングプロセスであり、前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記第１の質量と前記第２の質量とが異なることに基づいて、前記第１のタイプのイオン及び前記第２のタイプのイオンのエッチングの影響の選択的制御を提供する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記プラズマエッチングプロセスは、原子層エッチングプロセスであり、及び前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記原子層エッチングプロセスの層改質工程又は層エッチング工程を選択的に制御する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
基板をプラズマエッチングするための方法であって、
プロセスチャンバを提供することと、
少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力を前記プロセスチャンバに提供するために、前記プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、前記第２の周波数は、前記基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することと、
前記プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、前記第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び前記第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、前記第１の質量と前記第２の質量とは、異なる質量である、提供することと、
前記第１の質量及び前記第２の質量に基づくイオンエネルギー分布の選択的制御を可能にするために、前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の関係を調整することにより、前記第１のタイプのイオン及び前記第２のタイプのイオンの前記イオンエネルギー分布を制御することと
を含み、
前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記第１のタイプのイオン及び前記第２のタイプのイオンの少なくとも一方のエッチングの影響を選択的に制御することを可能にする、方法。
【請求項２７】
前記第１のタイプのイオンは、前記第２のタイプのイオンより重く、及び前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記第２のタイプのイオンによる支配的なエッチングを提供する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のタイプのイオンは、前記第２のタイプのイオンより重く、及び前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記第１のタイプのイオンによる支配的なエッチングを提供する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記制御することは、前記イオンエネルギー分布が前記プラズマエッチングの共通の気相内で変わり得るようにプラズマ処理中に行われ得る、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記プラズマエッチングは、原子層エッチングプロセスである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記制御することは、前記イオンエネルギー分布が前記プラズマエッチングの共通の気相内で変わり得るようにプラズマ処理中に行われ得る、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記原子層エッチングプロセスを層改質工程にするために利用される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記制御することは、前記イオンエネルギー分布が前記プラズマエッチングの共通の気相内で変わり得るようにプラズマ処理中に行われ得る、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記原子層エッチングプロセスを層エッチング工程にするために利用される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記制御することは、前記イオンエネルギー分布が前記プラズマエッチングの共通の気相内で変わり得るようにプラズマ処理中に行われ得る、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
基板をプラズマエッチングするための方法であって、
プロセスチャンバを提供することと、
少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力を前記プロセスチャンバに提供するために、前記プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、前記第２の周波数は、前記基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することと、
前記プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、前記第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び前記第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、前記第１の質量は、前記第２の質量より重い、提供することと、
前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は前記基本周波数電圧と前記第２の周波数電圧との振幅比を調整することにより、前記第１のタイプのイオン及び前記第２のタイプのイオンのイオンエネルギー分布を制御することと
を含み、
前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記第１のタイプのイオン又は前記第２のタイプのイオンの少なくとも一方の非対称のイオンエネルギー分布を生成し、
前記非対称のイオンエネルギー分布は、前記第１のタイプのイオンに対する前記第２のタイプのイオンのエッチングの影響を調整するために使用される、方法。
【請求項３７】
前記プラズマエッチングは、原子層エッチングプロセスであり、及び前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記原子層エッチングプロセスを層エッチング工程と層改質工程との間で切り替えるために利用される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記原子層エッチングプロセスの同じ気相内で行われる、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記イオンエネルギー分布は、前記第２のタイプのイオンについて少なくとも２つのピークを有し、第１のピークは、前記第１のタイプのイオンについての少なくとも１つのピークより低いエネルギーにあり、及び第２のピークは、前記第１のタイプのイオンについての前記少なくとも１つのピークより高いエネルギーにあり、前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記第２のタイプのイオンの前記第１のピークを強化するために使用される、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記イオンエネルギー分布は、前記第２のタイプのイオンについて少なくとも２つのピークを有し、第１のピークは、前記第１のタイプのイオンについての少なくとも１つのピークより低いエネルギーにあり、及び第２のピークは、前記第１のタイプのイオンについての前記少なくとも１つのピークより高いエネルギーにあり、前記イオンエネルギー分布を前記制御することは、前記第２のタイプのイオンの前記第２のピークを強化するために使用される、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年４月１３日に出願されたＹｏｓｈｉｄａらによる「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｐｌａｓｍａｓ」という名称の米国特許出願第６２／６５７，３０１号明細書及び２０１８年４月１３日に出願されたＹｏｓｈｉｄａらによる「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｐｌａｓｍａｓ」という名称の米国特許出願第６２／６５７，２７２号明細書に関連するものであり、これらの米国特許出願の開示は、参照によりその全体が明示的に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、プラズマプロセス装置における基板の処理に関する。特に、本開示は、プラズマ処理装置で生成されたプラズマを制御する装置及び方法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
基板の処理にプラズマシステムを使用することは、かなり以前から知られている。例えば、半導体ウェハのプラズマ処理がよく知られている。プラズマシステムは、通常、プラズマエッチングプロセス及び／又はプラズマ堆積プロセスに利用され得る。プラズマ処理には多くの技術的課題があり、基板上の構造及び層の形状が縮小し続けるにつれて、プラズマの制御が一層重要になる。一般に、プラズマは、プラズマを周囲の環境から隔てるチャンバ内でガス混合物に高周波電力を供給することによって生成される。プラズマプロセスの性能は、イオン種、イオンの密度、イオンの運動エネルギー、反応性中性粒子などを含む多くの因子、変量の影響を受ける。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
所望のプロセス性能を実現するために、プラズマ処理装置の可変設定を調整して、プラズマ特性を変更できる。これらの設定としては、当技術分野でいずれも周知のようにガス流量、ガス圧力、プラズマ励起用の電力、バイアス電圧などが挙げられるが、これらに限定されない。所望の性能を実現するための課題の１つは、プラズマ特性の制御性である。可変設定は、プラズマの特性に直接関係しないため、制御には限界がある。基板処理の要件の難易度が一層高まるにつれて、プラズマ特性のより良い制御性が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの例示的な実施形態では、プラズマ励起のために複数の高調波周波数成分を用いることにより、プラズマ中のイオンエネルギーの制御を利用する革新的なプラズマ処理方法及びシステムが本明細書で説明される。より具体的には、異なる周波数成分間の相対振幅及び／又は位相シフトは、所望のイオンエネルギープラズマ特性を提供するように制御される。相対振幅及び／又は位相シフトは、直接及び／又は手動のイオンエネルギー測定なしで制御され得る。むしろ、プラズマ内のイオンエネルギーは、例えば、インピーダンスレベル、高周波（ＲＦ）発生器の電気信号、整合回路の電気信号及びプラズマ処理装置の他の回路の電気信号など、プラズマ装置内の１つ又は複数の電気的特性を監視することによって動的に制御され得る。したがって、通常、基板を大量生産するためのプラズマ装置では、イオンエネルギーを直接測定できないため、プラズマプロセスシステムでイオンエネルギー分布を迅速且つ正確に制御する技法が提供される。イオンエネルギーの監視及び制御は、所望のイオンエネルギー分布を維持するために、プラズマプロセス中に動的に実現され得る。したがって、本明細書で説明される技法は、例えば、イオンエネルギーセンサを用いることなく、複数の高調波周波数システムにおけるその場でのイオンエネルギー最適化を有利に提供でき、また例えばプロセス中のイオンエネルギー分布の最適な動作条件を維持する動的制御機能を提供できる。本明細書で提供される本開示の利益を有する他の利点も認識されるであろう。
【０００６】
一実施形態では、基板をプラズマ処理することができるプラズマ処理システムが提供される。本システムは、プロセスチャンバと、プロセスチャンバに結合され、且つ少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するように構成された１つ又は複数のＲＦ電源であって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、１つ又は複数のＲＦ電源とを含み得る。本システムは、基板のプラズマ処理中にプラズマ処理システムの少なくとも１つの電気的特性を受け取るためにプラズマ処理システムの少なくとも１つの他のコンポーネントに結合された制御回路をさらに含む。本システムは、１つ又は複数のＲＦ電源の少なくとも１つに結合された制御回路の少なくとも１つの出力であって、１つ又は複数のＲＦ電源は、基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得ることができるように、基本周波数電圧及び／又は第２の周波数電圧の特性を調整するように構成される、少なくとも１つの出力も含む。
【０００７】
別の実施形態では、基板をプラズマ処理するための方法が提供される。本方法は、プロセスチャンバを提供することと、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することとを含み得る。本方法は、基板のプラズマ処理中にプラズマ処理システムの少なくとも１つの電気的特性を監視することも含む。本方法は、基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得るために、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は基本周波数電圧と第２の周波数電圧との振幅比をプラズマ処理中に調整することをさらに含む。
【０００８】
また別の実施形態では、基板を処理するための方法が提供される。本方法は、プロセスチャンバを提供することと、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することとを含み得る。本方法は、プロセスチャンバと１つ又は複数のＲＦ電源との間に整合回路を結合することも含む。本方法は、基板のプラズマ処理中に整合回路によって見られるプロセスチャンバのインピーダンスを少なくとも監視することをさらに含む。本方法は、基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得るために、少なくとも基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の位相差をプラズマ処理中に調整することも含む。
【０００９】
別の例示的な実施形態では、印加されるＲＦ電力の印加、具体的には基本ＲＦ周波数と高調波周波数との間の関係を制御することにより、質量の異なるイオンのイオンエネルギー分布が同時に制御される、プラズマ内のイオンエネルギー分布を制御するための技法が本明細書で説明される。したがって、本技法により、質量の異なるイオンに対するイオンエネルギー制御が可能になる。２つの周波数間のＲＦ電力分布を制御することにより、プラズマプロセスの特性が変化され得る。例えば、エッチングを支配するイオンは、イオンが他のイオンより軽いか又は重いかに選択的に基づき得る。同様に、原子層エッチングプロセスは、プロセスがＲＦ周波数の調整によって層改質工程と層エッチング工程との間で切り替わり得るように制御され得る。このような切り替えを、プラズマプロセスの同じ気相内で行うことができる。したがって、ＲＦ電源の調整を用いて、システムを層改質工程又は層エッチング工程にしながら、層改質工程と層エッチング工程との両方にプラズマの共通の気相を使用できる。一実施形態では、ＲＦ電力の制御は、基本ＲＦ周波数と高調波周波数との間の位相差及び／又は振幅比を制御することを含む。さらに、位相差及び／又は振幅比の制御は、例えば、インピーダンスレベル、高周波（ＲＦ）発生器の電気信号、整合回路の電気信号及びプラズマ処理装置の他の回路の電気信号など、プラズマ装置内の１つ又は複数の電気的特性の検出に依拠し得る。
【００１０】
一実施形態では、基板をプラズマ処理するための方法が提供される。本方法は、プロセスチャンバを提供することと、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することとを含み得る。本方法は、プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、第１の質量と第２の質量とは、異なる質量である、提供することをさらに含む。本方法は、第１の質量及び第２の質量に基づくイオンエネルギー分布の選択的な制御を可能にするために、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の関係を調整することにより、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンのイオンエネルギー分布を制御することも含む。
【００１１】
別の実施形態では、基板をプラズマエッチングするための方法が提供される。本方法は、プロセスチャンバを提供することと、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することとを含み得る。本方法は、プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び第２のタイプのイオン、第２の質量を有し、第１の質量と第２の質量とは、異なる質量である、提供することをさらに含む。本方法は、第１の質量及び第２の質量に基づくイオンエネルギー分布の選択的な制御を可能にするために、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の関係を調整することにより、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンのイオンエネルギー分布を制御することも含む。イオンエネルギー分布を制御することは、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンの少なくとも一方のエッチングの影響を選択的に制御することを可能にする。
【００１２】
また別の実施形態では、基板をプラズマエッチングするための方法が提供される。本方法は、プロセスチャンバを提供することと、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することとを含み得る。本方法は、プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、第１の質量は、第２の質量より重い、提供することをさらに含む。本方法は、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は基本周波数電圧と第２の周波数電圧との振幅比を調整することにより、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンのイオンエネルギー分布を制御することをさらに含む。イオンエネルギー分布を制御することは、第１のタイプのイオン又は第２のタイプのイオンの少なくとも一方の非対称のイオンエネルギー分布を生成し、及び非対称のイオンエネルギー分布は、第１のタイプのイオンに対する第２のタイプのイオンのエッチングの影響を調整するために使用される。
【００１３】
本発明及びその利点のより詳細な理解は、同様の参照番号が同様の特徴を示す添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって得ることができる。しかしながら、添付の図面は、開示された概念の例示的な実施形態のみを示し、したがって範囲を限定するものと見なされるべきではなく、開示された概念に対して他の同等に効果的な実施形態を認め得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本明細書で説明されるプラズマ処理技法を実施するための例示的なプラズマ処理システムを示す。
【図２】従来技術のプラズマ処理における二峰性のイオンエネルギー分布のプロットを示す。
【図３】基本周波数電源と高調波周波数電源との間の位相シフト及び振幅差を示す。
【図４】基本周波数電源に加えて高調波周波数電源を使用した場合に得ることができる例示的なイオンエネルギー分布のプロットを示す。
【図５】高調波周波数電源を使用しない場合と異なる位相シフトで高調波周波数電源を使用した場合との例示的なイオンエネルギー分布のプロットを示す。
【図６】酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング量に対する高調波周波数電源の異なる位相シフトの影響をバイアス電力の関数として示す。
【図７】酸化ケイ素のエッチング量と窒化ケイ素のエッチング量との間のエッチング選択性に対する高調波周波数電源の異なる位相シフトの影響をバイアス波の関数として示す。
【図８】異なる質量のイオンを用いるプラズマ処理における典型的な対称な二峰性のイオンエネルギー分布のプロットを示す。
【図９】本明細書で説明される高調波周波数技法を利用した場合の、異なる質量のイオンを用いるプラズマ処理における非対称のイオンエネルギー分布のプロットを、エッチング閾値を含めて示す。
【図１０】本明細書で説明される高調波周波数技法を利用した場合の、異なる質量のイオンを用いるプラズマ処理における別の非対称のイオンエネルギー分布のプロットを、エッチング閾値を含めて示す。
【図１１Ａ】図９及び図１０の非対称のイオンエネルギー分布のプロットを原子層エッチングプロセスで使用するための異なるエッチング閾値を含めて示す。
【図１１Ｂ】図９及び図１０の非対称のイオンエネルギー分布のプロットを原子層エッチングプロセスで使用するための異なるエッチング閾値を含めて示す。
【図１２Ａ】図９及び図１０の非対称のイオンエネルギー分布のプロットを別の原子層エッチングプロセスで使用するための異なるエッチング閾値を含めて示す。
【図１２Ｂ】図９及び図１０の非対称のイオンエネルギー分布のプロットを別の原子層エッチングプロセスで使用するための異なるエッチング閾値を含めて示す。
【図１３】本明細書で説明されるプラズマ処理技法を使用するための例示的な方法を示す。
【図１４】本明細書で説明されるプラズマ処理技法を使用するための例示的な方法を示す。
【図１５】本明細書で説明されるプラズマ処理技法を使用するための例示的な方法を示す。
【図１６】本明細書で説明されるプラズマ処理技法を使用するための例示的な方法を示す。
【図１７】本明細書で説明されるプラズマ処理技法を使用するための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
基本周波数ＲＦ電力と、基本周波数の高調波周波数のＲＦ電力との印加を制御することにより、プラズマ処理結果が改善され得ることが判明した。１つの例示的な実施形態では、プラズマ励起のために複数の高調波周波数成分を用いることにより、プラズマ中のイオンエネルギーの制御を利用する革新的なプラズマ処理方法が本明細書で説明される。より具体的には、異なる周波数成分間の相対振幅及び／又は位相シフトは、所望のイオンエネルギープラズマ特性を提供するように制御される。相対振幅及び／又は位相シフトは、直接及び／又は手動のイオンエネルギー測定なしで制御され得る。むしろ、プラズマ内のイオンエネルギーは、例えば、インピーダンスレベル、高周波（ＲＦ）発生器の電気信号、整合回路の電気信号及び／又はプラズマ処理装置の他の回路の電気信号など、プラズマ処理システムの１つ又は複数の電気的特性を監視することによって動的に制御され得る。したがって、通常、基板を大量生産するためのプラズマ装置では、イオンエネルギーを直接測定できないため、プラズマプロセスシステムでイオンエネルギー分布を迅速且つ正確に制御する技法が提供される。イオンエネルギーの監視及び制御は、所望のイオンエネルギー分布を維持するために、プラズマプロセス中に動的に実現され得る。したがって、本明細書で説明される技法は、例えば、イオンエネルギーセンサを用いることなく、複数の高調波周波数システムにおけるその場でのイオンエネルギー最適化を有利に提供でき、また例えばプロセス中のイオンエネルギー分布の最適な動作条件を維持する動的制御機能を提供できる。本明細書で提供される本開示の利益を有する他の利点も認識されるであろう。
【００１６】
別の例示的な実施形態では、印加されるＲＦ電力の印加、具体的には基本ＲＦ周波数と高調波周波数との間の関係を制御することにより、質量の異なるイオンのイオンエネルギー分布が同時に制御される、プラズマ内のイオンエネルギー分布を制御するための技法が本明細書で説明される。したがって、本技法により、質量の異なるイオンに対するイオンエネルギー制御が可能になる。ＲＦ電力周波数を制御することにより、プラズマプロセスの特性が変化され得る。例えば、エッチングを支配するイオンは、イオンが他のイオンより軽いか又は重いかに選択的に基づき得る。同様に、原子層エッチングプロセスは、プロセスがＲＦ周波数の調整によって層改質工程と層エッチング工程との間で切り替えられ得るように制御され得る。このような切り替えは、プラズマプロセスの同じ気相内で行うことができる。一実施形態では、ＲＦ電力の制御は、基本ＲＦ周波数と高調波周波数との間の位相差及び／又は振幅比を制御することを含む。さらに、位相差及び／又は振幅比の制御は、例えば、インピーダンスレベル、高周波（ＲＦ）発生器の電気信号、整合回路の電気信号及びプラズマ処理装置の他の回路の電気信号など、プラズマ装置内の１つ又は複数の電気的特性の検出に依拠し得る。
【００１７】
本明細書で説明される技法は、多様なプラズマ処理システムで利用され得る。例えば、本技法は、プラズマエッチングプロセスシステム、プラズマ堆積プロセスシステム又は任意の他のプラズマプロセスシステムで利用され得る。図１は、単に例示を目的として１つの例示的なプラズマ処理システム１００を示す。他のプラズマプロセスシステムも、本明細書に説明される概念を同様に実施できることが理解されるであろう。例えば、プラズマ処理システム１００は、容量結合プラズマ処理装置、誘導結合プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）マイクロ波プラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置などであり得る。このように、本明細書で説明される技法は、多様なプラズマ処理システムのいずれかで利用され得ることが当業者に理解されるであろう。プラズマ処理システム１００は、エッチング、堆積、洗浄、プラズマ重合、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）などを含むが、これらに限定されない多様な操作に使用され得る。プラズマ処理システム１００の構造は、周知であり、本明細書で提示される特定の構造は、単なる例示である。
【００１８】
図１の例示的なシステムに示されているように、プラズマ処理システム１００は、プロセスチャンバ１０５を含み得る。当技術分野で知られているように、プロセスチャンバ１０５は、圧力制御されたチャンバであり得る。基板１１０（一例では半導体ウェハ）は、ステージ又はチャック１１５上に保持され得る。上部電極１２０及び下部電極１２５は、図示のように設けられ得る。上部電極１２０は、上部整合回路１５５を通して上部ＲＦ電源１３０に電気的に結合され得る。上部ＲＦ電源１３０は、上部周波数ｆＵにおいて上部周波数電圧１３５を提供し得る。下部電極１２５は、下部整合回路１５７を通して下部ＲＦ電源１４０に電気的に結合され得る。下部ＲＦ電源１４０は、複数の下部周波数電圧を提供し得る。例えば、第１の下部周波数電圧１４５は、第１の下部周波数ｆ１で提供され得、第２の下部周波数電圧１５０は、第２の下部周波数ｆ２で提供され得る。以下でより詳細に論じるように、第２の下部周波数ｆ２は、第１の下部周波数ｆ１の第二次高調波又はより高次の高調波であり得る。したがって、ｆ２は、ｎ×ｆ１に等しく、ｎは、１より大きい整数であり得る。したがって、第１の下部周波数電圧１４５は、基本周波数電圧として動作でき、第２の下部周波数電圧１５０は、第２の周波数における第２の電圧として動作でき、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波又はより高次の高調波である。
【００１９】
フィードバック回路１６５が設けられ得る。図示のように、フィードバック回路１６５は、下部整合回路１５７と下部ＲＦ電源１４０との間でフィードバックを提供する。具体的には、図示の例では、フィードバック回路１６５は、下部整合回路１５７から入力を受け取り、下部ＲＦ電源１４０に結合される出力を提供する。このようなフィードバックの使用は、単なる例示であり、以下で説明するように、後述するように高調波周波数の振幅及び位相シフトを制御するためにフィードバックを使用することは、下部整合回路１５７からのフィードバックに限定されないため、フィードバックは、プラズマ処理システム１００の多様な他のコンポーネントのいずれかから下部ＲＦ電源１４０に提供され得ることが理解されるであろう。利用されるプラズマ処理システム１００のタイプに応じて、多くの他のコンポーネント（図示せず）がプラズマ処理システム１００に含められ得るか、又は示されたコンポーネントが除外され得ることが当業者に理解されるであろう。
【００２０】
プラズマ処理システム１００のコンポーネントは、対応するメモリストレージユニット及びユーザインターフェース（いずれも図示せず）に接続され得る制御ユニット１７０に接続され、制御ユニット１７０によって制御され得る。様々なプラズマ処理操作がユーザインターフェースを介して実行され得、様々なプラズマ処理レシピ及び操作がストレージユニットに格納され得る。したがって、所与の基板は、様々な微細加工技法を用いてプラズマ処理チャンバ内で処理され得る。制御ユニット１７０は、プラズマ処理システム１００の様々なコンポーネントに結合されて様々なコンポーネントから入力を受け取り、様々なコンポーネントに出力を提供できるため、一実施形態では、フィードバック回路１６５の機能は、追加のフィードバック回路１６５を必要とすることなく制御ユニット１７０内に直接組み込まれ得ることが理解されるであろう。
【００２１】
制御ユニット１７０は、様々に実施され得る。例えば、制御ユニット１７０は、コンピュータであり得る。別の例では、制御ユニットは、本明細書で説明される機能を提供するようにプログラムされた１つ又は複数のプログラム可能な集積回路から構成され得る。例えば、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置など）、プログラマブルロジックデバイス（例えば、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ））、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）など）及び／又は他のプログラム可能な集積回路をソフトウェア又は他のプログラミング命令でプログラムして、禁止されたプラズマプロセスレシピの機能を実装できる。ソフトウェア又は他のプログラミング命令は、１つ又は複数の非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリストレージデバイス、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭメモリ、再プログラム可能なストレージデバイス、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなど）に格納され得、ソフトウェア又は他のプログラミング命令は、プログラム可能な集積回路によって実行されると、本明細書で説明されるプロセス、機能及び／又は能力をプログラム可能な集積回路に実行させることにさらに留意されたい。他の変形形態も実施され得る。フィードバック回路１６５は、制御ユニットに見られるものと同様の回路で構成され得る。代替的に、フィードバック回路１６５は、下部ＲＦ電源１４０の出力において見られる位相シフト及び振幅比を制御するために、プラズマ処理システム１００で監視される特定の電気的特性の測定に基づいてＲＦ電源に入力を提供するように設計されることにより、ＲＦ電源の特定のフィードバック制御を実現するように設計された特定の回路であり得る。
【００２２】
動作中、プラズマ処理装置は、上部ＲＦ電源１３０及び下部ＲＦ電源１４０からシステムに電力を印加するとき、上部及び下部電極を使用して、プロセスチャンバ１０５内にプラズマ１６０を生成する。さらに、当技術分野で知られているように、プラズマ１６０中に生成されたイオンは、基板１１０に引き寄せられ得る。生成されたプラズマは、プラズマエッチング、化学気相堆積、半導体材料、ガラス材料並びに薄膜太陽電池、他の太陽電池及びフラットパネルディスプレイのための有機／無機プレートなどの大型パネルの処理などの様々な種類の処理でのターゲット基板（基板１１０又は処理対象の任意の材料など）の処理に使用され得る。
【００２３】
電力を印加すると、上部電極１２０と下部電極１２５との間に高周波電場が発生する。次に、プロセスチャンバ１０５に送達された処理ガスは、解離されてプラズマに変換され得る。図１に示すように、説明される例示的なシステムは、上部ＲＦ電源及び下部ＲＦ電源の両方を利用する。例えば、例示的な容量結合プラズマシステムの場合、約３ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲の高周波電力が上部ＲＦ電源１３０から印加され得、約０．２ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲の低周波電力が下部ＲＦ電源から印加され得る。本明細書で説明される技法は、様々な他のプラズマシステムで利用され得ることが理解されるであろう。１つの例示的なシステムでは、電源が切り替えられ得る（下部電極においてより高い周波数が印加され、上部電極においてより低い周波数が印加される）。さらに、二重電源システムは、単に例示的なシステムとして示され、本明細書で説明される技法は、周波数電源が一方の電極にのみ提供されるか、直流（ＤＣ）バイアス電源が利用されるか、又は他のシステムコンポーネントが利用されるなどの他のシステムで利用され得ることが理解されるであろう。
【００２４】
図１に示されているように、下部ＲＦ電源１４０は、第１の下部周波数電圧及び第２の下部周波数電圧の両方をそれぞれ第１の周波数ｆ１及び高調波周波数ｆ２で提供する。下部ＲＦ電源１４０は、２つ以上の周波数を提供する単一のＲＦ電源と見なされ得るか、又は代替的に、下部ＲＦ電源１４０は、それぞれがＲＦ電圧を提供する複数のＲＦ電源を有するシステムと見なされ得ることが理解されるであろう。したがって、下部ＲＦ電源１４０は、１つ又は複数のＲＦ電源から構成され得る。さらに、上述したように、上部電源及び下部電源としての各電源の使用を入れ替え得、したがって、高調波の使用は、下部電極への印加のみに限られるだけでなく、上部電極への印加にも利用され得る。
【００２５】
プラズマシステムにおける従来のイオンエネルギー分布は、多くの場合、二峰性のイオンエネルギー分布の形をとることが当技術分野で知られている。例えば、図２は、プラズマエッチングシステムで生じ得る従来の二峰性のイオンエネルギー分布のプロット２００を示す。さらに、例えば、Ｕ．Ｃｚａｒｎｅｔｚｋｉ  ｅｔ  ａｌ，Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．２０，ｎｏ．２，ｐ．０２４０１０に示されているように、電源において高調波周波数を印加することにより、プラズマ中のイオンエネルギー分布を制御できることが当技術分野において知られている。より具体的には、異なる高調波周波数間の振幅比及び相対位相シフトの制御は、イオンエネルギー分布に影響を与え得る。したがって、例えば、図１に示すようなプラズマ処理システム１００では、第１の下部周波数電圧１４５及び第２の下部周波数電圧１５０は、イオンエネルギー分布に影響を与えるために、周波数間で所望の振幅比及び相対位相シフトを与えるように制御され得る。図３は、第１の下部周波数電圧１４５及び第２の下部周波数電圧１５０の例示的な振幅Ａ１及びＡ２を示す。図３は、第１の下部周波数電圧１４５と第２の下部周波数電圧１５０との間の例示的な位相シフトθも示す。
【００２６】
したがって、例えば図４に示すように、従来の（図２に示すような）二峰性のイオンエネルギー分布は、高調波周波数の使用及び制御により、プロット４００を得るように変更され得る。図４に示すように、イオンエネルギー分布は、振幅比及び相対位相シフトの制御によって調整されている。図５は、３つの例示的なイオンエネルギー分布を示す。プロット５０５は、単一の下部周波数ＲＦ電源（例えば、１３．５ＭＨｚ）を使用した場合のイオンエネルギー分布を示す。プロット５１０は、１３．５ＭＨｚのＲＦ電源に加えて、第２の（高調波）周波数のＲＦ電源を使用することの影響を示す。プロット５１０は、２つの電源の位相シフトが０度であるときに生じるイオンエネルギー分布を示す。プロット５１５は、１３．５ＭＨｚのＲＦ電源に加えて第２の（高調波）周波数のＲＦ電源を使用することの影響も示すが、この場合、位相シフトは、１８０度である。図からわかるように、高調波を使用すること及び位相シフトを変えることは、イオンエネルギー分布に影響を与え得る。図に示すように、イオンエネルギー分布は、単位表面積上に単位時間あたりに到達する特定のエネルギーのイオンの数である単位イオンエネルギー分布ｆ（Ｅ）としてグラフ化される。
【００２７】
特定のプラズマプロセスに依存して、イオンエネルギー分布が変化することにより、プラズマプロセスのエッチング、堆積などの特性において対応する変化が生じ得る。図６及び図７は、例示的な変化を示す。図６及び図７では、総バイアス電力は、基本周波数と高調波周波数との両方の電力の和である。示されている例では、各周波数が電力の５０％を提供する。したがって、例えば、４００Ｗの総バイアス電力は、１３．５６ＭＨｚにおける２００Ｗ及び２７．１２ＭＨｚにおける２００Ｗによって提供され得る。電力の特定のパーセンテージ配分及び選択された特定の周波数は、単なる例示であり、本明細書で開示される技法は、そのような例に限定されないことが理解されるであろう。図６に示すように、エッチング量が総バイアス電力に対してグラフ化されている。より具体的には、基本周波数に対して０度シフト及び１８０度シフトで追加の高調波周波数を使用した場合の酸化物及び窒化ケイ素のエッチング速度が示されている。したがって、プロット６０５は、０度シフトにおける酸化ケイ素のエッチング量を示し、プロット６１０は、１８０度シフトにおける酸化ケイ素のエッチング量を示す。同様に、プロット６１５は、０度シフトにおける窒化ケイ素のエッチング量を示し、プロット６２０は、１８０度シフトにおける窒化ケイ素のエッチング量を示す。上記の位相シフトにおける酸化ケイ素と窒化ケイ素との間の選択性の結果が図７に示され、プロット７０５は、０度の位相シフトでの選択性であり、プロット７１０は、１８０度の位相シフトでの選択性である。図５〜図７は、単なる例示であり、プラズマ処理システムにおけるＲＦ電源の高調波制御の使用は、多様なプラズマプロセスで利用され得ることが理解されるであろう。
【００２８】
プラズマプロセスの特性をよりよく制御するために、そのようなイオンエネルギー分布をその場且つリアルタイムで制御することが望ましいことが判明した。より具体的には、プラズマプロセスで利用される複数の周波数における位相シフト及び／又は振幅比などの最適な動作条件は、動作条件又はプラズマ条件が変化すると変化し得る。しかしながら、上述のように、イオンエネルギー分布の直接測定は、一般に、市販の大量生産プラズマ装置では利用できない。本明細書で説明するように、最適な位相シフト及び／又は振幅比は、他のシステム特性を監視し、それらの他のシステム特性の監視に応じてイオンエネルギー分布をリアルタイムで調整できるようにプラズマ処理システムにフィードバックを提供することによって選択され得る。
【００２９】
監視される他のシステム特性は、多様な特性のいずれかであり得る。一例では、図１を参照すると、下部整合回路１５７によって見られるプロセスチャンバのインピーダンスは、フィードバック回路１６５及び／又は制御ユニット１７０によって監視され得る。次に、検出されたインピーダンス条件は、フィードバック回路１６５及び／又は制御ユニット１７０により、第１の下部周波数電圧１４５と第２の下部周波数電圧１５０との間の相対振幅比及び位相シフトを調整するために下部ＲＦ電源１４０に入力を提供するために利用され得る。したがって、制御回路（フィードバック回路又は制御ユニットのいずれか）を使用して、所望の調整を行うことができる。このようにして、プラズマ処理中、プラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布形状を実現するために下部ＲＦ電源１４０がその場で調整され得る。整合回路によって見られるインピーダンスに関して説明したが、他の電気信号が監視され得ることが理解されるであろう。例えば、整合回路内の電気信号が監視され得るか、ＤＣバイアス電圧が監視され得るか、ＲＦ電源の様々な電圧レベルが監視され得るか、又はシステム内の様々な電圧及び電流の電圧及び電流レベルが監視され得る（例えば、ＡＣピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）レベル又は電圧及び互いの電流位相シフト）などである。
【００３０】
一実施形態では、振幅比及び相対位相シフトが特定の範囲内でスキャンされ得、プラズマ処理システム１００の電気信号（例えば、限定されないが、インピーダンスなど）が収集される。次に、プラズマ処理システム１００は、イオンエネルギー分布の所望の形状に応じて、収集されたデータ及びイオンエネルギー分布と電気信号との間の相関のモデルに基づいて、複数の周波数間の最適な振幅比及び相対位相シフトを計算し得る。モデルは、理論的、実験的又は２つの組み合わせのいずれかであり得る。したがって、監視された電気信号と、得られた実現されたイオンエネルギー分布との相関は、実験的使用、理論計算又はそれらの組み合わせから得られる相関テーブル又はグラフの形成からもたらされ得ることが理解されるであろう。同様に、理論的及び／又は実験的な統計的相関を得ることができる。同様に、相関のためのシミュレーションされた及び／又は実験的な関数又はモデルを得ることができる。したがって、システムの１つ又は複数の特性（例えば、電気的特性）と、そのような特性の結果として得られるイオンエネルギー分布との間に様々な方法で相関を得ることができることが理解されるであろう。このようにして、例えばシステムの電気的測定（例えば、一実施形態ではプロセスチャンバのインピーダンス）に応じて振幅比及び／位相シフトをリアルタイムで調整することにより、所望のイオンエネルギー分布を実現するために、下部ＲＦ電源１４０にリアルタイムの変更を加えることができる。
【００３１】
このようにして、製造プロセス中にイオンエネルギーセンサを使用する必要なしに、複数の高調波周波数システムにおけるその場でのイオンエネルギー最適化を可能にするシステムが提供され得る。さらに、動的制御機能は、動作条件（例えば、圧力、電源電力、プロセス化学など）が処理中に所望のイオンエネルギー分布の形状を変化させるように作用する場合でも、所望のイオンエネルギー分布を所望の形状に維持することを可能にする。上記の例は、１つの基本周波数電圧（第１の下部周波数電圧１４５）及び１つの高調波周波数電圧（第２の下部周波数電圧１５０）に関してなされているが、本明細書で説明される概念は、１つの基本周波数電圧と２つ以上の高調波周波数電圧とを用いて利用され得ることが理解されるであろう。
【００３２】
イオンエネルギー分布を制御する機能は、質量の異なる複数のイオンを利用するプラズマプロセスで特に役立ち得る。図８は、異なる質量の２つの異なるイオンを用いるプラズマエッチングシステムで生じ得る従来の二峰性のイオンエネルギー分布を示す。例えば、プロット８０５は、イオンＭ２のイオンエネルギー分布のプロットを示し、プロット８１０は、イオンＭ１のイオンエネルギー分布を示し、イオンＭ１の質量は、イオンＭ２の質量より大きい。上述のように、ＲＦ高調波周波数並びに位相シフト及び振幅比の制御を使用することは、イオンエネルギー分布のピークの１つを強調又は強化するように、従来の二峰性のイオンエネルギー分布を調整するために用いられ得る。例えば、高調波周波数の制御は、軽イオンＭ２が重イオンＭ１と比較してより高いエネルギーを有するように、イオンＭ１及びＭ２のイオンエネルギー分布を提供し得る。したがって、図９からわかるように、プロット９０５は、軽イオンＭ２のイオンエネルギー分布を示し、プロット９１０は、重イオンＭ１のイオンエネルギー分布を示す。図９では、軽イオンＭ２が重イオンＭ１よりも高いエネルギーを有することがわかる。図９は、それを超えるとイオンＭ１のエネルギーがエッチング作用を行う必要がある閾値である例示的なエッチング閾値９１５を含み、またそれを超えるとイオンＭ２のエネルギーがエッチング作用を行う必要があるエッチング閾値９２０を含む。エッチング閾値は、利用される特定のプラズマ化学及び条件に依存することが理解されるであろう。同様に、高調波周波数の制御は、軽イオンＭ２が重イオンＭ１と比較してより低いエネルギーを有するように、イオンＭ１及びＭ２のイオンエネルギー分布を提供し得る。したがって、図１０からわかるように、プロット１００５は、軽イオンＭ２のイオンエネルギー分布を示し、プロット１０１０は、重イオンＭ１のイオンエネルギー分布を示す。図１０では、軽イオンＭ２が重イオンＭ１よりも低いエネルギーを有することがわかる。図１０は、それを超えるとイオンＭ１のエネルギーがエッチング作用を行う必要がある閾値である例示的なエッチング閾値１０１５を含み、またそれを超えるとイオンＭ２のエネルギーがエッチング作用を行う必要があるエッチング閾値１０２０を含む。エッチング閾値は、利用される特定のプラズマ化学及び条件に依存することが理解されるであろう。したがって、図に示すように、質量が異なる２つの異なるイオンを含むプロセスのイオンエネルギー分布は、各イオンに対して少なくとも２つのピークを呈し得、本明細書で説明される技法は、プラズマプロセスの性能特性を変えるために、イオンの少なくとも１つのピーク、例えばイオンの第１のピーク又は第２のピークを強化し得る。
【００３３】
したがって、図に示すように、非対称のイオンエネルギー分布を得ることができる。このような非対称性は、質量の異なる２つ以上のイオンを利用するプラズマプロセスにおいて有利に利用され得る。例えば、より軽いイオンＭ２及びより重いイオンＭ１並びに図９のエッチング閾値を用いるプラズマエッチングプロセスでは、図９に見られるような非対称のイオンエネルギー分布は、より軽いイオンＭ２による支配的なエッチングとなる。逆に、図１０に見られるような非対称のイオンエネルギー分布及びエッチング閾値は、より重いイオンＭ１による支配的なエッチングとなる。１つの例示的なプラズマエッチングプロセスは、塩素（Ｃｌ２）／ヘリウム（Ｈｅ）ベースのエッチングであり得る。そのような場合、より軽いイオンであるＨｅ＋は、図９の条件で支配的な除去メカニズムを実行し得、より重いイオンであるＣｌ２＋又はＣｌ＋は、図１０の条件で支配的な除去メカニズムを実行し得る。したがって、図９及び図１０に示すように、あるイオンのイオンエネルギー分布のピークは、プラズマの処理特性に影響を与えるように、一方のピーク又は他方のピークで非対称に強化され得る。このようにして、イオンエネルギー分布の制御は、利用されるプラズマプロセスの処理特性（例えば、限定されないが、エッチング特性）に影響を与えるように利用され得る。さらに、上で説明したように、高調波周波数の位相シフト及び振幅比の制御は、図９及び図１０に示すようなイオンエネルギー分布のこのような変動を実現するために利用され得る。位相シフト及び振幅のリアルタイムのその場制御は、上で論じたように、プラズマ処理システムの電気的特性にさらに基づき得る。
【００３４】
このようにして、特定のイオン種による選択的エッチングは、プラズマ処理システムにおいて、高調波周波数と、プラズマプロセスチャンバに電力が提供される基本周波数との間に位相シフト及び／又は振幅比の調整を適用することに基づいて、その場で制御され得る。さらに、プラズマプロセスシステムの監視された電気的特性からのフィードバックは、位相シフト及び／又は振幅比の調整を制御するために利用され得る。
【００３５】
異なる質量のイオンを利用及び制御するための上記の技法は、原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスにおいて特に有用であり得る。ＡＬＥプロセスは、一般に、１つ又は複数の自己律速型反応を通じて薄層を順次除去するプロセスを含むことが知られている。そのようなプロセスは、多くの場合、一連の周期的な層の改質工程及びエッチング工程を含む。改質工程は、露出した表面を改質でき、エッチング工程は、改質された層を除去できる。このようにして、一連の自己律速型反応が生じ得る。本明細書で使用される場合、ＡＬＥプロセスは、Ｑｕａｓｉ−ＡＬＥプロセスを含み得る。このようなプロセスでは、一連の改質工程及びエッチング工程の周期を引き続き使用できるが、改質された層を除去した後、エッチングが完全に停止することはないが、大幅に遅くなるため、除去工程は、純粋に自己律速型ではない。いずれの場合でも、ＡＬＥベースのプロセスは、一連の周期的な改質工程及びエッチング工程を含む。
【００３６】
本明細書で説明される技法の使用は、層改質工程とエッチング工程との間でプラズマ処理を選択的に変更するために原子層エッチングプロセスで利用され得る。１つの例示的なプロセスでは、原子層エッチングプロセスは、層改質プロセスにおいてより重いイオンＭ１を、層除去プロセスにおいてより軽いイオンＭ２を利用し得る。例えば、シリコン表面で使用する場合、イオンＭ１は、シリコン表面改質のためのＣｌ２＋又はＣｌ＋であり得、イオンＭ２は、不活性ガスイオン又は希ガスイオン、例えばＨｅなどであり得る。代替的に、関与する材料及びイオンに応じて、プロセスは、層の除去プロセスにおいてより重いイオンＭ１を使用し得、層の改質プロセスにおいてより軽いイオンＭ２を使用し得る。別の実施形態では、シリコン反射防止コーティング表面で使用する場合、高エネルギーのＨ＋イオンをシリコン反射防止コーティング表面改質に使用でき、フッ素系化学物質がその選択的除去に使用され得る。また別の例では、Ｃ４Ｆ８／Ｈｅプラズマが利用され得る。このような場合、Ｈｅイオンが低エネルギーであるときに表面にＣＦ膜が形成され得、高エネルギーにされたＨｅイオンによりＣＦ膜が除去され得る。Ｃ４Ｆ８／Ｈｅプラズマの例では、イオンエネルギー分布の形状を変更しない場合、高いバイアス電圧が必要になり、ＣＦエネルギーイオンによる表面の損傷及び／又はエッチングが生じる。図１１Ａ及び図１１Ｂは、示されているように異なるエッチング閾値１１０５及び１１１０が追加されていることを除いて、図９及び図１０のＭ１及びＭ２のイオンエネルギー分布に対応する。エッチング閾値１１０５は、それを超えるとイオンＭ２がエッチング作用を提供し、それを下回るとイオンＭ２がエッチング作用を提供しないイオンエネルギー閾値を示す。エッチング閾値１１１０は、それを超えるとイオンＭ１がエッチング作用を提供し、それを下回るとイオンＭ１がエッチング作用を提供しないイオンエネルギー閾値を示す。イオンのそのようなエネルギーがエッチングの生じる閾値を下回る場合、エッチングは、実質的に生じず、イオンＭ１の層改質プロセスが支配することになる。したがって、図１１Ａに示すイオンエネルギー分布は、主に、エッチング閾値を上回るより高いイオンエネルギーでエッチングイオン（より軽いイオンＭ２）を提供し、原子層エッチングプロセスのエッチング又は除去作用を提供する。図１１Ｂに示すイオンエネルギー分布は、主に、プロセスがより重いイオンＭ１又はプラズマ中のラジカルの改質プロセスによって支配されるように、エッチング閾値を下回るより低いイオンエネルギーでエッチングイオン（より軽いイオンＭ２）を提供する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、また別の原子層エッチングプロセスを示す。このプロセスでは、表面改質は、より軽いイオンＭ２によって実現され、改質された表面のエッチング又は除去は、より重いイオンＭ１又はプラズマ中のラジカルによって行われる。図１２Ａに示すように、それを下回ると、より軽いイオンＭ２がエッチング又は除去に参加しないエッチング閾値１２０５が提供される。エッチング閾値１２１０は、それを上回ると、より重いイオンＭ１が改質された表面をエッチング又は除去するエッチング閾値を示す。
【００３７】
図１１Ａと図１１Ｂとの状態間及び図１２Ａと図１２Ｂとの状態間において原子層エッチングプロセスが交互になるように、基本電力周波数及び高調波電力周波数の使用を制御できる。このようにして、基本周波数と高調波周波数との関係の制御を用いることにより、改質工程及びエッチング／除去工程を分離して交互に行うことができる。さらに、そのような制御は、プラズマの同じ気相内で利用され得る。様々な周波数の位相シフト及び振幅比を制御することにより、周波数の制御を上述のようにその場で得ることができることが理解されるであろう。さらに、位相シフト及び振幅比のそのような制御は、上でより詳細に説明されているようなプラズマ処理システムの電気的特性に基づき得る。したがって、ＲＦ電源の制御により、イオンエネルギー分布は、原子層エッチングプロセスの層改質工程又は層エッチング工程を選択的に制御する。
【００３８】
このようにして、異なる質量のイオンに対するイオンエネルギーの同時制御が達成され得る。さらに、制御は、制御が原子層エッチングの高速処理を実施するために使用され得るように、ターゲットのイオン質量の選択的なエネルギー変調を可能にするように実施され得る。そのような原子層エッチング制御は、プラズマプロセスの気相内でさえ実現され得る。
【００３９】
上述の用途は、単なる例示であり、他の多くのプロセス及び用途は、本明細書に開示された技法を有利に利用され得ることが理解されるであろう。図１３〜図１７は、本明細書で説明されるプラズマ処理技法を使用するための例示的な方法を示す。図１３〜図１７の実施形態は、単なる例示であり、さらなる方法は、本明細書に説明された技術を利用できることが理解されるであろう。さらに、説明されたステップは、排他的であることを意図されていないため、図１３〜図１７に示す方法にさらなる処理ステップを追加することができる。さらに、ステップの順序は、異なる順序が生じ得、且つ／又は様々なステップが組み合わされるか若しくは同時に実行され得るため、図面に示す順序に限定されない。
【００４０】
図１３に示すように、基板をプラズマ処理するための方法が提供される。ステップ１３０５は、プロセスチャンバを提供することを含む。ステップ１３１０は、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することを含む。ステップ１３１５は、基板のプラズマ処理中にプラズマ処理システムの少なくとも１つの電気的特性を監視することを含む。ステップ１３２０は、基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得るために、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は基本周波数電圧と第２の周波数電圧との振幅比をプラズマ処理中に調整することを含む。
【００４１】
図１４に示すように、基板をプラズマ処理するための方法が提供される。ステップ１４０５は、プロセスチャンバを提供することを含む。ステップ１４１０は、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することを含む。ステップ１４１５は、プロセスチャンバと１つ又は複数のＲＦ電源との間に整合回路を結合することを含む。ステップ１４２０は、基板のプラズマ処理中に整合回路によって見られるプロセスチャンバのインピーダンスを少なくとも監視することを含む。ステップ１４２５は、基板のプラズマ処理中に所望のイオンエネルギー分布を得るために、少なくとも基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の位相差をプラズマ処理中に調整することを含む。
【００４２】
図１５に示すように、基板をプラズマ処理するための方法が提供される。ステップ１５０５は、プロセスチャンバを提供することを含む。ステップ１５１０は、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することを含む。ステップ１５１５は、プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、第１の質量と第２の質量とは、異なる質量である、提供することを含む。ステップ１５２０は、第１の質量及び第２の質量に基づくイオンエネルギー分布の選択的な制御を可能にするために、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の関係を調整することにより、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンのイオンエネルギー分布を制御することを含む。
【００４３】
図１６に示すように、基板をプラズマエッチングするための方法が提供される。ステップ１６０５は、プロセスチャンバを提供することを含む。ステップ１６１０は、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することを含む。ステップ１６１５は、プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、第１の質量と第２の質量とは、異なる質量である、提供することを含む。ステップ１６２０は、第１の質量及び第２の質量に基づくイオンエネルギー分布の選択的な制御を可能にするために、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の関係を調整することにより、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンのイオンエネルギー分布を制御することを含む。ステップ１６２０に示すように、イオンエネルギー分布を制御することは、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンの少なくとも一方のエッチングの影響を選択的に制御することを可能にする。
【００４４】
図１７に示すように、基板をプラズマ処理するための方法が提供される。ステップ１７０５は、プロセスチャンバを提供することを含む。ステップ１７１０は、少なくとも基本周波数における基本周波数電圧及び第２の周波数における第２の周波数電圧を通してＲＦ電力をプロセスチャンバに提供するために、プロセスチャンバに１つ又は複数のＲＦ電源を結合することであって、第２の周波数は、基本周波数の第二次高調波周波数又はより高次の高調波である、結合することを含む。ステップ１７１５は、プロセスチャンバ中に少なくとも第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンを提供することであって、第１のタイプのイオンは、第１の質量を有し、及び第２のタイプのイオンは、第２の質量を有し、第１の質量は、第２の質量より重い、提供することを含む。ステップ１７２０は、基本周波数電圧と第２の周波数電圧との間の位相差及び／又は基本周波数電圧と第２の周波数電圧との振幅比を調整することにより、第１のタイプのイオン及び第２のタイプのイオンのイオンエネルギー分布を制御することを含む。ステップ１７２５に示すように、イオンエネルギー分布を制御することは、第１のタイプのイオン又は第２のタイプのイオンの少なくとも一方の非対称のイオンエネルギー分布を生成する。ステップ１７３０に示すように、非対称のイオンエネルギー分布は、第１のタイプのイオンに対する第２のタイプのイオンのエッチングの影響を調整するために使用される。
【００４５】
本発明のさらなる修正形態及び代替的な実施形態は、この説明を考慮して当業者に明らかであろう。したがって、この説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実施する方法を当業者に教示する目的のためのものである。本明細書に示され且つ記載された本発明の形態及び方法は、現在好ましい実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。本明細書に例示及び説明されたものの代わりに均等な技術を使用することができ、且つ本発明の特定の特徴は、他の特徴の使用とは無関係に利用することができ、これらは、全て本発明のこの説明の利益を享受した後に当業者に明らかになるであろう。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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