(57)【要約】  基板を処理するためにプラズマを使用するためのシステム及び方法が説明される。本システムは、プラズマ処理システム内に配置され、基板を支持するように構成された基板ホルダと、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第１の周波数で第１の信号を結合するための第１の信号発生器と、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第２の周波数で第２の信号を結合するための第２の信号発生器であって、第２の周波数が第１の周波数未満である、第２の信号発生器とを備える。本システムは、振幅変調信号に応じて高振幅状態と低振幅状態との間で第１の信号を変調するための振幅変調回路と、第１の信号の振幅変調を第２の信号の各サイクルの目標位相に同期させる振幅変調信号を規定するように構成されたタイミング回路とを更に備える。
2021503687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理システム内に配置され、基板を支持するように構成された基板ホルダと、
前記プラズマ処理システムにおけるプラズマに第１の周波数で第１の信号を結合するための第１の信号発生器と、
前記プラズマ処理システムにおけるプラズマに第２の周波数で第２の信号を結合するための第２の信号発生器であって、前記第２の周波数が前記第１の周波数未満である、第２の信号発生器と、
振幅変調信号に応じて高振幅状態と低振幅状態との間で前記第１の信号を変調するための振幅変調回路と、
前記第１の信号の前記の振幅変調を前記第２の信号の各サイクルの目標位相に同期させる前記振幅変調信号を規定するように構成されたタイミング回路と
を備える、基板を処理するためにプラズマを使用するためのシステム。
【請求項２】
前記第１の周波数が１０ＭＨｚを超えるものであり、前記第２の周波数が１５ＭＨｚ未満である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の周波数が５０ＭＨｚを超えるものであり、前記第２の周波数が５ＭＨｚ未満である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の周波数の範囲が５０〜１５０ＭＨｚであり、前記第２の周波数の範囲が０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記高振幅状態が電力オン状態であり、前記低振幅状態が電力オフ状態である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記タイミング回路が、前記第２の信号の前記目標位相に同期した振幅変調信号を規定し、前記振幅変調信号が、パルス幅、パルス振幅、パルスオフセット、パルスデューティサイクル、及びパルス波形形状を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記振幅変調信号が周期的又は非周期的である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記振幅変調信号が、前記パルス幅、前記パルス振幅、前記パルスデューティサイクル、及び前記パルス波形形状のうちの少なくとも１つにおける変動を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記基板にわたるプラズマ特性の空間及び時間分布に関するデータを受信するように、且つ目標空間分布を実現するように前記振幅変調信号を調整するように前記タイミング回路に命令するように構成されたコントローラを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
プラズマ特性の空間分布に関するデータを測定するように構成されたメトロロジシステムを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プラズマ処理システムに結合され、プラズマ特性の空間分布に関するデータを測定するように構成されたその場診断装置を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記その場診断装置が、前記第１の信号に関する第１のプラズマ信号を記録するための第１の電圧プローブを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記その場診断装置が、前記第２の信号に関する第２のプラズマ信号を記録するための第２の電圧プローブを更に備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記その場診断装置が、前記プラズマ内の場所で時間変動磁界を測定するためのアンテナを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の信号及び前記第２の信号が前記基板ホルダに結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の信号が前記基板ホルダに対向する電極又はアンテナに結合され、前記第２の信号が前記基板ホルダに結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
プラズマ処理システム内に配置された基板ホルダに基板を配置することと、
第１の信号発生器を使用して、前記プラズマ処理システムで形成されたプラズマに第１の周波数で第１の信号を印加することと、
第２の信号発生器を使用して、前記プラズマ処理システムで形成されたプラズマに第２の周波数で第２の信号を印加することであって、第２の周波数が前記第１の周波数未満である、ことと、
前記プラズマの目標空間分布を実現するために、前記第１の信号の前記プラズマへの最適な結合の持続時間を制御することと
を含む、プラズマ処理のための方法。
【請求項１８】
前記制御することが、
（ｉ）振幅変調信号に応じて高振幅状態と低振幅状態との間で前記第１の信号を変調するために振幅変調回路を使用することと、前記第１の信号の前記プラズマへの最適な結合の持続時間を制御するために、前記第１の信号の前記の振幅変調を前記第２の信号の各サイクルの目標位相に同期させるように構成されたタイミング回路を使用して前記振幅変調信号を規定することと、又は
（ｉｉ）前記第２の信号の波形及びそのデューティサイクルを変調し、前記第１の信号の前記プラズマへの最適な結合の持続時間を制御するために波形発生器を使用すること
を含む、信号変調を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記プラズマの状態を検知することと、
前記検知されたプラズマの状態に応じて信号変調を変えることと
を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
プラズマ処理システム内に配置され、基板を支持するように構成された基板ホルダと、
前記プラズマ処理システムにおけるプラズマに第１の周波数で第１の信号を結合するための第１の信号発生器と、
前記プラズマ処理システムにおけるプラズマに第２の周波数で第２の信号を結合するための第２の信号発生器であって、前記第２の周波数が前記第１の周波数未満である、第２の信号発生器と、
前記第２の信号発生器に結合され、前記第２の信号の波形及びそのデューティサイクルを調整するように、且つ前記第１の信号の前記プラズマへの最適な結合の持続時間を制御するように構成された波形発生器と
を備える、基板を処理するためにプラズマを使用するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１１月１６日に出願された「ＰＬＡＳＭＡ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＥＤ  ＳＩＧＮＡＬ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ」と題する米国仮特許出願第６２／５８７，４１８号の優先権を主張するものであり、同仮特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、プラズマ処理のためのシステム及び方法に関し、より詳細には、電子デバイス用途向けの薄膜をエッチング又は堆積するためのプラズマ処理技法に関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズマ処理は、ワークピースへの又はワークピースからの材料の堆積又はエッチングを支援することによって半導体集積回路を製造するために使用される標準的な技法である。エッチング及び堆積の両方の用途向けの反応器の設計において、歩留まり要件を満たすために、エッチング速度、堆積速度などの許容できる指標とその空間的均一性とを達成することが重要な一要件である。プラズマ密度が基板の中心からエッジまで均一であることがわかっている場合、空間的均一性を達成することは容易である。半導体処理におけるプラズマ生成において標準的なＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、高周波）周波数であった１３．５６ＭＨｚとは対照的に、多くの場合、ＶＨＦ（ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、超短波）帯（３０〜３００ＭＨｚ）のＲＦ周波数で生成されたプラズマを使用することが望ましい。
【０００４】
より高い周波数のいくつかの利点には、より高いプラズマ密度を達成するためのプラズマ生成効率が含まれる。プラズマシースのＲＦ電圧も小さく、そのためイオンエネルギーが低下し、スパッタリング損耗及び損傷が考慮事項であるチャンバ壁及び基板への衝撃が減少する。これらの利点は次世代のエッチング要件において特に役立つ。
【０００５】
高密度プラズマは、堆積用途において原料分子を解離するために特に役立つ。しかしながら、ＶＨＦによって生成されたプラズマは一般に不均一な径方向分布を有することが実験的に判明している。このことは、１００ＭＨｚのプラズマの場合にかなり顕著になり、プラズマ密度が鋭い中心ピークを有する。プロセスが高周波ＲＦと低周波ＲＦとの混合を必要とすることが多いことも事実である。低周波ＲＦ電力はより高いイオンエネルギーをもたらす。低周波ＲＦ電力を高周波ＲＦ電力に加えると、プラズマ密度分布が予想外に変化し、用途ごとに異なることがわかっている。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書における技法は、プラズマ処理技法を使用したデバイス製造に関する。
【０００７】
一実施形態では、基板を処理するためにプラズマを使用するためのシステムが説明される。本システムは、プラズマ処理システム内に配置され、基板を支持するように構成された基板ホルダと、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第１の周波数で第１の信号を結合するための第１の信号発生器と、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第２の周波数で第２の信号を結合するための第２の信号発生器であって、第２の周波数が第１の周波数未満である、第２の信号発生器とを備える。本システムは、振幅変調信号に応じて高振幅状態と低振幅状態との間で第１の信号を変調するための振幅変調回路と、第１の信号の振幅変調を第２の信号の各サイクルの目標位相に同期させる振幅変調信号を規定するように構成されたタイミング回路とを更に備える。
【０００８】
別の実施形態では、基板を処理するためにプラズマを使用するための方法が説明される。本方法は、プラズマ処理システム内に配置された基板ホルダに基板を配置することと、第１の信号発生器を使用して、プラズマ処理システムで形成されたプラズマに第１の周波数で第１の信号を印加することと、第２の信号発生器を使用して、プラズマ処理システムで形成されたプラズマに第２の周波数で第２の信号を印加することであって、第２の周波数が第１の周波数未満である、ことと、振幅変調回路を使用して、振幅変調信号に応じて高振幅状態と低振幅状態との間で第１の信号を変調することと、プラズマの目標空間分布を実現するために、第２の信号に対する第１の信号のプラズマへの最適な結合の持続時間を制御することを含む。
【０００９】
更に別の実施形態では、基板を処理するためにプラズマを使用するためのシステムが説明される。本システムは、プラズマ処理システム内に配置され、基板を支持するように構成された基板ホルダと、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第１の周波数で第１の信号を結合するための第１の信号発生器と、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第２の周波数で第２の信号を結合するための第２の信号発生器であって、第２の周波数が第１の周波数未満である、第２の信号発生器と、第２の信号発生器に結合され、第２の信号の波形及びそのデューティサイクルを調整するように、且つ第２の信号に対する第１の信号のプラズマへの最適な結合の持続時間を制御するように構成された波形発生器を備える。
【００１０】
もちろん、本明細書で説明されるような異なるステップの議論の順序は、明確にするために提示されている。一般に、これらのステップは、任意の適切な順序で実行できる。加えて、本明細書の異なる特徴、技術、構成などのそれぞれは、本開示の異なる場所で議論され得るが、概念のそれぞれは、互いに独立して、又は互いと組み合わせて実行され得ることが意図される。従って、本発明は、多くの異なる方法で具現化及び検討することができる。
【００１１】
この要約セクションは、本開示又は特許請求される発明の全ての実施形態、及び／又は漸増的に新規な態様を指定するものではないことに留意されたい。代わりに、この要約は、異なる実施形態、及び従来の技術に対する新規性の対応するポイントの予備的な議論のみを提供する。本発明及び実施形態の更なる詳細及び／又は可能性のある観点について、読者は、以下で更に議論されるように、詳細な説明のセクション及び本開示の対応する図面に導かれる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態によるプラズマ状態の概略図を示す。
【図２】図２Ａ〜２Ｂは、一実施形態によるプラズマ状態を裏付ける例示的な測定データを提示する。
【図３】図３Ａ〜３Ｂは、一実施形態によるプラズマ状態を裏付ける更なる例示的な測定データを提示する。
【図４】図４Ａ〜４Ｂは、一実施形態によるプラズマ状態を裏付けるまた更なる例示的な測定データを提示する。
【図５】図５Ａ〜５Ｂは、一実施形態によるプラズマ処理のための方法を示す。
【図６】図６Ａ〜６Ｂは、一実施形態によるプラズマ処理のための方法を示す。
【図７】一実施形態によるプラズマ処理のためのシステムの概略図を提示する。
【図８】一実施形態によるプラズマ処理の方法を示す流れ図を提示する。
【図９】図９Ａ−９Ｄは、様々な実施形態による、エッチング又は堆積の方法を実行するためのプラズマ処理システムの概略図を提示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書における技法は、プラズマ処理システム及び方法を使用したデバイス製造に関する。いくつか例が、半導体製造においてデバイスの歩留まりのために均一な処理が重要である前工程（ＦＥＯＬ、例えば、トランジスタ形成）から後工程（ＢＥＯＬ、例えば、配線形成）までの両方で現れる。本明細書では、プラズマ特性の空間分布を含むプラズマ状態を変更するためのシステム及び方法、並びに密度分布を制御するために使用され得る測定信号を使用するためのシステム及び方法について説明する。
【００１４】
一例として、約６０ＭＨｚ以上の周波数では、プラズマ反応器内のＲＦ（高周波）システムによって発射される電磁波伝播の波長がチャンバのサイズに相当するようになり、電磁気的作用が重要になる。電界は、低周波静電界から伝播波及び定在波に変化する。プロセス条件、例えば、電力、圧力、ガス化学など、及び測定されるプラズマ特性に応じて、プラズマ特性分布、及び結果として得られるエッチング又は堆積速度は、基板又はワークピースにわたって変わり得る。図１に示されるように、エッチング（又は堆積）速度（Ｅ／Ｒ）は、場合により「中心が高い」分布１０１又は「エッジが高い」分布１０２を有し得る。そして、所定の仕様、すなわち許容可能な又は目標の空間変動性の程度内で均一な条件又は空間的均一性を達成することが望ましい場合がある。
【００１５】
ＶＨＦ周波数、例えば１００ＭＨｚでの波状の性質は、例えば図１に示される不均一プラズマ状態又は均一プラズマ状態（図示せず）などの異なるプラズマ状態のｄＢ／ｄｔ（Ｂは磁界を表し、ｔは時間である）を測定するために磁界プローブを使用して評価されている。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、磁界プローブの測定が基板にわたる空間位置（ｘ）の関数として行われる。図２Ａは、複数のゼロ交差２１０、２１１、２１２を持つ不均一なプラズマ状態（２０１）と相関する磁界Ｂの時間変化率の例示的な空間測定値を提供する。反対に、図２Ｂは、単一のゼロ交差２２０を持つ均一なプラズマ状態（２０２）と相関する磁界Ｂの時間変化率の例示的な空間測定値を提供する。更に、図３は、時間（ｔ）の関数としての例示的な磁界プローブ測定値を提供する。時間記録３０１が記録の正の位相の信号ピークに変動を示すことを除いて、ｄＢ／ｄｔの時間記録３０１及び３０２は、実質的に正弦波である。この挙動は、図２Ａの分布２０１の空間特性を表す一方で、記録３０２の挙動は、図２Ｂの分布２０２の空間特性を表している。
【００１６】
本発明者らは、非線形挙動の存在が、プラズマシースダイナミクス及び表面波生成に関連する仕方で、他のパラメータの中でもとりわけ圧力及びプラズマ密度（例えば、結合電力）に対応すると考えている。更に、プラズマ中心付近の非線形現象は、１０ｎｓの波の周期よりも大幅に短いナノ秒の時間スケールでの過渡的な挙動につながり得る。この過渡的な挙動は１００ＭＨｚの位相のごく一部に集中し得、その発生は密度分布のピーキングと相関関係を有し得る。本発明者らは、比較的低い周波数及び比較的高い周波数でプラズマを駆動する、例えば２周波などの多周波システムで同様の実験を行った。急速な非線形過渡現象は、低周波振動の特定の位相の間にのみ発生することがわかった。それとは別に、１００ＭＨｚが低周波ＲＦの特定の位相で振幅変調された場合、低周波ＲＦの特定の位相に最大値を有する包絡線を１００ＭＨｚが有するかのように密度が強く変更され得ることがわかった。
【００１７】
図４Ａ及び図４Ｂを見ると、図７に示されるシステムと同様に、多周波プラズマ処理システムで収集されたデータのデータセット４０１及び４０２の時間記録（ａ〜ｄ）が提示されている。多周波システムは、第１の周波数、例えば１００ＭＨｚ（ＶＨＦ電力）で第１の信号を結合するための第１の信号発生器と、第２の周波数、例えば３．２ＭＨｚ（ＬＦ電力）で第２の信号を結合するための第２の信号発生器とを動作させる。各データセット４０１及び４０２は、１ＬＦ周期におけるＬＦ時間記録ＬＦ１及びＬＦ２と、１ＬＦ周期中のＶＨＦ内容における４つのＶＨＦ時間記録「ａ」〜「ｄ」とを含む。図４Ａに示されるように、データセット４０１は、比較的高い電子密度（例えば、高いＶＨＦ電力）に部分的に起因して、ＬＦ電力の変動（すなわち、９０Ｗから４００Ｗ）に関して、記録「ａ」〜「ｄ」において弱いＶＨＦ変調を呈する。しかしながら、図４Ｂに示されるように、データセット４０２は、比較的高い圧力及び低い電子密度に部分的に起因して、ＬＦ電力の変動（すなわち、９０Ｗから４００Ｗ）に関して、記録「ａ」〜「ｄ」において強いＶＨＦ変調を呈する。
【００１８】
発明者らは、低周波ＲＦ（ＬＦ）が低周波時間スケールでプラズマの形状を変化させ、プラズマ形状が変化すると、１００ＭＨｚ電磁波の伝播が影響を受けることを見出した。１００ＭＨｚの波の伝播はイオン化を促進するため、低周波信号の特定の位相又は位相範囲で１００ＭＨｚの波の伝播の包絡線を最大化することは、密度分布の変化につながる。この知見の結果として、処理プラズマの空間分布を含むプラズマ特性を変更するためのシステム及び方法が提案されている。本発明者らは、低周波ＲＦの効果は、プラズマと反応器の様々な壁との間のシースが膨張又は収縮するようにプラズマ内の電子を移動させることであると考えている。この膨張又は収縮は、低周波ＲＦ周波数（ＬＦ）で必然的に周期的である。高周波ＲＦ（ＶＨＦ）の伝播及び波の構造は、シースの性質に依存し、特定のシース構成の間では、非線形相互作用を介して高周波信号がより効率的にプラズマに結合して、他のシース構成を介して実現される密度分布とは異なる密度分布を生じる。
【００１９】
一実施形態によれば、第１の信号、例えば高周波ＲＦ（ＶＨＦ）は、第２の信号、例えば低周波ＲＦ（ＬＦ）の目標位相中に結合され得る。例えば、高周波ＲＦの印加は特定のシース構成に限られる。図５Ａに示されるように、第１の周波数（例えば、ＶＨＦ）の第１の信号５０１及び第２の周波数（例えば、ＬＦ）の第２の信号５０２がプラズマに結合され、ＶＨＦ振幅は、プラズマシースの膨張中に増加する。第２の信号５０２、すなわち低周波波形は、単一の正弦波形で構成されてよく、第１の信号５０１、すなわち高周波波形は、振幅変調された正弦波で構成されてよく、第２の信号５０２の特定の位相に限られる。他の実施形態では、第２の信号５０２は非正弦波である。例えば、特定の瞬間的な低周波ＲＦ電圧では、シース構成は、均一な高周波伝播に最適であり得る。低周波波形は、この特定のＲＦ電圧が低周波ＲＦサイクルのより長い部分で発生するように整形され得る。この場合、高周波ＲＦ包絡線の最大値が持続的に膨張可能にされ、最適な低周波サイクルの部分を占有できる。
【００２０】
様々な実施形態によれば、第１の信号５０１の振幅は、振幅変調信号５１０に応じて変調される。振幅変調信号５１０は振幅５１１及び波形形状５１２によって特徴付けることができ、それらのいずれも時間的に変化してもしていなくてもよい。図５Ａは方形波を示しているが、波形形状は、正弦波、のこぎり波、又は任意の形状を含み得る。振幅変調信号５１０は、パルス幅５１３並びに第２の信号の目標位相５１４及び第２の信号に対する位相オフセット５１５によって更に特徴付けることができ、それらのいずれも時間的に変化しても変化していなくてもよい。例えば、目標位相に関して、第１の信号５０１の振幅変調は、プラズマシースの膨張中に、第２の信号５０２の負のサイクル、すなわち図５Ａの３π／２に同期させ得る。振幅変調の開始は、位相オフセット５１５で規定されているように、目標位相５１４に先行できる。パルス幅５１３と併せて、振幅変調は目標位相５１４を捕捉し、第２の信号５０２の位相の一部を占有できる。
【００２１】
代替的な実施形態では、低周波ＲＦ（ＬＦ）波形は、特定のシース構成を調整するように、且つ高周波ＲＦ（ＶＨＦ）の効率的な結合の持続時間を規定するように設計され得る。本実施形態では、低周波ＲＦのデューティサイクルが調整される。例えば、図６Ａに示されるように、第１の周波数（例えば、ＶＨＦ）の第１の信号６０１及び第２の周波数（例えば、ＬＦ）の第２の信号６０２がプラズマに結合され、第２の信号６０２のデューティサイクルが、プラズマシースの膨張の持続時間、ひいてはＶＨＦ結合効率を増加又は減少するように調整される。デューティサイクル（％）は、パルス幅６１０の信号周期６１５に対する比率に等しい。図６Ａは、５０％より小さいデューティサイクルを示している。図６Ｂは、５０％より大きいデューティサイクルを示している。
【００２２】
本発明者らによって決定された、基礎となる物理的プロセスの理解はまた、プラズマ特性の変更に関する有効性を監視及び制御するためのシステム及び方法を提供する。上述したように、再現性は、半導体製造装置のハードウェア及びプロセスでは課題になり得る。製造装置のドリフト及び整合は、再現性の課題の例である。再現性のある結果を提供するには、製造装置のハードウェア及びプロセスを制御するために監視及び利用され得る信号を得ることが重要である。図２、図３、及び図４に示されるように、プラズマ内の、例えばプラズマのエッジにおける高周波の過渡的な挙動を検出でき、低周波波形の振幅及び位相の関係を制御診断として使用できる。次いで、高周波包絡線を一定に保ちながら低周波波形の形状を変更すること、又は低周波波形を一定に保ちながら高周波包絡線を変更することのいずれかのために、又はその両方を同時に行うために、制御診断が使用され得る。
【００２３】
本発明者らは、低周波信号内容の高電圧状態に対する、低周波信号内容（例えば、ＬＦ）の低電圧状態中に高周波信号内容（例えば、ＶＨＦ）を結合するための相対的な持続時間を調整することにより、中心からエッジまでの空間プラズマ分布を含むプラズマ状態の調整が可能になる（例えば、プラズマ密度、イオン、又は電子、或いはその両方）ことを見出した。例えば、低電圧状態中（すなわち、プラズマシースの膨張中）に高周波信号内容を結合するための相対的な持続時間を長くすることにより、エッジでのプラズマ密度が増加し、中心でのプラズマ密度が減少する。加えて、例えば、低電圧信号内容の低電圧状態中の持続時間で、持続時間の付近で、又は持続時間を少なくとも部分的に包含する高周波信号内容のパルス化又は変調を同期させることにより、中心でのプラズマ密度に対するエッジでのプラズマ密度の増加が促進される、及び／又は同様に、エッジでのプラズマ密度に対する中心でのプラズマ密度の減少が促進される。或いは、低電圧状態中（すなわち、プラズマシースの膨張中）に高周波信号内容を結合するための相対的な持続時間を短くすることにより、中心でのプラズマ密度が増加する。加えて、例えば、低周波信号内容の高電圧状態中の持続時間で、持続時間の付近で、又は持続時間を少なくとも部分的に包含する高周波信号内容のパルス化又は変調を同期させることにより、中心でのプラズマ密度に対するエッジでのプラズマ密度の減少が促進される、及び／又は同様に、エッジでのプラズマ密度に対する中心でのプラズマ密度の増加が促進される。本明細書で説明するように、信号変調を介して、本発明者らは、プラズマ特性の空間分布の変調を含む、プラズマ特性を変調するためのシステム及び方法を確立した。
【００２４】
様々な実施形態によれば、図７は、プラズマ処理のためのシステム７００の概略図を提示する。システム７００は、内部に配置され、基板７０２を支持するように構成された基板ホルダ７０１を備える。システム７００は、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第１の周波数で第１の信号を結合するための第１の信号発生器７１０と、プラズマ処理システムにおけるプラズマに第２の周波数で第２の信号を結合するための第２の信号発生器７２０であって、第２の周波数が第１の周波数未満である、第２の信号発生器７２０とを更に備える。一実施形態では、第１の周波数が１０ＭＨｚを超えるものであり、第２の周波数が１５ＭＨｚ未満である。或いは、第１の周波数が５０ＭＨｚを超えるものであり、第２の周波数が１５ＭＨｚ未満である。或いは、第１の周波数の範囲が５０〜１５０ＭＨｚであり、第２の周波数の範囲が１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚである。或いは、第１の周波数が５０ＭＨｚを超えるものであり、第２の周波数が５ＭＨｚ未満である。或いは、第１の周波数の範囲が５０〜１５０ＭＨｚであり、第２の周波数の範囲が１ＭＨｚ〜５ＭＨｚである。また或いは、第１の周波数の範囲が５０〜１５０ＭＨｚであり、第２の周波数の範囲が０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚである。
【００２５】
信号変調コントローラ７３０は、第１の信号発生器７１０及び第２の信号発生器７２０に結合され、プラズマの目標空間分布を実現するために、第１の信号のプラズマへの最適な結合の持続時間を制御するように構成される。一実施形態では、信号変調コントローラ７３０は、振幅変調信号に応じて高振幅状態と低振幅状態との間で第１の信号を変調するための振幅変調回路と、第１の信号の振幅変調を第２の信号の各サイクルの目標位相に同期させる振幅変調信号を規定するように構成されたタイミング回路とを備える。一例として、高振幅状態が電力オン状態であり得、低振幅状態が電力オフ状態であり得る。
【００２６】
図５Ａに示されるように、タイミング回路が、第２の信号の目標位相に同期した振幅変調信号を規定し、振幅変調信号が、パルス幅、パルス振幅、パルスオフセット、パルスデューティサイクル、及びパルス波形形状を含む。振幅変調信号は周期的又は非周期的であり得る（例えば、図５Ｂ参照）。また図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、振幅変調信号が、パルス幅、パルス振幅、パルスデューティサイクル、及びパルス波形形状のうちの少なくとも１つにおける変動を含む。
【００２７】
別の実施形態によれば、信号変調コントローラ７３０は、第２の信号発生器７２０に結合され、第２の信号の波形及びそのデューティサイクルを調整するように、且つ第１の信号のプラズマへの最適な結合の持続時間を制御するように構成された波形発生器を備える。図６Ａに示されるように、波形発生器は、波形のデューティサイクルを５０％より小さい値（図６Ａ）から５０％より大きい値（図６Ｂ）に変更できる。図６Ａに示される条件では、例えば、高周波信号内容の印加中に低周波信号内容のデューティサイクルを小さくすることにより、中心でのプラズマ密度に対するエッジでのプラズマ密度の増加が促進される、及び／又は同様に、エッジでのプラズマ密度に対する中心でのプラズマ密度の減少が促進される。図６Ｂに示される条件では、例えば、高周波信号内容の印加中に低周波信号内容のデューティサイクルを大きくすることにより、中心でのプラズマ密度に対するエッジでのプラズマ密度の減少が促進される、及び／又は同様に、エッジでのプラズマ密度に対する中心でのプラズマ密度の増加が促進される。波形発生器は、正弦波、方形波、のこぎり波などを含む、任意の形の信号を作成できる。正弦波は、波形の形状を調整するための高調波成分の混合を含み得る。
【００２８】
図７を再び参照すると、システム７００は、基板７０２にわたるプラズマ特性の空間分布に関するデータを受信するように、且つ目標空間分布を実現するために、信号変調コントローラに、例えば振幅変調信号を調整するようにタイミング回路に、又は波形を調整するように波形発生器に命令するように構成されたコントローラ７４０を備え得る。更に、システム７００は、プラズマ特性の空間分布に関するデータを測定するように構成されたメトロロジシステム（図示せず）、又はプラズマ処理システムに結合され、プラズマ特性の空間分布に関するデータを測定するように構成された、その場診断装置を備え得る。
【００２９】
第１の信号及び第２の信号のための電力結合回路は、信号振幅を変調する（例えば、電力増幅器）、位相をシフトする、及び／又は周波数をシフトする（例えば、図７の「ＡＭＰ」）ための回路を備え得る。加えて、電力結合回路は、プラズマを含むプラズマ処理回路に信号発生器の出力インピーダンスを整合させるように構成及び設計された、可変電気コンポーネント、コンデンサ、及び／又はインダクタを有するインピーダンス整合ネットワーク（複数可）（例えば、図７の「ＭＮ」）を備え得る。
【００３０】
いくつかの実施形態によれば、図８は、プラズマ処理の方法を示している。本方法は、流れ図８００に示されるように、８１０において、プラズマ処理システム内に配置された基板ホルダに基板を配置することと、８２０において、第１の信号発生器を使用して、プラズマ処理システムで形成されたプラズマに第１の周波数で第１の信号を印加することと、８３０において、第２の信号発生器を使用して、プラズマ処理システムで形成されたプラズマに第２の周波数で第２の信号を印加することであって、第２の周波数が第１の周波数未満である、こととを含む。
【００３１】
本方法は、８４０において、プラズマの目標空間分布を実現するために、第１の信号のプラズマへの最適な結合の持続時間を制御することを更に含む。一実施形態では、最適な結合の持続時間を制御するときに、信号変調が、振幅変調信号に応じて高振幅状態と低振幅状態との間で第１の信号を変調するために振幅変調回路を使用することと、第１の信号のプラズマへの最適な結合の持続時間を制御するために、第１の信号の振幅変調を第２の信号の各サイクルの目標位相に同期させるように構成されたタイミング回路を使用して振幅変調信号を規定することとを含み得る。別の実施形態では、最適な結合の持続時間を制御するときに、信号変調が、第２の信号の波形及びそのデューティサイクルを変調し、第１の信号のプラズマへの最適な結合の持続時間を制御するために波形発生器を使用することを含み得る。本方法は、プラズマの状態を検知することと、検知されたプラズマの状態に応じて信号変調を変えることとを更に含み得る。
【００３２】
図９Ａ〜図９Ｄは、上述の実施形態を組み込むプラズマ処理を容易にするために使用され得るいくつかのプラズマ生成システムを提供する。図９Ａは容量性結合プラズマ（ＣＣＰ）システムを示し、プラズマは上部プレート電極（ＵＥＬ）と下部プレート電極（ＬＥＬ）との間の基板に近接して形成され、下部電極は、基板を支持及び保持する静電チャック（ＥＳＣ）としても機能する。プラズマは、高周波（ＲＦ）電力を少なくとも１つの電極に結合することにより形成される。図９Ａに示されるように、ＲＦ電力は、上部電極と下部電極との両方に結合され、電力結合は異なるＲＦ周波数を含んでもよい。或いは、複数のＲＦ電源が、同じ電極に結合されてもよい。更に、直流（ＤＣ）電力が、上部電極及び／又は下部電極に結合されてもよい。
【００３３】
図９Ｂは、誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）システムを示し、プラズマは、誘導要素（例えば、平面状、又はソレノイド／ヘリカルコイル）と下部プレート電極（ＬＥＬ）との間の基板に近接して形成され、下部電極は、基板を支持及び保持する静電チャック（ＥＳＣ）としても機能する。プラズマは、高周波（ＲＦ）電力を誘導性結合要素に結合することにより形成される。図９Ｂに示されるように、ＲＦ電力は、誘導要素と下部電極との両方に結合され、電力結合は異なるＲＦ周波数を含んでもよい。
【００３４】
図９Ｃは、表面波プラズマ（ＳＷＰ）システムを示し、プラズマは、スロット付き平面アンテナと下部プレート電極（ＬＥＬ）との間の基板に近接して形成され、下部電極は、基板を支持及び保持する静電チャック（ＥＳＣ）としても機能する。プラズマは、マイクロ波周波数の高周波（ＲＦ）電力を、導波管及び同軸線を介してスロット付き平面アンテナに結合することにより形成される。図９Ｃに示されるように、ＲＦ電力は、スロット付き平面アンテナと下部電極との両方に結合され、電力結合は異なるＲＦ周波数を含んでもよい。
【００３５】
図９Ｄは、リモートプラズマシステムを示し、プラズマは基板から離れた領域に形成され、リモートプラズマ源から基板に近接する処理領域への荷電粒子の搬送を妨げるように配置されたフィルタによって基板から分離される。基板は、基板を保持する静電チャック（ＥＳＣ）としても機能する下部プレート電極（ＬＥＬ）によって支持される。プラズマは、高周波（ＲＦ）電力を、遠隔に位置する領域に隣接するプラズマ生成装置に結合することにより形成される。図９Ｄに示されるように、ＲＦ電力は、リモート領域に隣接するプラズマ生成装置と下部電極との両方に結合され、電力結合は異なるＲＦ周波数を含み得る。
【００３６】
図９Ａ〜図９Ｄのプラズマ処理システムは、記載されたエッチング及び／又は堆積（フィルム形成）プロセスを実施するための様々な技法を例示することを意図している。説明したシステムの組み合わせと変形との両方を含む他の実施形態も考えられる。
【００３７】
以下の特許請求の範囲では、従属項の制限のうちのいずれかは、独立項のうちのいずれかに従属する場合がある。
【００３８】
前述の説明では、処理システムの特定の形状、及びそこで使用される様々な構成要素及びプロセスの説明など、特定の詳細を説明してきた。しかしながら、本明細書の技術は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態で実施することができ、そのような詳細は説明のためのものであり、限定のためのものではないことを理解されたい。本明細書で開示される実施形態が、添付の図面を参照して説明されてきた。同様に、説明の目的で、完全な理解を提供するために、特定の番号、材料、及び構成が示されてきた。それにもかかわらず、そのような特定の詳細なしで、実施形態を実施することができる。実質的に同じ機能的構成を有する構成要素は、同様の参照記号によって示され、従って、任意の冗長な説明は省略され得る。
【００３９】
様々な実施形態の理解を支援するために、様々な技術が、複数の個別の動作として説明されてきた。説明の順序は、これらの動作が必ず順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。実際に、これらの動作は表示の順序で実行される必要はない。説明された動作は、説明された実施形態とは異なる順序で実行されてもよい。追加の実施形態では、様々な追加の動作を実行することができ、及び／又は説明した動作を省略することができる。
【００４０】
本明細書で使用される「基板」又は「ターゲット基板」は、一般的に、本発明に従って処理されている物体を指す。基板は、デバイス、特に半導体又は他の電子デバイスの任意の材料部分又は構造を含むことができ、例えば、半導体ウェハ、レチクルなどのベース基板構造、又は薄膜などのベース基板構造上、若しくはそれをオーバーレイする層であってもよい。従って、基板は、任意の特定のベース構造、下層又は上層、パターン付き又はパターンなしに限定されず、むしろ任意のそのような層若しくはベース構造、並びに層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むと考えられる。説明では特定の種類の基板を参照している場合があるが、これは説明のみを目的とするものである。
【００４１】
また、当業者であれば、本発明の同じ目的をなおも達成しながら、上記で説明した技術の動作に対して多くの変形を行い得ることを理解するであろう。そのような変形は、本開示の範囲に含まれることが意図されている。従って、本発明の実施形態の前述の説明は、限定されることを意図したものではない。むしろ、本発明の実施形態に対する任意の限定は、以下の特許請求の範囲に提示される。
【図１】
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【図２Ａ】
2021503687.tif 000004
【図２Ｂ】
2021503687.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【国際調査報告】
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