(57)【要約】  半導体ウェハ又は誘電体マスクのようなワークピースを処理するためのプラズマリアクタが提供される。リアクタのチャンバは、天井と、側壁と、チャンバ内にあるワークピース支持ペデスタルであって、対称軸に沿って天井を向き、該ペデスタルと天井との間のチャンバ容積を画成するワークピース支持ペデスタルとを有する。ＲＦプラズマソース電力印加装置が天井に設けられる。チャンバ内には、その場の電極本体が横たわり、チャンバを上部チャンバ領域及び下部チャンバ領域に分割する。その場の電極は、軸に平行に延び且つ異なる開口サイズをもつ複数のフロースルー通路を有し、これら通路は、その場の電極本体を通してのガス流抵抗の望ましい半径方向分布に基づいて開口サイズにより半径方向に分布される。【選択図】      図１
2010512031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井、側壁、及びワークピース支持ペデスタルを有するリアクタチャンバであって、ワークピース支持ペデスタルは、前記チャンバの内部にあり、且つ対称軸に沿って前記天井を向くと共に、前記ペデスタルと前記天井との間にチャンバ容積を画成するようなリアクタチャンバと、
前記天井にあるＲＦプラズマソース電力印加装置、及び前記印加装置に結合されたＲＦプラズマソース電力ジェネレータと、
前記チャンバ内部にあり、前記軸を横断する平面内で前記天井と前記支持ペデスタルの中間に横たわり、且つ前記チャンバを上部チャンバ領域及び下部チャンバ領域に分割するその場の電極本体と、
を備え、前記その場の電極は、
（ａ）前記軸に平行に延び且つ異なる開口サイズを有する複数のフロースルー通路であって、前記その場の電極本体を通してのガス流抵抗の望ましい半径方向分布に基づいて開口サイズにより半径方向に分布された通路、
（ｂ）前記本体内部にあって、前記複数のフロースルー通路により浸透される導電性電極要素、及び前記導電性電極要素に結合された電気端子、
を含むものである、プラズマリアクタ。
【請求項２】
前記その場の電極本体は、更に、
第１の内部ガスマニホールドと、
前記マニホールドに結合された外部ガス供給ポートと、
前記支持ペデスタルを向いた前記その場の電極本体の底面にある複数のガス噴射オリフィスであって、前記ガスマニホールドに結合されているガス噴射オリフィスと、
を含む請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記第１の内部マニホールドは、半径方向内側のマニホールドを含み、前記ガス噴射オリフィスは、前記その場の電極本体の半径方向内側のガス噴射ゾーンを含み、前記その場の電極本体は、更に、
半径方向外側の内部ガスマニホールドと、
前記半径方向外側のマニホールドに結合された第２の外部ガス供給ポートと、
前記支持ペデスタルを向いた前記その場の電極の底面にある第２の複数のガス噴射オリフィスを含む半径方向外側のガス噴射ゾーンと、
を含み、前記第２の複数のオリフィスは、前記半径方向外側のガスマニホールドに結合される、請求項２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記その場の電極本体の前記外部ガスポートの各々に結合された独立したプロセスガス源を更に備えた、請求項３に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記天井にあるプロセスガス分配プレート、及び前記ガス分配プレートに結合された更に別の独立したプロセスガス源を更に備えた、請求項４に記載のリアクタ。
【請求項６】
前記電極要素に結合された電圧源を更に備え、前記電圧源は、接地電位、ＤＣ電圧源、ＲＦ電圧源の１つを含む、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項７】
前記ガス流抵抗の分布は、前記上部チャンバ領域におけるプラズマイオン密度の中心高分布に反作用するように中心高である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項８】
前記フロースルー通路は、前記その場の電極本体上での位置の半径と共にサイズが大きくなる順序で位置される、請求項７に記載のリアクタ。
【請求項９】
前記ガス流抵抗の分布は、前記上部チャンバ領域におけるプラズマイオン密度の中心低分布に反作用するように中心低である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１０】
前記フロースルー通路は、前記その場の電極本体上での位置の半径と共にサイズが小さくなる順序で位置される、請求項９に記載のリアクタ。
【請求項１１】
前記上部チャンバ領域及び下部チャンバ領域の容積を調整する手段を更に備えた、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１２】
前記調整する手段は、前記ワークピース支持ペデスタルに結合されたリフトメカニズムを含む、請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記その場の電極本体は、セラミック材料で形成され、前記導電性電極要素は、前記電極本体内に収容された平らな導電層を含む、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１４】
前記その場の電極本体は、ドープされたセラミック材料で形成されて、前記電極要素を構成する、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１５】
前記導電性電極要素に結合されたＶＨＦ電力ジェネレータを更に備えた、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１６】
前記ＶＨＦ電力ジェネレータは、前記導電性電極要素及び前記ワークピース支持ペデスタルにまたがって結合される、請求項１５に記載のリアクタ。
【請求項１７】
前記ワークピース支持ペデスタルに結合されたＨＦ又はＬＦバイアス電力ジェネレータを更に備えた、請求項１６に記載のリアクタ。
【請求項１８】
前記ワークピース支持ペデスタルと接地点との間に結合されたＶＨＦバンドパスフィルタ、並びに前記その場の電極本体の前記導電性電極要素と接地点との間に結合されたＨＦ又はＬＦバンドパスフィルタを更に備えた、請求項１７に記載のリアクタ。
【請求項１９】
前記電極本体は、複数の半径方向部材及び複数の周囲方向部材を含み、前記複数の半径方向及び周囲方向部材は、前記電極本体の前記フロースルー開口の枠組みとなる、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項２０】
前記電極本体は、分離可能な内側及び外側の同心的部分に区分化され、少なくとも前記内側部分は、前記下部チャンバ領域の中心部分におけるプラズマイオン密度を向上させるように取り外し可能である、請求項１９に記載のリアクタ。
【請求項２１】
プラズマリアクタに適応可能なガス分配プレートにおいて、
プラズマチャンバの内部で前記チャンバの軸を横断する平面内に置かれるよう構成された電極本体を備え、前記電極本体は、
（ａ）前記軸に平行に延び且つ異なる開口サイズを有する複数のフロースルー通路であって、前記チャンバ内の前記電極本体を通してのガス流抵抗の望ましい半径方向分布に基づいて開口サイズにより半径方向に分布された通路、
（ｂ）前記電極本体内部にあって、前記複数のフロースルー通路により浸透される導電性電極要素、及び前記導電性電極要素に結合された電気端子、
を含むものである、ガス分配プレート。
【請求項２２】
前記電極本体は、更に、
第１の内部ガスマニホールドと、
前記マニホールドに結合された外部ガス供給ポートと、
前記電極本体の底面にある複数のガス噴射オリフィスであって、前記ガスマニホールドに結合されているガス噴射オリフィスと、
を含む請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２３】
前記第１の内部マニホールドは、半径方向内側のマニホールドを含み、前記ガス噴射オリフィスは、前記電極本体の半径方向内側のガス噴射ゾーンを含み、前記電極本体は、更に、
半径方向外側の内部ガスマニホールドと、
前記半径方向外側のマニホールドに結合された第２の外部ガス供給ポートと、
前記電極の底面にある第２の複数のガス噴射オリフィスを含む半径方向外側のガス噴射ゾーンと、
を含み、前記第２の複数のオリフィスは、前記半径方向外側のガスマニホールドに結合される、請求項２２に記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
[001]半導体ウェハのようなワークピースにわたるプラズマプロセスの均一性は、プラズマイオン分布及びプロセスガス流分布が非均一であることによって制限される。ウェハにわたるプロセス均一性を改善するための努力は、プラズマソース電力の半径方向分布を変化させ及び（又は）チャンバ内のガス流の半径方向分布を変化させることを必然的に伴う。このような変化は、典型的に、チャンバの天井又はそれより上で行われる。というのは、プラズマソース電力印加装置が一般的に天井又はその上にあり、且つプロセスガス噴射装置が典型的に天井におけるガス分配プレートだからである。１つの問題として、天井からウェハまでの距離は、典型的に、プラズマイオン及び（又は）プロセスガス流の望ましい分布を、天井で実現される理想的な状態と、ウェハ表面での実際の状態との間で拡散作用によって歪めてしまうに充分なものである。それ故、プラズマプロセスの均一性を改善できる程度が、ウェハから天井までのギャップのために著しく制限される。
【０００２】
[002]プラズマプロセスの制御は、プラズマ内の化学種の解離によって影響を受ける。解離の程度は、例えば、（とりわけ）ＲＦプラズマソース電力レベルの選択により決定される。典型的に、解離の程度は、チャンバ内の全てのガス化学種に影響を及ぼし、一般的には、チャンバ内の全ての種が同程度の解離を経験するが、より重い又はより複雑な分子の種ほど、より簡単な種よりも、解離の程度が若干僅かとなり得る。その結果、リアクタチャンバ内で異なる化学種の解離を別々に制御することは、一般的に、不可能である。例えば、１つの化学種に対して高度の解離が望まれる場合には、チャンバ内に存在する全ての種が著しい程度の解離を経験する。このようなケースでは、例えば、より複雑な種でも、チャンバ内に存在する全ての種を少なくとも一部分は解離しなければ、チャンバ内の１つの化学種を高度に解離することが可能にはならない。それ故、エッチングプロセスを制御する能力は、解離に対して独立した制御が欠如していることによって制限される。
【０００３】
[003]また、プラズマプロセスの制御は、ウェハ表面におけるＲＦ電界によっても影響を受ける。典型的に、ウェハ表面におけるＲＦ電界は、チャンバの導電性表面、例えば、側壁又は天井に対するウェハの電位により制御される。このような制御は、側壁がウェハの縁に最も近く且つウェハの中心から最も遠く配置され、ひいては、非均一性を生み出すために、制限される。ウェハ全体に対して均一な導電性平面を呈する天井は、ウェハから天井までのギャップによりウェハから変位されており、このギャップは、ウェハ上で均一でなければならない電界に望ましくない歪を生じさせる。
【概要】
【０００４】
[004]半導体ウェハ又は誘電体マスクのようなワークピースを処理するためのプラズマリアクタが提供される。１つの態様において、リアクタチャンバは、天井と、側壁と、チャンバ内にあるワークピース支持ペデスタルであって、対称軸に沿って天井を向き、該ペデスタルと天井との間のチャンバ容積を画成するワークピース支持ペデスタルとを有している。ＲＦプラズマソース電力印加装置が天井に設けられる。チャンバ内には、その場の(in-situ)電極本体が横たわり、チャンバを上部チャンバ領域及び下部チャンバ領域に分割する。その場の電極は、軸に平行に延び且つ異なる開口サイズをもつ複数のフロースルー(flow-through)通路を有する。これら通路は、その場の電極本体を通してのガス流抵抗の望ましい半径方向分布に基づいて開口サイズにより半径方向に分布される。その場の電極は、更に、本体内部にあって複数のフロースルー通路により浸透される導電性電極要素を有している。この導電性電極要素には、電気端子が結合される。
【０００５】
[005]１つの態様において、その場の電極本体は、自身の外部ガス供給ポートに各々結合された内側及び外側同心ガスマニホールドを有している。その場の電極本体の底面におけるガス噴射オリフィスの内側及び外側同心ゾーンは、内側及び外側ガスマニホールドに結合される。
【０００６】
[006]別の態様において、ＤＣ電圧源、接地又はＲＦ（ＶＨＦ）電圧源のような電圧源をその場の電極本体に結合することができる。その本体は、セラミック材料のような絶縁材料で形成され、その内部に導電層をもつことができる。或いは又、全本体それ自体が、ドープされたセラミックのような半導体材料でもよい。
【０００７】
[007]本発明の実施形態を得て詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明について、添付図面に示した実施形態を参照して、以下により特定して説明する。本発明を不明瞭にしないために、良く知られた幾つかのプロセスは、ここには述べないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】その場の電極を有するプラズマリアクタの簡単な破断図である。
【図２】同様のリアクタを詳細に示す図である。
【図３Ａ】図１のリアクタの、その場の電極の実施形態を示す平面図である。
【図３Ｂ】図１のリアクタの、その場の電極の別の実施形態を示す平面図である。
【図３Ｃ】図１のリアクタの、その場の電極の別の実施形態を示す平面図である。
【図３Ｄ】図１のリアクタの、その場の電極の別の実施形態を示す平面図である。
【図４】図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ又は３Ｄのその場の電極の１つを示す平面図である。
【図５】図１のリアクタの、その場の電極の別の実施形態を示す斜視図である。
【図６】図１のリアクタの、その場の電極の別の実施形態を示す平面図である。
【図７】図５及び６の、その場の電極の任意の特徴を示す図である。
【図８】図５及び６の、その場の電極の詳細な平面図で、内側及び外側の内部ガス流マニホールド及びガス噴射オリフィスを示す図である。
【図９】図８に対応する部分破断断面図である。
【図１０】図５及び６のその場の電極の１つの考えられる具現化を示す図である。
【図１１】図５及び６のその場の電極の１つの考えられる具現化を示す図である。
【図１２Ａ】図１のリアクタの、その場の電極の断面を示す図である。
【図１２Ｂ】図１のリアクタの、その場の電極の異なる断面を示す図である。
【図１２Ｃ】図１のリアクタの、その場の電極の異なる断面を示す図である。
【図１２Ｄ】図１のリアクタの、その場の電極の異なる断面を示す図である。
【図１２Ｅ】図１のリアクタの、その場の電極の異なる断面を示す図である。
【０００９】
[0018]理解を容易にするために、図面に対して共通の同じ要素を示すのに、できるだけ同じ参照番号を使用している。一実施形態の要素及び特徴は、更に詳述しなくても、別の実施形態に有利に合体できることが意図される。しかしながら、添付図面は、本発明の例示のための実施形態を示すに過ぎず、それ故、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、他の等しく有効な実施形態も受け入れられることに注意されたい。
【詳細な説明】
【００１０】
[0019]図１は、ワークピース支持ペデスタル２５に支持されたワークピース２０を処理するためのプラズマリアクタチャンバ１５内のその場の(in-situ)電極／ガス分配プレート１０の概念図である。ＲＦプラズマソース電力印加装置が設けられ、これは、チャンバ天井３０（電極として働く）でもよいし、又は天井３０の上に横たわるコイルアンテナ３５でもよい。電極／プレート１０より上のチャンバ１５の上部領域１５ａにプラズマ３７が形成される。その場の電極／ガス分配プレート１０は、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ又は３Ｄに示すパターンの１つに基づく通路７２を有し、これは、チャンバ１５の上部チャンバ領域１５ａから下部領域１５ｂへプラズマが通過できるようにする。これは、下部領域１５ｂに、より少ないプラズマ（低密度プラズマ）４０を形成できるようにする。その場の電極／ガス分配プレート１０は、誘電体材料で形成され、導電層４４（図１の破線）を内部に形成することができる。この導電層４４は、ＲＦ電源８０のような電位に（インピーダンス整合部８２を経て）接続されてもよいし、又は接地されてもよい。接地される場合に、その場の電極１０（特に、導電層４４）は、ペデスタル２５に印加されるＲＦバイアス電力のための接地基準を与えることができる。それとは別に（又はそれに加えて）、導電層４４に印加されるＶＨＦ電力は、下部チャンバ領域１５ｂにおけるプラズマイオン発生を促進することができる。
【００１１】
[0020]図２は、図１のその場の電極１０を使用できるプラズマリアクタの一形式を示す一実施例である。図２のリアクタは、（任意であるが）リフトサーバ１０５によって上昇及び下降できるワークピース支持体１０３に保持された半導体ウェハでよいワークピース１０２を処理するためのものである。このリアクタは、チャンバ側壁１０６及び天井１０８によって境界定めされたチャンバ１０４で構成される。天井１０８は、小さなガス噴射オリフィス１１０をその内面に有するガス分配シャワーヘッド１０９を備えることができ、このシャワーヘッド１０９は、プロセスガス供給源１１２からプロセスガスを受け取る。更に、プロセスガスは、ガス噴射ノズル１１３を通して導入されてもよい。リアクタは、誘導性結合のＲＦプラズマソース電力印加装置１１４と、容量性結合のＲＦプラズマソース電力印加装置１１６の両方を備えている。誘導性結合のＲＦプラズマソース電力印加装置１１４は、天井１０８の上に横たわる誘導性アンテナ又はコイルでよい。チャンバ１０４への誘導性結合を許すために、ガス分配シャワーヘッド１０９は、セラミックのような誘電体材料で形成することができる。ＶＨＦ容量性結合のソース電力印加装置１１６は、天井１０８内又はワークピース支持体１０３内に配置できる電極である。別の実施形態では、容量性結合のソース電力印加装置１１６が、天井１０８内の電極及びワークピース支持体１０３内の電極で構成され、ＲＦソース電力を天井１０８及びワークピース支持体１０３の両方から容量性結合するようにしてもよい。（電極が天井１０８内にある場合には、オーバーヘッドコイルアンテナからチャンバ１０４への誘導性結合を許すように複数のスロットをもつことができる。）ＲＦ電力ジェネレータ１１８は、任意のインピーダンス整合要素１２０を経て誘導性結合のソース電力印加装置１１４へ（例えば、約１０ＭＨｚから２７ＭＨｚの範囲内の）高周波（ＨＦ）電力を与える。別のＲＦ電力ジェネレータ１２２は、任意のインピーダンス整合要素１２４を経て容量性結合のソース電力印加装置１１６へ（例えば、約２７ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲内の）超高周波（ＶＨＦ）電力を与える。
【００１２】
[0021]プラズマイオンを発生する際の容量性結合のソース電力印加装置１１６の効率は、ＶＨＦ周波数の上昇と共に高くなり、また、周波数範囲は、かなりの容量性結合を生じさせるためにはＶＨＦ領域にあるのが好ましい。図２に象徴的に示されたように、ＲＦ電力印加装置１１４、１１６の両方からの電力は、ワークピース支持体１０３上に形成されたチャンバ１０４内のバルクプラズマ１２６に結合される。（例えば）ウェハ１０２の下に横たわるワークピース支持体１０３内の電極１３０に結合されたＲＦバイアス電源からワークピース１０２へＲＦプラズマバイアス電力が容量性結合される。ＲＦバイアス電源は、低周波数（ＬＦ）ＲＦ電力ジェネレータ１３２及び別のＲＦ電力ジェネレータ１３４を含んでもよく、これは、中間周波（ＭＦ）又は高周波（ＨＦ）ＲＦ電力ジェネレータでよい。バイアス電力ジェネレータ１３２、１３４とワークピース支持電極１３０との間には、インピーダンス整合要素１３６が結合される。真空ポンプ１６０は、チャンバ１０４からバルブ１６２を通してプロセスガスを排気し、バルブ１６２は、排気率を調整するのに使用できる。バルブ１６２を通る排気率及びガス分配シャワーヘッド１０９を通る到来ガス流量は、チャンバ圧力及びチャンバ内のプロセスガス滞在時間を決定する。
【００１３】
[0022]プラズマイオン密度は、誘導性結合の電力印加装置１１４又はＶＨＦ容量性結合の電力印加装置１１６のいずれかにより印加される電力が増加されるにつれて高くなる。しかしながら、それらは、誘導性結合の電力が、バルクプラズマにおけるイオン及び基のより多くの解離、並びに中心低の半径方向イオン密度分布を促進するという点で、異なる振舞いをする。対照的に、ＶＨＦ容量性結合の電力は、より少ない解離、及び中心高の半径方向イオン分布を促進し、更に、そのＶＨＦ周波数が高くなるにつれてより高いイオン密度を与える。
【００１４】
[0023]誘導性及び容量性結合の電力印加装置は、プロセスの要件に基づいて組み合せて又は個別に使用することができる。一般に、組み合せて使用するときには、誘導性結合のＲＦ電力印加装置１１４及び容量性結合のＶＨＦ電力印加装置１１６は、電力をプラズマへ同時に結合し、一方、ＬＦ及びＨＦバイアス電力ジェネレータは、バイアス電力をウェハ支持電極１３０に同時に与える。これら電力源の同時の動作は、プラズマイオン密度、プラズマイオン半径方向分布（均一性）、プラズマの解離又は化学種含有量、シースイオンエネルギー及びイオンエネルギー分布（巾）のような最も重要なプラズマ処理パラメータを独立して調整できるようにする。この目的のため、ソース電力コントローラ１４０は、バルクプラズマイオン密度、プラズマイオン密度の半径方向分布、並びにプラズマにおける基及びイオンの解離を制御するために、ソース電力ジェネレータ１１８、１２２を互いに独立して調整する（例えば、それらの電力比を制御する）。コントローラ１４０は、各ＲＦジェネレータ１１８、１２２の出力電力レベルを独立して制御することができる。それに加えて又はそれとは別に、コントローラ１４０は、ＲＦジェネレータ１１８、１２２の一方又は両方のＲＦ出力をパルス化することができ、且つＶＨＦジェネレータ１２２及び任意であるがＨＦジェネレータ１１８の各々のデューティサイクルを独立して制御するか又はそれらの周波数を制御することができる。それに加えて、バイアス電力コントローラ１４２は、イオンエネルギーレベル及びイオンエネルギー分布巾の両方を制御するためにバイアス電力ジェネレータ１３２、１３４の各々の出力電力レベルを制御する。
【００１５】
[0024]図２のリアクタにおけるその場の電極１０は、ワークピース支持ペデスタル１０３と天井１０８との間の平面内に設置される。１つの態様において、その場の電極１０は、セラミックのような絶縁材料（例えば、窒化アルミニウム）で形成される。
【００１６】
[0025]図３Ａから図３Ｄを参照すれば、その場の電極の通路７２は、丸又は円形で、均一直径のもの（図３Ａ及び図３Ｄ）でもよいし、又は半径方向位置と共に直径が増大するパターン（図３Ｂ）でもよいし、又は半径方向位置と共に直径が減少するパターン（図３Ｃ）でもよいし、或いは通路７２間の距離が非均一で、例えば、中央において密度が高く且つ外側半径において密度が最小（図３Ｄ）であってもよい。
【００１７】
[0026]図４を参照すれば、図４のその場の電極１０の内部特徴は、更に、内側及び外側ガスマニホールド６２、６４と、その場の電極１０の底面７０におけるガス噴射オリフィス６９の内側及び外側グループ６６、６８と、その場の電極１０を貫通して形成された軸方向通路７２とを含み、この軸方向通路は、図１の上部チャンバ領域１５ａからその場の電極１０を貫通して下部チャンバ領域１５ｂへプラズマを流すことができる。図３Ｂ及び３Ｃに示されたように、その場の電極１０を通しての流量分布に非均一性を導入するために、通路７２のサイズ又は面積を、その場の電極１０上の半径方向位置の関数として変化させることができる。この流量分布の非均一性は、リアクタに本来あるプラズマイオン密度の非均一性を相殺し又は正確に補償するように選択することができる。ここに示す実施例では、通路サイズの半径方向分布は、最も小さい通路７２が中心に最も近いところにある一方、最も大きい通路が周囲に最も近いところにあるというものである。これは、中心が高いプラズマイオン密度の半径方向分布を補償する。もちろん、望ましい効果及びリアクタの特性に基づいて、通路サイズの別の分布が選択されてもよい。
【００１８】
[0027]図２のリアクタは、更に、その場の電極１０の内側及び外側ガスマニホールド６２、６４の各々に結合された図４に示す内側及び外側プロセスガス供給源７６、７８も備えている。図１に示すように、ＲＦ電力ジェネレータ８０は、インピーダンス整合部８２を通してその場の電極１０の導電層４４に結合される。或いは又、導電層４４が接地されてもよい。又は、導電層４４がＤＣ電圧源に結合されてもよい。
【００１９】
[0028]その場の電極１０が存在することで、その場の電極１０の上下の２つの領域１５ａ、１５ｂに異なるプロセス条件が各々生じる。上部チャンバ領域１５ａは、その場の電極の通路７２を通るガス流抵抗のために、高いチャンバ圧力を有し、これは、誘導性結合のプラズマソースに対して有利である。プラズマ密度及び電子の温度は、上部チャンバ領域１５ａにおいて高く、これは、上部チャンバ１５ａにおいて化学種のより多くの解離を招く。下部チャンバにおける解離は、電子の温度が低く、プラズマイオン密度が低く且つ圧力が低いので、かなり少ない。更に、下部チャンバ領域１５ｂの圧力が低いために、衝突があまりなく、従って、イオンの軌道は、ウェハ表面付近で垂直方向に関してより狭く分布され、顕著な効果が得られる。
【００２０】
[0029]１つの態様によれば、図２のリアクタは、ある選択された化学種が高度に解離されるが、他の種はそうでないような独特のプロセスを実行するように使用することができる。これは、高度な解離が望まれる化学種を、天井のガス分配プレート１０８ｂを通して導入する一方、解離がほとんど又は全く望まれない他の化学種を、内側及び外側のガス供給源７６、７８の一方又は両方からその場の電極／ガス分配プレート１０へ導入することにより、達成される。例えば、高反応性のエッチング種は、より単純なフッ化炭素ガスを天井のガス分配プレート１０８ｂを経て導入して、上部領域１５ａの高密度プラズマ中で解離させることにより、発生することができる。非常に複雑な、炭素に富んだ種は、複雑なフッ化炭素種をガス供給源７６、７８からその場の電極１０へ導入して、ほとんど又は全く解離せずにワークピースの表面に到達できるようにすることにより、発生することができる。これは、実質上解離なし（その場の電極１０を通して導入される種の場合）及び完全に又は高度に解離された種（天井のガス分配プレート１０８ｂを通して導入される種の場合）を包含するように、ワークピースに到達する種の解離の範囲を相当に広げる。また、２組の種の解離の制御を、独立したものにする。このような独立した制御は、上部及び下部チャンバ領域１５ａ、１５ｂに異なるプロセス条件を生じさせることにより達成される。上部領域１５ａにおける解離は、例えば、コイルアンテナ（１つ又は複数）１１４又は天井電極１１６に印加されるＲＦソース電力を変化させることで制御できる。一般的に、２つの領域１５ａ、１５ｂの各々における解離は、ＲＦプラズマソース電力レベル（例えば、ＲＦジェネレータ１１８、１２４）、及びチャンバ圧力（真空ポンプ１６０の制御による）、並びに異なる領域１５ａ、１５ｂへのガス流量を制御することによって、制御される。
【００２１】
[0030]その場の電極／ガス分配プレート１０は、天井のガス分配プレート１０８ｂよりワークピース又はウェハ１０２に接近しているので、ワークピースの表面にわたる活性種の半径方向分布は、内側及び外側ガスマニホールド６２、６４間のガス流の配分の変化に著しく大きく反応する。というのは、拡散が最小だからである。また、ワークピース１０２にその場の電極１０が密接に接近すると、ワークピースの表面にわたるプラズマイオンの分布は、その場の電極１０の軸方向開口７２を通るプラズマ流の分布に大きく反応するようにされる。従って、その場の電極の内側及び外側マニホールド６２、６４に対してプロセスガス流を配分し、且つその場の電極１０にわたる軸方向開口７２の開口サイズの分布を非均一にすることにより、ワークピースの表面にわたるエッチング率の半径方向分布を（例えば、より均一な分布へと）改善することができる。
【００２２】
[0031]上部及び下部チャンバ領域１５ａ、１５ｂの各々の容積又は高さは、例えば、アクチュエータ１０５を使用して、その場の電極１０又は支持ペデスタル１０３のいずれかを上昇又は下降することにより、調整することができる。ウェハ１０２からその場の電極１０までの距離を減少することにより、電極からウェハの経路長さが減少され、ワークピースとその場の電極１０との間の電界により確立された希望の垂直軌道からイオンをそらすことになる衝突が減少される。上部チャンバ領域１５ａの容積は、誘導性結合のプラズマソース電力印加装置１１４の動作を最適化するように調整することができる。このように、２つのチャンバ領域１５ａ、１５ｂは、全く異なるプロセス条件をもつことができる。上部領域１５ａは、最大の解離のための最大イオン密度及び最大容積、高圧力、及びそれ自身の１組のプロセスガス種（例えば、より軽い又はより単純なフッ化炭素）をもつことができ、一方、下部領域１５ｂは、最小イオン密度、低圧力、小容積、及び最小解離性をもつことができる。
【００２３】
[0032]別の態様によれば、その場の電極１０の全体を半導体材料又はセラミック、例えば、ドープされた窒化アルミニウムで形成することにより、電極１０全体を導電性にすることができる。
【００２４】
[0033]その場の電極１０は、異なる使用モードを有する。即ち、天井のガス分配プレート１０８ｂを通して上部チャンバ１５ａのプラズマ発生領域へ１組のプロセスガスを導入することができると同時に、ワークピース１０２に非常に接近したその場の電極１０を通してプラズマ発生領域の下のチャンバ領域１５ｂへ異なる１組のプロセスガスを導入することができる。
【００２５】
[0034]上部及び下部領域１５ａ、１５ｂのガスは、異なるプロセス条件を受けることができ、即ち、上部領域では、種のより多くの解離のためにイオン密度及び圧力を高くすることができ、一方、下部領域では、真の垂直の周りでのより狭いイオン速度分布及び少ない解離にために、イオン密度が低く、圧力が低い。
【００２６】
[0035]その場の電極１０の内側及び外側のガスマニホールド又はゾーン６２、６４は、その場の電極１０を通して導入されるプロセスガスの半径方向分布を調整するように独立して制御することができ、ワークピースの表面における活性種の分布は、その場の電極１０がワークピース１０２に密接に接近しているので、このような変化に著しく大きく反応する。
【００２７】
[0036]解離される種の範囲は、上部チャンバ領域１５ａ内に高度に解離された種を発生すると共に、その場の電極１０を通して下部領域１５ｂへより重たい種を導入して解離をほとんど又は全く経験しないようにすることにより、著しく広げることができる。
【００２８】
[0037]ワークピースの表面におけるＲＦ電界の均一性は、その場の電極１０の導電層４４を接地基準又は電位基準として使用し、導電層４４を接地点又はＲＦ（ＨＦ又はＬＦ）電位源８０に接続することにより、達成することができる。その場の電極１０の密接接近は、より均一なＲＦバイアスフィールドをワークピースに確立するためのほぼ均一な平面を与える。１つの態様において、ＲＦバイアスジェネレータ１３２又は１３４は、ワークピース支持ペデスタル電極１３０及びその場の電極の導電層４４にまたがって結合することができる。
【００２９】
[0038]その場の電極の軸方向通路７２を通るガス流分布は、プラズマイオン密度の中心高の分布又は中心低の分布を生じることになるチャンバ設計を補償するために、非均一なものにすることができる。この特徴は、異なる面積又は開口サイズの異なる通路７２を設けて、それらのサイズを適宜に分布させる（例えば、より大きな開口を中心付近に且つより小さな開口を周囲付近に、又はそれとは逆に）ことにより、実現されてもよい。
【００３０】
[0039]（図２に示す）ＤＣ電圧源１１をその場の電極１０に適用してもよい。
【００３１】
[0040]このケースでは、電極１０は、導電性材料又は半導体材料（例えば、ドープされた窒化アルミニウム）で全体的に形成することができ、導電層４４を排除できる。
【００３２】
[0041]上部及び下部チャンバ領域１５ａ、１５ｂの容積は、例えば、ペデスタル１０３を上げ下げすることにより、これら２つの領域において条件を最適化するように調整することができる。例えば、誘導性結合のソース電力印加装置１４を使用して、上部チャンバ領域１５ａにプラズマを発生する場合には、上部チャンバ領域の容積を増加することによりその性能を向上させることができる。この変化は、上部チャンバ領域１５ａにおけるプラズマ中のガスの滞在時間を延長させ、これにより、解離を増加させる傾向もある。下部チャンバ領域１５ｂの容積を減少して、その領域におけるイオンの衝突を減少させ、これにより、垂直方向に関するイオン速度プロフィールのより狭い分布を得ることができる。この特徴は、深い高アスペクト比開口を有するワークピース表面の領域におけるプラズマプロセス性能を改善することができる。
【００３３】
[0042]ＶＨＦ電力ジェネレータ８０を（その場の電極１０の）導電層４４に結合することにより低密度の容量性結合のプラズマソースを下部チャンバ領域１５ａに確立することができる。ＶＨＦジェネレータのＲＦ戻り端子を支持ペデスタル電極１３０に接続して、下部チャンバ領域１５ｂ内にＶＨＦ電界を確立することができる。このケースでは、ＲＦフィルタを使用して、ＨＦ及びＶＨＦ電源１３２、８０間の導通を回避することができる。例えば、その場の電極１０（例えば、その導電層４４）がＨＦバイアス源１３２のための接地平面として機能する場合には、ＶＨＦジェネレータ８０は、例えば、ＶＨＦ狭バンドパスフィルタ（図示せず）を通してその場の電極に結合することができる。同様に、ペデスタル電極１３０がＶＨＦジェネレータ８０の接地平面である場合には、ＶＨＦ狭バンドパスフィルタ（図示せず）を通してペデスタル電極１３０を接地点に結合し、例えば、ＨＦ又はＬＦジェネレータ１３２、１３４から電力がそれるのを回避することができる。
【００３４】
[0043]図５及び図６は、その場の電極本体１０が、複数の同心的周囲方向リング部材６１０間に延びる複数の半径方向スポーク部材６００で形成された本発明の態様を示している。各フロースルー開口７２が隣接スポーク及びリング部材６００、６１０間に枠組みされる。ここに示す構造では、スポーク部材６００は、均一断面のものであり、それ故、半径方向構造は、本来的に、開口７２が半径と共に開口サイズを絶えず増加していくように進展させる。これは、中心高の流れ抵抗特徴を形成し、上部チャンバ１５ａにおける中心高のイオン分布を補償して、より均一なイオン分布を下部チャンバ領域１５ｂに与えることができる。図７に示すように、その場の電極１０は、中心及び周囲区分１０ａ、１０ｂに区画化することができ、下部チャンバ領域１５ｂの中心におけるプラズマイオン密度を向上させるように中心区分１０ｂを除去することができる。
【００３５】
[0044]図５及び図６に示す実施形態では、４つの同心的なリング部材６１０−１、６１０−２、６１０−３及び６１０−４がある。４つの一次半径方向スポーク部材６００−１が９０度の間隔で離間され、また、４つの二次半径方向スポーク部材６００−２が、一次スポーク部材６００−１に対して４５度回転されて９０度の間隔で離間され、更に、８つの小スポーク部材６００−３が互いに２２．５度の間隔で離間されている。一次スポーク部材６００−１は、中心６１５から周囲方向リング部材６１０−４まで延びる。二次スポーク部材６００−２は、最も内側のリング部材６１０−１から周囲方向リング６１０−４まで延びる。小スポーク部材６００−３は、二次リング部材６１０−２から周囲方向リング６１０−４まで延びる。
【００３６】
[0045]図８から図１０を参照すれば、図５及び図６のその場の電極１０は、（図１に破線で示された）内部導電（電極）層４４を有する。これは、更に、内側及び外側ガスマニホールド６２、６４と、その場の電極１０の底面７０におけるガス噴射オリフィス６９の内側及び外側グループ６６、６８とを含む。図１０は、その場の電極が平行な層８５、８６、８７で形成され、その底部層８５が底部電極面７０を形成し、その層を貫通してガス噴射オリフィス６９が形成される１つの考えられる態様を示す。中間層８６は、ガスマニホールド通路６２、６４を含む。上部層８７は、中間層８６の蓋となるもので、図１１の拡大図に示すように、導電層４４を含むことができる。図８から図１０のその場の電極１０は、窒化アルミニウムのようなセラミック材料で形成することができる。その場の電極１０の本体全体が、ある程度の電流搬送能力をもつことが望まれる場合には、ドープされた窒化アルミニウム又は他のドープされたセラミックでそれを形成することができ、この場合は、内部電極要素４４が不要である。
【００３７】
[0046]図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ及び図１２Ｅは、中心高形状（図１２Ａ）、平坦形状（図１２Ｂ）、中心低形状（図１２Ｃ）、中心高及び縁高形状（図１２Ｄ）、及び中心低及び縁低形状（図１２Ｅ）を含む異なる断面形状を伴う図１のリアクタのその場の電極１０の実施形態を示す。これらの異なる形状は、例えば、ワークピースにわたる処理率の半径方向分布を変化させるのに使用できる。
【００３８】
[0047]以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに他の実施形態及び更に別の実施形態も案出でき、従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲により決定されるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１０…その場の電極／ガス分配プレート、１５…プラズマリアクタチャンバ、１５ａ…上部領域、１５ｂ…下部領域、２０…ワークピース、２５…ワークピース支持ペデスタル、３０…天井、３５…コイルアンテナ、３７…プラズマ、４４…導電層、６２、６４…内側及び外側ガスマニホールド、６６、６８…ガス噴射オリフィスの内側及び外側グループ、６９…ガス噴射オリフィス、７２…通路、７６、７８…内側及び外側プロセスガス供給源、８０…ＲＦ電源、８２…インピーダンス整合部、１０２…ワークピース、１０３…ワークピース支持体、１０４…チャンバ、１０５…リフトサーボ、１０６…側壁、１０８…天井、１０９…ガス分配シャワーヘッド、１１０…ガス噴射オリフィス、１１２…プロセスガス供給源、１１４…誘導性結合のＲＦプラズマソース電力印加装置、１１６…容量性結合のＲＦプラズマソース電力印加装置、１１８…ＲＦ電力ジェネレータ、１２０…インピーダンス整合要素、１２６…バルクプラズマ、１３０…電極、１３２…低周波数（ＬＦ）ＲＦ電力ジェネレータ、１３４…高周波数（ＨＦ）ＲＦ電力ジェネレータ、１４２…バイアス電力コントローラ、１６０…ポンプ、１６２…バルブ、６００…半径方向スポーク部材、６１０…同心的周囲方向リング部材
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【国際調査報告】
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