(57)【要約】熱的に制御されたチャンバライナーと、熱的に区別されたガス入口と、高い排気能力と、磁気閉じ込めと、付着力改善表面テクスチャとを有し、拡張されたプロセスウィンドウを有する熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバが提供される。構成されたチャンバは、調整された表面への副産物の付着力を改善するように１つまたは幾つかの表面テクスチャ処理に従って調整された内壁表面を有することができる。拡張された流れ能力によって滞留時間を短くし、プロセスウィンドウ及び選択性を増加させることができる。本発明により構成されたチャンバライナーは、少なくとも部分的にその中に形成されている１つまたはそれ以上の流体通路を通して流体を流し、チャンバライナーは第１のライナー、第２のライナー、または第１のライナー及び第２のライナーの両方からなることができる。小さい熱質量を有し、温度制御された１つまたは複数のライナーから熱的に区別されている複数のガスノズルまたはミニ分配板が、プロセスガスを処理チャンバ内へ導入するために設けられている。プラズマ及び副産物が、高ボリュームポンピングチャンネルまたは排出システム成分へ進入するのを防ぐために、プラズマ閉じ込めシステムが設けてある。基体支持体は、所定の固有抵抗を有する材料、デュアルゾーン裏側冷却、及び頑強な電極で形成された静電チャックを含む。拡張されたプロセスウィンドウは、ガス状種の滞留時間の制御を改善し、ＲＦ電力レベルを増加させ、そして磁場強度を増加させた、高い流れの、低圧ガス流動作レジームを可能にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気状態より低い圧力で基板をプラズマエッチング処理するための熱的に制御されたリアクターであって、
（ａ）ガスの入口、ガスの出口及び内部表面を有する真空チャンバ、
（ｂ）前記内部表面に近接して配置された内部の流体通路を有する熱的に制御されたライナー、及び
（ｃ）前記真空チャンバ内に配置された熱的に制御された基板支持体、
を有することを特徴とするリアクター。
【請求項２】
前記熱的に制御された基板支持体は、セラミック材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリアクター。
【請求項３】
前記セラミックの抵抗率は、約５ｅ１０Ω−ｃｍから約５ｅ１３Ω−ｃｍの間にあることを特徴とする請求項２に記載のリアクター。
【請求項４】
前記熱的に制御された基板の支持体は、更に、
（ａ）セラミックの基板支持体、
（ｂ）流体チャネルを有する支持板、及び
（ｃ）前記セラミックの基板支持体と前記支持板の間に配置された熱伝導層、
を有することを特徴とする請求項１に記載のリアクター。
【請求項５】
前記熱伝導層は、圧力に感知するアクリル接着材から形成されることを特徴とする請求項４に記載のリアクター。
【請求項６】
前記圧力に感知するアクリル接着材は、金属または金属合金を有することを特徴とする請求項５に記載のリアクター。
【請求項７】
前記金属合金は、チタンジボレートを有することを特徴とする請求項６に記載のリアクター。
【請求項８】
更に、プラズマ閉じ込め磁石装置を有することを特徴とする請求項１に記載のリアクター。
【請求項９】
更に、処理空間とポンプ間に流れデフレクターを有することを特徴とする請求項１に記載のリアクター。
【請求項１０】
更に、前記チャンバ内部に形成されたプラズマが前記デフレクターを越えて排気チャネルに延びるのを防止するように構成されたデフレクターに近接して配置された磁石システムを有することを特徴とする請求項９に記載のリアクター。
【請求項１１】
磁気増強され、熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバ内に配置された基板上の誘電体層にフィーチャをプラズマエッチングする方法であって、
（ａ）熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの処理領域に基板を配置するステップ、
（ｂ）前記熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの前記処理領域に近接して配置された壁の温度を制御し、前記壁上へのポリマー副産物の付着を助長する低温を形成するステップ、
（ｃ）基板支持体の温度を制御するステップ、
（ｄ）前記処理領域に圧力を維持するステップ、
（ｅ）ノズルを介して、前記処理領域へガス混合物を流すステップ、前記ノズルは、前記ノズル上へポリマー副産物の付着を防止するために、前記壁より高い温度であり、
（ｆ）前記ガス混合物からプラズマを形成するために、前記処理領域へＲＦエネルギーを結合するステップ、及び
（ｇ）前記処理領域に磁界を、且つ、基板を横切って与えるステップ、
【請求項１２】
前記ステップ（ｄ）は、約１４００と約１８００リットル／分の間で前記処理領域を排気するステップを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）は、前記処理領域に近接して配置されたライナー内に形成されたチャネルに流体を循環することによって行なわれることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｆ）は、ＲＦエネルギーを容量性結合するステップを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｇ）は、磁界を回転するステップを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
更に、前記磁気増強され、熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバのポンピングする環を横切って磁界を形成するステップを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガス混合物は、フルオロカーボン、酸素含有ガス、及び不活性ガスを含み、前記ガス混合物の全流量は、約４００ｓｃｃｍと約８００ｓｃｃｍの間であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガス混合物は、フルオロカーボン、酸素含有ガス、及び不活性ガスを含み、前記ガス混合物の全流量は、約３００ｓｃｃｍと約５００ｓｃｃｍの間であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記フルオロカーボンは、前記ガス混合物の全流量の約３〜約５％を含み、前記酸素含有ガスは、前記ガス混合物の全流量の約１〜約４％を含み、且つ、前記不活性ガスは、前記ガス混合物の全流量の９０％以上を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記フルオロカーボンのガス流量と前記不活性ガスの流量の比は、約０．５であり、且つ、前記酸素含有ガスの流量と不活性ガスの流量の比は、約０．０３であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記フルオロカーボンのガスはＣ４Ｆ６であり、且つ、酸素含有ガスはＯ２であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記フルオロカーボンは、前記ガス混合物の全流量の約７％〜約１０％を有し、前記酸素含有ガスは、前記ガス混合物の全流量の約４％〜約６％を有し、前記不活性ガスは、前記ガス混合物の全流量の８０％以上を有し、且つ、前記フルオロカーボンは、ヘキサフルオロ−１、３−ブタジエンを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記ガス混合物は、Ｃ：Ｆの比が１：３の第１のフルオロカーボン、Ｃ：Ｆの比が２：１の第２のフルオロカーボン、及び不活性ガスを含み、且つ、前記ガス混合物の全流量は、約２００ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般的に半導体ウェーハ処理装置に関する。より特定的には、本発明は、改善された熱及び副産物管理能力と、改善されたガス状の種の滞留時間と、高い流量及び低い動作圧を含む拡張されたプロセスウィンドウとを有する誘電体エッチング処理チャンバに関する。
【０００２】
（背景技術）
全ての形状の半導体処理が当面している１つのチャレンジは、当業界がフィーチャサイズを縮小させる方向に進んでいることであり、これはクリティカル寸法を急速に縮小させている。現在の設計規則は約０．１８ミクロンより小さいフィーチャサイズを有しており、約０．１ミクロン以下のフィーチャサイズが開発されつつある。
【０００３】
半導体処理が当面している別のチャレンジは、より小さいフットプリントデバイスに向かう傾向である。より小さいデバイスフットプリントを達成する１つのアプローチはデバイス構造を垂直に構築することであり、若干のデバイスにおいてはデバイスの部分が基体自体の中に製造される。
【０００４】
これらのチャレンジは、高アスペクト比構造、及び０．１ミクロン以下の範囲に近いクリティカル寸法を有する構造を製造できるアプリケーションを処理する必要性を招来する。
【０００５】
これらのチャレンジから見て、電子デバイスを製造するために使用される無数の処理シーケンス中の粒子汚染を最小にすることがクリティカルである。処理環境内に存在及び／または生成される粒子を減少させ、管理するために、チャンバ成分が選択され、減圧された雰囲気内で処理が遂行される。特に重要なことは、ウェーハ処理中に処理チャンバ内に形成されるフィルムの管理である。
【０００６】
主として処理チャンバ内に堆積されるフィルムが、処理チャンバ内に見出される合計粒子濃度に寄与する。典型的にフィルムは、種々の半導体処理アプリケーション中に、露出されたチャンバ及び処理キット成分上に形成される。
【０００７】
例えば誘電体エッチングプロセス中にエッチャントに曝される層から除去された若干の材料が、処理チャンバから排出される。しかしながら、若干のエッチング反応副産物が、露出されたチャンバ表面上に、及びエッチングされた構造の表面上に堆積物を形成する。
【０００８】
チャンバ表面上の堆積物の厚みは、処理サイクルが繰り返され、付加的なウェーハが処理されるにつれて増加する。堆積物の厚みが増加するにつれて、堆積物の内部応力もまた増加する。堆積物とチャンバ表面との間の熱膨張率の差のために、付加的な応力がこれらの堆積物内に発生する。普通のエッチングチャンバは、累積された堆積物とチャンバ成分との間に熱的に誘起される応力を減少させるための適切な熱管理技術に欠けている。最終的には、応力が堆積物に割れを生じさせ、その結果粒子をチャンバ環境内に解放し得る。これらのフィルム粒子がウェーハ表面に衝突し、典型的にはウェーハ上の回路構造内に欠陥を生じさせる恐れがある。
【０００９】
エッチング構造上の堆積物形成を制御することも、クリティカルなプロセス考察である。例えば、高アスペクト比の誘電体フィーチャをエッチングするプロセスでは、エッチングされるフィーチャの深さの増加に伴う側壁プロファイルの制御を維持するためには、薄い側壁層または不活性化層の形成が望ましい。しかしながら、フィーチャサイズが小さくなると側壁プロファイル制御は益々困難になり、多分普通のプラズマエッチングチャンバを使用したのでは実行不能である。クリティカル寸法を減少させるには、（普通のエッチングチャンバでは考慮されることがない）拡張された範囲のエッチングプロセス化学物質パラメータの益々洗練された制御が必要である。
【００１０】
従って、進歩したフィーチャ誘電体エッチングプロセスを可能にする改善されたプロセスパラメータ制御を伴う拡張された処理能力を提供できる誘電体エッチング処理装置に対する要望が存在している。
【００１１】
（発明の概要）
従来のエッチングチャンバに伴う欠陥、及び進歩した誘電体エッチングプロセスによって提起されるチャレンジは、本発明の拡張されたプロセスウィンドウと、改善された副産物管理能力とを有する熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの実施の形態によって解消される。本発明の処理チャンバは、一般にプラズマ源に容量結合されたチャンバ、詳述すれば、ＲＩＥモード及びＭＥＲＩＥモードで動作する容量結合されたチャンバである。
【００１２】
本発明による装置の一実施の形態は、亜大気圧において基体をプラズマエッチング処理するための熱的に制御された反応器からなり、ガス入口、ガス出口、及び内部表面を有する真空チャンバと、上記内部表面に接して配置され、内部流体通路を有する熱的に制御されたライナーと、上記真空チャンバ内に配置されている熱的に制御された基体支持体とを備え、上記ガス入口の温度は上記熱的に制御されたライナーとは異なる。
【００１３】
本発明による装置の別の実施の形態は、亜大気圧において基体をプラズマエッチング処理するための熱的に制御された反応器からなり、ガス入口、ガス出口、及び内部表面を有する真空チャンバと、上記内部表面に接して配置されているライナーと、上記真空チャンバ内に配置されている熱的に制御された基体支持体と、少なくとも１６００リットル／分の容量を有する真空ポンプシステムとを備えている。
【００１４】
本発明による装置の別の実施の形態は、亜大気圧において基体をプラズマエッチング処理するための熱的に制御された反応器であり、処理ボリュームを含む真空チャンバを備え、上記真空チャンバは、蓋、壁、上記処理ボリューム内に配置されているガス入口、ガス出口を含み、上記壁は内部表面を有し、上記反応器は更に、上記内部表面に接して配置されている熱的に制御されたライナーを含み、上記熱的に制御されたライナーは内部流体通路を有し、上記反応器は更に、上記処理ボリューム内に配置されている熱的に制御された基体支持体を含み、上記熱的に制御された基体支持体は複数の温度制御ゾーンを有している。
【００１５】
本発明による装置の別の実施の形態は、熱的に制御されたプラズマ処理チャンバであり、チャンバ内部を含む真空チャンバと、上記チャンバ内部へガスを供給するためのガス入口と、上記チャンバ内部内のガスの一部をプラズマに励起するように上記真空チャンバに結合されているプラズマ励起電源と、上記チャンバ内部を排出ポンプに結合し、上記チャンバ内部と上記排出ポンプとの間にガス流路を与える排出チャンネルと、上記チャンバ内部内に配置されている基体支持体と、上記チャンバ内部内に配置され、一体に形成された流体チャンネルを有する熱的に制御されたライナーと、上記チャンバ内部と上記排出ポンプとの間のガス流内に乱れを発生させるように上記排出チャンネル内に位置決めされているデフレクタと、上記デフレクタに接して配置されている磁石システムとを含む。
【００１６】
本発明による装置の別の実施の形態は、熱的に制御されたプラズマ処理チャンバであり、チャンバ内部を含む真空チャンバと、上記チャンバ内部へガスを供給するためのガス入口と、上記チャンバ内部内のガスの一部をプラズマに励起するように上記真空チャンバに結合されているプラズマ励起電源と、上記チャンバ内部を排出ポンプに結合し、上記チャンバ内部と上記排出ポンプとの間にガス流路を設ける排出チャンネルとを含み、上記排出チャンネルは、上記チャンバ内部に結合されている入口アパーチャと、上記真空ポンプと通じている出口アパーチャと、上記入口アパーチャと上記出口アパーチャとの間にあって、上記排出チャンネル内に伸びる突起を含む壁とを含み、上記プラズマ処理チャンバは更に、上記チャンバ内部内に配置されている基体支持体と、上記チャンバ内部内に配置され、一体に形成された流体チャンネルを有する熱的に制御されたライナーと、上記チャンバ内部と上記排出ポンプとの間のガス流内に乱れを発生させるように上記排出チャンネル内に位置決めされているデフレクタと、上記デフレクタに接して配置されている磁石システムとを含む。
【００１７】
本発明によるエッチング方法の一実施の形態は、熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバ内に配置された基体上の酸化物層上のフィーチャをプラズマエッチングする方法であって、熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの処理領域内に基体を配置するステップと、上記熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの処理領域に接して配置されている壁の温度を制御するステップと、基体支持体の温度を制御するステップと、上記処理領域内の圧力を維持するステップと、熱的に区別されたノズルを通して上記処理領域内へガス組成を流入させるステップと、上記処理領域内へＲＦエネルギを結合して上記ガス組成からプラズマを形成させるステップと、上記処理領域と通じているポンピング環に対して横方向の磁場を印加するステップとを含む。
【００１８】
本発明によるエッチング方法の実施の形態は、磁気強化され、熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバ内に配置された基体上の酸化物層上のフィーチャをプラズマエッチングする方法であって、熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの処理領域内に基体を配置するステップと、上記熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの処理領域に接して配置されている壁の温度を制御するステップと、基体支持体の温度を制御するステップと、上記処理領域内の圧力を維持するステップと、熱的に区別されたノズルを通して上記処理領域内へガス組成を流入させるステップと、上記処理領域内へＲＦエネルギを結合して上記ガス組成からプラズマを形成させるステップと、上記処理領域内に、上記基体に対して横方向の磁場を印加するステップとを含む。
【００１９】
本発明によるエッチング方法の別の実施の形態は、熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの処理領域内に基体を配置するステップと、上記熱的に制御されたプラズマエッチングチャンバの処理領域に接して配置されている壁の温度を制御するステップと、基体支持体の温度を制御するステップと、上記処理領域内の圧力を維持するステップと、上記処理領域内へガス組成を流入させるステップと、上記処理領域内へＲＦエネルギーを結合して上記ガス組成からプラズマを形成させるステップと、上記処理領域内に磁場を印加するステップと、上記チャンバから少なくとも１６００リットル／分の速度で排出するステップとを含む。
【００２０】
本発明の教示は、以下の添付図面に基づく詳細な説明から容易に理解できよう。なお理解を容易にするために、全ての図面に共通の同一要素に対しては、可能な限り、同一の参照番号を付してある。
【００２１】
（実施の形態）
Ｉ．処理システムの例
図１は、半導体ウェーハのような基体１０を処理するための処理チャンバ１００における本発明による処理装置の改善の実施の形態を示している。以下、本発明を先ず図１に示す処理システム５０内に使用されている実施の形態に関して説明する。しかしながら、本発明の特色の説明は、図２８乃至３２を参照して後述するエッチングチャンバ構成２８００乃至３２００のような代替チャンバ構成にも適用されることを理解されたい。本発明の実施の形態は、酸化物及び誘電体エッチングプロセスのために構成されたプラズマエッチングチャンバに特に有利である。
【００２２】
本発明の一実施の形態を、図１の処理システム５０内に示す。処理システム５０は、処理チャンバ１００、ガスパネル１０５、コンピュータコントローラ１４０、熱交換器または温度制御された流体源１２１、ＲＦ源１５０、ポンプ１０９、排出システム１１０、及び冷却ガスシステム１０７を含む。
【００２３】
処理チャンバ１００は、周縁側壁１０６、底壁１０８、蓋アセンブリ１０２を含み、これらは共同してチャンバボリューム１１０を限定している。底壁１０８上に配置された基体支持体１２４は、基体１０を支持する。一般にチャンバボリューム１１０は、チャンバの上側領域である処理ボリューム１１２と、チャンバの下側領域であるポンピングボリューム１１４とに分割される。第１のライナー１３４及び第２のライナー１１８として示されているチャンバライナー１０４が、壁１０６、１０８、及び蓋１０２に接して配置されている。以下に詳述する実施の形態では、チャンバライナー１０４は、プラズマを処理ボリューム１１２内に閉じ込めるためのプラズマ閉じ込め手段５２を含んでいる。
【００２４】
処理チャンバ１００には、基体を共通のロードロックまたは転送領域から処理領域１１２内へ転送するためのスリット弁１３９またはアクセスポートが設けられている。基体を処理領域１１２内へ／から転送するために、ロボット５３（図１に破線で示す）が使用される。スリット弁ドア（図示してない）は、スリット弁開口１３９の真空シールを構成している。ライナードア７０は、図１に示すように、スリット弁開口１３９に接するチャンバライナー１０４内の開口をカバーするために、空気圧モータで垂直に作動するものであることができる。
【００２５】
基体支持体１２４は、処理中に基体１０を定位置に保持し続けるために、静電力または機械的締付け力を使用することができる。もし静電力を使用するのであれば、基体支持体１２４は静電チャック５５を含む。リフトピンアセンブリ１５５は、空気圧リフトメカニズム１７０によって静電チャック５５内の孔から上昇するリフトピン１６０ａ、ｂを含んでいる。ロボット５３が基体１０をリフトピン１６０ａ、ｂ上に配置し、空気圧リフトメカニズム１７０が基体１０を静電チャック５５の受入れ表面上に降下させる。基体１０を静電チャック５５上に配置した後に、そしてその処理を遂行する前に、静電チャック５５内に埋込まれている電極１０５が基体１０に対して電気的にバイアスされ、基体１０を静電的に保持する。
【００２６】
処理が完了すると、空気圧リフトメカニズム１７０がリフトピン１６０を上昇させて基体１０を静電チャック５５の受入れ表面から持上げ、基体１０をロボット５３によって取出すことを可能にする。リフトピン１６０ａ、ｂが上昇する前に基体１０を静電チャック５５に保持するような残留電荷を消散させることによって、基体１０は電気的にデカップル、またはデチャックされる。
【００２７】
図１に示す実施の形態では、静電チャック５５は、基体１０を包み込んで電極１０５を基体１０から電気的に絶縁する誘電体で形成されている。好ましくは、誘電体は、ＡｌＯ２、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、コディエライト、ムライトのようなセラミック材料、またはそれらの混合体及び複合体である。一実施の形態では、静電チャック５５は、基体１０が維持される温度範囲において最適の性能を呈するように選択された固有抵抗を有する高熱伝導率セラミック材料で形成される。例えば、約２０℃から約５０℃までの範囲内の基体温度が望まれる場合に、例えば、約５ｅ１０Ω−ｃｍから約５ｅ１３Ω−ｃｍまでの範囲内の固有抵抗が使用される。
【００２８】
基体支持体１２４内に配置されている電極１０５は、ＲＦエネルギを処理ボリューム１１２内へ結合する。ＲＦ源１５０からのＲＦエネルギは、インピーダンスマッチング回路１５１を介して電極１０５へ結合される。電極１０５は、金属（例えば、アルミニウム、銅、モリブデン、またはそれらの混合体）のような導電性材料で形成することができる。一般に電極１０５は頑強な構造を有しており、ＲＦ発生器１５０から約５０００ＷまでのＲＦ電力の結合を可能にする。頑強な電極１０５を通して結合されるＲＦ電力の正確な量は、エッチングチャンバ１００内で遂行される特定のエッチングプロセスに依存して変化する。
【００２９】
裏当て板１６１が静電チャック５５に接して配置されている。裏当て板１６１は、熱交換器１２１からの温度制御された流体が入口１６３を介して供給される内部冷却チャンネルを有している。例えば、エチレングリコールと脱イオン水との混合体のような温度制御された流体が冷却板内の導管を通して循環する。好ましくは、静電チャック５５から裏当て板冷却チャンネルへの、従って温度制御された流体への熱伝達を最大にするために、静電チャック５５は裏当て板１６１に取付ける。
【００３０】
本発明の別の面においては、高熱伝導率を有する材料で作られた結合層によって、裏当て板１６１は静電チャック５５に結合または連結される。結合層は、例えば、アルミニウム、銅、鉄、モリブデン、チタン、タングステンのような金属、または、例えば二フッ化チタンのようなそれらの合金からなることができる。結合層は、静電チャック５５を冷却板１６１に固着させるためのボルトの使用を排除し、従って、静電チャック５５上の機械的応力を減少させる。また、結合層は、基体１０全体により均一な熱伝達率を呈する均一な組成を有し、冷却板１６１と静電チャック５５との間の界面に発生する熱インピーダンスの差を減少させる。
【００３１】
好ましくは、結合層は、静電チャック５５を破壊せずに、静電チャック５５と冷却板１６１との間の熱膨張の不一致によって発生する熱応力を吸収する界面が得られるように延性であり且つコンプライアントである。結合された継ぎ目は均一な熱伝達率を呈するが、結合された継ぎ目が、静電チャック５５及び冷却板１６１のような異なる材料の熱膨張係数に起因して発生する熱応力に耐えるのは困難であることが多い。結合層の例は、静電チャック５５及び冷却板１６１の熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力でたわみ、それを吸収できる延性で且つ従順（コンプライアント）な材料で作る。１つの適当な結合材料は、二フッ化チタンでロードされ、エキスパンデッドアルミニウムキャリヤーに塗布された高結合強度・感圧アクリル接着剤からなる。充填剤、エキスパンデッドメタル、及びエンボス加工された表面が、結合の整合性及び熱性能を強化する。
【００３２】
基体１０の温度は、静電チャック５５の温度を安定化させ、冷却ガス源１０７からヘリウムのような冷却ガスを基体１０の裏側によって形成されているチャンネル及び静電チャック５５の受入れ表面上に形成されている溝へ供給することによって制御される。冷却ガスは、基体１０と静電チャック５５との間の熱伝達を促進する。ウェーハ１０の裏側と静電チャック５５の受入れ表面との間の間隔は、好ましくは２つのゾーン、即ち内側ゾーン及び外側ゾーンに分割する。外側及び内側ゾーンへの冷却ガス流を独立的に制御するために、別々の流れコントローラ１０７ｏ及び１０７ｉが使用される。典型的には所望量の冷却ガスは、圧力で、一般的にはトルで測定される。
【００３３】
別々のゾーンコントローラ１０７ｏ及び１０７ｉによって、ゾーンを同一の圧力に、または異なる圧力に維持することができる。内側及び外側ゾーン内の圧力を調整することにより、基体１０の中心及び縁における温度も相応に調整される。従って、内側及び外側ゾーンの圧力を調整することにより、基体１０を横切る温度プロファイルが制御される。基体１０にまたがる温度は、特定のエッチングプロセスの特定の温度要求を補償するように調整することができる。例えば、基体を横切る温度は、中心から縁まで均一であることも、中心温度よりも縁温度の方が高いことも、または縁温度よりも中心温度の方が高いこともできる。
【００３４】
プラズマ処理中に基体１０はチャンバ内のプラズマによって加熱され、基体温度を調整するためにデュアルゾーン冷却ガス制御が使用される。典型的には、基体１０は約−２０℃から約１５０℃までの温度範囲に維持され、好ましい動作範囲は約１５℃から２０℃までである。内側及び外側冷却ガスゾーンは、基体１０を横切る熱勾配が誘起されるように動作させることもできる。例えば、内側ゾーン及び外側ゾーン冷却ガス圧は、基体１０の中心における温度が基体１０の縁における温度よりも高くなるように、または低くなるように調整することができる。更に内側及び外側冷却ガスゾーンは、基体１０の中心から縁へ横切る温度差が約５℃であるように、または中心と縁との間の温度がほぼ一定に留まるように調整することができる。
【００３５】
冷却板１６１、静電チャック５５、デュアルゾーン裏側冷却ガス、及び頑強な電極１０５を含む基体支持体１２４の諸成分は、チャンバ１００内で遂行されるプラズマ処理動作中に生成される熱を除去するように共同動作する。２５００Ｗ以上のレベルのＲＦ電力及び１００ガウスより大きい磁場の両方を組合わせた処理中であっても基体１０の温度は効率的に制御されるので、この熱管理及び温度制御フィーチャにより、長い処理時間にわたってより高いＲＦ電力及びより大きい磁場（磁気増強された処理を使用するチャンバの場合）を使用する処理動作が可能である。エッチングチャンバ１００の温度制御及び熱管理能力は、後述のセクションＩＩ“温度制御されたチャンバライナー”において説明するライナー１１８及び１３４の直接温度制御フィーチャによって助長される。
【００３６】
ガスパネル１０５はプロセスガス源及び流れ制御弁を含み、これらはコンピュータコントローラ１４０の制御の下にプロセスガスを処理チャンバ１００へ供給する。ガスパネル１０５からのプロセスガスは、蓋アセンブリ１０２を通る配管１０３を介して複数のガス入口、即ちノズル３５０へ供給される。複数のノズル３５０は、後述のセクションＩＩＩ“熱的に区別されたガス供給システム”において詳述するように、プロセスガスを処理ボリューム１１２内へ供給するために蓋アセンブリ１０２全体に分布されている。
【００３７】
動作を説明する。半導体基体１０が基体支持体１２４上に配置され、ガス状成分がガスパネル１０５からノズル３５０を通して処理チャンバ１００へ供給されて処理ボリューム１１２内に所望のガス組成を形成する。ＲＦ発生器１５０からインピーダンスマッチング回路１５１を通して電極１０５へＲＦ電力を印加することによって、ガス組成は処理チャンバ１００内でプラズマに点弧される。ガス組成から形成されたプラズマは、蓋アセンブリ１０２及びライナー１０４の温度制御された表面と接触する。
【００３８】
処理チャンバ１００内の圧力は、チャンバボリューム１１０と真空ポンプ１０９との間に位置している絞り弁８を使用して制御される。好ましい実施の形態では、ポンプ１０９は約１０００リットル／秒より大きい、好ましくは約１４００乃至２０００リットル／秒の、より好ましくは約１６００リットル／秒のポンピング容量を有する。ポンプ１０９は、単一の大容量真空ポンプであることも、または真空ポンプとターボポンプの組合わせであることもできる。コントローラ１４０の制御の下にポンプ１０９と絞り弁８とが共同動作し、有利に拡張された圧力及び流量のプラズマエッチング処理レジームを提供する。好ましい実施の形態では、プラズマエッチングチャンバは、低圧・高合計ガス流レジーム（例えば、約３５０ｓｃｃｍより大きい合計ガス流、及び約８０ミリトルより低いチャンバ圧）において、磁気増強された反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを遂行することができる熱的に制御されたエッチングチャンバである。好ましくは、本発明による処理チャンバの実施の形態は、約５０ミリトル以下のチャンバ圧、及び約１０００ｓｃｃｍの合計流量を可能ならしめる。
【００３９】
本発明の実施の形態を有するプラズマエッチングチャンバは、一般に約１０ミリトル乃至約８０ミリトルの圧力と、約４０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍまでの合計ガス流量で遂行される例えばスペーサエッチング及びマスクオープンエッチングのような低圧・低流量の誘電体エッチングプロセスを遂行することができる。本発明の実施の形態を有するプラズマエッチングチャンバは、例えば約１５０ミリトル乃至約３００ミリトルの圧力と、約３５０ｓｃｃｍ乃至約７００ｓｃｃｍの合計ガス流量で遂行されるＣ４Ｆ８及びＣ２Ｆ６をベースとするエッチングプロセスのような、高圧・高流量の誘電体エッチングプロセスをも遂行することができる。本発明の実施の形態を有するプラズマエッチングチャンバは、例えば、約１０ミリトル乃至約１２０ミリトルの圧力と、約６００ｓｃｃｍから約９００ｓｃｃｍまでの合計ガス流量で遂行されるＣ４Ｆ６及びＣＨ２Ｆ３をベースとするセルフアライニング及び高アスペクト比コンタクトのエッチングのような、高合計ガス流・低チャンバ圧エッチングプロセスも遂行することができる。
【００４０】
更に、本発明の実施の形態を有するプラズマエッチングチャンバは、例えば、約７０ミリトルから約１２０ミリトルまでの範囲のチャンバ圧において、約１２０ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍまでの範囲の合計ガス流を用いるエッチングプロセスレジーム、約２０ミリトルから約７０ミリトルまでの範囲のチャンバ圧において、約１００ｓｃｃｍから約４５０ｓｃｃｍまでの範囲の合計ガス流を用いるエッチングプロセスレジーム、及び約２０ミリトルから約７０ミリトルまでの範囲のチャンバ圧において、約３００ｓｃｃｍから約８００ｓｃｃｍまでの範囲の合計ガス流を用いるエッチングプロセスレジームのような、さまざまな処理レジームにおけるエッチングプロセスを可能にする。後述するセクションＶＩＩ“チャンバプロセスウィンドウ及び代表的なクリティカルエッチングプロセス”は、本発明の実施の形態を有するプラズマエッチングチャンバによって可能になった改善された酸化物及び誘電体エッチングプロセスウィンドウの詳細を記述している。
【００４１】
中央処理ユニット（ＣＰＵ）１４４、メモリ１４２、及びＣＰＵ１４４のための支援回路１４６を含むコントローラ１４０が処理チャンバ１００の種々の成分に結合されていて、チャンバの制御を容易にしている。上述したように、チャンバの制御を容易にするためのＣＰＵ１４４は、種々のチャンバ成分を制御する工業設定に使用することができる何等かの形状の汎用コンピュータコントローラの１つであることも、コンピュータ制御チャンバ成分が使用されている処理システム内の他のプロセッサであることさえもできる。メモリ１４２がＣＰＵ１４４に結合されている。メモリ１４２、またはコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フレキシブルディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルまたは遠隔の何れかの他の何等かの形状のデジタル記憶装置のような、容易に入手可能な１つまたはそれ以上のメモリの１つであることができる。ＣＰＵ１４４に結合されている支援回路１４６は、普通の技法でプロセッサを支援する。支援回路１４６は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、及びサブシステム等を含んでいる。一般にエッチングプロセスのようなプロセスは、典型的にはソフトウェアルーチンとしてメモリ１４２内に格納されている。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１４４によって制御されるハードウェアから離れて配置されている第２のＣＰＵ（図示してない）によって格納及び／または実行させることもできる。
【００４２】
ソフトウェアルーチンは、チャンバ１００を動作させてプロセスの諸ステップを遂行させるために、エッチングプロセスのようなプロセスを実行する。ＣＰＵ１４４によって実行されるとソフトウェアルーチンは、汎用コンピュータを、プロセスの諸ステップを遂行するチャンバ動作を制御する特定プロセスコンピュータ（コントローラ）１４０に変換する。以下に本発明の実施の形態をソフトウェアルーチンとして実現されているものとして説明するが、以下に説明する方法の諸ステップの若干または全ては、ハードウェア並びにソフトウェアコントローラによって遂行することができる。即ち、本発明は、ソフトウェアで実現してコンピュータシステムによって実行させることも、専用集積回路または他の型のハードウェアとしてのハードウェアで実現することも、またはソフトウェアとハードウェアの組合わせで実現することもできる。
【００４３】
ＩＩ．温度制御されたチャンバライナー
処理システム５０のようなエッチング処理システムに使用されるチャンバライナー１０４、及び蓋アセンブリ１０２のような温度制御されたチャンバ成分は、図２−６を参照することによって理解し易い。本発明の実施の形態は、これらのチャンバ成分上に形成される堆積物の付着力を実質的に改善するために、チャンバ成分の温度を制御する方法をも提供する。
【００４４】
図２は、チャンバライナー１０４を有する本発明のエッチングチャンバ１００の一実施の形態の断面図である。エッチングチャンバ１００は、平行板エッチング反応器として構成されている。即ち、チャンバライナー１０４は、第１のライナー１３４、第２のライナー１１８、または第１のライナー１３４及び第２のライナー１１８の両方を備えている。各チャンバライナー１０４内に配置されているのは、少なくとも部分的にその中に形成されている少なくとも１つの通路であり、この通路は、流体を熱交換器１２１のような温度制御された流体源システムから通路を通して流すようになっている入口及び出口を有している。本発明のライナーの説明の都合上、本発明のライナーの実施の形態が第１のライナー１３４及び第２のライナー１１８を有しているものとする。当業者ならば、単片の取外し可能なライナーを製造し、それを上側ライナー１３４及び下側ライナー１１８の代わりに使用できることが理解されよう。また、異なるサイズの上側ライナー１３４及び下側ライナー１１８を使用できること、及び図示の実施の形態は単に本発明の説明を援助するものに過ぎないことが理解されよう。以下に、上側ライナー１３４及び下側ライナー１１８を説明する。
【００４５】
チャンバ１００は、一般に、環状側壁１０６、底壁１０８、及び蓋アセンブリ１０２を含み、これらがチャンバボリューム１１０を限定している。一般に、チャンバボリューム１１０は、処理ボリューム１１２（チャンバの上側領域）とポンピング１１４（チャンバの下側領域）に二分される。
【００４６】
底壁１０８はポンピングポート１３８を有し、過大なプロセスガス及び処理中に発生した揮発性化合物は、真空ポンプ１０９によってこのポート１３８を通してチャンバ１００から排出システム１１０へ排出される。底壁１０８は、チャンバ１００の外部から第２のライナー１１８へアクセスするための２つのアパーチャ１１６（図２には、それらの一方だけが示されている）を更に有している。
【００４７】
蓋アセンブリ１０２の実施の形態の詳細は、図３Ａ、３Ｂに平面図で、また図４に断面図で示されている。図４に示す一実施の形態では、蓋アセンブリ１０２は、第１のライナー１３４及び蓋２０２を含んでいる。第１のライナー１３４は外向きに伸びるフランジ３４２を有し、このフランジ３４２は側壁１０６の上面に載るようになっている。蓋アセンブリ１０２の種々の成分は、処理ボリューム１１２の真空の完全性を維持するのに必要な耐ガスシールを得るように適切に構成されている。例えば、一般に蓋アセンブリ１０２は、蓋２０２が定位置にクランプされた時には下向きにバイアスされるように、また処理チャンバ１００内に設置された時には蓋アセンブリ１０２が第２のライナー１１８に下向きの力を加えるようにすることができる。
【００４８】
引き続き図４を参照する。第１のライナー１３４は、例えば陽極酸化処理されたアルミニウム、ステンレス鋼、セラミック、または他の相容性材料のような熱伝導性材料で製造される。第１のライナー１３４はクリーニングのために容易に取り外すことができ、取り外し可能な表面（処理中にその上に堆積物が堆積し得る）になっている。第１のライナー１３４は、皿状の上側表面３１２と底表面３１６とを有する中央区分３１０からなる。皿状の上側表面３１２は、外向きに伸びるフランジ３４２に接続されている周縁３１４を有している。底表面３１６から円筒形ライナー壁３１８が伸びている。底表面３１６及びライナー壁３１８は、処理ボリューム１１２に露出される内面３２０を有している。セクションＩＶにおいて詳述するように、上側ライナー１３４の内面３２０、またはオプションとして処理ボリューム１１２に露出されるどのライナーも、フィルムの付着力を改善するために、堆積されたフィル内の表面張力を減少させるようにテクスチャ処理することができる。
【００４９】
流体通路３２２が中央区分３１０内に配置されている。流体通路３２２は、例えば鋳造中に流体通路３２２を形成するような、数多くの普通の手段によって形成させることができる。流体通路３２２を形成する別の方法は、図３Ａに示すように、複数のめくら穴２０８を交叉させて錐もみし、各穴２０８をプラグ２１０によってシールして流体通路３２２を形成させることである。
【００５０】
図４に戻って、２つのボス３２６（図４には、それらの１つだけを図示してある）が中央区分３１０の表面３１２から突き出ている。各ボス３２６は、それそれの孔３２４を介して流体通路３２２に流体的に結合されている中心孔３２８を有している。
【００５１】
流体通路３２２は、熱交換器または冷却材源１２１から流体を受ける。プラズマに曝される全ての表面と同様に、第１のライナー１３４は、プラズマエッチングチャンバ内で遂行されるプラズマ処理によって加熱される。流体は、第１のライナー１３４から流体に伝えられる熱を引き出すことによって、第１のライナー１３４の温度を調整する。流体が流体源１２１から第１のライナー１３４を通って循環するにつれて第１のライナー１３４から除去される熱の量が制御され、従って第１のライナー１３４を所定の温度に維持することができる。
【００５２】
液体及び／またはガス状流体であることができる流体は流体通路３２２を通って流れ、第１のライナー１３４の温度制御を行う。流体は、好ましくは脱イオン水及び／またはエチレングリコールのような液体である。液体またはガス状の窒素、またはフレオンのような他の流体も使用することができる。代替として、第１のライナー１３４は、加熱流体を使用して均一に加熱することができる。
【００５３】
当業者ならば、以上の説明から流体通路のための代替構成を考案することができよう。例えば、図３Ｂに示すように蓋アセンブリ２０２は第１の流体通路３２２Ａ及び第２の流体通路３２２Ｂからなることができる。図３Ｂに示すように第１及び第２の流体通路３２２Ａ及びＢは共通入口３３０ｉ及び共通出口３３０ｏを共用することができる。オプションとして、別の入口及び出口を使用することができる。第１及び第２の流体通路３２２Ａ及び３２２Ｂは、“２管路”形態に二重に折り返されている。代替として、付加的な管路を組み入れることができる。
【００５４】
図３Ａ及び４に戻って、第１のライナー１３４をチャンバ１００から迅速に取り外して交換できるようにするために、流体源１２１と第１のライナー１３４とを流体的に接続するのに迅速接続流体カップリングが使用される。典型的には、雄管ねじ形状を有する迅速接続３３０が、ボス３２６の中心孔３２８内の雌ねじ形状の中にねじ込まれる。結合用カップリング３３２が流体供給ライン３３４の端末に取付けられている。流体供給ライン３３４は、通路３２２を流体源１２１に結合している。この構成の１つの利点は、第１のライナー１３４を交換する時に、工具を使用せずに流体供給ライン３３４を切り離しできることである。しかしながら、第１のライナー１３４を流体供給ライン３３４に結合する他の手段（例えば、管ねじ、あご付きニップル、コレットコネクタ等）も使用することができる。迅速接続は市販されており、一般的にはポートサイズ（ねじの形状、及び流れ容量）、及び特定のウェーハ処理設備またはファブ内に使用されているブランド（保守用在庫品の目的で）に基づいて選択される。
【００５５】
図４に戻って、ライナー壁３１８は、側壁１０６の内側を最小の間隙でスリップするようなサイズである。ライナー壁３１８は高さを変えることができ、また第２のライナーを使用しない場合にはチャンバ底１０８まで伸ばすことができる。一般的には、もし（図２に示すように）第１のライナー１３４及び第２のライナー１１８の両方を使用するのであれば、蓋アセンブリ１０２が定位置にクランプされた時に第２のライナー１１８をチャンバ底１０８にシールするのに必要な圧縮力を得るように、これらのライナーにチャンバ１００の内側にフィットするような寸法を割り振る。
【００５６】
ライナー壁３１８は、種々の目的のための複数の他のポートを更に含むことができる。これらの他のポートの例は、チャンバ１００のスリット開口と整列している基体アクセスポートである。
【００５７】
図２に戻って、第２のライナー１１８を以下に説明する。第２のライナー１１８は、基体支持体１２４を取り囲むようにチャンバ１００内に配置され、容易に取り出してきれいにすることができる堆積領域を形成する。
【００５８】
第２のライナー１１８は流体通路１１９を有しており、この流体通路１１９には流体源１２１から導管１２３によって流体が供給される。第１のライナー１３４の動作と同様に、流体は、第２のライナー１１８を通して流体内へ伝わる熱を引き出すことによって、第２のライナー１１８の温度を調整する。流体が流体源１２１から第２のライナー１１８を通って循環するにつれて、第２のライナー１１８から除去される熱の量が制御され、従って第２のライナー１１８を所定の温度に維持することができる。
【００５９】
図５及び６に第２のライナー１１８の詳細を示す。第２のライナー１１８は、例えば、陽極酸化処理されたアルミニウム、ステンレス鋼、または他の相容性材料のような熱伝導性材料で製造される。第２のライナー１１８は、内側壁５０４と外側壁５０６とを接続するベース区分５０２を含む。ベース区分５０２の内面５０８、内側壁５０４、及び外側壁５０６は、ポンピングボリューム１１４に露出している。後述するセクションＩＶ“付着力を改善するためのチャンバ表面の変更”において、また図８及び図１３−２０に示す代替実施の形態において詳述するように、堆積されたフィル内の表面張力を減少させることによってフィルムの付着力を改善するために、内面５０８をテクスチャ処理することができる。
【００６０】
ベース区分５０２は流体通路１１９を含んでいる。流体通路１１９は、第１のライナー１３４に関して説明したように数多くの普通の手段によって形成することができる。一実施の形態では、流体通路１１９は、第２のライナー１１８を通して配置されている排出ポート５２０付近において始まり、そして終わる実質的に円形である。
【００６１】
流体通路１１９の各端は、ベース５０２の外面から突出しているボス５１０において終端している。ボス５１０は底壁１０８に結合されており、第２のライナー１１８をチャンバ１００に対して適切に（即ち、全てのポートを整列させるように）配向させる。第２のライナー１１８の迅速交換を容易にするために、第２のライナー１１８と、通路１１９を流体源１２１に流体的に結合している導管１２３との間に迅速接続流体カップリングが使用される。
【００６２】
内側壁５０４は一般に円筒形であり、最小の間隙で基体支持体１２４上をスリップするようなサイズである。内側壁５０４は、オプションとして、プラズマ閉じ込め手段５１６を含む。プラズマ閉じ込め手段５１６は、例えば、内側壁５０４内に形成されていて外側壁５０６と対面している突起５１８内に配置された閉じ込め磁石５１６であることができる。突起５１８は、第２のライナー１１８が設置された時に、プラズマ閉じ込め手段５１６が基体支持体１２４の下に位置するように、内側壁５０４上にベースから離して位置決めされている。プラズマ閉じ込め手段５１６は、サマリウム磁石５１６であることができる。本発明のプラズマ閉じ込めフィーチャの代替実施の形態の詳細に関しては、プラズマ閉じ込めのセクションにおいて説明する（図２１−２７）。
【００６３】
外側壁５０６は一般に円筒形であり、チャンバ壁１０６との間に最小間隙を限定するようなサイズである。外側壁５０６の高さは、特にもし上述したように第１のライナー１３４も使用されていれば、変化させることができる。外側壁５０６は、ポンピングポート１３８と整列している排出ポート５２０を更に含む。排出ポート５２０は、ベース壁１０８の一部を部分的に取り囲んでいる。排出ポート５２０は、ポンピングボリューム１１４内のガスを、絞り弁８及び真空ポンプ１０９へ流体的にアクセスさせる。
【００６４】
外側壁５０６は、オプションとして、ポンピングボリューム内へ伸びている絞り突起５２２を含むことができる。絞り突起５２２は、内側壁５０４上の突起５１８に近接して位置決めされ、処理ボリューム１１２からポンピングボリューム１１４へ移動するガスの流れを制御する環状の流れオリフィス５２４を形成している。外側壁５０６は、いろいろな目的のための他の複数のポートを更に含むことができる。これらの他のポートの例は、基体１０をチャンバ１００内へ／から転送できるように、側壁１０６内のスリット開口と整列している基体アクセスポート５２６である。図２８に示すライナー１１８の別の実施の形態においてはでは、外側壁５０６は絞り突起５２２を含まず、突起５１８だけがポンピングボリューム１１４内に伸びている。
【００６５】
本発明による温度制御されたライナーの動作は図２を参照すると理解し易い。動作を説明すると、第１のライナー１３４及び第２のライナー１１８の温度は、流体源１２１からの流体をライナー１１８及び１３４内のそれぞれの通路１１９及び３２２を通して流すことによって制御される。流体は、ライナー１１８及び１３４と流体との間に熱を転送することによって、ライナー１１８及び１３４の温度を調整する。流体源１２１からの流体は、温度及び流量の両方が制御されているので、ライナー１１８及び１３４から除去される熱の量が制御され、従ってライナー１１８及び１３４を所定の温度に維持することができる。一実施の形態では、ユーザが、例えばライナー壁温度の設定点をコントローラ１４０へ入力すると、コントローラ１４０が熱交換器１２１によって流体出力の量及び温度を調整してユーザが入力した設定点を維持する。
【００６６】
ライナー１１８及び１３４の温度は主として通路１１９及び３２２内の流体によって制御され、チャンバ壁１０６との伝導にはそれ程頼っていないので、例えばＲＦ電力を増加させ、磁場を強くするような種々のプラズマエッチングプロセス状態中でも、ライナー１１８及び１３４を実質的に均一な、制御可能な温度に維持することができる。このように、チャンバライナー１０４の温度を制御することによりチャンバライナー１０４上に堆積する材料の量をより良く制御することができ、堆積する材料内の応力を最小にするので、堆積される材料の付着力を改善することができる。温度制御されたライナーが、生成された副産物の付着力を改善することができるので、堆積物を形成する化学物質（酸化物及び誘電体エッチングプロセスにおいて遭遇するような）を含む広範なプロセスガス組成を、より高い信頼度で使用することができる。本発明によって付着能力が改善されるために、これらのガス組成によって形成される副産物による汚染の程度が低くなるので、エッチングガス組成を案出する上でより大きい自由度がプロセスエンジニヤに与えられる。このように、本発明の実施の形態を有するエッチングチャンバのプロセスウィンドウは、広範な使用可能なエッチングガス組成を含むように拡張される。
【００６７】
ＩＩＩ．熱的に区別されたガス供給システム
図４に戻って、本発明のガス分配システムの実施の形態を説明する。第１のライナー１３４の上側表面３１２は、中央凹部３３６を含んでいる。中央凹部３３６は蓋２０２によってカバーされ、少なくとも部分的に蓋２０２と中央凹部３３６との間にプレナム３３８を限定する。蓋２０２は、蓋２０２に締付けられたガスフィードスルー２１２内の通路から流体を流すことを可能にする中心孔３４０を更に有している。ガスフィードスルー２１２は、ガス漏れを防ぐために蓋２０２にシールされている。ガスフィードスルー２１２は、一般に側壁１０６内の流体通路に結合され、ガス源（図示してない）からプレナム３３８へ供給されるガスの温度調整を可能にしている。代替として、ガスフィードスルー２１２は、ガス源に直接結合することができる。
【００６８】
一実施の形態では、複数のアパーチャ３４８が少なくとも部分的に中央凹部３３６内に配置されている。アパーチャ３４８は第１のライナー１３４の中心の周りにほぼ極アレイに位置決めされているが、他の位置的な配置も使用ができる。各アパーチャ３４８にはノズル３５０ａが取付けられる。ノズル３５０ａは、プレナム３３８からチャンバ１００の処理ボリューム１１２へ供給されるプロセスガス及び他のガスの分配を容易にする。ノズル３５０ａは、一般に、石英、炭化シリコン、シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、Ｙ２Ｏ３、炭化ホウ素のような非導電性材料、またはサファイアのような他の材料で製造される。
【００６９】
図７ａ−７ｆは、チャンバ内の再循環性ガス流を有利に最小にするようなノズル３５０ａのいろいろな代替実施の形態を示している。これまでの説明では参照番号３５０及び３５０ａを使用したが、代替ノズル３５０ｂ乃至３５０ｆも使用されることを理解されたい。図７Ａに示すノズルの一実施の形態では、ノズル３５０ａは、取付け部分７１７と、チャンバボリューム１１０に通じているガス送給部分７１５とを含んでいる。取付け部分７１７は、ノズル３５０ａの周縁から典型的にはプレナム３３８に露出されたノズル３５０ａの側に向かって伸びるフランジ７１０を有している。ノズル３５０ａは、プレナム３３８をチャンバボリューム１１０に流体的に結合する中心通路７２４を更に含んでいる。中心通路７２４は、ノズル３５０ａの中心線とほぼ同軸に位置決めされている。オプションとして、プレナム３３８をチャンバボリューム１１０に流体的に結合するために別の通路を使用することができる。更に、ノズルのガス送給部分は、例えば図７Ａのノズル３５０ａ及び図７Ｂのノズル３５０ｂに示されているように、第１のライナー１３４と同一平面をなすことができる。代替として、更に、ノズルのガス送給部分は、例えば図７Ｃのノズル３５０ｃ、図７Ｄのノズル３５０ｄ、図７Ｅのノズル３５０ｅ、及び図７Ｆのノズル３５０ｆに示されているように、第１のライナー１３４を越えて伸びることもできる。
【００７０】
図７Ａに戻って、フランジ７１０は、第１のライナー１３４内に設けられている凹み７１２と係合する。一般にフランジ７１０の接触表面７０２及び凹み７１２の係合表面７０４は、約１ミルまたはそれ以下の平面度を有するように表面仕上げされ、接触表面７０２と係合表面７０４との間のガス漏れを最小にする。ガス送給部分７１５の露出表面７１６は、滑らかな、またはテクスチャ処理された表面を有することができる。
【００７１】
図７Ｂはノズルの別の実施の形態、即ち、中心通路７２４がオプションであることを除いてノズル３５０ａに実質的に類似するノズル３５０ｂを示している。ノズル３５０ｂは、プレナム３３８をチャンバボリューム１１０に流体的に通じさせる１つまたはそれ以上の通路７１４を有している。通路７１４はノズル３５０ｂの中心線に対してある角度をなしている。オプションとして、取付け部分７１７をプレナム３３８内へ伸ばすことができる。
【００７２】
図７Ｃノズルの別の実施の形態、即ち、取付け部分７１７及びガス送給部分７３５を含むノズル３５０ｃを示している。ガス送給部分は、取付け部分７１７に接している端７２８と、チャンバボリューム１１０内に突出している反対側の尖端７１８とを有している。近接端７２８は、チャンバボリューム１１０に露出される第１のライナー１３４の表面とほぼ共面または正接している。ガス送給部分７３５は、滑らかな、またはテクスチャ処理された表面仕上げを有することができる。中心通路７２０は、プレナム３３８に露出される取付け部分７１７の側７２２から、少なくとも部分的にノズル７５０ｃを通って伸びている。１つまたはそれ以上の副通路７２６が、中心フィード７２０とチャンバボリューム１１０とを流体的に結合している。
【００７３】
ガス送給部分７３５の外部上の各副通路７２６の出口７２７は、ガス送給部分７３５の端７２８から少なくとも距離“ＤＩＳＴ”に位置決めされている。更に、副通路７２６は、近接端７２８に対して角度θに配向されている。一実施例では、ＤＩＳＴは約０．２５インチより大きく、θは約１５°乃至３５°の範囲にわたっている。
【００７４】
図７Ｄはノズルの別の実施の形態、即ち、ノズル３５０ｃに類似しているノズル３５０ｄを示している。しかしながら、ノズル３５０ｄは、ノズル３５０ｄの中心線に沿って伸びてプレナム３３８をチャンバボリューム１１０に直接通じさせる中心通路７２４をも含んでいる。
【００７５】
図７Ｅはノズルの別の実施の形態、即ち、ノズル３５０ｄに類似しているノズル３５０ｅを示している。しかしながら、ノズル３５０ｅは、プレナム３３８とチャンバボリューム１１０との間の中心通路７２４だけを有している。
【００７６】
図７Ｆはノズルの別の実施の形態、即ち、ノズル３５０ｃに類似しているノズル３５０ｆを示している。しかしながら、ノズル３５０ｆは、取付け部分７１７と、取付け部分７１７に対して傾斜配向されているガス送給部分７３２とを有している。ノズル３５０ａ−３５０ｆは、プラズマに近接しているためにノズルがより熱くなって反応副産物の堆積を防ぐので、普通のノズルよりもきれいな状態で（即ち、処理副産物の堆積が少なく）動作することが分かった。これらのノズルのガス送給形態がチャンバ内の流れの再循環を最小にするので、チャンバの上側領域（即ち、蓋領域）に向かって引かれる反応副産物の量が減少する。
【００７７】
上述したノズルに共通しているのは、それらの熱質量が小さく、冷却メカニズムを設けてないことである。従って、ノズルは処理中に冷却された蓋及びライナーの温度より高い温度まで加熱され、ノズルは蓋及びライナーとは熱的に区別される。これは、ノズル上へのポリマーの堆積を劇的に減少させる。オプションとして、ノズル上へポリマーを堆積させるようにするために、ビードブラスティングによって、または化学処理によってノズルの表面を粗くする。
【００７８】
ガス分配システムの付加的な代替実施の形態を図８−１３に示す。図８−１３においては、プレナム３３８とチャンバボリューム１１０とを流体的に結合するために、ノズル３５０の代わりに、複数のガス注入孔２２５を有するミニガス分配板２２０がライナー１３４の中央区分３１０内に設けられている。ノズル３５０と同様に、プレナムに面している各ミニガス分配板２２０の面積は、（１）その面積が、注入されたガスの入口の近傍における乱れによってポリマーの累積が阻止または妨害される領域内に含まれるように、及び（２）ミニガス分配板をプラズマによって迅速に加熱できるように板のサイズまたは熱質量が十分に小さくなるように制限される。ガスの乱れをミニガス分配板２２０の全面積にわたって強調するために、各ミニガス分配板２２０内のガス注入孔２２５は、チャンバ内部に面している板の表面に対して角度付けされている。好ましくは、ガス注入孔は、隣接する孔からのガス注入流が互いに交叉するように、または一緒になって渦巻きパターンを形成するように角度付けする。ミニガス分配板２２０の配置の代替実施の形態では、板のプラズマ加熱を強調し、またガス注入の乱れを強調するために、ミニガス分配板２２０はライナーの上側表面３１６から僅かに外へ伸びている。好ましくは、ミニガス分配板２２０は、各々、天井３１６全体の面積に対して比較的小さい割合を占める。
【００７９】
ミニガス分配板２２０は、シリコンのような半金属、または二酸化シリコン（石英）またはサファイアのような誘電体、または、代替として、非導電材料または処理チャンバ１００内で遂行される処理と相容性の材料で形成する。各ミニガス分配板２２０は複数のガス入口２２５を有しており、これらのガス入口２２５を通してプロセスガスが反応器チャンバ内部へ噴霧される。好ましくは、ミニガス分配板２２０を温度制御されたライナー１３４から熱的に絶縁し、チャンバ内のプラズマによってそれらが容易に加熱されるようにする。各ガス分配板２２０は、天井に対して十分に小さく、十分に小さい熱質量を有しているので、プラズマが点弧されるとプラズマによって急速に加熱される。（例えば、第１のライナー１３４は９インチ乃至１４インチの範囲の直径を有することができるのに対し、ガス分配板２２０は約０．２５−０．５インチ程度の露出直径を有している。）その結果各ミニガス分配板２２０は、その上にポリマーが堆積するのを阻止するのに十分に高い温度までプラズマによって加熱される。この利点は、ノズル３５０の入口と同様に、各ミニガス分配板２２０のガス入口２２５がポリマーの堆積を回避できることである。
【００８０】
好ましくは、各ミニガス分配板２２０の直径は、入口２２５から噴霧されるプロセスガスのガス流の乱れの領域内にガス分配板２２０の全底表面２２０ａが包まれるように十分に小さくする。例えば、各ミニガス分配板２２０は約０．２５−０．５インチ程度の露出された直径を有している。この領域は、表面２２０ａ上にポリマーが累積するのを妨害乃至は阻止するのに十分なガスの乱れを有している。
【００８１】
図９及び１０を参照する。底表面２２０ａの周りのガスの乱れは、ミニガス分配板２２０の複数のガス入口２２５からのガス噴霧経路が交叉パターンを誘起することによって強調される。図９及び１０の実施の形態は、渦巻きパターン（図９に矢印で示す）を発生する。これは、各ガス入口２２５を、（図１０に示すように）ミニガス分配板２２０に対して角度Ａをなすように錐もみすることによって達成される。好ましくは、角度Ａは約２０°から３０°までの範囲内にある。図１１に示す代替実施の形態では、複数のガス入口２２５のガス噴霧経路は他の入口に向けられていて、ガスの乱れを強調するようになっている。この代替噴霧パターンは、図１１に矢印によって示されている。
【００８２】
ミニガス分配板２２０上にポリマーが累積するのを更に抑制するために、図１２に示すように、板２２０の出口表面２２０ａは天井２１０の表面から僅かに、即ち距離ｄだけ下に伸びている。距離ｄは、約０．０２インチ乃至０．０３インチ、即ちガス分配板２２０の厚みの数分の一であることが好ましい。拡大断面図である図１２は、ガス入口２２５がミニガス分配板２２０全体を通っている角度付きの孔であることを示している。プロセスガスは、天井３１６内に形成されている共通マニホルド２３０によってガス入口２２５へ供給される。図１２には、水冷された天井３１６の水ジェット２４０も図示されている。好ましくは、例えば窒化アルミニウムであることができる熱絶縁層２５０が、ミニガス分配板２２０と天井３１６との間に挿入されている。
【００８３】
例えば酸化物エッチングプロセスのような、制御されたポリマー累積が望まれるような実施の形態では、第１のライナー１３４は、第１のライナー１３４の露出された表面上にポリマーが極めて硬いフィルムとして累積する（実質的にチャンバ内部へ剥落したり、または汚染に寄与することがない）ように十分に低い温度に維持される。熱的に区別されたミニガス分配板２２０及びノズル３５０は、それらの上へのポリマーの堆積が抑制される十分に高い温度までプラズマによって加熱される。従って、ガス入口２２５にポリマーは堆積しない。ミニガス分配板２２０及びノズル３５０のサイズが小さいことから、プラズマはそれらをポリマー堆積温度より高い温度まで効率的に加熱することができる。またサイズが小さいことから、十分なガスの乱れを発生させるように小さい表面２２０ａ全体にガス入口を集中させ、表面２２０ａ、入口２２５、またはノズル３５０上へのポリマーの累積を更に抑制することができる。ガスの乱れは、ミニガス分配板２２０の各ガス入口２２５からのガス噴霧経路を交叉したパターン、または渦巻きパターンにし、出口表面２２０ａを天井３１６より下に配置することによって強調される。
【００８４】
サイズを小さくしたノズルの別の利点は、温度制御された蓋に対してノズルサイズが小さいので、処理ボリューム内に形成されるプラズマが温度制御された蓋表面と接触する可能性が高く、それによって上述したように副産物の蓋への付着力が改善されることである。上述した特色の全ての組合わせは、ミニガス分配板２２０または種々のノズルの実施の形態のどの部分上へのポリマーの（観測できる）累積をも阻止する。
【００８５】
図８は、ウェーハ１０の周縁上に重ねられた４つの対称的に離間した位置において第１のライナー１３４上に取付けられた４つのミニガス分配板２２０が存在する実施の形態を示している。図８には、天井の表面上に形成された複数の半球形バンプも示されている。これらのバンプは約０．５乃至約１．５ｍｍの高さであり、約１ｍｍ離間している。バンプ３００は、次の“付着力を改善するためのチャンバ表面の変更”セクションで詳述するチャンバ表面のテクスチャ処理の更に別の代替実施の形態である。勿論、他の実施の形態においては、さらなるミニガス分配板２２０またはノズル３５０を設けることも、または図４及び８に示す配列を変更した配置を使用することもできる。
【００８６】
ＩＶ．付着力を改善するためのチャンバ表面の変更
本発明の別の長所は、チャンバ表面上に堆積する副産物の付着力を改善するために、チャンバ表面トポロジを使用することである。例えば、普通のフルオロカーボンをベースとする酸化物フィーチャのプラズマエッチングでは、一般的にポリマー副産物が形成される。例えば図２においては、プラズマ１４８に曝される２つのライナー１１８、１３４、及び蓋１０２の表面上に副産物が堆積する。堆積物がある厚みまで累積すると堆積物は蓋及びチャンバライナーから剥離し始め、それにより製造中の半導体デバイスが汚染される。
【００８７】
本発明のこの面は、処理チャンバ内のプロセスガスに露出した表面上に堆積する反応副産物または他の材料の付着力を更に改善し、それによってこれらの表面のクリーニング間隔をより長くしてチャンバを動作させることができるものと考えられる。更に、改善された副産物の付着能力は、拡張されたプロセスガス組成（高い率で副産物を形成するプロセスガス組成を含む）の使用を促進する。詳述すれば、温度制御されたライナー及び蓋の表面のようなチャンバ内面は、形態（トポグラフィック）フィーチャ（即ち、交互する突起及び凹み（ピーク及びトラフ））を有する表面輪郭、即ち“テクスチャ”を有するように製造される。これらのフィーチャの幅、間隔、及び高さ寸法は、１００ミクロン（０．１ｍｍ）乃至１００ｍｍ、好ましくは５００ミクロン（０．５ｍｍ）乃至８０００ミクロン（８ｍｍ）の範囲内である。これに対して、普通のビードブラスティングによって処理された表面の平均粗さは約４乃至６ミクロン（０．１５乃至０．２３ミル）であり、これは本発明のフィーチャの少なくとも１６分の１である。
【００８８】
表面の“形態フィーチャ”または“高度（エレベーション）フィーチャ”とはその高度が平均表面高度からずれている領域のことをいう。形態フィーチャは、凸になっている突起または凹になっている凹みの何れかであることができる。フィーチャの“高さ”は、高度内のピークからトラフまでのずれである。もしフィーチャが凹になっている凹みであれば、フィーチャの“高さ”は凹みの深さである。
【００８９】
テクスチャ処理した表面は、少なくとも２つの理由から堆積された材料の付着力を改善するものと考える。１つの理由は、垂直輪郭（平均表面の面に直角な輪郭）が堆積されたフィルム内の表面に垂直な方向における圧縮力を増加させ、それによって熱膨張及び収縮に起因するフィルムの割れに抵抗することである。第２の理由は、結合される材料にとって、平坦な表面よりも、テクスチャ処理された表面の方が大きい表面積を有していることである。
【００９０】
表面積は、凹みの深さ、または突起の高さに比例して増加する。堆積される材料の付着力を改善するために高さ寸法を増加させようとしても、高さがある値を越えると欠点をもたらし始める。第１に、テクスチャ処理された表面をきれいにすることが困難になる。第２に、もしテクスチャ処理された表面が、比較的厚いチャンバ壁ではなく、薄い取り外し可能なチャンバ蓋またはライナーであれば、過大な高さ寸法は蓋またはライナーの強度及び剛性を低下させ、偶発的な破壊を受け易くし得る。
【００９１】
本発明のテクスチャ処理は、処理チャンバのどの成分の表面にも適用することができる。（“成分”とは、チャンバ内の、またはチャンバ上の何等かのオブジェクトのことである。）テクスチャ処理は、好ましくは、チャンバ内部のプロセスガスに曝される、そしてウェーハの上方またはその付近の何れかにある何等かの大きい表面に適用すべきである。本発明のテクスチャを設けるのが最も重要なチャンバ表面は、典型的にはチャンバルーフの下側表面（即ち、チャンバ蓋１０２の内面）、及びライナー１３４及び１１８である。チャンバルーフは処理中のウェーハの直上にあるからルーフから剥離した粒子は多分ウェーハ上に落下し、それによってウェーハに欠陥をもたらす。チャンバ側壁またはライニングはウェーハの周縁に極めて接近しているから、側壁またはライニング壁から剥離した粒子がウェーハ上に落下する危険性も高い。ウェーハの下方に位置するチャンバ成分上にテクスチャ処理した表面を設けることは、これらの表面から剥離した粒子がウェーハ上に堆積する可能性が低いので殆ど無意味である。
【００９２】
チャンバルーフ及び側壁ライニングの露出された表面の凹み及び突起の形状及び寸法を種々に変えて試験した。試験した全ての形状は、滑らかな未処理表面、またはビードブラスティングによって粗くした表面に比して、堆積された材料の付着力を大幅に改善した。
【００９３】
図１３及び１４を、図４と共に参照する。図１３及び１４は、それぞれ、方形突起６０の二次元アレイからなるテクスチャ６０を有するライナー１３４の下側表面３１６の一部の平面図及び断面図である。明瞭化のために、アパーチャ３４８及びノズル３５０は省略してある。突起は、高さＨ、幅Ｗ、及び隣接突起間の間隔Ｓを有している。図１５に示すテクスチャ６０ａは、形態フィーチャが突起ではなく表面内に突入している方形の凹みであり、これらの方形の凹みの側壁は、凹み間の水平表面に対して傾斜した角度θに形成されている。各凹みは、鋭い頂点ではなく平坦な底を有する逆四辺ピラミッドの形状である。図１６及び１７は凹みの形状が丸められている、または半球形であるような代替テクスチャ１６０５の平面図及び断面図である。
【００９４】
図１８及び１９は、それぞれ、ライナー１１８内の複数の円周溝１８０５からなるテクスチャの斜視図及び断面図である。
【００９５】
図２０は、円周溝１８０５及び縦方向溝１８１０の両方を有するライナーの斜視図である。
【００９６】
各形態フィーチャが突起または凹みの何れかであると説明したが、凹みの間の領域は表面上の突起であると考えることができる。換言すれば、突起または凹みの何れを形態フィーチャと名付けることも任意である。従って、図１７の例を参照すると、凹みまたは突起間の間隔Ｓは、好ましくは幅Ｗとして同一の大きさ次数であるべきである。より好ましくは、間隔Ｓと幅Ｗは、２倍またはそれ以下だけ異なるべきである。同様に、高さＨは、好ましくは幅Ｗ及び間隔Ｓと同一の大きさ次数であるべきであり、より好ましくは、これらの他の２つの寸法の２倍以内にあるべきである。
【００９７】
何れの実施の形態においても、もしチャンバ成分のテクスチャ処理された表面内に鋭い角が存在しなければ（鋭い角は一般的にフィルム内の応力を増加させる）、テクスチャ処理された表面への堆積されたフィルムの付着力が最大になるものと予測している。従って、形態フィーチャの縁は丸められた角にし、その曲率半径は可能な限り大きくすべきである。好ましくは、曲率半径は、１３０ミクロン（０．１３ｍｍ）から約５００ミクロン（０．５ｍｍ）の範囲にする。
【００９８】
試験結果−制御
Ｃ４Ｆ８及びＣＯを含む普通のフルオロカーボンエッチャントガス混合体を使用してシリコンウェーハ上の二酸化シリコンのフィルムをエッチングするプラズマプロセスを遂行するために、プラズマエッチングチャンバを使用して本発明を試験した。制御に関して言えば、処理チャンバは窒化アルミニウムセラミックルーフ及び陽極酸化処理した側壁ライナーを有しており、両者は共に滑らかであった（即ち、付着力を改善するための表面テクスチャ処理はしていない）。
【００９９】
エッチング処理によって発生したフルオロカーボン反応プロダクツは、チャンバルーフ及び側壁の露出された内側表面上にポリマーフィルムを形成した。普通の滑らかなルーフ及び側壁ライナーを用いた場合には、これらの表面上に堆積したポリマーフィルムが０．６乃至０．６５ｍｍの厚みに到達した後に剥離し始めることを見出した。剥離が発生する厚みは、プロセスパラメータの変化には無関係であった。
【０１００】
例　１−窒化アルミニウムルーフ内のピラミッド凹み
チャンバルーフ（ガス分配板）を、０．５インチ（１３ｍｍ）厚の窒化アルミニウムセラミックの円形ディスクとして製造した。ルーフの下側円形表面（チャンバ内部に露出される表面）を４つの象限に分割し、４つの異なる表面テクスチャをこれら４つの象限内に形成させた。第１象限は滑らかであり、第２象限は炭化シリコン粒子を用いてビードブラストした。
【０１０１】
第３及び第４象限は共に、図１５に示したピラミッドテクスチャ６０ａを有しており、その後に第４象限にビードブラスティングを適用したが、第３象限には適用しなかった。ピラミッドフィーチャの寸法は、角度θ＝４５°、高さＨ＝０．６ｍｍ、幅Ｗ＝１．５ｍｍ、間隔Ｓ＝０．６ｍｍであった。計算では、第３象限がそのピラミッドテクスチャの故に、第１象限よりも３０％大きい表面積を有している。
【０１０２】
表　１−例　１
2004513516.tif 000002
【０１０３】
方形フィーチャがより大きい表面積を有しているので、図１４に示すような方形凹みまたは突起６０のパターンが実際に試験したピラミッド形凹みにとって好ましいものと予測した。前述したように、堆積する材料の付着力を最大にするためには、表面輪郭の表面積を最大にすることが有利であると予測した。
【０１０４】
ルーフを普通のプラズマエッチングチャンバに取付け、制御において遂行したものと同一のプラズマエッチングプロセスを遂行した。第３象限上に堆積した材料が剥離し始めるまでに、滑らかな第１象限に比して２．５倍多くのウェーハを処理することができた。この点までに第３象限上に堆積したポリマー層の厚みは１．２ｍｍであり、これは普通の滑らかな、またはビードブラストした表面上に剥離することなく堆積させることができる最大ポリマー厚よりも８５％厚い。
【０１０５】
普通はードブラスティングは堆積される材料の付着力を改善するために使用されるものであるが、驚くべきことに、ピラミッドテクスチャ処理した表面をビードブラストすることは付着力にとって不利益であることが分かった。即ち、蓋上に１．２ｍｍのポリマーを堆積させた後に試験を停止した時、第４象限から少量の剥離が観測されたが、第３象限からは何等の剥離も観測されなかった。ビードブラスティングがルーフ内に鋭い角を生じさせてポリマーフィルム内の応力を増加させ、それによってフィルムの割れを助長したものと推測される。
【０１０６】
例　２−窒化アルミニウムルーフにおける異なるピラミッド寸法
例１において説明したようにして、第２の窒化アルミニウムルーフ（ガス分配板）を製造した。４つの象限を、表２に要約したような異なる寸法を有するピラミッドでテクスチャ処理した。第１象限におけるピラミッド寸法は、例１の象限３の場合と同一であった。他の３つの象限においては、ピラミッド凹みの高さＨを１．１ｍｍに増加させた。象限３及び４においては、水平表面に対するピラミッド壁の角度θを３０°に減少させた。象限２及び４においては、幅Ｗ及び間隔Ｓを、それぞれ２．５ｍｍ及び１．０ｍｍに増加させた。４つの全象限において、ピラミッド堆積物の剥離は認められなかった。
【０１０７】
表　２−例　２
2004513516.tif 000003
【０１０８】
例　３−窒化アルミニウムルーフ内の半球形凹み
０．５インチ（１３ｍｍ）厚の酸化アルミニウム（アルミナ）セラミック板のルーフを製造した。アルミナは、熱伝導率は窒化アルミニウムよりも遙かに低いが、容易に加工できるという利点を有している。アルミナ内にほぼ半球形の穴、または弓形の断面を有する穴のアレイ（穴直径Ｗが４ｍｍであり、隣接する穴の円周間の間隔Ｓが１ｍｍである）を錐もみすることによって、図１６及び１７に示すような凹みのパターンを作った。穴の深さ（形態フィーチャの高さＨ）がそれぞれ１ｍｍ及び２ｍｍであるような２つのプロトタイプを試験した。両プロトタイプ共、ポリマー堆積物の剥離は観測されなかった。
【０１０９】
例　４−陽極酸化処理したアルミニウム内の方形突起
図１３及び１４は、方形突起のアレイが加工されているアルミニウムルーフを示している。このセクションではソリッドとして説明しているが、同じフィーチャまたは突起を、複数のガス入口３５０またはミニガス分配板２２０を有する頂部天井内に組み入れることもできる。アルミニウムは、加工した後に陽極酸化処理した。１つのプロトタイプの突起は、１ｍｍの幅Ｗ、１．５ｍｍの高さＨ、及び３ｍｍの間隔Ｓを有していた。第２のプロトタイプの突起は、２ｍｍの幅Ｗ、２ｍｍの高さＨ、及び５ｍｍの間隔Ｓを有していた。両プロトタイプ共、ポリマー堆積物の剥離は観測されなかった。
【０１１０】
第２のプロトタイプにおいて、ガス分配板内のガス入口孔についても試験した。普通の、板の表面全体にわたって均一に分布したガス入口孔のアレイの代わりに、板内に１１個の石英ディスク（図示してない）だけを設けた。各石英ディスクの直径は１０ｍｍであり、０．６ｍｍ直径の１１個のガス入口孔を含んでいた。
【０１１１】
例　５−陽極酸化処理したアルミニウム内の溝
図１８及び図１９は、それぞれ、旋盤を使用して一連の円周溝１８０５が加工されている陽極酸化処理したアルミニウムからなる円筒形側壁ライナー１１８の斜視図、及び断面図である。各溝は、１ｍｍの幅と１ｍｍの深さとを有し、隣接する溝は円筒形ライナーの軸に沿って３ｍｍだけ離間させてある。アルミニウムは加工の後に陽極酸化処理した。
【０１１２】
図２０は、上述したものと同一の幅、深さ、及び間隔寸法の円周溝１８０５及び縦方向溝１８１０の両方を有する類似の円筒形ライナーの斜視図である。
【０１１３】
両プロトタイプ共、ポリマー堆積物の剥離は見られなかった。しかしながら、図２の実施の形態は、その表面積が図１８及び１９に示す実施の形態の表面積よりも大きいので、付着力が優れていることが期待される。
【０１１４】
図１８、図１９及び図２０の実施の形態の長所は、典型的に、アルミニウム内に溝を加工することが前述した他の製造方法よりも安価なことである。
【０１１５】
第１のライナー１３４、または第２のライナー１１８に関連して異なるテクスチャの説明をすることはできるが、説明したテクスチャは何れかの、または両方のライナー１３４、１１８に適用できることを理解されたい。代替実施の形態では、ライナー１３４は、ライナー１１８とは異なる表面処理を有することができる。１つの特定の実施の形態では、ライナー１３４はテクスチャ１６０５を有し、一方ライナー１１８は円周溝テクスチャ１８０５を有することができる。
【０１１６】
Ｖ．プラズマ閉じ込め
本発明の副産物管理特色の別の面は、プラズマを処理領域１１２内に包み込むためのプラズマ閉じ込めシステムの使用である。プラズマを処理領域１１２内に包み込むことによって、ポンピングボリューム１１４内における副産物の累積が阻止される。ポンピングボリューム１１４内における副産物の累積を減少乃至は排除することによって、副産物の堆積がポンプ１０９内に発生してポンプ１０９を潜在的に破壊する可能性が低下する。本発明のプラズマ閉じ込め特色は、図２１を参照することによってより明白になるであろう。
【０１１７】
図２１は、図１のエッチングチャンバ１００の拡大部分図である。明瞭化のために、蓋１０２は取り除いてある。真空ポンプ１０９は、環状排出マニホルド及び円筒形ポンピングチャンネル１３８を通して処理ボリューム１１２からガスを排出し、チャンバ内で遂行することが意図されているプラズマ処理に適当なレベルまでチャンバ内の合計ガス圧を低下させる。絞り弁８が、ポンピングボリューム１１４内に取付けられている。絞り弁８は、ポンピングチャンネル１３８内のガス流に対するインピーダンスを制御することによってチャンバ内のガス圧を調整し、それによって所望のチャンバ圧を維持するのに必要なポンピングチャンネルにまたがる圧力降下を制御する。
【０１１８】
ライナーが分離しているものとして説明したが、ライナー３６及び３８は、ライナー１１８に関して上述したように単一のライナーに組合わせることができることを理解されたい。ライナー３６及び３８に関して説明中の各プラズマ閉じ込めフィーチャの説明は、ライナー１１８に適用されることも理解されたい。更に、ライナー３６及び３８には、図６及びライナー１１８及び１３４に関して説明したように、温度制御された流体を循環させるための（ライナー１１８の導管１１９のような）内部導管が設けられていることも理解されたい。
【０１１９】
内側ライナー３８及び外側ライナー３６の下側半分は、それぞれ、環状排出ボリューム１１４の内側壁及び外側壁として機能する。内側ライナー３８の底の環状フランジ４０は、円筒形ポンピングチャンネル１３８と整列している弓形アパーチャ４２を含み、排出ガスを環状排出マニホルドからフランジアパーチャ４２、円筒形ポンピングポート１３８、絞り弁８を通してポンプ１０９へ流すことができるようにしている。
【０１２０】
図示したチャンバの排出チャンネルは、環状排出マニホルド及び円筒形ポンピングチャンネルを含んでいる。環状排出マニホルドは、チャンバ内部と同軸であって、チャンバ内部の全ての、または殆どの方位に伸びている。円筒形ポンピングチャンネルは１つの方位位置において排出マニホルドに結合されている。若干の従来のプラズマチャンバは、どのような中間ポンピングチャンネルをも介さずに、排出ポンプに直接結合されている環状排出マニホルドを含んでいる。他の従来のプラズマチャンバは、チャンバ内部の方位に伸びていないポンピングチャンネルだけを使用して、ポンプをチャンバ内部に結合している。本明細書においては、“排出チャンネル”または“排出通路”なる用語は、環状排出マニホルドまたはポンピングチャンネルの何れか、またはこれら２つの組合わせを包含するものとする。
【０１２１】
プラズマを閉じ込めるための排出チャンネル及び磁石
図２１−２３に示す本発明の実施の形態は、チャンバ内部のプラズマボディが排出ポンプに達するのを防ぐように共同動作する２つのフィーチャ、即ち、ガス流デフレクタ５２２、５１６、及び磁石システム５０を使用している。この配列は、以下に説明するようなその有益な機能に加えて、ポンピングシステム内にポリマーが堆積するのを回避しながら、高いポンピング容量を与える。即ち、本明細書において説明しているように、本発明のチャンバの１つの特色は、ガス分子の滞留時間を短縮させるための流れポンピング能力が高いことである。しかしながら、保守上の理由から、チャンバのポンピング領域にプラズマが到達するのを抑止乃至は制限することが望ましい。以下に説明する配列は、この目的を達成する。
【０１２２】
詳述すれば、排出マニホルド３０の内部は、全ての排出ガスが排出マニホルドを通る妨害されない直線経路内を流れるのを可能にするのではなく、排出ガスの少なくとも実質的な部分を横方向に転向させる少なくとも１つのデフレクタ５２２、５１６を含んでいる。（“横方向に”とは、デフレクタが存在しない場合にはガスが流れるであろう経路の方向に対して直角であることを意味する。）
【０１２３】
デフレクタは排出ガスの流れに乱れを発生させ、ガス内の反応性の種がデフレクタに、及びデフレクタに近い排出マニホルドの壁に衝突する率を増加させる。これらの衝突は、反応性の種の間の表面反応を促進し、壁上に堆積物を発生させる。これは、これらの堆積物を発生させる傾向がある反応性の種を排出ガスから枯渇させ、それによってデフレクタの下流の排出ガス内の反応性の種の濃度を減少乃至は排除し、従って絞り弁８及びポンプ１０９上の望ましくない堆積物を大幅に減少乃至は排除する。
【０１２４】
デフレクタは排出ガス内の帯電粒子の衝突率をも増加させ、これらの帯電粒子の再結合を促進するので、排出ガス内の耐電粒子の濃度を低下させる。
【０１２５】
更に、磁石システム５０（５２−５７）がデフレクタ５２２、５１６付近に位置決めされ、デフレクタ付近の排出マニホルド内に磁場を発生する。好ましくは、磁場は、マニホルドを通る排出ガス流の方向を横切る方向に実質的な成分を有している。磁場の横方向成分は運動する電子を横方向に転向させるので、電子が正イオンと再結合する可能性が高くなり、それによって排出ガス内の帯電粒子の濃度を低下させる。
【０１２６】
デフレクタ及び磁石システムが共に排出ガス内の帯電粒子の濃度を低下させるので、両者を組合わせると、デフレクタ及び磁石システムの下流の帯電粒子の濃度を、プラズマを消弧させるのに十分低くすることができる。詳述すれば、磁場とデフレクタとの組合わせ効果によってチャンバ内のプラズマボディが絞り弁８及び排出ポンプ１０９に到達するのを防ぐように、磁場は十分に強くすべきであり、また１つまたはそれ以上のデフレクタによって生ずる乱れは十分に大きくすべきである。
【０１２７】
磁場のプラズマ閉じ込め効果によって、磁場を用いずにプラズマを阻止するのに必要なチャンネルよりも幅広の、及び／または曲がりの少ない排出チャンネルの使用が可能になる。従って、プラズマを阻止するのに排出マニホルドの曲がりに完全に頼っている従来技術の設計と比較して、排出チャンネルにまたがる圧力降下を減少させることができる。
【０１２８】
図２１−２３に示す実施の形態では、デフレクタは、排出マニホルド３０の壁から排出マニホルドのガス通路内へ伸びている２つの同軸環状突起５２２、５１６からなっている。上側突起５２２は外側ライナー３６から半径方向内向きに伸び、下側突起５１６は内側ライナーまたは陰極シールド３８から半径方向外向きに伸びている。２つの突起は半径方向に互いに重なり合っているので、それらは排出ガスが排出マニホルドを通って直線ライン内を走行することを許さず、それによって排出ガス内の反応性の種がこれらの突起、または排出マニホルドの壁の何れかに衝突する可能性を最大にしている。
【０１２９】
“磁石システム”とは、Ｎ極及びＳ極を有する磁気回路を形成させるために１つまたはそれ以上の磁石と、０、１つ、またはそれ以上の透磁性磁極片との組合わせであると定義する。図２１−２３の実施の形態では、磁石システム５０は、環状排出マニホルド３０と同軸に、且つマニホルドの軸方向に離間させて取付けられている２つの環状磁石５２、５３からなる。２つの環状磁石は、第１の磁石５２がそのＮ及びＳ極をそれぞれ半径方向内側の端及び半径方向外側の端に有しているのに対して、第２の磁石５３はそのＮ及びＳ極をそれぞれ半径方向外側の端及び半径方向内側の端に有していることを除いて同一である。磁石システム５０は、透磁性磁極片５４をも含んでいる。この磁極片５４は、２つの磁石５２、５３と同軸に取付けられ、２つの磁石の半径方向内側の端に係合し且つそれらの間を伸びていて、２つの磁石の間に磁気通路、即ち“磁気回路”を完成させている。
【０１３０】
従って、磁石システム５０のＮ極は、第１の環状磁石５２のＮ極（即ち、磁極片５４と係合している第１の磁石の極とは反対の極）である。磁石システム５０のＳ極は、第２の環状磁石５３のＳ極（即ち、磁極片５４と係合している第２の磁石の極とは反対の極）である。
【０１３１】
磁石システム５０は、好ましくは、磁石システムのＮ極５６及びＳ極５７の端が可能な限り排出マニホルド内のガス通路の狭い部分（下側突起５１６の半径方向外側）に接近するように、下側突起５１６内に取付ける。排出マニホルド内のガス通路の狭い部分に接近させて磁石システムを取付けることは、排出ガスが受ける磁場強度を最大にするために望ましいことである。
【０１３２】
上述した磁石システムの実施の形態は、図２１−２３に示すようにＵ字形断面を有しており、“Ｕ”のベースは半径方向内向きであり、“Ｕ”の解放端は半径方向外向きである。詳述すれば、磁石システムの形状は、チャンバの縦軸の周りを巡っているＵ字形馬蹄形磁石の形状である。
【０１３３】
このＵ字形磁石システムが発生する磁場パターン（図２２に磁力線５８で示す）は主として排出マニホルドの通路内に集中しているので、このパターンが望ましい。この集中は、少なくとも２つの長所を有している。１つの長所は、上述したように、排出ガスが受ける磁場強度が最大になることであり、それによって磁石の下流のプラズマを消弧させる上での磁石の有効性が最大になる。
【０１３４】
Ｕ字形磁石システムの第２の長所は、チャンバの縦軸に沿う磁場強度が急速に衰退し、加工片１０における磁場強度が低くなることである。イオンの衝突または静電荷累積によって加工片が破壊される危険性を最小にするためには、加工片１０における磁場強度を可能な限り低く、好ましくは５ガウスより大きくなく、より好ましくは３ガウスより大きくなくすべきである。磁石システムは、磁石システムを可能な限り加工片１０から遠去けて位置決めし、それによって加工片１０における磁場強度を最小にするために、上側突起５２２ではなく下側突起５１６内に取付ける。
【０１３５】
図２４は、磁石及び磁極片が図２１−２３の実施の形態に対して入れ替わっている代替磁石システム６０を示している。詳述すれば、上側及び下側環状部材６２、６３は、磁石ではなく透磁性の磁極片である。円筒形部材６４は磁極片ではなく磁石であり、この円筒形磁石のＮ磁極はその縦軸の上側端において上側磁極片６２と係合し、Ｓ磁極はその縦軸の下側端において下側磁極片６３と係合している。
【０１３６】
排出マニホルドの可能な代替実施の形態は上側突起５２２を省き、下側突起５１６と磁石システム５０との組合わせに頼ってプラズマを阻止する。
【０１３７】
別の代替排出マニホルド設計は下側突起５１６（内側ライナー３８から半径方向外向きに伸びている）を省き、図２５に示すように変更された磁石システム５１に置換することである。変更された磁石システム５１は、上側突起５２２（外側ライナー３６から半径方向内向きに伸びている）内に取り付ける。変更された磁石システム５１のＮ及びＳ磁極片５６、５７は、突起４４の半径方向内側端においてガス通路に近接させるべきである。これは、図２３のものと同一の磁石５２、５３、及び磁極片５４を使用するが、図２５に示すように、磁極片５４を２つの磁石の半径方向内側端から半径方向外側端へ移動させることによって達成することができる。
【０１３８】
図２６は、磁石及び磁極片が交換されている点が、図２５の磁石システム５１とは異なっている代替磁石システム６１を示している。（上記図２４の実施の形態の説明を参照されたい。）
【０１３９】
以下に記述する以外は図２１のチャンバと同一である図２７のプラズマチャンバ内の排出マニホルド設計をも試験した。図２７の排出マニホルドは、排出チャンネル３０の上側突起５２２、下側突起５１６内にそれぞれ取付けられている上側環状磁石６８及び下側環状磁石６９を含んでいる。上側磁石６８は、その半径方向内側及び外側にそれぞれＮ極及びＳ極を有している。下側磁石６９は、その半径方向外側及び内側にそれぞれＮ極及びＳ極を有している。従って、上側磁石のＮ極及びＳ極は、それぞれ下側磁石のＳ極及びＮ極と整列している。得られる磁場（磁力線７０で示されている）は、排出マニホルドチャンネルまたは２つの突起間の通路の領域内に高度に集中する。図２１の実施の形態に関して説明したように、このような集中は、排出ガスが受ける磁場の強度を最大にし、加工片１０における磁場を最小にするのに望ましい。
【０１４０】
図２７の実施の形態を、上側突起５２２と下側突起５１６との間の間隙を異ならせて試験するのを容易にするために、プロトタイプは外側誘電体ライナー３６の下に環状誘電体スペーサー７２を含んでいる。厚めのスペーサ７２を挿入することによって、上側突起５２２の高さを増加させることができ、それによって２つの突起間の間隙を増加させることができる。試験した全てのスペーサ厚において、同一の磁石６８、６９を使用した。従って、厚めのスペーサを挿入すると間隙は大きくなり、間隙内の磁場強度は小さくなる。
【０１４１】
これらの試験において、上側突起と下側突起との間の間隙が０．５インチかまたはそれ以下であり、間隙内の磁場強度が少なくとも１００または１５０ガウスである時に、プラズマが下側突起の下へ伸びるのを成功裏に阻止することを見出した。また、図示のチャンバにおいては、磁場強度は磁石から離れると急速に衰退して加工片１０における磁場強度は３ガウスより小さくなる（加工片を破壊する危険性を回避するのに十分低いものと考えられる）ことも見出した。しかしながら、２つの突起間の間隙をより広くして試験した時に、従って間隙内の磁場強度が低くなった場合には、プラズマを成功裏に阻止できないことを見出した。
【０１４２】
図２７の設計のように２つの突起内に磁石を取付けることは、図２１の設計のように１つの突起だけの中に磁石を取り付けるのに比して必要な製造労力がより多くなるので、図２１の実施の形態の方が好ましいと考えている。
【０１４３】
排出マニホルドの別の代替実施の形態は、図２７の実施の形態から突起、及びその対応する磁石を省くことであろう。図２８に示すように上側突起５２２及び上側磁石６８を省き、下側突起及び磁石だけを残したこと以外は図２７に示す実施の形態と同一であるプロトタイプを試験した。このプロトタイプはプラズマが下側突起より下に伸びるのを成功裏に阻止したが、加工片における磁場が望ましくなく強くなるものと考えられる。しかしながら、この実施の形態は、加工片がイオン衝突または静電荷累積による破壊を過度に受けにくいような半導体製造プロセスに使用するには適していよう。
【０１４４】
より一般的に言えば、デフレクタ５２２、５１６は排出チャンネルの壁から伸びる１つまたはそれ以上の突起である必要はなく、排出ガス内に実質的な乱れを生じさせるのであればどのような構造であることもできる。前述したように、このような乱れは帯電粒子の再結合を助長し、乱れの下流のプラズマを消弧させるので、反応プロダクツは下流のポンピング成分８、１０９上にではなく、デフレクタ付近の表面上に堆積する。
【０１４５】
デフレクタ及び磁石システムは、たとえ好ましい実施の形態においては環状排出マニホルド内に取付けられているとしても、ポンピングチャンネル３２のような排出チャンネルの如何なる部分内にも取付けることができる。
【０１４６】
勿論、磁石システムと排出チャンネルの内部との間の材料は、磁場が排出ガスに達するのを阻止しないように非磁性であるべきである。前述したように、好ましい実施の形態では、磁石システムが取付けられている突起は、陽極酸化処理されたアルミニウムである。
【０１４７】
排出ガス流量をチャンバのどの方位においても等しくするために、ポンピングチャンネルの方位に近い排出マニホルドの半径方向幅を僅かに減少させ、また反対方位に近い、即ち、ポンピングチャンネルから１８０°離れた方位に近いその半径方向幅を僅かに増加させることが好ましい。
【０１４８】
磁場の方向は、本発明の動作に影響を与えることなく反転させることができる。従って、Ｎ極及びＳ極に関する全ての極性を交換することができる。
【０１４９】
図示したプラズマチャンバは、それが単一の円形半導体ウェーハを処理することを意図しているので、円形対称を有している。複数の基体または矩形基体を処理するためのチャンバのような、他のジオメトリを有するプラズマチャンバにおいては、デフレクタ及び磁石システムのような本発明の成分も矩形またはより複雑なジオメトリを有することが予測される。本明細書に使用されている用語“環状（の）”は、円形の内縁及び外縁を有する形状を記述することに制限することを意図しておらず、矩形及びより複雑な形状をも包含するものである。
【０１５０】
ＶＩ．本発明による他のチャンバの実施の形態
図２８は、本発明の改良された実施の形態を有する容量性に結合され、磁気増強された反応性イオンエッチング（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈ： ＭＥＲＩＥ）チャンバの断面図である。図２８は、図１の処理システム５０と同じシステムを有するエッチング処理システム２８００の概略図である。このエッチング処理システム２８００は、ＭＥＲＩＥチャンバ２８５０を有する。ＭＥＲＩＥチャンバ２８５０は、多くの電磁石対を含んでいて、上述されたチャンバ１００と同様である。例えば、４つの電磁石２８１０、２８１２、２８１４及び２８１６がほぼ矩形のアレイ状に、それぞれチャンバ側壁１０６の壁に取り付けられ、その各々は、適した電源２８３０、２８３２、２８３４及び２８３６を有している。明瞭にするために、電磁石２８１０と２８１２及びそれぞれの電源２８３０と２８３２のみが図２８に示されている。コントローラ１４０の制御の下で、コイル対２８１０と２８１２、及び２８１４と２８１６は、協働して、階段状にされるか、またはウエハ１０の周りで回転される準スタティックな、多方向磁界を提供する。電磁石２８１０、２８１２、２８１４及び２８１６は、約０ガウスから約１５０ガウスまでの大きさを有する制御可能な磁界を生成する。また、磁界の大きさは、エッチング速度を選択し、またイオン衝突を変えるために調整することができる。ＭＥＲＩＥチャンバ動作の詳細は、米国特許第４，８４２，６８３号の“磁界増強されたプラズマエッチングリアクター”に開示されている。
【０１５１】
図２８は、また、下部の突起５１６のみを有する第２のライナー１１８の他の実施の形態を示す。磁界閉じ込めシステム５２が下部の突起５１６に配置されている。この磁界閉じ込めシステム５２が図示されているけれども、“磁界閉じ込め”の項における上述の磁界閉じ込めシステムのいずれもライナー１１８の単一突起の実施の形態に使用するために変更することができる。
【０１５２】
図２９は、本発明の実施の形態を有する他の形式のエッチングチャンバの断面図である。図２９は、エッチング処理チャンバ２９５０を有するエッチング処理システム２９００を図示している。この処理システム２９００は、追加の第２のＲＦ発生器２９１０とインピーダンス整合回路２９１５を有していて、図１の処理チャンバ５０と同様である。処理チャンバ２９５０は、追加の平行板２９２０を有していて、処理チャンバ１００と同様である。動作では、ＲＦ発生器１５０からのＲＦ信号が、コントローラ１４０の制御の下で、それぞれインピーダンス整合回路１５１と２９１５を介して、それぞれ電極１０５と平行板電極２９２０へ与えられる。１つの実施の形態では、ＲＦ発生器１５０と２９１０は、同じ周波数のＲＦ信号を発生する。他の１つの実施の形態では、ＲＦ発生器１５０と２９２０は、異なる周波数のＲＦ信号を発生する。
【０１５３】
図３０は、本発明の実施の形態を組み込んだ他の処理チャンバの断面図である。図３０は、磁気的に増強されたエッチングチャンバ３０５０を有するエッチング処理システム３０００を示す。処理チャンバ３０００は、磁界発生機構３０１０を動作する追加のコントローラ１４０を有していて、処理チャンバ５０と同様である。処理チャンバ３０５０は、追加の磁界発生機構３０１０を有していて、処理チャンバ１００と同様である。この磁界発生機構３０１０は、プロセスチャンバ３０５０の円筒状の壁１０６の外周面上に配置される。磁界発生機構３０１０は、ウエハ１０の上面に平行な磁界の発生を可能にする所定の極を有する複数の円周状に配置された永久磁石、及び処理チャンバ３０５０の周りに磁石を回転するための駆動機構を有する。磁界発生機構３０１０は回転磁界を発生し、その回転磁界は処理空間領域において、処理チャンバ３０５０の、またはウエハ１０の垂直中心軸の周りを回転する。磁界発生器項に関する追加の詳細は、例えば、米国特許第５，９８０，６８７号に開示されている。
【０１５４】
図３１は、本発明の実施の形態を組み込んだ他の処理チャンバの断面図である。図３１は、エッチングチャンバ３１５０を有するエッチング処理システム３１００を示す。処理システム３１００は、コントローラ１４０によって動作される追加の第２のＲＦ発生器３１１０とインピーダンス整合回路３１０５を有していて、処理システム５０と同様である。処理チャンバ３０５０は、蓋１０２に対して追加の変更を有していて、プロセスチャンバ１００と同様であり、蓋に取り付けられ、ＲＦ発生器２１１０からのＲＦ電力を処理空間１１２へ結合するための誘導性部材として動くアンテナを収容する。インピーダンス整合回路３１０５は、発生器３１１０からのＲＦ信号をアンテナ３１１５へ結合する。ノズル３５０は、蓋１０２の周辺に配置され、アンテナから処理空間１１２に形成されるプラズマへＲＦエネルギーの効率的な誘導性結合を与える。図３１は、平らなコイル配置のアンテナを示す。アンテナ３１１５の他の配置、例えば、リング配置、スパイラル配置、積み重ね配置も可能であり、または更に、多くのアンテナセグメントが、ＲＦ発生器に結合された多くのアンテナセグメントの各アンテナセグメントとともに用いられる。
【０１５５】
図３２は、本発明を改良したエッチングチャンバの他の実施の形態の断面図である。図３２は、エッチングチャンバ３２５０を有するエッチング処理システム３２０を示す。処理システム３２００は、追加の第２のＲＦ発生器３２０４とインピーダンス整合回路３２０６を有していて、図１の処理システム５０と同様である。エッチングチャンバ３２５０は、追加の平らな誘導性コイル６０２と注入ノズル３５０に代えてシャワーヘッド型のガス注入システムを有していて、エッチングチャンバ１００と同様である。エッチングチャンバ３２５０は、上述の方法で、チャンバのライナー１０４の温度を調整する温度制御されるチャンバライナー１０４を有している。チャンバ３２５０は、チャンバ壁１０６とチャンバの底部１０８と共に、処理空間１１０を規定する蓋アッセンブリ３２０８を有する。シャワーヘッド３２１２は、この蓋アッセンブリ３２０８の下に配置される。ガスパネル１０５からのプロセスガス及び他のガスは、蓋アッセンブリ３２０８内の通路を通り、シャワーヘッド３２１２にある多数の孔を介してチャンバボリュームに分散される。第１のライナー１１８と第２のライナー１３４と共に示されているけれども、エッチングチャンバ３２５０は、第１及び第２のライナー１１８と１３４の一方または双方を含む。エッチングチャンバ３２５０は、また、そこに配置された磁界システム５０を有する単一の突起５１６のみを有するライナ１１８を示す。
【０１５６】
ＶＩＩ．チャンバプロセスウインドウ及び代表的な、クリティカルな誘電体エッチングプロセス
本発明の改良の実施の形態は、拡大された誘電体エッチング処理能力を提供する。いろいろな改良を組合せることによって可能とされる誘電体エッチングウインドウは、従来のエッチングチャンバによって可能にされる誘電体エッチングウインドウより優れている。
【０１５７】
例えば、図２８のＭＥＲＩＥチャンバ２８００のような、本発明の実施の形態を有する磁気的に増強された反応性イオンエッチングチャンバは、従来のＭＥＲＩＥリアクターより幾つかの処理上の利点を有する。誘電体エッチング処理がポリマー副産物を生成することは一般的でなくはないので、本発明の幾つかの特徴は、協同して改善されたポリマーの付着制御を提供する。
【０１５８】
第１に、壁及びカソード上の直接の温度制御ライナーは、プラズマの繰返し（プラズマサイクリング）によって生じた加熱効果を最小にするのに役立つ。プラズマが、処理中にチャンバの一部を加熱するとき、プラズマサイクリングが生じる。ポリマーの付着は、一般に温度の増加と共に減少する。結果として、プラズマサイクリングによって加熱されたこれらの領域は、薄片を落とし、粒子の汚染を生じる傾向にあるポリマー堆積を有する可能性がある。ライナーの温度を制御して、均一に減少することによって、ライナーへのポリマー副産物の付着が改善され、それによって、ポリマー副産物が落下し、粒子を形成する可能性を減少する。
【０１５９】
第２に、最小化された大きさのガス入口ノズル３５０の使用は、副産物がノズル開口上に形成するか、付着する可能性を減少する温度まで、ノズルがプラズマによって加熱されるのを保証する。最小化された大きさのガス入口ノズル３５０の他の利点は、ガス入口の小さなノズル面積のために、プラズマ及び副産物の殆どが温度制御された蓋に接触することである。温度制御されたライナーと接触する副産物のように、温度制御された蓋と接触する副産物は、温度制御された蓋に優先的に堆積、付着し、そしてプラズマ加熱された最小の大きさのガス分配ノズル上には付着しない。
【０１６０】
第３に、カソードと壁の温度制御されたライナー及び温度制御された蓋は、更に、第ＩＶ章において上述された特徴のような表面組織の特徴を組みこむことによってさらに副産物の付着を改善する。したがって、最小のガス入口と共に、温度制御された壁とカソードのライナ、及び温度制御された蓋の組合せは、殆どのプラズマ処理領域が好ましくは、高い付着組織を有する温度制御された表面を有することを保証する。
【０１６１】
本発明の実施の形態を有する処理チャンバは、約１２０ガウス程度及び約２５００ワットまでのＲＦエネルギーの高い磁界を用いて、誘電体のエッチング処理を可能にする。例えば、約２５０００ｃｃのような高いチャンバボリュームを有する実施の形態及び例えば、約１６００リットル／秒（ｌ／ｓ）から約２０００リットル／秒のポンピング速度を有するポンプシステムのような高い能力の真空ポンプシステムは、従来の磁気増強された反応性イオンエッチング処理リアクターにおいては利用できない高いガス流量−低いチャンバ圧力処理体制を可能にする。高いポンピング速度の１つの利点は、反応種の形成と滞留時間を制御する改良された能力である。滞留時間は、プラズマに生じる反応性ガスの解離の量に直接関連する。ガス分子が長くプラズマに曝されるほど、そのガス分子の解離は続く可能性が大きい。従って、本発明の実施の形態を有するエッチング処理チャンバは、改善された滞留時間の制御を可能にすることによって望ましいプラズマガスの混合物を提供する。
【０１６２】
誘電体エッチングプロセスのためＣ４Ｆ６の使用に関する試みが前になされ報告されている。しかし、これらの報告は、Ｃ４Ｆ６を用いる誘電体エッチングに対して、特に、Ｃ４Ｆ６、例えばヘキサフルオロ−１，３−ブタジエン（ＣＦ２＝ＣＦＣＦ＝ＣＦ２）のライナー形式に対して、平行板リアクター、例えば本発明のリアクターを用いることから離れて教示している。さらに、本発明の最良の知識に対して、報告された試みは製造ラインへ首尾よく移されていない。
【０１６３】
例えば、Ｙａｎａｇｉｄａは、米国特許第５，３３８，３９９号において、ライナー（Ｃ４Ｆ６）以外の鎖状のヘキサフルオロしクロブテン（ｃ−Ｃ４Ｆ６）の使用を開示している。一方、米国特許第５，３６６，５９０号において、Ｋａｄａｍｕｒａは、鎖状のＣ４Ｆ６の何れかのライナーを用いることができることを示唆しているが、例えば、ＥＣＲプラズマ源、誘導性に結合されたプラズマ源、またはトランス結合されたプラズマ源を用いて発生される高密度プラズマはいずれかのガスと共に用いられなけばならないことを示唆している。同様に、特開平９−１９１００２号公報において、Ｆｕｋｕｄａは、ＥＣＲプラズマ源を用いて発生された高密度プラズマを用いる、ライナーＣ４Ｆ６を用いる彼の研究を開示している。Ｃｈａｔｔｅｒｊｅｅ他は、誘導性に結合されたプラズマ源を用いて発生された高密度プラズマを用いる、ヘキサフルオロ−２−ブチン及びヘキサフルオロ−１，３−ブタジエンを用いる彼の研究を報告している。誘電体エッチング応用のための不飽和のフルオロカーボンの評価がＲｉｔｗｉｋ Ｃｈａｔｔｅｒｊｅｅ， Ｓｉｍｏｎ Ｋａｒｅｃｋｉ， Ｌａｕｒａ Ｐｒｕｅｔｔｅ， Ｒａｆａｅｌ Ｒｅｉｆによって、Ｐｒｏｃ， Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． ＰＶ ９９−３０（１９９９）でなされている。 したがって、従来技術は、フルオロカーボン−１，３−ブタジエンのようなライナーＣ４Ｆ６を用いて、受け入れ可能なエッチング結果を得るために、高密度プラズマが用いられ、容量性に結合されたプラズマ源を用いて達成される低または中間密度のプラズマは用いられるべきでないことを教示している。
【０１６４】
しかし、本願の発明者は、本発明の容量性に結合されたプラズマ源において、ライナーＣ４Ｆ６を用いるエッチングの賞賛すべき結果を示した。本願の発明者は、高密度プラズマチャンバによって生成された高エネルギーは、ライナーＣ４Ｆ６の過剰な解離を生じると考えている。したがって、彼等は、分子の解離を制限するように、容量性に結合されたチャンバを用いて、改善された結果を得ることができると考えている。また、本発明者は、本発明のエッチングチャンバによって可能にされる高いポンピング能力を用いることによって、さらに解離を制限している。
【０１６５】
理論によって縛られるのを望まないけれども、エッチャントガス、例えば、リニアーＣ４Ｆ６が処理チャンバのプラズマ領域に入り、プラズマに曝されるにしたがって、それは、小さな部分に分解、または分離すると考えられる。一般に、フルオロカーボンのプロセスガスに対して、短い滞留時間は、望ましいフルオロカーボンのラジカルＣＦｘ＊の割合を増加する能力を与えるが、一方、長い滞留時間はフッ素のラジカルＦ＊の割合を増加する。フッ素ラジカルの生成が多すぎると、ホトレジストの選択度及び／または側壁プロフィールの制御を低下する。出願人は、ホトレジストの選択度が一般に約７０ｍｓより少なく、好ましくは約５０ｍｓより滞留時間で改善されることを発見した。出願人は、酸化物のエッチング速度が約４０ｍｓより少ない滞留時間で改善されることを発見した。この滞留時間は、本発明の処理リアクターによって可能にされ、容量性に結合されたＲＩＥモードにおいてリニアーＣ４Ｆ６を用いてエッチングを可能にする。
【０１６６】
ガス混合物のラジカル形成の程度を制御する有用な、他の方法は、不活性ガスを反応性ガスの混合物へ入れることによる。反応性ガス混合物における不活性ガスの量を増加することは、反応性ガス／不活性ガスの混合物がプラズマに曝されると、反応性ガスから形成されるラジカルの量を減少すると考えられる。不活性ガスと反応性ガスの比は約５：１から約２０：１までが好ましい。約１２：１から約１６：１の間の不活性ガスと反応性ガスの比を有する約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍまでの全流量がより好適である。
【０１６７】
本発明の実施の形態を有する誘電体エッチングチャンバは、２５００ワットまでのＲＦ電力、約０から１５０ガウスまでの磁界、４０ｓｃｃｍから１０００ｓｃｃｍまでの全ガス流量、約２０ミリトルから約２５０ミリトルまでのチャンバ圧力、及び約２０℃から約５０℃までのライナー温度を有する誘電体エッチングウインドウを可能にする。図３３〜図３８に関して以下に述べるように、本発明の実施の形態を有するエッチングリアクターによって可能にされる拡大されたプロセスウインドウは、広くいろいろな、クリティカルな誘電体及び酸化物のエッチング応用に対して、改善された誘電体エッチングプロセス性能、信頼性及びプロセスチュウニング用途を提供する。
【０１６８】
代表的な自己整合コンタクトフィーチャーが図３３Ａと図３３Ｂに示されているが、これらの図は大きさを示すものではない。図３３Ａは、エッチング前の自己整合コンタクト構造３３００を表し、図３３Ｂは、エッチング後の自己整合コンタクト構造３３０５を表している。双方の自己整合コンタクト構造３３００と３３０５は、シリコン基板３３１０上に形成される。一般に、ワードライン３３１５は、酸化物層３３１６、ＷＳｉｘ層３３１７、及びポリシリコン層３３１８を有している。ワードライン３３１５は、一般に窒化シリコンから形成されるライナー層３３２０によって覆われる。代表的なビットライン領域３３２５は隣接するワードライン３３１５間に示されている。誘電体層３３３０はライナー層３３２０上に形成され、一般に二酸化シリコン、例えばＯ３−ＴＥＯＳベースのプロセスから形成される酸化物層から形成される。代わりに、誘電体層３３３０は例えばホウ素とリンがドープされたシリコンガラス（ＢＰＳＧ）のようなドープされたシリコン酸化物の膜から形成されても良い。自己整合コンタクトフィーチャ３３００は、他の層を含むことができ、例えば、非反射性のコーティングがパターン層３３３５と誘電体層３３３０の間に利用されても良い。
【０１６９】
マスクパターン３３３５が図３３Ａのエッチング前の自己整合コンタクトフィーチャ３３００にも示されている。自己整合コンタクトフィーチャ３３００が好適なエッチングプロセスに曝されると、誘電体層３３３０はエッチングされ、それによってマスク層３３３５のパターンを誘電体層へ移す。図３３Ｂに示されるように、コンタクト領域３３２５に隣接する誘電体層３３３０の一部が除かれると、コンタクト領域３３４０が形成される。
【０１７０】
自己整合コンタクト構造３３００と３３０５の正確な大きさは、多くの理由、例えば設計ルールやコンタクト領域３３４０の限られた大きさに対するデバイス応用に依存して変わる。例えば、図示するために、自己整合コンタクト構造３３００は、約６０００Åの全誘電体層３３００の厚さ、約６５０Åのライナー層３３２０の厚さ、及び約０．２５ミクロンのパターン開口を有する約７０００Åより大きなマスク層３３３５の厚さを有する０．２５ミクロンの設計ルールデバイスであるが、これに限定されない。本発明によって可能にされる自己整合コンタクトエッチングプロセスは、約０．２５ミクロンより小さな臨界的な大きさを伴う設計ルール、好ましくは、約０．１ミクロンと約０．１８ミクロン以下の間の臨界寸法を有する自己整合コンタクトをエッチングすることができる。
【０１７１】
自己整合コンタクトフィーチャのエッチングは、ワードラインの側壁におけるエッチング停止または残留酸化物を避ける必要性のために、部分的なクリティカルな誘電体エッチング応用である。更に、好適な自己整合コンタクトエッチングプロセスは、窒化物の肩３３４５に対しての選択度を最大にしなければならない。恐らく、窒化物の肩の選択度は、約２０：１より大きい。
【０１７２】
好適な自己整合コンタクトエッチングプロセス化学は、フルオロカーボン、酸素含有ガス、及び不活性ガスを有し、全体のガス流量は約７００ｓｃｃｍより大きく、不活性ガスは全ガス流量の約９７％より多くを含んでいる。反応性ガスの比は、不活性ガスの流量と反応性ガスの流量の比を言う。この例では、反応性ガスの比は、不活性ガスの流速と、フルオロカーボンガスと酸素含有ガスの組み合わせガスの流速の比である。好適な自己整合コンタクトエッチングプロセスは、約１２：１から約１６：１までの反応性ガスの比、好ましくは、１４．５：１の反応性ガスの比を有する。特定の実施の形態では、フルオロカーボンガスの流速と酸素含有ガスの流速の比は、約１．５：１〜約２：１である。チャンバ圧力は約３０ミリトルから約４０ミリトルまでに保たれ、ＲＦ電力は約１８００ワット〜約２０００ワットに保たれ、磁界は約５０ガウスであり、そしてエッチングチャンバは約１６００リットル／秒〜約２０００リットル／秒の速度で排気される。特定の好適な実施の形態では、エッチングチャンバは、一秒当たり約４８チャンバボリュームから約８０チャンバボリュームの速度で排気される。他の好適な実施の形態では、基板支持、すなわちカソードは約１５℃〜約２０℃に保たれ、一方壁の温度、または好ましくは基板に隣接した温度制御されたライナーは約５０℃に保たれる。特定の、好適な実施の形態では、フルオロカーボンガスはＣ４Ｆ６であり、酸素含有ガスはＯ２であり、そして不活性ガスはＡｒである。
【０１７３】
代表的な高圧ペクト比の誘電体エッチングプロセスは、図３４Ａと図３４Ｂを参照して説明される。図３４Ａは、エッチング前の高アスペクト比の構造３４００を示し、図３４Ｂはエッチング後の高アスペクト比の構造３４０５を示す。これらの構造３４００及び３４０５はいずれも大きさを示すものではない。このコンテキストにおいて、高アスペクト比の誘電体エッチングプロセスは、約５：１より大きく６：１までのアスペクト比を有するエッチングフィーチャとして定義されるが、一方、非常に高いアスペクト比のプロセスは、約１０：１から約２０：１の範囲のアスペクト比を有するエッチングフィーチャとして定義される。例えば、図３４Ｂのフィーチャ３４３０のアスペクト比は誘電体層の厚さ３４２２とフィーチャの幅３４２６の比である。本発明の実施の形態を有する磁気増強された、反応性イオンエッチングチャンバは、高い、及び非常に高いアスペクト比のフィーチャの双方をエッチングすることができる。
【０１７４】
図３４Ａに戻って、シリコン基板３４１０上に形成された停止層３４１５を有する代表的なエッチング前の高いアスペクト比の構造３４００が示されている。厚さ３４２２を有する誘電体層３４２０はこの停止層３４１５上に形成される。マスク層３４２５が誘電体層３４２０上に形成される。停止層３４１５は、例えば窒化シリコンのような好適な停止層の材料から形成される。勿論、特定の形式の停止層の材料はデバイスの形式及び特定のデバイスの設計ルールに依存する。
図３４Ｂは、高いアスペクト比のフィーチャ３４３０を有するエッチング後の高いアスペクト比の構造３４０５を示す。高アスペクト比のフィーチャ３４３０は、マスク層３４２５のパターンを誘電体層３４２０に移すことによって誘電体層３４２０に形成される。マスク層３４２５のパターンは、以下に詳細に説明される本発明の実施の形態を有するエッチングプロセスリアクターにおいて、好適な高アスペクト比の誘電体のエッチングプロセスを行なうことによって誘電体層３４２０上に移される。特定のフィーチャの幅３４２６は、設計ルールに依存して変化し、一般にフィーチャの幅３４２６は、約０．２５μｍから約０．１μｍまで変わる。フィーチャの深さは、誘電体層３４２０の厚さに相当する。
【０１７５】
誘電体層の厚さ３４２２が増加するにしたがって、マスク層３４２５のホトレジスト材料に対する高いアスペクト比の誘電体エッチングプロセスの選択度は、非常にクリティカルになる。エッチング停止の可能性も、増加する誘電体層の厚さ３４２２と共に増加する。フィーチャの幅３４２６を小さくすることは、コンタクト３４３０の正しい側壁プロフィールを維持すための挑戦を行なうことである。曲り、すなわちコンタクト３４３０のリエントラント側壁プロフィールは、停止層３４１５に隣接するコンタクト３４３０の底部において受け入れられない小さな直径を導く。高アスペクト比のコンタクトエッチングは、フィーチャの幅を小さくすること、コンタクトの深さを増加すること、ホトレジストの材料に対する選択度及び側壁プロフィールの制御によって行なわれる挑戦のために、クリティカルな誘電体エッチングプロセスである。
【０１７６】
高アスペクト比のフィーチャエッチングは、例えばＢＰＳＧのようなドープされたシリコン酸化物を有する誘電体層３４２０によって複雑にされる。多層構造を形成する複数の誘電体材料を有する誘電体層３４２０は、高アスペクト比のフィーチャエッチングへの多くの挑戦を行なう。このような多層構造の一例は、例えば、積み重ねキャパシタのＤＲＡＭ構造の周辺領域において主に見られるフィーチャのような、異なった深さにある多くの中間停止層を有する誘電体層３４２０を有するフィーチャ構造である。
【０１７７】
高アスペクト比の構造３４００の正確な大きさは、例えばデバイス応用、及び特定デバイスの設計ルールのような多くの理由に依存して変化する。例えば、代表的な高アスペクト比の構造３４００は、約０．２５のマスクはば、約７０００Åのマスク層３４２５の厚さ、約１５０００Åの誘電体層の厚さおよび約５００Åの停止層３４１５の厚さを有することができる。上記の特定の大きさは図示のためであり、それに限定されないことを理解すべきである。本発明の実施の形態を有する磁気的に増強された反応性イオンエッチングチャンバは、約０．２５ミクロンから約０．１ミクロンまでのクリティカルな大きさ（すなわち、例えばコンタクト幅３４２６）を伴う、約５：１から約２０：１のアスペクト比及び非常に高いアスペクト比を有することができる。
【０１７８】
上記の挑戦を受ける好適な高アスペクト比の誘電体フィーチャエッチングプロセスは、約１００ガウスまでの高い磁界、約２０００ワットまでの高いＲＦ電力、及び約５００ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍ間の高い不活性ガスの流量を有する。増大された磁界は、マスク層においてホトマスクの材料に対する増大した選択度を提供し、側壁の曲がりの可能性を減少する。増大した不活性ガスの流量は反応性ガスの希釈の広い範囲を提供し、それによりホトレジストの選択度を更に改善する反応種の形成と滞留時間を減少する。更に、滞留時間と反応性種の形成の制御をさらに改善するために、自己整合コンタクトエッチングに関して上述した本発明の増大したポンプ速度も、高アスペクト比のエッチングに用いることができる。
好適な高アスペクト比の誘電体エッチングプロセスは、フルオロカーボン、酸素含有ガス及び不活性ガスを含む。ここで、全体のガス流量は約７００ｓｃｃｍより多く、不活性ガスは全体のガス流量の約９０％より多くを含む。好適な高アスペクト比の誘電体エッチングプロセスは、約１０：１から約１５：１までの反応性ガス比を有する。特定の実施の形態では、フルオロカーボンの流速と酸素含有ガスの流速の比は、約１．５：１である。特定の実施の形態では、エッチングのために用いられるガス混合物は、全体のガス流量の約３％から約６％までを与えるフルオロカーボンガスの流量、全体のガス流量の約１％から約４％までを含む酸素含有ガス、及び全体のガス混合物の流量の９０％より多くを構成する不活性ガスを含む。
【０１７９】
特定の実施の形態では、チャンバ圧力は約２０ミリトル〜約６０ミリトルに保たれ、ＲＦ電力は約１０００ワット〜約２０００ワットであり、磁界は約１００ガウスに保たれ、且つエッチングチャンバは１秒当たり約４８チャンバボリューム〜約８０チャンバボリュームの速度で排気される。他の好適な実施の形態では、基板支持体は約−２０℃に保たれ、一方、壁または直接温度制御ライナーは約１５℃に保たれるのが好ましい。特定の好適な実施の形態では、フルオロカーボンガスはＣ４Ｆ６であり、酸素含有合すはＯ２であり、そして不活性ガスはＡｒである。
【０１８０】
図３５Ａと図３５Ｂは、それぞれ事前及び事後の金属ビアエッチング構造３５００と３５０５を示す。一般に、金属ビアエッチングプロセスは、電子デバイスにおける金属層間の相互接続構造を形成するのに重要である。代表的には、金属ビアエッチング中に誘電体材料に形成されるビアは、後で、例えばアルミニュウムベースのメタライゼーション構造に一般に使用されるタングステンプラグのような金属によって充填される。好適な金属ビアエッチングプロセスは、バリア層３５１５に対して選択的であるか、或いは代わりに、下にある金属層３５１０に対して選択的である。
【０１８１】
図３５Ａは、金属層３５１０上に形成されたエッチング前の金属ビア充填構造３５００を表す。例えば、チタン及び窒化チタンを含む層のようなバリア層３５１５が金属層３５１０上に形成され、金属層３５１０から誘電体層３５２０を分離する。誘電体層３５２０は、一般にＴＥＯＳベースの二酸化シリコンであり、代わりにＨＤＰ−ＣＶＤ二酸化シリコンであっても良い。図３５Ａは、またマスク層３５３０の下にある非反射性コーティング層３５２５の使用を示している。
誘電体層３５２０の厚さやコンタクトビア３５３５の幅のような金属ビアエッチング構造３５００と３５０５の特定の大きさは、ビア構造の形式及び特定のデバイスに使用された設計ルールに依存して変化する。例えば、０．２５ミクロンのフィーチャデバイスは、約５００Å厚で窒素化チタンから形成されたバリア層３５１５を伴う約１００００Å厚で、ＴＥＯＳから形成された誘電体層３５２０を有する。本発明の実施の形態を有するエッチングリアクターは、約０．２５ミクロンから約０．１ミクロンまでのクリティカルな大きさを有するコンタクトビア、及び約５：１までのアスペクト比を有するビアをエッチングすることができる。
【０１８２】
好適な金属ビアのエッチングガス混合物化学は、フルオロカーボンガス、酸素含有ガス及び不活性ガスを含み、全体のガス流量は、約５００ｓｃｃｍより少ない。特定の実施の形態では、不活性ガスの流速は、全体のガス混合物の流量の約８５％を与え、不活性ガスと反応性ガスの比（すなわち、不活性ガスの流量と、フルオロカーボンガス及び酸素含有ガスの組合された流量の比）は、約４：１と約６：１の間である。特定の好適な実施の形態では、フルオロカーボンガスは、全体のガス混合物の流量の約９．５％を与え、チャンバは約２０ミリトルに保たれ、ＲＦ電力は約１５００ワットであり、磁界は約５０ガウスであり、そして基板支持体と壁、すなわち好適には基板支持体に隣接した温度制御ライナーは約同じ温度に保たれる。
【０１８３】
他の実施の形態では、金属ビアのエッチングプロセス用のガス混合物は１：３のカーボンとフッ素の比を有する第１のフルオロカーボンガス、約２：１のカーボンとフッ素の比を有する第２フルオロカーボンガス、及び不活性ガスを有し、ガス混合物の全体のガス流量は約２００ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍである。特定の好適な実施の形態では、第１のフルオロカーボンガスは、ガス混合物の全流量の約１４％〜約１８％を含み、第２のフルオロカーボンガスは、ガス混合物の全流量の約１３％〜約１６％を含む。特定の好適な実施の形態では、第１のフルオロカーボンガスの流速と不活性ガスの流速の比、及び第２のフルオロカーボンの流速と不活性ガスの流速の比は、約０．２〜約０．２５である。他の特定の実施の形態では、第１のフルオロカーボンガスはＣ４Ｆ６であり、第２のフルオロカーボンガスはＣ４Ｆ８であり、不活性ガスはＡｒであり、チャンバは約２００ミリトル以下に保たれ、ＲＦ電力は約１８００ワットであり、磁界は約３０ガウスであり、そしてチャンバは１秒当たり約１６００リットルから約２０００リットルの間で排気される。
【０１８４】
図３６Ａと図３６Ｂは、マスク開口応用の代表的なフィーチャ構造を示す。図３６Ａと図３６Ｂは、大きさを示すために描かれたものではない。例えば、窒素化シリコンのような幾つかのマスク材料は、他のマスク材料以外をエッチングするのはかなり困難であり、“ハードマスク”と呼ばれる。図３６は事前のハードマスクのエッチング構造３６００を示す。ハードマスク層３６１５は広く、いろいろな他の層及び材料の上に形成されることができるけれども、図３６Ａ及び図３６Ｂは、例えば窒化シリコンのような好適なハードマスク材料から形成されるシリコン基板３６１０上に直接堆積されたハードマスク層３６１５を示す。窒化物のハードマスクは、例えば活性領域のハードマスクエッチングを含み、導体のハードマスクエッチングを行なう。図３６Ａは、ホトマスクパターン層３６２５の下にある非反射性のコーティング層３６２０の使用を示す。図３６Ｂは、本発明の実施の形態を有するエッチング処理チャンバにおいて行なわれる好適なハードマスクエッチングプロセスによってハードマスク層３６１５へ移される事後ハードマスクエッチング構造３６０５を示す。
【０１８５】
好適なハードマスク開口プロセス化学は、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガス及び酸素含有ガスを有するガス混合物を有し、このガス混合物の全ガス流量は約５０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである。特定の実施の形態では、ハイドロフルオロカーボンガスは、全体のガス混合物の流速の約半分以上を含み、酸素含有ガスの流速は全体のガス混合物の流速の約１５％以下を含む。他の特定の実施の形態では、ハイドロフルオロカーボンガスの流速とフルオロカーボンガスの流速の比は約１．５：１である。他の特定の実施の形態では、組合されたハイドロフルオロカーボンガスの流速とフルオロカーボンガスの流速、及び酸素含有ガスの流速の比は約５．５：１である。
【０１８６】
特定の実施の形態では、ハイドロフルオロカーボンガスはＣＨＦ３であり、フルオロカーボンガスはＣＦ４であり、酸素含有ガスはＯ２であり、プロセスチャンバの圧力は約２０ミリトル〜約８０ミリトルに保たれ、且つＲＦ電力は約５００ワットである。他の特定の実施の形態では、基板の支持体は、隣接した壁または好適には温度制御されたライナーの温度より約１５℃高く保たれる。
【０１８７】
図３７図Ａと図３７Ｂは、それぞれ、エッチング前のスペーサ構造３７００とエッチング後のスペーサ構造３７０５を示す。図３７図Ａと図３７Ｂは大きさを示すものではない。エッチング前のスペーサ構造３７００は、シリコン基板３７１０の上部で下層３７２０上に形成されたフィーチャ３７１５を示す。誘電体層３７２５がフィーチャ３７１５とシリコン基板３７１０の双方の上に形成される。図３７Ｂのエッチング後のスペーサ構造３７２５は、以下に詳細に説明されるように、好適なスペーサエッチングプロセスを行なった後に形成される。事後のスペースエッチング構造３７０５において、フィーチャ３７１５の上部を露出し、下層３７２０の殆どを除去するために、スペーサのフィーチャは誘電体層３７２５をエッチングすることによって形成される。代表的なスペーサ構造において、フィーチャ３７１５はポリシリコンから形成することができ、下層３７２０はに酸化シリコンから形成することができる。
【０１８８】
一般に、スペーサエッチングプロセスは、下層３７２０に対する選択度に基づいて２つのカテゴリーに分けることができる。例えば、上述の図示されたスペーサ構造では、スペーサエッチングプロセスは下にあるに酸化シリコンに対して選択性がある。代わりに、誘電体層３７２５と下にある層３７２０の双方の除去が必要であるなら、シリコン基板３７１０に達して停止する前に誘電体層３７２５と下にある層３７２０の双方をエッチングするために、シリコン基板３７１０に対して選択性のあるスペーサエッチングプロセスが用いられる。
【０１８９】
好適なスペーサエッチングプロセス化学を形成するために用いられるガス混合物は、ハイドロフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガス、酸素含有ガス、及び不活性ガスを有し、ガス混合物の全ガス流量は約５０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである。特定の実施の形態では、ハイドロフルオロカーボンガスの流量は、全体のガス流量の約４０％以上であり、酸素含有ガスは、全体のガス混合物の流量の約５％以下である。他の特定の実施の形態では、ハイドロフルオロカーボンの流量とフルオロカーボンの流量の比は約２．５：１である。更に、他の特定の実施の形態では、ハイドロフルオロカーボンガスとフルオロカーボンガスの組合せた流速と、不活性ガスの流速の比は、約１．７５：１である。
【０１９０】
特定の好適な実施の形態では、フルオロカーボンガスはＣＦ４であり、ハイドロフルオロカーボンガスはＣＨＦ３であり、酸素含有ガスはＯ２であり、不活性ガスはＡｒであり、エッチングチャンバの圧力は約２０ミリトルから約８０ミリトルまでの間に保たれ、ＲＦ電力は約４００ワットであり、そして基板支持体は、隣接する壁、または好適には隣接する直接温度制御されたライナーより約２５度高い温度に保たれる。
【０１９１】
図３８Ａと図３８Ｂは、デュアルダマシン（ｄｕａｌ ｄａｍａｓｃｅｎｅ）フィーチャをエッチングするための代表的な構造を示す。図３８Ａは、デュアルダマシン前の誘電体エッチング構造３８００を示し、図３８Ｂは、デュアルダマシン後の誘電体エッチング構造３８０５を示す。図３８Ａ及び図３８Ｂは大きさを示すものではない。
【０１９２】
図３８Ａは、例えば銅層３８１０のような金属層の上に形成された基本的なデュアルダマシン構造を示す。２つの誘電体層、すなわちトレンチ誘電体層３８３０とビア誘電体層３８２０は、以下に詳細に説明されるように、好適なデュアルダマシン誘電体エッチングプロセス中にエッチングされる。底部の窒化物層３８１５は、銅層３８１０をビア誘電体層３８２０から分離する。中間の窒化物層３８２５は、トレンチ誘電体層３８３０をビア誘電体層３８２０から分離する。幾つかのデュアルダマシンエッチングプロセスにおいて、中間の窒化物層３８２５は、トレンチ誘電体層３８３０をエッチングするための停止層として用いられ、底部の窒化物層３８１５は、ビア誘電体層３８２０をエッチングするための停止層として用いられる。図３８Ｂは、ビアフィーチャ及び配線（相互接続）フィーチャ３８５５を含むデュアルダマシン後のエッチング構造３８０５を示す。一般的には、ビアフィーチャ３８５０と配線フィーチャ３８５５は、続くメタライゼーションプロセスによって充填される。
【０１９３】
デュアルダマシンフィーチャを形成するために用いられる少なくとも３つの基本的なプロセスフロー、すなわち自己整合デュアルダマシンプロセス、トレンチの第１デュアルダマシンプロセス、ビアの第１デュアルダマシンプロセスがある。一般に、他の構造が用いられたり、また用いたりされ得るけれども、代表的なデュアルダマシンエッチングプロセスは、図３８Ａの構造３８００のようなエッチング前の構造で始まり、図３８Ｂに示されるビアフィーチャ３８５０及び配線フィーチャ３８５５を有する構造で終わる。
【０１９４】
自己整合デュアルダマシンプロセスにおいて、ビアパターンは、先ず中間の窒化物層３８２５を開けることによってエッチングされる。エッチング停止層３８２５として底部の窒化物層３８１５を用いる続くエッチングステップ中に、ビアフィーチャ３８５０と配線フィーチャ３８５５の双方が形成される。最後に、底部の窒化物層３８１５が除かれて、銅層３８１０を露出する。
【０１９５】
トレンチの第１デュアルダマシンプロセスにおいて、マスクパターン層３８３５が配線フィーチャ３８５５及びビアフィーチャ３８５０の上部３８６０のためのパターンを形成する。結果として生じる中間構造は配線３８５５とビアフィーチャ３８６０の上部を含む。その後、この中間構造は、パターン化され、エッチング停止層として底の３８１５の窒化物層を用いてビアフィーチャ３８６５の下部を形成するために、エッチングされる。その後、続くエッチングステップが底の窒化物層３８１５を除去し、銅層３８１０を露出するために用いられる。
【０１９６】
ビアの第１デュアルダマシンプロセスにおいて、ビアパターンがマスクパターン層３８３５によって形成される。このビアパターンは、続いて誘電体層３８３０と３８２０の双方へ及び中間の窒素化物層３８２５へ移される。このステップは、ビア構造３８５０の下部３８６５を含む中間構造を形成する。次に、トレンチマスクパターンがトレンチ、すなわち配線フィーチャ３８５５とコンタクトフィーチャ３８６０の上部をパターン化するために、この中間構造上に形成される。底の窒素化物層３８１５は、つづいて除去され、銅層３８１０を露出する。
デュアルダマシン構造３８００と３８０５の正確な大きさは、例えば、ダマシンプロセスのシーケンス形式及び特定デバイスの設計ルールのような多くの事柄に依存して変化する。特定の設計ルールはトレンチフィーチャ３８５５、ビアフィーチャ３８５０及びより重要には、コンタクト領域３８６５のクリティカルな大きさに対して大きさを決定する。本発明の実施の形態を有するエッチングプロセスチャンバは、約０．３ミクロン〜約０．２５ミクロンのクリティカルな大きさを有するデュアルダマシン構造、及び約０．１ミクロン〜約０．２のクリティカルな大きさを有する構造さえもエッチングすることができる。
【０１９７】
好適なデュアルダマシントレンチのエッチングプロセス化学は、約１：３のカーボンとフッ素の比を有するフルオロカーボンガス及びカーボンと酸素を含むガスを有する。好適な実施の形態では、ガス混合物の殆どが約２００ｓｃｃｍと約４００ｓｃｃｍの間にあるガス混合物の全流量を伴うカーボンと酸素を含むガスを有する。特定の好適な実施の形態では、ガス混合物の少なくとも約６０％が酸素とカーボンを含むガスを有する。他の特定の実施の形態では、酸素とカーボンを含むガスの流速とフルオロカーボンガスの流速の比は約１．６７：１である。更に、他の特定の好適な実施の形態では、フルオロカーボンガスはＣ２Ｆ６であり、酸素とカーボンを含むガスはＣＯであり、処理チャンバの圧力は約１００ミリトルと約２００ミリトルの間に保たれ、処理領域の磁界は約３０ガウスであり、そしてＲＦ電力は約１５００ワットである。
【０１９８】
デュアルダマシン構造が窒素化物停止層を有する他の実施の形態において、好適なデュアルダマシンエッチングプロセスは、約１：２のＣ：Ｆの比を有するポリマー化しているフルオロカーボン、酸素含有ガス、及び不活性ガスを有する。特定の好適な実施の形態では、不活性ガスは、全ガス混合物の流量の約９０％以上を含み、酸素含有ガスは、全ガス混合物の流量の約１％以下を含む。他の特定の好適な実施の形態では、不活性ガスの流量と、ポリマー化しているフルオロカーボンガスと酸素含有ガスの組合された流速の比は、約２０：１〜約２２：１である。特定の好適な実施の形態では、ポリマー化しているフルオロカーボンガスはＣ４Ｆ８であり、酸素含有ガスはＯ２であり、Ｃ４Ｆ８の流速とＯ２の流速の比は約３：１〜約４：１である。特定の好適な実施の形態では、ガス混合物はＣ４Ｆ８、Ｏ２およびＡｒを含む。ここで、Ａｒの流速は、全ガス混合物の流速の約９５％以上であり、Ｃ４Ｆ８の流速は全体のガス混合物の流速の約３％以上を含み、チャンバは約８０ミリトルに保たれ、ＲＦ電力レベルは約１８００ワットであり、処理領域の磁界は約２０ガウスであり、基板支持体は隣接する壁、好ましくは温度制御されたライナーの温度より約１０℃高く保たれる。
【０１９９】
１つの好適なデュアルダマシンのビアエッチング化学は、約２：３のＣ：Ｆの比を有するフルオロカーボンガス、酸素含有ガス、及び不活性ガスを含むがス混合物を有する。特定の好適な実施の形態では、エッチングチャンバは約３０ミリトルと約８０ミリトルの間に保たれ、全体のガス混合物の流速は約３００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍであり、不活性ガスの流速と、約２：３のＣ：Ｆの比を有するフルオロカーボンガスと酸素含有ガスの組合された流速の比は約５：１〜７：１、より好ましくは、約６：１である。特定の好適な実施の形態では、約２：３のＣ：Ｆの比を有するフルオロカーボンガスはＣ４Ｆ６であり、酸素含有ガスはＯ２であり、不活性ガスはＡｒであり、このＣ４Ｆ６は全体のガス混合物の流量の約５％から約９％を含み、不か性ガスの流量は全体のガス混合物の流量の約８０％以上を含み、チャンバは約５０ミリトルに保たれ、ＲＦ電力は約１８００ワットであり、そして処理領域の磁界は約５０ガウスである。
【０２００】
更に、他の実施の形態では、２−ステップデュアルダマシンのビアエッチングプロセスを用いることができる。好適な２（ツー）−ステップデュアルダマシンのビアエッチングプロセス化学は、ポリマー化しているフルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、酸素含有ガス、及び不活性ガスを含むがス混合物を有する。ここで、不活性ガスと、ポリマー化しているフルオロカーボンガス、フルオロカーボンガスと酸素含有ガスの組み合わせガスの流量の比は、約４：１〜約６：１であり、第２ステップに用いられるポリマー化しているフルオロカーボンガスは、第１ステップより大きい。好適な２−ステップのデュアルダマシンビアプロセスの特定の好適な実施の形態では、第１ステップのガス混合物は、約３％以下のポリマー化しているフルオロカーボンガス、約４％〜約５％の酸素含有ガス、約７％〜約９％のハイドロフルオロカーボンガス、及び８０％以上の不活性ガスを有し、一方、第２ステップのガス混合物は、約４％以上のポリマー化しているフルオロカーボンガス、約４％〜約５％の酸素含有ガス、約７％〜約８％のハイドロフロオロカーボンガス、及び約８０％以上の不活性ガスを有している。特定の好適な実施の形態では、第１ステップにおける全体のガス混合物の流速は、約５００ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍであり、圧力は約５０ミリトルであり、ＲＦ電力レベルは約２０００ワットであり、そして処理領域に加わる磁界は約１５ガウスである。他の特定の好適な実施の形態では、ポリマー化しているフルオロカーボンガスはＣ４Ｆ６であり、ハイドロフルオロカーボンガスはＣＨＦ３であり、酸素含有ガスはＯ２であり、そして不活性ガスはＡｒである。
【０２０１】
上述した他のエッチングプロセスチャンバの実施の形態の各々、及びクリティカルなエッチングプロセスは、本発明の高い排気ポンプ速度、及び減少された反応性種の滞留時間の制御の特徴を有していることを理解すべきである。
【０２０２】
用語“以下”、“以上”、“底（部）”、“上部”、“上”、“下”、“第１”、“第２”、及び他の位置の用語は図面における実施の形態に関して示され、処理システムの相対的向きに依存して変化することができる。
【０２０３】
さらに、特に請求項を含むこの明細書において、特に断らない限り、“ａ（一つの）”または“ｔｈｅ（その、この）”と共に“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、有する）”及びそれらの変化の使用は、参照された項目またはリストが少なくとも列挙された項目またはリストを含み、さらに複数の列挙された項目またはリストを含むことを意味する。
【０２０４】
本発明の教示を含む本発明の実施の形態がここに詳細に示され、また説明されたが、当業者は、本発明の教示を含み、本発明の精神から逸脱することなく、他の変更された実施の形態を容易に考えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
平行板半導体ウェーハ処理システムの断面概要図である。
【図２】
本発明による上側及び下側ライナーの実施の形態を示す半導体ウェーハ処理システムの断面概要図である。
【図３Ａ】
図２の第１のライナーを有する蓋アセンブリの平面図である。
【図３Ｂ】
別の蓋アセンブリの平面図である。
【図４】
図３Ａまたは３Ｂの何れかの蓋アセンブリの部分分解側面図である。
【図５】
図２の第２のライナーの平面図である。
【図６】
図５の第２のライナーの５−５矢視断面図である。
【図７】
ａ−ｆは、ガス入口の種々の実施の形態である。
【図８】
図２に対応する天井内面の平面図である。
【図９】
好ましいガス噴霧の渦巻きパターンを発生させる角度付きガス入口を有する本発明の個々のミニガス分配板の平面図である。
【図１０】
図９に対応する部分断面図である。
【図１１】
図４に対応する代替噴霧パターンを示す図である。
【図１２】
図２に対応する部分拡大断面図である。
【図１３】
方形突起からなるテクスチャが形成されている板の平面図である。
【図１４】
図１３の板の断面図である。
【図１５】
方形の凹みの側が斜角に形成されている、図１４の実施の形態の代替の断面図である。
【図１６】
凹みが半球形の形状である代替実施の形態の平面図である。
【図１７】
図１６の実施の形態の断面図である。
【図１８】
円筒形側壁ライナー内の一連の円周溝からなるテクスチャの斜視図である。
【図１９】
図１８のテクスチャの断面図である。
【図２０】
円周溝及び縦溝の両方を有する円筒形ライナーの斜視図である。
【図２１】
本発明による環状突起内に埋め込まれた環状のＵ字形磁石システムを有する排出マニホルドを有するプラズマエッチングチャンバの断面図である。
【図２２】
図２１のチャンバ内の磁石システム及び環状突起の詳細図である。
【図２３】
半径方向外向きの磁極片を有する環状Ｕ字形磁石システムの斜視図である。
【図２４】
図２３の実施の形態に対して磁石及び磁極片が入れ替えられている磁石システムの斜視図である。
【図２５】
半径方向内向きの磁極片を有する環状Ｕ字形磁石システムの斜視図である。
【図２６】
図２５の実施の形態に対して磁石及び磁極片が入れ替えられている磁石システムの斜視図である。
【図２７】
本発明による２つの環状突起内にそれぞれ埋め込まれている２つの環状磁石を有する排出マニホルドの詳細断面図である。
【図２８】
容量的に結合され、磁気的に強化された反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）処理システムにおける本発明の代替実施の形態の概要を示す部分断面図である。
【図２９】
平行板エッチング処理システムにおける本発明の代替実施の形態の概要を示す部分断面図である。
【図３０】
容量的に結合され、回転磁場によって磁気的に強化された反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）処理システムにおける本発明の代替実施の形態の概要を示す部分断面図である。
【図３１】
ＲＦ駆動された誘導性部材を有するエッチング処理システムにおける本発明の代替実施の形態の概要を示す部分断面図である。
【図３２】
シャワーヘッドガス分配システム及び誘導コイルを有するチャンバライナーを有する別の半導体ウェーハ処理システムの概要を示す部分断面図である。
【図３３】
Ａ及びＢは、代表的なセルフアラインドコンタクトフィーチャの断面図である。
【図３４】
Ａ及びＢは、代表的な高アスペクト比コンタクトフィーチャの断面図である。
【図３５】
Ａ及びＢは、代表的なバイアフィーチャの断面図である。
【図３６】
Ａ及びＢは、代表的なマスクオープンフィーチャの断面図である。
【図３７】
Ａ及びＢは、代表的なスペーサーフィーチャの断面図である。
【図３８】
Ａ及びＢは、代表的なデュアルダマシーンフィーチャの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図２１】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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