(57)【要約】【課題】プラズマパラメータの改良型制御を行う誘電体エッチングチャンバ及び方法を提供する。【解決手段】プラズマチャンバは、プラズマとＲＦエネルギーを容量結合させる二重周波数バイアス源と、プラズマとＲＦエネルギーを誘導結合させる単一周波数源又は二重周波数源とを備える。誘導性ソースを変調してエッチングの均一性を改善することができる。【選択図】図１
2009010376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に誘電層を有する基板をエッチングするプラズマエッチング処理チャンバであって、
ａ）非導電性の側壁と、天井部と、ウェーハ支持デバイスを含む下蓋とを備え、前記天井部と前記ウェーハ支持デバイスとが並行板リアクタを画定するリアクタ容器と、
ｂ）プロセスガスから成るプラズマを発生させ維持するのに十分な周波数ωｐｄのＲＦエネルギーを前記支持デバイスに提供する第１のＲＦ電源と、
ｃ）前記プラズマ内で生成されるイオンの運動特性を制御するのに十分な周波数ωｉｏｎのＲＦエネルギーを前記支持デバイスに提供する第２のＲＦ電源と、
ｄ）前記リアクタ容器の前記非導電性の側壁の周りに位置する誘導巻線と、
ｅ）前記プラズマとそれ自体を誘導結合するＲＦエネルギーを前記誘導巻線に提供する第３のＲＦ電源と
を備えるプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項２】
前記第３のＲＦ電源は、周波数ωｉｃｐ＜ωｉｏｎのＲＦエネルギーを前記誘導巻線に提供する、請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項３】
前記第３の電力を変調し、それによって振幅、幅、及びパルス間間隔が選択可能なパルスを出力する変調装置を更に備える請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項４】
前記誘導巻線は、前記側壁の周りに軸方向に分配される、請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項５】
前記誘導巻線は、第１のコイルと第２のコイルとを含む、請求項４に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項６】
前記第３のＲＦ電源は、前記第１のコイルと電力を結合させる第１の電源と、前記第２のコイルと電力を結合させる第２の電源とを含む、請求項５に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項７】
前記第１の電源及び前記第２の電源の周波数はそれぞれ２ＭＨｚ未満であり、前記第１の電源と前記第２の電源のうちの一方の周波数は他方の周波数の約半分である、請求項６に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項８】
前記第１の電源及び前記第２の電源の周波数はそれぞれ２ＭＨｚ未満であり、前記第１の電源及び前記第２の電源の周波数は等しい、請求項６に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項９】
前記側壁は、垂直部分と水平部分とを備え、前記第１のコイルは、前記垂直部分の周りに垂直方向に巻装され、前記第２のコイルは、前記水平部分の周りに水平方向に巻装される、請求項５に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項１０】
前記第１のＲＦ電源は、１０ＭＨｚ超の周波数のＲＦエネルギーを提供し、前記第２のＲＦ電源は、１０ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供し、前記第３のＲＦ電源は、２ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供する、請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項１１】
前記第１のＲＦ電源は、１５ＭＨｚ超の周波数のＲＦエネルギーを提供し、前記第２のＲＦ電源は、１５ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供し、前記第３のＲＦ電源は、２ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供する、請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項１２】
前記第１のＲＦ電源は、約６０ＭＨｚの周波数のＲＦエネルギーを提供し、前記第２のＲＦ電源は、約２ＭＨｚの周波数のＲＦエネルギーを提供し、前記第３のＲＦ電源は、１ＭＨｚ以下の周波数のＲＦエネルギーを提供する、請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項１３】
プラズマが排気マニホールドに入ることを防ぐバッフルを更に備える請求項１に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項１４】
前記第３のＲＦ電源と、前記第１のコイルと、前記第２のコイルとの間で結合されたスイッチング回路を更に備える請求項５に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項１５】
前記スイッチング回路は、前記第３のＲＦ電源から前記第１のコイルに印加されるＲＦ電力と前記第２のコイルに印加されるＲＦ電力との電力比を制御する、請求項１４に記載のプラズマエッチング処理チャンバ。
【請求項１６】
プラズマリアクタを操作する方法であって、
ａ．前記リアクタにワークを投入するステップと、
ｂ．前記リアクタにプロセスガスを投入するステップと、
ｃ．前記リアクタ内のプロセスプラズマを発生させ維持するための高周波ＲＦエネルギーを前記リアクタと容量結合させるステップと、
ｄ．前記プラズマ内のイオンのイオンエネルギーを制御するための低周波ＲＦエネルギーを前記リアクタと容量結合させるステップと、
ｅ．前記プラズマ内の中性粒子束を制御するためのＲＦエネルギーを前記リアクタと誘導結合させるステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記ステップｄの低周波ＲＦエネルギーを変調して変調誘導結合を生成するステップを更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップｄの低周波ＲＦエネルギーを誘導結合させる前記処理は、第１のコイルに第１の周波数のエネルギーを供給するステップと、第２のコイルに第２の周波数のエネルギーを供給するステップとを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の周波数は前記第２の周波数の約半分である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の周波数と前記第２の周波数とはほぼ同じ周波数である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ｆ．前記リアクタから前記ワークを取り外すステップと、
ｇ．プラズマを点火して前記リアクタから残留物を取り除くために、前記ステップｄの低周波ＲＦエネルギーを前記リアクタと誘導結合させるステップと
を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップｅは、前記低周波ＲＦエネルギーを変調して変調誘導結合を生成するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ステップｇの電力レベルは、前記ステップｅの電力レベルよりも高い、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマパラメータの独立制御を行うエッチングチャンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチングチャンバは、半導体の技術分野で長年利用されている。一般に、プラズマエッチングチャンバは、用途及びプラズマ源に応じて複数のタイプに分けることができる。用途に関しては、プラズマチャンバは、ポリシリコン及び金属をエッチングするのに使用される導電体エッチャー（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｅｔｃｈｅｒ）と、シリコン酸化膜、非ドープケイ酸ガラス（ｕｎｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ：ＵＳＧ）、ボロンリンケイ酸ガラス（ｂｏｒｏｎ‐ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ：ＢＰＳＧ）などの絶縁体のエッチングに使用される誘電体エッチャー（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｅｔｃｈｅｒ）とに分けられる。プラズマ源に関しては、本願に関する２つの主要なタイプとして、容量結合チャンバ及び誘導結合チャンバが挙げられる。よく知られているように、容量結合チャンバは、カソード及びアノードを使用してそれらの間にＲＦ電位を印加することによって構築される。一方、誘導結合チャンバでは、チャンバの上方又は周辺に位置するアンテナによってＲＦエネルギーがチャンバに結合される。
【０００３】
誘導結合チャンバは、高密度のプラズマを生成することができ、それによって高いエッチングレートが実現されるため、主に導体エッチングの用途で使用されている。一方、容量結合チャンバは、一般に低密度から中密度のプラズマを発生させるものであるが、選択度を高めることができ、それによってより低いエッチングレートが実現されるため、主に誘電体エッチングの用途で使用されている。
【０００４】
当技術分野では、これまで誘電体エッチングの一部の用途で誘導結合プラズマ源が使用されてきたが、高密度のプラズマ生成によって生じる課題を解決するための様々な解決策を開発する必要があった。即ち、誘導結合プラズマチャンバは、前駆ガス分子を小さい構成部分（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｃｙ）に分割する傾向がある。フッ素などの小イオンが大量に存在するとプラズマエッチングプロセスに悪影響が及ぶ。フッ素量を減少させるために、フッ素除去剤として働く過熱シリコン部品（ｈｅａｔｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｐａｒｔ）をチャンバ内で使用することが提案されている。また、アンテナのＲＦエネルギーをパルス化又は変調する別の提案もなされている。
【０００５】
当技術分野では、使用されるプラズマ源に関わらずプラズマパラメータの独立制御を可能にする手法が絶えず模索されている。例えば、誘導結合チャンバでは、あるＲＦ周波数をアンテナに印加してプラズマの生成及びイオン密度の制御が行われ、あるＲＦバイアス周波数をカソードに印加してイオンエネルギーの衝撃制御が行われる。このようにして、アンテナに印加されるエネルギーを使用してプラズマ密度を制御することが可能となり、カソードに印加されるエネルギーを使用してイオンエネルギーを制御することが可能となる。同様の機能を容量結合チャンバで実現するために、二重周波数容量結合チャンバが開発されている。そのようなチャンバでは、高周波ＲＦエネルギーを使用してプラズマ密度の制御が行われ、低周波ＲＦエネルギーを使用してイオンエネルギーの制御が行われる。
【０００６】
近年の半導体技術の進歩により、誘電体エッチング機能の要求が益々高まっている。こうした要求から、様々なプラズマパラメータの独立制御を改善する必要が生じている。これらの要求を満たすために、近年、容量結合チャンバの複数の周波数を使用して誘電体エッチングを行うことが提案されている。とりわけ、２つの異なる高周波ＲＦエネルギーを使用してプラズマ解離を制御し、より低い周波数を使用してイオンエネルギーを制御することが提案されている。
【０００７】
上記の従来技術の更なる情報は、例えば特許文献１〜４で確認することができる。
【特許文献１】米国特許第６，５８９，４３７号
【特許文献２】米国特許第７，１４４，５２１号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２６４２１８号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０１３３１６３号
【特許文献５】米国特許第７，１００，５３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このように提案される様々な解決策が存在する一方で、プラズマパラメータの優れた独立制御を実現する改良型エッチングチャンバがなおも必要とされている。現行のエッチングチャンバ技術で直面するいくつかの課題としては、ガス解離を独立して制御することができないこと、エッチングレートが高い場合は高い選択度を得ることができないこと、プラズマ密度が不十分である場合はプラズマチャンバの洗浄プロセスの実施が困難になること、低圧、例えば１０ｍＴｏｒｒ（約０．１３３Ｐａ）未満では動作することができないこと、シャワーヘッドなどのチャンバ部品では侵食率が高いことなどが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下の本発明の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を与えるために示されている。以下の概要は本発明の要素を網羅的に示したものではなく、したがって、本発明の重要な要素あるいは不可欠な要素を具体的に示すものでも本発明の範囲を定めるものでもない。以下の概要の主な目的は、後で示すより詳細な説明の序文として本発明のいくつかの概念を簡略化した形で提示することにある。
【００１０】
本発明の様々な態様は、プラズマを有効化する様々なパラメータを様々な形で制御することにより、プラズマエッチングの改良型制御を提供する。この改良型制御を実現するために、中性粒子束（ｎｅｕｔｒａｌｓ  ｆｌｕｘ）は、誘導結合プラズマ源を使用して制御され、物理スパッタ率及びイオン強化（ｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｅｄ）エッチング率は、第１の容量結合ソースによって制御され、イオン束（ｉｏｎ  ｆｌｕｘ）は、第１の容量結合ソースよりも高い周波数を有する第２の容量結合ソースによって制御される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、上部に誘電層を有する基板をエッチングするプラズマエッチング処理チャンバ（ｅｔｃｈ  ｐｌａｓｍａ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｃｈａｍｂｅｒ）であって、
ａ）非導電性の側壁と、天井部と、ウェーハ支持デバイスを含む下蓋とを備え、前記天井部と前記ウェーハ支持デバイスとが並行板リアクタ（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｌａｔｅ  ｒｅａｃｔｏｒ）を画定するリアクタ容器（ｒｅａｃｔｏｒ  ｖｅｓｓｅｌ）と、
ｂ）プロセスガスから成るプラズマを発生（ｉｎｉｔｉａｔｅ）させ維持するのに十分な周波数ωｐｄのＲＦエネルギーを前記支持デバイスに提供する第１のＲＦ電源と、
ｃ）前記プラズマ内で生成されるイオンの運動特性を制御するのに十分な周波数ωｉｏｎのＲＦエネルギーを前記支持デバイスに提供する第２のＲＦ電源と、
ｄ）前記リアクタ容器の前記非導電性の側壁の周りに位置する誘導巻線（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｗｉｎｄｉｎｇｓ）と、
ｅ）前記プラズマとそれ自体を誘導結合するＲＦエネルギーを前記誘導巻線に提供する第３のＲＦ電源と
を備えるプラズマエッチング処理チャンバが提供される。
【００１２】
前記第３のＲＦ電源は、周波数ωｉｃｐ＜ωｉｏｎのＲＦエネルギーを前記誘導巻線に提供することができる。前記プラズマエッチング処理チャンバは、前記第３の電力を変調し、それによって振幅、幅、及びパルス間間隔が選択可能なパルスを出力する変調装置を更に備えることができる。前記誘導巻線は、前記側壁の周りに軸方向に分配（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）することができる。前記誘導巻線は、第１のコイルと第２のコイルとを含むことができる。前記第３のＲＦ電源は、前記第１のコイルと電力を結合させる第１の電源と、前記第２のコイルと電力を結合させる第２の電源とを含むことができる。前記第１の電源及び前記第２の電源の周波数はそれぞれ２ＭＨｚ未満とすることができ、前記第１の電源と前記第２の電源のうちの一方の周波数は他方の周波数の約半分とすることができる。前記第１の電源及び前記第２の電源の周波数はそれぞれ２ＭＨｚ未満とすることができ、前記第１の電源及び前記第２の電源の周波数は等しい周波数とすることができる。前記側壁は、垂直部分と水平部分とを備えることができ、前記第１のコイルは、前記垂直部分の周りに垂直方向に巻装することができ、前記第２のコイルは、前記水平部分の周りに水平方向に巻装することができる。前記第１のＲＦ電源は、１０ＭＨｚ超の周波数のＲＦエネルギーを提供することができ、前記第２のＲＦ電源は、１０ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供することができ、前記第３のＲＦ電源は、２ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供することができる。前記第１のＲＦ電源は、１５ＭＨｚ超の周波数のＲＦエネルギーを提供することができ、前記第２のＲＦ電源は、１５ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供することができ、前記第３のＲＦ電源は、２ＭＨｚ未満の周波数のＲＦエネルギーを提供することができる。前記第１のＲＦ電源は、約６０ＭＨｚの周波数のＲＦエネルギーを提供することができ、前記第２のＲＦ電源は、約２ＭＨｚの周波数のＲＦエネルギーを提供することができ、前記第３のＲＦ電源は、１ＭＨｚ以下の周波数のＲＦエネルギーを提供することができる。前記プラズマエッチング処理チャンバは、プラズマが排気マニホールドに入ることを防ぐバッフルを更に備えることができる。前記プラズマエッチング処理チャンバは、前記第３のＲＦ電源と、前記第１のコイルと、前記第２のコイルとの間で結合されたスイッチング回路を更に備えることができる。前記スイッチング回路は、前記第３のＲＦ電源から前記第１のコイルに印加されるＲＦ電力と前記第２のコイルに印加されるＲＦ電力との電力比を制御することができる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、プラズマリアクタを操作する方法であって、
ａ．前記リアクタにワークを投入（ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ）するステップと、
ｂ．前記リアクタにプロセスガスを投入するステップと、
ｃ．前記リアクタ内のプロセスプラズマを発生させ維持するための高周波ＲＦエネルギーを前記リアクタと容量結合させるステップと、
ｄ．前記プラズマ内のイオンのイオンエネルギーを制御するための低周波ＲＦエネルギーを前記リアクタと容量結合させるステップと、
ｅ．前記プラズマ内の中性粒子束を制御するためのＲＦエネルギーを前記リアクタと誘導結合させるステップと
を含む方法が提供される。前記方法は、前記ステップｄの低周波ＲＦエネルギーを変調して変調誘導結合を生成するステップを更に含むことができる。前記ステップｄの低周波ＲＦエネルギーを誘導結合させる前記処理は、第１のコイルに第１の周波数のエネルギーを供給するステップと、第２のコイルに第２の周波数のエネルギーを供給するステップとを含むことができる。前記第１の周波数は、前記第２の周波数の約半分とすることができる。前記第１の周波数と前記第２の周波数とは、ほぼ同じ周波数とすることができる。前記方法は、
ｆ．前記リアクタから前記ワークを取り外すステップと、
ｇ．プラズマを点火して前記リアクタから残留物を取り除くために、前記ステップｄの低周波ＲＦエネルギーを前記リアクタと誘導結合させるステップと
を更に含むことができる。前記ステップｅは、前記低周波ＲＦエネルギーを変調して変調誘導結合を生成するステップを含むことができる。前記ステップｇの電力レベルは、前記ステップｅの電力レベルよりも高くすることができる。
【００１４】
本明細書に組み込まれその一部を構成する添付の図面には、本発明の諸実施形態が例示されている。これらの図面は、本明細書と併せて本発明の諸原理を説明し図示するために添付されている。各図面には、例示的な諸実施形態の主要な特徴が図解で示されている。各図面には、必ずしも実際の実施形態のすべての特徴が示されているわけではなく、図示の要素の相対的な寸法も必ずしも縮尺どおりに描かれてはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、ガス解離、プラズマ密度、及びイオンエネルギーの独立制御を可能にすることによって改良されたエッチングプロセスを可能にする、エッチングチャンバを提供する。本願の発明者らは、ある周波数で駆動される誘導結合アンテナと、二重周波数バイアスＲＦ電力とを組み合わせることによって、プラズマ処理パラメータの改良型制御が実現され得ることを発見した。更に、本発明者らは、アンテナに対する電力を変調することによって、改良型制御の能力が更に高められることも発見した。
【００１６】
式１は、エッチングレートと様々なプラズマ成分との関係を推定する方程式である。
【００１７】
ＥＲｇｒｏｓｓ＝ｋ０Гｅｘｐ（−Ｅａ／ｋＴ）＋Ｙｐ（１−Θ）Г＋＋
ＹＩＥΘГ＋  …（１） 
【００１８】
上式で、ｋ０及びＥａは自発性化学エッチングのレートに関するパラメータであり、Гは中性粒子束であり、Ｙｐは物理スパッタ率であり、Θは反応種（ｒｅａｃｔａｎｔ  ｓｐｅｃｉｅｓ）によって占有される表面領域の部分であり、Г＋はイオン束であり、ＹＩＥは表面が反応種で飽和されている間のイオン強化エッチング率である。第１項ｋ０Гｅｘｐ（−Ｅａ／ｋＴ）は、化学エッチング及びチャンバ洗浄に関する最も支配的な項（ｄｏｍｉｎａｎｔ  ｔｅｒｍ）であり、第２項Ｙｐ（１−Θ）Г＋は、物理エッチング、即ちイオン衝突に関する支配的な項であり、第３項ＹＩＥΘГ＋は、イオン強化エッチングに関する支配的な項である。このような関係の理解の下で、本発明者らは様々なパラメータを独立して制御する手法について研究した。
【００１９】
とりわけ、本発明者らは、式１の様々なパラメータを様々な形で制御し、それによってエッチングレートと様々なプラズマ成分との関係を制御することにより、プラズマエッチングの改良型制御が実現され得ると判断した。この改良型制御を実現するために、本発明者らは、誘導結合プラズマ源を使用して中性粒子束Гを制御することによって有益な効果を得ることができると判断した。この改良型制御では、反応種によって占有される表面領域の部分、即ちΘも制御される。また、いずれもイオンエネルギーと直接関係付けられる物理スパッタ率Ｙｐ及びイオン強化エッチング率ＹＩＥは、第１の容量結合ソースによって制御される一方、イオン束Г＋は、第１の容量結合ソースよりも高い周波数を有する別の容量結合ソースによって制御されることになる。
【００２０】
上述の方針に従ってプラズマチャンバを設計することにより、式１の第１項、即ち化学エッチング及びチャンバ洗浄は、誘導結合ソースに印加される電力によって制御される。第２項、即ちエッチング用のイオンエネルギーは、低周波容量結合ソースに印加される電力によって制御される。第３項、即ちイオン束強化項は、誘導ソースと、低周波ソースと、高周波ソースとに印加される電力の組合せによって制御される。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るエッチングチャンバ１００の概略断面図である。チャンバ１００は、それ自体を通過するＲＦエネルギーの結合を可能にする材料から成るほぼ円形の上部チャンバ本体１０７を備える。チャンバ１００は更に、垂直壁１０４、水平部１０９、及び底部１０６を含む導電性の下部チャンバ本体１０５も備える。下部チャンバ本体１０５、上部チャンバ本体１０７、及び天井部１１０は、ともに真空チャンバを形成する。垂直壁１０４及び水平部１０９は、チャンバ１００の導電性の側壁を形成する。上部チャンバ本体１０７は、チャンバ１００の非導電性の側壁を形成するものであり、天井部１１０に取り付けられる。天井部１１０は、それ自体が導電性であっても、カソード１１５に対向する導電性電極１６０を含んでいてもよい。天井部１１０は、前駆ガスをチャンバ１００に注入するガス注入部（ｇａｓ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ）１５０を含むこともできる。当技術分野で知られているように、注入部１５０は、単一のインジェクタであっても複数のインジェクタであってもよく、シャワーヘッドなどであってもよい。カソード１１５は、従来型の任意のカソードであってよく、一般には埋め込み電極板１５５を備える。埋め込み電極板１５５は、ＤＣバイアスを印加してウェーハ１２０をチャック（ｃｈｕｃｋ）する際に使用され、天井部１１０内の対向電極１６０と連動してＲＦエネルギーを容量結合するものである。チャンバ１００の排気は、排気マニホールド１２５を介して行われる。
【００２２】
上部チャンバ本体１０７の周りにはコイル１３０が設けられており、コイル１３０には、ＲＦ電源１３５からＲＦエネルギーが提供される。本実施形態では、ＲＦ電源１３５は、約２ＭＨｚ未満又は１ＭＨｚ未満の低いＲＦ周波数を生成する。この具体例では、電源１３５は、約６００〜９００ＫＨｚのＲＦ周波数を生成する。チャンバ１００には更に２つのＲＦ電源１４０及び１４５を使用して、カソード１１５からのエネルギーが供給される。カソード１１５にＲＦ周波数が印加されたときは、天井部１１０が対向側の接地（ｏｐｐｏｓｉｎｇ  ｇｒｏｕｎｄ）として働き、それによってＲＦエネルギーとプラズマとの容量結合が可能となる。本実施形態では、ＲＦ電源１４０は、１０ＭＨｚ未満のＲＦ周波数を生成し、ＲＦ電源１４５は、１０ＭＨｚ超のＲＦ周波数を生成する。この具体例では、電源１４０は、２ＭＨｚのＲＦ電力を生成し、電源１４５は、より高い周波数、例えば２７ＭＨｚ又は６０ＭＨｚのＲＦ周波数を生成する。
【００２３】
図１のチャンバ１００を動作させる際は、電源１３５によってあるいはパルス電力を用いて誘導コイル１３０に連続的に給電することができる。パルス電力を用いてコイル１３０にエネルギーを供給する場合は、例えばその開示内容全体を参考として本明細書に援用するＰｒｉｂｙｌの米国特許第７，１００，５３２号に開示されるような「インスタントオン（ｉｎｓｔａｎｔ  ｏｎ）」電源を使用することが有利である。
【００２４】
電源１３５からコイル１３０に印加される電力は、プロセス実行中は約１００Ｗ〜２０００Ｗ、プラズマチャンバの洗浄中は約１ｋＷ〜５ｋＷとすることができる。電源１３５が「スイッチ型（ｓｗｉｔｃｈｅｄ）」電源又は「パルス型（ｐｕｌｓｅｄ）」電源である一実施形態では、（連続使用で）６００〜９００ＫＨｚ程度の正弦波形が得られ、変調器１３８によって、任意の個々のパルス又は一連のパルスの幅、振幅、及びパルス間遅延、又はデューティサイクルが制御されることになる。電源１３５のスイッチ制御部分の単純な操作によって、所望の振幅、幅、及びパルス間隔を実現する所望の変調を得ることができる。低周波容量結合型の電源１４０から供給される電力は、約０〜１５ｋＷとすることができ、高周波容量結合型の電源１４５から供給される電力は、約０〜５ｋＷとすることができる。当技術分野で知られているように、容量結合ＲＦバイアスは、インピーダンス整合及びカプラネットワーク１４７を介しウェーハ１２０を通ってプロセスプラズマ（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｐｌａｓｍａ）に印加される。
【００２５】
上述した本発明によるチャンバを使用することにより、本発明者らは、従来得ることができなかった改善された結果を達成することに成功した。とりわけ、本発明者らは、誘導結合チャンバにおける低い選択度及び容量結合エッチングチャンバにおける低いエッチングレートに固有の諸種の問題を克服することに成功した。低周波誘導ソースと二重周波容量ソースとの組合せを使用することにより、本発明者らは、高い選択度の高いエッチングレートを達成することに成功した。更に、このような構成を用いると、誘導ソースによって生成される高密度のプラズマが利用可能となるため、チャンバ洗浄効率を高めることも可能となる。
【００２６】
本発明によるチャンバ設計のいくつかの利点を説明するために、以下のプロセスサイクルについて検討する。一般に、当技術分野では、誘電体エッチングによってポリマーなどの材料がチャンバの内部に堆積することが知られている。このような堆積は、処理される後続の基板に欠陥を生じさせる恐れがあり、また、プラズマの化学的性質に影響を与え、プラズマの構成部分を変化させる恐れもあり、プラズマプロセスにばらつきが生じる可能性がある点で、不利益がもたらされる可能性がある。したがって、図２に示される処理は、本発明によるチャンバ設計を使用してこれらの問題を解消するように実行される。ステップ２００で、エッチングすべきウェーハなどの基板が、図１の矢印Ａで示されるように充填用スリットを介してチャンバに挿入される。ステップ２１０で、チャック電位をプラズマの存在下で電極１５５に印加することにより、ウェーハがチャックされる。ステップ２２０で、連続的なＲＦ電力又はパルス化されたＲＦ電力をコイル１３０に印加することによってプラズマエッチングプロセスが実行される。コイル１３０に印加されるＲＦ電力は、約１００Ｗ〜２０００Ｗである。これと同時に、約０〜１０ｋＷ及び２ＭＨｚと、約０〜５ｋＷ及び６０ＭＨｚの二重周波数ＲＦバイアス電力が電極１５５に印加される。エッチングプロセスが完了したときに、ウェーハは、ステップ２３０でデチャックされ、ステップ２４０でチャンバから取り外される。次いで、ステップ２５０で、チャンバ内部からすべての残留物を取り除くために、ＲＦ電力をコイル１３０に印加することによってプラズマが再び点火される。しかしながら、この洗浄ステップでは、プロセスの大部分が物理的にではなく化学的に行われるよう調整される。したがって、約１ｋＷ〜５ｋＷのＲＦ電力をコイル１３０に印加することによって高密度のプラズマが生成される。これにより、プラズマ種は、残留物の化学エッチングで大いに役立つ酸素ラジカルのような非常に小さい構成部分まで解離される。洗浄が完了すると、次のエッチング対象のウェーハを挿入することによって上記の処理が繰り返される。
【００２７】
図３は、本発明の別の実施形態の概略断面図である。図３のチャンバ３００は図１のチャンバ１００と同様であるので、ここでは異なる特徴についてのみ論じる。とりわけ、図３のチャンバ３００では、下部チャンバ本体３０５の水平部３０９がＲＦエネルギーを透過する材料でできており、事実上上部チャンバ本体３０７の一部を形成している。即ち、上部チャンバ本体３０７と水平部３０９は、１つ（又は複数）のＲＦコイルがその周りに設けられた非導電性の側壁を形成する。図３のチャンバ３００は、２つの誘導コイル３３０及び３３０’も含む。本実施形態では、これらの２つのコイル３３０及び３３０’には、スイッチング回路３６０を介してＲＦ電源３３５から選択的にエネルギーを供給することができる。スイッチング回路３６０は、例えば当技術分野で知られるような可変結合回路を使用して、ＯＮ／ＯＦＦ形式であるいは可変電力形式で各コイルにＲＦ電力を印加することができる。このようにして、改善されたプラズマ制御及びプラズマ分布を達成することができる。例えば、プラズマエッチングが行われている間は一方のコイルだけを使用し、プラズマチャンバ洗浄が行われている間は両方のコイルを使用することができる。なお、図３には、プラズマがマニホールド３２５に到達することを防ぐバッフル３６５の使用についても示されている。バッフル３６５は、当技術分野で使用される任意の既知のバッフルであってよい。
【００２８】
図４は、本発明の他の実施形態の概略断面図である。図４のチャンバは、２つのコイル４３０及び４３０’が設けられる点では図３のチャンバ３００と同様である。しかしながら、図４の実施形態では、別個の電源４３５及び４３５’を使用してコイルにエネルギーが供給される。一実施形態によれば、電源４３５と４３５’はどちらも、例えば１ＭＨｚ未満の同じ周波数で動作する。一方、別の実施形態によれば、２つの電源４３５及び４３５’はそれぞれ、１ＭＨｚ未満の異なる周波数で動作する。１つの具体例によれば、一方の電源は６００ＫＨｚで動作し、他方の電源は９００ＫＨｚで動作する。
【００２９】
要約すると、本発明の様々な実施形態は、二重周波数容量結合プラズマバイアス源（ｄｕａｌ‐ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ‐ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ  ｂｉａｓ  ｓｏｕｒｃｅ）と、１つ又は２つの誘導結合プラズマ源とを組み合わせて利用する。二重周波数容量結合プラズマ源には、エネルギーをイオンに伝達するように選択された周波数ωｉで動作する第１のＲＦ生成器と、周波数ωｐ＞＞ωｉで動作する第２のＲＦ生成器とからエネルギーが供給される。いずれのＲＦ周波数も、相互にＲＦ分離された状態で半導体ウェーハ支持体に印加される。この間に天井部は接地電位として働く。第２のＲＦ生成器の周波数ωｐは、ωｉよりも大きくなるように選択される。即ち、（ωｐ／ωｉ）が２よりも大きくなるように選択され、１つの具体例では３０となるように選択される。誘導結合の励起寄与は、ＲＦバイアス周波数とは無関係であり、ウェーハ表面付近で形成されるプラズマシースに大きな影響を与えることはない。誘導結合周波数は、ωｉ未満に設定され、一般にバイアス周波数ωｉの半分又はそれ未満となるように選択される。
【００３０】
本発明によるチャンバは、ウェーハに印加されるより高い二重周波数ＲＦバイアスの組合せを利用し、誘導結合用の低インピーダンス切替型ＲＦ源（ｌｏｗ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｔｙｐｅ  ＲＦ  ｓｏｕｒｃｅ）を設けることにより、安定なプラズマ処理とプラズマパラメータの改良型制御とを実現する。まず、低インピーダンスソースと低インピーダンス負荷とのインピーダンス整合をとることにより、実質的な整合ネットワーク（ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋ）の必要性が解消される。次に、インピーダンス整合用のネットワークが存在しないということは、負荷がＲＦスイッチングソース出力の波形に非常に忠実に「付随（ｆｏｌｌｏｗ）」することを意味する。変調装置と組み合わせて、パルス幅変調及び／又はパルス間遅延変調を行うために、誘導結合用の低周波ＲＦ源がイネーブルされる。単一のパルスと、パルス間遅延と、パルス幅変調との間の優れた再現性が達成される。したがって、（実質上）ウェーハに対するバイアスとして印加される選択済みのプラズマ周波数における定常状態のＲＦ電力（高周波）を利用してプラズマ密度を独立して維持しながら、誘導結合を変調することにより、プラズマ電子エネルギー分布の選択的制御が実現される。厳密なパルス間遅延を用いることにより、プラズマ電子の緩和を制御しつつ進めることが可能となり、選択された時間平均電子エネルギーの分布を形成することにより、プラズマの化学的性質を操作し、それによって選択されたラジカル形成の重要性を高める（ｅｍｐｈａｓｉｚｅ）又は重要性を減じる（ｄｅ‐ｅｍｐｈａｓｉｚｅ）手段が提供される。切替型誘導結合電源は、補助回路の調整を伴わずに（切替機能の制御を介して）約±５０％の広い周波数レンジに対応可能である。
【００３１】
最後に、本明細書に記載される処理及び技法は、何らかの特定の装置と固有の関係を有するものと理解されるべきではなく、各構成要素の任意の適当な組合せによって実施することができることを理解されたい。更に、本明細書に記載される教示内容に従って様々なタイプの汎用デバイスを使用することができる。また、本明細書に記載の各方法ステップを実行する特別な装置を構築することが有利であると考えられる場合もあるだろう。本発明を様々な具体例とともに説明してきたが、これらの例は決して限定的なものではなく例示的なものに過ぎない。本発明の実施に適したハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアの多種多様な組合せが当業者には理解されるであろう。例えば、本明細書に記載のソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、Ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）など、様々なプログラミング言語あるいはスクリプト言語で実装することが可能である。
【００３２】
本発明を様々な具体例とともに説明してきたが、これらの例は決して限定的なものではなく例示的なものに過ぎない。本発明の実施に適したハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアの多種多様な組合せが当業者には理解されるであろう。更に、本明細書に開示される本発明の説明を読み、本発明を実施すれば、本発明の他の実装形態が当業者には明らかとなるであろう。本明細書に記載される諸実施形態の各態様及び／又は構成要素は、プラズマチャンバ技術の分野で単独で使用することも、任意の形で組み合わせて使用することもできる。上記の説明及び具体例は単なる例示的なものと解釈されるべきであり、本発明の真の範囲及び趣旨は、添付の特許請求の範囲に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチングチャンバの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る処理を概略的に示す流れ図である。
【図３】本発明の別の実施形態の概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００  チャンバ
１０４  垂直壁
１０５  下部チャンバ本体
１０６  底部
１０７  上部チャンバ本体
１０９  水平部
１１０  天井部
１１５  カソード
１２０  ウェーハ
１２５  排気マニホールド
１３０  コイル
１３５  ＲＦ電源
１４０  ＲＦ電源
１４５  ＲＦ電源
１４７  インピーダンス整合及びカプラネットワーク
１５０  ガス注入部
１５５  埋め込み電極板
１６０  導電性電極
３００  チャンバ
３０５  下部チャンバ本体
３０７  上部チャンバ本体
３０９  水平部
３２５  マニホールド
３３０、３３０’  コイル
３３５  ＲＦ電源
３６０  スイッチング回路
３６５  バッフル
４３０、４３０’  コイル
４３５、４３５’  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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