(57)【要約】  本明細書では、プラズマリアクタ内での調整可能なワークピースバイアス用システム及び方法が提供される。いくつかの実施形態では、システムは、ワークピースにプラズマ処理を実施するプラズマチャンバと、ワークピースと直接に結合された第１のパルス電圧源と、ワークピースに容量結合された第２のパルス電圧源と、ワークピースに向けられたイオンフラックスのイオンエネルギー分布を調整するために、第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源の１つ以上のパラメータに基づいて、第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源を独立して制御するバイアス制御装置とを含む。
2020507678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整可能なワークピースバイアス用システムであって、
ワークピースにプラズマ処理を実施するプラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバ内のワークピースに直接に結合された第１のパルス電圧源と、
前記ワークピースに容量結合された第２のパルス電圧源と、
前記ワークピースに向けられたイオンフラックスのイオンエネルギー分布を調整するために、前記第１のパルス電圧源及び前記第２のパルス電圧源の１つ以上のパラメータに基づいて、前記第１のパルス電圧源及び前記第２のパルス電圧源を独立に制御するバイアス制御装置とを備えるシステム。
【請求項２】
前記第２のパルス電圧源が整形バイアス波形を出力する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記バイアス制御装置は、前記第１のパルス電圧源と前記第２のパルス電圧源とを交互にパルス化する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のパルス電圧源は、高電圧で第１のパルスを供給し、前記第１のパルス期間中の前記高電圧の最大値は約１〜１０ｋＶの範囲内にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２のパルス電圧源は低電圧から中電圧の連続範囲内で１つ以上の電圧を含む第２のパルスを供給し、前記範囲は約０〜約１．５ｋＶである、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記プラズマチャンバは、
前記ワークピースを支持する静電チャックと、
前記静電チャックを支持する基部と、
複数のピンであって、それぞれが一端で前記基部に直接に結合され、他端で前記ワークピースに直接に結合されるように構成される前記複数のピンと、
前記静電チャック内に埋め込まれたチャッキングメッシュとを更に含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のパルス電圧源は前記基部に結合され、前記第１のパルス電圧源から供給される電圧は前記複数のピンを介して前記ワークピースと直接に結合される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のパルス電圧源は前記チャッキングメッシュと直接に結合され、前記チャッキングメッシュは前記ワークピースと容量結合されるように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記バイアス制御装置は、前記ワークピースで感知された電圧に基づいて、前記第２のパルス電圧源によって出力される波形を修正するために前記１つ以上のパラメータを調整するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プラズマチャンバは、前記ワークピースを支持する静電チャックと、
前記静電チャックを支持する基部と、
前記静電チャック内に埋め込まれたチャッキングメッシュとを更に備え、
前記第１のパルス電圧源は複数の第１のパルス電圧源を更に含み、前記複数の第１のパルス電圧源のそれぞれは前記基部から電気的に絶縁された１つ以上のピンと個別に結合され、前記１つ以上のピンは、前記プラズマチャンバ内の前記ワークピースと直接に結合されるように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のパルス電圧源は、約１００〜１００，０００Ｈｚのパルス周波数で高電圧パルスを出力する、請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２のパルス電圧源は、約４００ｋＨｚのパルス周波数でパルスを出力する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
プラズマリアクタ内での調整可能なワークピースバイアスの方法であって、
第１のパルス電圧源によって高電圧を生成し、前記高電圧をプラズマチャンバ内のワークピースに結合するステップと、
第２のパルス電圧源によって１つ以上の低電圧及び中電圧を生成するステップと、
前記１つ以上の低電圧及び中電圧を前記ワークピースに容量結合するステップと、
前記ワークピースの全体に亘ってイオン分布を調整するために、前記第１のパルス電圧源及び前記第２のパルス電圧源の１つ以上のパラメータに従って、バイアス制御装置によって前記高電圧並びに前記１つ以上の低電圧及び中電圧をパルス化するステップとを含む方法。
【請求項１４】
前記バイアス制御装置は、バイアス波形を前記第２のパルス電圧源への入力として受け入れ、
前記バイアス制御装置は、前記ワークピースで感知された電圧に基づいて、前記１つ以上のパラメータを調整して前記第２のパルス電圧源によって出力された波形を修正する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のパルス電圧源は高電圧を供給し、パルス期間中の前記高電圧の最大値は約１〜１０ｋＶであり、前記第２のパルス電圧源は低電圧から中電圧の連続範囲内の１つ以上の電圧を供給し、前記範囲は約０〜約１．５ｋＶである、又は、
前記第１のパルス電圧源は約１００〜１００，０００Ｈｚのパルス周波数で高電圧パルスを出力し、第２のパルス電圧源は約４００ｋＨｚのパルス周波数でパルスを出力する、のうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、プラズマリアクタ内での調整可能なワークピースバイアス用システムに関する。
【背景】
【０００２】
イオン衝撃は、半導体ワークピース、例えばウエハを処理するためのエッチング及び化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスにおける化学的及び物理的処理のための活性化エネルギー源として使用されることが多い。現在、ウエハバイアス技術は高周波（ＲＦ）バイアス技術を使用している。これらのＲＦ技術は、一般に、ウエハに注入されるイオンを加速するために単一周波数によるＲＦバイアスを使用しており、結果としてウエハ全体に亘ってかなり周知のイオンエネルギー分布が生じる。しかしながら、特定のイオンエネルギー（ｅＶ）におけるイオン密度は常に周知の量で分布しており、ＲＦバイアスを使用してその分布を調整することはできない。所与のイオンエネルギーにおけるイオンの量を注意深く制御してエッチングプロセスを最適化することは現在のところ不可能であり、異なるイオンエネルギーが処理結果に及ぼす影響は詳細には分かっていない。
【０００３】
したがって、本発明者らは、最大イオンエネルギー並びに低及び中イオンエネルギー分布を独立に制御してイオンエネルギーを調整するために、処理チャンバを調整可能にすることができるシステム、又は、換言すれば、プラズマリアクタ内での調整可能なワークピースバイアス用システムを提供した。
【概要】
【０００４】
本明細書では、プラズマリアクタ内での調整可能なワークピースバイアス用のシステム及び方法が提供される。一実施形態では、システムは、ワークピースにプラズマ処理を実施するプラズマチャンバと、ワークピースと直接に結合される第１のパルス電圧源と、ワークピースに容量結合される第２のパルス電圧源と、ワークピースに向けられたイオンフラックスのイオンエネルギー分布を調整するために、第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源の１つ以上のパラメータに基づいて第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源を独立に制御するバイアス制御装置とを含む。バイアス制御装置は、１つ以上のプロセッサ及びメモリを含むことができ、メモリは、１つ以上のプロセッサによって実行されるとき、ワークピースに向けられたイオンフラックスのイオンエネルギー分布を調整するために、システムが、第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源の１つ以上のパラメータに基づいて第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源を独立に制御する一組のコンピュータ命令を含む。
【０００５】
別の実施形態は、プラズマチャンバ内での調整可能なワークピースバイアスの方法を提供する。本方法は、第１のパルス電圧源によって高電圧を生成して高電圧をプラズマチャンバ内のワークピースに結合するステップと、第２のパルス電圧源によって１つ以上の低電圧及び中電圧を生成するステップと、１つ以上の低電圧及び中電圧を前記ワークピースに容量結合するステップと、ワークピースの全体に亘ってイオン分布を調整するために、第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源の１つ以上のパラメータに従ってバイアス制御装置によって高電圧及び１つ以上の低電圧及び中電圧をパルス化するステップとを含む。
【０００６】
更に別の実施形態では、調整可能なワークピースバイアス用システムは、ワークピース上でプラズマ処理を実施するプラズマチャンバと、複数の第１のパルス電圧源であって、当該電圧源のそれぞれはプラズマチャンバの基部から電気的に絶縁された１つ以上のピンに個別に結合され、当該ピンはプラズマチャンバ内のワークピースに直接結合されている複数の第１のパルス電圧源と、ワークピースとバイアス制御装置とに容量結合された第２のパルス電圧源であって、ワークピースに向けられたイオンフラックスのイオンエネルギー分布を調整するために、第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源の１つ以上のパラメータに基づいて第１のパルス電圧源及び第２のパルス電圧源を独立に制御する第２のパルス電圧源とを含む。
【０００７】
本開示の他の及び更なる実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
上記で簡単に要約し、以下でより詳細に説明する本開示の実施形態は、添付図面に示す本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を含み得る。
【図１】本開示の例示的な実施形態による調整可能なワークピースバイアス用システムを図示するブロック図である。
【図２】本開示の例示的な実施形態によるバイアス制御装置のブロック図である。
【図３】本開示の例示的実施形態による図１の装置によって生成されたイオン分布曲線の一例である。
【図４】本開示の例示的実施形態によるプラズマチャンバ内の半導体ワークピース全体に亘るイオン分布を調整する方法を示す流れ図である。
【図５】本開示の例示的な実施形態による、整形バイアス波形発生器によって出力されプラズマチャンバに結合された整形パルスバイアス波形を示す。
【図６】本開示の例示的実施形態によるＤＣパルス源によって出力された周期的波形を示す。
【図７】本開示の例示的実施形態による調整可能なワークピースバイアス用システムの別の実施形態のブロック図である。
【図８】本開示の例示的実施形態による調整可能なワークピースバイアス用システムの更に別の実施形態のブロック図である。
【０００９】
理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素を示す際には、可能な限り、同一の参照番号を使用している。図面は正確な縮尺で描かれておらず、明確化のために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記載なしに他の実施形態に有益に組み込むことができる。
【詳細な説明】
【００１０】
本明細書では、プラズマリアクタ内での調整可能なワークピースバイアス用の方法及び装置の実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、プラズマリアクタ内での調整可能なワークピースバイアス用システムは、プラズマリアクタに結合された高電圧ＤＣパルス源（第１のパルス電圧源）と、プラズマリアクタの静電チャック内に埋め込まれたワイヤメッシュを通して低電圧及び中電圧を供給する第２のパルス電圧源とを含む。高電圧ＤＣパルス源と低電圧及び中電圧用の第２の電圧源とを組み合わせることによって、イオンエネルギー分布は１，０００〜１０，０００ｅＶの範囲のエネルギーを有するイオン群を生成するように高電圧ＤＣパルス源をシフトすることによって制御可能であり、一方、より低いイオンエネルギーについては、０〜１，５００ｅＶの範囲のイオンエネルギーのピーク又はバンドさえも形成するように調整することができる。従って、イオンエネルギー分布は、低エネルギー領域と高エネルギー領域とにおいて調整され、所望のイオンエネルギー分布が得られる。
【００１１】
図１は、本開示の例示的な実施形態による調整可能なワークピースバイアス用システム１００を示すブロック図である。
【００１２】
様々な実施形態では、図１のシステム１００は、プラズマ処理チャンバ（例えば、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能なＡＶＡＴＡＲ（登録商標）、ＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ（商標）、ＭＥＳＡ（商標）、ＳＹＭ３（登録商標）、ＤＰＳ（登録商標）、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ（登録商標）、及びＰＯＤＵＣＥＲ（登録商標）（商標）処理チャンバ、又はその他の処理チャンバ）のコンポーネントを含むことができる。
【００１３】
システム１００は、プラズマチャンバ１０２、静電チャック１０４、冷却ベース１０６、チャッキングメッシュ１０８、ＤＣパルス源１２０（又はパルス源）、整形バイアス波形発生器１３０、バイアス制御装置１４０、エッジリング１５０及びアノード１６０を備える。例示的実施形態によれば、チャッキングメッシュ１０８は静電チャック１０４内に埋め込まれている。静電チャック１０４はワークピースを支持し、一方、冷却ベース１０６は静電チャック１０４を支持する。プラズマチャンバ１０２は、一端で冷却ベース１０６上に配置され、他端でウエハ１０５と接触するように静電チャック１０４を貫通して延びる複数のピン１２２を更に備える。
【００１４】
プラズマチャンバ１０２は、ウエハ１０５をプラズマ１０１に曝露することによって、ワークピース（例えば、ウエハ１０５）上で様々な操作及び処理を実行する。ウエハ１０５をプラズマチャンバ１０２内に配置し、反応ガスをチャンバ内に導入し、ガスに電磁エネルギーを照射してプラズマ１０１を点火し維持する。
【００１５】
プラズマ１０１が形成されるガスの組成に依存するが、プラズマ１０１をウエハ１０５から特定の薄膜をエッチングするために用いてもよく、ウエハ１０５上に薄膜層を堆積させるために用いてもよい。プラズマ１０１は一般に高いイオン密度を有するので、高いエッチング速度又は堆積速度をウエハ上で達成することができ、また所与のエッチング又は堆積プロセスを実行するのに必要な時間が短縮され、したがって処理量が増加する。
【００１６】
ＤＣパルス源１２０及び整形バイアス波形発生器１３０の独立制御はバイアス制御装置１４０によって維持される。いくつかの実施形態では、バイアス制御装置１４０は、ＤＣパルス源１２０及び整形バイアス波形発生器１３０用のパラメータを受信し、設定する独立したコンピュータシステムである。
【００１７】
ＤＣパルス源は、ウエハを処理するための用途（例えば、イオン注入）において以前から使用されてきた。いくつかの用途（例えば、半導体における浅接合形成）に対しては、プラズマドーピングシステムが使用されている。プラズマドーピングシステムでは、半導体ウエハはカソードとして機能する導電性プラテン上に置かれる。所望のドーパント材料を含有するイオン化可能なガスがチャンバ内に導入され、プラテンとアノード又はチャンバ壁との間に高電圧パルスが印加され、ウエハの近傍にプラズマシースが確立される。印加電圧により、プラズマ中のイオンはプラズマシースを横切ってウエハに注入される。プラズマドーピングシステムでは、ＤＣパルス源からの高電圧パルスによりプラズマからウエハに向けて陽イオンが加速され、プラズマドーピング用途では、注入深さはウエハとアノード（又はチャンバ壁）との間に印加される電圧に関連している。ＤＣパルス源を使用するプラズマドーピングシステムについては、米国特許第５，３５４，３８１号及び米国特許第６，０２０，５９２号に更に記載されている。
【００１８】
ＤＣパルス源１２０は、ピン１２２及びアノード１６０（又は、代替的に、チャンバ壁）を介して、高電圧をワークピース（例えば、ウエハ１０５）と直接に結合する。実施形態では、ＤＣパルス源１２０は、例えば、図６に示す波形６００のように周期的波形の形で高電圧パルスを生成し、波形の１周期は電圧がゼロではない第１の部分と、電圧がゼロである第２の部分とを含む。例示的な実施形態では、第１の部分の期間中、非ゼロ電圧は約１〜１０ｋＶの範囲内にある。実施形態では、第１の部分はサイクルの持続時間の５％〜９５％の間であり、しばしば、周期波形のデューティサイクルは５％〜９５％の間として表される。実施形態では、周期的波形のパルス周波数は１００Ｈｚ〜１００，０００Ｈｚの間である。
【００１９】
実施形態では、波形６００の第１の部分は、第１の非ゼロ電圧と第２の非ゼロ電圧とを含む。実施形態では、第１の非ゼロ電圧及び第２の非ゼロ電圧は時間的に連続している。実施形態では、非ゼロ電圧は、連続パルスにおいて１つ又は複数の値であり得る。実施形態では、非ゼロ電圧は、第１のサイクル数については１つの値であり、第２のサイクル数については第２の値であり得る。実施形態では、第１のサイクル数及び第２のサイクル数が繰り返される。
【００２０】
図７に示す別の実施形態によれば、ワークピースとＤＣパルス源との直接的な接触はピン１２２を介して行われるが、各ピンは、基部とは電気的に絶縁され、他のピンとも電気的に絶縁されている。ピン１２２のそれぞれは、独立したＤＣパルス源、例えばＤＣパルス源７０２−１、７０２−２、７０２−３及び７０２−４（まとめて、ＤＣパルス源７０２）と個別に接続されている。図８に示す更に別の実施形態では、第１と第２のグループのピンがどんな共通部材も有さないように、第１のグループのピン８０４は基部から電気的に絶縁されて第１のＤＣパルス源８０２−１に接続され、第２のグループのピン８０６は基部から電気的に絶縁されて第２のＤＣパルス源８０２−２（まとめて、ＤＣパルス源８０２）に接続されている。一般に、ピンを独立したＤＣパルス源に結合すると、ワークピース全体に亘るイオンエネルギー分布を局所的に空間制御することが可能になり、それによって処理システム内での他の不均一性を調整することが可能になる。また、システムは、前のプロセスからウエハ上に存在する不均一性について調整することも、又は後続のプロセスで予想される不均一性について調整することもできる。このような実施形態では、ＤＣパルス源から各ピンまでを独立して制御することにより、ウエハの端部でのエッジ効果が補償される。
【００２１】
図７及び図８に記載された実施形態では、整形バイアス波形発生器１３０は任意であり、ＤＣパルス源７０２及び８０２は、バイアス制御装置１４０によって各ＤＣパルス源の両端電圧を制御することによって、目的に適ったイオン分布を提供する。ワークピース全体に亘るイオン分布の調整を向上させるために又はワークピースの特殊なフィーチャにおいてイオン注入するために、整形バイアス波形発生器１３０を含めることができる。
【００２２】
整形バイアス波形発生器１３０はチャッキングメッシュ１０８と直接に結合されているが、いくつかの実施形態では、整形バイアス波形発生器１３０をパワー電極１１３と結合してもよい。波形バイアス（例えば、図６に示す）をチャッキングメッシュ１０８に印加することによって、チャック静電容量の両端の電圧降下は非常に小さいので、バイアスパルスを印加中の任意の時点で、ワークピース（例えば、ウエハ１０５）表面で測定可能な電圧振幅は、実質的にはパルス電圧の振幅を近似している（すなわち、０〜５％を超えて変化しない）。
【００２３】
チャッキングメッシュ１０８は、ウエハ１０５と容量結合される。整形バイアス波形発生器１３０は、０〜１．５ｋＶの例示的な範囲内のパルス電圧（例えば、低電圧から中電圧）を供給する。いくつかの実施形態では、整形バイアス波形発生器１３０はチャッキングメッシュ１０８を介してウエハ１０５に一定電圧又は連続電圧を供給し、他の実施形態では、整形バイアス波形発生器１３０は電圧勾配を供給するように構成される。広帯域イオンエネルギー分布において、イオンは、第１のイオンエネルギーから、第１のイオンエネルギーより大きい第２のイオンエネルギーまで連続した範囲のエネルギーを得る。実施形態では、第１のイオンエネルギーは、整形バイアス波形発生器１３０の結合により加速されたイオンの９５％のエネルギーよりも小さいエネルギーとして定義される。いくつかの実施形態では、第２のイオンエネルギーは、整形バイアス波形発生器１３０の結合により加速されたイオンの９５％のエネルギーよりも大きいエネルギーとして定義される。一実施形態によれば、第１のイオンエネルギーは１０ｅＶであり、第２のイオンエネルギーは３，０００ｅＶである。
【００２４】
一実施形態では、ＤＣパルス源１２０からの高電圧周期波形は、パルス周波数が１００Ｈｚ〜１００，０００Ｈｚまで変化し得るが、いくつかの実施形態によれば、整形バイアス波形発生器１３０は４００ｋＨｚでパルスを発する。いくつかの実施形態では、整形バイアス波形発生器１３０から出力されたパルスは、ＤＣパルス源１２０からのＤＣ電圧がゼロであるＤＣパルスサイクルの第２の部分の期間中に発生する。
【００２５】
バイアス制御装置１４０は、ＤＣパルスサイクルの第１の部分の期間中に、ＤＣパルス源１２０からの非ゼロ電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの間のどこかに設定することによってイオンエネルギー分布を制御し、一方、低及び中イオンエネルギーは、０ｋＶ〜１．５ｋＶの範囲のエネルギーのピーク又はバンドを形成するように調整することができる。したがって、イオンエネルギー分布は、低、中、及び高エネルギー範囲で所望の分布を与えるように調整することができる。このようなイオンエネルギー分布の制御は、例えば、イオンがウエハ１０５内の高アスペクト比フィーチャの底部に到達する必要がある実施形態において有効である。このような用途の１つは、アスペクト比が通常３０：１よりも大きい、３Ｄ−ＮＡＮＤメモリホールエッチングである。
【００２６】
ＤＣパルスサイクルの第２の部分の期間中、バイアス制御装置１４０は、例えば、電圧プローブ（又は他の同等の手段）を介してウエハ１０５から受電した電圧を評価し、電圧が以前の測定値から変化した場合及び／又は所定の電圧レベルの許容範囲内にない場合、バイアス制御装置１４０は、整形バイアス波形発生器１３０に通信すべき制御信号を決定し、整形バイアス波形発生器１３０がチャッキングメッシュ１０８に供給する電圧を調整し、ウエハ１０５での電圧を一定に保ち及び／又は所定の電圧レベルの許容範囲内に保つ。
【００２７】
一実施形態では、バイアス制御装置１４０は、整形バイアス波形発生器１３０に通信する制御信号を決定するための反復プロセスを実施する。例えば、一実施形態では、受電電圧の調整が必要と判断されると、バイアス制御装置１４０は、信号を整形バイアス波形発生器１３０に通信して、整形バイアス波形発生器１３０がチャッキングメッシュ１０８に供給している電圧を調整する。調整後、ウエハ１０５の電圧は再びバイアス制御装置１４０によって評価される。ウエハ１０５で捕捉された電圧がより一定になったか又は所定の電圧レベルの許容範囲に近づいたが依然として更に調整が必要な場合、バイアス制御装置１４０は、別の制御信号を整形バイアス波形発生器１３０に通信して、整形バイアス波形生成器１３０がチャッキングメッシュ１０８に供給している電圧を同一方向に調整する。調整後に、基板で捕捉された電圧が一定でなくなった場合、又は所定の電圧レベルから更に遠ざかった場合、バイアス制御装置１４０は、別の制御信号を整形バイアス波形発生器１３０に通信して、整形バイアス波形発生器１３０がチャッキングメッシュ１０８に供給している電圧を反対方向に調整する。このような調整は、基板電圧が一定に維持されるまで及び／又は所定の電圧レベルの許容範囲内に維持されるまで継続することができる。一実施形態では、バイアス制御装置１４０は、ウエハ１０５からの測定値による電圧信号をデジタル化し、デジタル化された電圧信号をバイアス電源に通信し、ウエハ（基板）電圧が一定に維持されるように及び／又は所定の電圧レベルの許容範囲内に維持されるように、整形パルスバイアス波形を定期的に調整する。
【００２８】
本原理による他の実施形態では、処理中のワークピース（例えば、ウエハ１０５）における電圧を表す信号は、任意のエッジリング１５０を使用して捕捉することができる。例えば、一実施形態では、図３に戻って参照すると、処理中の基板における電圧を表す電圧測定値を感知するためにエッジリング１５０が使用される。本原理による一実施形態では、エッジリング１５０は、チャッキングメッシュ１０８の直下に位置し、整形バイアス波形発生器１３０を結合することができる任意のパワー電極の端部と重なるのに十分なほど大きく、一実施形態によれば、整形バイアス波形発生器１３０は、チャッキングメッシュ１０８の代わりにパワー電極と直接に結合される。エッジリング１５０の構成及び位置の理由から、処理中のワークピースの電圧、例えば、ワークピースにおける実際の電圧の５〜７％以内の電圧を感知するように、エッジリング１５０と処理中のワークピースとは電気的に結合される。
【００２９】
整形バイアス波形発生器１３０からの低及び中エネルギーのイオンにより、ＤＣパルス源１２０からの高エネルギーピークが補完され、他の有益な特性が改善される。例えば、低及び中エネルギーのイオンはポリマ側壁での堆積を支援し、結果としてディープエッチングでの反りが緩和され、マスクの選択性が改善される。
【００３０】
図２は、本開示の例示的実施形態によるバイアス制御装置１４０のブロック図である。
【００３１】
イオン分布を調整するための方法及び装置の様々な実施形態は、バイアス制御装置１４０によって実行することができる。一実施形態によれば、バイアス制御装置１４０は、１つ以上のＣＰＵ１〜ＣＰＵＮと、サポート回路２０４と、Ｉ／Ｏ回路２０６と、システムメモリ２０８とを備える。システムメモリ２０８は、調整パラメータ２１０及びバイアスプログラム２２０を更に含むことができる。ＣＰＵ１〜ＣＰＵＮは、システムメモリ２０８内に存在する１つ以上のアプリケーションを実行するように動作する。バイアス制御装置１４０を使用して、上記の実施形態の他の任意のシステム、装置、要素、機能又は方法を実施してもよい。図示の実施形態では、バイアス制御装置１４０は、プロセッサ実行可能プログラム命令として方法４００（図４）を実施するように構成することができる。バイアスプログラム２２０は、ＤＣパルス源１２０と整形バイアス波形発生器１３０の両方の動作を制御して、ウエハ１０５全体に亘るイオン分布を調整する。
【００３２】
異なる実施形態では、バイアス制御装置１４０は、これらに限定されないが、パーソナルコンピュータシステム、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、ノートブック、又はネットブックコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ハンドヘルドコンピュータ、ワークステーション、ネットワークコンピュータ、モバイル機器（例えば、スマートフォン又はＰＤＡ）、消費者機器、あるいは一般にあらゆるタイプのコンピューティング機器又は電子機器を含む様々な種類の装置のうちのいずれかであってもよい。
【００３３】
様々な実施形態では、バイアス制御装置１４０は、１つのプロセッサを含むユニプロセッサシステム、又はいくつかのプロセッサ（たとえば、２つ、４つ、８つ、又は他の適切な数）を含むマルチプロセッサシステムであってもよい。ＣＰＵ１〜ＣＰＵＮは、命令を実行することができる任意の適切なプロセッサであってもよい。例えば、様々な実施形態では、ＣＰＵ１〜ＣＰＵＮは、様々な命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）のうちのいずれかを実装する汎用プロセッサ又は組み込みプロセッサであってもよい。マルチプロセッサシステムでは、ＣＰＵ１〜ＣＰＵＮのそれぞれは、必ずしもそうではないが、一般的に同じＩＳＡを実装する場合がある。
【００３４】
システムメモリ２０８は、ＣＰＵ１〜ＣＰＵＮによってアクセス可能なプログラム命令及び／又はデータを記憶するように構成されてもよい。様々な実施形態では、システムメモリ２０８は、任意の適切なメモリ技術（スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、同期ダイナミックＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、不揮発性／フラッシュ型メモリ、又は他の任意の種類のメモリ）を使用して実施してもよい。図示の実施形態では、上記の実施形態の要素のうちのいずれかを実施するプログラム命令及びデータをシステムメモリ２０８内に記憶してもよい。他の実施形態では、プログラム命令及び／又はデータを、異なる種類のコンピュータアクセス可能媒体上又はシステムメモリ２０８又はバイアス制御装置１４０とは分離された同様の媒体上で、送受信又は記憶してもよい。
【００３５】
一実施形態では、Ｉ／Ｏ回路２０６は、ＣＰＵ１〜ＣＰＵＮ、システムメモリ２０８、及びネットワークインタフェース又は他の周辺インタフェース（例えば、入出力装置）を含めて装置内の任意の周辺装置との間のＩ／Ｏトラフィックを調整するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏ回路２０６は、必要なプロトコル、タイミング又は他のデータ変換を実行し、１つのコンポーネント（例えば、システムメモリ２０８）からのデータ信号を別のコンポーネント（例えば、ＣＰＵ１〜ＣＰＵＮ）が使用するのに適したフォーマットに変換することができる。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏ回路２０６は、様々な種類の周辺バス（例えば、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）バス規格又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）規格の変形）を介して接続された装置に対するサポートを含んでもよい。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏ回路２０６の機能を２つ以上の別々のコンポーネント（例えば、ノースブリッジ及びサウスブリッジなど）に分割してもよい。また、いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏ回路２０６の機能（例えば、システムメモリ２０８へのインタフェース）のうちの一部又は全てをＣＰＵ１〜ＣＰＵＮに直接に組み込んでもよい。
【００３６】
ネットワークインタフェースは、バイアス制御装置１４０とネットワークに接続された他の装置（例えば、１つ以上の表示装置（図示せず））との間で、又は１つ以上の外部システムの間で、又はノード間で、データ交換できるように構成してもよい。様々な実施形態では、ネットワークは、例えば、これらに限定されないが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）（例えば、イーサネット又は企業ネットワーク）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）（例えば、インターネット）、無線データネットワーク、他の電子データネットワーク、又はそれらのある組合せを含む１つ以上のネットワークを含んでもよい。様々な実施形態では、ネットワークインタフェースは、有線又は無線の一般データネットワーク（例えば、任意の適切なタイプのイーサネットネットワーク）を介して、電気通信／電話ネットワーク（例えば、アナログ音声ネットワーク又はデジタルファイバ通信ネットワーク）を介して、ストレージエリアネットワーク（例えば、ファイバチャネルＳＡＮ）を介して、又は任意の他の適切な種類のネットワーク及び／又はプロトコルを介して、通信をサポートしてもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、入出力装置は、１つ以上のディスプレイ端末、キーボード、キーパッド、タッチパッド、スキャン装置、音声又は光学認識装置、又は１つ以上のバイアス制御装置１４０によるデータの入力又はアクセスに適した他の装置を含んでもよい。複数の入出力装置が存在してもよく、又はバイアス制御装置１４０の様々なノードに分散してもよい。いくつかの実施形態では、同様の入力／出力装置は、バイアス制御装置１４０から分離されてもよく、有線又は無線接続（例えば、ネットワークインタフェース上）を通じて、バイアス制御装置１４０の１つ以上のノードと通信してもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、図示のコンピュータシステムは、上記の方法（例えば、図４のフローチャートによって示される方法）のうちのいずれかを実施することができる。他の実施形態では、異なる要素及びデータが含まれていてもよい。
【００３９】
当業者は、バイアス制御装置１４０が単に例示的であり、実施形態の範囲を限定することを意図していないことを理解するであろう。特に、コンピュータシステム及び装置は、コンピュータ、ネットワーク装置、インターネット機器、ＰＤＡ、無線電話、ポケットベルなどを含めて、様々な実施形態で示された機能を実行することができるハードウェア又はソフトウェアの任意の組合せを含んでもよい。バイアス制御装置１４０はまた、図示されていない他の装置に接続されてもよく、又は代わりにスタンドアローンシステムとして動作させてもよい。更に、例示されたコンポーネントによって提供される機能は、いくつかの実施形態では、より少ないコンポーネントに組み込んでもよいし、又は追加のコンポーネントに分散させてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、例示されたコンポーネントのいくつかの機能は提供されない場合もあり、及び／又は他の追加の機能が利用可能になる場合もある。
【００４０】
当業者はまた、様々な情報が使用中にメモリ又はストレージに記憶されるように図示されているが、これらの情報又はその一部は、メモリ管理及びデータ完全性の目的で、メモリと他のストレージ装置との間で転送することができることを理解するであろう。代替的に、他の実施形態では、ソフトウェアコンポーネントのうちの一部又は全てが、別のデバイス上のメモリ内で実行され、コンピュータ間での通信を介して、図示されたコンピュータシステムと通信することができる。システムコンポーネント又はデータ構造の一部又は全ては、適切なドライブによって読み取られるコンピュータアクセス可能媒体又は可搬品に（例えば、命令又は構造化データとして）記憶することもでき、その様々な例が上記されている。いくつかの実施形態では、バイアス制御装置１４０から分離されている別のコンピュータアクセス可能媒体に記憶されている命令は、伝送媒体又は信号（例えば、電気信号、電磁気信号、又はデジタル信号）を介してバイアス制御装置１４０に送信され、通信媒体（例えば、ネットワーク及び／又は無線リンク）を介して伝達してもよい。様々な実施形態は、コンピュータアクセス可能媒体上で又は通信媒体を介して、前述の説明に従って実施された命令及び／又はデータを受信、送信又は記憶することを更に含んでもよい。一般に、コンピュータアクセス可能媒体は、ストレージ媒体又は記憶媒体（例えば、磁気媒体又は光学媒体、例えばディスク又はＤＶＤ／ＣＤ−ＲＯＭ）、揮発性媒体又は不揮発性媒体（例えば、ＲＡＭ（例えば、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ、ＲＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなど）、ＲＯＭ）などを含んでもよい。
【００４１】
図３は、本開示の例示的実施形態による図１の装置の、グラフ３００に示されるような、イオンエネルギー分布関数の一例である。
【００４２】
グラフ３００は、第１の曲線３０２及び第２の曲線３０４を示す。第１の曲線３０２は、整形バイアス波形発生器１３０によって発生した、低及び中の異なるイオンエネルギーにおけるイオン分布を示す。第２の曲線３０４は、高イオンエネルギーにおけるイオン分布を示し、ＤＣパルス源１２０からの高エネルギーピークを示している。上記の整形バイアス波形発生器からの分布はほぼ正方形であるが、整形バイアス波形発生器はＤＣパルス源１２０により生ずる高イオンエネルギーピークとは別々に制御されるので、本開示に記載された調整可能なバイアスを用いて他の分布が可能である。
【００４３】
例えば、第１の曲線３０２の低エネルギー端はより低いイオンエネルギーの方へ、例えば、約１００Ｖに配置されてもよく、一方、中エネルギー端はより高いイオンエネルギーの方へ、例えば、約８００Ｖに配置されてもよい。追加の実施形態では、第１の曲線３０２の低エネルギー端はより低いイオンエネルギーの方へ、例えば、約２００Ｖに配置され、一方、中エネルギー端はより高いイオンエネルギーの方へ、例えば、約１，０００Ｖに配置されてもよい。更に別の実施形態では、第１の曲線３０２の低エネルギー端はより低いイオンエネルギーの方へ、例えば約２０Ｖに配置され、一方、中エネルギー端はより高いイオンエネルギーの方へ、例えば約５００Ｖに配置されてもよい。
【００４４】
図４は、本開示の例示的実施形態によるプラズマチャンバ内の半導体ワークピース全体に亘るイオン分布を調整する方法４００を表す流れ図である。
【００４５】
バイアス制御装置１４０は、本開示の例示的実施形態による方法４００の例示的一実施である。
【００４６】
４０２で、バイアス制御装置は方法４００を開始する。４０４で、バイアス制御装置はＤＣパルス源１２０を制御して高電圧を生成し、その高電圧をプラズマチャンバ内のウエハ、例えばプラズマチャンバ１０２内のウエハ１０５に結合する。
【００４７】
４０６で、バイアス制御装置は、整形バイアス波形発生器１３０を制御して低電圧及び中電圧を生成する。４０８で、これらの低電圧及び中電圧はウエハに容量結合される。
【００４８】
次に、方法は４１０に進み、そこでバイアス制御装置１４０は高電圧と中低電圧を交互にパルス化し、高エネルギーイオンがワークピース内の高アスペクト比のフィーチャの底部に到達するために利用可能であるように、ワークピースに向けられたイオンフラックスのイオンエネルギー分布を調整する。
【００４９】
方法４００は４１２で終了する。
【００５０】
図５は、本開示の例示的な実施形態による整形バイアス波形発生器１３０によって出力され、プラズマチャンバに結合された整形パルスバイアス波形を示す。
【００５１】
整形バイアス波形発生器１３０は、図５に示すパルス波形をシステム１００のチャッキングメッシュ１０８に結合する。
【００５２】
整形パルスバイアスが目的通りに機能するためには、現在、いくつかの静電容量値が既知であるか又は推定されなければならない。特に、整形パルスバイアス波形（図５）には、チャッキングメッシュ１０８に供給される全電圧が、静電チャック１０４とシース電荷（「空間電荷シース」又は「シース」と呼ばれる）との間で分担されることが必要であり、ここで当該シース電荷はプラズマと静電チャック支持表面又はその上に配置されたワークピースとの間の空間に形成される。静電チャックの静電容量ＣＣＫは容易に確認することができるが、浮遊容量（ＣＳＴＲ）及びシース容量（ＣＳＨ）の値は予測できないほどに時間変化することが分かっている。例えば、浮遊容量ＣＳＴＲは、プラズマ処理チャンバ内の条件によって決定されるので、処理チャンバコンポーネントなどの熱膨張と同様な要因からの影響を受ける。
【００５３】
機能的には、静電チャックとシースは直列に接続された２つのコンデンサとして作用し、静電チャックコンデンサの一方の電極に印加される入力電圧波形が制御されるので、全印加電圧がコンデンサ間でどのように分担されるのか、どれ程の電圧がシースにかかるのかを決定するために、両方の静電容量値を知る必要がある。
【００５４】
様々な実施形態では、本明細書に記載された方法を、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの組合せで実施することができる。更に、方法の順序は変更されてもよく、様々な要素が追加され、並べ替えられ、組み合わされ、省略され、又は他の方法で変更されてもよい。本明細書に記載された全ての例は、非限定的に提示されている。本開示の恩恵を受ける当業者にとっては明らかであるように、様々な修正及び変更がなされてもよい。実施形態に従った実現は、特定の実施形態に照らして説明されてきた。これらの実施形態は、例示的であり限定的ではないことを意味する。本開示の範囲内で、多くの変形、修正、追加、及び改良が可能である。したがって、本明細書で単一の例として説明されているコンポーネントに対して複数の例を提供することができる。最後に、例示的な構成において個別のコンポーネントとして提示された構造及び機能は、組み合わされた構造又はコンポーネントとして実装されてもよい。これら及び他の変形、修正、追加、及び改良は、添付の特許請求の範囲で定義される実施形態の範囲内にあり得る。
【００５５】
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施形態は本開示の基本的な範囲を逸脱することなく創作することができる。
【図１】
2020507678.tif 000003
【図２】
2020507678.tif 000004
【図３】
2020507678.tif 000005
【図４】
2020507678.tif 000006
【図５】
2020507678.tif 000007
【図６】
2020507678.tif 000008
【図７】
2020507678.tif 000009
【図８】
2020507678.tif 000010
【国際調査報告】
2020507678.tif 000011
2020507678.tif 000012