(57)【要約】【解決手段】基板が、誘導結合プラズマ処理チャンバのプラズマ処理空間内の基板支持構造配置上に配置される。基板に暴露するプラズマを生成するために、第１高周波信号が、第１高周波信号発生器からプラズマ処理空間の外側に配置されているコイルへ供給される。第２高周波信号が、第２高周波信号発生器から基板支持構造内の電極へ供給される。第１および第２高周波信号発生器は、互いに独立して制御される。第２高周波信号は、約２７メガヘルツ以上の周波数を有する。第２高周波信号は、プラズマ処理空間内の基板のレベルで補充プラズマ密度を生成しつつ、基板のレベルで約２００ボルト未満のバイアス電圧を生成する。【選択図】図４
2020505722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合プラズマ処理チャンバを動作させるための方法であって、
前記誘導結合プラズマ処理チャンバのプラズマ処理空間内の基板支持構造上に基板を配置し、
第１高周波信号発生器から前記誘導結合プラズマ処理チャンバの前記プラズマ処理空間の外側に配置されているコイルへ第１高周波信号を供給し、前記第１高周波信号は、前記基板に暴露するプラズマを生成し、
前記第１高周波信号発生器から前記コイルへ前記第１高周波信号を供給するのと同時に、第２高周波信号発生器から前記基板支持構造内の電極へ第２高周波信号を供給し、前記第１および第２高周波信号発生器は、互いに独立して制御され、前記第２高周波信号は、約２７メガヘルツ以上の周波数を有し、前記第２高周波信号は、前記プラズマ処理空間内の前記基板のレベルで補充プラズマ密度を生成し、前記第２高周波信号は、前記基板の前記レベルで約２００ボルト未満のバイアス電圧を生成すること、
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１高周波信号は、約１０メガヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、前記第１高周波信号は、約１キロワット〜約４キロワットの範囲内の電力で供給される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記第２高周波信号は、約２７メガヘルツ〜約１４０メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、前記第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記第２高周波信号は、約２７メガヘルツの周波数で供給され、前記第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記第２高周波信号は、約６０メガヘルツの周波数で供給され、前記第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、前記コイルは、複数の独立制御可能な半径方向区画を備え、前記方法は、さらに、前記第２高周波信号によって前記基板の前記レベルで生成された前記補充プラズマ密度によって引き起こされる前記基板にわたるプラズマ密度プロファイルにおける摂動を補償するために、前記コイルの前記複数の独立制御可能な半径方向区画に供給される高周波信号を制御する工程を備える、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記基板に実行される処理レシピに従って、第３高周波信号発生器から前記基板支持構造内の前記電極へ第３高周波信号を供給することを備え、
前記第１および第２および第３高周波信号発生器は、互いに独立して制御され、前記第３高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数を有し、前記第３高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給され、前記第３高周波信号は、前記基板の前記レベルで約２００ボルトより大きいバイアス電圧を生成する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記第１高周波信号は、約１０メガヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、前記第１高周波信号は、約１キロワット〜約４キロワットの範囲内の電力で供給され、
前記第２高周波信号は、約２７メガヘルツ〜約１４０メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、前記第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記第３高周波信号は、約１３．５６メガヘルツの周波数を有する、方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、前記第３高周波信号は、前記基板の指向性イオンによる処理中に前記第３高周波信号発生器から前記基板支持構造内の前記電極へ供給され、前記第３高周波信号は、前記基板の等方性処理中には前記第３高周波信号発生器から前記基板支持構造内の前記電極へ供給されない、方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法であって、さらに、
前記基板に実行される前記処理レシピに従って、第４高周波信号発生器から前記基板支持構造内の前記電極へ第４高周波信号を供給することを備え、
前記第１および第２および第３および第４高周波信号発生器は、互いに独立して制御され、前記第４高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１メガヘルツの範囲内の周波数を有し、前記第４高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給され、前記第４高周波信号は、前記基板の前記レベルでイオンの方向性を制御する、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記第１高周波信号は、約１０メガヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、前記第１高周波信号は、約１キロワット〜約４キロワットの範囲内の電力で供給され、
前記第２高周波信号は、約２７メガヘルツ〜約１４０メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、前記第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記第３高周波信号は、約１３．５６メガヘルツの周波数を有し、前記第４高周波信号は、約１メガヘルツの周波数を有する、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記第２高周波信号は、約６０メガヘルツの周波数を有する、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記第２高周波信号は、約２７メガヘルツの周波数を有する、方法。
【請求項１６】
誘導結合プラズマ処理システムであって、
プラズマ処理空間を囲み、上側窓構造を有するチャンバと、
コイルであって、前記コイルから前記上側窓構造を通して前記プラズマ処理空間へ至る高周波信号の伝送を可能にするような位置で前記チャンバの外側に配置されているコイルと、
前記チャンバ内に配置されている基板支持構造であって、前記プラズマ処理空間へ露出させて基板を保持するよう構成されている基板支持構造と、
前記基板支持構造内に配置されている電極と、
前記コイルへ第１高周波信号を供給するように接続されている第１高周波信号発生器と、
前記基板支持構造内の前記電極へ第２高周波信号を供給するように接続されている第２高周波信号発生器であって、前記第１高周波信号発生器に対して独立制御可能な第２高周波信号発生器と、を備え、前記第２高周波信号は、約２７メガヘルツ以上の周波数を有し、前記第２高周波信号は、前記基板が前記基板支持構造上に存在する時に、前記基板のレベルで補充プラズマ密度を生成するよう規定され、前記第２高周波信号は、前記基板が前記基板支持構造上に存在する時に、前記基板の前記レベルで約２００ボルト未満のバイアス電圧を生成する、誘導結合プラズマ処理システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の誘導結合プラズマ処理システムであって、前記第１高周波信号発生器は、約１０メガヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数かつ約１キロワット〜約４キロワットの範囲内の電力の前記第１高周波信号を生成するように構成され、
前記第２高周波信号発生器は、約２７メガヘルツ〜約１４０メガヘルツの範囲内の周波数かつ約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力の前記第２高周波信号を生成するように構成されている、誘導結合プラズマ処理システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の誘導結合プラズマ処理システムであって、さらに、
前記基板支持構造内の前記電極へ第３高周波信号を供給するように接続されている第３高周波信号発生器を備え、
前記第３高周波信号発生器は、前記第１および第２高周波信号発生器に対して独立制御可能であり、前記第３高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数を有し、前記第３高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給され、前記第３高周波信号は、前記基板が前記基板支持構造上に存在する時に、前記基板の前記レベルで約２００ボルトより大きいバイアス電圧を生成する、誘導結合プラズマ処理システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の誘導結合プラズマ処理システムであって、さらに、
前記基板支持構造内の前記電極へ第４高周波信号を供給するように接続されている第４高周波信号発生器を備え、
前記第４高周波信号発生器は、前記第１および第２および第３高周波信号発生器に対して独立制御可能であり、前記第４高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１メガヘルツの範囲内の周波数を有し、前記第４高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給され、前記第４高周波信号は、前記基板が前記基板支持構造上に存在する時に、前記基板の前記レベルでイオンの方向性を制御する、誘導結合プラズマ処理システム。
【請求項２０】
請求項１６記載の誘導結合プラズマ処理システムであって、前記コイルは、複数の独立制御可能な半径方向区画を備え、前記誘導結合プラズマ処理システムは、前記基板が前記基板支持構造上に存在する時に前記第２高周波信号によって前記基板の前記レベルで生成された前記補充プラズマ密度によって引き起こされる前記基板にわたるプラズマ密度プロファイルにおける摂動を補償するために、前記コイルの前記複数の独立制御可能な半径方向区画に供給される高周波信号を制御するよう構成されている制御システムを備える、誘導結合プラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの現代の半導体チップ製造処理は、プラズマの生成を含んでおり、プラズマに由来するイオンおよび／またはラジカル成分が、プラズマに暴露された基板の表面上での変化に直接的あるいは間接的に影響を与えるのに利用される。例えば、様々なプラズマベースの処理が、基板表面から材料をエッチングするため、基板表面上に材料を蒸着するため、または、基板表面上にすでに存在する材料を改質するために利用されうる。プラズマは、しばしば、処理ガスが励起されて所望のプラズマに変化するように、制御された環境内で処理ガスに高周波（ＲＦ）電力を印加することによって生成される。プラズマの特性は、以下を含むがこれらに限定されない多くの処理パラメータによって影響を受ける。特に、処理ガスの材料組成、処理ガスの流量、プラズマ生成領域および周囲構造の幾何学的特徴、処理ガスおよび周囲の材料の温度、印加されるＲＦ電力の周波数、ならびに、印加されるＲＦ電力の大きさ。したがって、特にプラズマ生成領域へのＲＦ電力の供給に関しては、生成されるプラズマの特性に影響しうる処理パラメータの一部を理解、監視、および／または、制御することが重要である。本発明は、この文脈で生まれたものである。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態例において、誘導結合プラズマ処理チャンバを動作させるための方法が開示されている。方法は、誘導結合プラズマ処理チャンバのプラズマ処理空間内の基板支持構造上に基板を配置することを備える。方法は、さらに、誘導結合プラズマ処理チャンバのプラズマ処理空間の外側に配置されているコイルへ、第１高周波信号発生器から第１高周波信号を供給することを備える。第１高周波信号は、基板へ暴露するプラズマを生成する。方法は、さらに、第１高周波信号発生器からコイルに第１高周波信号を供給すると同時に、第２高周波信号発生器から基板支持構造内の電極に第２高周波信号を供給することを備える。第１および第２高周波信号発生器は、互いに独立して制御される。第２高周波信号は、約２７メガヘルツ以上の周波数を有する。第２高周波信号は、プラズマ処理空間内の基板のレベル（高さ）で補充プラズ密度を生成する。第２高周波信号は、基板のレベルで約２００ボルト未満のバイアス電圧を生成する。
【０００４】
一実施形態例において、誘導結合プラズマ処理システムが開示されている。システムは、プラズマ処理空間を囲むチャンバを備える。チャンバは、上側窓構造を備える。システムは、さらに、コイルから上側窓構造を通してプラズマ処理空間へ至る高周波信号の伝送を可能にするような位置でチャンバの外側に配置されているコイルを備える。システムは、さらに、チャンバ内に配置されている基板支持構造を備える。基板支持構造は、プラズマ処理空間へ露出させて基板を保持するよう構成される。システムは、さらに、基板支持構造内に配置されている電極を備える。システムは、さらに、コイルへ第１高周波信号を供給するように接続されている第１高周波信号発生器を備える。システムは、さらに、基板支持構造内の電極へ第２高周波信号を供給するよう接続されている第２高周波信号発生器を備える。第２高周波信号発生器は、第１高周波信号発生器に対して独立制御可能である。第２高周波信号は、約２７メガヘルツ以上の周波数を有する。第２高周波信号は、基板が基板支持構造上に存在する時に、基板のレベルで補充プラズマ密度を生成するよう規定される。第２高周波信号は、基板が基板支持構造上に存在する時に、基板のレベルで約２００ボルト未満のバイアス電圧）を生成する。
【０００５】
本発明のその他の態様および利点については、本発明を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明のいくつかの実施形態に従って、ＩＣＰ処理チャンバの一例を示す図。
【０００７】
【図２】本発明のいくつかの実施形態に従って、図１のコイルの例を示す上面図。
【０００８】
【図３】本発明のいくつかの実施形態に従って、２つの独立制御される区画を備えたマルチゾーンコイルを示す図。
【０００９】
【図４】本発明のいくつかの実施形態に従って、３つの高周波信号発生器を備えたＩＣＰ処理チャンバを示す図。
【００１０】
【図５】本発明のいくつかの実施形態に従って、第２バイアス高周波信号発生器を備えるよう変形した図４のＩＣＰ処理チャンバの変形例を示す図。
【００１１】
【図６Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従って、基板を横切る中心から縁部までの半径方向距離の関数として基板上のアルゴンイオン束のプロットを示す図。
【００１２】
【図６Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従って、基板レベルで高周波電力を供給することなしに、１０ＭＨｚの周波数の３．５ｋＷ高周波電力をコイルのみへ供給した時の、イオンエネルギ対イオン角度分布のプロットを示す図。
【００１３】
【図６Ｃ】本発明のいくつかの実施形態に従って、基板レベルで６０ＭＨｚの周波数の５００Ｗ高周波電力を供給すると共に、１０ＭＨｚの周波数の１ｋＷ高周波電力をコイルへ供給した時の、イオンエネルギ対イオン角度分布のプロットを示す図。
【００１４】
【図７】本発明のいくつかの実施形態に従って、誘導結合プラズマ処理チャンバを動作させるための方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。
【００１６】
半導体産業では、半導体基板が、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）プラズマ処理チャンバ内で製造動作を受けうる。ＩＣＰ処理チャンバは、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）処理チャンバと呼ばれることもある。本明細書における議論を容易にするために、ＩＣＰ処理チャンバは、ＩＣＰ処理チャンバおよびＴＣＰ処理チャンバの両方を指すために用いられる。図１は、本発明のいくつかの実施形態に従って、ＩＣＰ処理チャンバ１００の一例を示す図である。ＩＣＰ処理チャンバ１００は、ＩＣＰ処理チャンバ内でプラズマ（ここで、プラズマは、プラズマに暴露される基板の条件の変化に影響を与えるために用いられる）を生成するために高周波信号がＩＣＰ処理チャンバの外側に配置されているコイルからＩＣＰ処理チャンバ内の処理ガスへ伝送される任意のタイプのＩＣＰ処理チャンバであってよいことを理解されたい。図１は、コイル１２１を示しており、コイル１２１から高周波信号がプラズマ処理空間１０１へ伝送されることで、基板１１１に暴露するプラズマ１０２がプラズマ処理空間１０１内で生成される。
【００１７】
いくつかの実施形態において、基板１１１は、製造手順を実行中の半導体ウエハである。ただし、様々な実施形態において、基板１１１は、基本的に、プラズマベースの製造処理を受ける任意のタイプの基板であってよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、本明細書で用いられる基板１１１という用語は、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、または、ＳｉＣ、もしくは、その他の基板材料で形成された基板を指しうるものであり、ガラスパネル／基板、金属ホイル、金属シート、ポリマ材料などを含みうる。また、様々な実施形態において、本明細書で言及される基板１１１は、形態、形状、および／または、サイズが様々であってよい。例えば、いくつかの実施形態において、本明細書で言及される基板１１１は、２００ｍｍ（ミリメートル）半導体ウエハ、３００ｍｍ半導体ウエハ、または、４５０ｍｍ半導体ウエハに対応しうる。また、いくつかの実施形態において、本明細書で言及される基板１１１は、形状の中でも特に、平面パネルディスプレイ用の長方形基板など、非円形の基板に対応してもよい。
【００１８】
ＩＣＰ処理チャンバ１００のプラズマ処理空間１０１は、周囲構造１０３の中かつ上側窓構造１０５の下かつ基板支持構造１０７の上に形成される。いくつかの実施形態において、周囲構造１０３は、ＩＣＰ処理チャンバ１００の動作中にプラズマ処理空間１０１内に存在する環境および材料と機械的および化学的に適合する導電材料（金属など）で形成される。これらの実施形態において、周囲構造１０３は、基準接地電位１０９に電気接続されうる。
【００１９】
基板支持構造１０７は、プラズマ処理空間１０１内で生成されたプラズマ１０２に暴露させて基板１１１をしっかりと支持するよう構成される。いくつかの実施形態において、基板支持構造１０７は、基板１１１を基板支持構造１０７上にクランプするための静電場を生成するために電力を供給されうる１または複数のクランプ電極１０９を備えた静電チャックである。様々な実施形態において、１または複数のクランプ電極１０９に供給される電力は、高周波電力、直流電力、もしくは、高周波電力および直流電力の両方の組みあわせであってよい。
【００２０】
基板支持構造１０７は、さらに、プラズマ処理空間１０１内の基板１１１のレベル（高さ）でバイアス電圧（Ｖｂ）を生成するために高周波バイアス電力が供給されうるバイアス電極１１３を備えてよい。バイアス電極１１３からプラズマ処理空間１０１へ伝送される高周波電力をバイアス高周波電力と呼ぶ。いくつかの実施形態において、バイアス高周波電力は、バイアス高周波信号発生器１１５によって生成され、インピーダンス整合回路１１７および伝送ロッド１１９を通してバイアス電極１１３へ伝送される。伝送ロッド１１９は、ＩＣＰ処理チャンバ１００の周囲構造１０３から電気的に絶縁されている。整合回路１１７は、バイアス高周波信号発生器１１５から見た伝送ロッド１１９におけるインピーダンスが、バイアス高周波信号発生器１１５が動作するよう設計された負荷インピーダンスに十分近いことを保証するよう構成されているキャパシタおよび／またはインダクタの配列を備えており、その結果、バイアス高周波信号発生器１１５によって生成および伝送される高周波信号は、効率的に（すなわち、許容不能な反射なしに）プラズマ処理空間１０１に伝送される。
【００２１】
ＩＣＰ処理チャンバ１００は、基板１１１上の材料または表面の条件の変化に影響を与えるために、１または複数の処理ガスをプラズマ処理空間１０１へ流すと共にコイル１２１から１または複数の処理ガスへ高周波電力を印加することによって、１または複数の処理ガスを基板１１１に暴露するプラズマ１０２に変化させるように動作する。コイル１２１は、上側窓構造１０５の上方に配置される。図１の例において、コイル１２１は、ラジアルコイルアセンブリとして形成され、コイル１２１の網掛けの部分は図面のページ背面に向かって巻き、コイル１２１の網掛けのない部分は図面のページ前面に向かって巻いている。図２は、本発明のいくつかの実施形態に従って、図１のコイルの例１２１を示す上面図である。ただし、別の実施形態において、コイル１２１は、基本的に、上側窓構造１０５を通してプラズマ処理空間１０１へ高周波電力を伝送するのに適した任意の構成を有してよいことを理解されたい。様々な実施形態において、コイル１２１は、上側窓構造１０５を通してプラズマ処理空間１０１へ必要な高周波信号伝送を提供する必要に応じて、任意の巻回数ならびに任意の断面サイズおよび形状（円形、楕円形、長方形、台形など）を有してよい。
【００２２】
コイル１２１からプラズマ処理空間１０１へ伝送される高周波電力をプラズマ一次高周波電力と呼ぶ。プラズマ一次高周波電力は、一次高周波信号発生器１２３によって生成され、インピーダンス整合回路１２５および電気接続１２７を通してコイル１２１へ伝送される。整合回路１２５は、一次高周波信号発生器１２３から見たコイル１２１におけるインピーダンスが、一次高周波信号発生器１２３が動作するよう設計された負荷インピーダンスに十分近いことを保証するよう構成されているキャパシタおよび／またはインダクタの配列を備えており、その結果、一次高周波信号発生器１２３によってコイル１２１に供給される高周波信号は、効率的に（すなわち、許容不能な反射なしに）プラズマ処理空間１０１に伝送される。
【００２３】
また、いくつかの実施形態において、コイル１２１は、複数の部分または区画を備えてもよく、ここで、複数の部分または区画の各々は、供給される高周波信号の電力および周波数に関して独立的に制御可能である。例えば、図３は、本発明のいくつかの実施形態に従って、２つの独立制御される区画を備えたマルチゾーンコイル１２１Ａを示す。図３の例において、マルチゾーンコイル１２１Ａは、内側区画３０１および外側区画３０３を備える。内側区画３０１は、対応する整合回路３０７および電気接続３０８を介して、対応する一次高周波信号発生器３０５から高周波信号を受信するように接続される。整合回路３０７は、一次高周波信号発生器３０５から見たコイル１２１Ａの内側区画３０１におけるインピーダンスが、一次高周波信号発生器３０５が動作するよう設計された負荷インピーダンスに十分近いことを保証するよう構成されているキャパシタおよび／またはインダクタの配列を備えており、その結果、一次高周波信号発生器３０５によって生成および伝送される高周波信号は、効率的に（すなわち、許容不能な反射なしに）プラズマ処理空間１０１に伝送される。
【００２４】
そして、外側区画３０３は、対応する整合回路３１１および電気接続３１２を介して、対応する一次高周波信号発生器３０９から高周波信号を受信するように接続される。整合回路３１１は、一次高周波信号発生器３０９から見たコイル１２１Ａの外側区画３０３におけるインピーダンスが、一次高周波信号発生器３０９が動作するよう設計された負荷インピーダンスに十分近いことを保証するよう構成されているキャパシタおよび／またはインダクタの配列を備えており、その結果、一次高周波信号発生器３０９によって生成および伝送される高周波信号は、効率的に（すなわち、許容不能な反射なしに）プラズマ処理空間１０１に伝送される。
【００２５】
図３のマルチゾーンコイル１２１Ａは、例として提示されていることを理解されたい。様々な実施形態において、マルチゾーンコイル１２１Ａは、任意の数の区画を備えてよく、各区画は、上側窓構造１０５の上方で特定の対応する径方向の範囲にわたる。また、コイル例１２１Ａの巻回数は、例として提示されていることを理解されたい。様々な実施形態において、コイル１２１Ａは、上側窓構造１０５を通してプラズマ処理空間１０１へ必要な高周波信号伝送を提供する必要に応じて、任意の巻回数ならびに任意の断面サイズおよび形状（円形、楕円形、長方形、台形など）を有してよい。
【００２６】
ＩＣＰ処理チャンバ１００は、様々なプラズマベースの半導体加工用途において（例えば、プラズマエッチングなどにおいて）、プラズマ処理制御にいくつかの利点を有する。ＩＣＰ処理チャンバ１００は、プラズマ密度（イオン束／ラジカル束）およびイオンエネルギの独立制御を提供する。具体的には、プラズマ密度は、コイル１２１から上側窓構造１０５を通してプラズマ処理空間１０１へ伝送されるプラズマ一次高周波電力によって或る程度まで制御可能である。そして、イオンエネルギは、バイアス電極１１３からプラズマ処理空間１０１へ伝送されるバイアス高周波電力によって基板レベルで生成されるバイアス電圧（Ｖｂ）によって制御可能である。プラズマ密度（イオン束およびラジカル束に直接相関する）およびイオンエネルギの独立制御は、いくつかの半導体加工用途において特に有用である。例えば、求められるエッチング速度を得るために高プラズマ密度が必要とされ、基板上に存在する１または複数の材料（フォトレジスト材料など）への損傷を低減するために低イオンエネルギが求められるパターニング用途で有用である。パターニング用途に加えて、多くの他のプラズマベース半導体加工用途も、プラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御から恩恵を受けうることを理解されたい。
【００２７】
ＩＣＰ処理チャンバ１００によれば、プラズマ密度は、コイル１２１に供給されるプラズマ一次高周波電力の制御を通して増大させることが可能であり、バイアス電圧（Ｖｂ）は、バイアス電極１１３に供給されるバイアス高周波電力の制御を通して制御することが可能である。また、プラズマ一次高周波電力／周波数およびバイアス高周波電力／周波数は、所望の結果を達成するために同時に異なる方法で制御される必要がありうる。例えば、いくつかの実施形態において、低イオンエネルギと同時に高いプラズマ密度を得るためには、プラズマ一次高周波電力は高い必要があり、それと同時に、バイアス高周波電力は低い必要がある。容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理チャンバ内では、プラズマ密度およびイオンエネルギが１または複数の同じ高周波電源によって提供／制御されるので、プラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御は、（ＩＣＰ処理チャンバとは対照的に）ＣＣＰ処理チャンバでは利用できないことを理解されたい。
【００２８】
いくつかの加工用途では、基板付近で高いイオン束および／または高いラジカル束を実現することで基板上において高い相互作用速度を得るために、高密度プラズマが基板レベルで必要とされ、同時に、基板上の材料への損傷を避けるために、および／または、基板上に入射するイオン束の方向性を低減するために（すなわち、基板レベルでより多くの等方性イオン束を有するために）、低イオンエネルギが基板レベルで必要とされる。これらの加工用途において、プラズマ密度は、基板レベルでのバイアス電圧（Ｖｂ）を高めることなしに、基板レベルで増大される必要がある。例えば、パターニング用途においては、エッチング動作中に基板の一部の上に保護コーティングを提供するために、フォトレジスト材料が利用されうる。この状況では、高バイアス電圧（Ｖｂ）により、フォトレジスト材料に入射するイオンが基板のフォトレジスト材料を基板からスパッタする点までイオンエネルギが増大しうる。そして、エッチング処理全体を通してフォトレジスト材料が残る必要があるので、フォトレジスト材料のスパッタリングおよびフォトレジスト材料の早期の喪失を避けるために、基板レベルでのバイアス電圧（Ｖｂ）を低く維持することが重要である。
【００２９】
いくつかの状況において、コイル１２１から上側窓構造１０５を通してプラズマ処理空間１０１へ伝送されるプラズマ一次高周波電力は、必要なエッチング速度および／またはエッチング選択比を得るために、基板レベルで十分な密度を提供しない。このことの１つの理由は、コイル１２１から伝送されたプラズマ一次高周波電力によって生成されたプラズマ１０２の密度が、コイル１２１からの距離が増すとともに減少することである。したがって、コイル１２１と基板支持構造１０７との間の距離が増すにつれて、基板レベルで必要なプラズマ密度を実現することが困難になる。また、バイアス電極１１３に印加されるより低い周波数のバイアス高周波電力は、基板１１１付近のプラズマ密度にあまり寄与することなしに、基板１１１上の直流バイアス電圧（Ｖｂ）を生成する。
【００３０】
さらに、上側窓構造１０５のオーバーヒートによって損傷が起きる可能性があることから、コイル１２１に供給されるプラズマ一次高周波電力を、指定された最大量（約３ｋＷ（キロワット）など）を超えて単純に増加させることは不可能な場合がある。また、コイル１２１と基板支持構造１０７との間の距離を短くすることは、コストのかかるＩＣＰ処理チャンバ１００の再設計を必要とし、潜在的に、基板１１１のレベルでのプラズマ均一性に関する問題を引き起こし、他の課題を提示する。
【００３１】
基板１１１レベルでのイオンエネルギの増大を引き起こすことなしに基板１１１レベルでのプラズマ密度の増大を提供するための方法およびシステムが、本明細書で開示されている。本明細書で開示する方法およびシステムは、ＩＣＰ処理チャンバ１００で実施されてよく、コイル１２１へのプラズマ一次高周波電力の供給の増加を必要としない。本明細書に開示する方法およびシステムは、バイアス電極１１３を用いて、特別に制御された高周波信号をプラズマ処理空間１０１へ伝送することで、基板１１１レベルでのイオンエネルギを増大させることなしに基板１１１レベルで局所的に補充プラズマ密度を生成する。
【００３２】
バイアス高周波信号発生器１１５によって基板１１１レベルで印加されるバイアス高周波電力は、基板１１１レベルで（すなわち、基板の直上で）或る程度の量のプラズマ密度を生成する。一般に、バイアス高周波信号発生器１１５によって供給される高周波信号によって生成されるバイアス電圧（Ｖｂ）は、これらの高周波信号の周波数（ｆ）に反比例する（Ｖｂ∝１／ｆ）。バイアス高周波電力（Ｐｂ）は、バイアス電圧（Ｖｂ）およびバイアス電流（Ｉｂ）の積すなわち（Ｐｂ＝Ｖｂ＊Ｉｂ）で与えられるので、バイアス電圧（Ｖｂ）が低いと、同じバイアス高周波電力（Ｐｂ）を保つために、バイアス電流（Ｉｂ）は、それに対応して高い必要がある。したがって、所与のバイアス高周波電力（Ｐｂ）からより高いプラズマ密度を達成するためには、より低いバイアス電圧（Ｖｂ）およびそれに対応してより高いバイアス電流（Ｉｂ）を有する必要がある。そして、バイアス電圧（Ｖｂ）は、バイアス高周波信号の周波数（ｆ）に反比例するので、所与のバイアス高周波電力（Ｐｂ）に対してより低いバイアス電圧（Ｖｂ）を得るために、バイアス高周波信号の周波数（ｆ）は増大されうる。したがって、基板１１１レベルで生成されるプラズマ密度の増大を得るために、バイアス電圧（Ｖｂ）を低く維持すると同時に、より高い周波数（ｆ）の高周波信号が、バイアス電極１１３に供給されうる。
【００３３】
基板１１１レベルで、有効プラズマ密度は、プラズマ一次高周波電力によって生成されるプラズマ密度およびバイアス電極１１３に供給された高周波信号によって生成されるプラズマ密度の合計である。基板１１１レベルでのイオンエネルギを増大させることなしに、より高いプラズマ密度が基板１１１レベルで求められるいくつかの実施形態において、低バイアス電圧（Ｖｂ）（例えば、約２００Ｖ未満）で基板１１１レベルにおいて補充プラズマ密度を生成するために、補充プラズマ密度高周波電力が高周波数（例えば、約２７ＭＨｚ（メガヘルツ）以上）でバイアス電極１１３に供給され、バイアス電圧（Ｖｂ）の制御を提供するために、バイアス高周波電力も低周波数（例えば、１５ＭＨｚ以下）でバイアス電極１１３に供給され、プラズマ処理空間１０１内でプラズマ１０２を生成するために、プラズマ一次高周波電力がコイル１２１に供給される。
【００３４】
ＩＣＰ処理チャンバ１００内で高周波数（例えば、約２７ＭＨｚ以上）の基板レベル補充プラズマ密度高周波電力を利用することは、かかる高周波数の高周波信号のバイアス電極１１３への供給が、従来は高周波信号をバイアス電極１１３へ供給する主な目的であった相当量のバイアス電圧（Ｖｂ）を生成しないので、直感的ではないことを理解されたい。また、高周波数の基板レベル補充プラズマ密度高周波電力によって生成される補充プラズマ内に存在するイオンは、プラズマシース内でのイオン散乱が多いためにより広い角度分布を有するように、より広がりやすいことに注意されたい。
【００３５】
いくつかの実施形態において、プロセス制御を改善すると共に、プラズマ内のイオン密度およびイオンエネルギを基本的に独立制御するために、３つの高周波信号発生器が、ＩＣＰ処理チャンバ１００と関連して利用される。図４は、本発明のいくつかの実施形態に従って、３つの高周波信号発生器を備えたＩＣＰ処理チャンバ１００を示す。一次高周波信号発生器１２３は、プラズマ一次高周波電力をコイル１２１に供給するために用いられる。基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１が、基板レベル１１１でのイオンのエネルギを大幅に増大させることなしに、図４の点線で示すように、基板レベル１１１で補充プラズマ４０２を生成するために基板レベル補充プラズマ密度高周波電力をバイアス電極１１３に供給するのに用いられる。基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１は、対応するインピーダンス整合回路４０３を通して伝送ロッド１１９へ高周波数（例えば、約２７ＭＨｚ以上）の高周波信号を伝送する。また、バイアス高周波信号発生器４０５が、基板１１１レベルでのイオンエネルギを制御するために基板１１１レベルでバイアス電圧（Ｖｂ）を生成するためにバイアス高周波をバイアス電極１１３へ供給するのに用いられる。バイアス高周波信号発生器４０５は、対応するインピーダンス整合回路４０７を通して伝送ロッド１１９へ低周波数（例えば、約１５ＭＨｚ以下）の高周波信号を伝送する。
【００３６】
いくつかの実施形態において、一次高周波信号発生器１２３は、プラズマ処理空間１０１内でプラズマ１０２を生成するために、約１０ＭＨｚ〜約１５ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波信号を生成すると共に、約１ｋＷ〜約４ｋＷの範囲内のプラズマ一次高周波電力を供給するよう動作される。本明細書に記載される高周波信号の周波数に関して、「約」という用語は、記載された周波数値のプラズまたはマイナス１０％を示す。また、本明細書に記載される高周波電力値に関して、「約」という用語は、記載された高周波電力値のプラズまたはマイナス１０％を示す。いくつかの実施形態において、一次高周波信号発生器１２３は、プラズマ処理空間１０１内でプラズマ１０２を生成するために、約１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波信号を生成すると共に、約１ｋＷ〜約４ｋＷの範囲内のプラズマ一次高周波電力を供給するよう動作される。
【００３７】
いくつかの実施形態において、基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１は、プラズマ処理空間１０１内において基板１１１レベルで補充プラズマ密度４０２を生成するために、約２７ＭＨｚ〜約１４０ＭＨｚの範囲内の高周波数かつ約１ｋＷまでの範囲内の高周波電力の高周波信号を生成するよう動作される。いくつかの実施形態において、基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１は、プラズマ処理空間１０１内において基板１１１レベルで補充プラズマ密度４０２を生成するために、約２７ＭＨｚまたは約６０ＭＨｚの高周波数、かつ、約１ｋＷ以下または約５００Ｗ（ワット）以下または約２００Ｗ以下または約１００Ｗ以下の高周波電力の高周波信号を生成するよう動作される。
【００３８】
いくつかの実施形態において、バイアス高周波信号発生器４０５は、プラズマ処理空間１０１内において基板１１１レベルでバイアス電圧（Ｖｂ）を生成するために、約１００ｋＨｚ（キロヘルツ）〜約１５ＭＨｚの範囲内の低周波数かつ約５Ｗ〜約６ｋＷの範囲内の高周波電力の高周波信号を生成するよう動作される。いくつかの実施形態において、バイアス高周波信号発生器４０５は、プラズマ処理空間１０１内において基板１１１レベルでバイアス電圧（Ｖｂ）を生成するために、約１３．５６ＭＨｚまたは約１ＭＨｚの低周波数、かつ、約５Ｗ〜約６ｋＷの範囲内または約３ｋＷまでの範囲内の高周波電力の高周波信号を生成するよう動作される。
【００３９】
図４のＩＣＰ処理チャンバ１００の構成において、基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１は、バイアス電圧（Ｖｂ）の生成に実質的に寄与することなしに、すなわち、基板１１１レベルでイオンのエネルギを増大させることなしに、基板１１１レベルでイオン束および／またはラジカル束を増大させるために、基板１１１レベルで補充プラズマ密度を生成するように、より高い周波数で動作されることを理解されたい。そして、バイアス高周波信号発生器４０５は、基板支持構造１０７の上面に垂直な基準方向に対して基板１１１レベルでイオンのエネルギおよび方向性（入射角度）を制御するために、基板１１１レベルでバイアス電圧（Ｖｂ）を生成するように、より低い周波数で動作される。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態において、ＩＣＰ処理チャンバ１００は、図４に関して上述した３つの高周波信号発生器と共に第４高周波信号発生器を備える。例えば、図５は、本発明のいくつかの実施形態に従って、第２バイアス高周波信号発生器５０１を備えるよう変形した図４のＩＣＰ処理チャンバ１００の変形例を示す。この構成において、バイアス高周波信号発生器４０５は、第１バイアス高周波信号発生器４０５と呼ばれる。第２バイアス高周波信号発生器５０１は、対応するインピーダンス整合回路５０３を通して伝送ロッド１１９へ低周波数の高周波信号を伝送する。第１バイアス高周波信号発生器４０５と同様に、第２バイアス高周波信号発生器５０１も、基板１１１レベルでのイオンエネルギを制御するために基板１１１レベルでバイアス電圧（Ｖｂ）を生成するためにバイアス高周波をバイアス電極１１３へ供給するのに用いられる。ただし、第２バイアス高周波信号発生器５０１は、基板１１１レベルでのイオンのエネルギ分布および基板１１１レベルでのイオン角度分布の両方にプロセス制御の改善を提供するために、第１バイアス高周波信号発生器４０５とは異なる周波数で動作されうることを理解されたい。また、第２バイアス高周波信号発生器５０１および第１バイアス高周波信号発生器４０５の周波数および／または電力レベルは、連続波動作で混合可能である、および／または、異なるレベルでパルス化可能であることを理解されたい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１は、異なる周波数で動作される。例えば、第２バイアス高周波信号発生器５０１は、基板１１１の平面に対してより垂直に向いた方向でイオンが基板に近づくように、基板１１１レベルでより狭いイオン角度分布を提供するために、第１バイアス高周波信号発生器４０５よりも低い周波数で動作されうる。より狭いイオン角度分布は、基板１１１レベルでのイオン束のより大きい方向性を必要とするいくつかのプラズマベース加工用途（中でも特に、高アスペクト比エッチング用途など）で有用であることを理解されたい。一実施形態例において、第１バイアス高周波信号発生器４０５は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で動作され、第２バイアス高周波信号発生器５０１は、約１ＭＨｚ以下の周波数で動作される。ただし、他の実施形態において、第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１は、基板１１１レベルで必要とされるイオンエネルギ分布およびイオン角度分布を得るために、必要に応じて他の周波数で動作されてもよいことを理解されたい。また、様々な実施形態において、第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１は両方とも、約５Ｗ〜約６ｋＷの範囲内または約３ｋＷまでの範囲内の高周波電力で動作される。
【００４２】
図４および図５の両方のＩＣＰ処理チャンバ１００は、基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１および第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１および一次高周波信号発生器１２３の各々の周波数および電力を制御するよう構成された制御システム４０９を備える。いくつかの実施形態では、１または複数の測定デバイス４１１が、基板１１１レベルに存在するバイアス電圧（Ｖｂ）のリアルタイム測定値を得るために、ＩＣＰ処理チャンバ１００内に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数の測定デバイス４１１は、１または複数のイオンエネルギ分析器として実装されてよい。いくつかの実施形態において、１または複数の測定デバイス４１１は、プラズマ電位を測定するよう構成されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数の測定デバイス４１１は、プラズマ処理空間１０１に印加される高周波電力の様々な周波数に対してそれぞれ較正された１または複数の電圧プローブとして実装されてもよい。１または複数の測定デバイス４１１は、１または複数の測定デバイス４１１がプラズマ１０２および補充プラズマ４０２の生成および制御に悪影響を与えないことを保証するよう考慮して、基板支持構造１０７の中など、ＩＣＰ処理チャンバ１００内の基本的にどこにでも配置されてよいことを理解されたい。
【００４３】
様々な実施形態において、所与のＩＣＰ処理チャンバ１００の構成に対して、高周波電力対イオンエネルギ対イオン密度の周波数依存の傾向が、様々な処理パラメータの組みあわせ（処理ガス化学物質、処理ガス流量、温度、圧力などの組みあわせ）に対して経験的に生成されうる。これらの周波数依存の傾向は、基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１および第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１および一次高周波信号発生器１２３の各々の周波数および電力の静的または動的（リアルタイム）な制御を提供するために、制御システム４０９内で利用されうる。
【００４４】
また、図５の例は、１つの基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１を実装するが、様々な実施形態において、２以上の独立制御可能な基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器が実装されてもよいことを理解されたい。これらの他の実施形態において、各基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器は、対応する整合回路を有し、その整合回路を通してバイアス電極１１３へ高周波信号を供給するように接続される。また、図５の例は、２つのバイアス高周波信号発生器４０５および５０１を実装するが、様々な実施形態において、３以上の独立制御可能なバイアス高周波信号発生器が実装されてもよいことを理解されたい。これらの他の実施形態において、各バイアス高周波数発生器は、対応する整合回路を有し、その整合回路を通してバイアス電極１１３へ高周波信号を供給するように接続される。
【００４５】
図６Ａ、図６Ｂ、および、図６Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１を利用する効果を示すシミュレーション結果を示す。図６Ａ、図６Ｂ、および、図６Ｃのシミュレーション結果を生成するために、アルゴンが処理ガスとして用いられる。図６Ａは、本発明のいくつかの実施形態に従って、基板を横切る中心から縁部までの半径方向距離（ウエハ半径）（単位：ｃｍ）の関数として、基板（ウエハ）上のアルゴンイオン束（単位：イオン数／ｃｍ２秒）のプロットを示す。具体的には、図６Ａは、基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１および第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１のいずれも動作させない時の１０ＭＨｚの周波数および１ｋＷの電力での一次高周波信号発生器１２３の動作に対応して、基板を横切る中心から縁部までの半径方向距離の関数として基板上のアルゴン束のプロットを示す。また、図６Ａは、基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１および第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１のいずれも動作させない時の１０ＭＨｚの周波数および３．５ｋＷの電力での一次高周波信号発生器１２３の動作に対応して、基板を横切る中心から縁部までの半径方向距離の関数として基板上のアルゴン束のプロットを示す。また、図６Ａは、第１バイアス高周波信号発生器４０５または第２バイアス高周波信号発生器５０１のいずれかを動作させない時の６０ＭＨｚの周波数および５００Ｗの電力での基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１の動作と共に１０ＭＨｚの周波数および１ｋＷの電力での一次高周波信号発生器１２３の動作に対応して、基板を横切る中心から縁部までの半径方向距離の関数として基板上のアルゴン束のプロットを示す。
【００４６】
図６Ａのシミュレーション結果は、コイル１２１へなされる１０ＭＨｚの周波数の１ｋＷ高周波電力の供給と併せて、基板１１１レベルで６０ＭＨｚの周波数の５００Ｗ高周波電力を（すなわち、バイアス電極１１３に）供給すれば、基板１１１の表面上でのイオン束が、１０ＭＨｚの周波数の１ｋＷ高周波電力のみをコイル１２１へ供給することによって得られるイオン束よりも約４倍高くなることを示す。したがって、図６Ａに示した結果は、プラズマ密度およびイオン束が、基板レベルで６０ＭＨｚの周波数の５００Ｗ高周波電力のみを供給することで増加することを示す。また、図６Ａは、コイル１２１のみを用いて、１０ＭＨｚの周波数の１ｋＷ高周波電力をコイル１２１へ供給すると共に基板１１１レベルで６０ＭＨｚの周波数で供給される５００Ｗ高周波電力を供給することによって得られるプラズマ密度を整合させるために、単独で動作するコイル１２１は、１０ＭＨｚの周波数で３．５ｋＷの高周波電力を供給される必要があることを示す。かかる高い高周波電力（例えば、３．５ｋＷ）のコイル１２１への印加は、上側窓構造１０５の熱による損傷への懸念および／またはその他の懸念から、コイル１２１に安全に供給できる最大許容高周波電力を超える場合があることを理解されたい。また、数百ワットで基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１を動作させることによって基板レベルで補充プラズマ密度を生成することは、基板レベルで同じ補充プラズマ密度を生成するために数千ワットでコイル１２１を動作させる必要があるのと比較してエネルギ効率がよいことを理解されたい。
【００４７】
図６Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従って、基板１１１レベルで高周波電力を（すなわち、バイアス電極１１３へ）供給することなしに、１０ＭＨｚの周波数の３．５ｋＷ高周波電力をコイル１２１のみへ供給した時の、イオンエネルギ（ｅＶ）対（基板１１１の平面に垂直な基準方向に対する）イオン角度分布のプロットを示す。図６Ｃは、本発明のいくつかの実施形態に従って、基板１１１レベルで６０ＭＨｚの周波数の５００Ｗ高周波電力を（すなわち、バイアス電極１１３へ）供給すると共に、１０ＭＨｚの周波数の１ｋＷ高周波電力をコイル１２１へ供給した時の、イオンエネルギ（ｅＶ）対（基板１１１の平面に垂直な基準方向に対する）イオン角度分布のプロットを示す。図６Ｂおよび図６Ｃは、バイアス電極１１３へ高周波数の高周波電力を供給するための基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１の動作が、５０Ｖの低いバイアス電圧（Ｖｂ）を超えることなしになされうることを示す。６０ＭＨｚの周波数で動作する基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１によって生成されるバイアス電圧（Ｖｂ）は、バイアス電極１１３へ１３．５６ＭＨｚの低周波数で高周波を供給することによって得られるバイアス電圧（Ｖｂ）よりも４〜１０倍小さい。また、比較のポイントとして、５００Ｗのバイアス高周波電力および６０ＭＨｚの周波数で動作する容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理チャンバは、２００Ｖを超えるバイアス電圧（Ｖｂ）を生成する。
【００４８】
いくつかの実施形態において、一次高周波信号発生器１２３によってコイル１２１へ供給されるプラズマ一次高周波電力および基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１によって供給される補充プラズマ密度高周波電力は両方とも、基板１１１上で所定のプラズマ密度分布を提供するために統合的に制御される。例えば、図３のマルチゾーンコイル１２１Ａで、コイル１２１Ａの内側区画３０１および外側区画３０３は、補充プラズマ密度高周波電力をバイアス電極１１３へ供給するための基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１の動作によって導入されうる基板１１１にわたるプラズマ密度分布の摂動を補償するために独立的に動作されることが可能である。例えば、基板レベル補充プラズマ密度高周波数発生器４０１の動作が、基板１１１の中心付近で基板１１１の外縁よりも大きいプラズマ密度の増加を引き起こす場合、基板１１１にわたってより均一なプラズマ密度分布を得るために、すなわち、基板１１１にわたる中心から縁部までの均一性を制御するために、コイル１２１Ａの外側区画３０３へ供給されるプラズマ一次高周波電力を増大させることができる、および／または、コイル１２１Ａの内側区画３０１へ供給されるプラズマ一次高周波電力を減少させることができる。
【００４９】
本明細書に開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムは、基板表面付近のイオンエネルギの増加なしに、より高いプラズマ密度を基板表面付近で必要とするプラズマベースの加工用途で特に有用でありうる。本明細書に開示する方法およびシステムの対象用途の一例は、３Ｄ  ＮＡＮＤ階段状エッチング用途であり、ここで、フォトレジスト側方トリム動作は、基板レベルでの高プラズマ密度および低イオンエネルギの両方を必要とし、下にある酸化物および／または窒化物層のエッチング動作は、高イオンエネルギおよび基板に向かって増加するイオン方向性を必要とする。この対象用途例において、基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１は、フォトレジスト側方トリム動作中に、より高い周波数（２７ＭＨｚ以上）の高周波信号をバイアス電極１１３に供給するよう動作されてよく、下にある酸化物および／または窒化物層のエッチング動作中にオフにされてよい。また、この対象用途例において、第１バイアス高周波信号発生器４０５および第２バイアス高周波信号発生器５０１の一方または両方が、フォトレジスト側方トリム動作中にオフにされてよく、下にある酸化物および／または窒化物層のエッチング動作中に、より低い周波数（１５ＭＨｚ以下）の高周波信号をバイアス電極１１３に供給するよう動作されてよい。基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１を用いて、フォトレジスト側方トリム動作中に高周波数の高周波電力をバイアス電極１１３へ供給すると、低バイアス電圧（Ｖｂ）と、それに対応して生成される対応して低いイオンエネルギとによる下層への損傷を引き起こすことなしに、３Ｄ  ＮＡＮＤの階段状エッチング用途においてエッチング速度を１００％以上増大させることができ、これは、全体の製造スループットを３０％以上改善できる。
【００５０】
本明細書に開示する方法およびシステムの対象用途の別の例は、論理デバイスおよび／またはＤＲＡＭデバイスを製造するための極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ用途であり、ここで、ＥＵＶフォトレジスト材料の厚さが極端に薄い（通例、約２０ｎｍ（ナノメートル）以下）ことから、フォトレジスト材料に対するＤＡＲＣ（誘電体反射防止コーティング）材料の十分な大きさの選択比を達成することは困難である。ＥＵＶリソグラフィ用途では、ＥＵＶフォトレジスト材料を保護するポリマ蒸着を提供するために、高ラジカル密度（すなわち、高プラズマ密度）が基板レベルで必要とされ、ＥＵＶフォトレジスト材料への損傷を避けるために、低イオンエネルギが必要とされる。ＥＵＶリソグラフィ用途において、基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器４０１を用いて、高周波数の高周波電力をバイアス電極１１３へ供給すると、基板レベルでのイオンエネルギを増大させることなしに基板レベルでのプラズマ密度が増大される。
【００５１】
３Ｄ  ＮＡＮＤ階段状エッチングおよびＥＵＶリソグラフィは、本明細書に開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムが有用でありうる対象用途の例であるが、本明細書に開示する方法およびシステムを全く限定するものではないことを理解されたい。本明細書に開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムは、基板レベルでの低バイアス電圧（Ｖｂ）を維持しつつ、より高いプラズマ密度が基板レベルで必要とされるＩＣＰ処理チャンバ内で実行される任意のプラズマベース処理用途で利用されてよい。
【００５２】
図７は、本発明のいくつかの実施形態に従って、誘導結合プラズマ処理チャンバ（１００）を動作させるための方法を示すフローチャートである。方法は、誘導結合プラズマ処理チャンバ（１００）のプラズマ処理空間（１０１）内の基板支持構造（１０７）上に基板（１１１）を配置するための工程７０１を備える。方法は、さらに、誘導結合プラズマ処理チャンバ（１００）のプラズマ処理空間（１０１）の外側に配置されているコイル（１２１／１２１Ａ）へ、第１高周波信号発生器（１２３）から第１高周波信号を供給するための工程７０３を備える。第１高周波信号は、基板（１１１）へ暴露するプラズマ（１０２）を生成する。いくつかの実施形態において、第１高周波信号は、約１０メガヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、第１高周波信号は、約１キロワット〜約４キロワットの範囲内の電力で供給される。
【００５３】
方法は、さらに、第１高周波信号発生器（１２３）からコイル（１２１／１２１Ａ）に第１高周波信号を供給すると同時に、第２高周波信号発生器（４０１）から基板支持構造（１０７）内の電極（１１３）に第２高周波信号を供給するための工程７０５を備える。第１および第２高周波信号発生器（１２３および４０１）は、互いに独立して制御される。第２高周波信号は、約２７メガヘルツ以上の周波数を有する。第２高周波信号は、プラズマ処理空間（１０１）内の基板（１１１）のレベルで補充プラズ密度（４０２）を生成する。第２高周波信号は、基板（１１１）のレベルで約２００ボルト未満のバイアス電圧（Ｖｂ）を生成する。
【００５４】
いくつかの実施形態において、第２高周波信号は、約２７メガヘルツ〜約１４０メガヘルツの範囲内の周波数で供給され、第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される。いくつかの実施形態において、第２高周波信号は、約２７メガヘルツの周波数で供給され、第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される。いくつかの実施形態において、第２高周波信号は、約６０メガヘルツの周波数で供給され、第２高周波信号は、約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力で供給される。
【００５５】
いくつかの実施形態において、コイル（１２１Ａ）は、複数の独立制御可能な半径方向区画（３０１、３０３など）を備える。方法は、さらに、第２高周波信号によって基板（１１１）のレベルで生成された補充プラズマ密度によって引き起こされる基板（１１１）にわたるプラズマ密度プロファイルにおける摂動を補償するために、コイル（１２１Ａ）の複数の独立制御可能な半径方向区画（３０１、３０３など）に供給される高周波信号を制御する工程を含む。
【００５６】
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、基板（１１１）に実行される処理レシピに従って、第３高周波信号発生器（４０５）から基板支持構造（１０７）内の電極（１１３）へ第３高周波信号を供給するための工程７０７を備える。第１および第２および第３高周波信号発生器（１２３および４０１および４０５）は、互いに独立して制御される。いくつかの実施形態において、第３高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数を有し、第３高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給される。第３高周波信号は、基板（１１１）のレベルで約２００ボルトより大きいバイアス電圧（Ｖｂ）を生成する。
【００５７】
いくつかの実施形態において、第３高周波信号は、約１３．５６メガヘルツの周波数を有する。いくつかの実施形態において、第３高周波信号は、基板（１１１）の指向性イオンによる処理中に第３高周波信号発生器（４０５）から基板支持構造（１０７）内の電極（１１３）へ供給され、第３高周波信号は、基板（１１１）の等方性処理中には第３高周波信号発生器（４０５）から基板支持構造（１０７）内の電極（１１３）へ供給されない。
【００５８】
いくつかの実施形態において、方法は、さらに、基板（１１１）に実行される処理レシピに従って、第４高周波信号発生器（５０１）から基板支持構造（１０７）内の電極（１１３）へ第４高周波信号を供給するための工程７０９を備える。第１および第２および第３および第４高周波信号発生器（１２３、４０１、４０５、および、５０１）は、互いに独立して制御される。いくつかの実施形態において、第４高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１メガヘルツの範囲内の周波数を有し、第４高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給される。いくつかの実施形態において、第４高周波信号は、基板（１１１）のレベルでのイオンの方向性を制御する。いくつかの実施形態において、第３高周波信号は、約１３．５６メガヘルツの周波数を有し、第４高周波信号は、約１メガヘルツの周波数を有する。
【００５９】
誘導結合プラズマ処理システムが本明細書で開示されていることを理解されたい。システムは、プラズマ処理空間１０１を囲むプラズマ処理チャンバ１００を備える。チャンバ１００は、上側窓構造１０５を有する。コイル１２１は、コイル１２１から上側窓構造１０５を通してプラズマ処理空間１０１へ至る高周波信号の伝送を可能にするような位置でチャンバ１００の外側に配置される。基板支持構造１０７は、チャンバ１００内に配置される。基板支持構造１０７は、プラズマ処理空間１０１へ露出させて基板１１１を保持するよう構成される。電極１１３は、基板支持構造１０７内に配置される。
【００６０】
第１高周波信号発生器１２３が、コイル１２１へ第１高周波信号を供給するように接続される。第２高周波信号発生器４０１が、基板支持構造１０７内の電極１１３へ第２高周波信号を供給するように接続される。第２高周波信号発生器４０１は、第１高周波信号発生器１２３に対して独立制御可能である。第２高周波信号は、約２７メガヘルツ以上の周波数を有する。第２高周波信号は、基板１１１が基板支持構造１０７上に存在する時に、基板１１１のレベルで補充プラズマ密度を生成するよう規定される。第２高周波信号は、基板１１１が基板支持構造１０７上に存在する時に、基板１１１のレベルで約２００ボルト未満のバイアス電圧（Ｖｂ）を生成する。
【００６１】
いくつかの実施形態において、第１高周波信号発生器１２３は、約１０メガヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数かつ約１キロワット〜約４キロワットの範囲内の電力の第１高周波信号を生成するよう構成される。また、いくつかの実施形態において、第２高周波信号発生器４０１は、約２７メガヘルツ〜約１４０メガヘルツの範囲内の周波数かつ約５ワット〜約１キロワットの範囲内の電力の第２高周波信号を生成するよう構成される。
【００６２】
いくつかの実施形態において、誘導結合プラズマ処理システムは、基板支持構造１０７内の電極１１３に第３高周波信号を供給するように接続されている第３高周波信号発生器４０５を備える。第３高周波信号発生器４０５は、第１および第２高周波信号発生器（１２３および４０１）に対して独立制御可能である。いくつかの実施形態において、第３高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１５メガヘルツの範囲内の周波数を有し、第３高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給される。第３高周波信号は、基板１１１が基板支持構造１０７上に存在する時に、基板１１１のレベルで約２００ボルトより大きいバイアス電圧を生成する。
【００６３】
いくつかの実施形態において、誘導結合プラズマ処理システムは、基板支持構造１０７内の電極１１３に第４高周波信号を供給するように接続されている第４高周波信号発生器５０１を備える。第４高周波信号発生器５０１は、第１および第２および第３高周波信号発生器（１２３、４０１、４０５、および、５０１）に対して独立制御可能である。いくつかの実施形態において、第４高周波信号は、約１００キロヘルツ〜約１メガヘルツの範囲内の周波数を有し、第４高周波信号は、約５ワット〜約６キロワットの範囲内の電力で供給される。いくつかの実施形態において、第４高周波信号は、基板１１１が基板支持構造１０７上に存在する時に、基板１１１のレベルでのイオンの方向性を制御する。
【００６４】
また、誘導結合プラズマ処理システムのいくつかの実施形態において、コイル１２１Ａは、複数の独立制御可能な半径方向の区画（３０１、３０３など）を備える。誘導結合プラズマ処理システムは、基板１１１が基板支持構造１０７上に存在する時に、第２高周波信号によって基板１１１のレベルで生成された補充プラズマ密度によって引き起こされる基板１１１にわたるプラズマ密度プロファイルにおける摂動を補償するために、コイル１２１Ａの複数の独立制御可能な半径方向の区画（３０１、３０３など）に供給される高周波信号を制御するよう構成された制御システム４０９を備えてもよい。
【００６５】
本明細書に開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムは、より高い蒸着速度、ＩＣＰ処理チャンバ内でのより良質な蒸着品質、および、多くの用途（高アスペクト比の用途など）におけるプロファイル制御のためのより良好な不動態化／蒸着の結果として実現されるイオン支援蒸着の改善など、多くの利点を提供する。また、本明細書に開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムは、中でもスループットおよび／または選択比および／またはプロファイル制御および／またはライン粗さに関する課題が存在する場合は特に、低バイアス電圧（Ｖｂ）（低イオンエネルギ）を利用および／または必要とする既存のプラズマベース加工用途に組み込まれてよい。
【００６６】
また、基板レベルで補充プラズマ密度を生成するために高周波数の高周波信号（約２７ＭＨｚ以上）を用いることにより、基板付近のプラズマ内のラジカルおよびイオン種が様々である可能性があり、これは、処理パラメータおよび／または結果の中でも特に選択比制御および／またはプロファイル制御および／またはライン粗さ制御に関する改善の機会と、基板表面での反応速度の増大による高スループットの利点と、を提供する。さらに、より低い高周波電力で高周波数の高周信号（約２７ＭＨｚ以上）を用いて、基板レベルで補充プラズマ密度を生成することは、基板レベルでプラズマ密度を同じだけ増大させるために、基板からかなりの距離にあるコイル１２１に印加される一次高周波電力を増大させることに比べてエネルギ効率がよい。例えば、所与の対象用途において、基板支持構造１０７内のバイアス電極１１３へ６０ＭＨｚで５００Ｗの基板レベル補充プラズマ高周波電力を供給することによって得ることのできる基板レベルでのプラズマ密度の増大と同じ増大を達成するには、コイル１２１へ３ｋＷを供給する必要がありうる。
【００６７】
本明細書に開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムは、基板表面付近で高いプラズマ密度が必要とされる基本的に任意のアプリケーションで利用可能である。基板レベルで補充プラズマ密度を生成するために用いられる高周波数の高周波信号（約２７ＭＨｚ以上）は、基板レベルで大きいバイアス電圧（Ｖｂ）を生成しないので、本明細書に開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムは、基板からの材料の等方性除去が望まれる用途（例えば、フォトレジストトリム動作など）でも利用可能である。さらに、本明細書で開示する基板レベル補充プラズマ密度生成方法およびシステムは、より低い周波数の高周波信号（例えば、１３．５６ＭＨｚまたは１ＭＨｚまたはその他の低周波数）を提供するよう動作するバイアス高周波信号発生器４０５／５０１を用いて、（基板に向かう方向への）イオンひいてはエッチングの方向性の独立制御を提供する。そして、イオンの方向性のこの独立制御は、バイアス電極１１３に高周波数の高周波信号を供給して基板表面付近で補充プラズマ密度を生成するための基板レベル補充プラズマ密度高周波信号発生器の動作と同時に、または、時間的に別個に実行されうる。
【００６８】
理解を深めるために、本発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、記載された実施形態の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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