JP2003507880A - パルスプラズマ処理方法および装置 - Google Patents
パルスプラズマ処理方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】リアクトルチャンバの基板にプラズマアシスト処理を施すための方法である。
【解決手段】リアクトルチャンバ（２）の基板にプラズマアシスト処理を施すための方法であって：少なくとも１つの処理ガスをリアクトルチャンバ（２）内に導入し；チャンバ（２）内でＲＦ電磁場を確立し電磁場を処理ガスと相互作用することによってリアクトル内でプラズマを生成し；電磁場は、エネルギーレベル値が基板（８）の各異なった処理プロセスの達成と関連されるように、いずれもプラズマを維持するのに十分な少なくとも２つの値間で周期的に変化するエネルギーレベルを有するように制御される。
Description
【０００１】
本発明は、気体種がイオン化され、解離され、あるいはプラズマ中で変更され
て、この変更された気体種もしくはその成分が基板を打つように発生されるプラ
ズマアシスト基板処理(plasma assisted substrate processing)のモードに関す
る。
て、この変更された気体種もしくはその成分が基板を打つように発生されるプラ
ズマアシスト基板処理(plasma assisted substrate processing)のモードに関す
る。
【０００２】
過去数十年に渡って、様々の産業で、プラズマアシスト基板処理の需要の増加
が見られた。特に、半導体産業においてこの需要の増加は顕著であった。半導体
産業では、基本的な処理工程に、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）と、プラズマ
アシスト化学気相成長（ＣＶＤ）と、スパッタリングと、反応スパッタリングと
、イオンアシスト物理気相成長（ＰＶＤ）とが含まれている。これらの産業で一
般に利用される処理は、通常、連続的なモードで実施される。即ち、経時的か一
時的に変更されるかもしくは変調(modulation)される唯一のパラメータは、無線
周波数(radio frequency)（ＲＦ）エネルギーである。これは、本質的に、ＲＦ
励起信号期間に変化する。
が見られた。特に、半導体産業においてこの需要の増加は顕著であった。半導体
産業では、基本的な処理工程に、反応イオンエッチング（ＲＩＥ）と、プラズマ
アシスト化学気相成長（ＣＶＤ）と、スパッタリングと、反応スパッタリングと
、イオンアシスト物理気相成長（ＰＶＤ）とが含まれている。これらの産業で一
般に利用される処理は、通常、連続的なモードで実施される。即ち、経時的か一
時的に変更されるかもしくは変調(modulation)される唯一のパラメータは、無線
周波数(radio frequency)（ＲＦ）エネルギーである。これは、本質的に、ＲＦ
励起信号期間に変化する。
【０００３】
事実、ＲＦ期間と比較してもいぜんとして長いが、処理時間に比べて短い時間
に起こる処理パラメータの一時的な調整は、調査のために選択された幾つかの領
域に限定されている。気体種の一時的な調整は、原子層エピタキシー(atomic la
yer epitaxy)（ＡＬＥ）と、パルス(pulsed)ジェットエピタキシー(pulsed jet
epitaxy)（ＰＪＥ）と、ＡＬＥの派生物とで利用される。また、ごく最近、ＲＦ
パワーの一時的な変調が、電子温度制御の結果として意図的に選択性を改良する
ことを実証している。
に起こる処理パラメータの一時的な調整は、調査のために選択された幾つかの領
域に限定されている。気体種の一時的な調整は、原子層エピタキシー(atomic la
yer epitaxy)（ＡＬＥ）と、パルス(pulsed)ジェットエピタキシー(pulsed jet
epitaxy)（ＰＪＥ）と、ＡＬＥの派生物とで利用される。また、ごく最近、ＲＦ
パワーの一時的な変調が、電子温度制御の結果として意図的に選択性を改良する
ことを実証している。
【０００４】
これまで研究され用いられてきたＲＦパワー(power)の一時的な変調は、単に
、ＲＦ振幅の一時的な変調を伴って生じた。断続的な機能（時間の）を処理する
際には、離散フーリエスペース(discrete Fourier space)でこれらの機能を表わ
すのが従来的である。即ち、
、ＲＦ振幅の一時的な変調を伴って生じた。断続的な機能（時間の）を処理する
際には、離散フーリエスペース(discrete Fourier space)でこれらの機能を表わ
すのが従来的である。即ち、
【数１】
【０００５】
ここで、Ａｎは、フーリエ振幅であり、ωｎは、角周波数（＝２πｎｆＯ）であ
る。一般に、適用されたＲＦ信号は、上述の形式を取る。ここで、フーリエ調波
振幅Ａｎは、時間とは無関係である。しかしながら、パルスＲＦ(pulsed RF)の
適用は、一般にＡｎ＝Ａｎ（ｔ）を有する。
る。一般に、適用されたＲＦ信号は、上述の形式を取る。ここで、フーリエ調波
振幅Ａｎは、時間とは無関係である。しかしながら、パルスＲＦ(pulsed RF)の
適用は、一般にＡｎ＝Ａｎ（ｔ）を有する。
【０００６】
エッチングと、蒸着と、関連した処理とを実行する際にＲＦパワーをパルス化
(pulsing)することと組み合わせられるパルス化ガスの概念が、例えばＨｅｉｎ
ｅｃｋｅ等への米国特許４，８２４，６９０号に開示されている。この特許は、
振動させる方法で夫々異なったガスを処理チャンバに交互に、処理ガス交換レー
トと時間尺度で一致する交換レート(exchange rate)で導入することと、各ガス
の交換サイクルの始めと一致するＲＦパワーを同時にパルス化することとを考慮
したプラズマリアクトルを提案している。ＲＦパワーは、各ガスの導入パルス(p
ulse)の開始のパルスの幅が５０乃至５００ミリ秒(msec)である（ほぼ０．１乃
至１％のデューティーサイクル(duty cycle)）ほぼ６０ｋＷとオフの間でパルス
化される。Ｈｅｉｎｅｃｋｅ等への米国特許４，９３５，６６１号は、高圧下の
ガス吸気をパルス化することによってガス交換レートが改良され得ることを開示
している。 上述のＨｅｉｎｅｃｋｅ等への２件の特許は蒸着処理に方向付けられているが
、これらは、エッチングのような他の処理のために開示された技術の適用につい
ても言及している。
(pulsing)することと組み合わせられるパルス化ガスの概念が、例えばＨｅｉｎ
ｅｃｋｅ等への米国特許４，８２４，６９０号に開示されている。この特許は、
振動させる方法で夫々異なったガスを処理チャンバに交互に、処理ガス交換レー
トと時間尺度で一致する交換レート(exchange rate)で導入することと、各ガス
の交換サイクルの始めと一致するＲＦパワーを同時にパルス化することとを考慮
したプラズマリアクトルを提案している。ＲＦパワーは、各ガスの導入パルス(p
ulse)の開始のパルスの幅が５０乃至５００ミリ秒(msec)である（ほぼ０．１乃
至１％のデューティーサイクル(duty cycle)）ほぼ６０ｋＷとオフの間でパルス
化される。Ｈｅｉｎｅｃｋｅ等への米国特許４，９３５，６６１号は、高圧下の
ガス吸気をパルス化することによってガス交換レートが改良され得ることを開示
している。 上述のＨｅｉｎｅｃｋｅ等への２件の特許は蒸着処理に方向付けられているが
、これらは、エッチングのような他の処理のために開示された技術の適用につい
ても言及している。
【０００７】
先にも言及したように、ガス種の一時的調整は、いくつかの学問分野に及ぶ。
それは、原子層エピタキシー(atomic layer epitaxy)（ＡＬＥ）、化学気相成長
（ＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、パルスジェットエピタキシー
（ＰＪＥ）、パルス分子ビーム、パルスガス注入、およびパルスガスバルブを含
んでいる。特許文献では、パルスジェット；作動(run)／通気(vent)；およびパ
ルス“列(train)”；のパルスガス注入の３つのタイプが確認されてきた。パル
スジェット注入は、その名前が意味するように、ガスを一連の個別のパルスの形
状で注入するために、ガス注入を制御することによって達成される。作動／排出
構造において、１つまたはそれ以上のガス流は、（“作動”）チャンバ注入また
は（“通気”）排出間で交互に切り換えられる。排出すなわち通気システムは、
チャンバ状態(すなわち圧力など)を模倣(mimic)しなければならない。パルス“
列”ガス注入は、一次搬送ガス内への周期的注入によって、異なったガスが周期
的にその中に導入されるような連続的に流れる搬送ガスを使用し、それによって
ガス“列”を生成する。隣接する種間のガス拡散を最小にするために、ガスパル
スは、搬送ガスが拡散バリヤーとして作用することを可能にするために、十分低
いデューティーサイクル(duty cycle)で操作する。換言すれば、２つまたはそれ
以上の異なったが処理ガスが交互に注入される場合、両方または全ての処理ガス
の流れは、いずれかのガスの搬送流内への注入に先立って短い周期で阻止され、
それによって、２つまたはそれ以上の処理ガスの連続する一定量は互いに分離さ
れる。これらの３つのタイプのパルスガス注入は、例えば、Ｂｌａｋｅｓｌｅｅ
の米国特許３，７２１，５８３号；Ｂｏｕｃｈｅｒの米国特許３，９７９，２３
５号；Ｓｕｎｔｏｌａ等の米国特許４，０５８，４３０号；およびＳｕｎｔｏｌ
ａ等の米国特許４，４１３，０２２号に記載されている。
それは、原子層エピタキシー(atomic layer epitaxy)（ＡＬＥ）、化学気相成長
（ＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、パルスジェットエピタキシー
（ＰＪＥ）、パルス分子ビーム、パルスガス注入、およびパルスガスバルブを含
んでいる。特許文献では、パルスジェット；作動(run)／通気(vent)；およびパ
ルス“列(train)”；のパルスガス注入の３つのタイプが確認されてきた。パル
スジェット注入は、その名前が意味するように、ガスを一連の個別のパルスの形
状で注入するために、ガス注入を制御することによって達成される。作動／排出
構造において、１つまたはそれ以上のガス流は、（“作動”）チャンバ注入また
は（“通気”）排出間で交互に切り換えられる。排出すなわち通気システムは、
チャンバ状態(すなわち圧力など)を模倣(mimic)しなければならない。パルス“
列”ガス注入は、一次搬送ガス内への周期的注入によって、異なったガスが周期
的にその中に導入されるような連続的に流れる搬送ガスを使用し、それによって
ガス“列”を生成する。隣接する種間のガス拡散を最小にするために、ガスパル
スは、搬送ガスが拡散バリヤーとして作用することを可能にするために、十分低
いデューティーサイクル(duty cycle)で操作する。換言すれば、２つまたはそれ
以上の異なったが処理ガスが交互に注入される場合、両方または全ての処理ガス
の流れは、いずれかのガスの搬送流内への注入に先立って短い周期で阻止され、
それによって、２つまたはそれ以上の処理ガスの連続する一定量は互いに分離さ
れる。これらの３つのタイプのパルスガス注入は、例えば、Ｂｌａｋｅｓｌｅｅ
の米国特許３，７２１，５８３号；Ｂｏｕｃｈｅｒの米国特許３，９７９，２３
５号；Ｓｕｎｔｏｌａ等の米国特許４，０５８，４３０号；およびＳｕｎｔｏｌ
ａ等の米国特許４，４１３，０２２号に記載されている。
【０００８】
公知のＡＬＥ処理中のガスの交換は、しばしば低圧注入下と、リアクタ(react
or)ガス滞留時間、すなわち、数分から数十分よりも十分に長いガス交換周期に
わたって起きる。 ＰＪＥは、ＡＬＥの延長であり、高いレートで超音波ジェットを持って操作す
る。Ｏｚａｋｉ等のいくつかの文献は１００ミリ秒程度の低い周期を有するガス
交換レートでの高速ジェットの使用に関する。これらの文献は、Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．、５３巻１６頁(１９８８)の「速いガスを使用したＧａＡｓの
原子層エピタキシーへの新しいアプローチ」；薄いソリッドフィルム、１７４巻
頁(１９８９)の「新しい原子層エピタキシー技法によるＧａＡｓとＡｌＡｓの成
長」；および、Ｊ．Ｃｒｙｓ．Ｇｒｏｗｔｈ、１０７巻頁(１９９１)の「ＩＩＩ
−Ｖ混合物のパルスジェットエピタキシー」である。
or)ガス滞留時間、すなわち、数分から数十分よりも十分に長いガス交換周期に
わたって起きる。 ＰＪＥは、ＡＬＥの延長であり、高いレートで超音波ジェットを持って操作す
る。Ｏｚａｋｉ等のいくつかの文献は１００ミリ秒程度の低い周期を有するガス
交換レートでの高速ジェットの使用に関する。これらの文献は、Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．、５３巻１６頁(１９８８)の「速いガスを使用したＧａＡｓの
原子層エピタキシーへの新しいアプローチ」；薄いソリッドフィルム、１７４巻
頁(１９８９)の「新しい原子層エピタキシー技法によるＧａＡｓとＡｌＡｓの成
長」；および、Ｊ．Ｃｒｙｓ．Ｇｒｏｗｔｈ、１０７巻頁(１９９１)の「ＩＩＩ
−Ｖ混合物のパルスジェットエピタキシー」である。
【０００９】
さらに、Ｅｒｅｓ等の米国特許５，１６４，０４０号は、処理ガスを数トール
(Torr)から１平方インチ当たり２００ポンド（２００Ｐｓｉ）の範囲の分布圧力
で提供する供給リザーバによって供給されたパルス超音波ジェットの列を採用す
るＰＪＥ技法を開示している。さらに、複数のジェットは、いかなる周波数でも
パルス化でき、互いに関して位相を合わせられる。 ＡＬＥと同様に、ＰＪＥ技法は選択的エピタキシーを促進し、高度に均一な蒸
着を生成できる。
(Torr)から１平方インチ当たり２００ポンド（２００Ｐｓｉ）の範囲の分布圧力
で提供する供給リザーバによって供給されたパルス超音波ジェットの列を採用す
るＰＪＥ技法を開示している。さらに、複数のジェットは、いかなる周波数でも
パルス化でき、互いに関して位相を合わせられる。 ＡＬＥと同様に、ＰＪＥ技法は選択的エピタキシーを促進し、高度に均一な蒸
着を生成できる。
【００１０】
最後に、パルス分子ビームの研究は、短い一時的パルス幅および高反復レート
を有するパルス分子ビーム生成の可能性を示唆している。代表的なものとして、
文献は、車両燃料注入バルブおよび圧電装置にある程度類似した高速ＥＭバルブ
を使用して、パルス分子ビームが発生されてきたことを報告している。例示によ
れば、このタイプの技術は次のような文献に述べられている。すなわち、Ｇｅｎ
ｔｒｙおよびＧｉｅｓｅによるＪ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．、６７巻１１頁(１９
７７)の「ＨＤ＋Ｈｅ衝突における解決された単一量子回転励磁……」；Ｂａｌ
ｌｅ等によるＪ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．、７２巻２頁(１９７９)の「弱い分子複
合物の回転スペクトルを観察するための新規な方法……」；Ｂａｓｓｉ等による
Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、５２巻１頁(１９８１)の「パルス分子ビー
ムソース」；Ｃｒｏｓｓ等によるＲｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、５３巻３
８頁(１９８２)の「高反復レートパルスノズルビームソース」；およびＡｎｄｒ
ｅｓｅｎ等によるＲｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、５６巻１１頁(１９８５)
の「圧電パルスノズルビームの特性」である。フライト時間(time-of-flight)か
らの結果と蛍光測定を引き起こされたＵＶレーザは、５０μ秒程度に短いパルス
時間と、１０００Ｈｚ程度に高い反復レートが達成されることを示している。
を有するパルス分子ビーム生成の可能性を示唆している。代表的なものとして、
文献は、車両燃料注入バルブおよび圧電装置にある程度類似した高速ＥＭバルブ
を使用して、パルス分子ビームが発生されてきたことを報告している。例示によ
れば、このタイプの技術は次のような文献に述べられている。すなわち、Ｇｅｎ
ｔｒｙおよびＧｉｅｓｅによるＪ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．、６７巻１１頁(１９
７７)の「ＨＤ＋Ｈｅ衝突における解決された単一量子回転励磁……」；Ｂａｌ
ｌｅ等によるＪ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．、７２巻２頁(１９７９)の「弱い分子複
合物の回転スペクトルを観察するための新規な方法……」；Ｂａｓｓｉ等による
Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、５２巻１頁(１９８１)の「パルス分子ビー
ムソース」；Ｃｒｏｓｓ等によるＲｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、５３巻３
８頁(１９８２)の「高反復レートパルスノズルビームソース」；およびＡｎｄｒ
ｅｓｅｎ等によるＲｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、５６巻１１頁(１９８５)
の「圧電パルスノズルビームの特性」である。フライト時間(time-of-flight)か
らの結果と蛍光測定を引き起こされたＵＶレーザは、５０μ秒程度に短いパルス
時間と、１０００Ｈｚ程度に高い反復レートが達成されることを示している。
【００１１】
ＲＦパワーをプラズマにパルス化することは、装填損傷(charging damage)に
影響を及ぶすのと同様に、選択性、および／または、均一性を促進するために主
として利用されてきた。従来の研究の焦点は、オフとオンとの間でＲＦパワーを
一時的に変調し、それにより、パルス幅とパルス反復レート（ＰＲＲ）を変調す
ることによって改良された選択性と均一性とを達成する。特に、従来、プラズマ
において解離を生成しついでエッチングまたは付着化学物の反応物を制御するた
めに、一時的にＲＦパワーを変調することが提案されてきた。ＲＦパワーのパル
ス変調は、本質的にパルスサイクルを超える平均的感覚で電子温度を減少し、そ
して、電子エネルギー分布の時間平均に直接影響をおよぼす。プラズマ内の分子
の解離とイオン化の程度またはレート(rate)は、電子の数と衝突断面積に比例し
、後者は電子エネルギーに依存する。引き続いて、プラズマ内の電子エネルギー
分布を制御することによって、基板処理用の化学反応物を制御できる。
影響を及ぶすのと同様に、選択性、および／または、均一性を促進するために主
として利用されてきた。従来の研究の焦点は、オフとオンとの間でＲＦパワーを
一時的に変調し、それにより、パルス幅とパルス反復レート（ＰＲＲ）を変調す
ることによって改良された選択性と均一性とを達成する。特に、従来、プラズマ
において解離を生成しついでエッチングまたは付着化学物の反応物を制御するた
めに、一時的にＲＦパワーを変調することが提案されてきた。ＲＦパワーのパル
ス変調は、本質的にパルスサイクルを超える平均的感覚で電子温度を減少し、そ
して、電子エネルギー分布の時間平均に直接影響をおよぼす。プラズマ内の分子
の解離とイオン化の程度またはレート(rate)は、電子の数と衝突断面積に比例し
、後者は電子エネルギーに依存する。引き続いて、プラズマ内の電子エネルギー
分布を制御することによって、基板処理用の化学反応物を制御できる。
【００１２】
Ｈｏｕ等への米国特許３，６７７，７９９号は、硼素コーティング蒸着を制御
するためにパルスＲＦパワーを使用することを開示している。Ｇｏｒｉｎ等への
米国特許４，２６３，０８８号は、エッチング処理の終了を決定するための放射
分光学の使用を開示している。ここでは、ＲＦパワーが、連続モードからパルス
化モードに切り換えられる。いくつかの他の特許は、反応物をかなり枯渇させる
時間と比較して少ない時間尺度でＲＦパワーをパルス化することを示唆している
。例えば、Ｅｎｇｌｅ等への米国特許４，４０１，５０７号と、Ｅｌｌｅｎｂｅ
ｒｇｅｒ等への米国特許４，５００，５６３号を参照してほしい。そのようなパ
ルス化はエッチング／蒸着の選択性と均一性を促進するために示されてきた。
するためにパルスＲＦパワーを使用することを開示している。Ｇｏｒｉｎ等への
米国特許４，２６３，０８８号は、エッチング処理の終了を決定するための放射
分光学の使用を開示している。ここでは、ＲＦパワーが、連続モードからパルス
化モードに切り換えられる。いくつかの他の特許は、反応物をかなり枯渇させる
時間と比較して少ない時間尺度でＲＦパワーをパルス化することを示唆している
。例えば、Ｅｎｇｌｅ等への米国特許４，４０１，５０７号と、Ｅｌｌｅｎｂｅ
ｒｇｅｒ等への米国特許４，５００，５６３号を参照してほしい。そのようなパ
ルス化はエッチング／蒸着の選択性と均一性を促進するために示されてきた。
【００１３】
ごく最近、エッチング選択性を制御するためのＲＦパルス化の使用が報告され
ている。Ｓｕｇａｉ等によるＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、
４０６巻１５頁(１９７７)の「高密度プラズマの診断(diagnostics)と制御」は
、誘電的に結合されたプラズマリアクトルへの改良された診断の達成を述べてい
る。パルス幅、振幅および反復レートの変化を通じて、ＳｉＯ２からＳへの選択
性の改良は、ＣＦ２からＣＦ３、ＣＦおよびＦへの相対的濃度を制御することに
よって達成されてきた。事実、ＳａｍｕｋａｗａによるＪｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．、３３(１)巻２１３３頁（１９９４）の「パルス時間変調されたＥＣＲプ
ラズマにおける高度に選択性の、また、高度に異方性のＳｉＯ２エッチング」は
、ＣＦ２からＦへの比率とパルス持続期間との間の直接的関係を確認している。
さらに、環境にやさしい半導体製造推進用のＮＳＦ／ＳＲＣエンジニアリングリ
サーチセンターの遠隔会議(１９９７年１１月６日)の、Ｌａｂｅｌｌｅ等による
「パルスＰＥＣＶＤフルオロカーボン薄膜の特性の前兆の影響」は、パルスＰＥ
ＣＶＤフルオロカーボン薄膜の研究における高められたＣＦ２比率を報告してい
る。
ている。Ｓｕｇａｉ等によるＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、
４０６巻１５頁(１９７７)の「高密度プラズマの診断(diagnostics)と制御」は
、誘電的に結合されたプラズマリアクトルへの改良された診断の達成を述べてい
る。パルス幅、振幅および反復レートの変化を通じて、ＳｉＯ２からＳへの選択
性の改良は、ＣＦ２からＣＦ３、ＣＦおよびＦへの相対的濃度を制御することに
よって達成されてきた。事実、ＳａｍｕｋａｗａによるＪｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．、３３(１)巻２１３３頁（１９９４）の「パルス時間変調されたＥＣＲプ
ラズマにおける高度に選択性の、また、高度に異方性のＳｉＯ２エッチング」は
、ＣＦ２からＦへの比率とパルス持続期間との間の直接的関係を確認している。
さらに、環境にやさしい半導体製造推進用のＮＳＦ／ＳＲＣエンジニアリングリ
サーチセンターの遠隔会議(１９９７年１１月６日)の、Ｌａｂｅｌｌｅ等による
「パルスＰＥＣＶＤフルオロカーボン薄膜の特性の前兆の影響」は、パルスＰＥ
ＣＶＤフルオロカーボン薄膜の研究における高められたＣＦ２比率を報告してい
る。
【００１４】
酸化エッチング処理における改良された選択性に加えて、Ｓａｍｕｋａｗａ等
によるＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１２(６)巻３３００頁(１９
９４)の「高度に選択性のパルス時間変調電子サイクロトロン共振プラズマエッ
チング……」は、パルスＲＦパワーを使用するポリシリコンエッチングにおける
イオンエネルギースペクトルの制御を議論している。Ｙｅｏｎ等によるＪ．Ｖａ
ｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１５(１)巻６６頁(１９９７)の「無線周波数
パワー変調による微粒子構成とその制御の研究……」は、ＲＦ変調による微粒子
構成を減少することを主張している。
によるＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１２(６)巻３３００頁(１９
９４)の「高度に選択性のパルス時間変調電子サイクロトロン共振プラズマエッ
チング……」は、パルスＲＦパワーを使用するポリシリコンエッチングにおける
イオンエネルギースペクトルの制御を議論している。Ｙｅｏｎ等によるＪ．Ｖａ
ｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１５(１)巻６６頁(１９９７)の「無線周波数
パワー変調による微粒子構成とその制御の研究……」は、ＲＦ変調による微粒子
構成を減少することを主張している。
【００１５】
さらに、Ｏｎｏ等による１９９８年のドライ処理シンポジューム（Ｖｌ−５）
、１４１〜１４６頁の「時間変調バイアス方法によるポリＳｉエッチングの選択
性とプロフィル制御」は、改良されたポリＳｉからＳｉＯ２エッチングの選択性
、改良されたエッチングの異方性、および、パルスがチャック(chuck)バイアス
を調整した場合の抑制されたマイクロトレンチ現象を報告している。
、１４１〜１４６頁の「時間変調バイアス方法によるポリＳｉエッチングの選択
性とプロフィル制御」は、改良されたポリＳｉからＳｉＯ２エッチングの選択性
、改良されたエッチングの異方性、および、パルスがチャック(chuck)バイアス
を調整した場合の抑制されたマイクロトレンチ現象を報告している。
【００１６】
最後に、Ｏｈｔａｋｅ等によるドライ処理シンポジューム（Ｖ−１）、９７〜
１０２頁の「パルス時間変調プラズマによるトポグラフィー(topography)依存装
填損傷の減少」、および、Ｍａｔｕｉ等によるドライ処理シンポジューム（ＩＶ
−２）、８５〜９０頁の「極微細構造の装填構築のパルス変調されたプラズマの
影響」は、トポグラフィー依存装填損傷の軽減に関するパルス変調されたプラズ
マを調査している。
１０２頁の「パルス時間変調プラズマによるトポグラフィー(topography)依存装
填損傷の減少」、および、Ｍａｔｕｉ等によるドライ処理シンポジューム（ＩＶ
−２）、８５〜９０頁の「極微細構造の装填構築のパルス変調されたプラズマの
影響」は、トポグラフィー依存装填損傷の軽減に関するパルス変調されたプラズ
マを調査している。
【００１７】
ガス種またはプラズマに供給されたＲＦパワーを一時的に変調(またはパルス
化)する概念はこのようにして知られている。事実、これらの概念は、すでに述
べたように広範囲にわたって調査されてきた。しかしながら、誘電的に結合され
たプラズマ（ＩＣＰ）技術に基づく公知のウエハー処理技術は、反応化学物およ
びイオンボンバードメント(ion bombardment)の独立した制御に欠けている。例
えば、処理ガスの解離によって最適なエッチング反応物を製造するために必要な
プラズマ状態は、最適なイオンエネルギー(およびイオンエネルギー分布)を基板
に供給するために必要な状態とは同一ではない。 さらに、公知のチャンバ構造は、反応ガスの有効な使用、または、蒸発したエ
ッチング生成物を有効に除去することができない。
化)する概念はこのようにして知られている。事実、これらの概念は、すでに述
べたように広範囲にわたって調査されてきた。しかしながら、誘電的に結合され
たプラズマ（ＩＣＰ）技術に基づく公知のウエハー処理技術は、反応化学物およ
びイオンボンバードメント(ion bombardment)の独立した制御に欠けている。例
えば、処理ガスの解離によって最適なエッチング反応物を製造するために必要な
プラズマ状態は、最適なイオンエネルギー(およびイオンエネルギー分布)を基板
に供給するために必要な状態とは同一ではない。 さらに、公知のチャンバ構造は、反応ガスの有効な使用、または、蒸発したエ
ッチング生成物を有効に除去することができない。
【００１８】
本発明の主要な目的は、誘電的に結合されたプラズマ（ＩＰＣ）化学技術に基
づく公知のウエハー処理手順に固有の複数の制限を除去することである。 本発明のより詳細な目的は、エッチングの選択性と側壁外形を改良するために
、異なった処理段階を最適化するための方向へ処理変数の独立制御を可能にする
ことである。 本発明の他の詳細な目的は、ガス使用効率を改良し、それゆえポンプ速度要求
を減少するために、パルスガスおよびパルスＲＦ変調を利用することである。 本発明のさらに他の詳細な目的は、明らかに異なった一連の（時間における）
処理ステップを可能にし、与えられた処理ステップ用に明らかに異なった状態に
影響するために、パルスガス、および／または、パルスＲＦ変調を利用すること
であり、一連の処理ステップが基板へのより大きな処理用に組み合わされている
。
づく公知のウエハー処理手順に固有の複数の制限を除去することである。 本発明のより詳細な目的は、エッチングの選択性と側壁外形を改良するために
、異なった処理段階を最適化するための方向へ処理変数の独立制御を可能にする
ことである。 本発明の他の詳細な目的は、ガス使用効率を改良し、それゆえポンプ速度要求
を減少するために、パルスガスおよびパルスＲＦ変調を利用することである。 本発明のさらに他の詳細な目的は、明らかに異なった一連の（時間における）
処理ステップを可能にし、与えられた処理ステップ用に明らかに異なった状態に
影響するために、パルスガス、および／または、パルスＲＦ変調を利用すること
であり、一連の処理ステップが基板へのより大きな処理用に組み合わされている
。
【００１９】
本発明によれば、上述のおよび他の目的は、リアクトルチャンバの基板にプラ
ズマアシスト処理を施すための方法において：少なくとも１つの処理ガスをリア
クトルチャンバ内に導入し；チャンバ内でＲＦ電磁場を確立し電磁場を処理ガス
と相互作用することによってリアクトル内でプラズマを生成し；各エネルギーレ
ベル値が基板の各異なった処理プロセスを生成するかまたはその達成と関連され
るように、電磁場が、いずれもプラズマを維持するのに十分な少なくとも２つの
異なった値間で周期的に変化するエネルギーレベルを有するようにし、各エネル
ギーレベル値は、基板への各異なった処理プロセスを製造するか、またはその実
行と関連付けられている方法によって達成される。
ズマアシスト処理を施すための方法において：少なくとも１つの処理ガスをリア
クトルチャンバ内に導入し；チャンバ内でＲＦ電磁場を確立し電磁場を処理ガス
と相互作用することによってリアクトル内でプラズマを生成し；各エネルギーレ
ベル値が基板の各異なった処理プロセスを生成するかまたはその達成と関連され
るように、電磁場が、いずれもプラズマを維持するのに十分な少なくとも２つの
異なった値間で周期的に変化するエネルギーレベルを有するようにし、各エネル
ギーレベル値は、基板への各異なった処理プロセスを製造するか、またはその実
行と関連付けられている方法によって達成される。
【００２０】
本発明の有意な態様によれば、プラズマを維持するために処理チャンバに供給
されるＲＦパワーは、２つの値の間で一時的に変調される。これら値の夫々は、
プラズマを維持するのに十分である。各パワーの値は、夫々異なった基板処理プ
ロセスの実施を実行させるか、この実行と関係している。
されるＲＦパワーは、２つの値の間で一時的に変調される。これら値の夫々は、
プラズマを維持するのに十分である。各パワーの値は、夫々異なった基板処理プ
ロセスの実施を実行させるか、この実行と関係している。
【００２１】
ここで考慮されているタイプのシステムにおいて、基板は、ＲＦバイアスパワ
ー(RF bias power)が、イオンを基板表面に引き付けるように働くＤＣ自己バイ
アスを生じるように適用されるチャック(chuck)すなわち基板ホルダーに設けら
れる。後述するように、プラズマを維持するか発生するという主要な目的のため
に、誘導コイル（好ましいアプローチ）もしくは基板の反対側の電極（容量性放
電におけるように）に適用されるＲＦパワーは、ＲＦソースパワー(RF source p
ower)として説明されている。プラズマから基板表面にイオンを引き付けるとい
う主要な目的のために、チャックすなわち基板ホルダーに適用されたＲＦパワー
は、ＲＦバイアスパワーとして説明されている。ＲＦパワーに限って言及すると
、ＲＦパワーのどちらか一方もしくは両方のタイプを適用し得る状況に適用する
。
ー(RF bias power)が、イオンを基板表面に引き付けるように働くＤＣ自己バイ
アスを生じるように適用されるチャック(chuck)すなわち基板ホルダーに設けら
れる。後述するように、プラズマを維持するか発生するという主要な目的のため
に、誘導コイル（好ましいアプローチ）もしくは基板の反対側の電極（容量性放
電におけるように）に適用されるＲＦパワーは、ＲＦソースパワー(RF source p
ower)として説明されている。プラズマから基板表面にイオンを引き付けるとい
う主要な目的のために、チャックすなわち基板ホルダーに適用されたＲＦパワー
は、ＲＦバイアスパワーとして説明されている。ＲＦパワーに限って言及すると
、ＲＦパワーのどちらか一方もしくは両方のタイプを適用し得る状況に適用する
。
【００２２】
ＲＦソースパワーおよび／もしくはＲＦバイアスパワーの変調は、気体種が処
理中に変化しないとき、もしくは夫々パワーの値が供給された際、プラズマ内に
存在すべき夫々異なった気体種が各々連続的に導入されるとき、結果として向上
を生じ得る。かくして、同じ気体種もしくは気体種の混合物の連続的な流れを維
持する間、ＲＦソースパワーとＲＦバイアスパワーとをパルス変調するのが好ま
しいプロセスがある。他のプロセスでは、ＲＦバイアスパワーを一定に維持する
間、ガスの流れをチャンバとＲＦソースパワー中にパルス化させるのが好ましい
。
理中に変化しないとき、もしくは夫々パワーの値が供給された際、プラズマ内に
存在すべき夫々異なった気体種が各々連続的に導入されるとき、結果として向上
を生じ得る。かくして、同じ気体種もしくは気体種の混合物の連続的な流れを維
持する間、ＲＦソースパワーとＲＦバイアスパワーとをパルス変調するのが好ま
しいプロセスがある。他のプロセスでは、ＲＦバイアスパワーを一定に維持する
間、ガスの流れをチャンバとＲＦソースパワー中にパルス化させるのが好ましい
。
【００２３】
本発明の好ましい実際の実施形態において、チャンバ中に導入される処理ガス
は、ＲＦソースパワーの一時的な変調と協働作用する順番で、２つの種の間で変
化する。この目的は、２つのプロセスを実行するか、これに替えて、夫々異なっ
た気体種を用いることである。最大とまではいわないが、本発明が意図されてい
るこのタイプのプロセスの多くにとって、また、他の欠かせないケースにおいて
も、プラズマ処理の実施を向上させるために、処理される基板を支持するチャッ
クにかけられるＲＦバイアスパワーを変調することは効果的である。このような
変調は、ＲＦソースパワーの一時的な変調と協働作用する。また、ＲＦソースパ
ワーのパルスの変調とＲＦバイアスパワーとの間、もしくはこれら変調の一方も
しくは両方と処理ガスの導入が変化するパターンとの間の位相の差を導入するこ
とが望ましい。かくして、変調波形形状および処理ガス導入パターンは、互いに
一致する必要がないが、一致した関係は、多くの処理において好ましい。
は、ＲＦソースパワーの一時的な変調と協働作用する順番で、２つの種の間で変
化する。この目的は、２つのプロセスを実行するか、これに替えて、夫々異なっ
た気体種を用いることである。最大とまではいわないが、本発明が意図されてい
るこのタイプのプロセスの多くにとって、また、他の欠かせないケースにおいて
も、プラズマ処理の実施を向上させるために、処理される基板を支持するチャッ
クにかけられるＲＦバイアスパワーを変調することは効果的である。このような
変調は、ＲＦソースパワーの一時的な変調と協働作用する。また、ＲＦソースパ
ワーのパルスの変調とＲＦバイアスパワーとの間、もしくはこれら変調の一方も
しくは両方と処理ガスの導入が変化するパターンとの間の位相の差を導入するこ
とが望ましい。かくして、変調波形形状および処理ガス導入パターンは、互いに
一致する必要がないが、一致した関係は、多くの処理において好ましい。
【００２４】
プラズマリアクトル中の２つの気体種を“素早く”交換し、また、プラズマを
維持する誘電的に結合された無線周波数（ＩＣＲＦ）パワーおよび多分チャック
へのＲＦバイアスパワーを同時に変調することによって、２つのプロセスは、相
対的に高いレートを交替するように形成され得る。かくして、この方法は、連続
したサイクルで実行され得る。各プロセスは、連続的な各サイクルの夫々半分の
サイクルの間に実行される。 本発明は、１つの典型的な方法の文脈で説明されるが、本発明はこの方法に限
定されるものではないことが理解されるだろう。典型的な方法は、二酸化珪素、
ＳｉＯ２、をエッチングするために利用される。
維持する誘電的に結合された無線周波数（ＩＣＲＦ）パワーおよび多分チャック
へのＲＦバイアスパワーを同時に変調することによって、２つのプロセスは、相
対的に高いレートを交替するように形成され得る。かくして、この方法は、連続
したサイクルで実行され得る。各プロセスは、連続的な各サイクルの夫々半分の
サイクルの間に実行される。 本発明は、１つの典型的な方法の文脈で説明されるが、本発明はこの方法に限
定されるものではないことが理解されるだろう。典型的な方法は、二酸化珪素、
ＳｉＯ２、をエッチングするために利用される。
【００２５】
これに代わる気体種には、例えばアルゴン（Ａｒ）、四フッ化炭素、ＣＦ４、
があるが、ＣＦＣｌ、ＣＨＦのような他の組成物も使用され得る。ＡｒとＣＦ４ は、エッチングプロセスで夫々に異なった役割を果たす。更に、ＲＦパワーは、
標準的には２ｋＷより下の低い値と、標準的には５ｋＷである高い値との間でパ
ルス化され、ＣＦ４とＡｒの導入に夫々一致する。最後に、チャックに供給され
るＲＦパワーの振幅は、ＤＣ自己バイアス圧力とイオンエネルギーとに影響する
ように変調される。異なった複数のガス間の切り替えと様々の変調とが幅広いパ
ターンもしくは波形形状で実行され、振幅の形状と、ガスおよびＲＦ成分の位相
変調さえも取り得ることが予見される。
があるが、ＣＦＣｌ、ＣＨＦのような他の組成物も使用され得る。ＡｒとＣＦ４ は、エッチングプロセスで夫々に異なった役割を果たす。更に、ＲＦパワーは、
標準的には２ｋＷより下の低い値と、標準的には５ｋＷである高い値との間でパ
ルス化され、ＣＦ４とＡｒの導入に夫々一致する。最後に、チャックに供給され
るＲＦパワーの振幅は、ＤＣ自己バイアス圧力とイオンエネルギーとに影響する
ように変調される。異なった複数のガス間の切り替えと様々の変調とが幅広いパ
ターンもしくは波形形状で実行され、振幅の形状と、ガスおよびＲＦ成分の位相
変調さえも取り得ることが予見される。
【００２６】
ガス成分の位相変調は、各気体種とこれら夫々のＲＦパワーの対応物との間の
所定の位相シフトの確立を伴う。ここでのシナリオでは、ＲＦパワーパルスおよ
び／もしくは気体種パルスは長方形であるが、必ずしもそうである必要はない。
波形形状は、周期的な傾斜(ランプ)（ramp）もしくは、夫々異なった周波数ω＋
Δωおよびω―Δω（２Δωによって分けられる。ここではΔω＜＜ω）での位
相における一致した２つのサインカーブ状信号の線形重畳でのサインカーブ状の
機能であり得る。この場合、周波数Δω（即ち波形パケット）で打つ（もしくは
振幅変調）周波数ωのサインカーブ状信号を得ることができる。
所定の位相シフトの確立を伴う。ここでのシナリオでは、ＲＦパワーパルスおよ
び／もしくは気体種パルスは長方形であるが、必ずしもそうである必要はない。
波形形状は、周期的な傾斜(ランプ)（ramp）もしくは、夫々異なった周波数ω＋
Δωおよびω―Δω（２Δωによって分けられる。ここではΔω＜＜ω）での位
相における一致した２つのサインカーブ状信号の線形重畳でのサインカーブ状の
機能であり得る。この場合、周波数Δω（即ち波形パケット）で打つ（もしくは
振幅変調）周波数ωのサインカーブ状信号を得ることができる。
【００２７】
本方法の夫々の第１半サイクルの間、不活性気体であるフレオン１４としても
また命名されたＣＦ４は、プラズマリアクトル中に導入される。しかしながら、
この形状はプラズマ中では短命である。ここで、不活性ガスＣＦ４分子は、ＣＦ ３、 ＣＦ２、ＣＦ、Ｆ等のような様々の基中に解離され得る。ＣＦ４と異なり、
イオンボンバードが加えられて揮発反応生産物、即ちＳｉＦ４、ＣＯ２、ＣＯ等
を生じるとき、これらの基は、酸化物（ＳｉＯ２）に多少反応する。これら揮発
反応生産物全てが、周囲のチャンバ圧力を超える蒸気圧を有する。しかしながら
、フォトレジスト（ＰＲ）とＳｉＯ２のエッチング製品との間の相互作用は、リ
アクトルの構成部品を形成している排出ラインの壁に形成された複合Ｓｉ有機体
の発生を導く。かくして、この影響を減じるように、排出ラインは加熱されなく
てはならない。
また命名されたＣＦ４は、プラズマリアクトル中に導入される。しかしながら、
この形状はプラズマ中では短命である。ここで、不活性ガスＣＦ４分子は、ＣＦ ３、 ＣＦ２、ＣＦ、Ｆ等のような様々の基中に解離され得る。ＣＦ４と異なり、
イオンボンバードが加えられて揮発反応生産物、即ちＳｉＦ４、ＣＯ２、ＣＯ等
を生じるとき、これらの基は、酸化物（ＳｉＯ２）に多少反応する。これら揮発
反応生産物全てが、周囲のチャンバ圧力を超える蒸気圧を有する。しかしながら
、フォトレジスト（ＰＲ）とＳｉＯ２のエッチング製品との間の相互作用は、リ
アクトルの構成部品を形成している排出ラインの壁に形成された複合Ｓｉ有機体
の発生を導く。かくして、この影響を減じるように、排出ラインは加熱されなく
てはならない。
【００２８】
ＣＦ４がプラズマ中に導入されると、反応性エッチング化学処理は始められ、
それによって、プラズマが反応性基種を活性化し、また、比較的少ない程度まで
、この“低い”ＲＦパワーの半サイクル中に発生されたイオンは、基板コーティ
ングプロセスおよび反応性エッチング化学プロセスをアシストする。
それによって、プラズマが反応性基種を活性化し、また、比較的少ない程度まで
、この“低い”ＲＦパワーの半サイクル中に発生されたイオンは、基板コーティ
ングプロセスおよび反応性エッチング化学プロセスをアシストする。
【００２９】
図１Ａは、ＣＦ４処理ガスのフルオロカーボンプラズマ中への導入を含む第１
の半サイクルを概略的に示す。図示されたように、フルオロカーボンプラズマを
使用する目的は、ＣＦ４を解離してＣＦ２の製造を最大化することにある。こう
することにより、Ｓｉへの選択性を向上させると考えられている。これによって
、基板全体とこれの関連するＰＲマスクとの、露出されたＳｉＯ２面およびＰＲ
マスク上に吸着されるＣＦ２の均一な層のコーティングが導かれる。基板は、チ
ャック（図示せず）に設けられる。このチャックに対して、ＤＣ自己バイアスの
潜在能力が、チャックおよびプラズマに適用されたＲＦ信号によって引き出され
る。このＲＦバイアスの変調は、これに対応するＤＣ自己バイアスの変調を生じ
させる。この結果、基板の最適なコーティングに貢献する。
の半サイクルを概略的に示す。図示されたように、フルオロカーボンプラズマを
使用する目的は、ＣＦ４を解離してＣＦ２の製造を最大化することにある。こう
することにより、Ｓｉへの選択性を向上させると考えられている。これによって
、基板全体とこれの関連するＰＲマスクとの、露出されたＳｉＯ２面およびＰＲ
マスク上に吸着されるＣＦ２の均一な層のコーティングが導かれる。基板は、チ
ャック（図示せず）に設けられる。このチャックに対して、ＤＣ自己バイアスの
潜在能力が、チャックおよびプラズマに適用されたＲＦ信号によって引き出され
る。このＲＦバイアスの変調は、これに対応するＤＣ自己バイアスの変調を生じ
させる。この結果、基板の最適なコーティングに貢献する。
【００３０】
ＣＦ２コーティングは、引き続いて高指向性かつ活動的なイオンボンバードに
露出される際に、次の２つの目的を果たす。それは、（i）ＰＲマスクを保護し
て、ＰＲへのエッチングの選択性を与えるという目的と、（ii）ＳｉＯ２をエッ
チングするという目的である。後者は、フッ素の欠乏により、ＳｉへのＳｉＯ２ のエッチングの選択性を与える。また、溝もしくは、エッチングプロセスによっ
て形成された微小溝の側壁は、イオンボンバードの指向性によって、最小限にエ
ッチングされるか、もしくはエッチングされない。 各第１半サイクルの終わりに、ＣＦ４およびこれの解離生産物は、リアクトル
(reactor)チャンバから排出される。
露出される際に、次の２つの目的を果たす。それは、（i）ＰＲマスクを保護し
て、ＰＲへのエッチングの選択性を与えるという目的と、（ii）ＳｉＯ２をエッ
チングするという目的である。後者は、フッ素の欠乏により、ＳｉへのＳｉＯ２ のエッチングの選択性を与える。また、溝もしくは、エッチングプロセスによっ
て形成された微小溝の側壁は、イオンボンバードの指向性によって、最小限にエ
ッチングされるか、もしくはエッチングされない。 各第１半サイクルの終わりに、ＣＦ４およびこれの解離生産物は、リアクトル
(reactor)チャンバから排出される。
【００３１】
各第２半サイクルにおいて、図１Ｂに示されるように、Ａｒは、夫々異なった
プロセスの実行ために処理チャンバ中に導入される。ソースに供給されるＲＦパ
ワーは、高イオン化Ａｒガスプラズマとソース内の高イオン電流とを発生させる
ように増加される。チャックに適用されるＲＦバイアスパワーの対応する増加は
、高活性Ａｒガスイオンの基板表面への供給を可能にする。即ち、これらイオン
が表面に力強く激突するようにさせ、表面のＳｉＯ２との反応のためのエネルギ
ーを与える。更に、イオンボンバードは、次の反応性サイクルを確実にするため
に、表面格子構造体に損傷を与え、イオンボンバードは、汚染物質のエッチング
された表面を洗浄し、高異方性のエッチングの実施を果たすことができる。
プロセスの実行ために処理チャンバ中に導入される。ソースに供給されるＲＦパ
ワーは、高イオン化Ａｒガスプラズマとソース内の高イオン電流とを発生させる
ように増加される。チャックに適用されるＲＦバイアスパワーの対応する増加は
、高活性Ａｒガスイオンの基板表面への供給を可能にする。即ち、これらイオン
が表面に力強く激突するようにさせ、表面のＳｉＯ２との反応のためのエネルギ
ーを与える。更に、イオンボンバードは、次の反応性サイクルを確実にするため
に、表面格子構造体に損傷を与え、イオンボンバードは、汚染物質のエッチング
された表面を洗浄し、高異方性のエッチングの実施を果たすことができる。
【００３２】
ＡＬＥ（ガスサイクルにつき１つの原子層を形成する）の概念と同様に、１ま
たはそれ以上の単層は、サイクルごとに取り除かれ得る。したがって、半サイク
ルは、高レートで交替する。これは、十分なエッチングレートを果たすためであ
る。例えば、統計的な平均において、単一の単層が酸化物エッチング方法の各サ
イクル中に取り除かれると仮定する場合、単層は、エッチングレートマイクロメ
ータ／分（μｍ／ｍｉｎ）が、各プロセス半サイクルの逆の期間τ（タウ）に対
して線形に比例している。ＳｉＯ２結晶格子の単層は、３〜１０オングストロー
ム（Å）の厚さを有する。これは、τが１０ミリ秒の適度のパルス期間を有して
、１から３μｍ／分のエッチングレートが果たされ得ることを提案している。こ
こでは、統計的な平均で１単層がプロセスサイクルにつきエッチングされること
を想定している。τが１ミリ秒(msec)パルス期間に減じることができる場合、１
０から２０μｍ／分のエッチングレートを達成することが可能になる。
たはそれ以上の単層は、サイクルごとに取り除かれ得る。したがって、半サイク
ルは、高レートで交替する。これは、十分なエッチングレートを果たすためであ
る。例えば、統計的な平均において、単一の単層が酸化物エッチング方法の各サ
イクル中に取り除かれると仮定する場合、単層は、エッチングレートマイクロメ
ータ／分（μｍ／ｍｉｎ）が、各プロセス半サイクルの逆の期間τ（タウ）に対
して線形に比例している。ＳｉＯ２結晶格子の単層は、３〜１０オングストロー
ム（Å）の厚さを有する。これは、τが１０ミリ秒の適度のパルス期間を有して
、１から３μｍ／分のエッチングレートが果たされ得ることを提案している。こ
こでは、統計的な平均で１単層がプロセスサイクルにつきエッチングされること
を想定している。τが１ミリ秒(msec)パルス期間に減じることができる場合、１
０から２０μｍ／分のエッチングレートを達成することが可能になる。
【００３３】
要するに、本発明は、幾つかの処理部品の一時的な変調に基づいた基板処理の
ための方法を提供している。さらに、気体種と、処理形式と、ＲＦソースパワー
およびＲＦバイアスパワーの一時的な変調によって、化学反応物質、反応物質の
ウエハーでの濃縮、イオン密度、イオンエネルギー、およびイオンエネルギーの
特別な分布とを含む１もしくは複数のパラメータは、エッチングの性能、特にエ
ッチングの選択性を制御するために変調され得る。
ための方法を提供している。さらに、気体種と、処理形式と、ＲＦソースパワー
およびＲＦバイアスパワーの一時的な変調によって、化学反応物質、反応物質の
ウエハーでの濃縮、イオン密度、イオンエネルギー、およびイオンエネルギーの
特別な分布とを含む１もしくは複数のパラメータは、エッチングの性能、特にエ
ッチングの選択性を制御するために変調され得る。
【００３４】
気体種の急速な交換は、いくつかの目的を果たし得る。上述された好ましい実
施形態において、２つのガスの夫々、ＡｒとＣＦ４は、エッチングプロセスにお
いて夫々異なった役割を果たす。Ａｒはイオンボンバードのために使用される。
ＣＦ４は、反応性化学プロセスの実行のために使用される。いうまでもなく、リ
アクトルにアクセスするに際して配置された制約（constraints）外に連続的に
導入され得る夫々異なったガスの種類（即ち、個々のガス、予め混合されたガス
等）に制限はない。同様に、他の処理パラメータの選択に依存して、各気体種は
、夫々異なったプロセスでの役割を果たし、基板上に夫々異なった蒸着層を形成
するために夫々異なったガスが導入される。
施形態において、２つのガスの夫々、ＡｒとＣＦ４は、エッチングプロセスにお
いて夫々異なった役割を果たす。Ａｒはイオンボンバードのために使用される。
ＣＦ４は、反応性化学プロセスの実行のために使用される。いうまでもなく、リ
アクトルにアクセスするに際して配置された制約（constraints）外に連続的に
導入され得る夫々異なったガスの種類（即ち、個々のガス、予め混合されたガス
等）に制限はない。同様に、他の処理パラメータの選択に依存して、各気体種は
、夫々異なったプロセスでの役割を果たし、基板上に夫々異なった蒸着層を形成
するために夫々異なったガスが導入される。
【００３５】
上述のエッチングプロセスにおけるガスの交換もしくは変調は、ＲＦソースパ
ワーの変調と直接的に関係している。例えば、ＣＦ４ガスを導入する間、ソース
は、“低い”パワーで駆動される。これは、解離機構として働くプラズマを有す
るのが望ましいからである。しかしながら、“高い”パワーは、基板のイオンボ
ンバードのために高イオン化プラズマを発生させるために最も望ましい。“低い
”、“高い”という用語は、言うまでもなく相対的なものであり、これら自身が
定量値を識別するものではない。しかしながら、これらは、特別なプロセスにお
いて各用語によって包含される定量値の範囲を容易に理解できるような当業者に
とっては意味がある。前述されたように、プラズマソースに供給されるパルスＲ
Ｆ波形形状を形成するのに制限はない。本発明の概念は、複雑な振幅の変調とガ
ス交換波形形状に対する位相の変調とを考慮している。
ワーの変調と直接的に関係している。例えば、ＣＦ４ガスを導入する間、ソース
は、“低い”パワーで駆動される。これは、解離機構として働くプラズマを有す
るのが望ましいからである。しかしながら、“高い”パワーは、基板のイオンボ
ンバードのために高イオン化プラズマを発生させるために最も望ましい。“低い
”、“高い”という用語は、言うまでもなく相対的なものであり、これら自身が
定量値を識別するものではない。しかしながら、これらは、特別なプロセスにお
いて各用語によって包含される定量値の範囲を容易に理解できるような当業者に
とっては意味がある。前述されたように、プラズマソースに供給されるパルスＲ
Ｆ波形形状を形成するのに制限はない。本発明の概念は、複雑な振幅の変調とガ
ス交換波形形状に対する位相の変調とを考慮している。
【００３６】
ガスの交換とＲＦソースパワー変調とを組み合わせることは、チャックに供給
されるＲＦバイアスパワーの変調である。同様に、本発明の概念は、複雑な振幅
の変調と他の処理パラメータに対してチャックに供給されるＲＦバイアスパワー
の位相変調とを包含している。更に、基板処理中に、チャックに供給されるＲＦ
信号の調和含量の制御が行われる。上述されたパラメータの各細部は、以下で説
明される。
されるＲＦバイアスパワーの変調である。同様に、本発明の概念は、複雑な振幅
の変調と他の処理パラメータに対してチャックに供給されるＲＦバイアスパワー
の位相変調とを包含している。更に、基板処理中に、チャックに供給されるＲＦ
信号の調和含量の制御が行われる。上述されたパラメータの各細部は、以下で説
明される。
【００３７】
以下の説明は、本発明を実施するためのリアクトルの構成に伴う考察に向けら
れている。これらのリアクトルは、開示されたパルスモードエッチング（ＰＭＥ
）リアクトルである。特に、ガスが交換され得るレートのような、少なくとも現
在の技術の状況におけるこのようなリアクトルの基本的な制限が話題にされてい
る。このレートで、プラズマ密度と自己バイアスによるイオンエネルギーとは、
最大のＲＦパワーをプラズマソース(plasma source)もしくはチャック等へ移動
させることによって変調され得る。
れている。これらのリアクトルは、開示されたパルスモードエッチング（ＰＭＥ
）リアクトルである。特に、ガスが交換され得るレートのような、少なくとも現
在の技術の状況におけるこのようなリアクトルの基本的な制限が話題にされてい
る。このレートで、プラズマ密度と自己バイアスによるイオンエネルギーとは、
最大のＲＦパワーをプラズマソース(plasma source)もしくはチャック等へ移動
させることによって変調され得る。
【００３８】
前述したように、“急速に”という用語は、気体種の交換レートを識別するた
めに使用されており、ほぼ１ミリ秒程度の半サイクルのパルス幅が説明されてい
る。これは、高いエッチングレートへ変調を果たすための重要性を所望の順番で
示す。本発明に係わるパルスモード処理に関連した全てのパラメータのうち、リ
アクトルチャンバ中で夫々異なった気体種が交換されるレートは、達成可能なエ
ッチングレートに位置される基本的な制限である。
めに使用されており、ほぼ１ミリ秒程度の半サイクルのパルス幅が説明されてい
る。これは、高いエッチングレートへ変調を果たすための重要性を所望の順番で
示す。本発明に係わるパルスモード処理に関連した全てのパラメータのうち、リ
アクトルチャンバ中で夫々異なった気体種が交換されるレートは、達成可能なエ
ッチングレートに位置される基本的な制限である。
【００３９】
エッチングレートを最大化する１つのアプローチは、リアクトルチャンバの体
積を最小化し、リアクトルチャンバのガス流コンダクタンスを最大化することで
ある。この課題は、以下において詳しく後述される。しかしながら、基板処理を
感知可能に、即ちプラズマ化学およびエッチング化学等の必要性を満たすために
、これらのパラメータには最小限の制限がある。更に、ガスがチャンバ外に排出
(pump)されるレートに対する最大限の制限がある。例えば、現在達成可能な最も
高い排出能力は、所定のターボ分子ポンプによって発生されるほぼ５０００リッ
ター／秒程度である。これに替わるアプローチは、３３００リッター／秒が排出
できるポンプのような、幾つかの低能力ポンプを有するものである。しかしなが
ら、これらのポンプの少数のみが、リアクトルチャンバで有用な排出を与えるよ
うに配置され得る。
積を最小化し、リアクトルチャンバのガス流コンダクタンスを最大化することで
ある。この課題は、以下において詳しく後述される。しかしながら、基板処理を
感知可能に、即ちプラズマ化学およびエッチング化学等の必要性を満たすために
、これらのパラメータには最小限の制限がある。更に、ガスがチャンバ外に排出
(pump)されるレートに対する最大限の制限がある。例えば、現在達成可能な最も
高い排出能力は、所定のターボ分子ポンプによって発生されるほぼ５０００リッ
ター／秒程度である。これに替わるアプローチは、３３００リッター／秒が排出
できるポンプのような、幾つかの低能力ポンプを有するものである。しかしなが
ら、これらのポンプの少数のみが、リアクトルチャンバで有用な排出を与えるよ
うに配置され得る。
【００４０】
以下は、ガス排出の流体機械的な状態を説明しており、やや従来的なチャンバ
のための達成可能なガス交換レートを識別している。チャンバは、プラズマソー
スおよびこれに存在する基本的な構成部品、即ちチャック、注入板、ポンプ等の
大体の大きさに対してのみ従来的である。 第１に、低圧で直面する中立の流れ状態を考慮しなくてはならない。ここでは
、低圧が、１から１０００ミリトール(mTorr)の範囲のチャンバの圧力であると
想定され得る。しかしながら、ＰＭＥリアクトルの動作は、この範囲の圧力に限
定されない。これら低いチャンバ圧力で、ガスの動作（behavior）は、自由分子
流(free molecular flow)の特性を想定するようになり、もはや、運動量搬送用
のＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓの方程式に従う連続流体(continuum fluid)とし
て全く機能しない。ガスが自由分子流または連続流体のようにふるまう範囲を決
定するために、単に流れ領域における傾斜長さ尺度(gradient length scale)に
対する平均自由工程(mean free path)の比率であるＫｎｕｄｓｅｎ数、Ｋｎ、を
評価しなければならない。傾斜長さ尺度は、特性自由剪断層厚さすなわち特性境
界層厚さである。しかしながら、これは一般的に、通常各形状の流れ領域から取
った特性長さ尺度と置き換えられる。それ故、Ｋｎの定義は、Ｋｎ＝λ／Ｌにな
る。ここで、λは平均自由工程であって、Ｌは流れ領域の特性長さである。
のための達成可能なガス交換レートを識別している。チャンバは、プラズマソー
スおよびこれに存在する基本的な構成部品、即ちチャック、注入板、ポンプ等の
大体の大きさに対してのみ従来的である。 第１に、低圧で直面する中立の流れ状態を考慮しなくてはならない。ここでは
、低圧が、１から１０００ミリトール(mTorr)の範囲のチャンバの圧力であると
想定され得る。しかしながら、ＰＭＥリアクトルの動作は、この範囲の圧力に限
定されない。これら低いチャンバ圧力で、ガスの動作（behavior）は、自由分子
流(free molecular flow)の特性を想定するようになり、もはや、運動量搬送用
のＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓの方程式に従う連続流体(continuum fluid)とし
て全く機能しない。ガスが自由分子流または連続流体のようにふるまう範囲を決
定するために、単に流れ領域における傾斜長さ尺度(gradient length scale)に
対する平均自由工程(mean free path)の比率であるＫｎｕｄｓｅｎ数、Ｋｎ、を
評価しなければならない。傾斜長さ尺度は、特性自由剪断層厚さすなわち特性境
界層厚さである。しかしながら、これは一般的に、通常各形状の流れ領域から取
った特性長さ尺度と置き換えられる。それ故、Ｋｎの定義は、Ｋｎ＝λ／Ｌにな
る。ここで、λは平均自由工程であって、Ｌは流れ領域の特性長さである。
【００４１】
自由分子流の開始の解明は、平均自由工程と比較してどちらの長さ尺度を選択
するかに依存する。一般に、１(unity)よりも大きいＫｎｕｄｓｏｎ数の値は、
自由分子流の開始の基準として使用される。例えば、チャンバ圧力が１０ミリト
ールで平均自由工程はほぼ０．５ｃｍである。チャンバの特性寸法と比較した場
合、Ｋｎｕｄｓｏｎ数は１よりも非常に小さい。しかしながら、オリフィス直径
と比較した場合、Ｋｎｕｄｓｏｎ数は１より大きい。このように、自由分子流の
ための状態は、解明の“尺度”に依存する。
するかに依存する。一般に、１(unity)よりも大きいＫｎｕｄｓｏｎ数の値は、
自由分子流の開始の基準として使用される。例えば、チャンバ圧力が１０ミリト
ールで平均自由工程はほぼ０．５ｃｍである。チャンバの特性寸法と比較した場
合、Ｋｎｕｄｓｏｎ数は１よりも非常に小さい。しかしながら、オリフィス直径
と比較した場合、Ｋｎｕｄｓｏｎ数は１より大きい。このように、自由分子流の
ための状態は、解明の“尺度”に依存する。
【００４２】
第１の次元への平均自由工程が圧力の逆数として変わるので、Ｋｎは、圧力お
よび当然ながら特性長さ尺度と逆に変化することとなる。第１に、全体的(globa
l)Ｋｎは、“全体的”すなわち大きな寸法のガス力学を規定するリアクトルの有
効直径に基づいて導かれる。Ｌが２０ｃｍ用に、上述した１から１０００ミリト
ールのチャンバ圧力を超えて、Ｋｎは０．０００２５と０．２５との間で変化す
る。しかしながら、比較的小さい尺度、すなわちガス注入オリフィスの下流（オ
リフィス直径と比較可能な尺度において）または基板の近傍でガス力学を考慮し
た場合、Ｋｎを再評価し適切な長さ尺度(流れの巨視的特性が越えて変化する傾
斜尺度)をもって規定しなければならない。例えば、圧力が１０ミリトールで、
全体的Ｋｎはほぼ０．０２５であり、オリフィス出口面でのＫｎは、５００ｓｃ
ｃｍの流量(mass flow)用にほぼＯ．１のオーダーであり、そして、オリフィス
のわずかに下流(〜１ｃｍ)でのＫｎの局部的定義は５のオーダーである。一般に
、１よりも大きいＫｎの値は、自由分子流形態(regime)を示し、また、０．０１
より小さいＫｎの値は連続流形態を示す。多くのプラズマアシスト処理は、遷移
形態０．０１＜Ｋｎ＜１を生ずる(少なくとも全体的尺度において)。中立流力学
は、ほとんどの低圧処理用に非常に複雑にできる。
よび当然ながら特性長さ尺度と逆に変化することとなる。第１に、全体的(globa
l)Ｋｎは、“全体的”すなわち大きな寸法のガス力学を規定するリアクトルの有
効直径に基づいて導かれる。Ｌが２０ｃｍ用に、上述した１から１０００ミリト
ールのチャンバ圧力を超えて、Ｋｎは０．０００２５と０．２５との間で変化す
る。しかしながら、比較的小さい尺度、すなわちガス注入オリフィスの下流（オ
リフィス直径と比較可能な尺度において）または基板の近傍でガス力学を考慮し
た場合、Ｋｎを再評価し適切な長さ尺度(流れの巨視的特性が越えて変化する傾
斜尺度)をもって規定しなければならない。例えば、圧力が１０ミリトールで、
全体的Ｋｎはほぼ０．０２５であり、オリフィス出口面でのＫｎは、５００ｓｃ
ｃｍの流量(mass flow)用にほぼＯ．１のオーダーであり、そして、オリフィス
のわずかに下流(〜１ｃｍ)でのＫｎの局部的定義は５のオーダーである。一般に
、１よりも大きいＫｎの値は、自由分子流形態(regime)を示し、また、０．０１
より小さいＫｎの値は連続流形態を示す。多くのプラズマアシスト処理は、遷移
形態０．０１＜Ｋｎ＜１を生ずる(少なくとも全体的尺度において)。中立流力学
は、ほとんどの低圧処理用に非常に複雑にできる。
【００４３】
分子ガス力学および連続流体力学の各Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程式解法（ＤＳＭ
Ｃ、直接シミュレーションモンテカルロ(Direct Simulation Monte Carlo)を使
用して）およびＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ解法の詳細に入ることなく、貴重な
洞察は、限定ケースの簡単な第１オーダー分析から得ることができ、Ｋｎ→(無
限大)およびＫｎ→０(または実際上、Ｋｎ＞＞１およびＫｎ＜＜１)である。Ｋ
ｎ＜０．０１の場合、ガスは連続流としてふるまい、また、その運動は、Ｎａｖ
ｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ解法によって管理される。しかしながら、低圧領域へのＮ
ａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ解法の応用可能性は、Ｋｎが０．１までほぼ受入可能
である。このことは、Ｂｉｒｄ，Ｇ．Ａ．，分子ガス力学およびガス流の直接シ
ミュレーション、１９９４年Ｏｘｆｏｒｄ、Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓを
参照してほしい。Ｋｎが０．０１以下にさらに減少するにつれて、流れは粘性層
の外側で等エントロピー(isentropic)になり、Ｅｕｌｅｒ方程式(粘性応力を除
外するＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式の誘導形式)で処理される。
Ｃ、直接シミュレーションモンテカルロ(Direct Simulation Monte Carlo)を使
用して）およびＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ解法の詳細に入ることなく、貴重な
洞察は、限定ケースの簡単な第１オーダー分析から得ることができ、Ｋｎ→(無
限大)およびＫｎ→０(または実際上、Ｋｎ＞＞１およびＫｎ＜＜１)である。Ｋ
ｎ＜０．０１の場合、ガスは連続流としてふるまい、また、その運動は、Ｎａｖ
ｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ解法によって管理される。しかしながら、低圧領域へのＮ
ａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ解法の応用可能性は、Ｋｎが０．１までほぼ受入可能
である。このことは、Ｂｉｒｄ，Ｇ．Ａ．，分子ガス力学およびガス流の直接シ
ミュレーション、１９９４年Ｏｘｆｏｒｄ、Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓを
参照してほしい。Ｋｎが０．０１以下にさらに減少するにつれて、流れは粘性層
の外側で等エントロピー(isentropic)になり、Ｅｕｌｅｒ方程式(粘性応力を除
外するＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式の誘導形式)で処理される。
【００４４】
流れ領域が不変と推定できる場合、すなわち、チャンバ圧力が一定の値の傾向
の期間にわたって（または、換言すれば、連続ガスパルスが、チャンバ圧力が変
化しないで留まるように）、システム中への流量(mass flow)は、システムから
出る流れレートとバランスしなければならない。すなわち、制御体積を、リアク
トル体積を収容するために規定する場合、チャンバに侵入する流量ρ＊ｕ＊Ａ＊ ｔ は、チャンバを出る流量ρｃＳとバランスしなければならない。ここで、ρ＊ はチャンバ入口のガス密度であり、ｕ＊はチャンバ入口のガス速度であり、Ａ＊ ｔ は全オリフィス領域（Ａ＊ ｔ＝ＮＡ＊；Ｎ＝オリフィスの数、Ａ＊＝オリフィ
ス領域）であり、ρｃはチャンバガス密度であり、Ｓは排出平面でのチャンバポ
ンプ速度である。
の期間にわたって（または、換言すれば、連続ガスパルスが、チャンバ圧力が変
化しないで留まるように）、システム中への流量(mass flow)は、システムから
出る流れレートとバランスしなければならない。すなわち、制御体積を、リアク
トル体積を収容するために規定する場合、チャンバに侵入する流量ρ＊ｕ＊Ａ＊ ｔ は、チャンバを出る流量ρｃＳとバランスしなければならない。ここで、ρ＊ はチャンバ入口のガス密度であり、ｕ＊はチャンバ入口のガス速度であり、Ａ＊ ｔ は全オリフィス領域（Ａ＊ ｔ＝ＮＡ＊；Ｎ＝オリフィスの数、Ａ＊＝オリフィ
ス領域）であり、ρｃはチャンバガス密度であり、Ｓは排出平面でのチャンバポ
ンプ速度である。
【００４５】
処理チャンバの出口平面でのポンプ速度Ｓは、ほぼＳ＝（ＣＳｉｎｌｅｔ）／
（Ｃ＋Ｓｉｎｌｅｔ）と推定される。ここで、Ｃは、ポンプ入口とチャンバ出口
平面との間の流れコンダクタンス（チャンバの形状とこれらの２つの点の間の圧
力に依存する）であり、Ｓｉｎｌｅｔは、ポンプ入口でのポンピング(pumping)
速度、すなわちポンプ入口での流れ容積レートであってこれは入口圧力に依存す
る。Ｃ、ＳおよびＳｉｎｌｅｔは、全て単位時間当たりのガス体積の単位である
。例えば、図１４Ｂにおいてチャンバ出口平面は、注入板１８’の平面であり、
ポンプ入口平面は、線２１で現わされている。代表的な効率曲線（すなわちＥ＝
Ｓ／Ｓｉｎｌｅｔ）は図３に示されている。連続限界において、平均圧力領域は
、チャンバを通して連続的パルスを“プッシュ(push)”する。
（Ｃ＋Ｓｉｎｌｅｔ）と推定される。ここで、Ｃは、ポンプ入口とチャンバ出口
平面との間の流れコンダクタンス（チャンバの形状とこれらの２つの点の間の圧
力に依存する）であり、Ｓｉｎｌｅｔは、ポンプ入口でのポンピング(pumping)
速度、すなわちポンプ入口での流れ容積レートであってこれは入口圧力に依存す
る。Ｃ、ＳおよびＳｉｎｌｅｔは、全て単位時間当たりのガス体積の単位である
。例えば、図１４Ｂにおいてチャンバ出口平面は、注入板１８’の平面であり、
ポンプ入口平面は、線２１で現わされている。代表的な効率曲線（すなわちＥ＝
Ｓ／Ｓｉｎｌｅｔ）は図３に示されている。連続限界において、平均圧力領域は
、チャンバを通して連続的パルスを“プッシュ(push)”する。
【００４６】
図４は、チャンバに入る量（時間τのパルス長さすなわち１つの半サイクル）
の、与えられたチャンバ圧力内で出る量に対する比率を示している。比率が１ま
たはそれ以下の値になった場合の状態は、連続限界におけるガス交換レートを規
定する。図４には曲線の２つの集団があり、実線で示された第１は、３２ｃｍの
基部直径、６２ｃｍの頂部直径、および１７ｃｍのチャンバ高さ、Ｈ、の寸法を
有する大きな半円錐チャンバにおけるガス交換用の比率値を示している。点線で
示された第２は、曲線の第１のセットに関連する寸法よりも２つ小さい因数の寸
法を有する半円錐チャンバにおけるガス交換用の比率値を示している。入口流量
に依存して、図４は、３０％ほども変わる最小パルス幅を示している。この流量
変化は、高圧での改良された単にポンピング効率に帰される。６インチ基板用の
小さいチャンバにおいて、最小パルス時間は、１．５ミリ秒程度に短くできる。
チャンバにおけるガス交換レートを改良するためのガス注入の調整は、以下にお
いて議論する。
の、与えられたチャンバ圧力内で出る量に対する比率を示している。比率が１ま
たはそれ以下の値になった場合の状態は、連続限界におけるガス交換レートを規
定する。図４には曲線の２つの集団があり、実線で示された第１は、３２ｃｍの
基部直径、６２ｃｍの頂部直径、および１７ｃｍのチャンバ高さ、Ｈ、の寸法を
有する大きな半円錐チャンバにおけるガス交換用の比率値を示している。点線で
示された第２は、曲線の第１のセットに関連する寸法よりも２つ小さい因数の寸
法を有する半円錐チャンバにおけるガス交換用の比率値を示している。入口流量
に依存して、図４は、３０％ほども変わる最小パルス幅を示している。この流量
変化は、高圧での改良された単にポンピング効率に帰される。６インチ基板用の
小さいチャンバにおいて、最小パルス時間は、１．５ミリ秒程度に短くできる。
チャンバにおけるガス交換レートを改良するためのガス注入の調整は、以下にお
いて議論する。
【００４７】
限界Ｋｎｕｄｓｏｎ数＞＞１において、分子は、壁の衝突がそれらの移動方向
を指示する出口平面へ、チャンバを通って移動することが期待されている。すな
わち、それらの平均自由工程はチャンバ構造と比較して大きい。ガス分子は、衝
突なしでチャンバを通って基板に移動する場合、弾性的に基板表面と衝突し、そ
れがチャンバと離れた出口平面に跳ね返る最短の移動時間を有することが期待さ
れる。この状態は図２Ｂに示されている。この前提とともに、ガス分子の最小滞
留時間は、ほぼ２Ｈ／ａであることが想定可能である。ここで、Ｈはチャンバの
高さであり、ａは室温での音速である。これは、上記で規定された小さい方のチ
ャンバ用の０．６ミリ秒の推定最小滞留時間τｒを与える。滞留時間を決定する
ために、ＤＳＭＣ手引きを使用して、滞留時間用の見込み分布関数(probability
distribution function)（ＰＤＦ）を決定するためのいくつかの粒子の経路を
追従することが必要である。“いくつか”の粒子は、出来事(event)の統計的平
均を得るのに十分な数を意味している。
を指示する出口平面へ、チャンバを通って移動することが期待されている。すな
わち、それらの平均自由工程はチャンバ構造と比較して大きい。ガス分子は、衝
突なしでチャンバを通って基板に移動する場合、弾性的に基板表面と衝突し、そ
れがチャンバと離れた出口平面に跳ね返る最短の移動時間を有することが期待さ
れる。この状態は図２Ｂに示されている。この前提とともに、ガス分子の最小滞
留時間は、ほぼ２Ｈ／ａであることが想定可能である。ここで、Ｈはチャンバの
高さであり、ａは室温での音速である。これは、上記で規定された小さい方のチ
ャンバ用の０．６ミリ秒の推定最小滞留時間τｒを与える。滞留時間を決定する
ために、ＤＳＭＣ手引きを使用して、滞留時間用の見込み分布関数(probability
distribution function)（ＰＤＦ）を決定するためのいくつかの粒子の経路を
追従することが必要である。“いくつか”の粒子は、出来事(event)の統計的平
均を得るのに十分な数を意味している。
【００４８】
しかしながら、上記で紹介された議論は、プラズマの複雑な態様をまだ含んで
いるのではない。プラズマの存在において、中立流(neutral flow)に影響するい
くつかの第１のオーダー(order)が観察できる。プラズマの１つの重要な態様は
、チャンバ内でイオン搬送が直接的または間接的に中立搬送に影響するイオン中
立流ポンピングであろう。第１に、例えば、ＲＦパワー適用によるイオン化可能
なガスの励起によって発生されたイオンは、プラズマから境界面に連続的に変化
するプラズマ電位傾斜(plasma potential gradient)に直接比例する静電気の適
用下で、壁に流れる(ここにおいて、主要な電位傾斜がシース(sheath)を交差し
て生ずる)。壁との衝突に際して、イオンは電子と再結合し、中立種を形成する
。したがって、中立粒子は効果的にイオン化され、静電気により壁へ搬送され、
それ故それらは再結合する。第２に、イオンが壁へ搬送されるにつれて、中立粒
子を出すために外方流れ運動量を交換でき、それ故、それらを外方へ再方向付け
するか、または本質的に中立粒子をポンピングする。しかしながら、両方のポン
ピング効果の意味は、チャンバ圧力およびより重要には平均自由工程に直接依存
する。この効果は、大きく単純化され、イオン化、解離、再結合、ガス過熱、壁
吸着、壁重合、等の効果を導くプラズマの複雑さの中のただ１つの効果を有する
。
いるのではない。プラズマの存在において、中立流(neutral flow)に影響するい
くつかの第１のオーダー(order)が観察できる。プラズマの１つの重要な態様は
、チャンバ内でイオン搬送が直接的または間接的に中立搬送に影響するイオン中
立流ポンピングであろう。第１に、例えば、ＲＦパワー適用によるイオン化可能
なガスの励起によって発生されたイオンは、プラズマから境界面に連続的に変化
するプラズマ電位傾斜(plasma potential gradient)に直接比例する静電気の適
用下で、壁に流れる(ここにおいて、主要な電位傾斜がシース(sheath)を交差し
て生ずる)。壁との衝突に際して、イオンは電子と再結合し、中立種を形成する
。したがって、中立粒子は効果的にイオン化され、静電気により壁へ搬送され、
それ故それらは再結合する。第２に、イオンが壁へ搬送されるにつれて、中立粒
子を出すために外方流れ運動量を交換でき、それ故、それらを外方へ再方向付け
するか、または本質的に中立粒子をポンピングする。しかしながら、両方のポン
ピング効果の意味は、チャンバ圧力およびより重要には平均自由工程に直接依存
する。この効果は、大きく単純化され、イオン化、解離、再結合、ガス過熱、壁
吸着、壁重合、等の効果を導くプラズマの複雑さの中のただ１つの効果を有する
。
【００４９】
中立流に結合されたプラズマの複雑な態様は、確かに滞留時間に影響し、多分
理想的ケースからそれを増加する。しかしながら、上述の交換レートは、少なく
とも達成可能な最小可能滞留時間の提供を意味する簡単な物理学に基づいて合理
的に評価できる。要約すると、従来のチャンバは、τが１０ミリ秒のレートのガ
ス交換の達成が可能である。処理体積の跳躍面でポンピング速度を最大化するた
めに適応された真空構造、および、ガス注入に向けられた高速用に実行する方法
を備えて、１ミリ秒(および多分サブミリ秒)動作を達成することが可能である。 ここで先に示唆したように、ガス注入システムが、ほぼ１ミリ秒の長さ、すな
わち、その間に各ガス種が導入される期間τがこの持続期間を有するガスパルス
を生成した場合、ガス注入システムの繰り返し操作の周波数、ｆ＝１／２τ、は
５００Ｈｚである。ガス注入システムに要求するこのことは、極めて実質的であ
るが、しかし、プラズマ実験用の超音波パルスガス注入の分野において達成され
てきた結果の観点から可能性がある。
理想的ケースからそれを増加する。しかしながら、上述の交換レートは、少なく
とも達成可能な最小可能滞留時間の提供を意味する簡単な物理学に基づいて合理
的に評価できる。要約すると、従来のチャンバは、τが１０ミリ秒のレートのガ
ス交換の達成が可能である。処理体積の跳躍面でポンピング速度を最大化するた
めに適応された真空構造、および、ガス注入に向けられた高速用に実行する方法
を備えて、１ミリ秒(および多分サブミリ秒)動作を達成することが可能である。 ここで先に示唆したように、ガス注入システムが、ほぼ１ミリ秒の長さ、すな
わち、その間に各ガス種が導入される期間τがこの持続期間を有するガスパルス
を生成した場合、ガス注入システムの繰り返し操作の周波数、ｆ＝１／２τ、は
５００Ｈｚである。ガス注入システムに要求するこのことは、極めて実質的であ
るが、しかし、プラズマ実験用の超音波パルスガス注入の分野において達成され
てきた結果の観点から可能性がある。
【００５０】
この可能性を有するパルスガス注入システムの構造は、低圧環境に入る連続的
およびパルス化されたガスシステムのガス力学、ガスパルス作動の方法、および
ガスバルブ構造の主要部の考慮を必要とする。以下の議論は、本質的にガス注入
システム用の構造の好ましい形状に関するが、それに替わる解決法もカバーする
。
およびパルス化されたガスシステムのガス力学、ガスパルス作動の方法、および
ガスバルブ構造の主要部の考慮を必要とする。以下の議論は、本質的にガス注入
システム用の構造の好ましい形状に関するが、それに替わる解決法もカバーする
。
【００５１】
最初に連続流注入システムのガス力学を理解し、次いでパルスガス注入システ
ムの不安定な力学用にこの理解の適用可能性を考慮してほしい。第１に、その中
にガスが注入されるべき低圧環境は、限定されるものではないが、ほぼ１＜Ｐｃ ＜１０００ミリトールにわたり、ソースの全圧力は０．１＜Ｐｔ＜１００トール
にわたる。全圧力は、注入板の後方にあるガス空間内のガスの滞留圧力、すなわ
ち、ガス速度が等エントロピー的に零に減少された場合のガス圧力である。全圧
力の用語は、一般に、静圧と動圧の合計を対象とする。これらの圧力範囲を横切
って、ガス力学は、局部的圧力のＫｎｕｄｓｅｎ数の依存と、先にも述べたよう
に、連続流から自由分子流への結果としての遷移とにより大きく変更でき、これ
は引き続く比較的大きいＫｎとなる。
ムの不安定な力学用にこの理解の適用可能性を考慮してほしい。第１に、その中
にガスが注入されるべき低圧環境は、限定されるものではないが、ほぼ１＜Ｐｃ ＜１０００ミリトールにわたり、ソースの全圧力は０．１＜Ｐｔ＜１００トール
にわたる。全圧力は、注入板の後方にあるガス空間内のガスの滞留圧力、すなわ
ち、ガス速度が等エントロピー的に零に減少された場合のガス圧力である。全圧
力の用語は、一般に、静圧と動圧の合計を対象とする。これらの圧力範囲を横切
って、ガス力学は、局部的圧力のＫｎｕｄｓｅｎ数の依存と、先にも述べたよう
に、連続流から自由分子流への結果としての遷移とにより大きく変更でき、これ
は引き続く比較的大きいＫｎとなる。
【００５２】
先にも述べた圧力の上端部（Ｐｔ＞１０〜１００トール）で、注入オリフィス
(直径が０．５ｍｍ)を通るガス流は、流れが連続方法で行動し、また、Ｎａｖｉ
ｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式を使用してよく現わすことができる非常に多くの数の
衝突と遭遇する。さらに，Ｋｎｕｄｓｏｎ数は十分に小さく、または、Ｒｅｙｎ
ｏｌｄ数は十分に大きく、連続オリフィス流は、等エントロピーとして考慮され
、続いてＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式すなわちＥｕｌｅｒ方程式の誘導さ
れた形に従う。
(直径が０．５ｍｍ)を通るガス流は、流れが連続方法で行動し、また、Ｎａｖｉ
ｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式を使用してよく現わすことができる非常に多くの数の
衝突と遭遇する。さらに，Ｋｎｕｄｓｏｎ数は十分に小さく、または、Ｒｅｙｎ
ｏｌｄ数は十分に大きく、連続オリフィス流は、等エントロピーとして考慮され
、続いてＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式すなわちＥｕｌｅｒ方程式の誘導さ
れた形に従う。
【００５３】
これらの状態が存在する場合、また、オリフィスを横切る圧力比、すなわちオ
リフィスに出口を越えた周囲の圧力に対する入力全圧力比が十分に大きい場合、
オリフィスは、“チョークされた(choked)”状態に達する。チョークされた状態
において、体積流レート(volume flow rate)は、この場合チャンバ圧力であるバ
ック圧力(back pressure)(この分野でよく知られた用語)の更なる減少、または
、入力全圧力の増加のいずれかとともに不変である。事実、オリフィスを通る流
量は、入力全圧力の増加によってのみ増加でき、それ故ガス濃度に影響をおよぼ
す。もちろん、これは、スロート(throat)またはオリフィス領域の変更が維持で
きないことを推量する。 オリフィスがチョークされると、マッハ数(Mach number)(局部的音速に対する
局部的速さの比率)はオリフィススロート(最小断面領域)で１の値を呈する。一
定領域オリフィス用に、スロートは、摩擦効果のためのオリフィス出口平面を生
ずる。流れがスロートで一旦音速になると、領域内で増加を体験した場合に超音
速（Ｍ＞１）に加速される(領域拡大中に減速する音速以下の流れと異なる)。
リフィスに出口を越えた周囲の圧力に対する入力全圧力比が十分に大きい場合、
オリフィスは、“チョークされた(choked)”状態に達する。チョークされた状態
において、体積流レート(volume flow rate)は、この場合チャンバ圧力であるバ
ック圧力(back pressure)(この分野でよく知られた用語)の更なる減少、または
、入力全圧力の増加のいずれかとともに不変である。事実、オリフィスを通る流
量は、入力全圧力の増加によってのみ増加でき、それ故ガス濃度に影響をおよぼ
す。もちろん、これは、スロート(throat)またはオリフィス領域の変更が維持で
きないことを推量する。 オリフィスがチョークされると、マッハ数(Mach number)(局部的音速に対する
局部的速さの比率)はオリフィススロート(最小断面領域)で１の値を呈する。一
定領域オリフィス用に、スロートは、摩擦効果のためのオリフィス出口平面を生
ずる。流れがスロートで一旦音速になると、領域内で増加を体験した場合に超音
速（Ｍ＞１）に加速される(領域拡大中に減速する音速以下の流れと異なる)。
【００５４】
図５は注入オリフィスの概略を示していて、発散ノズルに入る一定領域オリフ
ィスを有している。この概略は、圧力領域定義変更のための配置を示していて、
ソースの全圧力Ｐｔ、オリフィススロート圧力Ｐ＊、オリフィス出口圧力Ｐｅ、
およびチャンバ圧力Ｐｃを有している。一定領域オリフィス(すなわち、発散部
分のない)のために、スロート圧力は出口圧力に等しい。
ィスを有している。この概略は、圧力領域定義変更のための配置を示していて、
ソースの全圧力Ｐｔ、オリフィススロート圧力Ｐ＊、オリフィス出口圧力Ｐｅ、
およびチャンバ圧力Ｐｃを有している。一定領域オリフィス(すなわち、発散部
分のない)のために、スロート圧力は出口圧力に等しい。
【００５５】
超音波オリフィスまたはノズルの校正用に重要な他のパラメータは、スロート
縦横比である。縦横比は、スロート(最小断面領域)の直径に対する最小断面領域
の部分の長さに関連する。一般的に、１より小さくて好ましくは１より大きくな
い縦横比を有することが望ましい。図５、８、９、および１２は、そのような構
成の取り組みを示している。アクチュエータと拡張オリフィスとの間に延びる部
分がスロートの直径よりも大きい直径である限りにおいて、ガスパルスアクチュ
エータが、拡張オリフィス／ノズルから離間して配置されることに注目してほし
い。しかしながら、この部分が長くなればなるほど、ガス注入遅延時間が大きく
なる。
縦横比である。縦横比は、スロート(最小断面領域)の直径に対する最小断面領域
の部分の長さに関連する。一般的に、１より小さくて好ましくは１より大きくな
い縦横比を有することが望ましい。図５、８、９、および１２は、そのような構
成の取り組みを示している。アクチュエータと拡張オリフィスとの間に延びる部
分がスロートの直径よりも大きい直径である限りにおいて、ガスパルスアクチュ
エータが、拡張オリフィス／ノズルから離間して配置されることに注目してほし
い。しかしながら、この部分が長くなればなるほど、ガス注入遅延時間が大きく
なる。
【００５６】
一定領域注入オリフィスに沿ったマッハ数と静圧変化は、各図６Ａと６Ｂに示
されている。明らかに、ガスは、注入長さの最後の２０％を越えて音速状態（Ｍ
＝１）に加速され、この拡張中の静圧の対応する低下を伴う。一定領域オリフィ
スと関連する条件下で、ガスは、真空チャンバ内のオリフィスの下流でのいくつ
か(５〜１０)のオリフィス直径内の自由分子流への連続流から急激な遷移を受け
る。
されている。明らかに、ガスは、注入長さの最後の２０％を越えて音速状態（Ｍ
＝１）に加速され、この拡張中の静圧の対応する低下を伴う。一定領域オリフィ
スと関連する条件下で、ガスは、真空チャンバ内のオリフィスの下流でのいくつ
か(５〜１０)のオリフィス直径内の自由分子流への連続流から急激な遷移を受け
る。
【００５７】
一般に、チャンバ圧力に対するソース全圧力の比は、１から２の大きさによっ
て臨界圧力比を超える。したがって、スロート圧力または一定領域オリフィス用
出口圧力は、周囲のチャンバ圧力よりも非常に大きい。これは一般的に、拡張下
での状態として参照される。出口圧力が周囲のチャンバ圧力と等しい圧力一致状
態を達成するために、適切に構成された領域拡大または発散ノズルが使用される
。この状態は、低圧環境に入る一定に向けられたガスジェットの特性を表わす。
しかしながら、発散ノズルが使用された場合、ガス膨張によるＫｎの上昇が再び
遭遇される。それ故これは、遷移流効果を注目するために考慮可能である。
て臨界圧力比を超える。したがって、スロート圧力または一定領域オリフィス用
出口圧力は、周囲のチャンバ圧力よりも非常に大きい。これは一般的に、拡張下
での状態として参照される。出口圧力が周囲のチャンバ圧力と等しい圧力一致状
態を達成するために、適切に構成された領域拡大または発散ノズルが使用される
。この状態は、低圧環境に入る一定に向けられたガスジェットの特性を表わす。
しかしながら、発散ノズルが使用された場合、ガス膨張によるＫｎの上昇が再び
遭遇される。それ故これは、遷移流効果を注目するために考慮可能である。
【００５８】
上述した圧力範囲（０．５＜Ｐｔ＜１０トール）による中間で、粘度は、オリ
フィスを通るガス流の成長役割をし、最終的には、等エントロピーとして処理さ
れる領域は流れ領域内にはない。比較的低い圧力で、オリフィス内で起きる衝突
は、ガス流が、自由分子流の動作(behavior)を表わす範囲までより頻繁ではなく
なる。そして、連続方向(continuum sense)における包括的特性(macroscopic pr
operty)は、流れの行動をもはや適切に述べることができない。
フィスを通るガス流の成長役割をし、最終的には、等エントロピーとして処理さ
れる領域は流れ領域内にはない。比較的低い圧力で、オリフィス内で起きる衝突
は、ガス流が、自由分子流の動作(behavior)を表わす範囲までより頻繁ではなく
なる。そして、連続方向(continuum sense)における包括的特性(macroscopic pr
operty)は、流れの行動をもはや適切に述べることができない。
【００５９】
要約すると、ガス注入の条件は、連続動作の前提、および理想的な等エントロ
ピーで連続動作がなされる比較的高圧で最も理解される。特に、比較的高い流量
レートが達成された場合、比較的高い全圧力すなわち５００から１０００ｓｃｃ
ｍおよびそれ以上の流量レートが得られる。これらの条件下での操作の本来の利
点は、基板の衝突に際し合体(coalesce)するために組織された、高度に管理的な
ガスジェットの生成である。さらに、出口平面で自由分子流に遷移するために構
成できる。この特性のガス注入構造は、比較的大きい搬送レートを可能にし、チ
ャンバガス交換レートを減少できる。
ピーで連続動作がなされる比較的高圧で最も理解される。特に、比較的高い流量
レートが達成された場合、比較的高い全圧力すなわち５００から１０００ｓｃｃ
ｍおよびそれ以上の流量レートが得られる。これらの条件下での操作の本来の利
点は、基板の衝突に際し合体(coalesce)するために組織された、高度に管理的な
ガスジェットの生成である。さらに、出口平面で自由分子流に遷移するために構
成できる。この特性のガス注入構造は、比較的大きい搬送レートを可能にし、チ
ャンバガス交換レートを減少できる。
【００６０】
上記の議論は、高圧ガス注入のいくつかの利点を明らかにした。事実、低圧処
理と調和して使用された高圧ガス注入は、一般に、高い流量レートまたは処理量
(throughput)を必要とする。したがって、処理リアクトルの出口平面またはウエ
ハー平面でのポンピング速度を最適化し最終的に増加することが望ましい。これ
は、ポンプ入口と処理容積との間に大きなターボ分子ポンプおよび良好な真空構
造を有することによってなされる。さらなる改良は、改良されたポンピング方法
が開発されるにつれて可能になるであろう。
理と調和して使用された高圧ガス注入は、一般に、高い流量レートまたは処理量
(throughput)を必要とする。したがって、処理リアクトルの出口平面またはウエ
ハー平面でのポンピング速度を最適化し最終的に増加することが望ましい。これ
は、ポンプ入口と処理容積との間に大きなターボ分子ポンプおよび良好な真空構
造を有することによってなされる。さらなる改良は、改良されたポンピング方法
が開発されるにつれて可能になるであろう。
【００６１】
今までは、連続的オリフィス流すなわち安定的流れのみが考慮されてきた。し
かしながら、パルスガス注入の概念がここで導入されてきた。比較的高い圧力で
、オリフィス流が等エントロピーである連続流として行動する場合、最小パルス
時間は、ガスが流れない状態から音速状態へ加速するために必要な時間の合計と
、膨張を受ける分子の十分な数の領域を確立するために必要な時間と、ガスパル
ス密度がパルスの開始と終了とで速度分散によって影響されないような十分に長
い時間とを超える（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．５(１９８
１)のＳａｅｎｇｅｒ，Ｋ．Ｌ．による“パルス分子ビーム：十分に展開された
超音波膨張用のパルス持続時間の下限”参照）。例えば、Ｐｔが２００トールで
、最小パルス時間は１０μ秒のオーダーである。これは１から１０ミリ秒よりも
十分小さい。
かしながら、パルスガス注入の概念がここで導入されてきた。比較的高い圧力で
、オリフィス流が等エントロピーである連続流として行動する場合、最小パルス
時間は、ガスが流れない状態から音速状態へ加速するために必要な時間の合計と
、膨張を受ける分子の十分な数の領域を確立するために必要な時間と、ガスパル
ス密度がパルスの開始と終了とで速度分散によって影響されないような十分に長
い時間とを超える（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．５(１９８
１)のＳａｅｎｇｅｒ，Ｋ．Ｌ．による“パルス分子ビーム：十分に展開された
超音波膨張用のパルス持続時間の下限”参照）。例えば、Ｐｔが２００トールで
、最小パルス時間は１０μ秒のオーダーである。これは１から１０ミリ秒よりも
十分小さい。
【００６２】
この注入システム用のガスパルスを作動するために、所望のパルス幅とパルス
周波数が想起される現在利用可能ないくつかの方法がある。いくつかの例は次の
ものの使用である。すなわち、キャパシタが急速に放電される電磁バルブの使用
であり、Ｇｅｎｔｒｙ＆ＧｉｅｓｅによるＲｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、
Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．５、ｐ１８８８（１９７８）の、１μ秒パルス分子ビーム
ソースおよび急速イオン化検知器、に開示されていて；類似する目的のために修
正されてきた自動車燃料注入バルブの使用であり、ＫｅｎｄａｌｌによるＪ．Ｖ
ａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．１（１９８７）の、残
留ガス分析装置のオンライン較正用パルスガス注入、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ
ｒｕｍ．、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．８（１９８０）の、超音波ノズル実験に使用す
るためオン単純なパルスバルブ、およびＢｅｈｌｅｎ等のＣｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．Ｎｏ．６０、ｐ３６４（１９７９）に開示されていて；ならびに、圧
電電子バルブの使用であり、Ｃｒｏｓｓ＆ＶａｌｅｎｔｉｎｉによるＲｅｖ．Ｓ
ｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、Ｖｏｌ．５３、Ｎｏ．１、ｐ３８（１９８２）の、高
反復レートパルスノズルビームソース、ＢａｔｅｓおよびＢｕｒｅｌｌによるＲ
ｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、Ｖｏｌ．５５、Ｎｏ．６（１９８４）の、プ
ラズマ物理実験用急速ガス注入システム、に開示されている。
周波数が想起される現在利用可能ないくつかの方法がある。いくつかの例は次の
ものの使用である。すなわち、キャパシタが急速に放電される電磁バルブの使用
であり、Ｇｅｎｔｒｙ＆ＧｉｅｓｅによるＲｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、
Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．５、ｐ１８８８（１９７８）の、１μ秒パルス分子ビーム
ソースおよび急速イオン化検知器、に開示されていて；類似する目的のために修
正されてきた自動車燃料注入バルブの使用であり、ＫｅｎｄａｌｌによるＪ．Ｖ
ａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．１（１９８７）の、残
留ガス分析装置のオンライン較正用パルスガス注入、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ
ｒｕｍ．、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．８（１９８０）の、超音波ノズル実験に使用す
るためオン単純なパルスバルブ、およびＢｅｈｌｅｎ等のＣｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．Ｎｏ．６０、ｐ３６４（１９７９）に開示されていて；ならびに、圧
電電子バルブの使用であり、Ｃｒｏｓｓ＆ＶａｌｅｎｔｉｎｉによるＲｅｖ．Ｓ
ｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、Ｖｏｌ．５３、Ｎｏ．１、ｐ３８（１９８２）の、高
反復レートパルスノズルビームソース、ＢａｔｅｓおよびＢｕｒｅｌｌによるＲ
ｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、Ｖｏｌ．５５、Ｎｏ．６（１９８４）の、プ
ラズマ物理実験用急速ガス注入システム、に開示されている。
【００６３】
電磁バルブは、１〜１０Ｈｚと同じくらいの高さのパルス反復レート（ＰＲＲ
）を有する１０から１００μ秒と同じくらい短いパルス持続期間を達成できる。
しかしながら、これらの値は、一般にかなりのノイズを生成し、高電流レベルを
切り換える複雑な高電圧電力供給装置を必要とし、寿命が短い。
）を有する１０から１００μ秒と同じくらい短いパルス持続期間を達成できる。
しかしながら、これらの値は、一般にかなりのノイズを生成し、高電流レベルを
切り換える複雑な高電圧電力供給装置を必要とし、寿命が短い。
【００６４】
商業的に利用可能な自動車用燃料注入バルブは、５０ＨｚまでのＰＲＲを有し
て、使用が簡単であるけれども遅い。さらに、改変された自動車用燃料注入バル
ブ（パルス変調ビーム用に使用される）は、数百ｋＨｚを越えるＰＲＲを達成で
きる。ここにおいて先に述べた電磁バルブは、しかしながら、貧弱なデューティ
ーサイクルを有するパルス用の比較的短い持続時間を達成できる。本発明による
処理においてほぼ５０％のデューティーサイクルが望まれるので、パルス幅また
は持続時間は、求められているものである。したがって、商業的に利用可能な自
動車用燃料注入バルブの技術に基づいた注入バルブは、微粒子の発生を最小にで
き、５０％デューティーサイクルを有する高ＰＲＲを達成し、そして低電圧電力
供給装置を必要とするので好ましい。 代表的には、最新式の圧電バルブは、２００Ｈｚ以上の反復レートと３ミリ秒
より小さいパルス幅を有するパルス方法で操作できる。ガスパルスの上昇時間と
下降時間は、各０．１秒と０．２５秒とを得ることができる。上述のＢａｔｅｓ
とＢｕｒｒｅｌｌは、超音波ジェットを生成するためにガスチューブを有する標
準的ＶｅｅｃｏＰＶ-１０の圧電バルブを採用している。事実、上述のＣｒｏｓ
ｓとＶａｌｅｎｔｉｎｉとによって報告されたバルブは、パルス幅が１００μ秒
程度に短い７５０ＨｚのＰＲＲで特定される。
て、使用が簡単であるけれども遅い。さらに、改変された自動車用燃料注入バル
ブ（パルス変調ビーム用に使用される）は、数百ｋＨｚを越えるＰＲＲを達成で
きる。ここにおいて先に述べた電磁バルブは、しかしながら、貧弱なデューティ
ーサイクルを有するパルス用の比較的短い持続時間を達成できる。本発明による
処理においてほぼ５０％のデューティーサイクルが望まれるので、パルス幅また
は持続時間は、求められているものである。したがって、商業的に利用可能な自
動車用燃料注入バルブの技術に基づいた注入バルブは、微粒子の発生を最小にで
き、５０％デューティーサイクルを有する高ＰＲＲを達成し、そして低電圧電力
供給装置を必要とするので好ましい。 代表的には、最新式の圧電バルブは、２００Ｈｚ以上の反復レートと３ミリ秒
より小さいパルス幅を有するパルス方法で操作できる。ガスパルスの上昇時間と
下降時間は、各０．１秒と０．２５秒とを得ることができる。上述のＢａｔｅｓ
とＢｕｒｒｅｌｌは、超音波ジェットを生成するためにガスチューブを有する標
準的ＶｅｅｃｏＰＶ-１０の圧電バルブを採用している。事実、上述のＣｒｏｓ
ｓとＶａｌｅｎｔｉｎｉとによって報告されたバルブは、パルス幅が１００μ秒
程度に短い７５０ＨｚのＰＲＲで特定される。
【００６５】
図８は、圧電バルブ、ガス入力ライン、注入ノズル、およびパルス監視用のマ
イクロホンまたは圧力トランスデューサを有する注入システムの例を示している
。処理チャンバは、複数のそのようなシステムと組み込まれていて、各システム
は、図示したような高圧ガス供給ラインによって供給される。各ガス供給とその
関連する単一の注入システムまたは複数のシステムとの間に、ソース圧力または
流量を調整するための高応答圧力調整装置、および流量センサ（図示せず）が設
けられている。これらの構成要素は、処理チャンバの外側である。
イクロホンまたは圧力トランスデューサを有する注入システムの例を示している
。処理チャンバは、複数のそのようなシステムと組み込まれていて、各システム
は、図示したような高圧ガス供給ラインによって供給される。各ガス供給とその
関連する単一の注入システムまたは複数のシステムとの間に、ソース圧力または
流量を調整するための高応答圧力調整装置、および流量センサ（図示せず）が設
けられている。これらの構成要素は、処理チャンバの外側である。
【００６６】
各注入システムにおいて、ガスラインは、ガスシールドによって取り囲まれた
小さいバルブプレナム(plenum)を供給する。プレナムは、バルブ操作に際し小さ
い注入ポート(port)に間歇的に曝される。マイクロホンと、圧力調整装置と、流
量センサとは、次いでこのフィードバックによりパルスレートと流量を制御する
コンピュータによって全て監視される。バルブ機構は、燃料注入バルブ、または
上記で参照したタイプのバルブの他のもののような電磁バルブである。ガスパル
スが低圧チャンバ内に拡大する前にその中を移動するガスラインは、滞留時間を
最小にするために長さが短くなければならず、また、薄層状の流れを確実にする
ために小さい直径を有していなければならない。このラインのガスパルス用の代
表的な滞留時間は、２ｃｍライン用に０．０８ミリ秒であり、これは、ラインの
長さに沿ったガス速度の逆数(inverse)を積分することによって決定される。よ
り一般的には、ラインは、０．５から２ｃｍの長さを有していて、対応する直径
は０．５ｃｍのオーダーであり、また、０．２から１ｃｍの縦横比を有するオリ
フィスの直径は、０．５から１ｍｍである。
小さいバルブプレナム(plenum)を供給する。プレナムは、バルブ操作に際し小さ
い注入ポート(port)に間歇的に曝される。マイクロホンと、圧力調整装置と、流
量センサとは、次いでこのフィードバックによりパルスレートと流量を制御する
コンピュータによって全て監視される。バルブ機構は、燃料注入バルブ、または
上記で参照したタイプのバルブの他のもののような電磁バルブである。ガスパル
スが低圧チャンバ内に拡大する前にその中を移動するガスラインは、滞留時間を
最小にするために長さが短くなければならず、また、薄層状の流れを確実にする
ために小さい直径を有していなければならない。このラインのガスパルス用の代
表的な滞留時間は、２ｃｍライン用に０．０８ミリ秒であり、これは、ラインの
長さに沿ったガス速度の逆数(inverse)を積分することによって決定される。よ
り一般的には、ラインは、０．５から２ｃｍの長さを有していて、対応する直径
は０．５ｃｍのオーダーであり、また、０．２から１ｃｍの縦横比を有するオリ
フィスの直径は、０．５から１ｍｍである。
【００６７】
プラズマ処理チャンバは、代表的には、交互に導入されるべき２つまたはそれ
以上のガスの適切な分布を可能にするために設けられなければならないようなバ
ルブ装置と関連する注入板を供えている。２つの独立したバルブを使用する２つ
のガスの交互用に、各バルブは、互いに位相を異にして１８０度で開成され閉成
される。 さらに、２つのガスバルブは、単一のガス注入ポートに結合でき、これは、図
９に示されたように、各バルブとバルブプレナムが各ガスＡおよびＢ用に設けら
れている。図９はさらに、２つのガスＡとＢの流れを制御するためにバルブに供
給される閉成および開成制御信号の波形を示している。
以上のガスの適切な分布を可能にするために設けられなければならないようなバ
ルブ装置と関連する注入板を供えている。２つの独立したバルブを使用する２つ
のガスの交互用に、各バルブは、互いに位相を異にして１８０度で開成され閉成
される。 さらに、２つのガスバルブは、単一のガス注入ポートに結合でき、これは、図
９に示されたように、各バルブとバルブプレナムが各ガスＡおよびＢ用に設けら
れている。図９はさらに、２つのガスＡとＢの流れを制御するためにバルブに供
給される閉成および開成制御信号の波形を示している。
【００６８】
ガス注入用の第２の例は、注入板の周囲から接近することである。この場合に
おいて、ガスパルスバルブは、板の周りの種々の周囲部分に設けられ、ガスは、
機械加工されたチャンネルを介して板の内部に分布される。このアプローチは、
注入板の頂部にアクセスするための何らかの障害物がある場合にのみ応用可能で
ある。この配置を有する問題点は、ガスパルス開始から注入出口までの時間が長
くなることであって、それ故、注入ラインの入口から出口までのガスの滞留時間
は、パルス時間と同様のオーダーかまたは大きくなる。低圧チャンバに侵入する
パルスの時間にわたってある制御をするために、２つのガスのパルスは、ガスパ
ルスの“列(train)”を生成するために同一の注入ラインに交互に間に合うよう
に導入される。最悪の場合、２つの異なったガスＡとＢのパルスは、パルス開始
とチャンバ入口との間である程度のタイムラグを有して連続する。１つの利点は
、そのようなガス列が連続的ガス流を模写(mimic)することであって、これは、
特にガス特性すなわちガス定数、特定過熱比率などが類似している場合である。
おいて、ガスパルスバルブは、板の周りの種々の周囲部分に設けられ、ガスは、
機械加工されたチャンネルを介して板の内部に分布される。このアプローチは、
注入板の頂部にアクセスするための何らかの障害物がある場合にのみ応用可能で
ある。この配置を有する問題点は、ガスパルス開始から注入出口までの時間が長
くなることであって、それ故、注入ラインの入口から出口までのガスの滞留時間
は、パルス時間と同様のオーダーかまたは大きくなる。低圧チャンバに侵入する
パルスの時間にわたってある制御をするために、２つのガスのパルスは、ガスパ
ルスの“列(train)”を生成するために同一の注入ラインに交互に間に合うよう
に導入される。最悪の場合、２つの異なったガスＡとＢのパルスは、パルス開始
とチャンバ入口との間である程度のタイムラグを有して連続する。１つの利点は
、そのようなガス列が連続的ガス流を模写(mimic)することであって、これは、
特にガス特性すなわちガス定数、特定過熱比率などが類似している場合である。
【００６９】
しかしこのアプローチをもっても、注入ラインの長さは、各ガスパルスのコヒ
ーレンス(coherence)に厳格である。換言すれば、移動距離が長くなればなるほ
ど、隣接するパルスのガス種間の拡散は大きくなる。２つのガスが最初互いに隣
接しているので、２つのガスパルスが注入ライン内へ連続して導入された場合、
２つのパルスに含まれたガスは、徐徐に互いの中へ拡散する。２つのパルスから
のガスが、互いの中へ拡散するガス流の方向の距離は、ガスパルス拡散長さとし
て知られている。拡散に加えて、各ガスパルスの空間的長さは、注入ラインから
の発生(emergence)まで注入ライン内で遭遇された加速流によって次第に増加す
る。先にすでに規定されたように、これらの注入流は激しくなく、したがって、
搬送は完全に分子拡散に依存する。しかしながら、分子拡散性の係数は、特にチ
ャンバの入口近傍において顕著にできるが、これは圧力に反比例する。この圧力
は、図６Ｂに示されたように、ガスが膨張するにつれて低下する。
ーレンス(coherence)に厳格である。換言すれば、移動距離が長くなればなるほ
ど、隣接するパルスのガス種間の拡散は大きくなる。２つのガスが最初互いに隣
接しているので、２つのガスパルスが注入ライン内へ連続して導入された場合、
２つのパルスに含まれたガスは、徐徐に互いの中へ拡散する。２つのパルスから
のガスが、互いの中へ拡散するガス流の方向の距離は、ガスパルス拡散長さとし
て知られている。拡散に加えて、各ガスパルスの空間的長さは、注入ラインから
の発生(emergence)まで注入ライン内で遭遇された加速流によって次第に増加す
る。先にすでに規定されたように、これらの注入流は激しくなく、したがって、
搬送は完全に分子拡散に依存する。しかしながら、分子拡散性の係数は、特にチ
ャンバの入口近傍において顕著にできるが、これは圧力に反比例する。この圧力
は、図６Ｂに示されたように、ガスが膨張するにつれて低下する。
【００７０】
注入ラインに沿った距離、ｘ、に関するガスパルス拡散長さ、δ、の成長の例
は図１０に示されている。直ぐに、δは境界層の発生(developing)と類似して増
加する。しかしながら、それは、分子拡散性の係数が顕著に増加した場合に、端
部に向かって画期的に変化する。比較的大きい流量または比較的短い滞留時間の
ために、相対的拡散長さδ／ｌ(ここで、ｌは各ガスパルスの存在する空間長さ)
は、図１１に見られるように、５％のような受入可能な限界以下に維持できる。
は図１０に示されている。直ぐに、δは境界層の発生(developing)と類似して増
加する。しかしながら、それは、分子拡散性の係数が顕著に増加した場合に、端
部に向かって画期的に変化する。比較的大きい流量または比較的短い滞留時間の
ために、相対的拡散長さδ／ｌ(ここで、ｌは各ガスパルスの存在する空間長さ)
は、図１１に見られるように、５％のような受入可能な限界以下に維持できる。
【００７１】
要約すると、ガス“列”アプローチを使用することが、ほぼ数ミリ秒のパルス
幅を有するコヒーレントなガスパルスを生成するために、ＡＬＥ文献においてな
された作業と調和して、適切な条件下で実行可能である。 第３の変形例は、第２の変形例と同様に、第２の処理ガス、例えば、ＣＦ４の
搬送ガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガス流を使用する。すなわち、Ａｒガス流は
、Ａｒガス流内へのＣＦ４ガスパルスの間歇的注入を有してチャンバへ連続的に
流れる。この場合において、Ａｒガスは、チャンバ内に常に存在し、ＣＦ４は、
離れた時間間隔中にチャンバ内でＡｒガスと混合される。
幅を有するコヒーレントなガスパルスを生成するために、ＡＬＥ文献においてな
された作業と調和して、適切な条件下で実行可能である。 第３の変形例は、第２の変形例と同様に、第２の処理ガス、例えば、ＣＦ４の
搬送ガスとして、アルゴン（Ａｒ）ガス流を使用する。すなわち、Ａｒガス流は
、Ａｒガス流内へのＣＦ４ガスパルスの間歇的注入を有してチャンバへ連続的に
流れる。この場合において、Ａｒガスは、チャンバ内に常に存在し、ＣＦ４は、
離れた時間間隔中にチャンバ内でＡｒガスと混合される。
【００７２】
ガス注入用の第４の変形例は図１２に示されている。作動／通気タイプの注入
システムとして注目でき、ガスＡとガスＢとは各入力ライン内に連続的に流入し
、摺動バルブは２つのガス流を適切に再方向付けするために２つの端部間で振動
する。図１２に示されたように、摺動バルブが一番左端にある場合、ガスＡは排
出され、ガスＢはチャンバ内に注入される。逆に、摺動バルブが一番右端にある
場合、ガスＡはチャンバ内に注入され、ガスＢは排出される。
システムとして注目でき、ガスＡとガスＢとは各入力ライン内に連続的に流入し
、摺動バルブは２つのガス流を適切に再方向付けするために２つの端部間で振動
する。図１２に示されたように、摺動バルブが一番左端にある場合、ガスＡは排
出され、ガスＢはチャンバ内に注入される。逆に、摺動バルブが一番右端にある
場合、ガスＡはチャンバ内に注入され、ガスＢは排出される。
【００７３】
図１３は、本発明の１つの実施例に基づいて、ガスパルスの処理チャンバへの
供給を制御するためのシステムを示す概略線図である。２つのガス、ＡとＢとは
高圧下においてガスリザーバの各部分に貯蔵され、ガスは各リザーバ部から複数
の圧力調節装置へ供給される。各調節装置に供給されたガスは、典型的には流量
センサを含む各流量制御装置を通って、各ガス注入システムの関連する入口に導
かれる。この実施例において、各ガス注入システムは、図９に示されたような形
状を有していて、図８に示されたような圧力トランスデューサによって補足され
ている。コンピュータ制御システムは、全部の流量センサからの流量信号と、全
部のガス注入システムからの圧力信号を受けるために接続されている。制御シス
テムはさらに、各圧力調節装置の圧力設定を制御するためと、各ガス注入システ
ムのバルブの開成と閉成とを制御するために接続されている。制御システムは、
調節装置の出口での所望のガス圧力を維持するために、また、ガス注入システム
を適切な周波数と位相関係で操作するために、この分野ですでに知られた原則に
従って構成されプログラムされている。制御システムが、圧力トランスデューサ
から圧力情報を受けるので、ガスの流量レートとガスパルスレートのフィードバ
ック制御は達成される。
供給を制御するためのシステムを示す概略線図である。２つのガス、ＡとＢとは
高圧下においてガスリザーバの各部分に貯蔵され、ガスは各リザーバ部から複数
の圧力調節装置へ供給される。各調節装置に供給されたガスは、典型的には流量
センサを含む各流量制御装置を通って、各ガス注入システムの関連する入口に導
かれる。この実施例において、各ガス注入システムは、図９に示されたような形
状を有していて、図８に示されたような圧力トランスデューサによって補足され
ている。コンピュータ制御システムは、全部の流量センサからの流量信号と、全
部のガス注入システムからの圧力信号を受けるために接続されている。制御シス
テムはさらに、各圧力調節装置の圧力設定を制御するためと、各ガス注入システ
ムのバルブの開成と閉成とを制御するために接続されている。制御システムは、
調節装置の出口での所望のガス圧力を維持するために、また、ガス注入システム
を適切な周波数と位相関係で操作するために、この分野ですでに知られた原則に
従って構成されプログラムされている。制御システムが、圧力トランスデューサ
から圧力情報を受けるので、ガスの流量レートとガスパルスレートのフィードバ
ック制御は達成される。
【００７４】
図９に示されたように、ガス流は、矩形波(square wave)関数に従って変調さ
れる。しかしながら、先にも述べたように、ガス流は、周期的なランプ関数(ram
p function)または正弦関数(sinusoidal function)を表わす波形に従って変調さ
れる。制御されたランプ関数は、ランプ関数に接近する増加ステップ(increment
al step)のシリーズにおいて流れレートを変えることによって生成される。これ
は、流量制御装置（図１３に示されている）をランプ関数の特質と関連された方
法でステップするか、または、超音波注入用の調整可能なスロート領域であるガ
ス注入オリフィスの開成と閉成をステップするかのいずれかによって実行できる
。前者の場合において、各ステップの時間的持続期間は、１００ミリ秒を超える
。後者の場合、各ステップは、１００ミリ秒よりも小さい持続期間を有する。ラ
ンプ関数を発生する付加的な手段は、緩慢(slow)応答ＥＭまたは圧電バルブを使
用することであり、与えられたパルス用の上昇時間は１から１００ミリ秒のオー
ダーである。このアプローチは、制御しにくいという欠点を有しているが、装着
するのがかなり簡単にできる。同様のアプローチは、正弦応答(すなわち、Ｓｌ
ｏｐｐｙの“矩形”波)用に行なわれる。
れる。しかしながら、先にも述べたように、ガス流は、周期的なランプ関数(ram
p function)または正弦関数(sinusoidal function)を表わす波形に従って変調さ
れる。制御されたランプ関数は、ランプ関数に接近する増加ステップ(increment
al step)のシリーズにおいて流れレートを変えることによって生成される。これ
は、流量制御装置（図１３に示されている）をランプ関数の特質と関連された方
法でステップするか、または、超音波注入用の調整可能なスロート領域であるガ
ス注入オリフィスの開成と閉成をステップするかのいずれかによって実行できる
。前者の場合において、各ステップの時間的持続期間は、１００ミリ秒を超える
。後者の場合、各ステップは、１００ミリ秒よりも小さい持続期間を有する。ラ
ンプ関数を発生する付加的な手段は、緩慢(slow)応答ＥＭまたは圧電バルブを使
用することであり、与えられたパルス用の上昇時間は１から１００ミリ秒のオー
ダーである。このアプローチは、制御しにくいという欠点を有しているが、装着
するのがかなり簡単にできる。同様のアプローチは、正弦応答(すなわち、Ｓｌ
ｏｐｐｙの“矩形”波)用に行なわれる。
【００７５】
ガスパルス作動のいくつかのアプローチが提案されているが、図５、８および
９に示されたようなガス注入システムの使用を伴う第１の解決方法と、図１２に
示されたような多分第４の解決方法は、現在において好ましい。それは、パルス
波形、パルス幅、パルス周波数および流量の必要で活発な制御を提供するために
、これらがより容易に構成できることが信じられているからである。
９に示されたようなガス注入システムの使用を伴う第１の解決方法と、図１２に
示されたような多分第４の解決方法は、現在において好ましい。それは、パルス
波形、パルス幅、パルス周波数および流量の必要で活発な制御を提供するために
、これらがより容易に構成できることが信じられているからである。
【００７６】
本発明によるガス注入システムは、従来のプラズマ処理システムに採用された
タイプのガス注入板に設けることができる。そのような板は、ＲＦプラズマに直
面する板を冷却するための冷却チャンネルを含んでいる。さらに、いずれの図面
にも示されていないけれども、注入システムノズルは、注入板に形成されてもよ
く、公知の方法で機能的に冷却されてもよい。しかしながら、ノズルの機能的冷
却は、各ノズルでのガス膨張によって生成される冷却の観点から必要ではないか
もしれない。
タイプのガス注入板に設けることができる。そのような板は、ＲＦプラズマに直
面する板を冷却するための冷却チャンネルを含んでいる。さらに、いずれの図面
にも示されていないけれども、注入システムノズルは、注入板に形成されてもよ
く、公知の方法で機能的に冷却されてもよい。しかしながら、ノズルの機能的冷
却は、各ノズルでのガス膨張によって生成される冷却の観点から必要ではないか
もしれない。
【００７７】
本発明によるエッチング方法を実行するためのリアクトルは、パルスモードエ
ッチング（ＰＭＥ）リアクトルとして構成される。そのようなリアクトルの実施
例を、反応チャンバコンダクタンスを改良するこれらの特徴を強調してこれから
述べる。それらの内の２つの実施例が図１４Ａと１４Ｂとに示されている。これ
らの２つの実施例は、ガスの注入と排出の取り扱いにおいてのみ、他のものとは
異なる。これらの実施例は、Ｊｏｈｎｓｏｎによって米国を指定して、「インピ
ーダンス減少チャンバ」の表題で１９９９年４月１２日に出願された出願中の普
通に所有されている国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／０７６２に開示されている態様
を組み込み、その開示をここで参照して取り込む。
ッチング（ＰＭＥ）リアクトルとして構成される。そのようなリアクトルの実施
例を、反応チャンバコンダクタンスを改良するこれらの特徴を強調してこれから
述べる。それらの内の２つの実施例が図１４Ａと１４Ｂとに示されている。これ
らの２つの実施例は、ガスの注入と排出の取り扱いにおいてのみ、他のものとは
異なる。これらの実施例は、Ｊｏｈｎｓｏｎによって米国を指定して、「インピ
ーダンス減少チャンバ」の表題で１９９９年４月１２日に出願された出願中の普
通に所有されている国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／０７６２に開示されている態様
を組み込み、その開示をここで参照して取り込む。
【００７８】
各実施例は、基板を支持する垂直に移動可能なチャック６を収容する負荷ロッ
ク(load lock)４を装着された円錐状の下端部を有する逆半円錐状の処理チャン
バを収容するハウジング２を備えている。基板は、代表的には、ウエハー８の形
状であり、その上面はエッチングされるようになっている。チャック６は、ウエ
ハー８の交換を可能にするために、また、プラズマ領域の底部をシールするため
に垂直移動(translation)用に設けられている。ハウジング２は円錐状の形状を
有し、変調されたＲＦ電流を受けるために接続されている複数回巻回された螺旋
コイル１４によって取り囲まれている。ＲＦ電流は、ハウジング２によって囲ま
れた円錐状の処理領域にＲＦ領域を発生する。ハウジング２は、この分野で知ら
れた原則に従って、処理領域を電磁気的にシールドするために構成されている。
ハウジング２はさらに、処理領域の頂部の処理ガス注入アセンブリ(assembly)１
８、１８’と、処理ガス注入アセンブリ１８の上方に配置された排出ポンプアセ
ンブリ２０とを有している。ポンプアセンブリ２０は、詳細には示されないが、
適切なターボ分子ポンプによって公知の方法で構成される。各図は、第１の半サ
イクルのスタートの瞬間を示していて、ＣＦ４ガスは、処理領域内にポンピング
され、Ａｒガスは外へポンピングされる。
ク(load lock)４を装着された円錐状の下端部を有する逆半円錐状の処理チャン
バを収容するハウジング２を備えている。基板は、代表的には、ウエハー８の形
状であり、その上面はエッチングされるようになっている。チャック６は、ウエ
ハー８の交換を可能にするために、また、プラズマ領域の底部をシールするため
に垂直移動(translation)用に設けられている。ハウジング２は円錐状の形状を
有し、変調されたＲＦ電流を受けるために接続されている複数回巻回された螺旋
コイル１４によって取り囲まれている。ＲＦ電流は、ハウジング２によって囲ま
れた円錐状の処理領域にＲＦ領域を発生する。ハウジング２は、この分野で知ら
れた原則に従って、処理領域を電磁気的にシールドするために構成されている。
ハウジング２はさらに、処理領域の頂部の処理ガス注入アセンブリ(assembly)１
８、１８’と、処理ガス注入アセンブリ１８の上方に配置された排出ポンプアセ
ンブリ２０とを有している。ポンプアセンブリ２０は、詳細には示されないが、
適切なターボ分子ポンプによって公知の方法で構成される。各図は、第１の半サ
イクルのスタートの瞬間を示していて、ＣＦ４ガスは、処理領域内にポンピング
され、Ａｒガスは外へポンピングされる。
【００７９】
図１４Ａに示された実施例において、処理ガス注入アセンブリ１８は中央に配
置された注入板を備えている。使用されたガスおよびエッチングされた製品は、
注入板とハウジング２の壁との間の環状の領域を通して上方へポンプアセンブリ
２０に排出される。 図１４Ｂに示された実施例において、アセンブリ１８’の注入板は、処理領域
を完全に横切って延びていて、処理領域の上部境界を一様に横切るのにいずれも
貢献する注入ポートと排出ダクトとを有している。 これらの各実施例において、処理されるべき基板は、逆半円錐状の基部に配置
されている。注入板は、チャンバの頂部に配置されている。
置された注入板を備えている。使用されたガスおよびエッチングされた製品は、
注入板とハウジング２の壁との間の環状の領域を通して上方へポンプアセンブリ
２０に排出される。 図１４Ｂに示された実施例において、アセンブリ１８’の注入板は、処理領域
を完全に横切って延びていて、処理領域の上部境界を一様に横切るのにいずれも
貢献する注入ポートと排出ダクトとを有している。 これらの各実施例において、処理されるべき基板は、逆半円錐状の基部に配置
されている。注入板は、チャンバの頂部に配置されている。
【００８０】
注入板すなわちマニホールド１８、１８’の例示的実施例は、各１５Ａと１５
Ｂとに示されている。図１５Ａにおいて、２０個の小さい注入オリフィスがあり
、これらはそのスロート(throat)でほぼ１ｍｍの直径であり、図５に示されたよ
うな発散ノズルの入口端部である。板１８に設けることができるオリフィスの数
は、２０個に限定されない。板１８はさらに、ノズルの内部配列を取り巻く４つ
の大きいポンピング象限が設けられている。図１５Ｂに示された第２の注入／排
出板は、注入ガスと排出ガスとの間の相互作用を最小にし排出ダクト領域を最大
にする意図をもって、プラズマソースの頂部を横切って注入ポートと排出ダクト
とを一様に分布する。これらの実施例は、１２インチウエハー処理または構造的
に類似する他の変形用に寸法を定めることができる。
Ｂとに示されている。図１５Ａにおいて、２０個の小さい注入オリフィスがあり
、これらはそのスロート(throat)でほぼ１ｍｍの直径であり、図５に示されたよ
うな発散ノズルの入口端部である。板１８に設けることができるオリフィスの数
は、２０個に限定されない。板１８はさらに、ノズルの内部配列を取り巻く４つ
の大きいポンピング象限が設けられている。図１５Ｂに示された第２の注入／排
出板は、注入ガスと排出ガスとの間の相互作用を最小にし排出ダクト領域を最大
にする意図をもって、プラズマソースの頂部を横切って注入ポートと排出ダクト
とを一様に分布する。これらの実施例は、１２インチウエハー処理または構造的
に類似する他の変形用に寸法を定めることができる。
【００８１】
本発明によるエッチング方法を実行するためのリアクトルの３つの更なる実施
例は、図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃに示されている。３つの全ての構造におい
て、ガス注入は、基板およびチャックすなわち基板ホルダーに対向して行なわれ
、また、真空ポンプはチャックを取り囲む環状の領域を通って処理容積にアクセ
スする３つの全ての実施例において、コイル１４はハウジング２の頂部部分を取
り囲む。このように、処理領域またはプラズマソースは、ハウジング２の頂部部
分に配置されている。３つの構造間での唯一の相異は、コイル１４の形状、従っ
て処理領域である。容積構造は、１６Ａに示されたような円筒状の構造、図１６
Ｂに示されたような円錐台状の構造、および図１６Ｃに示されたような半球状の
構造図を有している。
例は、図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃに示されている。３つの全ての構造におい
て、ガス注入は、基板およびチャックすなわち基板ホルダーに対向して行なわれ
、また、真空ポンプはチャックを取り囲む環状の領域を通って処理容積にアクセ
スする３つの全ての実施例において、コイル１４はハウジング２の頂部部分を取
り囲む。このように、処理領域またはプラズマソースは、ハウジング２の頂部部
分に配置されている。３つの構造間での唯一の相異は、コイル１４の形状、従っ
て処理領域である。容積構造は、１６Ａに示されたような円筒状の構造、図１６
Ｂに示されたような円錐台状の構造、および図１６Ｃに示されたような半球状の
構造図を有している。
【００８２】
これらの実施例の処理チャンバ内において、壁の傾斜はいくつかの機能を達成
する。高いＫｎｕｄｓｏｎ数限界で、チャンバのコンダクタンス(conductance)
を改良するために、内面領域に関して可能な限り大きい出口領域を有することが
望ましい。さらに、ガスが頂部からチャンバに注入されチャンバから排出された
場合、図２Ｂに示されたように、単一跳ね返り(single bounce)原子／分子動作
が生じる大きな可能性がある。これと対照的に、自由分子形態(regime)において
操作する従来のリアクトルは、チャンバを出るために原子／分子用に少なくとも
２回の壁衝突を必要とする。低いＫｎｕｄｓｏｎ数限界で、連続流と関連して、
側壁の傾斜は、チャンバの底部と側壁との間に形成されたコーナー内で流れの分
離を伴わないで、概略的に図２Ａに示されたように流れを促進する。さらに、傾
斜した側壁は、表面的に円形の円筒状チャンバ構造の容積を最小にする。
する。高いＫｎｕｄｓｏｎ数限界で、チャンバのコンダクタンス(conductance)
を改良するために、内面領域に関して可能な限り大きい出口領域を有することが
望ましい。さらに、ガスが頂部からチャンバに注入されチャンバから排出された
場合、図２Ｂに示されたように、単一跳ね返り(single bounce)原子／分子動作
が生じる大きな可能性がある。これと対照的に、自由分子形態(regime)において
操作する従来のリアクトルは、チャンバを出るために原子／分子用に少なくとも
２回の壁衝突を必要とする。低いＫｎｕｄｓｏｎ数限界で、連続流と関連して、
側壁の傾斜は、チャンバの底部と側壁との間に形成されたコーナー内で流れの分
離を伴わないで、概略的に図２Ａに示されたように流れを促進する。さらに、傾
斜した側壁は、表面的に円形の円筒状チャンバ構造の容積を最小にする。
【００８３】
ガス注入の調整とチャンバのコンダクタンスの増加に加えて、チャンバポンピ
ング容量の増加がガス交換時間を付加的に改良する。チャンバに隣接した５００
０リッター／秒のポンプの配置、または、チャンバ上へのいくつかの１５００リ
ッター／秒のポンプの配置は、ポンプ科学技術の包絡線を後押しできる。最後に
、その開示をここで参照して取り込むが、Ｄａｎｄｌ等によって米国を指定して
、「プラズマ真空ポンピングセル」の表題で１９９９年６月２９日に出願された
出願中の普通に所有されている国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／１２８２７に開示さ
れているように、増加されたポンピング達成が期待される。
ング容量の増加がガス交換時間を付加的に改良する。チャンバに隣接した５００
０リッター／秒のポンプの配置、または、チャンバ上へのいくつかの１５００リ
ッター／秒のポンプの配置は、ポンプ科学技術の包絡線を後押しできる。最後に
、その開示をここで参照して取り込むが、Ｄａｎｄｌ等によって米国を指定して
、「プラズマ真空ポンピングセル」の表題で１９９９年６月２９日に出願された
出願中の普通に所有されている国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／１２８２７に開示さ
れているように、増加されたポンピング達成が期待される。
【００８４】
要約すると、本発明は、ガスがリアクトル内で交換できるレートを最大化する
ために、高いコンダクタンスチャンバにおいて、調整されたガス注入技法を従来
のポンピング能力に結合する。本発明によるＰＭＥリアクトルの１つの実務的実
施例は、図１７Ａにその側部立面図が、図１７Ｂにその平面図が、図１７Ｃにそ
の端部立面図が示されている。図１７Ａと図１７Ｃから明らかなように、この実
施例の構成要素は、リアクトルを製造設備内のあらゆる所望の位置にもたらすこ
とができるためにローラに設けられた支持フレームによって運ばれる。リアクト
ルの個々の構成要素の全ては公知であって、それ自身この分野ですでによく知ら
れた原則に基づいて構成できるか、またはここで開示されているかのいずれかで
ある。
ために、高いコンダクタンスチャンバにおいて、調整されたガス注入技法を従来
のポンピング能力に結合する。本発明によるＰＭＥリアクトルの１つの実務的実
施例は、図１７Ａにその側部立面図が、図１７Ｂにその平面図が、図１７Ｃにそ
の端部立面図が示されている。図１７Ａと図１７Ｃから明らかなように、この実
施例の構成要素は、リアクトルを製造設備内のあらゆる所望の位置にもたらすこ
とができるためにローラに設けられた支持フレームによって運ばれる。リアクト
ルの個々の構成要素の全ては公知であって、それ自身この分野ですでによく知ら
れた原則に基づいて構成できるか、またはここで開示されているかのいずれかで
ある。
【００８５】
示されたＰＭＥリアクトルは、プラズマソース３０と、負荷ロックチャンバ３
２と、ウエハー取り扱いシステム３４と、図２Ａと２Ｂに関連して上述したよう
に垂直移動用に設けられ自己バイアスを生成するためにＲＦパワーが適用される
垂直に移動可能なチャック３６と、自由走行オシレータ(free running oscillat
or)（ＦＲＯ）と、多分インピーダンス整合ネットワーク(match network)を有し
プラズマソースコイル用にＲＦ流を生成するソースパワー供給装置３８と、ソー
ス３０上の中間真空チャンバ４０と、ターボ分子ポンプ４２と、ソース３０とポ
ンプ４２上の板４４と、線形移動バルブ４６と、板４４上の排出ガス流領域４８
とから成る。バルブ４６は、バルブ４６がポンプ４２上で板４２の開口をブロッ
クする完全に閉成された位置と、バルブ４６が板４４の開口から最大の距離であ
る位置にある完全に開成された位置との間の位置の範囲を越えて移動可能である
。このようにして、バルブ４６は、板４４の開口部によって形成された排出ガス
流経路と、排出ガス流領域４８を通って流れるガスのレートを制御するために操
作可能である。リアクトルはさらに、適切な処理ガスおよび冷媒供給カップリン
グ(図示せず)を有している。
２と、ウエハー取り扱いシステム３４と、図２Ａと２Ｂに関連して上述したよう
に垂直移動用に設けられ自己バイアスを生成するためにＲＦパワーが適用される
垂直に移動可能なチャック３６と、自由走行オシレータ(free running oscillat
or)（ＦＲＯ）と、多分インピーダンス整合ネットワーク(match network)を有し
プラズマソースコイル用にＲＦ流を生成するソースパワー供給装置３８と、ソー
ス３０上の中間真空チャンバ４０と、ターボ分子ポンプ４２と、ソース３０とポ
ンプ４２上の板４４と、線形移動バルブ４６と、板４４上の排出ガス流領域４８
とから成る。バルブ４６は、バルブ４６がポンプ４２上で板４２の開口をブロッ
クする完全に閉成された位置と、バルブ４６が板４４の開口から最大の距離であ
る位置にある完全に開成された位置との間の位置の範囲を越えて移動可能である
。このようにして、バルブ４６は、板４４の開口部によって形成された排出ガス
流経路と、排出ガス流領域４８を通って流れるガスのレートを制御するために操
作可能である。リアクトルはさらに、適切な処理ガスおよび冷媒供給カップリン
グ(図示せず)を有している。
【００８６】
ＲＦ流は、ＦＲＯである別個の装置４９、または、従来のソリッドステートＲ
Ｆ発生器からのパワー移動を最大化するための整合ネットワークである別個の装
置４９によってチャック３６に適用できる。 ソース３０は、この分野の標準的慣例に従って、ＦＲＯ３８によって生成され
た（または、整合ネットワーク３８により従来のソリッドステートＲＦ発生器に
よって同等に生成された、または、個々のＲＦ信号励磁機および整合ネットワー
ク３８によるＲＦパワー増幅器によって最後に生成された）ＲＦ流を受けるため
の螺旋コイル５０と、静電シールド３２と、図１５Ａと１５Ｂとに示された一方
の形状を有するガス注入アセンブリ（図示しない）とを備えている。
Ｆ発生器からのパワー移動を最大化するための整合ネットワークである別個の装
置４９によってチャック３６に適用できる。 ソース３０は、この分野の標準的慣例に従って、ＦＲＯ３８によって生成され
た（または、整合ネットワーク３８により従来のソリッドステートＲＦ発生器に
よって同等に生成された、または、個々のＲＦ信号励磁機および整合ネットワー
ク３８によるＲＦパワー増幅器によって最後に生成された）ＲＦ流を受けるため
の螺旋コイル５０と、静電シールド３２と、図１５Ａと１５Ｂとに示された一方
の形状を有するガス注入アセンブリ（図示しない）とを備えている。
【００８７】
ポンプ４２は、５０００リッター／秒のターボ分子ポンプが商業的に入手可能
であり、プラズマソース３０に隣接して設けられ、中間真空チャンバ４０と排出
ガス流領域４８を介してプラズマソース３０に接続されている。現在入手可能な
５０００リッター／秒のターボ分子ポンプが上下逆に向けられないので、この据
え付け配置が選択される。
であり、プラズマソース３０に隣接して設けられ、中間真空チャンバ４０と排出
ガス流領域４８を介してプラズマソース３０に接続されている。現在入手可能な
５０００リッター／秒のターボ分子ポンプが上下逆に向けられないので、この据
え付け配置が選択される。
【００８８】
ソース３０と関連するガス注入アセンブリは、注入オリフィスと排出領域の両
方を備えていて、後者は、中間真空チャンバ４０を介してポンプ４２と連通して
いる。このように、ガス注入アセンブリと排出オリフィスの両方は、プラズマソ
ース３０によって取り囲まれた処理領域を中間真空チャンバ４０から分離する。 第２の実施例は、いくつかの比較的小さいターボ分子ポンプを中間真空チャン
バの上方に採用することができる。
方を備えていて、後者は、中間真空チャンバ４０を介してポンプ４２と連通して
いる。このように、ガス注入アセンブリと排出オリフィスの両方は、プラズマソ
ース３０によって取り囲まれた処理領域を中間真空チャンバ４０から分離する。 第２の実施例は、いくつかの比較的小さいターボ分子ポンプを中間真空チャン
バの上方に採用することができる。
【００８９】
第３の実施例は、その開示をここで参照して取り込むが、「プラズマポンプ」
の表題で１９９８年１２月３０日に出願番号０６／１１４，４５３号として米国
予備特許出願された出願中の代理人整理番号第７１４６９／２３８０７３、およ
び、先に引用した国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／１２８２７に開示されている。こ
の実施例は、改良されたポンピング効率と空間利用を提供する。
の表題で１９９８年１２月３０日に出願番号０６／１１４，４５３号として米国
予備特許出願された出願中の代理人整理番号第７１４６９／２３８０７３、およ
び、先に引用した国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／１２８２７に開示されている。こ
の実施例は、改良されたポンピング効率と空間利用を提供する。
【００９０】
図１８は、図１７Ａに類似したもので、本発明によるＰＭＥリアクトルの更な
る実際的実施例を示している。図１８に示されたリアクトルの多くの構成要素は
、図１７Ａ、１７Ｂおよび１７Ｃに示されたこれらのものと同一である。これら
の構成要素は、図１７Ａ、１７Ｂおよび１７Ｃで採用された参照符号によって識
別され、再度記述はしない。
る実際的実施例を示している。図１８に示されたリアクトルの多くの構成要素は
、図１７Ａ、１７Ｂおよび１７Ｃに示されたこれらのものと同一である。これら
の構成要素は、図１７Ａ、１７Ｂおよび１７Ｃで採用された参照符号によって識
別され、再度記述はしない。
【００９１】
図１７に示された実施例のケースにおけるように、図１８に示された実施例の
構成要素は、リアクトルを製造設備内のあらゆる所望の位置にもたらすことがで
きるためのローラに設けられた支持フレームによって運ばれる。 プラズマソース３０の頂部は、ガスライン入口６２が装備されたガス注入／排
出板６０によって限界が定められている。図１７の実施例は、ガス注入／排出板
とガスライン入口とともに装着することができるけれども、これらは図１７にお
いて特に識別されていない。
構成要素は、リアクトルを製造設備内のあらゆる所望の位置にもたらすことがで
きるためのローラに設けられた支持フレームによって運ばれる。 プラズマソース３０の頂部は、ガスライン入口６２が装備されたガス注入／排
出板６０によって限界が定められている。図１７の実施例は、ガス注入／排出板
とガスライン入口とともに装着することができるけれども、これらは図１７にお
いて特に識別されていない。
【００９２】
図１８に示された実施例は、本質的に、プラズマ３０の上方でこれと垂直配置
のターボ分子ポンプ６４の配置によって図１７のものと異なっている。ターボ分
子ポンプ６４は、ゲート入口バルブ６６と変移(transition)ダクト６８とによっ
て板６０から分離されている。 図１８に示されたリアクトルの好ましい実施例において、ターボ分子ポンプは
、単一の３０００リッター／秒ポンプであり、図１７の５０００リッター／秒ポ
ンプに替わるものである。
のターボ分子ポンプ６４の配置によって図１７のものと異なっている。ターボ分
子ポンプ６４は、ゲート入口バルブ６６と変移(transition)ダクト６８とによっ
て板６０から分離されている。 図１８に示されたリアクトルの好ましい実施例において、ターボ分子ポンプは
、単一の３０００リッター／秒ポンプであり、図１７の５０００リッター／秒ポ
ンプに替わるものである。
【００９３】
図１８には示されているが図１７に示されていないものとして、ベローズ７０
と、チャック３６に関連するリフトピン７２とがある。この分野の従来のように
、ベローズ７０は、チャックの垂直移動を可能にするけれども、プラズマソース
３０によって取り囲まれた処理領域はシールされたままに維持されるのを保証す
る。この分野で同様に慣例的なリフトピン７２は、ウエハー取り扱いアセンブリ
３４によって処理領域から取り除くために、ウエハーを静電チャック３６から持
上げるのに操作される。
と、チャック３６に関連するリフトピン７２とがある。この分野の従来のように
、ベローズ７０は、チャックの垂直移動を可能にするけれども、プラズマソース
３０によって取り囲まれた処理領域はシールされたままに維持されるのを保証す
る。この分野で同様に慣例的なリフトピン７２は、ウエハー取り扱いアセンブリ
３４によって処理領域から取り除くために、ウエハーを静電チャック３６から持
上げるのに操作される。
【００９４】
図１９Ａ、１９Ｂおよび１９Ｃは、図１７のリアクトルと同様に、図１８のリ
アクトルに利用することができる注入／排出板の３つの可能な実施例を示す平面
図である。 図１９Ａにおいて、板８０は、ポンプ６４と連絡する真空戻しポート８４の列
を含む中央領域を取り囲んだガス注入ポート８２のいくつかの集中的列が設けら
れている。境界８６は、ポート８２によって占められた領域をポート８４によっ
て占められた領域から分離する。 図１９Ｂは、真空戻しポート９４の丸い列によって取り囲まれたガス注入ポー
ト９２の列を有する板９０を示している。境界９６は、注入ポート９２によって
占められた領域を戻しポート９４によって占められた領域から分離する。この実
施例において、ポンプ６４と連絡する戻しポートは、比較的大きい直径を各有し
ている。
アクトルに利用することができる注入／排出板の３つの可能な実施例を示す平面
図である。 図１９Ａにおいて、板８０は、ポンプ６４と連絡する真空戻しポート８４の列
を含む中央領域を取り囲んだガス注入ポート８２のいくつかの集中的列が設けら
れている。境界８６は、ポート８２によって占められた領域をポート８４によっ
て占められた領域から分離する。 図１９Ｂは、真空戻しポート９４の丸い列によって取り囲まれたガス注入ポー
ト９２の列を有する板９０を示している。境界９６は、注入ポート９２によって
占められた領域を戻しポート９４によって占められた領域から分離する。この実
施例において、ポンプ６４と連絡する戻しポートは、比較的大きい直径を各有し
ている。
【００９５】
図１９Ｃは、板１００の実施例を示していて、ガス注入ポート１０２は、真空
戻しポート１０４とともに実質的に点在されている。ガス注入ポート１０２は、
真空戻しポート１０４のリングに替わるガス注入ポート１０２のリングを有し、
真空戻しポート１０４のように、複数の円形の集中的リングを形成するために配
置されている。ここで先にも述べたように、プラズマソースに供給されたＲＦパ
ワーの振幅は、特定の処理に望ましいプラズマ状態を生成するために変調される
。例えば、本発明によれば、ＲＦソースパワーは、例えば、チャンバ内のＣＦ４ とＡｒガスの交換と同期して“低(low)”パワーレベルと“高(high)”パワーレ
ベルとの間で変調される。しかしながら、パワーレベル調整とガス交換との間の
π輻射(radiant)と比較して小さい位相シフトがある。
戻しポート１０４とともに実質的に点在されている。ガス注入ポート１０２は、
真空戻しポート１０４のリングに替わるガス注入ポート１０２のリングを有し、
真空戻しポート１０４のように、複数の円形の集中的リングを形成するために配
置されている。ここで先にも述べたように、プラズマソースに供給されたＲＦパ
ワーの振幅は、特定の処理に望ましいプラズマ状態を生成するために変調される
。例えば、本発明によれば、ＲＦソースパワーは、例えば、チャンバ内のＣＦ４ とＡｒガスの交換と同期して“低(low)”パワーレベルと“高(high)”パワーレ
ベルとの間で変調される。しかしながら、パワーレベル調整とガス交換との間の
π輻射(radiant)と比較して小さい位相シフトがある。
【００９６】
この時間尺度のＲＦパワーの一時的変調は、主として、プラズマソースの負荷
インピーダンスを変更する時間を整合する能力によって制限され、またそれ故、
１００％のパワー伝達を維持する。キャパシタを調整するために機械的装置に使
用する従来のＲＦ整合ネットワークは、１％以内の正確さでＲＦパワーパルスを
規定するために１００ステップを想定する２〜５秒の制御されたパルス幅のみを
得ることができる(最速整合ネットワークの応答時間は、２５０から５００ミリ
秒に達する)。ガス交換レートに関連して先に議論したように、ＲＦソースパワ
ーの変調は、ガス滞留時間(またはガス交換時間)と比較可能なパルス幅を有して
操作するためである。これは、現在の整合ネットワークの能力を確実に超える１
〜１０ミリ秒の時間尺度でＲＦパワーソースをパルス化する可能性を必要とする
。
インピーダンスを変更する時間を整合する能力によって制限され、またそれ故、
１００％のパワー伝達を維持する。キャパシタを調整するために機械的装置に使
用する従来のＲＦ整合ネットワークは、１％以内の正確さでＲＦパワーパルスを
規定するために１００ステップを想定する２〜５秒の制御されたパルス幅のみを
得ることができる(最速整合ネットワークの応答時間は、２５０から５００ミリ
秒に達する)。ガス交換レートに関連して先に議論したように、ＲＦソースパワ
ーの変調は、ガス滞留時間(またはガス交換時間)と比較可能なパルス幅を有して
操作するためである。これは、現在の整合ネットワークの能力を確実に超える１
〜１０ミリ秒の時間尺度でＲＦパワーソースをパルス化する可能性を必要とする
。
【００９７】
本発明によれば、所望のパワー変調レートは、その開示をここで参照して取り
込むが、「誘導的に結合されたプラズマを発生するための無線周波数パワーソー
ス」の表題で１９９９年７月１３日に特許出願番号６０／１４３５４８として米
国予備特許出願された出願中の代理人整理番号第２５１１０５に開示されている
ような、自由走行オシレータ（ＦＲＯ）を使用することによって得られるであろ
う。ＲＦパワー供給装置は、負荷共振(resonant)周波数の変化に応じて入力ＲＦ
周波数を自動的に変調する自由作業オシレータを組み込む。ＦＲＯの使用は、整
合ネットワークとソリッドステートＲＦパワー供給装置の必要性を除去し、それ
らをプラズマソースに占められた(local)ＲＦ部分と、離隔して配置されたＤＣ
パワー供給装置とで置き換える。ＲＦパワー、圧力、温度、流量、および／また
は、ガス種によってプラズマ状態がＥＳＲＦソースに変わるので、ＲＦ周波数（
またはオシレータ周波数）は、プラズマソースの自然周波数の変化に応じて変調
する。これには、提案された解決方へのいくつかの利点があり、それは、信頼性
、反復可能性、速度、パルス能力、および、プラズマ状態の診断として監視する
周波数の使用である。
込むが、「誘導的に結合されたプラズマを発生するための無線周波数パワーソー
ス」の表題で１９９９年７月１３日に特許出願番号６０／１４３５４８として米
国予備特許出願された出願中の代理人整理番号第２５１１０５に開示されている
ような、自由走行オシレータ（ＦＲＯ）を使用することによって得られるであろ
う。ＲＦパワー供給装置は、負荷共振(resonant)周波数の変化に応じて入力ＲＦ
周波数を自動的に変調する自由作業オシレータを組み込む。ＦＲＯの使用は、整
合ネットワークとソリッドステートＲＦパワー供給装置の必要性を除去し、それ
らをプラズマソースに占められた(local)ＲＦ部分と、離隔して配置されたＤＣ
パワー供給装置とで置き換える。ＲＦパワー、圧力、温度、流量、および／また
は、ガス種によってプラズマ状態がＥＳＲＦソースに変わるので、ＲＦ周波数（
またはオシレータ周波数）は、プラズマソースの自然周波数の変化に応じて変調
する。これには、提案された解決方へのいくつかの利点があり、それは、信頼性
、反復可能性、速度、パルス能力、および、プラズマ状態の診断として監視する
周波数の使用である。
【００９８】
ＦＲＯのプラズマソース変化に対する応答は、入力変化によるリアクトル内を
安定するためにガス／プラズマ用の時間に限定される。これは、運転状態中で何
十μ秒であり、開始状態中で１ミリ秒ほどの高さである。ＦＲＯが、運転状態と
開始状態の両方における機械的調整を全く必要としないという事実は、入力ＲＦ
パワー供給装置の応答において付加的遅滞が全くないことを意味する。それ故、
ＦＲＯは、零と一定のパワーレベルとの間、および各３０μ秒および５０μ秒の
上昇および下降時間を有するパワーの異なったレベルで、ＲＦパワーをパルス化
する能力を実証する。２から５秒の持続時間または幅を有するパルスの生成が可
能な整合ネットワークを有するソリッドステートパワー供給装置と異なり、ＦＲ
Ｏは、３から５ミリ秒の一時的なパルス幅を有するＲＦパワーパルスを生成でき
る。さらに、パワーの異なったレベル間でパルス化するためのＦＲＯの能力は、
複雑なマルチレベル、時間との周期的または非周期的依存を使用してＲＦパワー
の変化を可能にする。
安定するためにガス／プラズマ用の時間に限定される。これは、運転状態中で何
十μ秒であり、開始状態中で１ミリ秒ほどの高さである。ＦＲＯが、運転状態と
開始状態の両方における機械的調整を全く必要としないという事実は、入力ＲＦ
パワー供給装置の応答において付加的遅滞が全くないことを意味する。それ故、
ＦＲＯは、零と一定のパワーレベルとの間、および各３０μ秒および５０μ秒の
上昇および下降時間を有するパワーの異なったレベルで、ＲＦパワーをパルス化
する能力を実証する。２から５秒の持続時間または幅を有するパルスの生成が可
能な整合ネットワークを有するソリッドステートパワー供給装置と異なり、ＦＲ
Ｏは、３から５ミリ秒の一時的なパルス幅を有するＲＦパワーパルスを生成でき
る。さらに、パワーの異なったレベル間でパルス化するためのＦＲＯの能力は、
複雑なマルチレベル、時間との周期的または非周期的依存を使用してＲＦパワー
の変化を可能にする。
【００９９】
ＦＲＯシステムは、高電圧ＤＣパワー供給装置と、電子管を通って流れる電子
を制御するための可変電位グリッドを備えた電子管を有するオシレータを備えて
いる。これらの全ての構成要素は、螺旋コイルによってプラズマソースに誘電的
に結合されている。結果としての振動の持続性は、帰還電圧のゲインが単一より
も大きいか否かに依存する。プラズマの状態が変化するにつれて、帰還によって
電位が電子管を横切り、そしてそれに続いて電子管は振動周波数を自己変調する
。
を制御するための可変電位グリッドを備えた電子管を有するオシレータを備えて
いる。これらの全ての構成要素は、螺旋コイルによってプラズマソースに誘電的
に結合されている。結果としての振動の持続性は、帰還電圧のゲインが単一より
も大きいか否かに依存する。プラズマの状態が変化するにつれて、帰還によって
電位が電子管を横切り、そしてそれに続いて電子管は振動周波数を自己変調する
。
【０１００】
最後に述べた出願中の米国予備特許出願には、２つの変形が述べられている。
パルス化操作達成の１つの方法は、電子グリッド電位をパルス化することである
。この方法とともに、各３０μ秒および５０μ秒のパルス上昇および下降時間が
得られる。第２の方法は、Ｂ＋パワー供給をパルス化する。このパルス化は比較
的高いパワーであるが、パルス上昇および下降時間が比較的短く、反復レートが
比較的高くできる。
パルス化操作達成の１つの方法は、電子グリッド電位をパルス化することである
。この方法とともに、各３０μ秒および５０μ秒のパルス上昇および下降時間が
得られる。第２の方法は、Ｂ＋パワー供給をパルス化する。このパルス化は比較
的高いパワーであるが、パルス上昇および下降時間が比較的短く、反復レートが
比較的高くできる。
【０１０１】
このように、ＦＲＯは、パルスＲＦパワーをチャックと同様プラズマソースに
分布するのに現在好ましいシステムであり、これは以下に述べられる。これは、
５００Ｈｚ以上に高いレートでパルス処理することを可能にし、ＲＦパワーレベ
ルまたはプラズマ密度の制御用に強固なシステムを提供する。プラズマ密度制御
は、プラズマ密度の測定と測定されたプラズマ密度値の帰還を必要とする。 より高価に見える他のアプローチは、周波数の帰還制御用の位相／量検知器と
ともに周波数が機敏な(agile)ＲＦパワー発生器を使用する必要がある。このよ
うにして、ＲＦパワーは変調できるのに対して、最大パワー移動は、ＲＦ周波数
を変えることによって維持される。このタイプの発生器は、１９９７年１１月１
８日にＨａｎａｗａに対して発行された米国特許５，６８８，３５７号に記載さ
れている。しかしながら、本発明によるシステム用に、すでに存在する増幅器の
位置にパルス変調されたＲＦ増幅器を含むように修正され得る。
分布するのに現在好ましいシステムであり、これは以下に述べられる。これは、
５００Ｈｚ以上に高いレートでパルス処理することを可能にし、ＲＦパワーレベ
ルまたはプラズマ密度の制御用に強固なシステムを提供する。プラズマ密度制御
は、プラズマ密度の測定と測定されたプラズマ密度値の帰還を必要とする。 より高価に見える他のアプローチは、周波数の帰還制御用の位相／量検知器と
ともに周波数が機敏な(agile)ＲＦパワー発生器を使用する必要がある。このよ
うにして、ＲＦパワーは変調できるのに対して、最大パワー移動は、ＲＦ周波数
を変えることによって維持される。このタイプの発生器は、１９９７年１１月１
８日にＨａｎａｗａに対して発行された米国特許５，６８８，３５７号に記載さ
れている。しかしながら、本発明によるシステム用に、すでに存在する増幅器の
位置にパルス変調されたＲＦ増幅器を含むように修正され得る。
【０１０２】
さらに他のアプローチは、パワーパルス化可能性を有する従来のソリッドステ
ートＲＦ発生器またはＲＦ信号励磁器、および、各パワーレベル用に構成された
プリセットキャパシタ設定を有する整合ネットワークとともにパルス化パワーの
可能なＲＦ増幅器を使用することである。キャパシタ設定が固定されるので、パ
ルス時間は機械的構成要素の応答に制限されない。第１の例は、プリセットキャ
パシタ間での切り換えが可能なスイッチを備えている。そのようなシステム用の
第２の例は、共通の励磁機、共通の励磁機信号出力間の位相シフター(phase shi
fter)、２つまたはそれ以上のＲＦ増幅器、特定のパワーレベル用に構成された
２つまたはそれ以上のプリセット整合ネットワーク、および、プラズマソースを
取り囲む２つまたはそれ以上の誘電コイルを備えることができる。例えば、２つ
のパワーレベルが選択された場合、一連の連続したＲＦパワーを生成するために
位相を異にして、２つのパワー増幅器が１８０度(degree)操作される。しかしな
がら、信号間の位相差および各信号のデューティーサイクルは変えられる。両方
の場合において、正確なインピーダンス整合は、整合ネットワークの固定された
特性のために達成できない。しかしながら、反射されたパワーが受入可能である
場合、前方へのパワーは、増幅器からの全パワー出力を増加することによって、
所望のレベルに増加する。
ートＲＦ発生器またはＲＦ信号励磁器、および、各パワーレベル用に構成された
プリセットキャパシタ設定を有する整合ネットワークとともにパルス化パワーの
可能なＲＦ増幅器を使用することである。キャパシタ設定が固定されるので、パ
ルス時間は機械的構成要素の応答に制限されない。第１の例は、プリセットキャ
パシタ間での切り換えが可能なスイッチを備えている。そのようなシステム用の
第２の例は、共通の励磁機、共通の励磁機信号出力間の位相シフター(phase shi
fter)、２つまたはそれ以上のＲＦ増幅器、特定のパワーレベル用に構成された
２つまたはそれ以上のプリセット整合ネットワーク、および、プラズマソースを
取り囲む２つまたはそれ以上の誘電コイルを備えることができる。例えば、２つ
のパワーレベルが選択された場合、一連の連続したＲＦパワーを生成するために
位相を異にして、２つのパワー増幅器が１８０度(degree)操作される。しかしな
がら、信号間の位相差および各信号のデューティーサイクルは変えられる。両方
の場合において、正確なインピーダンス整合は、整合ネットワークの固定された
特性のために達成できない。しかしながら、反射されたパワーが受入可能である
場合、前方へのパワーは、増幅器からの全パワー出力を増加することによって、
所望のレベルに増加する。
【０１０３】
パルス変調されたＲＦパワーを持ったプラズマソースを駆動するために以上述
べたような方法を備え、ガス種の変更を制御するための方法をここで述べる。ガ
ス種としてＣＦ４およびＡｒを使用するエッチング処置は先に述べた。変更され
るべき２つのガス種は、ここにおいてより一般的にＡおよびＢとして識別される
。しかしながら、ある処置のために、２つ以上のガス種および対応するＲＦサイ
クルができることを理解しなければならない。このことは以下により詳細に述べ
る。 図２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは、増幅の例と３つの一時的に変調された処理
構成要素の相対的位相を示す線図である。すなわち、ガス種が図２０Ａに、ＲＦ
ソースパワーが図２０Ｂに、およびチャックに適用されるＲＦバイアスパワーが
図２０Ｃに示されている。ガス交換パルス周期Ｔｇは、各ＲＦソースとチャック
バイアスパワー周期ＴＲＦ−ＳおよびＴＲＦ−ｂに、少なくともほぼ等しいこと
が想定される。しかしながら、一般的に、これは常に正確である必要はない。
べたような方法を備え、ガス種の変更を制御するための方法をここで述べる。ガ
ス種としてＣＦ４およびＡｒを使用するエッチング処置は先に述べた。変更され
るべき２つのガス種は、ここにおいてより一般的にＡおよびＢとして識別される
。しかしながら、ある処置のために、２つ以上のガス種および対応するＲＦサイ
クルができることを理解しなければならない。このことは以下により詳細に述べ
る。 図２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは、増幅の例と３つの一時的に変調された処理
構成要素の相対的位相を示す線図である。すなわち、ガス種が図２０Ａに、ＲＦ
ソースパワーが図２０Ｂに、およびチャックに適用されるＲＦバイアスパワーが
図２０Ｃに示されている。ガス交換パルス周期Ｔｇは、各ＲＦソースとチャック
バイアスパワー周期ＴＲＦ−ＳおよびＴＲＦ−ｂに、少なくともほぼ等しいこと
が想定される。しかしながら、一般的に、これは常に正確である必要はない。
【０１０４】
図２０Ａにおいて、ガス交換サイクルはその周期、Ｔｇ、によって規定され、
２つのガスの半サイクルの各パルス幅はτＡとτＢであり、２つのガスの各流量
レートはＦＡとＦＢである。 同様に、図２０Ｂにおいて、ＲＦソースパワーサイクルはその周期、ＴＲＦ− Ｓ 、によって規定され、各ＲＦソースパワーサイクルの２つの半サイクルの各増
幅はＰＡ１とＰＢ１であり、各ＲＦソースパワーサイクルの各半サイクルの各パ
ルス幅はτＡ１とτＢ１であり、各ＲＦソースパワー半サイクルの各位相は各ガ
ス種の半サイクルに関してφＡ１とφＢ１である。
２つのガスの半サイクルの各パルス幅はτＡとτＢであり、２つのガスの各流量
レートはＦＡとＦＢである。 同様に、図２０Ｂにおいて、ＲＦソースパワーサイクルはその周期、ＴＲＦ− Ｓ 、によって規定され、各ＲＦソースパワーサイクルの２つの半サイクルの各増
幅はＰＡ１とＰＢ１であり、各ＲＦソースパワーサイクルの各半サイクルの各パ
ルス幅はτＡ１とτＢ１であり、各ＲＦソースパワー半サイクルの各位相は各ガ
ス種の半サイクルに関してφＡ１とφＢ１である。
【０１０５】
図２０Ｃは、チャックに適用されたＲＦバイアスパワー用の比較可能な変数を
示していて、それらは、ＲＦバイアスパワーサイクル周期、ＴＲＦ−ｂ、各ＲＦ
バイアスパワーサイクルの２つの半サイクルの各増幅ＰＡ２とＰＢ２、各ＲＦバ
イアスパワーサイクルの半サイクルの各パルス幅τＡ２とτＢ２、および、各ガ
ス種半サイクルに関するＲＦソースパワー半サイクルの各位相φＡ２とφＢ２で
ある。
示していて、それらは、ＲＦバイアスパワーサイクル周期、ＴＲＦ−ｂ、各ＲＦ
バイアスパワーサイクルの２つの半サイクルの各増幅ＰＡ２とＰＢ２、各ＲＦバ
イアスパワーサイクルの半サイクルの各パルス幅τＡ２とτＢ２、および、各ガ
ス種半サイクルに関するＲＦソースパワー半サイクルの各位相φＡ２とφＢ２で
ある。
【０１０６】
さらに本発明によれば、ソースパワー、バイアスパワー、および／または、ガ
ス流の変調は、チャンバ状態の変更、および／または、処理要求に依存する変更
周期性を有することができる。図２０Ｄは、そのような変調パターンの１つの例
を示していて、反復周期τ１を有するパルスがその間に提供される第１の時間間
隔Ｔ１、反復周期τ２を有するパルスがその間に提供される第２の時間間隔Ｔ２ 、および、その間に変調がない第３の時間間隔Ｔ３からなる。そのようなパター
ンは、エッチングまたは蒸着処理がいくつかのステップから成る多くの応用にお
いて有利である。各ステップは、時間間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の各１つなどに関連
する。各ステップは、異なったチャンバ状態、処理端点に先立つエッチングレー
トの可能な減少のような異なったエッチングレート用の要求、エッチング処理の
異なった選択性等に関連する。
ス流の変調は、チャンバ状態の変更、および／または、処理要求に依存する変更
周期性を有することができる。図２０Ｄは、そのような変調パターンの１つの例
を示していて、反復周期τ１を有するパルスがその間に提供される第１の時間間
隔Ｔ１、反復周期τ２を有するパルスがその間に提供される第２の時間間隔Ｔ２ 、および、その間に変調がない第３の時間間隔Ｔ３からなる。そのようなパター
ンは、エッチングまたは蒸着処理がいくつかのステップから成る多くの応用にお
いて有利である。各ステップは、時間間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の各１つなどに関連
する。各ステップは、異なったチャンバ状態、処理端点に先立つエッチングレー
トの可能な減少のような異なったエッチングレート用の要求、エッチング処理の
異なった選択性等に関連する。
【０１０７】
上述したシステムの複雑さゆえに、また特に独立した複数の変数ゆえに、集中
型コンピュータは、データベースから、電気システムからの元の場所の診断、お
よび／または、所望のエッチングレート、選択性、特徴態様変数、等を含む予め
蓄積された処理データを受け、また、最適処理結果を達成するための大きな変数
空間を調整するニューラルネットワークを採用することが有用である。複数変数
統計的分析用のニューラルネットワークの使用は、文献でよく立証されている。
型コンピュータは、データベースから、電気システムからの元の場所の診断、お
よび／または、所望のエッチングレート、選択性、特徴態様変数、等を含む予め
蓄積された処理データを受け、また、最適処理結果を達成するための大きな変数
空間を調整するニューラルネットワークを採用することが有用である。複数変数
統計的分析用のニューラルネットワークの使用は、文献でよく立証されている。
【０１０８】
今まで提供された記述において、最小パルス幅が最小ガス交換時間に制限され
ることが想定されてきた。これは１から１０ミリ秒であろう。しかしながら、ガ
スとＲＦパワーのパルス化は、この時間尺度に制限される。これらは例えば１ミ
リ秒に調整される。ガスがこの時間間隔において完全に交換できず、それ故、ガ
スパルス化に関するＲＦパワー応用に位相整合することによって調整できる遅延
時間があることが生ずる。これは単に１つの例に過ぎない。位相シフトは、非常
に高いパルスレートでの非最適状態の観点から、処理を最適の状態にするために
変調することを可能にする。
ることが想定されてきた。これは１から１０ミリ秒であろう。しかしながら、ガ
スとＲＦパワーのパルス化は、この時間尺度に制限される。これらは例えば１ミ
リ秒に調整される。ガスがこの時間間隔において完全に交換できず、それ故、ガ
スパルス化に関するＲＦパワー応用に位相整合することによって調整できる遅延
時間があることが生ずる。これは単に１つの例に過ぎない。位相シフトは、非常
に高いパルスレートでの非最適状態の観点から、処理を最適の状態にするために
変調することを可能にする。
【０１０９】
２つ以上のガス構成要素および処理構成要素が可能である。従って、これらの
構成要素は、Ｐｉｊおよびφｉｊ等によって表わされる。ここで、“ｉ”と“ｊ
”は、ガス構成要素と処理構成要素とを各表わす。各変数は、標準的には経験に
基づいてセットされ、処理結果の観察に基づいて変更できる。例えば、以下にお
いて議論されるプラズマ密度監視、または、本来の場所の放射分光学は、これら
の変数を調整するために、システム較正要素への帰還によりリアルタイムな制御
を提供するために採用できる。
構成要素は、Ｐｉｊおよびφｉｊ等によって表わされる。ここで、“ｉ”と“ｊ
”は、ガス構成要素と処理構成要素とを各表わす。各変数は、標準的には経験に
基づいてセットされ、処理結果の観察に基づいて変更できる。例えば、以下にお
いて議論されるプラズマ密度監視、または、本来の場所の放射分光学は、これら
の変数を調整するために、システム較正要素への帰還によりリアルタイムな制御
を提供するために採用できる。
【０１１０】
ガス種とＲＦソースパワーの変調は、イオンエネルギーとイオンエネルギー分
布を制御するために、チャックに適用されるＲＦバイアスパワーの変調とともに
結合されている。イオンエネルギーは、基板に存在し、プラズマシース(sheath)
を横切って基板内に陽イオンを加速するために駆動ポテンシャルを与えられたＤ
Ｃ自己バイアスに直接関連する。 ＲＦパワーが、結合キャパシタにより基板を保持するチャックに適用された場
合、ＤＣ自己バイアスは、電子の可動性とプラズマシースを横切る陽イオンにお
ける差の結果として開始する。ＤＣ自己バイアスを発生するためのメカニズムお
よび技法は、この分野で既によく知られている。
布を制御するために、チャックに適用されるＲＦバイアスパワーの変調とともに
結合されている。イオンエネルギーは、基板に存在し、プラズマシース(sheath)
を横切って基板内に陽イオンを加速するために駆動ポテンシャルを与えられたＤ
Ｃ自己バイアスに直接関連する。 ＲＦパワーが、結合キャパシタにより基板を保持するチャックに適用された場
合、ＤＣ自己バイアスは、電子の可動性とプラズマシースを横切る陽イオンにお
ける差の結果として開始する。ＤＣ自己バイアスを発生するためのメカニズムお
よび技法は、この分野で既によく知られている。
【０１１１】
チャックに供給されたＲＦパワーの変調は、次のものからなる。すなわち、（
ｉ）ＲＦパワーの振幅の変調、（ｉｉ）パルス較正要素間の位相の変調、および
（ｉｉｉ）ＲＦ信号内の調波成分の変調である。それぞれの意味は、以下に提起
される。 振幅の一時的変調とチャンバ内のガスの交換に関連するチャックに供給された
ＲＦバイアスパワーの位相は、振幅の一時的変調とＲＦソースパワーの位相に関
して上述したのと類似した方法で実現される。ＲＦソースパワーと同様に、自由
走行オシレータ（ＦＲＯ）がＲＦパワーをチャックに供給するために採用できる
。
ｉ）ＲＦパワーの振幅の変調、（ｉｉ）パルス較正要素間の位相の変調、および
（ｉｉｉ）ＲＦ信号内の調波成分の変調である。それぞれの意味は、以下に提起
される。 振幅の一時的変調とチャンバ内のガスの交換に関連するチャックに供給された
ＲＦバイアスパワーの位相は、振幅の一時的変調とＲＦソースパワーの位相に関
して上述したのと類似した方法で実現される。ＲＦソースパワーと同様に、自由
走行オシレータ（ＦＲＯ）がＲＦパワーをチャックに供給するために採用できる
。
【０１１２】
調波成分の変調およびＲＦバイアスされたチャックに関連して、プラズマシー
スを制御する本質に考慮が与えられなければならない。酸化エッチングにおいて
、一般に、現在利用可能なプラズマリアクトルが、ウエハーＲＦ駆動と、プラズ
マシースのインピーダンスを大規模以上によって越える接地との間の回路インピ
ーダンスを呈することが信じられている。そのような高インピーダンスレベルは
、有効なプラズマシース制御の達成を阻止する。十分低いインピーダンスを有す
るプラズマリアクトル構造は、先に引用した出願中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ／９
９／０７９６２に開示されている。
スを制御する本質に考慮が与えられなければならない。酸化エッチングにおいて
、一般に、現在利用可能なプラズマリアクトルが、ウエハーＲＦ駆動と、プラズ
マシースのインピーダンスを大規模以上によって越える接地との間の回路インピ
ーダンスを呈することが信じられている。そのような高インピーダンスレベルは
、有効なプラズマシース制御の達成を阻止する。十分低いインピーダンスを有す
るプラズマリアクトル構造は、先に引用した出願中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ／９
９／０７９６２に開示されている。
【０１１３】
代表的には、プラズマリアクトル内において、リアクトルの接地電極と被駆動
電極（すなわちチャック）との間のインピーダンスは、いくつかの較正要素に貢
献する。リアクトル構造は、チャックとその支持部を取り巻くベローズを通過し
て、チャックからチャンバ壁に延びたスポークを外壁の上へ通過して、プラズマ
ソースを通過して注入板へ、チャックから接地への電気経路を必要とする。これ
は、先に引用した出願中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ／９９／０７９６２に開示され
ている。図１４Ａと１４Ｂに示されたリアクトル構造は、上記電気経路のいくつ
かの較正要素、例えば、チャンバ壁、ベローズおよびチャンバ底部のスポークを
省略する。チャックは、プラズマソース底部に直接隣接して配置されていて、チ
ャックは事実リアクトルの底壁として役立つ。チャックは、ウエハーを受容し供
給するために、垂直に下方の負荷ロックチャンバ内に移動でき、次いで垂直上方
へ移動しプラズマソース基部のように役立つその走行位置内にロックできるよう
に、上下に移動するために構成されている。いくつかのリアクタンスの省略によ
るチャンバインピーダンスの減少によって、プラズマシースの制御はより実用に
合うようになる。
電極（すなわちチャック）との間のインピーダンスは、いくつかの較正要素に貢
献する。リアクトル構造は、チャックとその支持部を取り巻くベローズを通過し
て、チャックからチャンバ壁に延びたスポークを外壁の上へ通過して、プラズマ
ソースを通過して注入板へ、チャックから接地への電気経路を必要とする。これ
は、先に引用した出願中の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ／９９／０７９６２に開示され
ている。図１４Ａと１４Ｂに示されたリアクトル構造は、上記電気経路のいくつ
かの較正要素、例えば、チャンバ壁、ベローズおよびチャンバ底部のスポークを
省略する。チャックは、プラズマソース底部に直接隣接して配置されていて、チ
ャックは事実リアクトルの底壁として役立つ。チャックは、ウエハーを受容し供
給するために、垂直に下方の負荷ロックチャンバ内に移動でき、次いで垂直上方
へ移動しプラズマソース基部のように役立つその走行位置内にロックできるよう
に、上下に移動するために構成されている。いくつかのリアクタンスの省略によ
るチャンバインピーダンスの減少によって、プラズマシースの制御はより実用に
合うようになる。
【０１１４】
プラズマソースに分布されたＲＦパワーをパルス化する方法と、１％の正確さ
の達成が可能なＦＲＯを使用した矩形波の形状におけるＲＦ振幅の変調は、先に
も既に述べられた。しかしながら、最終的目的は、ＲＦ振幅の制御に類似した方
法でプラズマ密度を制御することである。これはＲＦ振幅を変調する制御システ
ム用の帰還を提供するためのプラズマ密度の監視を必要とする。 パルスガス注入とＲＦパワーレベルとに加えて、本発明によるプラズマ処理操
作は、処理チャンバ圧力を、一方のガスまたはパワーレベルパルスから、他方の
またはそのような各パルス中に変えることを同様に有する。
の達成が可能なＦＲＯを使用した矩形波の形状におけるＲＦ振幅の変調は、先に
も既に述べられた。しかしながら、最終的目的は、ＲＦ振幅の制御に類似した方
法でプラズマ密度を制御することである。これはＲＦ振幅を変調する制御システ
ム用の帰還を提供するためのプラズマ密度の監視を必要とする。 パルスガス注入とＲＦパワーレベルとに加えて、本発明によるプラズマ処理操
作は、処理チャンバ圧力を、一方のガスまたはパワーレベルパルスから、他方の
またはそのような各パルス中に変えることを同様に有する。
【０１１５】
本発明のいくつかの例示的実施例のみが上記において詳細に述べられたが、こ
の分野の当業者は、本発明の新規な教示と利点から多くの変更が可能であること
を容易に評価する。したがって、そのような変更は本発明の目的内に含まれるよ
うにいとされている。
の分野の当業者は、本発明の新規な教示と利点から多くの変更が可能であること
を容易に評価する。したがって、そのような変更は本発明の目的内に含まれるよ
うにいとされている。
【図１Ａ】
本発明に係わる処理の一例を構成する基板エッチング処理におけるステージを
示す拡大された正面図である。
示す拡大された正面図である。
【図１Ｂ】
本発明に係わる処理の一例を構成する基板エッチング処理におけるステージを
示す拡大された正面図である。
示す拡大された正面図である。
【図２Ａ】
逆円錐側壁を有するプラズマ処理チャンバでの、異なった流れの状態における
ガスの流れのパターンを示す概略図である。
ガスの流れのパターンを示す概略図である。
【図２Ｂ】
逆円錐側壁を有するプラズマ処理チャンバでの、異なった流れの状態における
ガスの流れのパターンを示す概略図である。
ガスの流れのパターンを示す概略図である。
【図３】
プラズマ処理チャンバ内の異なった動作パラメータの変化を示す図である。
【図４】
プラズマ処理チャンバ内の異なった動作パラメータの変化を示す図である。
【図５】
本発明に係わるガス注入システムの第１の実施形態の断面図である。
【図６Ａ】
本発明に係わるプラズマ処理システムでの様々の流れのパラメータを示す図で
ある。
ある。
【図６Ｂ】
本発明に係わるプラズマ処理システムでの様々の流れのパラメータを示す図で
ある。
ある。
【図７】
本発明に係わるプラズマ処理システムでの様々の流れのパラメータを示す図で
ある。
ある。
【図８】
本発明に係わるガス注入システムの更なる実施形態の断面図である。
【図９】
本発明に係わるガス注入システムの更なる実施形態の断面図である。
【図１０】
本発明に係わるプラズマ処理システムの様々の流れのパラメータを示す図であ
る。
る。
【図１１】
本発明に係わるプラズマ処理システムの様々の流れのパラメータを示す図であ
る。
る。
【図１２】
本発明に係わるガス注入システムの更なる実施形態の断面図である。
【図１３】
本発明に係わるガス供給システムの概略図である。
【図１４Ａ】
本発明を実施するためのプラズマリアクトルの構造の形状を示す単純化された
概略図である。
概略図である。
【図１４Ｂ】
本発明を実施するためのプラズマリアクトルの構造の形状を示す単純化された
概略図である。
概略図である。
【図１５Ａ】
図１４Ａのリアクトルの構成部品を形成する注入／排出面の一実施形態の平面
図である。
図である。
【図１５Ｂ】
図１４Ｂのリアクトルの構成部品を形成する注入／排出面の一実施形態の平面
図である。
図である。
【図１６Ａ】
本発明を実施するためのプラズマリアクトルの構造の形状を示す単純化された
断面図である。
断面図である。
【図１６Ｂ】
本発明を実施するためのプラズマリアクトルの構造の形状を示す単純化された
断面図である。
断面図である。
【図１６Ｃ】
本発明を実施するためのプラズマリアクトルの構造の形状を示す単純化された
断面図である。
断面図である。
【図１７Ａ】
本発明に係わって動作され得るリアクトル装置の実際の実施形態の側面図であ
る。
る。
【図１７Ｂ】
本発明に係わって動作され得るリアクトル装置の実際の実施形態の平面図であ
る。
る。
【図１７Ｃ】
本発明に係わって動作され得るリアクトル装置の実際の実施形態の端部正面図
である。
である。
【図１８】
図１８は、本発明に係わって動作され得るリアクトル装置の更なる実際的な実
施形態の、部分的に断面が示された側面図である。
施形態の、部分的に断面が示された側面図である。
【図１９Ａ】
図１４Ａおよび１４Ｂのリアクトル装置においてのみでなく、図１８のリアク
トル装置の構成部品としても夫々に使用され得る注入／排出面の実施形態の平面
図である。
トル装置の構成部品としても夫々に使用され得る注入／排出面の実施形態の平面
図である。
【図１９Ｂ】
図１４Ａおよび１４Ｂのリアクトル装置においてのみでなく、図１８のリアク
トル装置の構成部品としても夫々に使用され得る注入／排出面の実施形態の平面
図である。
トル装置の構成部品としても夫々に使用され得る注入／排出面の実施形態の平面
図である。
【図１９Ｃ】
図１４Ａおよび１４Ｂのリアクトル装置においてのみでなく、図１８のリアク
トル装置の構成部品としても夫々に使用され得る注入／排出面の実施形態の平面
図である。
トル装置の構成部品としても夫々に使用され得る注入／排出面の実施形態の平面
図である。
【図２０Ａ】
本発明に係わる処理におけるパラメータの変調を示す波形図である。
【図２０Ｂ】
本発明に係わる処理におけるパラメータの変調を示す波形図である。
【図２０Ｃ】
本発明に係わる処理におけるパラメータの変調を示す波形図である。
【図２０Ｄ】
本発明に係わる処理におけるパラメータの変調を示す波形図である。
【図２１】
本発明に係わって動作するプラズマリアクトル開口のウエーハチャック上の自
己バイアスの発生を示す信号図である。
己バイアスの発生を示す信号図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ１６Ｋ 31/02 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ
Ｆターム(参考） 3H062 AA02 AA12 BB10 CC05 FF01
HH06
4G075 AA24 AA30 BC02 BC04 BC06
CA24 CA47 CA65 DA02 DA18
EB01 EC01
4K030 EA03 FA01 HA06 JA09 JA11
JA16 KA41
5F004 BA20 BC03 CA02 CA03 DA01
DA23 DB03
Claims (26)
- 【請求項１】 リアクトルチャンバの基板にプラズマアシスト処理を施すための
方法であって： 少なくとも１つの処理ガスをリアクトルチャンバ内に導入し； チャンバ内でＲＦ電磁場を確立し、電磁場を処理ガスと相互作用することによ
ってリアクトル内でプラズマを生成し； 各エネルギーレベル値が基板の各異なった処理プロセスの実行と関連されるよ
うに、電磁場が、いずれもプラズマを維持するのに十分な少なくとも２つの値間
で周期的に変化するエネルギーレベルを有するようにし； 各エネルギーレベル値は、基板への各異なった処理プロセスの実行と関連付け
られている方法。 - 【請求項２】 前記エネルギーレベルを有するようにするステップにおいて、電
磁場のエネルギーレベルは非矩形波関数にしたがって変化される請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 前記エネルギーレベルを有するようにするステップにおいて、電
磁場のエネルギーレベルは正弦関数、ランプ関数、またはステップ関数にしたが
って変化される請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記エネルギーレベルを有するようにするステップにおいて、電
磁場のエネルギーレベルはそれぞれがプラズマを維持するのに十分な少なくとも
３つの値の間で変化される請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記エネルギーレベルを有するようにするステップにおいて、電
磁場のエネルギーレベルは各異なった時間間隔中に各異なった反復周期を有して
周期的に変化される請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 処理チャンバ内でガス圧力の周期的変化を維持することをさらに
備えた請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 第１の時間周期中に第１の処理ガスをリアクトルチャンバ内に導
入し、第１の時間周期に続く第２の時間周期中に第１の処理ガスとは異なった成
分を有する第２の処理ガスを導入することをさらに備えた請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 他方の処理ガスをリアクトルチャンバ内に導入する前に、先に導
入された一方のガスの実質的に全体をリアクトルチャンバから引き出すことをさ
らに備えた請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 周期的に変化するために前記電磁場を生ずるステップは、第１の
時間周期のほとんどの部分中において２つの値のうちの第１の値と、第２の時間
周期のほとんどの部分中において２つの値のうちの第２の値を有するためのエネ
ルギーレベルを生ずるためにもたらされる請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 第１の処理ガスを導入するステップと第２の処理ガスを導入す
るステップとは、周期的方法で反復される請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 各時間周期は、１００ミリ秒よりも短い持続期間を有する請求
項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 基板は、チャックに設けられたウエハーであって、ＲＦバイア
ス電圧をチャックに適用することをさらに備えた請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記ＲＦバイアス電圧を適用するステップは、ＲＦバイアスを
周期的に２つの値の間で変化することを備えた請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 ＲＦバイアス電圧は、ＲＦ領域強度の周期的変化と同時に変更
される請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 前記第１の処理ガスを導入するステップと第２の処理ガスを導
入するステップにおいて、各処理ガスは、非矩形波関数にしたがって変化する流
れレートで導入される請求項１０記載の方法。 - 【請求項１６】 前記第１の処理ガスを導入するステップと第２の処理ガスを導
入するステップにおいて、各処理ガスは、正弦関数、ランプ関数、またはステッ
プ関数にしたがって変化する流れレートで導入される請求項１０記載の方法。 - 【請求項１７】 第２の時間周期に続く第３の時間周期中に、第１と第２の処理
ガスのそれぞれとは異なった成分を有する少なくとも第３の処理ガスを導入する
ことをさらに備えた請求項７記載の方法。 - 【請求項１８】 処理チャンバのガス圧力の周期的変化を維持することをさらに
備えた請求項７記載の方法。 - 【請求項１９】 基板にプラズマアシスト処理を施すためのリアクトルであって
： プラズマ領域を取り囲むチャンバと； 処理ガスの供給をプラズマ領域内に分布するために、プラズマ領域に直接隣接
したガス注入アセンブリと； プラズマを生ずるために処理ガスと相互作用するＲＦ電磁場をプラズマ領域に
生成するための手段と； 基板をプラズマ領域と連絡してチャンバに支持するための支持部材と； 選択された真空圧力をプラズマ領域で維持するレートで処理ガスを引き出すた
めにプラズマ領域と連絡する真空ポンプと； を備え、 前記ガス注入アセンブリは：複数のガス注入ノズルを設けられたガス注入板と
；ガスを供給するために前記ノズルの少なくとも１つに各接続された複数のガス
注入バルブと；前記各ノズルに供給される処理ガスを間歇的方法で生ずるために
前記バルブに接続されたバルブ制御手段とを備えているリアクトル。 - 【請求項２０】 ガス注入アセンブリは、第１の時間周期中に第１の処理ガスを
前記チャンバ内に導入し、第１の時間周期中に続く第２の時間周期中に第１の処
理ガスとは異なる成分を有する第２の処理ガスを導入するために操作される請求
項１９記載のリアクトル。 - 【請求項２１】 前記バルブ制御手段は、各処理ガスをパルスの形態で前記チャ
ンバ内に導入するために操作される請求項２０記載のリアクトル。 - 【請求項２２】 前記各注入バルブは、電磁装置または圧電装置である請求項１
９記載のリアクトル。 - 【請求項２３】 前記各注入バルブは、ガスを前記ノズルの単一の各１つに供給
するために接続されている請求項１９記載のリアクトル。 - 【請求項２４】 前記各注入バルブは、ガスを前記ノズルの各複数に供給するた
めに接続されている請求項１９記載のリアクトル。 - 【請求項２５】 前記各注入ノズルは、超音波注入ノズルである請求項１９記載
のリアクトル。 - 【請求項２６】 ガス注入板は、処理ガスがそこを通ってプラズマ領域から前記
真空ポンプへ流れる複数の排出オリフィスをさらに設けられている請求項１９記
載のリアクトル。
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