JP2007157696A - プラズマリアクタ内のイオン密度、イオンエネルギー分布及びイオン解離の独立した制御 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマリアクタ内のイオン密度、イオンエネルギー分布及びイオン解離の独立した制御方法を提供する。
【解決手段】３つの各周波数の少なくとも３つのＲＦ電源からのＲＦ電力をリアクタ内のプラズマに結合し、少なくとも３つのＲＦ電源の第１対の電源レベル間の比を設定することによりイオンエネルギー分布形状を設定し、少なくとも３つのＲＦ電源の第２対の電源レベル間の比を選択することによりイオン解離及びイオン密度を設定する。３つの各周波数は、低周波周波数、高周波周波数及び超高周波周波数であって、第１対は低周波及び高周波周波数に相当し、第２対は高周波及び超高周波周波数に相当する。
【選択図】図１６

Description

発明の背景

半導体デバイス製造の技術的進歩はデバイス構成寸法又はクリティカル寸法の劇的な縮小を含み、その結果、一例として、多重絶縁化導体層間に形成される開口部はより深くなり、より大きなアスペクト比を有する傾向にある。本発明は、バルクプラズマ内のプラズマイオン密度、プラズマシース内のプラズマイオンエネルギー分布及びバルクプラズマ内のイオン解離を、独立して、同時に制御することにより、そのような構造を形成する上での困難な点を克服する。従って、本発明は、イオン密度、イオンエネルギー分布及びイオン解離の選択が、互いを制限することなくなされるプラズマ処理を実現する必要を満たす。

発明の概要

プラズマリアクタ内でワークピースを処理する方法は、３つの各周波数の少なくとも３つのＲＦ電源からのＲＦ電力をリアクタ内のプラズマに結合し、少なくとも３つのＲＦ電源の第１対の電源レベル間の比を設定することによりイオンエネルギー分布形状を設定し、少なくとも３つのＲＦ電源の第２対の電源レベル間の比を選択することによりイオン解離及びイオン密度を設定することを含む。３つの各周波数は低周波周波数、高周波周波数及び超高周波周波数であってもよく、第１対は低周波及び高周波周波数に相当し、第２対は高周波及び超高周波周波数に相当する。代わりに、電源は４つの高周波電源を含み、第１対は高周波周波数及び低周波周波数に相当し、第２対は超高周波周波数及び他の周波数に相当する。一実施例において、第２対は上部超高周波周波数及び低部超高周波周波数に相当する。他の周波数を、誘導源電力アプリケータ、トロイダルプラズマ源電力アプリケータ又はシーリング電極を通じて結合できる。また、全ての３つの周波数をリアクタのウエハ支持ぺデスタルを通じて結合できる。

好ましくは、周波数の第１対はイオン遷移周波数未満である第１周波数と、イオン遷移周波数超過である第２周波数である。イオンエネルギー分布は、イオンエネルギー分布の１対のピーク間のエネルギー差を調節することにより、又は、イオンエネルギー分布の１対のピークの、他方に相対する一方近くのイオン数を調節することにより、又は、イオンエネルギー分布の１対のピークのうちの一方のエネルギーを調節することにより、調節される。

発明の詳細な説明

図１を参照すると、容量的に結合されたリアクタチャンバ１００はウエハ支持ぺデスタル１０５を取り囲み、これは半導体ウエハ１１０を静電的に留めることができる静電チャック（ＥＳＣ）であってもよい。ＥＳＣは、アルミニウムベース層５及び絶縁層、又はメッシュ又はグリッド電極１５により低部パック層１０と上部パック層２０に分割されるパックを含む。チャック１０５の末端部を、他の絶縁リング１２０上に支持されたウエハ１１０と同じ面に留まる絶縁リング１１５を用いて強化できる。チャンバ１００のシーリングは、環状伝導リング１２７ａ及び、電極１２５、リング１２７ａ、１３０及び電極アセンブリ１２６を形成する電極１２５を絶縁する絶縁リング１３０により、チャンバ伝導側壁１２７上に支えられるオーバーヘッド伝導電極１２５である。プラズマに対向する電極１２５の底面は、平面１２５ａ又はプラズマイオン分布の均一性を強化するための曲面１２５ｂであってもよい。ＲＦ発生器１５０からのＲＦ源電力は、電極１２５と、固定されたインピーダンス整合要素として機能するインピーダンス整合スタブ１３５を通じて結合される。スタブ１３５は、内部及び外部同軸導体１３５ａ、１３５ｂから成り、内部スタブ導体１３５ａは電極１２５と内部伝導リング１３５ａ’を通じて接続され、外部スタブ導体１３５ｂは接地されたチャンバ側壁リング１２７ａと外部伝導リング１３５ｂ’を通じて接続される。

ＲＦ発生器１５０は、インピーダンス整合を提供するために位置するスタブの長さに沿ったタップポイント１６３で、５０オーム同軸ケーブル１６２を経由してスタブと結合される。ケーブル１６２の内部及び外部導体は、スタブ内部及び外部導体１３５ａ、１３５ｂにそれぞれ接続される。ＲＦバイアス電力は、ＲＦ供給導体２５を通じて、供給ポイント２５ａでＲＦ供給導体２５に結合されたＥＳＣ電極１５に印加される。ＥＳＣ制限電圧４１源は、直流ウエハ制限電圧をＥＳＣ電極１５に印加する。

オーバーヘッド電極１２５はガス分布プレートであってもよく、その場合、電極は、スタブ１３５の中空内部内の導管１４４を通じて、プロセスガス供給部１４６に結合される内部ガスマニホールド１４２を伴う、複数のガス注入オリフィス１４０を有する。同様に、熱伝播（冷却／加熱）流体を、加熱／冷却流体源１４９から電極１２５内の循環経路１４８に結合できる。静電チャック（ＥＳＣ）１０５の温度を、ＥＳＣベース５内に含まれる内部蒸発器２００、アキュミュレータ２０４、コンプレッサ２０６、コンデンサ２０８及び拡張バルブ２１０のような外部冷却構成部分を含む冷凍ループにより制御できる。

プラズマイオン密度の放射状分布は、プラズマ分布コントローラ５７の制御のもとで、電流源５８、５９の別々に調節可能な直流電流で駆動される内部及び外部外側磁気コイル６０、６５により、調節される。

電極調整スタブ組合せ１２５、１３５のインピーダンス整合空間は、源電力発生器１５０の超高周波周波数において、又はその近くで、電極―プラズマ共鳴周波数を形成するために、電極１２５のリアクタンスがチャンバ１００内のプラズマのリアクタンスに整合される場合、及び（その長さにより定義される）ＲＦ調整スタブ１３５の共鳴周波数が、この同じ周波数に、又はその近くにある場合、劇的に拡張される。その結果のインピーダンス整合空間の拡張は、リアクタの効率を、チャンバ内面のプラズマ及び電気的特性の不安定状態に対して実質的に鈍感にする。

ＲＦ発生器４０ａ、４０ｂの対は、ＲＦ電力を、各インピーダンス整合要素４５ａ、４５ｂを通じて、ＲＦ供給導体２５に印加する。ＲＦ発生器１５０、４０ａ、４０ｂからの高周波電力出力レベルは、プロセスコントローラ３００により独立に制御される。好ましくは、ＲＦ発生器４０ａは、ＨＦ周波数範囲内の又はイオンシースンエネルギーと同様にバルクイオン密度に寄与するために十分に高い、イオンシース遷移周波数より少し上の、ＲＦ出力を有し、例えば１３．５６ＭＨｚであってもよい。ＲＦ発生器４０ｂは、好ましくは、低周波周波数範囲内の、又はイオンシース遷移周波数より少し下のＲＦ出力を有し、例えば、２ＭＨｚであってもよい。ＲＦ発生器１５０は、好ましくは、イオンエネルギーへの寄与を無視できるほどの、又は全く寄与せずに、バルクイオン密度及びイオン解離の双方に寄与するために十分に高い超高周波周波数である。プロセスコントローラ３００は、次のように、イオンエネルギー、イオン密度及びイオン解離を別々に調節する。イオンエネルギーは、イオン密度には最小の影響で、イオン解離には影響を与えず、低周波及び高周波発生器４０ｂ、４０ａの電力レベルの比を調節することにより調節される。イオン解離は、イオン密度に相関して、イオンエネルギーに少しの影響しか与えずに、又は全く影響を与えずに、高周波及び超高周波発生器４０ａ、１５０の電力レベルの比を調節することにより調節される。これは、３つのパラメータ、イオンエネルギー、イオン密度、イオン解離の調節を別々の方法で許容する。しかしながら、これらの調節は、超高周波電力レベル（発生器４０ａ）がイオンエネルギー及びイオン密度調節の双方に関わるので、完全には独立していない。

３つのパラメータ（エネルギー、密度、解離）を完全に独立して調節することは、制御可能な磁界をプラズマに導入することにより実現され、イオン密度に排他的に影響を与える。低周波、高周波及び超高周波電源４０ａ、４０ｂ、１５０を共に伴うこの特徴は、密度及び解離が、互いに独立に、イオンエネルギーとは独立に調節されることを可能にする。この目的のために、磁界電流コントローラ５０５により制御される独立した電流入力５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａを有する、直交関係の磁気コイル５１０、５０２、５０３、５０４を含むように、図１のリアクタを変更できる。コントローラ５０５は、極端に低い周波数電流（例えば１０Ｈｚ）を入力５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａに提供でき、これらは、相互に位相内で相殺できる。プラズマＲＦ源電力（即ち、超高周波発生器１５０により印加される超高周波電力）の存在により、他のパラメータに重大には影響を与えずに（又はそれらに全く影響を与えずに）、磁気コイル５０１〜５０４への電流を増加又は減少することにより、プラズマイオン密度を増加又は減少できる。超高周波発生器１５０が、（例えば、１００−３００ＭＨｚ又はそれ以上の）十分に高い周波数を有する場合、それは、イオン解離及びイオン密度の双方に影響を与える。従って、磁界のみを調節することにより実現される密度の個別の独立した調節で、これらを共に調節できる。

図４の実施例において、（イオン密度の独立した調節を提供するための）磁界の機能が、代わりに、（実線で示される超高周波発生器１５０’から）オーバーヘッド電極１２５へ、又は（破線で示される超高周波発生器４０ｃから）ＥＳＣ電極１５へ、のいずれかに印加される第２超高周波周波数により実現される。この第２超高周波周波数は、第１超高周波１５０のそれより十分に低く（例えば３００ＭＨｚ以下）、その結果、主な効果はイオン密度上にあり、イオン解離への効果は極めて小さい、又はその効果はない（又は第１超高周波発生器のそれより、少なくとも効果は少ない）。例えば、第１超高周波発生器１５０の上部超高周波周波数は、約１６０ＭＨｚであってもよく、一方、第２発生器１５０’（又は４０ｃ）の低部超高周波周波数は、約６０ＭＨｚであってもよい。第２超高周波発生器１５０’がこの目的のため使用される場合、それは、第１発生器１５０と同じインピーダンス整合スタブ１３５を通じて、しかし第２超周波数発生器１５０’の異なる周波数において、インピーダンス整合を起こす異なるタップポイント１６３’で結合される。図４に示されるタップ位置１６３、１６３’は、寸法及びそれらの位置通りに示されておらず、順番は、示されているものとは異なっていてもよい。第２超高周波周波数がＥＳＣ電極１５に印加される場合、第２超高周波発生器４０ｃは、高周波供給ロッド２５に、インピーダンス整合４５ｃを通じて結合される。この場合、すべての３つのインピーダンス整合ユニット４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、高周波供給導体２５につながるそれらの出力を有する。

図４は、２つの超高周波周波数をオーバーヘッド電極１２５に共通インピーダンス整合要素１３５を通じて印加できる方法を示し、図５は２つの超高周波発生器が電極に異なるインピーダンス整合要素３２０、３２５を通じて結合する場合を示す。

図４及び５の実施例において、イオンエネルギー及びイオンエネルギー分布は低周波及び高周波発生器４０ａ、４０ｂの電力レベルを制御することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離は２つの超高周波発生器１５０、１５０’（又は他の実施例において、２つの超高周波発生器１５０、４０ｃ）の出力電力レベルを制御することにより独立して制御される。

図６は、（即ち発生器１５０からの）解離を制御するＲＦ電力を、オーバーヘッド電極１２５の上にある誘導的に結合された電力アプリケータ３５０（即ち、オーバーヘッドコイルアンテナ）に印加する方法を示す。これは、オーバーヘッド電極１２５が、コイルアンテナ３５０から誘導的に結合されたＲＦ電力を妨げない型であることを必要とする。電極１２５を通じたＲＦ電力の誘導結合を可能にするために、電極は、ケニース・コリンズ（Kennth Collins）の米国特許第６、４４４、０８４号に開示される、シリコンのようなドープされた半導体材料から形成された固体ディスク（図７）であってもよい。代わりに、電極１２５は、ＲＦ電力が電極１２５を通じて誘導的に接続されることを可能にするために、図８に示されるような、溝状構造を有することもできる。誘導コイルアンテナ３５０に印加されるＲＦ周波数は、より低い周波数においても、誘導的に結合されたプラズマが比較的に高次の解離を示すために、必ずしも超高周波周波数を必要としない。図６の発生器１５０の周波数は、高周波周波数又は更に低周波周波数であってもよく、更に解離への重大な影響を有する。代わりとして、オーバーヘッド電極に結合された超高周波発生器１５０’を、インピーダンス整合４５ｃを通じて、ＥＳＣＲＦ供給導体２５に結合された（同じ周波数の）超高周波発生器４０ｃに置き換えできる。図６の実施例において、イオンエネルギー及びイオンエネルギー分布は、低周波及び高周波発生器４０ａ、４０ｂの電力レベルを制御することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離は、２つの発生器１５０、１５０’（又は、代わりの実施例において、２つの超高周波発生器１５０、４０ｃ）の出力電力レベルを制御することにより独立に制御される。

図９は、コイルアンテナ３５０が、電極１２５とウエハ１１０間のプロセス領域に通じるトロイダルプラズマ電流経路を形成する外部再入可能中空導管４１０を取り囲むトロイダルＲＦ電力アプリケータ４２０に取り換えられている一実施例を示す。外部再入中空導管４１０及びトロイダル高周波電力アプリケータ４２０は、トロイダルプラズマ源を構成する。ＲＦ発生器１５０は、インピーダンス整合要素３２５を通じて、トロイダル高周波電力アプリケータ４２０に結合される。トロイダルＲＦ電力アプリケータ４２０は、磁気又は磁化可能な材料（例えば磁気コア）から形成されるリング４２２、及びリングの周りに巻きつけられ、ＲＦインピーダンス整合３２５により駆動される伝導巻き部４２４から成る。破線で示されるように、第２トロイダルＲＦ電力アプリケータ４２０’を伴う第２（同じ）中空再入可能な導管４１０’を備えることができ、それは、第１導管４２０の横にある。導管４１０は、ウエハ１１０と電極１２５間のプロセス領域の反対側に位置する筐体内のポートに通じる導管の各末端部で、チャンバ１００にアクセスする。この構成は、トロイダルプラズマ電流をウエハ１１０の全直径に渡って流動させる。トロイダルプラズマ電流は、ＲＦ電力源１５０の周波数で振動する。図９の実施例において、イオンエネルギー及びイオンエネルギー分布が低周波及び高周波発生器４０ａ、４０ｂの電力レベルを制御することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離は２つの発生器１５０、１５０’の出力電力レベルを制御することにより独立に制御される。

図１０Ａは、プラズマリアクタ内の周波数を関数とした、イオンエネルギーに寄与する電力と、イオン密度に寄与する高周波電力を比較するグラフである。グラフは、３つの主な周波数範囲があることを示す。０〜約１３ＭＨｚでは、ほぼすべてのＲＦ電力は、プラズマイオンエネルギーに寄与する。約１３ＭＨｚ〜約６５ＭＨｚでは、電力は、イオンエネルギーへの寄与とイオン密度への寄与間で分割される。約６５ＭＨｚ以上では、ほぼすべてのＲＦ電力は、イオン密度に寄与する。１３ＭＨｚにおける及び僅かにそれ以下でのイオンエネルギーへの寄与は、較差ＲＦ電圧において中心に位置する狭いイオンエネルギー分布を創出する。このイオンエネルギー分布は、ＲＦ周波数がイオン遷移周波数に、又はそれ以下に減少する時、幅広くなり、最高周波数において、シース内のイオンは、ＲＦ振動に従ってもよい。イオンエネルギー分布は、２ＭＨｚの低い周波数において最大幅を有する。これらの効果は、単一ＲＦバイアス源に対して、異なるＲＦバイアス電力周波数において得られるイオンエネルギー分布を比較するグラフである図１０Ｂに示される。図１０Ｂは、最も幅広いイオンエネルギー分布が、最も低い周波数（２ＭＨｚ）において得られ、最も幅の狭い分布が、最も高い周波数（１３ＭＨｚ）において得られることを示す。二重の周波数バイアス源を用いて、２つの周波数の異なる電力比に対して得られたイオンエネルギー分布を比較するグラフである図１０Ｃに示されるように、高及び低周波数の双方を混合することにより、エネルギー分布を高エネルギー側へ逸らすことができる。高い個数ピークが、中間又は高周波数（例えば１３ＭＨｚ）源の較差電圧に相当するイオンエネルギーにおいて存在する。第２に高い個数ピークは、より低い周波数（例えば、２ＭＨｚ）電力に相当する。本発明の好ましい実施例において、低エネルギーイオン個数に相対する高エネルギーイオン個数を増加又は減少させるために、低周波数（例えば、２ＭＨｚ）電力と中間又は高周波数（例えば、１３ＭＨｚ）電源の電力レベル間の比を調節することにより、イオンエネルギー分布が調節される。図１０Ｃの比較は、低周波数（例えば、２ＭＨｚ）ＲＦ電力がより高いエネルギーにおいてイオン個数により寄与し、高周波数（例えば、１３ＭＨｚ）ＲＦ電力では反対のことが真であることを示す。従って、イオンエネルギー分布の幅及びその高周波数量は、高周波数電力に対する低周波数電力の比を増加することにより強調される。更に、図１０は、高周波（例えば、１３ＭＨｚ）電力がゼロに近づく時、主ピークはより高い周波数へシフトすることを示す。従って、イオンエネルギー分布は、低周波数と高周波数電力レベル間の比を調節することにより選択される。

解離及びイオン密度の制御は、解離及び密度への異なる効果を有する２つの異なる周波数を有する各電源の電力レベルを調節することにより提供される。より高い高周波又はより低い超高周波周波数は、イオン密度に大きく寄与し、しかしイオン解離には極めて少ししか寄与しない。これは、周波数を関数とした、イオン解離及びイオン密度の振る舞いを比較するグラフである図１１Ａ及び１１Ｂ内に示される。より低い範囲（図１１Ｂのｆ遷移まで）の周波数は、大きくイオン密度（図１１Ｂ）に影響を与え、しかしイオン解離（図１１Ａ）には少しの影響しか与えない。２つの範囲に境界を与える周波数（「ｆ遷移」）は、一般にその値が様々なプロセスパラメータに依存する超高周波周波数であるが、しかし約１００ＭＨｚのオーダーであってもよい。

図１２は、イオン解離を関数とした、フッ化炭素ガスを含むプラズマ内の平均のフッ化炭素分子量を示すグラフである。これは解離を定量化する一つの方法を示し、それは、プラズマ内のあるクラスの分子（例えば、フッ化炭素分子）の平均の分子量である。分子量が低ければ、解離の程度が大きくなる。この概念は、低イオン解離及び高イオン解離におけるプラズマ内の分子量分布を比較するグラフである図１３により示される光学放射スペクトラ（ＯＥＳ）データの結果を反映する。より低い解離において、個数ピークはより複雑な分子に一致し、一方、より高い解離においてその逆は真である。図１１Ａ及び１１Ｂの結果を２つの電源周波数システムに適用して、より高い及びより低い周波数源電力発生器（双方とも超高周波発生器であってもよい）の電力レベル間の比を制御することにより、プラズマの解離及び密度を別々に制御できる。これは、２つの異なる電源電力周波数間の電力比を関数としたイオン解離の振る舞いを示すグラフである図１４に示される。図１の３周波数アプローチ又は図２〜５の４周波数アプローチを使用して、３次元制御空間が、イオンエネルギー、イオン密度及びイオン解離を示す３つの独立した（即ち、直交する）軸に沿って実現される。図１５は、バルクプラズマ内のイオン解離、バルクプラズマ内のイオン密度及びプラズマシース内のイオンエネルギーが、制御空間を定義する３つの独立した（直交した）次元である３次元制御空間を示す。

好ましくは、次に、イオン密度及びイオン解離を制御する図１の２つの発生器４０ａ、１５０の周波数は、ｆ遷移の各側にある。又は、これらが同じ側にある場合、これらは十分に互いに異なり、その結果、それらの１つは、他よりもイオン解離に影響を与える。主にイオン密度に影響を与える１つは低部の超高周波周波数であり、イオン解離及び密度に影響を与える１つは上部の超高周波周波数である。これらの上部及び低部超高周波周波数は、「ｆ遷移」の上及び下に（それぞれ）位置してもよく、又は位置することができない。結果として、２つの周波数を別々に制御することにより、イオン密度及びイオン解離の異なる値を、少なくともほぼ独立に選択できる。同じことが、図４及び５の発生器１５０、１５０’の２つの周波数について真である。２つの周波数は、一方が他方よりもイオン解離に影響を与えるように、十分に互いに差異がなければならない。そして、２つの周波数が、図１１Ａ及び１１Ｂのｆ遷移の反対側にあることが好ましい（必ずしも必要ではない）。

図１６は、図１のリアクタのような、低周波、高周波及び超高周波周波数源から成る３つのＲＦ源を有するプラズマリアクタ内の異なる周波数の３つのＲＦ電力源を使用した、イオンエネルギー、イオン密度及びイオン解離を別々に制御するための第１の方法を示す。この方法は、超高周波電力、高周波電力及び低周波電力をプラズマに同時に適用することに依存している（図１６のブロック３６０）。イオンエネルギー量は、（イオンエネルギー分布の幅を広げる、又は分布ピークの平均のエネルギーを移動する、いずれか１つのために、又は双方のために）、イオン密度に相関して（例えば、所望によりイオン密度を一定に保ってもよい）、離散的又は連続的範囲に相当する比の連続的範囲、又は２つの発生器のそれぞれが調節又は設定され得る（例えば、図１の高周波及び低周波発生器４０ａ、４０ｂ）電力レベルの連続体内で、高周波電源と低周波電源間の電力比を選択することにより（図１６のブロック３６１）、調節される。イオン解離は、イオン密度に相関して、超高周波電源―例えば図１の発生器１５０―と高周波電源―例えば図１の発生器４０ｂ―との間の電力比を選択することにより調節される（ブロック３６２）。例えば、解離に相関して、高周波電力レベルのみを調節することにより、イオン密度を調節できる。又は、一方で解離を調節するために超高周波電力レベルを調節することにより一定の密度を保ち、一方で高周波電力レベルの相殺変化をすることによりイオン密度を一定レベルに保ち、解離を調節できる。この工程（ブロック３６２）を、イオンエネルギーレベル又は広がりの選択を制限しないようにするために、ブロック３６１の工程の前に、又はその工程とともに実行できる。低周波、高周波及び超高周波電源の電力レベルは、前述の選択に従って設定される（ブロック３６３）。

図１７は、図４、５、６、又は９に示される型のプラズマリアクタ内の異なる周波数の４つのＲＦ電源を使用した、イオンエネルギー分布、イオン密度及びイオン解離を独立に制御するための第２の方法を示す。図１７の次の記載は、密度及び解離の独立制御のための上部及び低部の超高周波周波数に言及するが、図６又は図９内の解離制御を提供する周波数は、必ずしも上部の超高周波周波数ではなく、代わりに、誘導電力アプリケータを駆動する（図６）、又はトロイダル電力アプリケータを駆動する（図９）、高周波又は低周波周波数であってもよいと理解されるべきである。

図１７において、４つの周波数、特に（図４及び５の場合において）低周波周波数、高周波周波数、低部超高周波周波数及び上部超高周波周波数が同時にプラズマに印加される（ブロック３６４）。イオンエネルギー量は、（イオンエネルギー分布を幅広くする、又は分布ピークの平均のエネルギーを移動するかのどちらか一方のために、又は双方のために）、高周波電源と低周波電源との間の適切な電力比を、連続範囲又はそのような比の連続体から選択することにより（図１７のブロック３６５）、調節される。イオン解離は、イオン密度に相関して、低部超高周波電源と上部超高周波電源間の電力比を、そのような比の範囲又は連続体から選択することにより（ブロック３６６）、調節される。低周波、高周波、低部超高周波及び上部超高周波電源の電力レベルは、次に、前述の選択に従って設定される（ブロック３６７）。

図１８は、磁界強度を関数とした、イオン密度及びイオン解離の同時的振る舞い示す３次元グラフである。図１８に示されるように、図２のコイル５０１、５０２、５０３、５０４により生成される磁界の強度を変えることは、プラズマイオン密度のみを変え、イオン解離には認められる程には影響を与えない。図１９は、超高周波源電力レベルを関数とした、イオン密度及びイオン解離の同時的振る舞いを示す３次元グラフである。図１９は、超高周波電力の変化が、イオン密度及びイオン解離の双方に影響を与えることを示す。従って、超高周波電力及び磁界強度の双方を調節することにより、イオン密度及びイオン解離を、独立に選択されたレベルに設定できる。

図２０は、図２のリアクタのような、ＲＦバイアス電源、超高周波電源及び磁界源の対を有する型のリアクタ内のイオンエネルギー分布、イオン密度及びイオン解離を独立に制御する方法を示す。この方法は、磁界、超高周波電力、高周波電力及び低周波電力をプラズマに同時に適用することに依存する（図２０のブロック３６８）。イオンエネルギー量は、（イオンエネルギー分布の幅を広くする、又は分布ピークの平均のエネルギーを移動する、いずれか１つのために、又は双方のために）、高周波電源と低周波電源間の電力比を選択することにより（ブロック３６９）、調節される。イオン解離は、イオン密度に相関して、超高周波電源に対する電力レベルを選択し、図２の磁界コントローラ５０５より供給される磁界強度を選択することにより調節される（ブロック３７０）。低周波、高周波、超高周波電源の電力レベル及びコントローラ５０４の磁界強度は、次に、前述の選択に従って設定される（ブロック３７１）。

本発明は、好ましい実施例の特に参照することにより、詳細に記載されたが、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、それらの変更及び改造が可能であると理解されるべきである。

イオン密度、イオンエネルギー分布及びイオン解離が、低周波及び高周波二重バイアス電力レベル並びに超高周波源電力レベルを別々に調節することにより独立に制御されるプラズマ共鳴オーバーヘッド電極を伴う容量的に結合されたプラズマリアクタを示す図である。 イオンエネルギー分布が二重低周波及び高周波バイアス電力源を調節することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離が超高周波源電力レベル及び磁界強度を調節することにより調節される図１の実施例を示す図である。 図２に相当する上面図である。 イオンエネルギー分布が、二重低周波及び高周波バイアス電力源を調節することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離が共通の固定されたインピーダンス整合要素を通じて供給される上部周波数及び低部周波数超高周波源電力レベルを調節することにより調節される図１の実施例を示す図である。 イオンエネルギー分布が二重低周波及び高周波バイアス電力源を調節することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離が別々の固定されたインピーダンス整合要素を通じて上部周波数及び低部周波数超高周波源電力レベルを調節することにより調節されるリアクタを示す図である。 イオンエネルギー分布が二重低周波及び高周波バイアス電力源を調節することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離が、オーバーヘッド電極に印加される超高周波源電力レベル及び誘導ＲＦ電力アプリケータ又はコイルアンテナに印加されるＲＦ源電力レベルを調節することにより調節されるリアクタを示す図である。 半導体電極を通じてＲＦ電源を誘導的に結合できる半導体電極としてのオーバーヘッド電極の第１の実施例を示す図である。 溝状電極を通じて高周波電源を誘導的に結合できる溝状電極としての図６のリアクタのオーバーヘッド電極の第２の実施例を示す図である。 イオンエネルギー分布がウエハにおいて二重の低周波及び高周波バイアス電源を制御することにより調節され、一方、イオン密度及びイオン解離がオーバーヘッド電極に印加された超高周波源電力レベル及びトロイダルプラズマ源の再入可能導管を通じて結合されたＲＦ源電力レベルを制御することにより調節されるトロイダルプラズマ源を有するリアクタを示す図である。 周波数を関数としたイオンエネルギーに寄与する電力とイオン密度に寄与する高周波電力を比較するグラフである。 単一ＲＦバイアス源に対する異なるＲＦバイアス電力周波数において得られたイオンエネルギー分布を比較するグラフである。 ２つの周波数の異なる電力比に対して二重周波数バイアス源を用いて得られたイオンエネルギー分布を比較するグラフである。 〜 周波数を関数としたイオン解離及びイオン密度の振る舞いを比較するグラフである。 イオン解離を関数としたフッ化炭素ガスを含むプラズマ内の平均のフッ化炭素分子量を示すグラフである。 低イオン解離及び高イオン解離におけるプラズマ内の分子量分布を比較するグラフである。 ２つの異なる源電力周波数間の電力比を関数としたイオン解離の振る舞いを示すグラフである。 イオン解離、イオン密度及びイオンエネルギーが、空間を定義する３つの独立した（直交する）制御次元である３次元制御空間を示す図である。 異なる周波数の３つのＲＦ電力源を使用して、イオンエネルギー分布、イオン密度及びイオン解離を独立に制御するための第１の方法を示す図である。 異なる周波数の４つのＲＦ電力源を使用して、イオンエネルギー分布、イオン密度及びイオン解離を独立に制御するための第２の方法を示す図である。 磁界強度を関数としたイオン密度及びイオン解離の同時的な振る舞いを示す３次元グラフである。 超高周波源電力レベルを関数としたイオン密度及びイオン解離の同時的な振る舞いを示す３次元グラフである。 ＲＦバイアス電力源の対、超高周波電源及び磁界を使用して、イオンエネルギー分布、イオン密度及びイオン解離を独立に制御する方法を示す図である。

Claims (20)

1. プラズマリアクタ内でワークピースを処理する方法であって、
   ３つの各周波数の少なくとも３つのＲＦ電源からのＲＦ電力を前記リアクタ内のプラズマに結合し、
   前記少なくとも３つのＲＦ電源の第１対の電力レベル間の比を選択することによりイオンエネルギー分布形状を設定し、
   前記少なくとも３つのＲＦ電源の第２対の電力レベル間の比を選択することによりイオン解離及びイオン密度を設定することを含む方法。
2. 前記少なくとも３つの各周波数が低周波周波数、高周波周波数及び超高周波周波数を含み、前記第１対が前記低周波及び高周波周波数に相当し、前記第２対が前記高周波及び超高周波周波数に相当する請求項１記載の方法。
3. 前記電源が４つのＲＦ電源を含み、前記第１対が高周波周波数及び低周波周波数に相当し、前記第２対が超高周波周波数及び他の周波数に相当する請求項１記載の方法。
4. 前記第２対が上部超高周波周波数及び低部超高周波周波数に相当する請求項３記載の方法。
5. ＲＦ電力を結合する工程が前記他の周波数を誘導源電力アプリケータを通じて結合することを含む請求項３記載の方法。
6. ＲＦ電力を結合する工程が前記他の周波数をトロイダルプラズマ源電力アプリケータを通じて結合することを含む請求項３記載の方法。
7. ＲＦ電力を結合する工程が前記少なくとも３つの周波数を前記リアクタのウエハ支持ぺデスタルを通じて結合することを含む請求項１記載の方法。
8. ＲＦ電力を結合する工程が前記低周波及び高周波周波数の電力をウエハ支持ペデスタルを通じて結合し、前記超高周波周波数の電力をリアクタのシーリングを通じて結合することを含む請求項２記載の方法。
9. 前記超高周波周波数の電力を結合する工程が前記超高周波周波数の電力をシーリング電極に印加することを含む請求項８の方法。
10. 前記第１対がイオン遷移周波数未満である第１周波数及び前記イオン遷移周波数超過である第２周波数を含む請求項１記載の方法。
11. 前記イオンエネルギー分布を設定する工程がイオンエネルギー分布の１対のピーク間のエネルギー差を調節することを含む請求項１０記載の方法。
12. 前記イオンエネルギー分布を設定する工程がイオンエネルギー分布の１対のピークのうちの他方に相対する一方の近くのイオン個数を調節することを含む請求項１０記載の方法。
13. 前記イオンエネルギー分布を設定する工程がイオンエネルギー分布の１対のピークのうちの１つのエネルギーを調節することを含む請求項１０記載の方法。
14. プラズマリアクタ内でワークピースを処理する方法であって、
    ３つの各周波数の３つのＲＦ電源からのＲＦ電力及び磁界を前記リアクタ内のプラズマに結合し、
    前記少なくとも３つのＲＦ電源の第１対の電力レベル間の比を選択することによりイオンエネルギー分布形状を設定し、
    前記３つのＲＦ電源の残りの１つの電力レベルと前記磁界の強度間の比を選択することによりイオン解離及びイオン密度を設定することを含む方法。
15. 前記少なくとも３つの各周波数が低周波周波数、高周波周波数及び超高周波周波数を含み、前記第１対が前記低周波及び高周波周波数に相当し、前記残りのＲＦ電源が超高周波周波数に相当する請求項１４記載の方法。
16. 前記磁界が低周波磁界である請求項１４記載の方法。
17. ＲＦ電力を結合する工程が前記残りのＲＦ源電力アプリケータを誘導的に結合された源電力アプリケータに結合することを含む請求項１４記載の方法。
18. ＲＦ電力を結合する工程が前記残りのＲＦ電源をトロイダルプラズマ源電力アプリケータに結合することを含む請求項１４記載の方法。
19. ＲＦ電力を結合する工程が前記３つの周波数を前記リアクタのウエハ支持ペデスタルを通じて結合することを含む請求項１４記載の方法。
20. ＲＦ電力を結合する工程が低周波及び高周波周波数をウエハ支持ペデスタルを通じで結合し、超高周波周波数をリアクタのシーリングを通じて結合することを含む請求項１４記載の方法。

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