JP2008187179A - 複数のｖｈｆ源の電力を配分することによる、ウエハ全体のプラズマプロセス均一性の改善 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも天井電極と、ワークピースサポート電極とを含む電極を有するプラズマリアクタチャンバにおいて、ワークピースを処理する方法を提供する。
【解決手段】この方法は、各ＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２の各ＲＦ電源を、（ａ）電極の夫々か、（ｂ）電極の共通する１つに結合する工程であって、中心が高い不均一なプラズマイオン分布を生成するのにｆ１が十分に高く、中心が低い不均一なプラズマイオン分布を生成するのにｆ２が十分に低い工程を含む。この方法は、ｆ１周波数でのＲＦパラメータ対ｆ２周波数でのＲＦパラメータの比を調整して、プラズマイオン密度分布を制御する工程であって、ＲＦパラメータが、ＲＦ電力、ＲＦ電圧又はＲＦ電流のうち１つである工程を含む。
【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００７年１月３０日出願の米国特許仮出願第６０／８９８，６３２号及び２００７年４月１１日出願の米国特許出願第１１／７３３，７６４号に基づく優先権を主張する。

背景

本発明の実施形態は、半導体ウエハ等のワークピースを処理するための容量結合プラズマ源に係る。容量結合プラズマ源は、天井電極を含み、これは、１１０ＭＨｚを超える非常に高い周波数（ＶＨＦ）周波数で駆動され、比較的低電圧で高密度プラズマを生成することができる。容量結合プラズマ源は、さらに、低電極腐食のために、低電極電位を生成することができ、所望であれば、ウエハ表面でイオンエネルギーを低レベルに制限でき、プラズマ密度の広い範囲（非常に少ない〜非常に多いプラズマイオン密度）にわたって動作できる。こうしたプラズマ源に固有の１つの問題は、天井電極が、プラズマの実効誘電率のために、放射伝送線効果及び負荷を示すことである。例えば、１５０ＭＨｚで、自由空間４分の１波長は約２０インチであり、略天井電極の直径（約１５インチ）である。従って、ＲＦ界は、天井電極の表面全体で大きく異なり、ウエハ表面でのプロセス不均一性を生じさせる。実効誘電率が１を超えるプラズマについては、有効波長は、天井電極直径未満まで減じ、ＲＦ界の不均一性が悪化する。これによって、ウエハ表面全体の処理不均一性が悪化する。エッチングプロセスについては、これによって、ウエハ表面全体にわたって、不均一な端部の少ないエッチングレート分布が生成される。

かかる望ましくない影響を減じるために、様々なアプローチが用いられている。１つのアプローチでは、磁気ステアリングを用いて、プラズマイオン分布を変える、例えば、その中心が高い不均一性を減じて、やや平らな分布を生成している。このアプローチによる１つの問題は、源の中心が高い不均一性が、磁気ステアリングの補正能力を超えることである。このアプローチによる他の問題は、磁束密度が高すぎると、ワークピースの帯電損傷となり得ることである。他のアプローチは、より多くのプラズマＲＦバイアス電力をウエハに印加することにより、プラズマシース（又はバイアス）電圧を増大するものである。これには、プラズマシース厚さを増加する、言い換えると、典型的には、天井プラズマシース全体のキャパシタンス及びウエハプラズマシース全体のキャパシタンスを減じる効果があり、これによって、天井シースキャパシタンス、プラズマキャパシタンス及びウエハシースキャパシタンスを含む連続した３つのキャパシタが形成される。正味の影響は、プラズマの誘電率の影響を減じ、これによって、ＲＦ界の不均一性が減少することである。ある酸化物エッチングプラズマプロセスレシピに必要な高バイアス電圧は、後者のアプローチと適合する。しかしながら、高プラズマバイアス電圧は、他のタイプのプラズマプロセスにおいては望ましくない。最低プラズマバイアス電圧を用いるプロセスでは、最悪の不均一性を示す。

プロセスレシピにより決まる他のプロセス条件は、磁気ステアリングかバイアス（シース）電圧と同じ位大きな、プラズマ分布による影響を有しているという事実により、かかるアプローチは複雑なものとなっている。例えば、チャンバ圧力を増加すると、中心があまり高くなく、中心がより少ないプラズマイオン分布を生成し、チャンバ圧力を減少すると、より中心が高い分布が生成される。プラズマ分布における他の変化は、電源（プラズマ密度）、ガスの化学反応、ガス混合物の電気陰性度、ポンピングレート、ガスフローレート及びプロセスレシピにより必要とされるその他パラメータにより生じる。

発明の概要

少なくとも天井電極と、ワークピースサポート電極とを含む電極を有するプラズマリアクタチャンバにおいて、ワークピースを処理する方法が提供される。この方法は、各ＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２の各ＲＦ電源を、（ａ）電極の夫々か、（ｂ）電極の共通する１つに結合する工程であって、中心が高い不均一なプラズマイオン分布を生成するのにｆ１が十分に高く、中心が低い不均一なプラズマイオン分布を生成するのにｆ２が十分に低い工程を含む。この方法は、ｆ１周波数でのＲＦパラメータ対ｆ２周波数でのＲＦパラメータの比を調整して、プラズマイオン密度分布を制御する工程であって、ＲＦパラメータが、ＲＦ電力、ＲＦ電圧又はＲＦ電流のうち１つである工程を含む。

一実施形態において、ｆ１は、約１１０ＭＨｚを超え、ｆ２は、約９０ＭＨｚ未満である。関連の実施形態において、調整には、ｆ２周波数でのＲＦパラメータに対するｆ１周波数でのＲＦパラメータの比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減少することが含まれる。他の関連の実施形態において、調整には、ｆ１周波数でのＲＦパラメータに対するｆ２周波数でのＲＦパラメータの比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度不均一性を減少することが含まれる。

一実施形態において、方法は、周波数ｆ１及びｆ２要素について、天井電極と、ワークピースサポート電極の間を直接流れるＲＦ電流に、各中心接地リターンパスを提供する工程と、各周波数ｆ１及びｆ２について、端部接地リターンパスを提供する工程とを含む。他の実施形態において、方法は、周波数ｆ１に対応する中心接地リターンパスのインピーダンスを調整して、ｆ１でのＲＦ電力が、プラズマイオン密度分布において、中心が高い不均一性を生成する傾向を増大又は減少する工程を含む。

更なる実施形態において、方法は、周波数ｆ２に対応する中心接地リターンパスのインピーダンスを調整して、ｆ２でのＲＦ電力が、プラズマイオン密度分布において、中心が低い、又は端部が高い不均一性を生成する傾向を増大又は減少する工程を含む。

発明の詳細な説明

図１Ａは、プラズマリアクタの簡略概略図である。このプラズマリアクタは、異なる電源周波数で容量結合プラズマ電源を配分することにより、プラズマイオン密度の放射分布を制御することができる。リアクタは、シリンダ形側壁２０２と、ディスク形天井２０４に囲まれた真空チャンバ２００を有している。天井２０４は、導電性天井電極と、ガス分配シャワーヘッド又はプレートの両方であり、本明細書においては、天井電極２０４と呼ぶ。天井電極は、任意で、導電性、半導体又は絶縁材料でカバーされていてもよい。天井電極２０４は、その底面２０４ｃに、ガス注入オリフィスの内側及び外側ゾーン２０６、２０８を有しており、これらは、夫々、内側及び外側内部ガスマニホルド２１０、２１２に結合している。内側及び外側ゾーンプロセスガス供給部２１４、２１６は、プロセスガスを、内側及び外側マニホルド２１０、２１２へ提供する。ウエハサポート台座２１８は、半導体ウエハ２２０等のワークピースをサポートすることができる。台座２１８は、静電チャックの特徴を有していてもよく、これは、導電性ベース層２２２と、内部電極２２６を密閉している絶縁上層２２４とを有している。真空ポンプ２２８が、チャンバ２００の床２３０を通して結合されている。台座２１８は、脚２３２にサポートされていて、この脚は、台座２１８のレベルを昇降できるリフト機構２３４に結合されている。一実施形態において、リフト機構２３４は、約０．３インチ〜約６インチのウエハから天井までのギャップ範囲を与える。ウエハは、直流電源２３６から電極２２６まで直流クランプ電圧を印加することにより、台座にクランプされている。直流電源２３６は、典型的に、ローパスフィルタを有しており、電極２２６に存在するＲＦ電圧から直流電源を分離している。ＲＦバイアス電力は、内部電極２２６に直接的に結合されていても、導電性ベース層２２２を通して間接的に結合されていてもよい。台座２１８は、典型的に、導電性接地筺体２１７を有しており、これは、典型的に、石英、セラミック、プラスチック等の絶縁材料により、導電性ベース層２２２及び内部電極２２６から分離されている。或いは、導電性ベース層２１８は、接地されていてもよい。

チャンバ２００全体のプラズマイオン放射分布の均一性は、一対のＶＨＦプラズマ電源発生器２４０、２４２を提供することにより制御される。一態様において、ＲＦ発生器２４０は、ＶＨＦ範囲の上部に周波数を有しており、約１１０〜２５０ＭＨｚ、通常は約１６２ＭＨｚである。一方、他のＲＦ発生器は、ＶＨＦ範囲の下部に周波数を有しており、約４０〜９０ＭＨｚ、通常は約６０ＭＨｚである。発生器２４０（単体で適用された場合）からの高ＶＨＦ周波数は、中心が高く、端部が低い、プラズマイオン密度放射分布を生成する傾向があり、一方、発生器２４２（単体で適用された場合）からの低ＶＨＦ周波数は、中心が低く、端部が高い、プラズマイオン密度放射分布を生成する傾向があることを知見した。この点で、２つの発生器は、同時に用いると、互いに補い合う。一実施形態において、発生器２４０、２４２の一方の出力電力を、互いに調整して、中心が低いパターンと、中心が高いパターンとの間で、プラズマイオン密度放射分布を変える。２つの発生器２４０、２４２のＲＦ電力（電圧又は電流）レベルの比を選択して、中心が多く、中心が少ない不均一性を最小とし、略均一な、両方のタイプの不均一性がほとんどない、従って、ほとんど、又は実質的に均一な、プラズマイオン分布となるようにする。かかる均一性は、ウエハ又はワークピース全体のエッチングレートの放射分布を測定することにより判断できる。均一性が増大すると、この分布の変動は減少する。エッチングレートのより均一な放射分布となる変動は、例えば、４％以下と低い。

一実施形態において、高ＶＨＦ周波数発生器２４０は、インピーダンス整合ネットワーク２４４を通して、天井電極２０４に結合している。このネットワークは、固定されているか、動的であり、集中要素か、分散要素のいずれかとして形成されている。低ＶＨＦ周波数発生器２４２は、インピーダンス整合ネットワーク２４６を通して、天井電極２０４に結合している。このネットワークは、集中要素か、分散要素のいずれかとして形成されていて、固定されているか、動的である。高ＶＨＦ整合器２４４の出力は、ノッチフィルタ２４８、或いは、ハイパスフィルタによって、低ＶＨＦ発生器２４２の出力から保護されている。ノッチフィルタ２４８は、低ＶＨＦ発生器２４２の周波数ｆ２付近に中心のある狭帯域をブロックするように調整されており、ハイパスフィルタは、低ＶＨＦ発生器２４２の周波数ｆ２をブロックするよう調整されている。低ＶＨＦ整合器２４６の出力は、ノッチフィルタ２５０、或いは、ローパスフィルタによって、高ＶＨＦ発生器２４０の出力から保護されている。ノッチフィルタ２５０は、高ＶＨＦ発生器２４０の周波数ｆ１付近に中心のある狭帯域をブロックするように調整されており、ローパスフィルタは、高ＶＨＦ発生器２４０の周波数ｆ１をブロックするよう調整されている。フィルタ回路は、整合ネットワークに関する従来の方式に従って設計されており、必要な周波数分離で、所望の整合範囲が得られるようなものとなっている。

２つのＲＦ接地リターンパスが、ＶＨＦ周波数ｆ１、ｆ２の夫々について提供されている。図面で示される通り、側壁２０２を接地することにより、チャンバ２００の側部に沿ったパスが提供されている。このパスに沿ったＶＨＦ電流は、端部が多く、中心が少ないプラズマイオン放射分布、又は、チャンバの中心を通るＲＦ接地リターンパスに対して、少なくとも中心があまり多くないプラズマイオン放射分布を促進する。互いに独立して制御される、調整可能な（可変の）各バンドパスフィルタ２５２、２５４を通して、台座電極２２６（又はベース層２２２）を接地に結合することにより、チャンバ２００の中心を通るパスは、任意で提供される。可変のバンドパスフィルタ２５２は、高ＶＨＦ発生器２４０の周波数ｆ１を含む（又は、少なくとも略その中心にある）狭帯域を有する。可変のバンドパスフィルタ２５４は、低ＶＨＦ発生器２４２の周波数ｆ２を含む（又は、少なくとも略その中心にある）狭帯域を有する。バンドパスフィルタ２５２、２５４は両方共、各バンドパス周波数ｆ１、ｆ２で接地に各インピーダンスを与える。これらのインピーダンスは、制御器２７０により変えて、台座電極２２６と側壁２０２の間でのＲＦ電流の各発生器２４０、２４２からの分割を決定する。この電流の割り当ては、各バンドパスフィルタ２５２、２５４のリアクタンスを変えることにより制御する。容量及び誘導コンポーネントの従来のＲＦフィルタ回路を用いて、可変バンドパスフィルタ２５２、２５４を実行してよい。従来の方式に従って、これらのフィルタは、容量及び誘導コンポーネントの集中要素として、又は同心調整要素又はスタブといった分散要素として実行してもよい。例えば、図１Ｂは、図１Ａのリアクタに用いることができるタイプの可変バンドパスフィルタの簡略概略図である。図１Ｂの可変バンドパスフィルタは、分路キャパシタ２５６、インダクタ２５８及び負荷キャパシタ２６０を含むことができる。キャパシタ２５６、２６０のいずれか、又は両方が可変である。一態様によれば、フィルタ２５２、２５４は、必ずしもバンドパスフィルタでなくてよく、バンドパスフィルタの周波数応答を有していてもよい。例えば、フィルタ２５２、２５４の一方又は両方が、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタであってよく、或いは、応答が可変で、任意のタイプのフィルタとして機能するリアクタンス素子であってよい。この代わりに、台座電極２２６を接地することにより、チャンバ２００の中心を通るＲＦ接地リターンパスを、提供してもよい。これは、ハイパスフィルタを通して、ＲＦバイアスの有効な分離を行う。

ＲＦバイアス電力は、ＥＳＣ電極２２６に印加される。これは、ＬＦインピーダンス整合器２６４を通した低周波数ＲＦ電力発生器２６２からのＬＦ電力（例えば、約２ＭＨｚ）、及びＨＦインピーダンス整合器２６８を通した高周波数ＲＦ電力発生器２６６からのＨＦ電力（例えば、約１３．５６ＭＨｚ）を有している。典型的に、ＲＦバイアス周波数を選択して、ＬＦ電力レベルは、ピークイオンエネルギーを制御し、ＨＦ電力レベルは、イオンエネルギー分布の中心幅を制御するようにする。ＲＦ電流接地パスは、ＥＳＣ電極２２６に印加された各ＲＦバイアス源に提供されてもよい。バンドパス又はローパスフィルタを通して天井を接地に結合することにより、天井２０４を通るパスが任意で、提供されてもよい。更に、可変リアクタンスをパスに挿入して、天井へのバイアスリターン電流を、他の表面へのバイアスリターン電流、即ち、壁２０２及びリング２１９への電流、に対して、制御してもよい。挿入リアクタンス又はインピーダンスを増加して、より多くのバイアスリターン電流を端部（リング２１９又は壁２０２）へ通してもよい。これは、端部が高いプラズマイオン密度均一性条件を好む傾向がある。或いは、挿入リアクタンス又はインピーダンスを減少して、より少ないバイアスリターン電流を端部（リング２１９又は壁２０２）へ通してもよい。これは、中心が高いプラズマイオン密度均一性条件を好む傾向がある。

２つのＶＨＦ電源発生器２４０、２４２は、連続波（ＣＷ）モードで操作されてもよいし、互いに同調又は非同調パルスであってもよい。更に、バイアス電力発生器２６２、２６６のいずれか、又は両方が、ＣＷモード又はパルスモードで操作されてもよい。パルスモードでは、そのデューティサイクルを制御して、ウエハ表面で、時間平均ＲＦバイアス電力又は電圧（従って、イオンエネルギー）を制御してもよい。バイアス発生器２６２、２６６のパルスは、互いに、且つ／又は電源発生器２４０、２４２に対して、同調又は非同調であってもよい。パルスモードでは、互いにパルス同調の前述の発生器の任意の対が、時間の一致した、又は時間のずれたＲＦエンベロープを有していて、重なっていても重なっていなくてもよい。

ウエハ２２０表面全体のガスフローの均一性及びウエハ端部近傍のＲＦ界の均一性は、ウエハ下接地リターン２１９を提供することにより改善することができる。リターン２１９は、台座２１８のウエハサポート表面の下のレベルで台座２１８の側部から放射状に外側に延びている。ウエハ下接地リターン２１９は、側壁２０２に向って延びていて、ギャップ２０３を形成するシリンダ又はフラットな環形リングの形状であるのが典型的である。このギャップ２０３は、ウエハ上のプロセス領域から、真空ポンプ２２８により排気されるウエハ下のポンピング環へのガスフローを部分的に制限する。ウエハ下接地リターンのレベルは、ウエハスリットバルブ２２９やポンピングポート等の特徴の上である。これらは、ガスフローパターンや静電又は電磁場の非対称から生じるプラズマ分布に望ましくない非対称性を生成する。側壁とウエハ下接地リターン２１９の外側端部の間の狭いギャップは、ガスフローを部分的に制限し、これによって、ウエハ２２０上の領域の非対称性がかなりなくなって、プロセス均一性が改善される。一実施形態において、ウエハ下接地面２１９は、導電性材料で形成され、接地に接続されている。従って、ウエハ端部に、より均一な接地基準が提供され、より均一な電場が与えられ、チャンバ内部の導電性表面の分配が非対称となり難い。リング２１９はまた、プラズマ境界として作用して、プラズマの容積を、リング２１９上のチャンバ領域に限定するのを補助する。変形実施形態において、リング２１９は、接地面としては作用せず、その代わりに、非導電性材料で形成されている。他の変形実施形態において、接地リターンリング（又はシリンダ）２１９は、ワークピース又はウエハレベルにある、或いはワークピースレベルの上にある。天井レベル又はその近傍で、天井電極２０４を同軸で囲んでいてよい。他の実施形態において、接地リターンリング２１９のレベルを、リフト機構により、ワークピースレベルに対して選択的に調整してもよい。例えば、リング２１９を台座２１８の外側に取り付けることにより、リング２１９を、台座リフト機構により昇降する。接地リターンリング２１９は、チャンバの他の接地面（ＥＳＣベース層等）から絶縁して、接地に直接結合せず、代わりに、可変のリアクタンス素子（例えば、可変フィルタ２５２）を通して接地に結合するようにする。この場合、接地リターンリング２１９は、ＶＨＦ周波数ｆ２に対する端部接地リターンパスとして作用する。この端部接地リターンパスの高さは、従って、可変であり、リアクタの調整可能なパラメータの１つとして作用する。

均一性制御器２７０は、２つのＶＨＦ発生器２４０、２４２の相対電力出力レベル、及び任意で、可変バンドパスフィルタ２５２、２５４のインピーダンスを制御する。制御器２７０は、高ＶＨＦ周波数（ｆ１）バンドパスフィルタのインピーダンスを設定して、高ＶＨＦ周波数ｆ１で、側壁２０２よりも、ウエハ２２０を通して、低インピーダンスリターンパスを接地に提供することができる。これによって、ｆ１発生器２４０からの電力は、より顕著に中心が高い放射分布を生成する。更に、制御器２７０は、低ＶＨＦ周波数（ｆ２）バンドパスフィルタのインピーダンスを設定して、低ＶＨＦ周波数ｆ２で、側壁２０２よりも、ウエハ２２０を通して、高インピーダンスリターンパスを接地に提供することができる。これによって、ｆ２発生器２４２からの電力は、より顕著に中心が低く、端部が高い放射分布を生成する。制御器２７０は、高及び低ＶＨＦ周波数発生器２４０、２４２の相対電力出力レベルを配分し、エッチングレート分布における中心が高い不均一性を抑制するか（低ＶＨＦ周波数発生器２４２の電力出力を増大することにより）、エッチングレート分布における端部が高い不均一性を抑制するか（高ＶＨＦ周波数発生器２４０の電力出力を増大することにより）のいずれかを行う。制御器２７０は、下流又はインラインの計測ツール２７２により、前に処理されたウエハで測定された不均一性パターンに応答して、かかる調整を行ってよい。連続したウエハの処理中、制御器２７０においてプログラムされたアルゴリズムとして実施される標準フィードバック制御補正技術を用いて、均一性制御器２７０により連続した補正を行って、計測ツール２７２により感知されるエッチングレート分布の不均一性を最小とする。計測ツール２７２は、制御器２７０に、プラズマイオン密度分布が、主に中心が高い不均一性であるか、主に端部が高い不均一性であるかを知らせるようにプログラムされていてもよい。或いは、計測ツール２７２は、イン・サイチュのセンサとして、制御器２７０にリアルタイムの信号を提供してもよい。ＯＥＳ（発光分析装置）センサを、様々な半径で、天井２０４に配置して、放射プラズマ励起種密度を示すようにしてもよい。プラズマ自身を光源として用いてもよいし、外部光源を用いてもよい。或いは、干渉センサを、様々な半径で、天井２０４に配置して、半径の関数としてのワークピースフィルム厚さレートの変化を示すようにしてもよい。或いは、イオンフラックスセンサを、様々な半径で、天井２０４に配置して、放射プラズマイオン密度を示すようにしてもよい。或いは、電圧センサを、様々な半径で、天井２０４に配置して、放射電極電圧を示すようにしてもよい。或いは、分離電圧センサを、様々な半径で、天井２０４に配置して、放射プラズマ浮遊電位を示すようにしてもよい。プラズマ均一性のリアルタイム制御は、センサ入力及び従来の技術を用いて、制御器２７０により実施してもよい。

また、均一性制御器はリフト機構２３４も制御でき、他の制御寸法を与えて、プラズマイオン分布の均一性（又はエッチングレート分布の均一性）を改善する。台座２１８を天井電極２０４に向って持ち上げると、ウエハから天井までのギャップが減少して、ウエハ中心近傍のプラズマイオン密度が抑えられ、ウエハ端部近傍のプラズマイオン密度が促進される。反対に、台座２１８を天井電極２０４から離れるように下げると、ウエハから天井までのギャップが増大して、ウエハ中心全体のプラズマイオン密度が促進され、ウエハ端部でのプラズマイオン密度が減じる。このように、プラズマ分布は、台座２１８を昇降することにより、夫々、中心をより多く、又は中心をより少なくすることができる。上述した通り、プラズマ分布は、高ＶＨＦ周波数電力対低ＶＨＦ周波数電力の比を増減することにより、夫々、中心をより多く、又は中心をより少なくすることができる。このように、台座の高さとＶＨＦ電力比は、プラズマイオン分布に影響する２つの異なる制御因子である。均一性制御器２７０は、これらの制御因子の両方を用いて、プラズマイオン分布均一性を最適にすることができる。例えば、端部が高いプラズマ不均一性は、高ＶＨＦ周波数発生器２４０の出力電力を増大することにより、減少させてもよく、これは、プラズマイオン分布における中心が高いピークを増大する傾向がある。ＶＨＦ電力配分を更に変更することを必要とせずに、台座２１８を持ち上げて、ウエハから天井までのギャップを減少させることにより、最適なプラズマ分布が実現されるまで、この中心が高いピークの増大は、抑制することができる。これは、低ＲＦバイアス及び低チャンバ圧力を求めるプロセスレシピに有用である。このケースでは、プラズマイオン分布において中心が高いピークが特に顕著である。両ＶＨＦ周波数配分の制御は、ウエハから天井までのギャップの制御と共に、不均一性の範囲を広げるが、制御器２７０はこれに対抗することができる。中心が高い不均一性がひどい場合には、例えば、制御器２７０は、高対低ＶＨＦ周波数電力配分と、狭いウエハから天井までのギャップの両方の増大を求める。

特定のＶＨＦ周波数（例えば、ｆ１又はｆ２）が、不均一プラズマイオン密度分布にピークを有する場合に、可変のウエハから天井までのギャップが影響する。従って、制御器２７０は、ギャップを設定して、ｆ１の選択を最適化し、主に中心が高い不均一プラズマイオン密度分布を生成し、ｆ２の選択を最適化し、主に端部が高い不均一プラズマイオン密度分布を生成することができる。例えば、制御器２７０は、ウエハから天井までのギャップを設定して、ｆ１及びｆ２の選択を最適化し、異なる不均一性パターンを生成する。また、制御器２７０は、異なる周波数ｆ１、ｆ２でＲＦ電力（電流又は電圧）の比を変えて、プラズマイオン分布を制御し、その不均一性を減じる。

制御器２７０は、以下のいずれかを測定し、制御（変更）することにより、プラズマイオン密度分布において、主に中心が高い、又は端部が高い不均一性があるという計測ツール２７２からの表示に応答して、その不均一性を減少する傾向がある。（ａ）周波数ｆ１、ｆ２でのＲＦ電圧比、（ｂ）周波数ｆ１、ｆ２でのＲＦ電流比、又は（ｃ）周波数ｆ１、ｆ２でのＲＦ電力比。かかる測定は、各電極で、例えば、互いに好適な場所で行ってもよい。

変形モードにおいて、制御器２７０は、高（ｆ１）及び低（ｆ２）ＶＨＦ発生器２４０、２４２で、電力の配分を変更することを必要とせずに、プラズマイオン密度分布を変える。この代わりに、プラズマイオン密度分布は、制御器２７０により変わる。これは、ｆ１及びｆ２可変バンドパスフィルタ２５２、２５４で表わされる中心接地リターンパスへのインピーダンスを変更することによりなされる。例えば、プラズマ密度分布において、中心ピークを作成したり、端部ピークを抑制する高周波数（ｆ１）ＶＨＦ電力の傾向は、可変バンドパスフィルタ２５２によりｆ１電力に示されるインピーダンスを変えることにより増減できる。同様に、プラズマイオン密度分布において、端部ピークを作成したり、中心ピークを抑制する低周波数（ｆ２）ＶＨＦ電力の傾向は、可変バンドパスフィルタ２５４によりｆ２電力に示されるインピーダンスを変えることにより増減できる。かかる変更は、中心接地リターンパス（天井からウエハ）と、側部接地リターンパス（側壁２０２を通る）の間での各周波数ｆ１、ｆ２でのＶＨＦ電流の配分に影響する。より多くのｆ１電力を中心接地リターンパスへ向けることにより、中心が高い分布を作成する高ＶＨＦ周波数（ｆ１）電力の傾向が増大する。より多くのｆ２電力を側部接地リターンパスへ向けることにより、端部が高い分布を作成する低ＶＨＦ周波数（ｆ２）電力の傾向が増大する。場合によっては、制御器は、２つの周波数ｆ１、ｆ２の一方のみについて、接地リターンパス配分を変更してもよい。

図１のリアクタの更なる変形モードにおいて、ＶＨＦ発生器の１つのみ（例えば、発生器２４０のみ）がＲＦ電力を提供し、他方の発生器（例えば、発生器２４２）は用いない、又は省く。均一性制御器２７０は、ｆ１バンドパスフィルタ２５２を変えることにより、プラズマイオン放射分布を変更して、ＥＳＣ電極２２６を通る接地リターンパスのインピーダンスを制御する。これは、ＥＳＣ電極２２６を通る中心パスと、側壁２０２を通る側部パスの間の接地リターン電流を配分する。その結果、制御器２７０のこの特徴が、プラズマイオン分布（エッチングレート分布も同等）における中心が高い、及び中心が低い不均一性を変えて、均一性を最適化する。
２つのみのＶＨＦ発生器２４０、２４２が図１Ａには示されているが、これより多い異なる周波数のＶＨＦ発生器を用いてもよい。例えば、２つのＶＨＦ発生器２４０、２４２のいずれよりも高い周波数を有する第３のＶＨＦ発生器を用いてもよい。上述した通り、高ＶＨＦ周波数発生器（例えば、１６２ＭＨｚ）は、プラズマイオン分布に中心ピークを生成し、低周波数発生器２４２（６０ＭＨｚ）は端部ピークを生成する。均一性は、より高い周波数を有する第３のＶＨＦ発生器を導入することにより改善され、プラズマイオン密度放射分布における最小を充填する中心と端部の間にピークを生成する。

図１Ａのリアクタを用いて、単一ＨＦ（１３．５６ＭＨｚ）周波数源により通常生成される非常に低密度のバイアスのみのプラズマというプラズマプロセス条件特徴を再生して、プラズマイオンを生成し、ウエハのバイアス電圧を制御してもよい。このシミュレーションは次のようにして実現してもよい。すなわち、発生器２６４からのＬＦ（例えば、２ＭＨｚ）のバイアス電力のみを印加し、２つのＶＨＦ発生器２４０、２４２夫々の出力電力を非常に低レベル（例えば、１０ワット）に設定することにより、所望の低プラズマイオン密度を構築する。この利点は次のようなことである。２つの発生器２４０、２４２を、出力電力において、非常に僅かな変化により調整すると、単一のＨＦ（１３．５６ＭＨｚ）周波数源で得られるよりも、より広い範囲の変更プロセス条件にわたってプラズマ均一性を維持できることである。

図２は、図１Ａのリアクタの変形例を示す。低ＶＨＦ周波数（ｆ２）発生器２４２、その整合器２４６及びノッチフィルタ２５０が、天井電極２０４でなく、ＥＳＣ電極２２６に結合されている。この場合、ｆ２接地リターンパスは、天井電極２０４を通る。従って、ｆ２可変バンドパスフィルタ２５４は、ＥＳＣ電極２２６でなく、天井電極２０４に結合されている。高ＶＨＦ周波数（ｆ１）発生器２４０からのＲＦ電流をブロックするよう調整されたノッチフィルタ２５５は、ｆ２バンドパスフィルタ２５４に接続されていてもよい。同様に、低ＶＨＦ周波数（ｆ２）発生器２４２からのＲＦ電流をブロックするよう調整されたノッチフィルタ２５３は、ｆ１バンドパスフィルタ２５２に接続されていてもよい。

図２のリアクタの変形モードにおいて、上（天井電極２０４）下（ＥＳＣ電極２０６）に印加されたＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２は、夫々同じ周波数（ｆ１＝ｆ２）である。この場合、制御器２７０は、天井電極２０４とＥＳＣ電極２２６で、電圧（又は電流）間での位相を変えることにより、イオン密度（又はエッチングレート）の放射分布を変える。天井電極２０４とＥＳＣ電極２２６で、電流間の位相は、例えば、バンドパスフィルタ２５２、２５４のリアクタンスを変えることにより制御してよい。或いは、位相は、１つ又は両方の発生器２４０、２４２で制御してもよい。例えば、バンドパスフィルタ２５２、２５４のリアクタンスが同じ場合には（そして、他に違いがない場合には）、天井及びＥＳＣ電極２０４、２２６で、ＲＦ電流間の位相角度はゼロである。１８０度の位相で、実質的に全ての電流が、天井電極２０４と、ＥＳＣ電極２２６の間を流れ、プラズマイオン密度又はエッチングレートの中心が高い分布が生成される。ゼロ度の位相では、実質的に全ての電流が、天井電極２０４か、ＥＳＣ電極２２６のいずれかから、側壁２０２まで流れ、中心が低く、端部が高い分布が生成される。従って、制御器２０７は、０と１８０度の間で位相角を変えて、様々な結果を得ることができる。

図２のリアクタの他の変形モードにおいて、ＶＨＦ発生器のうち１つのみ（例えば、ｆ２発生器２４２のみ）が、ＲＦ電力を提供し、他方の発生器２４０は、用いない、又は省く。均一性制御器２７０は、ｆ２バンドパスフィルタ２５４を変えることにより、プラズマイオン放射分布を変えて、天井電極２０４を通る接地リターンパスのインピーダンスを制御する。これによって、側壁２０２を通る接地リターンパスの（固定）インピーダンスに対して増減するようにする。これは、天井電極２０４を通る中心パスと、側壁２０２を通る側部パスの間で、接地リターン電流を配分する。その結果、制御器２７０のこの特徴が、プラズマイオン分布（エッチングレート分布も同様）における中心が高い、及び中心が低い不均一性を変えて、均一性を最適化する。

図２のリアクタの更に他の変形モードにおいて、ＶＨＦ発生器の１つのみ（即ち、ｆ１発生器２４０のみ）が、ＲＦ電力を提供し、他方の発生器２４２は用いない、又は省く。均一性制御器２７０は、ｆ２バンドパスフィルタ２５２を変えることにより、プラズマイオン放射分布を変更して、ＥＳＣ電極２２６を通る接地リターンパスのインピーダンスを制御する。これは、側壁２０２を通る接地リターンパスの（固定）インピーダンスに対して増減する。これは、ＥＳＣ電極２２６を通る中心パスと、側壁２０２を通る側部パスの間の接地リターン電流を配分する。その結果、制御器２７０のこの特徴が、プラズマイオン分布（エッチングレート分布も同等）における中心が高い、及び中心が低い不均一性を変えて、均一性を最適化する。

図３Ａ及び３Ｂに、図１のリアクタの変形例を示す。天井電極２０４が、放射状の内側及び外側セクション２０４ａ、２０４ｂに分割されている。これらは、互いに電気的に分離されていて、発生器２４０、２４２の夫々により別個に駆動される。いずれかの発生器を選択して、内側電極２０４ａを駆動し、他方で外側電極２０４ｂを駆動してよいが、高ＶＨＦ周波数発生器２４０は、内側電極２０４ａに結合されていて、低ＶＨＦ周波数発生器２４２は外側電極２０４ｂに結合されているのが好ましい。中心が高いイオン分布を生成する高周波数の傾向を促進し、中心が低いイオン分布を生成する低周波数の傾向を促進するためである。

図４は、図１のリアクタの変形例を示す。両ＶＨＦ発生器２４０、２４２が、ＥＳＣ電極２２６を駆動し、接地リターンバンドパスフィルタ２５２、２５４が、天井電極２０４に結合されている。

図５は、図２のリアクタの変形例を示す。２つの周波数ｆ１及びｆ２は両方共、ＶＨＦバンドの低部にある。例えば、ｆ１及びｆ２は、夫々、５４ＭＨｚと６０ＭＨｚである。これは、略２００ＭＨｚ又は１５０ＭＨｚを超える出力周波数を有する高ＶＨＦ周波数発生器の必要性が排除されることから、大幅なコスト削減を意味している。図５のリアクタにおいて、中心が高い応答を与える高ＶＨＦ周波数（例えば、１６２ＭＨｚ）の失われた分は、天井電極２０４に（或いは、ｆ１発生器２４０の出力に）結合された高ＶＨＦ周波数（例えば、１６２ＭＨｚ）共振器２７４により生成される。共振器２７４は、第３の調波等、ｆ１の奇数調波で共振するよう調整されているのが好ましい。例えば、ｆ１＝５４ＭＨｚの場合には、共振器２７４で生成される第３の調波は１６２ＭＨｚとなる。高調波の生成は、リアクタチャンバにおけるプラズマの非線形応答により促進され、共振器２７４と協働して、周波数逓倍器として機能する。可変バントパスフィルタ２５２を、ｆ１の第３の調波まで調整して、発生器２４０からｆ１でのＲＦ電力の一部が、ｆ１での第３の調波まで変換される。

図５のリアクタの他の変形モードにおいて、ＶＨＦ発生器の１つのみ（即ち、発生器２４０のみ）が、ＲＦ電力を提供し、他方の発生器２４２は用いない、又は省く。均一性制御器２７０は、ｆ１バンドパスフィルタ２５２を変えることにより、プラズマイオン放射分布を変更して、天井電極２０４を通る接地リターンパスのインピーダンスを制御する。これは、側壁２０２を通る接地リターンパスの（固定）インピーダンスに対して増減する。これは、天井電極２０４を通る中心パスと、側壁２０２を通る側部パスの間の接地リターン電流を配分する。その結果、制御器２７０のこの特徴が、プラズマイオン分布（エッチングレート分布も同等）における中心が高い、及び中心が低い不均一性を変えて、均一性を最適化する。

図６は、同時に高低ＶＨＦ周波数を用いるが、大幅なコスト削減を行うために、単一の低ＶＨＦ周波数発生器のみを用いるリアクタの変形例を示す。低ＶＨＦ発生器２４０は、可変周波数発振器（ＶＦＯ）であり、周波数が、基本周波数ｆ及びｆ±△ｆ間で、制御器２７０により変化する。ここで、△ｆは、ｆからの僅かな偏差である。共振器２７４は、基本周波数ｆの第３の調波、Ｆ＝３・ｆまで調整される。発生器２４０の周波数を変えることにより、第３の調波Ｆに変換される発生器の出力電力の割合は、発生器出力周波数ｆ±△ｆと基本周波数ｆの差に逆比例して増減する。第３の調波は、共振器２７４の共振周波数である。その結果、両周波数、即ち、発生器出力周波数ｆ±△ｆと、調波周波数Ｆは、プラズマに結合し、それらの相対的な電力レベルは、発生器２４０の出力周波数を変えることにより制御されることになる。発生器出力周波数と基本周波数ｆの差を減らすことによって、第３の調波でプラズマに結合した電力は増え、基本ｆでの電力は減る。これによって、中心が高い不均一性は増え、端部が高い不均一性は減る。反対に、発生器出力周波数と基本周波数ｆの差を増やすことによって、第３の調波でプラズマに結合した電力は減り、基本ｆでの電力は増える。これによって、端部が高い不均一性は増え、中心が高い不均一性は減る。従って、プラズマ不均一性は、ＶＦＯ又は発生器２４０の周波数を変えることにより、制御器２７０により調節される。２つの可変バンドパスフィルタ２５２、２５４は、夫々、基本ｆと第３の調波Ｆに中心のあるパスバンドを有する。

一態様において、内部チャンバ要素は、アルミニウム等の金属で形成されている。プラズマ処理中の金属汚染を防ぐ、又は最少にするために、プラズマに晒される可能性のある金属チャンバ要素の表面、例えば、側壁２０２の内側表面や台座２１８の露出面は、例えば、イットリア等のプロセス適合性のある材料のフィルムでコートされる。フィルムは、プラズマスプレーコートされたイットリアであってもよい。或いは、イットリア等のバルクセラミック材料を、下にある金属内部チャンバ要素にボンドしてもよい。例えば、天井２０４は、プラズマに露出された側に、ボンドされたセラミック板を有していてもよい。側壁２０２は、プラズマに晒される側に、ボンドされたセラミックシリンダを有していたり、リング２１９は、プラズマに晒される側に、ボンドされたセラミックリングを有していてもよい。セラミック材料は、ドープ又はその他製造されて、その電気抵抗が、半導体範囲（例えば、１０^８〜１０^１２オーム^＊ｃｍ）にあるようにして、ＥＳＣ電極２２６に印加されたＥＳＣクランプ電圧のためのＤＣ電流リターンパスを提供する。これらのチャンバ表面は、ポリマー等の材料の望ましくない堆積や蓄積を最小にするために加熱する、例えば、又は、エッチングを最小又は排除するために冷却する、又は加熱と冷却の両方を用いて温度制御してもよい。チャンバの内部表面は、適切な化学薬品を用いて、プラズマエッチングプロセスにおいて、清浄にする。例えば、ドライクリーニングステップでは、酸素又は酸素含有、或いは塩素又は塩素含有ガスをチャンバに導入し、ＶＨＦ電源発生器２４０、２４２及び／又はバイアス電力発生器２６２、２６６を用いて、プラズマを生成してもよい。

図７に、図１のリアクタを用いて実施できるプロセスを示す。図７のブロック３００で、ＲＦプラズマ電源を、２つの異なるＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２で、同時に、電極（天井又はウエハ）を通して容量結合する。ｆ１はＶＨＦバンドの高い範囲（例えば、１６２ＭＨｚ）であり、ｆ２はＶＨＦバンドの低い領域（例えば、５０〜６０ＭＨｚ）である。ブロック３０２で、図１に示すように、バンドパスフィルタ２５２、２５４を接地に提供することにより、各周波数ｆ１及びｆ２について、対向電極（ウエハ又は天井）を通して個々の中心接地リターンパスを提供する。図７のブロック３０４において、図１に示すように、側壁２０２を接地することにより、各周波数ｆ１及びｆ２について、側壁を通して端部リターンパスを提供する。ブロック３０６において、ｆ１中心リターンパスのインピーダンスを、ｆ１端部リターンパスのインピーダンスに対して調整し、バンドパスフィルタ２５２を調整することにより、ｆ１周波数での中心リターンパスへの電流の流れを促進する。ブロック３０８において、ｆ２端部リターンパスのインピーダンスを、ｆ２中心リターンパスのインピーダンスに対して調整し、バンドパスフィルタ２５４を調整することにより、ｆ２周波数での側壁への電流の流れを促進する。ブロック３１０において、均一性制御器２７０は、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力対ｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を選択することにより、放射プラズマイオン密度分布の均一性を改善する。ブロック３１０のステップを実施して、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力対ｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減じる（ブロック３１２）。或いは、ブロック３１０のステップを実施して、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力に対するｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度分布不均一性を減じる（ブロック３１４）。イオン密度分布に影響を及ぼす、又は改善する他のやり方として、制御器２７０が、ｆ１かｆ２又はその両方の中心及び端部リターンパスのインピーダンスを調整し（各バンドパスフィルタ２５２、２５４を調整することにより）、次のいずれかを行う。（ａ）端部に向ってより多くの電流を流して、中心が高い不均一性を抑制する、か（ｂ）中心に向ってより多くの電流を流して、端部が高い不均一性を抑制する（ブロック３１６）。

この説明において、均一性とは、放射プラズマイオン密度分布についてである。かかる分布は、リアクタにおいてプラズマエッチングプロセスにより処理されたウエハ表面全体で測定できるエッチングレート放射分布と推定、又は等価と考えられる。

図８に、図２のリアクタを用いて実施できるプロセスを示す。図８のブロック３１８のステップにおいて、ＲＦプラズマ電源を、上ＶＨＦ周波数ｆ１（例えば、約１６２ＭＨｚ）で、１つの電極（天井又はウエハ）を通して容量結合し、一方、ＲＦプラズマ電源を、低ＶＨＦ周波数ｆ２（例えば、約５０〜６０ＭＨｚ）で、対向電極（ウエハ又は天井）を通して容量結合する。ブロック３２０において、中心リターンパスを、周波数ｆ１について、対向電極を通して提供する。ブロック３２２において、中心リターンパスを、周波数ｆ２について、電極を通して提供する。ブロック３２４のステップにおいて、各周波数ｆ１及びｆ２について、側壁を通る端部リターンパス。ブロック３４６のステップにおいて、ｆ１中心リターンパスのインピーダンスを、ｆ１端部リターンパスのインピーダンスに対して調整し、可変バンドパスフィルタ２５２を調整することにより、中心リターンパスへの、ｆ１周波数での電流の流れを促進する。ブロック３２８のステップにおいて、ｆ２側部リターンパスのインピーダンスを、ｆ２中心リターンパスのインピーダンスに対して調整して、可変バンドパスフィルタ２５４を調整することにより、側壁への、ｆ２周波数での電流の流れを促進する。ブロック３３０のステップにおいて、制御器２７０は、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力対ｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を選択することにより、放射プラズマイオン密度分布の均一性を改善する。このステップを実施して、ｆ２周波数でのＶＨＦ電力に対するｆ１周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減じる（ブロック３３２）。このステップを実施して、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力に対するｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度分布不均一性を減じる（ブロック３３４）。ブロック３３０のステップの代わりに、又はこれに加えて、制御器２７０は、ｆ１かｆ２又はその両方の中心及び端部リターンパスのインピーダンスを調整することにより（各バンドパスフィルタ２５２、２５４を調整することにより）、均一性を改善して、次のいずれかを行う。（ａ）端部に向ってより多くの電流を流して、中心が高い不均一性を抑制する、か（ｂ）中心に向ってより多くの電流を流して、端部が高い不均一性を抑制する（図８のブロック３３６）。

図９に、図３Ａのリアクタを用いて実施できるプロセスを示す。図９のプロセスにおいて、上ＶＨＦ周波数ｆ１ＲＦプラズマ電源で内側天井電極を通るＲＦプラズマ電源を、低ＶＨＦ周波数ｆ２で、外側天井電極を通して容量結合する（図９のブロック３３８）。ブロック３４０において、接地に結合したバンドパスフィルタ２５２を提供することにより、中心リターンパスを、ウエハを通して、周波数ｆ１について提供する。ブロック３４２において、接地に結合したバンドパスフィルタ２５４を提供することにより、ウエハを通る中心リターンパスを、周波数ｆ２について提供する。図９のブロック３４４において、図３Ａに示す通り、側壁２０２を接地することにより、各周波数ｆ１及びｆ２について、側壁２０２を通る端部リターンパス。ブロック３２６のステップにおいて、ｆ１中心リターンパスのインピーダンスを、ｆ１端部リターンパスのインピーダンスに対して調整して、バンドパスフィルタ２５２のリアクタンスを調整することにより、中心リターンパスへの、ｆ１周波数での電流の流れを促進する。ブロック３４８のステップにおいて、ｆ２端部リターンパスのインピーダンスを、ｆ２中心リターンパスのインピーダンスに対して調整して、バンドパスフィルタ２５４のリアクタンスを調整することにより、側壁への、ｆ２周波数での電流の大量の流れを促進する。ブロック３５０において、制御器２７０は、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力対ｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を選択することにより、放射プラズマイオン密度分布（又はウエハでのエッチングレート分布）の均一性を改善する。このステップを実施して、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力対ｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減じる（ブロック３５２）。或いは、このステップを実施して、ｆ１周波数でのＶＨＦ電力に対するｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度分布不均一性を減じる（ブロック３５４）。ブロック３５０のステップの代わりに、又はこれに加えて、制御器２７０は、ｆ１かｆ２又はその両方の中心及び端部リターンパスのインピーダンスを調整することにより、プラズマイオン密度分布（又はウエハでのエッチングレート分布）の均一性を改善して、次のいずれかを行う。（ａ）端部に向ってより多くの電流を流して、中心が高い不均一性を抑制する、か（ｂ）中心に向ってより多くの電流を流して、端部が高い不均一性を抑制する（図９のブロック３５６）。

図１０は、図２のリアクタで実施できるプロセスを示す。これは、互いに等しい（又は、互いに少なくとも略等しい）図２の２つのＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２を設定することによるものである。バンドパスフィルタ２５２、２５４は、この場合は、可変リアクタンスとして用い、天井及びウエハで、ＶＨＦ電圧（又は電流）間の位相を制御したり、変えることができる。図１０のブロック３５８のステップにおいて、ＲＦプラズマ電源を、ＶＨＦ周波数で、１つの電極（天井又はウエハ）を通して容量結合し、一方、ＲＦプラズマ電源を、同じＶＨＦ周波数で、対向電極（ウエハ及び天井）を通して容量結合する。ブロック３６０において、可変リアクタンス（例えば、可変バンドパスフィルタ２５２）等の制御要素を、位相を制御するために、図２の対向電極２２６に提供する。ブロック３６２において、可変リアクタンス（例えば、可変バンドパスフィルタ２５４）等の制御要素を、位相を制御するために、電極２０４に提供する。ブロック３６４のステップにおいて、側壁２０２を接地することにより、端部リターンパスを提供する。ブロック３６６のステップにおいて、制御器２７０は、電極と対向電極で、ＶＨＦ電流間の位相差を制御することにより、放射プラズマイオン密度分布の均一性を改善する。このステップを実施して、位相差を１８０度へ動かすことにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減じてもよい（図１０のブロック３６７）。或いは、ブロック３６８のステップを実施して、位相差を０度へ動かすことにより、端部が高いプラズマイオン密度分布を減じてもよい。

図１１に、図５のリアクタを用いて実施できるプロセスを示す。図１１のブロック３７０において、ＲＦプラズマ電源を、夫々、電極（図５の２０４）及び対向電極（図５の２２６）に、ＶＨＦバンドの低領域に両方ともある２つの同様のＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２で。これは、高ＶＨＦ周波数（例えば、１６０〜２００ＭＨｚ）発生器のコストが排除されることから、大幅なコスト削減を表している。図１１のブロック３７２において、電極２０４を、ｆ１の奇数（例えば、第３）調波である共振周波数を有する共振器（図５の２７４）に結合する。これは、ＶＨＦバンドの高領域にあって、奇数（例えば、第３）調波（例えば、１６２ＭＨｚ）でＶＨＦ電力を生成する。ブロック３７４において、個々の中心リターンパスを、例えば、バンドパスフィルタ２５２を提供することにより、ｆ１の第３の調波について、対向電極（図５の２６６）を通して提供する。ブロック３７６において、個々の中心リターンパスを、例えば、バンドパスフィルタ２５４を提供することにより、ＶＨＦ周波数ｆ２について、電極２０４を通して提供する。ブロック３７８において、端部リターンパスを、側壁（図５の２０２）を接地することにより、ｆ２について、及びｆ１の奇数の調波について、側壁を通して提供する。ブロック３８０のステップにおいて、制御器２７０は、バンドパスフィルタ２５２のリアクタンスを調整することにより、ｆ１調波中心リターンパスのインピーダンスを、ｆ１調波端部リターンパスのインピーダンスに対して調整して、中心リターンパスへのｆ１調波での電流の流れを促進する。ブロック３８２のステップにおいて、制御器２７０は、バンドパスフィルタ２５４のリアクタンスを調整することにより、ｆ２端部リターンパスのインピーダンスを、ｆ２中心リターンパスのインピーダンスに対して調整して、側壁へのｆ２周波数での電流の流れを促進する。制御器２７０は、ｆ１及びｆ２発生器間でのＶＨＦ電力比を選択することにより、放射プラズマイオン密度分布の均一性を改善し、プラズマに結合されたｆ１調波電力とｆ２電力間の比を制御する（ブロック３８４）。このステップを実施して、ｆ２周波数でのＶＨＦ電力に対するｆ１周波数で生成されたＶＨＦ電力の比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減じる（ブロック３８６）。或いは、このステップを実施して、ｆ１周波数で生成されたＶＨＦ電力に対するｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度分布不均一性を減じる（図１１のブロック３８８）。ブロック３８４のステップの代わりに、又はこれに加えて、制御器２７０は、ｆ２かｆ１の調波のいずれか又はその両方の中心及び端部リターンパスのインピーダンスを調整することにより、プラズマイオン密度分布の均一性を改善して、次のいずれかを行う。（ａ）端部に向ってより多くの電流を流して、中心が高い不均一性を抑制する、か（ｂ）中心に向ってより多くの電流を流して、端部が高い不均一性を抑制する（ブロック３９０）。

図１２に、図５のリアクタの変形例を用いて実施できるプロセスを示す。ｆ２バンドパスフィルタ２５４、ｆ２発生器及び整合器２４２、２４６の場所が交換されて、両周波数ｆ１、ｆ２が天井電極２０４を駆動する。ブロック３９２において、ＲＦプラズマ電源を、同時に２つの同様の低ＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２で、電極（例えば、図５の天井電極）へ。ブロック３９４で、ｆ１の奇数調波である共振周波数を有する共振器（図５の２７４）を、電極２０４に結合して、奇数調波でＶＨＦ電力を生成する。この周波数アップコンバージョンは、周波数逓倍効果を与えるプラズマの非線形応答により促進される。図１２のブロック３９６において、個々の中心リターンパスを、接地に結合されたバンドパスフィルタ２５２を提供することにより、ｆ１の調波について、対向電極（図５の２２６）を通して提供する。図１２のブロック３９８において、個々の中心接地リターンパスを、接地に結合された図５のバンドパスフィルタ２５４を提供することにより、ＶＨＦ周波数ｆ２について、対向電極を通して提供する。ブロック４００において、図５の側壁２０２を接地することにより、端部リターンパスを、ｆ２及びｆ１の調波について、側壁を通して提供する。ブロック４０２において、制御器２７０は、ｆ１調波中心リターンパスのインピーダンスを、ｆ１調波端部リターンパスのインピーダンスに対して調整して、図５のバンドパスフィルタ２５２を調整することにより、中心リターンパスを通るｆ１調波での電流の流れを促進する。図１２のブロック４０４において、制御器２７０は、図５のバンドパスフィルタ２５４のリアクタンスを調整することにより、ｆ２端部リターンパスのインピーダンスを、ｆ２中心リターンパスのインピーダンスに対して調整して、側壁へのｆ２周波数での電流の流れを促進する。ブロック４０６において、制御器２７０は、ｆ１及びｆ２発生器間でのＶＨＦ電力比を選択することにより、放射プラズマイオン密度分布の均一性を改善し、プラズマに結合されたｆ１調波電力とｆ２電力間の比を制御する。このステップを実施して、ｆ２周波数でのＶＨＦ電力に対するｆ１調波でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減じる（ブロック４０８）。或いは、このステップを実施して、ｆ１調波でのＶＨＦ電力に対するｆ２周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度分布不均一性を減じる（ブロック４１０）。ブロック４０８でのプロセスの代わりに、又はこれに加えて、制御器２７０は、ｆ１調波かｆ２のいずれか又はその両方の中心及び端部リターンパスのインピーダンスを調整することにより、均一性を改善して、次のいずれかを行う。（ａ）端部に向ってより多くの電流を流して、中心が高い不均一性を抑制する、か（ｂ）中心に向ってより多くの電流を流して、端部が高い不均一性を抑制する（図１２のブロック４１２）。

図１３に、図６のリアクタを用いて実施できるプロセスを示す。単一の低ＶＨＦ周波数発生器（約５０〜６０ＭＨｚ）のみを用いて、前述したリアクタにおいて２つの発生器を必要とする機能を実現する。図１３のブロック４１４において、ＲＦプラズマ電源を、基本低ＶＨＦ周波数ｆを含む周波数範囲を有する可変周波数ＶＨＦ発生器２４０から、電極（例えば、図６の天井電極２０４）を通して容量結合する。ブロック４１６において、電極２０４を、基本周波数ｆの奇数調波である共振周波数Ｆを有する共振器２７４に結合して、非線形混合要素として、チャンバ内のプラズマを用いて、奇数調波で、ＶＨＦ電力を生成する。ブロック４１８において、接地に結合したバンドパスフィルタ２５２を提供することにより、個々の中心リターンパスを、対向電極（例えば、図６のＥＳＣ電極２２６）を通して、調波周波数Ｆについて提供する。ブロック４２０において、接地に結合したバンドパスフィルタ２５４を提供することにより、個々の中心リターンパスを、対向電極（例えば、図６の２２６）を通して、基本ＶＨＦ周波数ｆについて提供する。図１２のブロック４２２において、図６の側壁２０２を接地することにより、端部リターンパスを、側壁を通して、両周波数ｆ及びＦについて。図１２のブロック４２４において、制御器２７０は、可変バンドパスフィルタ２５２を調整することにより、Ｆ中心リターンパスのインピーダンスを、Ｆ端部リターンパスのインピーダンスに対して調整して、中心リターンパスへのＦでの電流の流れを促進する。ブロック４２６において、制御器２７０は、可変バンドパスフィルタ２５４を調整することにより、ｆ端部リターンパスのインピーダンスを、ｆ中心リターンパスのインピーダンスに対して調整して、側壁へのｆ周波数での電流の流れを促進する。ブロック４２８において、制御器２７０は、基本ｆでの（又はその近傍での）ＶＨＦ電力対調波ＦでのＶＨＦ電力の比を制御することにより、プラズマイオン密度分布均一性を改善する。これは、ｆからＦへアップコンバートされた電力の比を制御することによりなされる。この比は、ＶＨＦ発生器の可変出力周波数と基本周波数ｆの差を制御することにより制御される。発生器出力周波数が、基本に近づくにつれて、例えば、（第３の）調波Ｆへ変換された可変周波数発生器２４０により生成されたＶＨＦ電力の比が増加する。ＦでのＶＨＦ電力対ｆでのＶＨＦ電力の最大比は、発生器周波数が基本ｆに等しい時に得られる。ブロック４２８のステップを実施して、ｆでのＶＨＦ電力に対するＦでのＶＨＦ電力の比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減じる（図１３のブロック４３０）。或いは、ブロック４２８のステップを実施して、ＦでのＶＨＦ電力に対するｆ周波数でのＶＨＦ電力の比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度分布不均一性を減じる（図１３のブロック４３２）。ブロック４２８のステップの代わりに、又はこれに加えて、制御器２７０は、Ｆかｆのいずれか又はその両方の中心及び端部リターンパスのインピーダンスを調整することにより、均一性を改善して、次のいずれかを行う。各バンドパスフィルタ２５２、２５４を調整することにより、（ａ）端部に向ってより多くの電流を流して、中心が高い不均一性を抑制する、か（ｂ）中心に向ってより多くの電流を流して、端部が高い不均一性を抑制する。

静電チャック２１８を用いると、ウエハ２２０への、又はウエハ２２０からの熱伝達の高レートが、静電チャックがなく熱伝達が乏しい非常に低い（ｍＴ）チャンバ圧力であっても、促進される。この特徴によって、真空ポンプ２２８が、非常に強力なターボポンプとなって、非常に低いチャンバ圧力を求めるチャンバレシピを実行することができる。非常に少ない〜非常に多いプラズマイオン密度（例えば、１０^９〜１０^１１イオン／ｃｃ）を生成し得るＶＨＦ電源２４０、２４２と組み合わせると、これらの特徴は、ウエハ温度及びプラズマイオン密度分布均一性を完全に制御しながら、高バイアス又は高熱負荷で、低チャンバ圧力（ｍＴ範囲）、高プラズマイオン密度（１０^１０〜１０^１１イオン／ｃｃ範囲）の新しい可能性を与えるものである。図１〜６のリアクタに含まれるこれらの特徴は、低チャンバ圧力及び高プラズマイオン密度を必要としながらも、高熱負荷を与える誘電性エッチングプラズマプロセスやプラズマ浸漬イオン注入プロセス等の特定のプロセスのニーズを満たすものである。しかしながら、これらのリアクタは、様々なチャンバ圧力（ｍＴ〜トル）、様々なウエハ熱負荷及び様々なイオン密度（例えば、１０^９〜１０^１１イオン／ｃｃ）で実施することができる。従って、図１〜６のリアクタは、チャンバ圧が高かったり低かったり、そしてプラズマイオン密度が高かったり低かったりするプラズマエンハンスド化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、プラズマエンハンスド物理蒸着（ＰＥＰＶＤ）、プラズマドーピング及びプラズマエンハンスド材料変性等その他のプロセスの実施に用いてもよい。

上記は、本発明の実施形態に係るものであるが、本発明のその他及び更なる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案でき、その範囲は、添付の特許請求の範囲に基づいて定められる。

本発明の上記実施形態が達成され、詳細に理解できるように、上に簡単にまとめた本発明のより具体的な説明を、添付図面に例示されたその実施形態を参照して行う。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示するだけであるため、その範囲を限定するものとは解釈されず、本発明は他の等しく有効な実施形態も含み得ることに留意すべきである。

天井電極に印加された複数のＶＨＦ電源周波数を有するプラズマリアクタを示す図である。 図１Ａのリアクタにおいて、ＲＦ接地リターンパスのインピーダンスを制御する可変リアクタンス又はバンドパスフィルタの要素を示す図である。 対向する電極に印加された異なるＶＨＦ周波数を有するプラズマリアクタを示す図である。 〜 各同心電極に印加された異なるＶＨＦ周波数によるプラズマリアクタを示す図である。 カソード電極に印加された異なるＶＨＦ周波数によるプラズマリアクタを示す図である。 ２つのＶＨＦ電源周波数によるプラズマリアクタを示す図であり、高ＶＨＦ電源周波数が、低ＶＨＦ周波数発生器及び第３の調波共振器を用いて生成される。 ＶＨＦバンドの低部分（例えば、５０〜６０ＭＨｚ）に単一のＶＨＦ可変周波数発生器と、第３の調波共振器とを備えたプラズマリアクタを示す図であり、発生器出力周波数を変えることにより決まる電力レベルで、ＶＨＦバンドの高部分（例えば、１００ＭＨｚを超える）にＶＨＦ周波数成分を生成する。 図１のリアクタを用いて実施できるプロセスを示す図である。 図２のリアクタを用いて実施できるプロセスを示す図である。 図３Ａのリアクタを用いて実施できるプロセスを示す図である。 互いに等しい図２の２つのＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２を設定することにより、図２のリアクタにおいて実施できるプロセスを示す図である。 図５のリアクタを用いて実施されるプロセスを示す図である。 図５のリアクタの変形例で実施できるプロセスを示す図であり、ｆ２バンドパスフィルタ２５４及びｆ２発生器及び整合器２４２、２４６の場所が交換されている。 単一の低ＶＨＦ周波数発生器のみを用いて、図６のリアクタで実施されるプロセスを示す図である。

理解を促すために、図面に共通の同一の要素を示すのに、可能な場合には、同一の参照番号を用いてある。図面は全て概略であり、縮尺は合っていない。

Claims (15)

1. 少なくとも天井電極とワークピースサポート電極とを含む電極を有するプラズマリアクタチャンバにおいて、ワークピースを処理する方法であって、前記方法が、
   各ＶＨＦ周波数ｆ１及びｆ２の各ＲＦ電源を、（ａ）前記電極の夫々か、（ｂ）前記電極の共通する１つに結合する工程であって、中心が高い不均一なプラズマイオン分布を生成するのにｆ１が十分に高く、中心が低い不均一なプラズマイオン分布を生成するのにｆ２が十分に低い工程と、
   ｆ１周波数でのＲＦパラメータ対ｆ２周波数でのＲＦパラメータの比を調整して、プラズマイオン密度分布を制御する工程であって、前記ＲＦパラメータが、（ａ）ＲＦ電力、（ｂ）ＲＦ電圧及び（ｃ）ＲＦ電流のうち１つである工程とを含む方法。
2. ｆ１が約１１０ＭＨｚを超え、ｆ２が約９０ＭＨｚ未満である請求項１記載の方法。
3. 前記調整工程が、ｆ２周波数でのＲＦパラメータに対するｆ１周波数でのＲＦパラメータの比を減じることにより、中心が高いプラズマイオン密度分布を減少する工程を含む請求項１記載の方法。
4. 前記調整工程が、ｆ１周波数でのＲＦパラメータに対するｆ２周波数でのＲＦパラメータの比を減じることにより、端部が高いプラズマイオン密度不均一性を減少する工程を含む請求項１記載の方法。
5. 前記周波数ｆ１及びｆ２要素について、前記天井電極と、前記ワークピースサポート電極の間を直接流れるＲＦ電流に、各中心接地リターンパスを提供する工程と、
   前記各周波数ｆ１及びｆ２について、端部接地リターンパスを提供する工程とを含む請求項１記載の方法。
6. 前記周波数ｆ１に対応する前記中心接地リターンパスの前記インピーダンスを調整して、ｆ１での前記ＲＦ電力が、プラズマイオン密度分布において、中心が高い不均一性を生成する傾向を増大又は減少する工程を含む請求項５記載の方法。
7. 前記周波数ｆ２に対応する前記中心接地リターンパスの前記インピーダンスを調整して、ｆ２での前記ＲＦ電力が、プラズマイオン密度分布において、中心が低い、又は端部が高い不均一性を生成する傾向を増大又は減少する工程を含む請求項５記載の方法。
8. 前記中心接地リターンパスの少なくとも１つのインピーダンスを調整して、プラズマイオン密度分布を制御する工程を含む請求項５記載の方法。
9. 前記インピーダンスを調整する工程を実施して、前記端部接地リターンパス中の前記電流を増大して、中心が高い不均一性を抑制する請求項８記載の方法。
10. 前記インピーダンスを調整する工程を実施して、前記中心接地リターンパス中の前記電流を増大して、端部が高い不均一性を抑制する請求項８記載の方法。
11. 前記結合する工程が、前記周波数ｆ１の前記ＲＦ電源を、前記チャンバの前記天井電極に結合し、前記周波数ｆ２の前記ＲＦ電源を、前記ワークピースサポート電極に結合する工程を含む請求項１記載の方法。
12. 前記結合する工程が、前記周波数ｆ１の前記ＲＦ電源及び前記周波数ｆ２の前記ＲＦ電源を、前記天井電極に結合する工程を含む請求項１記載の方法。
13. 前記結合する工程が、前記周波数ｆ１の前記ＲＦ電源を、第１の天井電極に結合する工程と、前記周波数ｆ２の前記ＲＦ電源を、前記第１の天井電極と同心である第２の天井電極に結合する工程を含む請求項１記載の方法。
14. 前記結合する工程が、ｆ１まで調整された共振器を用い、非線形ミキサとして前記チャンバの前記プラズマを用いて、基本周波数ｆ０から、調波である周波数ｆ１の前記ＲＦ電力を生成する工程である請求項１記載の方法。
15. 前記ワークピースと、前記天井電極の間のギャップを調整することにより、前記プラズマイオン密度分布を調整する工程を含む請求項１記載の方法。

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