JP2014057057A - 増強プラズマ処理システム内でのプラズマ強化エッチング - Google Patents

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Abstract

【課題】一次プラズマ生成領域とセミバリア構造によって一次プラズマ生成領域から分離された二次プラズマ生成領域とを少なくとも有するプラズマ処理チャンバ内で基板をエッチングするための方法を提供する。
【解決手段】一次プラズマ生成領域内で一次フィードガスから一次プラズマを生成する工程、さらに、二次プラズマ生成領域内で二次フィードガスから二次プラズマを生成して、二次プラズマ由来の少なくとも一部の化学種が一次プラズマ生成領域内に移動することを可能にする工程、さらに、一次プラズマが二次プラズマ由来の移動された化学種で増強された後に、一次プラズマで基板をエッチングする工程を備える誘電体エッチング方法。
【選択図】図１

Description

優先権の主張
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、Ｅｒｉｃ Ａ．Ｈｕｄｓｏｎによって２０１２年８月２７日に出願された本願の権利者が所有する米国仮特許出願第６１／６９３，３８２号「Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｉｎ ａｎ Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」の優先権を主張し、この仮出願は参照によってすべてが本明細書に組み込まれる。
基板を集積回路ダイに処理するために、長い間、プラズマ強化処理が利用されてきた。集積回路ダイは、様々な電子デバイスで用いる集積回路にさらに処理されうる。プラズマ強化処理は、例えば、プラズマ強化エッチング、プラズマ強化蒸着、プラズマ強化洗浄などを含む。
プラズマ強化エッチングの分野では、通例、異なる構成ガスを含みうるエッチングフィードガスからプラズマが生成される。フィードガスは、エネルギ源によって励起され、基板の表面をエッチングするためのプラズマを形成する。様々なマスクを用いることにより、異なるパターンが基板の様々な層の上に形成されうる。プラズマ自体は、例えば、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマなど、１または複数のプラズマ生成技術を用いて生成されてよい。
誘電体ウエハ薄膜をエッチングするための市販のプラズマチャンバは、主として、平行板容量結合プラズマ（ＣＣＰ）に基づいている。このタイプのチャンバでは、１または複数のＲＦ周波数でのＲＦ励起が、１または複数のＲＦ源から１または複数の電極に印加され、供給されたエッチングソース（フィード）ガスからエッチングプラズマを生成する。チャンバのエッチング特性は、例えば、圧力、フィードガスの選択、各フィードガスの流量、ＲＦ源のための電力などを含む多くの入力パラメータを変化させることによって制御される。
これらの多くの制御パラメータを用いても、プラズマの化学的特性および物理的特性は、相互に依存しているために、独立して制御することが困難であることが知られている。換言すると、１つの入力パラメータ（ＲＦ電力または圧力など）を変化させると、複数のプラズマパラメータおよび／または複数のエッチング結果パラメータが変化する傾向がある。様々なプラズマ特性および／または様々なウエハエッチング結果の間での相互依存は、現在の誘電体エッチング用途で用いられるタイプの狭ギャップ容量結合プラズマ処理チャンバで増幅される傾向がある。
詳述するために、ＣＦ4フィードガスおよび単一のＲＦ励起周波数のみに基づいた単純なエッチング処理の例を考える。ＲＦ電力が増大されるにつれて、プラズマと表面との相互作用である重合の程度が変化し、通例、最大値まで増大した後に減少する。この挙動は、より低いＲＦ電力でＣＦ4が分解して、重合ラジカル種（ＣＦ2など）を形成することを反映している。より高いＲＦ電力では、これらのラジカルの二次分解により、より小さい重合種（Ｃ＋Ｆなど）が形成される。この現象により、ＲＦ電力設定を用いてプラズマ内での重合度を或る程度制御できる。
しかしながら、入力ＲＦ電力の変化は、プラズマの物理的特性（例えば、プラズマ密度、イオン束、および、イオンエネルギ）にも影響する。これは、プラズマの化学的特性（重合など）の制御が、プラズマの物理的特性（プラズマ密度など）を制御するのと同じパラメータ（ＲＦ電力など）の影響を受ける結果、化学的特性および物理的特性が強く相互依存するからである。
１または複数の入力パラメータが操作された時に、プラズマ特性への影響を分離することができれば、ウエハエッチング結果のより正確な制御と、より広いプロセスウィンドウが可能になりうる。例えば、特定の重合種の密度がイオン束または電子温度から独立して（すなわち、分離されて）制御可能であれば、ウエハエッチング結果のより正確な制御と、より広いプロセスウィンドウが達成されうる。
現在および将来のエッチング仕様を満たすようにエッチングを最適化するために、プラズマ特性の分離および／またはプロセスエッチング結果を改善することが、本発明の様々な実施形態の多くの目標のひとつである。
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本発明を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。
本発明の一実施形態に従って、２つのプラズマ生成領域を備えた増強プラズマ処理チャンバを示す図。
本発明の一実施形態に従って、増強プラズマ処理チャンバを用いて誘電体エッチングを実行するための一般的な方法を示す図。
本発明の様々な実施形態に従って、増強プラズマ処理チャンバを用いて誘電体エッチングを実行するための様々な組み合わせのパラメータを示す図。
以下では、添付図面に例示されたいくつかの実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。
以下では、方法および技術を含め、様々な実施形態について説明する。本発明は、本発明の技術の実施形態を実行するためのコンピュータ読み取り可能な命令を格納するコンピュータ読み取り可能な媒体を含む製品も含みうることに留意されたい。コンピュータ読み取り可能な媒体としては、例えば、コンピュータ読み取り可能な暗号を格納するための半導体、磁気、光磁気、光学、または、その他の形態のコンピュータ読み取り可能な媒体が挙げられる。さらに、本発明は、本発明の実施形態を実施するための装置も含んでよい。かかる装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実行するために、専用および／またはプログラム可能な回路を備えてよい。かかる装置の例は、汎用コンピュータおよび／または適切にプログラムされた専用コンピュータデバイスを含み、本発明の実施形態に関する様々なタスクに適合したコンピュータ／コンピュータデバイスおよび専用／プログラム可能回路を組み合わせたものを含んでもよい。
一般的に、チャンバにおけるエッチング処理の最適化は、入力パラメータが処理結果パラメータに対するそれらの影響について関連性を持つことから、トレードオフを含む傾向にある。１つのエッチング結果パラメータ（例えば、エッチング速度）に関するエッチング仕様を達成するようにエッチング処理を調整すると、しばしば、別のエッチング結果パラメータ（エッチング選択比など）の変化につながり、しばしば、有害な変化を引き起こすいくつかの例では、許容可能なトレードオフを見いだすことができず、与えられたレシピで所望のエッチングを全く達成できない。別の例では、様々なエッチング結果パラメータの間の許容可能なトレードオフを達成する適切な組み合わせの入力パラメータを見いだすために、時間のかかる反復最適化工程が必要になる。
本発明の実施形態は、選択的エッチング結果パラメータの間の相互依存を低減しようとするものである。処理結果パラメータへの影響に関する特定の入力パラメータの間の結びつきを小さくすることによって、他の処理結果パラメータから、より独立した方法で、個々の処理結果パラメータを調整することができる。換言すると、本発明の実施形態は、特定の入力パラメータを変化させることによって、他の処理結果パラメータから実質的に独立して、または、より独立して、特定の個々の処理結果パラメータに影響を与えようとするものである。この分離の正味の効果は、所望のセットの目標処理結果パラメータを備えた処理結果を達成するための入力パラメータ（すなわち、制御パラメータ）の調整が速くなることである。１または複数の実施形態では、より広いプロセスウィンドウが、処理結果パラメータの分離によって達成される。これらの例では、１または複数の入力パラメータが変更された時の処理結果パラメータの結びつきがより強い従来技術のチャンバにおいて以前は利用できなかったレジームなど、以前には利用できなかった新しい基板処理条件が実現されうる。
１または複数の実施形態において、二次プラズマが生成され、基板のエッチングを主に行う一次プラズマに影響を与えるために用いられる。誘電体エッチングの具体例において、ハードウェアの改良は、別個のプラズマ生成領域で生成された二次プラズマで平行板容量結合チャンバを増強することを含む。二次プラズマは、化学的および／または物理的に励起された中性種を一次ウエハ処理プラズマ領域に注入して、基板を処理するための一次プラズマの増強を引き起こす。
１または複数の実施形態において、一次プラズマ（ウエハ表面の直上のウエハ処理プラズマ領域に配置される）および二次プラズマ（別個の二次プラズマ生成領域で生成されウエハ処理プラズマ領域に注入される）は、セミバリア構造によって電気的および物理的に隔てられており、セミバリア構造は、中性種が二次プラズマ生成領域から一次プラズマ生成領域に通過することを許容するが、一次プラズマ生成領域から二次プラズマ生成領域への荷電粒子、プラズマ、および／または、電界の相当量の移行を妨げる。
１または複数の実施形態において、二次プラズマは、独立した励起源（ＲＦ電源またはマイクロ波源など）を有しており、励起源は、一次プラズマ生成領域内の荷電粒子または電界に直接的な影響も有意な影響も与えることなく、二次プラズマに影響するように制御されうる。二次プラズマを生成するために用いられる技術は、任意の特定のプラズマ生成技術に限定されず、例えば、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、ＥＣＲ（電子サイクロトロンプラズマ）などを含みうる。
一実施形態において、一次プラズマ生成領域内の一次プラズマ（すなわち、基板表面をエッチングするために基板表面の上方に配置されたプラズマ）は、容量結合メカニズムによって平行板構成を用いて生成される。この実施形態において、基板は、１または複数のＲＦ信号を印加されたチャック上に配置される。この一次プラズマ生成領域の上側電極は接地されており、１または複数の閉じ込めリングが、一次プラズマをさらに閉じ込めるため、および／または、排出速度を制御するために用いられてよい。一次プラズマは、自身の入力パラメータのセットと一次フィードガスとを用いて生成され、フィードガスは、一次プラズマを形成するための１組の構成フィードガスを含みうる。このＣＣＰ（容量結合プラズマ）構成は、おおよそ容量結合プラズマ処理チャンバの典型例である。
一次プラズマに加えて、二次プラズマが、異なるセットの制御パラメータと、二次プラズマを生成するための１組の構成フィードガスを含みうる二次フィードガスとを用いて、別個の二次プラズマ生成領域で生成される。中性種が、上述のセミバリアを通して二次プラズマから一次プラズマへと移され、基板における処理条件に影響を与え、処理結果を変化させる。１または複数の実施形態において、システムは、二次プラズマに対する一次プラズマ特性の影響を最小化しつつ、一次プラズマに対する二次プラズマ特性の影響を最大化するよう設計される。
二次プラズマのプラズマ特性が、一次プラズマに影響する制御パラメータから実質的に分離されるので、二次プラズマを生成するために導入される新たな制御パラメータは、一次プラズマ制御パラメータと密接な結びつきがないさらなる処理制御パラメータである。
このように、本発明の実施形態は、制御パラメータの分離において大幅な改善を達成し、個々の処理結果を独立的に調整する能力を高める。これにより、トレードオフの制約が小さくなり、１組の処理結果（ここでは、より分離されている）を達成するために、より速くエッチングを最適化できるようになる。さらに、本発明は、従来の方法では実現できない一次プラズマ特性のレジームを切り開いて、新たな処理能力を提供しうる。
さらに、１または複数の具体的な実施形態において、二次プラズマに関連する制御パラメータは、二次フィードガスの解離の制御に重点を置いており、一次プラズマに関連する制御パラメータは、一次フィードガスの電離の制御に重点を置いている。解離を制御するためのメカニズムが、電離を制御するためのメカニズムから分離されるので、処理の最適化が改善されると共に、新たな動作ウィンドウが達成されうる。
本発明の実施形態の特長および利点は、図面と以下の説明を参照すれば、よりよく理解できる。
図１は、本発明の一実施形態に従って、２つの別個のプラズマ生成領域を有する増強プラズマチャンバ１００を示す。図１には、一次プラズマ領域１０２が示されており、その下端を基板１０４によって、上端を上側電極アセンブリ１０６によって規定されている。任意選択的に、１組の閉じ込めリング（従来のリング、図示せず）が、一次プラズマ生成領域の外側で望ましくないプラズマ点火が起きるのを防ぐため、および／または、一次プラズマ生成領域１０２からの副生成排出ガスの排出速度を制御するために、一次プラズマ領域１０２を囲むように用いられてもよい。
図１の実施形態において、基板１０４は、チャック１０８上に載置されており、チャック１０８は、一次プラズマ生成領域１０２のための電力供給された電極として機能する。チャック１０８は、ＲＦ電源１１０によって１または複数のＲＦ信号を印加される。上側電極アセンブリ１０６の下面１０６Ａは接地されており、一次プラズマ生成領域１０２内の一次プラズマのための第２の電極として機能する。一次プラズマは、一次プラズマを形成するための１または複数の構成ガスを含む一次フィードガスから、平行板容量結合プラズマメカニズムを用いて生成される。一次フィードガスは、図１の一次フィードガス供給システム１５２から一次プラズマ領域１０２に直接供給される。
図１の例において、二次プラズマ領域１２０は、下端を上側電極アセンブリ１０６の上面１０６Ｂによって、上端を最上部電極アセンブリ１３２によって規定された別の平行板容量結合構成である。図１の例において、二次プラズマ領域１２０は、チャンバ壁１３４によって規定されているが、任意選択的に、１組の閉じ込めリング（従来のリング、図示せず）が、二次プラズマ生成領域の外側で望ましくないプラズマ点火が起きるのを防ぐため、および／または、二次プラズマ生成領域１２０からの副生成排出ガスの排出速度を制御するために、二次プラズマ領域１２０を囲むように用いられてもよい。最上部電極アセンブリ１３２は、二次プラズマ生成領域の体積および／またはガス滞留時間を制御するために、移動可能であってよい。ガス滞留時間は、副生成物の排出速度を制御することによって制御されてもよい。
上側電極アセンブリ１０６の上面１０６Ｂは接地されており、二次プラズマ生成領域１２０内の二次プラズマのための１つの電極として機能する。最上部電極アセンブリ１３２は、別個のＲＦ電源１３６によって電力供給され、ＲＦ電源１３６は、最上部電極アセンブリ１３２に１または複数のＲＦ信号を供給しうる。二次プラズマは、二次プラズマを形成するための１または複数の構成ガスを含む二次フィードガスから生成される。二次フィードガスは、図１の二次フィードガス供給システム１３４から二次プラズマ領域１２０に直接供給される。
二次プラズマは、平行板容量結合プラズマ生成構成を用いて生成されているが、本発明の実施形態は、二次プラズマを生成するためのこのプラズマ生成技術に限定されないことに注意されたい。二次プラズマは、例えば、１または複数のＲＦコイルまたはアンテナを用いてＲＦエネルギを二次フィードガスに誘導結合する誘導結合プラズマ生成メカニズムを用いて生成されてもよい。代替的または追加的に、二次プラズマは、例えば、マイクロ波源および適切なマイクロ波プラズマ生成チャンバを用いて生成されてもよい。実際、任意の適切なプラズマ生成技術が、二次プラズマを独立的に生成するために用いられてよい。
上述のように、上側電極アセンブリ１０６は、一次プラズマ生成領域１０２および二次プラズマ生成領域１２０の両方のための接地電極として機能する。さらに、１または複数の実施形態において、上側電極アセンブリ１０６は、一次フィードガスを一次プラズマ生成領域１０２に供給するガス供給機能を奏する。例えば、上側電極アセンブリ１０６は、一次フィードガスを一次プラズマ生成領域に供給するためのシャワーヘッド型の構成または注入噴射口型の構成を含みうる。必要であれば、上側電極アセンブリは、上側電極アセンブリ１０６内に組み込まれた流路を通して適切な加熱／冷却流体を循環させる加熱／冷却コイルを設けることによって温度制御されてもよい。
上述のように、二次プラズマ生成領域１２０内の二次プラズマは、一次フィードガスとは異なる構成（例えば、流量および／または構成ガスおよび／または滞留時間）を有する異なる二次フィードガスを用いて生成される。より重要なことに、二次プラズマからの中性種が二次プラズマ生成領域１２０から一次プラズマ生成領域１０２へ移動することは許容されるが、荷電種が一次プラズマ生成領域１０２から二次プラズマ生成領域１２０へ移動することは防止されるのが望ましい。そのために、以下の革新の内の１または複数が用いられてよい。
例えば、二次プラズマ領域における動作条件が、電離よりも二次フィードガスの解離に重点を置くように設定されてよい。詳述すると、解離とは、一般に、化学結合を破壊して中性反応種を生成する電子と中性分子との相互作用を指す。例えば、Ｈ2は２つの水素原子に解離され、両方の原子が中性でありうる。一方、電離とは、一般に、陽イオンおよび電子を生成する電子と中性分子との相互作用を指す。Ｈ2を電離させると、例えば、Ｈ2 +イオンおよび電子が生成される。電離よりも二次フィードガスの解離に重点を置くように二次プラズマ生成用の入力パラメータを設定することによって、より多くの解離された中性種が、二次プラズマ生成領域で得られうる。
別の代替的または追加的な革新として、二次プラズマ生成領域１２０から一次プラズマ生成領域１０２への解離した中性種の移動を促すために、二次プラズマ生成領域１２０内の圧力が、一次プラズマ生成領域１０２内の圧力より高く設定されてもよい。二次プラズマ生成領域内の圧力は、１または複数の実施形態において、中性種の再結合を妨げるように設定されてもよい。
別の代替的または追加的な革新として、二次プラズマ生成領域１０２から一次プラズマ生成領域１２０への解離した中性種の移動を可能にするために上側電極アセンブリ１０６に配置された穴またはスロット１５０が、穴におけるプラズマ形成を妨げるために高アスペクト比を有してよい。穴またはスロットは、代替的または追加的に、一次プラズマ生成領域１０２から二次プラズマ生成領域１２０への中性種の移動を防止するための中性種拡散バリアとして機能するよう設計されてもよい。等しく重要なことは、移動した中性種が一次プラズマ生成領域内で均一に拡散するよう配慮することである。そのため、移動した中性種が基板上で比較的均一に分布するようにして基板にわたる処理の均一性を最適化するために、基板表面の上方に均一または広く分布された穴またはスロットを含む穴またはスロットの配列を用いることが望ましい。
別の代替的または追加的な革新として、二次プラズマ生成領域１２０内の圧力および／または一次プラズマ生成領域１０２内の圧力は、穴またはスロットにおける層流を促すよう設定されてもよい。層流条件は、移動中の中性種と穴またはスロットの壁との間の衝突回数を減らすことによって、一次プラズマ生成領域１０２に供給される前に起こる中性種の再結合を低減する。
より重要なことに、二次プラズマの解離を制御する入力パラメータは、一次プラズマを生成するために用いられる入力パラメータから独立して制御されうる。このように、解離および電離は、より分離された方法で調整されうるため、解離および電離のメカニズムが高度に相互依存して結びついた従来技術のチャンバではこれまで利用できなかった処理条件など、より効率的な処理の調整およびより広い動作条件が実現される。
本発明の実施形態によると、増強プラズマ処理チャンバにおける誘電体エッチングは、一次フィードガスとは構成の異なる二次フィードガスの利用を含む。本発明者は、本明細書において、２つのそれぞれのプラズマ生成領域内でのプラズマ生成のために、二次フィードガス／一次フィードガスの様々な組み合わせを提案する。提案した二次フィードガスから解離された中性種は、一次プラズマ生成領域内での一次プラズマの生成を支配する制御メカニズムから切り離された方法で制御されうる。
二次プラズマ生成領域（プラズマ生成のためにＣＣＰ型のメカニズムを用いうる）への二次フィードガスおよび一次プラズマ生成領域（これも、プラズマ生成のためにＣＣＰ型のメカニズムを用いうる）への一次フィードガスの様々な独自の組み合わせについて以下で説明する。別の実施形態において、別のプラズマ生成メカニズム（誘電結合プラズマまたはＥＣＲまたはマイクロ波など）が、二次プラズマおよび／または一次プラズマを生成するために用いられてもよいことを理解されたい。また、両方のプラズマ生成領域に同じプラズマ生成技術／メカニズムを用いなければならない要件もない。
１または複数の実施形態において、二次フィードガスは、一次フィードガスが含む１セットの構成ガスとは異なるセットの構成ガスを含む。１または複数の実施形態において、これらの構成ガスは、或る構成ガスが一次フィードガス内に存在する場合にその構成ガスは二次フィードガスに利用されず、逆の場合も同様であるという点で、相互排他的である。別の実施形態において、構成ガスは、所与の構成ガス（アルゴンなど）が一次フィードガスおよび二次フィードガスの両方に存在しうる点で、相互排他的ではない。
１または複数の実施形態では、二次プラズマ生成領域から一次プラズマ生成領域に中性種を移動させるのに用いられる穴またはスロット内にポリマが堆積するのを避けるために、フルオロカーボンガス（例えば、ＣＦ4、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3）の内の１または複数など、ポリマ蒸着ガスを二次フィードガスに利用することができない。別の実施形態では、フルオロカーボンガス（例えば、ＣＦ4、Ｃ4Ｈ8、ＣＨＦ3）の内の１または複数などのポリマ蒸着ガスが二次フィードガスに利用されてもよく、二次プラズマ生成領域から一次プラズマ生成領域へ中性種を移動させるのに用いられる穴またはスロットで生じる任意のポリマの堆積は、ウエハレス自動洗浄などの洗浄技術で対処されうる。
図２は、本発明の一実施形態に従って、フィードガスの電離の制御から解離の制御を実質的に切り離した増強プラズマ処理チャンバを用いて誘電体エッチングを実行するための一般的な方法を示す。一般に、本発明の実施形態は、構成ガスを２つの異なるフィードガス（すなわち、二次プラズマ生成領域に供給される二次フィードガスおよび一次プラズマ生成領域に供給される一次フィードガス）に分けることにより、特定の構成ガスの選択的解離を可能にしつつ、その他の構成ガスの解離を許容しない。さらに、二次プラズマ生成領域内でのプラズマ生成および／または解離を制御する入力パラメータは、一次プラズマ生成領域内でのプラズマ生成を制御する入力パラメータから独立している。このように、各プラズマが独立して調整されうるため、一方のプラズマが調整された時、２つのプラズマ間のプラズマ結果の影響または相互依存性またはつながりが、低減、最小化、または、排除される。
図２によると、工程２０２において、二次フィードガスが、二次プラズマ生成領域に供給される。工程２０４において、一次フィードガスが、一次プラズマ生成領域に供給される。工程２０６において、二次プラズマが、二次フィードガスから生成される。同時に、工程２０８において、一次プラズマが、一次フィードガスから生成される。
工程２０６および２０８の間、処理条件（二次プラズマ生成領域内の圧力を高くすること、および／または、二次プラズマ生成領域内での解離に重点を置く処理レジーム、および、一次プラズマ生成領域内での電離に重点を置く処理レジームなど）が、二次プラズマ生成領域内の二次プラズマから一次プラズマ生成領域内の一次プラズマへの反応性中性種の移動を引き起こす。
二次フィードガスの解離は、二次プラズマ生成領域への１組の入力パラメータによって独立的に制御される。二次プラズマ生成領域内でのラジカル種の生成は、二次プラズマを生成するために用いられるＲＦ電力レベル（例えば、最上部電極１３２へのＲＦ電力など）、二次フィードガスの流量、二次フィードガスの滞留時間、および／または、ＲＦ周波数を変化させることによって調整されてよい。
一次プラズマ生成領域内での一次プラズマの生成は、一次プラズマ生成領域への１組の入力パラメータによって独立的に制御される。このように、これらの２つのプラズマは、独立的に生成および調整される。
次いで、二次プラズマから解離された中性種は、一次プラズマを増強するために用いられる。次いで、一次プラズマ生成領域内の増強されたプラズマは、ウエハ表面上の誘電体層をエッチングするために用いられる（工程２１０）。
１または複数の実施形態において、フルオロカーボン（ＦＣ）またはハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が、二次ガスフィード混合物の一部としてのＨ2と組み合わせて、一次ガスフィード混合物で用いられる。これらの組み合わせは、図３に示す表１の行１および行２に挙げられており、フッ素を用いたエッチング用途（例えば、ＳｉＯx、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＮx、ＳｉＣＮなどのエッチング）で有用でありうる。ここで、二次プラズマは、一次プラズマ内および／または基板表面上での重合度を高めるために利用される。
ＦＣまたはＨＦＣの混合物に加えられた少量のＨ2が、より多くのプラズマ重合を引き起こしうることは周知である。１または複数の実施形態によると、二次プラズマはＨラジカルを生成し、それらのラジカルは、一次プラズマに移送され、ウエハ処理領域（すなわち、一次プラズマ生成領域）内できわめて独立的に重合度に影響を与える。
より低い流束のＨが重合を増大させ、その後、（例えば、二次プラズマにおける電力または圧力を高めることによって）Ｈラジカルの流束が増大するにつれて、最終的に、Ｈラジカルは、ポリマをエッチングしうるため重合を減少させ始めると考えられる。二次プラズマから注入されたＨラジカルの効果は、一次ガス混合物にＨ2ソースガスを単に追加するのとは質的に異なると予想される。
１または複数の実施形態において、表１の行１に示した組み合わせは、ＡＲＣ（反射防止膜）オープンなどの用途に有用でありうる。ＡＲＣ層は、いくつかの応用例において、例えば、ＢＡＲＣとしても知られる下部ＡＲＣ、または、ＳｉＡＲＣとしても知られるシリコン含有ＡＲＣであってよい。表１の行１に示したこの組み合わせは、基板表面上のホールまたはビアのＣＤ（クリティカルディメンション）シュリンクにも有用でありうる。この用途では、通例、非常に低い電力（表１の行１に示す電力レジームを参照）が、フィーチャのファセッティングを制御するために必要であるため、十分なポリマを生成するのが難しい。表１の行１の例において二次プラズマ生成領域内でＨ2を事前に解離することにより、ポリマ形成の制御が、一次プラズマ生成領域内のイオン束にもイオンエネルギレベルにも左右されることなく改善される。
あるいは、Ｓｉ系の材料（表１の行２）の一般エッチングのために、Ｈ2が二次プラズマ生成領域に入力されてよく、構成ガスＣＦ4、ＣxＦy、および／または、ＣＨxＦy（ｘおよびｙは整数値）が、一次プラズマ領域に入力されてよい。一次プラズマ生成領域に対する電力レジームは、任意の適切な電力レジーム（表１の行２を参照）でありうる。表１の行２の例において二次プラズマ生成領域内でＨ2を事前に解離することにより、ポリマ形成の分離された制御のために、さらなる独立した制御ノブが提供される。
これらの実施形態の１つの利点は、Ｈ2の大部分が二次プラズマ内で解離されるので、Ｈ2が一次ガス混合物の一部である場合に比べて、Ｈ2分子による真空紫外（ＶＵＶ）放射束がウエハ処理領域（すなわち、基板表面の直上の一次プラズマ生成領域）において大きく低減されうることである。Ｈ2誘導ＶＵＶ放射は強烈であり低誘電率材料を損傷することが知られているため、基板にとって利点がある。
同様の理由で、低誘電率材料の存在下でのフォトレジスト剥離処理が、損傷を起こすＨ2誘導ＶＵＶ放射を大幅に低減しつつ有利なＨラジカルを含むように設計されうる。Ｈラジカルは、Ｏラジカルよりも低誘電率材料に対して引き起こす損傷が少ないことが知られているが、通常、一次ガス混合物内にＨ2ソースガスを用いることなしにＨを生成することは困難である。本発明の例では、Ｈ2は、二次プラズマを形成するための二次ガス混合物の一部であり、一次プラズマに注入されるＨラジカルを供給するが、一次プラズマにＨ2をほとんど供給しない。一次プラズマ用のソースガスは、例えば、プラズマを維持するためのＮ2もしくはその他のほとんど害のないおよび／または不活性のガスを含むと共に、衝撃用のイオンを供給しうる。
二次プラズマに重合化学物質を導入するのが望ましい場合、二次ガス混合物は、必要であれば、重合する構成ガスの一部または全部を含んでよい。この場合、重合ガスの一部または全部は、一次プラズマ生成領域に入る前に、二次プラズマ生成領域内で事前に解離されてよい。例えば、典型的な酸化物エッチング剤には、Ｃ4Ｆ8、Ｏ2、および、Ａｒが含まれうる。１または複数の実施形態では、Ｃ4Ｆ8の一部または全部ならびに／もしくはＡｒの一部または全部が、事前解離のために二次プラズマ生成領域に入力されてよい。この実施形態では、一次プラズマ生成領域のみにＯ2が入力されてよい。逆に、別の実施形態では、Ｏ2が事前解離のために二次プラズマ生成領域に入力されて、Ｃ4Ｆ8およびＡｒが一次プラズマ生成領域に入力されてもよい。
別のカテゴリの用途は、フッ素を用いたエッチング用途（例えば、ＳｉＯx、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＮx、ＳｉＣＮなどのエッチング）であり、二次プラズマは、一次プラズマにおける重合度を減少させるために用いられる。これは、二次処理ガス混合物の一部としてのポリマ抑制ガス（Ｏ2、Ｎ2、ＮＦ3、など）と組み合わせて、一次処理ガス混合物の一部としてフルオロカーボン（ＦＣ）またはハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を選択することによって実現される。一般的な用途には、トレンチエッチング、マスクオープン、バリアオープンなど、フルオロカーボンを用いた誘導体エッチングが含まれる。これらの用途は、表１の行３に示されており、一次プラズマ生成領域のための電力レジームが低バイアスである。
ＦＣまたはＨＦＣ混合物に加えられた少量のＯ2、Ｎ2、ＮＦ3が、ポリマをエッチングするように作用するので、プラズマ重合を減少させることが周知である。１または複数の実施形態において、二次プラズマは、一次プラズマに移送されるＯ、Ｎ、Ｆ、および／または、ＮＦxのラジカルを生成して、ポリマ抑制ガスを一次処理ガス混合物に単に加えることによる従来技術では達成しえない程度の制御および分離をもって、一次プラズマ内での重合度に影響を与える（エッチャントまたは酸化剤の制御によってポリマ除去の程度に影響を与えることによる）。
１または複数の実施形態において、ＮＦ3およびＡｒが事前解離のために二次プラズマ生成領域に入力され、フルオロカーボンガスおよびＯ2が一次プラズマ生成領域に入力される。一実施形態では、シリコン製の最上部電極が、二次プラズマ生成領域で用いられており、二次プラズマ生成領域内でエッチング反応から化学的に生成されたＳｉＦx（例えば、ＳｉＦ、ＳｉＦ2、ＳｉＦ3、ＳｉＦ4など）が、二次プラズマ生成領域から一次プラズマ生成領域へ注入されてもよい。このアプローチは、ＳｉＦx注入のより良好および／またはより独立した制御を可能にしうるものであり、例えば、セルエッチング用途に有用でありうる。
別のカテゴリの用途は、二次プラズマの別の役割を利用したものである。前のカテゴリのように化学的に活性化されたラジカル種を注入する代わりに、これらの実施形態における二次プラズマの役割は、準安定励起電子状態の原子および分子ならびに高度に励起された振動状態の分子など、超高温の高エネルギ種を注入することである。これらの用途は、表１の行４および行５に示されている。
例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、および／または、Ｘｅを二次処理ガス混合物に含めて、準安定状態のこれらの原子をウエハ処理プラズマに注入してよい。代替的または追加的に、Ｎ2は、典型的なプラズマ条件下で、かなりの密度の準安定分子および振動励起状態を形成して、比較的低い解離度を有することが知られているので、Ｎ2を二次処理ガス混合物に含めてもよい。これらの高エネルギ種と一次プラズマとの相互作用は、基底電子状態および熱運動化された振動状態で導入された一次処理ガス混合物内の原子および分子と比較すると異なっている。特に、高エネルギに励起された原子および分子は、より低いイオン化閾値を有しており、一次プラズマの電子温度（Ｔｅ）を低下および／またはプラズマ密度を増大させる傾向がある。
ＲＦ電力および圧力など、二次プラズマの制御パラメータが、ウエハ処理一次プラズマへの高エネルギ種の注入を独立して変化させるために利用されうる。これらの二次制御パラメータは、一次制御パラメータからかなり分離された結果を生成するように一次プラズマ条件に影響を与えることが好ましい。さらに、プラズマ密度を犠牲にすることなく、より低い電子温度の一次プラズマを生成できるため、従来技術のハードウエアおよび方法で通常は利用できない高イオン束／低解離プラズマのレジームを可能にすることが好ましい。用途には、高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）エッチングまたはセルエッチングが含まれ、これらの用途での電力レジームは、一次プラズマ生成領域内に高密度プラズマを伴う高バイアスでありうる。
別の用途は、低損傷フォトレジスト剥離を含み（表１の行６を参照）、フォトレジスト剥離を実行しつつ、低誘電率材料（ビアの側壁または底部などの材料）への損傷を防ぐことが望ましい。この用途では、Ｈ2および／またはＮ2が、水素ラジカル（Ｈ2と比較して低誘電体損傷ＶＵＶ放射を生成する傾向が低い）および／または窒素ラジカルを形成するために事前解離に向けて二次プラズマ生成領域へ入力されてよい。さらに、水素ラジカルおよび／または窒素ラジカルは、一次プラズマ生成領域内でイオン束を増加させることなく増加されうる。イオン束が増加すると低誘電率材料を劣化させる傾向があるので、低誘電率材料への損傷を避けるのに有利である。必要であれば、例えば、一次プラズマ生成領域にＣＯ2が入力されてもよい。一次プラズマ生成領域における好ましい電力レジームは、一実施形態では、低バイアスである。
別のカテゴリの用途は、二次プラズマのみが電力供給される点でいくぶん異なる。このカテゴリの用途の一例が、表１の行７に示されており、完全プラズマ処理がマルチステップ処理シーケンスの一部の工程にのみ必要である状況で有用である。これらの実施形態では、特定の工程について、ダウンストリームプラズマ条件（例えば、ダウンストリーム剥離またはダウンストリームエッチング）でウエハを処理するのが望ましく、そうすれば、活性化された中性種（ラジカルなど）が基板に到達するが、直接的なプラズマの接触はない。これは、一次プラズマからのイオン衝撃も電子衝撃もない非常に化学的な処理レジームを達成する。この処理レジームは、例えば、他のエッチングに用いられるのと同じツール内で、ポリマを硬化させる（マスク硬化）、エッチングされたフィーチャを脱フッ素化して空気中での金属腐食を防ぐ、または、フォトレジストを剥離する、などに有用でありうる。このように、従来技術のハードウェアの場合のようにダウンストリーム剥離／ダウンストリームエッチングのために別のチャンバを利用する必要なく、エッチングおよびダウンストリーム剥離／ダウンストリームエッチングの両方に、同じエッチングチャンバを利用できる。
本発明の１または複数の実施形態は、プロセスパラメータを調整して目標のプロセスパラメータ結果を達成するための単純な移行経路に関する。二次プラズマ生成領域へのＲＦ電力がオフにされ、二次フィードガスが二次プラズマ生成領域に注入されて、単に一次プラズマ生成領域に拡散または移動することを許容されている（または、すべてのフィードガスが一次プラズマ生成領域に入力される）場合、この状況は、すべての構成ガスが単一のプラズマ生成領域に注入される従来技術のチャンバを用いたシナリオに類似する。これは、チャンバのオペレータが最適化処理を開始するための便利で使いやすい開始点を提供する。二次プラズマ生成領域へのＲＦ電力をオンにすることにより、従来技術では利用できなかった方法で二次フィードガスの解離を制御するための独立した制御ノブが提供される。二次プラズマ生成領域へのＲＦ電力をオンにすることは、分離された処理調整への漸進的な導入をチャンバのオペレータに提供し、改良された調整処理の中断のない漸進的な性質と、最適化が周知の従来技術に類似した開始点から始まるという事実とによりトレーニングが簡単になる。
上記からわかるように、本発明の実施形態は、入力パラメータが処理結果への影響につてより関連しないようにすることによってプロセスウィンドウを開く。したがって、相互依存した処理結果の間のトレードオフが少なくなり、処理結果がより分離されている場合には、１つの処理結果を目標とした変化が別の処理結果に与える影響が小さくなるので、一連の所望の処理結果を達成するために、より迅速に処理調整を実行することができる。誘電体エッチング用途において、解離と電離とを切り離すことは、より迅速な処理調整によって高水準の処理結果を達成することを可能にする、または、従来技術の誘電体エッチングチャンバでは利用できないウエハ処理条件の利用を可能にする。様々なエッチング用途または様々なエッチング効果を改善するために、様々な組み合わせの一次および二次フィードガスを提案した。
さらに、本発明の実施形態は、既存の処理最適化方法へ漸進的に移行するのを容易にする。ツールのオペレータは、二次プラズマ生成領域への電力をオフにすることによって現行のレシピを開始点として開始し、二次プラズマ生成領域への電力を徐々に供給することおよび／または他の入力パラメータを変化させることによって本発明の実施形態の分離の利点を漸進的に利用することができる。これは、ツールオペレータにとって選択のリスクが高くなる傾向のあるより中断的なアプローチに比べて、トレーニングおよび利用に関して際立った利点がある。
以上、いくつかの好ましい実施形態を参照しつつ本発明を説明したが、本発明の範囲内で、種々の代替物、置換物、および、等価物が可能である。本明細書では様々な例を提供したが、これらの例は、例示を目的としたものであり、本発明を限定するものではない。また、発明の名称および発明の概要は、便宜上、本明細書で提供されているものであり、特許請求の範囲を解釈するために用いられるべきものではない。さらに、要約書は、非常に簡潔に書かれており、便宜上提供されているものであるため、特許請求の範囲に記載された発明全体を解釈または限定するために用いられるべきではない。「セット（組）」という用語が用いられている場合には、かかる用語は、一般的に理解される数学的な意味を持ち、０、１、または、２以上の要素を網羅するよう意図されている。また、本発明の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、置換物、および、等価物の全てを網羅するものとして解釈される。

Claims (21)

  1. 一次プラズマ生成領域と、セミバリア構造によって前記一次プラズマ生成領域から分離された二次プラズマ生成領域とを少なくとも有するプラズマ処理チャンバ内で基板をエッチングするための方法であって、
    一次フィードガスを前記一次プラズマ生成領域内に供給する工程と、
    前記一次フィードガスとは異なる二次フィードガスを前記二次プラズマ生成領域内に供給する工程と、
    前記一次フィードガスから一次プラズマを生成する工程と、
    前記二次フィードガスから二次プラズマを生成する工程と、
    前記一次プラズマと前記二次プラズマ由来の中性種とを少なくとも用いて前記基板をエッチングする工程であって、前記中性種は、前記セミバリア構造を越えて前記二次プラズマ生成領域から前記一次プラズマ生成領域に移動する、工程と、
    を備える、方法。
  2. 請求項１の方法であって、
    前記エッチングは誘電体エッチングである、方法。
  3. 請求項１の方法であって、
    前記二次プラズマ生成領域内の圧力は前記一次プラズマ生成領域内の圧力より大きい、方法。
  4. 請求項１の方法であって、
    前記二次フィードガスは非重合性ガスである、方法。
  5. 請求項１の方法であって、さらに、
    前記二次フィードガスの解離に重点を置くように前記二次プラズマ生成領域のための入力パラメータを設定する工程を備え、
    前記二次フィードガスはＨ2を含む、方法。
  6. 請求項５の方法であって、
    前記一次フィードガスは、ＣＦ4、ＣxＦy、および、ＣＨxＦyの内の少なくとも１つを含み、
    ｘおよびｙは整数値である、方法。
  7. 請求項１の方法であって、さらに、
    前記二次フィードガスの解離に重点を置くように前記二次プラズマ生成領域のための入力パラメータを設定する工程を備え、
    前記二次フィードガスは、Ｏ2、Ｎ2、および、ＮＦ3の内の少なくとも１つを含む、方法。
  8. 請求項７の方法であって、
    前記一次フィードガスは、アルゴンおよびフルオロカーボン含有ガスの内の少なくとも１つを含む、方法。
  9. 請求項１の方法であって、さらに、
    前記二次フィードガスの解離に重点を置くように前記二次プラズマ生成領域のための入力パラメータを設定する工程を備え、
    前記二次フィードガスは、アルゴンおよびＮ2の内の少なくとも１つを含む、方法。
  10. 請求項９の方法であって、
    前記一次フィードガスは、アルゴン、Ｏ2、および、フルオロカーボン含有ガスの内の少なくとも１つを含む、方法。
  11. 請求項１の方法であって、さらに、
    前記二次フィードガスの解離に重点を置くように前記二次プラズマ生成領域のための入力パラメータを設定する工程を備え、
    前記二次フィードガスはＮ2を含む、方法。
  12. 請求項９の方法であって、
    前記一次フィードガスはＣＯ2を含む、方法。
  13. 請求項１の方法であって、さらに、
    前記二次フィードガスの解離に重点を置くように前記二次プラズマ生成領域のための入力パラメータを設定する工程を備え、
    前記二次フィードガスはＨ2を含み、前記一次フォードガスはＮ2を含む、方法。
  14. 一次プラズマ生成領域と、セミバリア構造によって前記一次プラズマ生成領域から分離された二次プラズマ生成領域とを少なくとも有するプラズマ処理チャンバ内で基板をエッチングするための方法であって、
    一次フィードガスを前記一次プラズマ生成領域内に供給する工程と、
    前記一次フィードガスとは異なる二次フィードガスを前記二次プラズマ生成領域内に供給する工程と、
    前記一次フィードガスから一次プラズマを生成する工程と、
    前記二次フィードガスから二次プラズマを生成する工程と、
    前記一次プラズマと前記二次プラズマ由来の中性種とを少なくとも用いて、前記基板をエッチングする工程であって、前記中性種は、前記バリア構造を越えて前記二次プラズマ生成領域から前記一次プラズマ生成領域に移動する、工程と、
    その後、前記一次プラズマ生成領域への電源をオフにすることによって、前記一次プラズマの形成を抑制する工程と、
    別の二次フィードガスを前記二次プラズマ生成領域内に供給して、別の二次プラズマを生成する工程と、
    その後、前記別の二次プラズマからの化学種が前記バリア構造を越えて移動した後に、前記別の二次プラズマからの前記化学種を用いて前記基板にダウンストリームプラズマ処理を実行する工程と、
    を備える、方法。
  15. 請求項１４の方法であって、
    前記エッチングは誘電体エッチングである、方法。
  16. 請求項１５の方法であって、
    前記別の二次フィードガスはＨ2を含む、方法。
  17. 請求項１４の方法であって、さらに、
    前記二次フィードガスおよび前記別の二次フィードガスの内の少なくとも一方の解離に重点を置くように前記二次プラズマ生成領域のための入力パラメータを設定する工程を備える、方法。
  18. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記ダウンストリームプラズマ処理は脱フッ素化である、方法。
  19. 一次プラズマ生成領域と、セミバリア構造によって前記一次プラズマ生成領域から分離された二次プラズマ生成領域とを少なくとも有するプラズマ処理チャンバ内で基板をエッチングするための方法であって、
    一次フィードガスを前記一次プラズマ生成領域内に供給する工程と、
    前記一次フィードガスとは異なる二次フィードガスを前記二次プラズマ生成領域内に供給する工程と、
    容量結合メカニズムを用いて、前記一次フィードガスから一次プラズマを生成する工程と、
    前記二次フィードガスから二次プラズマを生成する工程と、
    前記一次プラズマと前記二次プラズマ由来の中性種とを少なくとも用いて前記基板をエッチングする工程であって、前記中性種は、前記セミバリア構造を越えて前記二次プラズマ生成領域から前記一次プラズマ生成領域に移動する、工程と、
    を備える、方法。
  20. 請求項１９の方法であって、
    前記二次プラズマを生成する工程は、容量結合メカニズムを用いる、方法。
  21. 請求項１９の方法であって、
    前記セミバリア構造は、１組の穴を備え、前記１組の穴に含まれる各穴は、前記各穴の中でのプラズマの形成を阻害するよう構成された高アスペクト比を有する、方法。
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