JP2015062225A - 小容積の密閉プロセスリアクタ内において圧力パルスとｒｆ変調とを協調させるためのシステム、方法、および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理において、プロセスガスの周縁コンダクタンスを動的に変化させるよう制御するための、システム、方法及び装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理空間１１０は、処理チャンバ２０１よりも小さい容積を有する。プラズマ処理空間１１０は、上部１０８と、内表面１０８Ａに相対する表面１０１Ａと、少なくとも１つの排出口１１６を含むプラズマ密閉構造１１４とによって画定される。少なくとも１つの排出口１１６に近接して、コンダクタンス制御構造が可動式に配され、少なくとも１つの排出口１１６を通る排出流を、第１の流量と第２の流量との間で制御し、コンダクタンス制御構造２０２は、排出流量を制御し、プラズマプロセス中にコントローラ１１９によって設定される選択された処理状態に対応して、少なくとも１つのＲＦソースが調節されるとともに少なくとも１つのプロセスガス流量が調節される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、総じて、プラズマエッチングプロセスに関し、特に、プラズマエッチングプロセスを制御するための方法およびシステムに関する。

半導体デバイスの寸法は、さらに高いパフォーマンスでさらに多くのデバイスをウエハごとに可能にするために、いっそうの縮小を迫られている。半導体デバイスの寸法の縮小が進むにつれて、さらに高密度で実装されたさらに小型のデバイスを高い歩留まりで実現するために必要とされるプロセス技術に新たな課題が生じている。これらのプロセス要件は、ダイにおける、および半導体ウエハ全域にわたる、両方のエッチング要件を満たすために、プラズマの化学的状態（ラジカル、ニュートラル、およびイオン）を精密制御することを要求するものである。

図１は、代表的な小ギャッププラズマ処理チャンバ１００の概略を示した側面図である。プラズマ処理チャンバ１００の上部１０８の実質的に中央の場所１０４を通ってプロセスガス１０２が注入される。プロセスガス１０２は、処理対象とされる半導体ウエハ１０１を覆うように画定されたプラズマ処理空間１１０に注入される。半導体ウエハ１０１は、ウエハサポート１０６上で支持される。

プロセスガス１０２は、プラズマ処理空間１１０内において、プラズマ処理空間の周縁のプラズマ密閉構造１１４に向かって実質的に半径方向１１２に流れる。周縁部１１４では、プロセスガス１０２およびプラズマプロセス副生成物が周縁の通気孔１１６を通って１つ以上の真空ポンプへ排出される。

代表的なプラズマプロセスは、一定のプロセスガス１０２圧力および流量で実施される。一定のプロセスガス１０２圧力および流量は、多くの場合、圧力を半径方向に分布させる。例えば、プラズマ処理空間１１０のそれぞれの部分１２０、１２２、１２４、１２６における圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、対流およびその他の要因によってばらつきがある。

必要とされているのは、プラズマ処理空間１１０内に圧力の急速な変化を引き起こすためにプロセスガスの周縁コンダクタンスを動的に変化させる、および制御するための、システム、方法、および装置である。

概して、本発明は、プラズマ処理空間１１０内に圧力の急速な変化を引き起こすためにプロセスガスの周縁コンダクタンスを動的に変化させる、および制御するための、システム、方法、および装置を提供することによって、これらの必要性を満たすものである。なお、本発明は、プロセス、装置、システム、コンピュータ可読媒体、またはデバイスを含む、数々の形態で実現可能であることがわかる。本発明の幾つかの発明的実施形態が、以下で説明される。

一実施形態は、処理チャンバと、該処理チャンバに含められたプラズマ処理空間とを含む、プラズマ処理システムおよびプラズマ処理方法を提供する。プラズマ処理空間は、処理チャンバよりも小さい容積を有する。プラズマ処理空間は、上部電極と、該上部電極の表面に相対する基板支持表面と、少なくとも１つの排出口を含むプラズマ密閉構造とによって画定される。少なくとも１つの排出口に近接して、コンダクタンス制御構造が可動式に配され、少なくとも１つの排出口を通る排出流を、第１の流量と第２の流量との間で制御することができる。コンダクタンス制御構造は、排出流量を制御し、プラズマプロセス中にコントローラによって設定される選択された処理状態に対応して、少なくとも１つのＲＦソースが調節されるとともに少なくとも１つのプロセスガス流量が調節される。

別の一実施形態は、チャンバのプラズマ処理空間内においてｉｎ−ｓｉｔｕで（インサイチュで、その場で）圧力を調節する方法を提供する。プラズマ処理空間は、上部電極の表面と、基板サポートの支持表面と、プラズマ密閉構造によって画定される外側領域とによって画定される。プラズマ密閉構造は、少なくとも１つの排出口を含む。方法は、プラズマ処理空間に少なくとも１種のプロセスガスを注入することと、プラズマ処理空間内においてプラズマを発生させることと、プラズマ処理空間内においてプラズマが発生される期間中にプラズマ処理空間に印加される圧力およびＲＦ信号を調節することと、を含む。圧力の調節は、少なくとも１つの排出口からプラズマ処理空間を出て行く第１の排出流および第２の排出流の少なくとも一方によって制御され、第１の排出流は、上記少なくとも１つの排出口から出て行く制限された流路であり、第２の排出流は、第１の排出流よりも大きく、また、上記少なくとも１つの排出口から、第１の排出流よりも制限が少ない流路を通って出て行く。

さらに別の一実施形態は、基板サポートと、上部電極と、基板サポートを取り巻くように配された密閉構造とを、基板サポートと、上部電極と、密閉構造との間にプラズマ処理空間が画定されるように含む、チャンバを提供する。上部電極および密閉構造の少なくとも１つに、少なくとも１つのＲＦソースが結合される。密閉構造は、基板サポートを取り巻く複数の排出口を含む。プラズマ処理空間の外側には、排出口に近接してコンダクタンス制御構造が配され、該コンダクタンス制御構造は、コンダクタンス制御構造を第１の位置と第２の位置との間で移動させる位置決め作動器を有し、第１の位置は、コンダクタンス制御構造を複数の排出口のすぐ隣りに配し、第２の位置は、コンダクタンス制御構造を複数の排出口から離れた場所に配する。少なくとも１つのＲＦソースは、コンダクタンス制御構造の第１の位置および第２の位置に対応するように調節することができる。プラズマ処理空間内へのガス流もまた、コンダクタンス制御構造の第１の位置および第２の位置に対応するように調節することができる。

本発明の原理を例として示した添付の図面とあわせてなされる以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点が明らかになる。

本発明は、添付の図面とあわせてなされる以下の詳細な説明によって、容易に理解される。

代表的な小ギャッププラズマ処理チャンバの側面の簡易模式図である。

本発明の一実施形態にしたがった、小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。 本発明の一実施形態にしたがった、小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。

本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。

本発明の一実施形態にしたがった、コンダクタンス制御構造およびプラズマ密閉構造の詳細な断面図である。

本発明の一実施形態にしたがった、コンダクタンス制御構造３０２およびプラズマ密閉構造の詳細な斜視図である。

本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの模式図である。

本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの簡易断面図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの簡易断面図である。

本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムにおけるプラズマ密閉構造の底側部分、すなわち実質的に水平な部分の一部分の詳細な図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムにおけるプラズマ密閉構造の底側部分、すなわち実質的に水平な部分の一部分の詳細な図である。

本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの簡易断面図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの簡易断面図である。 本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステムの簡易断面図である。

本発明の一実施形態にしたがった、コンダクタンス制御構造の分解図である。

本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内において圧力を変動させるにあたって実施される方法動作を示したフローチャートである。

本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における複数の圧力サイクルを表したグラフである。

本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における複数の圧力サイクルを表したグラフの一部分の詳細な図である。

本発明の実施形態にしたがった、圧力変化率を表したグラフである。

本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における圧力波の進行を示した図である。 本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における圧力波の進行を示した図である。 本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における圧力波の進行を示した図である。 本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における圧力波の進行を示した図である。 本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における圧力波の進行を示した図である。 本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における圧力波の進行を示した図である。

本発明の実施形態にしたがった、イオン束密度およびニュートラル束密度を表したグラフである。

先行技術による定圧エッチングプロセスの結果を撮影した一連の写真である。

本発明の実施形態にしたがった、定圧エッチングプロセスをパルス圧力エッチングプロセスと比較した図である。

本発明の実施形態にしたがった、圧力と側方エッチングとの関係を示したグラフである。

本発明の実施形態にしたがった、高アスペクト比コンタクト特徴の簡易模式図である。

本発明の実施形態にしたがった、コンピュータシステムの簡易模式図である。

本発明の実施形態にしたがった、電子、イオン、およびラジカルの崩壊率を表したグラフである。

本発明の実施形態にしたがった、圧力パルスおよびＲＦ変調の複数のタイミングシーケンスを表したグラフである。

本発明の実施形態にしたがった、ガスのみの調節を示したグラフである。

本発明の実施形態にしたがった、ガスおよびＲＦの調節を示したグラフである。

本発明の実施形態にしたがった、ガスおよびＲＦの調節を示したグラフの一部分の詳細な図である。

本発明の実施形態にしたがった、ガスおよびＲＦの調節を示したグラフの一部分のさらに詳細な図である。

本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内において圧力を変動させる、および少なくとも１つのＲＦソースを調節するにあたって実施される方法動作を示したフローチャートである。

プラズマ処理空間内に圧力の急速な変化を引き起こすためにプロセスガスの周縁コンダクタンスを動的に変化させる、および制御するための、システム、方法、および装置の、幾つかの代表的な実施形態が説明される。当業者にならば、本明細書に明記された具体的詳細の一部または全部を伴わなくても本発明が実施されえることが、明らかである。

提案される１つのシステムおよび方法は、処理されている表面と、プラズマ密閉構造の上面と、プラズマ密閉構造の外縁との間の空間として画定される小さなプラズマ処理空間を提供する。プラズマ密閉構造の外周部近くにおける、１つ以上の使用場所ガスコンダクタンス制御メカニズムは、処理チャンバ全体の圧力を変化させることによって実現可能であるよりも速い局所的な圧力変化を可能にする。

プロセスガスおよび副生成物の周縁コンダクタンスへのガスコンダクタンス変化の導入は、処理されている表面（例えばウエハ表面）の上のプラズマ処理空間内に圧力の急速な変化を生じさせることによって実現することができる。１つのアプローチは、プラズマ処理空間から流れ出るガス（例えばプロセスガスおよびプラズマ副生成物）の速度をコンダクタンス制御リングによって制御する。ウエハの上のプラズマ処理空間内の圧力を変動させるためには、プラズマ密閉構造内の排出口の少なくとも一部分を通る排出流を、実質的に完全に流れが制限された状態と実質的に完全に流れが未制限の状態との間で制限を増すようにまたは制限を減らすように変動させることができる。プラズマ密閉構造内の排出口の制限の増加または減少は、プラズマ密閉構造の周辺部の一連の排出口の近くまたは周りに位置付けられたコンダクタンス制御リングの少なくとも一部分をずらす、移動させる、または回転させることによって実施することができる。

コンダクタンスプロフィールは、コンダクタンス制御リングの速度プロフィールをずらす、移動させる、または回転させることによって選択することができる。コンダクタンス制御リングの制御運動は、プラズマ密閉構造の周辺部の排出口に対して直線的または回転性であってよい。コンダクタンス制御リングの制御運動の時間プロフィールは、プラズマ処理空間内において、対応する圧力調節を時間に対して提供することができる。

プラズマ処理空間における圧力の変動は、イオン対ニュートラル比、イオンエネルギ、ＩＥＤＦ、およびＩＡＤＦなどの幾つかのパラメータを変動させるまたは調節することができる。低圧力では、ウエハ表面の上のプラズマシース（電圧降下）に進入するイオンどうしの衝突が少ない。イオン衝突の減少は、プラズマシースにおよび処理されている基板の表面に実質的に垂直な方向にプラズマシースから出て行くイオンを増加させる。その結果、イオン衝突の減少は、処理されている基板の表面に存在する特徴に進入するイオンの指向性を向上させる。

さらに、圧力が変化するにつれて、有効プラズマ密度および面積比が変化する。有効プラズマ密度および／または面積比の変化は、イオンエネルギ分布関数（ＩＥＤＦ）も低イオンエネルギ比から高イオンエネルギ比に変化させる。イオンエネルギ分布関数は、プラズマ処理空間内におけるプロセスのプラズマ処理パフォーマンスに作用するように調整することができる。

例えば、イオン対ニュートラル束の精密な制御は、エッチング中に優れたマスクプロフィールを維持するために使用される重要な動作パラメータの１つである。エッチング中における優れたマスクプロフィールは、最終的なエッチングプロフィールの質に直接的に影響する。

プロセスの化学的状態の変化に伴ってニュートラル束に対するイオンを所望の状態に制御して、次世代エッチングプロセスの要件を満足させるためには、プラズマ処理空間内の高速圧力パルスを、ＲＦ電力供給、および／またはプロセスガスの化学的状態の調節、および／またはウエハ温度の提供と同期化させることもできる。プラズマ処理空間内の圧力パルスは、エッチングされている特徴に対するプラズマの化学的状態を制御して、それによって選択性、プロフィール制御、および半径方向均一性を向上させることもできる。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、小容積プラズマ処理チャンバシステム２００の模式図である。小容積プラズマ処理チャンバシステム２００は、処理チャンバ２０１と、１つ以上のガスソース１０２と、１つ以上のＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂと、処理チャンバおよびガスソースに結合されたコントローラ１１９とを含む。処理チャンバ２０１は、内壁２０１Ａ〜Ｄによって画定され、基板１０１を支持するための基板サポート１０６を含む。

処理チャンバ２０１は、プラズマ処理空間１１０も含む。プラズマ処理空間１１０は、プラズマ処理チャンバの上部１０８の内表面１０８Ａ（例えば、ＲＦソース１１７Ｂに結合された上部電極の表面）と、基板１０１が存在しない場合は基板サポート１０６（例えば、ＲＦソース１１７Ａに結合された底部電極）の表面１０６Ａ、１０６Ｂと、基板が存在するときは表面１０６Ａおよび基板１０１の表面１０１Ａと、によって画定される。プラズマ処理空間１１０は、通常は、処理チャンバ２０１の総容積の約１０パーセント未満である。プラズマ密閉構造１１４は、プラズマ処理空間１１０の外周部を画定している。

プラズマ密閉構造１１４は、複数の排出口１１６を含む。排出口１１６に対して所望レベルの制限を加えるために、コンダクタンス制御構造２０２に位置決め作動器２０７が結合される。排出口１１６は、排出口１１６のすぐ隣りに配されたコンダクタンス制御構造２０２によって、図２Ａに示されるように、排出口を通るガス排出流を最小限に抑えるように実質的に完全に制限することができる。制限された排出口１１６は、プラズマ処理空間１１０から出て行くプロセスガスおよびプラズマ副生成物１１７の流れを制限し、そうして、プラズマ処理空間１１０内の限られた空間内でのみ圧力を増加させる。

排出口１１６が制限されているときは、プラズマ処理空間１１０内の圧力は、１００ｍｓごとに最大約２０ミリトールの率で増加することができる。多くのプラズマプロセスでは、プラズマ処理空間１１０内における圧力増加は、約５ミリトールのように比較的小さくても、所望の効果を生じさせるのに十分な圧力変化である。制限された排出口１１６は、さらに時間が許されれば、約５０ミリトールまたはそれを上回る圧力増加をプラズマ処理空間１１０内に生じさせることができる。

例えば、もし、５ミリトールの圧力増加しか望まれないならば、排出口１１６は、約２５ｍｓにわたって制限されるだけでよく、これは、プラズマ処理空間１１０内において圧力を２０ミリトール増加させるために必要とされる時間の約２５パーセントである。あるいは、もし、４０ミリトールの圧力増加が望まれるならば、排出口１１６は、約２００ｍｓにわたって制限される必要があり、これは、プラズマ処理空間１１０内において圧力を２０ミリトール増加させるために必要とされる時間の約２００パーセントである。

あるいは、図２Ｂに示されるように、排出口１１６は、位置決め作動器２０７がコンダクタンス制御構造２０２を排出口１１６から十分な距離Δ１だけ遠ざけたときに、実質的に完全に未制限にすることができる。距離Δ１は、約０．２５ｍｍから約２５ｍｍの間（すなわち、約０．０１インチから約１．０インチの間）であり、より具体的には、約０．２５ｍｍから約１２．５ｍｍの間（すなわち、約０．０１インチから約０．５インチの間）である。

実質的に完全に未制限の排出口１１６は、プロセスガスおよびプラズマ副生成物１１７をさらに自由に真空ポンプ１１８に向かって移動させることができる。実質的に完全に未制限であるときは、排出口１１６は、１００ｍｓごとに最大約２０ミリトールの率の圧力減少をプラズマ処理空間１１０内に生じさせることができる。コンダクタンス制御構造２０２は、対応する選択された量の制限を排出口を通る排出流に加えるために、排出口１１６から距離Δ１よりも長いまたは短い任意の所望の距離だけ移動させることができる。

排出口１１６からの排出流を制限する量の調節は、それに対応してプラズマ処理空間１１０内のみで圧力の増加および減少を約１０Ｈｚの率で調節するために使用することができる。プラズマ処理空間内の圧力が変動される一方で、プラズマ処理空間１１０の外の、処理チャンバ２０１のその他の部分における圧力は実質的に一定にとどまる。

上記の例は、代表的な実施形態に過ぎないこと、ならびに異なる構造および異なる制御方式のコンダクタンス制御構造２０２およびプラズマ密閉構造１１４は、排出口１１６の開閉に合わせて対応して異なる率の圧力増加および圧力減少をプラズマ処理空間内において有することが理解される。

図３Ａ〜３Ｄは、本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステム３００の模式図である。小容積プラズマ処理チャンバシステム３００は、上記の図２Ａおよび図２Ｂにおいて説明された小容積プラズマ処理チャンバシステム２００と実質的に同様である。主な相違点は、複数の排出口１１６’がプラズマ密閉構造１１４の外周部に移動されていることである。それに対応して、コンダクタンス制御構造３０２は、排出口１１６’に近接した場所に配されている。

動作上、小容積プラズマ処理チャンバシステム３００は、小容積プラズマ処理チャンバシステム２００と実質的に同様である。例えば、コンダクタンス制御構造３０２の移動は、排出口１１６’を通る排出流に対する制限の量を選択し、それに対応してプラズマ処理空間１１０内の圧力を調節する。図３Ａに示されるように、コンダクタンス制御構造３０２は、排出口１１６’を通る排出流を実質的に完全に制限している。図３Ｂに示されるように、コンダクタンス制御構造３０２は、排出口１１６’を通る排出流を部分的に未制限にするとともに部分的に制限するために、方向３０４Ａに垂直方向にずらされている。

図３Ｃに示されるように、コンダクタンス制御構造３０２は、排出口１１６’を通る排出流を実質的に完全に未制限にするために、方向３０４Ａに垂直方向にずらされている。図３Ｄに示されるように、コンダクタンス制御構造３０２は、開口３１６を形成して、排出口１１６’を通る排出流に対する制限を低減させるために、方向３０４Ｃに水平方向に距離Δ２だけずらされている。

図３Ｅは、本発明の一実施形態にしたがった、コンダクタンス制御構造２０２、３０２およびプラズマ密閉構造１１４の詳細な断面図である。プラズマ密閉構造１１４は、底側部分１１４Ａに多くの排出口１１６を含むとともに、周縁部分１１４Ｂに多くの排出口１１６’を含む。コンダクタンス制御構造２０２、３０２は、位置決め作動器２０７に結合され、前述の図２Ａ〜３Ｄに示されるように、排出口を通る排出流を制限するために図に示されるように排出口１１６、１１６’に近づくように、または排出口を通る排出流を実質的に完全に未制限にするために排出口から遠ざかるように、移動させることができる。

図３Ｆは、本発明の一実施形態にしたがった、コンダクタンス制御構造３０２およびプラズマ密閉構造１１４の詳細な斜視図である。プラズマ密閉構造１１４は、底側部分１１４Ａに、放射状スロットの形状をした多くの排出口１１６”を含む。スロット形状をした排出口１１６”は、内側部分１１４Ａ’から周縁部分１１４Ｂに向かって外向きに延びている。

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステム４００の模式図である。小容積プラズマ処理チャンバシステム４００は、上記の図２Ａおよび図２Ｂにおいて説明された小容積プラズマ処理チャンバシステム２００と実質的に同様である。主な相違点は、プラズマ密閉構造１１４の外周部１１４Ａにおいて、対応するプラズマ密閉リング４０２どうしの間に複数の排出口１１６’が形成されていることである。プラズマ密閉リング４０２は、図４Ａでは、畳み合わされた、すなわち閉じられた状態で示されており、したがって、排出口１１６’は、実質的に完全に制限されている、すなわち閉じられている。

動作上、小容積プラズマ処理チャンバシステム４００は、小容積プラズマ処理チャンバシステム２００と実質的に同様である。例えば、プラズマ密閉リング４０２どうしを引き離すと、排出口どうしの間の幅Ｗ１が増すので、排出口１１６’を出る排出流に対する制限が低減される。それぞれの方向４０４Ａおよび方向４０４Ｂにおけるプラズマ密閉リング４０２の引き離しおよび畳み合わせは、それに対応して、プラズマ処理空間１１０内の圧力を調節することができる。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステム５００の簡易断面図である。図５Ｃおよび図５Ｄは、本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステム５００におけるプラズマ密閉構造１１４の底側部分、すなわち実質的に水平な部分１１４Ａの一部分の詳細な図である。

小容積プラズマ処理チャンバシステム５００は、上記の図２Ａおよび図２Ｂにおいて説明された小容積プラズマ処理チャンバシステム２００と実質的に同様である。主な相違点は、コンダクタンス制御構造２０２を回転方向５０４Ａまたは５０４Ｂにずらし、排出口１１６をコンダクタンス制御構造内の対応する開口５１６と位置を揃えるまたは部分的に位置を揃えることによって、複数の排出口１１６を通る排出流に対する制限が増加または低減されることである。

位置決め作動器２０７’は、コンダクタンス制御構造２０２を回転方向５０４Ａおよび５０４Ｂにずらすまたは回転させることができる。図５Ａおよび図５Ｃに示されるように、排出口１１６は、コンダクタンス制御構造内の対応する開口５１６と位置が揃っておらず、したがって、排出口を通る排出流は、実質的に完全に制限されている。図５Ｂおよび図５Ｄに示されるように、排出口１１６は、コンダクタンス制御構造内の対応する開口５１６と位置が揃っており、したがって、排出口は、開かれていて実質的に完全に未制限である。なお、排出口１１６は、コンダクタンス制御構造内の対応する開口５１６と部分的に位置を揃えることができること、およびそれゆえに、排出口を通る排出流は、実質的に完全に未制限な状態と実質的に完全に制限された状態との間で調整可能であることが、理解されるべきである。

図５Ｅ〜Ｇは、本発明の一実施形態にしたがった、代替の小容積プラズマ処理チャンバシステム５５０の簡易断面図である。小容積プラズマ処理チャンバシステム５５０は、上記の図５Ａ〜Ｄにおいて説明された小容積プラズマ処理チャンバシステム５００と実質的に同様である。主な相違点は、どの時点においても、複数の排出口１１６、１１６’、１１６”、１１６’”の一部分を通る排出流のみが一度に制限されるまたは未制限にされること、およびそれゆえに、非対称的な排出流動作が可能にされていることである。

例えば、図５Ｅに示されるように、排出口１１６、１１６’、１１６”、１１６’”は、全て、実質的に完全に制限されている。コンダクタンス制御構造２０２内の開口５１６は、排出口１１６と位置が揃っていないので、ずれた状態で透かして示されている。

図５Ｆを参照すると、開口５１６は、排出口１１６と位置が揃うようにずらされており、したがって、排出口１１６を通る排出流のみが、実質的に完全に未制限であり、その一方で、残りの排出口１１６’、１１６”、１１６’”を通る排出流は、実質的に完全に制限された状態のままである。排出口１１６を通る排出流のみが実質的に未制限であるときは、プロセスガスおよびプラズマ副生成物は、排出口１１６に向かって方向５０２に流れることができる。方向５０２’、５０２”、５０２’”には、プロセスガスおよびプラズマ副生成物は、対応する排出口１１６’、１１６”、１１６’”が実質的に完全に制限されているゆえに、流れることはない。

図５Ｇを参照すると、開口５１６は、排出口１１６’ と位置が揃うようにずらされており、したがって、排出口１１６’を通る排出流のみが、実質的に完全に未制限であり、その一方で、残りの排出口１１６、１１６”、１１６’”を通る排出流は、実質的に完全に制限された状態のままである。排出口１１６’のみが未制限の排出流を有するときは、プロセスガスおよびプラズマ副生成物は、未制限の排出口１１６’に向かって方向５０２’に流れることができる。方向５０２、５０２”、５０２’”には、プロセスガスおよびプラズマ副生成物は、対応する排出口１１６、１１６”、１１６’”が実質的に完全に制限されているゆえに、流れることができない。

コンダクタンス制御構造２０２は、選択された排出口１１６、１１６’、１１６”、１１６’”を開くために、さらにずらすことができる。なお、各部分の排出口１１６、１１６’、１１６”、１１６’”は、プラズマ密閉構造１１４のおおよそ４分円に対応していることが理解されるべきであるが、一方では、排出口１１６、１１６’、１１６”、１１６’”のうちの僅か１つのみを通るように排出流を制限するまたは未制限にするために、コンダクタンス制御構造２０２内の開口の数、形状、および配置を選択することも可能であることが理解されるべきである。

選択された部分の排出口１１６、１１６’、１１６”、１１６’”のみを通るように排出流を制御することは、処理されているウエハ１０１の表面において、システム５５０が非対称的に且つ指向的にプラズマおよび処理ガスの流れを選択することを可能にする。例えば、もし、ウエハの表面の、排出口１１６”に対応する領域において、より高濃度のプラズマ処理が所望されるならば、プロセスガスの濃度を増加させてプラズマ処理空間１１０に入らせるとともに、排出口１１６”を通る排出流を実質的に完全に未制限にすることによって、方向５０２”に流れを生じさせることができる。同様に、ウエハの表面の、排出口１１６”に対応する領域におけるプラズマ処理速度を減少させるためには、プロセスガスの濃度を減少させてプラズマ処理空間１１０に入らせるとともに、排出口１１６”を実質的に完全に制限することによって、方向５０２”への流れを減少させることができる。

選択された部分の排出口１１６、１１６’、１１６”、１１６’”のみを開くことは、プロセスガス、プラズマ、および副生成物の圧力および濃度を、非対称的に且つ非半径方向に分布させることも可能にする。非半径方向の分布は、プラズマ処理チャンバによく見られる半径方向におけるプラズマ処理不均一性の影響の一部を最小限に抑えるように操作することができる。

図６は、本発明の一実施形態にしたがった、コンダクタンス制御構造６０２の分解図である。コンダクタンス制御構造６０２は、上述されたコンダクタンス制御構造２０２と或る程度まで同様であるが、ただし、排出口１１６’は、プラズマ密閉構造１１４の、実質的に垂直な外周部１１４Ｂに形成されている。コンダクタンス制御構造６０２は、対応する実質的に垂直な部分６０２Ｂに少なくとも幾つかの開口６１６を含む。

コンダクタンス制御構造６０２は、プラズマ密閉構造１１４の直径Ｄ２よりも僅かに広い直径Ｄ１を有する。動作にあたり、プラズマ密閉構造１１４は、コンダクタンス制御構造６０２に入れ子状に収容される。コンダクタンス制御構造６０２は、開口６０６の少なくとも１つを排出口１１６’の少なくとも１つと位置を揃え、排出口を通る排出流に対する制限を増加または低減させるために、位置決め作動器２０７’によって、方向６０４Ａおよび６０４Ｂに回転させるまたはずらすことができる。

開口６１６は、コンダクタンス制御構造６０２の周囲に実質的に均等に分布された状態で示されているが、開口６１６は、コンダクタンス制御構造６０２の周囲に不均等に分布されてもよいことがわかる。あるいは、開口６１６は、上記の図５Ｅ〜５Ｇにおいて説明されたプラズマ処理チャンバシステム５５０と同様に、１つ以上の半径方向部分６１８Ａ、６１８Ｂ、すなわちコンダクタンス制御構造６０２の周縁の複数の区間のみに含まれていてよく、そうして、処理されているウエハ１０１の表面において、非対称的で且つ指向的なプラズマおよび処理ガスの流れの選択を提供してもよい。

また、コンダクタンス制御構造６０２は、実質的に水平な部分６０２Ａに開口６１６を含むことができることも、理解されるべきである。実質的に水平な部分６０２Ａにおける開口６１６は、前の図面で説明されたように、プラズマ密閉構造１１４の実質的に水平な部分１１４Ａにおける排出口１１６に対応している。

図７は、本発明の一実施形態にしたがった、プラズマ処理空間１１０内において圧力を変動させるにあたって実施される方法動作７００を示したフローチャートである。動作７０５では、プラズマ密閉構造１１４内の少なくとも１つの排出口１１６、１１６’を通る排出流は、実質的に完全に未制限である。プラズマ密閉構造１１４内の少なくとも１つの排出口１１６、１１６’を通る排出流は、対応するコンダクタンス制御構造２０２、３０２、４０２、５０２、６０２を移動させ、少なくとも１つの排出口を対応する開口２１６、３１６、５１６、および／または６１６と位置を揃える、または開口２１６、３１６、５１６、および／または６１６を形成することによって、実質的に完全に未制限にすることができる。

動作７１０では、プラズマ処理空間１１０に、１種以上の処理ガスが注入される。動作７１５では、プロセスガス１０２は、プラズマ処理空間１１０内において、プラズマ処理空間の周縁のプラズマ密閉構造１１４における１つ以上の排出口１１６、１１６’に向かって少なくとも１つの実質的に半径方向１１２に流れる。

動作７２０では、それぞれのＲＦソース１１７Ｂ、１１７Ａから上部電極１０８または基板サポート１０６（例えば底部電極）の少なくとも１つにＲＦ信号を印加することによって、プラズマ処理空間１１０内にプラズマが発生する。プロセスガス１０２の流れは、プラズマによって生成されたイオン、ラジカル、およびニュートラルを分布させる。

動作７２５では、プラズマ処理空間１１０内において圧力が増加される。プラズマ処理空間１１０内の圧力は、少なくとも１つの排出口１１６、１１６’の少なくとも一部分を通る排出流を実質的に完全に制限することによって増加させることができる。少なくとも１つの排出口１１６、１１６’を通る排出流は、上記の図に示されるように、コンダクタンス制御構造２０２、３０２、４０２、５０２、６０２をずらして少なくとも１つの排出口を制限する、すなわち遮断することによって、実質的に完全に制限することができる。

プラズマ処理空間１１０内の圧力は、最大約３０ミリトール／１００ｍｓの率で増加させることができる。圧力増加の量は、プロセスガスソース１０２からプラズマ処理空間１１０内へのプロセスガスの流量を変動させることによっても制御することができる。

上記のように、増加であれ減少であれ、たとえ５ミリトール程度の小ささの圧力変化であっても、対応するプラズマの化学的状態の変化ゆえの大幅なプロセス変動を引き起こすことがある。例えば、プラズマ処理空間１１０内の圧力が変化するのにともなって、イオン対ラジカル対ニュートラルの比およびプラズマ密度が変動する。

プラズマ内におけるイオン種、ラジカル種、およびニュートラル種の割合のさらなる選択も可能にするためには、圧力が所望の設定点に到達するのに伴って、随意として、ＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂの動作状態を一定にとどめる、調節する、低減させる、有効にする、または不能にすることができる。

動作７３０では、プラズマ処理空間１１０内において圧力が低減される。プラズマ処理空間１１０内の圧力は、排出口１１６、１１６’の少なくとも一部分を通る排出流に対する制限を低減させることによって減少させることができる。排出口１１６、１１６’を通る排出流は、コンダクタンス制御構造２０２、３０２、４０２、５０２、６０２をずらし、排出口１１６、１１６’に対応するように開口の位置を揃えるまたは開口を形成することによって、増加させる（例えば制限を低減させる）ことができる。排出口１１６、１１６’を通る排出流に対する制限の低減は、プラズマ処理チャンバ２０１の排出口および例えば真空ポンプなどの排出部に向かってプロセスガスおよびプラズマ副生成物が押し寄せることを可能にする。プラズマ処理空間１１０内の圧力は、最大約２０ミリトール／１００ｍｓの率で低減させることができる。圧力変化率は、コンダクタンス制御構造の動き次第で、約１ミリトール／１００ｍｓから約２０ミリトール／１００ｍｓの間で選択することができる。図３Ｆおよび図５Ａ〜６に示されるような回転式の構成の場合は、コンダクタンスの変化は、２０ミリトール／１００ｍｓよりもさらに速いかもしれない。プラズマ処理空間１１０内の圧力の低減は、プラズマ副生成物をプラズマ処理空間の中心領域１２０から遠ざからせる。結果として、プラズマ処理の半径方向不均一性の影響の一部を軽減または排除することができる。

上述のように、処理ガスの非対称流は、例えば、選択された部分または区間の排出口１１６、１１６’を通る排出流のみが実質的に完全に未制限にされるなどの、非対称的なガス抜きの非均一特性を使用して、対応する非対称的なパターンでエッチング速度を変化させることができる。排出口を通る非対称的な排出流は、半径方向不均一性を打ち消すために、処理されている表面にわたって選択的にあちこち移動させることができる。

プラズマ内におけるイオン種、ラジカル種、およびニュートラル種の割合のさらなる選択を可能にするためには、圧力が所望の設定点に到達するのに伴って、随意として、ＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂの動作状態を一定にとどめる、調節する、低減させる、有効にする、または不能にすることができる。

動作７３５において、もし、プラズマ処理空間１１０内においてさらなる圧力サイクルが必要とされない場合は、方法動作を終わらせることができる。あるいは、もし、プラズマ処理空間１１０内においてさらなる圧力サイクルが必要とされる場合は、方法動作は、上記の動作７２５に続くことができる。

図８Ａは、本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間１１０内における複数の圧力サイクルを表したグラフ８００である。図８Ｂは、本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間内における複数の圧力サイクルを表したグラフ８００の一部分の詳細な図８３０である。上述のように、プラズマ処理空間１１０内の圧力は、所望の圧力変化および考えられる圧力変化率に応じて、約１０Ｈｚ以上の率で変動させることができる。圧力変化の各サイクルは、排出口１１６、１１６’を開閉させるサイクルによって実現することができる。上述された各種の実施形態のコンダクタンス制御構造２０２、３０２、４０２、５０２、６０２は、所望の圧力変化サイクルを提供するために、排出口１１６、１１６’が実質的に完全に未制限の位置、実質的に完全に制限された位置、および完全に制限された位置と完全に未制限の位置との間の様々な位置の間をサイクルで繰り返すことができる。例えば、位置決め作動器２０７は、コンダクタンス制御構造２０２を方向２０４Ａおよび方向２０４Ｂに交互に移動させることができる。同様に、コンダクタンス制御構造５０２および６０２は、プラズマ処理空間１１０内において所望のサイクルおよび率の圧力変化を提供するために、実質的に連続した速度で回転するまたは段階変化することができる。プラズマ処理空間内の圧力を増加させるまたは低減させるために、プロセスガスソース１０２からプラズマ処理空間１１０内へのプロセスガスの流量も選択することができる。

図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、プラズマ処理空間１１０内の圧力の圧力グラフ８２０に重ねて制御信号グラフ８１０が示されている。制御信号グラフ８１０は、排出口１１６、１１６’を通る排出流に対する制限を増加および低減させるための制御信号を示している。横軸に、秒数を単位とした時間が示されている。約３．１５秒の時点では、制御信号は、排出口１１６、１１６’を通る排出流を実質的に完全に制限している。圧力は、約３．２秒の時点で約２０ミリトールから徐々に増加し始め、３．３ミリ秒の時点で約９０ミリトールに達する。

図８Ｂを参照すると、横軸に、秒数を単位とした時間が示されている。圧力は、３２秒目の終了時に２０ｍＴから変化し始め、３３秒目の終了時には約９０ｍＴまで上昇している。この圧力変化は、７０ｍＴ／１秒、すなわち７０ｍＴ／１０００ｍｓである。図８Ｂは、高速圧力測定器具が無いゆえの時間遅延誤差を示している。しかしながら、実際の圧力変化は、実際の圧力変化率が図８Ｃのグラフで表されるように、約７０ｍＴ／５００ｍｓであるように、コンダクタンス制御構造位置の変化に比例する。

圧力は、約９０ミリトールに維持される。約３．３６秒の時点で、制御信号は、排出口１１６、１１６’を通る排出流に対する制限を低減させるように切り替わる。圧力は、約３．３７秒の時点で減少し始め、約３．５秒の時点で約２０ミリトールに達する。圧力は、約３．６秒の時点で制御信号が排出口１１６、１１６’を通る排出流に対する制限を増加させるまで、約２０ミリトールで安定する。サイクルは、次いで、繰り返される。

図８Ｃは、本発明の実施形態にしたがった、圧力変化率を表したグラフ８５０である。図に示されるように、プラズマ処理空間１１０内における圧力変化率は、１００ミリ秒ごとに約１７ミリトールである。したがって、約１０Ｈｚでは、最大約１７ミリトールの圧力変化サイクルが可能である。

図９Ａ〜９Ｆは、本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間１１０内における圧力波の進行を示している。図９Ａから始まり、プラズマ処理空間１１０は、排出口１１６を通る排出流が閉じられているゆえに、加圧されて或る増加圧力に達する。排出口１１６を通る排出流は、プラズマ処理空間１１０の各部分１２０、１２２、１２４、１２６が等しい圧力を有するようにプラズマ処理空間１１０を実質的に均一に加圧するのに十分な時間にわたって十分に制限されている。

図９Ｂに示されるような、排出口１１６を通る排出流が実質的に完全に未制限である時刻Ｔ１では、プラズマ処理空間１１０の最外部分１２６の圧力が、プラズマ処理空間の外の、処理チャンバ２０１のその他の部分と実質的に同じ圧力まで低減されるのに伴って、プロセスガスおよび副生成物が、中央部分１２０から排出口に向かって追いやられる。部分１２４における圧力は、僅かに低減される。

図９Ｃに示されるような、時刻Ｔ１から少し経過した時刻Ｔ２では、さらに多くのプロセスガスおよび副生成物が、中央部分１２０から排出口に向かって追いやられる。部分１２２および１２４における圧力は、それぞれ僅かに低減される。

図９Ｄに示されるような、時刻Ｔ２から少し経過した時刻Ｔ３では、さらに多くのプロセスガスおよび副生成物が、中央部分１２０から排出口に向かって追いやられる。部分１２０、１２２、および１２４における圧力は、それぞれ僅かに低減される。

図９Ｅに示されるような、時刻Ｔ３から少し経過した時刻Ｔ４では、さらに多くのプロセスガスおよび副生成物が、中央部分１２０から排出口に向かって追いやられる。部分１２０、１２２、および１２４における圧力は、再びそれぞれ僅かに低減される。

図９Ｆに示されるような、時刻Ｔ４から少し経過した時刻Ｔ５では、さらに多くのプロセスガスおよび副生成物が、中央部分１２０から排出口に向かって追いやられる。プラズマ処理空間１１０の部分１２０、１２２、および１２４における圧力は、プラズマ処理空間の外の、処理チャンバ２０１のその他の部分と実質的に同じ圧力まで低減される。

プラズマ処理空間１１０における圧力変化は、プラズマ内におけるイオン種、ラジカル種、およびニュートラル種の割合を決定する。図１０は、本発明の実施形態にしたがった、イオン束密度およびニュートラル束密度を表したグラフ１０００である。イオン束密度グラフ１０１０は、約２ミリトールから約２０ミリトールの間の圧力の範囲にわたり、例えば約４．５などの実質的に一定の密度である。ニュートラル束密度グラフ１０２０は、約１×１０¹⁴未満から約６．５×１０¹⁴を上回るまで大幅に変動する。ニュートラル束密度は、圧力に対して実質的に直線的に減少する。

図１０に示されるように、５ミリトールから１５ミリトールまでの変動では、イオン束密度は実質的に同じである。反対に、ニュートラル束密度は、より低圧である５ミリトールのときと比べて、より高圧である１５ミリトールのときに約１から約４に変動する、すなわち４倍になる。したがって、この１０ミリトールに及ぶ圧力操作または圧力調節は、イオン束密度に対しては限られた選択幅を与えるのみであるのに対し、ニュートラル束密度に対しては広い選択幅を与える。こうして、対応するプラズマ処理空間１１０圧力によって、様々な割合のエッチングパフォーマンスを選択することができる。

図１１Ａは、先行技術による定圧エッチングプロセスの結果を撮影した一連の写真１１００である。第１の写真１１１０は、定圧１２ミリトールで実行された第１のエッチングプロセスである。各特徴１１１２は、広くて平坦な底部のほうがずっと好ましい結果であるときに、下部がほとんど点状になった先細りの形状を有する。詳細な写真１１４は、特徴の深さの半ほどにおける許容プロフィールを示している。好ましい特徴プロフィールは、特徴の深さの半ほどにおけるこの許容プロフィール（例えば滑らかで平行な側壁）を、特徴の深さ全体にわたって有すると考えられる。

第２の写真１１２０は、定圧４０ミリトールで実行された第２のエッチングプロセスである。各特徴１１２２は、特徴１１１２よりは先細りの少ない形状を有するが、しかしながら、深さの半ほどのプロフィール１１２４において、望ましくない筋痕状の不均一性が形成されている。第３の写真１１３０は、定圧７０ミリトールで実行された第３のエッチングプロセスである。各特徴１１３２は、特徴１１１２と同様な先細りの形状を有するが、しかしながら、深さの半ほどのプロフィール１１３４において、望ましくない筋痕状の不均一性も形成されている。

図１１Ｂは、本発明の実施形態にしたがった、定圧エッチングプロセス１１２０をパルス圧力エッチングプロセス１１５０と比較している。パルス圧力エッチングプロセス１１５０は、プラズマ処理空間１１０内のエッチング圧力を約１２ミリトールから約７０ミリトールの間で変動させる。パルス圧力エッチングプロセス１１５０は、定圧４０ミリトールのエッチングプロセス１１２０と同様にプロフィールの改善を得られるが、詳細１１５４に示されるように、望ましくない筋痕も排除しており、さらに、特徴１１５２の下部も、四角く削られている。

図１２Ａは、本発明の実施形態にしたがった、圧力と側方エッチングとの関係を示したグラフ１２００である。図１２Ｂは、本発明の実施形態にしたがった、高アスペクト比コンタクト特徴の簡易模式図１２５０である。ＤＲＡＭデバイスなどの高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）を形成するためのエッチングプロセスでは、微小寸法（すなわち、特徴Ｆ１、Ｆ１の幅Ｆｗ）が小さくなる、および特徴Ｆ１とＦ２との間のピッチＰが減少する（すなわち、特徴どうしがさらに密集する）のに伴って、特徴の開口部または上端部の近くにおいて、望ましくない側方エッチングが発生することがある。

側方エッチングは、特徴Ｆ１、Ｆ２の側壁をエッチングし、湾曲した側壁１２６０を形成する。もし、側方エッチングがあまりに急激に発生すると、湾曲側壁１２６０は、隣り合う特徴Ｆ１とＦ２との間の領域１２６２に穴を形成し、そうして、これら２つの隣り合う特徴間に短絡を生じさせることがある。したがって、浅めの深さＦｄ２の特徴Ｆ２と比べて特徴Ｆ１の底部プロフィールおよび深さＦｄ１を改善しつつも、側方エッチングを最小限に抑えることが必要である。

図１２Ａに示されるようなグラフ１２００は、動作圧力による影響と、側壁湾曲１２６０と、特徴Ｆ１、Ｆ２の下端部の深さおよびプロフィールとを示している。低めの圧力では、存在するイオンの密度が小さいゆえに、その他のイオンにぶつかって偏向されるイオン１２５２、１２５４は少ない。したがって、低めの圧力では、特徴Ｆ１、Ｆ２に進入するイオン１２５２、１２５４の指向性が向上し、より多くのイオンが特徴の底に達して所望の指向性エッチングを実施する。さらに、より多くのイオン１２５２、１２５４が特徴に進入するので、マスク層１２５６にぶつかって偏向されて側壁に衝突して側壁湾曲１２６０（例えば望ましくない側方エッチング）を生じるイオンは少ない。

エッチングプロセス中は、ポリマ種（例えば、使用されるエッチングプロセスの化学的状態に応じ、フッ化炭素または炭化水素をベースにしたものなど）が生成されるだろう。ポリマ種は、高い付着係数を有し、ポリマ堆積物１２７０として特徴Ｆ１、Ｆ２の上端部または開口部の近くに蓄積する傾向がある。選択されたエッチングの化学的状態では、ポリマ堆積物１２７０は、低い付着係数を有し、したがって、特徴Ｆ１の側壁に付着しない。基板１０１の温度の引き上げも、やはり、表面移動度を低減させ、そうして、ポリマ堆積物１２７０の形成を実質的に防ぐことができる。プラズマからの高エネルギイオンも、やはり、ポリマ堆積物１２７０を除去することができる。ポリマ堆積物１２７０を除去するさらに別のやり方は、メインのエッチングプロセスの合間にＯ₂またはＮＦ₃をそれぞれ注入するなどによって酸素ラジカルエッチングまたはフッ素ラジカルエッチングを実施することである。

図１３は、本発明の実施形態にしたがった、コンピュータシステムの簡易模式図である。コンピュータシステム１３００は、上述のコントローラ１１９に含めることができる代表的なコンピュータシステムである。なお、本明細書で説明される方法は、従来の汎用コンピュータシステムなどのデジタル処理システムによって実施されてよいことがわかる。１つの機能のみを実施するように設計またはプログラムされた専用のコンピュータが、代替として使用されてもよい。コンピュータシステムは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３０４を含み、該ＣＰＵは、バス１３１０を通じてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１３２８、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１３１２、およびマスストレージデバイス１３１４に結合されている。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１３２８には、位相制御プログラム１３０８が常駐しているが、これは、マスストレージ１３１４またはＲＯＭ１３１２に常駐することも可能である。

マスストレージデバイス１３１４は、フロッピィディスクドライブまたは固定ディスクドライブなどの永続データストレージデバイスを表わしており、ローカルまたはリモートであってよい。ネットワークインターフェース１３３０は、ネットワーク１３３２を通じた接続を提供し、その他のデバイスとの通信を可能にする。なお、ＣＰＵ１３０４は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、または特別にプログラムされたロジックデバイスに実装されてよいことがわかる。入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースは、様々な周辺機器との通信手段を提供し、バス１３１０を通じてＣＰＵ１３０４、ＲＡＭ１３２８、ＲＡＭ１３１２、およびマスストレージデバイス１３１４と接続されている。周辺機器の例としては、ディスプレイ１３１８、キーボード１３２２、カーソルコントローラ１３２４、着脱式メディアデバイス１３４４などが挙げられる。

ディスプレイ１３１８は、本明細書で説明されるユーザインターフェースを表示するように構成される。キーボード１３２２、カーソルコントローラ１３２４、着脱式メディアデバイス１３３４、およびその他の周辺機器は、コマンド選択の形でＣＰＵ１３０４に情報を伝達するために、入出力インターフェース１３２０に結合されている。なお、外部機器へのおよび外部機器からのデータは、入出力インターフェース１３２０を通じて伝達されてよい。実施形態は、有線に基づくネットワークまたは無線ネットワークを通じてつながれたリモート処理機器によってタスクが実施される分散型の計算環境において実施することもできる。

圧力変化とバイアス変化との同期化
プラズマ処理空間１１０の圧力の変化は、上述のように、電子、イオン、ラジカル、およびニュートラルの割合を操作することができる。１つ以上のＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂの調節（すなわち、電力を０出力電力と全出力電力との間で変化させること）も、やはり、電子、イオン、ラジカルを時間に対して操作することができる。図１４Ａは、本発明の実施形態にしたがった、電子、イオン、およびラジカルの崩壊率を表したグラフ１４００である。時刻Ｔ０では、１つ以上のＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂが定常状態にあり、電子１４０２、イオン１４０４、およびラジカル１４０６のそれぞれのレベルが示されている。所定のプロセスレシピにおける電子１４０２、イオン１４０４、およびラジカル１４０６の互いの相対レベルは、図に示されているようなレベルであってもなくてもよいので、グラフ１４００は、縮尺通りに示されたものではない。また、横軸の断絶によって示されるように、図に示された時間尺度が直線的ではないことも留意されるべきである。

時刻Ｔ１では、１つ以上のＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂが調節される。説明を簡略化するために、調節されたＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂは、ゼロ出力電力近くまで低減されているが、出力電力は、時刻Ｔ０における値とゼロ出力電力との間の何らかの値に低減されてもよいことが理解されるべきである。

プラズマ処理空間１１０内に存在する電子１４０２の量は、定常状態レベル１４０２Ａから、時刻Ｔ１＋約５０マイクロ秒におけるゼロ近くまで崩壊する。プラズマ処理空間１１０内に存在するイオン１４０４の量は、ずっと遅い率で崩壊し、時刻Ｔ１＋２００マイクロ秒においてゼロに近づく。プラズマ処理空間１１０内に存在するラジカルの量は、さらに遅い率で崩壊し、時刻Ｔ１＋約５００マイクロ秒またはそれよりも後においてゼロに近づく。

崩壊率が異なる結果として、反応種は、時間とともに変動する。例えば、時刻Ｔ０では、定常状態レベル１４０２Ａ、１４０４Ａ、１４０６Ａが示されている。Ｔ１＋約５０マイクロ秒からしばらく経過した時刻Ｔ２では、実質的に全ての電子１４０２が消失しており、しかしながら、イオン１４０４およびラジカル１４０６の量は、依然として、それぞれの定常状態レベル１４０４Ａ、１４０６Ａに実質的に等しい。同様に、Ｔ１＋約２００マイクロ秒からしばらく経過した時刻Ｔ３では、実質的に全ての電子１４０２および全てのイオン１４０４がほぼゼロに崩壊しており、しかしながら、ラジカル１４０６の量は、依然としてかなり高く、状況次第では、ラジカル定常状態レベル１４０６Ａに実質的に等しいかもしれない。反応種の割合は、時刻Ｔ０とＴ２とＴ３とで異なるので、それぞれの時刻Ｔ０、Ｔ２、およびＴ３において、それぞれに異なるプロセスをさらに効果的に適用することができる。

ここに、時刻Ｔ０、Ｔ２、およびＴ３における異なるプロセスの例が盛り込まれる。

図１４Ｂは、本発明の実施形態にしたがった、圧力パルスおよびＲＦ変調の複数のタイミングシーケンス１４２０〜１４７０を表したグラフである。タイミンググラフ１４２０では、ＲＦ電力の調節が、プロセスガス流からおおよそ１８０度位相がずれている。その結果、時刻Ｔ１において、ＲＦ電力は増加され、プロセスガス流は低減される。このタイミンググラフ１４２０は、ＲＦ電力の調節がガス流の調節と同期化された状態で位相が１８０度ずれている、と表現することができる。結果として得られる発光記録１４２２は、アルゴン（波長８００ｎｍ）記録が濃度およびＲＦ電力の両方に比例することを示している。これらのグラフは、器差に起因する僅かな時間のずれを伴う同期化されたＲＦ電力調節とプロセスガス調節とを示している。

タイミンググラフ１４３０では、ＲＦ電力の調節は、プロセスガス流からおおよそ２００度位相がずれている。その結果、時刻Ｔ１において、ＲＦ電力は増加され、Ｔ１から約２０度の遅延後に、プロセスガス流は低減される。このタイミンググラフ１４３０は、ＲＦ電力の調節がガス流の調節に先行する状態で位相が１８０度ずれている、と表現することができる。結果として得られる発光記録１４３２は、アルゴン（波長８００ｎｍ）記録が濃度およびＲＦ電力の両方に比例することを示している。立ち上がりエッジにおけるスパイクは、ＲＦパルスがガスパルスよりも遅れるときを示している。立ち下がりエッジにおけるスパイクは、ＲＦパルスがガスパルスに先行するときを示している。ＯＥＳは、ＲＦパルスおよびプロセスガス圧力に同期しながらの、第１のプロセスガス混合物から第２のプロセスガス混合物への実際の移行時間を示している。

タイミンググラフ１４４０では、ＲＦ電力の調節は、プロセスガス流からおおよそ１６０度位相がずれている。その結果、Ｔ１よりも約２０度前の時点において、プロセスガス流は低減され、時刻Ｔ１において、ＲＦ電力は増加される。このタイミンググラフ１４４０は、ガス流の調節がＲＦ電力の調節に先行する状態で位相が１８０度ずれていると表現することができる。結果として得られる発光記録１４４２は、アルゴン（波長８００ｎｍ）記録が濃度およびＲＦ電力の両方に比例することを示している。立ち上がりエッジにおけるスパイクは、ＲＦパルスがガスパルスよりも遅れるときを示している。立ち下がりエッジにおけるスパイクは、ＲＦパルスがガスパルス１４４２に先行するときを示しており、．．．．．．

タイミンググラフ１４５０では、ＲＦ電力の調節は、プロセスガス流とおおよそ位相が一致している。その結果、時刻Ｔ１において、ＲＦ電力は増加され、プロセスガス流は増加される。このタイミンググラフ１４５０は、ＲＦ電力の調節がガス流の調節と同期化された状態で位相が一致している、と表現することができる。結果として得られる発光記録１４５２は、酸素（波長７７０ｎｍ）記録が濃度およびＲＦ電力の両方に比例することを示している．．．．．．

タイミンググラフ１４６０では、ＲＦ電力の調節は、プロセスガス流からおおよそ２０度位相がずれている。その結果、時刻Ｔ１において、ＲＦ電力は増加され、Ｔ１に約２０度を加えた時点において、プロセスガス流は増加される。このタイミンググラフ１４４０は、ＲＦ電力の調節がガス流の調節に先行する状態で位相が一致している、と表現することができる。結果として得られる発光記録１４６２は、酸素（波長７７０ｎｍ）記録が濃度およびＲＦ電力の両方に比例することを示している。段差は、ＲＦパルスがガスパルスに同期していないときを示している．．．．．．

タイミンググラフ１４７０では、ＲＦ電力の調節は、プロセスガス流からおおよそマイナス２０度位相がずれている。その結果、Ｔ１よりも約２０度前の時点において、プロセスガス流は増加され、時刻Ｔ１において、ＲＦ電力は増加される。このタイミンググラフ１４７０は、ガス流の調節がＲＦ電力の調節に先行する状態で位相が一致している、と表現することができる。結果として得られる発光記録１４７２は、酸素（波長７７０ｎｍ）記録が濃度およびＲＦ電力の両方に比例することを示している。段差は、ＲＦパルスがガスパルスに同期していないときを示している．．．．．．

図１５Ａは、本発明の実施形態にしたがった、ガスのみの調節を示したグラフ１５００である。グラフ１５００は、２７ＭＨｚまたは６０ＭＨｚまたは同様な高周波数が可能な第１のＲＦグラフ１５０２を含む。グラフ１５００は、また、２ＭＨｚまたは同様な低周波数などの低周波数が可能な第２のＲＦグラフ１５０４も含む。プラズマ処理空間１１０の圧力は、グラフ１５１２で示されている。プラズマ処理空間１１０へのアルゴン（波長８００ｎｍ）注入の発光スペクトルは、グラフ１５１４で示されている。プラズマ処理空間１１０への酸素注入（波長７７０ｎｍ）の発光スペクトルは、グラフ１５１６で示されている。ＲＦ信号１５０２、１５０４は調節されないので、ＯＥＳグラフ１５１４、１５１６にはスパイクは示されていない。

図１５Ｂは、本発明の実施形態にしたがった、ガスおよびＲＦの調節を示したグラフ１５５０である。図１６は、本発明の実施形態にしたがった、ガスおよびＲＦの調節を示したグラフ１５５０の一部分１６００の詳細な図である。図１７は、本発明の実施形態にしたがった、ガスおよびＲＦの調節を示したグラフ１６００の一部分１７００のさらに詳細な図である。アルゴン調節グラフ１５１４が、ＲＦ２の調節１５０４と位相が１８０度ずれている一方で、酸素調節グラフ１５１２は、ＲＦ２の調節と位相が一致している。立ち上がりエッジのスパイク１５５２は、ＲＦパルスがガスパルスよりも遅れていることを示している。立ち下がりエッジのスパイク１５５４は、ＲＦパルスがガスパルスに先行していることを示している。ガスの変動とＲＦの調節とを協調させることは、高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）の形成、３Ｄエッチングプロセス、およびＮＡＮＤエッチングプロセスに有用である。

図１８は、本発明の実施形態にしたがった、プラズマ処理空間１１０内において圧力を変動させる、および少なくとも１つのＲＦソースを調節するにあたって実施される方法動作１８００を示したフローチャートである。動作１８０５では、プラズマ密閉構造１１４内の少なくとも１つの排出口１１６、１１６’を通る排出流は、実質的に完全に未制限である。プラズマ密閉構造１１４内の少なくとも１つの排出口１１６、１１６’を通る排出流は、対応するコンダクタンス制御構造２０２、３０２、４０２、５０２、６０２を移動させ、少なくとも１つの排出口を対応する開口２１６、３１６、５１６、および／または６１６と位置を揃えるまたは対応する開口２１６、３１６、５１６、および／または６１６を形成することによって、実質的に完全に未制限にすることができる。

動作１８１０では、プラズマ処理空間１１０に、１種以上の処理ガスが注入される。動作１８１５では、プロセスガス１０２は、プラズマ処理空間内において、プラズマ処理空間の周縁のプラズマ密閉構造１１４における１つ以上の排出口１１６、１１６’に向かって少なくとも１つの方向１１２に流れる。

動作１８２０では、それぞれのＲＦソース１１７Ｂ、１１７Ａから上部電極１０８または基板サポート１０６（例えば底部電極）の少なくとも１つにＲＦ信号を印加することによって、プラズマ処理空間１１０内にプラズマが発生する。プロセスガス１０２の流れは、プラズマによって生成されたイオン、ラジカル、およびニュートラルを分布させる。

動作１８２５では、プラズマ処理空間１１０内において圧力が増加される。プラズマ処理空間１１０内の圧力は、上記でさらに詳しく説明されたように、少なくとも１つの排出口１１６、１１６’の少なくとも一部分を通る排出流を実質的に完全に制限することによって増加させることができる。

動作１８３０では、プラズマ内におけるイオン種、ラジカル種、およびニュートラル種の割合のさらなる選択も可能にするために、圧力が所望の設定点に達するのに伴って、ＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂの動作状態を調節する、低減させる、有効にする、または不能にすることができる。

動作１８３５では、プラズマ処理空間１１０内において圧力が低減される。プラズマ処理空間１１０内の圧力は、上記でさらに詳しく説明されたように、少なくとも１つの排出口１１６、１１６’の少なくとも一部分を通る排出流に対する制限を低減させることによって減少させることができる。

動作１８４０では、プラズマ内におけるイオン種、ラジカル種、およびニュートラル種の割合のさらなる選択を可能にするために、圧力が所望の設定点に達するのに伴って、ＲＦソース１１７Ａ、１１７Ｂの動作状態を調節する、低減させる、有効にする、または不能にすることができる。

動作１８４５において、もし、プラズマ処理空間１１０内においてさらなる圧力および／またはＲＦ変調サイクルが必要とされない場合は、方法動作を終わらせることができる。あるいは、もし、プラズマ処理空間１１０内においてさらなる圧力サイクルおよび／またはＲＦ変調が必要とされる場合は、方法動作は、上記の動作１８２５に続くことができる。

上記の実施形態を念頭に置くと、本発明は、コンピュータシステムに記憶されたデータを伴う様々なコンピュータ実行動作を利用しえることが理解されるべきである。これらの動作は、物理量の物理的操作を必要とする動作である。必ずしもそうとは限らないが、通常は、これらの量は、記憶、転送、結合、比較、およびその他の操作を経ることができる電気信号または磁気信号の形態をとる。さらに、実施される操作は、多くの場合、生成、特定、決定、または比較などの表現で言及される。

本明細書で説明されて本発明の一部を構成する動作は、いずれも、有用なマシン動作である。本発明は、また、これらの動作を実施するためのデバイスまたは装置にも関する。装置は、専用コンピュータのように、所要の目的のために特別に構築されてよい。専用コンピュータとして定義されるときは、そのコンピュータは、特殊な目的のために動作することができる一方で、尚も、特殊な目的の一部ではないその他の処理、プログラム実行、またはルーチンも実施することができる。あるいは、動作は、コンピュータメモリやキャッシュに記憶されたまたはネットワークを通じて得られた１つ以上のコンピュータプログラムによって選択的にアクティブにされるまたは構成される汎用コンピュータによって処理されてよい。ネットワークを通じてデータが得られるときは、そのデータは、例えばコンピューティングリソースのクラウドなどの、ネットワーク上のその他のコンピュータによって処理されてよい。本発明の実施形態は、データを或る状態から別の状態に変換するマシンとしても定義することができる。変換されたデータは、ストレージに保存され、次いで、プロセッサによって操作することができる。プロセッサは、こうして、データを或るものから別のものに変換する。尚もさらに、方法は、ネットワークを通じて接続することができる１つ以上のマシンまたはプロセッサによって処理することができる。各マシンは、データを或る状態またはものから別の状態またはものに変換することができ、また、データを処理する、データをストレージに保存する、ネットワークを通じてデータを伝送する、結果を表示する、または結果を別のマシンに伝達することもできる。

本発明は、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードおよび／またはロジック回路としても実装することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステムによって後で読み出し可能なデータを記憶することができる任意のデータストレージデバイスである。コンピュータ可読媒体の例には、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、フラッシュ、磁気テープ、ならびにその他の光および非光データストレージデバイスがある。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードが分散方式で記憶および実行されるように、ネットワーク結合されたコンピュータシステムに分散させることもできる。

さらに、上記の図面のなかで動作として表されている命令は、例示された順序で実施される必要はなく、動作として表されている必ずしも全ての処理が、本発明を実施するために必要とは限らない。さらに、上記のいずれの図面に記載されているプロセスも、ＲＡＭ、ＲＯＭ、またはハードディスクドライブのいずれか１つまたはいずれかの組み合わせに記憶されたソフトウェアとして実装することができる。

以上の発明は、理解を明瞭にする目的で幾らか詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正がなされてよいことが明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって非限定的であると見なされ、本発明は、本明細書で与えられる詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内で変更されてよい。

Claims (22)

1. プラズマ処理システムであって、
   処理チャンバと、
   前記処理チャンバに結合された少なくとも１つのガスソースと、
   前記処理チャンバおよび前記少なくとも１つのガスソースに結合されたコントローラと、
   を備え、
   前記処理チャンバは、
   前記処理チャンバの上部内に配された上部電極と、
   前記上部電極の向かい側に配された基板サポートと、
   前記処理チャンバの容積よりも小さい容積を有するプラズマ処理空間であって、
   前記上部電極の表面と、
   前記上部電極の前記表面に相対する基板サポートの支持表面と、
   少なくとも１つの排出口を含むプラズマ密閉構造によって画定される外周部と、
   によって画定されるプラズマ処理空間と、
   前記基板サポートまたは前記上部電極のうちの少なくとも１つに結合された少なくとも１つのＲＦソースと、
   前記少なくとも１つの排出口に近接して可動式に配されたコンダクタンス制御構造であって、前記コンダクタンス制御構造は、第１の位置に配されたときは、前記少なくとも１つの排出口を通る排出流を第１の流量に制限し、第２の位置に配されたときは、前記少なくとも１つの排出口を通る排出流を第２の流量に増加させ、前記コンダクタンス制御構造は、プラズマプロセス中に前記コントローラによって設定される選択された処理状態に対応して前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動し、前記少なくとも１つのＲＦソースは、前記プラズマプロセス中に前記コントローラによって設定される前記選択された処理状態に対応して調節される、コンダクタンス制御構造と、
   を含む、プラズマ処理システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態と実質的に位相が一致している、システム。
3. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態と実質的に位相が１８０度ずれている、システム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態よりも遅れている、システム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態に先行している、システム。
6. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記少なくとも１つのＲＦソースは、約２７ＭＨｚの出力を有する高周波数ＲＦソースを含む、システム。
7. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記少なくとも１つのＲＦソースは、約６０ＭＨｚの出力を有する高周波数ＲＦソースを含む、システム。
8. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記少なくとも１つのＲＦソースは、約２７ＭＨｚを超える出力を有する高周波数ＲＦソースと、約２ＭＨｚの出力を有する低周波数ＲＦソースとを含む、システム。
9. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記コントローラは、前記少なくとも１つのガスソースによる、前記処理空間への入力流量を、前記コンダクタンス制御構造の動きおよび前記少なくとも１つのＲＦソースの調節と協調させる、システム。
10. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記プラズマ密閉構造内の前記少なくとも１つの排出口は、前記プラズマ密閉構造の実質的に水平な部分に形成される、システム。
11. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記プラズマ密閉構造内の前記少なくとも１つの排出口は、前記プラズマ密閉構造の実質的に垂直な部分に形成される、システム。
12. チャンバのプラズマ処理空間において、その場で圧力を調節する方法であって、前記プラズマ処理空間は、上部電極の方面と、基板サポートの支持表面と、プラズマ密閉構造によって画定される外側領域との間に画定され、前記プラズマ密閉構造は、少なくとも１つの排出口を含み、前記方法は、
    前記プラズマ処理空間に少なくとも１種の処理ガスを注入することと、
    前記プラズマ処理空間内においてプラズマを発生させることと、
    前記プラズマ処理空間内においてプラズマが発生される期間中に圧力を調節することおよび前記プラズマ処理空間に結合された少なくとも１つのＲＦソースを調節することと、
    を備え、
    前記圧力を調節することは、
    前記少なくとも１つの排出口から前記プラズマ処理空間を出て行く第１の排出流であって、前記少なくとも１つの排出口から出て行く制限された流路である第１の排出流、および
    前記少なくとも１つの排出口から前記プラズマ処理空間を出て行く第２の排出流であって、前記第１の排出流よりも大きく、前記少なくとも１つの排出口から、前記第１の排出流よりも制限が少ない流路を通って出て行く第２の排出流、
    のうちの、少なくとも１つによって制御される、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記プラズマが発生される期間は、１つ以上の既定の圧力設定点およびＲＦ変調設定点を有する処理レシピに対応する、方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記既定の圧力設定点は、それぞれ、前記第１の排出流、または前記第２の排出流、または前記第１の排出流と前記第２の排出流との間の排出流に対応する、方法。
15. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記プラズマ処理空間内の圧力は、前記伝達経路の制限が増したときに増加され、前記伝達経路の制限が減ったときに低減される、方法。
16. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態に実質的に位相が一致している、方法。
17. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態と実質的に位相が１８０度ずれている、方法。
18. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態よりも遅れている、方法。
19. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのＲＦソースの調節は、前記選択された処理状態に先行している、方法。
20. チャンバであって、
    基板サポートと、
    上部電極と、
    前記基板サポートまたは前記上部電極の少なくとも１つに結合された少なくとも１つのＲＦソースと、
    密閉構造であって、前記基板サポートと、前記上部電極と、前記密閉構造との間にプラズマ処理空間が画定されるように、前記基板サポートを取り巻くように配され、前記基板サポートを取り巻く複数の排出口を含む密閉構造と、
    前記プラズマ処理空間の外側に、前記複数の排出口に近接して配されたコンダクタンス制御構造であって、前記コンダクタンス制御構造は、前記コンダクタンス制御構造を第１の位置と第２の位置との間で移動させる位置決め作動器を有し、前記第１の位置は、前記コンダクタンス制御構造を前記複数の排出口のすぐ隣りに配し、前記第２の位置は、前記コンダクタンス制御構造を前記複数の排出口から離れた場所に配し、前記少なくとも１つのＲＦソースは、前記第１の位置および前記第２の位置に対応するように調節される、コンダクタンス制御構造と、
    を備えるチャンバ。
21. 請求項２０に記載のチャンバであって、さらに、
    コントローラであって、プラズマ処理レシピにおける１つ以上の処理状態中に、前記コンダクタンス制御構造の動きを指示するために、前記位置決め作動器と通信状態にあるコントローラを備えるチャンバ。
22. 請求項２１に記載のチャンバであって、
    前記コントローラは、プラズマ処理レシピによって定められたように、前記コンダクタンス制御構造を前記第１の位置と、前記第２の位置または前記第１の位置と前記第２の位置との間の位置との間で調整するように、前記プラズマ処理レシピ中に前記プラズマ処理チャンバ内へ、処理ガスを向かわせるガスソースと、通信状態にある、チャンバ。

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