JP2019050413A - デュアルチャンバ構成のパルスプラズマチャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】所望のプラズマ処理条件を達成するためのデュアルチャンバ構成のパルスプラズマチャンバを提供する。【解決手段】半導体ウエハ処理装置は、上側チャンバ４１４を下側チャンバ４２０に流体連通させるプレートによって隔てられたデュアルチャンバ構成で、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源の電圧および周波数を設定、動作可能とし、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号の電圧、周波数、オン期間の持続時間およびオフ期間の持続時間を設定するよう動作可能である。システムコントローラは、チャンバの動作中にプレートを通して上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御する。種の流れは、陰イオンエッチングと、オフ期間のアフターグロー中のウエハ表面における過剰な正電荷の中和と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体デバイスの誘電体エッチングのための方法、システム、および、コンピュータプログラムに関し、特に、デュアルモジュール容量結合プラズマ（ＣＣＰ）チャンバにおける半導体デバイスの誘電体エッチングのための方法、システム、および、コンピュータプログラムに関する。

集積回路の製造は、ドープシリコンの領域を含むシリコン基板（ウエハ）を化学反応プラズマに暴露させる工程を含んでおり、その工程で、サブミクロンのデバイスフィーチャ（例えば、トランジスタ、コンデンサなど）が基板上にエッチングされる。第１の層が加工されると、いくつかの絶縁（誘電体）層が第１の層の上に形成され、ホール（ビアとも呼ばれる）およびトレンチが、導電性のインターコネクタを配置するために材料にエッチングされる。

ＳｉＯ_２は、半導体製造で用いられる一般的な誘電体である。ＳｉＯ_２エッチングに用いられるプラズマは、しばしば、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ_２）ガスと共に、四フッ化炭素ＣＦ_４およびオクタフルオロシクロブタン（Ｃ−Ｃ_４Ｆ_８）などのフッ化炭素ガスを含む。プラズマという用語は、構成原子および分子が部分的または完全にイオン化されたガスを指すために用いられる。容量性高周波（ＲＦ）電力結合が、低い解離速度、好ましい比較的大きい不動態化分子、および、表面における高いイオンエネルギを理由に、プラズマを点火および維持するためにしばしば用いられる。シリコン基板へのイオンエネルギおよびイオン束を独立制御するために、デュアル周波数容量放電（ＤＦ−ＣＣＰ）が用いられることがある。

半導体ウエハ製造に用いられる現行のプラズマ処理システムは、ラジカル分離、ラジカル束、イオンエネルギ、および、ウエハに供給されるイオン束を制御するために、相互に大きく依存した制御パラメータを利用する。例えば、現行のプラズマ処理システムは、ウエハの存在下で生成された単一のプラズマを制御することによって、必要なラジカル分離、ラジカル束、イオンエネルギ、および、イオン束を達成しようとする。残念ながら、化学物質の解離およびラジカルの形成は、イオン生成およびプラズマ密度に結びついており、所望のプラズマ処理条件を達成するために協調しない。

一部の半導体処理装置は、パルスＲＦ電源を用いる。現在のパルスＲＦプラズマ技術は、プラズマが止まるＲＦのオフ期間中にアフターグロープラズマの制御を提供しない。通例、ＲＦのオフ期間中には、プラズマ電位が崩壊し、電子がチャンバの壁へ逸出する。アフターグロー中、電子密度が低下し、陰イオン密度が増大する。次いで、イオンも壁へと逸出する。荷電種の動態は、チャンバ内の電荷の分布、ひいては、そのエッチング特性を決定するが、残念ながら、これらの動態および荷電種の流束は、ほとんど制御されていない。アフターグロー期間に利用できる制御は、変調周波数およびデューティサイクルのみである。

パルスプラズマ技術の別の問題は、ＲＦ電力がオンになった時のプラズマ再点火である。プラズマおよびアフターグローがＲＦのオフ期間中に完全に消える場合、プラズマの再点火には、高いＲＦ電圧レベルが必要になる。さらに、特に、低ガス圧での動作時に、ＲＦの問題により支障が生じうる。

実施形態は、このような課題に対処するものである。

本発明の実施形態は、デュアルチャンバ構成のパルスプラズマチャンバで半導体基板を処理するためのシステム、方法、および、コンピュータプログラムを提供する。

本発明は、処理、装置、システム、デバイス、または、コンピュータ読み取り可能な媒体に記録された方法など、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。

一実施形態では、上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた上側チャンバおよび下側チャンバを備えたウエハ処理装置が、連続波（ＣＷ）コントローラと、パルスコントローラと、システムコントローラと、を備える。ＣＷコントローラは、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源の電圧および周波数を設定するよう動作可能である。パルスコントローラは、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号の電圧、周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を設定するよう動作可能である。さらに、システムコントローラは、チャンバの動作中にプレートを通して上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、ＣＷコントローラおよびパルスコントローラのパラメータを設定するよう動作可能である。種の流れは、オフ期間のアフターグロー中の陰イオン密度の制御と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。

別の実施形態では、上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた上側チャンバおよび下側チャンバを備えたウエハ処理装置でウエハを処理するための方法が、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１のＲＦ電源によって生成される連続高周波（ＲＦ）信号のための第１のパラメータを設定する動作を備える。第１のパラメータは、第１の電圧および第１の周波数を含む。さらに、方法は、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定する動作を備える。第２のパラメータは、第２の電圧、第２の周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を含む。連続ＲＦ信号は上側電極に印加され、パルスＲＦ信号は下側電極に印加される。第１のパラメータおよび第２のパラメータを設定することにより、チャンバの動作中に上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御する。種の流れは、オフ期間のアフターグロー中の陰イオン密度の制御と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。

さらに別の実施形態では、上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた上側チャンバおよび下側チャンバを備えたウエハ処理装置が、ＣＷコントローラと、パルスコントローラと、システムコントローラと、を備える。ＣＷコントローラは、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源のための第１のパラメータを設定するよう動作可能であり、パルスコントローラは、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成される第２のパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定するよう動作可能である。パルスコントローラは、さらに、下側電極に接続された第３のＲＦ電源によって生成される第３のパルスＲＦ信号のための第３のパラメータを設定するよう動作可能である。さらに、システムコントローラは、チャンバの動作中にプレートを通して上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、第１、第２、および、第３のパラメータを転送するよう動作可能である。種の流れは、オフ期間のアフターグロー中の陰イオン密度の制御と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。

添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明から、別の態様が明らかになる。

本発明は、添付の図面に関連して行う以下の説明を参照することによって最も良く理解できる。

一実施形態に従って、エッチングチャンバを示す図。

一実施形態に従って、パルスプラズマチャンバの挙動を示す図。

一実施形態に従って、プラズマ密度に対するＲＦ電力周波数およびチャンバ圧力の影響を示す図。

本発明の一実施形態に従って、２つのチャンバを備えた半導体ウエハ処理装置を示す図。

本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を示す図。

本発明の一実施形態に従って、上側プラズマと下側プラズマとを含む図５のチャンバを示す図。

一実施形態に従って、正規化したイオン束をプレートの厚さの関数として示す図。

本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を動作させるためのアルゴリズムを示すフローチャート。

本発明の一実施形態に従って、ウエハを処理するためのアルゴリズムを示すフローチャート。

本発明の実施形態を実施するためのコンピュータシステムを示す概略図。

以下の実施形態は、デュアルチャンバ構成のパルスプラズマチャンバで半導体基板を処理するためのシステム、方法、および、コンピュータプログラムを提供する。本実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能であることが明らかである。また、本実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。

図１は、一実施形態に従って、エッチングチャンバを示す。２つの電極の間に電場を励起することが、エッチングチャンバ内でＲＦガス放電を得るための方法の１つである。電極間に振動電圧が印加された時、得られた放電は、容量結合プラズマ（ＣＰＣ）放電と呼ばれる。

プラズマは、電子中性衝突によって起きた様々な分子の解離によって生成される様々な化学反応性の副生成物を得るために、安定した原料ガスを用いて生成されうる。エッチングの化学的側面は、中性ガス分子およびそれらの解離した副生成物と、エッチング対象の表面の分子との化学反応を起こし、揮発性分子を生成することを含んでおり、かかる揮発性分子はポンプ除去されうる。プラズマが生成されると、壁からプラズマを隔てる空間電荷シースを横切って陽イオンがプラズマから加速され、ウエハの表面から材料を除去するのに十分なエネルギでウエハ表面に衝突する。これは、イオン衝撃またはイオンスパッタリングとして知られる。しかしながら、一部の工業用プラズマは、純粋に物理的な手段によって表面を効率的にエッチングするのに十分なエネルギを有するイオンを生成しない。中性ガスエッチングおよびイオン衝撃の両方を組み合わせた作用が、各方法の効果を単に足し合わせるよりも速いエッチング速度を生み出すことがわかった。

一実施形態において、異方性および選択エッチング能があることから、ＣＦ_４およびＣ−Ｃ_４Ｆ_８などのフッ化炭素ガスが誘電体エッチング処理に用いられるが、本発明の原理は、その他のプラズマ生成ガスにも適用できる。フッ化炭素ガスは容易に解離されて、より小さい分子および原子ラジカルになる。これらの化学反応性副生成物は、誘電材料をエッチング除去する。一実施形態において、誘電材料は低誘電率デバイスのためのＳｉＯ_２またはＳｉＯＣＨであってよい。

図１のチャンバは、接地された上側電極１０４と、低周波ＲＦ発生器１１８および高周波ＲＦ発生器１１６によって電力供給される下側電極１０８と、を備える。下側電極１０８は、整合回路網１１４を介して、低周波ＲＦ発生器１１８および高周波ＲＦ発生器１１６に接続されている。一実施形態において、低周波ＲＦ発生器１１８は２ＭＨｚのＲＦ周波数を有し、高周波ＲＦ発生器１１６は２７ＭＨｚのＲＦ周波数を有する。

図１のチャンバは、チャンバにガスを入力するために上側電極１０４上にガスシャワーヘッドを備えており、チャンバからガスをポンプで排出することを可能にする穴のあいた閉じ込めリング１１２を備える。基板１０６がチャンバ内に存在する時、ウエハ表面上に均一なエッチングをするためにプラズマ１０２の下面に均一なＲＦ場が存在するように、シリコンフォーカスリング１１０が基板に隣接して配置される。

一実施形態において、低周波ＲＦ発生器１１８はパルシングするが、高周波ＲＦ発生器１１６はパルシングしない。別の実施形態では、ＲＦ発生器は共にパルシングし、さらに別の実施形態では、高周波ＲＦ発生器１１６はパルシングするが、低周波ＲＦ発生器１１８はパルシングせず、すなわち、低周波ＲＦ発生器１１８は、ウエハ処理中には常にオンになっている。

図２は、一実施形態に従って、パルスプラズマチャンバの挙動を示す。図１に関連するパルスプラズマチャンバは、１つのパルスＲＦ電源を備える。グラフ２０２は、ＲＦ電源の電圧を示しており、ＲＦ電源がオン状態のオン期間と、ＲＦ電源がオフ状態のオフ期間と、を含む。グラフ２０４は、ＲＦ電源の電力が２つのレベル、すなわち、ゼロより大きいオン期間中の第１のレベルおよびゼロに等しい（つまり、ＲＦ電力がオフである）オフ期間中の第２のレベル、を有することを示している。

オン期間は２つの段階を有する：すなわち、プラズマが点火されている（すなわち、ターンオン）第１の段階、および、プラズマがチャンバ内に存在する定常状態に対応する第２の段階である。ターンオン段階中に、プラズマが点火すると、プラズマシースが生じて変化する。電子の平均エネルギは比較的高く、イオン束密度は低い。さらに、電力は、プラズマ点火中に変化するプラズマインピーダンスにより、ターンオン段階にはうまく整合されない。定常状態段階には、電子密度はほぼ一定であり、陽イオン束密度が大きい。電力は、ほぼ一定のプラズマインピーダンスと良好に整合され、プラズマシートが安定的に振動する。

オフ期間は２つの段階を有する：すなわち、プラズマがオフにされている第１の段階（ターンオフ）、および、「アフターグロー後期」と呼ばれる第２の段階である。ターンオフ段階には、電子の平均エネルギが急速に減少し、イオン束密度が急速に低下し、プラズマ電位が低くなる。プラズマシースは、電子密度が低下すると崩壊する。アフターグロー後期段階には、電力レベルはゼロになり、電子の平均エネルギは小さくなる。また、イオン束密度も小さく、陰イオンがチャンバの表面に到達しうる。プラズマシースは、電子密度が低下すると崩壊する。

グラフ２０６は、オン期間およびオフ期間中に電子エネルギが変化する様子を示す。オン期間中、電子エネルギは高く、オフ期間中、電子エネルギはゼロまで減少する。グラフ２０８は、電子密度２２０および陽イオン密度２２２を示す。陽イオン密度２２２は、オン期間中に高く、オフ期間に減少する。したがって、陽イオンによるエッチングは、主にオン期間中に起きる。

グラフ２１０は、経時的にプラズマ電位の変化を示す。上述のように、プラズマ電位は、ターンオン段階の最初に急上昇し、次いで、定常値に至る。ターンオフ段階中に、プラズマ電位は、ゼロの値に達するまで減衰する。グラフ２１２は、陽イオン束の値を示しており、その値は、オン期間中はほぼ一定であり、オフ期間に速やかに０まで減少する。

さらに、グラフ２１４は、経時的に陰イオン束の値を示す。陰イオン束は、オン期間中には実質的に０であるが、オフ期間に正のスパイクを有しており、それが、オフ期間中に、陰イオンによるウエハのエッチング、および、ウエハ表面上の過度の正電荷の中和を引き起こす。

ＲＦ電源のパルシングは、非パルスＲＦ電源と比較して、トレンチング、ノッチング、および、帯電損傷を低減できるため、エッチング性能を向上させる。電荷が、連続放電中にウェルの上部および下部の間に蓄積して、イオン偏向を引き起こしうる。アフターグローレジームでの低電子密度により、より多くの陰イオンおよび電子が、ウェル底部へと引き付けられて、ウェル底部に蓄積しうる正電荷を中和することが可能になるため、電荷蓄積をパルス放電で減少させることができる。

図３は、一実施形態に従って、プラズマ密度に対するＲＦ電力周波数およびチャンバ圧力の影響を示す。図３は、チャンバにおけるＲＦ電力周波数および圧力の様々な条件下で非パルスプラズマチャンバで取られたいくつかの測定値を示す。酸素および５％アルゴンを含むチャンバにおいて、４００Ｗの単一ＲＦ電源を用いて、測定を行った。

ライン３０２は、異なる圧力レベルおよび２ＭＨｚのＲＦ周波数での陽イオン束の値を示す。チャンバ内の圧力が上昇するにつれ、陰イオン束は増大し、約３００ｍＴｏｒｒでおよそ最大陽イオン束に至る。したがって、低ＲＦ周波数（２ＭＨｚ）では、チャンバは、高圧でより効率的である。ライン３０６は、ＲＦ周波数が２７ＭＨｚの時の値を示す。この場合、流束は、圧力が約１００ｍＴｏｒｒになるまで次第に増大し、その後は実質的に一定になる。ライン３０４は、６０ＭＨｚのＲＦ周波数を用いた時の流束の値を示す。この高周波数では、チャンバは、低圧でより効率的であり、圧力が上昇すると効率的でなくなる。

一般に、パルスＲＦ電力を用いる場合、低圧でチャンバを作動させることがより望ましいため、イオンは穴の深くまで到達しうる。しかしながら、低圧での作動時には高圧での作動時よりも電子が少ないので、低圧プラズマチャンバ内でプラズマを点火することは比較的難しい。

本発明の実施形態は、下側チャンバがパルス化され上側チャンバがパルス化されていないデュアルチャンバ構成を利用する。図４〜図６を参照して以下で詳述するように、２つのチャンバは、上側チャンバから下側チャンバへの種の流れを提供する穴あきグリッドによって隔てられている。電子が、上側プラズマを逸出して下側チャンバに流れ、プラズマの再点火を助ける。下側チャンバ内により多くの電子が存在するため、プラズマの再点火は、より容易である。したがって、デュアルチャンバを利用すれば、低圧チャンバおよびパルスＲＦ電源を同時に実現することが容易になる。

図４は、本発明の一実施形態に従って、２つのチャンバを備えた半導体ウエハ処理装置を示す。半導体ウエハ処理装置は、デュアル空間プラズマ源を備える。上側チャンバ４１４は、連続波（ＣＷ）ラジカル制御プラズマ（ＲＣＰ）であり、本明細書ではプレートまたはグリッドとも呼ばれる穴あき接地電極４２４によって下側パルスＲＦ容量プラズマチャンバ４２０から隔てられている。下側空間は、パルスＣＣＰプラズマチャンバであり、上側空間は、下側空間に注入されるラジカル、電子、および、イオンの供給源として機能する。

パルス下側チャンバＲＦのオフ期間におけるアフターグロー中、下側チャンバ内の中性種および荷電種の流束は、上側チャンバにおけるパラメータを調整することによって制御できる。また、ＲＣＰ上側チャンバからの荷電種を下側チャンバに流すことは、ＲＦのオン期間中の下側プラズマ４１８の再点火を助ける。一実施形態において、アフターグローおよび再点火は、上側チャンバ内で異なるプラズマ源を用いることによって制御される。例えば、上側チャンバ内で誘電結合プラズマまたはヘリコンプラズマを用いて制御される。

上側プラズマ４１６の供給源が下側チャンバ内のプラズマアフターグローの制御を提供し、基板４２２をエッチングするための荷電種動態の制御を提供するので、この構成は、チャンバの性能を向上させる。さらに、上側チャンバ内のＲＣＰは、ＣＣＰプラズマを点火するための最初の荷電種を提供することにより、ＣＣＰ下側チャンバ内でのプラズマ４１８の再点火を助ける。

単一空間のパルスチャンバでは、陰イオンエッチングのための制御は、オンおよびオフ期間のサイクルのみである。デュアル空間チャンバでは、上側チャンバは常にオンであるため、下側チャンバのオフ期間でも、上側チャンバ由来の種の一定の流れがある。したがって、オンおよびオフ期間の両方に、エッチング処理を制御することが可能である。上側プラズマ４１６からの電子は、上側チャンバを下側チャンバに接続する貫通孔４２６を通過する。電子はエネルギを運ぶので、貫通孔４２６は、下側チャンバに入る電子ビームを形成する。

一実施形態において、下側チャンバ４２０は、第１のパルスＲＦ電源４０６および第２のパルスＲＦ電源４１０によって電力供給される。ＲＦ電源は、それぞれのＲＦ整合回路網４０８および４１２を介してチャンバ４２０内の下側電極に接続されている。上側チャンバ４１４内の上側電極は、整合回路網４０４を介して第３のＲＦ電源４０２に接続されている。一実施形態において、第３のＲＦ電源４０２は、上側チャンバ４１４に連続波ＲＦ電力を供給する。

パルスコントローラ４３０が、第１のパルスＲＦ電源４０６および第２のパルスＲＦ電源４１０によって生成されたＲＦ電力のパラメータを制御する。第１および第２のＲＦ電源を制御するパラメータは、ＲＦ電源のパルスサイクル（すなわち、オンおよびオフ期間の持続時間）、第１および第２のＲＦ電源の周波数、電圧、および、電力レベルを含む。ＲＦ電源のパラメータを制御することにより、システムは、例えば、ＲＦのオフ期間と、下側チャンバ内でのプラズマアフターグローとを制御する。ＲＦパラメータのこの制御は、システムが、上側チャンバ由来の中性種および荷電種の流束を制御することも可能にする。上部側チャンバからの荷電種を下側チャンバに移動させることは、ＲＦのオン期間の最初のプラズマの再点火の助けにもなり、これは、同じＲＦ電力を用いる単一チャンバ装置の場合よりも早くプラズマが再点火することを意味する。

連続波コントローラ４２８が、第３のＲＦ電源２０４によって生成されたＲＦ電力を制御する。したがって、連続波コントローラ４２８は、周波数、電圧、および、電力を含む上側チャンバのＲＦ電力のパラメータを制御する。システムコントローラ４３２は、パルスコントローラ４３０および連続波コントローラ４２８と通信し、上側および下側チャンバのＲＦ電力の制御パラメータを設定する。ＣＷコントローラおよびパルスコントローラのパラメータを制御することにより、システムコントローラ４３２は、チャンバの動作中にプレートを通して上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御するよう動作可能であり、ここで、種の流れは、陰イオンエッチングと、オフ期間のアフターグロー中のウエハ表面における過剰な正荷電の中和と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。システムコントローラ４３２は、プラズマレシピ設定４３４を入力として有する。プラズマレシピ設定４３４は、周波数、電圧、電力、および、オン／オフサイクルを含む３つのＲＦ電源のパラメータと、チャンバの動作のための他のパラメータと、を含む。プラズマレシピ設定における他の値は、チャンバを隔てるプレートの構成（例えば、貫通孔の数、プレートの厚さ、貫通孔の分布など）、上側チャンバ内の圧力、下側チャンバ内の圧力、エッチングサイクルの持続時間、チャンバへのガス流量などを含みうる。

ＲＦ電源の制御に加えて、システムコントローラ４３２は、上側チャンバ内の圧力、下側チャンバ内の圧力、ならびに、上側および下側チャンバの間に配置されたプレート４２４の構成など、チャンバのその他のパラメータを制御するように動作可能である。

上側および下側チャンバは、それぞれのチャンバへのガス流量を独立的に制御される。上側チャンバには、別個の吸気源がある。グリッド４２４は、さらに、下側チャンバへのガスシャワーヘッドを形成するガス流出口を備える。グリッド４２４は、酸化アルミニウムなどの絶縁誘電体である外面を有する。一実施形態において、グリッド４２４は、アルミニウムで製造され、酸化アルミニウムで被覆される。別の実施形態において、グリッドはシリコンで製造される。グリッド４２４は、接地に接続されている。一実施形態において、グリッドは、２７ｍｍ厚であり（すなわち、貫通孔は２７ｍｍの長さを有する）、貫通孔は２ｍｍの直径を有しているが、他の値も可能である。

２つの空間を有することにより、オフ期間中に下側チャンバ内の陰イオンの量を増大させ、陰イオンによるエッチングを向上させる。上側チャンバからの電子は、下側チャンバに到達すると、イオンに結合し、オフ期間中にチャンバ内により多くの陰イオンを生み出す。

下側チャンバの性能に影響する上側チャンバのパラメータがいくつかある。第１に、上側チャンバ内の電子密度である。密度が高いほど、下側チャンバに移動する電子の数が多くなる。第２に、上側チャンバのシースの電圧であり、一部の電子（二次電子など）のエネルギを規定する。第３に、チャンバ内の圧力である。上側チャンバ内の圧力が高くなるほど、下側チャンバに移動する粒子（電子、イオン）が多くなる。第４に、プレート４２４の厚さおよび貫通孔４２６の密度である。プレートの厚さが大きいほど、下側チャンバに移動する種の数が少なくなる。さらに、貫通孔４２６の密度が高いほど、下側に移動する種が多くなる。

図４の実施形態は、２ＭＨｚの第１のパルスＲＦ電源４０６および２７ＭＨｚの第２のパルスＲＦ電源４１０を備える。ＲＦ電源は、それぞれのＲＦ整合回路網４０８および４１２を介してチャンバ４２０内の下側電極に接続されている。上側チャンバ４１４内の上側電極は、整合回路網４０４を介して第３のＲＦ電源４０２に接続されている。第３のＲＦ電源４０２はパルシングしない。

図４に示した実施形態は、例示であることに注意されたい。別の実施形態は、異なるタイプのチャンバ、異なる周波数、下側チャンバ内の１つのみのＲＦ電源、異なるサイズの分離プレート、上側および下側チャンバ内の異なる圧力などを利用してもよい。例えば、一実施形態において、上側チャンバは、ＣＣＰプラズマチャンバである。さらに、半導体ウエハ処理装置内の上述したモジュールのいくつかが、単一のモジュールに統合されてもよいし、単一のモジュールの機能が、複数のモジュールによって実行されてもよい。例えば、一実施形態において、連続波コントローラ４２８およびパルスコントローラ４３０は、システムコントローラ４３２に統合されるが、その他の構成も可能である。したがって、図５に示した実施形態は、排他的または限定的ではなく、例示または説明のためのものと解釈されるべきである。

一実施形態において、上側電極は、２７ＭＨｚのＲＦ電源に接続されており、下側チャンバの下側電極は、２ＭＨｚのＲＦ電源に接続されている。別の実施形態において、上側チャンバ内の圧力は、２０ｍＴｏｒｒから６０ｍＴｏｒｒの間の値を有し、下側チャンバ内の圧力は、１０ｍＴｏｒｒから１９ｍＴｏｒｒの間の値を有する。

さらに別の実施形態において、上側チャンバは、２７ＭＨｚから１００ＭＨｚの間の周波数を有する１つのＲＦ電源を有し、下側チャンバは、０．４ＭＨｚから２５ＭＨｚの間の周波数を有する１つのＲＦ電源を有する。上側電源の電圧は、数百ボルトの範囲（例えば、１００Ｖから２０００Ｖ以上の範囲）であってよい。下側ＲＦ電源は、最大で６０００Ｖ以上の電圧を有してよい。一実施形態において、電圧は１０００Ｖである。別の実施形態において、上側ＲＦ電源の電圧は、１００Ｖから６００Ｖの間の値を有し、下側ＲＦ電源の電圧は、１０００Ｖから６０００Ｖの間の値を有する。

上側チャンバおよび下側チャンバ内の圧力は、１０ｍＴｏｒｒから５００ｍＴｏｒｒの間の値を有してよい。一実施形態において、上側チャンバは２０ｍＴｏｒｒの圧力で作動し、下側チャンバは１５ｍＴｏｒｒの圧力で作動する。

図５は、本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を示す。装置は、上側プレート５００Ａ、下側プレート５００Ｂ、および、壁５００Ｃによって形成されたチャンバ５００を備える。一実施形態において、壁５００Ｃは、連続的な円筒形の壁５００Ｃを形成する。他の実施形態において、壁５００Ｃは、チャンバ５００の内部空洞５００Ｄがチャンバ５００の外側の外部環境から隔離されうる限りは、他の構成を有してもよい。様々な実施形態において、チャンバ５００の上側プレート５００Ａ、下側プレート５００Ｂ、および、壁５００Ｃは、電気および熱の良好な伝導体であると共に、内部空洞５００Ｄがウエハ処理中に暴露される処理ガスと化学的に適合する金属から形成されてよい。例えば、様々な実施形態において、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属が、チャンバ５００の構成要素を形成するために用いられてよい。

上側プレート５００Ａ、下側プレート５００Ｂ、および、壁５００Ｃを含むチャンバ５００の構造は、導電材料で形成され、基準接地電位に電気的に接続される。チャンバ５００は、内部空洞５００Ｄから外部排出ポンプ５３７への流体連通を提供する排出口５３５を備えており、その結果、排出口５３５を通して陰圧を印加することにより、内部空洞５００Ｄの内部からガスおよび粒子を除去することができる。様々な実施形態において、排出ポンプ５３７がチャンバ５００の内部空洞５００Ｄからの流体の流れを引き出すために排出口５３５で吸引を行うことができる限りは、排出ポンプ５３７は、異なる方法で実装されてもよい。

デュアルプラズマ処理装置が、チャンバ５００の内部空洞５００Ｄ内に配置される。デュアルプラズマ処理装置は、上側プラズマ生成空間５０３を備えた上側プラズマチャンバ５１２を備える。デュアルプラズマ処理装置は、さらに、下側プラズマ生成空間５０９を備えた下側プラズマチャンバ５１４を備える。上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４は、ガス分配ユニット５１５によって物理的かつ流体的に接続されており、ガス分配ユニット５１５は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９を分離するように配置されている。

上側プラズマチャンバ５１２は、上側プラズマチャンバ５１２の周囲を囲むよう規定されると共に上側プレート５００Ａに結合された外部構造部材５０４によって部分的には形成される。上側プラズマチャンバ５１２は、さらに、外部構造部材５０４内の上側プラズマ生成空間５０３の上方に配置されたシャワーヘッド電極５０１を備える。

動作中、高周波（ＲＦ）電力が、ＲＦ電源５０５からシャワーヘッド電極５０１に送られる。一実施形態において、ＲＦ電源５０５は、複数の周波数のＲＦ電力を供給するよう規定されている。一実施形態において、ＲＦ電源５０５の周波数は、５ｋＨｚから５００ＭＨｚの範囲内に設定される。別の実施形態において、ＲＦ電源５０５の周波数は、４００ｋＨｚから６０ＭＨｚの範囲内に設定される。

さらに、一実施形態において、シャワーヘッド電極５０１は、プラズマ密度と独立して上側プラズマ生成空間５０３内のプラズマ電位を制御することを可能にするために、ＤＣバイアス源５２０に接続される。ＤＣバイアス源５２０は、接地以上の様々な電圧設定でシャワーヘッド電極５０１のバイアスを制御するよう規定されている。一実施形態において、シャワーヘッド電極５０１のＤＣバイアス源５２０は、上側プラズマ生成空間５０３内のプラズマと下側プラズマ生成空間５０９内のプラズマとを同期させるようなパルスで動作するよう規定されうる。より具体的には、ＤＣバイアス源５２０のこのパルス制御は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９内のプラズマの間の時間依存性の電圧差を制御するために用いることができる。

貫通孔５１７の各々は、ガス分配ユニット５１５の上面を通して開いた流体連通をするよう規定される。しかしながら、ガス供給口５１９は、ガス分配ユニット５１５の上面を通して流体的に露出されていない。したがって、ガス供給口５１９は、プラズマ処理ガスを下側プラズマ生成空間５０９のみに流すよう規定されている。対照的に、貫通孔５１７は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９の間の流体連通を可能にするよう規定されている。ガス分配ユニット５１５の貫通孔５１７を通る流体の流れは、上側プラズマ生成空間５０３および下側プラズマ生成空間５０９の間の圧力差によって制御されうる。

ガス分配ユニット５１５は、ＲＦ帰還路電極、プラズマ処理ガスマニホルド、流体流バッフルプレート、および、イオンフィルタとして機能することを理解されたい。様々な実施形態において、ガス分配ユニット５１５は、電気および熱の良好な伝導体であると共に、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９内で実行される処理と化学的に適合する金属、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸化イットリウム、または、さらされるプラズマ処理に適切なプラズマ耐性、導電性、および、熱伝導性を提供する基本的に任意のその他の材料、から形成されてよい。

様々な実施形態において、ガス分配ユニット５１５は、ガス分配ユニット５１５がＲＦ電源５０５および５１１に適切な接地帰還路を提供することを可能にすると共に、上側プラズマ生成空間５０３内で生成されたイオンに影響を与えるのに適切なバイアスを提供するために、独自のＤＣバイアス源５２４およびＲＦ電源５２２に接続される。ＲＦ電源５２２は、複数の周波数のＲＦ電力を供給するよう規定されてもよい。さらに、一実施形態において、電極５３０が、ガス分配ユニット５１５に埋め込まれており、上側プラズマ生成空間５０３内で生成されたイオンに影響を与えるためのバイアス電圧を提供するために、ＤＣバイアス源５２４に接続されている。一実施形態において、ガス分配ユニット５１５内の埋め込み電極５３０は、貫通孔５１７周囲に規定されており、それにより、埋め込み電極５３０に印加されるバイアス電圧を用いて、貫通孔５１７を通るイオンを加速または減速することができる。また、一実施形態において、ガス分配ユニット５１５内の埋め込み電極５３０は、複数の別個に制御可能な領域に規定されており、各領域は、独自のＤＣバイアス源５２４に接続される。この実施形態は、ガス分配ユニット５１５にわたって領域ごとに独立してバイアスを印加することを可能にすることにより、ガス分配ユニット５１５にわたって領域ごとに独立したイオン制御を提供する。

一実施形態において、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９のいずれかでプラズマに暴露されるガス分配ユニット５１５の部分は、プラズマ耐性材料の被覆によって保護される。一実施形態において、プラズマ耐性材料は、コーティングとして形成される。別の実施形態において、プラズマ耐性材料は、ガス分配ユニット５１５を共形被覆する保護構造（例えば、プレート）として形成される。この実施形態のいずれかにおいて、プラズマ耐性材料は、プラズマ耐性材料およびガス分配ユニット５１５の間の適切な導電性および熱伝導性を保証するように、ガス分配ユニット５１５に固定される。プラズマ耐性保護構造の実施形態において、保護構造は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９の間の圧力差によって、複数の締め具によって、または、それらの組み合わせによって、ガス分配ユニット５１５に固定されてよい。様々な実施形態において、ガス分配ユニット５１５を保護するために用いられるプラズマ耐性コーティング、保護構造は、シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸化イットリウム、または、さらされるプラズマ処理に適切なプラズマ耐性、導電性、および、熱伝導性を提供する基本的に任意のその他の材料で形成されてよい。

ガス供給口５１９および貫通孔５１７の各々は、中を通る流体流を最適化すると同時にプラズマの不都合な侵入を防ぐように規定される。ガス供給口５１９および貫通孔５１７の各々を通る流体流およびプラズマ侵入は、供給口または貫通孔のサイズに正比例する。したがって、ガス供給口５１９および貫通孔５１７の各々を、そのサイズが十分な流量を提供するのに十分な大きさを維持しつつ不都合なプラズマ侵入を防ぐのに十分小さくなるように規定する必要がある。様々な実施形態において、ガス供給口５１９の直径は、約０．１ｍｍから約３ｍｍの範囲のサイズを有する。様々な実施形態において、貫通孔５１７の直径は、約０．５ｍｍから約５ｍｍの範囲のサイズを有する。ただし、様々な実施形態において、ガス供給口５１９および貫通孔５１７は、それぞれ、直径サイズが十分な流量を提供すると同時にプラズマ侵入の適切な抑制を提供する限りは、基本的に任意の直径サイズを有するよう規定されてよいことを理解されたい。

チャック５０７が、チャンバ５００の内部空洞５００Ｄ内で下側プラズマ生成空間５０９の下方に配置されている。一実施形態において、チャック５０７は、チャンバ５００の壁５００Ｃから片持ちされている。一実施形態において、チャック５０７は、静電チャックであり、ＲＦ電力を下側プラズマ生成空間５０９に送るための電極を提供する。チャック５０７は、下側プラズマ生成空間５０９に露出させて、基板５１３（すなわち、ウエハ５１３）を保持するように規定される。一実施形態において、ウエハエッジリング５４９が、チャック５０７上の基板５１３保持領域の周囲に配置されている。様々な実施形態において、ウエハエッジリングは、石英またはシリコンで形成される。また、一実施形態において、導体５４８が、ウエハエッジリング５４９の下に配置され、ウエハエッジリング５４９を通してＤＣバイアスを駆動するように接続されている。

チャック５０７およびガス分配ユニット５１５の両方と垂直に測定される下側プラズマ生成空間５０９の垂直距離は、チャック５０７の垂直位置を制御することによって設定および制御されうる。下側プラズマ生成空間５０９の垂直距離は、十分な中央からエッジまでのプラズマ均一性および密度を達成するように設定され、さらに、ガス供給口５１９および貫通孔５１７から流れるガスの噴流によるウエハ５１３上への印刷を避けるように設定されうる。様々な実施形態において、下側プラズマ生成空間５０９の垂直距離は、約１ｃｍから約５ｃｍまたは約２ｃｍから約３．６ｃｍの範囲に設定されうる。

チャック５０７は、さらに、ＲＦ電源５１１から下側プラズマ生成空間５０９にＲＦ電力を供給するよう規定されており、その結果、チャック５０７は、下側プラズマ生成空間５０９のための電極として機能する。下側プラズマチャンバのＲＦ電源５１１は、上側プラズマチャンバのＲＦ電源５０５と分離され、独立していることを理解されたい。したがって、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９に供給されるＲＦ電力は、別個に独立して制御されうる。

一実施形態において、ＲＦ電源５１１は、オンサイクルおよびオフサイクルを有するパルスＲＦ電力を供給する。別の実施形態において、ＲＦ電源５１１は、２つの異なる周波数のＲＦ電力を供給し、両方の周波数のＲＦ電力がパルス状である。別の実施形態では、第１の周波数を有する一方のＲＦ電力はパルス状であり、第２の周波数を有する他方のＲＦ電力はパルス状ではない。パルスコントローラ４３０は、ＲＦ電源５１１に接続されており、ＲＦ電源５１１によって供給されるＲＦ電力のパラメータを設定する。これらのパラメータは、電源５１１によって生成されるＲＦ電力の周波数、電力、および、オン／オフ・デューティサイクルを含む。さらに、連続波コントローラ４２８は、ＲＦ電源５０５に接続されており、上側チャンバで生成されるＲＦ電力の周波数および電力など、ＲＦ電源５０５によって生成されるＲＦ電力のパラメータを設定する。

一実施形態において、ＲＦ電源５１１は、ＲＦ電力および複数の周波数を供給するよう規定されている。例えば、ＲＦ電源５１１は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および、６０ＭＨｚの周波数のＲＦ電力を供給するよう規定されてよい。上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４のためのＲＦ電源５０５および５１１の各々は、ＲＦ電力の伝達を可能にするための自身の整合回路網を通して、それぞれ、シャワーヘッド電極５０１およびチャック５０７に接続されている。上述のように、一実施形態において、ガス分配ユニット５１５は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９の両方のためのＲＦ電力帰還路における基準接地電極として機能する。

上側プラズマチャンバは、上側プラズマ生成空間５０３内のガスをチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに排出するための排出路５２５を備えるよう規定される。圧力スロットルリング５２７が、排出路５２５内で移動して、上側プラズマ生成空間５０３から排出路５２５を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流体流（すなわち、ガスの流れ）をスロットル調整する。一実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、上側プラズマチャンバ５１２の外側構造部材５０４に共形に規定された凹部領域内で垂直に移動するよう規定される。この実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、排出路５２５を通る流路の面積を小さくすることによって上側プラズマ生成空間５０３からの流体流量を絞るために、制御された方法で、排出路５２５内に下方移動されうる。一実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、上側プラズマ生成空間５０３から排出路５２５を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流れの完全な遮断を可能にするよう規定される。

図５に示した圧力スロットルリング５２７の構成は、その実装の一実施例であることを理解されたい。別の実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、排出路５２５を通る流体流の制御を提供する限りは、別の方法で実装されてもよい。下側プラズマチャンバは、下側プラズマ生成空間５０９内のガスをチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに排出するための１組のスロット排出路５２９を備えるよう規定される。

圧力制御リング５３１が、１組のスロット排出路５２９に近づいたり離れたりするように移動して、下側プラズマ生成空間５０９から１組のスロット排出路５２９を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流体流（すなわち、ガスの流れ）をスロットル調整する。一実施形態において、圧力制御リング５３１は、１組のスロット排出路５２９に近づいたり離れたりするように垂直方向に移動可能な水平方向の環状ディスクとして規定される。圧力制御リング５３１は、１組のスロット排出路５２９に当たるように配置された時、すなわち、１組のスロット排出路５２９が形成された外側構造部材５０６の水平部分の下面に当たるように配置された時、（内部空洞５００Ｄの側で）１組のスロット排出路５２９を覆うように規定されている。

下側プラズマ生成空間５０９から１組のスロット排出路５２９を通ってチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流体流は、１組のスロット排出路５２９に近づいたり離れたりする圧力制御リング５３１の垂直移動によって、スロットル調整すなわち制御されうる。一実施形態において、圧力スロットルリング５３１は、下側プラズマ生成空間５０９から１組のスロット排出路５２９を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流れの完全な遮断を可能にするよう規定される。また、一実施形態において、圧力計が、下側プラズマ生成空間５０９内の圧量を測定するために配置される。この実施形態では、下側プラズマ生成空間５０９内で測定された圧力は、圧力制御リング５３１の位置を制御するためのフィードバック信号を生成するために用いられ、それにより、下側プラズマ生成空間５０９内の圧力のアクティブ制御が実現される。

上側プラズマチャンバ５１２および下側プラズマチャンバ５１４の両方が、それぞれの閉じ込めプラズマを囲むことを理解されたい。閉じ込めプラズマは、プラズマ領域すなわち上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９内の体積、圧力、および、流量を制御することにより、プラズマの滞留時間を制御できる点で有利である。プラズマ滞留時間は、ラジカルおよび中性子の形成の要因である解離プロセスに影響を与える。

上述のように、上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４は、それぞれのＲＦ電源制御、圧力制御、温度制御、プラズマ処理ガス源制御、および、ガス流量制御を行う。様々な実施形態において、上側プラズマ処理空間５０３内の圧力は、約１００ｍＴｏｒｒから約１Ｔｏｒｒまたは約２００ｍＴｏｒｒから約６００ｍＴｏｒｒの範囲で制御されうる。様々な実施形態において、下側プラズマ処理空間５０９内の圧力は、約５ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒまたは約１０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒの範囲で制御されうる。

シャワーヘッド電極５０１を備えた図５の実施形態において、上側プラズマチャンバ５１２は、容量結合プラズマチャンバである。この実施形態において、シャワーヘッド電極５０１の下面およびガス分配ユニット５１５の上面の間で垂直に測定される上側プラズマ生成空間５０３の垂直距離は、約１ｃｍから約５ｃｍの範囲に設定される。一実施形態において、上側プラズマ生成空間５０３の垂直距離は、約２ｃｍである。別の実施形態において、シャワーヘッド電極５０１は、機能的に誘導コイルに置き換えられてもよく、その場合、上側プラズマチャンバ５１２は、誘導結合プラズマチャンバになる。この実施形態において、上側プラズマ生成空間５０３の垂直距離は、最大約１２ｃｍであってよい。

ガス分配ユニット５１５は、上側プラズマ生成空間５０３と下側プラズマ生成空間５０９との間に配置されている。ガス分配ユニット５１５は、上側プラズマ生成空間５０３を下側プラズマ生成空間５０９から隔てるように形成されたプレートとして規定されており、それにより、ガス分配ユニット５１５のプレートの上面が、上側プラズマ生成空間５０３の下側の境界となり、ガス分配ユニット５１５のプレートの下面が、下側プラズマ生成空間５０９の上側の境界となる。

ガス分配ユニット５１５は、下側プラズマチャンバ５１４の外側構造部材５０６によって固定位置に保持される。ガス分配ユニット５１５は、ガス供給口５１９の配列を通して下側プラズマ生成空間５０９にプラズマ処理ガスを供給するよう規定されている。ガス分配ユニット５１５は、さらに、上側プラズマ生成空間５０３と下側プラズマ生成空間５０９との間の制御された流体連通を提供するために、貫通孔５１７の配列を備えるよう規定されている。貫通孔５１７の各々は、ガス分配ユニット５１５を貫通してその上面から下面まで伸びる。

図６は、本発明の一実施形態に従って、上側プラズマ５０１と下側プラズマ５０３とを含む図５のチャンバ５００を示す。上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４の独立制御は、特にイオン束に対するラジカル束および中性子束の独立制御に関して、ウエハ処理レシピに幅広い可能性を提供することを理解されたい。以下で、２例のウエハ処理を提供する。ただし、本明細書に開示するウエハ処理の例は、例示に過ぎず、本明細書に開示されたデュアルプラズマ処理チャンバ５００の利用に対するいかなる限定を示すものでもないことを理解されたい。

一実施例において、チャンバ５００は、高フッ素ラジカルおよび中性子束と共に、ウエハ処理プラズマ内の低解離のＣ_ｘＦ_ｙ（Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６など）を利用するウエハ処理を実行するために用いられる。この実施例では、ＡｒおよびＮＦ_３の混合ガスが、プラズマ処理ガスとして上側プラズマ生成空間５０３に供給される。上側プラズマ生成空間５０３は、高圧および高ＲＦ周波数（６０ＭＨｚ）で作動される。高フッ素ラジカルおよび中性子束は、上側プラズマチャンバ５０３で生成され、ガス分配ユニット５１５の貫通孔５１７を通して流される。上側プラズマ処理空間５０３で生成されたイオンは、ガス分配ユニット５１５によってろ過される。

また、この実施例では、ＡｒおよびＣ_ｘＦ_ｙの混合ガスが、プラズマ処理ガスとして下側プラズマ生成空間５０９に供給される。下側プラズマ生成空間５０９は、低圧と、パルスＲＦ電力を伴った低ないし中程度のＲＦ周波数（２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚ）とで作動される。下側プラズマ生成空間５０９の低ＲＦ周波数は、ウエハ５１３に暴露されるプラズマ内のＣ_ｘＦ_ｙの低解離に対応する。必要なフッ素ラジカルおよび中性子束を生成するために上側プラズマ生成空間５０３で必要とされる高電力が、下側プラズマ生成空間５０９に印加されたとしたら、Ｃ_ｘＦ_ｙの高解離を引き起こすことを理解されたい。したがって、デュアルプラズマチャンバ５００は、上記の処理の実行を可能にする。

別の実施例において、チャンバ５００は、高圧空間における高解離のＣｘＦｙ（Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６など）と共に低圧空間における高濃度のＡｒプラズマを利用するウエハ処理を実行するために用いられる。この実施例では、Ｃ_ｘＦ_ｙおよびＡｒの混合ガスが、プラズマ処理ガスとして上側プラズマ生成空間５０３に供給される。上側プラズマ生成空間５０３は、高圧および高ＲＦ周波数（６０ＭＨｚ）で作動され、Ｃ_ｘＦ_ｙの高解離を引き起こす。上側プラズマチャンバ５０３で生成された高解離のＣ_ｘＦ_ｙは、ガス分配ユニット５１５の貫通孔５１７を通して流れる。上側プラズマ処理空間５０３で生成されたイオンは、ガス分配ユニット５１５によってろ過される。また、この実施例では、Ａｒガスが、プラズマ処理ガスとして下側プラズマ生成空間５０９に供給される。下側プラズマ生成空間５０９は、低圧と、低ないし中程度のＲＦ周波数（２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚ）とで作動され、高イオン束を有する高密度のＡｒプラズマを生成する。

デュアルプラズマチャンバ５００は、ラジカルおよび中性子束の生成をイオンプラズマの生成から分離するよう規定されていることを理解されたい。また、一実施形態において、下側プラズマチャンバ５１４は、機能しなくてもよく（すなわち、排出のみを行ってもよく）、その場合、ウエハ５１３をプラズマに暴露することなしに、上側プラズマチャンバ５１２からのラジカルおよび中性子束をウエハ５１３に供給することができる。

図７は、一実施形態に従って、正規化したイオン束をプレートの厚さの関数として示す。上側チャンバと下側チャンバとの間の相互作用に影響するパラメータの１つは、チャンバの間のプレートの構成である。厚さは貫通孔の長さを規定し、貫通孔が長いほど、イオンおよび電子が上側チャンバから下側チャンバに移動する際の障害が大きくなる。

図７のグラフは、アルゴンチャンバにおいて３００Ｗで２７ＭＨｚのＲＦ周波数を用いて、下側チャンバ内の異なる圧力で、正規化されたイオン束について、デュアルチャンバで得られた測定値を示す。予想通り、イオン束は、貫通孔の長さ（深さ）が大きくなるにつれて減少する。さらに、下側チャンバ内の圧力が大きくなるほど、流体および種が下側チャンバまで移動する際の抵抗が増すため、イオン束は減少する。

上側チャンバと下側チャンバとの間の流れに影響する第２の要因は、貫通孔の直径である。予想通り、貫通孔の直径が大きいほど、下側チャンバへの粒子束が大きくなる。上側チャンバと下側チャンバとの間の相互作用に影響する別の要因は、プレートにおける貫通孔の数および分布である。貫通孔の数が多いほど、上側および下側チャンバの間の通路が多くなるため、より多くの電子が、上側チャンバから下側チャンバに移動する。

一実施形態において、グリッドは２７ｍｍ厚であり（すなわち、貫通孔は２７ｍｍの長さを有する）、貫通孔は２ｍｍの直径を有しているが、他の値も可能である。一実施形態において、グリッドの厚さは、１０ｍｍから３０ｍｍの間である。様々な実施形態において、貫通孔の直径は、約０．５ｍｍから約５ｍｍの範囲のサイズを有する。ただし、様々な実施形態において、貫通孔は、それぞれ、直径サイズが十分な流量を提供すると同時にプラズマ侵入の適切な抑制を提供する限りは、基本的に任意の直径サイズを有するよう規定されてよいことを理解されたい。

図８は、本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を動作させるためのアルゴリズムを示すフローチャートである。図８の実施形態は、上側チャンバと下側チャンバとの間の種の流れを制御するために実行されうる様々な動作を示す。

動作８０２で、上側プラズマチャンバのためのパラメータが設定される。これらのパラメータは、ＲＦ電源の動作周波数、ＲＦ電源の電圧およびワット数、上側チャンバ内の圧力、上側チャンバに注入されるガスなどを含む。動作８０４で、下側プラズマチャンバのためのパラメータが設定される。上側チャンバについて上述したのと同じパラメータが、下側チャンバについても調整されてよい。さらに、上側チャンバと下側チャンバとを隔てるプレートのためのパラメータも規定される。プレートのためのパラメータは、プレートの厚さ、プレートにおける貫通孔の数および分布、貫通孔の直径などを含む。

動作８０６で、ウエハが、下側チャンバ内で、動作８０２および８０４で設定されたパラメータを用いて処理される。ウエハが処理された後に、オペレータは、ウエハ処理を改善するために、チャンバのパラメータのいくつかを調整することに決めてもよい。チャンバ内でのエッチングの質を決定するために、プローブを用いて、チャンバの性能を測ることができる。例えば、プローブを用いて、上側チャンバから下側チャンバへのイオン束を測定できる。

動作８１０で、電力が調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われ、動作８１０でのチェックの結果が、調整を必要とする結果である場合、方法は、動作８１２に進む。動作８１２では、上側または下側チャンバのためもしくは上側および下側チャンバの両方のためのワット数が設定される。チャンバにおける電力が増大されると、プラズマ内の粒子の数も増大する。

動作８１４で、ＲＦ電源の電圧が調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われ、電圧を調整すべき場合には、動作８１６で、上側および／または下側チャンバのための新たな電圧レベルが設定される。上述のように、下側チャンバは、パルスＲＦ電源を備える。動作８２０で、ＲＦ電源のパルスサイクルが調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われる。動作８２６で、オンおよびオフ期間の持続時間（すなわち、ＲＦ信号のサイクル）が設定される。例えば、陰イオンエッチングが増強される必要がある場合、より高いアフターグローエッチングを可能にするために、オフ期間が延長されてよい。

動作８２２で、第１のチャンバまたは第２のチャンバ内の圧力が調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われる。いずれかのチャンバ内の圧力が変更されるべき場合、動作８２８で、上側チャンバ、下側チャンバ、または、両方のチャンバの圧力が調整される。図７を参照して上述したように、上側チャンバと下側チャンバとの間の圧力差が大きいほど、チャンバ間の粒子の流量が大きくなる。

さらに、動作８２４で、プレートのパラメータが変更される必要があるか否かを判定するためにチェックが行われる。上述のように、プレートの厚さ、貫通孔の数、分布、および、サイズなど、プレートのいくつかのパラメータが変更されうる。プレートのパラメータが調整されるべき場合、動作８３０で、プレートの上記のパラメータのいずれかが調整されうる。

調整すべきパラメータがあれば、チャンバの全パラメータが調整され、その後、方法は、動作８０６に戻って、ウエハの処理を続ける。図８に示した実施形態は、例示であることに注意されたい。別の実施形態が、異なる調整内容を用いる、異なる順序で調整を実行する、または、定期的にチェックを行うなどしてもよい。したがって、図８に示した実施形態は、排他的でも限定的でもなく、例示または説明のためのものと解釈されるべきである。

図９は、本発明の一実施形態に従って、ウエハを処理するためのアルゴリズムを示すフローチャートである。動作９０２で、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１のＲＦ電源によって生成される連続高周波（ＲＦ）信号のための第１のパラメータが設定される。第１のパラメータは、第１の電圧および第１の周波数を含む。さらに、動作９０４で、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号のための第２のパラメータが設定される。第２のパラメータは、第２の電圧、第２の周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を含む。

動作９０６で、連続ＲＦ信号が上側電極に印加され、動作９０８で、パルスＲＦ信号が下側電極に印加される。第１のパラメータおよび第２のパラメータを設定することにより、チャンバの動作中に上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流量を制御する。種の流れは、陰イオンエッチングと、オフ期間のアフターグロー中のウエハ表面上の過剰な正電荷の中和と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する。

図１０は、本発明の実施形態を実施するためのコンピュータシステムを示す概略図である。本明細書に記載の方法は、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を用いて実行されてよいことを理解されたい。あるいは、１つの機能のみを実行するよう設計またはプログラムされた専用コンピュータが用いられてもよい。コンピュータシステムは、中央処理装置（ＣＰＵ）１００４を備えており、ＣＰＵは、バス１０１０を介して、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０２８、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０１２、および、マスストレージデバイス１０１４に接続されている。位相制御プログラム１００８が、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０２８に格納されているが、マスストレージデバイス１０１４またはＲＯＭ１０１２に格納されてもよい。

マスストレージデバイス１０１４は、フロッピー（登録商標）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記憶装置であり、ローカルであってもリモートであってもよいネットワークインターフェース１０３０が、ネットワーク１０３２を介して接続を提供し、他のデバイスとの通信を可能にする。ＣＰＵ１００４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論理デバイスとして実装されうることを理解されたい。入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースが、様々な周辺機器との通信を提供しており、バス１０１０を介して、ＣＰＵ１００４、ＲＡＭ１０２８、ＲＯＭ１０１２、および、マスストレージデバイス１０１４に接続されている。周辺機器の例は、ディスプレイ１０１８、キーボード１０２２、カーソルコントロール１０２４、リムーバブルメディアデバイス１０３４などである。

ディスプレイ１０１８は、本明細書に記載のユーザインターフェースを表示するよう構成される。キーボード１０２２、カーソルコントロール１０２４、リムーバブルメディアデバイス１０３４、および、その他の周辺機器は、ＣＰＵ１００４に命令選択の情報を通信するために、Ｉ／Ｏインターフェース１０２０に接続される。外部デバイスとのデータのやりとりは、Ｉ／Ｏインターフェース１０２０を介して通信されてよいことを理解されたい。本発明は、有線または無線ネットワークを通して接続された遠隔処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実施されてもよい。

本発明の実施形態は、ハンドヘルドデバイス、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースまたはプログラム可能な家電、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなど、様々なコンピュータシステム構成で実施されてもよい。本発明は、ネットワークを通して接続された遠隔処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実施されてもよい。

上述の実施形態を念頭に置いて、本発明は、コンピュータシステムに格納されたデータを含め、コンピュータに実装された様々な動作を利用できることを理解されたい。これらの動作は、物理量の物理操作を必要とするものである。本発明の一部を形成する本明細書で説明した動作はいずれも、有用な機械動作である。本発明は、さらに、これらの動作を実行するためのデバイスまたは装置に関する。装置は、専用コンピュータなど、必要とされる目的向けに特別に構築されてよい。専用コンピュータとして規定された場合、コンピュータは、特殊目的に含まれない他の処理、プログラム実行、または、ルーチンも実行しつつ、特殊目的のために動作することができる。あるいは、動作は、コンピュータメモリ、キャッシュに格納されたまたはネットワークを介して取得された１または複数のコンピュータプログラムによって選択的にアクティベートまたは構成された汎用コンピュータで処理されてもよい。データがネットワークを介して取得されると、そのデータは、ネットワーク（例えば、コンピューティングリソースのクラウド）上の他のコンピュータによって処理されてもよい。

本発明の１または複数実施形態は、コンピュータ読み取り可能な媒体上にコンピュータ読み取り可能なコードとして製造されてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータシステムによって読み出し可能であるようにデータを格納できる任意のデータ記憶装置である。コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、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、磁気テープ、および、その他の光学および非光学式のデータ記憶装置が挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ読み取り可能なコードが分散的に格納および実行されるように、ネットワーク接続されたコンピュータシステム上に分散されたコンピュータ読み取り可能なタンジブル媒体を含みうる。

方法の動作は特定の順番で記載されているが、オーバーレイ動作の処理が望ましく実行される限りは、他のハウスキーピング動作が動作の合間に実行されてもよいし、動作が若干異なる時間に実行されるように調整されてもよいし、処理に関連した様々な間隔で処理動作が起きることを許容するシステムに分散されてもよいことを理解されたい。

理解を深めるために、本発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。

本発明は、半導体デバイスの誘電体エッチングのための方法、システム、および、コンピュータプログラムに関し、特に、デュアルモジュール容量結合プラズマ（ＣＣＰ）チャンバにおける半導体デバイスの誘電体エッチングのための方法、システム、および、コンピュータプログラムに関する。

集積回路の製造は、ドープシリコンの領域を含むシリコン基板（ウエハ）を化学反応プラズマに暴露させる工程を含んでおり、その工程で、サブミクロンのデバイスフィーチャ（例えば、トランジスタ、コンデンサなど）が基板上にエッチングされる。第１の層が加工されると、いくつかの絶縁（誘電体）層が第１の層の上に形成され、ホール（ビアとも呼ばれる）およびトレンチが、導電性のインターコネクタを配置するために材料にエッチングされる。

ＳｉＯ_２は、半導体製造で用いられる一般的な誘電体である。ＳｉＯ_２エッチングに用いられるプラズマは、しばしば、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ_２）ガスと共に、四フッ化炭素ＣＦ_４およびオクタフルオロシクロブタン（Ｃ−Ｃ_４Ｆ_８）などのフッ化炭素ガスを含む。プラズマという用語は、構成原子および分子が部分的または完全にイオン化されたガスを指すために用いられる。容量性高周波（ＲＦ）電力結合が、低い解離速度、好ましい比較的大きい不動態化分子、および、表面における高いイオンエネルギを理由に、プラズマを点火および維持するためにしばしば用いられる。シリコン基板へのイオンエネルギおよびイオン束を独立制御するために、デュアル周波数容量放電（ＤＦ−ＣＣＰ）が用いられることがある。

半導体ウエハ製造に用いられる現行のプラズマ処理システムは、ラジカル分離、ラジカル束、イオンエネルギ、および、ウエハに供給されるイオン束を制御するために、相互に大きく依存した制御パラメータを利用する。例えば、現行のプラズマ処理システムは、ウエハの存在下で生成された単一のプラズマを制御することによって、必要なラジカル分離、ラジカル束、イオンエネルギ、および、イオン束を達成しようとする。残念ながら、化学物質の解離およびラジカルの形成は、イオン生成およびプラズマ密度に結びついており、所望のプラズマ処理条件を達成するために協調しない。

一部の半導体処理装置は、パルスＲＦ電源を用いる。現在のパルスＲＦプラズマ技術は、プラズマが止まるＲＦのオフ期間中にアフターグロープラズマの制御を提供しない。通例、ＲＦのオフ期間中には、プラズマ電位が崩壊し、電子がチャンバの壁へ逸出する。アフターグロー中、電子密度が低下し、陰イオン密度が増大する。次いで、イオンも壁へと逸出する。荷電種の動態は、チャンバ内の電荷の分布、ひいては、そのエッチング特性を決定するが、残念ながら、これらの動態および荷電種の流束は、ほとんど制御されていない。アフターグロー期間に利用できる制御は、変調周波数およびデューティサイクルのみである。

パルスプラズマ技術の別の問題は、ＲＦ電力がオンになった時のプラズマ再点火である。プラズマおよびアフターグローがＲＦのオフ期間中に完全に消える場合、プラズマの再点火には、高いＲＦ電圧レベルが必要になる。さらに、特に、低ガス圧での動作時に、ＲＦの問題により支障が生じうる。

実施形態は、このような課題に対処するものである。

本発明の実施形態は、デュアルチャンバ構成のパルスプラズマチャンバで半導体基板を処理するためのシステム、方法、および、コンピュータプログラムを提供する。

本発明は、処理、装置、システム、デバイス、または、コンピュータ読み取り可能な媒体に記録された方法など、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。

一実施形態では、上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた上側チャンバおよび下側チャンバを備えたウエハ処理装置が、連続波（ＣＷ）コントローラと、パルスコントローラと、システムコントローラと、を備える。ＣＷコントローラは、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源の電圧および周波数を設定するよう動作可能である。パルスコントローラは、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号の電圧、周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を設定するよう動作可能である。さらに、システムコントローラは、両チャンバの動作中にプレートを通して上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、ＣＷコントローラおよびパルスコントローラのパラメータを設定するよう動作可能である。種の流れは、オフ期間のアフターグロー中の陰イオン密度の制御と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。

別の実施形態では、上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた上側チャンバおよび下側チャンバを備えたウエハ処理装置でウエハを処理するための方法が、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１のＲＦ電源によって生成される連続高周波（ＲＦ）信号のための第１のパラメータを設定する動作を備える。第１のパラメータは、第１の電圧および第１の周波数を含む。さらに、方法は、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定する動作を備える。第２のパラメータは、第２の電圧、第２の周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を含む。連続ＲＦ信号は上側電極に印加され、パルスＲＦ信号は下側電極に印加される。第１のパラメータおよび第２のパラメータを設定することにより、両チャンバの動作中に上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御する。種の流れは、オフ期間のアフターグロー中の陰イオン密度の制御と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。

さらに別の実施形態では、上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた上側チャンバおよび下側チャンバを備えたウエハ処理装置が、ＣＷコントローラと、パルスコントローラと、システムコントローラと、を備える。ＣＷコントローラは、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源のための第１のパラメータを設定するよう動作可能であり、パルスコントローラは、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成される第２のパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定するよう動作可能である。パルスコントローラは、さらに、下側電極に接続された第３のＲＦ電源によって生成される第３のパルスＲＦ信号のための第３のパラメータを設定するよう動作可能である。さらに、システムコントローラは、両チャンバの動作中にプレートを通して上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、第１、第２、および、第３のパラメータを転送するよう動作可能である。種の流れは、オフ期間のアフターグロー中の陰イオン密度の制御と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。

添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明から、別の態様が明らかになる。

本発明は、添付の図面に関連して行う以下の説明を参照することによって最も良く理解できる。

一実施形態に従って、エッチングチャンバを示す図。

一実施形態に従って、パルスプラズマチャンバの挙動を示す図。

一実施形態に従って、プラズマ密度に対するＲＦ電力周波数およびチャンバ圧力の影響を示す図。

本発明の一実施形態に従って、２つのチャンバを備えた半導体ウエハ処理装置を示す図。

本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を示す図。

本発明の一実施形態に従って、上側プラズマと下側プラズマとを含む図５のチャンバを示す図。

一実施形態に従って、正規化したイオン束をプレートの厚さの関数として示す図。

本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を動作させるためのアルゴリズムを示すフローチャート。

本発明の一実施形態に従って、ウエハを処理するためのアルゴリズムを示すフローチャート。

本発明の実施形態を実施するためのコンピュータシステムを示す概略図。

以下の実施形態は、デュアルチャンバ構成のパルスプラズマチャンバで半導体基板を処理するためのシステム、方法、および、コンピュータプログラムを提供する。本実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能であることが明らかである。また、本実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。

図１は、一実施形態に従って、エッチングチャンバを示す。２つの電極の間に電場を励起することが、エッチングチャンバ内でＲＦガス放電を得るための方法の１つである。電極間に振動電圧が印加された時、得られた放電は、容量結合プラズマ（ＣＰＣ）放電と呼ばれる。

プラズマは、電子中性衝突によって起きた様々な分子の解離によって生成される様々な化学反応性の副生成物を得るために、安定した原料ガスを用いて生成されうる。エッチングの化学的側面は、中性ガス分子およびそれらの解離した副生成物と、エッチング対象の表面の分子との化学反応を起こし、揮発性分子を生成することを含んでおり、かかる揮発性分子はポンプ除去されうる。プラズマが生成されると、壁からプラズマを隔てる空間電荷シースを横切って陽イオンがプラズマから加速され、ウエハの表面から材料を除去するのに十分なエネルギでウエハ表面に衝突する。これは、イオン衝撃またはイオンスパッタリングとして知られる。しかしながら、一部の工業用プラズマは、純粋に物理的な手段によって表面を効率的にエッチングするのに十分なエネルギを有するイオンを生成しない。中性ガスエッチングおよびイオン衝撃の両方を組み合わせた作用が、各方法の効果を単に足し合わせるよりも速いエッチング速度を生み出すことがわかった。

一実施形態において、異方性および選択エッチング能があることから、ＣＦ_４およびＣ−Ｃ_４Ｆ_８などのフッ化炭素ガスが誘電体エッチング処理に用いられるが、本発明の原理は、その他のプラズマ生成ガスにも適用できる。フッ化炭素ガスは容易に解離されて、より小さい分子および原子ラジカルになる。これらの化学反応性副生成物は、誘電材料をエッチング除去する。一実施形態において、誘電材料は低誘電率デバイスのためのＳｉＯ_２またはＳｉＯＣＨであってよい。

図１のチャンバは、接地された上側電極１０４と、低周波ＲＦ発生器１１８および高周波ＲＦ発生器１１６によって電力供給される下側電極１０８と、を備える。下側電極１０８は、整合回路網１１４を介して、低周波ＲＦ発生器１１８および高周波ＲＦ発生器１１６に接続されている。一実施形態において、低周波ＲＦ発生器１１８は２ＭＨｚのＲＦ周波数を有し、高周波ＲＦ発生器１１６は２７ＭＨｚのＲＦ周波数を有する。

図１のチャンバは、チャンバにガスを入力するために上側電極１０４上にガスシャワーヘッドを備えており、チャンバからガスをポンプで排出することを可能にする穴のあいた閉じ込めリング１１２を備える。基板１０６がチャンバ内に存在する時、ウエハ表面上に均一なエッチングをするためにプラズマ１０２の下面に均一なＲＦ場が存在するように、シリコンフォーカスリング１１０が基板に隣接して配置される。

一実施形態において、低周波ＲＦ発生器１１８はパルシングするが、高周波ＲＦ発生器１１６はパルシングしない。別の実施形態では、ＲＦ発生器は共にパルシングし、さらに別の実施形態では、高周波ＲＦ発生器１１６はパルシングするが、低周波ＲＦ発生器１１８はパルシングせず、すなわち、低周波ＲＦ発生器１１８は、ウエハ処理中には常にオンになっている。

図２は、一実施形態に従って、パルスプラズマチャンバの挙動を示す。図１に関連するパルスプラズマチャンバは、１つのパルスＲＦ電源を備える。グラフ２０２は、ＲＦ電源の電圧を示しており、ＲＦ電源がオン状態のオン期間と、ＲＦ電源がオフ状態のオフ期間と、を含む。グラフ２０４は、ＲＦ電源の電力が２つのレベル、すなわち、ゼロより大きいオン期間中の第１のレベルおよびゼロに等しい（つまり、ＲＦ電力がオフである）オフ期間中の第２のレベル、を有することを示している。

オン期間は２つの段階を有する：すなわち、プラズマが点火されている（すなわち、ターンオン）第１の段階、および、プラズマがチャンバ内に存在する定常状態に対応する第２の段階である。ターンオン段階中に、プラズマが点火すると、プラズマシースが生じて変化する。電子の平均エネルギは比較的高く、イオン束密度は低い。さらに、電力は、プラズマ点火中に変化するプラズマインピーダンスにより、ターンオン段階にはうまく整合されない。定常状態段階には、電子密度はほぼ一定であり、陽イオン束密度が大きい。電力は、ほぼ一定のプラズマインピーダンスと良好に整合され、プラズマシートが安定的に振動する。

オフ期間は２つの段階を有する：すなわち、プラズマがオフにされている第１の段階（ターンオフ）、および、「アフターグロー後期」と呼ばれる第２の段階である。ターンオフ段階には、電子の平均エネルギが急速に減少し、イオン束密度が急速に低下し、プラズマ電位が低くなる。プラズマシースは、電子密度が低下すると崩壊する。アフターグロー後期段階には、電力レベルはゼロになり、電子の平均エネルギは小さくなる。また、イオン束密度も小さく、陰イオンがチャンバの表面に到達しうる。プラズマシースは、電子密度が低下すると崩壊する。

グラフ２０６は、オン期間およびオフ期間中に電子エネルギが変化する様子を示す。オン期間中、電子エネルギは高く、オフ期間中、電子エネルギはゼロまで減少する。グラフ２０８は、電子密度２２０および陽イオン密度２２２を示す。陽イオン密度２２２は、オン期間中に高く、オフ期間に減少する。したがって、陽イオンによるエッチングは、主にオン期間中に起きる。

グラフ２１０は、経時的にプラズマ電位の変化を示す。上述のように、プラズマ電位は、ターンオン段階の最初に急上昇し、次いで、定常値に至る。ターンオフ段階中に、プラズマ電位は、ゼロの値に達するまで減衰する。グラフ２１２は、陽イオン束の値を示しており、その値は、オン期間中はほぼ一定であり、オフ期間に速やかに０まで減少する。

さらに、グラフ２１４は、経時的に陰イオン束の値を示す。陰イオン束は、オン期間中には実質的に０であるが、オフ期間に正のスパイクを有しており、それが、オフ期間中に、陰イオンによるウエハのエッチング、および、ウエハ表面上の過度の正電荷の中和を引き起こす。

ＲＦ電源のパルシングは、非パルスＲＦ電源と比較して、トレンチング、ノッチング、および、帯電損傷を低減できるため、エッチング性能を向上させる。電荷が、連続放電中にウェルの上部および下部の間に蓄積して、イオン偏向を引き起こしうる。アフターグローレジームでの低電子密度により、より多くの陰イオンおよび電子が、ウェル底部へと引き付けられて、ウェル底部に蓄積しうる正電荷を中和することが可能になるため、電荷蓄積をパルス放電で減少させることができる。

図３は、一実施形態に従って、プラズマ密度に対するＲＦ電力周波数およびチャンバ圧力の影響を示す。図３は、チャンバにおけるＲＦ電力周波数および圧力の様々な条件下で非パルスプラズマチャンバで取られたいくつかの測定値を示す。酸素および５％アルゴンを含むチャンバにおいて、４００Ｗの単一ＲＦ電源を用いて、測定を行った。

ライン３０２は、異なる圧力レベルおよび２ＭＨｚのＲＦ周波数での陽イオン束の値を示す。チャンバ内の圧力が上昇するにつれ、陽イオン束は増大し、約３００ｍＴｏｒｒでおよそ最大陽イオン束に至る。したがって、低ＲＦ周波数（２ＭＨｚ）では、チャンバは、高圧でより効率的である。ライン３０６は、ＲＦ周波数が２７ＭＨｚの時の値を示す。この場合、流束は、圧力が約１００ｍＴｏｒｒになるまで次第に増大し、その後は実質的に一定になる。ライン３０４は、６０ＭＨｚのＲＦ周波数を用いた時の流束の値を示す。この高周波数では、チャンバは、低圧でより効率的であり、圧力が上昇すると効率的でなくなる。

一般に、パルスＲＦ電力を用いる場合、低圧でチャンバを作動させることがより望ましいため、イオンは穴の深くまで到達しうる。しかしながら、低圧での作動時には高圧での作動時よりも電子が少ないので、低圧プラズマチャンバ内でプラズマを点火することは比較的難しい。

本発明の実施形態は、下側チャンバがパルス化され上側チャンバがパルス化されていないデュアルチャンバ構成を利用する。図４〜図６を参照して以下で詳述するように、２つのチャンバは、上側チャンバから下側チャンバへの種の流れを提供する穴あきグリッドによって隔てられている。電子が、上側プラズマを逸出して下側チャンバに流れ、プラズマの再点火を助ける。下側チャンバ内により多くの電子が存在するため、プラズマの再点火は、より容易である。したがって、デュアルチャンバを利用すれば、低圧チャンバおよびパルスＲＦ電源を同時に実現することが容易になる。

図４は、本発明の一実施形態に従って、２つのチャンバを備えた半導体ウエハ処理装置を示す。半導体ウエハ処理装置は、デュアル空間プラズマ源を備える。上側チャンバ４１４は、連続波（ＣＷ）ラジカル制御プラズマ（ＲＣＰ）チャンバであり、本明細書ではプレートまたはグリッドとも呼ばれる穴あき接地電極４２４によって下側パルスＲＦ容量プラズマチャンバ４２０から隔てられている。下側空間は、パルスＣＣＰプラズマチャンバであり、上側空間は、下側空間に注入されるラジカル、電子、および、イオンの供給源として機能する。

パルス下側チャンバＲＦのオフ期間におけるアフターグロー中、下側チャンバ内の中性種および荷電種の流束は、上側チャンバにおけるパラメータを調整することによって制御できる。また、ＲＣＰ上側チャンバからの荷電種を下側チャンバに流すことは、ＲＦのオン期間中の下側プラズマ４１８の再点火を助ける。一実施形態において、アフターグローおよび再点火は、上側チャンバ内で異なるプラズマ源を用いることによって制御される。例えば、上側チャンバ内で誘電結合プラズマまたはヘリコンプラズマを用いて制御される。

上側プラズマ４１６の供給源が下側チャンバ内のプラズマアフターグローの制御を提供し、基板４２２をエッチングするための荷電種動態の制御を提供するので、この構成は、チャンバの性能を向上させる。さらに、上側チャンバ内のＲＣＰは、ＣＣＰプラズマを点火するための最初の荷電種を提供することにより、ＣＣＰ下側チャンバ内でのプラズマ４１８の再点火を助ける。

単一空間のパルスチャンバでは、陰イオンエッチングのための制御は、オンおよびオフ期間のサイクルのみである。デュアル空間チャンバでは、上側チャンバは常にオンであるため、下側チャンバのオフ期間でも、上側チャンバ由来の種の一定の流れがある。したがって、オンおよびオフ期間の両方に、エッチング処理を制御することが可能である。上側プラズマ４１６からの電子は、上側チャンバを下側チャンバに接続する貫通孔４２６を通過する。電子はエネルギを運ぶので、貫通孔４２６は、下側チャンバに入る電子ビームを形成する。

一実施形態において、下側チャンバ４２０は、第１のパルスＲＦ電源４０６および第２のパルスＲＦ電源４１０によって電力供給される。ＲＦ電源は、それぞれのＲＦ整合回路網４０８および４１２を介してチャンバ４２０内の下側電極に接続されている。上側チャンバ４１４内の上側電極は、整合回路網４０４を介して第３のＲＦ電源４０２に接続されている。一実施形態において、第３のＲＦ電源４０２は、上側チャンバ４１４に連続波ＲＦ電力を供給する。

パルスコントローラ４３０が、第１のパルスＲＦ電源４０６および第２のパルスＲＦ電源４１０によって生成されたＲＦ電力のパラメータを制御する。第１および第２のＲＦ電源を制御するパラメータは、ＲＦ電源のパルスサイクル（すなわち、オンおよびオフ期間の持続時間）、第１および第２のＲＦ電源の周波数、電圧、および、電力レベルを含む。ＲＦ電源のパラメータを制御することにより、システムは、例えば、ＲＦのオフ期間と、下側チャンバ内でのプラズマアフターグローとを制御する。ＲＦパラメータのこの制御は、システムが、上側チャンバ由来の中性種および荷電種の流束を制御することも可能にする。上部側チャンバからの荷電種を下側チャンバに移動させることは、ＲＦのオン期間の最初のプラズマの再点火の助けにもなり、これは、同じＲＦ電力を用いる単一チャンバ装置の場合よりも早くプラズマが再点火することを意味する。

連続波コントローラ４２８が、第３のＲＦ電源２０４によって生成されたＲＦ電力を制御する。したがって、連続波コントローラ４２８は、周波数、電圧、および、電力を含む上側チャンバのＲＦ電力のパラメータを制御する。システムコントローラ４３２は、パルスコントローラ４３０および連続波コントローラ４２８と通信し、上側および下側チャンバのＲＦ電力の制御パラメータを設定する。ＣＷコントローラおよびパルスコントローラのパラメータを制御することにより、システムコントローラ４３２は、両チャンバの動作中にプレートを通して上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流れを制御するよう動作可能であり、ここで、種の流れは、陰イオンエッチングと、オフ期間のアフターグロー中のウエハ表面における過剰な正荷電の中和と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火と、を支援する。システムコントローラ４３２は、プラズマレシピ設定４３４を入力として有する。プラズマレシピ設定４３４は、周波数、電圧、電力、および、オン／オフサイクルを含む３つのＲＦ電源のパラメータと、両チャンバの動作のための他のパラメータと、を含む。プラズマレシピ設定における他の値は、チャンバを隔てるプレートの構成（例えば、貫通孔の数、プレートの厚さ、貫通孔の分布など）、上側チャンバ内の圧力、下側チャンバ内の圧力、エッチングサイクルの持続時間、チャンバへのガス流量などを含みうる。

ＲＦ電源の制御に加えて、システムコントローラ４３２は、上側チャンバ内の圧力、下側チャンバ内の圧力、ならびに、上側および下側チャンバの間に配置されたプレート４２４の構成など、チャンバのその他のパラメータを制御するように動作可能である。

上側および下側チャンバは、それぞれのチャンバへのガス流量を独立的に制御される。上側チャンバには、別個の吸気源がある。グリッド４２４は、さらに、下側チャンバへのガスシャワーヘッドを形成するガス流出口を備える。グリッド４２４は、酸化アルミニウムなどの絶縁誘電体である外面を有する。一実施形態において、グリッド４２４は、アルミニウムで製造され、酸化アルミニウムで被覆される。別の実施形態において、グリッドはシリコンで製造される。グリッド４２４は、接地に接続されている。一実施形態において、グリッドは、２７ｍｍ厚であり（すなわち、貫通孔は２７ｍｍの長さを有する）、貫通孔は２ｍｍの直径を有しているが、他の値も可能である。

２つの空間を有することにより、オフ期間中に下側チャンバ内の陰イオンの量を増大させ、陰イオンによるエッチングを向上させる。上側チャンバからの電子は、下側チャンバに到達すると、イオンに結合し、オフ期間中にチャンバ内により多くの陰イオンを生み出す。

下側チャンバの性能に影響する上側チャンバのパラメータがいくつかある。第１に、上側チャンバ内の電子密度である。密度が高いほど、下側チャンバに移動する電子の数が多くなる。第２に、上側チャンバのシースの電圧であり、一部の電子（二次電子など）のエネルギを規定する。第３に、チャンバ内の圧力である。上側チャンバ内の圧力が高くなるほど、下側チャンバに移動する粒子（電子、イオン）が多くなる。第４に、プレート４２４の厚さおよび貫通孔４２６の密度である。プレートの厚さが大きいほど、下側チャンバに移動する種の数が少なくなる。さらに、貫通孔４２６の密度が高いほど、下側に移動する種が多くなる。

図４の実施形態は、２ＭＨｚの第１のパルスＲＦ電源４０６および２７ＭＨｚの第２のパルスＲＦ電源４１０を備える。ＲＦ電源は、それぞれのＲＦ整合回路網４０８および４１２を介してチャンバ４２０内の下側電極に接続されている。上側チャンバ４１４内の上側電極は、整合回路網４０４を介して第３のＲＦ電源４０２に接続されている。第３のＲＦ電源４０２はパルシングしない。

図４に示した実施形態は、例示であることに注意されたい。別の実施形態は、異なるタイプのチャンバ、異なる周波数、下側チャンバ内の１つのみのＲＦ電源、異なるサイズの分離プレート、上側および下側チャンバ内の異なる圧力などを利用してもよい。例えば、一実施形態において、上側チャンバは、ＣＣＰプラズマチャンバである。さらに、半導体ウエハ処理装置内の上述したモジュールのいくつかが、単一のモジュールに統合されてもよいし、単一のモジュールの機能が、複数のモジュールによって実行されてもよい。例えば、一実施形態において、連続波コントローラ４２８およびパルスコントローラ４３０は、システムコントローラ４３２に統合されるが、その他の構成も可能である。したがって、図４に示した実施形態は、排他的または限定的ではなく、例示または説明のためのものと解釈されるべきである。

一実施形態において、上側電極は、２７ＭＨｚのＲＦ電源に接続されており、下側チャンバの下側電極は、２ＭＨｚのＲＦ電源に接続されている。別の実施形態において、上側チャンバ内の圧力は、２０ｍＴｏｒｒから６０ｍＴｏｒｒの間の値を有し、下側チャンバ内の圧力は、１０ｍＴｏｒｒから１９ｍＴｏｒｒの間の値を有する。

さらに別の実施形態において、上側チャンバは、２７ＭＨｚから１００ＭＨｚの間の周波数を有する１つのＲＦ電源を有し、下側チャンバは、０．４ＭＨｚから２５ＭＨｚの間の周波数を有する１つのＲＦ電源を有する。上側電源の電圧は、数百ボルトの範囲（例えば、１００Ｖから２０００Ｖ以上の範囲）であってよい。下側ＲＦ電源は、最大で６０００Ｖ以上の電圧を有してよい。一実施形態において、電圧は１０００Ｖである。別の実施形態において、上側ＲＦ電源の電圧は、１００Ｖから６００Ｖの間の値を有し、下側ＲＦ電源の電圧は、１０００Ｖから６０００Ｖの間の値を有する。

上側チャンバおよび下側チャンバ内の圧力は、１０ｍＴｏｒｒから５００ｍＴｏｒｒの間の値を有してよい。一実施形態において、上側チャンバは２０ｍＴｏｒｒの圧力で作動し、下側チャンバは１５ｍＴｏｒｒの圧力で作動する。

図５は、本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を示す。装置は、上側プレート５００Ａ、下側プレート５００Ｂ、および、壁５００Ｃによって形成されたチャンバ５００を備える。一実施形態において、壁５００Ｃは、連続的な円筒形の壁５００Ｃを形成する。他の実施形態において、壁５００Ｃは、チャンバ５００の内部空洞５００Ｄがチャンバ５００の外側の外部環境から隔離されうる限りは、他の構成を有してもよい。様々な実施形態において、チャンバ５００の上側プレート５００Ａ、下側プレート５００Ｂ、および、壁５００Ｃは、電気および熱の良好な伝導体であると共に、内部空洞５００Ｄがウエハ処理中に暴露される処理ガスと化学的に適合する金属から形成されてよい。例えば、様々な実施形態において、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属が、チャンバ５００の構成要素を形成するために用いられてよい。

上側プレート５００Ａ、下側プレート５００Ｂ、および、壁５００Ｃを含むチャンバ５００の構造は、導電材料で形成され、基準接地電位に電気的に接続される。チャンバ５００は、内部空洞５００Ｄから外部排出ポンプ５３７への流体連通を提供する排出口５３５を備えており、その結果、排出口５３５を通して陰圧を印加することにより、内部空洞５００Ｄの内部からガスおよび粒子を除去することができる。様々な実施形態において、排出ポンプ５３７がチャンバ５００の内部空洞５００Ｄからの流体の流れを引き出すために排出口５３５で吸引を行うことができる限りは、排出ポンプ５３７は、異なる方法で実装されてもよい。

デュアルプラズマ処理装置が、チャンバ５００の内部空洞５００Ｄ内に配置される。デュアルプラズマ処理装置は、上側プラズマ生成空間５０３を備えた上側プラズマチャンバ５１２を備える。デュアルプラズマ処理装置は、さらに、下側プラズマ生成空間５０９を備えた下側プラズマチャンバ５１４を備える。上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４は、ガス分配ユニット５１５によって物理的かつ流体的に接続されており、ガス分配ユニット５１５は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９を分離するように配置されている。

上側プラズマチャンバ５１２は、上側プラズマチャンバ５１２の周囲を囲むよう規定されると共に上側プレート５００Ａに結合された外部構造部材５０４によって部分的には形成される。上側プラズマチャンバ５１２は、さらに、外部構造部材５０４内の上側プラズマ生成空間５０３の上方に配置されたシャワーヘッド電極５０１を備える。

動作中、高周波（ＲＦ）電力が、ＲＦ電源５０５からシャワーヘッド電極５０１に送られる。一実施形態において、ＲＦ電源５０５は、複数の周波数のＲＦ電力を供給するよう規定されている。一実施形態において、ＲＦ電源５０５の周波数は、５ｋＨｚから５００ＭＨｚの範囲内に設定される。別の実施形態において、ＲＦ電源５０５の周波数は、４００ｋＨｚから６０ＭＨｚの範囲内に設定される。

さらに、一実施形態において、シャワーヘッド電極５０１は、プラズマ密度と独立して上側プラズマ生成空間５０３内のプラズマ電位を制御することを可能にするために、ＤＣバイアス源５２０に接続される。ＤＣバイアス源５２０は、接地以上の様々な電圧設定でシャワーヘッド電極５０１のバイアスを制御するよう規定されている。一実施形態において、シャワーヘッド電極５０１のＤＣバイアス源５２０は、上側プラズマ生成空間５０３内のプラズマと下側プラズマ生成空間５０９内のプラズマとを同期させるようなパルスで動作するよう規定されうる。より具体的には、ＤＣバイアス源５２０のこのパルス制御は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９内のプラズマの間の時間依存性の電圧差を制御するために用いることができる。

貫通孔５１７の各々は、ガス分配ユニット５１５の上面を通して開いた流体連通をするよう規定される。しかしながら、ガス供給口５１９は、ガス分配ユニット５１５の上面を通して流体的に露出されていない。したがって、ガス供給口５１９は、プラズマ処理ガスを下側プラズマ生成空間５０９のみに流すよう規定されている。対照的に、貫通孔５１７は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９の間の流体連通を可能にするよう規定されている。ガス分配ユニット５１５の貫通孔５１７を通る流体の流れは、上側プラズマ生成空間５０３および下側プラズマ生成空間５０９の間の圧力差によって制御されうる。

ガス分配ユニット５１５は、ＲＦ帰還路電極、プラズマ処理ガスマニホルド、流体流バッフルプレート、および、イオンフィルタとして機能することを理解されたい。様々な実施形態において、ガス分配ユニット５１５は、電気および熱の良好な伝導体であると共に、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９内で実行される処理と化学的に適合する金属、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸化イットリウム、または、さらされるプラズマ処理に適切なプラズマ耐性、導電性、および、熱伝導性を提供する基本的に任意のその他の材料、から形成されてよい。

様々な実施形態において、ガス分配ユニット５１５は、ガス分配ユニット５１５がＲＦ電源５０５および５１１に適切な接地帰還路を提供することを可能にすると共に、上側プラズマ生成空間５０３内で生成されたイオンに影響を与えるのに適切なバイアスを提供するために、独自のＤＣバイアス源５２４およびＲＦ電源５２２に接続される。ＲＦ電源５２２は、複数の周波数のＲＦ電力を供給するよう規定されてもよい。さらに、一実施形態において、電極５３０が、ガス分配ユニット５１５に埋め込まれており、上側プラズマ生成空間５０３内で生成されたイオンに影響を与えるためのバイアス電圧を提供するために、ＤＣバイアス源５２４に接続されている。一実施形態において、ガス分配ユニット５１５内の埋め込み電極５３０は、貫通孔５１７周囲に規定されており、それにより、埋め込み電極５３０に印加されるバイアス電圧を用いて、貫通孔５１７を通るイオンを加速または減速することができる。また、一実施形態において、ガス分配ユニット５１５内の埋め込み電極５３０は、複数の別個に制御可能な領域に規定されており、各領域は、独自のＤＣバイアス源５２４に接続される。この実施形態は、ガス分配ユニット５１５にわたって領域ごとに独立してバイアスを印加することを可能にすることにより、ガス分配ユニット５１５にわたって領域ごとに独立したイオン制御を提供する。

一実施形態において、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９のいずれかでプラズマに暴露されるガス分配ユニット５１５の部分は、プラズマ耐性材料の被覆によって保護される。一実施形態において、プラズマ耐性材料は、コーティングとして形成される。別の実施形態において、プラズマ耐性材料は、ガス分配ユニット５１５を共形被覆する保護構造（例えば、プレート）として形成される。この実施形態のいずれかにおいて、プラズマ耐性材料は、プラズマ耐性材料およびガス分配ユニット５１５の間の適切な導電性および熱伝導性を保証するように、ガス分配ユニット５１５に固定される。プラズマ耐性保護構造の実施形態において、保護構造は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９の間の圧力差によって、複数の締め具によって、または、それらの組み合わせによって、ガス分配ユニット５１５に固定されてよい。様々な実施形態において、ガス分配ユニット５１５を保護するために用いられるプラズマ耐性コーティング、保護構造は、シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸化イットリウム、または、さらされるプラズマ処理に適切なプラズマ耐性、導電性、および、熱伝導性を提供する基本的に任意のその他の材料で形成されてよい。

ガス供給口５１９および貫通孔５１７の各々は、中を通る流体流を最適化すると同時にプラズマの不都合な侵入を防ぐように規定される。ガス供給口５１９および貫通孔５１７の各々を通る流体流およびプラズマ侵入は、供給口または貫通孔のサイズに正比例する。したがって、ガス供給口５１９および貫通孔５１７の各々を、そのサイズが十分な流量を提供するのに十分な大きさを維持しつつ不都合なプラズマ侵入を防ぐのに十分小さくなるように規定する必要がある。様々な実施形態において、ガス供給口５１９の直径は、約０．１ｍｍから約３ｍｍの範囲のサイズを有する。様々な実施形態において、貫通孔５１７の直径は、約０．５ｍｍから約５ｍｍの範囲のサイズを有する。ただし、様々な実施形態において、ガス供給口５１９および貫通孔５１７は、それぞれ、直径サイズが十分な流量を提供すると同時にプラズマ侵入の適切な抑制を提供する限りは、基本的に任意の直径サイズを有するよう規定されてよいことを理解されたい。

チャック５０７が、チャンバ５００の内部空洞５００Ｄ内で下側プラズマ生成空間５０９の下方に配置されている。一実施形態において、チャック５０７は、チャンバ５００の壁５００Ｃから片持ちされている。一実施形態において、チャック５０７は、静電チャックであり、ＲＦ電力を下側プラズマ生成空間５０９に送るための電極を提供する。チャック５０７は、下側プラズマ生成空間５０９に露出させて、基板５１３（すなわち、ウエハ５１３）を保持するように規定される。一実施形態において、ウエハエッジリング５４９が、チャック５０７上の基板５１３保持領域の周囲に配置されている。様々な実施形態において、ウエハエッジリングは、石英またはシリコンで形成される。また、一実施形態において、導体５４８が、ウエハエッジリング５４９の下に配置され、ウエハエッジリング５４９を通してＤＣバイアスを駆動するように接続されている。

チャック５０７およびガス分配ユニット５１５の両方と垂直に測定される下側プラズマ生成空間５０９の垂直距離は、チャック５０７の垂直位置を制御することによって設定および制御されうる。下側プラズマ生成空間５０９の垂直距離は、十分な中央からエッジまでのプラズマ均一性および密度を達成するように設定され、さらに、ガス供給口５１９および貫通孔５１７から流れるガスの噴流によるウエハ５１３上への印刷を避けるように設定されうる。様々な実施形態において、下側プラズマ生成空間５０９の垂直距離は、約１ｃｍから約５ｃｍまたは約２ｃｍから約３．６ｃｍの範囲に設定されうる。

チャック５０７は、さらに、ＲＦ電源５１１から下側プラズマ生成空間５０９にＲＦ電力を供給するよう規定されており、その結果、チャック５０７は、下側プラズマ生成空間５０９のための電極として機能する。下側プラズマチャンバのＲＦ電源５１１は、上側プラズマチャンバのＲＦ電源５０５と分離され、独立していることを理解されたい。したがって、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９に供給されるＲＦ電力は、別個に独立して制御されうる。

一実施形態において、ＲＦ電源５１１は、オンサイクルおよびオフサイクルを有するパルスＲＦ電力を供給する。別の実施形態において、ＲＦ電源５１１は、２つの異なる周波数のＲＦ電力を供給し、両方の周波数のＲＦ電力がパルス状である。別の実施形態では、第１の周波数を有する一方のＲＦ電力はパルス状であり、第２の周波数を有する他方のＲＦ電力はパルス状ではない。パルスコントローラ４３０は、ＲＦ電源５１１に接続されており、ＲＦ電源５１１によって供給されるＲＦ電力のパラメータを設定する。これらのパラメータは、電源５１１によって生成されるＲＦ電力の周波数、電力、および、オン／オフ・デューティサイクルを含む。さらに、連続波コントローラ４２８は、ＲＦ電源５０５に接続されており、上側チャンバで生成されるＲＦ電力の周波数および電力など、ＲＦ電源５０５によって生成されるＲＦ電力のパラメータを設定する。

一実施形態において、ＲＦ電源５１１は、ＲＦ電力および複数の周波数を供給するよう規定されている。例えば、ＲＦ電源５１１は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および、６０ＭＨｚの周波数のＲＦ電力を供給するよう規定されてよい。上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４のためのＲＦ電源５０５および５１１の各々は、ＲＦ電力の伝達を可能にするための自身の整合回路網を通して、それぞれ、シャワーヘッド電極５０１およびチャック５０７に接続されている。上述のように、一実施形態において、ガス分配ユニット５１５は、上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９の両方のためのＲＦ電力帰還路における基準接地電極として機能する。

上側プラズマチャンバは、上側プラズマ生成空間５０３内のガスをチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに排出するための排出路５２５を備えるよう規定される。圧力スロットルリング５２７が、排出路５２５内で移動して、上側プラズマ生成空間５０３から排出路５２５を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流体流（すなわち、ガスの流れ）をスロットル調整する。一実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、上側プラズマチャンバ５１２の外側構造部材５０４に共形に規定された凹部領域内で垂直に移動するよう規定される。この実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、排出路５２５を通る流路の面積を小さくすることによって上側プラズマ生成空間５０３からの流体流量を絞るために、制御された方法で、排出路５２５内に下方移動されうる。一実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、上側プラズマ生成空間５０３から排出路５２５を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流れの完全な遮断を可能にするよう規定される。

図５に示した圧力スロットルリング５２７の構成は、その実装の一実施例であることを理解されたい。別の実施形態において、圧力スロットルリング５２７は、排出路５２５を通る流体流の制御を提供する限りは、別の方法で実装されてもよい。下側プラズマチャンバは、下側プラズマ生成空間５０９内のガスをチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに排出するための１組のスロット排出路５２９を備えるよう規定される。

圧力制御リング５３１が、１組のスロット排出路５２９に近づいたり離れたりするように移動して、下側プラズマ生成空間５０９から１組のスロット排出路５２９を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流体流（すなわち、ガスの流れ）をスロットル調整する。一実施形態において、圧力制御リング５３１は、１組のスロット排出路５２９に近づいたり離れたりするように垂直方向に移動可能な水平方向の環状ディスクとして規定される。圧力制御リング５３１は、１組のスロット排出路５２９に当たるように配置された時、すなわち、１組のスロット排出路５２９が形成された外側構造部材５０６の水平部分の下面に当たるように配置された時、（内部空洞５００Ｄの側で）１組のスロット排出路５２９を覆うように規定されている。

下側プラズマ生成空間５０９から１組のスロット排出路５２９を通ってチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流体流は、１組のスロット排出路５２９に近づいたり離れたりする圧力制御リング５３１の垂直移動によって、スロットル調整すなわち制御されうる。一実施形態において、圧力スロットルリング５３１は、下側プラズマ生成空間５０９から１組のスロット排出路５２９を通してチャンバ５００の内部空洞５００Ｄに至る流れの完全な遮断を可能にするよう規定される。また、一実施形態において、圧力計が、下側プラズマ生成空間５０９内の圧量を測定するために配置される。この実施形態では、下側プラズマ生成空間５０９内で測定された圧力は、圧力制御リング５３１の位置を制御するためのフィードバック信号を生成するために用いられ、それにより、下側プラズマ生成空間５０９内の圧力のアクティブ制御が実現される。

上側プラズマチャンバ５１２および下側プラズマチャンバ５１４の両方が、それぞれの閉じ込めプラズマを囲むことを理解されたい。閉じ込めプラズマは、プラズマ領域すなわち上側および下側プラズマ生成空間５０３および５０９内の体積、圧力、および、流量を制御することにより、プラズマの滞留時間を制御できる点で有利である。プラズマ滞留時間は、ラジカルおよび中性子の形成の要因である解離プロセスに影響を与える。

上述のように、上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４は、それぞれのＲＦ電源制御、圧力制御、温度制御、プラズマ処理ガス源制御、および、ガス流量制御を行う。様々な実施形態において、上側プラズマ生成空間５０３内の圧力は、約１００ｍＴｏｒｒから約１Ｔｏｒｒまたは約２００ｍＴｏｒｒから約６００ｍＴｏｒｒの範囲で制御されうる。様々な実施形態において、下側プラズマ生成空間５０９内の圧力は、約５ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒまたは約１０ｍＴｏｒｒから約３０ｍＴｏｒｒの範囲で制御されうる。

シャワーヘッド電極５０１を備えた図５の実施形態において、上側プラズマチャンバ５１２は、容量結合プラズマチャンバである。この実施形態において、シャワーヘッド電極５０１の下面およびガス分配ユニット５１５の上面の間で垂直に測定される上側プラズマ生成空間５０３の垂直距離は、約１ｃｍから約５ｃｍの範囲に設定される。一実施形態において、上側プラズマ生成空間５０３の垂直距離は、約２ｃｍである。別の実施形態において、シャワーヘッド電極５０１は、機能的に誘導コイルに置き換えられてもよく、その場合、上側プラズマチャンバ５１２は、誘導結合プラズマチャンバになる。この実施形態において、上側プラズマ生成空間５０３の垂直距離は、最大約１２ｃｍであってよい。

ガス分配ユニット５１５は、上側プラズマ生成空間５０３と下側プラズマ生成空間５０９との間に配置されている。ガス分配ユニット５１５は、上側プラズマ生成空間５０３を下側プラズマ生成空間５０９から隔てるように形成されたプレートとして規定されており、それにより、ガス分配ユニット５１５のプレートの上面が、上側プラズマ生成空間５０３の下側の境界となり、ガス分配ユニット５１５のプレートの下面が、下側プラズマ生成空間５０９の上側の境界となる。

ガス分配ユニット５１５は、下側プラズマチャンバ５１４の外側構造部材５０６によって固定位置に保持される。ガス分配ユニット５１５は、ガス供給口５１９の配列を通して下側プラズマ生成空間５０９にプラズマ処理ガスを供給するよう規定されている。ガス分配ユニット５１５は、さらに、上側プラズマ生成空間５０３と下側プラズマ生成空間５０９との間の制御された流体連通を提供するために、貫通孔５１７の配列を備えるよう規定されている。貫通孔５１７の各々は、ガス分配ユニット５１５を貫通してその上面から下面まで伸びる。

図６は、本発明の一実施形態に従って、上側プラズマ６０１と下側プラズマ６０３とを含む図５のチャンバ５００を示す。上側および下側プラズマチャンバ５１２および５１４の独立制御は、特にイオン束に対するラジカル束および中性子束の独立制御に関して、ウエハ処理レシピに幅広い可能性を提供することを理解されたい。以下で、２例のウエハ処理を提供する。ただし、本明細書に開示するウエハ処理の例は、例示に過ぎず、本明細書に開示されたデュアルプラズマ処理チャンバ５００の利用に対するいかなる限定を示すものでもないことを理解されたい。

一実施例において、チャンバ５００は、高フッ素ラジカルおよび中性子束と共に、ウエハ処理プラズマ内の低解離のＣ_ｘＦ_ｙ（Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６など）を利用するウエハ処理を実行するために用いられる。この実施例では、ＡｒおよびＮＦ_３の混合ガスが、プラズマ処理ガスとして上側プラズマ生成空間５０３に供給される。上側プラズマ生成空間５０３は、高圧および高ＲＦ周波数（６０ＭＨｚ）で作動される。高フッ素ラジカルおよび中性子束は、上側プラズマ生成空間５０３で生成され、ガス分配ユニット５１５の貫通孔５１７を通して流される。上側プラズマ生成空間５０３で生成されたイオンは、ガス分配ユニット５１５によってろ過される。

また、この実施例では、ＡｒおよびＣ_ｘＦ_ｙの混合ガスが、プラズマ処理ガスとして下側プラズマ生成空間５０９に供給される。下側プラズマ生成空間５０９は、低圧と、パルスＲＦ電力を伴った低ないし中程度のＲＦ周波数（２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚ）とで作動される。下側プラズマ生成空間５０９の低ＲＦ周波数は、ウエハ５１３に暴露されるプラズマ内のＣ_ｘＦ_ｙの低解離に対応する。必要なフッ素ラジカルおよび中性子束を生成するために上側プラズマ生成空間５０３で必要とされる高電力が、下側プラズマ生成空間５０９に印加されたとしたら、Ｃ_ｘＦ_ｙの高解離を引き起こすことを理解されたい。したがって、デュアルプラズマチャンバ５００は、上記の処理の実行を可能にする。

別の実施例において、チャンバ５００は、高圧空間における高解離のＣｘＦｙ（Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６など）と共に低圧空間における高濃度のＡｒプラズマを利用するウエハ処理を実行するために用いられる。この実施例では、Ｃ_ｘＦ_ｙおよびＡｒの混合ガスが、プラズマ処理ガスとして上側プラズマ生成空間５０３に供給される。上側プラズマ生成空間５０３は、高圧および高ＲＦ周波数（６０ＭＨｚ）で作動され、Ｃ_ｘＦ_ｙの高解離を引き起こす。上側プラズマ生成空間５０３で生成された高解離のＣ_ｘＦ_ｙは、ガス分配ユニット５１５の貫通孔５１７を通して流れる。上側プラズマ生成空間５０３で生成されたイオンは、ガス分配ユニット５１５によってろ過される。また、この実施例では、Ａｒガスが、プラズマ処理ガスとして下側プラズマ生成空間５０９に供給される。下側プラズマ生成空間５０９は、低圧と、低ないし中程度のＲＦ周波数（２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚ）とで作動され、高イオン束を有する高密度のＡｒプラズマを生成する。

デュアルプラズマチャンバ５００は、ラジカルおよび中性子束の生成をイオンプラズマの生成から分離するよう規定されていることを理解されたい。また、一実施形態において、下側プラズマチャンバ５１４は、機能しなくてもよく（すなわち、排出のみを行ってもよく）、その場合、ウエハ５１３をプラズマに暴露することなしに、上側プラズマチャンバ５１２からのラジカルおよび中性子束をウエハ５１３に供給することができる。

図７は、一実施形態に従って、正規化したイオン束をプレートの厚さの関数として示す。上側チャンバと下側チャンバとの間の相互作用に影響するパラメータの１つは、チャンバの間のプレートの構成である。厚さは貫通孔の長さを規定し、貫通孔が長いほど、イオンおよび電子が上側チャンバから下側チャンバに移動する際の障害が大きくなる。

図７のグラフは、アルゴンチャンバにおいて３００Ｗで２７ＭＨｚのＲＦ周波数を用いて、下側チャンバ内の異なる圧力で、正規化されたイオン束について、デュアルチャンバで得られた測定値を示す。予想通り、イオン束は、貫通孔の長さ（深さ）が大きくなるにつれて減少する。さらに、下側チャンバ内の圧力が大きくなるほど、流体および種が下側チャンバまで移動する際の抵抗が増すため、イオン束は減少する。

上側チャンバと下側チャンバとの間の流れに影響する第２の要因は、貫通孔の直径である。予想通り、貫通孔の直径が大きいほど、下側チャンバへの粒子束が大きくなる。上側チャンバと下側チャンバとの間の相互作用に影響する別の要因は、プレートにおける貫通孔の数および分布である。貫通孔の数が多いほど、上側および下側チャンバの間の通路が多くなるため、より多くの電子が、上側チャンバから下側チャンバに移動する。

一実施形態において、グリッドは２７ｍｍ厚であり（すなわち、貫通孔は２７ｍｍの長さを有する）、貫通孔は２ｍｍの直径を有しているが、他の値も可能である。一実施形態において、グリッドの厚さは、１０ｍｍから３０ｍｍの間である。様々な実施形態において、貫通孔の直径は、約０．５ｍｍから約５ｍｍの範囲のサイズを有する。ただし、様々な実施形態において、貫通孔は、それぞれ、直径サイズが十分な流量を提供すると同時にプラズマ侵入の適切な抑制を提供する限りは、基本的に任意の直径サイズを有するよう規定されてよいことを理解されたい。

図８は、本発明の一実施形態に従って、半導体ウエハ処理装置を動作させるためのアルゴリズムを示すフローチャートである。図８の実施形態は、上側チャンバと下側チャンバとの間の種の流れを制御するために実行されうる様々な動作を示す。

動作８０２で、上側プラズマチャンバのためのパラメータが設定される。これらのパラメータは、ＲＦ電源の動作周波数、ＲＦ電源の電圧およびワット数、上側チャンバ内の圧力、上側チャンバに注入されるガスなどを含む。動作８０４で、下側プラズマチャンバのためのパラメータが設定される。上側チャンバについて上述したのと同じパラメータが、下側チャンバについても調整されてよい。さらに、上側チャンバと下側チャンバとを隔てるプレートのためのパラメータも規定される。プレートのためのパラメータは、プレートの厚さ、プレートにおける貫通孔の数および分布、貫通孔の直径などを含む。

動作８０６で、ウエハが、下側チャンバ内で、動作８０２および８０４で設定されたパラメータを用いて処理される。ウエハが処理された後に、オペレータは、ウエハ処理を改善するために、チャンバのパラメータのいくつかを調整することに決めてもよい。チャンバ内でのエッチングの質を決定するために、プローブを用いて、チャンバの性能を測ることができる。例えば、プローブを用いて、上側チャンバから下側チャンバへのイオン束を測定できる。

動作８１０で、電力が調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われ、動作８１０でのチェックの結果が、調整を必要とする結果である場合、方法は、動作８１２に進む。動作８１２では、上側または下側チャンバのためもしくは上側および下側チャンバの両方のためのワット数が設定される。チャンバにおける電力が増大されると、プラズマ内の粒子の数も増大する。

動作８１４で、ＲＦ電源の電圧が調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われ、電圧を調整すべき場合には、動作８１６で、上側および／または下側チャンバのための新たな電圧レベルが設定される。上述のように、下側チャンバは、パルスＲＦ電源を備える。動作８２０で、ＲＦ電源のパルスサイクルが調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われる。動作８２６で、オンおよびオフ期間の持続時間（すなわち、ＲＦ信号のサイクル）が設定される。例えば、陰イオンエッチングが増強される必要がある場合、より高いアフターグローエッチングを可能にするために、オフ期間が延長されてよい。

動作８２２で、第１のチャンバまたは第２のチャンバ内の圧力が調整されるべきか否かを判定するためにチェックが行われる。いずれかのチャンバ内の圧力が変更されるべき場合、動作８２８で、上側チャンバ、下側チャンバ、または、両方のチャンバの圧力が調整される。図７を参照して上述したように、上側チャンバと下側チャンバとの間の圧力差が大きいほど、チャンバ間の粒子の流量が大きくなる。

さらに、動作８２４で、プレートのパラメータが変更される必要があるか否かを判定するためにチェックが行われる。上述のように、プレートの厚さ、貫通孔の数、分布、および、サイズなど、プレートのいくつかのパラメータが変更されうる。プレートのパラメータが調整されるべき場合、動作８３０で、プレートの上記のパラメータのいずれかが調整されうる。

調整すべきパラメータがあれば、チャンバの全パラメータが調整され、その後、方法は、動作８０６に戻って、ウエハの処理を続ける。図８に示した実施形態は、例示であることに注意されたい。別の実施形態が、異なる調整内容を用いる、異なる順序で調整を実行する、または、定期的にチェックを行うなどしてもよい。したがって、図８に示した実施形態は、排他的でも限定的でもなく、例示または説明のためのものと解釈されるべきである。

図９は、本発明の一実施形態に従って、ウエハを処理するためのアルゴリズムを示すフローチャートである。動作９０２で、上側チャンバ内の上側電極に接続された第１のＲＦ電源によって生成される連続高周波（ＲＦ）信号のための第１のパラメータが設定される。第１のパラメータは、第１の電圧および第１の周波数を含む。さらに、動作９０４で、下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号のための第２のパラメータが設定される。第２のパラメータは、第２の電圧、第２の周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を含む。

動作９０６で、連続ＲＦ信号が上側電極に印加され、動作９０８で、パルスＲＦ信号が下側電極に印加される。第１のパラメータおよび第２のパラメータを設定することにより、両チャンバの動作中に上側チャンバから下側チャンバに流れる種の流量を制御する。種の流れは、陰イオンエッチングと、オフ期間のアフターグロー中のウエハ表面上の過剰な正電荷の中和と、オン期間中の下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する。

図１０は、本発明の実施形態を実施するためのコンピュータシステムを示す概略図である。本明細書に記載の方法は、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を用いて実行されてよいことを理解されたい。あるいは、１つの機能のみを実行するよう設計またはプログラムされた専用コンピュータが用いられてもよい。コンピュータシステムは、中央処理装置（ＣＰＵ）１００４を備えており、ＣＰＵは、バス１０１０を介して、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０２８、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０１２、および、マスストレージデバイス１０１４に接続されている。位相制御プログラム１００８が、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０２８に格納されているが、マスストレージデバイス１０１４またはＲＯＭ１０１２に格納されてもよい。

マスストレージデバイス１０１４は、フロッピー（登録商標）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記憶装置であり、ローカルであってもリモートであってもよいネットワークインターフェース１０３０が、ネットワーク１０３２を介して接続を提供し、他のデバイスとの通信を可能にする。ＣＰＵ１００４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論理デバイスとして実装されうることを理解されたい。入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースが、様々な周辺機器との通信を提供しており、バス１０１０を介して、ＣＰＵ１００４、ＲＡＭ１０２８、ＲＯＭ１０１２、および、マスストレージデバイス１０１４に接続されている。周辺機器の例は、ディスプレイ１０１８、キーボード１０２２、カーソルコントロール１０２４、リムーバブルメディアデバイス１０３４などである。

ディスプレイ１０１８は、本明細書に記載のユーザインターフェースを表示するよう構成される。キーボード１０２２、カーソルコントロール１０２４、リムーバブルメディアデバイス１０３４、および、その他の周辺機器は、ＣＰＵ１００４に命令選択の情報を通信するために、Ｉ／Ｏインターフェース１０２０に接続される。外部デバイスとのデータのやりとりは、Ｉ／Ｏインターフェース１０２０を介して通信されてよいことを理解されたい。本発明は、有線または無線ネットワークを通して接続された遠隔処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実施されてもよい。

本発明の実施形態は、ハンドヘルドデバイス、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースまたはプログラム可能な家電、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなど、様々なコンピュータシステム構成で実施されてもよい。本発明は、ネットワークを通して接続された遠隔処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実施されてもよい。

上述の実施形態を念頭に置いて、本発明は、コンピュータシステムに格納されたデータを含め、コンピュータに実装された様々な動作を利用できることを理解されたい。これらの動作は、物理量の物理操作を必要とするものである。本発明の一部を形成する本明細書で説明した動作はいずれも、有用な機械動作である。本発明は、さらに、これらの動作を実行するためのデバイスまたは装置に関する。装置は、専用コンピュータなど、必要とされる目的向けに特別に構築されてよい。専用コンピュータとして規定された場合、コンピュータは、特殊目的に含まれない他の処理、プログラム実行、または、ルーチンも実行しつつ、特殊目的のために動作することができる。あるいは、動作は、コンピュータメモリ、キャッシュに格納されたまたはネットワークを介して取得された１または複数のコンピュータプログラムによって選択的にアクティベートまたは構成された汎用コンピュータで処理されてもよい。データがネットワークを介して取得されると、そのデータは、ネットワーク（例えば、コンピューティングリソースのクラウド）上の他のコンピュータによって処理されてもよい。

本発明の１または複数実施形態は、コンピュータ読み取り可能な媒体上にコンピュータ読み取り可能なコードとして製造されてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータシステムによって読み出し可能であるようにデータを格納できる任意のデータ記憶装置である。コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、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、磁気テープ、および、その他の光学および非光学式のデータ記憶装置が挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ読み取り可能なコードが分散的に格納および実行されるように、ネットワーク接続されたコンピュータシステム上に分散されたコンピュータ読み取り可能なタンジブル媒体を含みうる。

方法の動作は特定の順番で記載されているが、オーバーレイ動作の処理が望ましく実行される限りは、他のハウスキーピング動作が動作の合間に実行されてもよいし、動作が若干異なる時間に実行されるように調整されてもよいし、処理に関連した様々な間隔で処理動作が起きることを許容するシステムに分散されてもよいことを理解されたい。

理解を深めるために、本発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形されてよい。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを備えたウエハ処理装置であって、
前記上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源の電圧および周波数を設定するよう動作可能な連続波（ＣＷ）コントローラと、
前記下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号の電圧、周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を設定するよう動作可能なパルスコントローラと、
前記チャンバの動作中に前記プレートを通して前記上側チャンバから前記下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、前記ＣＷコントローラおよび前記パルスコントローラのパラメータを設定するよう動作可能なシステムコントローラと、
を備え、
前記種の流れは、陰イオンエッチングと、前記オフ期間のアフターグロー中の前記ウエハの表面における過剰な正荷電の中和と、前記オン期間中の前記下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する、ウエハ処理装置。
適用例２：
適用例１のウエハ処理装置であって、前記システムコントローラは、さらに、前記上側チャンバ内の第１の圧力および前記下側チャンバ内の第２の圧力を設定するよう動作可能であり、前記第１の圧力は前記第２の圧力よりも高い、ウエハ処理装置。
適用例３：
適用例２のウエハ処理装置であって、前記オン期間の持続時間は、前記オフ期間の持続時間と異なる、ウエハ処理装置。
適用例４：
適用例２のウエハ処理装置であって、前記オン期間の持続時間は、前記オフ期間の持続時間と等しい、ウエハ処理装置。
適用例５：
適用例１のウエハ処理装置であって、前記第１のＲＦ電源の周波数は、２７ＭＨｚから１００ＭＨｚの間の値を有する、ウエハ処理装置。
適用例６：
適用例１のウエハ処理装置であって、前記第２のＲＦ電源の周波数は、０．４ＭＨｚから２５ＭＨｚの間の値を有する、ウエハ処理装置。
適用例７：
適用例１のウエハ処理装置であって、前記第１のＲＦ電源の電圧は、１００Ｖから６００Ｖの間の値を有する、ウエハ処理装置。
適用例８：
適用例１のウエハ処理装置であって、前記第２のＲＦ電源の電圧は、１０００Ｖから６０００Ｖの間の値を有する、ウエハ処理装置。
適用例９：
適用例１のウエハ処理装置であって、前記上側チャンバは、前記ウエハの処理中に前記上側チャンバ内で上側プラズマを形成するよう動作可能である、ウエハ処理装置。
適用例１０：
適用例１のウエハ処理装置であって、前記上側チャンバは、処理中に２０ｍＴｏｒｒから６０ｍＴｏｒｒの間の第１の圧力を有するよう動作可能であり、前記下側チャンバは、処理中に１０ｍＴｏｒｒから１９ｍＴｏｒｒの間の第２の圧力を有するよう動作可能である、ウエハ処理装置。
適用例１１：
上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを備えたウエハ処理装置でウエハを処理するための方法であって、
前記上側チャンバ内の上側電極に接続された第１のＲＦ電源によって生成される連続高周波（ＲＦ）信号のための第１のパラメータを設定する工程であって、前記第１のパラメータは、第１の電圧および第１の周波数を含む、工程と、
前記下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定する工程であって、前記第２のパラメータは、第２の電圧、第２の周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を含む、工程と、
前記連続ＲＦ信号を前記上側電極に印加する工程と、
前記パルスＲＦ信号を前記下側電極に印加する工程と、
を備え、
前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータを設定することにより、前記チャンバの動作中に前記上側チャンバから前記下側チャンバへの種の流れを制御し、前記種の流れは、陰イオンエッチングと、前記オフ期間のアフターグロー中の前記ウエハの表面における過剰な正荷電の中和と、前記オン期間中の前記下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する、方法。
適用例１２：
適用例１１の方法であって、さらに、
前記上側チャンバ内の第１の圧力を設定する工程と、
前記下側チャンバ内の第２の圧力を設定する工程と、
を備える、方法。
適用例１３：
適用例１２の方法であって、さらに、
前記第１の圧力を増大させて、前記上側チャンバから前記下側チャンバへの前記種の流れを増大させる工程を備える、方法。
適用例１４：
適用例１１の方法であって、さらに、
前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを隔てる前記プレートの貫通孔の長さを調節する工程を備え、前記貫通孔の前記長さを短くすることにより、前記上側チャンバから前記下側チャンバへの前記種の流れを増大させる、方法。
適用例１５：
適用例１４の方法であって、さらに、
前記プレートの前記貫通孔の数を減らして、前記上側チャンバおよび前記下側チャンバの間の前記種の流れを減少させる工程を備える、方法。
適用例１６：
適用例１１の方法であって、前記第１のパラメータを設定する工程は、
前記第１の電圧を上げて、前記種の流れを増大させる工程を含む、方法。
適用例１７：
適用例１１の方法であって、前記方法の工程は、１または複数のプロセッサによって実施される場合にコンピュータプログラムによって実行され、前記コンピュータプログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に格納される、方法。
適用例１８：
上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを備えたウエハ処理装置であって、
前記上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源のための第１のパラメータを設定するよう動作可能な連続波（ＣＷ）コントローラと、
前記下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成される第２のパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定すると共に、前記下側電極に接続された第３のＲＦ電源によって生成される第３のパルスＲＦ信号のための第３のパラメータを設定するよう動作可能なパルスコントローラと、
前記チャンバの動作中に前記プレートを通して前記上側チャンバから前記下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、前記第１、第２、および、第３のパラメータを転送するよう動作可能なシステムコントローラと、
を備え、
前記種の流れは、陰イオンエッチングと、オフ期間のアフターグロー中の前記ウエハの表面における過剰な正荷電の中和と、オン期間中の前記下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する、ウエハ処理装置。
適用例１９：
適用例１８のウエハ処理装置であって、前記第１のＲＦ電源は、３０ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの間の周波数を有し、前記第２のＲＦ電源は、０．４ＭＨｚから４ＭＨｚまでの間の周波数を有し、前記第３のＲＦ電源は、２０ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの間の周波数を有する、ウエハ処理装置。
適用例２０：
適用例１８のウエハ処理装置であって、前記上側チャンバは、処理中に２０ｍＴｏｒｒから６０ｍＴｏｒｒの間の第１の圧力を有するよう動作可能であり、前記下側チャンバは、処理中に１０ｍＴｏｒｒから１９ｍＴｏｒｒの間の第２の圧力を有するよう動作可能である、ウエハ処理装置。

Claims (20)

1. 上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを備えたウエハ処理装置であって、
   前記上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源の電圧および周波数を設定するよう動作可能な連続波（ＣＷ）コントローラと、
   前記下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号の電圧、周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を設定するよう動作可能なパルスコントローラと、
   前記チャンバの動作中に前記プレートを通して前記上側チャンバから前記下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、前記ＣＷコントローラおよび前記パルスコントローラのパラメータを設定するよう動作可能なシステムコントローラと、
   を備え、
   前記種の流れは、陰イオンエッチングと、前記オフ期間のアフターグロー中の前記ウエハの表面における過剰な正荷電の中和と、前記オン期間中の前記下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する、ウエハ処理装置。
2. 請求項１に記載のウエハ処理装置であって、前記システムコントローラは、さらに、前記上側チャンバ内の第１の圧力および前記下側チャンバ内の第２の圧力を設定するよう動作可能であり、前記第１の圧力は前記第２の圧力よりも高い、ウエハ処理装置。
3. 請求項２に記載のウエハ処理装置であって、前記オン期間の持続時間は、前記オフ期間の持続時間と異なる、ウエハ処理装置。
4. 請求項２に記載のウエハ処理装置であって、前記オン期間の持続時間は、前記オフ期間の持続時間と等しい、ウエハ処理装置。
5. 請求項１に記載のウエハ処理装置であって、前記第１のＲＦ電源の周波数は、２７ＭＨｚから１００ＭＨｚの間の値を有する、ウエハ処理装置。
6. 請求項１に記載のウエハ処理装置であって、前記第２のＲＦ電源の周波数は、０．４ＭＨｚから２５ＭＨｚの間の値を有する、ウエハ処理装置。
7. 請求項１に記載のウエハ処理装置であって、前記第１のＲＦ電源の電圧は、１００Ｖから６００Ｖの間の値を有する、ウエハ処理装置。
8. 請求項１に記載のウエハ処理装置であって、前記第２のＲＦ電源の電圧は、１０００Ｖから６０００Ｖの間の値を有する、ウエハ処理装置。
9. 請求項１に記載のウエハ処理装置であって、前記上側チャンバは、前記ウエハの処理中に前記上側チャンバ内で上側プラズマを形成するよう動作可能である、ウエハ処理装置。
10. 請求項１に記載のウエハ処理装置であって、前記上側チャンバは、処理中に２０ｍＴｏｒｒから６０ｍＴｏｒｒの間の第１の圧力を有するよう動作可能であり、前記下側チャンバは、処理中に１０ｍＴｏｒｒから１９ｍＴｏｒｒの間の第２の圧力を有するよう動作可能である、ウエハ処理装置。
11. 上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを備えたウエハ処理装置でウエハを処理するための方法であって、
    前記上側チャンバ内の上側電極に接続された第１のＲＦ電源によって生成される連続高周波（ＲＦ）信号のための第１のパラメータを設定する工程であって、前記第１のパラメータは、第１の電圧および第１の周波数を含む、工程と、
    前記下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成されるパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定する工程であって、前記第２のパラメータは、第２の電圧、第２の周波数、オン期間の持続時間、および、オフ期間の持続時間を含む、工程と、
    前記連続ＲＦ信号を前記上側電極に印加する工程と、
    前記パルスＲＦ信号を前記下側電極に印加する工程と、
    を備え、
    前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータを設定することにより、前記チャンバの動作中に前記上側チャンバから前記下側チャンバへの種の流れを制御し、前記種の流れは、陰イオンエッチングと、前記オフ期間のアフターグロー中の前記ウエハの表面における過剰な正荷電の中和と、前記オン期間中の前記下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する、方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、さらに、
    前記上側チャンバ内の第１の圧力を設定する工程と、
    前記下側チャンバ内の第２の圧力を設定する工程と、
    を備える、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、さらに、
    前記第１の圧力を増大させて、前記上側チャンバから前記下側チャンバへの前記種の流れを増大させる工程を備える、方法。
14. 請求項１１に記載の方法であって、さらに、
    前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを隔てる前記プレートの貫通孔の長さを調節する工程を備え、前記貫通孔の前記長さを短くすることにより、前記上側チャンバから前記下側チャンバへの前記種の流れを増大させる、方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、さらに、
    前記プレートの前記貫通孔の数を減らして、前記上側チャンバおよび前記下側チャンバの間の前記種の流れを減少させる工程を備える、方法。
16. 請求項１１に記載の方法であって、前記第１のパラメータを設定する工程は、
    前記第１の電圧を上げて、前記種の流れを増大させる工程を含む、方法。
17. 請求項１１に記載の方法であって、前記方法の工程は、１または複数のプロセッサによって実施される場合にコンピュータプログラムによって実行され、前記コンピュータプログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に格納される、方法。
18. 上側チャンバを下側チャンバに流体連通させるプレートによって隔てられた前記上側チャンバおよび前記下側チャンバを備えたウエハ処理装置であって、
    前記上側チャンバ内の上側電極に接続された第１の高周波（ＲＦ）電源のための第１のパラメータを設定するよう動作可能な連続波（ＣＷ）コントローラと、
    前記下側チャンバ内の下側電極に接続された第２のＲＦ電源によって生成される第２のパルスＲＦ信号のための第２のパラメータを設定すると共に、前記下側電極に接続された第３のＲＦ電源によって生成される第３のパルスＲＦ信号のための第３のパラメータを設定するよう動作可能なパルスコントローラと、
    前記チャンバの動作中に前記プレートを通して前記上側チャンバから前記下側チャンバに流れる種の流れを制御するために、前記第１、第２、および、第３のパラメータを転送するよう動作可能なシステムコントローラと、
    を備え、
    前記種の流れは、陰イオンエッチングと、オフ期間のアフターグロー中の前記ウエハの表面における過剰な正荷電の中和と、オン期間中の前記下側チャンバにおけるプラズマの再点火とを支援する、ウエハ処理装置。
19. 請求項１８に記載のウエハ処理装置であって、前記第１のＲＦ電源は、３０ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの間の周波数を有し、前記第２のＲＦ電源は、０．４ＭＨｚから４ＭＨｚまでの間の周波数を有し、前記第３のＲＦ電源は、２０ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの間の周波数を有する、ウエハ処理装置。
20. 請求項１８に記載のウエハ処理装置であって、前記上側チャンバは、処理中に２０ｍＴｏｒｒから６０ｍＴｏｒｒの間の第１の圧力を有するよう動作可能であり、前記下側チャンバは、処理中に１０ｍＴｏｒｒから１９ｍＴｏｒｒの間の第２の圧力を有するよう動作可能である、ウエハ処理装置。

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