JPH10144663A - 高圧非反応性希釈ガス高含有高プラズマイオン密度プラズマ酸化物エッチングプロセス - Google Patents

高圧非反応性希釈ガス高含有高プラズマイオン密度プラズマ酸化物エッチングプロセス

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JPH10144663A
JPH10144663A JP9288819A JP28881997A JPH10144663A JP H10144663 A JPH10144663 A JP H10144663A JP 9288819 A JP9288819 A JP 9288819A JP 28881997 A JP28881997 A JP 28881997A JP H10144663 A JPH10144663 A JP H10144663A
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plasma
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コリンズ ケネス
David Groechel
グルーチェル デイヴィッド
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ハング レイモンド
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ライス マイケル
Gerald Zheyao Yin
ゼヤオ イン ジェラルド
Jian Ding
ディング ジエン
Chunshi Cui
ツェイ チャンシ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッシベーション膜を特にフォトレジスト切
子面付近で強化する方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、プラズマリアクタチャンバで
半導体被処理体を処理する方法として具体化されてお
り、炭素及びフッ素を少なくとも含有するポリマ及びエ
ッチャント前駆ガスを、チャンバ内のガス圧を約２０ｍ
Ｔ以下の低圧力範囲に維持するのに十分な第１の流量で
チャンバ内に供給するステップと、相対的に非反応性の
ガスを、２０ｍＴ以上の高圧力範囲にチャンバ内のガス
圧を維持するのに十分な第２の流量であって、前駆ガス
の第１流量との組合せでチャンバ内への全ガス流量の約
２分の１以上となる第２の流量でチャンバ内に供給する
ステップと、プラズマ源電力をチャンバ内に供給して１
０10イオン毎立方センチメートルを超えるイオン密度を
有する高イオン密度プラズマを生成するステップと、を
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧非反応性希釈
ガス高含有高プラズマイオン密度プラズマ酸化物エッチ
ングプロセスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本願は、ケネス・Ｓ・コリンズらによる
米国特許出願第08/648,254号（出願日1996年5月13日）
「オーバヘッドソレノイドアンテナを有する誘導結合型
ＲＦプラズマリアクタ」の一部継続出願である。この米
国特許出願第08/648,254号は、以下の同時継続米国出願
の一部継続出願であり、以下の出願の開示内容は、参照
事項として本明細書に組み込まれる。
【０００３】（ａ）ケネス・Ｓ・コリンズらによる出願
番号第08/580,026号（出願日1995年12月20日）。これ
は、1993年4月1日出願の第08/041,796号(1991年6月27日
出願の第07/722,340号の継続出願である）の継続出願で
ある。 （ｂ）マイケル・ライスらによる出願番号第08/503,467
号（出願日1995年7月18日）。これは、1993年10月15日
出願の第08/138,060号の分割出願である。 （ｃ）ケネス・コリンズによる出願番号第08/597,577号
（出願日1996年2月2日）。これは、1995年8月31日出願
の第08/521,668号（現在は放棄）の一部継続出願であ
る。この第08/521,668号は、1994年8月11日出願の第08/
289,336号の一部継続出願であり、この第08/289,336号
は、1992年12月1日出願の第07/984,045号（現在は放
棄）の継続出願である。さらに、ケネス・Ｓ・コリンズ
らによる米国特許出願第08/648,256号（出願日1996年5
月13日）「ポリマ硬化前駆物質の加熱済みソースを用い
たプラズマ」は、関連する主題を開示している。
【０００４】プラズマ処理チャンバ、特に高密度プラズ
マ処理チャンバでは、プロセスチャンバ内においてＲＦ
（高周波）電力を用いてプラズマが生成され、維持され
ている。上記で言及した出願に詳細に開示されているよ
うに、プロセスチャンバ内部の表面の温度を、処理条件
によって課される熱負荷を変動する時間や境界条件を変
動する他の時間に依存せずに制御する必要がしばしば生
じる。このことは、ＲＦ電力を通過させて誘導アンテナ
から誘導結合させる窓と容量結合電極との双方として機
能する窓電極を備えたリアクタチャンバ(反応室）の場
合に特に成り立つ。窓／電極が半導体材料である場合、
窓／電極の温度を特定の温度範囲内で制御して、窓の適
切な電気的特性を得る必要が生じることがある。プラズ
マを生成し維持するためのＲＦ電力の印加により、窓
（例えば、ＲＦまたはマイクロ波電力の誘導または電磁
結合のために用いられる）もしくは電極（例えば、ＲＦ
電力の容量または静電結合のために用いられ、あるいは
ＲＦ電力の容量または静電結合用のグランドまたは戻り
経路を終端または形成するために用いられる）、または
複合窓／電極を含むチャンバ内部の表面が加熱される。
【０００５】上記で言及した特許出願には、チャンバ圧
力に関する従来の制限に耐えることにより上述の問題点
を解決する方法が開示されており、特に、反応室の天井
の上方においてそれぞれの径方向位置に配置された多重
ソレノイド巻線を用いる一方で、チャンバ圧力に関する
従来の制限に耐えることにより問題点を解決する方法が
開示されている。上述のように、高イオン密度（例えば
１０11イオン／ｃｃ）プラズマリアクタ（例えば、誘導
結合型ＲＦプラズマリアクタ）内のチャンバ圧力は、チ
ャンバ圧力とともに高まるプラズマ電子再結合損失によ
って通常制限されている。この損失は、電子拡散を妨げ
る。この電子拡散が妨げられなければ、プラズマイオン
分布均一性が高まることになる。誘導結合型ＲＦプラズ
マリアクタの場合、通常のチャンバ圧力範囲は約１ｍＴ
〜１０ｍＴであり、２０ｍＴは通常の範囲を上回るもの
と考えられている。誘導場スキンデプス（inductive fi
eld skin depth）が上部電極とウェーハとの間の間隙
（ギャップ）の１／１０より大きいという定義を「高
圧」に対して与えると、１００ｍＴは確かに「高圧」で
ある。エッチング速度の均一性およびエッチング選択比
は、スキンデプス（あるいはチャンバ圧力）が増加する
に伴って減少する。これは、オーバヘッドアンテナパタ
ーンの不均一性が、スキンデプスが増加するに伴ってウ
ェーハ表面により強く反映されるようになるからであ
る。例えば、チャンバ圧力を７５ｍＴから２０ｍＴに低
減するとウェーハ上におけるエッチング選択比の均一性
が大きく高まることが実証されている。このように、従
来の知見は、高密度プラズマリアクタ中のチャンバ圧力
を制限するものであった。
【０００６】上記の問題は、非酸素含有層（例えば、ポ
リシリコン、シリコン、シリコン窒化物など）の上に位
置する二酸化ケイ素層のプラズマエッチングにおいて特
に顕著である。これは、ケイ素−酸素結合が下層中の結
合よりも非常に強く、プラズマ中でポリマ前駆種から堆
積されたポリマによって下層のパッシベーションを行う
必要が生じるためである。このようなパッシベーション
を行わないと、下層非酸素含有層に対する二酸化ケイ素
のエッチング選択比は不適当なものとなる。周知のよう
に、好適なプロセスガスは、フルオロカーボン（fluoro
carbon）またはフルオロ炭化水素（fluoro-hydrocarbo
n）を含んでいる。というのも、これらのガスは、エッ
チャント種（フッ素）および重合種の双方に対する前駆
物質だからである。選択比は、チャンバ圧力を高めるこ
とにより（チャンバ真空ポンプ速度（chamber vacuum p
ump rate）を低減する、すなわちポンプの「絞りを戻す
（throttling back）」ことにより）向上する。これ
は、上記の圧力増加によってポリマ前駆種の正味の滞留
時間（residence time）が増加し、多くのポリマ前駆種
がプラズマ中で形成されるようになっているからであ
る。(本明細書で理解されるように、用語「滞留時間」
は、特定のガス種に適用され、そのガスの圧力にウェー
ハまたは被処理体とプラズマ源電力付与装置（通常、オ
ーバヘッド誘導アンテナ）との間を包囲する容積を掛
け、これをそのガスが反応室内に供給される流量で割っ
たものである。）このような状況では、より強いポリマ
が下層パッシベート済み層の上に形成され、これにより
エッチング選択比が高まる傾向がある。
【０００７】エッチングされるべき二酸化ケイ素表面上
への強いポリマの形成を打ち消すため、プラズマ中のイ
オンエネルギを通常レベル（ケイ素−酸素結合エネル
ギ）を大きく上回るように高めて、二酸化ケイ素表面上
へのポリマの堆積を解消する必要がある。この結果、エ
ッチングの停止を防ぐためにより高いイオンエネルギ必
要となる程度までプロセスウインドウが減少する。この
ような困難を避けるため、（チャンバ真空ポンプ速度を
高めることにより）チャンバ圧力を制限することが望ま
しいとされてきたので、圧力を高めることにより改善さ
れる選択比が制限されている。このように、エッチング
選択比とエッチング停止の回避との間には、一定のトレ
ードオフが存在している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】チャンバ圧力を上記の
ように制限しなければならないことに伴う問題点は、こ
れに応じてポリマ形成が弱まることである。上述のよう
に、チャンバ圧力を高くすると強いポリマが形成され、
その反対に、チャンバ圧力を低くすると弱いポリマパッ
シベーション層が形成される。この結果生じるポリマ強
度の制限は、ウェーハ上のフォトリソグラフィ層に現れ
ており、例えば、フォトレジストマスクの切子面形成
（photoresist mask faceting）と呼ばれることのある
現象にはっきりと現れている。この現象は、ポリマパッ
シベーション層がフォトレジストマスク層中のコンタク
トホールの縁部の周囲で一定の弱さを示し、プラズマが
フォトレジストの縁部、すなわち「切子面（facet）」
を攻撃できるようになるものである。通常、切子面にお
ける二酸化ケイ素−フォトレジスト間の選択比は、約
３：１である。この結果、エッチングプロセス中にコン
タクトホールの上部が広がるので、ホールの直径を制御
することができない。このような問題は、チャンバ圧力
を高めてフォトレジストを覆うポリマパッシベーション
層を強化することにより抑えることができるが、このよ
うな圧力の増加により、プラズマイオンエネルギを相応
に増加してウェーハ中心付近のエッチング停止を避ける
ことが必要となり、これによってプロセスウインドウが
狭くなってしまう。このように、この問題には真の解決
法など存在しないものと考えられていた。
【０００９】従って、本発明の目的は、エッチングが停
止する危険なく、もしくはプラズマイオンエネルギを増
加してエッチングの停止を防止する必要なく、またはチ
ャンバ圧力の増加に通常伴う他の不利益を招くことな
く、ポリマパッシベーション層を特にフォトレジスト切
子面付近で強化することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】チャンバ真空ポンプの絞
りを戻すのではなく非反応性のガス（例えば、不活性ガ
ス）を導入することによって高イオン密度ＲＦプラズマ
リアクタのチャンバ圧力を高めることにより、エッチン
グが停止する危険性が付随して増加することなく、ポリ
マパッシベーション層の強度が特にフォトレジスト切子
面の付近で増加することが本発明の発見である。このた
め、本発明は、エッチャントおよびポリマの前駆ガス、
例えばフルオロカーボンやフルオロ炭化水素などをアル
ゴン等の不活性ガスを用いて希釈して、チャンバ真空ポ
ンプ速度がこれに応じて大きく変化することなくチャン
バ圧力を高めることに具現化されている。チャンバ圧力
を単独で高圧状態（high pressure regime）以下の圧力
に維持するガス流量でエッチャント／ポリマ前駆ガスが
チャンバ内に供給され、前駆ガスの流量との組合せによ
りチャンバ圧力を高圧状態内の圧力に高めるのに十分な
流量で非反応性ガスが加えられることが好ましい。この
ように、チャンバ真空ポンプの絞りを大きく戻すことを
控えることにより、チャンバ内のポリマ前駆物質滞留時
間はあまり増加しなくなる。本発明は、二酸化ケイ素表
面上のエッチング停止ポリマの形成を回避するためにチ
ャンバ内のポリマ前駆ガスの滞留時間を長くすることな
く、チャンバ圧力を増加してポリマ強度を高め、これに
よりフォトレジストの切子面形成を低減する。この結
果、プロセスウインドウが正味で増加するという重要な
利点が得られる。
【００１１】本発明の一形態では、チャンバに供給され
るガスは以下の通りである。すなわち、エッチングに好
適なエッチャント／ポリマ前駆物質としての９０標準立
方センチメートル毎分（ＳＣＣＭ）のＣＨＦ3、重合に
好適なエッチャント／ポリマ前駆物質としての１０ＳＣ
ＣＭのＣ4Ｆ8、エッチストップ抑制剤としての１６ＳＣ
ＣＭのＣＯ2、およびチャンバポンプ速度を低減するこ
となくチャンバ圧力を高める非反応性種としての４５０
ＳＣＣＭのアルゴン、である。（本明細書で用いられる
ように、用語「エッチストップ抑制剤」は、ＣＯ、ＣＯ
2およびＯ2を含む種類のガスを指している。これらのガ
スは、ポリマ材料の酸化を促進し、その使用によりポリ
マの過度の堆積を改善して、これによりエッチングの停
止を抑え、あるいは防止する。）一般に、非反応性（希
釈）種ガスがチャンバ内に供給される流量は、チャンバ
に供給される全ガスの全流量の数分の１であり、種々の
プロセスパラメタに依存している。
【００１２】このプロセスは、上記で言及した特許出願
に開示されるプラズマリアクタ内で実行されることが好
ましい。これは、多重ソレノイドコイルアンテナという
特徴がプラズマイオン分布の優れた均一性をもたらすか
らである。しかしながら、高圧での炭素−フッ素化学に
おいて非反応性希釈ガスを高い比率で用いて誘導結合高
密度ＲＦプラズマを生成する同じプロセスを他のリアク
タ内で実行することも可能である。このようなリアクタ
としては、例えば、誘電性天井の上に配置された平面コ
イルアンテナを備えるリアクタや、ドーム形天井の上に
配置された誘電性円筒形または円錐形コイルを包囲する
単一ソレノイドアンテナを備えるリアクタが挙げられ
る。
【００１３】本発明のプロセスは、非反応性希釈ガス
を、より高いまたはより低い原子量のガスに変えること
によって調節することが可能である。例えば、ヘリウム
やネオンは、キセノンに比べてイオン化により多くのプ
ラズマ電子エネルギを必要とするので、キセノンを用い
ると、より低い平均電子温度とより高い電子密度を有す
るプラズマが得られ、より多くのエッチング前駆種とよ
り高いエッチング速度が得られる。この結果、キセノン
を用いると、エッチング速度が極めて高くなり、酸化物
−フォトレジスト間のエッチング選択比が比較的低くな
る。逆に、ヘリウムまたはネオンを用いると、エッチン
グ速度は低くなるが、エッチング選択比は優秀である。
理想的なバランスは、良好なエッチング速度と良好なエ
ッチング選択比の双方を与える中間原子量の不活性ガ
ス、例えばアルゴン、を用いることにより達成される。
【００１４】本発明のプロセスは、天井温度を用いても
調節される。例えば、本発明の一形態では、より多くの
ポリマがウェーハのパッシベート済みの表面に堆積し、
より少ないポリマが天井に堆積するように、天井は高温
−−ポリマ縮合温度付近−−に加熱される。この場合、
高いチャンバ圧力で通常生じる酸化物表面でのエッチン
グ停止を避けるため、天井温度の上昇に伴ってポリマ前
駆ガスの希釈を高める必要がある。希釈ガスの含量は、
チャンバ内のガスの少なくとも５０％以上とすることが
でき、また、このようにすることが好ましい。逆に、天
井がポリマ縮合温度よりも相当に低い温度に冷却される
場合は、希釈材の含量を５０％水準よりも相当に低く減
らすことができる。
【００１５】チャンバ内の炭素含有量の高いポリマ／エ
ッチャント前駆ガス（例えば、Ｃ4Ｆ8）の相対比率を高
める−−これは、重合を高めるためである−−ことによ
り、あるいはフッ素含有量の高いポリマ／エッチャント
前駆ガス（例えば、ＣＨＦ3）の相対比率を高める−−
これは、エッチング速度を高めるためである−−ことに
より、重合速度を増減する他の調節法も可能である。炭
素含有量の高い前駆ガスの比率を高めるのに伴って、非
反応性希釈ガス（例えば、アルゴン）および／またはエ
ッチストップ抑制ガス（例えば、ＣＯ2）の比率を高め
て、酸化物表面でのエッチング停止を避ける必要があ
る。
【００１６】本発明は、フォトレジスト、特にフォトレ
ジスト切子面、に対する酸化物のエッチング選択比の著
しい増加をもたらすので、切子面の形成（エッチング中
における開口サイズの増加）が抑えられ、このような微
小寸法（クリティカルディメンション）にわたって好適
な制御が可能になるという重要な利点が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】アンテナ−被処理体間の間隔（ギ
ャップ）が狭いプラズマリアクタにおいて、誘導アンテ
ナパターン中心空白に対応する被処理体の中心領域付近
でのプラズマイオン密度の減少を最小限に抑えるため、
本発明は、この中心領域における誘導電場の大きさを増
加することを目的としている。本発明は、天井の上に位
置する誘導コイルの巻きをアンテナの対称軸付近に集中
させ、上記中心領域におけるアンテナおよびプラズマ間
の磁束連結（magnetic flux linkage）の変化率（ＲＦ
源周波数におけるもの）を最大にすることにより、上記
の目的を達成する。
【００１８】本発明によれば、対称軸を取り囲むソレノ
イドコイルは、同時にその誘導コイルの巻きを軸付近に
集中させ、被処理体に隣接する中心領域におけるアンテ
ナおよびプラズマ間の磁束連結の変化率を最大にする。
これは、中心領域のプラズマとの強い磁束連結および密
接な相互結合に必要とされるように、巻数が多くコイル
半径が小さいためである。（対照的に、従来の平面コイ
ルアンテナは、その誘導場を広い径方向領域にわたって
拡げており、径方向電力分布を周囲にむかって外向きに
押し拡げている。）本明細書で理解されるように、ソレ
ノイドタイプのアンテナは、被処理体もしくは被処理体
支持面の平面または上方のチャンバ天井の平面に対して
非平面状に分布した複数の誘導素子、または被処理体支
持面を横断して異なる距離だけ離間され、もしくは上方
のチャンバ天井を横断して異なる距離だけ離間された複
数の誘導素子、を有するアンテナである。本明細書で理
解されるように、誘導素子は、チャンバ中のプラズマお
よび／またはアンテナの他の誘導素子に相互結合された
導電素子である。
【００１９】本発明の好適な実施形態は、中心付近の一
つのソレノイドと外周半径のもう一つのソレノイドとを
備える二重ソレノイドコイルアンテナを備えている。こ
れら二つのソレノイドは、異なるＲＦ周波数で駆動する
ことができる。また、これらのソレノイドは、同じ周波
数で駆動することもでき、この場合、これらのソレノイ
ドは位相同期されているのが好ましく、これらのソレノ
イドの場が構造的に相互作用するように位相同期されて
いるとさらに好ましい。また、内側および外側ソレノイ
ド間の実際の変位が最大であることが好ましい。という
のも、これにより、被処理体周縁部でのエッチング速度
に対する被処理体中心部でのエッチング速度の最も応用
の利く制御が実現されるからである。当業者は、（適切
な分子比および不活性ガスを選択することにより）容易
にＲＦ電力、チャンバ圧力およびプロセスガス混合気の
電気陰性度を変えて、被処理体上におけるエッチング速
度の径方向均一性を（本発明を用いて）最適化するため
の広い範囲またはプロセスウインドウを得ることができ
る。本発明の個別内側ソレノイドと外側ソレノイドとの
間隔を最大にすることにより、以下の利点が得られる。
【００２０】（１）最高の均一性制御・調節。 （２）内側ソレノイドと外側ソレノイドとの間の最大の
離間。これは、一方のソレノイドからの場と他方のソレ
ノイドの場との相互干渉を防止する。 （３）温度調節素子用の(内側および外側ソレノイド間
における）天井上の空間が最大になり、天井温度の制御
が最適化される。
【００２１】図４は、被処理体−天井間のギャップが小
さい誘導結合型ＲＦプラズマリアクタの単一ソレノイド
仕様（好適な仕様ではない）を示しており、誘導場のス
キンデプスがギャップの長さのオーダであることを示し
ている。本明細書で理解されるように、ギャップ長のオ
ーダのスキンデプスは、ギャップ長の１０のファクタ
（factor）の範囲（すなわち、ギャップ長の約１０分の
１から約１０倍までの間）に含まれている。
【００２２】図９は、誘導結合型ＲＦプラズマリアクタ
の二重ソレノイド仕様を示している。これは、本発明の
好適な実施形態である。二重ソレノイドという特徴点を
除けば、図４と図９の実施形態のリアクタ構造はほとん
ど同じであるから、ここでは図４を参照しながら説明を
行う。このリアクタは、円筒チャンバ４０を備えてい
る。この円筒チャンバ４０は、図４のリアクタが非平面
コイルアンテナ４２を有していることを除いて、図１の
チャンバと同様である。ここで、非平面コイルアンテナ
４２の複数の巻線４４は、アンテナ対称軸４６の付近で
非平面状に密集している。図示の実施形態ではこれらの
巻線４４は対称形であり、これらの対称軸４６はチャン
バの中心軸と一致しているが、本発明は様々に実施する
ことが可能である。例えば、巻線は対称形でなくても良
く、また、巻線の対称軸がチャンバの中心軸と一致して
いなくても良い。しかしながら、対称形アンテナの場
合、アンテナは、チャンバの中心または被処理体の中心
に一致する自身の対称軸４６の付近で空白（ヌル）とな
る放射パターンを有している。中心軸４６の周りに巻線
４４が密集することにより、この空白が補償される。巻
線４４の中心軸４６周りの密集は、各巻線４４がチャン
バ中心軸４６から最小の距離に位置するように巻線４４
をソレノイド状に垂直に積み重ねることによって達成す
ることができる。これにより、中心軸４６の付近で電流
（Ｉ）とコイル巻数（Ｎ）との積が大きくなる。中心軸
４６付近では、図３（ｄ）及び図３（ｅ）を参照して上
述したように、被処理体から天井までの高さが低いため
にプラズマイオン密度が最も弱くなっている。この結
果、非平面コイルアンテナに加えられるＲＦ電力が、ウ
ェーハ中心において−−アンテナ対称軸４６において−
−(周辺領域に対して）より大きな電磁誘導［ｄ／ｄ
ｔ］［Ｎ・Ｉ］を生成し、従ってその領域により大きな
プラズマイオン密度を生成する。これにより、被処理体
から天井までの高さが低いにも関わらず、得られるプラ
ズマイオン密度がより均一に近くなる。このように、本
発明は、プロセス均一性を犠牲にすることなく、より高
いプラズマプロセス性能を得るために天井の高さを低く
する方法を提供する。
【００２３】図５は、図４及び図９の実施形態で用いら
れる巻線の好適な形態を最も良く示している。巻線４４
を被処理体５６の平面に少なくとも平行に近くするた
め、これらの巻線は、通常のつる巻きではなく、次のよ
うに巻くのが好ましい。すなわち、各々の個々の巻き
が、巻きの間（一つの水平面から次の水平面まで）の段
差、すなわち移行部４４ａを除いて、被処理体５６の平
面（水平面）に平行になるように巻くのが好ましい。
【００２４】円筒チャンバ４０は、円筒側壁５０および
円形天井５２からなる。この天井５２は、側壁５０と天
井５２とがケイ素等の材料からなる単一部材を構成する
ように側壁５０と一体的に形成されている。しかしなが
ら、後述するように、本発明は、別部材として形成され
た側壁５０および天井５２を用いて実施することも可能
である。円形天井５２は、任意の適切な断面形状を有す
ることができ、例えば平面形（図４）、ドーム形（図
６）、円錐形（図７）、円錐台形（図８）、円筒形、も
しくはこれらの形状の任意の組合せまたは任意の回転曲
線（curve of rotation）とすることができる。この組
合せについては、本明細書で後述する。一般に、ソレノ
イド４２の垂直ピッチ（すなわち、ソレノイドの垂直高
さをソレノイドの水平幅で割ったもの）は、天井５２の
垂直ピッチより大きい。これは、三次元の表面、例えば
ドーム、円錐、円錐台など、を形成する天井に対する場
合でさえも同じである。このようにする目的は、少なく
とも好適な実施形態では、既に述べたように、アンテナ
の誘導（induction）をアンテナ対称軸付近に集中させ
ることである。本明細書では、天井よりも大きなピッチ
を有するソレノイドを、非形状合致ソレノイド（non-co
nformal solenoid）と呼ぶ。これは、一般的に、ソレノ
イドの形状が天井の形状に合致していないことを意味し
ており、具体的には、ソレノイドの垂直ピッチが天井の
垂直ピッチよりも大きいことを意味している。二次元
の、すなわち平坦な天井の垂直ピッチは０であるが、三
次元天井の垂直ピッチは０ではない。
【００２５】チャンバ４０の底部に位置するペデスタル
５４は、処理の間、平面被処理体５６を被処理体支持面
内で支持する。この被処理体５６は、通常、半導体ウェ
ーハであり、被処理体支持面は、一般に、ウェーハまた
は被処理体５６の面である。チャンバ４０は、ポンプ
（図示せず）によって、環状通路５８を通じて、チャン
バ４０の下部を包囲する排気用環状体６０へ真空排気さ
れる。排気用環状体の内部は、交換可能な金属ライナ６
０ａを用いて内張りすることができる。環状通路５８
は、円筒側壁５０の底へり（bottom edge）５０ａとペ
デスタルを包囲する平面リング６２とによって画成され
ている。プロセスガスは、多様なガス供給路のうちの任
意の一つまたは全部を通してチャンバ４０内に供給され
る。被処理体の中心付近におけるプロセスガスの流れを
制御するために、中央ガス供給路６４ａは、天井５２の
中心を通って被処理体５６の中心（すなわち、被処理体
支持面の中心）に向かって下方に延在していても良い。
被処理体の周縁付近（すなわち、被処理体支持面の周縁
付近）におけるプロセスガスの流れを制御するために、
中央ガス供給路６４ａと独立に制御可能な複数の放射状
ガス供給路６４ｂが側壁５０から被処理体の周縁に向か
って（すなわち、被処理体支持面の周縁に向かって）径
方向内向きに延びており、基本軸方向ガス供給路６４ｃ
は、ペデスタル５４付近から被処理体の周縁に向かって
上向きに延びており、また、天井軸方向ガス供給路６４
ｄは天井５２から被処理体の周縁に向かって下方に延び
ていても良い。被処理体の中心および周縁におけるエッ
チング速度は、相互に独立に調節することができ、これ
により、中央ガス供給路６４ａと外側のガス供給路６４
ｂ〜ｄのうちの任意のものとをそれぞれ介して被処理体
の中心および周縁に向かうプロセスガス流量を制御する
ことにより、処理体上でより均一な径方向のエッチング
速度分布を達成することができる。本発明のこの特徴
は、中央ガス供給路６４ａと周囲のガス供給路６４ｂ〜
ｄのうちの一つのみとを用いて実現することができる。
【００２６】ソレノイドコイルアンテナ４２は、中央ガ
ス供給路６４を包囲するハウジング６６の周りに巻き付
けられている。プラズマ源ＲＦ電源６８はコイルアンテ
ナ４２に並列に接続されており、バイアスＲＦ電源７０
はペデスタル５４に接続されている。
【００２７】天井５２の中心領域にオーバヘッドコイル
アンテナ４２を閉じこめることで、天井５２の上面の大
部分が未使用となり、従って、この部分を温度調節装置
を直接接触させるために使用することができる。この温
度調節装置は、例えば、タングステンハロゲンランプ等
の複数の輻射加熱器７２、銅、アルミニウム等から形成
することの可能な水冷冷却板７４、および水冷冷却板７
４を貫通して延びる冷却材通路７４ａを備えている。冷
却材通路７４ａは、既知の種類の冷却材を含んでいる。
この冷却材は、熱伝導率は高いものの、アンテナ、すな
わちソレノイド４２に電気負荷をかけないように、電気
伝導率は低くなっている。冷却板７４は天井５２を一定
に冷却するが、輻射加熱器７２のパワーは、必要であれ
ば冷却板７４による冷却に打ち勝つことができるように
最大に選択される。これにより、天井５２の感度の良い
安定した温度制御が容易になる。加熱器７２により輻射
加熱された広範な天井領域は、より優れた温度制御の均
一性と効率をもたらす。（輻射加熱は、本発明を実施す
るうえで必ずしも必要ではない。後述するように、当業
者は、電気加熱素子を代わりに使用することを選択する
ことができる。）ケネス・Ｓ・コリンズらによる米国特
許出願第08/597,577号（出願日1996年2月2日）に開示さ
れているように、天井５２がケイ素である場合は、この
ようにして天井の温度制御の均一性と効率が高まること
により大きな利点が得られる。具体的に述べると、ポリ
マ前駆物質およびエッチャント前駆物質プロセスガス
（例えば、フルオロカーボンガス）が使用される場合
や、エッチャント（例えば、フッ素）を掃去（scaveng
e）しなければならない場合には、天井５２と温度調節
加熱器７２との接触面積を増やすことにより、天井５２
全体にわたるポリマ堆積の速度および／または天井５２
がフッ素エッチャント掃去材（ケイ素）をプラズマ中に
供給する速度が良好に制御される。ソレノイド巻線４４
が天井５２の中心軸に集中しているので、ソレノイドア
ンテナ４２は、天井５２上の利用可能な接触領域を増や
す。
【００２８】天井５２上の熱接触に利用可能な領域の増
加は、好適な実施形態では、高熱伝導率の円環体７５
（窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素等
のセラミックからなるもの、または軽ドープかあるいは
アンドープのケイ素（シリコン）や炭化ケイ素等の非セ
ラミックからなるもの）によって活用されている。この
円環体７５の底面は天井５２の上に載っており、円環体
７５の上面は冷却板７４を支持している。円環体７５の
一つの特徴は、円環体７５が冷却板７４をソレノイド４
２の頂部上方に移動させることである。この特徴によ
り、これ以外の場合に冷却板７４の伝導面の近傍からソ
レノイド４２にかけて生じるソレノイド４２およびプラ
ズマ間の誘導結合の減少が実質的に抑制され、あるいは
ほとんど生じなくなる。このような誘導結合の減少を防
ぐためには、冷却板７４とソレノイド４２の最上巻線と
の間の距離が少なくともソレノイド４２の全高の大きな
分数（substantial fraction）（例えば２分の１）であ
ることが好ましい。円環体７５を貫通して延びる複数の
軸方向開口部７５ａは、２つの同心円に沿って離間され
ており、複数の輻射加熱器すなわちランプ７２を保持し
て、これらが天井５２を直接輻射加熱できるようにして
いる。最大のランプ効率を得るために、開口部の内面を
反射層（例えばアルミニウムの層）で内張りしても良
い。リアクタ設計やプロセス条件次第では、図４の中央
ガス供給路６４ａを（図９に示されるように）輻射加熱
器７２で置き換えることができる。天井の温度は、ラン
プ加熱器７２によって占拠されていない開口部７５ａの
一つを貫通して延びる熱電対７６のようなセンサによっ
て検出される。良好な熱接触を実現するため、窒化ホウ
素が含浸されたシリコーンゴム等の高熱伝導性エラスト
マ（elastomer）７３が、セラミック円環体７５と銅冷
却板７４との間、ならびにセラミック円環体７５とケイ
素天井５２との間に配置されている。
【００２９】上記の同時継続出願に開示されているよう
に、チャンバ４０は、天井５２および側壁５０の双方が
ケイ素や炭化ケイ素等の半導体材料である全半導体チャ
ンバであっても良い。上記の同時継続出願に記載されて
いるように、天井５２か、あるいは壁５０のいずれかの
温度、およびこれらのいずれかに印加するＲＦバイアス
電力、を制御することで、これらがフッ素掃去剤前駆物
質（ケイ素）をプラズマ中に供給する程度や、この他
に、これらがどの程度までポリマで被覆されるか、が調
整される。天井５２の材料は、ケイ素に限定されるもの
ではなく、この他に、炭化ケイ素、二酸化ケイ素（石
英）、窒化ケイ素、セラミックを使用することができ
る。
【００３０】上記の同時継続出願に開示されているよう
に、チャンバの壁５０または天井５２を、フッ素掃去剤
材料の源として用いる必要はない。この代わりに、使い
捨てのケイ素部材をチャンバ４０の内側に配置し、十分
に高い温度に維持してケイ素部材上へのポリマの縮合を
防止し、ケイ素材料をケイ素部材から取り出してフッ素
掃去材料としてプラズマ中に送り込めるようにすること
ができる。この場合、壁５０および天井５２は、必ずし
もケイ素である必要はない。また、壁５０および天井５
２がケイ素である場合は、これらがプラズマからのポリ
マで被覆されて消耗が防止されるように、これら（ある
いは使い捨てケイ素部材）をポリマ縮合温度（および／
またはポリマ縮合ＲＦバイアスしきい値）付近あるいは
以下の温度（および／またはＲＦバイアス）に維持して
も良い。使い捨てケイ素部材は任意の適切な形をとるこ
とができるが、図４の実施形態では、使い捨てケイ素部
材は、ペデスタル５４を包囲する円環リング６２であ
る。円環リング６２は高純度ケイ素であるのが好まし
く、また、円環リングにドーピングを行ってその電気的
または光学的特性を変えても良い。ケイ素リング６２の
プラズマプロセスへの好適な参加（例えば、フッ素掃去
のためのプラズマ中へのケイ素材料の供与）を確保する
のに十分な温度にケイ素リング６２を維持するため、円
環リング６２の下に円形に配置された複数の輻射（例え
ば、タングステンハロゲンランプ）加熱器７７は、石英
窓７８を介してケイ素リング６２を加熱する。上記の同
時継続出願に記載されているように、これらの加熱器７
７は、温度センサ７９によって検出されたケイ素リング
６２の測定温度に従って制御される。この温度センサ７
９としては、光高温計（optical pyrometer）や蛍光プ
ローブ（fluoro-optical probe）等の遠隔センサを用い
ることができる。センサ７９の一部は、リング６２の非
常に深い穴６２ａの中に延びていても良い。この穴の深
さおよび狭さは、ケイ素リング６２の熱放射率の温度依
存変動を少なくとも部分的に隠す傾向があるので、ケイ
素リング６２は、より信頼性の高い温度測定のために灰
色輻射体（gray-body radiator）により近い振る舞いを
する。
【００３１】米国特許出願第08/597,577号に記載されて
いるように、全半導体チャンバの利点は、プラズマが、
例えば金属等の汚染生成材料と接触しないことである。
これを達成するため、環状開口部５８に近接するプラズ
マ閉込め磁石８０、８２は、排気用環状体６０へのプラ
ズマの流れを防止または低減する。交換可能内部ライナ
６０ａをポリマ縮合温度（例えば、上記の同時継続出願
に開示されているような温度）よりも極めて低い温度に
維持することにより、ポリマ前駆物質および／または活
性種が排気用環状体６０に入ることができる程度まで、
ライナ６０ａ上に得られるポリマまたは汚染堆積物がプ
ラズマチャンバ内に再び入ることを防止することができ
る。
【００３２】排気用環状体６０の外壁を貫通するウェー
ハスリットバルブ８４は、ウェーハの出入口を収容して
いる。ポンプポートの位置が非対称という状況でチャン
バ圧力分布がより対称になるように、チャンバ４０と排
気用環状体６０との間の環状開口部５８は、円筒側壁５
０の底へりの傾斜によって、ウェーハスリットバルブ８
４の付近で比較的大きく、反対側で最も小さくなってい
る。
【００３３】チャンバ中心軸４６の付近における最大の
インダクタンスは、垂直に重ね合わされたソレノイド巻
線４４によって達成される。図４〜図８の実施形態で
は、巻線４４の垂直積層体の外側に位置するが最下ソレ
ノイド巻線４４ａの水平面内にある別の巻線４５を追加
することができる。この追加巻線４５は、最下ソレノイ
ド巻線４４ａに密接させて設けられている。
【００３４】ここで図９の好適な二重ソレノイド形態を
特に参照すると、外側に位置する（すなわち、熱伝導性
円環体７５の外周面に対向する）複数の巻線１２２から
なる第２の外側垂直積層体、すなわちソレノイド１２０
は、複数のソレノイド巻線４４からなる内側垂直積層体
から径方向距離δＲだけ変位している。図９では、内側
ソレノイドアンテナ４２の中心部への閉じ込め、および
外側ソレノイドアンテナ１２０の周縁部への閉じ込めに
より、天井５２の上面の大部分が、図４に示されるよう
な温度調節装置７２、７４、７５と直接接触させるため
に利用可能な状態のまま残される。天井５２と温度調節
装置とが接触する大きな表面積により、天井５２の温度
をより効率よく、より均一に制御できるという利点が得
られる。
【００３５】側壁および天井が単一のケイ素体から形成
され、例えば内径が１２．６インチ（３２ｃｍ）のリア
クタでは、ウェーハ−天井間の間隔は３インチ（７．５
ｃｍ）であり、内側ソレノイドの平均径は３．７５イン
チ（９．３ｃｍ）であるが、０．０３厚テフロン絶縁層
で被覆された３／１６インチ径の中空銅チューブを使用
している外側ソレノイドの平均径は１０．０インチ（２
５．４ｃｍ）であり、各ソレノイドは４回巻きで高さが
１インチ（２．５４ｃｍ）である。外側積層体、すなわ
ちソレノイド１２０には、独立制御可能な第２のプラズ
マ源ＲＦ電源９６によって電圧が印可される。このよう
にする目的は、次の通りである。つまり、利用者による
選択が可能な種々のプラズマ源電力レベルを被処理体、
すなわちウェーハ５６を基準とした種々の径方向位置で
印加することを可能にして、ウェーハ表面上における既
知の処理非均一性を補償できるようにすることである。
これは、重要な利点である。独立に制御可能な中央ガス
供給路６４ａと周辺ガス供給路６４ｂ〜ｄとを組み合わ
せると、内側ソレノイド４２に印加されるＲＦ電力を外
側ソレノイド９０に印加されるＲＦ電力に対して調節
し、中央ガス供給路６４ａを通るガス流量を外側ガス供
給路６４ｂ〜ｄを通る流量に対して調節することによ
り、被処理体の中心部でのエッチング性能を周縁部での
エッチング性能に対して調節することができる。本発明
は上述のように誘導場の中心空白または窪み（dip）と
いう問題を解決し、あるいは少なくとも改善する。一方
で、他のプラズマプロセシング非均一性問題が存在する
場合があるが、応用の利く図９の実施形態では、内側お
よび外側アンテナに印加される相対的ＲＦ電力レベルを
調整することによりこれらの問題点を補償することがで
きる。この目的を容易に達成するため、内側および外側
ソレノイド４２、９０に対するＲＦ電源６８、９６を、
共通電源９７ａおよびパワースプリッタ９７ｂに替えて
も良い。このパワースプリッタ９７ｂは、内側ソレノイ
ド４２の場と外側ソレノイド９０の場との間の固定位相
関係を保存しつつ、内側ソレノイド４２と外側ソレノイ
ド９０との間における電力の相対的な配分を利用者が変
更することを可能にする。この他に、２つの独立電源６
８、９６を使用する場合は、これらの電源を異なるＲＦ
周波数で動作させることができる。この場合、各ＲＦ電
源６８、９６の出力にＲＦフィルタを設置して、２つの
ソレノイド間の結合から生じるオフ周波数フィードバッ
ク（off-frequency feedback）を回避すると良い。この
場合、周波数の差は２つのソレノイド間の結合を時間平
均するのに十分なものとするのが良く、さらに、ＲＦフ
ィルタの阻止帯域幅を上回るものであると良い。各周波
数を対応するソレノイドに対して独立に共振整合させる
と好適であり、従来のインピーダンス整合技術の代わり
に、プラズマインピーダンスの変化に追随するように各
周波数を変化させる（これにより共振を維持する）こと
ができる。言い換えると、アンテナに与えられるＲＦ周
波数は、チャンバ中のプラズマのインピーダンスによっ
て装荷されるアンテナの共振周波数を追随するようにさ
せられる。このような実施形態では、２つのソレノイド
の周波数範囲は、相互に排他的であるべきである。この
他に、２つのソレノイドを同じＲＦ周波数で駆動しても
良く、この場合、２つの間の位相関係は、２つのソレノ
イドの場の構造的な相互作用や重ね合わせを生じさせる
ようなものであることが好ましい。一般に、この要求
は、２つのソレノイドが双方とも同じ向きに巻かれてい
る場合は、２つのソレノイドに加えられる信号間のゼロ
位相角によって満たすことができる。どの場合も、内側
ソレノイド４２と外側ソレノイド９０との間に比較的大
きな間隔をあけることにより、内側および外側ソレノイ
ド間の結合を最小限に抑え、あるいは除去することがで
きる。この点については、後述する。
【００３６】このような調整が可能な範囲は、外側ソレ
ノイド９０の半径を大きくして内側ソレノイド４２と外
側ソレノイド９０との間隔を大きくすることにより広が
り、これにより、２つのソレノイド４２、９０の効果
が、被処理体の中心部および縁部のそれぞれに一層限定
される。これによって、２つのソレノイド４２、９０の
効果を重ね合わせる際に、より広範な制御を行うことが
可能になる。例えば、内側ソレノイド４２の半径は、被
処理体の半径の約半分以下とすべきであり、約３分の１
以下であることが好ましい。（内側ソレノイド４２の最
小半径は、ソレノイド４２を形成する導線の径に一部影
響を受け、アーチ形の−−例えば、円形の−−電流路に
対して有限のゼロではない周を与えてインダクタンスを
形成する必要性に一部影響を受ける。）外側コイル９０
の半径は、少なくとも被処理体の半径と等しい程度にす
べきであり、被処理体半径の１．２倍以上であることが
好ましい。このような構成では、内側および外側ソレノ
イド４２、９０のそれぞれの中心部効果および縁部効果
が顕著となるので、均一のプラズマを生成する間、内側
ソレノイドへの電力を大きくすることによりチャンバ圧
力を数百ｍＴに上昇することができ、また、均一のプラ
ズマを生成する間、外側ソレノイド９０への電力を大き
くすることによりチャンバ圧力を０．０１ｍＴのオーダ
に低減することができるというようになる。このような
大径の外側ソレノイド９０の他の利点は、内側ソレノイ
ド４２および外側ソレノイド９０間の結合を最小限に抑
えることである。
【００３７】図９は、第３のソレノイドをオプションと
して追加できることを破線で示している。このようなソ
レノイドの追加は、チャンバ径が非常に大きい場合に望
ましい。
【００３８】図１０は、図９の実施形態の変形例を示し
ている。ここでは、外側ソレノイド９０の代わりに平面
巻線１００が用いられている。
【００３９】図１１（ａ）は、図４の実施形態の変形例
を示している。ここでは、中央ソレノイド巻線は、巻線
４４の垂直積層体４２だけでなく複数の巻線１０４から
なる第２の垂直積層体１０２をさらに備えている。この
第２積層体は第１積層体４２に隣接しており、２つの積
層体が二重巻きソレノイド１０６を構成するようになっ
ている。図１１（ｂ）に示されるように、二重巻きソレ
ノイド１０６は、２つの独立して巻かれた単一ソレノイ
ド４２、１０２から構成し、内側ソレノイド４２は巻線
４４ａ、４４ｂ等から構成し、外側ソレノイド１０２は
巻線１０４ａ、１０４ｂ等から構成することができる。
この他に、図１１（ｃ）に示されるように、二重巻きソ
レノイド１０６は、垂直に積層された少なくともほぼ同
一平面上にある複数の巻線の対から構成されていても良
い。図１１（ｃ）の形態では、ほぼ同一平面上にある巻
線の対（例えば、４４ａと１０４ａの対や４４ｂと１０
４ｂの対）は、単一の導線をつる巻きすることにより形
成することができる。ここで用いる「二重巻き」という
用語は、図１１（ｂ）あるいは図１１（ｃ）に示される
タイプの巻きを指している。さらに述べると、ソレノイ
ド巻線は、単に二重巻きするのではなく、三重巻き、あ
るいはそれ以上に巻いても良い。また、ソレノイド巻線
は、一般に、対称軸に沿って各平面に位置する複数の巻
線から構成することもできる。このような多重巻きソレ
ノイドは、図９の二重ソレノイド形態の内側および外側
ソレノイド４２、９０のいずれか一方または双方に使用
することができる。
【００４０】図１２は、図１１（ａ）の実施形態の変形
例を示している。ここでは、内側二重巻きソレノイド１
０６と同心の外側二重巻きソレノイド１１０が、内側ソ
レノイド１０６から径方向距離δＲの位置に配置されて
いる。
【００４１】図１３は、図１２の形態の変形例を示して
いる。ここでは、外側二重巻きソレノイド１１０の代わ
りに、図９の形態で用いられる外側ソレノイドと同様の
通常の外側ソレノイド１１２が用いられている。
【００４２】図１４は、別の好適な実施形態を示してい
る。ここでは、図９のソレノイド４２は、中央ガス供給
路ハウジング６６から径方向距離δｒだけ離間された位
置に配置されている。図４の形態ではδｒはゼロである
が、図１４の形態ではδｒは円筒側壁５０の半径の大き
な分数（significant fraction）である。δｒを図１４
に示される程度まで大きくすることは、図３（ｄ）およ
び図３（ｅ）を参照して述べたプラズマイオン密度中の
普遍中心窪み（usual center dip）に加えて非均一性を
補償するための、図４〜９、図１１および図１２の実施
形態に代わる形態として役立てることができる。同様
に、図１４の形態は、チャンバ中心軸４６から最小距離
にソレノイド４２を配置する（図４の通り）ことが、中
心付近のプラズマイオン密度の普遍窪みを過補正しプラ
ズマプロセス動作中にさらに別の非均一性を生成するよ
うにウェーハ５６の中心付近のプラズマイオン密度を高
めることになる場合に有用となりうる。このような場
合、図１４の形態は、δｒが、プラズマイオン密度の均
一性を最大にする最適値に選択される場合に好適であ
る。この場合、δｒは、プラズマイオン密度の普遍中心
窪みの補正過度および補正不足の双方を回避するように
選択されることが理想的である。δｒの最適値は、当業
者がソレノイド４２を種々の径方向位置に配置する試行
錯誤ステップを実施し、従来の技術を用いてプラズマイ
オン密度の径方向分布を各ステップごとに求めることに
より決定することができる。
【００４３】図１５は、ソレノイド４２が逆円錐形状を
有する実施形態を示しており、図１６は、ソレノイド４
２が直立円錐形状を有する実施形態を示している。
【００４４】図１７は、ソレノイド４２を平面つる巻き
巻線１２０と組み合わせた実施形態を示している。この
平面つる巻き巻線は、ＲＦ電力の一部を被処理体の中心
から分散させることによりソレノイド巻線４２が誘導場
を被処理体の中心付近に集中させる程度を低減するとい
う効果を持っている。この特徴は、普遍中心空白の補正
過度を回避することが必要な場合に有用となりうる。こ
のような誘導場の中心からの発散の程度は、平面つる巻
き巻線１２０の半径に対応している。図１８は、図１７
の形態の変形例を示している。ここでは、ソレノイド４
２が、図１５のような逆円錐形状を有している。図１９
は、図１７の形態の別の変形例を示している。ここで
は、ソレノイド４２が、図１６のような直立円錐形状を
有している。
【００４５】天井５２へのＲＦバイアス電位は、（天井
に接続されたＲＦ電源から）直接印加することができ
る。この他に、ＲＦバイアス電位は、チャンバ中の別の
電極からの容量結合により間接的に印加することもでき
る。例えば、ウェーハペデスタルに直接印加されるＲＦ
バイアス電力は、天井と容量結合する。このような場
合、例えば天井へのポリマ堆積を防止するために、天井
の有効容量電極面積をチャンバの他の電極（例えば、被
処理体や側壁）に対して低減することによって天井５２
のＲＦ電位を高めることができる。図２０は、面積が比
較的小さい仕様の天井５２′を外側環状体２００上に支
持することにより天井５２のＲＦ電位を高める様子を示
している。ここで、小面積天井５２′は、外側環状体２
００から絶縁されている。この環状体２００は、天井５
２′と同じ材料（例えば、ケイ素）を用いて形成するこ
とができ、また、（実線で示すように）円錐台形状に、
あるいは（破線で示すように）切頭ドーム形状にするこ
とができる。被処理体の中心部対縁部プロセスのより一
層の調整を可能にするために、環状体２００に個別のＲ
Ｆ電源２０５を接続することもできる。別の電極からの
容量結合を介したＲＦバイアス電力の間接印加を用いる
ことで、天井にバイアスを加えるだけでなく、チャンバ
中の使い捨てケイ素部材６２、あるいはその他の掃去用
部材やケイ素含有物にもバイアスを加えることができ
る。このような間接ＲＦバイアス印加は、個別ＲＦバイ
アス電源への直接接続と組み合わせて、あるいは直接接
続の代わりに使用することができる。
【００４６】図２１は、図９の形態の変形例を示してい
る。ここでは、天井５２と側壁５０が、相互に絶縁され
た別個の半導体（例えば、ケイ素）部材である。これら
の半導体部材は、それぞれのＲＦ源２１０、２１２から
これらの部材に印加されて縁部に対する中心部エッチン
グ速度および選択比の制御性を高める個別制御ＲＦバイ
アス電力レベルを有している。ケネス・Ｓ・コリンズら
による上述の米国特許出願第08/597,577号(出願日1996
年2月2日）により詳細に記載されているように、天井５
２は、自身に印加されるＲＦバイアス電力をチャンバ内
に容量結合させる電極として機能すると同時に、ソレノ
イド４２に印加されるＲＦ電力を貫通させてチャンバ内
に誘導結合させることができる窓として機能する半導体
（例えば、ケイ素）材料とすることができる。このよう
な窓電極の利点は、（例えば、イオンエネルギを制御す
るために）ＲＦ電位をウェーハ上に直接形成することが
でき、同時にＲＦ電力をウェーハ上に直接誘導結合させ
ることができることである。この後者の特徴は、個別に
制御される内側および外側ソレノイド４２、９０、なら
びに中央および周辺ガス供給路６４ａ、６４ｂと組み合
わせると、被処理体中心部でのイオン密度、イオンエネ
ルギ、エッチング速度、エッチング選択比などの種々の
プラズマプロセスパラメタを被処理体縁部に対して調節
する能力を大きく高めて、最適な均一性を達成する。こ
の組合せでは、個々のガス供給路を通るガス流量が、プ
ラズマプロセスパラメタの上記の最適均一性を達成する
ように個別に制御される。
【００４７】図２１は、どのようにしてランプ加熱器７
２の代わりに電気加熱素子７２′を使用することが可能
であるかを示している。図４の実施形態と同様に、使い
捨てケイ素部材は、ペデスタル５４を包囲する環状リン
グ６２である。環状リング６２は、高純度ケイ素である
ことが好ましいが、その電気的または光学的特性を変え
るようにドーピングを行っても良い。ケイ素リング６２
を十分な温度に維持してプラズマプロセスへの好適な参
加（例えば、フッ素掃去のためのプラズマへのケイ素材
料の供与）を確保するために、環状リング６２の下に円
形に配置された複数の輻射（例えば、タングステンハロ
ゲンランプ）加熱器７７が石英窓７８を介してケイ素リ
ング６２を加熱する。上述の同時継続出願に記載されて
いるように、加熱器７７は、温度センサ７９によって検
出されるケイ素リング６２の測定温度に従って制御され
る。この温度センサ７９は、光高温計や蛍光プローブ等
の遠隔センサとすることができる。センサ７９は、リン
グ６２の非常に深い穴６２ａ内に部分的に延びていても
良く、この穴の深さおよび狭さは、ケイ素リング６２の
熱放射率の温度依存性変動を少なくとも部分的に隠す傾
向があるので、ケイ素リング６２は、より信頼性の高い
温度測定のために、灰色輻射体（gray-bodyradiator）
により近い振る舞いをする。
【００４８】図２２は、別の変形例を示している。ここ
では、天井５２自体を内側円板５２ａおよび外側円板５
２ｂに分割することができる。これらの円板は、相互に
電気絶縁されており、独立のＲＦ電源２１４、２１６に
よって個別にバイアスをかけられる。これらのＲＦ電源
は、単一の差動制御ＲＦ電源の別個の出力であっても良
い。
【００４９】他の実施形態に従い、図２１および図２２
に示される利用者アクセス可能な中央制御装置３００
は、中央および周辺ガス供給路６４ａ、６４を通るガス
流量、内側および外側アンテナ４２、９０に加わるＲＦ
プラズマ源電力レベル、天井５２および側壁５０にそれ
ぞれ加わるＲＦバイアス電力レベル（図２１の場合）お
よび内側および外側天井部分５２ａ、５２ｂに加わるＲ
Ｆバイアス電力レベル（図２２の場合）、天井５２の温
度およびケイ素リング６２の温度、を同時に制御するよ
うに接続されている。天井温度制御装置２１８は、天井
温度センサ７６によって測定された温度を制御装置３０
０に知らされた所期の温度と比較することにより、ラン
プ電源２２０によって加熱器ランプ７２′に印加される
電力を調節する。リング温度制御装置２２２は、リング
センサ７９によって測定されたリング温度を制御装置２
２２に記憶された所期のリング温度と比較することによ
り、ケイ素リング６２に面する加熱器ランプ７７に対し
て加熱器電源２２４により印加される電力を制御する。
主制御装置３００は、温度制御装置２１８および２２２
の所期の温度、ソレノイド電源６８、９６のＲＦ電力レ
ベル、バイアス電源２１０、２１２（図２１）または２
１４、２１６（図２２）のＲＦ電力レベル、ＲＦ電源７
０によって印加されるウェーハバイアスレベル、ならび
に種々のガス供給源（または個別のバルブ）によってガ
ス流入口６４ａ〜ｄに供給されるガス流量を管理する。
ウェーハバイアスレベルの制御に対して鍵となるのは、
ウェーハペデスタル５４と天井５２との間のＲＦ電位差
である。このため、ペデスタルＲＦ電源７０か、あるい
は天井ＲＦ電源２１２は、ＲＦグランドへの単なる短絡
箇所であっても良い。このようなプログラム可能統合制
御装置を用いると、利用者は、ＲＦ源電力、ＲＦバイア
ス電力、および被処理体の中心部と周辺部との間のガス
流量の配分を容易に最適化して、被処理体の表面にわた
って最大の中心部−縁部間プロセス均一性（例えば、エ
ッチング速度およびエッチング選択比の均一な径方向分
布）を得ることができる。また、ソレノイド４２、９０
に印加されるＲＦ電力をペデスタル５４と天井５２との
間のＲＦ電力差に対して調節することにより、利用者
は、誘導結合優先モードまたは容量結合優先モードでリ
アクタを操作することができる。
【００５０】図２１においてソレノイド４２、９０、天
井５２、側壁５０（あるいは、図２２のように内側およ
び外側天井部分５２ａ、５２ｂ）に接続された種々の電
源は、ＲＦ周波数で動作するように説明したが、本発明
は、特定範囲の周波数に制限されるものではなく、当業
者は本発明を実施するにあたってＲＦ以外の周波数を選
択することができる。
【００５１】本発明の好適な実施形態では、高熱伝導性
スペーサ７５、天井５２および側壁５０は、結晶または
多結晶シリコンあるいは炭化ケイ素の単一体から一体的
に形成される。
【００５２】フォトレジスト選択比を高め、高密度プラ
ズマリアクタ内でのシリコン酸化物プラズマエッチング
処理中におけるフォトレジストの「切子面形成（faceti
ng）」を低減するためには、真空ポンプ速度（vacuum p
ump rate）を低減させることなく非反応性の希釈ガス
（diluent gas）を加えることにより、チャンバ圧力を
（高密度または誘導結合プラズマに関して）比較的高い
チャンバ圧力に高める。高密度または誘導結合プラズマ
に関する「高圧」の状態（regime）は、二つの方法のう
ちの一つで定めることができる。すなわち、（ａ）誘導
場スキンデプスがコイル−被処理体間の間隔の１／１０
よりも大きくなる圧力、または（ｂ）２０ｍＴよりも大
きく数百ｍＴまで広がる圧力範囲、である。
【００５３】エッチャント／ポリマ前駆ガスは、チャン
バ圧力を単独で高圧状態以下に維持するガス流量でチャ
ンバ内に供給されることが好ましく、非反応性ガスは、
前駆ガスの流量との組合せでチャンバ圧力を高圧状態に
高めるのに十分な流量で加えられるのが好ましい。この
ようにチャンバ真空ポンプの絞りを大きく戻すことを控
えることにより、チャンバ内のポリマ前駆物質滞留時間
はそれほど増えなくなる。本発明は、チャンバ圧力を高
めてポリマ強度を高め、これによりチャンバ中のポリマ
前駆ガスの滞留時間を増やすことなくフォトレジストの
切子面形成を抑えて、二酸化ケイ素表面上へのエッチン
グ停止ポリマの積層を防止する。この結果、プロセスウ
インドウの正味の増加という重要な利点が得られる。
【００５４】本発明の一実施形態においてチャンバに供
給されるガスは、次の通りである。すなわち、エッチン
グに好適なエッチャント／ポリマ前駆物質としての９０
標準立方センチメートル毎分（ＳＣＣＭ）のＣＨＦ3、
重合に好適なエッチング／ポリマ前駆物質としての１０
ＳＣＣＭのＣ4Ｆ8、エッチストップ抑制剤（etch stop
inhibitor）としての１６ＳＣＣＭのＣＯ2、およびチャ
ンバポンプ速度を大きく低下させることなくチャンバ圧
力を（７０〜１００ｍＴの範囲内で）高めるために加え
られる非反応種としての４５０ＳＣＣＭのアルゴンであ
る。一般に、非反応種のチャンバ内へのガス流量は、チ
ャンバに入る全てのガスの全流量の約２分の１よりも大
きい。他の実施形態（必ずしも好適ではない）では、非
反応種の流量は、チャンバに入る全ガスの全流量の約
０．３よりも大きい。別の実施形態では、非反応種の流
量は、チャンバに入る全ガスの全流量の０．７である。
【００５５】上述の親出願で開示されているプラズマリ
アクタでプロセスが実行されることが好ましい。これ
は、多重ソレノイドコイルアンテナという特徴が、プラ
ズマイオン分布のより高い均一性をもたらすからであ
る。しかしながら、炭素−フッ素化学において高い比率
の非反応性希釈ガスを用いて高圧で誘導結合高密度ＲＦ
プラズマを生成する同じプロセスは、他のリアクタ、例
えば誘電性天井を覆う平面コイルアンテナを備えたリア
クタ、で実行することもできる。
【００５６】本発明のプロセスには、フッ素掃去剤をチ
ャンバ内に供給して被処理体の非酸素含有表面の重合ま
たはパッシベーションを改善する態様が含まれている。
チャンバ天井をどのようにケイ素または炭化ケイ素から
形成することができるかについては既に述べた。この形
態の天井の温度が天井にポリマが堆積しない程度に高く
維持されていると、プラズマイオン衝突がフッ素掃去種
（ケイ素または炭素）を天井からアブレーションするこ
とにより、天井自体がこのような材料をプラズマ中に供
与することができる。この他に、ケイ素含有ガス（例え
ば、シラン、テトラエトキシシラン、ジエチルシラン、
四フッ化ケイ素）をチャンバ内に供給することにより、
フッ素掃去種を導入することもできる。この場合、天
井、壁またはフッ素掃去剤前駆物質リング６２の温度を
低減して、これらへのポリマの堆積によりこれらからの
材料の分離が緩和または防止されるようにしても良い。
この他に、フッ素掃去ガスは、水素含有ガス、例えばシ
ラン（これは、ケイ素含有ガスのところで既に述べた）
や、純水素ガスや、メタン等の炭化水素（hydrocarbo
n）ガスや、フッ化水素や、フルオロ炭化水素（fluoro-
hydrocarbon）ガスであっても良い。
【００５７】本発明のプロセスは、非反応性希釈ガスを
より高い又はより低い原子量のガスに変えることによっ
て調節することができる。例えば、ヘリウムやネオン
は、キセノンよりもイオン化に多くのプラズマ電子エネ
ルギを必要とするので、キセノンを用いると、より低い
平均電子温度とより高い電子密度を有するプラズマが生
じ、より多くのエッチング前駆種と、より高いエッチン
グ速度が得られる。この結果、キセノンを用いると、エ
ッチング速度は極めて高くなり、酸化物−フォトレジス
ト間のエッチング選択比は悪くなる。逆に、ヘリウムや
ネオンを用いると、エッチング速度は低くなる（これ
は、欠点となる可能性もある）が、エッチング選択比は
優れている。理想的なバランスは、良好なエッチング速
度と良好なエッチング選択比の双方を与えるアルゴン等
の中間原子量不活性ガスを用いることで得られる。しか
しながら、ヘリウム、ネオン、アルゴンまたはキセノ
ン、あるいは他の比較的非反応性のガスを希釈ガスとし
て用いることは可能である。当業者は、希釈種のガス流
量を反応種のガス流量に対して調節して、エッチング速
度およびエッチング選択比を最適化することができる。
一般に、ポリマ前駆ガスに対する非反応性ガスの割合を
高くすると、少ないエッチング停止で一定の圧力でエッ
チング選択比が低減されるようにプロセスが調節され
る。
【００５８】本発明のプロセスは、天井温度を用いても
調節される。例えば、本発明の一形態では、より多くの
ポリマがウェーハのパッシベートされた表面に堆積し、
より少ないポリマが天井に堆積するように、天井が高い
温度−−ポリマ縮合温度に近い温度−−に加熱される。
この場合、高いチャンバ圧力でよく見られる酸化物表面
でのエッチング停止を回避するため、（ａ）天井、壁お
よび／またはポリマ前駆物質リングの温度が上昇するの
に応じてポリマ前駆ガスの希釈を高めることが望まし
く、および／または（ｂ）エッチストップ抑制剤ガス流
量を増加することが望ましい。希釈ガスの含有量は、チ
ャンバ内のガスの少なくとも約５０％以上であることが
望ましい。逆に、天井がポリマ縮合温度よりも相当に低
い温度に冷却される場合は、希釈剤の含有量は、５０％
水準よりも相当に低くすることができる。
【００５９】チャンバ内の炭素含有量の高いポリマ／エ
ッチャント前駆ガス（例えば、Ｃ4Ｆ8）の相対比率を高
める−−これは、重合を高めるためである−−ことによ
り、あるいはフッ素含有量の高いポリマ／エッチャント
前駆ガス（例えば、ＣＨＦ3）の相対比率を高める−−
これは、エッチング速度を高めるためである−−ことに
より、重合速度を増減するように他の調節を行うことも
できる。高炭素含有前駆ガスの比率が増加するのに伴っ
て、非反応性希釈ガス（例えば、アルゴン）および／ま
たはエッチストップ抑制ガス（例えば、ＣＯ2、ＣＯ、
Ｏ2）の比率を高めて酸化物表面でのエッチング停止を
避けるべきである。反応性ガスの流量に対して相対的に
非反応性の希釈ガスの流量が十分に高い割合で用いられ
ている場合は、エッチストップ抑制ガスを省くこともで
きる。
【００６０】本発明のプロセスの上述の実施形態は、上
記のリアクタ、例えば図９、図２１、図２２のリアク
タ、のうちの一つで実行されるのが好ましい。これは、
これらのリアクタが最適なプラズマイオン密度分布均一
性を提供するからである。しかしながら、他のリアクタ
を用いてプロセスを実行することも可能である。例え
ば、平面天井および平面オーバヘッド誘導コイルを有す
るタイプのプラズマリアクタ内でプロセスを実行するこ
ともできる。このようなプラズマリアクタは、図１に示
されている。しかし、以下におけるプロセスの詳細な記
述では、与えられる使用例は、図２１の好適なリアクタ
チャンバに特化されている。
【００６１】使用例 リアクタパラメタ設定 ＣＨＦ3ガス流量： ９０sccm Ｃ4Ｆ8ガス流量： １０sccm ＣＯ2ガス流量： １６sccm Ａｒガス流量： ４５０sccm 全チャンバ圧力： ８５〜９０mTorr チャンバ表面温度： １５０℃ ケイ素リング温度： ４５０℃ プラズマ体積： ６．５リットル チャンバ容積： ２２リットル 外側コイル電力： ３０７２ワット（２．０ＭＨｚ） 内側コイル電力： １１７８ワット（２．３ＭＨｚ） ペデスタルに対するバイアス電力： １６００ワット
（１．８ＭＨｚ） ウェーハは−１０℃ｗ／ヘリウム冷却ガスで静電チャッ
ク上に保持。
【００６２】この例では、チャンバ圧力をポンプダウン
する真空ポンプは、毎秒１０００リットルの公称能力を
有し、１０ｍＴのチャンバ圧力で毎秒３００リットルの
正味流量、１００ｍＴのチャンバ圧力で毎秒１１０リッ
トルの正味流量を有するタイプの従来のターボポンプで
あった。チャンバからのポンプ吸気口に位置する絞り弁
は、この例では１８％開いていた。
【００６３】結果 （１）エッチング停止を伴いながら約１０，０００オン
グストローム／分で０．４ミクロン径にエッチングされ
た深い酸化物コンタクトホール。 （２）酸化物とフォトレジストとの間の選択比は、フォ
トレジスト切子面において約５：１である。 （３）浅い酸化物コンタクトホール（深さ３０００〜４
０００オングストローム）中のポリシリコン損失は、約
１００オングストロームであった。
【００６４】本発明は、上述の例でリアクタパラメタに
対して設定された特定の値に制限されるものでは全くな
い。実際、このようなパラメタは、本発明を実行する際
に所与の範囲内で変化させることができる。プラズマイ
オン密度に影響を与えるパラメタ、例えば種々のＲＦ電
力レベルや内側および外側コイルに与えられる種々の周
波数は、得られるプラズマイオン密度で表すことができ
る。本発明は、ウェーハ表面付近のプラズマイオン密度
が１０10イオン毎立方センチメートル（イオン／ｃｃ）
を超えている状況で実施することが可能である。しかし
ながら、本発明は、ウェーハ表面付近のプラズマイオン
密度が特に１０11イオン／ｃｃを超えている状況で実施
することが好ましい。このような比較的高いプラズマイ
オン密度は、通常、誘導結合型ＲＦプラズマリアクタ内
で達成される。このタイプの好適なリアクタは、本明細
書に開示されている。従って、必要なプラズマイオン密
度の範囲は、誘導結合ＲＦプラズマ中で本発明を実施す
ることにより確保される。
【００６５】従来のプラズマリアクタに関して比較的低
いチャンバ圧力は、通常、約２０ｍＴ未満であるが、本
発明は、本明細書で上述したように、希釈非反応性ガス
を加えることにより少なくとも一部でこの低圧力以上に
高められた比較的高いチャンバ圧力で実施される。本発
明は、２０ｍＴを超える比較的高いチャンバ圧力で実施
することができる。５０ｍＴを超えるチャンバ圧力で本
発明を実施することにより、より良い結果を得ることが
できる。しかしながら、本発明は、１００ｍＴを超える
チャンバ圧力で実施することが好ましい。このようなチ
ャンバ圧力要求は、プラズマ中の誘導場のスキンデプス
に与える影響にまとめる約することができる。具体的に
述べると、チャンバ圧力は、スキンデプスがウェーハま
たは被処理体と誘導アンテナとの間の変位または間隔の
１／１０にほぼ等しいか、あるいは１／１０を上回る大
きさに維持される程度に十分に高いことが好ましい。
【００６６】希釈相対的非反応性ガスを加えることによ
りチャンバ圧力が低圧力範囲（例えば、約２０ｍＴ以
下）から上述の高圧力範囲に高められる実施形態を参照
して本発明を説明してきた。このようなチャンバ圧力の
上昇は、希釈ガスを単に加えるか、あるいは希釈ガスの
追加とポンプ流量の変化とを（例えば、真空ポンプ絞り
弁の開き量を小さくすることにより）組み合わせること
によって達成することができる。いずれの場合も、希釈
ガスの導入がチャンバ圧力を高圧力範囲にまで高めるの
に優先的な役割を果たし、ポンプ流量（絞り弁位置）の
減少があっても大きな役割を果たさないように、チャン
バ内への希釈ガス流量は、リアクタチャンバ（反応室）
に入る全ガス流量の少なくとも２分の１であることが好
ましい。このような真空ポンプ速度（絞り弁面積）の減
少があろうとなかろうと、この希釈ガス流は、上述の高
圧力範囲のうちの少なくとも一つへチャンバ圧力を単独
で高めるのに十分である。このように、本発明は、減少
なしから有限の減少までの範囲をもつ絞り弁開き面積の
比較的わずかな減少を希釈ガスの導入と組み合わせるこ
とにより実施することが可能である。絞り弁開きの減少
は、希釈ガス流がない場合の低チャンバ圧力に対応する
絞り弁開きの分数として記述することができる。上述の
使用例では、絞り弁開きは１８％であり、これは、チャ
ンバ内に入る希釈ガス流がない場合における２０ｍＴと
いう低チャンバ圧力での絞り弁開きの約９／１０であ
る。
【００６７】好適な実施形態に特に参照することにより
本発明を詳細に説明してきたが、本発明の趣旨と範囲を
逸脱することなく本発明に変形や変更を加えることが可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の同時継続米国特許出願で使用されるタ
イプの誘導結合型プラズマリアクタであって、一般的に
平面コイルアンテナを使用するプラズマリアクタの切取
側面図である。
【図２】 プラズマ中の誘導場スキンデプス（実線）を
ｃｍ単位で示すとともに、電子−中性子の弾性衝突平均
自由行路長（破線）をtorr単位の圧力（横軸）の関数と
して示す両対数グラフである。
【図３】 図１のリアクタ内の被処理体中心を基準とし
た径方向位置の関数としてプラズマイオン密度を示すグ
ラフであり、（ａ）は被処理体から天井までの高さが４
インチの場合、（ｂ）は被処理体から天井までの高さが
３インチの場合、（ｃ）は被処理体から天井までの高さ
が２．５インチの場合、（ｄ）は被処理体から天井まで
の高さが１．２５インチの場合、（ｅ）は被処理体から
天井までの高さが０．８インチの場合、をそれぞれ示し
ている。また、ＡおよびＢで表される曲線は、外側およ
び内側コイルアンテナによってそれぞれ形成されたプラ
ズマイオン密度に対応している。
【図４】 単一の三次元中心非平面ソレノイド巻線を用
いるプラズマリアクタの切取側面図である。
【図５】 図４のリアクタの一部分の拡大図であり、ソ
レノイド巻線を巻きつける好適な方法を示している。
【図６】 図４と同様のプラズマリアクタであるがドー
ム形の天井を有するプラズマリアクタの切取側面図であ
る。
【図７】 図４と同様のプラズマリアクタであるが円錐
形の天井を有するプラズマリアクタの切取側面図であ
る。
【図８】 図４と同様のプラズマリアクタであるが円錐
台形の天井を有するプラズマリアクタの切取側面図であ
る。
【図９】 内側および外側垂直ソレノイド巻線を用いる
プラズマリアクタの切取側面図である。
【図１０】 図９と同様のプラズマリアクタであって外
側巻線が平坦なものを示す切取側面図である。
【図１１】 （ａ）は図４と同様のプラズマリアクタで
あって中心ソレノイド巻線が複数の直立円筒巻線からな
るものを示す切取側面図であり、（ｂ）は（ａ）の形態
の第１の実施例を示す詳細図であり、（ｃ）は（ａ）の
形態の第２の実施例を示す詳細図である。
【図１２】 図９と同様のプラズマリアクタであって内
側および外側巻線が複数の直立円筒巻線からなるものの
切取側面図である。
【図１３】 図９と同様のプラズマリアクタであって内
側巻線が複数の直立円筒巻線からなり、外側巻線が単一
の直立円筒巻線からなるものの切取側面図である。
【図１４】 最大のプラズマイオン密度均一性を得るた
めに単一のソレノイド巻線が最適な径方向位置に配置さ
れているプラズマリアクタの切取側面図である。
【図１５】 図４と同様のプラズマリアクタであってソ
レノイド巻線が逆円錐形のものを示す切取側面図であ
る。
【図１６】 図４と同様のプラズマリアクタであってソ
レノイド巻線が直立円錐形のものを示す切取側面図であ
る。
【図１７】 ソレノイド巻線が内側直立円筒部と外側平
坦部からなるプラズマリアクタの切取側面図である。
【図１８】 図１４と同様のプラズマリアクタであって
ソレノイド巻線が逆円錐部と平坦部の双方を有するもの
の切取側面図である。
【図１９】 図１６と同様のプラズマリアクタであって
ソレノイド巻線が直立円錐部と平坦部の双方を有するも
のの切取側面図である。
【図２０】 プレーナ形、円錐形、およびドーム形の天
井部品の組合せを示す図である。
【図２１】 個別にバイアスがかけられるケイ素側壁と
天井、ならびに使用する電気加熱器を示す図である。
【図２２】 個別にバイアスがかけられる内側および外
側ケイ素天井部分、ならびに使用する電気加熱器を示す
図である。
【符号の説明】
４０…チャンバ、４２…コイルアンテナ、４４…巻線、
４５…追加巻線、４６…対称軸、５０…チャンバ壁、５
２…天井、５４…ペデスタル、５６…被処理体、５８…
環状通路、６０…ポンプ環状体、６２…環状リング、６
４ａ…中央ガス供給路、６４ｂ〜ｄ…周辺ガス供給路、
６６…ハウジング、６８及び７０…電源、７２…加熱
器、７４…水冷冷却板、７４ａ…冷却材通路、７５…セ
ラミック円環体、７５ａ…軸方向開口部、７６…天井温
度センサ、７７…加熱器、７８…石英窓、７９…温度セ
ンサ、８０…磁石、８４…ウェーハスリットバルブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイヴィッド グルーチェル アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， マルベリー レーン 802 (72)発明者 レイモンド ハング アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， バーケット ドライヴ 1282 (72)発明者 マイケル ライス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， プレザントン， クラレット コート 675 (72)発明者 ジェラルド ゼヤオ イン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， ビリチ プレイス 10132 (72)発明者 ジエン ディング アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， グレン ヘイヴン ドライ ヴ 1337 (72)発明者 チャンシ ツェイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， ハルフォード 1750 ナンバー204

Claims (148)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマリアクタチャンバ内で半導体被
    処理体を処理する方法であって、 少なくとも炭素およびフッ素を含むポリマおよびエッチ
    ャント前駆ガスを第１の流量で前記チャンバ内に供給す
    るステップであって、前記第１流量は、前記チャンバ内
    のガス圧を約２０ｍＴ以下の低圧力範囲に単独で維持す
    るのに十分な流量であるステップと、 相対的に非反応性のガスを第２の流量で前記チャンバ内
    に供給するステップであって、前記第２流量は、前記チ
    ャンバ内の前記ガス圧を前記前駆ガスの第１流量との組
    合せにより２０ｍＴ以上の高圧力範囲に維持するのに十
    分な流量であるステップと、 プラズマ源電力を前記チャンバ内に印加して、１０10イ
    オン毎立方センチメートルを超えるイオン密度を有する
    高イオン密度プラズマを生成するステップと、 を備える方法。
  2. 【請求項２】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えてい
    る、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超えて
    いる、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記イオン密度は、１０11イオン毎立方
    センチメートルを超えている、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えてい
    る、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超えて
    いる、請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 プラズマ電力を印加する前記ステップ
    は、プラズマ電力を前記チャンバ内に誘導結合するステ
    ップを含んでいる、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記被処理体は、前記処理によってエッ
    チングされるべき酸素含有上層と、エッチングから保護
    されるべき非酸素含有下層と、を備えており、前記前駆
    ガスは、前記プラズマ中において、前記酸素含有層をエ
    ッチングするフッ素含有エッチャント種と前記非酸素含
    有下層の上に堆積する炭素含有ポリマ種とに解離する、
    請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記チャンバ内にフッ素掃去種源を供給
    するステップをさらに備える、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内の固形物を含んでいる、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内に導入されるガスを含んでいる、請求項９記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 前記リアクタチャンバ内にエッチスト
    ップ抑制ガスを供給するステップをさらに備える請求項
    ８記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．５
    である、請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．３
    である、請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記非反応性ガスは、（ａ）アルゴ
    ン、（ｂ）ヘリウム、（ｃ）ネオン、（ｄ）キセノンの
    うちの一つを含んでいる、請求項８記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記被処理体にＲＦバイアス電力を印
    加してプラズマイオンエネルギを制御するステップをさ
    らに備える請求項８記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記プラズマイオンエネルギは、前記
    被処理体の非酸素含有表面上への網状ポリマの堆積を抑
    えるのに十分なエネルギである、請求項８記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記チャンバ内の表面の温度を制御し
    て、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去との間に所望の配分を与えるステップをさ
    らに備える請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記エッチャントおよびポリマ前駆ガ
    スは、低炭素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガス
    と、高フッ素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガスと
    を、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去との間に所望の配分を与える割合で含んで
    いる、請求項１記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記フッ素掃去種源は、固体のケイ素
    含有材料を含んでいる、請求項９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記フッ素掃去種源は、固体の炭素含
    有材料を含んでいる、請求項９記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記フッ素掃去種源を加熱するステッ
    プをさらに備えている請求項１０記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記フッ素掃去種源にＲＦバイアスを
    印加するステップをさらに備えている請求項１０記載の
    方法。
  24. 【請求項２４】 ＲＦバイアスを印加する前記ステップ
    は、前記被処理体にＲＦバイアスを印加するステップを
    含んでおり、これによりＲＦバイアスが前記被処理体か
    ら前記フッ素掃去種源に容量結合されるようになってい
    る、請求項２３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 フッ素掃去種源を供給する前記ステッ
    プは、掃去種含有ガスを前記チャンバ内に導入するステ
    ップを含んでいる、請求項９記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記ガスは、シラン、テトラエトキシ
    シラン、ジエチルシラン、四フッ化ケイ素のうちの少な
    くとも一つを含むケイ素含有ガスである、請求項２５記
    載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記ガスは、シラン、純水素ガス、炭
    化水素ガス、メタン、フッ化水素、フルオロ炭化水素ガ
    スのうちの少なくとも一つを含む水素含有ガスである、
    請求項２５記載の方法。
  28. 【請求項２８】 半導体被処理体の上方に位置し、前記
    被処理体との間に間隙距離を形成している誘導アンテナ
    を有するプラズマリアクタチャンバ中で前記被処理体を
    処理する方法であって、前記誘導アンテナは、前記チャ
    ンバ内のガス圧の関数である誘導場スキンデプスを有す
    る誘導場を特定のＲＦ周波数で形成しており、 少なくとも炭素およびフッ素を含むポリマおよびエッチ
    ャント前駆ガスを第１の流量で前記チャンバ内に供給す
    るステップであって、前記第１流量は、前記チャンバ内
    のガス圧を前記スキンデプスが前記間隙距離の約１／１
    ０以下となる低圧力範囲に単独で維持するのに十分な流
    量であるステップと、 相対的に非反応性のガスを第２の流量で前記チャンバ内
    に供給するステップであって、前記第２流量は、前記チ
    ャンバ内の前記ガス圧を前記前駆ガスの第１流量との組
    合せにより前記スキンデプスが前記間隙距離の１／１０
    より大きくなる高圧力範囲に維持するのに十分な流量で
    あるステップと、 プラズマ源電力を前記特定ＲＦ周波数で前記誘導アンテ
    ナに印加して、前記チャンバ内に電力を誘導結合するス
    テップと、 を備える方法。
  29. 【請求項２９】 前記高圧力範囲は、２０ｍＴを超えて
    いる、請求項２８記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えて
    いる、請求項２８記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超え
    ている、請求項２８記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記プラズマ源電力は、１０10イオン
    毎立方センチメートルを超える前記プラズマのイオン密
    度を形成するのに十分な電力である、請求項２８記載の
    方法。
  33. 【請求項３３】 前記高圧力範囲は、２０ｍＴを超えて
    いる、請求項３２記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えて
    いる、請求項３２記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超え
    ている、請求項３２記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記プラズマ源電力は、１０11イオン
    毎立方センチメートルを超える前記プラズマのイオン密
    度を形成するのに十分な電力である、請求項２８記載の
    方法。
  37. 【請求項３７】 前記高圧力範囲は、２０ｍＴを超えて
    いる、請求項３６記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えて
    いる、請求項３６記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超え
    ている、請求項３６記載の方法。
  40. 【請求項４０】 前記被処理体は、前記処理によってエ
    ッチングされるべき酸素含有上層と、エッチングから保
    護されるべき非酸素含有下層と、を備えており、前記前
    駆ガスは、前記プラズマ中において、前記酸素含有層を
    エッチングするフッ素含有エッチャント種と前記非酸素
    含有下層の上に堆積する炭素含有ポリマ種とに解離す
    る、請求項２８記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記チャンバ内にフッ素掃去種源を供
    給するステップをさらに備える、請求項４０記載の方
    法。
  42. 【請求項４２】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内の固形物を含んでいる、請求項４１記載の方法。
  43. 【請求項４３】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内に導入されるガスを含んでいる、請求項４１記載の方
    法。
  44. 【請求項４４】 前記リアクタチャンバ内にエッチスト
    ップ抑制ガスを供給するステップをさらに備える請求項
    ４０記載の方法。
  45. 【請求項４５】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．５
    である、請求項２８記載の方法。
  46. 【請求項４６】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．３
    である、請求項２８記載の方法。
  47. 【請求項４７】 前記非反応性ガスは、（ａ）アルゴ
    ン、（ｂ）ヘリウム、（ｃ）ネオン、（ｄ）キセノンの
    うちの一つを含んでいる、請求項４０記載の方法。
  48. 【請求項４８】 前記被処理体にＲＦバイアス電力を印
    加してプラズマ電子およびイオンエネルギを制御するス
    テップをさらに備える請求項４０記載の方法。
  49. 【請求項４９】 前記プラズマ電子エネルギは、前記非
    反応性ガスをイオン化して、前記被処理体の非酸素含有
    表面への網状ポリマの堆積を抑えるのに十分なイオンエ
    ネルギを供給するのに十分な電子エネルギである、請求
    項４８記載の方法。
  50. 【請求項５０】 前記チャンバ内の表面の温度を制御し
    て、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去とを均衡させるステップをさらに備える請
    求項４９記載の方法。
  51. 【請求項５１】 前記エッチャントおよびポリマ前駆ガ
    スは、低炭素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガス
    と、高フッ素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガスと
    を、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去とを均衡させる割合で含んでいる、請求項
    ２８記載の方法。
  52. 【請求項５２】 前記フッ素掃去種源は、固体のケイ素
    含有材料を含んでいる、請求項４１記載の方法。
  53. 【請求項５３】 前記フッ素掃去種源は、固体の炭素含
    有材料を含んでいる、請求項４１記載の方法。
  54. 【請求項５４】 前記フッ素掃去種源を加熱するステッ
    プをさらに備えている請求項４２記載の方法。
  55. 【請求項５５】 前記フッ素掃去種源にＲＦバイアスを
    印加するステップをさらに備えている請求項４２記載の
    方法。
  56. 【請求項５６】 ＲＦバイアスを印加する前記ステップ
    は、前記被処理体にＲＦバイアスを印加するステップを
    含んでおり、これによりＲＦバイアスが前記被処理体か
    ら前記フッ素掃去種源に容量結合されるようになってい
    る、請求項５５記載の方法。
  57. 【請求項５７】 フッ素掃去種源を供給する前記ステッ
    プは、掃去種含有ガスを前記チャンバ内に導入するステ
    ップを含んでいる、請求項４１記載の方法。
  58. 【請求項５８】 前記ガスは、シラン、テトラエトキシ
    シラン、ジエチルシラン、四フッ化ケイ素のうちの少な
    くとも一つを含むケイ素含有ガスである、請求項５７記
    載の方法。
  59. 【請求項５９】 前記ガスは、シラン、純水素ガス、炭
    化水素ガス、メタン、フッ化水素、フルオロ炭化水素ガ
    スのうちの少なくとも一つを含む水素含有ガスである、
    請求項５７記載の方法。
  60. 【請求項６０】 プラズマリアクタチャンバ内で半導体
    被処理体を処理する方法であって、 少なくとも炭素およびフッ素を含むポリマおよびエッチ
    ャント前駆ガスを第１の流量で前記チャンバ内に供給す
    るステップであって、前記第１流量は、前記チャンバ内
    のガス圧を約２０ｍＴ以下の低圧力範囲に単独で維持す
    るのに十分な流量であるステップと、 相対的に非反応性のガスを第２の流量で前記チャンバ内
    に供給するステップであって、前記第２流量は、前記チ
    ャンバ内の前記ガス圧を前記前駆ガスの第１流量との組
    合せにより２０ｍＴ以上の高圧力範囲に維持するのに十
    分な流量であるステップと、 プラズマ源電力を前記チャンバ内に誘導結合して、誘導
    結合プラズマを生成するステップと、 を備える方法。
  61. 【請求項６１】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えて
    いる、請求項６０記載の方法。
  62. 【請求項６２】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超え
    ている、請求項６０記載の方法。
  63. 【請求項６３】 前記プラズマ源電力は、１０10イオン
    毎立方センチメートルを超える前記プラズマのイオン密
    度を形成するのに十分な電力である、請求項６０記載の
    方法。
  64. 【請求項６４】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えて
    いる、請求項６３記載の方法。
  65. 【請求項６５】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超え
    ている、請求項６３記載の方法。
  66. 【請求項６６】 前記プラズマ源電力は、１０11イオン
    毎立方センチメートルを超える前記プラズマのイオン密
    度を形成するのに十分な電力である、請求項６０記載の
    方法。
  67. 【請求項６７】 前記高圧力範囲は、５０ｍＴを超えて
    いる、請求項６６記載の方法。
  68. 【請求項６８】 前記高圧力範囲は、１００ｍＴを超え
    ている、請求項６６記載の方法。
  69. 【請求項６９】 前記被処理体は、前記処理によってエ
    ッチングされるべき酸素含有上層と、エッチングから保
    護されるべき非酸素含有下層と、を備えており、前記前
    駆ガスは、前記プラズマ中において、前記酸素含有層を
    エッチングするフッ素含有エッチャント種と前記非酸素
    含有下層の上に堆積する炭素含有ポリマ種とに解離す
    る、請求項６０記載の方法。
  70. 【請求項７０】 前記チャンバ内にフッ素掃去種源を供
    給するステップをさらに備える、請求項６９記載の方
    法。
  71. 【請求項７１】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内の固形物を含んでいる、請求項７０記載の方法。
  72. 【請求項７２】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内に導入されるガスを含んでいる、請求項７０記載の方
    法。
  73. 【請求項７３】 前記リアクタチャンバ内にエッチスト
    ップ抑制ガスを供給するステップをさらに備える請求項
    ７０記載の方法。
  74. 【請求項７４】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．５
    である、請求項６０記載の方法。
  75. 【請求項７５】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．３
    である、請求項６０記載の方法。
  76. 【請求項７６】 前記非反応性ガスは、（ａ）アルゴ
    ン、（ｂ）ヘリウム、（ｃ）ネオン、（ｄ）キセノンの
    うちの一つを含んでいる、請求項７０記載の方法。
  77. 【請求項７７】 前記被処理体にＲＦバイアス電力を印
    加してプラズマイオンエネルギを制御するステップをさ
    らに備える請求項７０記載の方法。
  78. 【請求項７８】 前記プラズマイオンエネルギは、前記
    被処理体の非酸素含有表面上への網状ポリマの堆積を抑
    えるのに十分なエネルギである、請求項７７記載の方
    法。
  79. 【請求項７９】 前記チャンバ内の表面の温度を制御し
    て、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去とを均衡させるステップをさらに備える請
    求項７８記載の方法。
  80. 【請求項８０】 前記エッチャントおよびポリマ前駆ガ
    スは、低炭素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガス
    と、高フッ素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガスと
    を、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去とを均衡させる割合で含んでいる、請求項
    ６０記載の方法。
  81. 【請求項８１】 前記フッ素掃去種源は、固体のケイ素
    含有材料を含んでいる、請求項７１記載の方法。
  82. 【請求項８２】 前記フッ素掃去種源は、固体の炭素含
    有材料を含んでいる、請求項７１記載の方法。
  83. 【請求項８３】 前記フッ素掃去種源を加熱するステッ
    プをさらに備えている請求項７１記載の方法。
  84. 【請求項８４】 前記フッ素掃去種源にＲＦバイアスを
    印加するステップをさらに備えている請求項７１記載の
    方法。
  85. 【請求項８５】 前記フッ素掃去種源にＲＦバイアスを
    印加するステップと、前記フッ素掃去種源を加熱するス
    テップと、をさらに備えている請求項７１記載の方法。
  86. 【請求項８６】 ＲＦバイアスを印加する前記ステップ
    は、前記被処理体にＲＦバイアスを印加するステップを
    含んでおり、これによりＲＦバイアスが前記被処理体か
    ら前記フッ素掃去種源に容量結合されるようになってい
    る、請求項８４記載の方法。
  87. 【請求項８７】 フッ素掃去種源を供給する前記ステッ
    プは、掃去種含有ガスを前記チャンバ内に導入するステ
    ップを含んでいる、請求項７０記載の方法。
  88. 【請求項８８】 前記ガスは、シラン、テトラエトキシ
    シラン、ジエチルシラン、四フッ化ケイ素のうちの少な
    くとも一つを含むケイ素含有ガスである、請求項８７記
    載の方法。
  89. 【請求項８９】 前記ガスは、シラン、純水素ガス、炭
    化水素ガス、メタン、フッ化水素、フルオロ炭化水素ガ
    スのうちの少なくとも一つを含む水素含有ガスである、
    請求項８７記載の方法。
  90. 【請求項９０】 プラズマリアクタチャンバ内で半導体
    被処理体を処理する方法であって、 少なくとも炭素およびフッ素を含むポリマおよびエッチ
    ャント前駆ガスを第１の流量で前記チャンバ内に供給す
    るステップと、 相対的に非反応性のガスを、前記チャンバ内に導入され
    る全ガスの全流量の少なくとも０．３０である第２の流
    量で前記チャンバ内に供給するステップと、 プラズマ源電力を前記チャンバ内に印加して、１０10イ
    オン毎立方センチメートルを超えるイオン密度を有する
    高イオン密度プラズマを生成するステップと、 を備える方法。
  91. 【請求項９１】 前記被処理体は、前記処理によってエ
    ッチングされるべき酸素含有上層と、エッチングから保
    護されるべき非酸素含有下層と、を備えており、前記前
    駆ガスは、前記プラズマ中において、前記酸素含有層を
    エッチングするフッ素含有エッチャント種と前記非酸素
    含有下層の上に堆積する炭素含有ポリマ種とに解離す
    る、請求項９０記載の方法。
  92. 【請求項９２】 前記チャンバ内にフッ素掃去種源を供
    給するステップをさらに備える、請求項９１記載の方
    法。
  93. 【請求項９３】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内の固形物を含んでいる、請求項９２記載の方法。
  94. 【請求項９４】 前記フッ素掃去種源は、前記チャンバ
    内に導入されるガスを含んでいる、請求項９２記載の方
    法。
  95. 【請求項９５】 前記リアクタチャンバ内にエッチスト
    ップ抑制ガスを供給するステップをさらに備える請求項
    ９１記載の方法。
  96. 【請求項９６】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも０．５０
    である、請求項９０記載の方法。
  97. 【請求項９７】 前記第２流量は、前記リアクタチャン
    バ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも０．７０
    である、請求項９０記載の方法。
  98. 【請求項９８】 前記非反応性ガスは、（ａ）アルゴ
    ン、（ｂ）ヘリウム、（ｃ）ネオン、（ｄ）キセノンの
    うちの一つを含んでいる、請求項９１記載の方法。
  99. 【請求項９９】 前記被処理体にＲＦバイアス電力を印
    加して、前記被処理体の非酸素含有表面上への網状ポリ
    マの堆積を抑えるのに十分なイオンエネルギを供給する
    ステップをさらに備える請求項９１記載の方法。
  100. 【請求項１００】 前記チャンバ内の表面の温度を制御
    して、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体か
    らのポリマ除去との間に所望の配分を与えるステップを
    さらに備える請求項９９記載の方法。
  101. 【請求項１０１】 前記エッチャントおよびポリマ前駆
    ガスは、低炭素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガス
    と、高フッ素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガスと
    を、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去との間に所望の配分を与える割合で含んで
    いる、請求項９０記載の方法。
  102. 【請求項１０２】 前記フッ素掃去種源は、固体のケイ
    素含有材料を含んでいる、請求項９３記載の方法。
  103. 【請求項１０３】 前記フッ素掃去種源は、固体の炭素
    含有材料を含んでいる、請求項９３記載の方法。
  104. 【請求項１０４】 前記フッ素掃去種源を加熱するステ
    ップをさらに備えている請求項９３記載の方法。
  105. 【請求項１０５】 前記フッ素掃去種源にＲＦバイアス
    を印加するステップをさらに備えている請求項９３記載
    の方法。
  106. 【請求項１０６】 ＲＦバイアスを印加する前記ステッ
    プは、前記被処理体にＲＦバイアスを印加するステップ
    を含んでおり、これによりＲＦバイアスが前記被処理体
    から前記フッ素掃去種源に容量結合されるようになって
    いる、請求項１０５記載の方法。
  107. 【請求項１０７】 フッ素掃去種源を提供する前記ステ
    ップは、ケイ素含有ガスを前記チャンバ内に導入するス
    テップを含んでいる、請求項９記載の方法。
  108. 【請求項１０８】 前記ガスは、シラン、テトラエトキ
    シシラン、ジエチルシラン、四フッ化ケイ素のうちの少
    なくとも一つを含むケイ素含有ガスである、請求項１０
    ７記載の方法。
  109. 【請求項１０９】 前記ガスは、シラン、純水素ガス、
    炭化水素ガス、メタン、フッ化水素、フルオロ炭化水素
    ガスのうちの少なくとも一つを含む水素含有ガスであ
    る、請求項９４記載の方法。
  110. 【請求項１１０】 前記イオン密度は、１０11イオン毎
    立方センチメートルを超えている、請求項９０記載の方
    法。
  111. 【請求項１１１】 前記チャンバ内のガス圧を約２０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項９０記載の方法。
  112. 【請求項１１２】 前記チャンバ内のガス圧を約５０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項９０記載の方法。
  113. 【請求項１１３】 前記チャンバ内のガス圧を約７０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項９０記載の方法。
  114. 【請求項１１４】 前記チャンバ内のガス圧を約２０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項９６記載の方法。
  115. 【請求項１１５】 前記チャンバ内のガス圧を約５０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項９６記載の方法。
  116. 【請求項１１６】 前記チャンバ内のガス圧を約７０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項９６記載の方法。
  117. 【請求項１１７】 プラズマリアクタチャンバ内で半導
    体被処理体を処理する方法であって、 少なくとも炭素およびフッ素を含むポリマおよびエッチ
    ャント前駆ガスを第１の流量で前記チャンバ内に供給す
    るステップと、 相対的に非反応性のガスを、前記チャンバ内に導入され
    る全ガスの全流量の少なくとも０．３０である第２の流
    量で前記チャンバ内に供給するステップと、 プラズマ源電力を前記チャンバ内に誘導結合するステッ
    プと、 を備える方法。
  118. 【請求項１１８】 前記被処理体は、前記処理によって
    エッチングされるべき酸素含有上層と、エッチングから
    保護されるべき非酸素含有下層と、を備えており、前記
    前駆ガスは、前記プラズマ中において、前記酸素含有層
    をエッチングするフッ素含有エッチャント種と前記非酸
    素含有下層の上に堆積する炭素含有ポリマ種とに解離す
    る、請求項１１７記載の方法。
  119. 【請求項１１９】 前記チャンバ内にフッ素掃去種源を
    提供するステップをさらに備える、請求項１１８記載の
    方法。
  120. 【請求項１２０】 前記フッ素掃去種源は、前記チャン
    バ内の固形物を含んでいる、請求項１１９記載の方法。
  121. 【請求項１２１】 前記フッ素掃去種源は、前記チャン
    バ内に導入されるガスを含んでいる、請求項１１９記載
    の方法。
  122. 【請求項１２２】 前記リアクタチャンバ内にエッチス
    トップ抑制ガスを供給するステップをさらに備える請求
    項１１９記載の方法。
  123. 【請求項１２３】 前記第２流量は、前記リアクタチャ
    ンバ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．
    ５０である、請求項１１７記載の方法。
  124. 【請求項１２４】 前記第２流量は、前記リアクタチャ
    ンバ内に供給される全ガスの全流量の少なくとも約０．
    ７０である、請求項１１７記載の方法。
  125. 【請求項１２５】 前記非反応性ガスは、（ａ）アルゴ
    ン、（ｂ）ヘリウム、（ｃ）ネオン、（ｄ）キセノンの
    うちの一つを含んでいる、請求項１１７記載の方法。
  126. 【請求項１２６】 前記被処理体にＲＦバイアス電力を
    印加して、前記被処理体の非酸素含有表面上への網状ポ
    リマの堆積を抑えるのに十分なイオンエネルギを供給す
    るステップをさらに備える請求項１１８記載の方法。
  127. 【請求項１２７】 前記チャンバ内の表面の温度を制御
    して、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体か
    らのポリマ除去との間に所望の配分を与えるステップを
    さらに備える請求項１２６記載の方法。
  128. 【請求項１２８】 前記エッチャントおよびポリマ前駆
    ガスは、低炭素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガス
    と、高フッ素含有エッチャントおよびポリマ前駆ガスと
    を、前記被処理体上へのポリマ堆積と前記被処理体から
    のポリマ除去との間に所望の配分を与える割合で含んで
    いる、請求項１１８記載の方法。
  129. 【請求項１２９】 前記フッ素掃去種源は、固体のケイ
    素含有材料を含んでいる、請求項１２０記載の方法。
  130. 【請求項１３０】 前記フッ素掃去種源は、固体の炭素
    含有材料を含んでいる、請求項１２０記載の方法。
  131. 【請求項１３１】 前記フッ素掃去種源を加熱するステ
    ップをさらに備えている請求項１２０記載の方法。
  132. 【請求項１３２】 前記フッ素掃去種源にＲＦバイアス
    を印加するステップをさらに備えている請求項１２０記
    載の方法。
  133. 【請求項１３３】 ＲＦバイアスを印加する前記ステッ
    プは、前記被処理体にＲＦバイアスを印加するステップ
    を含んでおり、これによりＲＦバイアスが前記被処理体
    から前記フッ素掃去種源に容量結合されるようになって
    いる、請求項１３２記載の方法。
  134. 【請求項１３４】 フッ素掃去種源を提供する前記ステ
    ップは、フッ素掃去剤含有ガスを前記チャンバ内に導入
    するステップを含んでいる、請求項１２１記載の方法。
  135. 【請求項１３５】 前記ガスは、シラン、テトラエトキ
    シシラン、ジエチルシラン、四フッ化ケイ素のうちの少
    なくとも一つを含むケイ素含有ガスである、請求項１３
    ４記載の方法。
  136. 【請求項１３６】 前記ガスは、シラン、純水素ガス、
    炭化水素ガス、メタン、フッ化水素、フルオロ炭化水素
    ガスのうちの少なくとも一つを含む水素含有ガスであ
    る、請求項１３４記載の方法。
  137. 【請求項１３７】 前記誘導結合は、約１０10イオン毎
    立方センチメートルを超えるイオン密度を有する高密度
    プラズマを形成するのに十分なものである、請求項１１
    ７記載の方法。
  138. 【請求項１３８】 前記誘導結合は、約１０11イオン毎
    立方センチメートルを超えるイオン密度を有する高密度
    プラズマを形成するのに十分なものである、請求項１１
    ７記載の方法。
  139. 【請求項１３９】 前記誘導結合は、約１０10イオン毎
    立方センチメートルを超えるイオン密度を有する高密度
    プラズマを形成するのに十分なものである、請求項１２
    ３記載の方法。
  140. 【請求項１４０】 前記誘導結合は、約１０11イオン毎
    立方センチメートルを超えるイオン密度を有する高密度
    プラズマを形成するのに十分なものである、請求項１２
    ３記載の方法。
  141. 【請求項１４１】 前記誘導結合は、約１０10イオン毎
    立方センチメートルを超えるイオン密度を有する高密度
    プラズマを形成するのに十分なものである、請求項１２
    ４記載の方法。
  142. 【請求項１４２】 前記誘導結合が、約１０11イオン毎
    立方センチメートルを超えるイオン密度を有する高密度
    プラズマを形成する、請求項１２４記載の方法。
  143. 【請求項１４３】 前記チャンバ内のガス圧を約２０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項１３７記載の方法。
  144. 【請求項１４４】 前記チャンバ内のガス圧を約５０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項１３７記載の方法。
  145. 【請求項１４５】 前記チャンバ内のガス圧を約７０ｍ
    Ｔを超える圧力に維持するステップをさらに備える請求
    項１３７記載の方法。
  146. 【請求項１４６】 前記フッ素掃去種源にＲＦバイアス
    を印加するステップと、前記フッ素掃去種源を加熱する
    ステップと、をさらに備えている請求項１２０記載の方
    法。
  147. 【請求項１４７】 プラズマリアクタチャンバ内で半導
    体被処理体を処理する方法であって、 少なくとも炭素およびフッ素を含むポリマおよびエッチ
    ャント前駆ガスを前記チャンバ内に供給するステップ
    と、 相対的に非反応性のガスを前記チャンバ内に供給するス
    テップと、 前記非反応性ガスの流量を前記チャンバ内に導入される
    全ガスの全流量の大きな分数に維持するステップと、 プラズマ源電力を前記チャンバ内に誘導結合して、１０
    10イオン毎立方センチメートルを超える高イオン密度を
    有する誘導結合プラズマを生成するステップと、 を備える方法。
  148. 【請求項１４８】 プラズマリアクタチャンバ内で半導
    体被処理体を処理する方法であって、 少なくとも炭素およびフッ素を含むポリマおよびエッチ
    ャント前駆ガスを前記チャンバ内に供給するステップ
    と、 相対的に非反応性のガスを前記チャンバ内に供給するス
    テップと、 前記非反応性ガスの流量を前記チャンバ内に導入される
    全ガスの全流量の大きな分数に維持して、前記チャンバ
    の内側の圧力を約２０ｍＴを超える圧力に維持するステ
    ップと、 プラズマ源電力を前記チャンバ内に誘導結合するステッ
    プと、 を備える方法。
JP9288819A 1996-10-21 1997-10-21 高圧非反応性希釈ガス高含有高プラズマイオン密度プラズマ酸化物エッチングプロセス Withdrawn JPH10144663A (ja)

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