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JP2018050055A - 低ｋ及びその他の誘電体膜をエッチングするための処理チャンバ - Google Patents

低ｋ及びその他の誘電体膜をエッチングするための処理チャンバ Download PDF

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Abstract

【課題】低ｋ及び他の誘電体膜のエッチングのための方法及び処理チャンバを提供する。
【解決手段】マルチ動作モードエッチング処理１００は、低イオンエネルギーのイオン束をワークピースの露出部分に衝突させ、低ｋ誘電体層の炭素含有量を低下させる改質処理を実施する。次に、低ｋ誘電体層の改質された部分を、選択的にエッチングする。その後、露出した低ｋ誘電体の側壁上にＳｉベースの誘電体層を堆積する。この処理をエッチング終了基準まで繰り返しことにより深いトレンチを形成する。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「低Ｋ及びその他の誘電体膜をエッチングするための処理チャンバ」と題さ
れ、２０１１年１０月２７日に出願された米国仮出願第６１／５５２，１８３号の利益を
主張し、その内容のすべてをすべての目的のために参照によりここに援用する。
本発明の実施形態は、マイクロ電子デバイス処理の分野に関し、特に低ｋ誘電体膜のプ
ラズマエッチングに関する。
従来の技術の説明
半導体製造においては、低ｋ誘電体は二酸化ケイ素に対して小さな誘電率を有する材料
である。低ｋ誘電体材料の実装は、マイクロ電子デバイスの継続的なスケーリングを可能
にするために使用されるいくつかの戦略のうちの一つである。デジタル回路では、絶縁誘
電体は、導電性部品（例えば、ワイヤ相互接続及びトランジスタ）を互いから絶縁する。
構成要素がスケーリングされ、トランジスタが互いにより近くに移動するにつれて、絶縁
性誘電体は、電荷の蓄積及びクロストークがデバイスの性能に悪影響を与える点まで薄く
なってきている。二酸化ケイ素を同じ厚さの低ｋ誘電体と交換することによって寄生容量
が低減し、より速いスイッチング速度とより低い熱放散を可能にする。
しかしながら、このような膜の処理、特にこのような膜のエッチングは、材料に損傷を
与える及び／又は材料を不安定にする又はそうでなくともデバイス製造のために不適当に
することが見出されているので、低ｋ誘電体処理技術の発展には大幅な改善が必要とされ
る。
本発明の実施形態は、添付図面の図において、限定ではなく例として示される。
本発明の一実施形態に係る、単一のプラズマエッチングチャンバで低ｋ誘電体膜をエッチングするためのマルチ動作モードエッチング処理を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る、エッチングチャンバが、図１に示されるエッチング処理によって利用される複数のモードで動作することができる方法を更に示すフロー図である。 〜 本発明の一実施形態に係る、処理に曝される典型的なワークピースへのマルチ動作モードエッチング処理１００の方法の作用を表す断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されるマルチ動作モードエッチング処理を実行する１以上のエッチングチャンバを含むように構成することができるマルチチャンバ処理プラットホームの平面図である。 一実施形態に係る、図１に示されたマルチ動作モードエッチング処理を実行するために、エッチングチャンバ内で利用することができるデュアルゾーンシャワーヘッドの切り欠き斜視図を示す。 本発明の実施形態に係る、図５Ａの切り欠き斜視図の拡大された部分を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の改質操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理のエッチング操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の堆積操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の改質操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の改質操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理のエッチング操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の堆積操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の改質操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理のエッチング操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の堆積操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。 一実施形態に係る、図１に示された様々な操作を実行するように構成されたエッチングチャンバの断面図を示す。
詳細な説明
概して、本明細書内に記載されるプラズマエッチング方法の実施形態は、低ｋ（及び他
の誘電体）材料をエッチングし、エッチングされた膜の残りの部分を良好な状態で残すた
めに損傷機構を利用する。本明細書内に記載されるプラズマエッチング方法の実施形態は
、周期的に少なくとも２つの別個のプラズマベースの操作を真空中で（すなわち、真空を
破ることなく）行い、好ましくは、最大スループットの利点のために同じチャンバ内で行
う。これらの操作のうちの１つの間に、異方性（指向性）プラズマは、エッチングされる
誘電体膜の一部のバルク構造及び／又は組成を改質し、これによって二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ２）又はシリコン亜酸化物（ＳｉＯｘ）のようにする。この膜改質操作は、第１プラズ
マ条件で誘電体膜の一部に制御可能にかつ選択的に損傷を与えるものとして概念化するこ
とができる。これらの操作のうちの第２の操作の間に、等方性（無指向性）条件は、バル
ク特性を有する下地絶縁膜上に選択的に（改質された構造又は組成を有する）改質膜部分
を除去する。これらの操作は、順次繰り返し実行し、これによって任意の所望の膜除去累
積量を達成する（すなわち、所望のエッチング深さを達成する）ことができる。バルク膜
のエッチングを２つの別個の操作又は動作モードに分離しているが、プラズマ条件の設計
、並びにこれらの条件を提供するためのエッチングチャンバの設計は、大幅により大きな
自由度及び／又はより大きなプロセスウィンドウを有する。
誘電体膜のエッチング処理の少なくともこれらの２つの別々の動作モードへの分離はま
た、有利なことにエッチングされた構造に隣接する領域内の誘電体膜の組成をほとんど変
えることなく（例えば、側壁はプラズマエッチングへの曝露を通して悪影響を受けない）
、低ｋ又は他の誘電体膜内への異方性プロファイルのエッチングを可能にするエッチング
パラメータの制御のレベルを提供する。この正確な制御の重要な源は、本質的に高度に化
学的である等方性エッチング条件から生じ、こうして、（例えば、ある程度の炭素を組み
込んだ）ＳｉＯ２の特性から逸脱したバルク特性を有する下地の誘電体の間に非常に高い
選択性を提供する。２つの材料組成間の高い選択性は、第１材料層が消費された後、しば
しば、エッチングを停止するために（例えば、エッチング可能でない組成を有する下地の
エッチング停止層によって、エッチング可能な組成を有する層のエッチングを終了させる
手段として多重材料堆積膜スタック内で）利用されているが、本明細書内の技術は、バル
ク膜自体への高い選択性のエッチング処理によって、バルク膜を介して徐々にエッチング
する。
実施形態では、マルチ動作モードエッチング処理は、完全にフッ素を含まない。従来の
誘電体のエッチングは、異方性を達成するために、エッチングされた誘電体層の側壁上に
堆積されたＣＦポリマーに依存してエッチングしていたが、本明細書内の方法は、膜エッ
チング処理（モード）の高い選択性と組み合わせた膜改質処理（モード）の異方性によっ
て、エッチングの異方性を達成している。典型的なフルオロカーボン系（ＣｘＦｙベース
）のエッチング及び付随するＣＦポリマーの回避は、任意のパッシベーションポリマーの
エッチングされた誘電体表面を比較的きれいにする。このように、（例えば、膜中の炭素
種の酸化によって）誘電体を損傷する可能性のあるプラズマ又は他の手段によるエッチン
グ後処理（ＰＥＴ）を回避することができる。
エッチング方法のより詳細な説明、このような方法がどのようにして単一チャンバ内で
実行可能であるのか、このようなエッチング方法の実施形態を実行するために使用される
チャンバハードウェアが、ここで提供される。図１は、本発明の一実施形態に係る、単一
のプラズマエッチングチャンバによって低ｋ誘電体膜をエッチングするためのマルチ動作
モードエッチング処理１００を示すフロー図である。図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の一実施
形態に係る、マルチ動作モードエッチング処理１００の方法の、処理に曝される例示的な
ワークピースへの効果を表す断面図を示す。
操作１０５で開始し、ワークピースは、プラズマ処理チャンバ内にロードされる。ワー
クピースは、一般に、任意の形態をとることができるが、図２Ａに図示される例示的な実
施形態では、ワークピースは、エッチングされる誘電体が上部に配置される基板３０２を
含む。基板３０２は、製造工程に耐える好適な任意の材料であることができ、マイクロ電
子デバイス層（例えば、ＩＣデバイス、光学デバイス、ＭＥＭＳデバイス、又は同様のマ
イクロ／ナノ製造デバイス用のもの）を配置し、及び／又は、形成することができるため
の土台として役立つ。本発明の一実施形態によれば、基板３０２は、例えば、結晶シリコ
ン、ゲルマニウム又はシリコン／ゲルマニウムが挙げられるが、これらに限定されないＩ
Ｖ族系材料で構成される。具体的な一実施形態では、基板３０２は単結晶シリコン基板で
ある。別の一実施形態では、基板３０２はＩＩＩ−Ｖ族材料から構成される。別の一実施
形態では、複数の能動素子が、基板３０２として画定された領域内に配置される。
ワークピースは、エッチングされる露出した誘電体を更に含む。図１及び図３Ａ〜３Ｆ
に図示された例示的な実施形態では、露出した誘電体は、低ｋ材料であるが、より一般的
には、二酸化ケイ素ではなく、本明細書内に記載される機構によって酸化ケイ素（ＳｉＯ
ｘ）のような材料に改質可能である任意の材料であることができる。図３Ａに図示される
例示的な実施形態では、低ｋ誘電体層３０４は、二酸化ケイ素の誘電率よりも小さい誘電
率を有する（例えば、約３．９未満）。更なる一実施形態では、低ｋ誘電体層３０４は、
例えば、フッ素ドープ二酸化ケイ素、炭素ドープ二酸化ケイ素、多孔質二酸化ケイ素、多
孔質炭素ドープ二酸化ケイ素、スピンオンシリコーンベースポリマー誘電体、又はスピン
オン有機ポリマー誘電体が挙げられるが、これらに限定されない材料である。例示的な一
実施形態によれば、低ｋ誘電体層３０４は、２．７未満のバルク誘電定数を有する多孔質
ＳｉＣＯＨ層である。
マルチ動作モードエッチング処理１００は、例えば、下地のトポグラフィが低ｋ誘電体
層（例えば、低ｋスペーサエッチング）内で構造を形成するために利用されるエッチング
において、非マスクのエッチングにも適用可能であるが、例示の実施形態では、低ｋ誘電
体層３０４は、（例えば、ビア又はトレンチのエッチングのために）マスクされる。図３
Ａに図示されるように、マスク層３０６は、低ｋ誘電体層３０４の一部の上に配置された
フォトレジスト層又はハードマスク層である。フォトレジストは、当該技術分野で公知の
いずれであってもよい（例えば、１９３、ＥＵＶなど）。同様に、マスク層３０６がハー
ドマスクである場合、ＳｉＯｘエッチング処理に対して所望の選択性を提供することがで
きる当該技術分野で公知の任意の材料を利用することができる。代表的な材料としては、
アモルファスカーボン（例えば、ＡＰＦ（商標名））、シリコン又は金属（例えば、チタ
ン、タンタル）の窒化物、シリコン又は金属の炭化物などが挙げられる。
図１に戻ると、操作１１０では、ワークピースの露出した部分が、イオン束に衝突され
、これによって露出した材料層の特性を改質し、より具体的には、低ｋ膜の上部厚さ内の
炭素含有量を減少させる。イオン束は、マスクの下にある領域が束に曝露されないように
異方性であるのが好ましい。イオン束は、低イオンエネルギーを有する原子又は分子種の
１以上の種類のものであることができる。このように、有利な一実施形態では、種は、低
ｋ材料内の成分を機械的にミーリング除去（例えば、メチル基をノックオフ）することが
でき、それらと化学的に反応するのではない。したがって、イオン束は、ターゲット成分
との化学的反応性が比較的低い原料ガスを起源とすることができる。典型的なイオン種は
、ヘリウムイオン、ネオンイオン、キセノンイオン、窒素イオン、又はアルゴンイオンで
あり、イオン束のエネルギーレベルを下げるような非常に低いプラズマＤＣバイアスを供
給できるように、低いイオン化電位（例えば、２−４ｅＶ）を有するので、Ａｒ＋は好ま
れる。更にイオン束エネルギーを調整するために、ネオン及びヘリウムのような電気陽性
な希釈剤をアルゴン環境に添加することもできる。処理圧力は、有利には１０ミリトール
未満であり、より高い方向性とより有利なことには５ミリトール未満である。５０Ｗ〜１
００Ｗ程度の低ＲＦ電力は、供給ガスのイオン化電位に応じて、二酸化ケイ素マトリック
スから炭素種をたたき出すことによって、低ｋ誘電体膜を改質するためには有利であるこ
とが見出されている。
図３Ｂは、ワークピースへの操作１１０の効果を示す。図示されるように、イオン束３
０７は、低ｋ誘電体層３０４の改質部分３０８を形成する。一実施形態では、改質部分３
０８は、炭素が枯渇しており、したがって、低ｋ誘電体層３０４のバルクの未改質部分３
０８に対してＳｉＯｘが豊富にある。改質部分３０８の膜密度及び形態もまた、低ｋ誘電
体層３０４に関連して変えることができる。例えば、改質部分３０８は、操作１１０の間
、イオン衝撃によって緻密化又はそうでなければ機械的に損傷を受ける（例えば、粗くさ
れる）場合がある。イオン束に応じて、改質部分３０８の深さは、５０Å以下に達する場
合がある。
図１に戻って、操作１２０では、下地のバルク（又は図３Ｃ内の低ｋ誘電体層３０４の
未改質部分３０４Ｂ）の上で低ｋ誘電体層のＳｉＯｘの豊富な改質部分を選択的に除去す
るために、ドライエッチング処理が利用される。除去される改質部分が低ｋ誘電体膜中の
分子成分の寸法程度であるので、エッチング操作１２０は、原子層エッチング又は分子レ
ベルエッチング（ＭＬＥ）であると考えることができる。一実施形態では、操作１２０は
、少なくとも三フッ化窒素（ＮＦ３）と水素源（例えば、アンモニア（ＮＨ３）又は水蒸
気（Ｈ２Ｏ））から生成されたプラズマを伴い、これによって反応性エッチング種ＮＨ４
Ｆ及び／又はＮＨ４Ｆ・ＨＦを生成する。更なる一実施形態では、水蒸気（Ｈ２Ｏ）がＮ
Ｆ３及びＮＨ３と共に供給され、これによって操作１２０でのＳｉＯｘのエッチング速度
を更に高める。非反応性ガス（例えば、Ｈｅ）もまた、操作１２０の間に使用してもよい
。
別の一実施形態では、エッチング処理１００は、ｓｉｃｏｎｉ型のエッチング技術を採
用し、これは譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／６２０，８０６号に更により詳細
に記載されており、操作１２０の間に実行することができる二段階機構を伴う。本実施形
態では、水蒸気（Ｈ２Ｏ）と薄い固体ケイ酸塩エッチング副生成物（例えば、（ＮＨ４）
２ＳｉＦ６）が低い第１ワークピース温度（例えば、３０℃）で形成され、その後より高
い第２ワークピース温度（例えば、１００℃）でケイ酸塩がワークピースから昇華する。
しかしながら、特定の実施形態では、例えば、より高いエッチング速度が望まれる場合は
、ｓｉｃｏｎｉエッチングが、一定の高いワークピース温度で実行される。基板温度を循
環させるオーバーヘッドなしに、エッチング処理１００は、より高いエッチング速度のた
めに、より迅速に循環させることができる。好ましくは、操作１２０での一定のワークピ
ース温度は、約８０℃〜１００℃の間である。ハードマスク及び方法１００のマスクされ
ない実施形態に対してより高い温度が可能であるが、フォトレジストを使用する実施形態
に対して操作１２０での最大一定ワークピース温度は、網状化を回避するように約１２０
℃未満である。特定の実施形態では、操作１１０及び１２０の両方が、一定の高い温度で
実行され、これによってワークピース温度のサイクルに関連するオーバーヘッドを回避す
る。
図１に戻ると、エッチング処理コントローラは、エッチング処理終了基準が、操作１２
０の完了後に満たされるかどうかを判断する。エッチング処理終了基準は、処理時間、終
点信号（光学的又はその他）等に基づくことができる、エッチング処理終了基準が満たさ
れた場合、処理１００は完了し、ワークピースはチャンバ１５０からアンロードされる。
エッチング処理終了基準がまだ満たされていない場合、操作１１０に戻ることによって後
続の反復が開始される。
更なる一実施形態では、低温コンフォーマルシリコンベースの誘電体層が、操作１３０
でワークピースの上に堆積される。堆積操作１３０は、エッチング処理１００の間に周期
的に実行することができ、これによって例えば、理想的に衝突の無い輸送モードではない
イオン束の関数として完全には異方性ではない改質操作から生じるプロファイルのアンダ
ーカット又は曲りに対抗する。図１に図示されるように、堆積操作１３０は、エッチング
サイクルカウント閾値が満たされた条件でのみ実行され、ここで各エッチングサイクルは
、操作１１０及び１２０の両方の単一の性能を伴う。このように、所定の割合又はデュー
ティサイクルでエッチング及び堆積操作を共に交互に配置する「マルチＸ」周期的処理の
ために、堆積操作１３０は、エッチングサイクル毎に（エッチングサイクルカウント閾値
は１）、又はいくらか少ない割合で（エッチングサイクルカウント閾値は１より大きい）
実行してもよい。
図３Ｄに更に図示されるように、堆積操作１３０は、少なくともエッチング操作１２０
によって露出されたバルク低ｋ誘電体３０４Ｂの側壁上に形成されている保護層３１２を
形成する。保護層３１２の厚さは、操作１３０がエッチング操作１２０に対して実行され
る頻度に依存して幅広く変化させることができる。一般に、堆積操作１３０は、側壁の被
覆を確実にするためにコンフォーマル堆積処理を伴う。実施形態において、コンフォーマ
ル堆積処理は、上層のマスク材料（例えば、フォトレジスト）を保存するように低い温度
（例えば、１３０℃未満）である。一実施形態では、保護層３１２は、二酸化ケイ素であ
る。しかしながら、有利な一実施形態では、保護層３１２は、炭素ドープ酸化ケイ素であ
る。炭素ドープ層の堆積は、エッチング操作１２０に対して保護層１３０の抵抗を有利に
も増加させることができ、これによってエッチング操作１２０を介した後続の反復は、完
全には保護層１３０を除去せず、特にトレンチ３１０の側壁からは完全には除去しない。
更に別の一実施形態では、保護層３１２は窒化ケイ素である。保護層１３０がエッチング
操作１２０に選択性を提供する炭素ドープ及び窒化の実施形態では、エッチングサイクル
カウント閾値は、エッチングに費やされる処理１００の大部分で高くすることができ、全
体的な低ｋ誘電体のエッチング速度は増加する。
実施形態に応じて、任意の一般的に知られているシリコン前駆体は、操作１３０で使用
することができ、例えば、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、
シラン（ＳｉＨ４）、又は任意の一般的に知られるケイ素含有炭化前駆体（例えば、オク
タメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳ
Ｏ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、テトラメチル−ジエトキシ
−ジシロキサン（ＴＭＤＤＳＯ）、ジメチル−ジメトキシル−シラン（ＤＭＤＭＳ）が挙
げられるが、これらに限定されない）が挙げられるが、これらに限定されない。保護層が
窒化物であることができる更なる実施形態では、前駆体（例えば、トリシリルアミン（Ｔ
ＳＡ）及びジシリルアミン（ＤＳＡ）が挙げられるが、これらに限定されない）を使用す
ることができる。これらの原料のいずれも、ＰＥＣＶＤ処理において、酸素ラジカル源（
例えば、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、二酸化炭素（ＣＯ２）又は水（Ｈ２Ｏ）が挙げ
られるが、これらに限定されない）と反応することができる。
操作１３０に続いて、操作１１０に戻ることによって後続の反復が実行される。このよ
うに、図３Ｅ及び３Ｆに更に示されるように、エッチングの前面がターゲット膜を通して
徐々に進められ、これによって漸進的により深いトレンチ２１０Ｂを形成する。
図２は、エッチングチャンバが、エッチング処理１００の複数のモードで動作すること
ができる方法を更に示すフロー図である。方法２００は、操作２０５でチャンバ内にワー
クピースを受け取ることから始まる。イオンミーリングプラズマは、ワークピースに最も
近いシャワーヘッドの下に配置されたチャンバの第１領域内で励起される。ＲＦ源は、ワ
ークピース上にＤＣバイアス電位を提供し、これによって改質操作１１０のために本明細
書内の他の箇所に記載のイオン束を生成する。実施形態では、ＲＦ源は、ワークピースが
上で支持される台座又はチャックを介して容量結合され、これによってワークピースのす
ぐ上の第１チャンバ領域内でプラズマを生成する。このような一実施形態では、容量結合
プラズマ（ＣＣＰ）はチャックから始まり（すなわち、チャックはＲＦ駆動され）、ワー
クピースに最も近いシャワーヘッドは、ＲＦリターンパスを（すなわち、陽極として）提
供する。
操作３２０の間、ＳｉＯエッチングプラズマは、チャンバの第２領域内で励起され、こ
れによってイオン束をワークピースへ誘導する方法でワークピースにバイアスを掛けるの
を最小化又は回避する。一実施形態では、エッチング操作３２０を本質的に高度に化学的
にするために、第２チャンバ領域は、ワークピースに最も近いシャワーヘッドの上方に配
置され、したがって操作３１０の間に生成されるイオンミーリングプラズマよりもワーク
ピースから相対的により遠くに配置される。一実施形態では、台座又はチャックは、操作
３２０の間、ＲＦ給電されず、これによってワークピースバイアス電位を最小化する。リ
モート及び／又はソフトイオン化技術が操作３２０で使用され、これによってワークピー
ス上に大きなバイアス電位を形成することなく、本明細書内の他の箇所に記載されるエッ
チング操作１２０のための反応種を形成する。このような一実施形態では、ワークピース
に最も近いシャワーヘッドまで又はシャワーヘッドから、ウェハからシャワーヘッドの反
対側に配置された電極から又は電極まで（例えば、ワークピースに最も近いシャワーヘッ
ドの上方の電極から又は電極まで）、第２ＣＣＰが始まる。別の一実施形態では、ＤＣ放
電は、エッチング操作１２０中のソフトイオン化のための電子源として用いられる。一代
替実施形態では、リモートプラズマ源（ＲＰＳ）が、チャンバの第２領域内にプラズマを
形成するために使用される。更に別の一実施形態では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）が、
チャンバの第２領域内にプラズマを形成するために使用される。これらの実施形態の各々
のためのエッチングチャンバハードウェア構成は、本明細書内の他の箇所に更に記載され
ている。
保護層を堆積する（例えば、図１の操作１３０）実施形態では、酸化プラズマがチャン
バのリモート第２領域内で生成され、ケイ素（及び炭素）含有前駆体がチャンバ内に（例
えば、第１チャンバ領域内に）導入され、これによってワークピースへと運ばれた酸化種
と反応する。このように、プラズマエッチングチャンバの第１領域及び第１動作モードは
、低ｋ誘電体膜の部分的な厚さを改質するために利用することができ、プラズマエッチン
グチャンバの第２領域及び第２動作モードは、低ｋ誘電体膜の改質された厚さをエッチン
グするために利用することができる。第２領域は更に、保護層を堆積する第３動作モード
で操作することができる。
ｓｉｃｏｎｉ型処理を利用する実施形態では、ｓｉｃｏｎｉ型エッチングの２段階は、
更にエッチングチャンバの異なる領域内で始められ、生成された２つの異なるプラズマを
伴うことができる。例えば、ｓｉｃｏｎｉ型処理を実行するために、第１及び第２チャン
バ領域の両方を利用してもよく、ｓｉｃｏｎｉ型処理を実行するために、第２チャンバ領
域及び第３チャンバ領域を使用してもよい。
図４に図示されるように、本明細書内の他の箇所に記載されるよう構成された１以上の
低ｋエッチングチャンバ４０５が、統合されたプラットホームに結合され、これによって
マルチチャンバ処理システムを形成している。マルチ動作モードエッチング処理１００に
対して記載される１以上の実施形態は、図４に図示されるマルチチャンバシステム内の低
ｋエッチングチャンバ４０５の各々によって実行することができる。図４を参照すると、
マルチチャンバ処理プラットホーム４００は、複数の処理モードを同時に適応制御可能な
当該技術分野で公知の任意のプラットホームであることが可能である。典型的な実施形態
は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．）から市販されているＯｐｕｓ（商標名）Ａｄｖａｎｔ
Ｅｄｇｅ（商標名）システム、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（商標名）システム、又はＣｅｎｔｕｒ
ａ（商標名）システムを含む。
処理プラットホーム４００は、本明細書内に記載されるエッチング処理の任意の適応制
御を可能にする制御信号を提供するための統合計測（ＩＭ）チャンバ４２５を更に含むこ
とができる。ＩＭチャンバ４２５は、様々な膜特性（例えば、厚さ、粗さ、組成）を測定
するために当該技術分野で公知の任意の計測を含むことができ、更に、例えば、限界寸法
（ＣＤ）、側壁角（ＳＷＡ）、構造高さ（ＨＴ）などの格子パラメータを真空化で自動化
された方法で特徴づけることが可能である場合がある。図４に更に図示されるように、マ
ルチチャンバ処理プラットホーム４００は、ロボットハンドラ４５０を有する搬送チャン
バ４０１に結合された前面開口統一ポッド（ＦＯＵＰ）４３５及び４４５を保持するロー
ドロックチャンバ４３０を更に含む。
低ｋエッチングチャンバ４０５内で実行されるエッチング処理は、処理１００の各サイ
クルを反復的に推進するので、低ｋエッチングチャンバ４０５は、ＲＦ源を異なる電極に
結合するリレーを作動させることによって、及び／又は動作モード間で調節するために異
なる電極に分離して結合された異なるＲＦ源を動作させることによって、処理２００を介
して自動的に循環することができる。このような低ｋエッチングチャンバ４０５の制御は
、１以上のコントローラ４７０によって提供可能である。コントローラ４７０は、様々な
サブプロセッサ及びサブコントローラを制御する工業環境で使用可能な汎用データ処理シ
ステムの任意の形態のうちの１つであることができる。一般に、コントローラ４７０は、
一般的な構成要素の中でもとりわけメモリ４７３及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路４７４と
通信する中央処理装置（ＣＰＵ）４７２を含む。ＣＰＵ４７２によって実行されるソフト
ウェア命令は、マルチチャンバ処理プラットホーム４００に、例えば、低ｋエッチングチ
ャンバ４０５内に基板をロードさせ、マルチ動作モードエッチング処理２００を実行させ
、低ｋエッチングチャンバ４０５から基板をアンロードさせる。当該技術分野で知られる
ように、ロボットハンドラ４５０又はロードロックチャンバ４３０の追加のコントローラ
が、複数の低ｋエッチングチャンバ４０５の統合を管理するために提供される。
本明細書内の他の箇所に詳細に記載されたエッチング処理チャンバのうちの１以上は、
ワークピースへの流体（反応種、ガスなど）の分配及び輸送のための従来のシャワーヘッ
ド又は「デュアルゾーン」シャワーヘッド（ＤＺＳＨ）のいずれかを使用することができ
る。ＤＺＳＨの詳細な説明は、譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／８３６，７２６
号に見出すことができるが、図５Ａ及び図５Ｂは、マルチ動作モードプラズマエッチング
チャンバの特定の実施形態で有利に活用することができるＤＺＳＨ５００のいくつかの構
成を示す。図５Ａは、ＤＺＳＨの切り欠き斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａの切り欠き斜
視図の拡大部分を示す。図示のように、ＤＺＳＨ５００は、複数の第１開口部５１４を有
する上部マニホルド５１０と、複数の第２開口部５２４を有する下部マニホルド５３０を
含む。第１流体の流れＦ３は、ＤＺＳＨ５００の下に配置された処理領域に入る前に、開
口部５１４、マニホルド中心の第２開口部５２４、及び底部マニホルド５３０内の第２開
口部５３４を介してシャワーヘッドを通る。第２流体の流れＦ４は、チャネルネットワー
クを介して１以上の第２ガスチャネル５３８へ、及び開口部５４２を介して処理領域へ送
出される。第１流体及び第２流体は、処理領域内へそれぞれ送出されるまでＤＺＳＨ内で
互いに分離されている。このように、第１流体は、励起状態で（例えば、ラジカル又はイ
オン種として）供給することができ、一方第２流体は、未反応及び／又は非励起状態で供
給することができる。
一実施形態では、プラズマエッチングチャンバは、ＤＺＳＨに結合されたプラズマ源を
含む。一実施形態では、「Ｓｉｃｏｎｉエッチング」源を、（アプライドマテリアルズ社
から市販されている）Ｓｉｃｏｎｉエッチング／プレクリーンチャンバから使用すること
ができ、これによって本明細書内に記載される複数の動作モードチャンバのための少なく
とも１つのプラズマを提供する。例えば、Ｓｉｃｏｎｉエッチング源は、イオンミーリン
グ操作（例えば、図１の１１０）を実施する第１容量プラズマ源のうちの少なくとも１つ
と、エッチング操作（例えば、図１の１２０）及び／又は本明細書内に記載されるオプシ
ョンの堆積操作（例えば、図１の１３０）を実施する第２容量結合プラズマ源を提供する
ことができる。
図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、一実施形態に係る、エッチング処理１００（図１）内の各操
作を実行するために、複数の動作モード（状態）に構成されたエッチングチャンバの断面
図を示す。一般に、エッチングチャンバ６０１は、イオンミーリング操作を実施するため
の第１容量結合プラズマ源と、エッチング操作及びオプションの堆積操作を実施するため
の第２容量結合プラズマ源を含む。図６Ａは、一実施形態に係る、改質操作１１０（図１
）を実行するように構成されたエッチングチャンバ６０１の断面図を示す。エッチングチ
ャンバ６０１は、チャック６５０を囲む接地されたチャンバ壁６４０を有する。実施形態
では、チャック６５０は、処理中にチャック６５０の上面にワークピース３０２をクラン
プする静電チャック（ＥＳＣ）であるが、当該技術分野で公知の他のクランプ機構もまた
使用可能である。
チャック６５０は、埋設された熱交換器コイル６１７を含む。例示的な実施形態では、
熱交換器コイル６１７は、１以上の熱伝導流体チャネルを含み、この熱伝導流体チャネル
を、熱伝導流体（例えば、エチレングリコール／水混合物、ガルデン（商標名）又はフロ
リナート（商標名）等）は通過し、これによってチャック６５０の温度及び究極的にはワ
ークピース３０２の温度を制御することができる。
チャック６５０は、高電圧ＤＣ電源６４８に結合されたメッシュ６４９を含み、これに
よってメッシュ６４９は、ワークピース３０２の静電クランプを実施するＤＣバイアス電
位を運ぶことができる。チャック６５０は、第１ＲＦ電源に結合され、そのような一実施
形態では、メッシュ６４９は第１ＲＦ電源に結合され、これによってＤＣ電圧オフセット
及びＲＦ電圧電位は共に、チャック６５０の上面上の薄い誘電体層全面に亘って結合され
る。例示的な実施形態では、第１ＲＦ電源は、第１及び第２ＲＦ発生器６５２、６５３を
含む。ＲＦ発生器６５２、６５３は、当該技術分野で公知の任意の工業的周波数で動作さ
せることができるが、ある典型的な実施形態では、ＲＦ発生器６５２は、有利な指向性を
提供するために、６０ＭＨｚで動作させる。第２ＲＦ発生器６５３もまた提供される場合
は、典型的な周波数は２ＭＨｚである。
チャック６５０がＲＦ給電されることによって、ＲＦリターンパスが第１シャワーヘッ
ド６２５によって提供される。第１シャワーヘッド６２５は、チャックの上方に配置され
、これによって第１シャワーヘッド６２５及びチャンバ壁６４０によって画定された第１
チャンバ領域６８４内に第１供給ガスを分配する。このように、チャック６５０及び第１
シャワーヘッド６２５は、第１チャンバ領域６８４内で第１供給ガスの第１プラズマ６７
０に容量的に電力供給する第１ＲＦ結合電極対を形成する。ＲＦ給電されたチャックの容
量結合に起因するＤＣプラズマバイアス（すなわち、ＲＦバイアス）は、第１プラズマ６
７０からワークピース３０２までイオン束（例えば、第１供給ガスがＡｒの場合は、Ａｒ
イオン）を生成し、これによってイオンミーリングプラズマを提供する（例えば、図２の
操作２２０）。第１シャワーヘッド６２５は、接地されるか、又はチャック６５０の周波
数（例えば１３．５６ＭＨｚ又は６０ＭＨｚ）以外の周波数で動作可能な１以上の発生器
を有するＲＦ源６２８に交互に結合することができる。図示の実施形態では、第１シャワ
ーヘッド６２５は、例えば、コントローラ４２０によって、エッチング処理中に自動的に
制御することができるリレー６２７を介して接地又はＲＦ供給源６２８に選択的に結合さ
れる。
図６Ａに更に図示されるように、エッチングチャンバ６０１は、低処理圧力で高いスル
ープットが可能なポンプスタックを含む。実施形態では、少なくとも１つのターボ分子ポ
ンプ６６５、６６６が、ゲートバルブ６６０を介して第１チャンバ領域６８４に結合され
、第１シャワーヘッド６２５と対向するチャック６５０の下方に配置される。ターボ分子
ポンプ６６５、６６６は、適切なスループットを有する任意の市販のものであることがで
き、特に、第１供給ガスを所望の流量（例えば、Ａｒを５０〜５００ｓｃｃｍ）で、１０
ミリトール未満、好ましくは、５ミリトール未満に処理圧力を適切に維持するような大き
さのものであることができる。図６Ａに図示される実施形態では、チャック６５０は、２
つのターボ分子ポンプ６６５及び６６６の間でセンタリングされた台座の一部を形成する
が、代替の構成では、チャック６５０は、チャック６５０の中心と整列された中心を有す
る単一のターボ分子ポンプによってチャンバ壁６４０から片持ち支持された台座上にあっ
てもよい。
第２シャワーヘッド６１０は、第１シャワーヘッド６２５の上方に配置される。一実施
形態では、処理中に、第１供給ガス源（例えば、アルゴンボトル６９０）は、ガス入口６
７６に結合され、第１供給ガスは、第２シャワーヘッド６１０を貫通して延びる複数の開
口部６８０を通って第２チャンバ領域６８１内へ流され、第１シャワーヘッド６２５を貫
通して延びる複数の開口部６８２を通って第１チャンバ領域６８４内へ流される。開口部
６７８を有する追加の流れ分配器６１５が、エッチングチャンバ６０１の直径全域に亘っ
て第１供給ガス流６１６を更に分配してもよい。一代替実施形態では、第１供給ガスは、
第２チャンバ領域６８１から分離した開口部６８３を介して第１チャンバ領域６８４内に
直接流入する（破線６２３で示される）。例えば、第１シャワーヘッドがＤＺＳＨである
場合、開口部６８３は、図５Ｂの開口部５４２に対応している。
図６Ｂは、一実施形態に係る、図１のエッチング操作１２０を実行するために、図６Ａ
に示された状態から再構成されたエッチングチャンバ６０１の断面図を示す。図示される
ように、二次電極６０５は、第１シャワーヘッド６２５の上方に配置され、第２チャンバ
領域６８１をその間に有する。二次電極６０５は、更に、エッチングチャンバ６０１の蓋
を形成してもよい。二次電極６０５及び第１シャワーヘッド６２５は、誘電体リング６２
０によって電気的に分離しており、第２ＲＦ結合電極対を形成し、これによって第２チャ
ンバ領域６８１内で第２供給ガスの第２プラズマ６９１を容量放電する。有利なことには
、第２プラズマ６９１は、チャック６５０上に大きなＲＦバイアス電位を供給しない。図
６Ｂに図示されるように、第２ＲＦ結合電極対の少なくとも一方の電極が、（図１のエッ
チング操作１２０中に）図２の操作２２０において、エッチングプラズマを励起するため
のＲＦ源に結合される。二次電極６０５は、第２シャワーヘッド６１０に電気的に結合さ
れる。好ましい一実施形態では、第１シャワーヘッド６２５は接地面に結合されるか、又
は浮いており、動作のイオンミーリングモードの間にＲＦ電源６２８によって第１シャワ
ーヘッド６２５を給電可能にもするリレー６２７を介して接地に結合することができる。
第１シャワーヘッド６２５が接地される場合、例えば、１３．５６ＭＨｚ又は６０ＭＨｚ
で動作する１以上のＲＦ発生器を有するＲＦ電源６０８は、他の動作モードの間（例えば
、イオンミーリング操作１１０の間）、第１シャワーヘッド６２５が給電されるならば二
次電極６０５を浮いたままにしておくこともできるのだが、二次電極６０５を接地可能に
もするリレー６０７を介して二次電極６０５に結合される。
第２供給ガス源（例えば、ＮＦ３ボトル６９１）及び水素源（例えば、ＮＨ３ボトル６
９２）は、ガス入口６７６に結合される。このモードでは、第２供給ガスが第２シャワー
ヘッド６１０を通って流れ、第２チャンバ領域６８１内で励起される。その後、反応種（
例えば、ＮＨ４Ｆ）が、第１チャンバ領域６８４に入り、ワークピース３０２と反応する
。更に図示されるように、第１シャワーヘッド６２５がＤＺＳＨである実施形態では、第
２プラズマ６９１によって生成された反応種と反応させるために、１以上の供給ガスを供
給してもよい。そのような一実施形態では、水源６９３を複数の開口部６８３に結合する
ことができる。
一実施形態では、チャック６５０は、第１シャワーヘッド６２５に垂直な方向に距離Δ
Ｈ２に沿って移動可能である。チャック６５０は、ベローズ６５５によって囲まれた作動
機構などの上にあり、これによって（８０℃〜１５０℃又はそれ以上の高温となる）チャ
ック６５０とシャワーヘッド６２５との間の熱伝達を制御する手段として、第１シャワー
ヘッド６２５に近付くように、又は第１シャワーヘッド６２５から遠ざかるように、チャ
ック６５０を移動することができる。このように、第１シャワーヘッド６２５に対して所
定の第１及び第２位置の間でチャック６５０を移動させることによって、ｓｉｃｏｎｉエ
ッチング処理を実施することができる。あるいはまた、チャック６５０は、エッチング処
理中に第１シャワーヘッド３２５による加熱を制御するために、距離ΔＨ１だけチャック
６５０の上面からワークピース３０２を上昇させるリフターを含む。エッチング処理が一
定温度（例えば、約９０〜１１０℃）で実行される他の実施形態では、チャック変位機構
は避けることができる。
コントローラ４２０は、自動的に第１及び第２ＲＦ結合電極対に交互に電力供給するこ
とによって、エッチング処理中に第１及び第２プラズマ６９０及び６９１を交互に励起す
ることができる。
図６Ｃは、一実施形態に係る、図１に示された堆積操作１３０を実行するように再構成
されたエッチングチャンバ６０１の断面図を示す。図示されるように、第３プラズマ６９
２は、第２プラズマ６９１に対して記載した方法のいずれかで実施することができるＲＦ
放電によって第２チャンバ領域６８１内で生成される。第１シャワーヘッド６２５が堆積
中に第３プラズマ６９２を生成するために電力供給される場合、第１シャワーヘッド６２
５は、チャンバ壁に対して電気的に浮くように、誘電体スペーサ６３０によって接地され
たチャンバ壁６４０から分離される。例示的な実施形態では、酸化剤（Ｏ２）供給ガス源
６９４がガス入口６７６に結合される。第１シャワーヘッド６２５がＤＺＳＨである実施
形態では、本明細書内の他の箇所に記載されるケイ素含有前駆体の何れか（例えば、ＯＭ
ＣＴＳ源６９５）は、第１チャンバ領域６８４内に結合され、これによって第２プラズマ
６９２から第１シャワーヘッド６２５を通過する反応種と反応させることができる。ある
いはまた、ケイ素含有前駆体はまた、酸化剤と一緒に、ガス入口６７６を通って流される
。
図７は、一実施形態に係る、改質操作１１０を実行するように構成されたエッチングチ
ャンバ７０１の断面図を示す。図示されるように、エッチングチャンバ７０１は、片持ち
のチャック６６０と、チャック６６０の中心と整列された中心を有する単一のターボポン
プ６６５を有する。更に図示されるように、第１シャワーヘッド６２５は接地され、一方
、チャック６６０及び二次電極６０５は共に、リレー６０７を介して同一のＲＦ源に結合
され、これによって駆動電極をチャック６６０と二次電極６０５の間で、イオンミーリン
グとエッチング操作２１０及び２２０の間で交互に行い、これによって改質及びエッチン
グ操作１１０及び１２０をそれぞれ実行し、プラズマの位置は、チャンバ６０１の文脈で
説明されたように、第１チャンバ領域６８４と第２領域６８１の間で変化する。あるいは
また、ＲＦ源６０８は、独立して、チャック６６０に電力供給するＲＦ源（例えば、１以
上の発生器６５２及び６５３）とは独立した二次電極に電力供給し、プラズマの位置は、
チャンバ６０１の文脈で説明されたように、第１チャンバ領域６８４と第２領域６８１の
間で変化させることができる。
図８Ａは、一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理の改質操作１１０を実行
するように構成されたエッチングチャンバ８０１の断面図を示す。一般に、エッチングチ
ャンバ８０１は、イオンミーリング操作を実施するための第１容量結合プラズマ源と、エ
ッチング操作を実施するリモートプラズマ源と、オプションで、堆積操作を実施する第２
容量結合プラズマ源を含む。
エッチングチャンバ８０１は、チャック６６０と対向する第１シャワーヘッド６２５の
上方に配置されたリモートＲＦプラズマ源８２３を含む。操作のイオンミーリングモード
では、エッチングチャンバ８０１は、実質的にエッチングチャンバ６０１に対して記載し
たように、第１チャンバ領域６８４内に容量結合された第１プラズマ６７０を提供する。
図示の実施形態では、チャック６６０は、第１ＲＦ電源（ＲＦ発生器６５２及び６５３）
に結合され、第１シャワーヘッド６２５は、接地に、又は第１ＲＦ電源６５２、６５３の
周波数以外の周波数で６０８動作可能な１以上のＲＦ発生器を含む第２ＲＦ電源に、リレ
ー６０７Ｂを介して選択的に結合される。第１シャワーヘッド６２５が給電される場合、
第１シャワーヘッド６２５は、チャンバ壁６４０に対して電気的に浮くように誘電体スペ
ーサ６３０によって接地されたチャンバ壁６４０から分離される。第１シャワーヘッド６
２５に電力供給される実施形態では、第２シャワーヘッド６１０及び二次電極６０５は、
第１シャワーヘッド６２５と同電位に電気的に接続することができる。
図８Ｂは、一実施形態に係る、図１に示されたエッチング操作１２０を実行するために
図８Ａに示されたものから再構成されたエッチングチャンバ８０１の断面図を示す。図８
Ｂに示されるように、操作のエッチングモードでは、リモートＲＦプラズマ源８２３は、
ガス入口８２４を通して供給された第２供給ガスの第２プラズマ６９３を放電することが
できる。例示的な一実施形態では、リモートＲＦプラズマ源８２３及び第１シャワーヘッ
ド６２５は共に、コントローラによって制御可能なリレー６０７Ａを介して同じＲＦ電源
８２１に結合され、これによって第１プラズマ６７０とリモートプラズマ６９３に電力を
交互に供給する。リモートプラズマ６９３は、チャック６６０に大きなＲＦバイアス電位
を掛けることなく生成することができる。好ましい一実施形態では、第１シャワーヘッド
６２５は、接地されるか、又は浮いている。第２供給ガス源６９１、６９２（ＮＦ３、Ｎ
Ｈ３）は、ガス注入口８２４に結合され、反応種（例えば、ＮＨ４Ｆ）がその後第１シャ
ワーヘッド６２５を通って流れる。本明細書内の他の箇所に記載されるように、追加の流
れの分配が、第１シャワーヘッド６１０及び／又は流れ分配器６１５によって提供されて
もよい。第１シャワーヘッド６２５がＤＺＳＨを含む一実施形態では、水蒸気６９３が開
口部６９３を通って供給され、これによって開口部６８２を通って第１チャンバ領域６８
４に入る反応種と反応することができる。
図８Ｃは、一実施形態に係る、図１に示された堆積操作１３０を実行するために、図８
Ａ及び８Ｂに示された状態から再構成されたエッチングチャンバ８０１の断面図を示す。
図８Ｃに示されるように、堆積動作モードの間、チャック６６０は、給電されないまま（
例えば、浮いた状態）にすることができる１以上のＲＦ発生器６５２、６５３を含む第１
ＲＦ電源に結合される。第１シャワーヘッド６２５は、ＲＦ発生器６５２の周波数（例え
ば、１３．５６ＭＨｚ）以外の周波数であることが可能な１以上のＲＦ発生器６０８を含
む第２ＲＦ電源に結合される。誘電体スペーサ６３０によって接地されたチャンバ壁６４
０から分離され、更に誘電体スペーサ６２０によって第２シャワーヘッド６０１から分離
された第１シャワーヘッド６２５によって、第１シャワーヘッド６２５へのＲＦ電力は、
（例えば、酸化原料ガス（Ｏ２６９４等）の）第３のプラズマ６９２を第２チャンバ領域
６８１内で生成することができる。例示的な一実施形態では、第１シャワーヘッド６２５
及びリモートＲＦプラズマ源８２３は共に、コントローラ４７０によって制御可能なリレ
ー６０７Ａを介して同じＲＦ電源８２１に結合され、これによってエッチングと堆積（例
えば、それぞれ図１の操作１２０と１３０）の間、第３プラズマ６９２とリモートプラズ
マ６９３に電力を交互に供給する。
コントローラ４２０は、自動的に２つの電源に交互に電力供給することによって、エッ
チング処理中に第１プラズマ６７０及びリモートプラズマ６９３を交互に励起することが
できる。コントローラ４２０は、同様にチャンバ８０１を堆積モードに置くことができる
。
図９Ａは、一実施形態に係る、図１に示された改質操作１１０を実行するように構成さ
れたエッチングチャンバ９０１の断面図を示す。一般に、エッチングチャンバ９０１は、
イオンミーリング操作を実施するための容量結合プラズマ源と、エッチング操作を実施し
、オプションの堆積操作を実施するための電子線源を含む。図９Ａに示されるように、実
質的に本明細書内の他の箇所に記載されるように、第１供給ガス６９０を第１チャンバ領
域６８４内に分配するチャック６５０の上方に配置された第１シャワーヘッド６２５によ
って容量放電が提供される。チャック６６０及び第１シャワーヘッド６２５は、第１供給
ガス（例えばＡｒ）のＲＦプラズマ６７０を容量放電する第１ＲＦ結合電極対を形成する
。
図９Ｂは、一実施形態に係る、図１に示されたエッチング操作１２０を実行するように
再構成されたエッチングチャンバ９０１の断面図を示す。図示されるように、高電圧ＤＣ
電源９４３が、二次電極６０５及び第２シャワーヘッド６１０に結合され、これによって
第１シャワーヘッド６２５の上方に配置されたＤＣ電極対を形成し、これによってＤＣ電
極間のチャンバ領域内にＤＣグロー放電６１８を発生させる。ＤＣ電極対は、誘電体スペ
ーサ６２０によって第１シャワーヘッド６２５から電気的に絶縁されている。第１シャワ
ーヘッド６２５は、更に、誘電体スペーサ６３０によってチャンバ壁６４０から分離され
、これによって第１シャワーヘッド６２５の制御を可能にする。
動作時には、二次電極６０５は、陰極ＤＣ電位（例えば、４−８ｋＶ）にバイアスされ
、一方、第２シャワーヘッド６１０は、陽極電位（例えば、−１００Ｖ〜−２００Ｖ）に
バイアスされる。第１供給ガス（例えば、Ａｒボトル６９０）から生成されたＤＣグロー
放電６１８からの電子は、第２チャンバ領域６８１内の開口部６８０を通過する。第１シ
ャワーヘッド６２５はまた、ＤＣ電源に（例えば、リレーを介して第２シャワーヘッド６
１０に）結合され、二次電極６０５の陰極電位に対して陽極電位に負にバイアスされる。
第１シャワーヘッド６２５への負のバイアスによって、電子は第１シャワーヘッド６２５
を通って、第１チャンバ領域６８４内へ通過することができる。第１シャワーヘッド６２
５は、更にこの目的を推進するための大きな穴を有することができる。このように、「電
子線」源は、供給ガス（例えば、ＤＺＳＨの実施形態では、開口部６８３によって供給さ
れるＮＦ３及びＮＨ３）を第１チャンバ領域６８４内でソフトにイオン化する手段であり
、これによってワークピース３０２に大きなバイアスを掛けることなく、反応性エッチン
グ種（例えば、ＮＨ４Ｆなど）を提供する。
図９Ｂに更に示されるように、チャック６６０は、イオンミーリングモードの間、ＲＦ
源（発生器６５２及び６５３）に結合されると同時に、チャック６６０はまた、エッチン
グ操作と成膜操作のいずれか一方又は両方の間、接地電位又は陰極電位に維持することも
できる。制御可能な可変静電チャック電位９６３は、接地電位と正バイアスの間で供給さ
れ、ＤＣグロー放電６１８からワークピース３０２までの電子束を制御することができる
。更なる一実施形態では、エッチングチャンバ９０１は、第１シャワーヘッド６２５とチ
ャック６６０の間に配置されたシーフ電極９４７を含む。シーフ電極６２５は、可変コン
デンサ９６４を介して接地されており、ワークピース３０５への電子束を更に制御する。
図示されるように、シーフ電極９４７は、第１誘電体スペーサ６３０によって第１シャワ
ーヘッド６２５から絶縁され、第２誘電体スペーサ９３７によって接地されたチャンバ壁
６４０から絶縁された導電リングである。
図９Ｃは、一実施形態に係る、図１に示された堆積操作１３０を実行するように再構成
エッチングチャンバ９０１の断面図を示す。エッチング操作１２０のために使用されるＤ
ＣＤ電源又は第２チャンバ領域６８１内で生成された第２ＲＦプラズマのいずれかが、実
質的に本明細書内の他の箇所に記載されるように、保護層のＰＥＣＶＤ堆積を行うために
用いられる。ＤＣ電源が利用される場合、第２シャワーヘッド６１０から発する電子は、
第１シャワーヘッド６２５及びシリコン含有前駆物質を通過する（例えば、ＯＭＣＴＳ６
９５が開口部６８３を介して供給される）。酸素もまた、開口部６８３によって供給され
、電子束によってイオン化される。
コントローラ４２０は、自動的に２つの電源に交互に電力供給することによって、エッ
チング処理中に第１プラズマ６７０及びＤＣグロー放電６１８を交互に励起することがで
きる。コントローラ４２０は、同様にチャンバ９０１を堆積モードに置くことができる。
更なる一実施形態では、電子束を用いて堆積保護層のインサイチュー硬化を実行するこ
とができ、本質的には電子線硬化型処理を実行する。設置電位と正バイアスの間に設けら
れた制御可能な可変チャック電位９６３は、この目的のためにも、ＤＣグロー放電６１８
からワークピース３０２までの電子束を制御することができる。具体的には、硬化が望ま
れる場合は、ワークピース３０２は、接地電位に置くことができ、硬化が望まれない場合
は、ワークピース３０２は、陰極電位に置くことができる。
図１０は、一実施形態に係る、図１に示されたエッチング処理１００の種々のモードを
実行するように構成されたエッチングチャンバ１００１の断面図を示す。一般に、エッチ
ングチャンバ１００１は、イオンミーリング操作を実行するためのＣＣＰと、エッチング
操作を実行し、オプションの堆積操作を実行するための誘導結合プラズマ源（ＩＰＳ）を
含む。
図１０に示されるように、第１チャンバ領域６８４内の改質操作１１０（図１）のため
のＣＣＰプラズマの文脈で前述されたすべてのチャンバの構成要素は、ＲＦ電極対を形成
するチャック６６０及び第１シャワーヘッド６２５と共に再び提供される。一実施形態で
は、第１シャワーヘッド６２５は、実質的に本明細書内の他の箇所で説明されたように、
電力供給する、電気的に浮遊させる、又は接地することができるＤＺＳＨである。エッチ
ング操作（例えば、図１の１２０）のために、導電コイル１０５２のセットが発生器６０
８を含むＲＦ源に結合され、これによって当該技術分野で公知の任意の方法で誘導結合プ
ラズマ６９２を生成する。第１シャワーヘッドのＤＺＳＨの実施形態において、大きなサ
イズの穴と組み合わせたＩＣＰ源は、誘電蓋１００６を貫通して導入される供給ガス（例
えば、ＮＦ３６９１及びＮＨ３６９２）の効率的なイオン化を可能にする。
コントローラ４２０は、自動的に２つの電源に交互に電力供給することによって、エッ
チング処理中に第１プラズマ６７０及びＩＣＰプラズマ６９２を交互に励起することがで
きる。コントローラ４２０は、同様にチャンバ１００１を堆積モードに置くことができる
。
上記の説明は、例示であって限定的なものではないことを意図していることを理解すべ
きである。更に、詳細に記載されているもの以外の多くの実施形態が、上記の説明を読み
、理解することにより、当業者には明らかであろう。本発明は特定の例示的な実施形態を
参照して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことが認識されるであろうが
、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で修正及び変更して実施することができる。し
たがって、本発明の範囲は、そのような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲と
共に、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。

Claims (48)

  1. 誘電体フィルムをエッチングする方法であって、
    ワークピースをエッチングチャンバ内にロードする工程と、
    第１チャンバ領域内で励起された第１ソースガスの容量結合プラズマからの非反応性イオンの低エネルギー束をワークピースに衝突させることによってワークピース上に配置された誘電体膜の上部厚さを改質する工程と、
    チャンバの第２領域内で励起された第２ソースガスのプラズマによって生成された反応種にワークピースを曝露させることによって、上部厚さの下に配置された誘電体膜全域にわたって誘電体膜の改質された上部厚さを選択的にエッチングする工程と、
    エッチングプロセスの終了基準を満たすまで改質とエッチングの両方を周期的に繰り返す工程と、
    ワークピースをエッチングチャンバからアンロードする工程とを含む方法。
  2. 誘電体は炭素を含み、改質する工程は、誘電体膜の上部厚さ内で炭素含有量を低減させる工程を含む、請求項１記載の方法。
  3. 第１チャンバ領域は、ワークピースを支持するチャックと第１シャワーヘッドとの間にあり、第２チャンバ領域は、チャックと対向するシャワーヘッドの上方に配置される、請求項１記載の方法。
  4. 容量結合プラズマは、チャックをＲＦ源で駆動し、ワークピースにＲＦバイアス電位を提供することによって生成される、請求項３記載の方法。
  5. 第２ソースガスのプラズマは、容量ＲＦ放電、ＤＣ放電、又は誘導ＲＦ放電を含む、請求項４記載の方法。
  6. 第２チャンバ領域内に第３ソースガスから酸化プラズマを生成させ、第１チャンバ領域内でケイ素含有前駆体を酸化プラズマからの反応種と反応させることによって、誘電体膜のエッチングされた側壁上に保護層を堆積させる工程を含む、請求項１記載の方法。
  7. 保護層を堆積させる工程は、所定の回数の改質及びエッチングサイクルの後に、ワークピース上に炭素ドープ酸化ケイ素を周期的に堆積させる工程を含む、請求項６記載の方法。
  8. 第１ソースガスは、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウムのうちの少なくとも１つを含み、第２ソースガスは、少なくともＮＦ３及び水素源を含む、請求項１記載の方法。
  9. ワークピースは、エッチングの間、少なくとも８０℃の所定の高温に制御される、請求項５記載の方法。
  10. ワークピースは、全エッチング処理の間、所定の高温に維持される、請求項９記載の方法。
  11. エッチング処理中にワークピースを支持するチャックと、
    チャックの上方に配置され、第１チャンバ領域内へ第１供給ガスを分配する第１シャワーヘッドであって、チャック及び第１シャワーヘッドは、第１シャワーヘッドとチャックの間の第１チャンバ領域内に第１供給ガスの第１プラズマを容量的に励起させるための第１ＲＦ結合電極対を形成する第１シャワーヘッドと、
    チャックと対向する第１シャワーヘッドの上方に配置され、第１シャワーヘッドから電気的に分離された二次電極であって、二次電極と第１シャワーヘッドは、第１シャワーヘッドと二次電極の間の第２チャンバ領域内に第２供給ガスの第２プラズマを容量的に放電するための第２ＲＦ結合電極対を形成する二次電極とを含み、第２ＲＦ結合電極対は、第１ＲＦ結合電極対から独立して動作可能であるプラズマエッチングチャンバ。
  12. 第１及び第２ＲＦ結合電極対に自動的に交互に電力供給することによって、エッチング処理中に第１及び第２プラズマを交互に励起するためのコントローラを含む、請求項１１記載のプラズマエッチングチャンバ。
  13. 二次電極は、第１及び第２供給ガスを第２チャンバ領域内へ分配するための第２シャワーヘッドであり、第１シャワーヘッドは更に、第１供給ガスを、又は第２プラズマからの反応種を、第１チャンバ領域へ導く、請求項１１記載のプラズマエッチングチャンバ。
  14. 第１シャワーヘッドは、接地面に結合され、チャック及び二次電極はそれぞれ、１以上のＲＦ発生器を含むＲＦ電源に結合される、請求項１２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  15. チャック及び二次電極は共に、コントローラによって切替可能なリレーを介して同じＲＦ電源に結合されている、請求項１４記載のプラズマエッチングチャンバ。
  16. チャックは、１以上のＲＦ発生器を含む第１ＲＦ電源に結合されており、第１シャワーヘッドは、接地面と、第１ＲＦ電源の周波数以外の周波数で動作可能な１以上のＲＦ発生器を含む第２ＲＦ電源の両方にリレーを介して選択可能に結合されており、リレーはコントローラによって制御可能である、請求項１４記載のプラズマエッチングチャンバ。
  17. 二次電極から第１シャワーヘッドを電気的に絶縁する第１誘電体リングと、チャックを囲む接地チャンバ壁から第１シャワーヘッドを電気的に絶縁する第２誘電体リングとを含む、請求項１６記載のプラズマエッチングチャンバ。
  18. チャックは、第１シャワーヘッドに対して垂直な方向に移動可能である、又はチャックは、エッチング処理中に第１シャワーヘッドによるワークピースの加熱を制御するために、チャックからワークピースを上昇させるリフターを含む、請求項１１記載のプラズマエッチングチャンバ。
  19. 第１シャワーヘッドは、第１及び第２チャンバ領域を流体結合する第１の複数の開口部と、第１チャンバ領域を第２チャンバ領域から分離された流体源に流体結合する第２の複数の開口部とを有するデュアルゾーンシャワーヘッドである、請求項１１記載のプラズマエッチングチャンバ。
  20. 第１チャンバ領域に結合され、第１シャワーヘッドと対向するチャックの下方に配置された少なくとも１つのターボ分子ポンプを含む、請求項１１記載のプラズマエッチングチャンバ。
  21. チャックは、チャックの中心と整列された中心を有する単一のターボ分子ポンプによってチャンバ壁から片持ち支持されている、請求項２０記載のプラズマエッチングチャンバ。
  22. エッチング処理中にワークピースを支持するチャックと、
    チャックの上方に配置され、第１チャンバ領域内へ第１供給ガスを分配する第１シャワーヘッドであって、チャック及び第１シャワーヘッドは、第１シャワーヘッドとチャックの間の第１チャンバ領域内に第１供給ガスの第１プラズマを容量的に励起させ、チャック上にＲＦバイアス電位を供給するための第１ＲＦ結合電極対を形成する第１シャワーヘッドと、
    チャックと対向する第１シャワーヘッドの上方に配置され、第１シャワーヘッドから電気的に分離されたリモートＲＦプラズマ源であって、チャック上にＲＦバイアス電位を供給することなく、リモートプラズマ源内で第２供給ガスの第２プラズマを放電するためのリモートＲＦプラズマ源とを含み、リモートＲＦプラズマ源は、第１ＲＦ結合電極対から独立して動作可能であるプラズマエッチングチャンバ。
  23. 第１ＲＦ結合電極対及びリモートＲＦプラズマ源に自動的に交互に電力供給することによって、エッチング処理中に第１及び第２プラズマを交互に励起するためのコントローラを含む、請求項２２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  24. チャック及びリモートプラズマ源はそれぞれ、１以上のＲＦ発生器を含むＲＦ電源に結合される、請求項２３記載のプラズマエッチングチャンバ。
  25. チャックは、１以上のＲＦ発生器を含む第１ＲＦ電源に結合されており、第１シャワーヘッドは、第１ＲＦ電源の周波数とは異なる周波数で動作可能な１以上のＲＦ発生器を含む第２ＲＦ電源に結合されており、第１シャワーヘッドは、誘電体スペーサによって接地されたチャンバ壁から絶縁しており、これによってチャンバ壁に対して電気的に浮いている、請求項２４記載のプラズマエッチングチャンバ。
  26. 第１シャワーヘッド及びリモートＲＦプラズマ源は共に、コントローラによって制御可能なリレーを介して第２ＲＦ電源に結合される、請求項２５記載のプラズマエッチングチャンバ。
  27. リモートＲＦプラズマ源と第１シャワーヘッドの間に配置された第２シャワーヘッドを含み、第２シャワーヘッドは、ＲＦプラズマ源によって生成されるエッチング種を分配する、請求項２２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  28. 第１シャワーヘッドは、第１チャンバ領域及びリモートプラズマ源を流体結合する第１の複数の開口部と、第１チャンバ領域をリモートプラズマ源から分離された流体源に流体結合する第２の複数の開口部とを有するデュアルゾーンシャワーヘッドである、請求項２２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  29. 第１チャンバ領域に結合され、第１シャワーヘッドと対向するチャックの下方に配置された少なくとも１つのターボ分子ポンプを含む、請求項２２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  30. チャックは、チャックの中心と整列された中心を有する単一のターボ分子ポンプによってチャンバ壁から片持ち支持されている、請求項２９記載のプラズマエッチングチャンバ。
  31. チャックは、第１シャワーヘッドに対して垂直な方向に移動可能である、又はチャックは、エッチング処理中に第１シャワーヘッドによるワークピースの加熱を制御するために、チャックからワークピースを異なる所定の量まで上昇させるリフターを含む、請求項２２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  32. エッチング処理中にワークピースを支持するチャックと、
    チャックの上方に配置され、第１チャンバ領域内へ第１供給ガスを分配する第１シャワーヘッドであって、チャック及び第１シャワーヘッドは、第１シャワーヘッドとチャックの間の第１チャンバ領域内に第１供給ガスのＲＦプラズマを容量的に放電させ、チャック上にＲＦバイアス電位を供給するための第１ＲＦ結合電極対を形成する第１シャワーヘッドと、
    第１シャワーヘッドの上方に配置され、ＤＣプラズマ放電を第１チャンバ領域の上方に生成する鉛直方向に積まれた電極対に結合された単一の高電圧ＤＣ電源であって、電極対は誘電体スペーサによって第１シャワーヘッドから電気的に絶縁されており、第１シャワーヘッドはＤＣ電源結合電極の陰極に対して陽極電位に負にバイアスが掛けられている高電圧ＤＣ電源とを含むプラズマエッチングチャンバ。
  33. 第１ＲＦ結合電極対及びＤＣ電源結合電極対に自動的に交互に電力供給することによって、エッチング処理中にＲＦ及びＤＣプラズマを交互に励起するためのコントローラを含む、請求項３２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  34. ＤＣ電源結合電極の陽極は、ＤＣプラズマ放電から電子を通過させる開口部を有する第２シャワーヘッドであり、第１シャワーヘッドは更に、第１供給ガスを導く、又は第１チャンバ領域へ電子を通過させる、請求項３２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  35. チャックは、接地電位と正バイアスの間の制御可能なＤＣ電位を有し、これによってＤＣプラズマからワークピースまでの電子束を制御する、請求項３２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  36. 第１シャワーヘッドとチャックの間に配置されたシーフ電極を含み、シーフ電極は可変コンデンサを介して接地され、これによってＤＣプラズマからワークピースまでの電子束を制御する、請求項３５記載のプラズマエッチングチャンバ。
  37. シーフ電極は、第１誘電体スペーサによって第１シャワーヘッドから絶縁され、第２誘電体スペーサによって設置されたチャンバ壁から絶縁された導電リングを含む、請求項３６記載のプラズマエッチングチャンバ。
  38. 第１シャワーヘッドは、ＤＣプラズマ放電からの電子を通過させるための第１の複数の開口部と、第１チャンバ領域をＤＣプラズマ放電から分離された流体源に流体結合する第２の複数の開口部とを有するデュアルゾーンシャワーヘッドである、請求項３２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  39. チャックは、第１シャワーヘッドに対して垂直な方向に移動可能であり、エッチング処理中に第１シャワーヘッドによるワークピースの加熱を制御する、請求項３２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  40. 第１チャンバ領域に結合され、第１シャワーヘッドと対向するチャックの下方に配置された少なくとも１つのターボ分子ポンプを含む、請求項３２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  41. チャックは、チャックの中心と整列された中心を有する単一のターボ分子ポンプによってチャンバ壁から片持ち支持されている、請求項４０記載のプラズマエッチングチャンバ。
  42. エッチング処理中にワークピースを支持するチャックと、
    チャックの上方に配置され、第１チャンバ領域内へ第１供給ガスを分配する第１シャワーヘッドであって、チャック及び第１シャワーヘッドは、第１シャワーヘッドとチャックの間の第１チャンバ領域内に第１供給ガスのＲＦプラズマを容量的に放電させ、チャック上にＲＦバイアス電位を供給するための第１ＲＦ結合電極対を形成する第１シャワーヘッドと、
    エッチングチャンバの誘電体チャンバ蓋の上方に配置され、誘電体チャンバ蓋と第１シャワーヘッドの間に配置された第２チャンバ領域内に誘導結合プラズマ放電を生成するためにＲＦ電源に結合された導電コイルとを含み、導電コイルのＲＦ源は、第１ＲＦ結合電極対から独立して制御可能であるプラズマエッチングチャンバ。
  43. 第１ＲＦ結合電極対及び導電コイルに自動的に交互に電力供給することによって、エッチング処理中に容量結合及び誘導結合プラズマを交互に励起するためのコントローラを含む、請求項４２記載のプラズマエッチングチャンバ。
  44. 第１シャワーヘッドは、第２チャンバ領域から第１チャンバ領域に反応種を通過させるための第１の複数の開口部と、第１チャンバ領域を第２チャンバ領域から分離された流体源に流体結合する第２の複数の開口部とを有するデュアルゾーンシャワーヘッドである、請求項４３記載のプラズマエッチングチャンバ。
  45. チャックは、１以上のＲＦ発生器を含む第１ＲＦ電源に結合されており、第１シャワーヘッドは、第１ＲＦ電源の周波数とは異なる周波数で動作可能な１以上のＲＦ発生器を含む第２ＲＦ電源に結合されており、第１シャワーヘッドは、誘電体スペーサによって接地されたチャンバ壁から絶縁しており、これによってチャンバ壁に対して電気的に浮いている、請求項４３記載のプラズマエッチングチャンバ。
  46. チャックは、第１シャワーヘッドに対して垂直な方向に移動可能であり、エッチング処理中に第１シャワーヘッドによるワークピースの加熱を制御する、請求項４３記載のプラズマエッチングチャンバ。
  47. 第１チャンバ領域に結合され、第１シャワーヘッドと対向するチャックの下方に配置された少なくとも１つのターボ分子ポンプを含む、請求項４５記載のプラズマエッチングチャンバ。
  48. チャックは、チャックの中心と整列された中心を有する単一のターボ分子ポンプによってチャンバ壁から片持ち支持されている、請求項４５記載のプラズマエッチングチャンバ。
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