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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-29
(54)【発明の名称】低周波バイアスパルスを用いたプラズマ処理方法
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20230322BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20230322BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20230322BHJP
C23C 16/505 20060101ALI20230322BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/31 C
H01L21/302 101C
H05H1/46 A
C23C16/505
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022547951
(86)(22)【出願日】2020-11-17
(85)【翻訳文提出日】2022-10-04
(86)【国際出願番号】 US2020060837
(87)【国際公開番号】W WO2021158272
(87)【国際公開日】2021-08-12
(31)【優先権主張番号】16/785,260
(32)【優先日】2020-02-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】514028776
【氏名又は名称】トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】ランジャン，アロック
(72)【発明者】
【氏名】ヴェンツェク，ピーター
(72)【発明者】
【氏名】大秦 充敬
【テーマコード（参考）】
2G084
4K030
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084AA05
2G084BB02
2G084CC12
2G084CC13
2G084CC16
2G084HH05
2G084HH25
2G084HH56
4K030FA01
4K030FA03
4K030FA04
4K030GA02
4K030JA11
4K030JA16
4K030JA18
4K030KA30
4K030LA15
5F004AA16
5F004BB12
5F004BB13
5F004BB22
5F004BD04
5F004CA03
5F004CA06
5F004CA08
5F004DA00
5F004DA01
5F004DA23
5F004DA26
5F004DB01
5F045AA08
5F045DP02
5F045EH02
(57)【要約】
プラズマ処理方法が、ソース電力（ＳＰ）結合要素に第１のＳＰパルス持続時間だけ第１のＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることと、処理チャンバに配置された基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重なる高周波バイアス電力（ＨＢＰ）パルス持続時間だけＨＢＰパルスを供給することと、基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重ならない第１の低周波バイアス電力（ＬＢＰ）パルス持続時間だけ第１のＬＢＰパルスを供給することとを含む。ＨＢＰパルスは、８００ｋＨｚよりも高いＨＢＰパルス周波数を含む。第１のＬＢＰパルスは、約８００ｋＨｚよりも低いＬＢＰパルス周波数を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ソース電力結合要素（ＳＰ結合要素）に第１のＳＰパルス持続時間だけ第１のＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることと、前記処理チャンバに配置された基板ホルダに前記第１のＳＰパルス持続時間の少なくとも一部分と重なる高周波バイアス電力パルス持続時間（ＨＢＰパルス持続時間）だけＨＢＰパルスを供給することであって、前記ＨＢＰパルスが８００ｋＨｚよりも高いＨＢＰパルス周波数を含む、ことと、
前記基板ホルダに前記第１のＳＰパルス持続時間と重ならない第１の低周波バイアス電力パルス持続時間（第１のＬＢＰパルス持続時間）だけ第１のＬＢＰパルスを供給することであって、前記第１のＬＢＰパルスが約８００ｋＨｚよりも低いＬＢＰ周波数を含む、ことと
を含む、プラズマ処理方法。
【請求項2】
前記ＨＢＰパルス持続時間が、前記第１のＳＰパルス持続時間と前記第１のＬＢＰパルス持続時間との両方に完全に重なる、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項3】
前記ＨＢＰパルス持続時間が、前記第１のＳＰパルス持続時間と完全に重なり、前記第１のＳＰパルス持続時間に等しい、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項4】
前記第１のＳＰパルス持続時間の後、前記ＳＰ結合要素に前記第１のＬＢＰパルス持続時間の少なくとも一部分と重なる第２のＳＰパルス持続時間だけ第２のＳＰパルスを供給することであって、前記第１のＳＰパルスが第１のＳＰパルス電力を含み、
前記第２のＳＰパルスが前記第１のＳＰパルス電力よりも小さい第２のＳＰパルス電力を含む、こと
を更に含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項5】
前記第１のＳＰパルス持続時間が約２０μｓであり、前記第１のＬＢＰパルス持続時間が約８０μｓである、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項6】
前記第１のＬＢＰパルス持続時間の後、前記ＳＰ結合要素に第２のＳＰパルス持続時間だけ第２のＳＰパルスを供給することと、前記基板ホルダに前記第２のＳＰパルス持続時間と重ならない第２のＬＢＰパルス持続時間だけ第２のＬＢＰパルスを供給することと
を更に含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項7】
前記第１のＬＢＰパルス持続時間の後、前記ＳＰ結合要素にＳＰを、また前記基板ホルダにＬＢＰを遅延持続時間だけ供給しないことであって、前記第２のＳＰパルスが前記遅延持続時間の後に供給される、こと
を更に含む、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項8】
前記ＨＢＰパルス持続時間が、前記第１のＳＰパルス持続時間及び前記第１のＬＢＰパルス持続時間に完全に重なり、且つ前記遅延持続時間に少なくとも部分的に重なり、前記ＨＢＰパルスが前記第１のＬＢＰパルスのＬＢＰパルス電力よりも小さいＨＢＰ電力を含む、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項9】
ソース電力結合要素（ＳＰ結合要素）に第１のＳＰパルス持続時間だけ第１のＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることと、前記処理チャンバに配置された基板ホルダに前記第１のＳＰパルス持続時間と重ならない第１のバイアス電力パルス持続時間（第１のＢＰパルス持続時間）の間、複数のＢＰパルスを供給することであって、前記複数のＢＰパルスのそれぞれが、約８００ｋＨｚよりも低いＢＰパルス周波数、及び約１０μｓよりも短いＢＰパルス持続時間を含む、ことと
を含む、プラズマ処理方法。
【請求項10】
前記基板ホルダに前記ＳＰパルス持続時間と重なる第２のＢＰパルス持続時間だけ高周波バイアス電力パルス（ＨＢＰパルス）を供給することであって、前記ＨＢＰパルスが８００ｋＨｚよりも高い周波数を含む、ことを更に含む、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項11】
前記第２のＢＰパルス持続時間が、前記ＳＰパルス持続時間と完全に重なり、前記ＳＰパルス持続時間に等しい、請求項１０に記載のプラズマ処理方法。
【請求項12】
前記第１のＢＰパルス持続時間の後、前記ＳＰ結合要素に第２のＳＰパルス持続時間だけ第２のＳＰパルスを供給することと、前記基板ホルダに前記第２のＳＰパルス持続時間と重ならない第２のＢＰパルス持続時間だけ第２の複数のＢＰパルスを供給することと
を更に含む、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項13】
前記複数のＢＰパルスのそれぞれが単一の直流パルス（ＤＣパルス）である、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項14】
前記複数のＢＰパルスの一部分が正のＤＣパルスであり、前記複数のＢＰパルスの残りの部分が負のＤＣパルスである、請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項15】
前記複数のＢＰパルスのそれぞれが、約１μｓよりも短いＢＰパルス持続時間を含む、請求項９に記載のプラズマ処理方法。
【請求項16】
処理チャンバと、前記処理チャンバにおいてプラズマを発生させるように構成されたソース電力結合要素（ＳＰ結合要素）と、
前記ＳＰ結合要素に結合され、前記ＳＰ結合要素に高周波電力（ＲＦ電力）を供給するように構成されたＳＰ電力供給ノードと、
前記処理チャンバに配置された基板ホルダと、
前記基板ホルダに結合され、前記基板ホルダに第１の直流バイアス電力（第１のＤＣバイアス電力）を供給するように構成された第１のバイアス供給ノード（第１のＢＰ供給ノード）であって、前記第１のＤＣバイアス電力が約８００ｋＨｚよりも低い第１のＢＰ周波数を含む、第１のバイアス電力供給ノード（第１のＢＰ供給ノード）と、
前記基板ホルダに結合され、前記基板ホルダに第２のＤＣバイアス電力を供給するように構成された第２のＢＰ供給ノードであって、前記第２のＤＣバイアス電力が８００ｋＨｚよりも高い第２のＢＰ周波数を含む、第２のＢＰ供給ノードと
を備える、プラズマ処理装置。
【請求項17】
前記第１のＢＰ周波数が約４００ｋＨｚである、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項18】
前記第２のＢＰ周波数が約１３ＭＨｚである、請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項19】
前記ＳＰ結合要素が、前記処理チャンバの外部に配置されたヘリカル共振器であり、前記処理チャンバにおいて誘導結合プラズマを発生させるように構成され、前記ＲＦ電力が、約２７ＭＨｚに等しいＲＦ電力周波数を含む、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項20】
前記第１のＢＰ供給ノード及び前記第２のＢＰ供給ノードが、前記基板ホルダに前記第１のＤＣバイアス電力及び前記第２のＤＣバイアス電力を同時に供給するよう構成される、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年２月７日に出願された米国特許出願第１６／７８５，２６０号明細書に対する優先権及びその出願日の利益を主張するものであり、同米国特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年２月７日に出願された米国特許出願第１６／７８５，２６０号明細書に対する優先権及びその出願日の利益を主張するものであり、同米国特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、一般にプラズマ処理に関し、特定の実施形態では、低周波バイアスパルスを用いたプラズマ処理方法、装置、及びシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
マイクロエレクトロニクス加工対象物内のデバイス形成は、基板上でのいくつかの材料層の形成、パターニング、及び除去を含む一連の製造技法を伴い得る。現在及び次世代の半導体デバイスの物理的及び電気的仕様を達成するために、構造的完全性を維持しつつ、フィーチャ寸法を減少させることを可能にする処理フローが様々なパターニングプロセスにとって望ましい。デバイス構造が高密度化し、垂直方向に展開するにつれて、精密材料処理の必要性がますます切実になっている。
【0004】
プラズマプロセスは、一般に、マイクロエレクトロニクス加工対象物においてデバイス、配線、及び接点を形成するために使用される。プラズマプロセスは、フロントエンドオブライン（ＦＥＯＬ）、ミドルオブライン（ＭＯＬ）、及びバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）など、様々な処理段階で使用される。例えば、プラズマエッチング及びプラズマ堆積は、半導体デバイス製作中の一般的なプロセス工程である。プラズマを発生させ、方向付けるために、結合要素に印加されるソース電力（ＳＰ）と基板ホルダに印加されるバイアス電力（ＢＰ）との組み合わせが使用され得る。ＳＰは、プラズマ温度を上昇させるプラズマを発生させるために使用され得る。同様に、ＢＰは、プラズマ種に速度を付与するために使用され得る。しかしながら、従来のプラズマプロセスは、これらの影響を互いに切り離すのに苦労しており、結果としてプロセスの制御及び精度が損なわれた。したがって、ＳＰの影響とＢＰの影響とを切り離すプラズマ処理方法が望ましい場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態によれば、プラズマ処理方法が、ＳＰ結合要素に第１のＳＰパルス持続時間だけ第１のＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることと、処理チャンバに配置された基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重なる高周波ＢＰパルス持続時間だけ高周波ＢＰパルスを供給することと、基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重ならない第１の低周波ＢＰパルス持続時間だけ第１の低周波ＢＰパルスを供給することとを含む。高周波ＢＰパルスは、８００ｋＨｚよりも高い高周波ＢＰパルス周波数を含む。第１の低周波ＢＰパルスは、約８００ｋＨｚよりも低い低周波ＢＰパルス周波数を含む。
【0006】
本発明の別の実施形態によれば、プラズマ処理方法が、ＳＰ結合要素に第１のＳＰパルス持続時間だけ第１のＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることと、処理チャンバに配置された基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重ならない第１のＢＰパルス持続時間の間、複数のＢＰパルスを供給することとを含む。複数のＢＰパルスのそれぞれが、約８００ｋＨｚよりも低いＢＰパルス周波数、及び約１０μｓよりも短いＢＰパルス持続時間を含む。
【0007】
本発明の更に別の実施形態によれば、プラズマ処理装置が、処理チャンバと、処理チャンバにおいてプラズマを発生させるように構成されたＳＰ結合要素と、ＳＰ結合要素に結合され、ＳＰ結合要素に高周波（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）電力を供給するように構成されたＳＰ電力供給ノードと、処理チャンバに配置された基板ホルダとを備える。プラズマ処理装置は、基板ホルダに結合され、基板ホルダに第１の直流バイアス電力を供給するように構成された第１のＢＰ供給ノードと、基板ホルダに結合され、基板ホルダに第２の直流バイアス電力を供給するように構成された第２のＢＰ供給ノードとを更に備える。第１の直流バイアス電力は、約８００ｋＨｚよりも低い第１のＢＰ周波数を含む。第２の直流バイアス電力は、８００ｋＨｚよりも高い第２のＢＰ周波数を含む。
【0008】
本発明及びその利点をより完全に理解するために、ここで、添付図面と併せて読まれるべき以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態による、例としてのプラズマ処理方法の概略タイミング図、並びにＢＰパルス周波数及びＢＰパルス持続時間の結合に対する影響の対応する定性グラフを示す。
【図2】本発明の実施形態による、別の例としてのプラズマ処理方法の概略タイミング図、イオン密度及び基板における電位の対応する定性グラフ、並びに基板において生じ得る高周波ＢＰパルスの影響の概略図を示す。
【図3】本発明の実施形態による、更に別の例としてのプラズマ処理方法の概略タイミング図、並びにイオン密度及び基板における電位の対応する定性グラフを示す。
【図4】本発明の実施形態による、様々なプラズマ処理方法の概略タイミング図を示す。
【図5】本発明の実施形態による、いくつかのプラズマ処理方法の概略タイミング図、並びに電子密度及びイオンフラックスの対応する定性グラフを示す。
【図6】本発明の実施形態による、例としてのプラズマ処理システムの概略ブロック図を示す。
【図7】本発明の実施形態による、例としてのプラズマ処理方法を示す。
【図8】本発明の実施形態による、別の例としてのプラズマ処理方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
異なる図中の対応する数字及び記号は、特段の指示のない限り、対応する部分を概して参照する。図面は、実施形態の関連する態様を明確に示すように描かれており、必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。図面に描かれる特徴の端部は、特徴の範囲の終端を必ずしも示していない。
【0011】
様々な実施形態を作成すること及び使用することについて、以下に詳述する。しかしながら、本明細書で説明される様々な実施形態は、多様な具体的な文脈において適用可能であると理解されたい。論じられる具体的な実施形態は、様々な実施形態を作成及び使用する具体的な方法を単に例示するものであり、限定された範囲において解釈されるべきではない。
【0012】
プラズマ特性の制御は、プラズマ処理方法（例えば、プラズマエッチング及びプラズマ堆積）を実施する際に重要であり得る。処理チャンバに適切なタイミングでソース電力及びバイアス電力を供給するパルス化技法を利用することにより、更なる制御が実現され得る。ＳＰパルス及び／又はＢＰパルスを含む技法は、高度パルス化技法（ＡＰＴ）と場合により呼ばれ得る。ＡＰＴは、印加電力の形状及びタイミングを制御するために１つ又は複数の波形発生器及びコントローラを使用して実装され得る。
【0013】
特に、例えば、ＡＰＴは、大まかに定義された２つ以上のフェーズを含むパルスの周期的パルスシーケンスとして実装され得る。第１のフェーズ（例えば、ＳＰフェーズ又はプラズマ発生フェーズ）では、イオン及びラジカルを含む高密度プラズマを発生させるために、結合要素（例えば、ヘリカル共振器のコイル）にＳＰパルスが印加され得る。第２のフェーズ（例えば、ＢＰフェーズ又はイオン加速フェーズ）では、イオンにエネルギーを結合させ、基板ホルダによって支持された基板に向けてイオンを方向付けるために、基板ホルダに１つ又は複数のＢＰパルスが印加され得る。処理チャンバ内の副生成物の制御を可能にするために、ＳＰ及び／又はＢＰがオフの状態である第３のフェーズが利用されてもよい（例えば、オフフェーズ又は副生成物管理フェーズ）。
【0014】
ＳＰは、高周波（ＲＦ）帯（例えば、高周波（ＨＦ）、超高周波（ＶＨＦ）など）の交流（ＡＣ）電力として供給され得る。ＢＰは、直流（ＤＣ）電力（例えば、連続ＤＣ電力、パルスＤＣ電力、バイポーラＤＣ電力など）又はＡＣ電力（例えば、ＨＦ、中波（ＭＦ）、低周波（ＬＦ）、超低周波（ＶＬＦ）など）として供給され得る。
【0015】
従来のプラズマ処理方法は、ＳＰとＢＰとの両方をＨＦ帯で印加する。しかしながら、ＢＰパルスによってプラズマ中のイオンに付与されるエネルギーは、ＢＰフェーズ中にＳＰが存在しないにもかかわらず、最小限であり得る。ＢＰ周波数が２ＭＨｚ（つまり、ＭＦ帯）であっても、基板表面に到達するイオンのバルクは熱平衡近傍であり得る（つまり、垂直方向速度を無視できる／イオン角度が大きい状態）。例えば、約６４５ｋＨｚ超のＢＰ周波数は、プラズマの電子温度Ｔｅを上昇させ、ＢＰフェーズ中に寄生プラズマを発生させ得る。寄生プラズマの発生は、イオンの垂直性の欠如に寄与し得る。これは、大きなバイアス電圧及び大きなシースにより、イオンエネルギーの大部分が衝突で失われ得るためである。
【0016】
基板ホルダにＢＰパルスを印加する場合、ＳＰ結合要素（例えば、誘導コイル）は、基板ホルダを介して基板に結合された電力の低周波帰路として機能し得る。低周波ＢＰパルスは、高周波ＢＰパルスと比較して、プラズマの構造を変化させ得る。コイルにおける少量のＬＦ電力によって、プラズマは敏感に影響を受け得る。例えば、ＢＰが増加すると、プラズマ密度（例えば、ｎｅ）は上昇するが、ｎｅの立ち上がり時間及び立ち下がり時間は両方とも減少し得る。加えて、ＳＰがＢＰに対して増加すると、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が減少し得るが、ｎｅは実質的に影響を受けない。
【0017】
ＢＰの印加に対するプラズマ特性の感度に起因して、幅広い条件によって、寄生プラズマが発生し、プラズマ発生とイオン加速との間の切り離しが破壊され得る。ＢＰが増加すると、イオンエネルギー（すなわち、イオン温度）もまた望ましくないほどに上昇して、結果として、基板表面に寄生プラズマが発生するまで、イオン密度分布が基板に向かって大きくなり得る。具体的な例として、塩素（例えば、Ｃｌ２）を添加したアルゴン（Ａｒ）プラズマを含む系では、８００ｋＨｚで５００ＶのＢＰ電圧で寄生プラズマが発生し得る。
【0018】
様々な実施形態において、本明細書で説明されるプラズマ処理方法は、処理チャンバにＳＰ及びＢＰを異なる周波数で供給することを含む。例えば、ＳＰパルスがＳＰ結合要素に印加されて、処理チャンバにおいてプラズマを発生させてもよく、低周波ＢＰ（ＬＢＰ）パルスが基板ホルダに印加されてもよい。ＬＢＰパルスは、例えば、約８００ｋＨｚよりも低い周波数を有してもよい。また、任意選択で、高周波ＢＰ（ＨＢＰ）パルスが印加されてもよい。例えば、ＨＢＰパルスは、例えば約１３ＭＨｚなど、８００ｋＨｚよりも高い周波数を有してもよい。任意選択で、ＬＢＰパルスのそれぞれが、ＳＰパルスの後に供給される短い持続時間の複数のＢＰパルスとして印加されてもよい。例えば、複数のＢＰパルスのそれぞれの継続時間は、例えば約１０μｓよりも短くてもよい。
【0019】
実施形態としてのプラズマ処理方法は、好都合なことに、プラズマの発生を印加されるＢＰから切り離すことができる。例えば、有益なことに、ＳＰとＢＰとは切り離されて、制御を強化し、複雑さを低減することができる。換言すれば、ソースとバイアスとの間のクロストークを低減又は排除することができる。本明細書で説明されるプラズマ処理方法はまた、好都合なことに、結果として、略垂直なイオン速度Ｖ⊥（すなわち、基板表面に対して垂直／小さいイオン角度）、プラズマの加熱（例えば、Ｔｅ）又は発生がほとんどないかまったくない、且つイオン加熱がほとんどないかまったくない（すなわち、小さい水平／平行速度ＶＩＩ）ようにすることができる。よって、イオンの垂直性は、有益なことに、ＢＰフェーズ全体を通して維持され得る。
【0020】
更なる利点は、低温のバルクイオンを有するプラズマを発生させて、高密度、高圧、且つ薄いシースをもたらすことであり得る。好都合なことに、本明細書で説明されるプラズマ処理方法では、印加されるＢＰからのプラズマの発生がほとんどないかまったくないようにすることができる。特定の臨界周波数閾値未満の周波数のＢＰパルスによって、好都合なことに、基板において大きなイオンフラックスを取り出すことができる。
【0021】
以下に提示する実施形態は、様々なプラズマ処理方法、並びにプラズマ処理方法、特にＬＢＰパルスを含むプラズマ処理方法を実行するためのシステム及び装置を説明する。以下の説明は、これらの実施形態を説明する。図１を用いて、実施形態としてのプラズマ処理方法の例としての概略タイミング図を説明する。図２及び図３を用いて、ＨＢＰパルスを含む実施形態としてのプラズマ処理方法の例としての２つの概略タイミング図を説明する。図４及び図５を用いて、実施形態としてのプラズマ処理方法のいくつかの追加的な概略タイミング図を説明する。図６を用いて、例としてのプラズマ処理装置を備える例としてのプラズマ処理システムを説明する。図７及び図８を用いて、例としての２つのプラズマ処理方法を説明する。
【0022】
図１は、本発明の実施形態による、例としてのプラズマ処理方法の概略タイミング図、並びにＢＰパルス周波数及びＢＰパルス持続時間の結合に対する影響の対応する定性グラフを示す。
【0023】
図１を参照すると、概略タイミング図１００は、プラズマ処理システムにおけるＳＰ及びＢＰの印加を示す。少なくとも１つのＳＰパルス１１２と少なくとも１つのＬＢＰパルス１２２とがプラズマ処理システムに供給される。様々な実施形態においてＳＰはＡＣ電力であり、いくつかの実施形態ではＲＦ電力である。したがって、各ＳＰパルス１１２は、印加される電力の周波数を示すＳＰパルス周波数ｆＳを有する。例えば、ＳＰパルス周波数ｆＳは、ＨＦ帯、ＶＨＦ帯などであってもよい。一実施形態では、ＳＰパルス周波数ｆＳは約２６ＭＨｚである。別の実施形態では、ＳＰパルス周波数ｆＳは約１３ＭＨｚである。
【0024】
同様に、ＢＰはＡＣ電力（例えば、ＤＣバイアスされたＡＣ電力）であってもＤＣ電力であってもよい。各ＬＢＰパルス１２２は、約８００ｋＨｚよりも低いＬＢＰパルス周波数ｆＬを含む。ＬＢＰパルス周波数ｆＬは、ＭＦ帯、ＬＦ帯、ＶＬＦ帯、及びそれよりも低くてもよい。例えば、ＬＢＰパルス周波数ｆＬは、連続波（ＣＷ）ＤＣ電力に対応するゼロであってもよい。加えて、ＤＣ電力として送達されるＢＰは、基板における帯電効果を打ち消すためにバイポーラ型であってもよい。いくつかの実施形態では、ＬＢＰパルス周波数ｆＬは約６４５ｋＨｚよりも低く、一実施形態では約４００ｋＨｚである。ＬＢＰパルス周波数ｆＬに対するＳＰパルス周波数ｆＳには、予想される制限はない。
【0025】
各種類のパルスの持続時間を示すものとして、各ＳＰパルス１１２にはＳＰパルス持続時間ｔＳがあり、各ＬＢＰパルス１２２にはＬＢＰパルス持続時間ｔＬがある。図示のように、ＳＰパルス持続時間ｔＳとＬＢＰパルス持続時間ｔＬとは時間的に重ならない。様々な実施形態において、ＬＢＰパルス持続時間ｔＬは約１００μｓよりも短く、一実施形態では約８０μｓである。ＳＰパルス持続時間ｔＳとＬＢＰパルス持続時間ｔＬとの間に必要とされる関係は存在しない。換言すれば、ＬＢＰパルス持続時間ｔＬは、所与のプラズマプロセスの具体的な詳細に応じて、ＳＰパルス持続時間ｔＳよりも長くてもよいし、ＳＰパルス持続時間ｔＳに等しくてもよいし、ＳＰパルス持続時間ｔＳよりも短くてもよい。
【0026】
ＳＰパルスとＬＢＰパルスとの間の適切なタイミングと、ＬＢＰパルスの低い周波数との組み合わせによって、好都合なことに、印加されるＳＰの影響を印加されるＢＰの影響から切り離すことができる。例えば、ＢＰパルス周波数対ＢＰパルス持続時間の定性グラフ１０１に示すように、最適領域１１において、プラズマ発生に対するＢＰの影響を低減又は排除することができる。
【0027】
最適領域１１は、ＢＰパルス周波数及びＢＰパルス持続時間の値が十分に小さい場合に対応する。特に、特定の臨界ＢＰパルス周波数ｆＣを超えると、強い結合が存在して、結果として、望ましくない２次プラズマが発生し得る。例えば、１３．５６ＭＨｚのＢＰが印加されると、ウェーハの上方に２次プラズマが発生し、その結果、ラジカル対イオン比が変化し、それにより、とりわけ側壁の不動態化の程度及び／又は選択性が変化し得る。臨界ＢＰパルス周波数ｆＣの具体的な値は様々な因子に依存し得るが、臨界ＢＰパルス周波数ｆＣは約６４５ｋＨｚであり得る。例えば、６４５ｋＨｚでＤＣ電力として供給されるＢＰパルス（例えば、インパルスバイアス）は、補足的なプラズマ発生をもたらさず、以前のＳＰパルスによって発生したプラズマ又は対応するアフターグローを変動させないことができる。
【0028】
同様に、特定の臨界ＢＰパルス持続時間ｔＣを超えるＢＰパルス持続時間は、望ましくないプラズマ構造の変化をもたらす強い結合を形成し得る。例えば、持続時間が長いことで生じ得る欠点は、プラズマが減少し始め、それによりプラズマの構造が変化し得るということである。臨界ＢＰパルス持続時間ｔＣの具体的な値もまたいくつかの因子に依存し得、例えば約２５μｓ～約３００μｓであり得る。ｔＣの具体的な値に影響を与え得る１つの因子として、ＢＰが電子温度Ｔｅを変化させる速度がある。ＢＰによるＴｅの上昇が遅いと、ｔＣの値が大きくなり得る。
【0029】
したがって、最適領域１１に留まり、強い結合のシナリオを回避するために、臨界ＢＰパルス周波数ｆＣよりも低いＬＢＰパルス周波数ｆＬ、及び臨界ＢＰパルス持続時間ｔＣよりも短いＬＢＰパルス持続時間ｔＬを有するＬＢＰパルスが印加される。例えば、場合によっては、約４００ｋＨｚのＬＢＰパルス周波数ｆＬは、プラズマの発生又は電子温度Ｔｅの上昇から良好に切り離され得るため、望ましい周波数である。しかしながら、必須ではないが、ＨＢＰパルスはまた、以下に述べるように、弱い結合又は無結合を維持しながら、ＬＢＰパルスと適切に併用されてもよい。
【0030】
図２は、本発明の実施形態による、別の例としてのプラズマ処理方法の概略タイミング図、イオン密度及び基板における電位の対応する定性グラフ、並びに基板において生じ得るＨＢＰパルスの影響の概略図を示す。図２の概略タイミング図は、例えば図１の概略タイミング図など、本明細書で説明される他の概略タイミング図の具体的な実装形態であり得る。同様にラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
【0031】
図２を参照すると、概略タイミング図２００は、プラズマ処理システムにおけるＳＰ及びＢＰの印加を示す。必要に応じて繰り返され得るパルス周期２０９の間に、ＳＰパルス周波数ｆＳ及びＳＰパルス持続時間ｔＳを有するＳＰパルス２１２と、ＬＢＰパルス周波数ｆＬ及びＬＢＰパルス持続時間ｔＬを有するＬＢＰパルス２２２とが、プラズマ処理システムに供給される。具体的には、所与の実施形態としてのプラズマ処理方法を実行するために、パルス周期２０９は周期的に複数回実行されてもよい。パルス周期２０９は、任意の適切な持続時間を有してよく、一実施形態では約１ｍｓである。
【0032】
パルス周期２０９は、図示のように３つのフェーズなど、いくつかのフェーズに概念的に分割され得る。ＳＰパルス２１２はフェーズ２０１においてプラズマ処理システムに印加され、ＬＢＰパルス２２２はフェーズ２０２において印加される。フェーズ２０１は、ＳＰフェーズ又はプラズマ発生フェーズと呼ばれ得る。フェーズ２０２は、ＢＰフェーズ又はイオン加速フェーズと呼ばれ得る。任意選択で図示のようにフェーズ２０３も含めてもよく、フェーズ２０３の間、ＳＰ及びＢＰはオフにされる。フェーズ２０３は、オフフェーズ又は副生成物管理フェーズと呼ばれ得る。
【0033】
加えて、ＨＢＰパルス２３２もフェーズ２０１において供給される。ＨＢＰパルス２３２は、ＨＢＰパルス周波数ｆＨ及びＨＢＰパルス持続時間ｔＨを有する。図示のように、ＨＢＰパルス持続時間ｔＨは、一実施形態ではＳＰパルス持続時間ｔＳと一致する。或いは、ＨＢＰパルス持続時間ｔＨは、ＳＰパルス持続時間ｔＳとは異なってもよい。追加的又は代替的に、ＨＢＰパルス２３２はまた、以下に説明するように、他のフェーズにおいて印加されてもよい。例えば、ＨＢＰパルス２３２はまた、フェーズ２０２において印加され得る。ＨＢＰパルス周波数ｆＨは、ＬＢＰパルス周波数ｆＬよりも高い。例えば、様々な実施形態において、ｆＬは約８００ｋＨｚよりも低く、ｆＨは８００ｋＨｚよりも高い。いくつかの実施形態では、ｆＨはＨＦ帯にあり、一実施形態では約１３．５６ＭＨｚである。
【0034】
パルスは、イオン密度ｎｉ及び基板における二乗平均平方根電位Ｖｒｍｓに影響を与え得る。例えば、定性グラフ２０５に示すように、フェーズ２０１におけるＳＰパルス２１２の間にイオン密度ｎｉが増加する。ＬＢＰパルス２２２は発生されるプラズマから切り離されているため、フェーズ２０２においてイオン密度ｎｉは減少し、このことはアフターグローに対応し得る。対照的に、基板における電位Ｖｒｍｓは、フェーズ２０１においては比較的低く一定であるが、フェーズ２０２においてはＬＢＰパルス２２２の印加によって上昇する。アフターグローに続いて、イオン密度のｎｉは徐々に減少し続ける一方、電位Ｖｒｍｓは印加される電力のないフェーズの２０３ではゼロ付近まで急速に降下する。
【0035】
概略タイミング図２００に示すパルスタイミングは、好都合なことに、薄いエッチング、プロファイルエッチング（例えば、薄い頂部及び底部の角丸めの管理）、及びパターニング（例えば、窒化珪素、酸化珪素、珪素）、並びに複数のパターニング用途などのいくつかのプラズマ処理方法（例えば、ロジック製作のためのプラズマ処理方法）で使用され得る。
【0036】
ＨＢＰパルスは、ラジカル生成率（例えば、Ｃｌ）を変更すること、及び／又はエッチングプロファイルに影響を与えることに望ましい場合がある。ＨＢＰパルスはまた、好都合なことに、所与のプラズマプロセスの清浄度を管理するために使用され得る（例えば、逆位相プロセスでのＳＰ印加の際）。例えば、ＨＢＰパルスを使用して水平表面の不動態化を制御することができる。ここで概略図２０６を参照すると、マスク５５が、側壁を備えたトレンチ及び孔などのフィーチャを含む基板２５６のエッチング領域を線引きし得る。不動態化層５７を形成することにより、側壁のエッチングを低減又は防止することが望ましい場合がある。不動態化層５７は、いくつかの実施形態では酸化膜である。酸化膜は、側壁の保護には有益であり得るが、水平表面上に形成されるとエッチングレートを低下させ、エッチングを停止させる危険性を有し得る。概略図２０６に示すように、フェーズ２０１におけるＨＢＰパルス２３２は、不動態化層５７が基板２５６の水平表面上に形成されることを低減又は防止することができ、このことは、好都合なことに、エッチフロントの管理に役立ち得る。
【0037】
フェーズ２０２では、ＨＢＰパルス２３２はオフであり、ＬＢＰパルス２２２はオンである。所与のプラズマプロセスにおいてフェーズが異なればＢＰ周波数が異なると有益である場合がある。例えば、場合によっては、バイアスフェーズにおいて純粋な低周波ＢＰを供給することが、切り離しの改善を促進するために有利である場合がある。しかしながら、ＨＢＰパルス２３２はまた、フェーズ２０２とフェーズ２０３との両方に延び、両方全体にわたることもできる。同様に、ソースフェーズにおいて高周波ＢＰを供給することは、好都合なことに、基板表面における表面相互作用を制御し得る（例えば、フィーチャの底部などの水平表面上での酸化膜の形成を抑制することによって）。例えば、ＳＰと共にＨＢＰを印加することにより、ＬＢＰ（例えば、４００ｋＨｚ）がアフターグローのＶＰＰを最大化させながら、電位（プラズマ電位ＶＰＰ及びＤＣ電位ＶＤＣ）を維持することができる。また、上述のように、ＨＢＰパルスを省略することもできる（例えば、ソースフェーズにおいて基板における電位の制御の重要性が低い場合）。
【0038】
概略タイミング図２００を用いて示したプラズマ処理方法の１つの具体的な実装態様として、ＣＦ４及びＯ２を添加したＨＢｒ及びＡｒの５０：５０混合ガスを用いたシリコン（Ｓｉ）エッチングがあり得る。この具体的な例では、ＳＰパルス２１２は、ｔＳが約２０μｓであり、ｆＳがＨＦ帯にある（例えば、１３．５６ＭＨｚ、２６ＭＨｚなど）状態で、約５００ＷのＳＰパルス電力ＰＳで印加され得る。ＨＢＰパルス２３２は、ｆＨが約１３．５６ＭＨｚである状態で、ＳＰパルス２１２と同時に、且つ同じ持続時間（ｔＨ＝２０μｓ）だけ、約１００ＷのＨＢＰパルス電力ＰＨで印加され得る。ＬＢＰパルス２２２は、ｆＬが約４００ｋＨｚである状態で、より長い持続時間（ｔＬ＝８０μｓ）だけ、約５００ＷのＬＢＰパルス電力ＰＬで印加され得る。フェーズ２０３は、副生成物を制御するためのオフフェーズとして実施されてもよく、約９００μｓの持続時間を有してもよい。したがって、この具体的な例では、パルス周期２０９の持続時間は、約１ｍｓであってもよい。
【0039】
図３は、本発明の実施形態による、更に別の例としてのプラズマ処理方法の概略タイミング図、並びにイオン密度及び基板における電位の対応する定性グラフを示す。図３の概略タイミング図は、例えば図１の概略タイミング図など、本明細書で説明される他の概略タイミング図の具体的な実装形態であり得る。同様にラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
【0040】
図３を参照すると、概略タイミング図３００は、プラズマ処理システムにおけるＳＰ及びＢＰの印加を示す。ＳＰパルス３１２、ＨＢＰパルス３３２、及びＬＢＰパルス３２２は、必要に応じて繰り返され得るパルス周期３０９においてプラズマ処理システムに供給される。図２の概略タイミング図２００とは異なり、ＨＢＰパルス持続時間ｔＨは、概略タイミング図３００のパルス周期３０９の持続時間に等しい。ＨＢＰのこの印加は、低電力であり得、プラズマ点火の維持に関連し得る。例えば、点火の問題が存在し得る場合（例えば、低圧、長いオフフェーズなど）には、その後のソースフェーズにおいてプラズマの確実な再点火を促進するために、少量のプラズマを維持するために低電力ＨＢＰが望ましい場合がある。
【0041】
定性グラフ３０５は、ＨＢＰパルス３３２の延長された持続時間がイオン密度ｎｉ及び基板における電位Ｖｒｍｓに対して与える影響を示す。図示のように、ｎｉ及びＶｒｍｓは、フェーズ３０１及びフェーズ３０２において、対応する図２のフェーズ２０１及びフェーズ２０２と同様に振る舞う。しかしながら、フェーズ３０３では、ｎｉ及びＶｒｍｓは両方とも、ＨＢＰパルス３３２によって比較的一定の非ゼロの値に保持される。ｎｉ及びＶｒｍｓの両方が無視でき得る図２のフェーズ２０３と比較して、イオン密度ｎｉは、フェーズ３０３のＨＢＰパルス３３２によって低密度プラズマに対応する望ましいレベルに維持され得る。この「繊細な（ｔｉｃｋｌｅ）」プラズマは、好都合なことに、フェーズ３０３の直後の容易な点火を可能にし得る。
【0042】
加えて、この場合、ＨＢＰパルス３３２はフェーズ３０２を通して維持され、その結果、このフェーズのイオンフラックスが増加し得ることに留意されたい。しかしながら、ＨＢＰはまた、場合によってはフェーズ３０２においてオフに切り替えられ得る。フェーズ３０２においてＨＢＰパルスを維持することができるか否かは、所与のプロセスに対する副生成物再堆積の影響に依存し得る。
【0043】
図４は、本発明の実施形態による、様々なプラズマ処理方法の概略タイミング図を示す。図４の概略タイミング図は、例えば図１の概略タイミング図など、本明細書で説明される他の概略タイミング図の具体的な実装形態であり得る。同様にラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
【0044】
図４を参照すると、いくつかの概略タイミング図が、様々なプラズマ処理方法におけるＳＰ、ＨＢＰ、及びＬＢＰのタイミング及び電力に関するシナリオの非網羅的なサンプリングを示す。図（ａ）～図（ｉ）のそれぞれが、少なくとも１つのＳＰパルス４１２とＬＢＰパルス４２２とを含み、３つのフェーズ（フェーズ１、フェーズ２、及びフェーズ３）に概念的に分割される。これらの図は、様々な持続時間及びタイミングを有する様々なＨＢＰパルス及び追加のＳＰパルスも含まれ得る点で、互いに異なる。
【0045】
図（ａ）は、ＨＢＰパルス４３３がフェーズ１及びフェーズ２全体を通して、またフェーズ３を部分的に通して延びる持続時間で印加されることを除いて、図３のシナリオと同様のシナリオを示す。図（ｂ）及び図（ｃ）は、２つの代替的なシナリオを示しており、一方は、ＨＢＰパルス４３４がフェーズ２を部分的に通して延び、他方は、ＨＢＰパルス４３５がＬＢＰパルス４２２と同時に終了する持続時間で印加される。これらのシナリオ及び他のシナリオにおいて、ＨＢＰパルスは、イオンにエネルギー（すなわち、加速）を付与するためではなく、点火を維持するために主に使用され得る。
【0046】
同様に、図（ｄ）は図２のシナリオと同様のシナリオを示し、ここでは、ＨＢＰパルス４３２がＳＰパルス４１２と同時に印加されるが、更に追加のＨＢＰパルス４３６がＬＢＰパルス４２２と同時に印加される。したがって、図（ｄ）に示すタイミングシナリオは、ＳＰパルス４１２とＬＢＰパルス４２２との間にＨＢＰがオフである間隔を伴うことを除いて、図（ｃ）のシナリオと同様である。図（ｄ）では、ＨＢＰパルス４３２と追加のＨＢＰパルス４３６とは同じ電力を有するものとして示されている。しかしながら、必ずしもそうでなくてもよい。例えば、図（ｅ）に示すように、ＬＢＰパルス４２２の間に低電力ＨＢＰパルス４３７が供給されてもよい。
【0047】
図（ｆ）は図（ａ）のシナリオと同様のシナリオを示し、ここでは、低電力ＳＰパルス４１６を伴う。例えば、ＳＰパルス４１２は約５００Ｗの第１のＳＰパルス電力ＰＳ１を有し得る一方、低電力ＳＰパルス４１６は約１００Ｗの第２のＳＰパルス電力ＰＳ２を有し得る。ＰＳ１とＰＳ２との間の関係は、任意の関係を用いることができ、所与のプラズマ処理方法の具体的な要件に依存し得る。例えば、ＰＳ１に対してＰＳ２の出力が低いことを用いて、少量の更なるプラズマを供給してもよい。更に、図（ｇ）、図（ｈ）、及び図（ｉ）に示すように、連続的な低電力ＳＰパルス４１７が、フェーズ２とフェーズ３との両方全体を通して印加されてもよい。フェーズ３においてＳＰがオンにされることにより、イオン密度が下がり、イオンフラックスが増加することがあり、このことは場合によっては望ましい場合がある。
【0048】
また、図示のように遅延がない場合もあり得るが、実際にはＳＰパルス４１２と低電力ＳＰパルス４１６との間に遅延が存在し得ることに留意されたい。例えば、遅延は、約５μｓである場合もあれば、他の値である場合もある。印加されるＳＰの周波数及びデューティサイクルなどの因子は、ＳＰパルス４１２とそれに続くＳＰパルス（すなわち、低電力ＳＰパルス４１６、連続的な低電力ＳＰパルス４１７）との間の遅延の値に影響を与え得る。
【0049】
図４には多種多様なタイミングシナリオが示されているが、本発明の特定の用途の具体的なニーズを満たすために、少なくとも１つのＳＰパルスと少なくとも１つのＬＢＰパルスとを含みながら、本明細書で説明されるこれらの実施形態及び他の実施形態のいずれかの任意の適切な組み合わせをなすことができる。ＨＢＰパルスがＳＰパルス又はＬＢＰパルスと同時に開始されるように示されているが、そのようにされる必要はない。換言すれば、示したＨＢＰパルスのいずれの開始も、図４に示すＨＢＰパルスの終了のタイミングをオフセットするのと同様に、ＳＰパルス又はＬＢＰパルスに対して時間的にオフセットされてもよい。
【0050】
図５は、本発明の実施形態による、いくつかのプラズマ処理方法の概略タイミング図、並びに電子密度及びイオンフラックスの対応する定性グラフを示す。図５の概略タイミング図は、例えば図１の概略タイミング図など、本明細書で説明される他の概略タイミング図の具体的な実装形態であり得る。同様にラベルが付与された要素は、前述の通りであり得る。
【0051】
図５を参照すると、概略タイミング図５０１は、ＢＰ印加のない、ＳＰパルス５１２への印加を示す。電子密度ｎｅ及びイオンフラックスの対応する定性グラフは、ｎｅ及びイオンフラックスがＳＰパルス５１２の間に高く、その後ＳＰが終了した後に減少することを示す。イオンフラックスは急速に減少し、ｎｅは徐々に略一定の速度で減少する。概略タイミング図５０２に示すように、ＳＰパルス５１２の後にＬＢＰパルス持続時間ｔＬでＬＢＰパルス５２２を導入することにより、ｎｅが減少する速度が変わり得る。特に、ｔＬが十分に長いＬＢＰパルス５２２は、プラズマがより速く減少するようにプラズマを変動させ得る。例えば、イオンフラックスは、背景プラズマ密度を反映し得る。しかしながら、次のＳＰパルスを印加する前に、より多くのイオンフラックス（例えば、線量）を生成することが望ましい場合がある。
【0052】
例えば、十分に短いＬＢＰパルスは、背景プラズマを強く変動させることなくイオンフラックスに影響を与え得る。換言すれば、インパルスバイアスは、フラックスを取り出すが、アフターグローを変動させない。このことは、概略タイミング図５０３において見ることができ、概略タイミング図５０３は、十分に短いＬＢＰパルス（すなわち、ＬＢＰスパイク５２６）が、ｎｅに影響を与えない一方で、イオンフラックスにおいて対応する鋭いピークを生成することを示している。図示のように、ＬＢＰスパイク５２６は、イオンフラックスを増加させながら、背景プラズマ（すなわち、ｎｅ）に対する影響が最小限又はまったくないように十分に短いＬＢＰスパイク持続時間ｔｋを有する。様々な実施形態において、ｔＫは２０μｓよりも短く、いくつかの実施形態では１０μｓよりも短い。一実施形態では、ｔＫは約１０μｓである。別の実施形態では、ｔＫは約１μｓである。
【0053】
ＬＢＰスパイク５２６は、上述のＬＢＰパルスと同様であるが、持続時間（すなわち、ｔＫ）はそれよりも短くてもよい。例えば、ＬＢＰスパイク５２６は、約６４５ｋＨｚよりも低い周波数（例えば、４００ｋＨｚ）で印加されるＢＰであってもよい。追加的に、また上述のＬＢＰパルスと同様に、ＬＢＰスパイク５２６もＣＷＤＣ電力であってもよい。例えば、一実施形態では、ＬＢＰスパイク５２６は、約１０μｓのＬＢＰスパイク持続時間ｔＫでのＣＷＤＣ電力の印加である。他の実施形態では、ＣＷＤＣ電力の印加の持続時間は、より長くてもより短くてもよい。
【0054】
長いＬＢＰパルスは、上述のように、寄生プラズマの発生及び／又はプラズマ構造の変化をもたらし得る。しかしながら、ＢＰ「パルス列」では、寄生プラズマの発生は、より緩やかに増加し得る。したがって、概略タイミング図５０４に示すように、適切に間隔を空けて配置された複数のＬＢＰスパイク５２６が、好都合なことに、アフターグローを減少させずに、比較的一定のイオンフラックスを発生させ得る。例えば、（例えば、背景密度の低下とともに徐々に増加する）エネルギーでの線量列は、好都合なことに、より多くの単一エネルギービームをもたらし得る。
【0055】
隣接するＬＢＰスパイク５２６間の間隔ｔＤは、とりわけ印加されるＢＰの周波数及びｔＫの長さなど、様々な因子に依存し得る。しかしながら、ｔＤは背景プラズマの変動を避けるように（例えば、電子温度Ｔｅを上昇させない程度に短く）選択され得る。例えば、様々な実施形態において、ｔＤはｔＫより長い。いくつかの実施形態では、ｔＤは約２０μｓ～約１００μｓである。他の実施形態では、ｔＤは約１０μｓ～約５０μｓである。
【0056】
場合によっては、ＬＢＰパルス及び／又はＬＢＰスパイクを印加する場合、表面帯電が問題となり得る（例えば、誘電体基板など）。帯電効果の大きさは、所与の基板に含まれる材料に依存し得、場合によっては、ＬＢＰスパイク間で十分に電荷が散逸することもある。しかしながら、他の場合には、ＬＢＰスパイク５２６にバイポーラＤＣ電力を使用することによって望ましくない帯電効果を打ち消すことが望ましい場合がある。例えば、ＬＢＰスパイクが１つ置きに正にされてもよいし、－－－－＋＋＋、－－＋、などの他のパターンが使用されてもよい。追加的に、正のＬＢＰスパイクの持続時間は、負のＬＢＰスパイクの持続時間とは異なってもよい。更に、３つのＬＢＰスパイク５２６が示されているが、ＬＢＰスパイク５２６の数に対して意図されている制限はない。１周期当たりのＬＢＰスパイク５２６の数は、パルス周期時間、線量要件、及び所与の用途に固有の他の考慮事項に依存し得る。
【0057】
また、複数のＬＢＰスパイク５２６に加えて、概略タイミング図５０５に示すように、ＳＰがオンである時の化学制御を容易にするために、ＨＢＰパルス５３２が組み込まれてもよい。図示のように、ＳＰパルス５１２の間のイオンフラックスは、ＨＢＰパルス５３２によって導入される電位によって最小限に影響を受け得る。このシナリオによって、上述のＨＢＰ電力の利点がＬＢＰスパイクの利点と組み合わされ得る。ＬＢＰスパイクは、上述のタイミング構成のいずれにも組み込まれ得ることに留意されたい。換言すれば、本発明の範囲は、本明細書で説明される任意のＬＢＰパルスに対する任意選択の実装形態として、ＬＢＰスパイクを含むことが意図されている。
【0058】
図６は、本発明の実施形態による、例としてのプラズマ処理システムの概略ブロック図を示す。図６のプラズマ処理システム及びプラズマ処理装置は、例えば図１～図５の概略タイミング図など、本明細書で説明される実施形態としてのプラズマ処理方法を実行する概略タイミング図のいずれかを実施するために使用され得る。更に、図６のプラズマ処理システム及びプラズマ処理装置は、例えば図７及び図８のプラズマ処理方法など、本明細書で説明される実施形態としての方法のいずれかを実行するために使用され得る。
【0059】
図６を参照すると、プラズマ処理システム６００は、処理チャンバ５４に結合されたＳＰ結合要素６０（例えば、誘導コイル、ヘリカル共振器など）を備えたプラズマ処理装置５０を備える。ＳＰ結合要素６０はプラズマ処理装置５０の水晶窓５２の外部に配置された誘導コイルとして示されているが、ＳＰ結合要素６０はまた、処理チャンバ５４の内部にある導電性の板として実装されてもよいし、他の適切な構成（例えば、アンテナ、電極、導波体、電子ビームなど）として実装されてもよい。ＳＰ結合要素６０は、処理チャンバ５４の内部においてプラズマ５８を発生させるように、処理チャンバ５４にＳＰを結合するように構成される。プラズマ５８は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、表面波プラズマ（ＳＷＰ）など、任意の種類のプラズマであってもよい。
【0060】
処理チャンバ５４内には、基板ホルダ７０（例えば、静電チャック）が配置される。基板ホルダ７０は、基板６５６を支持するように構成される。基板ホルダ７０は、処理チャンバ５４にＢＰを結合するように更に構成される。結合されるＢＰは、本明細書で説明するように、ＨＢＰとＬＢＰとの両方を含み得る。
【0061】
ＳＰは、ＳＰ結合要素６０に結合されたＳＰ供給ノード６２と、ＳＰコントローラ６４とを含むＳＰ制御経路を用いて処理チャンバ５４に供給されてもよい。また、ＳＰ供給ノード６２は、波形発生器に結合されてもよいし、波形発生器を備えてもよい。加えて、ＳＰ供給ノード６２とＳＰコントローラ６４とは組み合わされてもよい。また、ＳＰ結合要素６０とＳＰ供給ノード６２との間に、任意選択のＳＰ整合段６５が含まれてもよい。
【0062】
同様に、ＨＢＰ及びＬＢＰは、図示のように、基板ホルダ７０に、またＨＢＰコントローラ７４及びＬＢＰコントローラ８４に結合されたＨＢＰ供給ノード７２及びＬＢＰ供給ノード８２を含む別々の又は組み合わされたＢＰ制御経路を用いて処理チャンバ５４に供給され得る。ＳＰと同様に、ＨＢＰ供給ノード７２とＬＢＰ供給ノード８２との一方又は両方も、それぞれの波形発生器に結合されてもよいし、それぞれの波形発生器を備えてもよい。また、上と同様に、基板ホルダ７０と対応する供給ノードとの間に、任意選択のＨＢＰ整合段７５及び／又は任意選択のＬＢＰ整合段８５が含まれてもよい。場合によっては（例えば、バイポーラＤＣＬＢＰパルス／スパイクの場合）、ＬＢＰ供給ノード８２は、正のＬＢＰ電力供給源と負のＬＢＰ電力供給源とに分割されてもよい。
【0063】
コントローラ（すなわち、ＳＰコントローラ６４、ＨＢＰコントローラ７４、ＬＢＰコントローラ８４）は、周期的プラズマ処理中のパルスのタイミングを制御するように構成される。相対的なタイミングは、上述のように十分にカスタマイズ可能である。ＳＰパルス、ＨＢＰパルス、及びＬＢＰパルスのそれぞれは、互いに同相であっても、一部重なっていても、逆位相であってもよい。
【0064】
図７は、本発明の実施形態による、例としてのプラズマ処理方法を示す。図７のプラズマ処理方法は、本明細書で説明される実施形態としての概略タイミング図並びに実施形態としてのプラズマ処理システム及び装置を用いて実行され得る。例えば、図７のプラズマ処理方法は、図１～図６の実施形態のいずれかと組み合わされ得る。以下の方法の工程は、当業者に明らかであるように、任意の適切な順序で実行され得る。
【0065】
図７を参照すると、プラズマ処理方法７００の工程７０１は、ＳＰ結合要素にＳＰパルス持続時間だけＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることを含む。工程７０２は、処理チャンバに配置された基板ホルダにＳＰパルス持続時間と重なるＨＢＰパルス持続時間だけＨＢＰパルスを供給することを含む。ＨＢＰパルスは、８００ｋＨｚよりも高いＨＢＰパルス周波数を有する。工程７０３は、基板ホルダにＳＰパルス持続時間と重ならないＬＢＰパルス持続時間だけＬＢＰパルスを供給することを含む。ＬＢＰパルスは、約８００ｋＨｚよりも低いＬＢＰパルス周波数を有する。
【0066】
図８は、本発明の実施形態による、別の例としてのプラズマ処理方法を示す。図８のプラズマ処理方法は、本明細書で説明される実施形態としての概略タイミング図並びに実施形態としてのプラズマ処理システム及び装置を用いて実行され得る。例えば、図８のプラズマ処理方法は、図１～図６の実施形態のいずれかと組み合わされ得る。更に、図８のプラズマ処理方法は、本明細書で説明される他のプラズマ処理方法と相互に排他的であるようには意図されていない。例えば、図８のプラズマ処理方法は、図７のプラズマ処理方法と組み合わされ得る。以下の方法の工程は、当業者に明らかであるように、任意の適切な順序で実行され得る。
【0067】
図８を参照すると、プラズマ処理方法８００の工程８０１は、ＳＰ結合要素にＳＰパルス持続時間だけＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることを含む。工程８０２は、処理チャンバに配置された基板ホルダにＳＰパルス持続時間と重ならないＢＰパルス持続時間の間、複数のＢＰパルスを供給することを含む。複数のＢＰパルスのそれぞれが、約８００ｋＨｚよりも低いＢＰパルス周波数、及び約１０μｓよりも短いＢＰパルス持続時間を有する。
【0068】
本発明の実施形態の例を、ここに要約する。他の実施形態も、本明細書の全体及び本明細書で出願される特許請求の範囲から理解され得る。
【実施例】
【0069】
実施例１．ソース電力（ＳＰ）結合要素に第１のＳＰパルス持続時間だけ第１のＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることと、処理チャンバに配置された基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重なる高周波バイアス電力（ＨＢＰ）パルス持続時間だけＨＢＰパルスを供給することであって、ＨＢＰパルスが８００ｋＨｚよりも高いＨＢＰパルス周波数を含む、ことと、基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重ならない第１の低周波バイアス電力（ＬＢＰ）パルス持続時間だけ第１のＬＢＰパルスを供給することであって、第１のＬＢＰパルスが約８００ｋＨｚよりも低いＬＢＰパルス周波数を含む、こととを含む、プラズマ処理方法。
【0070】
実施例２．ＨＢＰパルス持続時間が、第１のＳＰパルス持続時間と第１のＬＢＰパルス持続時間との両方に完全に重なる、実施例１に記載のプラズマ処理方法。
【0071】
実施例３．ＨＢＰパルス持続時間が、第１のＳＰパルス持続時間と完全に重なり、第１のＳＰパルス持続時間に等しい、実施例１に記載のプラズマ処理方法。
【0072】
実施例４．第１のＳＰパルス持続時間の後、ＳＰ結合要素に第１のＬＢＰパルス持続時間と重なる第２のＳＰパルス持続時間だけ第２のＳＰパルスを供給することであって、第１のＳＰパルスが第１のＳＰパルス電力を含み、第２のＳＰパルスが第１のＳＰパルス電力よりも小さい第２のＳＰパルス電力を含む、ことを更に含む、実施例１～３のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0073】
実施例５．第１のＳＰパルス持続時間が約２０μｓであり、第１のＬＢＰパルス持続時間が約８０μｓである、実施例１～４のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0074】
実施例６．第１のＬＢＰパルス持続時間の後、ＳＰ結合要素に第２のＳＰパルス持続時間だけ第２のＳＰパルスを供給することと、基板ホルダに第２のＳＰパルス持続時間と重ならない第２のＬＢＰパルス持続時間だけ第２のＬＢＰパルスを供給することとを更に含む、実施例１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0075】
実施例７．第１のＬＢＰパルス持続時間の後、ＳＰ結合要素にＳＰを、また基板ホルダにＬＢＰを遅延持続時間だけ供給しないことであって、第２のＳＰパルスが遅延持続時間の後に供給される、ことを更に含む、実施例６に記載のプラズマ処理方法。
【0076】
実施例８．ＨＢＰパルス持続時間が、第１のＳＰパルス持続時間及び第１のＬＢＰパルス持続時間に完全に重なり、且つ遅延持続時間に少なくとも部分的に重なり、ＨＢＰパルスが第１のＬＢＰパルスのＬＢＰパルス電力よりも小さいＨＢＰ電力を含む、実施例７に記載のプラズマ処理方法。
【0077】
実施例９．ソース電力（ＳＰ）結合要素に第１のＳＰパルス持続時間だけ第１のＳＰパルスを供給して、処理チャンバにおいてプラズマを発生させることと、処理チャンバに配置された基板ホルダに第１のＳＰパルス持続時間と重ならない第１のバイアス電力（ＢＰ）パルス持続時間の間、複数のＢＰパルスを供給することであって、複数のＢＰパルスのそれぞれが、約８００ｋＨｚよりも低いＢＰパルス周波数、及び約１０μｓよりも短いＢＰパルス持続時間を含む、こととを含む、プラズマ処理方法。
【0078】
実施例１０．基板ホルダにＳＰパルス持続時間と重なる第２のＢＰパルス持続時間だけ高周波バイアス電力（ＨＢＰ）パルスを供給することであって、ＨＢＰパルスが８００ｋＨｚよりも高い周波数を含む、ことを更に含む、実施例９に記載のプラズマ処理方法。
【0079】
実施例１１．第２のＢＰパルス持続時間が、ＳＰパルス持続時間と完全に重なり、ＳＰパルス持続時間に等しい、実施例１０に記載のプラズマ処理方法。
【0080】
実施例１２．第１のＢＰパルス持続時間の後、ＳＰ結合要素に第２のＳＰパルス持続時間だけ第２のＳＰパルスを供給することと、基板ホルダに第２のＳＰパルス持続時間と重ならない第２のＢＰパルス持続時間だけ第２の複数のＢＰパルスを供給することとを更に含む、実施例９～１１のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0081】
実施例１３．複数のＢＰパルスのそれぞれが単一の直流（ＤＣ）パルスである、実施例９～１２のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0082】
実施例１４．複数のＢＰパルスの一部分が正のＤＣパルスであり、複数のＢＰパルスの残りの部分が負のＤＣパルスである、実施例１３に記載のプラズマ処理方法。
【0083】
実施例１５．複数のＢＰパルスのそれぞれが、約１μｓよりも短いＢＰパルス持続時間を含む、実施例９～１４のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。
【0084】
実施例１６．処理チャンバと、処理チャンバにおいてプラズマを発生させるように構成されたソース電力（ＳＰ）結合要素と、ＳＰ結合要素に結合され、ＳＰ結合要素に高周波（ＲＦ）電力を供給するように構成されたＳＰ電力供給ノードと、処理チャンバに配置された基板ホルダと、基板ホルダに結合され、基板ホルダに第１の直流（ＤＣ）バイアス電力を供給するように構成された第１のバイアス電力（ＢＰ）供給ノードであって、第１のＤＣバイアス電力が約８００ｋＨｚよりも低い第１のＢＰ周波数を含む、第１のバイアス電力（ＢＰ）供給ノードと、基板ホルダに結合され、基板ホルダに第２のＤＣバイアス電力を供給するように構成された第２のＢＰ供給ノードであって、第２のＤＣバイアス電力が８００ｋＨｚよりも高い第２のＢＰ周波数を含む、第２のＢＰ供給ノードとを備える、プラズマ処理装置。
【0085】
実施例１７．第１のＢＰ周波数が約４００ｋＨｚである、実施例１６に記載のプラズマ処理装置。
【0086】
実施例１８．第２のＢＰ周波数が約１３ＭＨｚである、実施例１６又は１７に記載のプラズマ処理装置。
【0087】
実施例１９．ＳＰ結合要素が、処理チャンバの外部に配置されたヘリカル共振器であり、処理チャンバにおいて誘導結合プラズマを発生させるように構成され、ＲＦ電力が、約２７ＭＨｚに等しいＲＦ電力周波数を含む、実施例１６～１８のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【0088】
実施例２０．第１のＢＰ供給ノード及び第２のＢＰ供給ノードが、基板ホルダに第１のＤＣバイアス電力及び第２のＤＣバイアス電力を同時に供給するよう構成される、実施例１６～１９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【0089】
本発明は、例示的実施形態を参照して説明されているが、この説明は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。当業者であれば、本明細書を参照することにより、それらの例示的実施形態の様々な修正形態及び組み合わせ並びに本発明の別の実施形態が明らかになるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなあらゆる修正形態又は実施形態を包含することが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】