JP2002503031A

JP2002503031A - 種密度を個別制御するプラズマアシスト処理チャンバ

Info

Publication number: JP2002503031A
Application number: JP2000530929A
Authority: JP
Inventors: ジェラルドイン，; アーノルドコランデンコ，; ホン，チンシャン，; ピーターローウェンハード，; チーリー，; ヤンイー，; キューイェンチャン，; ソンリンキュー，; アーサーチェン，; アーサーサトー，; マイケルグリムバーゲン，; ダイアナマー，; ジョンヤマルティーノ，; チュンヤン，; ウェイドツワルスキー，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2002-01-29
Also published as: EP1055249A1; WO1999040609A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、処理プラズマ内の種密度を別々に制御するワークピースのプラズマアシスト処理装置および方法を提供する。本発明は、処理チャンバ（１０２）と、少なくとも１つの補助チャンバ（１０４）を有する。補助チャンバは、補助プラズマを発生し、これを処理チャンバに搬送することが可能なものである。処理チャンバ内での粒子種の密度を制御するために、本発明は、補助チャンバと処理チャンバに挿間されたフィルタ（１０８）、主要チャンバの電源電力、処理チャンバへ別々の入力を供給するいくつかの補助チャンバ、もしくはそれらの組み合わせを有する。補助プラズマは、フィルタリングされたものか、主要チャンバで発生したプラズマと結合されるか、別の補助プラズマと結合されるか、またはそれらを組み合わせて処理して、処理プラズマからなる種の密度を別々に制御してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

（クロスリファレンス）本発明は、１９９８年２月９日に出願され、「荷電粒子密度および中性密度を
個別制御するプラズマアシスト処理チャンバ（ＰｌａｓｍａＡｓｓｉｓｔｅｄ
ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＣｈａｍｂｅｒｗｉｔｈＳｅｐａｒａｔｅＣｏ
ｎｔｒｏｌｏｆＣｈａｒｇｅｄＰａｒｔｉｃｌｅＤｅｎｓｉｔｙａｎ
ｄＮｅｕｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ」と題したに米国特許第号として
登録された米国特許出願第０９／０２０，９６０号の一部継続出願である。

【０００２】本発明は、ワークピースに膜をエッチングおよび／または堆積するために使用
するプラズマリアクタに関し、より詳細には、リアクタの主要な処理チャンバ内
にある種の密度を独立して制御することが可能なリアクタに関する。

【０００３】

【従来の技術】

ワークピース上にマイクロエレクトロニクスデバイスを製造する間、半導体ウ
ェハなどのワークピース上にさまざまな処理を施すために、プラズマリアクタが
用いられてもよい。ウェハはリアクタの真空室内に配置され、処理ガスが導入さ
れる。処理ガスは電磁エネルギーで照射され、プラズマを点火、維持する。プラ
ズマが形成されるガスの組成によるが、ワークピースからある特定の材料をエッ
チングするためにプラズマが用いられたり、またはワークピース上にある薄膜の
材料層を堆積するためにプラズマが用いられてもよい。

【０００４】プラズマリアクタがエッチング用に使用される場合にエッチャントとして用い
られる典型的な処理ガスの例は、特に、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃ 、ＨＢｒおよびさまざまなＣ_xＨ_yＦ_zガスを含む。しかしながら、これらのガスは、リアクタで処理されているワークピースから除去したい材料を十分にエッチ
ングできるほどこれらの状態では化学的な反応を起こさない。ここでプラズマが
活躍する。

【０００５】処理ガスは、電磁エネルギーで照射され、プラズマを点火、維持する。中性粒
子および荷電粒子、さらには他の粒子や物質の種が処理ガスからプラズマに発生
する。例えば、Ｃｌ₂が処理ガスとして使用されると、中性粒子および荷電粒子の以下の種がチャンバ内に存在する可能性がある。

【０００６】

【式１】

【０００７】エッチャントガス、例えば、Ｃｌ、ＦおよびＢｒなどから形成される中性粒子
は、極めて不安定で反応しやすく、ワークピース上の材料と化学的に反応してガ
ス物質を発生することにより、効果的にワークピースから材料を除去またはエッ
チングするために効果的に使用可能なものである。例えば、半導体ウェハの表面
からシリコンをエッチングすることが望ましい場合、Ｃｌ₂は対称的に解離されて、プラズマ内にＣｌ中性粒子を形成する。これらのＣｌ中性粒子が以下の式に
よりウェハのシリコンと反応する。

【０００８】

【式２】

【０００９】生成物ＳｉＣｌ_Xは、最終的に処理チャンバから排気されるガスである。

【００１０】しかしながら、上述した反応は十分なエネルギーをかけなければ起こらないこ
とがある。このエネルギーは、熱の形をとることがあるが、プラズマアシストの
エッチングプロセスでは、通常、このエネルギーの大半はウェハ表面の物理的衝
撃からのものである。この物理的衝撃は、処理ガスからプラズマで形成される荷
電粒子によって行われる仕事である。通常、荷電粒子はウェハ支持体にかけたバ
イアス電力によりウェハの方向に引き付けられて、衝撃を高めウェハに対して所
望の指向性、通常、ウェハの上面に対して垂直な指向性をもつようになる。これ
らの荷電粒子は、エッチャントガスの中性粒子と関連する化学エッチングプロセ
スに与えるエネルギーを供給するだけでなく、ウェハに粒子が衝突することによ
ってウェハ表面から材料を物理的に除去する。

【００１１】荷電粒子は、エッチャントガスからのみ形成するものである必要はない。エッ
チングされる材料と化学的に反応するか否かにかかわらず、ウェハに衝撃を与え
、所望の効果を得ることができるものであれば、どのような荷電粒子でもよい。
例えば、ある特定のエッチングプロセスで、エッチャントガスのみから得られる
ものよりも多い荷電粒子が必要な場合、アルゴンなどの非反応性ガスが導入され
てもよい。アルゴンはプラズマで荷電粒子を形成する。導入されたアルゴンは、
ウェハ材料とは化学的に反応しないが、ウェハに衝撃を与えるために使用される
荷電粒子の全体的な利用可能性を高めて望ましい状態にする。

【００１２】エッチャントガスから形成された中性粒子と処理ガスのすべてのガスから形成
された荷電粒子の両方のプラズマにおける濃度または密度は、エッチングプロセ
ス中、さらにはエッチングされたワークピースが示す特性を決定するさいに非常
に重要な役割を担う。例えば、両方ともワークピースから材料をエッチングする
ように作用する。したがって、すべての密度が高くなれば、全体的なエッチング
速度も上がる効果があり、これはほとんどの場合望ましい効果である。

【００１３】しかしながら、荷電粒子によってワークピースに物理的衝撃を与えると、除去
したくない材料までエッチングしてしまうことがあることについても述べておか
なければならない。したがって、荷電粒子の密度を高めることによって、エッチ
ングしたい材料のエッチング速度は上がるかもしれないが、ワークピース上で形
成されるデバイスへダメージを与えてしまうことにもなりうる。その結果、プラ
ズマでエッチャントガスの中性粒子の密度のみを増加させて全体的なエッチング
速度を上げることがより好ましい。

【００１４】また、プラズマで形成されるエッチングガス中性粒子種と荷電粒子種の相対密
度は、例えば、エッチングの選択比、エッチングのフィーチャプロファイルおよ
びエッチング速度のマイクロローディングなどのエッチングプロセス特性にかな
りの効果をもたらす。

【００１５】ここで、エッチング選択比という用語は、プラズマリアクタでエッチング中の
ワークピース上における２つの異なる材料のエッチング速度の比を指す。ワーク
ピースのさまざまな層にフィーチャおよびパターンを形成するには、エッチング
する材料とエッチングしない材料とを分けるような選択性がなければならない。
一般的な流れでは、ワークピース上のシリコン層は、ワークピースのフォトレジ
ストまたは酸素含有層よりもかなり高速にエッチングされて、シリコンにパター
ンがエッチングされる。これを、それぞれ高シリコン対フォトレジスト選択比お
よび高シリコン対酸化物選択比と呼ぶ。

【００１６】半導体ウェハ上のシリコン層から下地のゲート酸化物層まで穴をエッチングす
る以下の例は、高選択比の重要性を示す一例である。エッチングを行う前に、エ
ッチングを施さない領域上にあるシリコン層の表面上にフォトレジスト材料層が
形成される。したがって、穴をエッチングする領域にはフォトレジストは形成さ
れない。エッチングプロセスにおいて得られる望ましい結果とは、穴を形成しよ
うとするシリコン層を素早くエッチングするが、周辺にあるフォトレジストや下
地のゲート酸化物層を著しくエッチングしないことである。したがって、シリコ
ン対フォトレジストおよびシリコン対酸化物のエッチング選択比が高いことが望
まれる。適度なレベルの選択比が維持されなければ、いわゆる「パンチスルー」
状態が生じ、フォトレジストや酸化物層がエッチングされてワークピース上に形
成されるデバイスにダメージを及ぼすことがある。

【００１７】プラズマ種の密度は、エッチングプロセス中に示される選択比にかなりの影響
力がある。例えば、プロセスの化学的作用が、エッチャントガスの中性粒子が他
の材料（例えばフォトレジストおよび酸化物）よりも多くエッチングされる材料
（例えば、シリコン）と化学的に反応すれば、中性種の密度を高くすることによ
って、他の材料と比較してエッチングされる材料のエッチング速度を上げて所望
の選択比を達成しやすくなる。逆に、荷電粒子が物理的衝突を利用してワークピ
ース表面から材料を除去するため、同様にワークピースのさまざまな材料をすべ
てエッチングする傾向にある。したがって、プラズマにおける荷電粒子種の密度
を上げることによって、ワークピース材料のすべてのエッチング速度を上げるこ
とになる。

【００１８】したがって、ある条件下でエッチャントガスの中性種を増加させると選択比が
高くなり、同様に中性種を減少させると選択比が低くなる。これに対し、ある条
件下で荷電粒子種の密度を上げると選択比が低くなり、ある条件下で荷電粒子を
減少させると、選択比が高くなる。したがって、エッチングプロセズの所望の選
択比を最適化する１つの方法は、エッチングしたい材料以外のものではなくエッ
チングしたい材料とエッチャントガスの中性粒子との反応を円滑に進めるだけの
量の荷電粒子をもつように、プラズマ内でのエッチャントガス中性粒子種と荷電
粒子種の比率を上げることである。

【００１９】エッチングワークピースに示されるエッチングのフィーチャ（feature）プロファイルは、プラズマでのエッチャントガス中性粒子種と荷電粒子種の相対密度
に依存することころが多い。ここで、エッチングのフィーチャプロファイルとい
う用語は、ワークピースの表面平面に対するワークピース上の材料層にエッチン
グされたフィーチャの側壁角度を指す。この角度は、ワークピースの表面平面に
対して側壁が鋭角を有する過度のアンダカット状態から、表面平面に対して側壁
が鈍角を有する著しく外側方向にテーパ状になった状態までさまざまである。一
般に、フィーチャ側壁がワークピースの表面平面に対して９０度の角度を有する
直立形のプロファイルが望ましい。

【００２０】アンダカットプロファイルは、フィーチャがエッチングされている材料と化学
的に反応するエッチングガスの中性粒子が、上側にあるフォトレジスト層の下の
材料内に入り込んで下地層（例えば、前述したシリコンエッチングプロセスにお
けるゲート酸化物層など）に到達する場合に生じる。エッチャントガスの中性種
の密度が高くなればなるほど、アンダカットの程度も大きくなる。エッチャント
ガスの中性粒子によりアンダカットが生じる可能性を下げるために、エッチング
する材料にパッシベーション材料を堆積させることが多い。基本的に、通常プラ
ズマで形成されるパッシベーション材料は、ワークピースの表面上に堆積して、
エッチャントガスの中性粒子によりエッチングされ難くくする効果がある。例え
ば、前述したシリコンエッチングの流れでは、処理ガスの一部として酸素または
窒素が導入されることが多い。酸素または窒素は、半導体ウェハからエッチング
されたシリコンと反応し（または他の手段によりプラズマ内に導入され）、さま
ざまなシリコン・酸素含有材料や、シリコン・窒素含有材料を形成する。これら
の材料は、ウェハ表面上にさまざまな程度堆積し、エッチャントガスの中性粒子
のエッチング効果を妨げてしまう。通常の化学的作用と衝撃を与える荷電粒子種
の作用により、パッシベーション材料は、フィーチャの底部に形成されるよりも
エッチングされる材料に形成されるフィーチャの側壁により容易に形成されがち
である。これにより、フィーチャの側壁のエッチング速度が低下することになり
、アンダカットプロファイルが形成される傾向が減少することでもある。しかし
ながら、エッチャントの中性密度が高ければ、このパッシベーションプロセスを
行ってもアンダカットエッチングプロファイルを防ぐには不充分な場合がある。

【００２１】荷電粒子種は、エッチングのフィーチャプロファイル対してこれとはまったく
違った影響を与える。プラズマでの荷電粒子種の密度が高くなると、前述した外
側方向にテーパ状になったプロファイルが形成されることがある。これは、エッ
チングのフィーチャの底部に衝撃を与える荷電粒子が衝突することによって、フ
ィーチャの側壁に引き続き再度堆積する可能性がある材料が除去される場合に生
じる。このようにして、テーパ状のプロファイルが生じてしまう。

【００２２】したがって、所望のエッチングプロファイル角度を形成する１つの方法は、プ
ラズマ内でのエッチャントガスの中性粒子種と荷電粒子種の相対密度の平衡を保
つことである。言い換えれば、エッチャントガスの中性粒子種と荷電粒子種の濃
度を、それぞれがプロファイルに逆の影響を与えるものであるとして所望のエッ
チングプロファイルが形成されるようにすることである。

【００２３】また、プラズマでのエッチングガスの中性粒子種と荷電粒子種の相対密度は、
エッチングされたワークピースにより示されるエッチング速度のマイクロローデ
ィングにも影響を与える。ここで、エッチング速度のマイクロローディングとは
、ワークピース上において間隔が広いエッチングフィーチャの領域よりも、間隔
が狭い過密のエッチングフィーチャの領域においてエッチング速度が異なる傾向
がある現象を指す。この現象が生じると、エッチングされる材料層に形成された
エッチングフィーチャの深さが不均一になり、望ましくない結果を生じる。エッ
チング速度のマイクロローディングは、複雑な現象である。しかしながら、プラ
ズマでのエッチャントガスの中性粒子種と荷電粒子種の比率を変えることで、こ
のエッチング速度のマイクロローディングの悪影響を変化させることができる。

【００２４】したがって、プラズマでのエッチャントガスの中性粒子種と荷電粒子種の密度
を変化させる方法を用いることで、エッチング速度のマイクロローディング効果
を緩和することができる利点が得られる。

【００２５】前述の発明の背景から推測できるように、プラズマ内に存在するエッチャント
ガスの中性粒子種と荷電粒子種の密度を制御できれば非常に望ましい状態が得ら
れる。特定の中性粒子対荷電粒子比を得ると、例えば、エッチング速度、選択比
、エッチングフィーチャプロファイルおよびエッチング速度のマイクロローディ
ングなどの処理特性を最適化できる。さらに、特定の荷電粒子種比率と中性種比
率により、上述した処理特性や他の特性までも高めることがある。

【００２６】しかしながら、これまで、あらゆる制限の中でも、解離速度（すなわち、中性
粒子がプラズマ内に集められる速度）とイオン化速度（すなわち、荷電粒子がプ
ラズマ内に集められる速度）が両方ともに処理チャンバ内に結合された電力レベ
ルに依存するものであるため、プラズマ内で形成される粒子種の相対密度の結び
付きを変えることができなかった。エッチャントガスの中性粒子の密度は、リア
クタ内での電力の入力を上げることによって高くしている。残念ながら、電力の
入力を上げると、プラズマ内での荷電粒子の密度も高くなってしまう。同様に、
異なる中性粒子の密度または異なるイオン化粒子の密度が関連しあっている。上
述したように、多くのエッチング特性の利点は、異なる中性粒子種間の比率や異
なる荷電粒子種間の比率を含むエッチャントガスの中性粒子種の密度と荷電粒子
種の密度間のある特定の比率を変えることで左右される。これは、ある種の密度
を高くすれば、別の種の密度が低くなる場合が多く、現在のプラズマリアクタお
よびエッチングプロセスでは達成できないものである。

【００２７】現在のリアクタでは、荷電粒子種と中性粒子種の密度は、電源電力、チャンバ
圧力および温度などのリアクタパラメータを調整して制御されている場合がある
。しかしながら、これらのパラメータを調整すると、プラズマ密度とプラズマイ
オンエネルギーに影響が出てくる。このように、プラズマ密度とプラズマイオン
エネルギーは種密度に関連している。プラズマを発生させ維持するために容量性
電源のみを用いるリアクタでは、３つの特性、すなわち、プラズマ密度、イオン
エネルギー、そして種密度が相互に関連している。例えば、プラズマ密度を高め
るために電源電力を上げると、それに応じてイオンエネルギーと荷電対中性粒子
密度比も上がる。このように、いくつかの特性のうち１つを変更するために電源
電力または圧力を調整すると、他の２つにも影響を及ぼすことになる。

【００２８】プラズマの特性を制御するために２つの電源を利用する、誘導結合形プラズマ
リアクタなどの他のリアクタを用いると、プラズマ特性を良好に制御できる。容
量性電源と共に誘導結合形電源などの第２の電源を用いると、プラズマ密度とプ
ラズマイオンエネルギーの関連を切り離すことができる。すなわち、プラズマ密
度とプラズマイオンエネルギーを別々に制御できるということである。しかしな
がら、これらのリアクタでは、種密度は依然としてプラズマ密度とイオンエネル
ギーに関連している。

【００２９】さらに、どちらのタイプのリアクタも、Ｃｌ⁺とＣｌ₂ ⁺の比率など、プラズマ内の荷電粒子または中性粒子の特定種の密度を制御することができない。荷電粒
子または中性粒子の特定種の密度が制御できると、エッチングまたは堆積結果を
かなり良好に制御でき、ワークピースの処理精度を高めることができる。

【００３０】したがって、プラズマ種の密度制御を別々にすることによって、これらの密度
の比率を操作でき、エッチング速度、選択比、エッチングフィーチャプロファイ
ル、エッチング速度マイクロローディングなどのプロセス特性を最適化するプラ
ズマリアクタのデザインおよびエッチングプロセスが切望されている。

【００３１】

【課題を解決するための手段】

本発明は、プラズマリアクタにおいてワークピースをプラズマアシスト処理す
るための装置および方法を提供する。本発明は、処理プラズマの主密度を別々に
制御するためのものである。

【００３２】本発明の好適な実施形態において、本発明のプラズマリアクタは、主要処理チ
ャンバと少なくとも１つの補助供給源チャンバを有する。補助供給源チャンバは
、補助プラズマを発生し、主要チャンバに結合されている。補助プラズマは、ワ
ークピースを処理するための主要処理チャンバとの結合部を介して搬送される。
主要処理チャンバプラズマ内での中性粒子種と荷電粒子種の密度は、いくつかの
方法で制御されてもよい。

【００３３】補助プラズマをフィルタリングするためにフィルタが用いられてもよい。フィ
ルタは、補助供給源チャンバと主要処理チャンに挿間される。フィルタは、補助
プラズマから荷電粒子を選択的にフィルタリングできる。フィルタは、荷電粒子
の一部またはすべてをフィルタリングしてもよい。また、フィルタは、荷電粒子
をその質量や速度でフィルタリングしてもよい。フィルタリングされた補助プラ
ズマは、その後、主要処理チャンバに搬送されて、所望の主要処理プラズマ密度
を与える。

【００３４】また、主要処理チャンバは、主要プラズマを発生させることができるものであ
ってもよい。入射する補助プラズマは、主要チャンバが発生した主要プラズマと
混合されて、主要処理プラズマを形成する。主要処理プラズマ内での種密度は、
補助供給源プラズマと主要チャンバが発生したプラズマの密度を調整することに
よって調整されてもよい。フィルタは、主要処理チャンバ内に入る前の補助プラ
ズマから荷電粒子を選択的にフィルタリングするために用いられてもよい。

【００３５】本発明は、いくつかの補助供給源チャンバを有し、別々のプラズマを主要処理
チャンバに供給するものであってもよい。ここでは、補助供給源プラズマの密度
は、組み合わせたプラズマが主要処理チャンバ内で所望の種密度を提供するよう
に調整され、フィルタリングされる。

【００３６】また、主要処理チャンバ内での種密度は、熱解離種などの他の中性ラジカル種
を、補助供給源チャンバプラズマと組み合わせる主要チャンバに供給して組み合
わせることによって調整されてもよい。

【００３７】本発明は、所望のプラズマを発生させるために、ワークピースを処理するため
のプラズマを利用するあらゆる周知のリアクタのレイアウトまたは方法を利用し
てもよい。

【００３８】

【発明の実施の形態】

本発明の好適な実施形態の以下の記載において、本発明の一部をなす添付の図
面を参照し、この図面は本発明を実行するにあたっての特定の実施形態を説明す
る目的で示されている。しかしながら、他の実施形態も利用可能であり、さらに
本発明の範囲から逸脱することなく構造的変化を加えることも可能であることを
理解されたい。

【００３９】本発明によるワークピース処理方法（図１）本発明は、プラズマ内で粒子種の密度を別々に制御するための方法を提供する
。本発明は、エッチャントガスの中性粒子種と荷電粒子種の制御、すなわち、中
性種対荷電粒子種、中性種対中性種および荷電粒子種対荷電粒子種の密度の制御
を個別に行うための方法を提供する。本発明の方法は、主要処理チャンバ１０２
に対して補助的なプラズマ供給源を発生させる。補助プラズマは、ワークピース
（図示せず）を含む主要処理チャンバまたは主要チャンバ１０２に搬送される。

【００４０】本発明の方法は、補助供給源チャンバ１０４を用いる。補助供給源チャンバ１
０４は、処理ガスを点火して補助プラズマを形成するための少なくとも１つの放
射エネルギーアプリケータまたは補助電源電力アプリケータ１１２を有する。補
助電源電力アプリケータ１１２は、マイクロ波放電、誘導放電、静電容量放電、
電子ビーム、紫外線などを用いるタイプのものであってよい。以下に記載される
ように、現在は、補助電源１１２の磁気強化形の誘導結合形電源などのヘリコン
波源を補助電源１１２が利用することが好ましい。しかしながら、基本的に、プ
ラズマリアクタの主要処理チャンバに対して使用される周知のチャンバ構造であ
ればいかなる構造でも補助供給源チャンバ１１２を形成するさいに使用してもよ
い。

【００４１】ワークピースの処理に使用される主要チャンバ１０２は、補助供給源チャンバ
１０４に結合されているため、補助供給源チャンバ１０４で発生するプラズマ粒
子が主要処理チャンバ１０２内に流入できる。主要処理チャンバ１０２は、図１
に示されていない第１および第２の主要チャンバ電源をもつものであってもよい
。以下にさらに記載するように、現在は、第１および第２の主要チャンバ電源と
して、誘導結合形プラズマ電源と容量性バイアス電源をもつプラズマリアクタを
使用することが好ましい。しかしながら、ワークピース処理チャンバ構造であれ
ばいかなる構造でも主要処理チャンバ１０２として使用してもよい。例えば、マ
イクロ波、紫外線、電子ビームなどを処理チャンバの電源として使用してもよい
。

【００４２】補助チャンバ１０４と主要処理チャンバ１０２に、フィルタ１０８が挿間され
てもよい。導管フィルタ１０８は、主要処理チャンバ１０２に入る荷電粒子種を
フィルタリングするように作用する。フィルタ１０８は、さまざまな種を選択的
にフィルタリングするように選択されてもよい。また、フィルタ１０８は、主要
処理チャンバ１０２に入る荷電粒子を完全または選択的に通過させないようにブ
ロックするように選択されてもよい。さらに、フィルタ１０８は、質量や速度の
点かまたはそれに関係なく荷電粒子種をフィルタリングするように選択されても
よい。

【００４３】フィルタ１０８は、所望のプラズマ種の密度に応じてさまざまな方法で形成さ
れるものであってよい。例えば、フィルタは、再結合タイプ、静電気タイプ、Ｒ
Ｆタイプ、磁場タイプ、これらのタイプの組み合わせまたは他のタイプのフィル
タリング方法または装置を用いてもよい。フィルタのタイプに関しては以下にさ
らに詳細に記載する。フィルタ１０８の選択は、補助チャンバおよび主要チャン
バ１０４と１０２で使用される処理ガスのタイプと、それぞれのチャンバで発生
または導入される種のタイプと、主要処理チャンバ１０２内のワークピースを処
理するために使用される種の所望の密度に左右されるものである。

【００４４】以下にさらに記載するが、補助または中性粒子供給源チャンバ１０４は、中性
粒子種と荷電粒子種の両方を発生するものであってよいが、フィルタ１０８は、
中性粒子種のみが主要チャンバ１０２に供給されるように選択されてもよい。特
に、これは本発明のいくつかの実施形態では好ましいが、主要な量の中性種、あ
る量の中性種とある量の荷電種、主要な量の荷電種、選択された量の中性種、ま
たは選択された量の中性種が主要処理チャンバ１０２に供給されるように、適切
な補助供給源チャンバ１０４とフィルタ１０８のパラメータを選択することによ
って、主要チャンバ１０２に供給される中性種と荷電種の密度が制御されてもよ
い。

【００４５】フィルタリングされた補助供給源プラズマは、主要チャンバ１０２に供給され
、このチャンバ内でワークピースを処理するために使用されてもよいし、他の処
理ガスと結合させて所望の種密度を有する処理プラズマを発生させてもよい。フ
ィルタ１０８は、主要処理チャンバ１０２に電源電力を供給するものの代替物か
またはそれ以外の代替物として使用されて、主要処理チャンバ１０２内の処理プ
ラズマ種密度を制御してもよい。

【００４６】さらに、本発明による中性粒子種と荷電粒子種の独立制御は、図３の参照番号
５０２と５０４で示されているように、処理チャンバ１０２にそれぞれが異なる
種を供給して処理プラズマを形成するように、２つ以上の補助チャンバ１０４を
用いて達成してもよい。

【００４７】例えば、図９を参照すると、１つの供給源チャンバ５０２は、主要な量の荷電
粒子種を発生し、もう１つの供給源チャンバ５０４は、主要な量の中性粒子種を
発生してもよい。本発明のこの実施形態では、フィルタは、補助供給源チャンバ
５０２、５０４と共に用いられてもよいし、そうでなくてもよいことに留意する
ことが重要である。補助供給源チャンバ５０２、５０４のプラズマ密度と、プラ
ズマの組み合わせ率を制御することによって、主要処理チャンバ１０２内の相対
種密度の制御が可能となる。しかしながら、補助供給源５０２、５０４の１つと
主要チャンバ５１２にフィルタを挿間することによって、主要処理チャンバ５１
２内の種密度の制御がさらに高度にできるようになる。つまり、１つのチャンバ
は、主に荷電粒子種か、または主に選択された荷電粒子種を発生するが、もう１
つのチャンバは、主に中性種を発生し、主密度の制御を可能にする方法の１つに
なる場合がある。

【００４８】なんらかの別の手段で形成された中性ラジカルの別の供給源が、処理チャンバ
内の種密度を制御するために利用されてもよい。例えば、熱解離が、処理チャン
バ内に中性ラジカルを発生させるかまたは処理チャンバ内に搬送するために使用
されてもよい。

【００４９】ワークピースは、主要チャンバ内で処理プラズマおよび他の処理ガスに晒され
る。現在は、図１に示されていないが、主要チャンバに容量性バイアス電力を印
加してワークピースにかける荷電粒子エネルギーまたはイオンエネルギーを調節
することが好ましい。

【００５０】処理ガス、発生種およびプラズマアシスト処理には多くの可能な組み合わせが
あるため、中性粒子種と荷電粒子種を別々に制御する方法は、以下に開示する特
定の実施形態に限定されるものではない。以下の特定の例は、本発明の方法を実
行するために可能な実施形態を説明するものである。しかしながら、本発明は、
以下に記載する特定の例または実施形態に限定されるべきものではない。

【００５１】本発明の現在好適な実施形態（図２Ａから図１０）本発明は、処理特性を最適化するためのプラズマ種密度の個別制御を提供する
。本発明は、すべてまたは選択された荷電粒子種に対する中性粒子種の密度を別
々に制御するためのものである。また、第２の荷電粒子種に対する第１の荷電粒
子種の密度の制御も提供する。処理プラズマでの主密度は、特に、補助プラズマ
種密度、フィルタの選択および主要チャンバで発生したプラズマの種密度により
決定されることがある。さまざまなタイプの周知のプラズマリアクタ、いくつか
の可能なタイプの粒子フィルタおよびさまざまなタイプのワークピース処理技術
があるため、種密度を制御できる本発明にはいくつかの可能な実施形態がある。
図１、３、４、６、７は、例えば、本発明の現在好適な実施形態のいくつかの非
制限的な変形例を示している。図２Ａから２Ｆは、本発明の補助供給源チャンバ
のいくつかの非制限的な変形例を示している。図５Ａ、５Ｂ、８Ａから８Ｄは、
本発明のいくつかの実施形態で利用されるフィルタのいくつかの非制限的な変形
例を示している。

【００５２】図１を参照すると、本発明により提案さているように、プラズマでの荷電粒子
密度の制御と、プラズマリアクタ１００の主要処理チャンバ１０２のプラズマで
のエッチャントガスまたは他のタイプの中性粒子の密度の制御とを別々に行うた
めには、図１に示すように、補助供給源チャンバ１０４をリアクタに組み合わせ
ることによって達成される。この補助供給源チャンバ１０４は、リアクタの主要
処理チャンバ１０２の外側に配置される。

【００５３】補助供給源チャンバ１０４は、供給源チャンバの内部を照射し、そこを流れる
処理ガスからプラズマを形成可能な放射エネルギーアプリケータ１１２を有する
。このアプリケータ１１２は、マイクロ波放電、誘導放電または静電容量放電の
いずれかを用いて、補助供給源チャンバ１０４の内部を照射してプラズマを点火
するタイプのものであってよい。また、補助供給源チャンバ１０４は、なんらか
の適切な従来の温度制御装置（図示せず）で冷却して、プラズマがチャンバ内で
点火されたときにチャンバを過熱せず、さらにダメージを与えないようにするこ
とが好ましい。

【００５４】補助供給源チャンバ１０４は、エッチャントガスを含むであろう処理ガス源１
１０にその入口で接続され、さらに主要処理チャンバ１０２のガス分配装置１０
６にその出口で接続されている。

【００５５】これまではリアクタの主要処理チャンバ１０２内に直接供給された処理ガスの
一部であったエッチャントガスまたは他の処理ガスは、補助供給源チャンバ１０
４を介して最初に要求される。ここに記載する本発明の実施形態において、処理
ガスの残りの組成物は、通常の方法で主要処理チャンバ１０２内に供給される。

【００５６】補助供給源チャンバ１０４内にはそこを流れるガスからプラズマが形成される
。ガスはプラズマ内で分解して、特に、中性粒子と荷電粒子を形成する。

【００５７】補助供給源チャンバ１０４内に形成された中性粒子と荷電粒子の分解ガスは、
補助供給源チャンバ１０４から流出して主要処理チャンバ１０２に流入し、そこ
で処理ガスの他の組成物を混合される。２つのガス成分は別々のガス分配装置（
図示せず）を介して主要チャンバ１０２に選択的に供給されるが、組み合わせた
ガスを主要チャンバ内に供給可能な従来のガス分配装置１０６のマニホールドで
、このような混合を起こすことが好ましい。

【００５８】図１の実施形態では、補助供給源チャンバ１０４で発生させたプラズマは、中
性粒子供給源チャンバ導管１０８を介して主要処理チャンバ１０２内に供給され
る。補助供給源チャンバ１０４から主要処理チャンバ１０２への移行中、導管１
０８を介して、補助供給源チャンバ内のプラズマで発生した荷電粒子が再結合し
て、中性粒子またはエッチャントガス分子を形成する。

【００５９】中性粒子供給源チャンバ導管１０８は、主要処理チャンバ１０２に到達すると
きでも中性粒子はほぼ完全な状態であるが、ほぼすべての荷電粒子は確実になく
なるような内径および長さをもつ。これは、エッチャントガスの中性粒子が荷電
粒子に比べて比較的安定しているため可能である。しかしながら、導管が非常に
長いかまたは断面領域が非常に小さければ、中性粒子は再結合してエッチャント
ガス分子になる場合がある。一方では、導管が非常に短いかまたは断面領域が非
常に大きければ、荷電粒子の大半がリアクタの主要処理チャンバに到達する可能
性がある。

【００６０】管状の導管が、約２．５ｃｍの内径と約０．５ｍの長さをもつものであれば、
中性粒子供給源チャンバから主要処理チャンバに導入されるガスから荷電粒子を
ほぼ完全になくすことができる。もちろん、他のサイズの導管を用いても、良好
な結果を得ることはできる。本発明の実施形態での重要なデザイン上の基準は、
チャンバに到達するガスが、所望の濃度のエッチャントガスの中性粒子を含み、
さらに荷電粒子の濃度をできるだけ最小にすることである。これらの濃度を発生
可能な導管であればどのようなサイズでも適用可能である。

【００６１】中性粒子供給源チャンバ導管１０８は、１種類の材料からなるか、またはそこ
を流れる処理ガスの中性粒子と荷電粒子による衝撃に耐性な材料で一直線に形成
されることが好ましい。例えば、処理ガスがＣｌ中性粒子を発生するエッチャン
トガスの塩素を含む場合、導管は保護用のテフロン（登録商標名）で形成される
かまたはそれにより一直線に形成される。

【００６２】適切なサイズの中性粒子供給源導管を用いることにより、補助供給源チャンバ
１０４から主要チャンバ１０２に入るガスのほとんどは、ある程度の量のエッチ
ャントガス分子と、エッチャントガスの中性粒子からなる。荷電粒子は、ガスが
導管を移動する速度、例えば、少なくともプラズマアシストエッチング処理と一
致する流量の速度に関係なくほぼ完全に再結合することが分かっているため、補
助供給源チャンバ１０４から主要処理チャンバ１０２へと流れるガスの流量は特
に問題とされないことに留意されたい。

【００６３】図２Ａは、マイクロ波放電を用いるプラズマを形成するように構成した補助供
給源チャンバ２００の実施形態を示す。この実施形態では、供給源チャンバ２０
０は、サファイアなどの誘電体材料からなるものが好ましいアプリケータ管２０
２を含む。アプリケータ管２０２は、適切な入口供給ライン２０４を介してガス
供給源（図示せず）に一端で接続され、さらに中性粒子供給源チャンバ導管２０
６の入口に他端で接続されており、このこれはプラズマリアクタの主要処理チャ
ンバの入口に接続される。アプリケータ管２０２は、入口供給ライン２０４と導
管２０６間にある場所でマイクロ波供給源２０８を通過する。マイクロ波供給源
２０８は、アプリケータ管２０２内にガスがそこから主要処理チャンバへと進む
途中でプラズマを発生させる。

【００６４】図２Ｂは、誘導放電を用いてプラズマを形成するように構成した補助供給源チ
ャンバ３００の実施形態を示す。チャンバ３００は、円形状の上部３０２と底部
３０４と、筒状の側壁３０６を有する。誘導コイルアンテナ３０８がチャンバ３
００の側壁に巻きつけられており、高周波（ＲＦ）プラズマ電源電力発生器３１
０にインピーダンス整合回路３１２を介して接続されて、チャンバ内にＲＦ電力
を供給する。側壁３０６は、誘電体または半導体材料からなり、ＲＦエネルギー
のチャンバ内への移行をあまり妨げないようにすることが好ましい。

【００６５】従来のガス供給源（図示せず）からの入口ライン３１４を介して補助供給源チ
ャンバ３００内に処理ガスが導入される。処理ガスは、チャンバ３００内で分解
されて、中性粒子供給源チャンバ導管３１６を介して排出される。導管３１６は
、前述したように、主要処理チャンバの入口に接続される。

【００６６】上述したチャンバ構造は、例示のみを目的として示されている。他の多くのチ
ャンバ形状も同様に実行可能である。例えば、補助供給源チャンバは、多くの市
販されている入手可能なプラズマリアクタの主要処理チャンバと類似したドーム
状の頂部を有する。（以下に記載するように、図２Ｄ、４、６、７は、ドーム状
の頂部を有する補助供給源チャンバの実施形態を示している。）このようなドー
ム状のリアクタのコイルアンテナは、ドーム状の頂部のすべてかまたは一部を囲
むものであってもよい。

【００６７】また、基本的に、プラズマリアクタの主要処理チャンバ用に用いられる周知の
チャンバ構造であればどれでも、本発明と関連する補助供給源チャンバを製造す
るさいに使用可能である。

【００６８】図２Ｃは、ヘリコン波を形成するために誘導放電を用いてプラズマを形成する
ように構成した補助供給源チャンバ３００の別の実施形態である。図２Ｃの実施
形態は、頂部３０２の付近と底部３０４の付近でチャンバ壁３０６の周りにルー
プ状に巻かれた誘導アンテナ３０８を有する。アンテナは、２つのループでのＲ
Ｆ電流の位相を１８０度ずらしてヘリコン波を伝播するように設けられる。内側
と外側の電磁石３０９Ａと３０９Ｂは、アンテナ３０８の外側の壁３０６の周辺
に配置される。電磁石３０９Ａと３０９Ｂは、補助チャンバ３００内で誘導プラ
ズマ発生を高めるように作用する。

【００６９】図２Ｄは、誘導結合形補助供給源チャンバ３００の別の実施形態を示す。図２
Ｄの実施形態では、頂部３０２はドーム状である。図２Ｃに示すように、誘電ア
ンテナ３０８は、頂部３０２の付近と底部３０４の付近でチャンバ壁３０６の周
りにループ状に巻きつけられ、２つのループのＲＦ電流の位相を１８０度ずらし
てヘリコン波を伝播するように設けられる。内側と外側の電磁石３０９Ａと３０
９Ｂは、誘導アンテナの外側で、補助チャンバ３００の壁３０６の周辺に配置さ
れて、誘導プラズマの発生を高める。この補助供給源チャンバ３００の実施形態
は、磁気強化形の誘導結合形プラズマリアクタ、またはＭＥＩＣＰリアクタと一
般に呼ばれる。ｍ＝０のヘリコン波でこのタイプのリアクタを動作させることが
好ましい。

【００７０】図２Ｄの実施形態では、ドーム状の頂部３０２に入口ライン３１４が取りつけ
られて示されており、さらにチャンバ３００の底部３０４から延びるように導管
３１６が示されている。導管３１６は、前述したように、主要処理チャンバの入
口に接続されてもよい。この構造は、補助チャンバ３００を介してより層流の処
理ガスとプラズマを供給し、ある実施形態では、プラズマがより容易に主要処理
チャンバ１０２へと直接供給されることが可能になる。

【００７１】図２Ｅおよび図２Ｆは、静電容量放電を用いてプラズマを形成するように構成
した補助供給源チャンバ４００の実施形態を示す。チャンバ４００の外部は、円
形状の頂部４０２と底部４０４、さらに筒状の側壁４０６をもつという点で図２
Ｂと図２Ｃのチャンバに類似したものである。従来のガス供給源（図示せず）か
ら始まる入口ライン４０８を介して補助供給源チャンバ４００内に処理ガスが導
入される。チャンバ４００内で一度分解されたガスは、主要処理チャンバの入口
に接続される前述した補助供給源チャンバ導管４１０を介して排出される。

【００７２】チャンバ４００は、誘導コイルアンテナの代わりに一対の電極４１２、４１４
を用いた点が前述した誘導放電の実施形態とは異なる。図２Ｅに示す第１の静電
容量放電の実施形態では、これらの電極４１２、４１４はチャンバ４００内にあ
り、互いに対面させることで、その間にプラズマ形成領域を形成する。電極４１
２、４１４は、プラズマ電源電力発生器４１６の反対側に電気的に接続されてい
る。電極４１２、４１４がチャンバ４００内にあるので、蓋４０２、底部４０４
および側壁４０６は、誘電体または半導体材料を含むあらゆる適切な材料か、ま
たはアルミニウムやステンレス鋼などの金属からなるものであってよい。

【００７３】図２Ｆに示されているこれに替わる静電容量放電の実施形態では、電極４１２
'、４１４'は、チャンバ４００'の側壁４０６の外側の両側に配置されて、互いに対面してチャンバ内のプラズマ形成領域を形成している。電極４１２'と４１４'は、図２Ｅに示した第１の実施形態と同じようにプラズマ電源電流発生器４１６に接続されている。しかしながら、電極４１２'、４１４'はチャンバの側壁
４０６の外側にあるため、側壁は誘電体または半導体材料からなることによって
、ＲＦエネルギーのチャンバ内への移行をあまり妨げないようにする。

【００７４】図２Ａから図２Ｆは、本発明の補助チャンバの例を示している。本発明の補助
チャンバには他の形状または電源が利用されてもよい。例えば、紫外線、電子ビ
ームなどの電源を利用することも可能である。上述したように、基本的に、プラ
ズマリアクタの主要処理チャンバに用いられている周知のチャンバ構造であれば
どれでも、本発明に関連する補助供給源チャンバを製造するさいに用いることが
可能である。

【００７５】図４を参照すると、図２Ｄに示す本発明の補助供給源チャンバ３００は、ドー
ム状の頂部の上側に位置する誘導コイルアンテナを有する主要処理チャンバ１０
２に導管３１６を介して引き付けられる。主要処理チャンバ１０２のドーム状の
頂部６０２によって、主要処理チャンバ１０２の電源アプリケータ６０８の付近
にフィルタリングした補助プラズマを搬送することができる。主要処理チャンバ
１０２内に導入された補助供給源チャンバが供給するプラズマまたは他の処理ガ
ス（図示せず）から、主要処理チャンバ１０２において不図示の主要チャンバプ
ラズマを発生または維持するために、電源電力アプリケータ６０８が使用されて
もよい。電源電力アプリケータ６０８は、図４に示すような誘導アンテナか、ま
たはプラズマの発生が可能なマイクロ波、紫外線、電子ビームなどの他のタイプ
の電源電力アプリケータであってもよい。ワークピース６１０に対して荷電粒子
エネルギー束を制御するために、台６１４を介してワークピース６１０に容量性
バイアス６１２がかけられてもよい。このようにして、プラズマ密度、荷電粒子
エネルギーおよび種密度が個別に制御されてもよい。

【００７６】これらの実施形態では、プラズマリアクタに補助供給源チャンバと導管を付加
することによって、エッチャントガスの中性粒子の密度の制御と荷電粒子の密度
の制御とを分離する効果が得られる。補助供給源チャンバと導管は、十分な量の
エッチャントガスの中性粒子を主要処理チャンバ内に導入して、その中に所望の
密度を形成するために使用されてもよい。これは、補助供給源チャンバのパラメ
ータの制御群、すなわち、電力入力レベル、処理ガスの流量を、所望の量のエッ
チャントガスの中性粒子が生成され、その中性粒子を主要チャンバ内に供給でき
るレベルに設定することによって達成されてもよい。同時に、主要処理チャンバ
に関連する同じ制御パラメータが、その中の荷電粒子が所望の密度発生するよう
に設定されてもよい。したがって、基本的には、エッチャントガスの中性粒子の
密度は補助供給源チャンバと関連する前述のパラメータを制御することによって
決定され、荷電粒子の密度は主要処理チャンバと関連する同様のパラメータを制
御することによって決定される。

【００７７】主要処理チャンバ内で点火されたプラズマは、他の処理ガスと共に主要チャン
バ内に導入された「生」エッチャントガスからか、または補助供給源チャンバか
ら主要チャンバに到達するエッチャントガス分子からのいずれかから、供給源チ
ャンバから供給されるもの以外にある量のエッチャントガスの中性粒子を発生さ
せてもよいことは言うまでもない。これらのさらなるエッチャントガスの中性粒
子は、供給源チャンバと関連する制御パラメータを設定するときに考慮されて、
エッチャントガスの中性粒子を組み合わせた量が、主要処理チャンバ内の全体的
な所望の密度とほぼ等しくなる。

【００７８】上述したリアクタと処理方法が与えられたとすると、中性粒子の濃混合気とイ
オンの濃混合気との間にあれば、主要処理チャンバ内に形成されたプラズマの組
成を変化させることもできる。

【００７９】主要チャンバの制御パラメータを比較的低く設定することによって、主要処理
チャンバ内で中性粒子の濃プラズマが形成されてもよい。低レベルでは、主要チ
ャンバ内に導入される処理ガスのイオン化はほとんど起こらない。したがって、
プラズマ内の荷電粒子の密度は非常に低くなる。同様に解離もほとんど起きない
ことは言うまでもない。しかしながら、主要チャンバにこの解離によって予め供
給されたエッチャントガスの中性粒子は、ここで補助供給源チャンバから供給さ
れる。最終的な結果は、中性粒子が非常に豊富であるが、荷電粒子の密度は非常
に低いプラズマである。このような中性粒子の濃プラズマは、多くのエッチング
プロセスにおいて有利に使用される。例えば、極端に高い程度のエッチング選択
比が必要な等方性エッチングプロセズが、中性粒子の濃プラズマを用いて達成さ
れる。

【００８０】主要処理チャンバ内にイオンまたは荷電粒子の濃プラズマが、主要処理チャン
バ内にエッチャントガスをほとんどまたはまったく導入せずに形成される。この
代わりに、他の処理ガスが使用されてプラズマを形成する。これらの他のガスは
、荷電粒子と無反応性中性粒子を発生する。例えば、このような処理ガスにはア
ルゴンがある。主要処理チャンバパラメータの制御パラメータのレベルは、処理
ガスのイオン化に十分なものであり、プラズマに所望の荷電粒子密度を発生させ
る。この場合比較的少量であるエッチャントガスの中性粒子の所望の密度は、補
助供給源チャンバから主要チャンバに供給される。供給源チャンバと関連する制
御パラメータは、所望の低量のエッチャントガスの中性粒子が主要チャンバに確
実に供給されるように設定される。最終的な結果は、非常にイオンが豊富である
が、エッチャントガスの中性粒子の密度が非常に低いプラズマとなる。このよう
なイオン濃プラズマは、ＳｉＯ₂、ＳｉＮまたは不純物をドープしていないシリコンなどの誘電体材料をワークピースからエッチングする工程で使用されると利
点となる。

【００８１】主要チャンバおよび供給源チャンバの制御パラメータを変え、さらに各チャン
バに上述したものから供給される処理ガスおよびエッチャントガスの量および種
類を変えることによって、特に、エッチャントガスの中性粒子の密度と荷電粒子
の密度とのあらゆる組み合わせを主要チャンバのプラズマ内で行うことができる
。

【００８２】また、補助供給源チャンバをプラズマリアクタに追加することによって、上述
したエッチャントガスの中性粒子の密度と荷電粒子の密度を個別する一般的な方
法よりもさらに処理上の長所が多数得られる。例えば、酸素や窒素を主要処理チ
ャンバ内に導入して、シリコンと反応する中性粒子を形成し、ワークピースの特
定表面上にエッチングに対して耐性な堆積物を発生させるシリコンエッチング中
に用いる前述したパッシベーションプロセスを、本発明を取り入れたプラズマリ
アクタと関連して補助供給源チャンバを用いることでさらに改善することができ
る。主要チャンバのプラズマにある荷電粒子の密度を最小に維持することが好ま
しいエッチングプロセスでは、例えば、電力入力レベルが非常に高ければ、これ
らのガスの一部がイオン化するにつれて逆効果を生じてしまう。酸素や窒素から
不利益となる荷電粒子が形成されないようにするために、これらのガスが代わり
に補助供給源チャンバ内に導入されてもよい。このようにして、酸素や窒素ガス
が供給源チャンバ内で分解して、中性粒子と荷電粒子を形成する。次いで、酸素
または窒素の中性粒子は、所望のエッチングに対して耐性な堆積物を形成するよ
うに反応するリアクタの主要処理チャンバ内に供給される。しかしながら、酸素
や窒素は、中性粒子供給源導管内を通る間再結合され、それらがエッチングプロ
セスに悪影響を及ぼす可能性のある主要処理チャンバには到達しない。このよう
に改善されたパッシベーション方法は、必要であれば、中性粒子供給源チャンバ
内にエッチャントガスの中性粒子を同時に発生させることも可能である。

【００８３】上述したように改善されたパッシベーションプロセスの例は、これに限定され
るものではない。あらゆる処理ガスが補助供給源チャンバ内で分解され、主要チ
ャンバプラズマにさらに荷電粒子を追加せずに主要処理チャンバに供給可能であ
ることは、本願記載から当業者には明らかなことである。したがって、基本的に
、あらゆる処理ガスの中性粒子は、補助供給源チャンバを用いてこのガスと関連
する荷電粒子の密度からあらゆる処理ガスの中性粒子の密度を別々に制御できる
。

【００８４】エッチャントガスおよび他の処理ガスが補助供給源チャンバ内に同時に導入さ
れ、共に分解した後にリアクタの主要チャンバ内に供給される前述の提案に関し
て、これが問題を生じる場合もあることに留意されたい。例えば、主要処理チャ
ンバ内に所望のエッチャントガスの中性粒子の密度を発生するために必要な制御
パラメータレベルが、他の処理ガスの中性粒子の所望の密度を発生させるわけで
はないということである。

【００８５】このような場合は、２以上の補助供給源チャンバがプラズマリアクタ内に組み
合わせられる。この構造では、図３に示す２つのチャンバ５０２、５０４などの
個々の補助供給源チャンバが、リアクタ５００の主要処理チャンバ５１２のガス
分配装置５１０に別々に接続される。

【００８６】また、各チャンバは別々のガス供給源５０６、５０８に接続される。補助供給
源チャンバは、ユーザーが主要チャンバの中性粒子の密度を別々に制御したい１
つまたは複数のガスで供給される。したがって、上述の例では、エッチャントガ
スは、第１の補助供給源チャンバ５０２を介して供給され、酸素または窒素は第
２の供給源チャンバ５０４を介して供給される。２つの供給源チャンバ５０２、
５０４とそれぞれ関連する制御パラメータは、チャンバを流れるフィーチャのガ
スの所望の中性粒子の密度を発生させるレベルに設定される。

【００８７】したがって、このように関心のガスが２種類あれば、２つの補助供給源チャン
バが用いられる。さらに、このように３種類のガスの中性粒子の密度を制御した
ければ、３つの補助供給源チャンバを用い、以下同様である。

【００８８】図５Ａを参照すると、上述したように、導管フィルタ３１６は、荷電粒子のフ
ィルタリングが所望のレベルになるようにさまざまな寸法をもつものであってよ
い。また、本発明のフィルタ３１６の他の実施形態を用いることも可能である。
図５Ｂに示されているように、荷電粒子をフィルタリングするために、いくつか
の導管３１６を並列させて用いることも可能である。このように、導管フィルタ
３１６を他の導管３１６と組み合わせて、複数の導管３１６からなるフィルタ３
１６'を形成してもよい。

【００８９】図６は、誘導結合形の磁気強化形補助供給源チャンバ３００と誘導結合形主要
処理チャンバ１０２に挿間させた複数の導管フィルタ３１６'を示す図である。複数の導管３１６からなるフィルタ３１６'を用いて、補助供給源チャンバ３００で発生した補助プラズマから荷電粒子をすべて除去してもよい。次いで、荷電
粒子種が主要チャンバに発生されるか、または図５に示されているように、導管
フィルタ３１６、複数導管フィルタ３１６'または他の再結合タイプのフィルタを用いずに、主要チャンバ１０２に結合された第２の補助供給源チャンバによっ
て発生される。

【００９０】また、本発明では、フィルタ３１６と３１６'の再結合タイプの他の実施形態を用いて荷電粒子をフィルタリングすることも可能である。例えば、図７Ａに示
された接地された中和グリッド３１６ａを用いて、補助供給源プラズマから荷電
粒子種をフィルタリングした後に、主要処理チャンバ内に搬入してもよい。中和
グリッドは、補助プラズマの中性種を通過させながら荷電粒子種をフィルタリン
グできる開口７０２を有する。

【００９１】図７Ｂを参照すると、図７Ａの接地形の中和グリッドフィルタ３１６ａの替わ
りとして、図７Ｂに示す電圧源７１０がグリッドフィルタ３１６ｂに印加されて
、正か負の荷電粒子種のいずれかを選択的に再結合させることもできる。例えば
、再結合グリッド３１６ｂは、正電荷種が補助プラズマから除去されるかまたは
電子で中和されるように、負に帯電させることもできる。このように、補助プラ
ズマの荷電粒子は、その電荷に応じてフィルタリングした後に、主要処理チャン
バ何に搬入できる。

【００９２】また、種をフィルタリングするために誘電体タイプの材料からなるグリッドタ
イプのフィルタを形成することも可能である。このようなフィルタは、表面の再
結合を介して種をフィルタリングしてもよい。図７Ａおよび７Ｂに示された実施
形態以外にも、このような効果を高めるようにフィルタ外形に手を入れてもよい
。このような場合、グリッドタイプのフィルタは、設定電位なしに設けられても
よい。処理チャンバ内で種の濃度を変化させる以外にも、このタイプのフィルタ
は、堆積要素が補助供給源チャンバに流入しないようにするために用いられても
よい。

【００９３】別の可能なフィルタ装置は、電界フィルタである。このようなフィルタは、電
荷または質量により荷電粒子をフィルタリングするために用いられてもよい。例
えば、補助供給源チャンバと主要チャンバ間の外部かまたは内部のいずれかに板
かまたは棒を挿間させて静電場を作ってもよい。このようにして、補助チャンバ
に発生した荷電粒子種が主要処理チャンバに入らないようにすることができる。
また、ＲＦ電界フィルタを用いて、電荷および質量により家電粒子種をフィルタ
リングしてもよい。静電フィルタと同様に、補助供給源チャンバと主要チャンバ
間の外部かまたは内部のいずれかに板かまたは棒を挿間させてＲＦ電界フィルタ
を形成してもよい。このようにして、補助プラズマの荷電粒子種は、電荷の点か
らかまたは電荷および質量の点からフィルタリングされて、主要処理チャンバに
搬入されてもよい。

【００９４】図７Ｃを参照すると、クオドラポールフィルタ装置３１６ｃは、補助プラズマ
から荷電粒子をフィルタリングして主要処理チャンバに搬入させるために用いる
電界フィルタの例である。質量分析計で使用されるタイプと同様のクオドラオー
ルフィルタ３１６ｃは、補助供給源チャンバと主要処理チャンバに挿間されても
よい。クオドラポールフィルタ３１６ｃは、荷電粒子種をその質量によりフィル
タリングするために用いてもよい。

【００９５】図７Ｃの電界フィルタは、静電場、ＲＦ電場またはそれらの組み合わせを発生
するものであってよい。クオドラポールフィルタ３２６ｃを用いて、ロッド７５
０ａ、７５０ｂ、７５０ｃおよび７５０ｄに電位を印加して不図示の静電場およ
びＲＦ電場を発生させることによって、荷電粒子種が分離される。適切なＤＣバ
イアスや電流位相が選択されて、ロッド７５０ａ、７５０ｂ、７５０ｃ、７５０
ｄ内の電場の強度および位相によって、質量および電荷に応じて通過する選択さ
れた荷電粒子をさける。

【００９６】通常、４つのロッド７５０ａ、７５０ｂ、７５０ｃ、７５０ｄが用いられるが
、導体の板や他の形状、または他の種類のものを用いてもよい。さらに、図７Ｃ
のクオドラポールは４つの棒を有するが、本発明の電界フィルタは４つのポール
に限定されるものではない。本発明の電界フィルタを形成するために、使用する
棒の数はいくつでもよい。

【００９７】図７Ｃの電界フィルタ３１６ｃを用いて、選択された荷電粒子種かまたはすべ
てをフィルタリングしてもよい。すなわち、フィルタ３１６ｃを用いて、ある荷
電粒子種の密度を別の荷電粒子種に対して調整してもよい。

【００９８】１つの荷電粒子種のフィルタリングは、ワークピースの処理を改善するために
用いられてもよい。例えば、金属のエッチングプロセスにおいて、Ｃｌ⁺とＣｌ₂ ⁺ の比率が主要処理チャンバでの金属の残留物を減少させる場合があると考えられている。電場の大きさは、一部またはすべてのＣｌ₂ ⁺種が補助プラズマからフ
ィルタリングされ、すべてのＣｌ⁺種が主要チャンバを通過できるように選択される。荷電粒子種のフィルタリングを選択することによって、主要処理プラズマ
内の種密度をさらに良好に制御できるようになる。

【００９９】図７Ｄを参照すると、本発明は、補助プラズマをフィルタリングするための磁
界フィルタ３１６ｄを用いてもよい。磁界フィルタ３１６ｄは、補助供給源チャ
ンバと主要処理チャンバに挿間されて、荷電粒子種を偏向させるように働かせて
もよい。永久磁石または電磁石７７０が、主要処理チャンバの方向に流れるとき
に、補助プラズマの経路に対して直交する磁力線７７２をもつ磁場３１６ｄを発
生させる。磁界フィルタは、以下の式により荷電粒子に作用する磁力Ｆを発生す
る。

【０１００】

【式３】

【０１０１】この磁力を用いて、主要チャンバの方向に進み補助チャンバの方向に戻るすべて
の荷電粒子を偏向させることによって、主要処理チャンバに荷電粒子が入らない
ようにすることができる。

【０１０２】また、磁気フィルタを用いて電荷対質量比により荷電粒子種を選択的にフィル
タリングして、フィーチャの種を選択することもできる。より大きな荷電粒子種
はプラズマの流れの中での勢いがより大きいため、磁場の強度を適切に処理する
ことによって、荷電粒子種が電荷対質量比により選択的にフィルタリング可能と
なる。例えば、より少量の電子を偏向するために必要なものよりも、補助供給源
チャンバに戻る大きな分子荷電種を偏向させるための磁場の大きさは小さくてよ
い。磁場の大きさは、分子荷電種などのより大きな種はそらすが、電子などのよ
り小さな種は種供給源チャンバに通すように選択される。荷電分子種と電子は説
明を目的として記載したが、磁気フィルタを用いて荷電分子種を選択的にフィル
タリングすることも可能である。このようにして、磁気フィルタ３１６ｄが荷電
対質量比により選択的に荷電粒子をフィルタリングすることによって、１つの荷
電種の密度を別またはいくつかのほかの荷電種に対して調整されてもよい。

【０１０３】図７Ｄには単一の静電場が描かれているが、本発明のフィルタの他の実施形態
は、いくつかの磁場を用いてもよいし、時変磁場を利用してもよい。

【０１０４】上述したさまざまなフィルタのタイプを組み合わせて、主要処理チャンバ内に
入る前に補助プラズマをさらにフィルタリングしてもよい。フィルタのタイプは
どれを組み合わせて主要プラズマ内で所望の種密度を発生させてもよい。例えば
、図７Ｃのクオドラポールを、単一の補助供給源チャンバにおいて図５Ａまたは
図５Ｂの導管と直列に結合させてもよい。また、クオドラポールを用いて、ある
選択した荷電種を導管フィルタに通してもよい。次いで、導管フィルタは選択し
た荷電種を再結合することによって、選択した中性種を発生させる。このように
して、本発明を用いて、中性ラジカルなどの選択した中性種を主要チャンバに供
給してその種の密度を調整してもよい。荷電粒子種は別の補助チャンバにより主
要チャンバに搬入されてもよいし、主要チャンバの電源を用いて主要処理チャン
バに発生させてもよい。

【０１０５】前述の説明は例示的目的のものであって、再結合タイプとのあらゆる電界タイ
プ、磁界または静電場タイプや静電場タイプや、あらゆる磁場タイプとのあらゆ
る静電場タイプ、同じタイプの複数フィルタなどのフィルタやフィルタのタイプ
の他の組み合わせを用いて、主要処理チャンバ内の種密度を制御してもよい。

【０１０６】図８を参照すると、上述したように、本発明は補助チャンバ３００での中性種
の発生に限定されるものではない。補助チャンバ３００は、中性種および荷電種
を共に発生するものでもよい。もしくは、主要チャンバを用いて、主に荷電種を
発生させてもよい。補助チャンバ３００で発生した種は、フィルタリングされて
主要処理チャンバ１０２に供給されて、主要処理チャンバの種密度を制御するも
のであってもよい。さらに、図３に示すような複数の補助供給源チャンバまたは
主要処理チャンバ自体が処理チャンバ内の粒子種に追加されてもよい。

【０１０７】上述したように、参照番号８１６の位置に１つかまたは複数のフィルタを挿間
することによって、処理チャンバに中性粒子を供給する以外に、本発明を用いて
荷電粒子を選択的にフィルタリングしてもよい。ある応用では、補助チャンバ３
００またはいくつかの補助チャンバのうちの１つが、処理チャンバ１０２に主要
な荷電粒子を供給するために必要な場合がある。このような場合、電源、温度お
よび圧力などの補助チャンバ３００の入力パラメータは、補助供給源チャンバが
主要な荷電粒子種を発生するように選択される。

【０１０８】次いで、主要な荷電粒子種からなる補助プラズマは、上述したように、参照番
号１８６の位置で１つかまたは複数のフィルタを挿間させることによってフィル
タリングされてもよく、もしくはまったくフィルタリングされなくてもよく、こ
れによって主要処理チャンバ１０２に所望の荷電粒子種の密度を供給する。これ
の替わりとして、またはフィルタリングに追加して、図３および図９に描かれて
いるように、主要処理チャンバ１０２もしくは別の補助供給源チャンバを用いて
、所望の中性種を発生または供給することもできる。

【０１０９】補助供給源チャンバ３００は、主要処理チャンバに荷電粒子種を供給するよう
に選択される場合、図８に示すように、磁気強化形の誘導結合形リアクタとして
具体化されてもよい。ＭＥＩＣＰの利点は、イオン化率を１００％近くにできる
ことである。このような荷電粒子が豊富なプラズマは、荷電粒子種源として主要
処理チャンバに直接供給可能である。

【０１１０】もしくは、このような補助供給源チャンバにより発生させた補助プラズマを選
択的にフィルタリングした後に主要処理チャンバ１０２に搬送することによって
、主に１種の荷電粒子からなるようにしてもよい。別の選択肢としては、主に荷
電粒子からなる補助プラズマを、上述した複数フィルタを用いてフィルタリング
することによって、選択された荷電種が再結合して主に１種の中性種を発生させ
て、主要処理チャンバ１０２に搬送されてもよい。

【０１１１】ＭＥＣＩＰの利点はいくつかのプロセスで利益となるが、補助供給源チャンバ
の実施形態を用いて、主要処理チャンバに供給され、フィルタリングされ、また
はフィルタリングされない荷電粒子種の密度を変化させることによって、主要処
理チャンバ内の種密度を別々に制御してもよい。本発明は、本発明は、すべての
タイプのプラズマリアクタまたはプラズマアシストリアクタに適用されるもので
ある。

【０１１２】図８は、主要チャンバ１０２に処理ガス入口ライン３１４'を示している。処理ガス入口ライン３１４'は、処理ガスを主要チャンバ１０２に搬送するものであってよい。処理ガスは、誘導アンテナ６０８により点火されて、主要チャンバ
にプラズマを形成してもよい。補助チャンバ３００で発生させたプラズマは、主
要チャンバ１０２内に導入されて点火された処理ガスと組み合わせて、主要チャ
ンバ１０２に処理プラズマを形成する。

【０１１３】図８の実施形態は、ドーム状の天井６０２と、誘導アンテナ６０８と、台６１
４を介してワークピース６１０に供給される静電容量バイアス６１２とを有する
ように示されているが、本発明はすべてのタイプのプラズマリアクタまたはプラ
ズマアシストリアクタに適用されるものである。さらに、本発明の他の実施形態
と共に、図８の実施形態は、種密度を制御するために、主要処理チャンバ１０２
に電源を供給するものであっても、または供給しないものであってもよい。同様
に、本発明の実施形態は、処理チャンバ１０２内で種密度の制御を行うためにフ
ィルタを用いるものであっても、または用いないものであってもよい。さらに、
いくつかの補助チャンバと処理ガス源が、種密度とワークピース処理を制御する
ために用いられていもよい。したがって、処理ガスは、補助供給源チャンバ３０
０と主要チャンバ１０２の両方か、主要チャンバ１０２のみか、補助供給源チャ
ンバ３００のみか、もしくは複数補助供給源チャンバのみに供給されるものであ
ってもよい。複数補助チャンバのそれぞれは、所望の主要処理チャンバプラズマ
を発生するように、異なるタイプのフィルタを用いるものであっても、またはま
ったく用いなくてもよい。

【０１１４】図９を参照すると、本発明は、主要処理チャンバ１０２内で種密度を制御する
ために、２以上の補助チャンバを用いてもよい。図９は、２つの補助供給源チャ
ンバ５０２、５０４を示す。各補助供給源チャンバ５０２、５０４は、補助供給
源チャンバ５０２、５０４で発生させた２つのプラズマを組み合わせることによ
って主要処理チャンバ１０２内で所望の種密度を発生させるように、異なる種を
発生させてもよい。

【０１１５】本願明細書で記載したほかの実施形態と同様に、図９の実施形態でも、主要処
理チャンバ１０２は、電源を有するものであっても、または有さないものであっ
てもよい。図９の主要処理チャンバ１０２は、主要処理チャンバ１０２の周りに
ハイチされた誘導コイルアンテナ６０８と７０８を有する。電源を主要処理チャ
ンバ１０２に供給することによって、種密度の制御はさらに良好になる場合があ
る。電源は、誘導アンテナ６０８、７０８であってもよく、または電源の他のタ
イプまたは構造のものであってもよい。

【０１１６】図９の実施形態は、１以上の荷電粒子フィルタを用いるものであってもよい。
フィルタは、参照番号９１６または９１７の位置で補助供給源チャンバ５０２ま
たは５０４と主要チャンバ１０２に挿間されてもよい。少なくとも１つのフィル
タを補助供給源チャンバ５０２、５０４のいずれかに設けることによって、種密
度の制御がさらに良好になる場合がある。

【０１１７】図１、３、４、６、８から１０の実施形態は、処理プラズマの密度を調整せず
に、荷電粒子種と中性粒子種の密度を制御できる非制限的手段を提供する。処理
室に入る補助供給源プラズマの種密度を制御することによってか、いくつかの補
助供給源チャンバのプラズマの種密度を制御することによってか、もしくは主要
チャンバで発生したプラズマを制御すると同時に処理チャンバに入る補助供給源
プラズマの種密度を制御することによって、本発明は種密度を別々に制御する。
さらに、プラズマの全密度が維持されることもあり、そうでなければ単一のチャ
ンバからなる装置で調整される。さらに、イオンエネルギーを個別に制御するた
めにワークピースにバイアス電力が印加されてもよく、そうでなければ、主要処
理チャンバ内で種密度を調整することによって影響される。すなわち、本発明に
よって、種密度の制御とプラズマ密度とイオンエネルギーの制御を切り離して別
々に行うことができる。

【０１１８】上述したように、本発明により、プラズマ内での種密度を個別に制御すること
によって、例えば、エッチング速度、選択比、エッチングフィーチャプロファイ
ル、エッチング速度マイクロローディングおよびエッチング残留物の除去などの
処理特性をさらに良好に制御できるようになる。上述したエッチング金属残留物
の例において、Ｃｌ⁺とＣｌ₂ ⁺の比率は、主要処理チャンバ１０２での金属のエ
ッチング残留物の濃度に影響を及ぼす場合がある。したがって、Ｃｌ₂ ⁺に対してＣｌ⁺の量を選択的に減少させることによって、金属残留物の濃度は主要処理チャンバで減少することがある。金属のエッチング残留物の濃度を低下させるこ
とによって、金属の残留物は、ワークピース表面やチャンバ表面上に堆積するこ
とによって処理用部品やリアクタの部品を劣化させなくなる。

【０１１９】また、本発明は、他のさまざまな方法により金属のエッチング残留物を除去す
るために用いられてもよい。補助供給源チャンバは、リガンドを発生して処理チ
ャンバにエッチングされた金属イオンを取り囲むことによって、主要処理チャン
バにいおいてこのようなイオンを効果的に除去または削除してもよい。例えば、
Ｃ＝０などのリガンドが主要処理チャンバに導入されて、Ｃｕ⁺などの金属の残留物を囲むことによって、主要処理チャンバのＣｕ⁺を効果的に除去する。他のリガンドも使用可能であり、この方法で他のタイプの金属イオン残留物を除去し
てもよいことは言うまでもない。

【０１２０】また、リガンドを発生するためにプラズマを発生させる必要がないことに留意
すべきである。リガンドは、当業者に周知のあらゆる従来の方法で生成され、主
要処理チャンバに供給されてよい。したがって、選択された荷電粒子種を主要処
理チャンバに供給するために補助供給源チャンバを用い、主要処理チャンバへリ
ガンドを入れるために、別の装置や熱解離などの方法を用いることもできる。

【０１２１】処理特性を改善するために本発明を用いる可能な方法のうちの１つを説明する
さらなる別の例は、ＳｉＯ₂のエッチング中に処理チャンバへポリマーを導入することである。ポリマーは、前述のエッチング速度、選択比およびエッチングフ
ィーチャプロファイル特性を改善するために、パッシベーションそうを提供する
ために使用することができる。

【０１２２】通常、Ｃ₂Ｆ₈などのポリマーガスが主要チャンバ内に導入されて、他の処理ガ
スと共に解離され、主要処理チャンバないのほかの中性種および荷電種と共に、
ＣＦ₂の所望のパッシベーションポリマーを形成する。これによって、Ｆ、ｅ、Ｆ⁺などの他の種は、主要処理チャンバないの荷電粒子と中性ラジカルの密度に加わる。したがって、パッシベーション種を付加する以外にも、Ｃ₂Ｆ₈の解離に
よって、処理プラズマに対して反応性のあるほかの種が付加される。

【０１２３】これは、本発明を用いると防ぐことが可能である場合がある。本発明により、
上述したように、主要処理プラズマは、選択された種の密度かまたはフィルタリ
ングされた種の密度を有する補助プラズマを発生することによって形成され、電
源を主要処理チャンバに印加することなく、主要供給源チャンバに導入されても
よい。所望のポリマーガス種は、主要処理チャンバに別々に導入されることによ
って、フィルタリングされた補助チャンバプラズマかまたはフィルタリングされ
ていないものと主要処理チャンバで結合させてもよい。このアプローチを用いて
、ＣＦ₂の密度を、主要処理チャンバの電源により発生させた中性および荷電種に付加せずに高くしてもよい。このようにして、処理プラズマ種密度が別々に制
御されることによって、処理特性を高めてもよい。

【０１２４】ＣＦ₂は、さまざまな方法で主要処理チャンバに供給されてもよい。上述したように、例えば、実質的にすべてがイオン化されたプラズマを発生させ、荷電粒
子種によりフィルタリングし、再結合することによって別の補助チャンバによっ
て供給されてもよい。もしくは、熱解離などの他の従来の技術を用いて供給され
てもよい。

【０１２５】熱解離技術は、主要処理チャンバないにあらゆる所望の中性種を発生するため
に用いられてもよい。例えば、気相成長用のチャンバで用いられるような熱解離
が中性種を供給するように利用されてもよい。このようにして、本発明はプラズ
マアシストの化学気相成長用チャンバでの使用に適している。

【０１２６】また、本発明は、中性粒子種または荷電粒子種の実質的に純粋な供給源を発生
するために使用されてもよい。例えば、補助チャンバの磁気強化形の誘導結合形
の実施形態は、実質的にすべてがイオン化されたプラズマを発生させるために用
いられてもよい。次いで、上述したように、イオンまたは荷電粒子がフィルタリ
ングされて、実質的に一種の荷電粒子を含むイオン源を発生するために用いられ
てもよい。このイオン源は、処理チャンバに搬送されてもよい。

【０１２７】あるいは、このように実質的に一種の荷電粒子が実質的に純粋な逆の極性を有
する荷電粒子種の別の異なる供給源と組み合わせて、実質的に純粋な中性種ガス
を形成してもよい。もしくは、実質的にすべてがイオン化された粒子が、上述し
たようにフィルタリングされることによって、一種のみの正の荷電粒子が残り、
これがフィルタリングされて再結合して、実質的に純粋な中性種ガスを形成して
もよい。この替わりとして、実質的にすべてがイオン化されたプラズマをフィル
タリングすることによって、一種のみの正の荷電粒子と異種の電子が残るように
してもよい。次いで、これらの２つの種をフィルタリングすることによって、２
つの種を再結合させて、実質的に純粋な中性種ガスを形成してもよい。

【０１２８】このように、本発明は、種密度を制御するための方法を数多く提供するもので
ある。さらに、本発明は、プラズマアシストタイプおよび他のタイプのワークピ
ース処理を改善するものである。

【０１２９】図１０を参照すると、上述したように、本発明の主要処理チャンバは、特定の
構造のいずれに対しても限定されるものではない。図１０は、種密度の制御を別
々に行うさらなる別の非制限的例を示すものである。主要処理チャンバ１０２は
、平坦な頂部６０２'と、その上にある誘導アンテナ６０８を有する。主要処理チャンバ１０２の実施形態にあるように、誘導アンテナまたは、この替わりとし
て、図１０に不図示の主要処理チャンバ１０２の側壁を囲む。ワークピース６１
０でのイオンエネルギーを制御するために、静電容量バイアス６１２が台６１４
に印加されてもよい。参照番号８１６の位置で主要処理チャンバ１０２と補助供
給源チャンバ３００にフィルタが挿間されて、上述したように種密度をさらに制
御してもよい。

【０１３０】補助供給源３００のプラズマ発生に対するワークピース６１０の距離は、さら
に処理を制御するように設定されてもよい。例えば、ワークピース６１０の付近
の補助供給源プラズマの密度を低くする必要があれば、補助供給源プラズマ発生
からワークピースまでの距離を広くしてもよい。もしくは、別の非制限的例とし
て、参照番号８１６の位置で再結合フィルタが使用され、結合する前に確実に中
性ラジカルがワークピース６１０に到達するようにすることが望ましければ、ワ
ークピース６１０から補助供給源プラズマ発生の距離を狭めて処理を高めてもよ
い。これは、例えば、主要処理チャンバ１０２の側壁の高さの設定など、ワーク
ピース６１０上にある頂部６０２'の高さを設定することによって達成してもよい。もしくは、これは、補助供給源チャンバ３００の壁３０６の高さを設定する
ことによって達成してもよい。さらに、台６１４を調節して、補助供給源チャン
バ３００のプラズマ発生に対してワークピース６１０の距離を設定してもよい。
また、本発明の他の実施形態はこれらのフィーチャを用いて処理を容易にしても
よい。

【０１３１】図４、６、８から１０は、補助プラズマを発生させるために、ヘリコン波を発
生可能な電源電力アプリケータを用いた補助チャンバを示している。補助プラズ
マを発生するために、あらゆるタイプの電源電力アプリケータを用いてもよいが
、さまざまな利点の中でも特に、ヘリコン波を発生することができる電源電力ア
プリケータは、より広域の温度および圧力で補助チャンバに均一の高密度プラズ
マを発生させることが可能である。これによって、本発明は、エッチング処理お
よび堆積処理の処理窓を非常に広くして用いることが可能となる。

【０１３２】ヘリコン波のいくつかの特性および例に関しては、１９９１年２月５日、１９
９５年６月６日および１９９５年７月４日にそれぞれ登録され、すべて「高密度
プラズマ堆積およびエッチング装置（ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｌａｓｍａ
ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄＥｔｃｈｉｎｇＡｐｐａｒａｔｕｓ）」と
いう発明の名称のすべてキャンプベル等（Ｃａｍｐｂｅｌｌｅｔａｌ．）に
よる米国特許第４，９９０，２２９号、第５，４２１，８９１号および第５，４
２９，０７０号公報に開示されており、これらの内容全体をすべて本願明細書に
参照により引用されたものとする。

【０１３３】補助チャンバ電源電力アプリケータを形成するために、通常、ベルチャンバ３
０６の筒部の周りに二重ループアンテナ３０８が配置されて、ｍ＝０のヘリコン
波を発生する。ＲＦ供給発生器３１０が、１つのループには時計回りに電流を通
し、もう１つのループには反時計回りに電流を通すことによって、電流の位相を
１８０度ずらすように、ループのそれぞれに電流を流す。また、この実施形態で
は、補助電源電力アプリケータは、補助チャンバ３００内に軸方向の磁場を形成
する電磁石３０９ａと３０９ｂをぴったりと組み合わせたものを含む。内側磁石
３０９ａと外側磁石３０９ｂの電流を調整して、補助チャンバの筒部の外側に即
座に分散する磁場を供給してもよい。

【０１３４】補助チャンバの軸方向の磁場は、処理チャンバにプラズマを向けて、処理チャ
ンバ内に分散する。また、このように分散することによって、ワークピースから
離れた場所に磁場が保持されるようになる。

【０１３５】筒部内での軸方向の磁場と誘導ＲＦ電場とが相互に作用することによって、補
助チャンバ内でのヘリコン波が増加する。ヘリコン波は、散乱との関係と、さら
にランダウ減衰に応じて、通常、補助チャンバと処理チャンバの結合部から１０
ｃｍ以上離れた位置にあるワークピースの方向へと処理チャンバ内に伝播する。
前述したように、この距離は処理を最適化するように調節可能であり、選択され
た処理パラメータに依存するものである。

【０１３６】補助チャンバ３００は石英からなり、２つのループ間を伝播する誘導されたヘ
リコン波からの時間がＲＦ周期の１／２となるようなループ間の最適な距離が１
０ｃｍの距離を有するようにしてもよい（１３．５６ＭＨｚで約１２．５ｃｍ）
。補助チャンバは、広域のＲＦ電源電力（０．５から３．０ｋＷ）、磁場強度（
３０から３００Ｇ）および圧力（０．５から５０ｍＴ）で動作するものであって
よい。補助チャンバは、ｍ＝０のヘリコン波を発生するために上述したレイアウ
トに限定されるものではない。また、他のアンテナの構造を用いて、例えば、ｍ
＝１などのヘリコン波の他のモードを発生させて、補助プラズマを形成してもよ
い。

【０１３７】ヘリコン源の利点は、プラズマパラメータを調節することによって、ヘリコン
波の電源電力アプリケータがイオン化速度を１００％に近くすることである。こ
れは、補助チャンバが、フィルタリングされるかまたはフィルタリングされずに
主要チャンバに主要な荷電粒子を供給するように選択される場合、他のタイプの
電源電力アプリケータよりも利点を有する。さらに、イオン化速度が速いと、補
助チャンバが再結合タイプのフィルタを用いて中性粒子を発生するように選択さ
れる場合に利点となる。イオン化速度が速いと、所望のプラズマ種以上のものを
発生して主要チャンバに供給しやすくなる。

【０１３８】さらに、ヘリコン波の電源電力アプリケータで形成される濃プラズマによって
、プラズマ密度を下げて悪影響を及ぼさずにワークピースからさらに遠い場所に
プラズマを発生させることができる。したがって、十分な量の中性粒子種または
荷電粒子種を再結合前に主要チャンバに搬送することもできる。

【０１３９】さらに、ヘリコン波を発生させることができる電源電力アプリケータは、電源
電力を効率的に結合し、広域の温度および電源電力で高度に均一なプラズマをＨ
っ性することができる。磁場でヘリコン波により発生したプラズマが均一性をも
てば、主要チャンバ内にプラズマが流入してより均一な処理プラズマを発生させ
ることができる。

【０１４０】均一な処理プラズマおよび種密度制御をさらに高めるために、主要処理チャン
バ電源電流アプリケータが主要チャンバに近接して設けられてもよい。主要処理
チャンバ電源電力は、主要チャンバに供給される処理ガスを'かして、主要チャンバに処理プラズマを発生させてもよい。補助プラズマは、主要チャンバ内に導
入されて、点火された処理ガスと補助プラズマが主要チャンバにおいて処理プラ
ズマを形成するように、点火された処理ガスに加えられてもよい。

【０１４１】したがって、補助プラズマは、主として中性ラジカルかまたは主として荷電粒
子から形成されてもよい。電源電力などの補助チャンバパラメータを調整するこ
とによって、補助プラズマ内の中性粒子と荷電粒子の密度を制御する。このよう
に、補助チャンバは、主要処理チャンバへの中性ラジカル種源かまたは荷電粒子
種源であってもよい。

【０１４２】上述したように、補助プラズマの中性粒子種と荷電粒子種の密度は、主要チャ
ンバに所望の種密度を発生するように選択される。したがって、補助プラズマは
主要チャンバ内で種密度を調節する。さらに、上述したように、補助供給源チャ
ンバと主要チャンバにフィルタが挿間されて補助プラズマ種の密度をさらに制御
し、それによってさらに調整することが可能となり、処理プラズマ種の密度がさ
らに制御できるようになる。

【０１４３】したがって、本発明により、全体の密度から処理プラズマ種の密度の制御を切
り離して別々に行うことが可能となる。処理プラズマの全体の密度と種密度を別
々に制御するために本発明が提供する一つの方法は、電源電力を補助チャンバと
主要処理チャンバに印加することによって行われる。これによって印加された電
源電力を有する主要チャンバに付与される補助プラズマは、処理プラズマを形成
する。全体の密度と主密度を別々にする別の方法は、電源電力を第１の補助チャ
ンバと第２の補助チャンバに印加して、主要チャンバでこれらのプラズマを結合
し、処理プラズマを形成することによって行われる。全体の密度と主密度を別々
にするさらなる別の方法は、電源電力を補助チャンバに印加し、補助チャンバプ
ラズマをフィルタリングして、主要チャンバに処理プラズマを形成することによ
って行われる。全体の密度と主密度を別々にするさらなる別の方法は、電源電力
を補助チャンバに印加し、熱解離された種など、主要チャンバに別の中性種源を
供給して、主要チャンバに処理プラズマを形成することである。

【０１４４】さらに、バイアス電力をワークピースに印加することによって、本発明により
、イオンエネルギーと、処理プラズマの種密度と全体の密度とを別々に制御でき
るようになる。

【０１４５】本発明では、補助チャンバのみ、補助チャンバと処理チャンバの両方、もしく
は処理チャンバのみに処理ガスが導入されて、ワークピースを処理してもよいこ
とに留意されたい。また、ワークピースの処理中、主要チャンバと補助供給源チ
ャンバの両方に電源電力が印加されてもよいことにも留意されたい。このように
、補助供給源チャンバと主要処理チャンバに同時に電源電力を発生させて印加す
る動作は、持続的または律動的なものであってもよく、さらに望ましければ、チ
ャンバ間で交互に行ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による補助供給源チャンバと組み合わせたプラズマリアクタの概略図で
ある。

【図２Ａ】マイクロ波電力アプリケータを用いる図１の補助パワーチャンバの部分側断面
図である。

【図２Ｂ】誘導コイル電力アプリケータを用いる図１の補助パワーチャンバの側断面図で
ある。

【図２Ｃ】磁気強化形誘導電力アプリケータを用いる図１の補助供給源チャンバの側断面
図である。

【図２Ｄ】ドーム状の頂部を有し磁気強化形誘導電力付与機を用いる図１の補助供給源チ
ャンバの側断面図である。

【図２Ｅ】一対の対面する内部電極を含む容量性電力アプリケータを用いる図１の補助供
給源チャンバの側断面図である。

【図２Ｆ】一対の対面する外部電極を含んだ容量性電力アプリケータを用いる図１の補助
供給源チャンバの側面図である。

【図３】本発明による複数の中性粒子供給源チャンバと組み合わせたプラズマリアクタ
の概略図である。

【図４】誘電結合形主要処理チャンバと磁気強化形誘電結合補助チャンバを利用する図
１の補助供給源チャンバを組み合わせたプラズマリアクタの側断面図である。

【図５Ａ】図１の導管再結合フィルタの側断面図である。

【図５Ｂ】図５Ａの複数の導管再結合フィルタの側断面図である。

【図６】図５の複数の導管再結合フィルタを利用する図４のプラズマリアクタの側断面
図である。

【図７Ａ】本発明の接地したグリッドタイプの再結合フィルタの斜視図である。

【図７Ｂ】本発明のバイアスをかけたグリッドタイプの再結合フィルタの斜視図である。

【図７Ｃ】本発明の磁場クワドラポールタイプのフィルタの斜視図である。

【図７Ｄ】本発明の磁気タイプのフィルタの斜視図である。

【図８】磁気強化形の誘導結合形補助供給源チャンバと誘導結合形主要処理チャンバを
利用し、可能なフィルタ配置を示した図１のプラズマリアクタの側断面図である
。

【図９】磁気強化形の誘導結合形補助供給源チャンバと誘導結合形主要処理チャンバを
利用する図３のプラズマリアクタの側断面図である。

【図１０】磁気強化形の誘導結合形補助供給源チャンバと平坦な天井を有する誘導結合形
主要処理チャンバを利用する図１のプラズマリアクタの側断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者コランデンコ，アーノルドアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンフランシスコ，ユーキャリプタスドライヴ 1747 (72)発明者シャン，ホン，チンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，タンブルウェイ 3630 (72)発明者ローウェンハード，ピーターアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，ロッスウッドドライヴ 1862 (72)発明者リー，チーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，フリーモント，ソルスティスコート 746 (72)発明者イー，ヤンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，キャンベル，ヴィアサライス 3862 (72)発明者チャン，キューイェンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，ミルピタス，ローズドライヴ 230 (72)発明者キュー，ソンリンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，フリーモント，デニスストリート 41641 (72)発明者チェン，アーサーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，フリーモント，ボッテガコート 744 (72)発明者サトー，アーサーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，イースタスドライヴ 4733 (72)発明者グリムバーゲン，マイケルアメリカ合衆国，カリフォルニア州，レッドウッドシティ，マルティニークドライヴ 767 (72)発明者マー，ダイアナアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サラトガ，キルトコート 19600 (72)発明者ヤマルティーノ，ジョンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，パロアルト，ウエイヴァリー 385 (72)発明者ヤン，チュンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンタクララ，モンローストリート 2200 ナンバー1208 (72)発明者ツワルスキー，ウェイドアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サニーヴェイル，シャーレイアヴェニュー 860 Ｆターム(参考） 5F004 AA03 AA05 BA04 BA20 BB18 BB28 BC08 CA02 DA00 DA04 DA25 DA26 DB03 DB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマリアクタであって、ａ）ワークピースを含み、処理プラズマを発生させることが可能な処理チャン
バと、ｂ）補助プラズマを発生させることが可能な補助チャンバと、ｃ）前記補助チャンバで発生させたプラズマを前記処理チャンバに導入してワ
ークピースを処理可能にするために、前記処理チャンバに結合させた前記補助チ
ャンバを含むプラズマリアクタ。
【請求項２】処理チャンバ電源電力アプリケータおよび補助チャンバ電源
電力アプリケータをさらに含む請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項３】前記処理チャンバ電源電力アプリケータにより前記処理チャ
ンバ内に発生し、密度を有する中性粒子種および荷電粒子種からなる処理プラズ
マをさらに含み、さらに、補助チャンバ電源電力アプリケータにより前記補助チ
ャンバ内に発生する補助プラズマをさらに含むものであって、前記処理チャンバ
電源電力アプリケータおよび前記補助チャンバ電源電力アプリケータにより、処
理プラズマの種密度の調整が可能となる請求項２に記載のプラズマリアクタ。
【請求項４】前記処理プラズマが、ある全密度を有し、前記処理チャンバ
電源電力アプリケータおよび前記補助チャンバ電源電力アプリケータにより、前
記処理プラズマの全密度とは別々に、処理プラズマの主密度の調整が可能となる
請求項３に記載のプラズマリアクタ。
【請求項５】前記補助プラズマが、主として荷電粒子を含む請求項３に記
載のプラズマリアクタ。
【請求項６】前記補助プラズマが、主として中性粒子を含む請求項３に記
載のプラズマリアクタ。
【請求項７】前記補助チャンバと前記処理チャンバに挿間されたフィルタ
をさらに含む請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項８】処理チャンバ電源電力アプリケータにより前記処理チャンバ
内に発生し、密度を有する中性粒子種および荷電粒子種からなる処理プラズマを
さらに含み、さらに、補助チャンバ電源電力アプリケータにより前記補助チャン
バ内に発生する補助プラズマをさらに含むものであって、前記処理チャンバ電源
電力アプリケータおよび前記補助チャンバ電源電力アプリケータおよび前記フィ
ルタにより、処理プラズマの種密度の調整が可能となる請求項７に記載のプラズ
マリアクタ。
【請求項９】前記補助プラズマが、主として荷電粒子からなる請求項８に
記載のプラズマリアクタ。
【請求項１０】前記フィルタが、前記補助チャンバから前記処理チャンバ
へ主として中性粒子種を通過させる請求項９に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１１】前記フィルタにより補助プラズマの荷電粒子種が再結合し
て中性粒子種を形成した後に、前記処理チャンバ内に導入される請求項１０に記
載のプラズマリアクタ。
【請求項１２】前記フィルタが、前記補助チャンバから前記処理チャンバ
へ、選択された荷電粒子を通過させる請求項９に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１３】前記フィルタが、前記補助チャンバから前記処理チャンバ
へ、ある選択された電荷対質量を有する主として荷電粒子を通過させる請求項１
２に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１４】前記補助プラズマが、主として中性粒子からなる請求項８
に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１５】前記フィルタが、前記補助チャンバから前記処理チャンバ
へ、主として中性粒子を通過させる請求項１４に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１６】前記フィルタが、前記補助チャンバから前記処理チャンバ
へ、主として荷電粒子を通過させる請求項１４に記載のプラズマリアクタ。
【請求項１７】処理プラズマを発生でき、前記処理プラズマの全密度を制
御可能な処理チャンバ電源電力アプリケータをさらに含む請求項１に記載のプラ
ズマリアクタ。
【請求項１８】前記処理チャンバが、ワークピースでのイオンエネルギー
を制御可能であるバイアス電力プリケータをさらに含む請求項１７に記載のプラ
ズマリアクタ。
【請求項１９】前記処理チャンバが、ワークピースでのイオンエネルギー
を制御可能であるバイアス電力プリケータをさらに含む請求項１に記載のプラズ
マリアクタ。
【請求項２０】前記バイアス電力プリケータが、１つの陰極および１つの
陽極をさらに含む請求項１９に記載のプラズマリアクタ。
【請求項２１】前記補助チャンバが、前記補助チャンバ内にヘリコン波を
発生可能な補助電力アプリケータをさらに含む請求項１に記載のプラズマリアク
タ。
【請求項２２】前記補助チャンバが、磁気強化形の誘導結合形電源電力ア
プリケータをさらに含む請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【請求項２３】前記磁気強化形の誘導結合形電源電力アプリケータが、ヘ
リコン波を発生することが可能である請求項２２に記載のプラズマリアクタ。
【請求項２４】前記処理チャンバが、誘導アンテナをさらに含む請求項２
２に記載のプラズマリアクタ。
【請求項２５】前記処理チャンバが、天井をさらに含み、さらに、前記補
助チャンバが前記処理チャンバの天井に結合される請求項２４に記載のプラズマ
リアクタ。
【請求項２６】前記誘導アンテナが、前記処理チャンバの天井の上側に配
置される請求項２５に記載のプラズマリアクタ。
【請求項２７】前記処理チャンバの天井がドーム状である請求項２６に記
載のプラズマリアクタ。
【請求項２８】前記処理チャンバの天井が平坦である請求項２６に記載の
プラズマリアクタ。
【請求項２９】前記処理チャンバが、側壁をさらに含み、さらに前記誘導
アンテナが前記処理チャンバの側壁に隣接して配置される請求項２５に記載のプ
ラズマリアクタ。
【請求項３０】前記処理チャンバの天井がドーム状である請求項２９に記
載のプラズマリアクタ。
【請求項３１】前記処理チャンバの天井が平坦である請求項２９に記載の
プラズマリアクタ。
【請求項３２】ワークピース処理方法であって、ａ）補助プラズマを発生する工程と、ｂ）前記補助プラズマをフィルタリングする工程と、ｃ）主要プラズマを発生する工程と、ｄ）主要プラズマとフィルタリングした補助プラズマの混合物からなる処理プ
ラズマを形成する工程と、ｅ）ワークピースを前記処理プラズマに晒す工程とを含むワークピース処理方法。
【請求項３３】前記補助プラズマを、主として中性種からなるように発生
させる請求項３２に記載のワークピース処理方法。
【請求項３４】前記補助プラズマを、主として荷電粒子からなるように発
生させる請求項３２に記載のワークピース処理方法。
【請求項３５】前記補助プラズマが、荷電粒子が除去されるようにフィル
タリングさせる請求項３２に記載のワークピース処理方法。