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特許6377060広ダイナミックレンジイオンエネルギーバイアス制御、高速イオンエネルギー切り替え、イオンエネルギー制御およびパルスバイアス供給部、および仮想フロントパネル
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6377060
(24)【登録日】2018年8月3日
(45)【発行日】2018年8月22日
(54)【発明の名称】広ダイナミックレンジイオンエネルギーバイアス制御、高速イオンエネルギー切り替え、イオンエネルギー制御およびパルスバイアス供給部、および仮想フロントパネル
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20180813BHJP
C23C 16/50 20060101ALI20180813BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20180813BHJP
C23C 16/52 20060101ALI20180813BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101G
C23C16/50
H05H1/46 M
H05H1/46 R
C23C16/52
【請求項の数】15
【全頁数】54
(21)【出願番号】特願2015-529939(P2015-529939)
(86)(22)【出願日】2013年8月27日
(65)【公表番号】特表2016-500132(P2016-500132A)
(43)【公表日】2016年1月7日
(86)【国際出願番号】US2013056851
(87)【国際公開番号】WO2014036000
(87)【国際公開日】20140306
【審査請求日】2016年7月15日
(31)【優先権主張番号】61/694,148
(32)【優先日】2012年8月28日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】597112542
【氏名又は名称】アドバンスト・エナジー・インダストリーズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(72)【発明者】
【氏名】ブルーク， ビクター
(72)【発明者】
【氏名】ホフマン， ダニエル ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】カーター， ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】コワレフスキー， ドミトリー
【審査官】
鈴木 聡一郎
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１２／０３０５００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００１−２３７２３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／００５２５９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００４−１９３５６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−２８７９９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０６２０１２０８（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】
特表２０１３−５３８４５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３６５
Ｈ０１Ｌ ２１／４６１
Ｈ０１Ｌ ２１／４６９
Ｈ０１Ｌ ２１／８６
Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４
Ｃ２３Ｃ １６／５０
Ｃ２３Ｃ １６／５２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理チャンバを動作させる方法であって、
前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部上の基板と接触しているプラズマを持続させることと、
前記基板支持部の有効容量Ｃ１を取得することと、
前記基板の表面上に電位を生じさせるために、修正された周期的電圧関数を前記基板支持部に提供することであって、前記修正された周期的電圧関数は、周期的電圧関数とイオン電流補償ＩＣとの組み合わせから形成され、前記修正された周期的電圧関数は、
第１の部分と呼ばれる急速に増加する電圧と、
前記第１の部分の終了時に開始する実質的に一定の電圧であって、第２の部分と呼ばれる実質的に一定の電圧と、
前記実質的に一定の電圧を下回る電圧ステップΔＶであって、前記第２の部分の終了時に開始し、第３の部分と呼ばれる電圧ステップΔＶと、
前記第３の部分の終了時に開始する傾き電圧であって、第４の部分と呼ばれ、かつ、前記イオン電流補償によって制御される傾きｄＶ０／ｄｔを有する傾き電圧とを含む、ことと、
前記修正された周期的電圧関数の測定値および前記有効容量Ｃ１の関数として、前記プラズマ内のイオン電流ＩＩを計算することと、
前記電圧ステップΔＶを制御することによって、前記基板表面上に入射するイオンのイオンエネルギーｅＶを制御することにより、前記基板表面上に前記電位を生じさせることと
を含む、方法。
前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部上の基板と接触しているプラズマを持続させることと、
前記基板支持部の有効容量Ｃ１を取得することと、
前記基板の表面上に電位を生じさせるために、修正された周期的電圧関数を前記基板支持部に提供することであって、前記修正された周期的電圧関数は、周期的電圧関数とイオン電流補償ＩＣとの組み合わせから形成され、前記修正された周期的電圧関数は、
第１の部分と呼ばれる急速に増加する電圧と、
前記第１の部分の終了時に開始する実質的に一定の電圧であって、第２の部分と呼ばれる実質的に一定の電圧と、
前記実質的に一定の電圧を下回る電圧ステップΔＶであって、前記第２の部分の終了時に開始し、第３の部分と呼ばれる電圧ステップΔＶと、
前記第３の部分の終了時に開始する傾き電圧であって、第４の部分と呼ばれ、かつ、前記イオン電流補償によって制御される傾きｄＶ０／ｄｔを有する傾き電圧とを含む、ことと、
前記修正された周期的電圧関数の測定値および前記有効容量Ｃ１の関数として、前記プラズマ内のイオン電流ＩＩを計算することと、
前記電圧ステップΔＶを制御することによって、前記基板表面上に入射するイオンのイオンエネルギーｅＶを制御することにより、前記基板表面上に前記電位を生じさせることと
を含む、方法。
【請求項2】
以下の方程式が満たされるまで、前記イオン電流補償ＩＣを調節することをさらに含み、
これにより、前記イオンエネルギー分布関数の最小幅を獲得する、請求項１に記載の方法。
【数11】
【請求項3】
前記最小幅から前記イオンエネルギー分布関数の幅を増加させるように、前記イオン電流ＩＩから離して前記イオン電流補償ＩＣを調節することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記方程式が満たされるとき、以下の方程式が真であり、
Ｃｓｔｒａｙは、前記修正された周期的電圧関数によって見られる浮遊容量の累積容量である、請求項２に記載の方法。
【数12】
【請求項5】
イオン電流ＩＩは、
第１のイオン電流補償ＩＣ１に対する第１の傾きｄＶ０１／ｄｔを決定することと、
第２のイオン電流補償ＩＣ２に対する第２の傾きｄＶ０２／ｄｔを決定することと、
前記有効容量Ｃ１、前記第１の傾きｄＶ０１／ｄｔ、前記第２の傾きｄＶ０２／ｄｔ、前記第１のイオン電流補償ＩＣ１、前記第２のイオン電流補償ＩＣ２の関数として、前記イオン電流ＩＩを計算することと
によって計算される、請求項１に記載の方法。
第１のイオン電流補償ＩＣ１に対する第１の傾きｄＶ０１／ｄｔを決定することと、
第２のイオン電流補償ＩＣ２に対する第２の傾きｄＶ０２／ｄｔを決定することと、
前記有効容量Ｃ１、前記第１の傾きｄＶ０１／ｄｔ、前記第２の傾きｄＶ０２／ｄｔ、前記第１のイオン電流補償ＩＣ１、前記第２のイオン電流補償ＩＣ２の関数として、前記イオン電流ＩＩを計算することと
によって計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記イオン電流ＩＩは、以下の方程式を介して計算される、
請求項５に記載の方法。
【数13】
【請求項7】
前記修正された周期的電圧関数の２つの隣接したサイクルに対して２つの異なる電圧ステップΔＶを提供することによって、２つ以上のイオンエネルギー分布ピークを生じさせることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
リアルタイムで非侵襲的にプラズマシースの容量Ｃ２を計算することをさらに含み、Ｃ２は、前記イオン電流ＩＩの関数として計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
Ｃ２は、以下の方程式から計算される、
請求項８に記載の方法。
【数14】
【請求項10】
前記電圧ステップΔＶの関数として、前記基板表面上に入射するイオンのイオンエネルギーｅＶを監視することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記イオンエネルギーｅＶは、以下のように、前記電圧ステップΔＶ、前記有効容量Ｃ１、プラズマシースの容量Ｃ２から計算される、
請求項１０に記載の方法。
【数15】
【請求項12】
前記修正された周期的電圧関数は、１つ以上の周期的に繰り返す固定波形を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記イオン電流ＩＩの関数として、前記プラズマの密度を遠隔で非侵襲的に監視することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
１つ以上の閾値を横断する前記プラズマの前記密度に応答して、前記周期的電圧関数のピーク間電圧を調節することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記取得することは、前記有効容量をメモリから取り出すことを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
（優先権の主張）本願は、出願人に譲渡された仮出願第６１／６９４，１４８号（２０１２年８月２８日出願、名称「ＷＩＤＥ ＤＹＮＡＭＩＣ ＲＡＮＧＥ ＩＯＮ ＥＮＥＲＧＹ ＢＩＡＳ ＣＯＮＴＲＯＬ； ＦＡＳＴ ＩＯＮ ＥＮＥＲＧＹ ＳＷＩＴＣＨＩＮＧ； ＩＯＮ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＮＤ Ａ ＰＵＬＳＥＤ ＢＩＡＳ ＳＵＰＰＬＹ； ＡＮＤ Ａ ＶＩＲＴＵＡＬ ＦＲＯＮＴ ＰＡＮＥＬ」）に基づく優先権を主張し、参照により本明細書に明示的に引用される。
【0002】
プラズマ処理は、イオンエネルギーに対する精密な制御から、さらに、処理中に基板上に入射するイオンのイオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）を制御する能力から利益を得ることができる。しかしながら、精密な制御は、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦを監視するための非侵襲的なリアルタイム手段がないことによって妨害される。
【0003】
加えて、イオン電流ＩＩおよびシース容量Ｃ２（またはＣｓｈｅａｔｈ）の知識を介して監視することができる、種々の測定基準がある。しかしながら、さらに、これらの値を非侵襲的にリアルタイムで監視することができるシステムおよび方法がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、概して、プラズマ処理に関し、具体的には、イオンエネルギーを制御することに関する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
図面に示される、本発明の例証的実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の項により完全に説明される。しかしながら、本発明の開示または発明を実施するための形態に説明される形態に本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者は、請求項に明示される発明の精神および範囲内に該当する、多数の修正、均等物、および代替構造が存在することを認識し得る。
【0006】
本開示の５つの主要な側面、すなわち、イオンエネルギーの不正確性の原因としての回路「記憶」、広ダイナミックレンジ、高速イオンエネルギー切り替え、パルスイオンエネルギー制御、および仮想フロントパネルがある。広ダイナミックレンジは、プラズマ処理チャンバのバイアス供給部を伴い、バイアス供給部は、プラズマ処理チャンバのプラズマ内で２つ以上のイオンエネルギーをもたらすことができる。２つ以上のイオンエネルギーは、精度、安定性、および広ダイナミックレンジ（大きいイオンエネルギー分離を有するイオンエネルギー）を伴ってもたらされることができる。高速イオンエネルギー切り替えは、例えば、あるバイアス供給パルスまたはサイクルから次までの短い期間で、２つ以上のイオンエネルギーをもたらす、バイアス供給部を伴う（パルスまたはサイクルは、修正された周期的電圧関数の期間としても知られている）。高速イオンエネルギー切り替えはまた、単一のサイクル内でイオンエネルギーの障害を補償するバイアス供給部の能力も含む。パルスイオンエネルギー制御は、プラズマ源供給部のパルスエンベロープに対するバイアス供給サイクルのパルスエンベロープのタイミングを伴う。仮想フロントパネルは、これらの最初の３つの側面で議論されるシステム、方法、および装置の制御を可能にするユーザインターフェースを伴う。
【0007】
本開示の一側面では、プラズマ処理チャンバを動作させる方法が開示される。本方法は、プラズマ処理チャンバ内の基板支持部上の基板と接触しているプラズマを持続させることを含むことができる。本方法はさらに、基板支持部の有効容量Ｃ１にアクセスすることを含むことができる。本方法は、その上さらに、基板の表面上で電位を生じさせるために、修正された周期的電圧関数を基板支持部に提供することであって、修正された周期的電圧関数は、周期的電圧関数およびイオン電流補償ＩＣの組み合わせから形成される、ことを含むことができる。最後に、本方法は、修正された周期的電圧関数の測定値の関数として、プラズマ内のイオン電流ＩＩを計算することを含むことができる。
【0008】
本開示の別の側面では、プラズマ処理システムが開示される。本システムは、プラズマ処理チャンバ内の基板支持部を含むことができる。基板支持部は、基板を支持することができる。本システムはまた、周期的電圧関数を提供する基板支持部バイアス供給部を含むこともできる。本システムはさらに、イオン電流補償を提供する、イオン電流補償構成要素を含むことができる。イオン電流補償は、基板支持部に提供されることができる修正された周期的電圧関数を形成するために、周期的電圧関数と組み合わせられることができる。順に、基板の基板支持部と反対側の表面上で直流電圧を生じさせる。これは、順に、基板の基板支持部と反対側の表面上に入射するイオンのイオンエネルギーを制御する。修正された周期的電圧関数は、第１の部分、第２の部分、および第３の部分を有することができる。第１の部分が、急速に増加する電圧を含むことができる一方で、第２の部分は、実質的に一定の電圧を含むことができる。第３の部分は、実質的に一定の電圧を下回る電圧ステップΔＶである、開始電圧を有する、傾き電圧を含むことができる。電圧ステップΔＶは、イオンエネルギーに対応することができ、傾きｄＶ０／ｄｔは、イオン電流補償によって制御されることができる。本システムはさらに、基板支持部の有効容量Ｃ１にアクセスし、少なくとも２つのイオン電流補償値の傾きｄＶ０／ｄｔを測定し、有効容量Ｃ１および傾きｄＶ０／ｄｔの関数として、イオン電流ＩＩを計算するためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を有する、コントローラを含むことができる。
【0009】
本開示のさらに別の側面では、非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が開示される。記憶媒体は、プラズマ処理チャンバ内の基板上に入射するプラズマからのイオンのイオンエネルギー分布関数の特性を制御する方法を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されることができる。本方法は、基板を支持する基板支持部の有効容量Ｃ１にアクセスすることを含むことができる。本方法はまた、基板バイアス供給部によって提供される周期的電圧関数およびイオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償を制御することを含むこともできる。周期的電圧関数およびイオン電流補償の組み合わせを、修正された周期的電圧関数と称することができる。修正された周期的電圧関数は、基板の基板支持部と反対側の表面上で電位を生じさせ、それによって、プラズマから基板上に入射するイオンのイオンエネルギーｅＶを制御するために、基板支持部に提供されることができる。本方法はさらに、修正された周期的電圧関数の測定を行うことと、測定に基づいて、プラズマ内のイオン電流ＩＩを繰り返し計算することとを含むことができる。例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
プラズマ処理チャンバを動作させる方法であって、
前記プラズマ処理チャンバ内の基板支持部上の基板と接触しているプラズマを持続させることと、
前記基板支持部の有効容量Ｃ１にアクセスすることと、
前記基板の表面上で電位を生じさせるために、修正された周期的電圧関数を前記基板支持部に提供することであって、前記修正された周期的電圧関数は、周期的電圧関数とイオン電流補償ＩＣとの組み合わせから形成される、ことと、
前記修正された周期的電圧関数の測定値の関数として、前記プラズマ内のイオン電流ＩＩを計算することと
を含む、方法。
（項目２）
前記修正された周期的電圧関数は、
第１の部分と呼ばれる急速に増加する電圧と、
前記第１の部分の終了時に開始し、第２の部分と呼ばれる実質的に一定の電圧と、
前記第２の部分の終了時に開始し、第３の部分と呼ばれる、前記実質的に一定の電圧を下回る電圧ステップΔＶと、
前記実質的に一定の電圧を下回るΔＶを開始する傾き電圧であって、前記傾き電圧は、前記第３の部分の終了時に開始し、第４の部分と呼ばれ、前記傾き電圧は、前記イオン電流補償によって制御される傾きｄＶ０／ｄｔを有する、傾き電圧と
を備えている、項目１に記載の方法。
（項目３）
以下の方程式が満たされるまで、前記イオン電流補償ＩＣを調節することをさらに含み、
【数11】
それによって、前記イオンエネルギー分布関数の最小幅を獲得する、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記最小幅から前記イオンエネルギー分布関数の幅を増加させるように、前記イオン電流ＩＩから離して前記イオン電流補償ＩＣを調節することをさらに含む、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記方程式が満たされるとき、以下の方程式が真であり、
【数12】
Ｃｓｔｒａｙは、前記修正された周期的電圧関数によって見られる浮遊容量の累積容量である、項目３に記載の方法。
（項目６）
イオン電流ＩＩは、
第１のイオン電流補償ＩＣ１に対する第１の傾きｄＶ０１／ｄｔを決定することと、
第２のイオン電流補償ＩＣ２に対する第２の傾きｄＶ０２／ｄｔを決定することと、
前記有効容量Ｃ１、前記第１の傾きｄＶ０１／ｄｔ、前記第２の傾きｄＶ０２／ｄｔ、前記第１のイオン電流補償ＩＣ１、および前記第２のイオン電流補償ＩＣ２の関数として、前記イオン電流ＩＩを計算することと
によって計算される、項目２に記載の方法。
（項目７）
前記イオン電流ＩＩは、以下の方程式を介して計算される、
【数13】
項目６に記載の方法。
（項目８）
前記電圧ステップΔＶを制御することによって、前記基板表面上に入射するイオンのイオンエネルギーｅＶを制御し、それによって、前記基板表面上で前記電位を生じさせることをさらに含む、項目２に記載の方法。
（項目９）
前記修正された周期的電圧関数の２つの隣接したサイクルに対して２つの異なる電圧ステップΔＶを提供することによって、２つ以上のイオンエネルギー分布ピークを生じさせることをさらに含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
リアルタイムで非侵襲的にプラズマシースの容量Ｃ２を計算することをさらに含む、項目２に記載の方法。
（項目１１）
Ｃ２は、イオン電流ＩＩの関数として計算される、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
Ｃ２は、以下の方程式から計算される、
【数14】
項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記電圧ステップΔＶの関数として、前記基板表面上に入射するイオンのイオンエネルギーｅＶを監視することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記イオンエネルギーｅＶは、以下のように、前記電圧ステップΔＶ、前記有効容量Ｃ１、および前記シース容量Ｃ２から計算される、
【数15】
項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記修正された周期的電圧関数は、１つ以上の周期的に繰り返す固定波形を含む、項目１に記載の方法。
（項目１６）
前記イオン電流ＩＩの関数として、前記プラズマの密度を遠隔で非侵襲的に監視することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１７）
１つ以上の閾値を横断する前記プラズマの前記密度に応答して、前記周期的電圧関数のピーク間電圧を調節することをさらに含む、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
アクセスすることは、メモリからの前記有効容量の取り出しを含む、項目１に記載の方法。
（項目１９）
基板を支持する、プラズマ処理チャンバ内の基板支持部と、
周期的電圧関数を提供する基板支持部バイアス供給部と、
イオン電流補償を提供するイオン電流補償構成要素であって、
前記イオン電流補償構成要素は、前記周期的電圧関数と組み合わせられることにより修正された周期的電圧関数を形成し、前記修正された周期的電圧関数は、前記基板支持部に提供され、それによって、ＤＣ電圧を前記基板の前記基板支持部と反対側の表面上で生じさせ、順に、前記ＤＣ電圧は、前記基板の前記基板支持部と反対側の前記表面に入射するイオンのイオンエネルギーを制御し、
前記修正された周期的電圧関数は、
急速に増加する電圧を備えている第１の部分と、
実質的に一定の電圧を備えている第２の部分と、
傾き電圧を備えている第３の部分であって、前記傾き電圧は、前記実質的に一定の電圧を下回る電圧ステップΔＶである開始電圧を有し、前記電圧ステップΔＶは、イオンエネルギーに対応し、傾きｄＶ０／ｄｔは、前記イオン電流補償によって制御される、第３の部分と
を有する、イオン電流補償構成要素と、
非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を有するコントローラであって、前記記憶媒体は、
前記基板支持部の有効容量Ｃ１にアクセスすることと、
少なくとも２つのイオン電流補償値に対する前記傾きｄＶ０／ｄｔを測定することと、
前記有効容量Ｃ１および前記傾きｄＶ０／ｄｔの関数として、イオン電流ＩＩを計算することと
を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている、コントローラと
を備えている、プラズマ処理システム。
（項目２０）
前記コントローラは、以下の方程式が満たされるまで、前記イオン電流補償ＩＣを調節するようにさらに構成されている、
【数16】
項目１９に記載のプラズマ処理システム。
（項目２１）
イオン電流ＩＩは、
第１のイオン電流補償ＩＣ１に対する第１の傾きｄＶ０１／ｄｔを決定することと、
第２のイオン電流補償ＩＣ２に対する第２の傾きｄＶ０２／ｄｔを決定することと
ＩＩに実質的に等しくなるように前記イオン電流補償ＩＣを調節することなく、前記有効容量Ｃ１、前記第１の傾きｄＶ０１／ｄｔ、前記第２の傾きｄＶ０２／ｄｔ、前記第１のイオン電流補償ＩＣ１、および前記第２のイオン電流補償ＩＣ２の関数として、前記イオン電流ＩＩを計算することとによって、計算される、項目１９に記載のプラズマ処理システム。
（項目２２）
前記イオン電流ＩＩは、以下の方程式を介して計算される、
【数17】
項目２１に記載のプラズマ処理システム。
（項目２３）
前記電圧ステップΔＶは、前記修正された周期的電圧関数のサイクル間で周期的に変動させられ、それによって、２つ以上の異なるイオンエネルギー分布関数をもたらす、項目１９に記載のプラズマ処理システム。
（項目２４）
前記基板支持部バイアス供給部のデューティサイクルは、前記シースを横断し、前記基板表面上に入射するイオンのイオンフラックスを制御し、１つ以上の異なるイオンエネルギー分布関数の各々に対する前記イオンフラックスは、１つ以上の電圧ステップΔＶの各々に対する前記修正された周期的電圧関数のデューティサイクルに依存する、項目１９に記載のプラズマ処理システム。
（項目２５）
前記基板支持部バイアス供給部は、第１のスイッチと第２のスイッチとを含み、前記第１および第２のスイッチの両方は、電源と前記基板支持部バイアス供給部の出力との間で並列に配列されている、項目１９に記載のプラズマ処理システム。
（項目２６）
前記第１のスイッチは、バス電圧を前記出力に選択的に結合し、前記第２のスイッチは、前記出力を接地に選択的に結合する、項目１９に記載のプラズマ処理システム。
（項目２７）
前記コントローラは、
電圧が０Ｖに向かってピーク間電圧ＶＰＰだけ増加して０Ｖをわずかに超える第１の期間中、前記第１のスイッチを開放し、前記第２のスイッチを閉鎖することと、
前記第１のスイッチを閉鎖し、前記第２のスイッチを開放することにより電圧の瞬間降下ΔＶを引き起こすことであって、前記電圧の傾きがｄＶ０／ｄｔである傾き領域が、後に続く、ことと、
再度、前記第１のスイッチを開放し、前記第２のスイッチを閉鎖することと
を行う、項目１９に記載のプラズマ処理システム。
（項目２８）
プラズマ処理チャンバ内の基板上に入射するプラズマからのイオンのイオンエネルギー分布関数の特性を制御する方法を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記方法は、
前記基板を支持する基板支持部の有効容量Ｃ１にアクセスすることと、
基板バイアス供給部によって提供される周期的電圧関数とイオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償とを制御することであって、前記周期的電圧関数と前記イオン電流補償との組み合わせは、修正された周期的電圧関数であり、前記修正された周期的電圧関数は、前記基板支持部に提供されることにより、前記基板の前記基板支持部と反対側の表面上で電位を生じさせ、それによって、前記プラズマから前記基板上に入射するイオンのイオンエネルギーｅＶを制御する、ことと、
前記修正された周期的電圧関数の測定を行うことと、
前記測定に基づいて、前記プラズマ内のイオン電流ＩＩを繰り返し計算することと
を含む、非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
（項目２９）
前記修正された周期的電圧関数は、傾きｄＶ０／ｄｔを有する傾き部分が後に続く電圧ステップΔＶを含む、項目２８に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
（項目３０）
前記イオン電流ＩＩは、前記電圧ステップΔＶおよび前記傾き部分の前記傾きｄＶ０／ｄｔの関数である、項目２９に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
（項目３１）
前記傾きｄＶ０／ｄｔは、前記修正された周期的電圧関数の２つの異なるサイクルの各々からの少なくとも１つの電圧測定を使用して計算される、項目３０に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
（項目３２）
前記電圧ステップΔＶは、前記基板の前記基板支持部と反対側の前記表面上の平均電位に対応し、それによって、前記基板上に入射するイオンの平均イオンエネルギーｅＶを生じさせる、項目２８に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
（項目３３）
前記傾き部分の前記傾きｄＶ０／ｄｔは、前記イオン電流補償構成要素からのイオン電流補償ＩＣの関数である、項目３２に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
（項目３４）
前記イオン電流補償ＩＣが前記イオン電流ＩＩに等しくなるまで、前記イオン電流補償ＩＣを調節すること、したがって、前記基板の前記基板支持部と反対側の前記表面上で一定の電位を生じさせることを介してイオンエネルギー分布関数の幅を最小限化することをさらに含む、項目２８に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
（項目３５）
前記イオン電流補償ＩＣを調節し、前記基板の前記基板支持部と反対側の前記表面上の前記電位を変動させること、したがって、前記イオンエネルギー分布関数の幅を所望の幅まで増加させることをさらに含む、項目２８に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【0010】
本発明の種々の目的および利点ならびにより完全なる理解は、添付図面と併せて考慮されるときに、以下の発明を実施するための形態および添付の請求項を参照することによって、明白であり、かつ容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図22】図２２は、電力供給部スイッチタイミング、周期的電圧関数、イオン電流補償、修正された周期的電圧関数、基板表面電圧、およびイオンエネルギー分布関数の間の関係を示す、チャートのさらなる実施形態である。
【図23】図２３はさらに、電力供給部スイッチタイミング、周期的電圧関数、イオン電流補償、修正された周期的電圧関数、基板表面電圧、およびイオンエネルギー分布関数の間の関係を示す、チャートの実施形態である。
【図24】図２４はさらに、電力供給部スイッチタイミング、周期的電圧関数、イオン電流補償、修正された周期的電圧関数、基板表面電圧、およびイオンエネルギー分布関数の間の関係を示す、チャートの実施形態である。
【図25】図２５は、電力供給部スイッチタイミング、周期的電圧関数、イオン電流補償、修正された周期的電圧関数、基板表面電圧、およびイオンエネルギー分布関数の間の関係を示す、チャートの別の実施形態である。
【図26】図２６は、電力供給部スイッチタイミング、周期的電圧関数、イオン電流補償、修正された周期的電圧関数、基板表面電圧、およびイオンエネルギー分布関数の間の関係を示す、チャートのさらに別の実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
プラズマ処理システムの例示的実施形態は、概して、図１に示される。描写されるように、プラズマ電力供給部１０２は、プラズマ処理チャンバ１０４に結合され、スイッチモード電力供給部１０６は、チャンバ１０４内において、その上に基板１１０が置かれている支持部１０８に結合される。また、スイッチモード電力供給部１０６に結合される、コントローラ１１２も示される。
【0013】
この例示的実施形態では、プラズマ処理チャンバ１０４は、実質的に従来の構造のチャンバ（例えば、ポンプまたは複数のポンプ（図示せず）によって真空にされる、真空封入体を含む）によって実現され得る。また、当業者が理解するように、チャンバ１０４内のプラズマ励起は、例えば、ヘリコン型プラズマ源等の種々の源のうちの任意の１つによるものであり得、種々の源は、反応炉内でプラズマ１１４を点火し、持続させるための磁気コイルおよびアンテナを含み、ガス注入口がチャンバ１０４内にガスを導入するために提供され得る。
【0014】
描写されるように、例示的プラズマチャンバ１０４は、基板１１０のエネルギーイオン衝撃および他のプラズマ処理（例えば、プラズマ蒸着およびプラズマ支援イオン注入）を利用して、材料のプラズマ支援エッチングを行うように配列および構成される。本実施形態におけるプラズマ電力供給部１０２は、プラズマ１１４を点火し、持続させるように、１つ以上の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）において、整合回路（図示せず）を介して、チャンバ１０４に電力（例えば、ＲＦ電力）を印加するように構成される。本発明は、チャンバ１０４に電力を結合するための任意の特定の種類のプラズマ電力供給部１０２または源に限定されるものではなく、種々の周波数および電力レベルが、プラズマ１１４に容量的または誘導的に結合され得ることを理解されたい。
【0015】
描写されるように、処理される誘電性基板１１０（例えば、半導体ウエハ）は、従来のウエハチャック（例えば、半導体ウエハ処理のため）の一部を含み得る支持部１０８によって、少なくとも部分的に支持される。支持部１０８は、支持部１０８と基板１１０との間に絶縁層を有し、基板１１０は、プラットフォームに容量的に結合されるように形成され得るが、支持部１０８と異なる電圧で浮動し得る。
【0016】
前述のように、基板１１０および支持部１０８が、導体である場合、支持部１０８に不変電圧を印加することが可能であり、基板１１０を通しての電気伝導の結果、支持部１０８に印加される電圧は、基板１１０の表面にも印加される。
【0017】
しかしながら、基板１１０が、誘電性である場合、支持部１０８への不変電圧の印加は、処理される基板１１０の表面全体にわたる電圧をかけるために有効ではない。その結果、例示的スイッチモード電力供給部１０６は、基板１１０の制御されたエッチングおよび／または蒸着および／または他のプラズマ支援プロセスを行うように、プラズマ１１４内でイオンを引きつけて基板１１０と衝突させることが可能である電圧を基板１１０の表面上にもたらすように制御されるように構成される。
【0018】
さらに、本明細書でさらに論じられるように、スイッチモード電力供給部１０６の実施形態は、プラズマ電力供給部１０２によって（プラズマ１１４に）印加される電力と、スイッチモード電力供給部１０６によって基板１１０に印加される電力との間にごくわずかな相互作用があるように動作するように構成される。スイッチモード電力供給部１０６によって印加される電力は、例えば、プラズマ１１４の密度に実質的に影響を及ぼすことなく、イオンエネルギーの制御を可能にするように制御可能である。
【0019】
さらに、図１に描写される例示的スイッチモード電力供給部１０６の多くの実施形態は、比較的に単純な制御アルゴリズムによって制御され得る、比較的に安価な構成要素によって実現される。また、従来技術のアプローチと比較して、スイッチモード電力供給部１０６の多くの実施形態は、はるかに効率的である。つまり、エネルギーコストと、過剰な熱エネルギーを除去することに関連付けられる高価な材料とを削減する。
【0020】
誘電性基板に電圧を印加するための公知の技術の１つは、基板の表面において電圧を誘発する、基板支持部への電力を印加するための複雑な制御方式とともに、高出力線形増幅器を利用する。しかしながら、この技術は、コスト効率的ではなく、または十分に管理可能ではないことが分かっているため、商業用事業体によって採用されていない。特に、利用される線形増幅器は、典型的には、大型、非常に高価、非効率的、かつ制御が困難である。さらに、線形増幅器は、本質的に、ＡＣ結合（例えば、阻止コンデンサ）と、チャッキングのような補助機能とを要求し、チャッキングのような補助機能は、並列給電回路によって達成され、並列給電回路は、チャックとともに、源に対するシステムのＡＣスペクトル純度を害する。
【0021】
検討されている別の技術は、（例えば、１つ以上の線形増幅器によって）基板に高周波電力を印加することである。しかしながら、基板に印加される高周波電力は、プラズマ密度に影響を及ぼすため、この技術は、プラズマ密度に悪影響を及ぼすことが分かっている。
【0022】
いくつかの実施形態では、図１に描写されるスイッチモード電力供給部１０６は、降圧、昇圧、および／または降圧−昇圧型電力技術によって実現され得る。これらの実施形態では、スイッチモード電力供給部１０６は、可変レベルのパルス電力を印加し、基板１１０の表面上に電位を誘発するように制御され得る。
【0023】
次に、図２を参照すると、これは、スイッチモードバイアス供給部を実現するために利用され得る、構成要素の略図である。示されるように、本実施形態における切り替え構成要素Ｔ１およびＴ２は、ハーフブリッジ（また、トーテムポールとも称される）型トポロジにおいて配列される。集合的に、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２は、プラズマ負荷を表し、Ｃ１０は、有効容量（本明細書では直列容量またはチャック容量とも称される）であり、Ｃ３は、基板の表面上に誘発される電圧または静電チャック（図示せず）の電圧からのＤＣ電流が、回路を通して流動するのを防止するための任意の物理的コンデンサである。Ｃ１０は、基板支持部および静電チャック（またはＥチャック）の直列容量（チャック容量とも称される）、ならびに絶縁および基板等のバイアスの印加に固有の他の容量を含むため、有効容量と称される。描写されるように、Ｌ１は、漂遊インダクタンス（例えば、負荷に電力を給電する導体の自然インダクタンス）である。また、本実施形態では、３つの入力：Ｖｂｕｓ、Ｖ２、およびＶ４が存在する。
【0024】
Ｖ２およびＶ４は、駆動信号（例えば、図２を参照して説明される駆動構成要素２２８’、２２８’’によって出力される、駆動信号２３０’、２３０’’）を表し、本実施形態では、Ｖ２およびＶ４は、Ｔ１およびＴ２の閉鎖が変調され、基板支持部に印加される、Ｖｏｕｔでの電圧出力の形状を制御し得るように、タイミングをとられることが可能である（例えば、パルスの長さおよび／または相互遅延）。多くの実装では、切り替え構成要素Ｔ１およびＴ２を実現するために使用されるトランジスタは、理想的スイッチではなく、したがって、所望の波形に到達するために、トランジスタ特有の特性が考慮される。多くの動作モードでは、単に、Ｖ２およびＶ４のタイミングを変更することが、Ｖｏｕｔでの所望の波形の印加を可能にする。
【0025】
例えば、スイッチＴ１、Ｔ２は、基板１１０の表面における電圧が、概して負であり、周期的電圧パルスが、正電圧基準に接近し、および／またはそれを若干超えるように動作され得る。基板１１０の表面における電圧の値は、イオンのエネルギーを定義するものであり、それは、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）の観点から特徴付けられ得る。基板１１０の表面において所望の電圧をもたらすために、Ｖｏｕｔでのパルスは、基板１１０の表面に十分な電子を引きつけ、所望の電圧および対応するイオンエネルギーを達成するように、概して矩形であり、基板１１０の表面において短時間の正電圧を誘発するために十分な長さの幅を有し得る。
【0026】
正電圧基準に接近する、および／またはそれを若干超える周期的電圧パルスは、スイッチＴ１、Ｔ２の切り替え能力によって限定される最小時間を有し得る。電圧がスイッチを損傷するレベルまで蓄積しない限り、電圧の概して負の部分が延長することができる。同時に、電圧の負の部分の長さは、イオン転移時間を超えるべきである。
【0027】
本実施形態におけるＶｂｕｓは、Ｖｏｕｔで測定されるパルスの振幅を定義し、パルスの振幅は、基板の表面における電圧、その結果、イオンエネルギーを定義する。
【0028】
パルス幅、パルス形状、および／または２つの信号Ｖ２、Ｖ４の相互遅延は、Ｖｏｕｔ（本明細書では修正された周期的電圧関数とも称される）において、所望の波形に到達するように変調され得、Ｖｂｕｓに印加される電圧は、パルスの特性に影響を及ぼし得る。言い換えると、電圧Ｖｂｕｓは、パルス幅、パルス形状、および／または信号Ｖ２、Ｖ４の相対的位相に影響を及ぼし得る。図３を簡単に参照すると、例えば、Ｖｏｕｔにおいて周期的電圧関数を生成するように、Ｔ１およびＴ２に印加され得る２つの駆動信号波形（Ｖ２およびＶ４として）を描写するタイミング略図が示される。Ｖｏｕｔでのパルスの形状を変調するために（例えば、Ｖｏｕｔにおいて、パルスの最小時間を達成するが、パルスのピーク値に到達するために）、２つのゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４のタイミングが、制御され得る。
【0029】
例えば、パルスの各々が、Ｖｏｕｔで印加される時間が、パルス間の時間ｔと比較して短いが、基板１１０の表面において、正電圧を誘発し、基板１１０の表面に電子を引きつけるために十分に長くなり得るように、２つのゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４が、切り替え構成要素Ｔ１、Ｔ２に印加され得る。さらに、パルス間のゲート電圧レベルを変更することによって、パルス間でＶｏｕｔに印加される電圧の勾配を制御可能であることが分かっている（例えば、パルス間で、基板の表面において、実質的に一定の電圧を達成するために）。いくつかの動作モードでは、ゲートパルスの反復速度は、約４００ｋＨｚであるが、この速度は、当然ながら、印加毎に変化し得る。
【0030】
必須ではないが、実際は、実際の実装のモデル化および改良に基づいて、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布を生成するために使用され得る波形が、定義され得、波形は、（例えば、電圧レベルの連続として、図１を参照して説明される波形メモリ部分内に）記憶可能である。加えて、多くの実装では、波形は、直接生成可能である（例えば、Ｖｏｕｔからのフィードバックを伴わずに）。したがって、フィードバック制御システムの望ましくない側面を回避する（例えば、整定時間）。
【0031】
再び、図２を参照すると、Ｖｂｕｓは、イオンのエネルギーを制御するために変調可能であり、記憶された波形が、ゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４を制御し、Ｖｏｕｔにおける所望のパルス振幅を達成する一方、パルス幅を最小限にするために使用され得る。再び、これは、モデル化または実装され、実験的に確立され得るトランジスタの特定の特性に従って行われる。図４を参照すると、例えば、Ｖｂｕｓ対時間、基板１１０の表面における電圧対時間、および対応するイオンエネルギー分布を描写するグラフが示される。
【0032】
図４のグラフは、特定のイオンエネルギーに集中するイオンエネルギー分布（またはイオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ））をもたらす、スイッチモードバイアス供給部１０６を動作させる単一モードを描写する。描写されるように、この実施例におけるイオンエネルギーの単一集中をもたらすために、Ｖｂｕｓに印加される電圧は、一定に維持される一方、Ｖ２およびＶ４に印加される電圧は、図４に示される対応するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給部１０６、２０６の出力におけるパルスを生成するように制御される（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）。
【0033】
図４に描写されるように、基板１１０の表面における電位は、概して、負であり、基板１１０の表面に衝突し、エッチングするイオンを引きつける。基板１１０に印加される周期的短パルス（パルスをＶｏｕｔに印加することによって）は、Ｖｂｕｓに印加される電位によって定義される規模を有し、これらのパルスは、基板１１０の電位に短時間の変化を生じさせ（例えば、正に近いまたは弱正電位）、電位の短時間の変化は、基板１１０の表面に沿って、概して、負の電位を達成するように、基板の表面に電子を引きつける。図４に描写されるように、Ｖｂｕｓに印加される一定電圧は、特定のイオンエネルギーにおける単一集中のイオンフラックスをもたらす。したがって、特定のイオン衝撃エネルギーは、特定の電位にＶｂｕｓを単に設定することによって選択され得る。他の動作モードでは、イオンエネルギーの２つ以上の別個の集中が生成され得る（例えば、図５、２０、２３、２５、２６、２７参照）。
【0034】
当業者であれば、電力供給部は、スイッチモード電力供給部に限定される必要もなく、したがって、あるイオンエネルギーを達成するために、電力供給部の出力も制御されることができることを認識するであろう。したがって、電力供給部の出力は、スイッチモードであろうと別様のモードであろうと、イオン電流補償またはイオン電流と組み合わせられることなく考慮されるとき、電力供給部電圧ＶＰＳと称されることもできる。
【0035】
次に、図５を参照すると、例えば、イオンエネルギー分布において２つの別個のピークが生成される、動作の二峰性モードを描写するグラフが示される。示されるように、この動作モードでは、基板は、２つの異なるレベルの電圧および周期的パルスを被り、その結果、イオンエネルギーの２つの別個の集中が生成される。描写されるように、２つの異なるイオンエネルギー集中をもたらすために、Ｖｂｕｓで印加される電圧は、２つのレベル間を交互し、各レベルは、２つのイオンエネルギー集中のエネルギーレベルを定義する。
【0036】
図５は、各パルス後（例えば、図２５、２７）に交互するように、基板１１０、２１０における２つの電圧を描写するが、これは、必ずしも、必要ではない。他の動作モードでは、例えば、Ｖ２およびＶ４に印加される電圧は、基板の表面で誘発される電圧が、２つ以上のパルス後（例えば、図２６）に、第１の電圧から第２の電圧（逆も然り）に交互するように、Ｖｏｕｔに印加される電圧に対して切り替えられる（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）。
【0037】
従来技術では、多重イオンエネルギーをもたらすために、線形増幅器に２つの波形（波形発生器によって生成される）の組み合わせを印加し、基板に増幅された２つ以上の波形の組み合わせを印加することが試みられている。しかしながら、このアプローチは、図５を参照して説明されるアプローチはより非常に複雑となり、したがって、高価な線形増幅器および波形発生器を要求する。
【0038】
次に、図６を参照すると、イオン電流補償構成要素６６０が、プラズマチャンバ６０４内のイオン電流を補償する、実施形態のブロック図が、描写される。本出願人は、高いエネルギーレベルでは、チャンバ内のイオン電流の高いレベルが、基板の表面における電圧に影響を及ぼし、結果として、イオンエネルギー分布もまた、影響を受けることを見出した。
【0039】
イオン電流補償構成要素６６０は、随意に、スイッチモード電力供給部６０６およびコントローラ６１２に追加され得る、別個の付属として実現され得る。他の実施形態では（例えば、図７に描写されるように）、イオン電流補償構成要素６６０は、共通筐体７６６（図７参照）を本明細書に説明される他の構成要素（例えば、スイッチモード電力供給部１０６、６０６およびイオン電流補償６６０）と共有し得る。本実施形態では、プラズマチャンバ６０４に提供される周期的電圧関数は、イオン電流補償構成要素６６０からのイオン電流補償によって修正される周期的電圧関数を備えているので、修正された周期的電圧関数と称することができる。コントローラ６１２は、スイッチモード電力供給部６０６の出力とイオン電流補償６６０の出力とが合体する、電気ノードにおいて、異なる時間に電圧Ｖ０をサンプリングすることができる。
【0040】
図７に描写されるように、スイッチモード供給部の出力７３６に結合される、電流源７６４と、電流源７６４および出力７３６の両方に結合される、電流コントローラ７６２とを含む、例示的イオン電流補償構成要素７６０が、示される。また、図７には、プラズマチャンバ７０４が、描写され、プラズマチャンバ内には、容量要素Ｃ１、Ｃ２、およびイオン電流ＩＩがある。描写されるように、Ｃ１は、絶縁、基板、基板支持部、および静電チャックを含み得るが、それらに限定されない、チャンバ７０４に関連付けられた構成要素の固有容量（本明細書では有効容量とも称される）を表し、Ｃ２は、シース容量および浮遊容量を表す。本実施形態では、プラズマチャンバ７０４に提供され、Ｖ０で測定可能である周期的電圧関数は、イオン電流補償Ｉｃによって修正される周期的電圧関数を備えているため、修正された周期的電圧関数と称されることができる。
【0041】
シース（本明細書ではプラズマシースとも称される）は、基板表面、および、おそらくプラズマ処理チャンバの壁の近くのプラズマの層であり、正イオンの高い密度、したがって全体的に過剰な正電荷を伴う。シースが接触している表面は、典型的には、圧倒的多数の負電荷を有する。シースは、正イオンより速い電子の速度により生じ、したがって、電子の大部分が基板表面または壁に到達することをもたらし、したがって、シースを電子が奪われたままにする。シースの厚さλｓｈｅａｔｈは、プラズマ密度およびプラズマ温度等のプラズマ特性の関数である。
【0042】
本実施形態におけるＣ１は、チャンバ７０４に関連付けられた構成要素の固有の（本明細書では有効とも称される）容量であるので、処理中に制御され得る容量ではないことに留意されたい。例えば、線形増幅器を利用するいくつかの従来技術アプローチは、基板へのバイアス電力を阻止コンデンサと結合し、次いで、その線形増幅器を制御するためのフィードバックとして、阻止コンデンサの監視電圧を利用する。コンデンサが、本明細書に開示される実施形態の多くにおいて、スイッチモード電力供給部を基板支持部に結合し得るが、阻止コンデンサを使用するフィードバック制御は、本発明のいくつかの実施形態では、要求されないため、そのように行うことは、不必要である。
【0043】
図７を参照しながら、図７に描写されるＶｏにおける例示的電圧（例えば、修正された周期的電圧関数）を描写するグラフである図８も同時に参照する。動作において、電流コントローラ７６２は、Ｖｏにおける電圧（修正された周期的電圧関数）を監視し、イオン電流が、以下のように、間隔ｔまたはその一部分（図８に描写される）にわたって計算される。
【0044】
【数1】
【0045】
イオン電流ＩＩおよび固有容量Ｃ１（有効容量とも称される）のいずれかまたは両方は、時間的に変化することができる。Ｃ１は、実質的に、所与のツールに対する定数であり、測定可能であるので、Ｖｏのみ、補償電流の継続的制御を可能にするために監視される必要がある。前述のように、イオンエネルギーのより単一エネルギー的分布を得るために、電流コントローラは、Ｉｃが、実質的に、ＩＩと同一である（または代替案では、方程式３に関係付けられる）ように、電流源７６４を制御する。このように、イオンエネルギーの狭広がりは、イオン電流が、基板の表面において、電圧に影響を及ぼすレベルに到達する場合にも、維持され得る。
【0046】
また、図７には、イオンエネルギー分布の制御に関連して利用され得るフィードバックライン７７０が描写される。例えば、図８に描写されるΔＶの値（本明細書では電圧ステップまたは第３の部分８０６とも称される）は、瞬間的イオンエネルギーを示し、フィードバック制御ループの一部として、多くの実施形態において使用され得る。一実施形態では、電圧ステップΔＶは、方程式６に従ってイオンエネルギーに関係付けられる。他の実施形態では、ピーク間電圧ＶＰＰは、瞬間的イオンエネルギーに関係付けることができる。代替として、ピーク間電圧ＶＰＰと、第４の部分８０８の傾きｄＶ０／ｄｔと時間ｔとの積との間の差は、瞬間的イオンエネルギーに関連付けられることができる（例えば、ＶＰＰ−ｄＶ０／ｄｔ・ｔ）。
【0047】
次に、図１６を参照すると、図７を参照して説明される、電流源７６４を実現するために実装され得る電流源１６６４の例示的実施形態が示される。本実施形態では、制御可能負ＤＣ電圧源は、直列インダクタＬ２と関連して、電流源として機能するが、当業者は、本明細書に照らして、電流源が、他の構成要素および／または構成によって実現され得ることを理解するであろう。
【0048】
図１７は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。方法１７００は、修正された周期的電圧関数１７０２（図８の修正された周期的電圧関数８０２参照）を、プラズマ処理チャンバ内の基板を支持する基板支持部に適用することから始まる。修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償ＩＣ（図２１のＩＣ２１０４参照）および電力供給部電圧ＶＰＳ（図２１の電力供給部電圧２１０６参照）等の少なくとも２つの「ノブ」を介して制御されることができる。電力供給部電圧を生成するための例示的構成要素は、図１のスイッチモード電力供給部１０６である。電力供給部電圧ＶＰＳを説明することに役立つために、これは、イオン電流およびイオン電流補償に結合することなく測定された場合として本明細書で図示される。次いで、修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償ＩＣ１７０４の第１および第２の値においてサンプリングされる。修正された周期的電圧関数の電圧の少なくとも２つのサンプルが、イオン電流補償ＩＣの各値について得られる。サンプリング１７０４は、イオン電流ＩＩおよびシース容量Ｃ２１７０６（例えば、図２のＣ２）の計算１７０６（または決定）を可能にするために行われる。そのような決定は、基板支持部に印加された場合に（または基板支持部に印加されると）狭小（例えば、最小）イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）幅を生成するであろう、イオン電流補償ＩＣを見出すことを伴い得る。計算１７０６はまた、随意に、修正された周期的電圧関数の波形のサンプリング１７０４に基づいて、電圧ステップΔＶ（修正された周期的電圧関数１４０６の第３の部分としても知られている）を決定することを含むこともできる。電圧ステップΔＶは、基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーに関係付けることができる。最初にイオン電流ＩＩを見出すとき、電圧ステップΔＶを無視することができる。サンプリング１７０４および計算１７０６の詳細を、以下の図１８の議論で提供する。シース容量Ｃ２は、以下の式によって計算されることができる。
【0049】
【数2】
【0050】
イオン電流ＩＩおよびシース容量Ｃ２が把握されると、方法４３００は、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦの形状（例えば、幅）を設定し、監視することを伴う、図１９の方法１９００へ移動し得る。例えば、図２３は、どのようにして電力供給部電圧の変化がイオンエネルギーの変化をもたらすことができるかを図示する。特に、図示した電力供給部電圧の規模が減少させられ、イオンエネルギーの規模の減少をもたらす。加えて、図２４は、狭小ＩＥＤＦ２４１４を考慮すると、イオン電流補償ＩＣを調節することによってＩＥＤＦを拡大できることを図示する。代替として、または並行して、方法１７００は、イオン電流ＩＩ、シース容量Ｃ２、および修正された周期的電圧関数の波形の他の側面を利用する種々の測定法を行うことができる。
【0051】
イオンエネルギーおよび／またはＩＥＤＦ幅を設定することに加えて、方法１７００は、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅を維持するために、修正された周期的電圧関数１７０８を調節し得る。特に、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償ＩＣの調節および電力供給部電圧の調節が、行われ得る１７０８。いくつかの実施形態では、電力供給部電圧は、電力供給部のバス電圧Ｖｂｕｓ（例えば、図２のバス電圧Ｖｂｕｓ）によって制御されることができる。イオン電流補償ＩＣは、ＩＥＤＦ幅を制御し、電力供給部電圧は、イオンエネルギーを制御する。
【0052】
これらの調節１７０８の後、修正された周期的電圧関数を再度サンプリングすることができ１７０４、イオン電流ＩＩ、シース容量Ｃ２、および電圧ステップΔＶの計算を再度行うことができる１７０６。イオン電流ＩＩまたは電圧ステップΔＶが定義された値（または代替案では所望の値）以外である場合、イオン電流補償ＩＣおよび／または電力供給部電圧を調節することができる１７０８。サンプリング１７０４、計算１７０６、および調節１７０８のループが、イオンエネルギーｅＶ、および／またはＩＥＤＦ幅を維持するために起こり得る。
【0053】
図１８は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の別の実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、上記で議論されるように、狭小ＩＥＤＦ幅（例えば、最小ＩＥＤＦ幅または代替案では約６％半値全幅）を達成することが望ましくあり得る。したがって、方法１８００は、一定の基板電圧、したがって、シース電圧が、基板の表面に存在するように、修正された周期的電圧関数をチャンバおよび基板支持部に提供することができる。これは、順に、実質的に一定の電圧を使用してシースにわたってイオンを加速し、したがって、イオンが実質的に同一のイオンエネルギーで基板に影響を及ぼすことを可能にする（換言すると、狭小ＩＥＤＦ幅を提供する）。例えば、図２２では、イオン電流補償ＩＣを調節することが、パルス間の基板電圧Ｖｓｕｂに一定または実質的に一定の電圧を持たせ、したがって、ＩＥＤＦを狭くさせることができることが分かる。
【0054】
そのような修正された周期的電圧関数は、いかなる浮遊容量も仮定せず、イオン電流補償ＩＣがイオン電流ＩＩに等しいときに達成される（図２２の周期的電圧関数（Ｖ０）の最後の５つのサイクルを参照）。浮遊容量Ｃｓｔｒａｙが考慮される代替案では、イオン電流補償ＩＣは、方程式３に従って、イオン電流ＩＩに関係付けられる。
【0055】
【数3】
【0056】
式中、Ｃ１は、有効容量（例えば、図２および９−１０を参照して説明される固有容量）である。有効容量Ｃ１は、時間変動し得るか、または一定であり得る。本開示の目的で、狭小ＩＥＤＦ幅は、ＩＩ＝ＩＣであるとき、または代替案では、方程式３が満たされるとき（ＩＩおよび浮遊容量を考慮したＩＣの等値）のいずれかで存在することができる。図２１−２７は、具体的には、ＩＩ＝ＩＣを使用するが、これらの関係が無視可能な浮遊容量を仮定していることを理解されたい。より厳密な関係は、方程式３によって示され、したがって、方程式３は、図２１−２７で使用される等式の代わりであり得る。浮遊容量Ｃｓｔｒａｙは、電力供給部によって見られるようなプラズマチャンバの累積容量である。図２２で図示される８つのサイクルがある。
【0057】
方法１８００は、基板支持部１８０２（例えば、図１の基板支持部１０８）への修正された周期的電圧関数（例えば、図８で描写される修正された周期的電圧関数または図２１の修正された周期的電圧関数２１０２）の適用から始まることができる。修正された周期的電圧関数の電圧を２回以上サンプリングすることができ１８０４、このサンプリングから、修正された周期的電圧関数のサイクルの少なくとも一部分に対する傾きｄＶ０／ｄｔを計算することができる１８０６（例えば、パルスの間の一部分または第４の部分８０８の傾き）。決定１８１０前のある時点で、有効容量Ｃ１（例えば、図１３の固有容量Ｃ１および図２の固有容量Ｃ１０）の以前に決定された値に（例えば、メモリから取り出された前に測定された値、ユーザによって入力された値、またはリアルタイムで測定された値）アクセスすることができる１８０８。傾きｄＶ０／ｄｔ、有効容量Ｃ１、およびイオン電流補償ＩＣに基づいて、関数ｆ（方程式４）が、以下のように、イオン電流補償ＩＣの各値について評価されることができる。
【0058】
【数4】
【0059】
関数ｆが真である場合、イオン電流補償ＩＣは、イオン電流ＩＩに等しく、または代替案では、方程式３を真にし、狭小ＩＥＤＦ幅が達成されている１８１０（例えば、図２２参照）。関数ｆが真ではない場合、関数ｆが真になるまで、イオン電流補償ＩＣをさらに調節することができる１８１２。これの別の見方としては、イオン電流ＩＩに合致するまで（または代替案では方程式３の関係を満たすまで）イオン電流補償ＩＣを調節することができ、その時点で狭小ＩＥＤＦ幅が存在するであろう。イオン電流補償Ｉｃへのそのような調節およびＩＥＤＦの結果として生じる狭小化を図２２で見ることができる。イオン電流ＩＩおよび対応するイオン電流補償Ｉｃを、記憶動作１８１４で（例えば、メモリに）記憶することができる。イオン電流ＩＣは、有効容量Ｃ１と同様に、時間変動し得る。
【0060】
方程式４が満たされると、（ＩＣ＝ＩＩであるため、または方程式３が真であるためのいずれかで）イオン電流ＩＩが把握される。したがって、方法１８００は、プラズマに影響を及ぼすことなく、リアルタイムでイオン電流ＩＩの遠隔かつ非侵襲的測定を可能にする。これは、プラズマ密度の遠隔監視およびプラズマ源の遠隔故障検出等のいくつかの新規の測定基準につながる。
【0061】
補償電流ＩＣを調節している間に１８１２、イオンエネルギーは、デルタ関数より広くなる可能性が高く、イオンエネルギーは、図２１のものに類似するであろう。しかしながら、方程式３を満たす補償電流ＩＣが見出されると、ＩＥＤＦが、図２２の右部分で図示されるように、狭小ＩＥＤＦ幅（例えば、最小ＩＥＤＦ幅）を有するものとして現れるであろう。これは、ＩＣ＝ＩＩであるときに（または代替として、方程式３が真であるときに）、修正された周期的電圧関数のパルス間の電圧が、実質的に一定のシースまたは基板電圧、したがって、イオンエネルギーを引き起こすためである。図２３では、基板電圧２３０８は、定電圧部分の間のパルスを含む。これらのパルスは、非常に短い持続時間を有するため、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦへのそれらの影響は、ごくわずかであり、したがって、基板電圧２３０８は、実質的に一定と称される。
【0062】
以下は、図１８で図示される方法ステップの各々についてのさらなる詳細を提供する。一実施形態では、修正された周期的電圧関数は、図８で図示されるもののような波形を有することができ、第１の部分（例えば、第１の部分８０２）、第２の部分（例えば、８０４）、第３の部分（例えば、第３の部分８０６）、および第４の部分（例えば、第４の部分８０８）を含むことができ、第３の部分は、電圧ステップΔＶを有することができ、第４の部分は、傾きｄＶ０／ｄｔを有することができる。傾きｄＶ０／ｄｔは、正、負、またはゼロであり得る。修正された周期的電圧関数８００はまた、第１の部分８０２、第２の部分８０４、および第３の部分８０６、ならびに、多くの場合傾いているパルス間の部分（第４の部分８０８）を備えている、パルスを有するものとして表すことができる。
【0063】
修正された周期的電圧関数は、図２ではＶ０として測定することができ、図２１では修正された周期的電圧関数２１０２として現れることができる。修正された周期電圧関数２１０２は、電力供給部電圧２１０６（周期的電圧関数として知られている）をイオン電流補償２１０４と組み合わせることによって生成される。電力供給部電圧２１０６は、大部分が、修正された周期的電圧関数２１０２のパルスを生成して成形することに関与し、イオン電流補償２１０４は、大部分が、多くの場合は、真っ直ぐな傾き電圧である、パルス間の部分を生成して成形することに関与する。イオン電流補償Ｉｃを増加させることは、図２２で見られるように、パルス間の部分の傾きの規模の減少を引き起こす。電力供給部電圧２３０６の規模を減少させることは、図２３で見られるように、修正された周期的電圧関数２３０２のパルスおよびピーク間電圧の振幅の規模の減少を引き起こす。
【0064】
電力供給部がスイッチモード電力供給部である場合において、第１のスイッチＴ１および第２のスイッチＴ２の切り替え図２１１０が適用されることができる。例えば、第１のスイッチＴ１は、図２でスイッチＴ１として実装されることができ、第２のスイッチＴ２は、図２で第２のスイッチＴ２として実装されることができる。２つのスイッチは、同一の切り替え時間を有するが、１８０°位相がずれているものとして図示される。他の実施形態では、スイッチは、図３で図示されるもの等のわずかな位相オフセットを有し得る。第１のスイッチＴ１がオンであるとき（最大で第１の時間τ１）、電力供給部電圧（ＶＰＳ）は、最大規模（電力供給部が負のバス電圧を有するため負の電圧）に引き寄せられる。第２のスイッチＴ２は、電力供給部電圧２１０６が接地から隔離されるように、この期間中にオフにされる。スイッチが逆転するとき（第１の時間τ１で）、電力供給部電圧２１０６は、漸増して接地をわずかに通過し、次いで、この正の電圧で安定する。この漸増および安定は、第１の時間τ１と第２の時間τ２との間で起こる。次いで、第１のスイッチＴ１は、再度オンにされ、第２のスイッチＴ２は、第３の時間τ３までオフにされる。第１のスイッチＴ１をオンにすることにより、電圧ステップΔＶによって電圧を降下させ、次いで、スイッチが第３の時間τ３で再度逆転するまで、傾きｄＶ０／ｄｔを有する傾き部分が後に続く。第３の時間τ３はまた、修正された周期的電圧関数の後続のサイクルまたは期間の第１の時間でもある。
【0065】
図示した実施形態では、２つのパルス幅があるが、これは必要とはされない。他の実施形態では、パルス幅は、全てのサイクルについて同一であり得る。他の実施形態では、パルス幅は、時間を変動または変調させることができる。
【0066】
修正された周期的電圧関数を基板支持部１８０２に適用し、修正された周期的電圧関数が（例えば、スイッチモード電力供給部と有効容量との間の）基板支持部に到達する前に、最後のアクセス可能な点でＶ０としてサンプリングすることができる１８０４。修正されていない周期的電圧関数（または図２１の電力供給部電圧２１０６）は、図１２のスイッチモード電力供給部１２０６等の電力供給部から供給されることができる。図２１のイオン電流補償２１０４は、図１２のイオン電流補償構成要素１２６０または図１３の１３６０等の電流源から供給されることができる。
【0067】
修正された周期的電圧関数の一部分または全体をサンプリングすることができる３００４。例えば、第４の部分（例えば、第４の部分８０８）をサンプリングすることができる。サンプリング１８０４は、電力供給部と基板支持部との間で行われることができる。例えば、図１では、サンプリング１８０４は、スイッチモード電力供給部１０６と支持部１０８との間で行われることができる。図２では、サンプリング１８０４は、インダクタＬ１と固有容量Ｃ１０との間で行うことができる。一実施形態では、サンプリング１８０４は、容量Ｃ３と固有容量Ｃ１０との間のＶ０で行われることができる。固有容量Ｃ１０、およびプラズマを表す要素（Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２）がリアルタイム測定のためにアクセス可能ではないため、サンプリング１８０４は、典型的には、図２の固有容量Ｃ１０の左側で行われる。固有容量Ｃ１０は、典型的には、処理中に測定されないが、典型的には、既知の定数であり、したがって、製造中に設定されることができる。同時に、場合によっては、固有容量Ｃ１０は経時的に変動し得る。
【0068】
いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の２つだけのサンプルが必要とされるが、他の実施形態では、何百、何千、または何万個ものサンプルを修正された周期的電圧関数の各サイクルについて得ることができる。例えば、サンプリングレートは、４００ｋＨｚより大きくあり得る。これらのサンプリングレートは、修正された周期的電圧関数およびその形状のより正確かつ詳細な監視を可能にする。同様に、周期的電圧関数のより詳細な監視は、サイクル間、異なるプロセス条件間、異なるプロセス間、異なるチャンバ間、異なるソース間等での波形のより正確な比較を可能にする。例えば、これらのサンプリングレートで、図８で図示される周期的電圧関数の第１、第２、第３、および第４の部分８０２、８０４、８０６、８０８を区別することができ、これは、従来のサンプリングレートでは可能ではない場合がある。いくつかの実施形態では、より高いサンプリングレートが、従来技術では可能ではない、電圧ステップΔＶおよび傾きｄＶ０／ｄｔの解決を可能にする。いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の一部分をサンプリングすることができる一方で、他の部分はサンプリングされない。
【0069】
傾きｄＶ０／ｄｔの計算１８０６は、時間ｔ（例えば、第４の部分８０８）の間に得られる複数のＶ０測定値に基づき得る。例えば、線をＶ０値に適合させるように、線形適合を行うことができ、線の傾きは、傾きｄＶｏ／ｄｔを生じる。別の事例では、図８の時間ｔ（例えば、第４の部分８０８）の始めおよび終わりのＶ０値が解明されることができ、ｄＶｏ／ｄｔとして求められる線の傾きを用いてこれらの２つの点の間で線が適合させられることができる。これらは、パルス間の部分の傾きｄＶｏ／ｄｔを計算することができる、多数の方法のうちの２つにすぎない。
【0070】
決定１８１０は、ＩＥＤＦを狭小幅（例えば、最小幅、または代替案では６％半値全幅）に調節するために使用される、反復ループの一部であり得る。方程式４は、イオン電流補償Ｉｃがイオン電流ＩＩに等しい（または代替案では方程式３に従ってＩＩに関係付けられる）場合のみ当てはまり、これは、一定の基板電圧、したがって、一定かつ実質的に単数のイオンエネルギー（狭小ＩＥＤＦ幅）がある場合のみ起こる。一定の基板電圧２３０８（Ｖｓｕｂ）を図２３で見ることができる。したがって、イオン電流ＩＩまたは代替としてイオン電流補償Ｉｃのいずれか一方を方程式３で使用することができる。
【0071】
代替として、第４の部分８０８（パルス間の部分とも称される）に沿った２つの値を、第１のサイクルおよび第２のサイクルについてサンプリングすることができ、それぞれ、第１および第２の傾きを各サイクルについて決定することができる。これら２つの傾きから、第３のまだ測定されていない傾きに対して方程式４を真にすることを期待されるイオン電流補償Ｉｃを決定することができる。したがって、狭小ＩＥＤＦ幅に対応することが予測されるイオン電流ＩＩを推定することができる。これらは、狭小ＩＥＤＦ幅を決定することができる多くの方法のうちの２つにすぎず、対応するイオン電流補償Ｉｃおよび／または対応するイオン電流ＩＩを見出すことができる。
【0072】
イオン電流補償Ｉｃへの調節１８１２は、イオン電流補償Ｉｃの増加または減少のいずれか一方を伴うことができ、各調節のためのステップサイズには制限がない。いくつかの実施形態では、イオン電流補償を増加または減少させるかどうかを決定するために、方程式４における関数ｆの符号を使用することができる。符号が負である場合、イオン電流補償Ｉｃを減少させることができる一方で、正符号は、イオン電流補償Ｉｃを増加させる必要性を示すことができる。
【0073】
イオン電流ＩＩに等しい（または代替案では方程式３に従ってそれに関係付けられる）イオン電流補償Ｉｃが識別されると、方法１８００は、さらなる設定点動作（図１９参照）または遠隔チャンバおよびソース監視動作へ前進することができる。さらなる設定点動作は、イオンエネルギー（図２３も参照）およびイオンエネルギーの分布またはＩＥＤＦ幅（図２４も参照）を設定することを含むことができる。ソースおよびチャンバ監視は、プラズマ密度、ソース供給部異常、プラズマアーク放電、およびその他を監視することを含むことができる。
【0074】
さらに、方法１８００は、随意に、連続的に（または代替案として周期的に）イオン電流補償Ｉｃを更新するためにサンプリング１８０４に戻ることができる。例えば、サンプリング１８０４、計算１８０６、決定１８１０、および調節１８１２は、方程式３が満たされ続けることを確実にするために、電流イオン電流補償Ｉｃを考慮して周期的に行うことができる。同時に、方程式３を満たすイオン電流補償Ｉｃが更新される場合、イオン電流ＩＩも更新されることができ、更新された値は、記憶されることができる１８１４。
【0075】
方法１８００は、イオン電流ＩＩに等しいように、または代替案では方程式３を満たすように、イオン電流補償Ｉｃを見出して設定することができるが、狭小ＩＥＤＦ幅を達成するために必要とされるイオン電流補償Ｉｃの値は、イオン電流ＩＣをその値に設定することなく（または代替案ではその前に）決定されることができる。例えば、第１のサイクルについて第１のイオン電流補償Ｉｃ１を適用し、パルス間の電圧の第１の傾きｄＶ０１／ｄｔを測定し、かつ、第２のサイクルについて第２のイオン電流補償Ｉｃ２を適用し、パルス間の電圧の第２の傾きｄＶ０２／ｄｔを測定することによって、方程式４が真であることが期待される、第３のイオン電流補償Ｉｃ３に関連付けられる第３の傾きｄＶ０３／ｄｔが決定されることができる。第３のイオン電流補償Ｉｃ３は、適用された場合に狭小ＩＥＤＦ幅をもたらすであろうものであり得る。したがって、イオン電流補償の単一の調節のみを用いて、方程式４を満たし、したがって、イオン電流ＩＩに対応するイオン電流補償Ｉｃを決定することができる。次いで、方法１８００は、イオン電流ＩＣを、狭小ＩＥＤＦ幅を達成するために必要とされる値に設定することさえなく、図１９で説明される方法へ移動することができる。そのような実施形態は、調節速度を増加させるために実行され得る。
【0076】
代替として、第１の傾きｄＶ０１／ｄｔおよび対応する第１のイオン電流補償ＩＣ１、第２の傾きｄＶ０２／ｄｔおよび対応する第２のイオン電流補償ＩＣ２、ならびに有効容量Ｃ１が与えられると、イオン電流ＩＩに等しくイオン補償電流ＩＣを調節すること、または方程式３を満たすようにそれを調節することなく、以下の方程式を使用して、イオン電流ＩＩを推定することができる。
【0077】
【数5】
【0078】
図１９は、ＩＥＤＦ幅およびイオンエネルギーを設定する方法を図示する。本方法は、図１８で図示される方法１８００が起源であり、それぞれ、ＩＥＤＦ幅およびイオンエネルギーの設定を伴う、左の経路１９００（ＩＥＤＦ分岐とも称される）または右の経路１９０１（イオンエネルギー分岐とも称される）のいずれか一方をとることができる。イオンエネルギーｅＶは、電圧ステップΔＶまたは図８の修正された周期的電圧関数８００の第３の部分８０６に比例する。イオンエネルギーｅＶと電圧ステップΔＶとの間の関係は、方程式６として表されることができる。
【0079】
【数6】
【0080】
式中、Ｃ１は、有効容量（例えば、チャック容量、図２の固有容量Ｃ１０、または図１３の固有容量Ｃ１）であり、Ｃ２は、シース容量（例えば、図２のシース容量Ｃ２、または図１３のシース容量Ｃ２）である。シース容量Ｃ２は、浮遊容量を含み得、イオン電流ＩＩに依存する。電圧ステップΔＶは、修正された周期的電圧関数８００の第２の部分８０４と第４の部分８０８との間の電圧の変化として測定されることができる。電圧ステップΔＶ（電力供給部電圧または図２のバス電圧Ｖｂｕｓ等のバス電圧の関数である）を制御および監視することによって、イオンエネルギーｅＶを制御し、把握することができる。
【0081】
本開示の全体を通して、イオンエネルギーｅＶは、単一の値であるかのように称される。しかしながら、イオンエネルギーｅＶの意味は、ＩＥＤＦ幅に応じて、わずかに異なる意味を有する。ＩＥＤＦ幅が最小限化される場合、イオンエネルギーｅＶは、ＩＥＤＦの平均イオンエネルギーである。ＩＥＤＦ幅が最小限化されないとき、イオンエネルギーｅＶは、ＩＩ＜ＩＣであるか、ＩＩ＞ＩＣであるかに応じて、ＩＥＤＦの最小値または最大値のいずれか一方を指し示す。ＩＩ＜ＩＣである場合、イオンエネルギーｅＶは、ＩＥＤＦの最小イオンエネルギーｅＶに対応する。ＩＩ＞ＩＣである場合、イオンエネルギーｅＶは、ＩＥＤＦの最大イオンエネルギーｅＶに対応する。ＩＥＤＦ幅が小さい場合、この専門的側面はあまり重要ではなく、したがって、イオンエネルギーｅＶは、ＩＥＤＦの平均イオンエネルギーを表すかのように扱われるであろう。しかし、厳密性のために、上記の説明を念頭に置くべきである。
【0082】
同時に、ＩＥＤＦ幅を方程式７に従って概算することができる。
【0083】
【数7】
【0084】
式中、Ｉは、ＣがＣｓｅｒｉｅｓである場合ＩＩであり、ＣがＣｅｆｆｅｃｔｉｖｅである場合ＩＣである。時間ｔは、パルス間の時間であり、ＶＰＰは、ピーク間電圧であり、ΔＶは、電圧ステップである。
【0085】
加えて、シース容量Ｃ２は、種々の計算および監視動作で使用されることができる。例えば、デバイシース距離λｓｈｅａｔｈを以下のように推定することができる。
【0086】
【数8】
【0087】
式中、εは、真空誘電率であり、Ａは、基板の面積（または代替案では基板支持部の表面積）である。いくつかの高電圧用途では、方程式８は、方程式９として表される。
【0088】
【数9】
【0089】
加えて、シース内の電場を、シース容量Ｃ２、シース距離λｓｈｅａｔｈ、およびイオンエネルギーｅＶの関数として推定することができる。シース容量Ｃ２は、イオン電流ＩＩとともに、方程式１０（単独にイオン化されたプラズマに対して飽和電流Ｉｓａｔが補償電流ＩＣに直線的に関係付けられる）から、プラズマ密度ｎｅを決定するために使用されることもできる。
【0090】
【数10】
【0091】
シース容量Ｃ２および飽和電流Ｉｓａｔを使用して、基板表面におけるイオンの有効質量を計算することができる。プラズマ密度ｎｅ、シース内の電場、イオンエネルギーｅＶ、イオンの有効質量、および基板のＤＣ電位ＶＤＣは、典型的には、当技術分野で間接的手段を介してのみ監視される、基本的プラズマパラメータである。本開示は、これらのパラメータの直接測定を可能にし、したがって、リアルタイムでプラズマ特性のより正確な監視を可能にする。
【0092】
方程式６で見られるように、シース容量Ｃ２はまた、図１９のイオンエネルギー分岐１９０１で図示されるように、イオンエネルギーｅＶを監視して制御するために使用することもできる。イオンエネルギー分岐１９０１は、イオンエネルギーのユーザ選択を受信することによって開始する１９０２。次いで、イオンエネルギー分岐１９０１は、周期的電圧関数を供給するスイッチモード電力供給部のための初期電力供給部電圧を設定することができる１９０４。周期的電圧サンプリング動作１９０８前のある時点で、イオン電流がアクセスされる（例えば、メモリからアクセスされる）こともできる１９０６。周期的電圧がサンプリングされることができ１９０８、修正された周期的電圧関数の第３の部分の測定値を測定することができる１９１０。イオンエネルギーＩＩは、修正された周期的電圧関数の電圧ステップΔＶ（第３の部分（例えば、第３の部分８０６）とも称される）から計算されることができる１９１２。次いで、イオンエネルギー分岐１９０１は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しいかどうかを決定することができ１９１４、もしそうであれば、イオンエネルギーは所望の設定点にあり、イオンエネルギー分岐１９０１は終了することができる。イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくない場合、イオンエネルギー分岐１９０１は、電力供給部電圧を調節し１９１６、再度、周期的電圧をサンプリングすることができる１９０８。次いで、イオンエネルギー分岐１９０１は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、サンプリング１９０８、測定１９１０、計算１９１２、決定１９１４、および設定１９１６を循環することができる。
【0093】
ＩＥＤＦ幅を監視して制御する方法が、図１９のＩＥＤＦ分岐１９００で図示されている。ＩＥＤＦ分岐１９００は、ＩＥＤＦ幅のユーザ選択を受信し１９５０、電流ＩＥＤＦ幅をサンプリングすること１９５２を含む。次いで、決定１９５４は、定義されたＩＥＤＦ幅が電流ＩＥＤＦ幅に等しいかどうかを決定し、決定１９５２が満たされる場合、ＩＥＤＦ幅は所望される（または定義される）通りであり、ＩＥＤＦ分岐１９００は終了することができる。しかしながら、電流ＩＥＤＦ幅が定義されたＩＥＤＦ幅に等しくない場合、イオン電流補償Ｉｃを調節することができる１９５６。この決定１９５４および調節１９５６は、電流ＩＥＤＦ幅が定義されたＩＥＤＦ幅に等しくなるまで、循環様式で継続されることができる。
【0094】
いくつかの実施形態では、ＩＥＤＦ分岐１９００はまた、所望のＩＥＤＦ形状を確保するように実装されることもできる。種々のＩＥＤＦ形状が生成されることができ、各々は、異なるイオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅に関連付けられることができる。例えば、第１のＩＥＤＦ形状が、デルタ関数であり得る一方で、第２のＩＥＤＦ形状は、二乗関数であり得る。他のＩＥＤＦ形状は、カップ状であり得る。種々のＩＥＤＦ形状の実施例を図１１で見ることができる。
【0095】
イオン電流ＩＩおよび電圧ステップΔＶの知識を用いて、方程式６をイオンエネルギーｅＶについて解くことができる。電圧ステップΔＶは、電力供給部電圧を変化させることによって制御されることができ、そして、電力供給部電圧を変化させることは、電圧ステップΔＶを変化させる。より大きい電力供給部電圧は、電圧ステップΔＶの増加を引き起こし、電力供給部電圧の減少は、電圧ステップΔＶの減少を引き起こす。言い換えると、電力供給部電圧を増加させることにより、より大きいイオンエネルギーｅＶをもたらす。
【0096】
さらに、上記システムおよび方法が連続的に変化するフィードバックループ上で動作するので、プラズマ源またはチャンバ条件に対する変動または意図的な調節による、プラズマの変化にもかかわらず、所望の（または定義された）イオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅を維持することができる。
【0097】
図１７−１９は、単一のイオンエネルギーに関して説明されているが、当業者であれば、所望の（または定義された）ＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）およびイオンエネルギーを生成して監視するこれらの方法はさらに、各々が各自のＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）を有する２つ以上のイオンエネルギーを産生して監視するために利用できることを認識するであろう。例えば、第１、第３、および第５のサイクルで第１の電力供給部電圧ＶＰＳ、第２、第４、および第６のサイクルで第２の電力供給部電圧を提供することによって、基板の表面に到達するイオンについて、２つの異なる狭小イオンエネルギーを達成することができる（例えば、図２０の上の２つの図）。３つの異なる電力供給部電圧を使用することは、３つの異なるイオンエネルギーをもたらす（例えば、図２０の中間の２つの図）。複数の電力供給部電圧の各々が印加される時間または各電力供給部電圧レベルが印加されるサイクルの数を変化させることによって、異なるイオンエネルギーのイオンフラックスが制御されることができる（例えば、図２０の下の２つの図）。
【0098】
上記の議論は、プラズマ処理中に基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーならびにＩＥＤＦ幅および／またはＩＥＤＦ形状を制御するために、電力供給部によって提供される周期的電圧関数を、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償と組み合わせることがどのように使用されることができるかを示している。
【0099】
これまで記述された制御のうちのいくつかは、（１）固定波形（波形の連続サイクルが同一である）、（２）イオンエネルギーおよびＩＥＤＦに比例する少なくとも２つの部分（例えば、図８で図示される第３および第４の部分８０６および８０８）を有する波形、および（３）波形の異なる特徴の正確な監視を可能にする高いサンプリングレート（例えば、１２５ＭＨｚ）のいくつかの組み合わせを使用することによって、可能にされる。例えば、線形増幅器等の従来技術が、修正された周期的電圧関数に類似する波形を基板に送信する場合、サイクル間の望ましくない変動が、イオンエネルギーまたはＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）を特徴付けるために、これらの従来技術の波形を使用することを困難にする。
【0100】
線形増幅器が基板支持部にバイアスをかけるために使用されている場合、波形がサイクル毎に一貫しておらず、したがって、波形の特徴（例えば、パルス間の部分の傾き）が典型的には有用な情報を提供しないであろうため、高い割合でサンプリングする必要性が認められていない。本開示および関連開示で見られるような、そのような有用な情報は、固定波形が使用されるとき、生じない。
【0101】
本明細書で開示された固定波形および高いサンプリングレートはさらに、より正確な統計観察を可能にさせる。この増加した精度により、修正された周期的電圧関数の種々の特性を監視することを介して、プラズマ源およびチャンバ内のプラズマの動作および処理特性を監視することができる。例えば、修正された周期的電圧関数の測定は、シース容量およびイオン電流の遠隔監視を可能にし、チャンバプロセスまたは他のチャンバ詳細の知識を伴わずに監視されることができる。いくつかの実施例が、続き、ソースおよびチャンバの非侵襲的監視および故障検出のために、これまで記述されたシステムおよび方法を使用されることができる、多数の方法のうちのいくつかのみを例証する。
【0102】
監視の実施例として、図８を参照すると、波形８００のＤＣオフセットは、プラズマ源（以降では「ソース」と称される）の健全性を表すことができる。別の実施例では、修正された周期的電圧関数のパルスの最上部分８０４（第２の部分）の傾きは、ソース内の減衰効果に関連させられることができる。（０に等しい傾きを有するものとして図示される）水平からの最上部分８０４の傾きの標準偏差は、波形８００のある側面に基づいてソースの健全性を監視する別の方法である。別の側面は、修正された周期的電圧関数の第４の部分８０８に沿ってサンプリングされたＶ０点の標準偏差を測定し、標準偏差をチャンバ共鳴に関連させることを伴う。例えば、この標準偏差が連続パルスの間で監視され、標準偏差が経時的に増加する場合、これは、チャンバ内、例えば、静電チャック内に共鳴があることを示し得る。共鳴は、チャンバへの、またはチャンバ内の不良な電気接続の兆候、あるいは付加的な不要インダクタンスまたは容量の兆候であり得る。
【0103】
当業者であれば、図１７、１８、１９で図示される方法が、いかなる特定の、または説明された動作順も必要とせず、または図によって図示される、あるいは図中で示唆されるいかなる順番にも限定されないことを認識するであろう。例えば、測定基準は、ＩＥＤＦ幅および／またはイオンエネルギーｅＶを設定し、監視する前、間、または後に監視することができる。
【0104】
図２１は、本明細書で開示されるシステムにおける異なる点での種々の波形を図示する。スイッチモード電力供給部の切り替え構成要素のための図示した切り替えパターン２１１０、電力供給部電圧ＶＰＳ２１０６（本明細書では周期的電圧関数とも称される）、イオン電流補償Ｉｃ２１０４、修正された周期的電圧関数２１０２、および基板電圧Ｖｓｕｂ２１１２を考慮すると、ＩＥＤＦは、図示した幅２１１４（一定の縮尺で描かれない場合がある）またはＩＥＤＦ形状２１１４を有する。この幅は、本開示が「狭小幅」と称しているものより広い。示されるように、イオン電流補償Ｉｃ２１０４がイオン電流ＩＩより大きいとき、基板電圧Ｖｓｕｂ２１１２は一定ではない。ＩＥＤＦ幅２１１４は、基板電圧Ｖｓｕｂ２１１２のパルス間の傾き部分の電圧差に比例する。
【0105】
この狭小ＩＥＤＦ幅２１１４を考慮すると、本明細書で開示される方法は、ＩＣ＝ＩＩとなる（または代替案では方程式３に従って関係付けられる）まで、イオン電流補償Ｉｃが調節されることを要求する。図２２は、イオン電流ＩＩに一致させるために、イオン電流補償Ｉｃの最終増加的変化を生じることの効果を図示する。ＩＣ＝ＩＩであるとき、基板電圧Ｖｓｕｂ２２１２は、実質的に一定になり、ＩＥＤＦ幅２２１４は、非狭小から狭小になる。
【0106】
狭小ＩＥＤＦが達成されると、図２３で図示されるように、イオンエネルギーを所望の値または定義された値に調節することができる。ここで、電力供給部電圧（または代替案ではスイッチモード電力供給部のバス電圧Ｖｂｕｓ）の規模が減少させられる（例えば、電力供給部電圧２３０６のパルスの最大負振幅が低減させられる）。結果として、ΔＶ１は、ピーク間電圧がＶＰＰ１からＶＰＰ２まで減少するように、ΔＶ２まで減少する。その結果として、実質的に一定の基板電圧Ｖｓｕｂ２３０８の規模が減少し、したがって、狭小ＩＥＤＦ幅を維持しながら、イオンエネルギーの規模を２３１５から２３１４へ減少させる。
【0107】
イオンエネルギーが調節されようとされまいと、図２４に示されるように狭小ＩＥＤＦ幅が達成された後に、ＩＥＤＦ幅を広げることができる。ここで、ＩＩ＝ＩＣ（または代替案では、ＩＩとＩＣとの間の関係を与える方程式３）を考慮して、ＩＣが調節されることができ、したがって、修正された周期的電圧関数２４０２のパルス間の部分の傾きを変化させる。イオン電流補償Ｉｃおよびイオン電流ＩＩが等しくないことの結果として、基板電圧は、実質的に一定から非一定に移動する。さらなる結果は、ＩＥＤＦ幅２４１４が狭小ＩＥＤＦ２４１４から非狭小ＩＥＤＦ２４０２まで拡張することである。ＩＣがＩＩから離れて調節されるほど、ＩＥＤＦ２４１４幅が大きくなる。
【0108】
図２５は、各イオンエネルギーレベルが狭小ＩＥＤＦ２５１４幅を有する、１つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧の１つのパターンを図示する。電力供給部電圧２５０６の規模が、各サイクルで交互する。これは、修正された周期的電圧関数２５０２の各サイクルに対して交互するΔＶおよびピーク間電圧をもたらす。基板電圧２５１２は、順に、基板電圧のパルスの間で交互する、２つの実質的に一定の電圧を有する。これは、各々が狭小ＩＥＤＦ２５１４幅を有する、２つの異なるイオンエネルギーをもたらす。
【0109】
図２６は、各イオンエネルギーレベルが狭小ＩＥＤＦ２６１４幅を有する、１つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧の別のパターンを図示する。ここで、電力供給部電圧２６０６は、２つの異なる規模の間で交互するが、交互する前に１度に２つのサイクルに対してそのようにする。示されるように、平均イオンエネルギーは、ＶＰＳ２６０６がサイクル毎に交互させられた場合と同一である。これは、同一のイオンエネルギーを達成するために、ＶＰＳ２６０６の種々の他のパターンをどのようにして使用することができるかという一例のみを示す。
【0110】
図２７は、定義されたＩＥＤＦ２７１４を生成するために使用されることができる電力供給部電圧ＶＰＳ２７０６およびイオン電流補償ＩＣ２７０４の１つの組み合わせを図示する。ここで、交流電力供給部電圧２７０６が、２つの異なるイオンエネルギーをもたらす。加えて、イオン電流ＩＩから離してイオン電流補償２７０４を調節することによって、各イオンエネルギーのＩＥＤＦ２７１４幅を拡張することができる。イオンエネルギーが、図示した実施形態のように十分に近い場合、両方のイオンエネルギーのＩＥＤＦ２７１４が重複し、１つの大きいＩＥＤＦ２７１４をもたらすであろう。他の実施例も可能であるが、本実施例は、定義されたイオンエネルギーおよび定義されたＩＥＤＦ２７１４を達成するために、ＶＰＳ２７０６およびＩＣ２７０４への調節の組み合わせをどのようにして使用することができるかを示すように意図されている。
【0111】
（不正確なイオンエネルギーの原因としての回路記憶）図２および８を参照すると、修正された周期的電圧関数８００は、スイッチモード電力供給部２０６の出力において生成されると見なされることができる。修正された周期的電圧関数８００は、第１のスイッチ構成要素２２６’が閉鎖して、基板支持部２０８を含む直列容量Ｃｓｅｒｉｅｓを充電すると、電圧Ｖ０の上昇から始まる。Ｃｓｅｒｉｅｓが充電されるとき、第１のスイッチ構成要素２２６’が開放されている。第１および第２のスイッチ構成要素２２６’および２２６’’は、両方とも短期間（ｔｃ−ｔ）に対して開放し、Ｃｓｅｒｉｅｓにわたる電圧を一定のままにさせることができる。次いで、第２のスイッチ構成要素２２６’’が閉鎖され、Ｖ０に電圧ΔＶを降下させ、その時点の後に、イオンエネルギー制御部２２０からのイオン電流補償が基板支持部２０８に提供されると、修正された周期的電圧関数８００が傾きｄＶ０／ｄｔとともに下向きに傾き始める。電圧ステップΔＶは、プラズマ処理チャンバ２０４内の基板表面に衝打するイオンのイオンエネルギーに関連している。修正された周期的電圧関数８００は、障害を伴わずに図示および説明されている。
【0112】
しかしながら、実践では、障害は、ΔＶ、したがって、イオンエネルギーに影響を及ぼし得る。例えば、狭小イオンエネルギー分布関数ＩＥＤＦが所望される場合、ΔＶは、サイクルごとに一定であるべきである。障害がいくつかのサイクルでΔＶを異ならせる場合、ＩＥＤＦは、スミアまたはジッタを有するであろう。
【0113】
この問題は、図１２および１３で図示されている。図１２は、次のサイクルのΔＶに影響を及ぼす、障害１２１２が第１のサイクルで見られることができる、修正された周期的電圧関数１２００を図示する。図１２はまた、各サイクルの開始時の電圧上昇のより正確な表現を示し、この形状は、図８で図示される垂直形状よりも正弦曲線的である。正弦形状は、この電圧上昇中に起こっている、Ｌ１を通したＣｓｅｒｉｅｓの再充電の結果である。
【0114】
障害１２１２は、第１のサイクルの下向きに傾く部分の間に見られる（他の種類の障害も可能であり、そのような障害は、傾き部分の間だけでなく、サイクルの中のいずれかで起こり得る）。障害１２１２がないと、電圧は、線１２１４に沿った実質的に同一の傾きで降下し続けるであろう。しかしながら、障害１２１２は、同一の傾きを伴うが、より高い電圧を有する線１２０８に沿って、電圧を降下し続けさせる。結果として、第１のスイッチ構成要素２２６’が再度閉鎖され、Ｖ０が上昇し始めると、前のサイクルで辿られた経路１２１４を辿る代わりに、Ｖ０は、前のサイクルのΔＶより低く、所望されるよりも低いΔＶ’に至る経路１２０８を辿る。この影響は、各サイクルが前のサイクルが終了した電圧を覚えている（例えば、第１のスイッチ構成要素２２６’が閉鎖するときに）ので、「記憶」と称されることができる。
【0115】
図１３は、類似の修正された周期的電圧関数１３００を示すが、この場合、障害１３１２が下降電圧に経路１３１４よりもむしろ経路１３０８を辿らせる。結果として、Ｖ０は、第１のスイッチ構成要素２２６’が閉鎖され、Ｃｓｅｒｉｅｓが充電し始めるときにより低い。その結果として、Ｖ０は、第１のスイッチ構成要素２２６’が開放するときに、経路１３１４よりもむしろ経路１３０８を辿る。結果は、所望されるより大きく、前のサイクルのΔＶより大きいΔＶ’である。
【0116】
したがって、この「記憶」は、イオンエネルギーにおいて、不正確性および潜在的に不安定性を引き起こす。したがって、本分野には、この記憶を排除し、依然としてエネルギー効率的な共鳴切り替えを使用しながら、正確で安定したイオンエネルギーを達成する必要性がある。
【0117】
記憶は、部分的に、第１のスイッチ構成要素２２６’が閉鎖するときまでに、通常はＣｓｅｒｉｅｓから完全に除去されるであろう、直列容量Ｃｓｅｒｉｅｓに貯蔵された過剰なエネルギーの結果である。しかしながら、障害（例えば、１３１２）がある場合、第１のスイッチ構成要素２２６’が閉鎖するときにエネルギーがＣｓｅｒｉｅｓにとどまる。このエネルギーを除去する１つの方法は、エネルギーが抵抗器の中へ放散するように、Ｃｓｅｒｉｅｓを抵抗器に結合することである。これは、Ｃｓｅｒｉｅｓから記憶を除去する迅速な方法であるが、エネルギーが作業に置かれるよりもむしろ熱に変換されるにすぎないため、エネルギーを無駄にするという欠点がある。
【0118】
エネルギーがコンデンサとインダクタとの間で行き来して渡され、したがって、抵抗器において無駄にされるよりもむしろ再利用されるため、好ましい動作形態は、共鳴として知られている（固有の抵抗におけるいくらかの放散は回避不可能であるが、少なくとも抵抗形態よりも小さい）。しかしながら、インダクタは迅速に充電されず、したがって、共鳴システム内のインダクタは、各サイクルの終了時にコンデンサから過剰な容量を除去するために効果的ではない。
【0119】
したがって、いわゆる記憶によって引き起こされる不正確性および不安定性を回避するために、システムのコンデンサから過剰な電荷を迅速に除去することも可能である一方で、より効率的な共鳴形態で動作する、システム、方法、および操作の必要性がある。
【0120】
図１４および１５は、前のサイクルでの異なる障害にもかかわらず、所望のイオンエネルギーを達成するために本明細書で開示されるシステムおよび方法が使用される、波形を図示する。図１４では、障害１４０８は、ΔＶを所望されるより高くさせたであろうが（図１３を想起されたい）、代わりに、（第１のスイッチ構成要素が閉鎖された状態で）Ｖ０がサイクルの開始時に上昇すると、バイアス供給部が上昇電圧を監視し、Ｖ０が所望のイオンエネルギーに対応する電圧１４０８に達するときに上昇電圧を断ち切る。言い換えると、バイアス供給部は、電圧上昇のためのデフォルト期間の前に、またはＣｓｅｒｉｅｓが完全に充電される前に、電圧増加を断ち切る。図１５では、障害１５０８は、ΔＶを所望されるより低くさせたであろうが（図１２を想起されたい）、代わりに、Ｖ０がサイクルの開始時に上昇すると、バイアス供給部が上昇電圧を監視し、Ｖ０が所望のイオンエネルギー１５０８に対応するレベルに達するときに上昇電圧を断ち切る。この場合、電圧は、電圧上昇のためのデフォルト期間よりも長く上昇させられるが、依然としてＣｓｅｒｉｅｓが完全に充電される前に断ち切られる。
【0121】
図１４では、要点は、デフォルト期間前に電圧上昇を断ち切ることである。しかしながら、図１５では、本方法の２つの手掛かりがあり、第１に、理論上、要求されるであろうよりもはるかに高くＶ０を上昇させることができるように、バス電圧Ｖｂｕｓが設定される（例えば、レベル１５１４）。言い換えると、任意の所望のイオンエネルギーを達成するために、Ｃｓｅｒｉｅｓが典型的には完全に充電されないように、Ｖｂｕｓが設定される。このようにして、Ｖ０は、デフォルト期間より後に断ち切られることができ、したがって、障害１５１２によりそうでなければ到達するであろう場所を上回って上昇することができる。
【0122】
残念ながら、電圧が最大Ｖ０まで上昇させられる前にＶ０が断ち切られるとき、エネルギーは、バイアス供給部のインダクタに、および／またはバイアス供給部の固有インダクタンスに貯蔵されたままとなる。バイアス供給部がＣｓｅｒｉｅｓを完全に充電することを許された場合、インダクタのエネルギーは、Ｃｓｅｒｉｅｓに完全に放出されたか、またはＣｓｅｒｉｅｓと交換されたであろう。したがって、本明細書で説明される切り替えアルゴリズムが、共鳴動作および前のサイクルから「記憶」を消去する能力を可能にし、したがって、不正確性および不安定性を除去する一方で、バイアス供給部のインダクタおよび／またはインダクタンスが決して完全には消耗されないという点で、新しい問題が生成される。この貯蔵されたエネルギーは、後続のサイクルのさらなる「記憶」問題を引き起こし、したがって、バイアス供給部のインダクタおよび／またはインダクタンスの中の残りの貯蔵されたエネルギーを迅速かつ効率的に除去するさらなる必要性がある。この問題の解決策が、図９で図示されるシステムを参照して説明される。
【0123】
図９は、スイッチ構成要素Ｔ１およびＴ２と直列容量Ｃｓｅｒｉｅｓとの間のインダクタンスＬ１を図示する（Ｃｓｅｒｉｅｓの使用は、浮遊容量がないことを仮定し、浮遊容量が考慮される場合、Ｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅを使用することができ、Ｃｓｅｒｉｅｓは、Ｃｅｆｆｅｃｔｉｖｅの一部であり得る）。インダクタンスＬ１は、個別的なインダクタまたは個別的なインダクタと固有インダクタンスとの組み合わせを表すことができる。また、スイッチ構成要素Ｔ１における固有抵抗Ｒ１、ならびにスイッチ構成要素Ｔ２における固有抵抗Ｒ２もある。Ｒ１およびＣｓｅｒｉｅｓの直列組み合わせは、スイッチ構成要素Ｔ１が開放しており、スイッチ構成要素Ｔ２が閉鎖されているときはいつでも、Ｃｓｅｒｉｅｓの指数関数的減衰または放電につながるＲＣ回路の役割を果たす。固有インダクタンスＬ１および直列容量Ｃｓｅｒｉｅｓの直列組み合わせは、周期的にＣｓｅｒｉｅｓとＬ１との間のエネルギーの交換につながる共鳴性質を有する、ＬＣ回路として動作する。Ｒ１がＬ１を支配するものであった場合、このＲＬＣ回路は、抵抗的に動作し、Ｃｓｅｒｉｅｓから放出されるエネルギーは、Ｒ１において放散される熱として無駄にされるであろう。これは、非効率的で望ましくない状況であろう。
【0124】
１つの代替案は、Ｌ１がＲ１を支配し、エネルギーが主にＣｓｅｒｉｅｓとＬ１との間で交換され、エネルギーのわずか部分のみがＲ１へ失われる、共鳴形態で、このＲＬＣ回路が動作することである。共鳴様式で動作することの不利な点は、インダクタＬ１およびＣｓｅｒｉｅｓに貯蔵されたエネルギーが、１つのサイクルでの障害が後続のサイクルの波形に影響を及ぼす、「記憶」と称されるであろうものにつながることである。この記憶により、プラズマ内の基板表面を表す、Ｃｓｅｒｉｅｓの右側に提供される電圧は、不正確性または不安定性を受け得る。
【0125】
例えば、図１２では、図９のＶ０で測定される修正された周期的電圧関数における障害１２１２は、ΔＶ’が、障害がなかった場合よりも小さく、前のサイクルでのΔＶ’より小さいという点で、不正確性を引き起こす。これは、いくつかのイオンがΔＶで加速され、いくつかのイオンがΔＶ’において加速され、所望するよりも広い、またはスミア付きのＩＥＤＦにつながる。図１３では、障害１３０８は、ΔＶ’が、障害がなかった場合よりも大きく、前のサイクルでのΔＶより大きいという点で、不正確性を引き起こす。両方の場合において、ΔＶ’が期待および所望される以外であるため、イオンエネルギーに不正確性がある。
【0126】
さらに、１つのサイクルでの不正確性が、後続のサイクルでさらなる不正確性を引き起こすため、単一の障害が、不安定性、すなわち、サイクルごとにΔＶにおいて増加する誤差を引き起こし得る。
【0127】
バイアス供給部９０２を効率的な共鳴形態で動作させるために、Ｒ１の抵抗性効果を無視可能にする、個別的なインダクタＬ１が使用される。Ｌ１は、少なくとも個別的なインダクタのインダクタンスを表す一方で、いくつかの実施形態では、固有インダクタンスも表すこともできるが、これらは、個別的なインダクタのインダクタンスに対して小さくなるはずである。本開示の目的で、図９のＬ１は、個別的なインダクタのインダクタンス、または個別的なインダクタのインダクタンスおよび固有インダクタンスを指すことができる。いずれにしても、バイアス供給部９０２が共鳴的に動作するように、Ｌ１がＲ１を支配する。しかし、上記で説明されるように、これは、新規の切り替えアルゴリズムとともに、各サイクルの終了時にＬ１の中の不要な貯蔵エネルギーにつながる。
【0128】
スイッチ構成要素Ｔ１が開放するときにＬ１に貯蔵されている過剰なエネルギーに関連付けられる問題を解決するために、この貯蔵されたエネルギーを除去し、ほんのわずかなサイクル長でそうするように、エネルギー排出構成要素９０８を使用することができる。エネルギー排出構成要素９０８は、図１４および１５でＴｅｖａｃと標識されるものの間の任意の時点または任意の期間で、Ｌ１からエネルギーを除去することができる。言い換えると、エネルギー排出構成要素１４０８は、Ｔｅｖａｃの間の任意の時間に、起動されることができる。エネルギー排出構成要素９０８がインダクタＬ１からエネルギーを除去し始める特定の時間は、コントローラ９１０およびコントローラ９１０に提供されるｅＶ設定点によって統制される。特に、スイッチ構成要素Ｔ１は、閉鎖してサイクルを開始し、Ｃｓｅｒｉｅｓを充電する。Ｖ０は、上昇し、スイッチ構成要素Ｔ１がある時点で開放されなかった場合、最大電圧（最大Ｖ０）に達するであろう。言い換えると、Ｃｓｅｒｉｅｓがいつまでも充電された場合、Ｖ０は最大Ｖ０に達し、そこで安定するであろう。Ｖｂｕｓは、所望のイオンエネルギーに対応するレベルを超えてＣｓｅｒｉｅｓが充電されることができるように、設定されることができる。このようにして、前のサイクルに障害がある場合、スイッチ構成要素Ｔ１は、閉鎖し、次いで、Ｃｓｅｒｉｅｓが完全に充電される前に開放することができ、したがって、障害にもかかわらず所望のＶ０を達成する。Ｖ０が上昇すると、コントローラ９１０は、Ｖ０から電圧測定値を受信し、これらをｅＶ設定点と比較することができる。Ｖ０がｅＶ設定点に合致するとき、コントローラ９１０は、スイッチ構成要素Ｔ１に開放するように指示することができ、したがって、Ｖ０の増加を断ち切る。この時間、またはＴｅｖａｃの間の任意の時間に、コントローラ９１０は、エネルギー排出構成要素９０８に、起動するか、またはＬ１からエネルギーを除去し始めるように指示することができる。
【0129】
エネルギー排出構成要素９０８は、Ｌ１から除去されるエネルギーから利益を得ることができる、バッテリ、コンデンサ、抵抗器、スイッチ、および／またはバイアス供給部９０２または任意の構成要素の他の部分への電気接続等の任意の種々の回路を含むことができる。例えば、エネルギー排出構成要素９０８は、後で使用するためにＬ１から排出されるエネルギーを貯蔵する（例えば、レール電圧を補足するようにエネルギーをＶｂｕｓに戻して提供する）バッテリまたは容量性要素を含むことができる。
【0130】
図１０は、エネルギー排出構成要素の特定の実施形態を伴うバイアス供給部を図示する。ここで、エネルギー排出構成要素１００８のスイッチ１０１４は、Ｔｅｖａｃの間のある時点で閉鎖し、Ｌ１の中の任意のエネルギーは、エネルギー排出構成要素１００８の中へ排出され、抵抗器１０１２において放散される。
【0131】
コントローラ９１０および１０１０は、いくつかの実施形態では、アナログ比較器またはデジタル比較器に供給するＡ／Ｄ変換器を含むことができる。
【0132】
（広ダイナミックレンジ）低エネルギーにおいて、上記で議論される不正確性および不安定性は、より問題となる。これは、イオンエネルギーの広ダイナミックレンジが、典型的には、低値を有する少なくとも１つのイオンエネルギーを必要とするため、イオンエネルギーの広ダイナミックレンジを達成することを困難にする。したがって、上記で議論されるシステムおよび方法は、高いエネルギーで、特に、低エネルギーで、不正確性および不安定性を除去するように実装されることができ、したがって、バイアス供給部がプラズマにおけるイオンエネルギーの広ダイナミックレンジを達成することを可能にする。
【0133】
（高速イオンエネルギー制御）ある用途は、イオンエネルギーの「高速」変化を要求し、「高速」は、修正された周期的電圧関数のいくつかのサイクル内、またはさらにサイクルごとでのイオンエネルギーの変化を含むことができる。イオンエネルギーを変化させる１つの方法は、Ｖｂｕｓを調節することであるが、これは、「高速」用途のために十分に速くそのようにするためには困難である。しかしながら、バイアス供給部のインダクタに貯蔵された過剰なエネルギーを除去するために、上記で議論される切り替えアルゴリズムとエネルギー排出構成要素とを使用して、イオンエネルギーをサイクルごとに調節することができる（すなわち、第１のサイクルが第１のイオンエネルギーを産生し、次のサイクルが第２のイオンエネルギーを産生する）。
【0134】
本明細書で開示されるシステムおよび方法は、Ｖｂｕｓの変化を伴わずにイオンエネルギーを調節することができる。例えば、図１２−１５では、種々のイオンエネルギー（異なるΔＶ）が所与のＶｂｕｓのために達成されることができることが分かる。イオンエネルギー切り替えは、非常に「高速」であり、イオンエネルギーは、Ｖ０が上昇している間、あるサイクルに対して選択されることさえできる。言い換えると、切り替え構成要素Ｔ１が開放される前の任意の時間に、ΔＶまたはイオンエネルギーが決定されることができる。
【0135】
「高速」イオンエネルギー制御は、異なるイオンエネルギーを切り替えるときに有利であり得るが、それは、プラズマが点火されるときにも有利である。なぜなら、プラズマが点火されるときに時として見られるプラズマイオンエネルギーの過渡状態を排除しない場合、正確なｅＶ設定点でＣｓｅｒｉｅｓを充電することを止める能力が大幅に低減するからである。
【0136】
（パルスイオンエネルギー制御）多くのプラズマ処理レシピは、プラズマ源によって提供されるＲＦ電力のパルスエンベロープを要求する。図２８は、時間の関数としてのパルス源供給を図示する。示されるように、ＲＦ正弦波は、鎖線で示されるパルスエンベロープに従ってパルス状である。パルスは、例えば、フリーラジカルに対するイオンの比率が制御されることを可能にする。特に、フリーラジカルは、典型的には、イオンより長い寿命を有し、したがって、ＲＦがオフにされるとき、イオンに対するフリーラジカルの比率は、時間とともに増加する。増加したラジカルの比率は、例えば、被加工物の表面上の種々の材料の相対エッチング速度に影響を及ぼし得、これは、いくつかのレシピで有利である。しかしながら、所望のレベルのフリーラジカルおよびイオンを維持するために、ＲＦ電力が再びオンにされ、したがって、ソース供給部のパルスが実行される。場合によっては、ソース供給部は、処理チャンバ内でより一貫したレベルのイオンおよびラジカルを維持する目的で、ＲＦ振幅と０との間よりもむしろ２つの異なるＲＦ振幅の間でパルス状であり得る。
【0137】
パルスＲＦ源供給部が使用されるとき、バイアス供給部は、典型的には、ある様式でソース供給パルスに同期化される（図２９参照）。２層ソース供給電圧が使用される場合、バイアス供給部はまた、２つの異なるバイアス供給部電圧の間でパルス状であり得る。しかしながら、複数の供給をパルス状にする当技術分野内のシステムおよび方法は、種々の不利点を抱えている。例えば、パルスバイアス供給部は、バイアス供給部がオンにされる度にイオン密度およびイオンエネルギーにおいて過渡状態を受け得る。一実例が図３０で見られることができ。バイアス供給部は、所望の電圧形態に定着する前、オンにされた直後、所望の電圧標的のオーバーシュートに加えて、遅いターンオン過渡状態を例証する。同様に、ソースパルスエンベロープ上で見られるパルス内ターンオン過渡状態は、バイアス供給部をオンにすることの影響を受ける。これらの過渡状態は、部分的に、従来のバイアス供給部とプラズマ密度とが非直交であり、バイアス供給部電圧の変化が、プラズマ密度に実質的な影響を及ぼすという事実に起因し得る。これらの過渡状態は、正確な処理レシピを設計することを困難にするだけでなく、バイアス供給部電圧を観察するとき、当技術分野内の多くの方法は、過渡形態からのデータ点を使用せず、したがって、潜在的処理時間を増加させながら、潜在的な測定および調整誤差を注入する。いくつかのレシピはまた、所与のソース供給パルス内のイオンエネルギーの急速な変化も要求し得る。従来のシステムおよび方法は、精度および安定性を伴ってイオンエネルギーを制御することが困難であり、バイアス供給部の数サイクルほどの短い期間内に少しでもそのような変化を生じることが困難である。
【0138】
本明細書で開示されるシステムおよび方法は、いくつかのこれらの問題を解決する。図２９は、鎖線によって示されるパルスエンベロープ内でパルス状である、図９のバイアス供給部９０２等のバイアス供給部の修正された周期的電圧を図示する。バイアス供給部のパルスは、図２８のソース供給部のパルスと同期化される。所望のイオンエネルギーを達成するために必要とされる正確な瞬間にスイッチ構成要素Ｔ１を開放することを介して、本明細書で開示されたバイアス供給部によって生成される、修正された周期的電圧関数の最大電圧を正確に制御することができるため、図３０で見られるもの等の過渡状態は低減され、おそらく排除されることができる。これらのシステムおよび方法はまた、イオンエネルギー制御とプラズマ密度制御との間の直交性も可能にする。したがって、イオンエネルギーにおいて不正確性および不安定性を低減するものとして以前に説明された、同一のシステムおよび方法は、パルスバイアス供給動作中に過渡状態を回避し、イオンエネルギーおよびプラズマ密度制御の間の直交性を可能にするという追加の利益を有する。
【0139】
過渡状態はまた、本明細書で開示されるシステムおよび方法が、イオンエネルギーとプラズマ密度との間でほぼ直交な関係を達成するため、回避され、したがって、バイアス供給部（例えば、９０２）のパルスは、プラズマ密度に無視可能な影響を及ぼす。
【0140】
さらに、「高速」イオンエネルギー変化（例えば、サイクルごとにイオンエネルギーを変化させる）を達成するために、本明細書で開示されたシステムおよび方法を使用することができるため、単一のソース供給またはバイアス供給パルス内で１回以上、イオンエネルギーを変更することができる。
【0141】
広ダイナミックレンジに対して議論されるシステムおよび方法はまた、バイアス供給部の単一のパルス内で複数のイオンエネルギーの広ダイナミックレンジを達成するために、パルスバイアス供給部の実施形態で使用することもできる。
【0142】
上記で議論されるようなイオンエネルギーに対する変化とともに、他の実施形態では、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）をサイクルごとに調節することができる。言い換えると、バイアス供給部の所与のパルス内で、ＩＥＤＦおよび／またはイオンエネルギーを１回以上調節することができる。
【0143】
パルスバイアス供給部の実施形態はさらに、ＩＣの事前設定を設定する能力から利益を得ることができる。したがって、バイアス供給パルスの開始時に、所望のイオンエネルギーをより少ない時間で達成することができるように、Ｉｃを「推測」することができる。例えば、以前に議論されたように、最小ＩＥＤＦを決定するために、いくつかの反復が要求され得、その後、所望のイオンエネルギーが設定されることができる。以前のＩＥＤＦ設定に基づくＩｃを用いて、そのような反復を開始することによって、最小ＩＥＤＦがより迅速に見出され得、したがって、所望のイオンエネルギーをより早く確立することができる。他の実施形態では、以前のパルスで使用されたＩＣは、パルスのためのイオンエネルギーを設定するために使用される時間を再度減少させるために、後続のパルスの開始時に初期条件として使用されることができる。さらに、複数のイオンエネルギーが所与のパルスにおいて設定される場合、後続のパルスにおいて種々のイオンエネルギーを設定するための初期条件として、１つまたは複数の以前のパルスで使用されたＩＣを使用することができる。同様に、ＩＣと組み合わせて、またはそれの代替として、Ｃ２またはそのより正確な導関数Ｃｓｅｒｉｅｓ／（Ｃ２＋Ｃｓｅｒｉｅｓ）を初期条件として使用することができる。
【0144】
パルス実施形態はまた、以前に議論されたが、ここではパルスバイアス供給状況に適用されるような、イオン電流およびＣ２を介してプラズマ密度を測定する能力から利益を得ることもできる。これは、パルス動作中にプラズマ密度の測定に基づいて、バイアス供給部を制御することができる、さらなる実施形態につながる。例えば、プラズマ密度閾値に基づいて、バイアス供給パルスがトリガされるか、または振幅、デューティ係数等が調整されることができる（例えば、プラズマ密度が閾値を下回るときにバイアス供給部がオンになることができる）。別の実施例では、プラズマ密度閾値を下回る、またはそれを上回って上昇するプラズマ密度によって、イオンエネルギーまたはｅＶ設定点に対する変更がトリガされることができる。バイアス供給パルス内のイオンエネルギーおよびＩＥＤＦもまた、プラズマ密度の関数として制御されることができる。
【0145】
他の実施形態では、ソース供給部は、プラズマ密度の関数として制御されることができる。例えば、プラズマ密度閾値を横断するプラズマ密度に基づいて、あるいは所望のレベルの近くにプラズマ密度を維持する目的で、ソース供給部のパルスがトリガされることができるか、またはパルスエンベロープの振幅、デューティ係数等が調整されることができる。
【0146】
（仮想フロントパネル）図３１−５２は、以前に開示されたようなバイアス供給部に関連付けられる、種々の「仮想フロントパネル」（ＶＦＰ）表示を図示する。ＶＦＰは、種々の制御（例えば、ボタン、スライダ、ラジオボタン）、インジケータ（例えば、カラーインジケータ、バーインジケータ、数値インジケータ）、およびグラフまたはチャート（例えば、電圧対時間）を有することができる。ＶＦＰは、バイアス供給部および／またはソース供給部を制御するための制御ならびに監視チャートおよびインジケータを含むことができる。例えば、ＶＦＰは、ｅＶ設定点ならびにＩＥＤＦ形状および幅の制御と、達成されたイオンエネルギーならびにＩＥＤＦ形状および幅の監視とを可能にすることができる。ＶＦＰはまた、イオン電流ＩＩ、ならびにバイアス供給部および／またはプラズマ処理チャンバの較正を監視するために使用されることもできる。これらは、ＶＦＰを使用することができる、多くの実施形態のうちのいくつかにすぎない。
【0147】
ＶＦＰは、単一のディスプレイ（例えば、バイアス供給部に組み込まれるか、またはバイアス供給部に結合される、ＬＣＤフラットパネルディスプレイ）または複数のディスプレイで具現化することができる。ＶＦＰは、タッチセンサ式制御を含むことができる。
【0148】
図３１は、修正された周期的電圧関数を図表にする、ＶＦＰを図示する。ＶＦＰはさらに、バイアス供給部出力をオンおよびオフに切り替える電力出力制御を含む。いくつかの警告インジケータが、ＶＦＰの左側に配列される。また、イオンエネルギー（ｅＶ）、イオン電流補償ＩＣ（Ｉｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）、およびピーク間電圧（Ｖｐｐ）を示すためのバーおよび数値インジケータもある。
【0149】
図３３は、バイアス供給部の２つの制御、すなわち、イオンエネルギー設定点（ｅＶ設定点）のための１つの制御およびイオン電流補償（電流オフセット）のためのもう１つの制御を示す、ＶＦＰを図示する。ＶＦはまた、測定されたイオンエネルギー（ｅＶ）のためのバーインジケータも有する。
【0150】
図３５は、３つのイオンエネルギーのチャートを有する、ＶＦＰを図示する。チャートは、読み出しまたは入力画面のいずれか一方であり得る。例えば、チャートは、達成されたイオンエネルギーおよび３つのイオンエネルギーの各々におけるイオンの濃度を示すために使用されることができ、またはチャートは、本システムが試行して達成するものである、イオンエネルギーおよび濃度を示すために使用されることができる。
【0151】
図３６は、台形状を有するイオンエネルギー分布関数のチャートを有する、ＶＦＰを図示する。ＩＥＤＦは、５００ｅＶ直下から、イオンの濃度がイオンエネルギーとともに増加する１０００ｅＶ直上まで伸張する。ＶＦＰはまた、ＩＥＤＦの下限および上限ならびに両限界におけるイオンの濃度を制御するための制御も左に含む。
【0152】
図３７は、イオンエネルギーＶ１の周囲のイオンエネルギーの広がり（Ｓｐｒｅａｄ１）を制御するためのＶＦＰを図示する。図示した実施形態では、各エネルギーにおけるイオンの濃度は、Ｖ１から離れるエネルギーについて、０に向かって降下する。
【0153】
図３８は、２つの狭小ＩＥＤＦ、および定義された広がりを有する１つのＩＥＤＦを制御するためのＶＦＰを図示する。示されるように、２つの狭小ＩＥＤＦは、ｈ１およびｈ２に存在し、ｖ１およびｖ２に等しいイオン濃度を有することができる。ＩＥＤＦ２パラメータは、広大ＩＥＤＦ（Ｖ１）およびＩＥＤＦ広がり（Ｓｐｒｅａｄ１）の中心イオンエネルギーを制御する。
【0154】
図３９は、いずれか２つの隣接イオンエネルギーの間の広がりが、２つの隣接イオンエネルギーを直線的に接続する濃度を有する特定の濃度を各々が有する、４つのイオンエネルギーを含むＩＥＤＦを制御するためのＶＦＰを図示する。
【0155】
図４０は、時間または位置の関数としてイオンエネルギーＩｉｏｎを図表にする、ＶＦＰを図示する。
【0156】
図４３は、時間または位置の関数としてプラズマ密度ｎｅを図表にする、ＶＦＰを図示する。
【0157】
図４４は、時間または位置の関数として基板電位ＶＤＣを図表にする、ＶＦＰを図示する。
【0158】
（パルスヒータ）典型的なチャックでは、処理チャンバが収納される構内のＡＣ分布システムから電力供給され得る電気加熱システムがある。ＲＦ電力は、潜在的にＡＣ分布システムに伝搬可能であることが知られている。この望ましくない電流経路を防止するために、６０Ｈｚまたは５０Ｈｚ分布電力を通すが、ＲＦ周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚまたは６０ＭＨｚ）に対してトラップの役割を果たすように、ＲＦフィルタが加熱システムの中に配置され得る。しかし、場合によっては、フィルタが相当量の電流を扱わなければならないため、フィルタ（または２つのフィルタ）のための十分な物理的空間がなく、バイアス基板供給部が利用されるとき、印加される数周波数（例えば、０．４ＭＨｚ〜５ＭＨｚ）が存在するため、フィルタは設計することが困難である。
【0159】
結果として、典型的なフィルタを利用する代わりに、低巻線間容量を有する変圧器の一次側に印加されるヒータ電力供給部を用いて、パルスが生成され得る。電力は、変圧器の二次側に渡され、次いで、整流され、ヒータに印加される。変圧器の低容量障壁は、広範囲の周波数が変圧器の二次側から一次側に戻ることを可能にせず、したがって、不要な周波数が構内のＡＣ分布システムに伝搬することを防止する。
【0160】
本明細書で説明されるシステムおよび方法は、本明細書で以前に説明された特定の物理的デバイスに加えて、制御および処理構成要素に関連して実装されることができる。図５３は、その内側で一式の命令が、デバイスに本開示の側面および／または方法論のうちのいずれか１つ以上を実施あるいは実行させるために実行することができる、制御システム５３００の一実施形態の概略図を示す。例えば、制御システム５３００は、制御構成要素１１２、６１２、７６２、９１０、１０１０を実現するために利用され得る。しかし、図５３の構成要素は、実施例にすぎず、任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、埋込論理構成要素、または本開示の特定の実施形態を実装する２つ以上のそのような構成要素の組み合わせの使用あるいは機能性の範囲を限定しない。図示した構成要素のうちのいくつかはまたは全ては、制御システム５３００の一部であり得る。例えば、制御システム５３００は、２つだけの非限定的実施例を挙げると、汎用コンピュータまたは埋込論理デバイス（例えば、ＦＰＧＡ）を含むことができる。
【0161】
本実施形態における制御システム５３００は、少なくとも、２つの非限定的実施例を挙げると、中央処理ユニット（ＣＰＵ）またはＦＰＧＡ等のプロセッサ５３０１を含む。制御システム５３００はまた、両方ともバス５３４０を介して互におよび他の構成要素と通信する、メモリ５３０３および記憶装置５３０８を備え得る。バス５３４０はまた、ディスプレイ５３３２、１つ以上の入力デバイス５３３３（例えば、キーパッド、キーボード、マウス、スタイラス等を含み得る）、１つ以上の出力デバイス５３３４、１つ以上の記憶デバイス５３３５、および種々の非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体５３３６を、互と、ならびにプロセッサ５３０１、メモリ５３０３、および記憶装置５３０８のうちの１つ以上とをリンクし得る。これらの要素はすべて、直接、あるいはバス５３４０への１つ以上のインターフェースまたはアダプタを介して、インターフェースをとり得る。例えば、種々の非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体５３３６は、記憶媒体インターフェース５３２６を介して、バス５３４０とインターフェースをとることができる。制御システム５３００は、１つ以上の集積回路（ＩＣ）、印刷回路基板（ＰＣＢ）、モバイルハンドヘルドデバイス、ラップトップまたはノートブックコンピュータ、分散型コンピュータシステム、コンピューティンググリッド、あるいはサーバを含むが、それらに限定されない、任意の好適な物理的形態を有し得る。
【0162】
プロセッサ５３０１（または、中央処理ユニット（ＣＰＵ））は、随意に、命令、データ、またはプロセッサアドレスの一時的ローカル記憶のためのキャッシュメモリユニット５３０２を含む。プロセッサ５３０１は、少なくとも１つの非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体上に記憶された非一過性プロセッサ読み取り可能な命令の実行を支援するように構成される。制御システム５３００は、メモリ５３０３、記憶装置５３０８、記憶デバイス５３３５、および／または記憶媒体５３３６（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ））等の１つ以上の非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体で具現化される、命令を実行するプロセッサ５３０１の結果として、機能性を提供し得る。例えば、図１７−１９を参照して説明される方法の１つ以上のステップを達成する命令が、１つ以上の非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体で具現化され得、プロセッサ５３０１が、命令を実行し得る。メモリ５３０３は、１つ以上の他の非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体（大容量記憶デバイス５３３５、５３３６等）から、またはネットワークインターフェース５３２０等の好適なインターフェースを通して、１つ以上の他のソースから、命令を読み取り得る。そのようなプロセスまたはステップの実行は、メモリ５３０３内に記憶されるデータ構造を定義し、ソフトウェアによって指示されるように、データ構造を修正するステップを含み得る。
【0163】
信号入力構成要素５３５０は、概して、スイッチモード電力供給部１０６、スイッチモード電力供給部６０６、イオン電流補償６６０、プラズマ処理チャンバ６０４、および電流源７６４の１つ以上の側面についての情報を提供する信号（例えば、デジタルおよび／またはアナログ信号）を受信するように動作する。いくつかの実装では、コントローラ１１２および６１２は、パルスまたは電力供給部電圧のデューティサイクルを調節するようスイッチモード電力供給部１０６および５０６に通知するように、出力信号（例えば、バイナリビット）を提供し得る。他の実装では、制御システム５３００は、部分的に、イオン電流補償６６０、電流制御７６２、コントローラ９１０、コントローラ１０１０を実現するために利用され得る。
【0164】
信号出力構成要素５３６０は、スイッチ制御信号を生成してスイッチＴ１およびＴ２を制御するように、当業者に公知であるデジタル・アナログ構成要素を含み得る。スイッチＴ１およびＴ２が、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として実装されるとき、信号出力構成要素５３６０は、スイッチＴ１およびＴ２を制御するようにゲート駆動信号を生成し得る。
【0165】
メモリ５３０３は、限定されないが、ランダムアクセスメモリ構成要素（例えば、ＲＡＭ５３０４）（例えば、静的ＲＡＭ「ＳＲＡＭ」、動的ＲＡＭ「ＤＲＡＭ」等）、読み取り専用構成要素（例えば、ＲＯＭ５３０５）、および任意のそれらの組み合わせを含む、種々の構成要素（例えば、非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体）を含み得る。ＲＯＭ５３０５は、データおよび命令を、プロセッサ５３０１に単方向に通信するように作用し得、ＲＡＭ５３０４は、データおよび命令を、プロセッサ５３０１と双方向に通信するように作用し得る。ＲＯＭ５３０５およびＲＡＭ５３０４は、以下に説明される任意の好適な非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体を含み得る。場合によっては、ＲＯＭ５３０５およびＲＡＭ５３０４は、本明細書で説明される方法を実行するための非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体を含む。
【0166】
固定記憶装置５３０８は、随意に、記憶制御ユニット５３０７を通して、プロセッサ５３０１に双方向に接続される。固定記憶装置５３０８は、追加のデータ記憶容量を提供し、また、本明細書に説明される任意の好適な非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な媒体を含み得る。記憶装置５３０８を使用して、オペレーティングシステム５３０９、ＥＸＥＣ５３１０（実行可能ファイル）、データ５３１１、ＡＰＶアプリケーション５３１２（アプリケーションプログラム）等を記憶し得る。多くの場合、常時ではないが、記憶装置５３０８は、一次記憶装置（例えば、メモリ５３０３）より低速の二次記憶装置媒体（ハードディスク等）である。記憶装置５３０８はまた、光ディスクドライブ、固体メモリデバイス（例えば、フラッシュベースのシステム）、または前述のいずれかの組み合わせを含むことができる。記憶装置５３０８内の情報は、適切な場合、メモリ５３０３内の仮想メモリとして組み込まれ得る。
【0167】
一実施例では、記憶デバイス５３３５は、記憶デバイスインターフェース５３２５を介して、制御システム５３００と（例えば、外部ポートコネクタ（図示せず）を介して）取り外し可能にインターフェースがとられ得る。特に、記憶デバイス５３３５および関連付けられた機械読み取り可能な媒体は、機械読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、および／または制御システム５３００のための他のデータの不揮発性ならびに／あるいは揮発性記憶を提供し得る。一実施例では、ソフトウェアは、完全にまたは部分的に、記憶デバイス５３３５上の機械読み取り可能な媒体内に常駐し得る。別の実施例では、ソフトウェアは、完全にまたは部分的に、プロセッサ５３０１内に常駐し得る。
【0168】
バス５３４０は、種々のサブシステムを接続する。本明細書では、バスの参照は、必要に応じて、共通機能を果たす、１つ以上のデジタル信号線を包含し得る。バス５３４０は、限定されないが、種々のバスアーキテクチャのいずれかを使用する、メモリバス、メモリコントローラ、周辺バス、ローカルバス、および任意のそれらの組み合わせを含む、いくつかのタイプのバス構造のうちのいずれかであり得る。限定ではなく、実施例として、そのようなアーキテクチャとして、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、ビデオエレクトロニクススタンダーズアソシエーションローカルバス（ＶＬＢ）、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）バス、ＰＣＩ−エクスプレス（ＰＣＩ−Ｘ）バス、アクセラレーテッドグラフィックスポート（ＡＧＰ）バス、ハイパートランスポート（ＨＴＸ）バス、シリアルアドバンスドテクノロジーアタッチメント（ＳＡＴＡ）バス、および任意のそれらの組み合わせが挙げられる。
【0169】
コンピュータシステム５３００はまた、入力デバイス５３３３を含み得る。一実施例では、コンピュータシステム５３００のユーザは、入力デバイス５３３３を介して、コマンドおよび／または他の情報をコンピュータシステム５３００に入力し得る。入力デバイス５３３３の実施例として、タッチスクリーン、英数字入力デバイス（例えば、キーボード）、ポインティングデバイス（例えば、マウスまたはタッチパッド）、タッチパッド、ジョイスティック、ゲームパッド、オーディオ入力デバイス（例えば、マイクロホン、音声応答システム等）、光学スキャナ、動画または静止画像捕捉デバイス（例えば、カメラ）、および任意のそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。入力デバイス５３３３は、限定されないが、シリアル、パラレル、ゲームポート、ＵＳＢ、ＦＩＲＥＷＩＲＥ、ＴＨＵＮＤＥＲＢＯＬＴ、または前述の任意の組み合わせを含む、種々の入力インターフェース５３２３（例えば、入力インターフェース５３２３）のいずれかを介して、バス５３４０に対してインターフェースがとられ得る。
【0170】
情報およびデータは、ディスプレイ５３３２を通して表示されることができる。ディスプレイ５３３２の実施例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機液晶ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。ディスプレイ５３３２は、バス５３４０を介して、プロセッサ５３０１、メモリ５３０３、および固定記憶装置５３０８、ならびに入力デバイス５３３３等の他のデバイスとインターフェースをとることができる。ディスプレイ５３３２は、ビデオインターフェース５３２２を介して、バス５３４０にリンクされ、ディスプレイ５３３２とバス５３４０間のデータの転送は、グラフィック制御５３２１を介して、制御されることができる。
【0171】
加えて、または代替として、制御システム５３００は、ソフトウェアの代わりに、またはそれとともに、本明細書に説明または図示される１つ以上のプロセスまたは１つ以上のプロセスの１つ以上のステップを実行するように動作し得る、回路内に有線接続または別様に具現化される論理の結果として、機能性を提供し得る。さらに、非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な媒体の参照は、適切な場合、実行のための命令を記憶する回路（ＩＣ等）、実行のための論理を具現化するための回路、または両方を包含し得る。本開示は、ソフトウェアに関連してハードウェアの任意の好適な組み合わせを包含する。
【0172】
本明細書で開示される実施形態に関連して説明される、種々の例証的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、離散ゲートまたはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明する機能を果たすように設計されているそれらの任意の組み合わせを用いて実装または実施され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、代替案では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピュータデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰコア、または任意の他のそのような構成と併せた、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、１つ以上のマイクロプロセッサの組み合わせとして実装され得る。
【0173】
結論として、本発明は、とりわけ、プラズマ処理中のアーク取り扱いのためのシステムおよび方法を提供する。当業者であれば、本明細書で説明される実施形態によって達成されるものと実質的に同じ結果を達成するために、多数の変形例および置換が、本発明、その用途、およびその構成に行われ得ることを容易に認識できる。故に、本発明を開示された例示的形態に限定する意図は全くない。多くの変形例、修正、および代替構造は、請求項で明示されるような開示された発明の範囲および精神内にある。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】