特許 6832345 近似鋸歯状波パルス生成によるＲＦ電力供給

(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】6832345

(24)【登録日】2021年2月3日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】近似鋸歯状波パルス生成によるＲＦ電力供給

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20210215BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 R

   H05H1/46 M

   H01L21/302 101B

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-511055(P2018-511055)

(86)(22)【出願日】2016年7月19日

(65)【公表番号】特表2018-535504(P2018-535504A)

(43)【公表日】2018年11月29日

(86)【国際出願番号】US2016042948

(87)【国際公開番号】WO2017058341

(87)【国際公開日】20170406

【審査請求日】2019年7月10日

(31)【優先権主張番号】62/236,877

(32)【優先日】2015年10月3日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/882,878

(32)【優先日】2015年10月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100101502

【弁理士】

【氏名又は名称】安齋 嘉章

(72)【発明者】

【氏名】川崎 勝正

(72)【発明者】

【氏名】ショウジ セルジオ フクダ

(72)【発明者】

【氏名】フィー ジャスティン

(72)【発明者】

【氏名】清水 大亮

【審査官】 小林 直暉

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３５０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０３５８４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１７０８８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０９０４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００３１２１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２０６７１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１１５５６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３７／００−３７／０２

３７／０５

３７／０９−３７／１８

３７／２１

３７／２４−３７／２４４

３７／２５２−３７／２９５

Ｈ０１Ｌ２１／２０５

２１／３０２

２１／３０６５

２１／３１

２１／３６５

２１／４６１

２１／４６９

２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチレベルパルスＲＦ電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法であって、
少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第１のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップと、
第１の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第２のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップと、
第２の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第３のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップとを含む方法。

【請求項2】

第１のマルチレベルＲＦ電力波形と第２のマルチレベルＲＦ電力波形は同期している、請求項１記載の方法。

【請求項3】

マルチレベルパルスＲＦ電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法であって、
少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第１のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップと、
第１の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第２のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップとを含み、
第１のマルチレベルＲＦ電力波形の第１の電力レベルは、高電力レベルであり、第１のマルチレベルＲＦ電力波形の第２の電力レベルは、第１のマルチレベルＲＦ電力波形の第１の電力レベルよりも低い低電力レベルであり、第１のマルチレベルＲＦ電力波形の第３の電力レベルは、第１のマルチレベルＲＦ電力波形の第２の電力レベルの１〜９９％になっている方法。

【請求項4】

第２のマルチレベルＲＦ電力波形の第１の電力レベルは、高電力レベルであり、第２のマルチレベルＲＦ電力波形の第２の電力レベルは、第２のマルチレベルＲＦ電力波形の第１の電力レベルよりも低い低電力レベルであり、第２のマルチレベルＲＦ電力波形の第３の電力レベルは、ゼロ電力レベルである、請求項３記載の方法。

【請求項5】

第１のマルチレベルＲＦ電力波形と第３のマルチレベルＲＦ電力波形は同期している、請求項１記載の方法。

【請求項6】

第１のマルチレベルＲＦ電力波形、第２のマルチレベルＲＦ電力波形、及び第３のマルチレベルＲＦ電力波形は同期している、請求項１記載の方法。

【請求項7】

第１、第２、及び第３のマルチレベルＲＦ電力波形のそれぞれの第１、第２、及び第３の電力レベルのうちの１つは、ゼロ電力レベルである、請求項１記載の方法。

【請求項8】

第１のマルチレベルＲＦ電力波形の第１、第２、及び第３電力レベルのそれぞれが印加される時間期間は互いに異なる、請求項１記載の方法。

【請求項9】

第２のマルチレベルＲＦ電力波形の第１、第２、及び第３電力レベルのそれぞれが印加される時間期間は互いに異なる、請求項１記載の方法。

【請求項10】

第３のマルチレベルＲＦ電力波形の第１、第２、及び第３電力レベルのそれぞれが印加される時間期間は互いに異なる、請求項１記載の方法。

【請求項11】

第１のマルチレベルＲＦ電力波形はソースＲＦ信号であり、第２及び第３のマルチレベルＲＦ電力波形はＲＦバイアス信号である、請求項１記載の方法。

【請求項12】

第１の遅れ期間は、１０μｓ〜１ｍｓである、請求項１記載の方法。

【請求項13】

第２の遅れ期間は、１０μｓ〜１ｍｓである、請求項１記載の方法。

【請求項14】

少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第１のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するように構成された第１のＲＦ発生器と、
第１の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第２のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するように構成された第２のＲＦ発生器と、
第２の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第３のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するように構成された第３のＲＦ発生器とを含むプラズマ強化基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【分野】

【0001】

本開示の実施形態は、概して、基板を処理するために使用されるＲＦ電力供給方法に関する。

【背景】

【0002】

多くの半導体デバイスの製造段階で使用されるような従来の高周波（ＲＦ）プラズマ処理では、連続波又はパルス波モードで生成することができるＲＦエネルギーは、ＲＦエネルギー源を介して基板処理チャンバに供給することができる。ＲＦエネルギー源のインピーダンスと処理チャンバ内に形成されたプラズマとの間の不整合のために、ＲＦエネルギーはＲＦエネルギー源に反射し戻され、ＲＦエネルギーの非効率的な使用及びエネルギーの浪費、処理チャンバ又はＲＦエネルギー源への潜在的な損傷、及び基板処理に関する潜在的な不一致／非再現性の問題をもたらす。このように、ＲＦエネルギーは、プラズマのインピーダンスをＲＦエネルギー源のインピーダンスにより厳密に整合させることによって、反射ＲＦエネルギーを最小にするように動作する固定又は調整（同調）可能な整合ネットワークを介して、処理チャンバ内のプラズマに結合されることが多い。整合ネットワークは、ＲＦ源の出力がプラズマに効率的に結合されて、プラズマに結合されるエネルギーの量を最大にする（例えば、ＲＦ電力供給の調整と呼ばれる）ことを保証する。したがって、整合ネットワークは、総インピーダンス（すなわち、プラズマインピーダンス＋チャンバインピーダンス＋整合ネットワークインピーダンス）が、ＲＦ電力供給の出力インピーダンスと同じであることを保証する。いくつかの実施形態では、ＲＦエネルギー源はまた、インピーダンス整合を助長するために、ＲＦエネルギー源によって供給されるＲＦエネルギーの周波数を周波数同調させる又は調整することができる可能性もある。

【0003】

しかしながら、ＲＦ発生器が鋸歯状波の形でパルスＲＦ電力を供給するシステムでは、整合ネットワーク及び／又はＲＦエネルギー源は、反射電力を低減させるのに最適な整合位置に適切に調整することができない。したがって、反射電力を適切に低減させるためには、一貫したレベルのＲＦ電力を供給し、これによって整合ネットワーク及び／又はＲＦエネルギー源は、信号を取り込み、それに応じて調整すべきである。しかしながら、ＲＦ電力の一貫したレベルでの標準的なデュアルレベルパルス生成（すなわち、方形波パルス生成）では、プラズマ強度はゆっくりと変化し、デュアルレベル方形波パルス生成は、鋸歯パターンに適切に近似しないことがある。

【0004】

したがって、本発明者らは、ＲＦ電力供給のための改良された方法及び装置を提供した。

【概要】

【0005】

本明細書では、マルチレベルパルスＲＦ電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法が提供される。いくつかの実施形態では、マルチレベルパルスＲＦ電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法は、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第１のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップと、第１の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第２のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップとを含む。

【0006】

いくつかの実施形態では、実行されると、マルチレベルパルスＲＦ電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法を実行させる命令が格納された非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。実行される方法は、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第１のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップと、第１の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第２のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するステップとを含むことができる。

【0007】

いくつかの実施形態では、プラズマ強化基板処理システムは、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第１のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するように構成された第１のＲＦ発生器と、第１の遅れ期間の後、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する第２のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給するように構成された第２のＲＦ発生器とを含むことができる。

【0008】

本開示の他の及び更なる実施形態を以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

上記に簡単に要約し、以下でより詳細に議論される本開示の実施形態は、添付図面に示される本開示の概略的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。

【図1】本開示のいくつかの実施形態に係るプラズマリアクタを示す。

【図2A】〜

【図2C】本開示のいくつかの実施形態に係る高周波信号のパルス波形を示す。

【図3A】〜

【図3D】本開示のいくつかの実施形態に係るパルス波形間の位相変化を示す。

【図4A】〜

【図4B】本開示のいくつかの実施形態に係るパルス波形間のデューティサイクル及び／又は位相変化を示す。

【図5】本開示のいくつかの実施形態に係る複数の同期したマルチレベルＲＦパルス波形間のデューティサイクル及び／又は位相変化を示す。

【図6】本開示のいくつかの実施形態に係るマルチレベルパルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法のフローチャートを示す。

【0010】

理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。図面は、比例して描かれているわけではなく、明確にするために簡素化されているかもしれない。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。

【詳細な説明】

【0011】

本開示の実施形態は、マルチレベルパルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法を提供する。マルチレベルパルス高周波（ＲＦ）電力を使用することは、有利なことに、一貫したレベルのＲＦ電力を提供して、整合ネットワークが最良の整合位置に適切に調整して反射電力を低減することを可能にする。マルチレベルパルス高周波（ＲＦ）電力の使用はまた、急速なプラズマ強度変化と、いくつかのプロセスにおいて望ましい可能性のある鋸歯パターンの波形パターンの近似を可能にする。いくつかの実施形態では、３以上の別個のＲＦ電力信号は、互いに独立して位相のずれた複数の電力レベルで、又は異なるデューティサイクルでそれぞれパルス化させることができる。更に、ＲＦ電力信号は、互いに同期的又は非同期的にパルス化させることができる。

【0012】

図１は、本明細書で開示される本発明の方法を実施するために使用することができるプラズマリアクタを示す。本発明の方法は、（例えば、図１に示されるような）容量結合プラズマリアクタ又は他の適切なプラズマリアクタ（例えば、誘導結合プラズマリアクタ）内で実行することができる。しかしながら、本発明者らは、望ましくない帯電効果は、例えば、誘導結合プラズマ処理チャンバよりもはるかに厳しい可能性があるので、本発明の方法が容量結合プラズマリアクタ（例えば、高バイアス電力（例えば、約２０００Ｗ以上）及び低ソース電力（例えば、約５００Ｗ以下）が使用される場合）において特に有益であり得ることを観察してきた。いくつかの実施形態では、本発明者らは、本発明の方法が、ＤＣバイアス（Ｖ_ＤＣ）、Ｖ_ＲＦ、又はプラズマシース電圧のうちの少なくとも１つが約１０００Ｖ以上である構成において特に有益であることを発見した。

【0013】

図１のリアクタは、円筒側壁１０２、床１０３、及び天井１０４によって囲まれたリアクタチャンバ１００を含む。天井１０４は、ガス分配プレート１０８を貫通して形成されたオリフィス１０９を有するガス分配プレート１０８の上にあるガスマニホールド１０６を含むガス分配シャワーヘッドであってもよい。ガスマニホールド１０６は、ガス供給口１１１を有するマニホールドエンクロージャ１１０によって囲まれている。ガス分配シャワーヘッド（すなわち、天井１０４）は、絶縁リング１１２によって円筒側壁１０２から電気的に絶縁されている。真空ポンプ１１４（例えば、ターボ分子ポンプ）は、チャンバ１００を排気する。ガスパネル１２０は、ガス供給口１１１への異なるプロセスガスの個々の流量を制御する。チャンバの床１０３を介して支持されたワークピース支持台１３６は、絶縁上面及び内部電極（ウェハ支持電極１３８）を有することができる。内部電極は、例えば、支持台１３６の上面上に基板１３７をチャッキングするために使用することができる。プラズマソース電力が、発生器（発生器）１４０からインピーダンス整合ネットワーク１４２を介して（本明細書ではガス分配シャワーヘッドとも呼ばれる）天井１０４に印加される。天井又はガス分配シャワーヘッドは、導電性材料（例えば、アルミニウムなど）で形成され、したがって天井電極として機能する。発生器１４０は、ＶＨＦスペクトルの高い部分（例えば、１００〜２００ＭＨｚの範囲内）でＶＨＦ電力を生成することができる。発生器１４０は、所望のパルスレート及びデューティサイクルで生成されたＶＨＦ電力をパルス化する能力を有する。この目的のために、ＶＨＦソース発生器１４０は、ＲＦ発生器１４０によって生成される各パルスの位相だけでなく、パルスレート及び／又はデューティサイクルを規定する１以上の制御信号を受信するためのパルス制御入力１４０ａを有する。

【0014】

プラズマバイアス電力は、ＲＦバイアス発生器１４４からＲＦインピーダンス整合ネットワーク１４６を介して、及びＲＦバイアス発生器１４８からＲＦインピーダンス整合ネットワーク１４９を介してウェハ支持電極１３８に印加される。ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、ＨＦスペクトルの低い部分又はＭＦ又はＬＦスペクトルのＨＦ又はＬＦ電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ又は１〜２ＭＨｚのオーダーの範囲内の電力）を生成することができる。ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、所望のパルスレート及びデューティサイクルで生成されたＲＦバイアス電力をパルス化する能力を有する。この目的のために、ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、ＲＦ発生器１４４、１４８によって生成される各パルスの位相だけでなく、パルスレート及び／又はデューティサイクルを規定する１以上の制御信号を受信するためのパルス制御入力１４４ａ、１４８ａを有する。ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、独立してパルス化、位相化、及び／又はデューティサイクル制御させることができる。更に、ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、同期的又は非同期的にパルス化させることができる。

【0015】

オプションとして、プラズマソース電力は、ＶＨＦインピーダンス整合器（図示せず）を介して第２のＶＨＦ発生器からウェハ支持電極１３８に印加させることができる。第２のＶＨＦ発生器は、（例えば、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲の）ＶＨＦスペクトルの低い部分のＶＨＦ電力を生成することができる。第２のＶＨＦ発生器は、所望のパルスレート及びデューティサイクルで生成されたＶＨＦ電力をパルス化する能力を有する。この目的のために、第２のＶＨＦ発生器は、第２のＶＨＦ発生器によって生成される各パルスの位相のみならずパルスレート及び／又はデューティサイクルを規定する１以上の制御信号を受信するためのパルス制御入力を有する。例えば、いくつかの実施形態では、ＲＦバイアス発生器１４４、１４８及びその構成要素（例えば、整合器、パルス制御入力など）のうちの１つを第２のＶＨＦ発生器及びその構成要素に置き換えることができる。あるいはまた、第２のＶＨＦ発生器及びその構成要素を、第１のＲＦ発生器１４０及びバイアス発生器１４４、１４８及びそれらのそれぞれの構成要素に加えて導入してもよい。

【0016】

いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９は、１以上のコンデンサ及び／又はインダクタによって形成することができる。コンデンサの値は、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９のそれぞれの整合を調整するように、電子的に又は機械的に調整することができる。低電力システムでは、１以上のコンデンサは機械的に調整されるのではなく電子的に調整してもよい。いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９は、調整可能インダクタを有することができる。いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９内で使用されるコンデンサのうちの１以上は、１以上の固定コンデンサ又は直列コンデンサであってもよい。他の実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９内で使用されるコンデンサのうちの１以上は、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９の整合を調整するように電子的又は機械的に調整可能な可変コンデンサであってもよい。いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９のうちの１以上は、グランドへの容量性分路を有することができる。上述の整合ネットワークは例示に過ぎず、整合ネットワークを調整するための１以上の調整可能な要素を有する整合ネットワークの他の様々な構成を、本明細書で提供される教示に従って利用及び調整してもよい。

【0017】

パルスコントローラ１６０は、パルス制御信号を発生器１４０、１４４、１４８のパルス制御入力１４０ａ、１４４ａ、１４８ａのそれぞれに印加して、発生器１４０（例えば、ＶＨＦソース電力発生器）及びＲＦバイアス電力発生器１４４、１４８の間で所望の位相進み又は遅れ関係及び／又はデューティサイクル関係を生成するようにプログラム可能である。パルスコントローラ１６０は、図１には別個の構成要素として示されているが、いくつかの実施形態では、それぞれのＲＦ発生器の内部に配置することができる。同期信号は、マスター発生器（例えば、発生器１４０）で生成され、他のスレーブ発生器（例えば、発生器１４４及び／又は１４８）に送信される。

【0018】

いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器１４０、１４４、１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及び／又はパルスコントローラ１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、複数のサポート回路、及びメモリを含む。ＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及びパルスコントローラ１６０のこの例示的な実施形態は、ＣＰＵ、サポート回路、及びメモリを有するコンピュータに関して説明されているが、当業者であれば、ＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及びパルスコントローラ１６０は、特定用途向けインターフェース回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳＯＣ）などを含む様々な方法で実施できることを認めるだろう。パルスコントローラ１６０の様々な実施形態はまた、当技術分野で知られているような対応する入力／出力インターフェースを有する他のプロセスツールコントローラ内に統合させることができる。

【0019】

サポート回路は、表示装置ならびに他の回路を含み、ＣＰＵの機能性をサポートすることができる。そのような回路は、クロック回路、キャッシュ、電源、ネットワークカード、ビデオ回路などを含むことができる。

【0020】

メモリは、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、リムーバブルメモリ、ディスクドライブ、光学ドライブ、及び／又は他の形式のデジタル記憶装置を含むことができる。メモリは、オペレーティングシステム及びサブファブ制御モジュールを格納するように構成される。オペレーティングシステムは、様々なプロセス、アプリケーション、及びモジュールの実行を促進して、１以上の発生器１４０、１４４、及び１４８、又は整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９を制御し、これによってここで説明する方法（例えば、以下に説明する方法６００）を実行することを含む、ＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及びパルスコントローラ１６０の一般的な動作を制御するために実行する。

【0021】

更に、ＤＣ発生器１６２は、ウェハ支持電極１３８及び天井１０４のいずれか（又は両方）に結合することができる。いくつかの実施形態では、ＤＣ発生器１６２は、連続及び／又は可変ＤＣを供給することができる。いくつかの実施形態では、ＤＣ発生器１６２は、パルスＤＣ電力を供給することができる。ＤＣ発生器のパルス繰り返しレート、位相、及びデューティサイクルは、パルスコントローラ１６０によって制御される。ＤＣ発生器１６２から各ＲＦ発生器を絶縁するために、ＤＣ絶縁コンデンサ１６４、１６６を設けることができる。ＤＣ発生器によって生成されたＤＣ信号は、発生器１４０、１４４、及び１４８によって生成されたＲＦ信号と同期させ、プラズマリアクタ内に形成されたプラズマを使用して利益（例えば、基板１３７上の帯電（チャージアップ）の低減又は基板の改善されたエッチング速度制御）を提供することができる。

【0022】

図２Ａは、各発生器１４０、１４４、１４８に対して個別にパルスコントローラ１６０によって制御される以下のパラメータ：パルス期間ｔ_Ｐ、パルス「オン」時間ｔ_オン、パルス「オフ」時間ｔ_オフ、パルス周波数１／ｔ_Ｐ、及びパルスデューティサイクル（ｔ_オン／ｔ_Ｐ）・１００％によって特徴付けられる、パルスＲＦ出力のパルスエンベロープ（包絡線）を示す、発生器１４０、１４４、１４８のそれぞれのパルスＲＦ出力を反映させることができる時間領域波形図を示す。パルス期間ｔ_Ｐは、ｔ_オンとｔ_オフとの和である。

【0023】

図２Ｂ及び図２Ｃは、２つのＲＦパルス信号が同一の位相及びデューティサイクルを有するように、したがってそれらの間にゼロの位相差を有するように共に同期された２つのＲＦパルス信号の同時時間領域波形を示す。図２Ｂ及び図２Ｃに示される例示的な実施形態は、第１のパルスＲＦ信号（例えば、パルスソース信号）と第２パルスＲＦ信号（例えば、パルスバイアス信号）との間の同期の１つの例示的な形態である。この例示的な実施形態では、各パルス信号の位相及びデューティサイクルは両方とも同じである。

【0024】

本開示のいくつかの実施形態では、発生器１４０、１４４、及び１４８によって供給されるパルス信号は、位相が異なる。図３Ａ〜図３Ｄは、位相差がパルスコントローラ１６０によってどのように変化し得るかを示し、それぞれ０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相差でのソース電力波形及びバイアス電力波形の重ね合わせを示し、位相差は、第２のパルス出力がどのくらい第１のパルス出力より遅れるかによって定義される。図３Ａは、図２Ｂのゼロ位相差の例に対応する。図３Ｂは、バイアス電力パルス出力が、ソース電力パルス出力よりも９０°遅れた場合を示している。図３Ｃは、バイアス電力パルス出力がソース電力パルス出力よりも１８０°遅れた場合を示している。図３Ｄは、バイアス電力パルス出力がソース電力パルス出力よりも２７０°遅れた場合を示している。図３Ａ〜図３Ｂは、多様な位相を有する２つのパルスＲＦ信号のみを示しているが、本開示と一致する実施形態では、多様な位相を有する３以上のパルスＲＦ信号を含むこともできる。

【0025】

図３Ａ〜図３Ｄは、全パルス出力に対して７５％のデューティサイクルを示している。しかしながら、デューティサイクルは、より小さくてもよく、例えば、全パルス出力に対して約４０％であってもよい。いくつかの実施形態では、発生器１４０、１４４、１４８のそれぞれによって生成されたＲＦ信号のデューティサイクルは同じである。あるいはまた、いくつかの実施形態では、１以上のデューティサイクルは異なってもよい。例えば、発生器１４０、１４４からのＲＦ信号は、４５％のデューティサイクルで位相遅れを伴って同期されてもよく、一方、ＲＦバイアス電力発生器１４８は、３５％のデューティサイクルを有してもよい。しかしながら、発生器１４８によって生成されるＲＦ信号は、それが他の２つのＲＦ信号と同じパルス期間を有するならば、発生器１４０、１４４によって生成される同期ＲＦ信号に対して同期してもよい。

【0026】

いくつかの実施形態では、ＶＨＦソース電力パルス出力の各「オフ」時間中に、ＤＣパルス発生器１６２から、負のＤＣパルスをウェハ支持電極１３８に印加することができる、及び／又は正のＤＣパルスを天井１０４に印加することができる。これは、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄの点線波形に示されている。この構成は、陽イオンが豊富であるとき、ソース電力「オフ」時間の間、ワークピースへの陽イオンのフラックスを増加させ、それぞれの完全なサイクルにわたって陽イオン及び陰イオンの平均フラックスを等しくすることができる。この等化は、ＤＣパルス発生器１６２の電圧を制御することによって最適化することができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、ＲＦエンベロープの位相進み又は遅れを制御することによってプラズマをパルス化しながら、エッチング速度を高めることができる。ソースとバイアスが独立して位相がずれてパルス化されている場合、又は多様なデューティサイクルでパルス化されている場合、非常に高い周波数（ＶＨＦ）と低い周波数（ＬＦ）の異なるプラズマの運動状態（ダイナミクス）が、パルス全体にわたるより良好なプラズマ充填を可能にする。いくつかの実施形態では、約１３．５６ＭＨｚのバイアス周波数及び約２ＭＨｚの別のバイアス周波数と共に、約１６２ＭＨｚのソース周波数のＶＨＦの組み合わせが使用される。いくつかの実施形態では、約６０ＭＨｚのバイアス周波数及び約２ＭＨｚの別のバイアス周波数と共に、約１６２ＭＨｚのソース周波数のＶＨＦの組み合わせが使用される。いくつかの実施形態では、約６０ＭＨｚのソース周波数が、約２ＭＨｚ及び／又は約１３．５６ＭＨｚのバイアス周波数と組み合わせて使用される。

【0028】

パルス繰り返し周波数は、約０．１ＫＨｚ〜約２０ＫＨｚの範囲とすることができ、それは、全ての発生器間で同期される（例えば、全ての発生器が同じパルス繰り返し周波数又はその整数倍を共有する）。パルスデューティサイクル（電力が供給される時間）は、各発生器に対して約１０％から約９０％まで独立して変えることができる。更に、各発生器間の位相遅れは、制御することができる。パルスのＲＦエンベロープ間の重なりを制御することによって、プラズマイオン密度の不均一性を最小化することができる。例えば、低周波（ＬＦ）信号は、主により高いエッジプラズマイオン密度を生成することができ、超高周波（ＶＨＦ）信号は、主により高い中心領域プラズマイオン密度を生成することができる。したがって、連続モードと比較して時間平均電力堆積がより低いにもかかわらず、ソース及びバイアスを中程度の位相遅れでパルス化することを使用して、エッチング速度を高めることを達成できる。より高いエッチング速度は、ＶＨＦオフ／ＬＦオン期間の組み合わせにより好ましく、ＶＨＦ電力がオフにされたとき、ＬＦ電圧及びＤＣ自己バイアスを増加させ、イオンエネルギーを強化する。このオーバーラップの調整はまた、イオンのフラックスレベルを制御する。

【0029】

したがって、プロセスのエッチング速度は、ソースパルス出力とバイアスパルス出力との間の位相遅れを変えることによって制御又は調整することができる。位相遅れは、ワークピース表面でのイオンエネルギー及びフラックス（流動、流束）に影響を及ぼすか、又はそれらを調整する。例えば、位相遅れが９０°の場合、高エネルギーイオンが大きなフラックスを有するので、エッチング速度はより速い。これは、ＶＨＦソースパルスがバイアスパルスの開始時に既に「オン」であり、これが高いフラックスにつながり、ソースパルスが終了（「オフ」）すると、バイアスパルスのオンの相が高イオンエネルギーにつながる。同様の分析が他の位相遅れにも当てはまる。位相遅れが１８０°の場合、（ＶＨＦソースはバイアス電力パルスの開始時にオフであるので）イオンエネルギーは高くなるが、（この場合、バイアス電力パルスの開始時に、再び、ソース電力パルスがオフであるので）フラックスはまた低くなる。その結果、時間平均化されたイオンフラックスは、サイクル全体を通してより低くなり、これによってエッチング速度は低くなると予想される（それは１８０°の位相遅れで最も低くなる可能性がある）。２７０°の位相遅れは、原理的に９０°の位相遅れに類似しているので、２７０°でのエッチング速度は、９０°の位相遅れよりもわずかに小さいが、エッチング速度の挙動は同様となるだろう。したがって、プロセスのエッチング速度は、発生器１４０のＶＨＦソース電力パルス出力と、発生器１４４、１４８のバイアス電力パルス出力との間の位相を変化させることによって制御される。

【0030】

あるいはまた、ＲＦソース信号とバイアス信号の同期は、各信号を同相で供給し、デューティサイクルを変えることによって達成することができる。図４Ａは、本開示のいくつかの実施形態に係るパルス波形間のデューティサイクルの変化を示す。例えば、ソース信号及びバイアス信号は、図示のように、同相であり、各信号が異なるデューティサイクルを有することができる。図４に示すように、各デューティサイクルの「オン」期間は、パルス期間ｔ_Ｐの時間ゼロで始まり、多様な「オフ」期間を有する。例えば、（図示しないが）ソース信号及びバイアス信号は同相であり、ソース信号はいずれかのバイアス信号よりも短いデューティサイクルを有してもよい。したがって、各バイアス信号が依然として「オン」期間にある間、ソース信号は「オフ」期間に入る。前述の例は、より高いシース電圧及びイオンエネルギーを生成するために有利である可能性があり、エッチングされる材料のエッチング速度を増加させる可能性がある。

【0031】

代わりに、又は組み合わせて、１以上のＲＦソース信号及びバイアス信号に、互いに位相進み又は位相遅れを与えることができる。しかしながら、同期を達成するためには、各信号のパルス期間は、同じか、又はその整数倍でなければならない。例えば、図４Ｂでは、ｔ_{Ｐ−ソース}、ｔ_{Ｐ−バイアス１}、及びｔ_{Ｐ−バイアス２}は同じであり、ソース、バイアス１、及びバイアス２の信号は同期している。バイアス１信号は、ソース及びバイアス２信号に対して位相遅れ及び異なるデューティサイクルの両方を有する。バイアス２信号は、ソース信号に対して異なるデューティサイクルを有する。しかしながら、各信号は同じｔ_Ｐを有するので、位相又はデューティサイクルの少なくとも１つがそれらの間で異なる場合でも、信号は同期したままである。

【0032】

図５は、本開示の実施形態に一致する、互いに独立して位相がずれた、又は異なるデューティサイクルを有する複数の電力レベルでそれぞれパルス化させることができる３つの別々のＲＦ電力波形５０２、５０４、及び５０６を示す。ＲＦ電力波形５０２、５０４、及び５０６は、それぞれソース及びバイアス発生器１４０、１４４、及び１４８によって供給することができる。各ＲＦ電力波形は、一貫したレベルのＲＦ電力を有利に供給し、整合ネットワークが最適な整合位置に適切に調整して反射電力を低減することを可能にする。マルチレベルパルス高周波（ＲＦ）電力の使用はまた、急速なプラズマ強度変化及びいくつかのプロセスにおいて望ましい可能性のある鋸歯パターンの波形パターンの近似を可能にする。３つの別々のＲＦ波形５０２、５０４、及び５０６は、互いに同期的又は非同期的にパルス化させることができる。

【0033】

図５において、第１のＲＦ波形５０２は、時刻ｔ_０に導入することができ、第１の電力レベル５１０における第１の電力パルス、第２の電力レベル５１２における第２の電力パルス、及び第３の電力レベルにおける第３の電力パルスを含み、これらは３つの対応するＲＦ電力期間ｔ_ハイ、ｔ_ロー、及びｔ_ゼロの間に印加される。図に示すように、第１のＲＦ電力パルス５１０は、第２のＲＦ電力パルス５１２に先行することができ、第２の電力パルス５１２は第３のＲＦ電力パルス５１４に先行することができる。必要に応じて、追加の第１〜第３のＲＦ電力パルス５１０、５１２、及び５１４が、その順序で、又は異なる順序で供給されてもよい。図５に示すように、第１のＲＦ電力パルス５１０は高電力レベルで供給されてもよく、第２のＲＦ電力パルス５１２は、第１のＲＦ電力パルス５１０の第１の電力レベルよりも低い低電力レベルで供給されてもよく、第３の電力レベルはゼロ電力レベルで供給されてもよい。追加のステップ（すなわち、追加のＲＦ電力パルス）及び電力レベルを適切に使用して、所望の鋸歯状波パターンを更に近似させることができる。いくつかの実施形態では、各ＲＦ電力パルス５１０、５１２、及び５１４が印加される時間期間ｔ_ハイ、ｔ_ロー、及びｔ_ゼロの各々は、互いに異なる。他の実施形態では、各ＲＦ電力パルス５１０、５１２、及び５１４が印加される時間期間ｔ_ハイ、ｔ_ロー、及びｔ_ゼロのうちの２以上は、互いに同じとすることができる。第１のＲＦ波形５０２は、図５に示すように１６２ＭＨｚの周波数で供給することができるが、上記のような他の周波数を使用してもよい。

【0034】

第２のＲＦ波形５０４は、遅れ５２６の後に導入することができる。第１のＲＦ波形５０２と同様に、第２のＲＦ波形５０４は、第１の電力レベル５２２の第１の電力パルス、第２の電力レベル５２４の第２の電力パルス、及び第３電力レベル５２４の第３電力パルスを含むことができ、これらは３つの対応するＲＦ電力期間中に印加される。第２のＲＦ波形５０４は、第１のＲＦ波形５０２と同期させることができる。図５に示すように、第１のＲＦ電力パルス５２０は、第２のＲＦ電力パルス５２２に先行することができ、第２の電力パルス５２２は、第３のＲＦ電力パルス５２４に先行することができる。必要に応じて、追加の第１〜第３のＲＦ電力パルス５２０、５２２、及び５２４が、その順序で、又は異なる順序で供給されてもよい。図５に示すように、第１のＲＦ電力パルス５２０は高電力レベルで供給されてもよく、第２のＲＦ電力パルス５２２は、第１のＲＦ電力パルス５２０の第１の電力レベルよりも低い低電力レベルで供給されてもよく、第３の電力レベルはゼロ電力レベルで供給されてもよい。追加のステップ（すなわち、追加のＲＦ電力パルス）及び電力レベルを適切に使用して、所望の鋸歯状波パターンを更に近似させることができる。いくつかの実施形態では、各ＲＦ電力パルス５２０、５２２、及び５２４が印加される時間期間の各々は、互いに異なる。他の実施形態では、各ＲＦ電力パルス５２０、５２２、及び５２４が印加される時間期間のうちの２以上は、互いに同じとすることができる。第２のＲＦ波形５０４は、図５に示すように６０ＭＨｚの周波数で供給することができるが、上記のような他の周波数を使用してもよい。

【0035】

第３のＲＦ波形５０６は、遅れ５３６の後に導入することができる。第１及び第２のＲＦ波形５０２、５０４と同様に、第３のＲＦ波形５０６は、第１の電力レベル５３２の第１の電力パルス、第２の電力レベル５３４の第２の電力パルス、及び第３電力レベル５３４の第３電力パルスを含むことができ、これらは３つの対応するＲＦ電力期間中に印加される。第３のＲＦ波形５０６は、第１のＲＦ波形５０２及び／又は第２のＲＦ波形５０４と同期させることができる。いくつかの実施形態では、３つのＲＦ波形のすべてが互いに同期される。図５に示すように、第１のＲＦ電力パルス５３０は、第２のＲＦ電力パルス５３２に先行することができ、第２の電力パルス５３２は、第３のＲＦ電力パルス５３４に先行することができる。必要に応じて、追加の第１〜第３のＲＦ電力パルス５３０、５３２、及び５２４が、その順序で、又は異なる順序で供給されてもよい。図５に示すように、第１のＲＦ電力パルス５３０は高電力レベルで供給されてもよく、第２のＲＦ電力パルス５３２は、第１のＲＦ電力パルス５３０の第１の電力レベルよりも低い低電力レベルで供給されてもよく、第３の電力レベルはゼロ電力レベルで供給されてもよい。追加のステップ（すなわち、追加のＲＦ電力パルス）及び電力レベルを適切に使用して、所望の鋸歯状波パターンを更に近似させることができる。いくつかの実施形態では、各ＲＦ電力パルス５３０、５３２、及び５３４が印加される時間期間の各々は、互いに異なる。他の実施形態では、各ＲＦ電力パルス５３０、５３２、及び５３４が印加される時間期間のうちの２以上は、互いに同じとすることができる。第３のＲＦ波形５０６は、図５に示すように２ＭＨｚの周波数で供給することができるが、上記のような他の周波数を使用してもよい。

【0036】

図６は、本開示のいくつかの実施形態に係るマルチレベルパルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させるための方法６００のフローチャートを示す。方法６００は、例えば、図１で上述したプラズマリアクタ内で実行することができる。方法６００は、６０２で、第１のマルチレベルＲＦ電力波形を処理チャンバに供給することによって開始し、第１のマルチレベルＲＦ電力波形は、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する（例えば、発生器１４０によって供給された信号）。いくつかの実施形態では、第１のマルチレベルＲＦ電力波形は、ＲＦソース信号である。第１のマルチレベルＲＦ電力波形は、約６０ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚのＶＨＦ周波数で供給することができる。いくつかの実施形態では、第１のＲＦソース信号のＶＨＦ周波数は約１６２ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、第１のＲＦソース信号のＶＨＦ周波数は約６０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、第１のパルス期間の第１の電力レベルは約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば３．６ＫＷ）とすることができ、第２の電力レベルの値は、第１の電力レベルの約１〜９９％とすることができ、第３の電力レベルはゼロとすることができる。他の実施形態では、第２の電力レベルは、第１の電力レベルよりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第３の電力レベルはゼロでなくてもよく、第２の電力レベルの約１〜９９％であってもよい。更に他の実施形態では、第３の電力レベルは、第１及び／又は第２の電力レベルよりも大きくてもよい。

【0037】

６０４において、第２のマルチレベルＲＦ電力波形が処理チャンバに供給され、第２のマルチレベルＲＦ電力波形は、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する（例えば、発生器１４４によって供給された信号）。いくつかの実施形態では、第２のマルチレベルＲＦ電力波形は、第１の遅れ期間の後に供給される。いくつかの実施形態では、第１の遅れ期間は、１０μｓ〜１ｍｓの間とすることができる。いくつかの実施形態では、第１の遅れは、１ｍｓより大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第２のマルチレベルＲＦ電力波形は、ＲＦバイアス信号である。他の実施形態では、第２のマルチレベルＲＦ電力波形は、第２のＲＦソース信号であってもよい。第２のマルチレベルＲＦ電力波形は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚの周波数で供給することができる。いくつかの実施形態では、第２のマルチレベルＲＦ電力波形の周波数は約６０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、第２のマルチレベルＲＦ電力波形の第１のパルス期間の第１の電力レベルは約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば３．６ＫＷ）とすることができ、第２の電力レベルの値は、第１の電力レベルの約１〜９９％とすることができ、第３の電力レベルはゼロとすることができる。他の実施形態では、第２の電力レベルは、第１の電力レベルよりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第３の電力レベルはゼロでなくてもよく、第２の電力レベルの約１〜９９％であってもよい。更に他の実施形態では、第３の電力レベルは、第１及び／又は第２の電力レベルよりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第２のマルチレベルＲＦ電力波形は、第１のマルチレベルＲＦ波形と同期させることができる。

【0038】

６０６において、第３のマルチレベルＲＦ電力波形が処理チャンバに供給され、第３のマルチレベルＲＦ電力波形は、少なくとも第１のパルス期間の第１の電力レベルと第２のパルス期間の第２の電力レベルと第３のパルス期間の第３の電力レベルとを有する（例えば、発生器１４８によって供給された信号）。いくつかの実施形態では、第３のマルチレベルＲＦ電力波形は、第２の遅れ期間の後に供給される。いくつかの実施形態では、第２の遅れ期間は、１０μｓ〜１ｍｓの間とすることができる。いくつかの実施形態では、第２の遅れは、１ｍｓより大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第３のマルチレベルＲＦ電力波形は、別のＲＦバイアス信号である。他の実施形態では、第３のマルチレベルＲＦ電力波形は、別のＲＦソース信号であってもよい。第３のマルチレベルＲＦ電力波形は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚの周波数で供給することができる。いくつかの実施形態では、第３のマルチレベルＲＦ電力波形の周波数は約２ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、第３のマルチレベルＲＦ電力波形の第１のパルス期間の第１の電力レベルは約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば３．６ＫＷ）とすることができ、第２の電力レベルの値は、第１の電力レベルの約１〜９９％とすることができ、第３の電力レベルはゼロとすることができる。他の実施形態では、第２の電力レベルは、第１の電力レベルよりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第３の電力レベルはゼロでなくてもよく、第２の電力レベルの約１〜９９％であってもよい。更に他の実施形態では、第３の電力レベルは、第１及び／又は第２の電力レベルよりも大きくてもよい。第３のマルチレベルＲＦ電力波形は、第１のマルチレベルＲＦ波形及び／又は第２のマルチレベルＲＦ波形と同期させることができる。いくつかの実施形態では、３つのマルチレベルＲＦ波形のすべてが互いに同期される。

【0039】

いくつかの実施形態では、パルスＤＣ信号を（例えば、ＤＣパルス発生器１６２から）供給して、プラズマ処理中に基板１３７に一定のチャッキング力を維持することができる。例えば、チャッキング力は、基板１３７上の電荷によって変化し、適切に維持されなければ、基板の損傷又は割れを引き起こす可能性がある。更に、チャッキング力の変動は、基板から基板支持体への熱伝達の変化をもたらし、望ましくないプロセス変動及び／又は不合格の基板につながる可能性がある。パルスＤＣ信号は、第１、第２、又は第３のＲＦ信号のうちの１以上と同期させることができ、例えば、プラズマ処理中に一定のチャッキング力を提供する。いくつかの実施形態では、パルスＤＣ信号は、第１のＲＦ信号（例えば、ソース信号）と同相で同期する。例えば、ソース信号が「オン」のとき、ＤＣ信号は「オン」である。ソース信号が「オフ」のとき、ＤＣ信号は「オフ」にすることができる。あるいはまた、ＤＣ信号は、ＲＦ信号のオン及びオフ期間にそれぞれ対応する「ハイ」及び「ロー」レベルで供給することができる。

【0040】

したがって、本明細書では、マルチレベルパルスＲＦ電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法が提供される。本発明の方法は、一貫したレベルのＲＦ電力を有利に提供することができ、整合ネットワークが最良の整合位置に適切に調整して反射電力を低減することを可能にし、また、急速なプラズマ強度の変化と、いくつかのプロセスで望ましい可能性のある鋸歯パターンの波形パターンの近似を可能にする。

【0041】

上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施形態は本開示の基本的範囲を逸脱することなく創作することができる。

【図1】

【図2A】

【図2B-C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】