特許 6977170 バイアス工程でのＲＦ調整電圧

(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】6977170

(24)【登録日】2021年11月12日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】バイアス工程でのＲＦ調整電圧

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20211125BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 M

【請求項の数】17

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-531571(P2020-531571)

(86)(22)【出願日】2019年3月19日

(65)【公表番号】特表2021-513183(P2021-513183A)

(43)【公表日】2021年5月20日

(86)【国際出願番号】US2019023002

(87)【国際公開番号】WO2019194970

(87)【国際公開日】20191010

【審査請求日】2020年8月6日

(31)【優先権主張番号】62/669,233

(32)【優先日】2018年5月9日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/652,802

(32)【優先日】2018年4月4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】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】小林 理

(72)【発明者】

【氏名】ティエン， ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ラウフ， シャヒッド

(72)【発明者】

【氏名】キム， ジョンフン

(72)【発明者】

【氏名】パク， スナム

(72)【発明者】

【氏名】ルボミルスキー， ドミトリー

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１０３８０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するためのシステムであって、
内部に処理領域を画定する処理チャンバと、
前記処理領域に配置された基板支持体と、
前記処理領域において前記基板支持体に対向して配置されたシャワーヘッドと、
前記基板支持体に埋め込まれた電極と、
ＲＦ整合器により前記電極に連結されたＲＦ発生器であって、前記ＲＦ発生器及び前記ＲＦ整合器が、第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ信号と、第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号とを、前記電極に供給するように構成された、ＲＦ発生器と、
前記ＲＦ整合器の下流側で前記ＲＦ整合器に連結され、前記電極に印加される電圧を検出するように構成された電圧モニタと、
前記ＲＦ発生器と前記電圧モニタの間で前記ＲＦ発生器及び前記電圧モニタに連結された第１接続部であって、前記ＲＦ発生器が前記第１接続部を介して前記電圧モニタから第１の信号を受信するように構成された、第１接続部と、
前記ＲＦ発生器と前記ＲＦ整合器の間で前記ＲＦ発生器及び前記ＲＦ整合器に連結された第２接続部であって、前記ＲＦ発生器が前記第２接続部を介して前記ＲＦ整合器から第２の信号を受信するように構成された、第２接続部と、
基板をエッチングするためのイオンを生成するために、前記第１の振幅、前記第１の位相、前記第２の振幅、及び前記第２の位相の測定に応じて前記第１のＲＦ信号に対して前記第２のＲＦ信号を調整するように構成され、且つ、前記ＲＦ発生器に接続されたコントローラと
を備えるシステム。

【請求項2】

前記基板支持体に配置された基板の表面に生成された時間平均自己バイアスＤＣ電圧
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記ＲＦ発生器は、前記電極に２つより多くのＲＦ信号を供給する、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

エッチングのためのイオンの数が、前記基板支持体に配置された基板に隣接した位置で最大になる、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１の周波数及び前記第２の周波数は高調波である、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１の周波数及び前記第２の周波数は隣接した高調波周波数である、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

基板を処理するための装置であって、
処理チャンバの処理領域に配置された、表面領域を有する基板支持体と、
前記処理チャンバの前記処理領域において前記基板支持体に対向して配置された、表面領域を有するシャワーヘッドであって、前記シャワーヘッドの表面領域が、前記基板支持体の表面領域より大きく、且つ前記基板支持体の表面領域に対向している、シャワーヘッドと、
前記基板支持体に埋め込まれた電極と、
ＲＦ整合器によって前記電極に連結されたＲＦ発生器であって、前記ＲＦ発生器及び前記ＲＦ整合器が、第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ信号と、第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号とを、前記電極に供給するように構成された、ＲＦ発生器と、
前記ＲＦ発生器と前記ＲＦ整合器の間で前記ＲＦ発生器及び前記ＲＦ整合器に連結された第１接続部であって、前記ＲＦ発生器が前記第１接続部を介して前記ＲＦ整合器から第１の信号を受信するように構成された、第１接続部と、
イオンを生成するために前記第１の振幅、前記第１の位相、前記第２の振幅、及び前記第２の位相の測定に応じて前記第１のＲＦ信号に対して前記第２のＲＦ信号を調整するように構成され、且つ、前記ＲＦ発生器に接続されたコントローラであって、イオンの数が前記基板支持体に隣接した位置で最大になり、前記シャワーヘッドに隣接した位置で最小になる、コントローラと
を備える装置。

【請求項8】

前記第１の周波数及び前記第２の周波数は高調波である、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

電圧モニタ及び第２接続部を更に備え、前記電圧モニタは、前記ＲＦ整合器の下流側で前記ＲＦ整合器に連結され、前記電極に印加される電圧を検出するように構成されており、前記第２接続部は、前記ＲＦ発生器と前記電圧モニタの間で前記ＲＦ発生器及び前記電圧モニタに連結されており、前記ＲＦ発生器が前記第２接続部を介して前記電圧モニタから第２の信号を受信するように構成されている、請求項７に記載の装置。

【請求項10】

基板を処理するための装置であって、
処理チャンバの処理領域に配置された、表面領域を有する基板支持体と、
前記処理チャンバの前記処理領域において前記基板支持体に対向して配置された、表面領域を有するシャワーヘッドであって、前記シャワーヘッドの表面領域が、前記基板支持体の表面領域より大きく、且つ前記基板支持体の表面領域に対向している、シャワーヘッドと、
前記基板支持体に埋め込まれた電極と、
ＲＦ整合器によって前記電極に連結されたＲＦ発生器であって、前記ＲＦ発生器及び前記ＲＦ整合器が、第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ信号と、第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号とを、前記電極に供給するように構成され、前記ＲＦ発生器が高調波周波数を有する３つ以上の信号を前記電極に供給する、ＲＦ発生器と、
前記ＲＦ整合器の下流側で前記ＲＦ整合器に連結され、前記電極に印加される電圧を検出するように構成された電圧モニタと、
前記ＲＦ発生器と前記電圧モニタの間で前記ＲＦ発生器及び前記電圧モニタに連結された第１接続部であって、前記ＲＦ発生器が前記第１接続部を介して前記電圧モニタから第１の信号を受信するように構成された、第１接続部と、
イオンを生成するために前記第１の振幅、前記第１の位相、前記第２の振幅、及び前記第２の位相の測定に応じて前記第１のＲＦ信号に対して前記第２のＲＦ信号を調整するように構成され、且つ、前記ＲＦ発生器に接続されたコントローラであって、イオンの数が前記基板支持体の表面領域に隣接した位置で最大になり、前記シャワーヘッドの表面領域に隣接した位置で最小になる、コントローラと
を備える装置。

【請求項11】

前記ＲＦ発生器と前記ＲＦ整合器の間で前記ＲＦ発生器及び前記ＲＦ整合器に連結された第２接続部であって、前記ＲＦ発生器が前記第２接続部を介して前記ＲＦ整合器から第２の信号を受信するように構成された、第２接続部を更に備える、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記基板支持体に配置された基板の表面に生成された時間平均自己バイアスＤＣ電圧を更に備える、請求項１０に記載の装置。

【請求項13】

前記ＲＦ発生器は２つより多くのＲＦ信号を前記電極に供給する、請求項１０に記載の装置。

【請求項14】

エッチングのためのイオンの数が、前記基板支持体に配置された基板に隣接した位置で最大になる、請求項１０に記載の装置。

【請求項15】

前記第１の周波数及び前記第２の周波数は高調波である、請求項１０に記載の装置。

【請求項16】

前記第１の周波数及び前記第２の周波数は隣接した高調波周波数である、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

請求項１から６のいずれか一項に記載されたシステム又は請求項７から１６のいずれか一項に記載された装置を用いた基板処理方法であって、
ＲＦ発生器から、第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ信号を、処理チャンバに配置された基板支持体に埋め込まれた電極に供給することと、
前記ＲＦ発生器から、第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号を、前記電極に供給することと、
イオンを生成するために前記第１のＲＦ信号に対して前記第２のＲＦ信号を調整することであって、前記第１の振幅、前記第１の位相、前記第２の振幅、及び前記第２の位相の測定に応じて調整することと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本開示の実施形態は、概して、処理チャンバのプラズマを制御する方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］処理チャンバは従来、エッチング又は堆積処理等の基板のプラズマ処理を実施するために使用される。エッチング又は堆積処理中に、粒子が処理チャンバ内のシャワーヘッドに堆積する可能性がある。シャワーヘッドに堆積した材料は、下にある基板又は基板支持体の上に落ち、チャンバ内の基板と処理領域とを汚染し得る。

【0003】

［０００３］したがって、処理チャンバでの粒子生成を制御し、低減させる必要がある。

【発明の概要】

【0004】

［０００４］本開示は概して、シャワーヘッドからの粒子生成を低減させるための方法、システム、及び装置を説明するものである。一例では、基板処理方法が提供される。本方法は、第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ（高周波）信号を供給することを含む。ＲＦ発生器から、第１のＲＦ信号が、処理チャンバに配置された基板支持体に埋め込まれた電極に供給される。ＲＦ発生器から、第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号が、電極に供給される。本方法はさらに、イオンを生成するために第１のＲＦ信号に対して第２のＲＦ信号を調整することを含む。第２のＲＦ信号を調整することは、第１の振幅、第１の位相、第２の振幅、及び第２の位相の測定に応じて実施される。

【0005】

［０００５］別の例では、基板を処理するためのシステムが開示される。本システムは、処理チャンバの処理領域に配置された基板支持体を有する処理チャンバを含む。処理チャンバの処理領域の基板支持体の上に、シャワーヘッドが配置される。基板支持体の基板支持体表面に、電極が埋め込まれる。第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ信号と、第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号とを、第１の電極に供給するために、第１の電極にＲＦ発生器が連結される。基板をエッチングするためのイオンを生成するために、第１及び第２の振幅と位相の測定に応じて第１のＲＦ信号に対して第２のＲＦ信号を調整するためのコントローラが、ＲＦ発生器に接続される。

【0006】

［０００６］別の例では、基板を処理するための装置が開示される。本装置は、処理チャンバの処理領域に配置された基板支持体を有する処理チャンバを含む。処理チャンバの処理領域の基板支持体の上に、シャワーヘッドが配置される。基板支持体の基板支持体表面に、電極が埋め込まれる。第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ信号と、第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号とを、第１の電極に供給するために、第１の電極にＲＦ発生器が連結される。基板支持体表面に隣接した位置で最大になり、シャワーヘッドに隣接した位置で最小になるイオンを生成するために、第１及び第２の振幅と位相の測定に応じて第１のＲＦ信号に対して第２のＲＦ信号を調整するためのコントローラが、ＲＦ発生器に接続される。

【0007】

［０００７］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態に係る処理システムを示す概略図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る、計算されたＲＦ電圧形態を示す図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る、計算されたＲＦ電圧形態を示す図である。

【図4A】本開示の一実施形態に係る、計算されたＤＣ自己バイアス電圧形態を示す図である。

【図4B】本開示の一実施形態に係る、計算されたバルクプラズマ電位形態を示す図である。

【図5】本開示の一実施形態に係る処理システムを示す概略図である。

【図6】本開示の一実施形態に係る、ターゲットＲＦ電圧パラメータを達成することによってＲＦ調整電圧を識別するためのアルゴリズムを示すフロー図である。

【図7】本開示の一実施形態に係る、周波数発生器を示すブロック図である。

【図8】本開示の一実施形態に係る、振幅及び位相発生器を示すブロック図である。

【図9】本開示の一実施形態に係る、ＲＦ電圧モニタを示すブロック図である。

【図10】本開示の一実施形態に係るＩＱ検出器を示すブロック図である。

【図11】本開示の一実施形態に係る処理チャンバのイオン衝撃を制御する方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［００２０］理解を助けるため、可能な場合は図面に共通の同一要素を記号表示するのに同一の参照番号が使われている。追加の記載なしに他の実施形態に一実施形態の要素及び特徴を有益に組み込むことは可能であると考えられる。

【0010】

［００２１］本開示は概して、基板のエッチング及び堆積等の基板のプラズマ処理に関する。エッチング及び堆積処理中に、２つの電極、たとえば基板支持体内に配置された第１の電極とシャワーヘッドの第２の電極との間に容量結合プラズマが生成される。基板支持電極はＲＦ発生器に接続され、シャワーヘッド電極は電気接地又はＲＦリターンに接続される。処理チャンバ内で生成されたプラズマは、基板からの材料のエッチング又は基板への材料の堆積を促進する。

【0011】

［００２２］本開示の態様は、ＲＦ信号の位相及び電圧を制御し、基板に対する堆積又はエッチングを同時に制御しながら、シャワーヘッド又は他の上部電極からの粒子生成（例えば、フレーキング）を低減させることに関する。さらに、本明細書の態様は、基板に対する堆積又はエッチングの増加を容易にする周波数間の位相差を識別する一方で、シャワーヘッド又は他の上部電極からの粒子生成（例えば、フレーキング）を低減させることに関する。

【0012】

［００２３］処理チャンバのイオン衝撃処理中にシャワーヘッドからの粒子生成を低減させるための方法及びシステムが提供される。ＲＦ発生器から、処理チャンバに配置された基板支持体に埋め込まれた第１の電極に、第１のＲＦ信号及び第２のＲＦ信号が供給される。第２のＲＦ信号は、第１及び第２のＲＦ信号の測定された特性、例えば、第１のＲＦ信号の第１の振幅及び第１の位相ならびに第２のＲＦ信号の第２の振幅及び第２の位相に応じて第１のＲＦ信号に対して調整される。上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得るいくつかの実施形態では、基板へのイオン衝撃が増加し、シャワーヘッドから生成される粒子の量が低減する。本明細書の方法及びシステムは、シャワーヘッドから生成されたデブリ粒子の量を低減しながら、イオン衝撃を利用してのエッチングを可能にする。さらに、ＲＦ整合器からの情報を組み合わせることにより、ＲＦ電圧／電流モニタの精度を高める方法についても説明する。

【0013】

［００２４］図１は、処理チャンバ１０１においてマルチ周波数バイアス工程を実施するための処理システム１００を示す概略図である。処理システム１００は、ｎ周波数ＲＦ整合器１０２を介して複数のＲＦ発生器１０８に接続された処理チャンバ１０１を含む。処理チャンバ１０１は、その内部に配置され且つ電気接地１０７（又はＲＦリターン）に接続されたシャワーヘッド１０３を含む。基板支持体１０４は、処理チャンバ１０１においてシャワーヘッド１０３に対向して配置される。基板１３７は、基板支持体１０４によって支持される。基板支持体１０４内に、電極１０５が埋め込まれる。電極１０５は、ｎ周波数ＲＦ整合器１０２に接続される。ｎ周波数ＲＦ整合器１０２は、各周波数（ｆ_ｉ）のそれぞれの電圧（Ｖ_ｉ）と位相（φ_ｉ）で電極１０５に電力を印加する。電極１０５とシャワーヘッド１０３により、容量結合プラズマ１０６の生成が促進される。

【0014】

［００２５］上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得る一実施形態によれば、処理チャンバ１０１でマルチ周波数バイアス工程が実施される。処理中、電極１０５は、複数の周波数（たとえば、２つの異なる周波数）によってｎ周波数ＲＦ整合器１０２を介してバイアスされ、シャワーヘッド１０３（例えば、第２の電極）は、ＲＦリターンを促進するために電気接地１０７に接続される。一例では、ｎ周波数ＲＦ整合器１０２によって適用される周波数は、互いの整数倍であってよく、例えば、ＲＦエネルギーは、１３．５６ＭＨｚの第１の周波数及び２７．１２ＭＨｚの第２の周波数の両方で適用され得る。上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得る幾つかの実施形態では、第１の周波数及び第２の周波数は高調波（調和した）周波数である。上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得るいくつかの実施形態では、第１の周波数及び第２の周波数は隣接する高調波周波数である。

【0015】

［００２６］さらに、シャワーヘッド１０３の表面積は、基板支持体１０４の表面積よりも大きい。

【0016】

［００２７］処理チャンバ１０１をマルチ高調波周波数で動作させる場合、基板支持体１０４に形成されたＶ_ＤＣの時間平均自己バイアスＤＣ電圧で、Ｖ_ｐｌａの時間平均バルクプラズマ電位を有するプラズマ１０６が生成される。デュアル周波数プラズマ生成を使用する場合、｜Ｖ_ｐｌａ−Ｖ_ＤＣ｜によって定義される基板１３７へのイオン衝撃が、特定の位相値（φ）においてほぼ最大になると考えられる。同時に、｜Ｖ_ｐｌａ｜によって定義されるプラズマ１０６（たとえば、シャワーヘッド１０３）の接地側でのイオン衝撃がほぼ最小になる。したがって、処理チャンバを動作させることにより、基板１３７のエッチングを最大にすると同時に、シャワーヘッド１０３からの粒子生成を最小にすることができる。以下において、｜Ｖ_ｐｌａ−Ｖ_ＤＣ｜をほぼ最大値に調整しながら｜Ｖ_ｐｌａ｜をほぼ最小値に調整することをＲＦ調整電圧と称する。

【0017】

［００２８］電極１０５は、ｎ周波数ＲＦ整合器１０２を介して、それぞれｆ_１、ｆ_２、．．．ｆ_ｎの周波数でＲＦ発生器１０８_１、１０８_２、１０８_ｎに接続される。一般に、基板支持体１０４におけるＲＦ電圧は、式１によって表される。

ここで、Ｖ_ｉとφ_ｉはそれぞれ

における電圧と位相であり、ω_ｉは角周波数である。相応のＲＦ周期を維持するために、周波数ｆ_ｉは基本周波数ｆ_ｉのｉ番目の高調波周波数である。
ｆ_ｉ＝ｉ・ｆ_１ ここでｉ＝１、２．．．．ｎ （２）
式（２）により、ハードウェアにおけるタイミングクロックの実装が促進される。

【0018】

［００２９］処理チャンバ１０１では、プラズマ１０６は、Ｖ_ｐｌａの時間平均バルクプラズマ電位で生成される。処理チャンバ１０１内でのプラズマ生成の結果として、Ｖ_ＤＣの時間平均自己バイアスＤＣ電圧が基板１３７の表面に形成される。

【0019】

［００３０］モデリングによる説明のために、式（１）を次の形式でさらに仮定する。

【0020】

［００３１］さらに、式（３）がｎ＝２に制限されている場合は以下のようになる。

【0021】

［００３２］式３では、高調波の振幅は基本高調波の振幅によって正規化されている。高調波次数が増加すると振幅が減少し、たとえば、ｎ番目の高調波の振幅は基本高調波の１／ｎである。｜Ｖ_ｐｌａ−Ｖ_ＤＣ｜がほぼ最大値であり、｜Ｖ_ｐｌａ｜がほぼ最小値であるＲＦ調整電圧条件を満たすために、処理用の基本高調波と他の高調波を調整された項として主に操作することが有利であると考えられる。

【0022】

［００３３］デュアル周波数システムでは、たとえば、ｆ_１＝１３．５６ＭＨｚ及びｆ_２＝２７．１２ＭＨｚの場合、２つの周波数間の位相差は次のように定義される。
φ≡φ_２−φ_１ （５）

【0023】

［００３４］図２及び図３に、例に従って計算されたＲＦ電圧形態を示す。図１の形状にＶ_１＝２００Ｖ及びφ_１＝０でセルフコンシステントプラズマモデリングを適用すると、図２及び図３の正規化された時間の関数としてのφ＝０°、９０°、１８０°、２７０°における電圧波形の結果が得られる。

【0024】

［００３５］図４Ａに、例に従って計算されたＤＣ自己バイアス電圧形態を示す。図１に示す基板支持体１０４に形成された計算されたＶ_ＤＣは、図４Ａのφの関数として示されている。計算されたＶ_ｐｌａは、図４Ｂのφの関数として示されている。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、｜Ｖ_ｐｌａ｜の最小値は約６０Ｖであり、｜Ｖ_ｐｌａ−Ｖ_ＤＣ｜の最大値は約φ＝１００°で約３６０Ｖである。

【0025】

［００３６］電極１０５及びシャワーヘッド１０３へのイオン衝撃電圧は、｜Ｖ_ｐｌａ−Ｖ_ＤＣ｜及び｜Ｖ_ｐｌａ｜によってそれぞれ与えられるため、φ＝１００°でのプラズマ処理により、シャワーヘッド１０３でのイオン衝撃がほぼ最小になり、シャワーヘッド１０３からの粒子生成が低減し、基板支持体１０４上の基板１３７への衝撃がほぼ最大になり、基板のイオンエッチング１３７が促進される。言い換えると、φ＝１００°で動作させることで、基板１３７でのエッチング速度が最大になると同時に、シャワーヘッド１０３からの粒子生成が最小になる。したがって、シャワーヘッド１０３からの粒子生成は、デュアル周波数プラズマ処理工程中に位相差φを変化させることによって最小化される。

【0026】

［００３７］プラズマ処理は、２つより多くの異なる周波数を使用するｎ周波数ＲＦ整合器１０２、又は第１の周波数の整数倍である第２の周波数で行われ得ると考えられ、ここで整数倍は２以上である。たとえば、高次の高調波ｆ_２は、式４の１３．５６ＭＨｚであるｆ_１の３番目の高調波に置き換えられ得る（つまり、ｆ_２＝４０．６８ＭＨｚ）。

【0027】

［００３８］図５は、上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得る本開示の実施形態に係る処理システム５００を示す概略図である。処理システム５００は、処理システム１００と同様であるが、単一のｎ周波数発生器５０８、ｎ周波数ＲＦ発生器５０８に連結され且つその下流にあるｎ周波数ＲＦ整合器５０２、及びｎ周波数ＲＦ整合器５０２に連結され且つその下流にある電圧モニタ５０９を含む。単一のＲＦ発生器５０８を示したが、複数のＲＦ発生器を処理システム５００で用いることができると考えられる。

【0028】

［００３９］電圧モニタ５０９は、処理パラメータのより正確な制御と調整を促進するために、ｎ周波数ＲＦ整合器５０２の下流の電圧を検出する。この電圧は、処理チャンバ５０１の幾何学的構造によって決定される線形関係によって電極１０５に印加される電圧に対応する（以下に説明する）。ｎ周波数ＲＦ整合器５０２の下流の電圧を検出することにより、処理チャンバ５０１内の条件のより正確な表示が得られ、したがって、処理パラメータに対して行われる調整が改善される。

【0029】

［００４０］処理制御を促進するために、ｎ周波数ＲＦ発生器５０８は、接続部５１０を介して電圧モニタ５０９から信号を受信する。それに応じて、ＲＦ発生器５０８は、電極１０５及び１０３でのＲＦ調整電圧の条件動作を満たすために、各周波数でＲＦ電力信号を生成する。ｎ周波数ＲＦ発生器５０８は、接続部５１２を介してＲＦ整合器５０２から信号を受信することもできる。

【0030】

［００４１］上記のように、位相と振幅の調整を決定するには、基板支持体１０４で定義されているパラメータＶ_ｉ及びφ_ｉ（ｉ＝１、２、…ｎ）を用いる。ただし、処理システム５００では、ＲＦ電圧と位相はＶ_ｉｍ及びφ_ｉｍ（ｉ＝１、２、…ｎ）としてポスト整合（つまり、ＲＦ整合器５０２の下流）である必要がある。このため、式（１）の導出値Ｖ_ｉ及びφ_ｉは、Ｖ_ｉｍ及びφ_ｉｍとして定義されるポストＲＦ整合器５０２の値に変換され、以下の変換行列によって計算される。

ここで、すべての値は複素数として定義されている。このため、式（１）の値は次の形式に変換される。

【0031】

［００４２］

は基板支持体１０４において定義され、一例として図２、３、４Ａ及び４Ｂに示すモデリングに基づいて計算される。ＡＢＣＤ行列は、処理チャンバ５０１の形状寸法から計算でき、より具体的には、一連の伝送線路と、コンデンサとインダクタのいくつかの組み合わせである。φ_１には任意性があることに留意されたい。したがって、φ_１は、汎用性を失うことなくφ_１＝０として定義され得る。工程中、ＲＦ電圧パラメータＶ_ｉ及びφ_ｉのポストＲＦ整合５０２は、ｎ周波数ＲＦ電圧モニタ５０９によって測定され、測定値はＶ_ｉｍｅ及びφ_ｉｍｅとして示される。ＲＦ電圧パラメータの実験決定により、ＲＦ調整電圧の決定が可能になる。

【0032】

［００４３］図６は、ターゲットＲＦ電圧パラメータＶ_ｉｍ及びφ_ｉｍを達成することによってＲＦ調整電圧を識別するアルゴリズムを示すフロー図である。幾つかの実施形態では、Ｖ_ｉｍ及びφ_ｉｍはユーザ定義のターゲットパラメータである。他の実施形態では、Ｖ_ｉｍ及びφ_ｉｍは、第２のＲＦ信号の測定パラメータである。工程６２０中に、実験パラメータＶ_ｉｍｅ及びφ_ｉｍｅはｎ周波数ＲＦ電圧モニタ５０９によって測定される。工程６２１中に、測定された実験パラメータＶ_ｉｍｅ及びφ_ｉｍｅが式（８）及び（９）の条件を満たすかどうかが決定される。

【0033】

［００４４］測定されたパラメータＶ_ｉｍｅ及びφ_ｉｍｅがユーザ定義の許容範囲内で式（８）及び（９）を満たす場合、ｎ周波数ＲＦ発生器５０８での調整は実行されない。ユーザ定義の許容範囲は、通常、実験を基礎としている。振幅比（式８）のユーザ定義の許容範囲は、約５％、たとえば約３％から約７％、たとえば約４％から約６％である。ユーザ定義の相対角度の許容範囲（式９）は、約３度から約８度の間、例えば、約４度から約６度の間である。ただし、工程６２１のアルゴリズムがＶ_ｉｍｅとφ_ｉｍｅの測定値によって満たされない場合、シードＲＦ電圧の振幅Ａ´_ｉと位相θ´_ｉ（図７を参照）が、工程６２２に示すように、マイクロ制御ユニット（ＭＣＵ）の内部で実行される負のフィードバック制御、例えば比例積分偏差（ＰＩＤ）コントローラを介してｎ周波数ＲＦ発生器５０８の内部で生成される。言い換えると、ＰＩＤとＭＣＵは、測定値Ｖ_ｉｍｅとφ_ｉｍｅに応じて、ｎ周波数ＲＦ発生器５０８の調整を促進し、ＲＦ整合器５０２の下流で所望の電圧と位相を実現する。フィードバック制御は各周波数ｆ_ｉに対して実行され、ここでｉ＝２、３、．．．ｎであり、Ａ´_１とθ´_１は定数である。

【0034】

［００４５］一例では、工程６２０の後に工程６２１が続く。工程６２１が満たされると、基板の処理は電圧及び位相の調整なしに進行する。工程６２１が満たされない場合、工程６２２が実行され、工程６２１が満たされるまで、工程６２０〜６２２が繰り返される。

【0035】

［００４６］いくつかの例では、ＲＦ整合器５０２の下流のＲＦ電圧及び電流の両方が比較的高く、これら２つの間の位相角が９０度に近いため、ｎ周波数ＲＦ電圧モニタ５０９は、４０ＭＨｚを超える周波数では十分に正確ではない可能性がある。約９０度の位相角では、たとえば１度等の小さな差により電力に大きな違いが生じ、ＲＦ電圧及び／又は電流の誤った読み取りにつながる可能性がある。このような場合、複素数値インピーダンスＺ_ｉｍｅ（図７に示す）は

によって決定される。ここで、Ｙ_ｉｍｅは、周波数ｆ_ｉでのアドミタンスであり、ｎ周波数ＲＦ整合５０２内部のＲＦ整合条件から導出され、式（１０）のＶ_ｉｍｅの計算に使用され得る。

ここで、Ｐ_ｉｍｅは、周波数ｆ_ｉで、図５に示す処理チャンバ５０１等の処理チャンバに供給される電力である。Ｚ_ｉｍｅの測定値は、ＲＦ整合器５０２に配置されたベクトルネットワークアナライザ（図示せず）によって較正される。したがって、式（１０）は非常に正確である。

【0036】

［００４７］ｎ周波数ＲＦ電圧モニタ５０９は、位相角の絶対値を測定するときに系統的誤差を含む位相角φ_ｉｍｅを測定するために使用されることに留意されたい。ただし、系統的誤差は式（９）の減算によって解消する。さらに、時間平均変数を使用することにより、導出された値の統計的誤差が低減し、したがって、導出された結果の精度が向上する。その結果、式（９）の誤差の影響が軽減され得る。

【0037】

［００４８］図７は、図５に示すｎ周波数ＲＦ発生器５０８のブロック図である。ｎ周波数ＲＦ発生器５０８は、位相ロックループ（ＰＬＬ）回路７２０、分周器７２２、ＭＣＵ７２４、ユーザインターフェース７２６、１又は複数の発生器７２８ａ〜７２８ｃ（３つを示す）、及びそれぞれの発生器７２８ａ〜７２８ｃに各々接続された１又は複数の電力増幅器７１１（３つを示す）を含む。ＰＬＬ回路７２０は、水晶発振器又は外部クロック発生器７１０から信号を受信し、ＣＬＫ＝Ｎ・ｆ_ｎのクロック信号を生成する。ここで、Ｎは任意の整数、例えば、２^２〜２^６である。ＣＬＫ信号は分周器７２２に送信され、１セットのＣＬＫ信号ＣＬＫｉ（ｉ＝１、．．．ｎ）を生成し、これらはそれぞれ、ｆ_ｉの周波数で振幅及び位相を生成するように構成されたそれぞれの発生器７２８ａ〜７２８ｃに送信される。

【0038】

［００４９］ＣＬＫ信号は、ｆ_ｉでＶ_ｉｍｅとφ_ｉｍｅを測定するｎ周波数ＲＦ電圧モニタ（ｎ周波数ＲＦ電圧モニタ５０９等）にも送信される。式（１０）に示すように、Ｖ_ｉｍｅは、ｎ周波数ＲＦ整合器５０２での電圧測定値に置き換えることが可能である。Ｖ_ｉｍｅとφ_ｉｍｅの値はＭＣＵ７２４に提供され、ＭＣＵ７２４は、図６に示すように、ＰＩＤコントローラを介してユーザインターフェース７２６でユーザが入力した測定値Ｖ_ｉｍｅ、φ_ｉｍｅ及びターゲット値Ｖ_ｉｍ、φ_ｉｍからシードＲＦ電圧の振幅Ａ´_ｉと位相θ´_ｉを計算する。振幅Ａ´_ｉと位相θ´_ｉとは、Ｖ_ｉｍｅとφ_ｉｍｅの測定値の調整を表している。Ｖ_ｉｍｅとφ_ｉｍｅの測定値がそれぞれＶ_ｉｍとφ_ｉｍのターゲット値と一致すると、ＲＦ信号は図１及び図５に示す電極１０５に適用される。

【0039】

［００５０］図８は、上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得る本開示の一実施形態に係る、振幅及び位相発生器７２８ａを示すブロック図である。発生器７２８ｂ及び７２８ｃは同様の構成であることを理解されたい。図７に示すＭＣＵ７２４から受信したＡ´_ｉｃｏｓθ´_ｉ及びＡ´_ｉｓｉｎθ´_ｉの情報を使用して、ＣＬＫｉ＝Ｎ・ｆ_ｉにおける同相−直交位相（ＩＱ）変調工程により、

のデジタルシード信号が合成され、ここでｐ＝０、１、．．．Ｎ−１であり、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）８３０において最終的にデジタルシード信号がＡ´_ｉｓｉｎ（ω_ｉｔ＋θ´_ｉ）のアナログシードに変換される。図７に示すように、ＲＦ発生器からの信号Ａ´_ｉｓｉｎ（ω_ｉｔ＋θ´_ｉ）は、電力増幅器７１１によってＡ_ｉｓｉｎ（ω_ｉｔ＋θ_ｉ）に増幅される。Ａ_ｉｓｉｎ（ω_ｉｔ＋θ_ｉ）の増幅された信号は、ＲＦ整合器の出力において増幅された信号をＶ_ｉｍｅｓｉｎ（ω_ｉｔ＋φ_ｉｍｅ）に変換するｎ周波数ＲＦ整合器５０２に送信される。

【0040】

［００５１］図９は、ｎ周波数ＲＦ発生器５０８からＣＬＫ＝Ｎ・ｆ_ｎの基本クロック信号を受信するｎ周波数ＲＦ電圧モニタ５０９の図である。アナログ電圧検出器９０２、例えば容量性分圧器は、Ｖ´_ｉｍｅｓｉｎ（ω_ｉｔ＋φ_ｉｍｅ）の形態のｎセットのＲＦ電圧をｆ_ｉ（ｉ＝１、．．．．ｎ）の周波数で測定し、Ｖ´_ｉｍｅとＶ_ｉｍｅは倍率によって関連付けられる。分周器７２２は、それぞれのＩＱ検出器９３６ａ〜９３６ｃ（３つを示す）をｆ_ｉの周波数で動作させるために、ｎセットのＣＬＫｉ（ｉ＝１、．．．ｎ）を生成する。ＩＱ検出器９３６ａ〜９３６ｃは、入力ＲＦ電圧Ｖ´_ｉｍｅｓｉｎ（ω_ｉｔ＋φ_ｉｍｅ）からＶ_ｉｍｅ及びφ_ｉｍｅを導出する。

【0041】

［００５２］図１０は、周波数ｆ_ｉ（ｉ＝１、．．．ｎ）でのＩＱ検出器９３６を示すブロック図である。アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１０３８は、アナログ電圧検出器９０２からのＶ´_ｉｍｅｓｉｎ（ω_ｉｔ＋φ_ｉｍｅ）のアナログ入力を

のデジタル値に変換する。デジタル値にＲＯＭ１０３９からの

と

を乗算する。変換された信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０４０に送信される。ローパスフィルタは、

の出力を生成する。ローパスフィルタの出力は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１０４１に送信される。ＤＳＰ１０４１は、座標回転デジタルコンピュータ（ＣＯＲＤＩＣ）を含み得る。Ｖ_ｉｍｅとφ_ｉｍｅを導出するために、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムと他のデジタル信号処理が用いられる。

【0042】

［００５３］図１１は、上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得る本開示の一実施形態に係る、処理チャンバのイオン衝撃を制御する方法１１００を示す図である。工程１１１０中に、ＲＦ発生器から第１の周波数、第１の振幅、及び第１の位相を有する第１のＲＦ信号が処理チャンバの基板支持体に埋め込まれた電極に送信される。

【0043】

［００５４］工程１１２０中に、ＲＦ発生器から第２の周波数、第２の振幅、及び第２の位相を有する第２のＲＦ信号が電極に送信される。上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得る一実施形態では、第２のＲＦ信号は、第１のＲＦ信号の周波数の高調波周波数を有する。工程１１３０中に、第１の振幅、第１の位相、第２の振幅、及び第２の位相の測定に応じて、第１のＲＦ信号に対して第２のＲＦ信号が調整される。上記の１又は複数の実施形態と組み合わせ得る一実施形態では、上記のシードＲＦ電圧の振幅及び位相は、第１のＲＦ信号及び第２のＲＦ信号の測定に基づいて決定される。シードＲＦ電圧の振幅及び位相を使用して、第２のＲＦ信号が調整され得る。工程１１４０において、基板へのイオン衝撃が増加し、チャンバに配置されたシャワーヘッドでの粒子生成がＲＦ変調の結果として低減する。

【0044】

［００５５］方法１１００をプラズマ処理に用いれば、上記のように、｜Ｖ_ｐｌａ｜がほぼ最小になる位相φ_ｉｍ（ｉ＝２、．．．Ｎ）を識別することにより、シャワーヘッドから生成される粒子が低減する。φ_ｉｍ（ｉ＝２、．．．ｎ）において、｜Ｖ_ｐｌａ−Ｖ_ＤＣ｜がほぼ最大になることも識別されるため、基板への堆積又はエッチングが最大になると同時に、シャワーヘッドからの粒子生成が低減する。｜Ｖ_ｐｌａ−Ｖ_ＤＣ｜は、エッチング又は堆積中の基板へのイオン化粒子の衝撃に対応し、｜Ｖ_ｐｌａ｜は、シャワーヘッドへのイオン化粒子の衝撃に対応する。したがって、基板支持体の電圧が最大になり、シャワーヘッドの電圧が最小になる位相を識別することにより、シャワーヘッドでのイオン化粒子の衝撃が最小になる（シャワーヘッドからの粒子のフレーキングが低減する）一方で、堆積及び／又はエッチングが、基板において又は基板に隣接した位置で増加する、及び／又は最大になる。

【0045】

［００５６］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】