特開 2024-112933 乗数モードを用いる高周波（ＲＦ）パルスインピーダンス同調

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024112933

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】乗数モードを用いる高周波（ＲＦ）パルスインピーダンス同調

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240814BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101G

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024084068

(22)【出願日】2024-05-23

(62)【分割の表示】P 2021505925の分割

【原出願日】2019-08-27

(31)【優先権主張番号】16/117,457

(32)【優先日】2018-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(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】フィ ジャスティン

(72)【発明者】

【氏名】ラマスワミ カーティク

(72)【発明者】

【氏名】ショージ セルジオ フクダ

(72)【発明者】

【氏名】清水 大亮

(57)【要約】      （修正有）

【課題】本明細書では、ＲＦパルス反射低減のための方法が提供される。
【解決手段】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基板処理システムで基板を処理する方法は、複数のＲＦ発生器からの複数のパルスＲＦ電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取る工程と、マスターＲＦ発生器を使用して、基本周波数及び第１デューティサイクルを有するトランジスタ－トランジスタ論理（ＴＴＬ）信号を生成する工程と、各ＲＦ発生器に対する乗数を設定する工程と、第１デューティサイクルを高レベル間隔と低レベル間隔に分割する工程と、各ＲＦ発生器に対する周波数コマンドセットを決定し、周波数コマンドセットを各ＲＦ発生器へ送信する工程であって、周波数コマンドセットは各ＲＦ発生器に対する周波数設定点を含んでいる工程と、複数のパルスＲＦ電力波形を複数のＲＦ発生器から処理チャンバへ提供する工程とを含む。
【選択図】図１

【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基板処理システムで基板を処理する方法であって、
複数のＲＦ発生器からの複数のパルスＲＦ電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取る工程であって、複数のＲＦ発生器はマスターＲＦ発生器及び１つ以上のスレーブＲＦ発生器を含んでいる工程と、
マスターＲＦ発生器を使用して、基本周波数及び第１デューティサイクルを有するトランジスタ－トランジスタ論理（ＴＴＬ）信号を生成する工程と、
各ＲＦ発生器に対する乗数を設定する工程であって、乗数は基本周波数の倍数である工程と、
第１デューティサイクルを高レベル間隔と低レベル間隔に分割する工程と、
各ＲＦ発生器に対する周波数コマンドセットを決定し、周波数コマンドセットを各ＲＦ発生器へ送信する工程であって、周波数コマンドセットは各ＲＦ発生器に対する周波数設定点を含んでいる工程と、
各ＲＦ発生器へ送信された周波数コマンドセットに従って、複数のパルスＲＦ電力波形を複数のＲＦ発生器から処理チャンバへ提供する工程とを含む方法。

【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】

従来の高周波（ＲＦ）プラズマ処理（多くの半導体デバイスの製造段階で使用されるＲＦプラズマ処理など）では、ＲＦエネルギーを、ＲＦエネルギーソースを介して基板処理チャンバへ供給してもよい。ＲＦエネルギーを、連続波方式又はパルス波方式で生成及び供給してもよい。ＲＦエネルギーソースのインピーダンスと処理チャンバで形成されたプラズマとの不整合により、ＲＦエネルギーはＲＦエネルギーソースへ反射され、その結果、ＲＦエネルギーの非効率的な使用とエネルギーの浪費、処理チャンバ又はＲＦエネルギーソースの潜在的な損傷、及び基板処理に関する潜在的な非一貫性／非再現性の問題が生じる。こうして、ＲＦエネルギーは、固定式の又は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しばしば結合される。この整合ネットワークは、ＲＦエネルギーソースのインピーダンスにプラズマのインピーダンスをより厳密に整合させることにより、反射ＲＦエネルギーを最小化するように動作する。整合ネットワークは、ＲＦソースの出力をプラズマに効率的に結合させて、プラズマに結合されるエネルギー量を最大化しようとする（例えば、ＲＦ電力供給の同調と呼ばれる）。したがって、整合ネットワークは、合計インピーダンス（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）を、ＲＦ電力供給の出力インピーダンスと同じになるように調整しようとする。いくつかの実施形態では、ＲＦエネルギーソースでも、周波数同調を、又はＲＦエネルギーソースによって供給されるＲＦエネルギーの周波数の調整を可能として、インピーダンス整合を支援してもよい。

【0003】

複数の電力レベルでパルス化された複数の別個のＲＦ電力信号を使用する処理チャンバでは、通常は、同期ＲＦパルスが使用される。しかしながら、発明者らは、様々なＲＦパルス方式で、多数のインピーダンス変化が発生することによりインピーダンス同調が困難になることをよく見てきた。すなわち、整合ネットワーク及び／又はＲＦ発生器は、反射電力が変化するにつれて、反射電力に対して適切に同調できない。

【0004】

したがって、発明者らは、可変コンデンサ／インダクタを使用することに加えて、１つ以上の可変周波数発生器を使用する、ＲＦパルス同調のための改良版の方法及び装置を提供し、諸処理チャンバでのＲＦパルス反射を有益にも最小化した。なお、これらの処理チャンバでは、単一のデューティサイクルの間に複数の電力レベルでパルス化された複数の別個のＲＦ電力信号が使用される。

【発明の概要】

【0005】

本明細書では、ＲＦパルス反射低減のための方法及びシステムが提供される。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基板処理システムで基板を処理する方法は、複数のＲＦ発生器からの複数のパルスＲＦ電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取る工程であって、複数のＲＦ発生器はマスターＲＦ発生器及び１つ以上のスレーブＲＦ発生器を含んでいる工程と、マスターＲＦ発生器を使用して、基本周波数及び第１デューティサイクルを有するトランジスタ－トランジスタ論理（ＴＴＬ）信号を生成する工程と、各ＲＦ発生器に対する乗数を設定する工程であって、乗数は基本周波数の倍数である工程と、第１デューティサイクルを高レベル間隔と低レベル間隔に分割する工程と、各ＲＦ発生器に対する周波数コマンドセットを決定し、周波数コマンドセットを各ＲＦ発生器へ送信する工程であって、周波数コマンドセットは各ＲＦ発生器に対する周波数設定点を含んでいる工程と、各ＲＦ発生器へ送信された周波数コマンドセットに従って、複数のパルスＲＦ電力波形を複数のＲＦ発生器から処理チャンバへ提供する工程とを含む。

【0006】

いくつかの実施形態では、非一時的なコンピューター可読媒体が格納する命令は、実行されたときにプラズマ基板処理システムを動作させる方法を実行させる。この方法は、複数のＲＦ発生器からの複数のパルスＲＦ電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取る工程であって、複数のＲＦ発生器はマスターＲＦ発生器及び１つ以上のスレーブＲＦ発生器を含んでいる工程と、マスターＲＦ発生器を使用して、基本周波数及び第１デューティサイクルを有するＴＴＬ信号を生成する工程と、各ＲＦ発生器に対する乗数を設定する工程であって、乗数は基本周波数の倍数である工程と、第１デューティサイクルを高レベル間隔と低レベル間隔に分割する工程と、各ＲＦ発生器に対する周波数コマンドセットを決定し、周波数コマンドセットを各ＲＦ発生器へ送信する工程であって、周波数コマンドセットは各ＲＦ発生器に対する周波数設定点を含んでいる工程と、各ＲＦ発生器へ送信された周波数コマンドセットに従って、複数のパルスＲＦ電力波形を複数のＲＦ発生器から処理チャンバへ提供する工程とを含む。

【0007】

いくつかの実施形態では、基板処理システムは、第１デューティサイクルの間に処理チャンバへ複数のＲＦ電力波形を供給するように構成された複数のＲＦ発生器であって、マスターＲＦ発生器及び１つ以上のスレーブＲＦ発生器を含む複数のＲＦ発生器と、複数のＲＦ発生器に接続されたパルスコントローラと、複数のＲＦ発生器、処理チャンバ、及びパルスコントローラの各々に接続された少なくとも１つの整合ネットワークであって、複数のＲＦ電力波形に対する反射電力又はインピーダンスを測定するように構成された少なくとも１つの測定装置と、少なくとも１つの可変整合構成要素とを含む少なくとも１つの整合ネットワークとを備え、パルスコントローラ又は少なくとも１つの整合ネットワークのうちの少なくとも１つは、基板を処理するための処理レシピを受け取り、複数のＲＦ発生器の少なくとも１つに対する乗数であって、マスターＲＦ発生器によって生成されたＴＴＬ信号の基本周波数の倍数である乗数を設定し、ＴＴＬ信号の第１デューティサイクルを高レベル間隔と低レベル間隔に分割し、各ＲＦ発生器に対する周波数コマンドセットであって、各ＲＦ発生器に対する周波数設定点を含む周波数コマンドセットを決定して各ＲＦ発生器へ周波数コマンドセットを送信し、各ＲＦ発生器へ送信された周波数コマンドセットに従って、各ＲＦ発生器から処理チャンバへＲＦ電力波形を提供するように構成されている。

【0008】

本開示の他のさらなる実施形態を以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

上記に簡単に要約され、以下により詳細に論じられる本開示の実施形態は、添付の図面に示される本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解され得る。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容し得るため、添付図面は、本開示のいくつかの実施形態のみを示しており、したがって、範囲を限定すると見なすべきではない。

【図1】本開示のいくつかの実施形態によるプラズマリアクタを示す。

【図2】本開示のいくつかの実施形態による、マスターＲＦ発生器及び１つ以上のスレーブＲＦ発生器の配線図を示す。

【図3A】～

【図3C】本開示のいくつかの実施形態による、ＲＦ信号のパルス波形を示す。

【図4A】～

【図4D】本開示のいくつかの実施形態による、パルス波形間の位相変化を示す。

【図5】本開示のいくつかの実施形態による、第１デューティサイクルの複数のパルス電力波形を示す。

【図6】本開示のいくつかの実施形態による、同調アルゴリズムを採用するための例示的な装置を示す。

【図7】本開示のいくつかの実施形態による、処理チャンバ内のＲＦパルス反射低減のための方法のフローチャートを示す。

【0010】

理解を容易にするため、可能な場合には、同一の符号を使用してこれらの図面に共通の同一の要素を示す。これらの図は一定の縮尺で描かれておらず、明快さを優先して簡略化されている場合がある。１つの実施形態の要素及び構成は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得る。

【詳細な説明】

【0011】

本開示の諸実施形態は、可変コンデンサ／インダクタを使用することに加えて、１つ以上の可変周波数発生器を使用する、ＲＦパルス同調のための改善された方法及び装置を提供する。具体的には、改善された方法と装置は、少なくとも２つの同調自由度を使用して、少なくとも１つの可変コンデンサ／インダクタと、１つ以上の可変周波数発生器によって生成された１つ以上の可変周波数を使用することによって、インピーダンス整合を実行する。１つ以上の可変周波数発生器によって生成される周波数は、迅速に（すなわち、マイクロ秒レベルで）変更され得るので、単一のＲＦパルスサイクル内での総進行波電力の変化によって生じる新たなインピーダンスへすばやく調整され、同調する。本開示と合致する諸実施形態では、ＲＦ整合ネットワークは、周波数コマンドセットをＲＦ周波数発生器へ送信する。次に、ＲＦ発生器は、単一のＲＦパルスサイクルに対して単一の周波数又は複数の周波数を有するＲＦパルス出力を生成して、単一のＲＦパルスサイクル内の各間隔に対する反射電力を最小化する。可変コンデンサ／インダクタは、計算された目標インピーダンス値へ同調される。本開示と合致する諸実施形態は、処理チャンバ内のＲＦパルス反射を有益にも最小化する。この処理チャンバは、単一のデューティサイクルの間に複数の電力レベルでパルス化される複数の別個のＲＦ電力信号を使用しており、そのために、１つ以上の可変コンデンサ／インダクタの使用に加えて、１つ以上の可変周波数発生器を使用する。

【0012】

図１は、本明細書に開示される方法を実行するために利用され得るプラズマリアクタを示す。この方法を、（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任意の適切なプラズマリアクタ（誘導結合プラズマリアクタなど）で実行してもよい。ただし、発明者らは、この方法が特に有益であり得るのは、例えば、高バイアス電力（例えば、約２０００Ｗ以上）と低ソース電力（例えば、約５００Ｗ以下）が使用される、容量結合プラズマリアクタであることに気づいた。それは、望ましくないチャージ効果が、例えば誘導結合プラズマ処理チャンバよりも、はるかに深刻になり得るからである。いくつかの実施形態では、発明者らは、本方法は、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利点を提供することを発見した。

【0013】

図１のリアクタは、円筒形側壁１０２、床１０３及び蓋１０４によって囲まれたチャンバ１００を備える。いくつかの実施形態では、蓋１０４は、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を備えるガス分配シャワーヘッドであってもよい。ここで、オリフィス１０９はガス分配プレート１０８を貫通して形成されている。ガスマニホールド１０６は、ガス供給入口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、蓋１０４）は、絶縁リング１１２によって円筒形側壁１０２から電気的に絶縁されている。ターボ分子ポンプなどの真空ポンプ１１４は、チャンバ１００を排気することができる。ガスパネル１２０は、ガス供給入口１１１へ送られる種々の処理ガスの個別の流量を制御する。チャンバの床１０３を貫通して支持されている支持台座１３６は、絶縁上面と内部電極（ウェハ支持電極１３８）とを有してもよい。内部電極を使用して、例えば、支持台座１３６の上面で基板１３７を掴んでもよい。

【0014】

複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０からチャンバ１００へ電力を印加してもよい。複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０は、マスターＲＦ発生器１４０と、１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８及び１５０とを含む。プラズマソース電力は、インピーダンス整合ネットワーク１４２を介して、マスターＲＦ発生器１４０から蓋１０４（本明細書ではガス分配シャワーヘッドとも呼ばれる）に印加される。蓋すなわちガス分配シャワーヘッドは、例えばアルミニウムなどの導電性材料で形成されているため、蓋電極として機能する。いくつかの実施形態では、マスターＲＦ発生器１４０は、１００から２００ＭＨｚの範囲などのＶＨＦ帯域の高域でＶＨＦ電力を生成してもよい。マスターＲＦ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電力にパルス化する能力を有する。例えば、マスターＲＦ発生器１４０はパルス制御入力１４０ａを有するが、それは、パルスレート及び／又はデューティサイクル、並びにマスターＲＦ発生器１４０によって生成された各パルスの位相を規定する制御信号を受信するためである。

【0015】

図１に示す実施形態では、プラズマバイアス電力又はプラズマソース電力が、インピーダンス整合ネットワーク１４６を介して第１スレーブＲＦ発生器１４４から、インピーダンス整合ネットワーク１４９を介して第２スレーブＲＦ発生器１４８から、インピーダンス整合ネットワーク１５２を介して第３スレーブＲＦ発生器１５０から、ウェハ支持電極１３８に印加される。例えば、第１スレーブＲＦ発生器１４４はプラズマソース電力を印加してもよく、他方、第２スレーブＲＦ発生器１４８及び第３スレーブＲＦ発生器１５０はプラズマバイアス電力を印加してもよい。１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８、１５０は、短波（ＨＦ）又は長波（ＬＦ）の電力をＬＦ帯域からＨＦ帯域の低域まで（３０ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲など）で生成してもよい。例えば、第１スレーブＲＦ発生器１４４、第２スレーブＲＦ発生器１４８及び第３スレーブＲＦ発生器１５０は、それぞれ約２ＭＨｚ、約４００ｋＨｚ及び約１００ｋＨｚで電力を生成してもよい。１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８、１５０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電力にパルス化する能力を有する。例えば、１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８、１５０は、パルス制御入力１４４ａ、１４８ａ、１５０ａを有するが、それは、パルスレート及び／又はデューティサイクル、並びに１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８、１５０によって生成された各パルスの位相を規定する制御信号を受信するためである。１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８、１５０は、独立してパルス制御、位相制御及び／又はデューティサイクル制御され得る。さらに、１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８、１５０は、同期的又は非同期的にパルス化されてもよい。

【0016】

いくつかの実施形態では、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２を、１つ以上のコンデンサ及び／又はインダクタによって形成してもよい。コンデンサの値を電子的又は機械的に同調させて、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２の各々の整合を調整してもよい。低電力システムでは、１つ以上のコンデンサを機械的に同調させるのではなく、電子的に同調させてもよい。いくつかの実施形態では、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２は、同調可能なインダクタを有し得る。いくつかの実施形態では、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２で使用される１つ以上のコンデンサは、１つ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。他の諸実施形態では、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２で使用される１つ以上のコンデンサは、可変コンデンサであってもよい。この可変コンデンサを電子的又は機械的に同調させて、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２の整合を調整しても良い。いくつかの実施形態では、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２のうちの１つ以上は、接地への容量性短絡を有し得る。

【0017】

図２は、図１に示す実施形態によるマスターＲＦ発生器及び１つ以上のスレーブＲＦ発生器の配線図を示す。マスターＲＦ発生器１４０を、高速リンクケーブル１５３及びＲＦケーブル１５５を介してインピーダンス整合ネットワーク１４２に接続してもよい。マスターＲＦ発生器１４０を、高速リンクケーブル１７２を介して第１スレーブＲＦ発生器１４４に接続してもよい。マスターＲＦ発生器１４０を、高速リンクケーブル１７４を介して第２スレーブＲＦ発生器１４８に接続してもよい。マスターＲＦ発生器１４０を、高速リンクケーブル１７６を介して第３スレーブＲＦ発生器１５０に接続してもよい。マスターＲＦ発生器１４０を、高速リンクケーブル１５３、１８２及び１８４を介してインピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６及び１５２にそれぞれ接続してもよい。

【0018】

第１スレーブＲＦ発生器１４４を、ＲＦケーブル２０２及び高速リンクケーブル２１２を介してインピーダンス整合ネットワーク１４６に接続してもよい。第２スレーブＲＦ発生器１４８を、ＲＦケーブル２０４及び高速リンクケーブル２１４を介してインピーダンス整合ネットワーク１４９に接続してもよい。第３スレーブＲＦ発生器１５０を、ＲＦケーブル２０６及び高速リンクケーブル２１６を介してインピーダンス整合ネットワーク１５２に接続してもよい。

【0019】

上記のインピーダンス整合ネットワークは単なる例示であり、本明細書で提供される教示に従って、整合ネットワークを同調させるための１つ以上の調整可能な要素を有するインピーダンス整合ネットワークの他の様々な構成を利用し、同調させてもよい。例えば、図６は、本開示のいくつかの実施形態によるスマートな同調アルゴリズムを採用するための例示的な装置を示す。ＲＦ発生器６０２は、図１の複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０の概略表示である。

【0020】

図６では、ＲＦ発生器６０２を、ＲＦケーブル１５１及び１つ以上の高速リンクケーブル１５３を介してＲＦ整合ネットワーク６０４に接続してもよい。ＲＦ整合ネットワーク６０４は、１つ以上のインピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９、１５２の概略表示である。ＲＦ整合ネットワーク６０４は、１つ以上の整合センサ又はインピーダンス測定装置（例えば、ＶＩプローブ／センサ６０６）と、ＣＰＵ１３０と、可変インピーダンス整合構成要素６０８（例えば、可変コンデンサ／インダクタ）と、固定構成要素Ｚ_２、６１０（例えば、固定コンデンサ／インダクタ）とを含み得る。可変インピーダンス整合構成要素６０８は、１つ以上の可変コンデンサ及び／又はインダクタを備えて、所望のインピーダンス整合を提供してもよい。複数の直列ケーブルを使用して、タイミング信号をＲＦ発生器６０２及びＲＦ整合ネットワーク６０４に供給してもよい。こうして、上記構成において、反射電力を低減／最小化することが可能になる（すなわち、システムを同調させることが可能になる）が、そのために、可変インピーダンス整合構成要素６０８を、以下で説明するように、計算された目標インピーダンスへ同調させ、発生器によって提供される周波数／電力を変化させて、２自由度の同調自由度（すなわち、可変インピーダンス整合構成要素６０８及び可変周波数）を提供する。

【0021】

コントローラ１６０は、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８、１５０のパルス制御入力１４０ａ、１４４ａ、１４８ａ、１５０ａの各々にパルス制御信号を印加して、マスターＲＦ発生器１４０とスレーブＲＦ発生器１４４、１４８、１５０のパルス間に所望の位相の進み若しくは遅れ関係及び／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。コントローラ１６０はまた、ツールチャンバ／処理チャンバの他の態様を制御してもよい。図１で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、コントローラ１６０は、各ＲＦ発生器の内部に配置され得る。同期信号は、マスターＲＦ発生器（例えば、マスターＲＦ発生器１４０）で生成され、他のスレーブ発生器（例えば、スレーブＲＦ発生器１４４、１４８及び／又は１５０）へ送信される。

【0022】

いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２、並びに／又はコントローラ１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０と、複数のサポート回路１３４と、メモリ１３２とを備える。複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１４９、並びにコントローラ１６０の本例示的実施形態を、ＣＰＵ、サポート回路及びメモリを有するコンピューターに関して説明しているが、当業者は、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２、並びにコントローラ１６０は、様々な様式で実装され得ることを認識するであろう。その様々な様式には、特定用途向けインターフェイス回路（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）などが含まれる。また、コントローラ１６０の様々な実施形態を、当技術分野で知られているような対応する入力／出力インターフェイスを有する他の処理ツールコントローラ内に統合してもよい。

【0023】

サポート回路１３４は、ディスプレイ装置及び他の回路を備えて、ＣＰＵ１３０の機能をサポートしてもよい。その種の回路には、クロック回路、キャッシュ、電源、ネットワークカード、ビデオ回路などが含まれ得る。

【0024】

メモリ１３２は、読み取り専用メモリ、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／又は他の形態のデジタルストレージを含んでもよい。メモリ１３２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、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２、並びにコントローラ１６０の一般的な動作の制御を実行する。この動作には、様々な処理、アプリケーション、及びモジュールの実行を容易にして、１つ以上のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０、又はインピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２を制御することにより、ここで説明する方法（例えば、以下で説明する方法６００）を実行することが含まれている。

【0025】

さらに、ＤＣ発生器１６２を、ウェハ支持電極１３８及び蓋１０４のいずれか（又は両方）に接続してもよい。いくつかの実施形態では、ＤＣ発生器１６２は、連続ＤＣ及び／又は可変ＤＣを供給し得る。いくつかの実施形態では、ＤＣ発生器１６２は、パルスＤＣ電力を供給してもよい。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、コントローラ１６０によって制御される。ＤＣ絶縁コンデンサ１６４、１６６、１６８をそれぞれ設けて、ＲＦ発生器１４８、１４４、１５０の各々をＤＣ発生器１６２から絶縁してもよい。ＤＣ発生器によって生成されたＤＣ信号を、ＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０によって生成されたＲＦ信号と同期させて、基板１３７のチャージアップの低減又はプラズマリアクタで形成されたプラズマを使用した基板のエッチングの速度制御の改善などの利点を提供してもよい。

【0026】

図３Ａは、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８、１５０の各々のパルスＲＦ出力を反映し得る時間領域波形図を示している。ここには、ＲＦ発生器１４０、１４４、１４８、１５０の各々に対して個別にコントローラ１６０によって制御される以下のパラメータによって特徴付けられた、パルスＲＦ出力のパルス包絡線が示されている。それは、パルス持続時間ｔ_Ｐ、パルス「オン」時間ｔ_ＯＮ、パルス「オフ」時間ｔ_ＯＦＦ、パルス周波数１／ｔ_Ｐ、及びパルスデューティサイクル（ｔ_ＯＮ／ｔ_Ｐ）×１００（パーセント）である。パルス持続時間ｔ_Ｐは、ｔ_ＯＮとｔ_ＯＦＦの合計である。

【0027】

図３Ｂ及び３Ｃは、２つのＲＦパルス信号の同時時間領域波形を示している。この２つのＲＦパルス信号は、位相とデューティサイクルが同一で、それゆえにそれらの位相差がゼロになるような方法で共に同期されている。図３Ｂ及び３Ｃに示される例示的な実施形態は、第１パルスＲＦ信号（例えば、パルスマスター信号）と第２パルスＲＦ信号（例えば、パルススレーブ信号）との間の同期の１つの例示的な形である。図示のように、各パルス信号の位相とデューティサイクルは両方とも同じである。

【0028】

本開示のいくつかの実施形態では、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０によって提供されるパルス信号は、位相が変化する。図４Ａから４Ｄは、コントローラ１６０により位相差がどのように変化するかを示しており、それぞれ０°、９０°、１８０°、２７０°の位相差でのソース又はマスター及びバイアス又はスレーブの電力波形を重ね合わせて示している。ここで、位相差は、第２パルス出力の第１パルス出力に対する遅れとして定義されている。図４Ａは、図３Ｂの位相差ゼロの実施例に対応している。図４Ｂ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９０°遅れている場合を示している。図４Ｃ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１８０°遅れている場合を示している。図４Ｄ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２７０°遅れている場合を示している。図４Ａ～４Ｂは、位相が変化する２つのパルスＲＦ信号のみを示しているが、本開示と合致する諸実施形態では、位相が変化する３つ以上のパルスＲＦ信号も含み得る。

【0029】

いくつかの実施形態では、ＲＦ包絡線の位相の進み又は遅れを制御することにより、プラズマをパルス化しながらエッチング速度を高めてもよい。ソースとバイアスが独立に位相をずらし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、超短波（ＶＨＦ）と長波（ＬＦ）の異なるプラズマダイナミクスにより、パルス全体にわたってより良好なプラズマ充填が可能になる。いくつかの実施形態では、約１６２ＭＨｚのソース周波数のＶＨＦの組み合わせが、約２ＭＨｚの第１バイアス周波数、約４００ｋＨｚの第２バイアス周波数、及び約１００ｋＨｚの第３バイアス周波数と共に使用される。

【0030】

マスターＲＦ発生器１４０は、基本周波数及び第１デューティサイクルを有するトランジスタ－トランジスタ論理（ＴＴＬ）信号を生成し得る。図５は、基板を処理するための基板処理レシピと関連付けられたパルスＲＦ電力の第１デューティサイクルを示す。図５に示す実施例では、基板を処理するために、この基板処理レシピに４つの別個のパルスＲＦ波形を提供する必要がある。図５は、本開示のいくつかの実施形態に基づいて連続的に供給され得るか、又は複数の電力レベルでパルス化され得る複数の別個のＲＦ電力信号を示している。図５は、マルチ周波数のＲＦミキシングにマルチレベルパルス（ＭＬＰ）を使用するマルチストロークサイクルパルス（ＭＳＣＰ）を示している。いくつかの実施形態では、シングルレベルパルス（ＳＬＰ）（すなわち、オン／オフパルス波形）と連続波形（ＣＷ）を使用してもよい。いくつかの実施形態では、デュアルレベルパルス化（ＤＬＰ）（すなわち、高電力／低電力パルス波形）を使用してもよい。いくつかの実施形態では、トリプルレベルパルス化（ＴＬＰ）（すなわち、高電力／低電力／オフパルス波形）を使用してもよい。

【0031】

図５には、４つの別個のＲＦ電力波形が示されている。それらは、マスターＲＦ電力波形５０２、第１スレーブＲＦ電力波形５０４、第２スレーブＲＦ電力波形５０６、及び第３スレーブＲＦ電力波形５０８である。図示のように、マスターＲＦ電力波形５０２はＴＬＰ波形を有し、第１スレーブＲＦ電力波形５０４はＴＬＰ波形を有し、第２スレーブＲＦ電力波形５０６はＤＬＰ波形を有し、第３スレーブＲＦ電力波形５０８はＳＬＰ波形を有する。

【0032】

４つの別個のＲＦ電力波形５０２、５０４、５０６及び５０６の各々を、互いに独立した複数の電力レベルかつ異なる位相で、又は本開示の実施形態と合致する様々なデューティサイクルで、提供してもよい。ＲＦ電力波形５０２、５０４、５０６及び５０８を、１つ以上のソース及びバイアスＲＦ発生器（例えば、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０）によって提供してもよい。２つ以上のパルスＲＦ電力波形がある実施形態では、別個のパルスＲＦ電力波形を、互いに同期してパルス化させてもよい。いくつかの実施形態では、別個のＲＦ電力波形を、非同期でパルス化させてもよい。

【0033】

４つの別個のＲＦ電力波形の各々を、ＴＴＬ信号の基本周波数の整数倍の周波数でパルス化するように設定してもよい。標準的な乗数モードなどのいくつかの実施形態では、すべてのスレーブＲＦ電力波形は同一のパルス周波数を有する。ユニバーサルな乗数モードなどのいくつかの実施形態では、各スレーブＲＦ電力波形は、同じ又は異なるパルス周波数を有してもよい。マスターＲＦ電力波形５０２は１の乗数（すなわち、ＴＴＬ信号の基本周波数と同じ周波数）を有してもよい。図５では、マスターＲＦ電力波形５０２は２の乗数を有している（すなわち、マスターＲＦ電力波形は、ＴＴＬ信号の基本周波数の２倍の周波数でパルス化される）。第１スレーブＲＦ電力波形５０４は１の乗数を有する。第２スレーブＲＦ電力波形５０６は３の乗数を有する。第３スレーブＲＦ電力波形５０８は４の乗数を有する。

【0034】

図５では、ＴＴＬ信号は時間ｔ_０に導入され、第１デューティサイクル５２０を有する。第１デューティサイクル５２０は、高レベル間隔５２２と低レベル間隔５２４とに分割され得る。高レベル間隔５２２は、ＴＴＬ信号の立ち上がり５２６及び立ち下がり５２７と一致する。低レベル間隔５２４は、ＴＴＬ信号の立ち下がり５２７及びその後の立ち上がり５２８と一致する。マスターＲＦ電力波形５０２は、時間ｔ_０に導入されて、第１電力レベルの第１電力パルス５１０と、第２電力レベルの第２電力パルス５１２と、ゼロ電力レベルの第３電力パルス５１４とを含んでもよい。

【0035】

いくつかの実施形態では、マスターＲＦ電力波形５０２の周波数は、約２ＭＨｚから約２００ＭＨｚであってもよい。いくつかの実施形態では、マスターＲＦ電力波形５０２の電力レベルは、約２００ワットから約５．０ｋＷ（例えば、３．６ｋＷ）であってもよい。マスターＲＦ電力波形５０２がパルス化されている場合、第２電力レベルの値は第１電力レベルの約０～１００％であってもよい。他の諸実施形態では、第２電力レベルは第１電力レベルより大きくてもよい。

【0036】

第１スレーブＲＦ電力波形５０４もまた、（図示のように）時間ｔ_０に、又は遅延期間５２５の後に導入されてもよい。第１スレーブＲＦ電力波形５０４は、第１電力レベルの第１電力パルス５３０と、第２電力レベルの第２電力パルス５３２と、第３電力レベルの第３電力パルス５３４とを含んでもよい。図５に例示するように、第１電力パルス５３０は、第２電力パルス５３２及び第３電力パルス５３４に先行する。所望であれば、追加の電力パルスをその順序で、又は異なる順序で提供してもよい。図５に示すように、第１電力パルス５３０を高電力レベルで提供してもよく、第２電力パルス５３２を第１電力パルス５３０よりも低い低電力レベルで提供してもよく、第３電力パルス５３４をゼロ電力レベルで提供してもよい。いくつかの実施形態では、各電力パルス５３０、５３２及び５３４が印加される各期間の長さは、互いに異なっていてもよい。他の諸実施形態では、各電力パルス５３０、５３２及び５３４が印加される各期間の長さは、互いに同等であってもよい。いくつかの実施形態では、第１スレーブＲＦ電力波形５０４を、約１ＭＨｚから約３ＭＨｚの周波数で提供してもよい。他の諸実施形態では、上述のような他の周波数を使用してもよい。

【0037】

第２スレーブＲＦ電力波形５０６もまた、（図示のように）時間ｔ_０に、又は遅延期間５２５の後に導入されてもよい。いくつかの実施形態では、第２スレーブＲＦ電力波形５０６は、マスターＲＦ電力波形５０２及び／又は第１スレーブＲＦ電力波形５０４に関して上述したものと同様の構成を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第２スレーブＲＦ電力波形５０６は、第１電力レベルの第１電力パルス５４０と、第２電力レベルの第２電力パルス５４２とを含み得る。図５に示すように、第１電力パルス５４０を低電力レベルで提供してもよく、第２電力パルス５３２を第１電力レベル５４０よりも高い高電力レベルで提供してもよい。

【0038】

第３スレーブＲＦ電力波形５０８もまた、時間ｔ_０に、又は（図示のように）遅延期間５２５の後に導入されてもよい。いくつかの実施形態では、第３スレーブＲＦ電力波形５０６は、マスターＲＦ電力波形５０２、第１スレーブＲＦ電力波形５０４、又は第２スレーブＲＦ電力波形５０６に関して上述したものと同様の構成を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第３スレーブＲＦ電力波形５０８は、第１電力レベルの第１電力パルス５５０と、第２電力レベルの第２電力パルス５５２とを含み得る。図５に示すように、第１電力パルス５５０をゼロ電力レベルで提供してもよく、第２電力パルス５５２を高電力レベルで提供してもよい。

【0039】

いくつかの実施形態では、別個のＲＦ電力波形のデューティサイクルは同期している。いくつかの実施形態では、ＴＴＬ信号は、ＤＣ発生器１６２によって提供されるタイミング信号であってもよい。

【0040】

図５では、高レベル間隔５２２及び低レベル間隔５２４が提供される。ＣＰＵ１３０は、高い平均インピーダンス値を計算するように構成される。この高い平均インピーダンス値とは、高レベル間隔にわたる平均インピーダンス値である。ＣＰＵは、低い平均インピーダンス値を計算するように構成される。この低い平均インピーダンス値とは、低レベル間隔にわたる平均インピーダンス値である。ＣＰＵ１３０は、計算された高い平均インピーダンス値及び低い平均インピーダンス値に基づいて目標インピーダンス値を計算するように構成される。いくつかの実施形態では、目標インピーダンス値は、高い平均インピーダンス値及び低い平均インピーダンス値の平均値である。いくつかの実施形態では、目標インピーダンス値は、低い平均インピーダンス値よりも高い平均インピーダンス値に近い。いくつかの実施形態では、目標インピーダンス値は、高い平均インピーダンス値よりも低い平均インピーダンス値に近い。１つ以上のＲＦ整合ネットワークは、目標インピーダンスへ同調して有益にも平均反射電力を最小化するように構成される。ＴＴＬ信号の新しいデューティサイクルごとに、システムが同調して、供給された総進行波電力に基づき、新しい反射電力に対して補償する。

【0041】

反射電力をさらに最小化するために、本発明者らは、上記の装置を活用した方法を開発した。この装置が複数のＲＦ電力波形をより速く同調させて平均反射電力を最小化する時に使用する方法を、図６に示し、以下で説明する。本開示と合致する諸実施形態では、方法６００は、１つ以上のＲＦ整合ネットワーク６０４、１つ以上のＲＦ発生器６０２、又はコントローラ１６０によって実行され得る。

【0042】

方法７００は工程７０２から始まり、ここで基板を処理するための処理レシピを受け取る。処理レシピは、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０からの複数のパルスＲＦ電力波形（すなわち、５０２、５０４、５０６及び５０８）を含む。複数のＲＦ発生器は、マスターＲＦ発生器１４０と、１つ以上のスレーブＲＦ発生器１４４、１４８及び１５０とを含む。工程７０４で、マスターＲＦ発生器１４０を使用して、基本周波数及び第１デューティサイクルを有するＴＴＬ信号を生成することができる。工程７０６で、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０の各々に対して乗数が設定される。いくつかの実施形態では、複数のＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０のうちの少なくとも１つに対して乗数が設定される。乗数は整数値である。工程７０８で、第１デューティサイクルは、高レベル間隔５２２と低レベル間隔５２４に分割される。高レベル間隔５２２は、ＴＴＬ信号の検出された立ち上がり及びＴＴＬ信号の検出された立ち下がりの持続時間と一致する。低レベル間隔５２４は、ＴＴＬ信号の検出された立ち下がり及びＴＴＬ信号の検出されたその後の立ち上がりの持続時間と一致する。いくつかの実施形態では、ＣＰＵ１３０は、ＴＴＬ立ち上がり及びＴＴＬ立ち下がりのタイミングを受信することができる。

【0043】

工程７１０で、各ＲＦ発生器に対する周波数コマンドセットを決定する。ここで、周波数コマンドセットは周波数設定点を含む。いくつかの実施形態では、周波数コマンドセットは、ＲＦ整合ネットワーク（例えば、ＲＦ整合ネットワーク６０４）によって決定される。周波数コマンドセットは、第１デューティサイクルに対する周波数及び／又は電力設定点を含む。いくつかの実施形態では、周波数コマンドセットは、ＲＦ整合ネットワーク及びＲＦ発生器に通信可能に接続されたコントローラ（例えば、コントローラ１６０）を介してＲＦ整合ネットワークによって間接的にＲＦ発生器へ送信される。ＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０の各々に対して決定された周波数コマンドセットは、周波数コマンドセットと関連付けられた対応するＲＦ発生器１４０、１４４、１４８及び１５０へ送信される。いくつかの実施形態では、周波数コマンドセットを、高速リンクケーブル１５３、２１２、２１４、２１６を介してそれぞれの発生器へ送信してもよい。他の諸実施形態では、周波数コマンドセットを、コントローラ１６０を介してそれぞれの発生器へ送信してもよい。

【0044】

周波数コマンドセットを決定する工程は、ＣＰＵ１３０が高レベル間隔にわたる高い平均インピーダンス値と低レベル間隔にわたる低い平均インピーダンス値とを計算する工程を含んでもよい。次に、ＣＰＵ１３０は、高い平均インピーダンス値及び低い平均インピーダンス値に基づいて目標インピーダンスを計算してもよい。１つ以上のＲＦ整合ネットワークを、１つ以上のＲＦ整合ネットワーク内に配置された可変整合構成要素（例えば、可変コンデンサ／インダクタ）を使用して目標インピーダンスへ同調させてもよい。可変インピーダンス整合構成要素は、可変コンデンサ又はインダクタのうちの少なくとも１つを含む。

【0045】

いくつかの実施形態では、インピーダンス整合ネットワーク１４２、１４６、１４９及び１５２内の可変インピーダンス整合構成要素６０８の各々は、計算された同じ目標インピーダンス値へ同調する。図７には、単一のデューティサイクルの間に生じるプロセスが示されており、必要に応じてこのプロセスを繰り返して基板を処理してもよい。本開示と合致するいくつかの実施形態では、処理レシピは全てのデューティサイクルに対するＲＦパルス電力波形を含んでもよく、このＲＦパルス電力波形は各間隔での周波数及び電力の点で互いに常に同一でなくてもよい。したがって、上記のように、個々のデューティサイクルの各々を別個に分析して分割してもよい。

【0046】

工程７１２で、複数のＲＦ発生器からの複数のパルスＲＦ電力波形（例えば、５０２、５０４、５０６及び４５０８）が、第１デューティサイクルの間に各発生器へ送信された周波数コマンドセットに従って、処理チャンバへ提供される。すなわち、ＲＦパルス電力は、工程７１０で決定された周波数設定点で提供される。場合によっては、前の時間間隔のための前の設定点が、次の時間間隔での設定点と等しい場合、以下で説明するように、測定値に基づいて反射電力を低減するために周波数を調整した場合を除いて、調整の必要はない。

【0047】

工程７１２の後、各ＲＦ整合ネットワーク６０４でインピーダンス／反射電力を整合センサ６０６によって測定する。工程７１２の後に測定されたインピーダンスに基づいて、ＲＦ発生器のうちの１つ以上によって提供される周波数及び／又は電力を調整して、反射電力をさらに低減してもよい。これらの微小周波数調整量を、高速リンクケーブル１５３、２１２、２１４、２１６を介して送信してもよい。この方法を繰り返して工程７１２へ戻ってきて、後続の時間間隔の開始時にＲＦパルス電力波形を提供し、反射／電力インピーダンスを測定し、基板の処理が完了するまで周波数／電力を調整する。この時点で、この方法は工程７１４にて終了する。

【0048】

方法７００は、プラズマリアクタの１つ以上のプロセッサによって実行される。このプロセッサとは、例えば、１つ以上のインピーダンス整合ネットワーク（すなわち、整合器）のプロセッサ、１つ以上のＲＦ発生器のプロセッサ、パルスコントローラのプロセッサなどである。プロセッサの例には、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置（ＣＰＵ）などがある。

【0049】

開示された実施形態は、コンピューターシステムに格納されたデータを含む様々なコンピューター実行操作を使用することができる。これらの動作は、物理量の物理的な操作を必要とするものである。実施形態の一部を形成する、本明細書に記載の動作のいずれも有用な機械動作である。実施形態は、これらの動作を実行するためのデバイス又は装置にも関係する。装置を、特殊用途のコンピューター用に特別に構築してもよい。特殊用途のコンピューターとして定められた場合には、コンピューターは、その特殊用途のために動作できる一方で、その特殊用途の一部ではない他の処理、プログラム実行、又はルーチンをも実行し得る。あるいは、コンピューターのメモリ、キャッシュに格納された、又はネットワーク経由で取得された１つ以上のコンピュータープログラムによって選択的にアクティブ化又は構成された汎用コンピューターによって、動作を処理してもよい。ネットワーク経由でデータが取得される場合には、そのデータを、ネットワーク上の他のコンピューター、例えばコンピューティングリソースのクラウドで処理してもよい。

【0050】

１つ以上の実施形態を、非一時的なコンピューター可読媒体上のコンピューター可読コードとして製作し得る。コンピューター可読媒体は、データを格納できる任意のデータストレージであり、後から、コンピューターシステムで読み取ることができる。コンピューター可読媒体の例には、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、ＣＤ書き込み可能媒体（ＣＤ－Ｒ）、ＣＤ書き換え可能媒体（ＣＤ－ＲＷ）、磁気テープ、その他の光学式及び非光学式のデータ記憶装置がある。コンピューター可読媒体が、ネットワーク接続されたコンピューターシステム上に分散されたコンピューター可読有形媒体を含み得ることで、コンピューター可読コードは分散様式で格納及び実行される。

【0051】

上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他のさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく創作され得る。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】