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(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】P2024163993
(43)【公開日】2024-11-26
(54)【発明の名称】プラズマ処理用途のためのパルス電圧源
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20241119BHJP
C23C 16/509 20060101ALI20241119BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241119BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20241119BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
C23C16/509
H01L21/31 C
H01L21/302 101B
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024107250
(22)【出願日】2024-07-03
(62)【分割の表示】P 2023504709の分割
【原出願日】2022-05-24
(31)【優先権主張番号】17/356,446
(32)【優先日】2021-06-23
(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】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】キューべインズ， ファブリス
(72)【発明者】
【氏名】グリシン， ドミトリー
(57)【要約】 （修正有）
【課題】広くは、処理チャンバ内で基板をプラズマ処理するための装置、例えばプラズマ処理システム、及び方法に関し、基板上での所望なプラズマ支援プロセスの完了を可能にするパルス電圧源及びバイアス方法が必要とされている。
【解決手段】幾つか実施形態は、波形生成器を対象とする。波形生成器は、概して、第１の電圧段を含む。第１の電圧段は、第１の電圧源、第１のスイッチ、及び第２のスイッチを有する。その場合、第１の電圧源の第１の端子が、第１のスイッチの第１の端子に結合され、第１の電圧源の第２の端子が、第２のスイッチの第１の端子に結合されている。波形生成器はまた、第１のスイッチと第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合された電流段も含む。電流段は、電流源及び電流源に結合された第３のスイッチを有する。
【選択図】図４
【解決手段】幾つか実施形態は、波形生成器を対象とする。波形生成器は、概して、第１の電圧段を含む。第１の電圧段は、第１の電圧源、第１のスイッチ、及び第２のスイッチを有する。その場合、第１の電圧源の第１の端子が、第１のスイッチの第１の端子に結合され、第１の電圧源の第２の端子が、第２のスイッチの第１の端子に結合されている。波形生成器はまた、第１のスイッチと第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合された電流段も含む。電流段は、電流源及び電流源に結合された第３のスイッチを有する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の電圧源、
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチを有する、第１の電圧段であって、
前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合されている、第１の電圧段、並びに
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合された電流段であって、
電流源、及び
前記電流源に結合された第３のスイッチを有する、電流段を備える、波形生成器。
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチを有する、第１の電圧段であって、
前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合されている、第１の電圧段、並びに
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合された電流段であって、
電流源、及び
前記電流源に結合された第３のスイッチを有する、電流段を備える、波形生成器。
【請求項2】
前記第１の電圧源は、容量素子を備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項3】
前記電流源は、
容量素子、及び
前記容量素子と直列に結合された誘導素子を備える、請求項１に記載の波形生成器。
容量素子、及び
前記容量素子と直列に結合された誘導素子を備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項4】
第２の電圧段を更に備え、前記第２の電圧段は、
第２の電圧源、
第４のスイッチ、及び
第５のスイッチを有し、前記第２の電圧源の第１の端子は、前記第４のスイッチの第１の端子に結合され、前記第２の電圧源の第２の端子は、前記第５のスイッチの第１の端子に結合され、前記第４のスイッチと前記第５のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第１の電圧段又は前記電流段に結合されている、請求項１に記載の波形生成器。
第２の電圧源、
第４のスイッチ、及び
第５のスイッチを有し、前記第２の電圧源の第１の端子は、前記第４のスイッチの第１の端子に結合され、前記第２の電圧源の第２の端子は、前記第５のスイッチの第１の端子に結合され、前記第４のスイッチと前記第５のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第１の電圧段又は前記電流段に結合されている、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項5】
第３の電圧段を更に備え、前記第３の電圧段は、
第３の電圧源、
第６のスイッチ、及び
第７のスイッチを有し、前記第３の電圧源の第１の端子は、前記第６のスイッチの第１の端子に結合され、前記第３の電圧源の第２の端子は、前記第７のスイッチの第１の端子に結合され、前記第６のスイッチと前記第７のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第１の電圧段、前記第２の電圧段、又は前記電流段に結合されている、請求項４に記載の波形生成器。
第３の電圧源、
第６のスイッチ、及び
第７のスイッチを有し、前記第３の電圧源の第１の端子は、前記第６のスイッチの第１の端子に結合され、前記第３の電圧源の第２の端子は、前記第７のスイッチの第１の端子に結合され、前記第６のスイッチと前記第７のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第１の電圧段、前記第２の電圧段、又は前記電流段に結合されている、請求項４に記載の波形生成器。
【請求項6】
前記第１の電圧源は、第１の容量素子を備え、
前記第２の電圧源は、第２の容量素子を備え、
前記第３の電圧源は、第３の容量素子を備え、
前記波形生成器は、前記第１の容量素子、前記第２の容量素子、及び前記第３の容量素子を充電するように構成された１以上の充電回路を更に備える、請求項５に記載の波形生成器。
前記第２の電圧源は、第２の容量素子を備え、
前記第３の電圧源は、第３の容量素子を備え、
前記波形生成器は、前記第１の容量素子、前記第２の容量素子、及び前記第３の容量素子を充電するように構成された１以上の充電回路を更に備える、請求項５に記載の波形生成器。
【請求項7】
前記１以上の充電回路は、前記第３の容量素子を、前記第１の容量素子及び前記第２の容量素子よりも低い電圧に充電するように構成されている、請求項６に記載の波形生成器。
【請求項8】
前記第２のスイッチの前記第１の端子は、前記波形生成器の出力ノードに結合されている、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項9】
前記波形生成器の前記出力ノードは、処理チャンバに結合されている、請求項８に記載の波形生成器。
【請求項10】
前記第３のスイッチの第１の端子と第２の端子との間に結合されたダイオードを更に備える、請求項１に記載の波形生成装置。
【請求項11】
前記ダイオードは、前記第３のスイッチの本体ダイオードを含む、請求項１０に記載の波形生成器。
【請求項12】
波形生成用の方法であって、
動作の第１のモード中に、複数のスイッチを制御することによって波形生成器の出力電流経路内に第１の電圧源を組み込むこと、並びに
動作の第２のモード中に、前記複数のスイッチを制御することによって、前記出力電流径路内に電流源を組み込むことを含み、前記複数のスイッチは、
第１のスイッチ、
第２のスイッチであって、前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合されている、第２のスイッチ、及び
前記電流源と並列に結合された第３のスイッチであって、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合されている第３のスイッチを含む、方法。
動作の第１のモード中に、複数のスイッチを制御することによって波形生成器の出力電流経路内に第１の電圧源を組み込むこと、並びに
動作の第２のモード中に、前記複数のスイッチを制御することによって、前記出力電流径路内に電流源を組み込むことを含み、前記複数のスイッチは、
第１のスイッチ、
第２のスイッチであって、前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合されている、第２のスイッチ、及び
前記電流源と並列に結合された第３のスイッチであって、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合されている第３のスイッチを含む、方法。
【請求項13】
前記出力電流経路内に前記第１の電圧源を組み込むことは、前記第１のスイッチを閉じること、前記第２のスイッチを開くこと、及び前記第３のスイッチを閉じることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記出力電流経路内に前記電流源を組み込むことは、前記第１のスイッチを閉じること、前記第２のスイッチを開くこと、及び前記第３のスイッチを開くことを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記動作の第１のモード中に、前記複数のスイッチを制御することによって、前記出力電流経路内に第２の電圧源を組み込むことを更に含み、前記複数のスイッチは、
第４のスイッチ、及び
第５のスイッチを更に含み、
前記第２の電圧源の第１の端子は、前記第４のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第２の電圧源の第２の端子は、前記第５のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第４のスイッチと前記第５のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第２のスイッチ又は前記第３のスイッチに結合されている、請求項１２に記載の方法。
第４のスイッチ、及び
第５のスイッチを更に含み、
前記第２の電圧源の第１の端子は、前記第４のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第２の電圧源の第２の端子は、前記第５のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第４のスイッチと前記第５のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第２のスイッチ又は前記第３のスイッチに結合されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記出力電流経路内に前記第２の電圧源を組み込むことは、前記第４のスイッチを閉じること、及び前記第５のスイッチを開くことを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
動作の第３のモード中に、前記複数のスイッチを制御することによって、前記出力電流経路内に第３の電圧源を組み込むことを更に含み、前記複数のスイッチは、
第６のスイッチ、及び
第７のスイッチを更に含み、
前記第３の電圧源の第１の端子は、前記第６のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第３の電圧源の第２の端子は、前記第７のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第６のスイッチと前記第７のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第３のスイッチに結合されている、請求項１５に記載の方法。
第６のスイッチ、及び
第７のスイッチを更に含み、
前記第３の電圧源の第１の端子は、前記第６のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第３の電圧源の第２の端子は、前記第７のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第６のスイッチと前記第７のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、前記第３のスイッチに結合されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項18】
前記出力電流経路内に前記第３の電圧源を組み込むことは、前記第６のスイッチを閉じ、前記第７のスイッチを開くことを含み、
前記動作の第１のモード及び前記動作の第２のモード中に、前記第６のスイッチが開かれ、前記第７のスイッチが閉じている、請求項１７に記載の方法。
前記動作の第１のモード及び前記動作の第２のモード中に、前記第６のスイッチが開かれ、前記第７のスイッチが閉じている、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
波形生成用の装置であって、
メモリ、並びに
前記メモリに結合された１以上のプロセッサを備え、前記メモリ及び前記１以上のプロセッサは、
動作の第１のモード中に、複数のスイッチを制御することによって波形生成器の出力電流経路内に第１の電圧源を組み込むこと、並びに
動作の第２のモード中に、前記複数のスイッチを制御することによって、前記出力電流径路内に電流源を組み込むこと、を実行するように構成され、前記複数のスイッチは、
第１のスイッチ、
第２のスイッチであって、前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合されている、第２のスイッチ、及び
前記電流源と並列に結合された第３のスイッチであって、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合されている第３のスイッチを含む、装置。
メモリ、並びに
前記メモリに結合された１以上のプロセッサを備え、前記メモリ及び前記１以上のプロセッサは、
動作の第１のモード中に、複数のスイッチを制御することによって波形生成器の出力電流経路内に第１の電圧源を組み込むこと、並びに
動作の第２のモード中に、前記複数のスイッチを制御することによって、前記出力電流径路内に電流源を組み込むこと、を実行するように構成され、前記複数のスイッチは、
第１のスイッチ、
第２のスイッチであって、前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合されている、第２のスイッチ、及び
前記電流源と並列に結合された第３のスイッチであって、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合されている第３のスイッチを含む、装置。
【請求項20】
前記メモリ及び前記１以上のプロセッサは、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチを開き、前記第３のスイッチを閉じることによって、前記第１の電圧源を前記出力電流経路内に組み込むように構成され、
前記メモリ及び前記１以上のプロセッサは、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチを開き、前記第３のスイッチを開くことによって、前記電流源を前記出力電流経路内に組み込むように構成されている、請求項１９に記載の装置。
前記メモリ及び前記１以上のプロセッサは、前記第１のスイッチを閉じ、前記第２のスイッチを開き、前記第３のスイッチを開くことによって、前記電流源を前記出力電流経路内に組み込むように構成されている、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001] 本開示の実施形態は、広くは、半導体デバイス製造に使用されるシステムに関する。特に、本開示の実施形態は、基板を処理するために使用されるプラズマ処理システムに関する。
【背景技術】
【0002】
[0002] 高いアスペクト比のフィーチャを確実に生成することは、次世代の半導体デバイスにとって重要な技術課題の１つである。高いアスペクト比のフィーチャを形成する１つの方法は、基板表面上に形成されたパターニング済みマスク層内に形成された開口部を通して、基板の表面上に形成された材料に衝突させるために、プラズマ支援エッチングプロセスを使用する。
【0003】
[0003] 技術ノードが２nmに向けて進歩するにつれて、より高いアスペクト比を有するより小さいフィーチャの製造は、プラズマ処理のための原子精度を必要とする。半導体機器産業において、プラズマイオンが主要な役割を果たすエッチングプロセスでは、イオンエネルギー制御が常に困難である。典型的なプラズマ支援エッチングプロセスでは、処理チャンバ内に配置された静電チャック（ＥＳＣ）上に基板が配置され、基板の上にプラズマが生成され、イオンが、プラズマからプラズマシース（すなわち、プラズマと基板の表面との間に生成された電子が枯渇した領域）を横切って基板に向けて加速される。正弦波のRF波形を使用してプラズマを励起し、プラズマシースを生成する従来のRF基板バイアス法では、これらのより小さなデバイスフィーチャサイズを望ましく生成することができなかった。最近、処理チャンバ内の１以上の電極への高電圧DCパルスの供給が、基板の表面の上に生成されるプラズマシースを望ましく制御するのに有用であり得ることが見出された。
【0004】
[0004] しかし、速い立ち上がり時間及び／又は速い立ち下がり時間を有する高電圧パルスを生成することは、困難である。例えば、高電圧パルス（例えば、＞５kV）での速い立ち上がり時間及び／又は速い立ち下がり時間（例えば、＜２．５μs）を実現するには、パルス立ち上がり及び／又は立ち下がりの勾配が、非常に急でなければならない（例えば、１０V／s）。このような急な立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間は、特に静電容量の小さい負荷を駆動する回路では非常に困難である。このようなパルスは、標準的な電気部品を使用してコンパクトなやり方で、並びに／又は可変パルス幅、電圧、及び繰り返し率を有するパルスを用いて、並びに／又は例えばプラズマの生成などの容量性負荷を有する用途においては、生成することが特に困難である可能性がある。
【0005】
[0005] したがって、当技術分野では、基板上での所望なプラズマ支援プロセスの完了を可能にするパルス電圧源及びバイアス方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0006】
[0006] 本明細書で提供される複数の実施形態は、広くは、処理チャンバ内で基板をプラズマ処理するための装置、例えばプラズマ処理システム、及び方法を含む。
【0007】
[0007] 幾つか実施形態は、波形生成器を対象とする。波形生成器は、概して、第１の電圧段を含む。第１の電圧段は、第１の電圧源、第１のスイッチ、及び第２のスイッチを有する。その場合、第１の電圧源の第１の端子が、第１のスイッチの第１の端子に結合され、第１の電圧源の第２の端子が、第２のスイッチの第１の端子に結合されている。波形生成器はまた、第１のスイッチと第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合された電流段も含む。電流段は、電流源及び電流源に結合された第３のスイッチを有する。
【0008】
[0008] 幾つか実施形態は、波形生成用の方法を対象とする。該方法は、概して、動作の第１のモード中に、複数のスイッチを制御することによって波形生成器の出力電流経路内に第１の電圧源を組み込むこと、及び、動作の第２のモード中に、複数のスイッチを制御することによって、出力電流径路内に電流源を組み込むことを含む。複数のスイッチは、第１のスイッチ、第２のスイッチ、及び電流源と並列に結合された第３のスイッチを含む。第１の電圧源の第１の端子が、第１のスイッチの第１の端子に結合されている。第１の電圧源の第２の端子が、第２のスイッチの第１の端子に結合されている。第３のスイッチは、第１のスイッチと第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合されている。
【0009】
[0009] 幾つか実施形態は、波形生成用の装置を対象とする。該装置は、概して、メモリ、及びメモリに結合された１以上のプロセッサを含む。該メモリ及び１以上のプロセッサは、動作の第１のモード中に、複数のスイッチを制御することによって波形生成器の出力電流経路内に第１の電圧源を組み込むこと、及び、動作の第２のモード中に、複数のスイッチを制御することによって出力電流径路内に電流源を組み込むこと、を実行するように構成されている。複数のスイッチは、第１のスイッチ、第２のスイッチ、及び電流源と並列に結合された第３のスイッチを含む。第１の電圧源の第１の端子が、第１のスイッチの第１の端子に結合されている。第１の電圧源の第２の端子が、第２のスイッチの第１の端子に結合されている。第３のスイッチは、第１のスイッチと第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合されている。
【0010】
[0010] 本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、その幾つかを添付の図面に示す。しかし、添付図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】[0011] 本明細書で説明される方法を実施するように構成された、１以上の実施形態による処理システムの概略断面図である。
【図2】[0012] 処理チャンバに関連付けられた浮遊容量及び基板支持体容量を示す。
【図4】［0014］ 本開示の特定の複数の実施形態によるパルス生成器（pulser）を示す。
【図5A】［0015］ 本開示の特定の複数の実施形態によるパルス生成器の動作の様々なモードを示す。
【図5B】[0016] 本開示の特定の複数の実施形態による、動作の様々なモード中のパルス生成器のスイッチの状態を示すタイミング図である。
【図6】[0017] 本開示の特定の複数の態様による、容量素子を充電するために使用される充電回路を示す。
【図7】[0018] 本開示の特定の複数の実施形態による、波形生成の方法を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[0019] 本開示の特定の複数の態様は、概して、プラズマ処理システム用の電圧波形を生成するための技法を対象とする。基板のプラズマ処理中に、プラズマ処理チャンバ内に配置された電極に提供される電圧波形は、典型的には、シース崩壊段階及びイオン電流段階を含むように構成されることになる。シース崩壊段階は、処理チャンバ内に配置された基板支持体上に配置された基板の表面の上に生成されたシースを崩壊させるために使用される正電圧（例えば、１００ボルト）を生成することによって実施されてよい。イオン電流段階中に、処理チャンバ内のイオンは、負電圧（例えば、－１６００ボルト）を生成することによって流れ始めてよい。幾つかの実施形態では、波形のイオン電流段階中の電圧は、本明細書でより詳細に説明されるように、電流補償を実施するためにランプを有してよい。電圧波形は、波形生成器の出力電流経路内に様々な電圧源（例えば、容量素子）を選択的に組み込むことによって生成されてよい。
【0013】
プラズマ処理システムの複数の実施例
[0020] 図１は、本明細書で説明される複数のプラズマ処理方法のうちの１以上を実施するように構成された、処理システム１０の概略断面図である。幾つか実施形態では、処理システム１０が、反応性イオンエッチング（RIE）プラズマ処理などのプラズマ支援エッチングプロセス用に構成されている。しかし、本明細書で説明される複数の実施形態はまた、プラズマ堆積プロセス、例えば、プラズマ化学気相堆積（PECVD）プロセス、プラズマ物理的気相堆積（PEPVD）プロセス、プラズマ原子層堆積（PEALD）プロセス、プラズマ処理プロセス、又はプラズマベースのイオン注入プロセス（例えば、プラズマドーピング（PLAD）プロセス）などの、他のプラズマ支援プロセスで使用されるように構成された処理システムと共に使用されてよいことに留意されたい。
[0020] 図１は、本明細書で説明される複数のプラズマ処理方法のうちの１以上を実施するように構成された、処理システム１０の概略断面図である。幾つか実施形態では、処理システム１０が、反応性イオンエッチング（RIE）プラズマ処理などのプラズマ支援エッチングプロセス用に構成されている。しかし、本明細書で説明される複数の実施形態はまた、プラズマ堆積プロセス、例えば、プラズマ化学気相堆積（PECVD）プロセス、プラズマ物理的気相堆積（PEPVD）プロセス、プラズマ原子層堆積（PEALD）プロセス、プラズマ処理プロセス、又はプラズマベースのイオン注入プロセス（例えば、プラズマドーピング（PLAD）プロセス）などの、他のプラズマ支援プロセスで使用されるように構成された処理システムと共に使用されてよいことに留意されたい。
【0014】
[0021] 図示されているように、処理システム１０は、容量結合プラズマ（CCP）を形成するように構成されている。その場合、処理チャンバ１００が、処理空間１２９内に配置された上側電極（例えば、チャンバリッド１２３）を含む。上側電極は、これもまた処理空間１２９内に配置された下側電極（例えば、基板支持アセンブリ１３６）と対向する。典型的な容量結合プラズマ（CCP）処理システムでは、高周波（RF）源（例えば、RF生成器１１８）が、上側電極又は下側電極のうちの一方に電気的に結合され、プラズマ（例えば、プラズマ１０１）を点火して維持するように構成されたRF信号を供給する。この構成では、プラズマが、上側電極と下側電極の各々に容量結合され、それらの間の処理領域内に配置される。典型的には、上側電極又は下側電極のうちの他方が、接地又は第２のRF電源に結合される。支持ベース１０７などの基板支持アセンブリ１３６の１以上の構成要素が、プラズマ生成器アセンブリ１６３に電気的に結合される。プラズマ生成器アセンブリ１６３は、RF生成器１１８を含み、チャンバリッド１２３は、接地に電気的に結合されている。図示されているように処理システム１０は、処理チャンバ１００、支持アセンブリ１３６、及びシステムコントローラ１２６を含む。
【0015】
[0022] 処理チャンバ１００は、典型的には、チャンバ本体１１３を含む。チャンバ本体１１３は、チャンバリッド１２３、１以上の側壁１２２、及びチャンバベース１２４を含む。それらは、集合的に処理空間１２９を画定する。１以上の側壁１２２及びチャンバベース１２４は、概して、処理チャンバ１００の要素用の構造的支持を形成するようにサイズ決定され成形された材料であって、それらに印加される圧力及び更なるエネルギーに耐えるように構成された材料を含む。一方で、プラズマ１０１は、処理中に処理チャンバ１００の処理空間１２９内で維持される減圧環境内で生成される。一実施例では、１以上の側壁１２２及びチャンバベース１２４が、アルミニウム、アルミニウム合金、又はステンレス鋼合金などの、金属から形成される。
【0016】
[0023] チャンバリッド１２３を貫通して配置されたガス入口１２８は、処理空間１２９に流体連通した処理ガス源１１９から、１種類以上の処理ガスを処理空間１２９に供給するために使用される。基板１０３は、１以上の側壁１２２のうちの１つ内の開口部（図示せず）を通して、処理空間１２９の中に装填され、処理空間１２９から取り出される。該開口部は、基板１０３のプラズマ処理中にスリットバルブ（図示せず）によって密封される。
【0017】
［0024] システムコントローラ１２６がまた、本明細書で処理チャンバコントローラとも呼ばれ、中央処理装置（CPU）１３３、メモリ１３４、及びサポート回路１３５を含む。システムコントローラ１２６は、基板１０３を処理するために使用されるプロセスシーケンス（本明細書で説明される基板バイアス方法を含む）を制御するために使用される。CPU１３３は、処理チャンバ及び処理チャンバと関連するサブプロセッサを制御するための、産業設定で使用されるように構成された汎用コンピュータプロセッサである。本明細書で説明されるメモリ１３４は、一般に不揮発性メモリであり、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フロッピー若しくはハードディスクドライブ、又は他の適切な形態のデジタルストレージ（ローカル若しくはリモート）を含んでよい。サポート回路１３５は、従来からCPU１３３に結合されており、キャッシュ、クロック回路、入／出力サブシステム、電源など、及びこれらの組み合わせを備える。ソフトウェア指示命令（プログラム）及びデータが、CPU１３３内のプロセッサに指示命令するために符号化され、メモリ１３４内に記憶され得る。システムコントローラ１２６内のCPU１３３によって読み取り可能なソフトウェアプログラム（又はコンピュータ指示命令）は、どの作業が処理システム１０内の構成要素によって実行可能であるかを特定する。
【0018】
[0025] 典型的には、プログラムが、システムコントローラ１２６内のCPU１３３によって読み取り可能であり、コードを含む。該コードは、プロセッサ（CPU１３３）によって実行されると、本明細書で説明されるプラズマ処理スキームに関連する作業を実行する。該プログラムは、指示命令を含んでよい。該指示命令は、処理システム１０内の様々なハードウェア及び電気部品を制御するために使用される。それによって、本明細書で説明される方法を実施するために使用される、様々なプロセス作業及び様々なプロセスシーケンスを実行する。一実施形態では、プログラムが、図7に関連して以下で説明される動作のうちの１以上を実行するために使用される指示命令を含む。
【0019】
[0026] 処理システムは、プラズマ生成器アセンブリ１６３、第１のパルス電圧（PV）波形をバイアス電極１０４において確立するための第１のPV源アセンブリ１９６、及び第２のPV波形をエッジ制御電極１１５において確立するための第２のPV源アセンブリ１９７を含んでよい。第１のＰＶ波形又は第２のＰＶ波形は、図4、図５Ａ、及び図５Ｂに関連して本明細書でより詳細に説明されるように、波形生成器を使用して生成されてよい。幾つかの実施形態では、プラズマ生成器アセンブリ１６３が、支持ベース１０７（例えば、電極又はカソード）にRF信号を供給する。支持ベース１０７は、基板支持アセンブリ１３６とチャンバリッド１２３との間に配置された処理領域内でプラズマ１０１を生成する（維持する及び／又は点火する）ために使用されてよい。幾つかの実施形態では、RF生成器１１８が、１MHz以上、又は約２MHz以上、例えば約１３．５６MHz以上などの、周波数を有するRF信号を供給するように構成される。
【0020】
[0027] 上述されたように、幾つかの実施形態では、プラズマ生成器アセンブリ１６３が、RF生成器１１８及びRF生成器アセンブリ１６０を含み、概して、システムコントローラ１２６から提供される制御信号に基いて、所望な量の連続波（CW）又はパルスRF電力を、所望の実質的に一定な正弦波形の周波数で、基板支持アセンブリ１３６の支持ベース１０７に供給するように構成されている。処理中に、プラズマ生成器アセンブリ１６３は、基板支持体１０５に近接して且つ基板支持アセンブリ１３６内に配置された支持ベース１０７に、RF電力（例えば、RF信号）を供給するように構成されている。支持ベース１０７に供給されるRF電力は、処理空間１２９内に配置された処理ガスの処理プラズマ１０１を点火し維持するように構成される。
【0021】
[0028] 幾つかの実施形態では、支持ベース１０７が、両方ともRF生成器アセンブリ１６０内に配置されている、RF整合回路１６２と第１のフィルタアセンブリ１６１を介して、RF生成器１１８に電気的に結合されたRF電極である。第１のフィルタアセンブリ１６１は、PV波形生成器１５０の出力によって生成された電流が、RF電力供給ライン１６７を通って流れ、RF生成器１１８に損傷を与えることを実質的に防止するように構成された１以上の電気素子を含む。第１のフィルタアセンブリ１６１は、PV波形生成器１５０内のPVパルス生成器P1から生成されるPV信号に対して高インピーダンス（例えば、高Ｚ）として作用し、したがって、RF整合回路１６２及びRF生成器１１８への電流の流れを阻止する。
【0022】
[0029] 幾つかの実施形態では、RF生成器アセンブリ１６０及びRF生成器１１８が、処理空間１２９内に配置された処理ガス、及び、RF生成器１１８によって支持ベース１０７に供給されたRF電力（RF信号）によって生成された電場を使用して、処理プラズマ１０１を点火し維持するために使用される。処理空間１２９は、減圧出口１２０を介して１以上の専用減圧ポンプに流体結合されている。１以上の専用減圧ポンプは、処理空間１２９を準大気圧状態に維持し、処理空間１２９から処理ガス及び／又は他のガスを排気する。幾つかの実施形態では、処理空間１２９内に配置された基板支持アセンブリ１３６が、接地され且つチャンバベース１２４を貫通して延在する支持シャフト１３８上に配置される。しかし、幾つかの実施形態では、RF生成器アセンブリ１６０が、支持ベース１０７に対して基板支持体１０５内に配置されたバイアス電極１０４にRF電力を供給するように構成される。
【0023】
[0030] 短く上述されたように、基板支持アセンブリ１３６は、概して、基板支持体１０５（例えば、ESC基板支持体）及び支持ベース１０７を含む。幾つかの実施形態では、基板支持アセンブリ１３６が、以下で更に説明されるように、絶縁体プレート１１１及び接地プレート１１２を更に含み得る。支持ベース１０７は、絶縁体プレート１１１によってチャンバベース１２４から電気的に絶縁され、接地プレート1１２は、絶縁体プレート１１１とチャンバベース１２４との間に挿入されている。基板支持体１０５は、支持ベース１０７と熱的に結合され、支持ベース１０７上に配置されている。幾つかの実施形態では、支持ベース１０７が、基板処理中に、基板支持体１０５及び基板支持体１０５上に配置された基板１０３の温度を調節するように構成されている。
【0024】
[0031] 典型的には、基板支持体１０５が、誘電材料（例えば、耐食性金属酸化物材料又は金属窒化物材料などのバルク焼結セラミック材料）で形成され、これは、例えば、、酸化アルミニウム（Al2O3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、酸化イットリウム（Y2O3）、これらの混合物、又はこれらの組み合わせである。本明細書の複数の実施形態では、基板支持体１０５が、その誘電材料内に埋め込まれたバイアス電極１０４を更に含む。幾つかの実施形態では、バイアス電極１０４の上の処理領域内でプラズマ１０１を維持するために使用されるRF電力の１以上の特性が、バイアス電極１０４において確立されたRF波形を測定することによって特定及び／又はモニタされる。
【0025】
[0032] ある構成では、バイアス電極１０４が、基板１０３を基板支持体１０５の基板支持面１０５Ａに固定（すなわち、チャック）するため、及び、本明細書で説明されるパルス電圧バイアススキームのうちの１以上を使用して、基板１０３を処理プラズマ１０１に対してバイアスするために使用される、チャッキングポールである。典型的には、バイアス電極１０４が、１以上の金属メッシュ、箔、プレート、又はこれらの組み合わせなどの、１以上の導電性部品で形成される。
【0026】
［0033］ 幾つかの実施形態では、バイアス電極１０４が、クランピングネットワーク１１６と電気的に結合される。クランピングネットワーク１１６は、同軸電力供給ライン１０６（例えば、同軸ケーブル）などの電気導体を使用して、約－５０００Vと約５０００Vとの間の静的DC電圧などのチャッキング電圧を、バイアス電極１０４に提供する。以下で更に説明されるように、クランピングネットワーク１１６は、バイアス補償回路要素１１６Ａ、DC電源１５５、及び本明細書でブロッキングキャパシタC5とも呼ばれるバイアス補償モジュールブロッキングキャパシタを含む。ブロッキングキャパシタC5は、パルス電圧（PV）波形生成器１５０の出力とバイアス電極１０４との間に配置されている。
【0027】
[0034] 基板支持アセンブリ１３６は、エッジ制御電極１１５を更に含んでよい。エッジ制御電極１１５は、エッジリング１１４の下方に配置され、バイアス電極１０４を取り囲み、及び／又は、バイアス電極１０４の中心から距離を置いて配置される。一般に、回路基板を処理するように構成された処理チャンバ１００では、エッジ制御電極１１５が、環形状であり、導電性材料から作製され、バイアス電極１０４の少なくとも一部分を取り囲むように構成されている。図１で示されているような幾つか実施形態では、エッジ制御電極１１５が、基板支持体１０５の領域内に配置される。幾つかの実施形態では、図１で示されているように、エッジ制御電極１１５が、基板支持体１０５の基板支持面１０５Ａから、バイアス電極１０４と同様な距離（すなわち、Ｚ方向）に配置された、導電性メッシュ、箔、及び／又はプレートを含む。幾つかの他の実施形態では、エッジ制御電極１１５が、石英管１１０の領域上に又は石英管１１０の領域内に配置された、導電性メッシュ、箔、及び／又はプレートを含む。石英管１１０は、バイアス電極１０４及び／又は基板支持体１０５の少なくとも一部分を取り囲む代替的に、幾つかの他の実施形態（図示せず）では、エッジ制御電極１１５が、基板支持体１０５上に隣接して配置されるエッジリング１１４内に配置されるか、又はそれと結合される。この構成では、エッジリング１１４が、半導体又は誘電材料（例えば、ＡｌＮなど）から形成される。
【0028】
[0035] エッジ制御電極１１５は、バイアス電極１０４をバイアスするために使用されるPV波形生成器１５０とは異なるPV波形生成器を使用してバイアスをかけることができる。幾つかの実施形態では、エッジ制御電極１１５が、PV波形生成器１５０を使用してバイアスをかけられ得る。PV波形生成器１５０は、電力の一部をエッジ制御電極１１５に分割することによって、バイアス電極１０４をバイアスするためにも使用される。ある構成では、第１のPV源アセンブリ１９６の第１のPV波形生成器１５０が、バイアス電極１０４をバイアスするように構成され、第２のPV源アセンブリ１９７の第２のPV波形生成器１５０は、エッジ制御電極１１５をバイアスするように構成される。
【0029】
[0036] 電力供給ライン１５７は、第１のPV源アセンブリ１９６のPV波形生成器１５０の出力を、任意選択的なフィルタアセンブリ１５１及びバイアス電極１０４と電気的に接続する。以下の説明では主に、PV波形生成器１５０をバイアス電極１０４に結合するために使用される第１のPV源アセンブリ１９６の電力供給ライン１５７について説明するが、PV波形生成器１５０をエッジ制御電極１１５に結合する第２のPV源アセンブリ１９７の電圧供給ライン１５８は、同じ又は同様な構成要素を含むことになる。電圧供給ライン１５７の様々な部分内の（１以上の）電気導体は、以下のものを含む。すなわち、（ａ）剛性同軸ケーブルと直列に接続された可撓性同軸ケーブルなどの同軸ケーブルの１つ又は組み合わせ、（ｂ）絶縁された高電圧コロナ抵抗性回路用電線、（ｃ）裸線、（ｄ）金属ロッド、（ｅ）電気コネクタ、又は（ｆ）（ａ）～（ｅ）の電気素子の任意の組み合わせである。任意選択的なフィルタアセンブリ１５１は、RF生成器１１８の出力によって生成された電流が、電力供給ライン１５７を通って流れ、PV波形生成器１５０に損傷を与えることを実質的に防止するように構成された１以上の電気素子を含む。任意選択的なフィルタアセンブリ１５１は、RF生成器１１８によって生成されたRF信号に対する高インビーダンス（例えば、高Ｚ）として作用し、したがって、PV波形生成器１５０への電流の流れを阻止する。
【0030】
[0037] 第２のPV源アセンブリ１９７は、クランピングネットワーク１１６を含む。それによって、エッジ制御電極１１５に印加されるバイアスは、第１のPV源アセンブリ１９６内に結合されたクランピングネットワーク１１６によってバイアス電極１０４に印加されるバイアスと同様に構成され得る。同様に構成されたPV波形及びクランピング電圧をバイアス電極１０４及びエッジ制御電極１１５に印加することは、処理中の基板の表面にわたるプラズマの均一性を改善するのに役立ち、したがって、プラズマ処理プロセスの結果を改善することができる。
【0031】
[0038] 幾つかの実施形態では、処理チャンバ１００が、石英管１１０又はカラーを更に含む。それらは、基板支持体１０５及び／又は支持ベース１０７が、腐食性の処理ガス若しくはプラズマ、洗浄ガス若しくはプラズマ、又はこれらの副生成物と接触することを防止するために、基板支持アセンブリ１３６の部分と少なくとも部分的に外接する。典型的には、石英管１１０、絶縁体プレート１１１、及び接地プレート１１２が、ライナ１０８によって外接される。幾つかの実施形態では、プラズマスクリーン１０９が、カソードライナ１０８と側壁１２２との間に配置されて、ライナ１０８と１以上の側壁１２２との間のプラズマスクリーン１０９の下方の空間内にプラズマが生成するのを防止する。
【0032】
処理チャンバの例示的な代表的回路
[0039] 図２は、処理チャンバに関連付けられた浮遊容量及びエスケープ容量（escape capacitance）を示している。浮遊容量２０４（Cstray）は、処理チャンバの電極と接地との間の静電容量を表し、基板支持体容量２０２はまた、本明細書で静電チャック容量（Cesc）とも呼ばれ、バイアス電極１０４と基板支持面１０５Ａとの間の静電容量を表している。図示されているように、Cescは、出力ノード（Uoutと符号が付けられている）と抵抗素子２０６によって表される負荷との間に結合されている。本明細書でより詳細に説明されるように、負荷（例えば、ノードUload）での電圧パルスが方形になるように、Cescの両端間の電圧とCstrayの両端間の電圧（例えば、Uoutでの電圧）に勾配を持たせる。Cstrayに流れる電流（例えば補償電流（Icomp））は、Cescに流れる負荷電流（Iload）にCstrayの静電容量とCescの静電容量の比を乗じたものと等しくてよい。出力電流（Iout）は、IloadとIcompの和に等しく、次の数式で表すことができる。すなわち、
Iout＝Iload（1+Cstray／Cesc）
[0039] 図２は、処理チャンバに関連付けられた浮遊容量及びエスケープ容量（escape capacitance）を示している。浮遊容量２０４（Cstray）は、処理チャンバの電極と接地との間の静電容量を表し、基板支持体容量２０２はまた、本明細書で静電チャック容量（Cesc）とも呼ばれ、バイアス電極１０４と基板支持面１０５Ａとの間の静電容量を表している。図示されているように、Cescは、出力ノード（Uoutと符号が付けられている）と抵抗素子２０６によって表される負荷との間に結合されている。本明細書でより詳細に説明されるように、負荷（例えば、ノードUload）での電圧パルスが方形になるように、Cescの両端間の電圧とCstrayの両端間の電圧（例えば、Uoutでの電圧）に勾配を持たせる。Cstrayに流れる電流（例えば補償電流（Icomp））は、Cescに流れる負荷電流（Iload）にCstrayの静電容量とCescの静電容量の比を乗じたものと等しくてよい。出力電流（Iout）は、IloadとIcompの和に等しく、次の数式で表すことができる。すなわち、
Iout＝Iload（1+Cstray／Cesc）
【0033】
処理チャンバ用の例示的な電圧波形
[0040] 図３Ａは、図１で示されている電極１０４のような、処理チャンバ内に配置された電極において確立されてよい電圧波形を示している。波形は、２つの段階、すなわちイオン電流段階とシース崩壊段階を含む。イオン電流段階の開始時に、ウエハ電圧の降下が、基板の上方に高電圧シースを生成し、正イオンを基板１０３に加速させる。正イオンは、基板表面上に正電荷を置き、徐々に基板電圧を正に上昇させる傾向がある。方形波が供給されると、基板に向かうイオン電流により、基板電圧の正の勾配が生じる（例えば、図２で示されているUloadにおいて）。図３Ｃで示されているように、負荷に対する（例えば、Uloadにおける）電圧パルスを方形にするために、図３Ａで示されているように、イオン電流段階中にUoutにおける電圧に勾配を持たせ、それを用いて、図３Ｂで示されているように、静電チャック容量素子Cescの両端間の電圧を生成する。イオン電流段階中の電極１０４においてと静電チャック容量Cescとに勾配を持たせることは、概して電流補償と呼ばれ、この段階中のUloadにおいて見られる一定の電圧を生成するために使用される。イオン電流フェーズの開始と終了との間の電圧差は、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）幅を決定する。電圧差が大きいほど、イオンのエネルギー分布が広くなり、したがって、IEDF幅が広くなる。単一エネルギーのイオン及びより狭いIEDF幅を実現するために、電流補償動作が実行されて、イオン電流フェーズ中の基板電圧波形を平坦化する。幾つかの実施形態では、電圧波形が、約５０kHzと１０００kHzの間の周波数（１／TP）で供給され得る。幾つかの実施形態では、電極において確立される電圧波形が、イオン電流期間（例えば、イオン電流段階の長さ）と波形期間TP（例えば、シース崩壊段階の長さ＋イオン電流段階の長さ）との比として規定されるオンタイムを有する。オンタイムは、５０％を超える、又は７０％を超える、例えば８０％以上且つ９５％以下である。幾つかの実施形態では、電圧波形が、期間（TP）（例えば、約２．５μs）を有する波形周期を有し、約１００マイクロ秒（μs）と約１０ミリ秒（ms）との間のバースト期間を有する波形バースト内で連続的に繰り返される。PV波形のバーストは、約５％～１００％の間、例えば約５０％～約９５％の間であるバーストデューティサイクルを有し得る。このデューティサイクルは、バースト期間を、バースト期間とバースト期間を分離する非バースト期間（すなわち、PV波形が生成されない）とを足したもので割った比である。図示されているように、シース崩壊段階は、約２００nsであってよいTSHの持続時間を有してよい。
[0040] 図３Ａは、図１で示されている電極１０４のような、処理チャンバ内に配置された電極において確立されてよい電圧波形を示している。波形は、２つの段階、すなわちイオン電流段階とシース崩壊段階を含む。イオン電流段階の開始時に、ウエハ電圧の降下が、基板の上方に高電圧シースを生成し、正イオンを基板１０３に加速させる。正イオンは、基板表面上に正電荷を置き、徐々に基板電圧を正に上昇させる傾向がある。方形波が供給されると、基板に向かうイオン電流により、基板電圧の正の勾配が生じる（例えば、図２で示されているUloadにおいて）。図３Ｃで示されているように、負荷に対する（例えば、Uloadにおける）電圧パルスを方形にするために、図３Ａで示されているように、イオン電流段階中にUoutにおける電圧に勾配を持たせ、それを用いて、図３Ｂで示されているように、静電チャック容量素子Cescの両端間の電圧を生成する。イオン電流段階中の電極１０４においてと静電チャック容量Cescとに勾配を持たせることは、概して電流補償と呼ばれ、この段階中のUloadにおいて見られる一定の電圧を生成するために使用される。イオン電流フェーズの開始と終了との間の電圧差は、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）幅を決定する。電圧差が大きいほど、イオンのエネルギー分布が広くなり、したがって、IEDF幅が広くなる。単一エネルギーのイオン及びより狭いIEDF幅を実現するために、電流補償動作が実行されて、イオン電流フェーズ中の基板電圧波形を平坦化する。幾つかの実施形態では、電圧波形が、約５０kHzと１０００kHzの間の周波数（１／TP）で供給され得る。幾つかの実施形態では、電極において確立される電圧波形が、イオン電流期間（例えば、イオン電流段階の長さ）と波形期間TP（例えば、シース崩壊段階の長さ＋イオン電流段階の長さ）との比として規定されるオンタイムを有する。オンタイムは、５０％を超える、又は７０％を超える、例えば８０％以上且つ９５％以下である。幾つかの実施形態では、電圧波形が、期間（TP）（例えば、約２．５μs）を有する波形周期を有し、約１００マイクロ秒（μs）と約１０ミリ秒（ms）との間のバースト期間を有する波形バースト内で連続的に繰り返される。PV波形のバーストは、約５％～１００％の間、例えば約５０％～約９５％の間であるバーストデューティサイクルを有し得る。このデューティサイクルは、バースト期間を、バースト期間とバースト期間を分離する非バースト期間（すなわち、PV波形が生成されない）とを足したもので割った比である。図示されているように、シース崩壊段階は、約２００nsであってよいTSHの持続時間を有してよい。
【0034】
[0041] 図４は、本開示の特定の複数の実施形態による、パルス生成器（pulser）４００（本明細書で波形生成器とも呼ばれる）を示している。図示されているように、パルス生成器４００は、パルス容量素子４０２、４０４、４０６、及び４０８（C1、C3、C4、及びC6と符号が付けられている）、ならびにトランジスタ４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２（トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、Q6、Q10、及びQ12と符号が付けられている）を含んでよい。トランジスタ４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２（本明細書でスイッチとも呼ばれる）は、並列ダイオード（例えば、本体ダイオード）を有する電力トランジスタ（例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET））であってよい。トランジスタ４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２は、本明細書でより詳細に説明されるように、パルス生成器用の電流経路（出力電流経路とも呼ばれる）を選択するために使用されてよい。容量素子４０２、４０４、４０６、及び４０８は、図６で示されている回路などの充電回路を使用して充電されてよい電圧ストレージ素子として機能してよい。図４、図５Ａ、及び図６で示されている容量素子は、実質的に電圧源として作用している。例示的なパルス生成器４００は、理解を容易にするために容量素子を示しているが、任意の適切な電圧源が使用されてよい。
【0035】
[0042] 抵抗素子４２４（R1と符号が付けられている）は、負荷４２６に結合されたパルス生成器の内部直列抵抗素子を表している。負荷４２６は、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマであってよく、容量素子４２８（C2と符号が付けられている）と抵抗素子４３０（R2と符号が付けられている）で表されてよい。図示されているように、容量素子４０２及びトランジスタ４１０、４１２は、第１の電圧段４４０を形成し、容量素子４０４及びトランジスタ４１４、４１６は、第２の電圧段４４２を形成する。パルス生成器４００はまた、容量素子４０６、トランジスタ４１８、及び誘導素子４５０を有する電流段４４４、ならびに容量素子４０８及びトランジスタ４２０、４２２を有する第３の電圧段４４６も含む。パルス生成器４００には、３つの電圧段が実装されているが、本開示の複数の態様には、１つ、２つ、又は４つ以上の電圧段が実装されてよい。パルス生成器４００の幾つかの実施形態では、電圧段のうちの１以上が、第１の電圧段４４０、２つ以上の第２の電圧段４４２、電流段４４４、及び第３の電圧段４４６を含む一構成など、１回以上重複してよい。その場合、２つ以上の第２の電圧段４４２は、第１の電圧段４４０と電流段４４４との間で直列に接続される。
【0036】
[0043] 図示されているように、容量素子４０２、４０４、４０６、及び４０８の各々は、実施されている波形に応じて、特定の電圧に充電されてよい。例えば、容量素子４０２、４０４、４０６は、８００ボルトに充電され、容量素子４０８は、１００ボルトに充電される。幾つかの実施態様では、容量素子４０２、４０４、４０６、４０８が、種々の実施態様に適切な波形用の種々の電圧レベルを実施するために、より高い又はより低い電圧に充電されてよい。幾つかの実施形態では、電圧段４４０、４４２、４４６、及び電流段４４４の各々が、故障の場合の交換を容易にするためのモジュール設計を有してよい。図３Ａで示されている波形を生成するためのパルス生成器４００の動作が、図５に関連してより詳細に説明される。
【0037】
［0044］ 図５Ａは、本開示の特定の複数の実施形態によるパルス生成器４００の動作の様々なモードを示している。図５Ａで示されている動作５０２、５０４、５０６の様々なモード及び回路素子に関連付けられた電圧の大きさは、パルス波形の生成中に確立されてよい電圧の複数の例を提供することを企図し、本明細書で提供される本開示の範囲を制限することを企図するものではない。図５Ｂは、トランジスタ４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２（例えば、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4、Q6、Q10、及びQ12）の各々の状態を示しているタイミング図である。シース崩壊段階中の、Uoutにおける電圧を一実施例として１００ボルトに設定してよい。シース崩壊段階からイオン電流段階へ移行するために、トランジスタQ1、Q3、Q5、及びQ7がオンにされ、トランジスタQ2、Q4、Q6がオフにされて、動作５０２のモードによって示されているように、１００ボルトから－１６００ボルトまでの電圧降下を実施してよい。トランジスタQ1、Q3、Q5、及びQ7をオンにし、トランジスタQ2、Q4、Q6をオフにすると、図示されているように、パルス生成器の出力電流経路内に容量素子４０２、４０４が実質的に組み込まれる。動作５０２のモードでは、Ioutが、接地から容量素子C2、C1、トランジスタQ1、容量素子C3、並びにトランジスタQ3、Q5、及びQ7を経由して流れる。容量素子C1、C3は、Uoutにおける電圧を－１６００ボルト（例えば、容量素子C1から－８００ボルト、容量素子C3から－８００ボルト）に設定する。イオン電流段階中に、－１６００ボルトを実施するために２つの電圧段が使用され、各電圧段は－８００ボルトを提供するが、単一の電圧段が使用されてもよい。例えば、単一の電圧段の容量素子が、イオン電流段階中にUoutにおいて－１６００ボルトを提供するように、１６００ボルトに充電されてよい。図示されているように、動作５０２のモード中に、Ioutが、トランジスタQ5の並列ダイオード（例えば、本体ダイオード）の両端間で流れ、トランジスタQ7の両端間を流れて接地に戻る。トランジスタQ5がオンされると、電流５６０が、容量素子C4、誘導素子L1を通って、トランジスタQ5のドレインからソースへループ状に流れる。
【0038】
[0045] Uoutにおける電圧が、－１６００ボルトに到達すると、動作５０４のモードが実施されてよい。動作５０４のモード中に、容量素子C4及び誘導素子L1を用いて実装された電流源が、パルス生成器４００の出力電流経路内に組み込まれてよい。図示されているように、トランジスタQ5はオフにされてよく、Ioutは、容量素子C4及び誘導素子L1の両端間で流れ始めることになる（例えば、動作５０２のモード中にトランジスタQ5の並列ダイオードを通る代わりに）。容量素子C4及び誘導素子L1は、図３Ａに関連して説明されたように、イオン電流補償のためにイオン電流段階中に勾配を持たせるようにUoutにおける電圧を実質的に徐々に低減させる電流源を実装する。例えば、イオン電流段階中に、Uoutにおける電圧は、－１６００ボルトから－２４００ボルトへ低下してよい。
【0039】
[0046] Uoutにおける電圧が、－２４００ボルトに到達すると、動作５０６のモードが実施されてよい。動作５０６のモード中に、容量素子C6が、パルス生成器４００の出力電流経路内に組み込まれてよい。図示されているように、動作５０６のモード中に、トランジスタQ1、Q3、及びQ7はオフにされ、トランジスタQ2、Q4、Q5、Q6はオンにされてよい。したがって、Ioutは、容量素子C6、トランジスタQ6、Q5、Q4、Q2、及び容量素子C2を通って流れる。説明されたように、容量素子C6は、１００ボルトに充電されてよい。したがって、図３Ａに関連して説明されたように、動作５０６のモードは、シース崩壊段階中にUoutにおいて１００ボルトを実施する。言い換えれば、Ioutは、動作５０２、５０４のモード（例えば、イオン電流段階中）と比較して、動作５０６のモード（例えば、シース崩壊段階中）では逆方向に流れる。それによって、シース崩壊段階中には正の電圧（例えば、１００ボルト）が実施され、イオン電流段階中には負の電圧（例えば、－１６００ボルトから－２４００ボルトの間）が実施される。
【0040】
[0047] 図６は、本開示の特定の複数の態様による、容量素子６１２を充電するために使用される充電回路６００を示している。容量素子６１２は、容量素子４０２、４０４、４０６、及び４０８のうちのいずれか１つに対応してよい。言い換えると、本明細書で説明されるように、容量素子４０２、４０４、４０６、及び４０８の各々に対して、充電回路（例えば、充電回路６００と同様な）が実装されて、容量素子をそれらのそれぞれの電圧に充電してよい。充電回路６００は、直流（DC）電圧を交流（AC）電圧に変換するためのインバータ６０２を含んでよい。AC電圧は、変圧器６０４の一次巻線６０６に提供されてよい。変圧器は、一次巻線６０６におけるAC電圧よりも高い電圧を有する二次巻線６０８におけるAC電圧を生成してよい。例えば、容量素子４０２を充電するために、二次巻線６０８におけるAC電圧は、８００ボルトのピーク電圧を有してよい。二次巻線６０８のAC電圧は、整流器６１０に提供されて、容量素子６１２を充電するために用いられるDC信号を生成してよい。
【0041】
[0048] 図７は、本開示の特定の複数の実施形態による、波形生成の方法７００を示しているプロセスフロー図である。方法７００は、パルス生成器４００などの波形生成器及び／又はシステムコントローラ１２６などの制御回路を含む、波形生成システムによって実行されてよい。
【0042】
[0049] 作業７０２では、波形生成システムが、動作の第１のモード（例えば、動作５０２のモード）中に、複数のスイッチを制御することによって、波形生成器（例えば、パルス生成器４００）の出力電流経路内に第１の電圧源（例えば、容量素子４０２）を組み込む。作業７０４では、波形生成システムが、動作の第２のモード（例えば、動作５０４のモード）中に、複数のスイッチを制御することによって、出力電流経路内に電流源（例えば、誘導素子４５０及び容量素子４０６）を組み込む。
【0043】
[0050] 幾つかの実施形態では、複数のスイッチが、第１のスイッチ（例えば、トランジスタ４１０又はトランジスタ４１４）及び第２のスイッチ（例えば、トランジスタ４１２又はトランジスタ４１６）を含む。第１の電圧源（例えば、容量素子４０２又は容量素子４０４）の第１の端子が、第１のスイッチの第１の端子に結合され、第１の電圧源の第２の端子が、第２のスイッチの第１の端子に結合される。幾つかの実施形態では、複数のスイッチがまた、電流源と並列に結合された第３のスイッチ（例えば、トランジスタ４１８）も含む。第３のスイッチは、第１のスイッチと第２のスイッチの第２の端子間の共通ノードに結合されてよい。幾つかの実施形態では、出力電流経路内に第１の電圧源を組み込むことが、第１のスイッチを閉じること、第２のスイッチを開くこと、及び第３のスイッチを閉じることを含んでよい。出力電流経路内に電流源を組み込むことは、第１のスイッチを閉じること、第２のスイッチを開くこと、及び第３のスイッチを開くことを含んでよい。
【0044】
[0051] 幾つかの実施形態では、波形生成システムが、動作の第１のモード（例えば、動作５０２のモード）中に、複数のスイッチを制御することによって、出力電流経路内に第２の電圧源（例えば、容量素子４０４）を組み込む。複数のスイッチは、第４のスイッチ（例えば、トランジスタ４１４）及び第５のスイッチ（例えば、トランジスタ４１６）を更に含んでよい。第２の電圧源の第１の端子は、第４のスイッチの第１の端子に結合されてよく、第２の電圧源の第２の端子は、第５のスイッチの第１の端子に結合されてよく、第４のスイッチと第５のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、第２のスイッチ（例えば、トランジスタ４１２）又は第３のスイッチ（例えば、トランジスタ４１８）に結合されてよい。幾つかの実施形態では、出力電流経路内に第２の電圧源を組み込むことが、第４のスイッチを閉じること、及び第５のスイッチを開くことを含んでよい。
【0045】
[0052] 幾つかの実施形態では、波形生成システムがまた、動作の第３のモード（例えば、動作５０６のモード）中に、複数のスイッチを制御することによって、出力電流経路内に第３の電圧源（例えば、容量素子４０８）も組み込む。複数のスイッチは、第６のスイッチ（例えば、トランジスタ４２０）及び第７のスイッチ（例えば、トランジスタ４２２）を含んでよい。第３の電圧源の第１の端子は、第６のスイッチの第１の端子に結合されてよく、第３の電圧源の第２の端子は、第７のスイッチの第１の端子に結合されてよく、第６のスイッチと第７のスイッチの第２の端子間の共通ノードは、第３のスイッチ（例えば、トランジスタ４１８）に結合されてよい。幾つかの実施形態では、出力電流経路内に第３の電圧源を組み込むことが、第６のスイッチを閉じること、及び第７のスイッチを開くことを含んでよい。動作の第１のモード及び動作の第２のモード中に、第６のスイッチは開かれてよく、第７のスイッチは閉じられてよい。幾つかの実施形態では、第１の電圧源又は第２の電圧源に関連付けられた電圧（例えば、６００ボルト）が、第３の電圧源に関連付けられた電圧（例えば、１００ボルト）よりも大きい。
【0046】
[0053] 「結合された」という用語は、本明細書では、２つの物体間の直接的又は間接的な結合を指すために使用される。例えば、物体Aが物体Bと物理的に接触し、物体Bが物体Cと物理的に接触している場合、物体AとCとが直接的に物理的に接触していなくても、物体AとCとは、互いに結合されたと見なされてよい。例えば、第１の物体が第２の物体と直接的に物理的に接触していなくても、第１の物体は第２の物体と結合されてよい。
【0047】
[0054] 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せずに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、以下の特許請求の範囲によって規定される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2024-09-02
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
波形生成器において、
第１の電圧段であって、
第１の電圧源、
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチ
を備え、
前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子及び前記波形生成器の出力ノードに結合され、
前記第２のスイッチが、第１のノードと前記第１の電圧源の前記第２の端子との間に配置され、前記第２のスイッチの前記第１の端子及び前記第１の電圧源の前記第２の端子が、前記出力ノードと接続され、
前記第１のスイッチの第２の端子が、前記第１のノード及び前記第２のスイッチの第２の端子に結合され、
前記出力ノードが、負荷に結合されるように構成されている、
第１の電圧段、並びに
前記第１のスイッチの前記第２の端子と前記第２のスイッチの前記第２の端子との間に配置された前記第１のノードと、接地ノードとの間に結合された、第２の電圧段であって、
第２の電圧源、
第３のスイッチ、及び
第４のスイッチ
を備え、
前記第２の電圧源の第１の端子が、前記第３のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第２の電圧源の第２の端子が、前記第４のスイッチの第１の端子及び前記第１のノードに結合され、
前記第４のスイッチが、第２のノードと前記第１のノードとの間に配置され、
前記第２のノードが、前記接地ノード、前記第３のスイッチの第２の端子及び前記第４のスイッチの第２の端子に結合されている、
第２の電圧段
を備える、波形生成器。
第１の電圧段であって、
第１の電圧源、
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチ
を備え、
前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子及び前記波形生成器の出力ノードに結合され、
前記第２のスイッチが、第１のノードと前記第１の電圧源の前記第２の端子との間に配置され、前記第２のスイッチの前記第１の端子及び前記第１の電圧源の前記第２の端子が、前記出力ノードと接続され、
前記第１のスイッチの第２の端子が、前記第１のノード及び前記第２のスイッチの第２の端子に結合され、
前記出力ノードが、負荷に結合されるように構成されている、
第１の電圧段、並びに
前記第１のスイッチの前記第２の端子と前記第２のスイッチの前記第２の端子との間に配置された前記第１のノードと、接地ノードとの間に結合された、第２の電圧段であって、
第２の電圧源、
第３のスイッチ、及び
第４のスイッチ
を備え、
前記第２の電圧源の第１の端子が、前記第３のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第２の電圧源の第２の端子が、前記第４のスイッチの第１の端子及び前記第１のノードに結合され、
前記第４のスイッチが、第２のノードと前記第１のノードとの間に配置され、
前記第２のノードが、前記接地ノード、前記第３のスイッチの第２の端子及び前記第４のスイッチの第２の端子に結合されている、
第２の電圧段
を備える、波形生成器。
【請求項2】
前記第１の電圧源が容量素子を備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項3】
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチの各々が、トランジスタを備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項4】
前記第２の電圧段に結合された電流段を更に備え、前記電流段が、
電流源、及び
前記電流源に結合された第５のスイッチであって、前記電流源は前記第５のスイッチと並列に結合されている、第５のスイッチ
を備える、請求項１に記載の波形生成器。
電流源、及び
前記電流源に結合された第５のスイッチであって、前記電流源は前記第５のスイッチと並列に結合されている、第５のスイッチ
を備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項5】
波形生成器において、
第１の電圧段であって、
第１の電圧源、
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチ
を備え、前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合され、前記第２のスイッチの前記第１の端子が、前記波形生成器の出力ノードに結合され、前記波形生成器の前記出力ノードが、負荷に結合される、第１の電圧段、
前記第１のスイッチの第２の端子と前記第２のスイッチの第２の端子との間に配置された第１のノードに結合された第２の電圧段、並びに
前記第２の電圧段に結合された電流段であって、
容量素子と、前記容量素子と直列に結合された誘導素子とを備える、電流源、及び
前記電流源に結合された第３のスイッチであって、前記電流源は前記第３のスイッチと並列に結合されている、第３のスイッチ
を備える、電流段
を備える、波形生成器。
第１の電圧段であって、
第１の電圧源、
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチ
を備え、前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子に結合され、前記第２のスイッチの前記第１の端子が、前記波形生成器の出力ノードに結合され、前記波形生成器の前記出力ノードが、負荷に結合される、第１の電圧段、
前記第１のスイッチの第２の端子と前記第２のスイッチの第２の端子との間に配置された第１のノードに結合された第２の電圧段、並びに
前記第２の電圧段に結合された電流段であって、
容量素子と、前記容量素子と直列に結合された誘導素子とを備える、電流源、及び
前記電流源に結合された第３のスイッチであって、前記電流源は前記第３のスイッチと並列に結合されている、第３のスイッチ
を備える、電流段
を備える、波形生成器。
【請求項6】
前記第５のスイッチの第１の端子と第２の端子との間に結合されたダイオードを更に備える、請求項４に記載の波形生成器。
【請求項7】
前記ダイオードは、前記第５のスイッチの本体ダイオードを含む、請求項６に記載の波形生成器。
【請求項8】
前記第３のスイッチの第２の端子と前記第４のスイッチの第２の端子との間に配置された前記第２のノードに結合された電流段を更に備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項9】
第３の電圧段を更に備え、前記第３の電圧段が、
第３の電圧源、
第５のスイッチ、及び
第６のスイッチ
を備え、前記第３の電圧源の第１の端子は、前記第５のスイッチの第１の端子に結合され、前記第３の電圧源の第２の端子は、前記第６のスイッチの第１の端子に結合され、前記第５のスイッチの第２の端子と前記第６のスイッチの第２の端子との間の第３のノードは、前記第１の電圧段、前記第２の電圧段、又は前記電流段に結合されている、請求項８に記載の波形生成器。
第３の電圧源、
第５のスイッチ、及び
第６のスイッチ
を備え、前記第３の電圧源の第１の端子は、前記第５のスイッチの第１の端子に結合され、前記第３の電圧源の第２の端子は、前記第６のスイッチの第１の端子に結合され、前記第５のスイッチの第２の端子と前記第６のスイッチの第２の端子との間の第３のノードは、前記第１の電圧段、前記第２の電圧段、又は前記電流段に結合されている、請求項８に記載の波形生成器。
【請求項10】
前記第１の電圧源は、第１の容量素子を備え、
前記第２の電圧源は、第２の容量素子を備え、
前記第３の電圧源は、第３の容量素子を備え、
前記波形生成器は、前記第１の容量素子、前記第２の容量素子、及び前記第３の容量素子を充電するように構成された１以上の充電回路を更に備える、請求項９に記載の波形生成器。
前記第２の電圧源は、第２の容量素子を備え、
前記第３の電圧源は、第３の容量素子を備え、
前記波形生成器は、前記第１の容量素子、前記第２の容量素子、及び前記第３の容量素子を充電するように構成された１以上の充電回路を更に備える、請求項９に記載の波形生成器。
【請求項11】
前記１以上の充電回路は、前記第３の容量素子を、前記第１の容量素子及び前記第２の容量素子よりも低い電圧に充電するように構成されている、請求項１０に記載の波形生成器。
【請求項12】
前記負荷が、プラズマ処理チャンバ内に形成されたプラズマを含む、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項13】
前記第１の電圧段及び前記第２の電圧段は、前記出力ノードと接地との間に結合されている、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項14】
前記第２の電圧段と前記接地ノードとの間に結合された第５のスイッチをさらに備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項15】
前記第５のスイッチがトランジスタを備える、請求項１４に記載の波形生成器。
【請求項16】
前記第２の電圧源が容量素子を備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項17】
前記第３のスイッチ及び前記第４のスイッチの各々が、トランジスタを備える、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項18】
前記第１のノードが、前記第４のスイッチの前記第１の端子と接続されている、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項19】
前記第１の電圧段が、前記出力ノードと接続され、前記第２の電圧段が、前記第１の電圧段を介して前記出力ノードに結合されている、請求項１に記載の波形生成器。
【請求項20】
波形生成器において、
第１の電圧段であって、
第１の電圧源、
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチ
を備え、
前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子及び前記波形生成器の出力ノードに結合され、
前記第２のスイッチが、第１のノードと前記出力ノードとの間に配置され、
前記第１のスイッチの第２の端子が、前記第１のノード及び前記第２のスイッチの第２の端子に結合され、
前記出力ノードが、負荷に結合されるように構成されている、
第１の電圧段、並びに
前記第１のスイッチの前記第２の端子と前記第２のスイッチの前記第２の端子との間に配置された前記第１のノードと、接地ノードとの間に結合された、第２の電圧段であって、前記第１の電圧段が、前記出力ノードと接続され、前記第２の電圧段が、前記第１の電圧段を介して前記出力ノードに結合され、前記第２の電圧段は、
第２の電圧源、
第３のスイッチ、及び
第４のスイッチ
を備え、
前記第２の電圧源の第１の端子が、前記第３のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第２の電圧源の第２の端子が、前記第４のスイッチの第１の端子及び前記第１のノードに結合され、
前記第４のスイッチが、第２のノードと前記第１のノードとの間に配置され、
前記第２のノードが、前記接地ノード、前記第３のスイッチの第２の端子及び前記第４のスイッチの第２の端子に結合されている、
第２の電圧段
を備える、波形生成器。
第１の電圧段であって、
第１の電圧源、
第１のスイッチ、及び
第２のスイッチ
を備え、
前記第１の電圧源の第１の端子が、前記第１のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第１の電圧源の第２の端子が、前記第２のスイッチの第１の端子及び前記波形生成器の出力ノードに結合され、
前記第２のスイッチが、第１のノードと前記出力ノードとの間に配置され、
前記第１のスイッチの第２の端子が、前記第１のノード及び前記第２のスイッチの第２の端子に結合され、
前記出力ノードが、負荷に結合されるように構成されている、
第１の電圧段、並びに
前記第１のスイッチの前記第２の端子と前記第２のスイッチの前記第２の端子との間に配置された前記第１のノードと、接地ノードとの間に結合された、第２の電圧段であって、前記第１の電圧段が、前記出力ノードと接続され、前記第２の電圧段が、前記第１の電圧段を介して前記出力ノードに結合され、前記第２の電圧段は、
第２の電圧源、
第３のスイッチ、及び
第４のスイッチ
を備え、
前記第２の電圧源の第１の端子が、前記第３のスイッチの第１の端子に結合され、
前記第２の電圧源の第２の端子が、前記第４のスイッチの第１の端子及び前記第１のノードに結合され、
前記第４のスイッチが、第２のノードと前記第１のノードとの間に配置され、
前記第２のノードが、前記接地ノード、前記第３のスイッチの第２の端子及び前記第４のスイッチの第２の端子に結合されている、
第２の電圧段
を備える、波形生成器。
【外国語明細書】