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(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】
(24)【登録日】2022-02-15
(45)【発行日】2022-02-24
(54)【発明の名称】可変周波数発生器を用いるスマート高周波パルス調整
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20220216BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20220216BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/302 101B
H01L21/302 101G
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2019548676
(86)(22)【出願日】2018-02-13
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-05-21
(86)【国際出願番号】 US2018017980
(87)【国際公開番号】W WO2018169631
(87)【国際公開日】2018-09-20
【審査請求日】2021-01-22
(31)【優先権主張番号】15/457,798
(32)【優先日】2017-03-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】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
【審査官】右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－２２２６５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－６６５９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２４３６０７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／００
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｊ ３７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マルチレベルパルス高周波電力を使用するプラズマ強化基板処理システムで基板を処理する方法であって、（ａ）第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器からの複数のパルス高周波電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取る工程と、
（ｂ）第１デューティサイクルを複数の均等な時間間隔に分割する工程と、
（ｃ）各高周波発生器について、すべての間隔のための周波数指令セットを決定し、周波数指令セットを高周波発生器に送信する工程であって、周波数指令セットは、複数の均等な時間間隔の各間隔のための周波数設定点を含んでいる工程と、
（ｄ）各高周波発生器に送信された周波数指令セットに従って、第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器から処理チャンバへ複数の高周波電力波形を供給する工程とを含む方法。
【請求項2】
複数の均等に分割された時間間隔のうちの第１時間間隔の間に、第１反射電力又はインピーダンスを測定する工程と、複数の高周波発生器の少なくとも１つによって供給される周波数又は電力を調整して、反射電力又はインピーダンスを低減する工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
各高周波発生器に送信された周波数指令セットに従って、第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器から処理チャンバへ複数の高周波電力波形を供給する工程は、複数の均等に分割された時間間隔のうちの第２時間間隔の周波数設定点で電力を供給する工程を含み、方法は、
複数の均等に分割された時間間隔のうちの第２時間間隔の間に第２反射電力又はインピーダンスを測定する工程と、
複数の高周波発生器の少なくとも１つによって供給される周波数又は電力を調整して、反射電力又はインピーダンスを低減する工程とをさらに含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
第１デューティサイクルにおけるすべての間隔にわたる平均インピーダンス値を計算する工程と、１つ以上の高周波整合ネットワークの可変整合器構成要素を、計算された平均値に調整する工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
計算された平均値に調整される可変整合器構成要素は、可変コンデンサ又はインダクタのうちの少なくとも一方を備えている、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
計算された平均値に調整される可変整合器構成要素は、電子的に調整されるか、又は機械的に調整されている、請求項４に記載の方法。
【請求項7】
均等に分割された時間間隔の数が１０間隔である、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
周波数指令セットは、高周波整合ネットワークによって決定されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
周波数指令セットは、高周波整合ネットワークと高周波発生器とを直接的かつ通信的に接続する高速通信ケーブルを介して高周波発生器に送信されている、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
周波数指令セットは、高周波ネットワークと高周波整合器に通信的に接続されたパルスコントローラを介して間接的に高周波整合ネットワークにより高周波発生器に送信されている、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
複数の高周波発生器のうちの１つからタイミング信号を受け取って、複数の高周波発生器からの複数の高周波電力波形を同期させる工程をさらに含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
タイミング信号は、１３ＭＨｚのオン／オフタイミング信号である、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
複数の高周波電力波形のうちの少なくとも１つは、複数の電力レベルでパルス化されたデュアルレベルパルス（ＤＬＰ）波形である、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
第１デューティサイクルの間に処理チャンバへ複数の高周波電力波形を供給するように構成された複数の高周波発生器と、複数の高周波発生器に接続されたパルスコントローラと、
複数の高周波発生器、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とを備える基板処理システムであって、
少なくとも１つの整合ネットワークは、複数の高周波電力波形及び少なくとも１つの可変整合器構成要素のための反射電力を測定するように構成された少なくとも１つの測定装置を備え、少なくとも１つの整合ネットワークは、
（ａ）第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器からの複数のパルス高周波電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取り、
（ｂ）第１デューティサイクルを複数の均等な時間間隔に分割し、
（ｃ）各高周波発生器について、すべての間隔のための周波数指令セットを決定し、
（ｄ）周波数指令セットを高周波発生器に送信するように構成され、周波数指令セットは、複数の均等な時間間隔の各間隔のための周波数設定点を含んでいる基板処理システム。
【請求項15】
複数の高周波発生器は、少なくとも１つの整合ネットワークによって各高周波発生器に送信された周波数指令セットに従って、第１デューティサイクルの間に、複数の高周波電力波形を処理チャンバへ供給するように構成されている、請求項１４に記載の基板処理システム。
【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高周波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高周波プラズマ処理など）では、高周波エネルギーを、高周波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。高周波エネルギーを、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。高周波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、高周波エネルギーは高周波エネルギーソースへ反射され、その結果、高周波エネルギーの非効率的な使用とエネルギーの浪費、処理チャンバ又は高周波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、高周波エネルギーは、固定式又は調整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、高周波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、反射高周波エネルギーを最小化するように動作する。整合ネットワークにより、高周波ソースの出力がプラズマに効率的に結合され、プラズマに結合されたエネルギー量が最大になる（例えば、高周波電力供給の調整と呼ばれる）。したがって、整合ネットワークにより、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）が高周波電力供給の出力インピーダンスと同じであることが保証される。いくつかの実施形態では、高周波エネルギーソースでも、周波数調整を、又は高周波エネルギーソースによって供給される高周波エネルギーの周波数の適合を可能として、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高周波電力信号を使用する処理チャンバでは、通常は、同期高周波パルスが使用される。複数の別個の高周波電力信号は、互いに独立して位相がずれてパルス化され、又は多様なデューティサイクルでパルス化されてもよい。トランジスタ－トランジスタロジック（ＴＴＬ）信号を使用して、同期を達成してもよい。１つのマスター発生器が、同期のために他のスレーブ発生器へのＴＴＬ信号を生成する。各高周波発生器（マスターとスレーブ）は、独立したデューティサイクル及び／又はパルス遅延で、パルス高周波電力を供給し得る。
【0004】
しかしながら、複数の電力レベル（例えば、それぞれに複数の電源設定がある）でパルス化された複数の別個の高周波電力信号を使用した高周波シングルレベルパルス（ＳＬＰ）若しくはデュアルレベル（ＤＬＰ）又はマルチレベルパルス（ＭＬＰ）では、パルスデューティサイクルの間に生じる複数のインピーダンスの変化により、インピーダンスの調整が困難になる。すなわち、整合ネットワーク及び／又は高周波発生器は、反射電力を適切に調整できておらず、それは、反射電力が各デューティサイクル内で複数回変化するためである。より具体的には、可変コンデンサ又はインダクタ、及び固定式周波数発生器を有する通常の整合ネットワークは、一般に、１つの特定のインピーダンス（例えば、平均インピーダンス）に対してのみインピーダンス整合を実行し得る。それは、可変コンデンサ／インダクタを駆動するモーター速度が遅すぎるため、１パルスサイクル内のインピーダンス変化に追従できないからである。
【0005】
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、高周波パルス調整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高周波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高周波電力信号が使用される。
【概要】
【0006】
本明細書では、高周波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、方法は、（ａ）第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器からの複数のパルス高周波電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取る工程と、（ｂ）第１デューティサイクルを複数の均等な時間間隔に分割する工程と、（ｃ）各高周波発生器について、すべての間隔のための周波数指令セットを決定し、周波数指令セットを高周波発生器に送信する工程であって、周波数指令セットは、複数の均等な時間間隔の各間隔のための周波数設定点を含んでいる工程と、（ｄ）各高周波発生器に送信された周波数指令セットに従って、第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器から処理チャンバへ複数の高周波電力波形を供給する工程とを含む。
【0007】
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命令を格納して有し、この命令を実行することで、マルチレベルパルス高周波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。実施される方法は、（ａ）第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器からの複数のパルス高周波電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取る工程と、（ｂ）第１デューティサイクルを複数の均等な時間間隔に分割する工程と、（ｃ）各高周波発生器について、すべての間隔のための周波数指令セットを決定し、周波数指令セットを高周波発生器に送信する工程であって、周波数指令セットは、複数の均等な時間間隔の各間隔のための周波数設定点を含んでいる工程と、（ｄ）各高周波発生器に送信された周波数指令セットに従って、第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器から処理チャンバへ複数の高周波電力波形を供給する工程とを含んでもよい。
【0008】
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高周波電力波形を供給するように構成された複数の高周波発生器と、複数の高周波発生器に接続されたパルスコントローラと、複数の高周波発生器、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とを備え、少なくとも１つの整合ネットワークは、複数の高周波電力波形及び少なくとも１つの可変整合器構成要素のための反射電力を測定するように構成された少なくとも１つの測定装置を備えてもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの整合ネットワークは、（ａ）第１デューティサイクルの間に、複数の高周波発生器からの複数のパルス高周波電力波形を含む、基板を処理するための処理レシピを受け取り、（ｂ）第１デューティサイクルを複数の均等な時間間隔に分割し、（ｃ）各高周波発生器について、すべての間隔のための周波数指令セットを決定し、（ｄ）周波数指令セットを高周波発生器に送信するように構成され、周波数指令セットは、複数の均等な時間間隔の各間隔のための周波数設定点を含んでいる。
【0009】
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】
【0010】
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。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態を含み得るので、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、従ってこの範囲を制限していると解釈するべきではない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よ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よ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基づくパルス波形間の位相変化を示す。
【図4】複数のパルス電力波形を有するマルチストロークサイクルパルス（ＭＳＣＰ）を示しており、このパルス電力波形は、本開示のいくつかの実施形態に基づく、基板を処理するための基板処理レシピに関連する。
【図5A】単一のデューティサイクルについて、図４に示した複数のパルス電力波形を有する同一のＭＳＣＰを示しており、この単一のデューティサイクルは、本開示のいくつかの実施形態に基づいて、複数の均等な時間間隔に分割されている。
【図5B】単一のデューティサイクルに対して複数の電力レベルでパルス化された複数の別個の高周波電力信号を使用する処理チャンバにおける高周波パルス反射低減のための方法のフローチャートを示しており、この単一のデューティサイクルは、本開示のいくつかの実施形態に基づいて、複数の均等な時間間隔に分割されている。
【図6】本開示のいくつかの実施形態に基づくスマート調整アルゴリズムを採用するための例示的な装置を示す。
【0011】
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。ある実行形態の要素及び構成は、具体的な記述がなくとも、他の実行形態に有益に組み込まれ得る。
【詳細な説明】
【0012】
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高周波パルス調整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つの調整自由度を使用して、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、単一の高周波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にすばやく調節され、適合する。本開示と合致する諸実施形態では、高周波整合ネットワークは、単一の高周波パルスサイクル内のすべての間隔のための周波数指令セットを高周波周波数発生器に送信する。次に、高周波発生器は、単一の高周波パルスサイクルに対して、複数の周波数を有する高周波パルス出力を生成し、単一の高周波パルスサイクル内の各間隔の反射電力を最小化する。可変コンデンサ／インダクタは、計算された平均インピーダンス値に調整される。本開示と合致する諸実施形態は、処理チャンバ内の高周波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高周波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。
【0013】
図１は、本明細書に開示される本発明の方法を実施するために利用され得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）で実行されてもよい。しかしながら、本発明者らは、本発明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、望ましくない充電効果が、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、発明者は、本発明の方法が特に有益である構成は、ＤＣバイアス（ＶＤＣ）、ＶＲＦ、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以上になっている構成であることを発見した。
【0014】
図１のリアクタは、円筒形側壁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を備える。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を備える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、天井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が、チャンバ１００を排気する。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々の流量を制御する。チャンバの床１０３を貫通して支持されるワークピース支持台座１３６は、絶縁上面と内部電極（ウェハ支持電極１３８）を有してもよい。内部電極を使用して、例えば、支持台座１３６の上面に基板１３７を掴んでもよい。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を介して発生器１４０から天井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。天井又は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、天井電極として機能する。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。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はパルス制御入力１４０ａを有し、パルスレート及び／又はデューティサイクル、並びに高周波発生器１４０により生成される各パルスの位相を規定する１つ以上の制御信号を受け取る。
【0015】
プラズマバイアス電力が、高周波バイアス発生器１４４から高周波インピーダンス整合ネットワーク１４６を介して、及び高周波バイアス発生器１４８から高周波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。高周波バイアス発生器１４４、１４８は、ＨＦ帯域の低域若しくはＭＦ又はＬＦ帯域（例えば、１３．５６ＭＨｚの領域又は１～２ＭＨｚのオーダー）でＨＦ電力又はＬＦ電力を生成し得る。高周波バイアス発生器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高周波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、高周波バイアス発生器１４４、１４８はパルス制御入力１４４ａ、１４８ａを有し、パルスレート及び／又はデューティサイクル、並びに高周波発生器１４４、１４８によって生成される各パルスの位相を規定する１つ以上の制御信号を受け取る。高周波バイアス発生器１４４、１４８を、独立してパルス化、位相調整、及び／又はデューティサイクル制御してもよい。さらに、高周波バイアス発生器１４４、１４８を、同期的又は非同期的にパルス化してもよい。
【0016】
任意選択で、プラズマソース電力を、第２ＶＨＦ発生器からＶＨＦインピーダンス整合器（図示せず）を介してウェハ支持電極１３８に印加してもよい。第２ＶＨＦ発生器は、５０から１００ＭＨｚの範囲などのＶＨＦ帯域の低域でＶＨＦ電力を生成してもよい。第２ＶＨＦ発生器は、所望のパルスレートと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２ＶＨＦ発生器はパルス制御入力を有し、パルスレート及び／又はデューティサイクル、ならび第２ＶＨＦ発生器によって生成される各パルスの位相を規定する１つ以上の制御信号を受け取る。例えば、いくつかの実施形態では、高周波バイアス発生器１４４、１４８のうちの一方及びその構成要素（例えば、整合器、パルス制御入力など）を、第２ＶＨＦ発生器及びその構成要素で置き換え得る。又は、第２ＶＨＦ発生器及びその構成要素を、第１高周波発生器１４０、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備えてもよい。
【0017】
いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９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調整して、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９のそれぞれの整合をとってもよい。低電力システムでは、１つ以上のコンデンサを機械的に調整するのではなく、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、調整可能なインダクタを有し得る。いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９で使用されるコンデンサの１つ以上は、１つ以上の固定式の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、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９で使用されるコンデンサの１つ以上を可変コンデンサとしてもよく、この可変コンデンサを電子的又は機械的に調整して、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９の整合を取ってもよい。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つ以上は、接地への容量性短絡を有し得る。
【0018】
上記の整合ネットワークは単なる例であり、整合ネットワークを調整するための１つ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。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調整アルゴリズムを採用するための例示的な装置を示す。高周波発生器６０２は、図１の発生器１４０、１４４、及び１４８のうちの１つ以上の概略図である。図６では、高周波発生器６０２を、高周波ケーブル１５１及び１つ以上の高速リンクケーブル１５０を介して高周波整合ネットワーク６０４に接続してもよい。高周波整合器６０４は、高周波／ＶＨＦ整合器１４２、１４６、１４９のうちの１つ以上の概略図である。高周波整合ネットワーク６０４は、１つ以上の整合センサー又はインピーダンス測定装置（例えば、ＶＩプローブ／センサー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、固定式構成要素Ｚ２ ６１０（例えば、固定コンデンサ／インダクタ）とを備えてもよい。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（例えば、１３ＭＨｚのオン／オフタイミング信号）を高周波発生器６０２及び高周波整合ネットワーク６０４に与えてもよい。このようにして、この構成では、反射電力を低減／最小化（すなわち、システムを調整）し得て、そのために、以下で説明するように、可変インピーダンス整合構成要素６０８を計算された平均インピーダンスに調整し、発生器によって供給される周波数／電力を変化させ得る。これにより、２つの調整自由度が得られる（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）。
【0019】
コントローラ１６０がプログラム可能であることで、発生器１４０、１４４、１４８のパルス制御入力１４０ａ、１４４ａ、１４８ａのそれぞれにパルス制御信号を適用して、発生器１４０（例えば、ＶＨＦソース電力発生器）及び高周波バイアス電力発生器１４４、１４８のパルス間に所望の位相の進み又は遅れの関係及び／又はデューティサイクル関係を生成し得る。コントローラ１６０は、ツール／処理チャンバの他の態様も制御し得る。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、各高周波発生器の内部に配置され得る。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。
【0020】
いくつかの実施形態では、高周波発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、並びに／又はコントローラ１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０、複数のサポート回路１３４、及びメモリ１３２を備える。高周波発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９並びにコントローラ１６０の本例示的実施形態は、ＣＰＵ、サポート回路、及びメモリを有するコンピューターに関して説明されているが、当業者であれば、高周波発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、並びにコントローラ１６０を様々な方法で実装できることを認識するであろう。その様々な方法には、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。
【0021】
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。
【0022】
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を実行して、高周波発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、並びにコントローラ１６０の一般的な動作を制御する。オペレーティングシステムは、さまざまな処理、アプリケーション、及びモジュールの実行を容易にして、本明細書で説明する方法（例えば、以下で説明する方法９００）を実行するために、１つ以上の発生器１４０、１４４、及び１４８又は整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９を制御することも含む。
【0023】
さらに、ＤＣ発生器１６２を、ウェハ支持電極１３８及び天井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を設けて、ＤＣ発生器１６２から各高周波発生器を絶縁してもよい。ＤＣ発生器によって生成されたＤＣ信号を、発生器１４０、１４４、及び１４８によって生成された高周波信号と同期させて、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。
【0024】
図２Ａは、発生器１４０、１４４、１４８の各々のパルス高周波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、各発生器１４０、１４４、１４８に対して独立にコントローラ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、パルス高周波出力のパルス包絡線が示されている。そのパラメータとは、パルス持続時間ｔＰ、パルス「オン」時間ｔＯＮ、パルス「オフ」時間ｔＯＦＦ、パルス周波数１／ｔＰ、及びパルスデューティサイクル（ｔＯＮ／ｔＰ）×１００パーセントである。ここで、パルス持続時間ｔＰは、ｔＯＮとｔＯＦＦの合計である。
【0025】
図２Ｂ及び２Ｃは、２つの高周波パルス信号の同時時間領域波形を示している。この２つの高周波パルス信号は、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２Ｂ及び２Ｃに示される例示的な実施形態は、第１パルス高周波信号（例えば、パルスソース信号）と第２パルス高周波信号（例えば、パルスバイアス信号）との間の同期の１つの典型的な形である。この例示的な実施形態では、各パルス信号の位相とデューティサイクルは同じである。
【0026】
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、位相が変化する。図３Ａから３Ｄ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とバイアス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３Ａは、図２Ｂの位相差ゼロの実施例に対応している。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９０°遅れている場合を示している。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１８０°遅れている場合を示している。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２７０°遅れている場合を示している。図３Ａ～３Ｄは、位相が変化する２つのパルス高周波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つ以上のパルス高周波信号も含み得る。
【0027】
いくつかの実施形態では、高周波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使用される。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共に使用される。
【0028】
図４は、基板を処理する基板処理レシピに関連するパルス高周波電力を示している。図４に示す実施例では、この基板処理レシピでは、基板を処理するために３つの別個のパルス高周波波形を供給する必要がある。図４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、複数の別個の高周波電力信号を示している。図４は、多周波数の高周波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。具体的には、図４は、４ストロークサイクルパルスを示している。このパルスには、図示されている別個の高周波電力波形によって４つの異なる合計周波数が供給されている。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。図４では、３つの別個の高周波電力波形、すなわち第１高周波電力波形４０２、第２高周波電力波形４０４、及び第３高周波電力波形４０６が示されている。３つの別個の高周波電力波形４０２、４０４、及び４０６の各々を、独立して複数の電力レベルで、互いに位相がずれた状態で供給してもよく、又は、本開示の諸実施形態と合致する多様なデューティサイクルで供給してもよい。高周波電力波形４０２、４０４、及び４０６を、ソース及びバイアスの高周波発生器１４０、１４４、及び１４８のうちの１つ以上によって供給してもよい。２つ以上のパルス高周波電力波形がある諸実施形態では、別個のパルス高周波電力波形を、互いに同期してパルス化してもよい。いくつかの実施形態では、別個の高周波電力波形を、同期させずにパルス化してもよい。
【0029】
いくつかの実施形態では、第１高周波電力波形４０２の周波数は、約２ＭＨｚから約１６２ＭＨｚであってもよい。いくつかの実施形態では、第１ＤＬＰ高周波電力波形の電力レベルは、約２００ワットから約５．０ＫＷ（例えば、３．６ＫＷ）であってもよい。第１高周波電力波形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電力レベルよりも大きくてもよい。
【0030】
図４では、第１高周波電力波形４０２は、時刻ｔ０に導入されて、第１電力レベルの第１電力パルス４１０と、第２電力レベルの第２電力パルス４１２とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１高周波波形４０２を、約２ＭＨｚから約１６２ＭＨｚの周波数で供給してもよい。他の諸実施形態では、上記のような他の周波数を使用してもよい。
【0031】
第２高周波電力波形４０４を、時刻ｔ０に、又は遅延時間４０８の後に導入してもよい。第２高周波電力波形４０４は、第１電力レベルの第１電力パルス４２０と、第２電力レベルの第２電力パルス４２２とを含んでもよい。図４に示すように、第１高周波電力パルス４２０は、第２高周波電力パルス４２２に先行してもよい。必要に応じて、追加の高周波電力パルスを、その順序又は異なる順序で供給してもよい。図４に示すように、第１高周波電力パルス４２０を、高電力レベルで供給してもよい。第２高周波電力パルス４２２を、ゼロ電力レベル、又は第１高周波電力パルス４２０の第１電力レベルより低い低電力レベルで供給してもよい。適宜、追加の工程（すなわち、追加の高周波電力パルス）と電力レベルを使用してもよい。いくつかの実施形態では、各高周波電力パルス４２０及び４２２が印加される各時間の長さは、互いに異なっていてもよい。他の諸実施形態では、各高周波電力パルス４２０及び４２２が印加される各時間の長さは、互いに同等であってもよい。いくつかの実施形態では、第２高周波波形４０４を、約２ＭＨｚから約１６２ＭＨｚの周波数で供給してもよい。他の諸実施形態では、上記のような他の周波数を使用してもよい。
【0032】
第３高周波電力波形４０６もまた、時間ｔ０（図示のように）に、又は遅延時間４０８の後に導入してもよい。第３高周波電力波形４０６は、第１高周波電力波形４０２及び／又は第２高周波電力波形４０４に関して上述したものと同様の構成を含んでもよい。
【0033】
いくつかの実施形態では、別個の高周波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、別個の同期されたＴＴＬタイミング信号をも適用して、この同期タイミング信号がインピーダンスに影響を及ぼしてもよい。いくつかの実施形態では、同期タイミング信号は、１３ＭＨｚのオン／オフタイミング信号であってもよい。いくつかの実施形態では、同期タイミング信号はＤＣ信号であってもよい。
【0034】
図４では、インピーダンス及び反射電力レベルを変化させて、異なる周波数４３２及び進行波電力ごとに１つずつ、４つの別個の間隔／ストローク４３０が示される。図４に示す実施例では、どの間隔／時間も同様の周波数を有していない。ただし、図４では供給された総進行波電力が変化する新しい間隔ごとに、システムが調整して、供給された総進行波電力に基づいて新しい反射電力を補正する。場合によっては、供給される総進行波電力の変化が大きい場合、調整も大きくなる場合がある。反射電力をさらに最小化するために、本発明者らは方法及び装置を開発した。この方法及び装置は、複数のインピーダンスレベルをより速く調整して、図５Ａ及び５Ｂに示し、以下で説明する方法を用いて、平均反射電力を最小化している。
【0035】
図５Ａは、図４に示す基板を処理するための基板処理レシピに関連するパルス高周波電力を示している。ただし、図５Ａでは、デューティサイクルは均等な時間間隔５３０に分割されている。図５Ａに示す実施例では、デューティサイクルは１０個の均等な時間に分割されている。図５Ｂは方法５００のフローチャートを示しており、この方法では、複数のインピーダンスレベルをより速く調整して、図５Ａに示すように、デューティサイクルを均等な時間間隔に分割することによって、平均反射電力を最小化している。図５Ｂのフローチャートを、図１、５Ａ、及び６に関連して以下に説明する。本開示と合致する諸実施形態では、この方法は、１つ以上の高周波整合器６０４、１つ以上の高周波発生器６０２、又はコントローラ１６０によって実行され得る。
【0036】
方法５００は工程５０２から始まり、ここでは、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、第１デューティサイクルの間の複数の高周波発生器６０２からの複数のパルス高周波電力波形（すなわち、４０２、４０４、及び４０６）を含む。工程５０４で、処理レシピを分析して、第１デューティサイクルを複数の均等な時間間隔に分割する。例えば、図５Ａに示すように、第１デューティサイクルを、１０個の均等なストローク又は時間間隔に分割してもよい。工程５０６で、第１デューティサイクルにおけるすべての時間間隔にわたる平均インピーダンス値を計算して、高周波整合器６０４の可変構成要素６０８（例えば、可変コンデンサ／インダクタ）を、その平均値に調整してもよい。いくつかの実施形態では、高周波／ＶＨＦ整合器１４２、１４６、及び１４９内の各可変構成要素６０８を、計算された同じ平均インピーダンス値に調整する。図５Ａ及び５Ｂは、単一のデューティサイクルの間に発生する処理を示しており、この処理を必要に応じて繰り返して、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、処理レシピには、すべてのデューティサイクルの高周波パルス電力波形が含まれてもよく、これらの電力波形は、各間隔での周波数と電力の点から見て、互いに常に同一でなくてもよい。したがって、各個別のデューティサイクルを別個に分析して、複数の均等な時間間隔に分割してもよい。
【0037】
工程５０８では、発生器６０２（例えば、発生器１４０、１４４、又は１４８）のうちの１つ以上のための周波数指令セットを決定する。周波数指令セットには、第１デューティサイクルにおいて均等に分割された時間間隔（すなわち、ストローク）毎の周波数及び／又は電力の設定点が含まれる。発生器１４０、１４４、又は１４８の各々について決定された周波数指令セットは、その周波数指令セットに関連する対応の発生器１４０、１４４、又は１４８に送信される。いくつかの実施形態では、周波数指令セットを、高速二次通信ケーブル１５０、１５４、１５８を介してそれぞれの発生器に送信してもよい。他の諸実施形態では、周波数指令セットを、コントローラ１６０を介してそれぞれの発生器に送信してもよい。
【0038】
工程５１０で、複数の高周波発生器からの複数のパルス高周波電力波形（例えば、４０２、４０４、及び４０６）を処理チャンバへ、第１デューティサイクルの間に各発生器に送信された周波数指令セットに従って／基づいて供給する。すなわち、均等に分割された複数の時間間隔／ストロークのそれぞれの開始時に、工程５０８で決定された周波数設定点で高周波パルス電力を供給する。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。いくつかの実施形態では、複数の波形のうちの第１パルス高周波電力波形４０２は、発生器１４０によって供給される高周波ソース信号であり、複数の波形のうちの第２パルス高周波電力波形４０４は、発生器１４４によって供給される高周波バイアス信号であり、複数の波形のうちの第３パルス高周波電力波形４０６は、発生器１４８によって供給される第２高周波バイアス信号である。
【0039】
工程５１２で、インピーダンス／反射電力を、各整合ネットワーク６０４で整合センサー６０６によって測定する。工程５１４で、高周波発生器のうちの１つ以上によって供給される周波数及び／又は電力を調整して、工程５１２で測定したインピーダンスに基づいて、反射電力をさらに低減してもよい。これらの周波数微調整を、高速二次通信ケーブル１５０、１５４、１５８を介して送信し得る。この方法を繰り返して、工程５１０に戻り、各々の新しい間隔の開始時に高周波パルス電力を供給し、工程５１２で反射／電力インピーダンスを測定し、工程５１４で供給される周波数／電力を調整して、ようやく基板の処理が完了すれば、その時点で方法は工程５１６で終了する。
【0040】
方法５００を、プラズマリアクタの１つ以上のプロセッサ（例えば、１つ以上の高周波／ＶＨＦ整合器のプロセッサ、１つ以上の高周波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）によって実行する。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。
【0041】
上記の諸実施形態を念頭に置くと、諸実施形態では、コンピューターシステムに格納されたデータを含み、コンピューターで実行する様々な動作を使用し得ることを理解すべきである。これらの動作は、物理量の物理的な動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。又は、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。
【0042】
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保存及び実行される。
【0043】
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出され得る。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
