特許 7269947 周波数発生器の共通した励起のための方法及び装置

(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】2023-04-26

(45)【発行日】2023-05-09

(54)【発明の名称】周波数発生器の共通した励起のための方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230427BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230427BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20230427BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101C

C23C16/505

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020545186

(86)(22)【出願日】2019-02-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-06-17

(86)【国際出願番号】 US2019019361

(87)【国際公開番号】W WO2019168777

(87)【国際公開日】2019-09-06

【審査請求日】2022-02-02

(31)【優先権主張番号】15/908,065

(32)【優先日】2018-02-28

(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

【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】ルレー ギャリ―

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３１０２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１６３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５４８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３９０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７９１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２２４３２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１３０３５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００１８５９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波（ＲＦ）電力を処理チャンバに供給する方法であって、
第１ＲＦ発生器で基準周波数を生成する工程と、
第１ＲＦ電力出力の第１出力周波数が基準周波数と異なるとき、第１ＲＦ発生器の第１ＲＦ電力出力を基準周波数から分離する工程と、
第２ＲＦ発生器により、第１ＲＦ発生器からの基準周波数を受信する工程と、
第２ＲＦ電力出力の第２出力周波数が基準周波数と同期していないとき、第２ＲＦ発生器の第２ＲＦ電力出力を基準周波数から分離する工程を含む方法。

【請求項2】

第１出力周波数が基準周波数と同期しているとき、第１クロックランプを使用して、第１出力周波数と基準周波数を新しい基準周波数に調整する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

第１出力周波数が基準周波数から分離されたとき、第２出力ランプを使用して、第１出力周波数を基準周波数に調整し、第１出力周波数を基準周波数に結合する工程と、
第１出力周波数が基準周波数に同期しているとき、第１出力周波数を基準周波数に結合する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

基準周波数が時間と伴に変化するとき、複数の第２クロックランプを使用して、第１出力周波数を基準周波数に調整する工程を更に含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

更新期間の時点での基準周波数に基づいて、更新期間中に複数の第２クロックランプの別の１つに変える工程を更に含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

第２ＲＦ発生器により、第２ＲＦ電力出力とは無関係に、基準周波数を少なくとも第３ＲＦ発生器に出力する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

第２出力周波数が基準周波数から分離されるとき、第２クロックランプを使用して、第２出力周波数を基準周波数に調整して、第２出力周波数を基準周波数に結合する工程と、
第２出力周波数が基準周波数と同期するとき、第２出力周波数を基準周波数に結合する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

少なくとも１セットのＲＦ発生器を備えた少なくとも１つの処理チャンバに高周波（ＲＦ）電力を供給する方法であって、
マスターＲＦ発生器で基準周波数を生成する工程と、
基準周波数をマスターＲＦ発生器からスレーブＲＦ発生器に送信する工程と、
スレーブＲＦ電力出力とは独立して、基準周波数を再送信するようにスレーブＲＦ発生器を構成する工程と、
マスターＲＦ発生器のマスターＲＦ電力出力のためのマスター出力周波数を生成する工程と、
マスターＲＦ電力出力のマスター出力周波数が基準周波数と異なる場合、基準周波数からマスターＲＦ発生器のマスターＲＦ電力出力を分離する工程と、
スレーブＲＦ電力出力のスレーブ出力周波数が基準周波数と異なる場合、基準周波数からスレーブＲＦ発生器のスレーブＲＦパワー出力を分離する工程を含む方法。

【請求項9】

マスター出力周波数が基準周波数と同期しているとき、第１クロックランプを使用してマスター出力周波数と基準周波数を新しい基準周波数に調整する工程を更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

マスター出力周波数が基準周波数から分離される場合、第２クロックランプを使用してマスター出力周波数を基準周波数に調整し、マスター出力周波数を基準周波数に結合する工程と、
マスター出力周波数が基準周波数に同期するとき、マスター出力周波数を基準周波数に結合する工程を更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

処理チャンバに高周波（ＲＦ）電力を供給するための装置であって、
基準周波数とは独立して、ＲＦ電力出力のＲＦ電力出力周波数を調整し、
ＲＦ電力出力が基準周波数からアンロックされたとき、第１クロックランプを使用してＲＦ電力出力を基準周波数にロックし、ＲＦ電力出力のＲＦ電力出力周波数を変更し、基準周波数に整合させるように構成されたＲＦ電力出力を備えたＲＦ電力発生器を備えた装置。

【請求項12】

ＲＦ電力発生器は、基準周波数を生成する第１周波数発生器と、ＲＦ電力出力周波数を生成する第２周波数発生器とを有する、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

ＲＦ電力発生器は、ＲＦ電力出力周波数が周波数チューニング又はランピングであるとき、基準周波数からＲＦ電力出力を分離する、請求項１１に記載の装置。

【請求項14】

ＲＦ電力発生器は基準周波数を受領し、ＲＦ電力出力とは独立して基準周波数を出力する、請求項１１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【分野】

【0001】

本願の原理の実施形態は、一般に、半導体処理に関する。

【背景】

【0002】

半導体チャンバは、ガスプラズマを使用して半導体基板を処理することがある。プラズマは、処理中にプラズマを点火及び維持するために、高周波（ＲＦ）電源を使用して生成される。また、幾つかのチャンバは、基板にバイアスをかけるために第２ＲＦ電源を使用する。チャンバは、ＲＦ電源の後に整合ネットワークを使用して、インピーダンスをチャンバと整合させ、電力伝達効率を高める。また、ＲＦ電源は周波数チューニングを提供し、整合ネットワークのインピーダンスとの整合を支援し、より優れた電力伝達を実現する。

【0003】

基板にＲＦバイアス電力を供給するＲＦ電源の周波数は、プラズマにＲＦ電力を供給するＲＦ電源と正確に同じであるべきである。２つの周波数が異なる場合、２つのＲＦ電源周波数の差に等しいビート周波数でプラズマチャンバ内にビート効果が生じる。ビート効果を防ぐため、基準信号が両方のＲＦ電源に供給され、ＲＦ電源が正確に同じ周波数で動作することを可能にする。コモンエキサイタ周波数又はＣＥＸ周波数とも呼ばれる基準周波数は、ＲＦ電源のマスター周波数発生器から、他のＲＦ電源の１以上のスレーブ周波数発生器に提供される。しかしながら、スレーブ周波数発生器が周波数チューニングである場合、マスター周波数発生器からのＣＥＸ周波数が突然の周波数変化を引き起こし、システムを不安定にする可能性がある。更に、マスター周波数発生器はＲＦ出力周波数をＣＥＸ周波数として送信するため、マスター周波数発生器が周波数チューニングの場合、スレーブ周波数発生器はマスター周波数発生器から常に変化する基準周波数を受信する。従って、スレーブ周波数発生器は、基準周波数に追従する時をＣＥＸの有効化／無効化機能から通知される必要があり、システムが更に複雑になる。
従って、発明者は、マルチ発生器システムにおいてＲＦ電力周波数を制御するための改善された方法及び装置を提供した。

【概要】

【0004】

方法及び装置は、システム基準周波数に対し、マスター又はスレーブ発生器により供給されるＲＦｏｕｔの独立した操作を可能にすることにより、半導体プロセスチャンバで用いられるＲＦ電力の制御を提供する。

【0005】

幾つかの実施形態において、高周波（ＲＦ）電力を処理チャンバに供給する方法は、第１ＲＦ発生器で基準周波数を生成する工程と、第１ＲＦ電力出力の第１出力周波数が基準周波数と同期していないときに、第１ＲＦ発生器の第１ＲＦ電力出力を基準周波数から分離する工程を含む。

【0006】

幾つかの実施形態では、方法は、第１出力周波数が基準周波数と同期しているとき、第１クロックランプを使用して、第１出力周波数と基準周波数を新しい基準周波数に調整する工程と、
第１出力周波数が基準周波数から分離されたとき、第２出力ランプを使用して、第１出力周波数を基準周波数に調整し、第１出力周波数を基準周波数に結合する工程と、第１出力周波数が基準周波数に同期しているとき、第１出力周波数を基準周波数に結合する工程と、
基準周波数が時間と伴に変化するとき、複数の第２クロックランプを使用して、第１出力周波数を基準周波数に調整する工程と、
更新期間の時点での基準周波数に基づいて、更新期間中に複数の第２クロックランプの別の１つに変える工程と、
第２ＲＦ発生器により、第１ＲＦ発生器からの基準周波数を受信する工程と、第２ＲＦ電力出力の第２出力周波数が基準周波数と同期していないとき、第２ＲＦ発生器の第２ＲＦ電力出力を基準周波数から分離する工程と、
第２ＲＦ発生器により、第２ＲＦ電力出力とは無関係に、基準周波数を少なくとも第３ＲＦ発生器に出力する工程と、
第２出力周波数が基準周波数から分離されるとき、第２クロックランプを使用して、第２出力周波数を基準周波数に調整して、第２出力周波数を基準周波数に結合する工程と、第２出力周波数が基準周波数と同期するとき、第２出力周波数を基準周波数に結合する工程を含むことができる。

【0007】

幾つかの実施形態では、少なくとも１セットのＲＦ発生器を備えた少なくとも１つの処理チャンバに高周波（ＲＦ）電力を供給する方法は、マスターＲＦ発生器で基準周波数を生成する工程と、基準周波数をマスターＲＦ発生器からスレーブＲＦ発生器に送信する工程と、スレーブＲＦ電力出力とは独立して、基準周波数を再送信するようにスレーブＲＦ発生器を構成する工程と、マスターＲＦ発生器のマスターＲＦ電力出力のためのマスター出力周波数を生成する工程と、マスターＲＦ電力出力のマスター出力周波数が基準周波数と同期していない場合、基準周波数からマスターＲＦ発生器のマスターＲＦ電力出力を分離する工程と、スレーブＲＦ電力出力のスレーブ出力周波数が基準周波数と同期していない場合、基準周波数からスレーブＲＦ発生器のスレーブＲＦパワー出力を分離する工程を含む。

【0008】

幾つかの実施形態では、方法は、更に、
マスター出力周波数が基準周波数と同期しているとき、第１クロックランプを使用してマスター出力周波数と基準周波数を新しい基準周波数に調整する工程と、
マスター出力周波数が基準周波数から分離される場合、第２クロックランプを使用してマスター出力周波数を基準周波数に調整し、マスター出力周波数を基準周波数に結合する工程と、マスター出力周波数が基準周波数に同期するとき、マスター出力周波数を基準周波数に結合する工程と、
スレーブ出力周波数が基準周波数から分離されるとき、第３クロックランプを使用して、スレーブ出力周波数を基準周波数に調整し、スレーブ出力周波数を基準周波数に結合する工程と、スレーブ出力周波数が基準周波数に同期するとき、スレーブ出力周波数を基準出力周波数に結合する工程を含む。

【0009】

幾つかの実施形態では、処理チャンバに高周波（ＲＦ）電力を供給するための装置は、基準周波数とは独立して、ＲＦ電力出力のＲＦ電力出力周波数を調整し、ＲＦ電力出力が基準周波数からアンロックされたとき、第１クロックランプを使用してＲＦ電力出力を基準周波数にロックし、ＲＦ電力出力のＲＦ電力出力周波数を変更し、基準周波数に整合させるように構成されたＲＦ電力出力を備えたＲＦ電力発生器を備える。

【0010】

幾つかの実施形態では、
ＲＦ電力発生器は、基準周波数を生成する第１周波数発生器と、ＲＦ電力出力周波数を生成する第２周波数発生器とを有し、
ＲＦ電力発生器は、ＲＦ電力出力周波数が周波数チューニング又はランピングであるとき、基準周波数からＲＦ電力出力を分離し、
基準周波数が第２クロックランプを使用して変化するとき、ＲＦ電力発生器は基準周波数を備えるＲＦ電力出力を調整し、ＲＦ電力出力が基準周波数にロックされるとき、ＲＦ電力出力と基準周波数を変更し、
ＲＦ電力発生器は変化する周波数の周波数変化率を決定し、ＲＦ電力出力周波数を変化する基準周波数に収束するために用いられるクロックランプを定期的に更新し、
ＲＦ電力発生器は基準周波数を受領し、ＲＦ電力出力とは独立して基準周波数を出力し、
ＲＦ電力発生器は有効化／無効化コモンエキサイタ（ＣＥＸ）入力なしで動作し、及び又は
ＲＦ電力発生器は、ツイン処理チャンバの他のマスター／スレーブＲＦ周波数発生器セットにリンクして設定されたマスター／スレーブＲＦ周波数発生器を動作させる。

【0011】

他の更なる実施形態を以下に開示する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本原理の実施形態は、添付図面に図示される本原理の例示的な実施形態を参照することにより理解することができる。しかしながら、添付図面は、本原理の典型的な実施形態のみを示しており、従って、本原理は他の等しく有効な実施形態を含み得るため、その範囲を限定するものとは解釈されるべきではない。

【図1】本原理の幾つかの実施形態による、複数のＲＦ発生器の共通励起のための方法を実行して同期ＲＦ電力を処理チャンバに供給するのに適した処理チャンバを示す。

【図2】本原理の幾つかの実施形態による、複数の周波数発生器を有するＲＦ電力システムを示す。

【図3】本原理の幾つかの実施形態による、マスター周波数発生器を制御する方法である。

【図4】本原理の幾つかの実施形態による、基準信号が一定であるときにマスター周波数発生器を制御する方法を示すグラフである。

【図5】本原理の幾つかの実施形態による、基準信号が変化するときにマスター周波数発生器を制御する方法を示すグラフである。

【図6】本原理の幾つかの実施形態による、スレーブ周波数発生器を制御する方法である。

【0013】

理解を容易にするために、可能な場合、図に共通の同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。図は縮尺どおりに描かれておらず、明確にするために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素及び特徴は、更に詳述することなく、他の実施形態に有利に組み込むことができる。

【詳細な説明】

【0014】

処理チャンバ用の周波数発生器は、システム基準周波数から独立しているＲＦ出力で動作することができる。ＲＦ出力をシステム基準周波数から分離することにより、周波数発生器は、システム基準周波数に影響を与えたり（マスター周波数発生器として動作している場合）、又は周波数を即座にジャンプさせてシステム基準周波数に到達させたりせずに（同期している場合）、ターゲット周波数への周波数チューニング又はランピングを実行することができる。処理チャンバのマスター周波数発生器とスレーブ周波数発生器は、システム基準周波数に通常影響を与えるシステム基準周波数から分離されると、独立して機能を実行することができる。システム基準周波数からの分離により、周波数ジャンプが減少し、ＲＦ出力をシステム基準周波数に結合又は再ロック（同期）する前に、ＲＦ出力の出力周波数をシステム基準周波数までランプアップ又はダウンさせることが可能になる。ＲＦ出力がシステム基準周波数にロックされると、ＲＦ出力はシステム基準周波数と同じ周波数になり、ＲＦ出力とシステム基準周波数の間の位相又は位相遅延が同じになる。マスター周波数発生器の場合、分離により、送信されたシステム基準周波数を安定化させることが可能になる。これは、システム基準周波数が、例えば周波数チューニング中にＲＦ出力に追従しようとしないからである。マスター周波数発生器が出力する安定化システム基準周波数により、スレーブ周波数発生器は安定化システム基準周波数に簡単に追従することが可能になる。幾つかの実施形態では、スレーブ周波数発生器は、スレーブ周波数発生器ＲＦ出力とは独立してシステム基準周波数を再送信し、他のリンクされたスレーブ周波数発生器ためのシステム基準周波数を安定化させる。

【0015】

装置及び方法の幾つかの実施形態は、周波数発生器が基準周波数にロックされている場合、第１クロックを使用してランプ（変化率）を生成し、新しい基準周波数に変更し、第２クロックを使用して別のランプを生成し、アンロック状態からＲＦｏｕｔを基準周波数に再ロックすることを含む。第１クロックを使用してランプを生成する場合、ランプは第１クロックランプと呼ばれる。第２クロックを使用してランプを生成する場合、ランプは第２クロックランプと呼ばれる等である。幾つかの実施形態ではランプは線形であり、幾つかの実施形態ではランプは非線形であってもよい。幾つかの実施形態は、システム制御とは別個のマスター周波数発生器による独立制御を可能にし、どのクロックランプを実行するか、及び／又は、いつクロックランプを実行するかを決定し、処理チャンバに供給されるＲＦ電力の安定性を高める。幾つかの実施形態は、基準周波数の現在値を定期的に決定し、ＲＦｏｕｔが基準周波数に収束するまでクロックランプを更新し、アンロック状態からロック状態までＲＦｏｕｔの基準周波数への遷移を滑らかにすることにより、移動基準周波数にクロックランプする能力を組み込む。

【0016】

幾つかの実施形態では、周波数発生器はペアで、即ち、処理チャンバ内でプラズマを生成するためにＲＦ電力を供給するマスター周波数発生器と、基板にバイアスＲＦ電力を供給するスレーブ周波数発生器として使用することができる。図１は、幾つかの実施形態による、装置を使用するため、及び／又は、複数のＲＦ発生器の共通励起のための方法を実行するために適した処理チャンバ１００を示す。本発明の装置及び方法は、例えば、処理チャンバ１００及びＲＦ電源１１８又はバイアス電源１２２等のＲＦ電源により提供される可変周波数を有するＲＦ電力を利用する任意のタイプの処理チャンバで利用することができる。

【0017】

処理中、ＲＦ電源１１８は電力を提供し、ガス混合物１５０を点火し、処理チャンバ１００内のプラズマ１５５を維持する。また、バイアス電源１２２はＲＦ電力を処理チャンバに提供し、基板１１４をバイアスする。ＲＦ電源１１８及びバイアス電源１２２は、同一周波数（システム基準周波数）で動作するように同期され、ビート効果（同一チャンバで動作するＲＦ電源間の周波数差）が処理チャンバ１００で発生することを防止する。また、装置及び方法は、単一又は複数の周波数を有するバイアス電力を利用する任意のタイプの処理チャンバに利用されてもよい。例示的な処理チャンバは、エッチングプロセスに使用される任意の処理チャンバ（例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズインコーポレイテッドから入手可能なＣＥＮＴＲＩＳ（商標名）、ＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ（商標名）又は他の処理チャンバ）を含む。他の製造業者からのものを含む他の処理チャンバを同様に使用することもできる。

【0018】

ＲＦ電源１１８は、ＲＦ電源１１８と負荷（例えば、プラズマ１５５）の間の最適なインピーダンスを達成することを容易にする周波数チューナ１６０を有することができる。また、ＲＦ電源１１８は、コントローラ１６２と、周波数調整に関連する情報（例えば、周波数、インピーダンス、及び／又は電力レベル等）を格納するためのコントローラ１６２を含むことができる。電源の周波数発生器が周波数チューニングの場合、周波数発生器はＲＦ周波数設定ポイント（例えば、基準周波数等）を無視し、周波数発生器の出力で測定される反射電力を最小化し、インピーダンス整合を実現しようとする。反射電力は、通常、ＲＦ電源１１８により提供される順方向電力の約０％の目標に低減され、チューニングされた状態を達成する。幾つかの実施形態では、反射電力の許容可能な帯域は、チャンバ設計に応じてチューニングされた状態と考えられる。幾つかの実施形態では、情報は、ＲＦ電源１１８及びバイアス電源１２２にリンクされたコントローラ１４０（例えば、コントローラ１４０のメモリ１４２等）に格納することができる。処理チャンバ１００は単独で利用することができ、又は、統合半導体基板処理システム又はクラスターツール（例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズインコーポレイテッドから入手可能な、ＣＥＮＴＵＲＡ（商標名）統合半導体基板処理システムのモジュール等）として利用することができる。また、適したエッチングリアクタは、アプライドマテリアルズインコーポレイテッドから入手可能なＣＥＮＴＲＩＳ（商標名）ＳＹＭ３（商標名）エッチング、ＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ（商標名）エッチングリアクタライン（例えば、ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ Ｇ３又はＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ Ｇ５）、ＤＰＳ（商標名）エッチングリアクタライン（例えば、ＤＰＳ（商標名）、ＤＰＳ（商標名）ＩＩ、ＤＰＳ（商標名）ＡＥ、ＤＰＳ（商標名）ＨＴ、ＤＰＳ（商標名）Ｇ３ポリエッチャー等）又は他のエッチングリアクタを含む。同様に、他の処理チャンバ及び／又はクラスターツールも適切に使用できる。

【0019】

処理チャンバ１００は、導電性本体又は壁１３０内の基板支持体１１６（カソードを含む）及びコントローラ１４０を有する。処理チャンバ１００は、平坦な誘電体天井１２０を備えることができる。代替的に、処理チャンバ１００は他のタイプの天井（例えば、ドーム型の天井等）を有することができる。少なくとも１の誘導コイル要素１１２を含むアンテナが天井１２０の上に配置される（少なくとも１の誘導コイル要素１１２の２つの同軸要素が示される）。少なくとも１の誘導コイル要素１１２は、第１整合ネットワーク１１９を介してＲＦ電源１１８に結合される。第１整合ネットワーク１１９は、周波数チューニング中に保持される。幾つかの実施形態では、異なるプロセスのため、異なる固定位置による、第１整合ネットワーク１１９が使用されてもよい。幾つかの実施形態では、ＲＦ電源１１８は、周波数発生器出力の約＋／－５％～約＋／－１０％の範囲の調整可能な周波数で最大３０００Ｗを生成することができる。例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源は、１３．５６ＭＨｚの約＋／－５％～約＋／－１０％の範囲の調整可能な周波数を生成することができる。ＲＦ電源１１８は、ＲＦ発生器１６６、周波数チューナ１６０、及びプロセス情報を記憶するためのメモリ１６４を含むコントローラ１６２を含むことができる。幾つかの実施形態では、ＲＦ電源１１８はコントローラ１４０により制御することができる。

【0020】

基板支持体１１６は基板１１４を保持するための静電チャックを含むことができ、整合ネットワーク出力（陰極入力）１２５を有する第２整合ネットワーク１２４を介して、バイアス電源１２２に結合される。幾つかの実施形態では、バイアス電源１２２は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で最大１５００Ｗを生成することができる。バイアス電力は、連続電力でもパルス電力でもよい。幾つかの実施形態では、バイアス電源１２２は、ＤＣ又はパルスＤＣ源であってもよい。幾つかの実施形態では、プローブ１２７を処理チャンバ１００内で基板支持体１１６の近傍に配置することができ、処理チャンバ１００内の測定（例えば、上述の基板の第１ＤＣ電圧測定）を提供する。プローブ１２７は処理チャンバ１００の壁１３０に配置されたポート１４１を介して、処理チャンバ１００外から供給することができる。幾つかの実施形態では、コントローラ１２９をプローブ１２７に結合することができ、プローブ１２７の測定値の記録又は表示を容易にすることができる。

【0021】

コントローラ１４０（例えば、システムコントローラ）は、一般に、中央処理装置（ＣＰＵ）１４４、メモリ１４２、及びＣＰＵ１４４用のサポート回路１４６を含み、処理チャンバ１００のコンポーネントの制御を容易にする。処理チャンバ１００の制御を容易にするため、コントローラ１４０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業設定で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１であってもよい。ＣＰＵ１４４のメモリ１４２、又はコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、ローカル又はリモートの任意の他の形式のデジタルストレージのような１以上の容易に利用可能なメモリであってもよい。サポート回路１４６は、プロセッサをサポートするためにＣＰＵ１４４に結合される。これらの回路には、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステム等が含まれる。本明細書で説明される方法は、一般に、ソフトウェアルーチンとしてメモリ１４２に格納される。また、ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１４４により制御されるハードウェアから離れて配置されている第２ＣＰＵ（図示せず）により格納及び／又は実行されてもよい。

【0022】

処理チャンバ１００の例示的な動作において、基板１１４が基板支持体１１６上に配置され、プロセスガスがガスパネル１３８から入口ポート１２６を介して供給され、ガス状混合物１５０を形成する。ＲＦ電源１１８及びバイアス電源１２２からの電力を基板支持体１１６上の少なくとも１つの誘導コイル要素１１２及び基板１１４に各々印加することにより、ガス状混合物１５０は処理チャンバ１００内でプラズマに点火される。処理チャンバ１００の内部の圧力は、スロットルバルブ１３１及び真空ポンプ１３６を使用して制御される。通常、壁１３０は、電気接地１３４に接続される。壁１３０の温度は、壁１３０を貫通する液体含有導管（図示せず）を使用して制御することができる。

【0023】

幾つかの実施形態では、基板１１４の温度は、基板支持体１１６の温度を安定させることにより制御することができる。幾つかの実施形態では、ガス源１４８からのガスは、ガス導管１４９を介して、基板１１４下の台座表面に形成されたチャネル（図示せず）に提供される。ガスは、基板支持体１１６と基板１１４の間の熱伝達を促進するために使用される。処理中、基板支持体１１６は、基板支持体１１６内の抵抗ヒータ（図示せず）により定常状態温度に加熱されることができ、次いで、ヘリウムガスが基板１１４の均一な加熱を促進する。

【0024】

図２は、図１の処理チャンバ１００と共に使用することができるＲＦ電力生成システム２００を示す。ＲＦ電力生成システム２００は、マスターＲＦ出力２０４をマスター整合ネットワーク２０６に提供するマスターＲＦ生成器２０２を含む。幾つかの実施形態では、ＲＦ電力生成システム２００は、スレーブＲＦ出力２１０をスレーブ整合ネットワーク２１２に提供するスレーブＲＦ生成器２０８も含む。マスターＲＦ生成器２０２は、基準周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）又は共通励起（ＣＥＸ）出力をスレーブＲＦ生成器２０８に提供し、スレーブＲＦ生成器２０８は基準周波数をＣＥＸ入力として受信する。幾つかの実施形態では、マスターＲＦ発生器２０２及びスレーブＲＦ発生器２０８は、動作コマンド及びその他の制御を提供することができるシステムコントローラ２１８により制御することができる。幾つかの実施形態では、マスターＲＦ発生器２０２はコントローラ２２０を含むことができ、これによって、マスターＲＦ発生器２０２がシステムコントローラ２１８とは独立して動作を実行することを可能にする。例えば、コントローラ２２０は、どのクロックランプを使用するか、又は、いつクロックランプをアップデート／使用するかを独立して決定することができる。幾つかの実施形態では、マスターＲＦ発生器２０２はＲＦ電源１１８に実装することができ、スレーブＲＦ発生器２０８は図１のバイアス電源１２２に実装することができる。マスター／スレーブの名称は、どのＲＦ発生器が基準周波数を生成するか、及び、どのＲＦ発生器が基準周波数を受信するかを示すために用いられる。

【0025】

一般的なチャンバプロセスでは、基準周波数（例えば、ＣＥＸ ＯＵＴ）は固定周波数である。発生器が周波数チューニング又は周波数ランピングされると、現在業界で行われているように、ＣＥＸ ＯＵＴはマスター周波数発生器出力（例えば、ＲＦ ＯＵＴ）で変化するのではなく、固定周波数として維持される。発明者は、ＲＦ ＯＵＴがＣＥＸ ＯＵＴとして使用されると、周波数チューニング又は周波数ランピングの際の変動が、ＣＥＸ ＯＵＴを受信するスレーブ周波数発生器に安定性の問題を引き起こすことを発見した。ＣＥＸ ＯＵＴの不安定性は、発生器周波数変化時間の増加、及び／又は、インピーダンス整合等のための不完全な発生器周波数チューニングにつながる。ＣＥＸ ＯＵＴが常にジャンプする場合、インピーダンス整合が維持できず、反射電力が発生する。発明者は、ＲＦ ＯＵＴがマスター発生器のＣＥＸ ＯＵＴから独立することにより、ＲＦ発生器システムが有利により安定し、インピーダンス整合が維持され、反射電力を減少又は排除できることを見出した。

【0026】

マスター周波数発生器がアンロック状態にあるとき（ＲＦ ＯＵＴはＣＥＸ ＯＵＴに同期されていない）、マスター周波数発生器は、ＣＥＸ ＯＵＴに影響を与えることなく、周波数チューン及び／又は周波数ランプを行うことができる。マスター周波数発生器がターゲット周波数に到達すると、ＲＦ ＯＵＴがロック状態でＣＥＸ ＯＵＴに同期され、潜在的な位相遅延をサポートする。時間の作用による固定周波数ランプは、ＣＥＸ ＯＵＴの周波数が線形に変更されると、第１クロックランプに使用される。第１クロックランプは、システム及び／又はプロセスの最適化のため、固定周波数がスムーズに変更されるケースをサポートする。例えば、ＣＥＸ ＯＵＴの変更がシステムコントローラによりコマンドされる場合、マスター周波数発生器はＣＥＸ ＯＵＴと共に新しい周波数にランプされる。次に、第１クロックランプを使用して、ＲＦ ＯＵＴ周波数とＣＥＸ ＯＵＴ周波数を新（ターゲット）ＣＥＸ ＯＵＴ周波数にスムーズに変更することができる。

【0027】

時間による可変固定周波数ランプは、周波数発生器がロック解除状態からロック状態にコマンドされるとき、第２クロックランプに使用される。第２クロックランプは、システムやプロセスの最適化の目的で、最後に使用された周波数が固定周波数又はＣＥＸ ＯＵＴにスムーズに変更されるケースをサポートする。例えば、周波数発生器（マスター又はスレーブ周波数発生器）がロック状態（ＲＦ ＯＵＴ=ＣＥＸ ＯＵＴ／ＩＮ）にコマンドされた場合（例えば、インピーダンス整合のための周波数調整等）、周波数発生器は第２クロックランプを使用して、ロック状態になる前に、固定周波数（ＣＥＸ ＯＵＴ）にスムーズに戻る。第２クロックランプを使用してＲＦ ＯＵＴをスムーズに変更することにより、ＲＦ ＯＵＴの急激な変化が発生せず、システムの安定性が向上する。

【0028】

ＣＥＸ周波数が一定である場合、可変固定ランプ又は第２クロックランプが容易に決定される。例えば、スロープ又はランプは、発生器の現在の周波数、固定周波数（ＣＥＸ周波数）、及び周波数の変化が発生する時間に基づいて決定される。周波数の変化を時間の変化で割ると、第２クロックランプのスロープが得られる。第２クロックランプの導出は、システムコントローラ及び／又は周波数発生器内のコントローラにより決定することができる。ＣＥＸ周波数がランピングしている（時間とともに変化する）場合、可変制御ランプ又は第２クロックランプは、例えば、制御アルゴリズムが実行されたとき、又は更新が決定されたときに再計算される。言い換えれば、周波数変化率（例えば、ｋＨｚ／ｓ）は、アルゴリズム決定点で、又は周期的な速度で更新することができる。時間の経過と共に更新される複数の第２クロックランプを使用することにより、ＲＦ ＯＵＴはＣＥＸ周波数に収束し、ＲＦ ＯＵＴがＣＥＸ周波数（ＣＥＸ ＯＵＴ／ＩＮ）にスムーズに変化してロックできるようにする。第２クロックランプが定期的に更新されると、ＲＦ ＯＵＴが移動するターゲットに収束するため、第２クロックランプの実行を非線形ＣＥＸ変更に拡張することができる。

【0029】

スレーブ周波数発生器は、基準周波数がＣＥＸ ＩＮ（ＣＥＸ周波数、ＣＥＸ ＯＵＴ、マスター周波数発生器によりスレーブ周波数発生器に送られる）であることを除き、マスター周波数発生器と同様に作用することができる。スレーブ周波数発生器はマスター周波数発生器の後に続くため、スレーブ周波数発生器は第１クロックランプ又は固定周波数ランプ時間を利用しない場合がある。スレーブ周波数発生器がインピーダンス整合のために周波数チューニングを行っていない場合、又は、基準周波数に合致するためにランピングしていない場合（スレーブ周波数発生器がアンロック状態にある場合）は、マスター周波数発生器の後に直接続くことにより、スレーブ周波数発生器はマスター周波数発生器で効果的にランプする（ＣＥＸ ＯＵＴからＣＥＸ ＩＮへ）。本明細書で開示される本発明の装置及び方法は、スレーブ周波数発生器がＣＥＸ有効化／無効化機能により制御されることを避けることを可能にする。ＣＥＸの有効化／無効化制御を排除することにより、ＲＦ生成システムはより堅牢になり、制御帯域幅を節約する。スレーブ周波数発生器が別のスレーブ周波数発生器にリンクされる場合、ＣＥＸ伝播では、スレーブ周波数発生器をパススルーとして設定することができる（スレーブＣＥＸ ＯＵＴ=スレーブＣＥＸ ＩＮ）。スレーブ周波数発生器のＲＦ ＯＵＴは、ＣＥＸ ＩＮ／ＯＵＴから独立している。また、本明細書で開示される本発明の装置及び方法は、周波数発生器が本発明の方法で動作すること、又は動作の以前のバージョンに設定可能とすることを可能にする。

【0030】

本発明の装置及び方法を実施する周波数発生器は、周波数発生器が下位互換性を有し、古い機器で動作できるように、いずれかのモードで動作するように構築するこいとができる。幾つかの実施形態では、デュアル周波数発生器をＲＦ電源で使用することができる。本発明の状態では、第１周波数発生器はシステム基準周波数を生成又は維持することができ、第２周波数発生器はＲＦ ＯＵＴ周波数を生成又は維持するために使用することができる。ＲＦ電源が以前のバージョンの動作で動作するように切り替えられた場合、ＲＦ ＯＵＴを第２周波数発生器の使用から第１周波数発生器の使用に切り替えることができ、これによって、ＲＦ ＯＵＴがシステム基準周波数に追従する。また、以前のバージョンの操作に切り替えると、ＣＥＸの有効化／無効化制御が可能になる場合がある。デュアル機能を使用して、ＲＦ電源に下位互換性を持たせることができる。また、本明細書に開示される本発明の装置及び方法は、単一の処理チャンバ（Ｎ個の周波数発生器）及び／又はツインチャンバ（２×Ｎ個の周波数発生器）等を用いて実施することができる。

【0031】

図３は、幾つかの実施形態による、マスターＲＦ発生器を制御する方法３００である。システム基準周波数は、ブロック３０２でマスターＲＦ発生器により生成される。システム基準周波数は、例えば、約１３．５６ＭＨｚであってもよい。システムの基準周波数を使用してチャンバに適用されるＲＦ電力を生成することにより、周波数の違いにより生成されるビート効果が排除され、チャンバ内に安定したプラズマが提供される。システム基準周波数が突然又は一定に変化すると、ＲＦ発生器が変動し、チャンバ内でプラズマに影響を与える。ブロック３０４でマスターＲＦ発生器がシステム基準周波数にロックされていない（ロック状態）場合、マスターＲＦ発生器出力周波数はシステム基準周波数から分離される。分離により、マスターＲＦ発生器はシステム基準周波数を不安定化させることなく、ＲＦ出力を調整することができる。マスターＲＦ発生器は、システム基準周波数を変更せず、その後、マスターＲＦ発生器からシステム基準周波数を受信するスレーブ発生器を変更せずに、周波数チューニングやランピング等の操作を実行できる。

【0032】

システム基準周波数が変化し（例えば、システムコントローラがシステム基準周波数は調整されるべきであると決定する）、マスターＲＦ発生器出力周波数がシステム基準周波数（ロック状態）に結合される場合、マスターＲＦ発生器出力周波数はシステム基準周波数（ロック状態）に結合され続け、周波数調整ターゲットが新しいシステム基準周波数に設定され、システム基準周波数は（マスターＲＦ発生器の出力周波数と共に）、ブロック３０６の第１クロックランプを用いた周波数調整に基づいて調整される。第１クロックランプは、所与の時間に亘って周波数変化の量を制御し、システム基準周波数及びマスターＲＦ発生器出力周波数の新しいシステム基準周波数へのスムーズな移行を可能にするように調整される。

【0033】

マスターＲＦ発生器出力周波数がシステム基準周波数から分離され（アンロック状態）、マスターＲＦ発生器が、例えば、システムコントローラ又は他の操作パラメータ（例えば、周波数チューニング完了等）により、システム基準周波数から分離されたロック状態にコマンドされると、周波数調整ターゲットがシステム基準周波数に設定され、マスターＲＦ発生器出力周波数は第２クロックランプとともに調整ターゲットに基づいて調整され、次にマスターブロック３０８でマスターＲＦ発生器出力周波数がシステム基準周波数（ターゲット）に到達すると、ＲＦ発生器出力周波数とシステム基準周波数がロックされる。例えば、マスターＲＦ発生器が周波数チューニングである場合、マスターＲＦ発生器では、マスターＲＦ発生器出力周波数とシステム基準周波数の差が大きい可能性がある。第２クロックランプは、第１クロックランプとは異なる場合があるが、マスターＲＦ発生器出力周波数をシステム基準周波数にスムーズに調整するために用いられる。マスターＲＦ発生器の出力周波数がシステム基準周波数に到達すると、マスターＲＦ発生器出力周波数はシステム基準周波数にロックされる。上記の例ではＲＦ発生器が利用されているが、幾つかの実施形態は非ＲＦ発生器と共に使用することもできる。

【0034】

図４は、幾つかの実施形態による、基準信号が一定であるときにマスターＲＦ発生器を制御する方法を示すグラフ４００である。第１期間４０６において、マスターＲＦ発生器のＲＦｏｕｔ４０２は、基準周波数４０４にロックされる。第２期間４０８の間、ＲＦｏｕｔ４０２及び基準周波数４０４は、アンロックされる。ＲＦｏｕｔ４０２と基準周波数４０４の分離により、マスターＲＦ発生器はＲＦｏｕｔ４０２を周波数チューニングすることが可能になるが、基準周波数４０４は第２期間４０８の間一定である。マスターＲＦ発生器は、第３期間の初期において、ＲＦｏｕｔ４０２を基準周波数４０４にロックするようにコマンドされる。そして、マスターＲＦ発生器は、第２クロックランプを使用して、ＲＦアウト４０２を、第３期間４１０の終わりまでに、基準周波数４０２までスムーズにランプする。第４期間４１２の初期において、ＲＦｏｕｔ４０２は基準周波数に等しく、基準周波数４０４に結合（ロック）される。

【0035】

図５は、幾つかの実施形態による、基準信号が変化するときにマスターＲＦ発生器を制御する方法を示すグラフ５００である。グラフ５００は、基準周波数５０４が時間と共に変化するときのＲＦｏｕｔ５０２の調整を示す。第１期間５０６において、マスターＲＦ発生器のＲＦｏｕｔ５０２は、基準周波数５０４にロックされる。第２期間５０８の間、ＲＦｏｕｔ５０２及び基準周波数５０４はアンロックされる。ＲＦｏｕｔ５０２と基準周波数５０４の分離は、例えば、基準周波数５０４が第２期間５０８の間に変化し続ける間、マスターＲＦ発生器がＲＦ出力５０２を周波数チューニングすることを可能にする。マスターＲＦ発生器は、第３期間５１０の始めに、ＲＦｏｕｔ５０２を基準周波数５０４にロックするようにコマンドされる。次に、マスターＲＦ発生器は、複数の第２クロックランプを使用して、ＲＦｏｕｔ５０２を第３期間５１０の終わりまでに基準周波数５０２にスムーズにランプする。例えば、第１基準ポイント５１４ａでの第３期間５１０の初めに、マスターＲＦ発生器は周期的アルゴリズムを実行し、ＲＦｏｕｔ５０２を時間の第１ポイントにおける基準周波数５０４の値５１４ｂにランプする第２クロックランプを決定する。

【0036】

アルゴリズムが第２基準ポイント５１６ａで２回目に実行されると、マスターＲＦ発生器は、ＲＦｏｕｔ５０２を時間における第２ポイントで基準周波数５０４の値５１６ｂにランプする他の第２クロックランプを決定する。アルゴリズムが第３基準ポイント５１８ａで３回目に実行されると、マスターＲＦ発生器は、ＲＦｏｕｔ５０２を時間における第３ポイントで基準周波数５０４の値５１８ｂにランプする他の第２クロックランプを決定する。アルゴリズムが第４基準ポイント５２０ａで４回目に実行されると、マスターＲＦ発生器は、ＲＦｏｕｔ５０２を時間における第４ポイントで基準周波数５０４の値５２０ｂにランプする他の第２クロックランプを決定する。第４期間５１２の間、ＲＦ出力５０２は基準周波数に等しく、基準周波数５０４に結合（ロック）される。上記の例では４つの基準ポイント及び４つ期間が使用されたが、幾つかの実施形態において基準ポイント及び時間の数は４より多くても、少なくてもよい。

【0037】

図６は、幾つかの実施形態による、スレーブＲＦ発生器を制御する方法６００である。システム基準周波数は、ブロック６０２でスレーブＲＦ発生器により得られる。システム基準周波数は、例えば、約１３．５６ＭＨｚであってもよい。ブロック６０４で、スレーブＲＦ発生器がシステム基準周波数にロックされていない（ロック状態）場合、スレーブ発生器の出力周波数はシステム基準周波数から分離される。分離により、スレーブ発生器はシステム基準からの干渉なしにＲＦ出力を調整することが可能になる。スレーブＲＦ発生器は、例えば、システムの基準周波数に影響を与えたり、その影響を受けたりすることなく、周波数調整等の操作を実行することができる。幾つかの実施形態では、システム基準周波数は、スレーブＲＦ発生器にリンクされた他のスレーブ発生器に妨害されることなく、スレーブＲＦ発生器を通過することができる。

【0038】

スレーブＲＦ発生器出力周波数がシステム基準周波数から分離され（アンロック状態）、スレーブＲＦ発生器が、例えば、システムコントローラ又は他の操作パラメータ（例えば、周波数チューニング完了等）により、システム基準周波数から分離されたロック状態にコマンドされると、周波数調整ターゲットがシステム基準周波数に設定され、スレーブＲＦ発生器出力周波数が調整ターゲットと共に第３クロックランプに基づいて調整され、ブロック６０６で調整ターゲットがシステム基準周波数に達したとき、スレーブＲＦ発生器出力周波数とシステムの基準周波数はロックされる。例えば、スレーブＲＦ発生器が周波数チューニングされている場合、スレーブＲＦ発生器では、スレーブＲＦ発生器出力周波数とシステム基準周波数の差が大きき場合がある。第１クロックランプとは異なる（幾つかの実施形態では第２クロックランプと同じであってよい）第３クロックランプが用いられ、スレーブＲＦ発生器出力周波数をシステム基準周波数にスムーズに調整する。スレーブＲＦ発生器出力周波数がシステム基準周波数に達すると、スレーブＲＦ発生器出力周波数はシステム基準周波数にロックされる。上記の例では、ＲＦ発生器を用いているが、幾つかの実施形態は非ＲＦ発生器と共に使用することもできる。

【0039】

上記は本原理の実施形態を対象としているが、本原理のその他の及び更なる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく創作することが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】