特許 7370377 基板処理システムにおけるマッチレスプラズマ源のための直接周波数同調

(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】2023-10-19

(45)【発行日】2023-10-27

(54)【発明の名称】基板処理システムにおけるマッチレスプラズマ源のための直接周波数同調

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231020BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231020BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021507998

(86)(22)【出願日】2019-08-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-09

(86)【国際出願番号】 US2019045681

(87)【国際公開番号】W WO2020036803

(87)【国際公開日】2020-02-20

【審査請求日】2022-08-02

(31)【優先権主張番号】62/765,245

(32)【優先日】2018-08-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ワン・ユホウ

(72)【発明者】

【氏名】ロング・マオリン

(72)【発明者】

【氏名】ウー・イン

(72)【発明者】

【氏名】パターソン・アレクサンダー・ミラー

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１１４００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２８３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理システムの構成部品にＲＦ電力を供給するための駆動回路であって、
第１の周波数で動作するプラズマ源であって、マッチレスプラズマ源を含むプラズマ源と、
インピーダンス回路網と、
前記基板処理システムの前記構成部品を含む負荷であって、前記インピーダンス回路網は、前記プラズマ源を前記負荷に接続する、負荷と、
前記プラズマ源の出力における電流を検出する電流センサと、
前記プラズマ源の前記出力における電圧を検出する電圧センサと、
同調周波数演算器を含むコントローラであって、前記同調周波数演算器は、
前記電圧、前記電流、および前記インピーダンス回路網の構成に基づいて前記プラズマ源の同調周波数を計算し、
前記同調周波数に基づいて前記第１の周波数を調節するように構成されている、コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、さらに、
前記電圧と前記電流との間の位相オフセットを計算する位相オフセット演算器と、
前記同調周波数演算器を用いて前記第１の周波数を調節した後に前記位相オフセットに基づいて前記第１の周波数を調節するクロック調節器と、
を備える、駆動回路。

【請求項2】

請求項１に記載の駆動回路であって、
前記プラズマ源は、前記基板処理システムのコイルにＲＦプラズマ電力を供給する、駆動回路。

【請求項3】

請求項１に記載の駆動回路であって、
前記プラズマ源は、前記基板処理システムの基板支持体にＲＦバイアスを供給する、駆動回路。

【請求項4】

請求項１に記載の駆動回路であって、
前記マッチレスプラズマ源は、
前記第１の周波数でクロック信号を生成するクロック発生器と、
前記クロック信号を受信するゲートドライバと、
ハーフブリッジ回路であって、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、第１の端子、および第２の端子を有する第１のスイッチと、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、前記第１のスイッチの前記第２の端子および出力ノードに接続された第１の端子、ならびに第２の端子を有する第２のスイッチと、を含む、ハーフブリッジ回路と、
前記ハーフブリッジ回路に接続されたＤＣ電源と、
を備える、駆動回路。

【請求項5】

請求項４に記載の駆動回路であって、
前記ＤＣ電源は、
前記第１のスイッチの前記第１の端子に第１の電圧電位を供給する第１のＤＣ電源と、
前記第２のスイッチの前記第２の端子に第２の電圧電位を供給する第２のＤＣ電源と、を含み、
前記第１の電圧電位および前記第２の電圧電位は逆極性を有し、大きさはほぼ等しい、駆動回路。

【請求項6】

請求項４に記載の駆動回路であって、
前記クロック信号は、方形波信号を含む、駆動回路。

【請求項7】

請求項１に記載の駆動回路であって、
前記クロック調節器は、前記電流が前記電圧より進むときは前記第１の周波数を増加させ、前記電圧が前記電流より進むときは前記第１の周波数を低減させる、駆動回路。

【請求項8】

請求項１に記載の駆動回路であって、
前記コントローラは、さらに、前記同調周波数演算器を用いて前記第１の周波数を調節した後に前記電流の大きさを増加させるように前記第１の周波数を繰り返し調節する周波数調節器を備える、駆動回路。

【請求項9】

基板処理システムの構成部品にＲＦ電力を供給するための方法であって、
プラズマ源と負荷との間にインピーダンス回路網を配置する工程であって、前記プラズマ源は第１の周波数で動作し、前記負荷は前記基板処理システムの前記構成部品を含み、前記プラズマ源は、マッチレスプラズマ源を含む、工程と、
前記プラズマ源の出力における電流を検出する工程と、
前記プラズマ源の前記出力における電圧を検出する工程と、
前記電圧、前記電流、および前記インピーダンス回路網の構成に基づいて前記プラズマ源の同調周波数を計算する工程と、
前記同調周波数に基づいて前記第１の周波数を調節する工程と、
を含み、
前記第１の周波数を調節した後に前記電流の大きさを増加させるように前記第１の周波数を繰り返し調節する工程を含む、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、さらに、
前記基板処理システムのコイルにＲＦプラズマ電力を供給する工程を含む、方法。

【請求項11】

請求項９に記載の方法であって、さらに、
前記基板処理システムの基板支持体にＲＦバイアスを供給する工程を含む、方法。

【請求項12】

請求項９に記載の方法であって、
前記マッチレスプラズマ源は、
前記第１の周波数でクロック信号を生成するクロック発生器と、
前記クロック信号を受信するゲートドライバと、
ハーフブリッジ回路であって、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、第１の端子、および第２の端子を有する第１のスイッチと、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、前記第１のスイッチの前記第２の端子および出力ノードに接続された第１の端子、ならびに第２の端子を有する第２のスイッチと、を含む、ハーフブリッジ回路と、
前記ハーフブリッジ回路に接続されたＤＣ電源と、
を備える、方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の方法であって、
前記ＤＣ電源は、
前記第１のスイッチの前記第１の端子に第１の電圧電位を供給する第１のＤＣ電源と、
前記第２のスイッチの前記第２の端子に第２の電圧電位を供給する第２のＤＣ電源と、を含み、
前記第１の電圧電位および前記第２の電圧電位は逆極性を有し、大きさはほぼ等しい、方法。

【請求項14】

請求項１２に記載の方法であって、
前記クロック信号は方形波信号を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１８年８月１７日出願の米国仮出願第６２／７６５，２４５号の利益を主張する。上記出願の全ての開示は、参照として本明細書に援用される。

【0002】

本開示は基板処理システムに関し、特に、基板処理システムにおけるマッチレスプラズマ源のための直接周波数同調に関する。

【背景技術】

【0003】

本明細書に記載の背景技術の説明は、本開示の内容を一般的に提示するためである。現在名前が挙げられている発明者の発明は、本背景技術欄、および出願時の先行技術に該当しない説明の態様において記載される範囲で、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。

【0004】

基板処理システムは通常、半導体ウエハなどの基板上の薄膜をエッチングするのに用いられる。エッチングは通常、ウェット化学エッチングまたはドライエッチングのいずれかを含む。ドライエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって生成されたプラズマを用いて実施されてよい。誘導結合プラズマは、誘電体窓に隣接する処理チャンバの外側に配置されたコイルによって生成されてよい。処理チャンバの中に流れるプロセスガスは、励起されてプラズマを形成する。いくつかの適用では、ＲＦプラズマ電力は、処理チャンバの外側に配置されている１つ以上の誘導コイルに出力される。容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を生成するために、基板支持体の電極にＲＦバイアス電力が供給されてもよい。

【0005】

ＩＣＰのＲＦプラズマ電力またはＣＣＰのＲＦバイアス電力の周波数は、追加のプロセス制御を提供するために変更されうる。また、ＩＣＰのＲＦプラズマ電力もしくはＣＣＰのＲＦバイアス電力の大きさまたはレベルは、追加のプロセス制御を提供するために処理中に変更されうる。ＩＣＰのＲＦプラズマ電力もしくはレベル、および／または、ＣＣＰのＲＦバイアス電力もしくはレベルの変化は、駆動回路で見られるインピーダンスの変化をもたらしうる。負荷と駆動回路との間でインピーダンスの不整合が生じるときは電力が反射され、非効率的である。

【発明の概要】

【0006】

基板処理システムの構成部品にＲＦ電力を供給するための駆動回路は、第１の周波数で動作するプラズマ源を含む。負荷は、基板処理システムの構成部品を含む。インピーダンス回路網は、プラズマ源を負荷に接続する。電流センサは、プラズマ源の出力における電流を検出する。電圧センサは、プラズマ減の出力における電圧を検出する。コントローラは、電圧、電流、およびインピーダンス回路網の構成に基づいてプラズマ源の同調周波数を計算し、同調周波数に基づいて第１の周波数を調節するように構成された同調周波数演算器を備える。

【0007】

他の特徴では、プラズマ源は、基板処理システムのコイルにＲＦプラズマ電力を供給する。プラズマ源は、基板処理システムの基板支持体にＲＦバイアスを供給する。プラズマ源は、マッチレスプラズマ源を含む。マッチレスプラズマ源は、第１の周波数でクロック信号を生成するクロック発生器を備える。ゲートドライバは、クロック信号を受信する。ハーフブリッジ回路は、ゲートドライバに接続された制御端子、第１の端子、および第２の端子を有する第１のスイッチを備える。第２のスイッチは、ゲートドライバに接続された制御端子、第１のスイッチの第２の端子および出力ノードに接続された第１の端子、ならびに第２の端子を含む。ＤＣ電源は、ハーフブリッジ回路に接続されている。

【0008】

他の特徴では、ＤＣ電源は、第１のスイッチの第１の端子に第１の電圧電位を供給する第１のＤＣ電源を含む。第２のＤＣ電源は、第２のスイッチの第２の端子に第２の電圧電位を供給する。第１の電圧電位および第２の電圧電位は逆極性を有し、大きさはほぼ等しい。

【0009】

他の特徴では、クロック信号は方形波信号を含む。コントローラはさらに、電圧と電流との間の位相オフセットを計算する位相オフセット演算器と、同調周波数演算器を用いて第１の周波数を調節した後に位相オフセットに基づいて第１の周波数を調節するクロック調節器と、を備える。

【0010】

他の特徴では、クロック調節器は、電流が電圧より進むときは第１の周波数を増加させ、電圧が電流より進むときは第１の周波数を低減させる。コントローラはさらに、同調周波数演算器を用いて第１の周波数を調節した後に電流の大きさを増加させるように第１の周波数を繰り返し調節する周波数調節器を備える。

【0011】

基板処理システムの構成部品にＲＦ電力を供給するための方法は、プラズマ源と負荷との間にインピーダンス回路網を配置する工程を含む。プラズマ源は、第１の周波数で動作する。負荷は、基板処理システムの構成部品を含む。この方法は、プラズマ源の出力における電流を検出する工程と、プラズマ源の出力における電圧を検出する工程と、電圧、電流、およびインピーダンス回路網の構成に基づいてプラズマ源の同調周波数を計算する工程と、同調周波数に基づいて第１の周波数を調節する工程と、を含む。

【0012】

他の特徴では、この方法は、基板処理システムのコイルにＲＦプラズマ電力を供給する工程を含む。この方法は、基板処理システムの基板支持体にＲＦバイアスを供給する工程を含む。

【0013】

他の特徴では、プラズマ源はマッチレスプラズマ源を含む。マッチレスプラズマ源は、第１の周波数でクロック信号を生成するクロック発生器を備える。ゲートドライバは、クロック信号を受信する。ハーフブリッジ回路は、ゲートドライバに接続された制御端子、第１の端子、および第２の端子を有する第１のスイッチを備える。第２のスイッチは、ゲートドライバに接続された制御端子、第１のスイッチの第２の端子および出力ノードに接続された第１の端子、ならびに第２の端子を含む。ＤＣ電源は、ハーフブリッジ回路に接続されている。

【0014】

他の特徴では、ＤＣ電源は、第１のスイッチの第１の端子に第１の電圧電位を供給する第１のＤＣ電源を含む。第２のＤＣ電源は、第２のスイッチの第２の端子に第２の電圧電位を供給する。第１の電圧電位および第２の電圧電位は逆極性を有し、大きさはほぼ等しい。

【0015】

他の特徴では、クロック信号は方形波信号を含む。この方法は、電圧と電流との間の位相オフセットを計算する工程と、同調周波数に基づいて第１の周波数を調節した後に位相オフセットに基づいて第１の周波数を調節する工程と、を含む。

【0016】

他の特徴では、この方法は、電流が電圧より進むときは第１の周波数を増加させ、電圧が電流より進むときは第１の周波数を低減させる工程を含む。この方法は、第１の周波数を調節した後に電流の大きさを増加させるように第１の周波数を繰り返し調節する工程を含む。

【0017】

本開示のさらなる適用分野は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるだろう。発明を実施するための形態および特定の例は説明の目的のみを意図し、本開示の範囲を限定する意図はない。

【図面の簡単な説明】

【0018】

本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面からより深く理解されるだろう。

【0019】

【図1A】マッチレスプラズマ源およびプラズマ負荷の簡易的な電気概略図。

【0020】

【図1B】電流と電圧との間の位相オフセットに基づくプラズマ負荷へのマッチレスプラズマ源の同調を表すグラフ。

【0021】

【図1C】位相オフセットを用いるＲＦ周波数の同調例を表すグラフ。

【0022】

【図2】電流の大きさに基づくＲＦ周波数の同調例を表すグラフ。

【0023】

【図3】例示的な基板処理システムの機能ブロック図。

【0024】

【図4A】本開示による同調周波数演算器を含む例示的駆動回路の機能ブロック図。

【図4B】本開示による同調周波数演算器を含む例示的駆動回路の機能ブロック図。

【図4C】本開示による同調周波数演算器を含む例示的駆動回路の機能ブロック図。

【0025】

【図5A】駆動回路とプラズマ負荷との間に配置された例示的なインピーダンス回路網を表す電気概略図。

【図5B】駆動回路とプラズマ負荷との間に配置された例示的なインピーダンス回路網を表す電気概略図。

【図5C】駆動回路とプラズマ負荷との間に配置された例示的なインピーダンス回路網を表す電気概略図。

【図5D】駆動回路とプラズマ負荷との間に配置された例示的なインピーダンス回路網を表す電気概略図。

【0026】

【図6】本開示による直接駆動回路のより詳細な例の機能ブロック図。

【0027】

【図7】ＤＣ電源の動作を表すグラフ。

【0028】

【図8】本開示による直接駆動回路の別の詳細な例の機能ブロック図。

【0029】

【図9】ＤＣ電源の動作を表すグラフ。

【0030】

【図10】マッチレスプラズマ源の同調周波数を計算するための例示的な方法を表すフローチャート。

【0031】

図面では、類似のおよび／または同一の要素を特定するために参照番号は繰り返し用いられてよい。

【発明を実施するための形態】

【0032】

いくつかの適用では、ＩＣＰコイルに供給されるＲＦ源電力の周波数、および／または、基板支持体の電極へのＲＦバイアスは、２つ以上の周波数の間、および／または、２つ以上のパルスレベルの間で切り換えられる。ＲＦ発生器のインピーダンスは、負荷（例えば、誘導コイルおよびプラズマ、または電極およびプラズマ）に合わせられる。しかし、負荷のインピーダンスは、プラズマ条件の変化、パルスレベルの変化に伴い、および／または、様々な他の要因により変化する。インピーダンス不整合が起こると、電力が負荷によって反射され、非効率的である。可変コンデンサを用いる回路の同調は、周波数変化の間および／またはレベル間変化の間の切り換え期間に対する容量値を変更するのに必要な時間量が原因で難しい。

【0033】

本開示によるシステムおよび方法は、ＲＦ電力またはＲＦバイアスを生成するための周波数同調回路を含む直接駆動回路に関する。本明細書において直接駆動回路は、マッチレスプラズマ源（ＭＰＳ）（例えば、マッチレス誘導結合プラズマ源、またはマッチレス容量結合プラズマ源）を意味してよい。本開示による直接駆動回路は低インピーダンスで動作し、上記の整合問題を解決する。

【0034】

以下の記載はマッチレスＩＣＰプラズマ源に関するが、説明は他のＭＰＳ（例えば、基板支持体へのＲＦバイアスのためのマッチレスＣＣＰバイアス源）にも当てはまる。ここで図１Ａから図２を参照すると、マッチレスプラズマ源の周波数同調のためのいくつかの異なる方法が示されている。図１Ａから図１Ｃでは、位相差は電圧と電流との間で測定され、コントローラ（例えば、比例調節器、積分調節器、微分（ＰＩＤ）調節器）は、ＲＦ周波数を同調させて図１Ｂおよび図１Ｃで見られるように位相差を０に調節するのに用いられる。図１Ａでは、ＭＰＳ源はプラズマ負荷に方形波ＲＦ電圧を出力する。この場合、負荷は誘導プラズマ負荷（Ｒ_pおよびＬ_p）ならびに外付けコンデンサ（Ｃ₀）を含む。ＲＦ電圧波形およびＲＦ電流波形は、ＭＰＳ源の出力において監視される。図１Ｂでは、電流と電圧との間の位相角差はコントローラによって計算される。図１Ｃでは、位相角差はＲＦ周波数の関数である。同調されたときは、位相角差＝０、すなわち負荷が完全に抵抗性であると思われる。

【0035】

図２では、別の方法がＲＦ電流を測定し、次に最大電流を求めてＲＦ周波数を同調する。図１Ａで測定された電流の大きさは、ＲＦ周波数の関数である。同調されたときは、電流の大きさは最大値に達する。

【0036】

２つの既存の方法の主な欠点は、位相オフセットおよびピーク探索の手法は事実上繰り返されるため同調速度が遅いことである。本開示は、不整合をなくすためにＭＰＳ源の周波数を同調させるためのシステムおよび方法に関する。ＭＰＳ源を調節するためのシステムおよび方法は全回路とみなし、繰り返しなしの同調周波数を直接計算する。いくつかの例では、ＭＰＳ源は、繰り返して位相オフセットを決定することなく、または、最大電流値を求めることなく、同調周波数でＲＦ信号を出力する。他の例では、位相オフセットまたは電流の大きさは、下記の手法を用いた初期同調の後に用いられる。

【0037】

次に図３を参照すると、本開示による基板処理システム３１０の例が示されている。基板処理システム３１０は、ＲＦ電力直接駆動回路３１２を備える。いくつかの例では、ＲＦ電力のパルス化はオンオフできる、および／または、ＲＦ電力の振幅もしくはレベルは変更できる。

【0038】

いくつかの例では、コイル３１６と誘電体窓３２４との間にプレナム３２０が配置されて、熱風および／または冷風により誘電体窓３２４の温度を制御してよい。誘電体窓３２４は、処理チャンバ３２８の片側に沿って配置される。処理チャンバ３２８はさらに、基板支持体（または、台座）３３２を備える。基板支持体３３２は、基板３３４を支持するために静電チャック（ＥＳＣ）、または機械式チャック、または他の種類のチャックを備えてよい。プロセスガスは処理チャンバ３２８に供給され、プラズマは処理チャンバ３２８の内部で生成される。プラズマ３４０は、基板３３４の露出面をエッチングする。ＲＦバイアス直接駆動回路３５２（例えば、下記の１つ）は、動作中に基板支持体３３２の電極にＲＦバイアスを供給するのに用いられてよい。

【0039】

ガス供給システム３５６は、処理チャンバ３２８にプロセスガス混合物を供給するのに用いられてよい。ガス供給システム３５６は、プロセスガス源および不活性ガス源３５７、ガス計量システム３５８（例えば、弁およびマスフローコントローラ）、ならびにマニホルド３５９を備えてよい。ガス供給システム３６０は、ガスをガス源３６２から弁３６１を通ってプレナム３２０に供給するのに用いられてよい。ガスは、コイル３１６および誘電体窓３２４を冷却するのに用いられる冷却ガス（例えば、外気または不活性ガス）を含んでよい。加熱器／冷却器３６４は、基板支持体３３２を所定温度に加熱／冷却するのに用いられてよい。排気システム３６５は、パージまたは排気により処理チャンバ３２８から反応物を除去するために弁３６６およびポンプ３６７を備える。

【0040】

コントローラ３５４は、エッチングプロセスを制御するのに用いられてよい。コントローラ３５４は、システムパラメータを監視し、ガス混合物の供給、衝突、プラズマの維持および消弧、反応物の除去、冷却ガスの供給などを制御する。加えて、以下に詳細に説明されるように、コントローラ３５４は、ＲＦ電力直接駆動回路３１２およびＲＦバイアス直接駆動回路３５２の様々な態様を制御してよい。

【0041】

次に図４Ａから図４Ｃを参照すると、周波数同調回路は単体で、または、位相オフセットおよび／もしくは電流の大きさに基づいて実施される同調と共に用いることができる。図４Ａでは、ＭＰＳ源４１０は、可変周波数を有する方形波クロック信号を生成するクロック発生器４１４を備える。クロック発生器４１４の出力は、ゲートドライバ４１８への入力である。ゲートドライバ４１８の出力は、ＤＣ電源４２４に接続されているハーフブリッジ４２２を駆動する。電圧センサ４３０は、ハーフブリッジ４２２の出力における電圧を検出する。電流センサ４３４は、ハーフブリッジ４２２の出力における電流を検出する。インピーダンス回路網４３８は、ハーフブリッジ４２２の出力を負荷４４０（例えば、プラズマ負荷）に接続する。

【0042】

ＭＰＳ源４１０はさらに、以下にさらに説明されるように、クロック４１４の同調周波数を計算するように構成された同調周波数演算器４５４を有するコントローラ４５０を備える。ＭＰＳ源４１０は、１つ以上のインピーダンス（例えば、１つ以上の相互接続したキャパシタンスおよび／またはインダクタンス）を含むインピーダンス回路網４３８を通じて負荷４４０（例えば、誘導プラズマ負荷Ｒ_pおよびＬ_p、または容量プラズマ負荷Ｒ_pおよびＣ_p）を駆動する。いくつかの例では、インピーダンス回路網４３８は、補助的な中和コンデンサＣ₀を備えることができる。動作のいかなる時点においても（同調済みか否かにかかわらず）、コントローラ４５０は電流、電圧、ＲＦ周波数、ならびにインピーダンス回路網４３８の構成および値についての情報を有する。この情報を用いて、コントローラ４５０の同調周波数演算器４５４はＬ_pまたはＣ_pを計算でき、全ての負荷を完全に抵抗性にするのに必要なＲＦ周波数ω_tを計算できる。

【0043】

いくつかの例では、上記の手法は、図１Ａから図２に記載の他の方法と組み合わせることができる。図４Ｂでは、位相オフセット演算器４８０は、電圧と電流との間の位相オフセットも計算する。周波数調節器４８２は、同調周波数演算器４５４によって初期同調が実施された後にオフセットに基づいてクロックの周波数を選択的に調節できる。同調周波数演算器４５４を用いる同調は、一定期間または事象が起こるまでに１回実施され、次に周波数オフセットを用いる同調がその後に実施されうる。

【0044】

図４Ｃでは、同調周波数演算器４５４によって初期同調が実施された後に、電流の大きさに基づく周波数演算器４９０が電流の大きさに基づいてクロックの周波数を選択的に調節できる。同調周波数演算器４５４を用いる同調は、一定期間または事象が起こるまでに１回実施され、次に電流の大きさを用いる同調がその後に実施されうる。

【0045】

次に図５Ａから図５Ｄを参照すると、インピーダンス回路網の非限定的な例が示されている。理解できるように、インピーダンス回路網は、相互接続したインダクタンスおよび／またはキャパシタンスのあらゆる組み合わせを含みうる。図５Ａでは、インピーダンス回路網４３８はキャパシタンスＣ₀を含む。図５Ｂでは、インピーダンス回路網５３８はインダクタンスＬ₀を含む。図５Ｃでは、インピーダンス回路網４３８は直列接続されたインダクタンスＬ₀およびキャパシタンスＣ₁、ならびに並列のキャパシタンスＣ₀を備える。図５Ｄでは、インピーダンス回路網は、直列に接続されたインピーダンスＬ₃およびインピーダンスＬ₄、インダクタンスＬ₃の端子に並列に接続されたキャパシタンスＣ₄、互いに直列に接続されインダクタンスＬ₃の１つの端子に並列に接続されたキャパシタンスＣ₃およびインダクタンスＬ₂、ならびに、インダクタンスＬ₄の１つの端子に直列に接続されたキャパシタンスＣ₅を備える。

【0046】

本明細書に記載のシステムおよび方法は、システムが同調条件から所定範囲外にあるときは粗同調のために用いることもできる。位相オフセットまたはピーク探索は、同調条件の所定範囲内で用いることができる。

【0047】

次に図６および図７を参照すると、ＲＦバイアス（または、ＲＦプラズマ電力）を供給するための駆動回路６１０が示されている。駆動回路６１０は、１つ以上の選択されたＲＦ周波数で動作するクロック６２０を備える。クロック６２０が出力したクロック信号は、ゲート駆動回路６２２へ入力される。いくつかの例では、ゲート駆動回路６２２は、クロック６２０に接続されたそれぞれの入力を有する増幅器６４４および反転増幅器６４６を備える。

【0048】

ゲート駆動回路６２２の出力は、ハーフブリッジ回路６３８への入力である。いくつかの例では、ハーフブリッジ回路６３８は、第１のスイッチ６４０および第２のスイッチ６４２を備える。いくつかの例では、第１のスイッチ６４０および第２のスイッチ６４２は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を備える。第１のスイッチ６４０および第２のスイッチ６４２は各々、制御端子、第１の端子、および第２の端子を含む。ゲート駆動回路６２２の増幅器６４４の出力は、第１のスイッチ６４０の制御端子への入力である。ゲート駆動回路６２２の反転増幅器６４６の出力は、第２のスイッチ６４２の制御端子への入力である。

【0049】

出力ノード６３０は、第１のスイッチ６４０の第２の端子と、第２のスイッチ６４２の第１の端子とに接続されている。第１のスイッチ６４０の第１の端子は、ＤＣ電源６２６に接続されている。第２のスイッチ６４２の第２の端子は、接地などの基準電位に接続されている。出力ノード６３０は、インピーダンス回路網６４０を介して負荷４４０に接続されている。いくつかの例では、抵抗Ｒ_pと直列なインダクタンスＬ_pは、駆動回路６１０（例えば、プラズマのインダクタンスおよび抵抗、コイルのインダクタンスおよび抵抗、ならびに／または、他の漂遊インダクタンスもしくは寄生インダクタンスおよび抵抗）で見られるインピーダンスをモデル化するのに用いられてよい。図７では、ＤＣ供給信号の例が示されている。

【0050】

次に図８および図９を参照すると、ＤＣオフセットを除去するのにデュアルＤＣ電源を用いることができる。駆動回路８００は、＋Ｖ_DC／２で動作する第１のＤＣ電源８１０と、－Ｖ_DC／２で動作する第２のＤＣ電源８２０とを備える。同じ出力ＲＦ電力を実現するために、第１のＤＣ電源８１０および第２のＤＣ電源８２０の両方は、図６の単一ＤＣ電源の電圧の半分で動作する。いくつかの例では、第１のＤＣ電源８１０および第２のＤＣ電源８２０は、ほぼ同じ大きさで、逆極性で動作する。本明細書においてほぼ同じとは、第１のＤＣ電源８１０によるＤＣ電圧出力の大きさと第２のＤＣ電源８２０によるＤＣ電圧出力の大きさとの差が１０％未満、５％未満、または１％未満であることを意味する。第１のＤＣ電源８１０は、第１のスイッチ６４０の第１の端子に接続されている。第２のＤＣ電源８２０は、第２のスイッチ６４２の第２の端子に接続されている。図９では、ＤＣ供給信号の例が示されている。

【0051】

図１０では、同調周波数を計算し、計算した同調周波数に基づいてＭＰＳの周波数を調節するための方法１０１０が示されている。この方法は、１０１４においてＭＰＳがオンかどうかを決定する。１０１４が真の場合は、この方法は１０１８に続き、ＭＰＳの出力における電流を測定する。１０２２においてこの方法は、ＭＰＳの出力における電圧を測定する。１０２６においてこの方法は、同調周波数、インピーダンス回路網の構成、および負荷に基づいてＭＰＳの同調周波数を計算し、１０１４に戻る。

【0052】

同調周波数を計算するためのいくつかの例が以下に記載されている。図５Ａに示された例では、ＭＰＳの同調周波数は次のように計算することができる：

【数1】

【数2】

【数3】

【0053】

（１）から、未知の負荷は（４）であり、

【数4】

（４）から、同調周波数は（５）である。

【数5】

【0054】

数式（４）の右側の全ての値は既知であるため、Ｌ_pを計算することができる。従ってＣ₀は既知であるため、同調周波数を計算することができる。

【0055】

図５Ｂに示された例では、ＭＰＳの同調周波数は次のように計算することができる：

【数6】

【数7】

【数8】

【0056】

（６）から、未知の負荷は（９）である。

【数9】

【0057】

（９）から、同調周波数は（１０）である。

【数10】

【0058】

数式（９）の右側の全ての値は既知であるため、Ｃ_pを計算することができる。従ってＬ₀は既知であるため、同調周波数を計算することができる。

【0059】

図５Ｃに示された例では、点Ａにおける電圧および電流は以下に等しい：

【数11】

【数12】

【数13】

【数14】

【数15】

【0060】

（１５）から、未知の負荷は（１６）である。

【数16】

（１７）について、同調周波数は（１８）である。

【数17】

【数18】

【0061】

上述の説明は本質的に単なる例示であり、本開示、その適用、または使用を限定する意図はない。本開示の広義の教示は、様々な形態で実施することができる。よって、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、以下の特許請求の範囲を検討すると他の変形が明らかになるため、本開示の真の範囲はそれほど限定されるべきでない。方法内の１つ以上の工程は、本開示の原理を変更することなく異なる順番で（または、同時に）実行してよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有するように上述されているが、本開示のあらゆる実施形態に関して記載された１つ以上のこれらの特徴は、他の実施形態において、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて（その組み合わせが明記されていないとしても）実施できる。つまり、記載の実施形態は相互に排他的ではなく、１つ以上の実施形態を互いに並べ替えることは本開示の範囲内である。

【0062】

要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間的および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接する」、「近接する」、「上に」、「上方」、「下方」、および「配置された」を含む様々な用語を用いて説明される。第１の要素と第２の要素との関係が上記の開示で説明されるときは、「直接的」であると明記されない限り、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の要素が介在しない直接的関係でありうるが、第１の要素と第２の要素との間に（空間的または機能的に）１つ以上の介在要素が存在する間接的関係でもありうる。本明細書では、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという表現は、非排他的論理、ＯＲ、を用いる論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。

【0063】

いくつかの実施形態では、コントローラは、上記の例の一部でありうるシステムの一部である。かかるシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理部品（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含みうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後にそれらの動作を制御するための電子機器と統合されてよい。電子機器は、システムの様々な部品または副部品を制御しうる「コントローラ」を意味してよい。コントローラは、処理条件および／またはシステムの種類に応じて、プロセスガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）生成器の設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツールに対するウエハ搬入出、ならびに／または特定のシステムに接続もしくは結合されたロードロックに対するウエハ搬入出など、本明細書に記載のプロセスを制御するようにプログラムされてよい。

【0064】

概してコントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（または、プログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ウエハダイの製造中における１つ以上の処理工程を実現するために、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。

【0065】

いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合もしくは結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよく、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えば、コントローラは、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にする「クラウド」内にあってよい、またはファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査して、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうるネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のパラメータを特定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラが接続するまたは制御するように構成されたツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。よって、上述のようにコントローラは、例えば互いにネットワーク接続される１つ以上の別々のコントローラを含むことと、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向けて協働することとによって分散されてよい。かかる目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として）設置され、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１つ以上の集積回路と連通する、チャンバ上の１つ以上の集積回路だろう。

【0066】

制限するのではなく、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、洗浄チャンバまたは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる他の半導体処理システムを含んでよい。

【0067】

上述のように、ツールによって実施されるプロセス工程に応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つ以上と連通しうる。本開示は、以下の形態により実現されてもよい。
［形態１］
基板処理システムの構成部品にＲＦ電力を供給するための駆動回路であって、
第１の周波数で動作するプラズマ源と、
インピーダンス回路網と、
前記基板処理システムの前記構成部品を含む負荷であって、前記インピーダンス回路網は、前記プラズマ源を前記負荷に接続する、負荷と、
前記プラズマ源の出力における電流を検出する電流センサと、
前記プラズマ源の前記出力における電圧を検出する電圧センサと、
同調周波数演算器を含むコントローラであって、前記同調周波数演算器は、
前記電圧、前記電流、および前記インピーダンス回路網の構成に基づいて前記プラズマ源の同調周波数を計算し、
前記同調周波数に基づいて前記第１の周波数を調節するように構成されている、コントローラと、
を備える、駆動回路。
［形態２］
形態１に記載の駆動回路であって、
前記プラズマ源は、前記基板処理システムのコイルにＲＦプラズマ電力を供給する、駆動回路。
［形態３］
形態１に記載の駆動回路であって、
前記プラズマ源は、前記基板処理システムの基板支持体にＲＦバイアスを供給する、駆動回路。
［形態４］
形態１に記載の駆動回路であって、
前記プラズマ源は、マッチレスプラズマ源を含む、駆動回路。
［形態５］
形態４に記載の駆動回路であって、
前記マッチレスプラズマ源は、
前記第１の周波数でクロック信号を生成するクロック発生器と、
前記クロック信号を受信するゲートドライバと、
ハーフブリッジ回路であって、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、第１の端子、および第２の端子を有する第１のスイッチと、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、前記第１のスイッチの前記第２の端子および出力ノードに接続された第１の端子、ならびに第２の端子を有する第２のスイッチと、を含む、ハーフブリッジ回路と、
前記ハーフブリッジ回路に接続されたＤＣ電源と、
を備える、駆動回路。
［形態６］
形態５に記載の駆動回路であって、
前記ＤＣ電源は、
前記第１のスイッチの前記第１の端子に第１の電圧電位を供給する第１のＤＣ電源と、
前記第２のスイッチの前記第２の端子に第２の電圧電位を供給する第２のＤＣ電源と、を含み、
前記第１の電圧電位および前記第２の電圧電位は逆極性を有し、大きさはほぼ等しい、駆動回路。
［形態７］
形態５に記載の駆動回路であって、
前記クロック信号は、方形波信号を含む、駆動回路。
［形態８］
形態１に記載の駆動回路であって、
前記コントローラは、さらに、
前記電圧と前記電流との間の位相オフセットを計算する位相オフセット演算器と、
前記同調周波数演算器を用いて前記第１の周波数を調節した後に前記位相オフセットに基づいて前記第１の周波数を調節するクロック調節器と、
を備える、駆動回路。
［形態９］
形態８に記載の駆動回路であって、
前記クロック調節器は、前記電流が前記電圧より進むときは前記第１の周波数を増加させ、前記電圧が前記電流より進むときは前記第１の周波数を低減させる、駆動回路。
［形態１０］
形態１に記載の駆動回路であって、
前記コントローラは、さらに、前記同調周波数演算器を用いて前記第１の周波数を調節した後に前記電流の大きさを増加させるように前記第１の周波数を繰り返し調節する周波数調節器を備える、駆動回路。
［形態１１］
基板処理システムの構成部品にＲＦ電力を供給するための方法であって、
プラズマ源と負荷との間にインピーダンス回路網を配置する工程であって、前記プラズマ源は第１の周波数で動作し、前記負荷は前記基板処理システムの前記構成部品を含む、工程と、
前記プラズマ源の出力における電流を検出する工程と、
前記プラズマ源の前記出力における電圧を検出する工程と、
前記電圧、前記電流、および前記インピーダンス回路網の構成に基づいて前記プラズマ源の同調周波数を計算する工程と、
前記同調周波数に基づいて前記第１の周波数を調節する工程と、
を含む、方法。
［形態１２］
形態１１に記載の方法であって、さらに、
前記基板処理システムのコイルにＲＦプラズマ電力を供給する工程を含む、方法。
［形態１３］
形態１１に記載の方法であって、さらに、
前記基板処理システムの基板支持体にＲＦバイアスを供給する工程を含む、方法。
［形態１４］
形態１１に記載の方法であって、
前記プラズマ源は、マッチレスプラズマ源を含む、方法。
［形態１５］
形態１４に記載の方法であって、
前記マッチレスプラズマ源は、
前記第１の周波数でクロック信号を生成するクロック発生器と、
前記クロック信号を受信するゲートドライバと、
ハーフブリッジ回路であって、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、第１の端子、および第２の端子を有する第１のスイッチと、
前記ゲートドライバに接続された制御端子、前記第１のスイッチの前記第２の端子および出力ノードに接続された第１の端子、ならびに第２の端子を有する第２のスイッチと、を含む、ハーフブリッジ回路と、
前記ハーフブリッジ回路に接続されたＤＣ電源と、
を備える、方法。
［形態１６］
形態１５に記載の方法であって、
前記ＤＣ電源は、
前記第１のスイッチの前記第１の端子に第１の電圧電位を供給する第１のＤＣ電源と、
前記第２のスイッチの前記第２の端子に第２の電圧電位を供給する第２のＤＣ電源と、を含み、
前記第１の電圧電位および前記第２の電圧電位は逆極性を有し、大きさはほぼ等しい、方法。
［形態１７］
形態１５に記載の方法であって、
前記クロック信号は方形波信号を含む、方法。
［形態１８］
形態１１に記載の方法であって、さらに、
前記電圧と前記電流との間の位相オフセットを計算する工程と、
前記同調周波数に基づいて前記第１の周波数を調節した後に前記位相オフセットに基づいて前記第１の周波数を調節する工程と、
を含む、方法。
［形態１９］
形態１８に記載の方法であって、さらに、
前記電流が前記電圧より進むときは前記第１の周波数を増加させ、前記電圧が前記電流より進むときは前記第１の周波数を低減させる工程を含む、方法。
［形態２０］
形態１１に記載の方法であって、さらに、
前記第１の周波数を調節した後に前記電流の大きさを増加させるように前記第１の周波数を繰り返し調節する工程を含む、方法。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】