特許 7376699 電子可変キャパシタを使用する相互変調ひずみの軽減

(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】2023-10-30

(45)【発行日】2023-11-08

(54)【発明の名称】電子可変キャパシタを使用する相互変調ひずみの軽減

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231031BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231031BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101B

H01L21/302 101C

【請求項の数】 40

(21)【出願番号】P 2022516360

(86)(22)【出願日】2020-10-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-14

(86)【国際出願番号】 US2020056512

(87)【国際公開番号】W WO2021080992

(87)【国際公開日】2021-04-29

【審査請求日】2022-10-14

(31)【優先権主張番号】62/923,959

(32)【優先日】2019-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/073,709

(32)【優先日】2020-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】508240030

【氏名又は名称】エムケーエス インストゥルメンツ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジン・フ

(72)【発明者】

【氏名】アーロン・ティー・ラドムスキー

(72)【発明者】

【氏名】デュイ・グエン

(72)【発明者】

【氏名】ソハン・キム

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２７３０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８２９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３６２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／００３３４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００７４８４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第1の周波数において動作する第1のRF信号を生成する第1のRF電源と負荷との間のインピーダンスを制御するために第1のリアクタンスを提供するように構成された第1のリアクタンスセクションと、
前記インピーダンス上の前記第1のRF信号と第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に応答してインピーダンスを制御するために、第2のリアクタンスを調整するように構成された第2の可変リアクタンスセクションと
を含む、整合ネットワーク。

【請求項2】

トリガ信号に応答するように構成された再生モジュールであって、前記トリガ信号は前記IMDに従って変動し、前記再生モジュールは、前記トリガ信号に応答して前記第2の可変リアクタンスセクションを制御するようにさらに構成される、再生モジュールと、
前記第2の可変リアクタンスセクションに対する調整を決定するように構成されたリアクタンス調整モジュールと
を含むキャパシタンスコントローラをさらに含む、請求項1に記載の整合ネットワーク。

【請求項3】

前記IMDは、前記負荷の電極に対するプラズマシースの位置に従って変動し、
前記インピーダンスは前記IMDに従って変動する、請求項1に記載の整合ネットワーク。

【請求項4】

前記第2のリアクタンスは、キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの少なくとも1つを含み、
前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスのうちの前記少なくとも1つは、ダイオードまたはバラクタのうちの少なくとも1つを制御することに従って変動される、請求項1に記載の整合ネットワーク。

【請求項5】

前記ダイオードまたは前記バラクタのうちの前記少なくとも1つは、前記ダイオードまたは前記バラクタのうちの前記少なくとも1つの端子に印加されたバイアス電圧に従って制御される、請求項4に記載の整合ネットワーク。

【請求項6】

前記第2の可変リアクタンスセクションは、制御信号を出力するように構成されたコントローラを含み、
前記制御信号は、前記ダイオードまたは前記バラクタのうちの前記少なくとも1つの前記バイアス電圧を変動させる、請求項5に記載の整合ネットワーク。

【請求項7】

前記第2の可変リアクタンスセクションは、ダイオードまたはバラクタのうちの前記少なくとも1つに印加された前記バイアス電圧を変動させる制御信号を出力するように構成されたコントローラを含む、請求項5に記載の整合ネットワーク。

【請求項8】

第2の周波数において前記第2のRF信号を生成する第2のRF電源と前記負荷との間のインピーダンスを制御するために第3のリアクタンスを提供するように構成された第3のリアクタンスセクションをさらに含む、請求項1に記載の整合ネットワーク。

【請求項9】

前記第1の周波数は、前記第2の周波数より大きく、
前記第2の可変リアクタンスセクションは、前記第1のリアクタンスセクションと電気的に通信するように構成される、請求項8に記載の整合ネットワーク。

【請求項10】

前記第1のリアクタンスセクションは、前記第1のRF電源と前記負荷との間の前記インピーダンスを制御するように構成された第1の可変リアクタンスをさらに含む、請求項1に記載の整合ネットワーク。

【請求項11】

前記第3のリアクタンスセクションは、前記第2のRF電源と前記負荷との間の前記インピーダンスを制御するように構成された第3の可変リアクタンスをさらに含む、請求項9に記載の整合ネットワーク。

【請求項12】

前記第1の周波数は、前記第2の周波数より大きく、
前記第2の可変リアクタンスセクションは、前記第1のリアクタンスセクションと電気的に通信するように構成される、請求項11に記載の整合ネットワーク。

【請求項13】

無線周波数(RF)電源システムであって、
RF電源と、
前記RF電源と負荷との間の整合ネットワークであって、
第1の周波数において動作する第1のRF信号を生成する第1のRF電源と前記負荷との間のインピーダンスを制御するために第1のリアクタンスを提供するように構成された第1のリアクタンスセクションであって、前記第1のリアクタンスは、固定または可変のいずれかである、第1のリアクタンスセクションと、
前記インピーダンス上の前記第1のRF信号と第2の周波数において動作する第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に応答してインピーダンスを制御するためのリアクタンスオフセットを導入するように第2のリアクタンスを調整するように構成された第2の可変リアクタンスセクションと
を含む、整合ネットワークと、
前記第2の可変リアクタンスセクションと通信するように構成され、前記インピーダンスを制御するためのトリガ信号に応答して前記第2のリアクタンスを調整するための制御信号を生成するように構成されたコントローラと
を含み、
前記リアクタンスオフセットは、前記第2のRF信号に従って変動する、RF電源システム。

【請求項14】

前記第1のRF信号は、前記負荷に適用されるソースRF信号であり、
前記第2のRF信号は、前記負荷に適用されるバイアスRF信号であり、
前記負荷はプラズマチャンバである、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項15】

前記リアクタンスオフセットは、前記トリガ信号に従って変動するタイミングに従って変動し、
前記トリガ信号は、前記第1のRF信号に対する前記第2のRF信号の位置を示す、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項16】

前記コントローラは、メモリから前記リアクタンスオフセットを検索するように、または前記リアクタンスオフセットを計算するように構成される、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項17】

前記リアクタンスオフセットは、前記トリガ信号に従って所定の順序およびタイミングで出力される複数のリアクタンスを含む、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項18】

前記コントローラは、前記第2のRF信号に従って前記リアクタンスオフセットを更新するように構成される、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項19】

前記リアクタンスオフセットは、前記第2のRF信号によって引き起こされた相互変調ひずみに従って変動する、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項20】

前記第1の周波数は、前記第2の周波数より大きい、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項21】

前記コントローラは再生モジュールをさらに含み、
前記再生モジュールは前記トリガ信号を検出するように構成され、
前記再生モジュールは前記リアクタンスオフセットのRF出力への導入を開始するように構成される、請求項13に記載のRF電源システム。

【請求項22】

前記コントローラは参照テーブルをさらに含み、
前記参照テーブルは、前記再生モジュールによって導入された前記リアクタンスオフセットを記憶するように構成される、請求項21に記載のRF電源システム。

【請求項23】

前記コントローラは更新モジュールをさらに含み、
前記更新モジュールは、前記第1のRF信号の電気的特性に従って前記リアクタンスオフセットを更新するように構成される、請求項22に記載のRF電源システム。

【請求項24】

インピーダンス不整合を低減するための方法であって、
第1の周波数において動作する第1のRF信号を生成する第1のRF電源と負荷との間のインピーダンスを制御するために第1のリアクタンスを提供するステップと、
前記インピーダンス上の前記第1のRF信号と第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に応答してインピーダンスを制御するために、第2のリアクタンスを調整するために第2の可変リアクタンスを提供するステップと
を含む、方法。

【請求項25】

前記IMDに従って変動するトリガ信号に応答して前記第2のリアクタンスを調整して、前記トリガ信号に応答して前記第2の可変リアクタンスを調整するステップと、
前記IMDに従って前記第2の可変リアクタンスに対する調整を決定するステップと
をさらに含む、請求項24に記載の方法。

【請求項26】

前記IMDは、前記負荷の電極に対するプラズマシースの位置に従って変動し、
前記インピーダンスは前記IMDに従って変動する、請求項24に記載の方法。

【請求項27】

前記第2のリアクタンスは、キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの少なくとも1つを含み、
前記キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの前記少なくとも1つは、ダイオードまたはバラクタのうちの少なくとも1つを制御することに従って変動される、請求項24に記載の方法。

【請求項28】

前記ダイオードまたは前記バラクタのうちの前記少なくとも1つは、前記ダイオードまたは前記バラクタのうちの前記少なくとも1つの端子に印加されたバイアス電圧に従って制御される、請求項27に記載の方法。

【請求項29】

前記第2の可変リアクタンスは、制御信号を出力するように構成されたコントローラを含み、
前記制御信号は、前記ダイオードまたは前記バラクタのうちの前記少なくとも1つの前記バイアス電圧を変動させる、請求項28に記載の方法。

【請求項30】

第2の周波数において前記第2のRF信号を生成する第2のRF電源と前記負荷との間のインピーダンスを制御するために第3のリアクタンスを提供するステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。

【請求項31】

前記第1の周波数は、前記第2の周波数より大きく、
前記第2の可変リアクタンスは、前記第1のリアクタンスと電気的に通信する、請求項30に記載の方法。

【請求項32】

前記第1のリアクタンスは、前記第1のRF電源と前記負荷との間の前記インピーダンスを制御するように構成された第1の可変リアクタンスをさらに含む、請求項24に記載の方法。

【請求項33】

第2のRF電源と前記負荷との間の前記インピーダンスを制御するために第3の可変リアクタンスを提供するステップをさらに含む、請求項32に記載の方法。

【請求項34】

前記第1の周波数は、第2の周波数より大きく、
前記第2の可変リアクタンスは、前記第1のリアクタンスと電気的に接続される、請求項33に記載の方法。

【請求項35】

命令を記憶した非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記命令は、
トリガ信号を検出することと、
前記トリガ信号に応答して、第1のRF電源と、前記第1のRF電源によって出力された第1のRF信号と第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に従って変動する負荷との間のインピーダンスを制御するために可変リアクタンスを調整することと
を含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。

【請求項36】

前記命令は、
前記可変リアクタンスの前記調整を決定するシーケンスを再生することと、
前記シーケンスをメモリから取得することと
をさらに含む、請求項35に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。

【請求項37】

前記IMDは、前記負荷の電極に対するプラズマシースの位置に従って変動し、
前記インピーダンスは前記IMDに従って変動する、請求項35に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。

【請求項38】

前記可変リアクタンスを前記調整することは、
キャパシタンスまたはインダクタンスのうちの少なくとも1つを調整することと、
ダイオードまたはバラクタのうちの少なくとも1つを制御することに従って、前記キャパシタンスまたは前記インダクタンスのうちの前記少なくとも1つを変動させることと
を含む、請求項35に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。

【請求項39】

前記命令は、前記ダイオードまたは前記バラクタのうちの前記少なくとも1つの端子に印加されるバイアス電圧を調整することをさらに含む、請求項38に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。

【請求項40】

前記命令は、
前記第1のRF電源と前記負荷との間のインピーダンスを制御するために第2の可変リアクタンスを調整することと、
前記第2のRF信号を生成する第2のRF電源と前記負荷との間のインピーダンスを制御するために第3の可変リアクタンスを調整することと
のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項35に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、2020年10月19日に出願した米国実用特許出願第17/073,709号の優先権を主張し、同じく、2019年10月21日に出願した米国仮出願第62/923,959号の利益を主張する。上記の出願の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、非線形負荷を駆動する電源システムの動作を改善することと、反射相互変調ひずみ(IMD)に応答する電源システムの動作を改善することとに関する。

【背景技術】

【0003】

プラズマ製造は、半導体製造においてしばしば使用される。プラズマ製造エッチングにおいて、イオンが電界によって加速されて、基板の表面から材料をエッチングするかまたは基板の表面に材料を堆積させる。基本的一実装形態では、電界は、電力供給システムのそれぞれの無線周波数(RF)または直流(DC)発生器によって生成されたRFまたはDC電力信号に基づいて生成される。発生器によって生成された電力信号は、プラズマエッチングを効率的に実行するために正確に制御されなければならない。

【0004】

本明細書で提供する背景説明は、本開示の文脈を一般的に提示するためのものである。この背景のセクションにおいて説明される範囲内での現在挙げられている発明者の研究、ならびに、場合によっては出願時において先行技術と見なされない説明の態様は、本開示に対する先行技術として明示的にも暗示的にも認められるものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許第7,602,127号

【文献】米国特許第8,110,991号

【文献】米国特許第8,395,322号

【文献】米国特許出願第13/834,786号

【文献】米国特許第9,947,514号

【文献】米国特許第10,269,546号

【文献】米国特許出願第15/974,947号

【文献】米国特許第8,952,765号

【文献】米国特許第10,049,357号

【文献】米国特許第10,217,609号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

整合ネットワークは、第1の可変リアクタンスセクションを含む。第1の可変リアクタンスセクションは、整合ネットワークと負荷との間のインピーダンスに応答して調整するように構成される。第1の可変リアクタンスセクションは、第1の周波数において動作する第1のRF信号を生成する第1のRF電源と負荷との間のインピーダンスを調整する。整合ネットワークは、第2の可変リアクタンスセクションを含む。第2の可変リアクタンスセクションは、整合ネットワークと負荷との間のインピーダンスに応答して調整するように構成される。第2の可変リアクタンスセクションは、第2の周波数において動作する第2のRF信号を生成する第2のRF電源と負荷との間のインピーダンスを調整する。整合ネットワークは、第3の可変リアクタンスセクションを含む。第3の可変リアクタンスセクションは、第1のRF信号と第2のRF信号との間の相互作用によって生成された反射相互変調ひずみ(IMD)に応答して調整するように構成される。第3の可変リアクタンスセクションの調整は、反射IMDを低減させる。

【0007】

整合ネットワークは、第1の周波数において動作する第1のRF信号を生成する第1のRF電源と負荷との間のインピーダンスを制御するために第1のリアクタンスを提供するように構成された第1のリアクタンスセクションも含む。整合ネットワークは、インピーダンス上の第1のRF信号と第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に応答してインピーダンスを制御するために、第2のリアクタンスを調整するように構成された第2の可変リアクタンスセクションも含む。

【0008】

無線周波数(RF)電源は、RF電源を含む。RF電源は、RF電源と負荷との間の整合ネットワークも含む。整合ネットワークは、第1の周波数において動作する第1のRF信号を生成する第1のRF電源と負荷との間のインピーダンスを制御するために第1のリアクタンスを提供するように構成された第1のリアクタンスセクションを含む。第1のリアクタンスは、固定または可変のいずれかである。第2の可変リアクタンスセクションは、インピーダンス上の第1のRF信号と第2の周波数において動作する第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に応答してインピーダンスを制御するためにリアクタンスオフセットを導入するように第2のリアクタンスを調整するように構成される。無線周波数システムは、第2の可変リアクタンスセクションと通信するように構成され、インピーダンスを制御するためのトリガ信号に応答して第2のリアクタンスを調整するための制御信号を生成するように構成されたコントローラも含む。リアクタンスオフセットは、第2のRF信号に従って変動する。

【0009】

インピーダンス不整合を低減するための方法は、第1の周波数において動作する第1のRF信号を生成する第1のRF電源と負荷との間のインピーダンスを制御するために第1のリアクタンスを提供するステップを含む。方法は、インピーダンス上の第1のRF信号と第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に応答してインピーダンスを制御するために、第2のリアクタンスを調整するための第2の可変リアクタンスを提供するステップも含む。

【0010】

命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体は、トリガ信号を検出することを含む。命令は、トリガ信号に応答して、第1のRF電源と、第1のRF電源によって出力された第1のRF信号と第2のRF信号との間の相互作用からの相互変調ひずみ(IMD)に従って変動する負荷との間のインピーダンスを制御するための可変リアクタンスを調整することをさらに含む。

【0011】

本開示の適用可能性のさらなる領域は、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であろう。発明を実施するための形態および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

【0012】

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、より完全に理解されよう。

【0013】

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、より完全に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】誘導結合プラズマシステムの表現を示す図である。

【図2】容量結合プラズマシステムの表現を示す図である。

【図3】本開示の様々な実施形態に従って配置されたプラズマシステムの一般化された表現を示す図である。

【図4】異なる周波数の2つの信号を非線形リアクタに適用することに起因する相互変調ひずみ(IMD)の例示的なプロットの図である。

【図5】本開示の様々な実施形態に従って配置された複数の電源を有する電力供給システムの概略図である。

【図6】バラクタに対する逆バイアス電圧に関連するキャパシタンスを示す波形を示す図である。

【図7】可変キャパシタンスと可変キャパシタンスのための制御システムとを有する整合ネットワークの概略ブロック図である。

【図8】絶縁回路を含む整合ネットワークの一部の概略図である。

【図9】本開示の様々な実施形態による、アノード接続ダイオードを有するバックツーバックダイオードバラクタおよび駆動回路の概略図である。

【図10】本開示の様々な実施形態による、アノード接続ダイオードを有するバックツーバックダイオードバラクタの概略図である。

【図11】本開示の様々な実施形態による、カソード接続ダイオードを有するバックツーバックダイオードバラクタの概略図である。

【図12】本開示の様々な実施形態による、電源システムの動作を説明する時間領域における波形を示す図である。

【図13】本開示の様々な実施形態による、電源システムの動作を説明する周波数領域における波形を示す図である。

【図14】本開示の様々な実施形態による、例示的な制御モジュールの機能ブロック図である。

【図15】本開示の様々な実施形態による、相互変調ひずみ(IMD)に応答して可変キャパシタンスを制御するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図面において、参照番号は、同様のおよび/または同一の要素を識別するために再使用され得る。

【0016】

電力システムは、DCまたはRF電力発生器と、整合ネットワークと、負荷(非線形負荷、プロセスチャンバ、プラズマチャンバ、または固定もしくは可変インピーダンスを有するリアクタなど)とを含み得る。電力発生器は、DCまたはRF電力信号を生成し、この信号は、整合ネットワークまたはインピーダンス最適化コントローラもしくは回路によって受信される。整合ネットワークまたはインピーダンス最適化コントローラもしくは回路は、整合ネットワークの入力インピーダンスを、電力発生器と整合ネットワークとの間の伝送線の特性インピーダンスに整合させる。インピーダンス整合は、整合ネットワークに転送される電力(「順方向電力」)の量を最大化することと、整合ネットワークから電力発生器に反射される電力(「逆方向電力」)の量を最小化することとを支援する。整合ネットワークの入力インピーダンスが、伝送線の特性インピーダンスに整合するときに、順方向電力は最大化され得、逆方向電力は最小化され得る。

【0017】

電源または電力供給の分野において、通常、電力信号を負荷に適用するための2つの手法がある。第1の、より伝統的な手法は、連続電力信号を負荷に適用することである。連続モードまたは連続波モードでは、連続電力信号は、通常、電源によって負荷に連続的に出力される一定DCのまたは正弦波RFの電力信号である。連続モード手法では、電力信号は一定DCのまたは正弦波の出力と仮定し、電力信号の振幅および/または(RF電力信号の)周波数は、負荷に適用される出力電力を変動させるために変動され得る。

【0018】

電力信号を負荷に適用するための第2の手法は、連続的RF信号を負荷に適用するのではなく、RF信号をパルシングすることを伴う。パルスモードの動作では、RF信号は、変調された電力信号に対するエンベロープを定義するために、変調信号によって変調される。たとえば、RF信号は、正弦波RF信号または他の時間変動信号であり得る。負荷に供給された電力は、通常、変調信号を変動させることによって変動される。変調信号は、方形波、異なる振幅の複数の状態を有する方形波、または1つまたは複数の状態または部分を有する他の波形を含む、任意の数の形状を有し得る。

【0019】

通常の電源構成では、負荷に適用される出力電力は、負荷に適用されるRF信号の順方向のおよび反射の電力または電圧および電流を測定するセンサを使用して決定される。これらの信号のいずれかのセットが、制御ループ内で分析される。分析は、通常、負荷に適用される電力を変動させるために電源の出力を調整するために使用される電力値を決定する。負荷がプロセスチャンバまたは他の非線形負荷もしくは時間変動負荷である電力供給システムでは、適用される電力は、ある程度は負荷のインピーダンスの関数であるので、変動する負荷のインピーダンスは、負荷に適用される電力の対応する変動を引き起こす。

【0020】

様々なデバイスの製造が、製造プロセスを制御するために負荷への電力の導入に依存するシステムでは、電力は、通常、2つの構成のうちの1つにおいて供給される。第1の構成では、電力は、負荷に容量結合される。そのようなシステムは、容量結合プラズマ(CCP)システムと呼ばれる。第2の構成では、電力は、負荷に誘導結合される。そのようなシステムは、通常、誘導結合プラズマ(ICP)システムと呼ばれる。プラズマへの電力結合は、同じく、マイクロ波周波数における波形結合を介して達成され得る。そのような手法は、通常、電子サイクロトロン共鳴(ECR)またはマイクロ波源を使用する。ヘリコン源は、別の形の波形結合源であり、通常、従来のICPおよびCCPシステムのRF周波数と同様のRF周波数において動作する。電力供給システムは、負荷の電極のうちの1つまたは複数に適用されるバイアス電力および/またはソース電力を含み得る。ソース電力は、通常、プラズマを生成してプラズマ密度を制御し、バイアス電力は、プラズマを含むシースの形成においてイオンを変調する。バイアスおよびソースは、様々な設計検討に従って、同じ電極を共有してもよく、または別々の電極を使用してもよい。

【0021】

電力供給システムが、プロセスチャンバ、プラズマチャンバ、またはリアクタなどの時間変動負荷または非線形負荷を駆動するとき、プラズマシースによって吸収される電力は、ある範囲のイオンエネルギーを有するイオンの密度をもたらす。イオンエネルギーの1つの特徴的な尺度は、イオンエネルギー分布関数(IEDF)である。IEDFは、バイアス電力を用いて制御され得る。複数のRF電力信号が負荷に適用されるシステムに対してIEDFを制御する1つの方法は、周波数および位相において関連する複数のRF信号を変動させることによって生じる。複数のRF電力信号間の周波数はロックされ得、複数のRF信号間の相対位相もロックされ得る。そのようなシステムの例は、米国特許第7,602,127号、米国特許第8,110,991号、および米国特許第8,395,322号を参照することによって発見され得、それらのすべては、本発明の譲受人に譲渡され、それらの全体が参照により本出願に組み込まれる。

【0022】

時間変動負荷または非線形負荷は、様々なアプリケーションにおいて存在し得る。一アプリケーションでは、プラズマ処理システムは、プラズマ生成および制御のための構成要素も含み得る。そのような一構成要素は、プラズマチャンバまたはリアクタなどのプロセスチャンバとして実装された非線形負荷である。例として、薄膜製造のためなどのプラズマ処理システムにおいて利用される典型的なプラズマチャンバまたはリアクタは、デュアル電力システムを利用することができる。1つの電力発生器(ソース)は、プラズマの生成を制御し、電力発生器(バイアス)は、イオンエネルギーを制御する。デュアル電力システムの例には、上記で参照した米国特許第7,602,127号、米国特許第8,110,991号、および米国特許第8,395,322号の中で説明されるシステムが含まれる。上記で参照した特許の中で説明されるデュアル電力システムは、イオン密度およびそれの対応するIEDFを制御するために電源動作を適応させるために、閉ループ制御システムを必要とする。

【0023】

プラズマを生成するために使用され得るような複数の手法が、プロセスチャンバを制御するために存在する。たとえば、RF電力供給システムでは、同じかまたはほぼ同じ周波数において動作する複数の駆動RF信号の位相および周波数が、プラズマ生成を制御するために使用され得る。RF駆動プラズマ源の場合、プラズマシース動力学および対応するイオンエネルギーに影響を及ぼす周期波形は、一般に知られており、周期波形の周波数および関連する相間相互作用によって制御される。RF電力供給システムにおける別の手法は、デュアル周波数制御を伴う。すなわち、異なる周波数において動作する2つのRF周波数源が、プラズマチャンバに給電して、実質的に独立したイオンと電子密度との制御を提供するために使用される。

【0024】

別の手法は、プラズマチャンバを駆動するために広帯域RF電源を利用する。広帯域手法は、いくつかの課題を提示する。1つの課題は、電力を電極に結合することである。第2の課題は、所望のIEDFのための実際のシース電圧に対する生成された波形の伝達関数が、材料表面の相互作用をサポートするために広いプロセス空間に対して定式化されなければならないことである。誘導結合プラズマシステムにおいて敏感に反応する一手法では、ソース電極に適用される電力を制御することで、プラズマ密度が制御される一方で、バイアス電極に適用される電力を制御することで、イオンが変調され、IEDFが制御されて、エッチ速度制御が提供される。ソース電極およびバイアス電極の制御を使用することによって、エッチ速度が、イオン密度およびイオンエネルギーを介して制御される。

【0025】

集積回路および集積デバイスの製造が進化し続けるにつれて、製造のためのプロセスを制御するための電力要件も進化する。たとえば、メモリデバイス製造に対して、バイアス電力に対する要件が増加し続けている。電力が増加すると、より高速の表面相互作用のためにより高エネルギーのイオンが生成され、それにより、イオンのエッチ速度および方向性が増加する。RFシステムでは、バイアス電力の増加は、プラズマチャンバ内に生成されたプラズマシースに結合されたバイアス電源の数の増加とともに、より低いバイアス周波数要件を伴うことがある。より低いバイアス周波数における電力の増加およびバイアス電源の数の増加により、シース変調からの相互変調ひずみ(IMD)放射がもたらされる。IMD放射は、プラズマ生成が発生するソースによって供給される電力を大幅に削減することがある。本出願の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本出願に組み込まれる、2013年3月15日に出願した、Pulse Synchronization by Monitoring Power in Another Frequency Bandと題する、米国特許出願第13/834,786号は、別の周波数帯域における電力をモニタすることによるパルス同期の方法を説明する。参照する米国特許出願では、第2のRF発生器のパルシングは、第1のRF発生器のパルシングを第2のRF発生器において検出することに従って制御され、それにより、2つのRF発生器の間のパルシングを同期する。

【0026】

図1は、誘導結合プラズマ(ICP)システム110の例示的な表現を示す。ICPシステム110は、プラズマ114を生成するために、本明細書で交換可能に呼ばれるリアクタ、プラズマリアクタ、またはプラズマチャンバ112などの非線形負荷を含む。電圧または電流の形の電力は、様々な実施形態において内部コイル116および外部コイル118を含むコイルアセンブリを含む一対のコイルを介して、プラズマチャンバ112に印加される。電力は、RF電力発生器または電源120を介して内側コイル116に印加され、電力は、RF電力発生器または電源122を介して外側コイル118に印加される。コイル116および118は、電力をプラズマチャンバ112に結合するのを支援する誘電体窓124に取り付けられる。基板126は、プラズマチャンバ112内に設置され、一般的に、プラズマ動作の対象であるワークピースを形成する。RF電力発生器、電源、または電源128(これらの用語は、本明細書では互換的に使用され得る)は、基板126を介してプラズマチャンバ112に電力を印加する。様々な構成では、電源120、122は、プラズマ114を点火もしくは生成するため、またはプラズマ密度を制御するためのソース電圧もしくは電流を提供する。同じく、様々な構成では、電源128は、イオンを変調してプラズマ114のイオンエネルギーまたはイオン密度を制御するバイアス電圧または電流を提供する。様々な実施形態では、電源120、122は、固定のまたは変化する相対位相によって同じ周波数、電圧、および電流において動作するようにロックされる。様々な他の実施形態では、電源120、122は、異なる周波数、電圧、および電流、ならびに相対位相において動作し得る。

【0027】

図2は、容量結合プラズマ(CCP)システム210の例示的な表現を示す。CCPシステム210は、プラズマ214を生成するためのプラズマチャンバ212を含む。プラズマチャンバ212の中に設置された一対の電極216、218は、それぞれ、DC(ω=0)もしくはRF電力発生器または電源220、222に接続する。様々な実施形態では、電源220は、プラズマ214を点火もしくは生成するため、またはプラズマ密度を制御するためのソース電圧もしくは電流を提供する。様々な実施形態では、電源222は、プラズマの中のイオンを変調してプラズマ214のイオンエネルギーおよび/またはイオン密度を制御するバイアス電圧または電流を提供する。様々なRF実施形態では、電源220、222は、ソースが調和的に関連しているときに相対位相において動作する。様々な他の実施形態では、電源220、222は、固定のまたは変化する相対位相によって、異なる周波数、電圧、および電流において動作する。同じく、様々な実施形態では、電源220、222は、同じ電極に接続され得る一方で、対電極は、接地に、またはさらには、第3のDC(ω=0)もしくはRF電力発生器(図示せず)に接続される。

【0028】

図3は、デュアル電力入力プラズマシステム310の一般化された表現の断面図を示す。プラズマシステム310は、接地314に接続された第1の電極312と、第1の電極312から離間された第2の電極316とを含む。第1のDC(ω=0)またはRF電源318は、第1の周波数f=ω₁において第2の電極316に印加される第1のRF電力を生成する。第2の電源320は、第2の電極316に印加される第2のDC(ω=0)またはRFj電力を生成する。様々な実施形態では、第2の電源320は、第2の周波数f=ω₂において動作し、ここで、ω₂=nωは、第1の電源318の周波数のn次高調波周波数である。様々な他の実施形態では、第2の電源320は、(第1の電源318の周波数の倍数でない)ある周波数において動作する。

【0029】

それぞれの電源318、320の協調動作は、プラズマ322の生成および制御をもたらす。概略図である図3に示すように、プラズマ322は、プラズマチャンバ324の非対称シース330の中に形成される。シース330は、接地シース332と、給電シース334を含む。シースは、一般に、プラズマ322を取り巻く表面領域として説明される。図3の概略図に見られるように、接地シース332は、相対的に大きい表面積326を有する。給電シース334は、小さい表面積328を有する。各シース332、334は、導電性プラズマ322とそれぞれの電極312、316との間の誘電体として機能するので、各シース332、334は、プラズマ322とそれぞれの電極312、316との間にキャパシタンスを形成する。本明細書でより詳細に説明するように、第2の電源320などの高周波数電圧源、および第1の電源318などの低周波数電圧源のシステムにおいて、相互変調ひずみ(IMD)生成物が導入される。IMD生成物は、プラズマシース厚さにおける変化に起因し、それにより、接地シース332を介してプラズマ322と電極312との間のキャパシタンスを変動させ、給電シース334を介してプラズマ322と電極316との間のキャパシタンスを変動させる。給電シース334のキャパシタンスにおける変動が、IMDを生成する。給電シース334における変動は、プラズマ322と電極316との間のキャパシタンスに、それゆえ、プラズマチャンバ324から放射される逆IMDに、より大きい影響を及ぼす。いくつかのプラズマシステムでは、接地シース332は短絡として働き、逆IMDに及ぼすその影響は考慮されていない。

【0030】

図4は、第1の電源318などの低周波数源と第2の電源320などの高周波数源とを有する例示的な電力供給システムに対する、振幅対周波数のプロットを示す。図4は、周波数に対する反射電力を示す。図4は、図3の第2の電源320などの高周波数電源の動作の中心周波数を示す中央ピーク410を含む。発生器ピーク410の両側において、図4は、同じく、図3の第1の電源318などの低周波数電源からの電力の印加によって導入されるIMD成分を表すピーク412、414を示す。非限定的な例として、第2の電源320が60MHzの周波数において動作し、低周波数電源318が400kHzにおいて動作する場合、IMD成分は、60MHz±n*400kHzにおいて発見され得、ここでnは任意の整数である。したがって、ピーク412、414は、それぞれの電源の高周波数±低周波数を表す。図3に示すように、複数の高調波において電極を駆動することで、DC自己バイアスを電気的に制御するため、およびイオン密度のエネルギーレベルを調整するための機会が提供される。

【0031】

図3の第2の電極316に第1および第2のそれぞれの電力を印加することによって、電子密度n_eを有するプラズマ322が生成される。プラズマ322の中で、シース層は、より高い密度の正イオンを有し、したがって、全体的に過剰な正電荷が、材料(図示せず)が接触しているプラズマの中で材料の表面上の反対の負電荷とバランスする。シースの位置を決定することは、プラズマ処理動作に関連する。時間の関数としてのシース厚さは、式(1)、

【0032】

【数1】

【0033】

で示され、ここで
ω=2πfは、デュアル周波数システムの低周波数(f=ω₁)であり、
Φは、周波数間の相対位相である。
s_nという用語は、シース振動の振幅であり、式(2)、

【0034】

【数2】

【0035】

で示され、ここで
I_nはω_nに関連する駆動電流であり、
n_eは電子密度であり、
Aは電極放電領域であり、
eは電子電荷である。

【0036】

式(1)および(2)は、シースの厚さが、式(1)についてのΦと、式(2)についての印加電力I_nとの間の相対位相に従って変動することを示す。IEDFの観点から、印加電力I_nは、相対振幅変数または幅と呼ばれることがあり、相対位相Φは、相対位相変数またはスキューと呼ばれることがある。

【0037】

シースを特徴付ける有用な特性は、以下に式(3)

【0038】

【数3】

【0039】

に関して説明する時間依存シース電圧に関して発見され得、ここで
ε₀は自由空間の電子電荷誘電率であり、
e、n_eおよびs²(t)は上記で説明したとおりである。

【0040】

上記の式(1)～(3)から分かるように、シースの厚さは、バイアス電源の周波数の関数として変動する。給電シース334の表面積328は、プラズマ322と電極316との間のキャパシタンスにおける変化を引き起こすので、式(1)に従うシース厚さの変動は、シースキャパシタンスにおける変化を引き起こす。シースキャパシタンスにおける変化は、給電シース334のシース厚さにおける変動によって生成された対応するIMDを引き起こし、対応するインピーダンス変動を引き起こす。対応するインピーダンス変動は、図3の第2の電源320などのソース電源からの順方向電力の着実な供給を中断する。なぜならば、逆電力が、IMDを伴うからである。本明細書でより詳細に説明するように、ソース電源とプラズマチャンバの電極との間に可変キャパシタンスまたはリアクタンスを挿入することと、低周波数のソース電源またはバイアス電源の周波数に従ってキャパシタンスまたはリアクタンスを変動させることとによって、シース厚さにおける変動によって引き起こされたキャパシタンスの変動は、図3の第2の電源320などのソース電源と、図3の電極316などの電極との間に導入された可変キャパシタの適切な同調によって弱められ得る。

【0041】

従来の整合ネットワークは、通常、負荷として真空可変キャパシタ(VVC)を利用して整合ネットワークの要素を同調し、したがって、上記で説明したIMDに対処するように調整されない。一般的なVVCは、バイアスまたは第2の電源の動作周波数に合致する速度において応答しない。一般的な整合ネットワークは、インピーダンス整合に影響を及ぼす逆電力の平均に対処し、事象を引き起こす特定のIMDに対処しない。反射IMDは、せいぜい、相殺される測定された平均の逆または反射電力の一部になる程度である。

【0042】

IMD起因のインピーダンス整合障害に対処する1つの方法は、RFサーキュレータを含む。RFサーキュレータは、プラズマから反射した電力を吸収して、IMD起因のインピーダンス整合障害から電力増幅器を保護するように構成され得る。たとえば、60MHzの周波数で有効であるように適切にサイズを決められたRFサーキュレータは、かなりの物理的体積を必要とし、コストのかかる解決策であり得る。さらに、RFサーキュレータを使用するとき、プラズマから反射した電力は、プラズマではなくダンプ抵抗器の中で消失され、プラズマを動作させるための所定の電力要件を満たすためにより大きいRF発生器が必要となる。サーキュレータは、同じく、電源設計者が、サーキュレータの機械的なおよび冷却上の要件がソースまたは第1の電源の物理的レイアウトに及ぼす影響を考慮することを必要とする。

【0043】

IMD起因のインピーダンス整合障害に対処する別の方法は、バイアスまたは第2の電源からのRF信号の負荷への印加をモニタするステップを含む。バイアスまたは第2の電源のRF信号の負荷への印加をモニタすることによって、ソースまたは第1の電源のRF信号は、バイアスまたは第2の電源によって出力されたRF信号に同期された周波数オフセットを適用することによって調整され得る。周波数オフセットは、予測されるIMD起因のインピーダンス整合障害を補償し、それにより、反射電力が低減される。そのようなシステムの一例は、本発明の譲受人に譲渡され、それらの全体が参照により本出願に組み込まれる、米国特許第9,947,514号に関連して発見され得る。そのようなシステムは、バイアスRF電源とソースRF電源との間の協調に依存する。

【0044】

IMD起因のインピーダンス整合障害に対処する別の方法は、IMD相殺周波数成分を第1のまたはソースRF電源によって出力されたRF信号の中に導入するステップを含む。そのようなシステムの一例は、本発明の譲受人に譲渡され、それらの全体が参照により本出願に組み込まれる、米国特許第10,269,546号に関連して発見され得る。IMD相殺周波数成分は、第2のまたはバイアスRF電源によって出力されたRF信号の適用によって導入されたIMDを軽減する。ソースまたは第1のRF電源によって出力されたRF信号は、主要または中心周波数成分とIMD相殺成分とを含む。それぞれの成分は合計され、ソースまたは第1のRF電源の電力増幅器に適用される。それぞれの成分を合計することは、そうでなければプラズマ動作成分を満たすために必要な増幅器より大きい増幅器を必要とする。IMD相殺成分は、バイアスまたは第2のRF電源によって出力されたRF信号によって導入されたIMDによって相殺されるので、IMD相殺成分によって提供される電力は、プラズマに追加されない。

【0045】

図5は、RF発生器または電源システム510を示す。電源システム510は、一対の無線周波数(RF)発生器または電源512a、512bと、整合ネットワーク518a、518bと、非線形負荷、プラズマチャンバ、プロセスチャンバなどの負荷532とを含む。様々な実施形態では、RF発生器512aは、ソースRF発生器または電源と呼ばれ、整合ネットワーク518aは、ソース整合ネットワークと呼ばれる。同じく、様々な実施形態では、RF発生器512bは、バイアスRF発生器または電源と呼ばれ、整合ネットワーク518bは、バイアス整合ネットワークと呼ばれる。成分は、文字の添え字またはプライム記号なしに参照番号を使用して個別にまたは集合的に参照され得ることが理解されよう。バイアス発生器512bは、周波数f₂における正弦波形、またはf₂およびf₂の複数の高調波を含む複雑な周期波形を生成し得る。

【0046】

RF発生器512a、512bは、それぞれ、RF電源または増幅器514a、514bと、RFセンサ516a、516bと、プロセッサ、コントローラまたは制御モジュール520a、520bとを含む。RF電源514a、514bは、それぞれのセンサ516a、516bに出力される、それぞれのRF電力信号522a、522bを生成する。センサ516a、516bは、RF電源514a、514bの出力を受信して、それぞれのRF電力信号またはRF電力信号f₁およびf₂を生成する。センサ516a、516bは、同じく、負荷532から感知された様々なパラメータに従って変動する信号を出力する。センサ516a、516bは、それぞれのRF発生器512a、512bの中に示されるが、RFセンサ516a、516bは、RF電力発生器512a、512bの外に配置されてもよい。そのような外部感知は、RF発生器の出力において、またはRF発生器と負荷との間もしくはインピーダンス整合デバイス(インピーダンス整合デバイスの内部を含む)の出力と負荷との間に配置されたインピーダンス整合デバイスの入力において、発生してもよい。

【0047】

センサ516a、516bは、負荷532の動作パラメータを検出して、信号XおよびYを出力する。センサ516a、516bは、電圧、電流、および/または方向性結合器センサを含み得る。センサ516a、516bは、(i)電圧Vおよび電流I、および/または(ii)それぞれの電力増幅器514a、514bおよび/またはRF発生器512a、512bから出力された順方向電力P_FWDおよびそれぞれのセンサ516a、516bに接続されたそれぞれの整合ネットワーク518a、518bまたは負荷532から受信された逆方向もしくは反射電力P_REVを検出し得る。電圧V、電流I、順方向電力P_FWDおよび逆方向電力P_REVは、それぞれの電源514a、514bに関連する実際の電圧、電流、順方向電力および逆方向電力の拡縮されたおよび/またはフィルタ処理されたバージョンであり得る。センサ516a、516bは、アナログおよび/またはデジタルのセンサであり得る。デジタルの実装形態では、センサ516a、516bは、アナログデジタル(A/D)変換器と、対応するサンプリングレートを有する信号サンプリング構成要素とを含み得る。信号XおよびYは、電圧Vおよび電流Iまたは順方向(またはソース)電力P_FWD、逆方向(または反射)電力P_REVのうちのいずれかを表すことができる。

【0048】

センサ516a、516bは、センサ信号X、Yを生成し、それらの信号は、それぞれのコントローラまたは電力制御モジュール520a、520bによって受信される。電力制御モジュール520a、520bは、それぞれのX、Y信号524a、526aおよび524b、526bを処理し、それぞれの電源514a、514bに対するフィードバック制御信号528a、528bのうちの1つのまたは複数を生成する。電源514a、514bは、受信されたフィードバック制御信号に基づいてRF電力信号522a、522bを調整する。様々な実施形態では、電力制御モジュール520a、520bは、それぞれの制御信号を介して整合ネットワーク518a、518bをそれぞれ制御し得る。電力制御モジュール520a、520bは、少なくとも、比例積分微分(PID)フィードバックコントローラ、適応フィードフォワードコントローラ、またはそれらのサブセット、および/またはダイレクトデジタルシンセシス(DDS)構成要素、および/またはモジュールに関連して以下で説明する様々な構成要素のうちのいずれかを含み得る。

【0049】

様々な実施形態では、電力制御モジュール520a、520bは、PIDコントローラまたはそれらのサブセットであり、機能、プロセス、プロセッサ、またはサブモジュールを含み得る。フィードバック制御信号528a、528bは、駆動信号であり得、DCオフセットまたはレール電圧、電圧または電流の大きさ、周波数、および位相成分を含み得る。様々な実施形態では、フィードバック制御信号528a、528bは、1つまたは複数の制御ループへの入力として使用され得る。様々な実施形態では、複数の制御ループは、RF駆動のためおよびレール電圧のための比例積分微分(PID)制御ループを含むことができる。様々な実施形態では、フィードバック制御信号528a、528bは、多入力多出力(MIMO)制御方式において使用され得る。MIMO制御方式の例は、本出願の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本出願に組み込まれる、2018年5月9日に出願した、Pulsed Bidirectional Radio Frequency Source/Loadと題する米国特許出願第15/974,947号を参照すると発見され得る。

【0050】

様々な実施形態では、電源システム510は、コントローラ520'を含むことができる。コントローラ520'は、RF発生器512a、512bのうちの一方または両方の外に配置され得、外部または共通コントローラ520'と呼ばれることがある。様々な実施形態では、コントローラ520'は、コントローラ520a、520bの一方もしくは両方に関して本明細書で説明する機能、プロセス、またはアルゴリズムのうちの1つまたは複数を実装し得る。したがって、コントローラ520'は、コントローラ520'とそれぞれのRF発生器512a、512bとの間で適宜データおよび制御信号を交換することを可能にする一対のそれぞれのリンク530a、530bを介してそれぞれのRF発生器512a、512bと通信する。様々な実施形態では、コントローラ520a、520b、520'は、RF発生器512a、512bと連動して分析および制御を分配的および協調的に提供することができる。様々な他の実施形態では、コントローラ520'は、RF発生器512a、512bの制御を提供することができ、それぞれのローカルコントローラ520a、520bに対する必要性が除外される。

【0051】

様々な実施形態では、RF電源514a、センサ516a、コントローラ520a、および整合ネットワーク518aは、ソースRF電源518a、ソースセンサ516a、ソースコントローラ520a、およびソース整合ネットワーク518aと呼ばれ得る。同様に、様々な実施形態では、RF電源514b、センサ516b、コントローラ520b、および整合ネットワーク518bは、バイアスRF電源518b、バイアスセンサ516b、バイアスコントローラ520b、およびバイアス整合ネットワーク518bと呼ばれ得る。様々な実施形態では、上記で説明したように、ソースという用語は、プラズマを生成するRF発生器を指し、バイアスという用語は、バイアスRF電源に対してプラズマイオンエネルギー分布関数(IEDF)を同調するRF発生器を指す。様々な実施形態では、ソースおよびバイアスRF電源は、異なる周波数において動作する。様々な実施形態では、ソースRF電源は、バイアスRF電源より高い周波数において動作する。様々な他の実施形態では、ソースおよびバイアスRF電源は、同じ周波数または実質的に同じ周波数において動作する。

【0052】

様々な実施形態では、整合ネットワーク518aおよび整合ネットワーク518bは、独立型整合ネットワークとして動作し得る。様々な他の実施形態では、整合ネットワーク518a、518bは、組み合わされた整合ネットワークとして動作するように構成され得、デュアル整合ネットワーク518と総称される。各それぞれの整合ネットワーク518a、518bは、それぞれのRF発生器512a、512bと負荷またはリアクタ532との間のインピーダンスを変動させるように構成される。インピーダンスは、負荷532に供給される電力を最大化して負荷532から反射される電力を最小化するために、それぞれのRF発生器512a、512bと負荷532との間のインピーダンス整合を調整するように同調される。本明細書でより詳細に説明するように、デュアル整合ネットワーク518の整合ネットワーク518aは、可変キャパシタンス534として図5に示される可変リアクタンスも含む。可変リアクタンスは、可変キャパシタンスまたは可変インダクタンスとして実装され得、参照番号534は、全体的に可変リアクタンスを指し、具体的には可変キャパシタンスもしくは可変インダクタンスを指し、または可変リアクタンスとして動作するキャパシタンスとインダクタンスとの何らかの組合せを指す場合がある。可変キャパシタンスは、可変キャパシタなどの可変容量デバイスを含む、キャパシタンスを提供する要素の組合せによって実装され得る。可変インダクタンスは、可変インダクタなどの様々な誘導デバイスを含む、インダクタンスを提供する要素の組合せによって実装され得る。可変キャパシタンス534は、RF発生器512aおよび512bの出力の間のIMDに起因するIMD生成物を検出してそれに応答するように構成され、それにより、図3に関して上記で説明したように、給電シース334の表面積328における変動によって導入される可変キャパシタンスに抗して働く。

【0053】

様々な実施形態では、可変キャパシタンス534が実装され、1つのバラクタ、または複数のバラクタが協働して1つの可変キャパシタンスを導入するバラクタセル内に構成される複数のバラクタを含む。従来技術においてよく知られているように、バラクタは、バリキャップダイオード、バラクタダイオード、可変キャパシタンスダイオード、可変リアクタンスダイオード、同調ダイオード、電力ダイオード、高電圧電力ダイオード、または逆バイアスされるときなどに可変キャパシタンスをもたらす他のダイオードと呼ばれることもある。同じく、従来技術においてよく知られているように、バラクタは、通常、DC電流がデバイスを通って流れないように、逆バイアス状態において動作される。バラクタに印加される逆バイアスの量は、バラクタ空乏ゾーンの厚さ、それゆえバラクタの接合キャパシタンスを制御する。したがって、バラクタのキャパシタンスは、バラクタに印加される逆電圧に逆比例する。

【0054】

図6は、波形610aにおいてバラクタに印加された逆電圧と、波形610bに示す例示的なバラクタにわたる得られたキャパシタンスとに対応する、一対の波形またはプロット610a、610bを示す。波形612aは、例示的なバラクタに印加された全体的に低い振幅の逆バイアス電圧を示す。波形612bは、612aの電圧に関して変動する対応するキャパシタンスを示す。612aの電圧は全体的に一定であるので、例示的なバラクタのキャパシタンスは、波形612bに示すように全体的に一定である。

【0055】

波形614aは、例示的なバラクタに印加される逆電圧において周期的変動を示す正弦波信号である。波形614bは、波形614aに従って印加される逆バイアス電圧における変動に応答する、例示的なバラクタの対応するキャパシタンス変動を示す。プロット610a、610bから分かるように、波形614aにおける電圧が減少するにつれて、例示的なバラクタのキャパシタンスは、波形614bに示すように増加する。したがって、キャパシタンスは、印加された逆電圧に対して逆比例して変動する。同様に、波形616aは、例示的なバラクタに印加された逆バイアス電圧を示し、波形616bは、波形616aの変動および電圧に従う、キャパシタンスにおける変動を示す。波形614a、614bに関して説明するように、波形616a、616bは、同様に、印加される逆電圧とサンプルバラクタのキャパシタンスとの間の逆比例を示す。

【0056】

図7は、図5のデュアル整合ネットワーク518に全体的に対応するデュアル整合ネットワーク718を示す。デュアル整合ネットワーク718は、図3および図4に関して上記で説明したように、400kHz信号などの低周波数信号の印加によって導入されたシースキャパシタンス変化を補償するように構成される。従来の整合ネットワークが、所定のインピーダンスに同調するように構成される一方で、図7のデュアル整合ネットワーク718は、所定のインピーダンスに同調するばかりでなく、シースキャパシタンス変化を補償する。

【0057】

様々な実施形態では、本明細書でより詳細に説明するように、直列キャパシタが、シース変調と同じ周波数(すなわち、RFバイアス源の周波数)において動作し、それにより、キャパシタンスは、シースキャパシタンス変化を補償するように変化する。非限定的な例として、シースキャパシタンスが所定の値ΔCだけ減少すると、直列キャパシタンスは、同じ対応する値Δcだけ減少し、それにより、図3の広いシース330において発生するようなシースキャパシタと直列キャパシタとの合計のキャパシタンスは一定に保たれる。シースキャパシタンス変化を補償することによって、IMDは効果的に低減または相殺され得、それにより、IMDに起因する逆電力が低減または相殺される。様々な実施形態では、キャパシタンスは、バラクタまたはバラクタセルの逆バイアスを変動させることによって変動する。

【0058】

さらに図7を参照すると、従来の整合ネットワークは、通常、それぞれのステッピングモータによって駆動される2つの真空可変キャパシタ(VVC)から成る。ステッピングモータの速度は、数百RPMの範囲内にあるが、バイアスRF電源の一般的な動作周波数は、約400kHzであり得る。したがって、VVCを制御するステッピングモータは、十分な周波数において動作することができない。様々な実施形態では、それゆえ、VVCより高速で変動することができるキャパシタンスを有する電子可変キャパシタ(eVC)を使用する可変キャパシタンスが提供される。様々な実施形態では、本明細書で説明するデュアル整合ネットワークは、シースキャパシタンスΔcにおける変化を補償するために、図5の参照番号534に関して上記で説明したような可変リアクタンスを実装する。様々な実施形態では、可変リアクタンスは、バラクタ、可変インダクタ、スイッチキャパシタアレイ、スイッチインダクタアレイ、可飽和インダクタなどの可変キャパシタンスを使用して導入され得る。様々な実施形態では、スイッチキャパシタアレイは、オンオフされ得るか、またはバイアス電源の動作周波数などの低周波数において動作され得、離散値におけるキャパシタンスを提供する。

【0059】

図7をさらに参照すると、第1の可変リアクタンスセクションまたは第1の整合ネットワーク718aは、図5の可変キャパシタンス534などの可変リアクタンスを含むように構成され、周波数f₁におけるRF電力を印加するソースRF電源に接続される。第2の可変リアクタンスセクションまたは第2の整合ネットワーク718bは、図5の整合ネットワーク518bに対応し、周波数f₂を有するバイアス信号などのRF入力を受信する。整合ネットワーク718は、それぞれのソースRF信号f₁およびバイアスRF信号f₂を組み合わせたRF信号を、非線形負荷またはプラズマチャンバもしくはリアクタ732に出力する。各整合ネットワーク718a、718bは、それぞれの負荷キャパシタ740a、740bと、同調キャパシタ742a、742bと、出力インダクタ744a、744bとを含む。負荷キャパシタ740bは、負荷キャパシタ740aと同様に、インダクタ746bを介して負荷732と並列に構成されることは、当業者によって認識されよう。負荷キャパシタ740a、740bおよび同調キャパシタ742a、742bが、従来の負荷および同調キャパシタとして動作することは、当業者によく知られているとおりである。様々な実施形態では、負荷キャパシタ740a、740bおよび同調キャパシタ742a、742bはVVCであるが、eVCを使用して実装され得る。さらに、負荷キャパシタ740a、740bおよび同調キャパシタ742a、742bは、他の可変リアクタンス同調要素、回路、および/またはネットワークで交換され得ることが認識されよう。整合ネットワーク718bは、同じく、1つの端子においてインダクタ748b、744bに、別の端子において接地に接続されたキャパシタ750bを含む。キャパシタ750bは、ローパスフィルタとして機能し、ソースRF信号f₁を出力するソース電源から高周波数成分を除去する。

【0060】

デュアル整合ネットワーク718aは、同じく、シースキャパシタンス変化ΔCに反応するための第3の可変リアクタンスセクションまたは可変キャパシタンス回路752aを含む。可変リアクタンスまたは可変キャパシタンス回路752aは、可変キャパシタ754aを含み、可変キャパシタ754aは、上記で説明したように、バラクタまたは他の可変キャパシタンス要素として実装され得る。可変キャパシタンス回路752aは、キャパシタ756aも含む。キャパシタ756aは、可変キャパシタンス回路752aにおける電圧を低下させる。

【0061】

可変キャパシタンス回路752aは、再生モジュール760aと、オフセットモジュール762aと、更新モジュール764aとを有するキャパシタンスコントローラ758aを介して制御される。キャパシタンスコントローラは、RFバイアス信号f₂の印加を検出し、RFバイアス信号f₂の印加に起因するIMDを最小化するために、可変キャパシタ754aのキャパシタンスを変動させるために制御信号を生成する。キャパシタンスコントローラ758aは、増幅器766aへの入力制御信号を生成する。増幅器766aは、通常、図3の給電シース334などのプラズマシースにおける変化に起因するIMDを相殺するために、可変キャパシタ754aにわたるキャパシタンスを制御するのに十分な値の(逆)バイアス電圧を生成するように実装される。様々な実施形態では、増幅器766aは、本明細書でさらに説明するように、可変キャパシタンス回路752aを実装するバラクタを駆動する高電圧増幅器である。

【0062】

様々な実施形態では、キャパシタンスコントローラ758aは、増幅器766aに印加される周期的制御信号の位相と大きさの両方を変動させる。周期的信号の位相と大きさとを変動させることで、バイアスまたは第2のRF電源の出力に従って変動するシースキャパシタンスを相殺するように、可変キャパシタ754aに入力される制御信号のソースが変化する。増幅器766aに入力される制御信号の大きさを変動させることで、対応して、シースキャパシタンスΔC_sheathを整合させるためにキャパシタンスΔC_eVCにおける変化を変動させるために、可変キャパシタ754aに印加される逆バイアス電圧が変動する。キャパシタンスコントローラ758aは、同じく、ΔC_eVCの位相を変動させて、バイアスRF信号f₂の位相を対応して整合させる。様々な実施形態では、キャパシタンスコントローラ758aは、開ループまたは閉ループのコントローラとして実装され得る。閉ループモードの動作では、RFバイアス電圧f₂は、増幅器766aに印加された制御信号の位相を変動させるために感知され得る。キャパシタンスコントローラ758aは、整合ネットワークセンサ755から信号を受信する。整合ネットワークセンサ755は、センサ516a、516bに関して説明したものと同様に動作する。センサ755は、デュアル整合ネットワーク718のキャパシタンスコントローラ758aおよび他の制御構成要素(図示せず)への出力信号を生成する。

【0063】

上記で説明したように、キャパシタンスコントローラ758aは、再生モジュール760aと、キャパシタンスオフセットモジュール762aと、更新モジュール764aとを含む。各モジュール760a、762a、764aは、プロセス、プロセッサ、モジュール、またはサブモジュールとして集合的にまたは個別に実装され得る。さらに、各モジュール760a、762a、764aは、モジュールという用語に関して以下で説明する様々な構成要素のうちのいずれかとして実装され得る。再生モジュール760aは、リアクタンス、またはキャパシタンスもしくはインダクタンス、整合ネットワーク718aに対するオフセットまたは調整の適用をトリガ事象または信号と同期させるために、トリガ事象または信号をモニタする。再生モジュール760aがトリガ事象または信号を検出すると、再生モジュール760aは、可変キャパシタまたはリアクタンス754aに対するリアクタンスまたはキャパシタンスの調整を開始する。再生モジュール760aは、それぞれのキャパシタンス調整またはオフセットモジュール762aと協働する。リアクタンスまたはキャパシタンス調整モジュール762aは、更新モジュール764aに対するキャパシタンス調整を提供し、更新モジュール764aは、可変キャパシタ754aに対するそれぞれのキャパシタンス調整またはオフセットの適用を連係させる。

【0064】

様々な実施形態では、キャパシタンス調整モジュール762aは、参照テーブル(LUT)として実装され得る。それぞれのリアクタンスまたはキャパシタンス調整(振幅と位相の両方)は、たとえば、トリガ事象または信号に対するタイミングまたは同期に従って決定される。バイアスRF信号f₂の周期的性質と、RF信号f₂の負荷732への適用に応答して発生する予期されるIMDとが与えられると、可変キャパシタ754aのキャパシタンスに対する調整またはオフセットのLUTが、決定され得る。

【0065】

キャパシタンス調整は、発生器512bによって導入された、負荷732に及ぼす動的影響と協調して生成され、それらの一方または両方が負荷732の動作の効率を改善し、バイアスIMDを少なくとも部分的に相殺し、それにより、インピーダンス変動を低減する。様々な実施形態では、LUTは、実験によって静的に決定され得るか、または更新モジュール764aなどの更新プロセスを用いて自動的に調整され得る。様々な他の実施形態では、キャパシタンス調整は、動的に決定され得る。

【0066】

図8は、図5の整合ネットワーク518aまたは図7の整合ネットワーク718aに対応する整合ネットワーク818aの様々な実施形態を示す。整合ネットワーク818aは、可変キャパシタンスが、より高い電力RF信号f₁と、図5の負荷532または図7の負荷732などの負荷とから分離されるように構成される。整合ネットワーク818aは、入力キャパシタ820aと、負荷キャパシタ840aと、同調キャパシタ842aとを含む。整合ネットワーク818aは、同じく、上記で説明した1つのバラクタまたは様々なバラクタ代替物として実装され得る可変キャパシタンスセル854aを含む。さらに、可変キャパシタンスセル854aは、シースキャパシタンスにおける変動に従って変動され得る可変リアクタンスとして実装され得る。整合ネットワーク818aは、同じく、入力巻き線872aと出力巻き線874aとを有する変圧器870aを含む。出力巻き線874aは、ソースRF信号f₁の入力、ブロッキングキャパシタ876aと図5の負荷532または図7の負荷732などの負荷との間に直列に配置される。変圧器870aの入力巻き線872aは、接地に接続された第1の端子と、同調キャパシタ842aおよび可変キャパシタンスセル854aに接続された第2の端子とを有する。したがって、可変キャパシタンスセル854aは、ソースRF信号f₁を受信する整合ネットワーク818aの入力、ブロッキングキャパシタ876aと負荷との間で並列であり、かつ電気的に直列である。巻き線872aへの入力の1つの端子は、ノード878aを画定し、ノード878aにおいて、同調キャパシタ842aおよび可変キャパシタンスセル854aそれぞれの端子は、接地基準と反対に接続する。様々な実施形態では、同調キャパシタ842aは、接地と、可変キャパシタンスセル854aに接続された入力巻き線872aの端子との間に同調キャパシタ842aを設置することによって、可変キャパシタンスセル854aに対して同様に分離され得る。

【0067】

図9は、図8の可変キャパシタンスセル854aに対応する可変キャパシタンスセル954aを示す。可変キャパシタンスセル954aは、図7のキャパシタンスコントローラ758aなどからの制御信号を受信する増幅器956aを含む。増幅器956aは、制御信号を増幅し、それぞれの抵抗器980a、980a'への出力信号を生成する。抵抗器980a、980a'からの出力は、それぞれのインダクタ982a、982a'に入力される。インダクタ982a、982a'は、それぞれのバイアス信号をそれぞれの一対のアノード接続バラクタ984a、984a'に出力する。品目984a、984a'はバラクタとして示されるが、上記で説明した様々なバラクタ代替物が上記のバラクタに置き換えられ得ることは、当業者には認識されよう。上記で説明したように、バラクタ984a、984a'は、逆バイアス信号の大きに逆比例して変動する、回路に対するキャパシタンスを提示する。インダクタ982a、982a'は、それぞれの逆バイアス信号Bias a、Bias a'を出力し、それにより、それぞれのバラクタ984a、984a'に対して一対の逆バイアス信号を提供する。それぞれのバラクタダイオード984a、984a'のアノードは接続され、同時に、出力抵抗器988と直列にインダクタ986に接続する。それぞれのバラクタダイオード984a、984a'のカソードは、それぞれのDCブロッキングキャパシタ990a、990a'に接続する。ブロッキングキャパシタ990a'は、接地に接続する。ブロッキングキャパシタ990aは、ノード992に接続し、図8のノード878aに接続する。様々な構成では、バラクタ984a、984a'は、pinダイオードで置き換えられ得る。様々な他の構成では、バラクタ984a、984a'およびインダクタ986は、可変リアクタンスを提供するために、pinダイオードで切り替えられるキャパシタ構成で置き換えられ得る。

【0068】

図10は、図8の可変キャパシタンスセル854aに対する様々な実施形態を示す。可変キャパシタンスセル1054aでは、図7のキャパシタンスコントローラ758aなどからの制御入力が、増幅器1056aに入力され、増幅器1056aは、入力信号を増幅して、それぞれのバラクタダイオード1084a、1084a'に逆バイアス信号を提供する。

【0069】

図10において、バックツーバックダイオードバラクタを有する可変キャパシタンスセル1054aは、一対のバラクタダイオード1084a、1084a'と、インダクタ1094a、1094a'と、キャパシタ1096とを含む。インダクタ1094a、1094a'は、バラクタダイオード1084a、1084a'のカソードと直列に接続される。バラクタダイオード1084a、1084a'のアノードは、互いに接続される。RF入力信号は、インダクタ1094aに接続された増幅器1056aから端子Xにおいて受信される。キャパシタ1096は、RF電力の通過を可能にし、(i)第1の端部においてインダクタ1094aおよびダイオード1084aのカソードに接続され、(ii)第2の端部において接地に接続されたバイパスキャパシタである。インダクタ1094a、1094a'はRF電力の通過を妨げるので、インダクタ1094a、1094a'は、RFチョークと呼ばれることがある。ブリーダ抵抗器1098は、バイアス電圧においてより速い変化を可能にするために、バラクタダイオード1084aと並列に接続され得る。抵抗器1098は、同じく、バラクタダイオード1084a、1084a'と接地との間に接続され得る。

【0070】

図10のバックツーバックダイオードバラクタは、ノード878aにおいて図8のキャパシタ842aと並列に、したがってRFソース入力f₁と図5の負荷532または図8の負荷732などの負荷との間で直列に接続され得る。図10は、アノードツーアノードに接続されたダイオード1084a、1084a'を示すが、ダイオードは、カソードツーカソードに接続されてもよく、ここで、図11のダイオード1184a、1184a'のそれぞれのアノードは、(i)インダクタ1194aおよびキャパシタ1196に接続され、(ii)RF入力端子xおよびインダクタ1194a'に接続される。これは、図11に示される。

【0071】

図12は、従来の整合ネットワーク手法を使用するシステムと、それに対して、従来の整合手法または整合ネットワーク手法を使用し、同時に上記で説明したようにシースキャパシタンスにおける変化に従って調整する可変キャパシタンスを適用するシステムとの動作の比較を提供する波形1210を示す。波形1212は、波形1212aによって示される従来の整合ネットワーク手法と、波形1212bにおいて示される上記で説明したIMD軽減に対する可変リアクタンスもしくはキャパシタンス手法と組み合わされた従来の整合ネットワーク手法と、を使用するときのソースRF電力発生器における順方向電力を示す一対の順方向電力波形を示す。波形は幾分類似しているように見えるが、わずかに正弦波状の波形1212aが、順方向電力の印加における変動を示していることは、当業者には認識されるであろう。そのような変動は、リアクタが、高信頼で、着実で、滑らかな順方向電力の印加を必要とすることにおいて矛盾を生じる可能性がある。

【0072】

波形1214は、図5のRF発生器512aまたは図7に示されないRF発生器などのソースRF発生器において検出される反射電力を示す。波形1214aは、従来の整合ネットワーク手法を使用するときに、ソースRF発生器において測定される反射電力を示す。比較すると、波形1214bは、従来の整合ネットワーク手法と上記で説明したIMD軽減に対する可変リアクタンスまたはキャパシタンス手法とを使用するときに、ソースRF発生器において検出された反射電力を示す。波形1214に見られるように、反射電力は、波形1214bにおいてかなり低減されている。

【0073】

波形1216は、ソースRF発生器の出力において検出された順方向電圧を示す。波形1216aは、従来の整合ネットワーク手法を使用するときに、ソースRF発生器において検出された順方向電圧を示す。波形1216bは、従来の整合ネットワーク手法と上記で説明したIMD軽減に対する可変リアクタンスまたはキャパシタンス手法とを使用するときに、ソースRF発生器において検出された順方向電圧を示す。順方向電力波形1212と同様に、波形1216に見られるように、順方向電圧1216aは、従来の整合ネットワーク技法を使用するときに、振動成分を有する。その一方で、順方向電圧波形1216bは、全体的に滑らかな順方向電力の印加を示す。

【0074】

波形1218aは、ソースRF発生器において検出された反射電圧を示す。波形1218に見られるように、波形1218aは、従来の整合ネットワーク技法を使用するときのソースRF発生器における反射電力を示し、波形1218bは、従来の整合ネットワーク手法と上記で説明したIMD軽減に対する可変リアクタンスまたはキャパシタンス手法とを使用するときの反射電力を示す。波形1218aに見られるように、従来の整合ネットワーク手法と上記で説明したIMD軽減に対する可変リアクタンスまたはキャパシタンス手法とは、ソースRF発生器において検出された反射電圧を大幅に低減する。

【0075】

図13は、選択された、図12と同様の比較をするが周波数領域において記述される、波形1310を示す。したがって、波形1310は、RFソース発生器の周波数に関してデシベルにおける電力のプロットである。ピーク1310aは、様々な周波数における逆方向電力波形の例示的なピークである。同様に、ピーク1310bは、様々な周波数における逆方向電力波形の例示的なピークである。図13において分かるように、逆方向電力ピーク1310bは、本明細書で開示する技法を使用して大幅に低減される。逆方向電圧ピーク1310aは、従来の整合ネットワーク技法を使用する逆方向電圧を示す一方で、逆方向電圧ピーク1310bは、従来の整合ネットワーク手法と上記で説明したIMD軽減に対する可変リアクタンスまたはキャパシタンス手法とを使用する逆方向電力を示す。

【0076】

図14は、制御モジュール1410を示す。制御モジュール1410は、図3、図5および図7の様々な構成要素を組み込む。制御モジュール1410は、キャパシタンス制御モジュール1412とインピーダンス整合モジュール1414とを含み得る。キャパシタンス制御モジュール1412は、再生モジュール1416と、キャパシタンス調整モジュール1418と、キャパシタンス更新モジュール1420とを含むサブモジュールを含み得る。様々な実施形態では、制御モジュール1412は、モジュール1412、1414、1416、1418および1420に関連するコードを実行するプロセッサのうちの1つまたは複数を含む。モジュール1412、1414、1416、1418および1420の動作は、図14～図15の方法に関して以下で説明する。

【0077】

図7および図14のコントローラ758aのさらに定義される構造について、以下に提供される図15の方法と以下に提供される「モジュール」という用語に対する定義とを参照のこと。本明細書で開示するシステムは、多数の方法を使用して動作され得、それらのうちの1つの例示的な制御システム方法を、図15に示す。以下の動作は、図7および図14の実装形態に関して主に説明されるが、動作は、本開示の他の実装形態に適用するために容易に修正され得る。動作は、反復的実行され得る。以下の動作は、連続的に実行されるように示され、主に説明されるが、以下の動作のうちの1つまたは複数は、他の動作のうちの1つまたは複数が実行されている間に実行されてもよい。

【0078】

図15は、本開示において説明するバイアス相殺方法1510のフロー図を示す。制御は、様々なパラメータが初期化されるブロック1512において開始する。制御は、トリガ事象をモニタするブロック1514に進む。本明細書でより詳細に説明するように、トリガ事象は、RF発生器512aによって出力されるRF信号f₁内にIMDの存在することを示す任意の事象であり得る。ブロック1514は、トリガ事象が発生したかどうかをモニタすることを継続し、そのような事象が発生するまで待ち状態においてループバックする。トリガ事象を検出すると、制御はブロック1516に進み、ブロック1516は、トリガ事象の発生に同期してキャパシタンスオフセットシーケンスの再生を開始する。

【0079】

再生が開始されると、制御は、ブロック1518に進む。ブロック1518において、キャパシタンス調整が、トリガ事象に対して決定される。様々な実施形態では、キャパシタンスオフセットは、バイアスRF発生器512bから出力されたRF信号の順序付けなど、事象を参照して予期されるシースキャパシタンス変動に従って決定される。キャパシタンスオフセットが決定されると、通常、トリガ事象に関連して、制御はブロック1520に進み、そこにおいて、キャパシタンスオフセットは、上記で説明した可変キャパシタンスまたはリアクタンスを使用してRF発生器512aから出力されたRF信号に追加される。キャパシタンスオフセットまたは調整は、可変キャパシタンスを調整するための大きさまたは位相の調整のうちの少なくとも1つを含む。調整は、シースキャパシタンスΔCにおける変化を追跡するように構成される。制御はブロック1522に進み、ブロック1522は、再生シーケンスが完了したかどうかを決定する。すなわち、決定ブロック1522において、再生シーケンスが完了した場合、制御は決定ブロック1514に進み、そこにおいて、トリガ事象のモニタリングが継続する。再生シーケンスが完了しない場合、制御はブロック1518に進み、そこにおいて、キャパシタンスオフセットが決定される。

【0080】

同じく、図15において、ブロック1518のキャパシタンスオフセットを更新するためのフロー図1530が示される。フロー図1530は、コントローラ758aの更新モジュール764aによって実施され得る。フロー図1530では、制御はブロック1532において開始し、ブロック1532は、たとえば、トリガ事象に関連して選択された位相におけるIMDを検出する。制御は決定ブロック1534に進み、決定ブロック1534は、IMDが容認可能であるかどうかを決定する。すなわち、決定ブロック1534において、ソースRF発生器512aにおけるIMDがしきい値と比較され、IMDが容認可能であるかどうか、または所与のキャパシタンスオフセットに対するしきい値内にあるかどうかを判断する。IMDが容認可能である場合、制御は、ブロック1532に進む。IMDが所定の範囲またはしきい値の外にある場合、制御はブロック1536に進み、ブロック1536は、IMDを低減するために選択された位相においてキャパシタンスオフセットを更新する。選択された位相におけるキャパシタンスオフセットが決定されると、制御はブロック1538に進み、ブロック1538は、更新されたキャパシタンスオフセットを、キャパシタンスオフセットを決定するブロック1518に挿入するために進む。

【0081】

様々な実施形態では、トリガ事象は、ブロック1514に関連して説明したように、キャパシタンスオフセットが、バイアスRF信号に対して適切に適用され、それによりIMDが最小化され得るように、キャパシタンスコントローラ758aをソースRF発生器512aと同期させることが意図されている。キャパシタンスコントローラ758aとRF発生器512bとの間の同期は、負荷732においてIMDを検出することによって発生させることができる。IMDは、自己整合ネットワークの中に存在するセンサを使用することによって検出され得る。

【0082】

同期は、IMDを分析すること、およびIMDを示している信号に位相ロックすることによって達成され得る。たとえば、図7のセンサ755から出力された信号X、Yを分析することによって、インピーダンス変動を示す信号が生成され得る。この構成では、キャパシタンスコントローラ758aは、外部制御接続を持たない独立型ユニットとして効果的に稼働することができる。

【0083】

上記の様々な実施形態において説明されたトリガ事象は、通常、トリガ事象の周期性に関連する。たとえば、IMDは、RF発生器512bから出力されたRF信号に従って周期的に繰り返され得る。同様に、上記で説明したIMDを示す信号は、同じく、それに対する周期性を有し得る。他のトリガ事象は、周期的である必要はない。様々な実施形態では、トリガ事象は、プラズマチャンバ732内で検出されるアークなど、非周期的な非同期事象であり得る。

【0084】

様々な実施形態では、キャパシタンスオフセットが決定されるキャパシタンスオフセットモジュール762aおよび対応するブロック1518は、参照テーブル(LUT)の中に実装され得る。LUTは、RF発生器512bから出力されてプラズマチャンバ732に印加されるバイアスRF信号に対するキャパシタンス変動に関する実験的データを取得することによって静的に決定され得る。LUTが静的に決定されると、図15のフロー図1530は、適用できなくなる。他の様々な実施形態では、LUTは、フロー図1530に関して説明したように、動的に決定され得る。

【0085】

様々な実施形態では、キャパシタンスオフセットは、バイアスRF発生器512bによって出力されるRF信号に対して等しい増分で適用され得、キャパシタンスオフセットの範囲にわたって一定の分解能が提供される。様々な他の実施形態では、キャパシタンスオフセットの分解能は、変動することができる。すなわち、キャパシタンスオフセットは、時間的に可変的に離間され得、それにより、バイアスRF出力信号の所与の持続時間の間により多くのオフセットが適用され得、バイアスRF出力信号の異なる部分において、同じ持続時間の間により少ないオフセットが適用され得る。したがって、本明細書の状態ベース手法は、IMDが所与の期間の間により不安定であるときなど、必要に応じてキャパシタンスオフセットの分解能を増加させ、IMDが所与の期間の間により安定である場合など、適切な場合にキャパシタンスオフセットの分解能を減少させる。状態ベース手法は、適切な場合に計算または処理のオーバーヘッドを低減することによって、より効果的な実施を提供することができる。様々な実施形態では、各オフセットの大きさは、変動することができる。

【0086】

様々な他の実施形態では、キャパシタンスコントローラ758a内のフィードバック制御ループは、オフセットキャパシタンスを適用するための情報を提供することができ、所定のオフセットを参照することなく、動的にキャパシタンスを適用することができる。そのようなシステムを実装するために、サーボベース同調または動的IMD情報などの既存のキャパシタンス同調方法が利用される。このIMD情報は、キャパシタンスオフセットを予測的に調整して、シースキャパシタンス変動を相応に低減するために使用され得る。

【0087】

様々な実施形態では、RF信号またはエンベロープは、複数のパルス状態(1..n)によってパルス化され、本明細書で説明する可変リアクタンス制御手法は、複数のパルス状態に適用され得る。所与のパルス状態、j、が終了すると、可変キャパシタンスを調整する当該状態変数がセーブされ、後で状態jが再開するときに復元される。そのような複数のパルス状態システムの一例は、本特許出願の譲受人に譲渡され、それらの全体が参照により本出願に組み込まれる、米国特許第8,952,765号に関連して発見され得る。

【0088】

様々な実施形態では、パルス化されたRF信号またはエンベロープが反復パターンで変調される場合、RFエンベロープは、p個の時間セグメントまたは「ビン」に分割され得る。本明細書で説明する可変リアクタンス制御手法は、各時間セグメントに適用され得る。そのようなシステムの一例は、両特許出願の譲受人に譲渡され、それらの全体が参照により本出願に組み込まれる、米国特許第10,049,357号および米国特許第10,217,609号に関連して発見され得る。

【0089】

前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その適用例、または使用を制限することを決して意図するものではない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施され得る。それゆえ、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると、他の修正形態が明らかになるため、本開示の真の範囲は、そのように限定されるべきではない。方法内の1つまたは複数のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で(または同時に)実行され得ることを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、いくつかの特徴を有するとして上記で説明されているが、本開示の任意の実施形態に関して説明されたそれらの特徴のうちの任意の1つまたは複数は、たとえその組合せが明示的に説明されていなくても、他の実施形態のうちのいずれかの特徴の中で実施され得、および/またはその特徴と組み合わされ得る。言い換えれば、説明する実施形態は、互いに排他的ではなく、1つまたは複数の実施形態を互いに再配列しても、本開示の範囲内に留まる。

【0090】

要素間(たとえば、モジュール、回路要素、半導体層などの間)の空間的および機能的関係は、「接続されて」、「係合されて」、「結合されて」、「隣接して」、「隣に」、「上に」、「上方に」、「下方に」、および「配置されて」を含む様々な用語を使用して説明される。「直接的」であると明示的に説明されない限り、第1の要素と第2の要素との間の関係が、上記の開示の中で説明されるとき、その関係は、第1の要素と第2の要素との間に他の介在要素が存在しない場合に直接的関係であり得るが、第1の要素と第2の要素との間に1つまたは複数の介在要素が(空間的または機能的のいずれかで)存在する場合、間接的関係でもあり得る。

【0091】

本明細書で使用するように、A、BおよびCのうちの少なくとも1つというフレーズは、非排他的論理和ORを使用して論理(A OR B OR C)を意味するものと解釈されるべきであり、「少なくとも1つのA、少なくとも1つのB、および少なくとも1つのC」を意味するものと解釈されるべきではない。サブセットという用語は、必ずしも、適切なサブセットを要求するとは限らない。言い換えれば、第1のセットのうちの第1のサブセットは、第1のセットと同延であり得る(等しくあり得る)。

【0092】

図において、矢頭(arrowhead)によって示される矢印の方向は、一般に、例示に対して関心のある情報(データまたは命令など)の流れを示す。たとえば、要素Aと要素Bとが種々の情報を交換するが、要素Aから要素Bに伝達された情報が例示に関連するとき、矢印は要素Aから要素Bに向けて指してよい。この単方向矢印は、要素Bから要素Aに伝達される他の情報はないことを暗示するものではない。さらに、要素Aから要素Bに送られる情報に対して、要素Bは、情報に対する要求を、または情報の受信確認を、要素Aに送ってもよい。

【0093】

本出願では、以下の定義を含めて、「モジュール」という用語または「コントローラ」という用語は、「回路」という用語で置き換えられてもよい。「モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタルの、アナログの、もしくはアナログ/デジタル混合のディスクリート回路、デジタルの、アナログの、もしくはアナログ/デジタル混合の集積回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、コードを実行する(共有の、専用の、もしくはグループの)プロセッサ回路、プロセッサ回路によって実行されるコードを記憶する(共有の、専用の、もしくはグループの)メモリ回路、説明した機能性を提供する他の好適なハードウェア構成要素、またはシステムオンチップの中などの上記の一部もしくは全部の組合せ、の一部であることまたはそれらを含むことを指す場合がある。

【0094】

モジュールは、1つまたは複数のインターフェース回路を含み得る。いくつかの例では、インターフェース回路は、ローカルエリアネットワーク(LAN)またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)に接続するワイヤードまたはワイヤレスインターフェースを実装し得る。LANの例には、電気電子技術者協会(IEEE)標準802.11-2016(WIFIワイヤレスネットワーク規格としても知られている)と、IEEE標準802.3-2015(イーサネットワイヤードネットワーク規格としても知られている)とがある。WPANの例には、IEEE標準802.15.4(ZigBee(登録商標)アライアンスからのZIGBEE(登録商標)規格を含む)と、Bluetooth(登録商標)特別興味グループ(SIG:Special Interest Group)からの、BLUETOOTH(登録商標)ワイヤレスネットワーク規格(Bluetooth(登録商標) SIGからのコア仕様バージョン3.0、4.0、4.1、4.2、5.0および5.1を含む)とがある。

【0095】

モジュールは、インターフェース回路を使用して他のモジュールと通信し得る。モジュールは、本開示では、他のモジュールと直接論理的に通信するように示され得るが、様々な実施形態では、モジュールは、通信システムを介して実際に通信し得る。通信システムは、ハブ、スイッチ、ルータ、およびゲートウェイなど、物理および/または仮想ネットワーク機器を含む。いくつかの実装形態では、通信システムは、インターネットなどのワイドエリアネットワーク(WAN)に接続するか、またはWANを横断する(traverse)。たとえば、通信システムは、インターネット上で、またはマルチプロトコルラベルスイッチング(MPLS:Multiprotocol Label Switching)および仮想プライベートネットワーク(VPN:virtual private networks)を含む技術を使用してポイントツーポイント専用線上で、互いに接続された複数のLANを含み得る。

【0096】

様々な実装形態では、モジュールの機能性は、通信システムを介して接続された複数のモジュールの間で分配され得る。たとえば、複数のモジュールは、負荷分散システムによって分配された同じ機能性を実装し得る。さらなる例では、モジュールの機能性は、サーバ(リモートまたはクラウドとしても知られている)モジュールとクライアント(または、ユーザ)モジュールとの間で分割され得る。

【0097】

モジュールの一部または全部のハードウェア特徴は、IEEE標準1364-2005(一般に「ヴェリログ」と呼ばれる)およびIEEE標準1076-2008(一般に「VHDL」と呼ばれる)など、ハードウェア記述のための言語を使用して定義され得る。ハードウェア記述言語は、ハードウェア回路を製造および/またはプログラムするために使用され得る。いくつかの実装形態では、モジュールの一部または全部の特徴は、以下で説明するコードとハードウェア記述との両方を包含するIEEE 1666-2005(一般に「SystemC」と呼ばれる)などの言語によって定義され得る。

【0098】

上記で使用したコードという用語は、ソフトウェア、ファームウェアおよび/またはマイクロコードを含んでよく、プログラム、ルーチン、関数、クラス、データ構造、および/またはオブジェクトを指す場合がある。共有プロセッサ回路(shared processor circuit)という用語は、複数のモジュールからの一部または全部のコードを実行する単一のプロセッサ回路を包含する。グループプロセッサ回路という用語は、追加のプロセッサ回路と組み合わせて、1つまたは複数のモジュールからの一部または全部のコードを実行する1つのプロセッサ回路を包含する。複数のプロセッサ回路に対する参照は、複数のディスクリートダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のプロセッサ回路の複数のコア、単一のプロセッサ回路の複数のスレッド、または上記の組合せを包含する。共有メモリ回路(shared memory circuit)という用語は、複数のモジュールからの一部または全部のコードを記憶する単一のメモリ回路を包含する。グループメモリ回路という用語は、追加のメモリと組み合わせて、1つまたは複数のモジュールからの一部または全部のコードを記憶する1つのメモリ回路を包含する。

【0099】

メモリ回路という用語は、コンピュータ可読媒体という用語のサブセットである。本明細書で使用されるコンピュータ可読媒体という用語は、(搬送波上などで)媒体を通って伝搬する一時的な電気または電磁信号を包括するものではなく、コンピュータ可読媒体という用語は、それゆえ、触知できる非一時的なものと見なされ得る。非一時的コンピュータ可読媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ回路(フラッシュメモリ回路、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ回路、またはマスクリードオンリーメモリ回路など)、揮発性メモリ回路(静的ランダムアクセスメモリ回路または動的ランダムアクセスメモリ回路など)、磁気記憶媒体(アナログもしくはデジタル磁気テープまたはハードディスクドライブなど)、および光記憶媒体(CD、DVD、またはブルーレイディスクなど)である。

【0100】

本出願で説明する装置および方法は、コンピュータプログラム内に具現化された1つまたは複数の特定の機能を実行するように汎用コンピュータを構成することによって生成される専用コンピュータによって部分的または全体的に実装され得る。上記で説明した機能ブロックおよびフローチャート要素は、ソフトウェア仕様としての役目を果たし、ソフトウェア仕様は、熟練の技術者またはプログラマーのルーチンワークによってコンピュータプログラムに翻訳され得る。

【0101】

コンピュータプログラムは、少なくとも1つの非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるプロセッサ実行可能命令を含む。コンピュータプログラムは、同じく、記憶されたデータを含み得るか、または記憶されたデータに依存し得る。コンピュータプログラムは、専用コンピュータのハードウェアと相互作用するベーシックインプット/アウトプットシステム(BIOS)、専用コンピュータの特定のデバイスと相互作用するデバイスドライバ、1つまたは複数のオペレーティングシステム、ユーザアプリケーション、バックグラウンドサービス、バックグラウンドアプリケーションなどを包含し得る。

【0102】

コンピュータプログラムは、(i)HTML(ハイパーテキストマークアップ言語)、XML(拡張マークアップ言語)、JSON(JavaScriptオブジェクト表記)パースされるべき記述文、(ii)アセンブリコード、(iii)コンパイラによってソースコードから生成されるオブジェクトコード、(iv)インタプリタによって実行されるソースコード、(v)ジャストインタイムコンパイラによるコンパイルおよび実行のためのソースコードなどを含み得る。単に例として、ソースコードは、C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java(登録商標)、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、JavaScript(登録商標)、HTML5(ハイパーテキストマークアップ言語第5改訂版)、Ada、ASP(アクティブサーバページ)、PHP(PHP:ハイパーテキストプリプロセッサ)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash(登録商標)、Visual Basic(登録商標)、Lua、MATLAB(登録商標)、SIMULINK(登録商標)、およびPython(登録商標)を含む言語からのシンタックスを使用して記述され得る。

【符号の説明】

【0103】

110 誘導結合プラズマ(ICP)システム
112 プラズマチャンバ
114 プラズマ
116 内部コイル
118 外部コイル
120 電源
122 電源
124 誘電体窓
126 基板
128 電源
210 容量結合プラズマ(CCP)システム
212 プラズマチャンバ
214 プラズマ
216 電極
218 電極
220 電源
222 電源
310 デュアル電力入力プラズマシステム
312 第1の電極
314 接地
316 第2の電極
318 RF電源
320 第2の電力源
322 プラズマ
324 プラズマチャンバ
326 表面積
328 表面積
330 シース
332 接地シース
334 給電シース
410 中央ピーク、発生器ピーク
412 ピーク
414 ピーク
510 無線周波数(RF)発生器、電源システム
512a 電源、RF発生器
512b 電源、RF発生器
514a RF電源、増幅器
514b RF電源、増幅器
516a RFセンサ
516b RFセンサ
518 デュアル整合ネットワーク
518a 整合ネットワーク
518b 整合ネットワーク
520a プロセッサ、コントローラ、制御モジュール
520b プロセッサ、コントローラ、制御モジュール
520' コントローラ
522a RF電力信号
522b RF電力信号
524a X信号
524b Y信号
526a X信号
526b Y信号
528a フィードバック制御信号
528b フィードバック制御信号
530a リンク
530b リンク
532 負荷、リアクタ
534 可変キャパシタンス、可変リアクタンス
610a 波形、プロット
610b 波形、プロット
612a 波形
612b 波形
614a 波形
614b 波形
616a 波形
616b 波形
718 デュアル整合ネットワーク
718a 第1の可変リアクタンスセクション、第1の整合ネットワーク
718b 第2の可変リアクタンスセクション、第2の整合ネットワーク
732 負荷、リアクタ、プラズマチャンバ
740a 負荷キャパシタ
740b 負荷キャパシタ
742a 同調キャパシタ
742b 同調キャパシタ
744a 出力インダクタ
744b 出力インダクタ
746b インダクタ
748b インダクタ
750b キャパシタ
752a 可変リアクタンスまたは可変キャパシタンス回路
754a 可変キャパシタ
755 整合ネットワークセンサ
756a キャパシタ
758a キャパシタンスコントローラ
760a 再生モジュール
762a オフセットモジュール、キャパシタンス調整モジュール
764a 更新モジュール
766a 増幅器
818a 整合ネットワーク
820a 入力キャパシタ
840a 負荷キャパシタ
842a 同調キャパシタ
854a 可変キャパシタンスセル
870a 変圧器
872a 入力巻き線
874a 出力巻き線
876a ブロッキングキャパシタ
878a ノード
954a 可変キャパシタンスセル
956a 増幅器
980a 抵抗器
980a' 抵抗器
982a インダクタ
982a' インダクタ
984a アノード接続バラクタ
984a' アノード接続バラクタ
986 インダクタ
988 出力抵抗器
990a ブロッキングキャパシタ
990a' ブロッキングキャパシタ
992 ノード
1054a キャパシタンスセル
1056a 増幅器
1084a バラクタダイオード
1084a' バラクタダイオード
1094a インダクタ
1094a' インダクタ
1096 キャパシタ
1098 ブリーダ抵抗器
1184a ダイオード
1184a' ダイオード
1194a インダクタ
1194a' インダクタ
1196 キャパシタ
1210 波形
1212 波形
1212a 波形
1212b 波形
1214 波形
1214a 波形
1214b 波形
1216 波形
1216a 波形
1216b 波形
1218 波形
1218a 波形
1218b 波形
1310 波形
1310a ピーク
1310b ピーク
1410 制御モジュール
1412 キャパシタンス制御モジュール
1414 インピーダンス整合モジュール
1416 再生モジュール
1418 キャパシタンス調整モジュール
1420 キャパシタンス更新モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】