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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】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】プラズマ処理のための制御のシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20231206BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20231206BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/302 101B
H01L21/302 101C
H01L21/31 C
H05H1/46 L
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021507606
(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】 US2019045756
(87)【国際公開番号】W WO2020036806
(87)【国際公開日】2020-02-20
【審査請求日】2022-06-16
(31)【優先権主張番号】62/718,454
(32)【優先日】2018-08-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/724,879
(32)【優先日】2018-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/219,535
(32)【優先日】2018-12-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ランジャン，アロック
(72)【発明者】
【氏名】ヴェンツェク，ピーター
(72)【発明者】
【氏名】大秦 充敬
【審査官】右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１３００１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０６９５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１０５４４３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１６－５１１５５１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／３２
Ｈ０５Ｈ １／４６
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ処理システムであって、真空チャンバと、
前記真空チャンバにおいてプラズマを発生させるための電力を提供するように構成されており、ソース電力パルス（ＳＰパルス）を前記プラズマに結合するようにさらに構成されている第１の結合電極と、
前記真空チャンバに配置されており、基板を支持するように構成されている基板ホルダと、
バイアス電力パルス（ＢＰパルス）を前記基板に結合するように構成されている第２の結合電極と、
前記ＳＰパルスの後縁と対応する前記ＢＰパルスの先縁との間の第１のオフセット期間を制御するように構成されており、前記ＢＰパルスの各々は、前記ＳＰパルスの後縁と次のＳＰパルスの前縁との間に、サブパルス幅を有する複数のＢＰサブパルスと、ＢＰサブパルス間隔とを含み、前記ＢＰパルスの後縁と対応する前記ＳＰパルスの先縁との間に第２オフセット期間がある、コントローラと、
を備える、プラズマ処理システム。
【請求項2】
前記第１の結合電極が、前記プラズマに容量結合され、前記プラズマ処理システムが、容量結合型プラズマ処理システムを含むか、又は前記第１の結合電極が、前記プラズマに誘導結合され、前記プラズマ処理システムが、誘導結合型プラズマ処理システムを含むか、又は
前記第１の結合電極が、マイクロ波導波管及びスロットアンテナを通して前記プラズマに結合されており、前記プラズマ処理システムが、表面波プラズマ処理システムを含む、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項3】
前記プラズマ処理システムは、前記ＳＰパルスを発生させるように構成されている第１の関数発生器をさらに備え、前記コントローラは、
前記第１のオフセット期間を発生させるように構成されているタイミング回路と、
前記第１の関数発生器の入力に結合される第１の出力、及び前記タイミング回路に結合される第２の出力を含む、第１のパルス変調回路と、を含む、請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項4】
前記プラズマ処理システムは、前記タイミング回路に結合される第２のパルス変調回路と、
前記第２のパルス変調回路に結合され、前記ＢＰパルスを発生させるように構成される、第２の関数発生器と、
をさらに備える、請求項３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項5】
前記タイミング回路が、前記ＢＰパルスと前記ＳＰパルスとの間の第２のオフセット期間を制御するようにさらに構成されている、請求項３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項6】
前記第１のパルス変調回路が、第１のパルス周波数を受信するように構成されている第１の入力と、第１のパルス幅を受信するように構成されている第２の入力と、を含み、前記第１のパルス変調回路が、前記第１のパルス周波数及び前記第１のパルス幅に基づいてＳＰパルス信号を出力において発生させるようにさらに構成されている、請求項３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項7】
前記タイミング回路が、時間遅延を受信するように構成されるタイミング回路入力を含み、前記タイミング回路が、前記時間遅延に基づいて前記第１のオフセット期間を設定するようにさらに構成されている、請求項３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項8】
前記第１の関数発生器が、前記第１のパルス変調回路から受信したＳＰパルス信号を第１の周波数で発生された交流（ＡＣ）信号で変調することによって、前記ＳＰパルスを発生させるように構成されている、請求項３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項9】
前記タイミング回路に結合され、ＢＰパルス信号を発生させるように構成されている、第２のパルス変調回路と、前記第２のパルス変調回路に結合され、前記ＢＰパルス信号を第２の周波数で発生されたＡＣ信号で変調することによって前記ＢＰパルスを発生させるように構成されている、第２の関数発生器であって、前記第２の周波数が、約１５ＭＨｚよりも小さく、前記第１の周波数が、約１０ＭＨｚより大きい、前記第２の関数発生器と、
をさらに備える、請求項８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項10】
装置であって、真空チャンバと、
ソース電力（ＳＰ）供給ノードに結合され、ＳＰパルスの第１のシーケンスを用いて前記真空チャンバ内でプラズマを発生させるように構成されている、結合電極と、
バイアス電力（ＢＰ）供給ノードに結合され、前記真空チャンバ内に配置される基板ホルダであって、前記基板ホルダが、前記プラズマによって処理されるべき基板を支持するように構成されており、ＢＰパルスの第２のシーケンスが、前記プラズマのイオンを前記基板に向かって加速するように構成されている、前記基板ホルダと、
を備え、
前記ＳＰパルスの第１のシーケンスと前記ＢＰパルスの第２のシーケンスとは、前記ＢＰパルスが前記ＳＰパルスに対して第１のオフセット期間だけ遅延し、前記第１のオフセット期間は、前記第１のシーケンスの前記ＳＰパルスの後縁と対応する前記ＢＰパルスの先縁との間にあり、前記ＢＰパルスの各々は、前記ＳＰパルスの後縁と次のＳＰパルスの前縁との間に、サブパルス幅を有する複数のＢＰサブパルスと、ＢＰサブパルス間隔とを含み、前記ＢＰパルスの後縁と対応する前記ＳＰパルスの先縁との間に第２オフセット期間がある、ように構成されている、装置。
【請求項11】
第１のＳＰパルス及び前記ＢＰパルスが、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない、請求項１０に記載の装置。
【請求項12】
前記結合電極が、共振結合電極である、請求項１０に記載の装置。
【請求項13】
関数発生器と、前記共振結合電極に直接結合される出力及び前記関数発生器に直接結合される入力を含む、方向性結合器と、
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項14】
前記共振結合電極が、螺旋共振器アンテナである、請求項１２に記載の装置。
【請求項15】
関数発生器と、前記関数発生器に結合されるインピーダンス整合ネットワークと、
前記インピーダンス整合ネットワークに結合される入力を含む方向性結合器であって、前記結合電極が、非共振結合電極であり、前記方向性結合器が、前記非共振結合電極に結合される出力をさらに含む、前記方向性結合器と、
をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項16】
プラズマ処理の方法であって、第１のパルス変調回路を用いて第１の信号を第１の関数発生器に出力することと、
前記第１の信号を前記出力することに応答して、前記第１の関数発生器を用いて第１のソース電力パルス（第１のＳＰパルス）を発生させることと、
プラズマを発生させるために真空チャンバの第１の結合電極において前記第１のＳＰパルスを提供することと、
前記第１のＳＰパルスに対して第１のオフセット期間だけ遅延をトリガすることによって、バイアス電力パルス（ＢＰパルス）を発生させることであって、前記第１のオフセット期間は、前記第１のＳＰパルスの後縁と対応する前記ＢＰパルスの先縁との間にあり、前記ＢＰパルスの各々は、前記第１のＳＰパルスの後縁と次のＳＰパルスの前縁との間に、サブパルス幅を有する複数のＢＰサブパルスと、ＢＰサブパルス間隔とを含み、前記ＢＰパルスの後縁と対応する前記ＳＰパルスの先縁との間に第２オフセット期間がある、ことと、
前記真空チャンバの第２の結合電極において前記ＢＰパルスを提供することと、
前記真空チャンバに配置された基板上でプラズマ成膜又はエッチングプロセスを実行することであって、前記ＢＰパルスを提供することによって、前記プラズマから前記基板に向かってイオンを加速する、前記実行することと、
を含む、方法。
【請求項17】
前記遅延が、約１５μｓ～約２０μｓのオフセット期間を含み、前記ＢＰパルスの前縁が、前記第１のＳＰパルスの後縁から前記オフセット期間だけ離れている、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第１の関数発生器を用いて第２のＳＰパルスを発生させることであって、前記ＢＰパルスの後縁が、前記第２のＳＰパルスの前縁から０秒より大きいオフセット期間だけ離れている、前記発生させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記第１の関数発生器を用いて第２のＳＰパルスを発生させることであって、前記ＢＰパルスの後縁が、０秒より大きいオフセット期間だけ前記第２のＳＰパルスの前縁とオーバラップする、前記発生させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記第１の関数発生器を用いて第２のＳＰパルスを発生させることであって、前記第１のＳＰパルスの前縁が、前記第２のＳＰパルスの前縁から約２００μｓ～約１０００μｓであるパルス変調周期だけ離れている、前記発生させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／７１８，４５４号、２０１８年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２４，８７９号、２０１８年１２月１３日に出願された米国非仮特許出願第１６／２１９，５３５号の優先権を主張し、該出願は、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／７１８，４５４号、２０１８年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２４，８７９号、２０１８年１２月１３日に出願された米国非仮特許出願第１６／２１９，５３５号の優先権を主張し、該出願は、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、概してプラズマ処理に関し、特定の実施形態において、プラズマ処理のための制御のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
半導体デバイスの製造は、基板上の多くの材料層の形成、パターニング、及び除去を含む一連の技術に関わる。現在の及び次世代の半導体デバイスの物理的及び電気的仕様を満足するためには、構造的完全性を維持しつつ加工寸法を減少させることを可能にする処理フローが、様々なパターニングプロセスに対して望ましい。歴史的に、微細加工により、トランジスタは、１つの平面内に生成され、その上に配線／メタライゼーションが形成され、したがって、トランジスタは、２次元（２Ｄ）回路又は２Ｄ製作物として特徴付けられている。微細化の取り組みにより、２Ｄ回路内の単位面積当たりのトランジスタ数は、大幅に増加したものの、微細化がナノメートルスケールの半導体デバイス製作ノードに入るにつれて、微細化の取り組みは、より大きな課題に直面している。したがって、トランジスタが互いの上に積層される３次元（３Ｄ）半導体デバイスに対する要望が存在する。
【0004】
デバイス構造が垂直方向に高密度化され展開されるにつれて、高精度の材料処理に対する要望が、より切実なものになる。プラズマプロセスにおける選択性、プロファイル制御、フィルムコンフォマリティ、及び均一性の間のトレードオフは、管理することが困難であり得る。したがって、精密に材料を操作し、高度な微細化の課題を満たすためには、隔離し、エッチング及び成膜則に最適なプロセス条件を制御する機器及び技術が望ましい。
【0005】
プラズマプロセスは、一般に半導体デバイスの製造において使用される。例えば、プラズマエッチング及びプラズマ成膜は、半導体デバイス製作の間の共通プロセスステップである。ソース電力及びバイアス電力の組み合わせは、プラズマ処理の間にプラズマを発生させ、方向付けするために使用され得る。図１６は、プラズマ処理中のソース電力及びバイアス電力の印加についての従来のタイミング図を示す。一番上の図には、ソース電力又はバイアス電力についてのはっきりしたパルスが存在しない。中央の図では、連続的なバイアス電力がパルスなしで印加される一方、１００μｓのソースパルスが印加される。一番下の図では、連続的なソース電力がパルスなしで印加される一方、８０μｓのバイアスパルスが印加される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態によれば、プラズマ処理システムは、真空チャンバと、第１の結合電極と、真空チャンバ内に配置される基板ホルダと、第２の結合電極と、コントローラと、を含む。基板ホルダは、基板を支持するように構成される。第１の結合電極は、真空チャンバにおいてプラズマ発生のための電力を提供するように構成される。第１の結合電極は、ソース電力パルスをプラズマに結合するようにさらに構成される。第２の結合電極は、バイアス電力パルスを基板に結合するように構成される。コントローラは、ソース電力パルスとバイアス電力パルスとの間の第１のオフセット期間を制御するように構成される。
【0007】
別の実施形態によれば、装置は、真空チャンバ、結合電極、及び基板ホルダを含む。結合電極は、ソース電力供給ノードに結合され、ソース電力パルスの第１のシーケンスを用いて真空チャンバ内でプラズマを発生させるように構成される。基板ホルダは、バイアス電力供給ノードに結合され、真空チャンバ内に配置される。基板ホルダは、プラズマによって処理されるべき基板を支持するように構成される。バイアス電力パルスの第２のシーケンスが、プラズマのイオンを基板に向かって加速するように構成される。
【0008】
さらに別の実施形態によれば、プラズマ処理の方法は、第１のパルス変調回路を用いて第１の信号を第１の関数発生器に出力することと、第１の信号を出力することに応答して、第１の関数発生器を用いて第１のソース電力パルスを発生させることと、プラズマを発生させるために真空チャンバの第１の結合電極において第１のソース電力パルスを提供することと、第１のソース電力パルスに対して遅延をトリガすることによって、バイアス電力パルスを発生させることと、真空チャンバの第２の結合電極においてバイアス電力パルスを提供することと、真空チャンバに配置された基板上でプラズマ成膜又はエッチングプロセスを実行することと、を含む。バイアス電力パルスを提供することによって、プラズマから基板に向かってイオンを加速する。
【0009】
本発明のより完全な理解及びその利点について、添付図面と併せて用いられる以下の説明に対して参照が行われる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含む例としてのプラズマ処理の方法のパルスシーケンスの概略タイミング図及び対応する定性グラフを示す。
【図2】本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。
【図3】本発明の実施形態による、ソースパルスに対する正及び負の前方オフセットを有するバイアスパルスを含む例としてのプラズマ処理の方法の概略タイミング図を示す。
【図4】本発明の実施形態による、ソースパルスに対する負及び正の後方オフセットを有するバイアスパルスを含む例としてのプラズマ処理の方法の概略タイミング図を示す。
【図5】本発明の実施形態による、ソースパルスに対する動的オフセットを有するバイアスパルスを含む例としてのプラズマ処理の方法の概略タイミング図を示す。
【図6】本発明の実施形態による、バイアス電力パルス列を含む例としてのプラズマ処理の方法の概略タイミング図を示す。
【図7】本発明の実施形態による、特定のガス流に関連するソースパルス及びバイアスパルスタイミングを含む例としてのプラズマ処理の方法の概略タイミング図を示す。
【図8】本発明の実施形態による、プラズマ処理の方法を実行するために使用され得る例としての容量結合プラズマ処理システムの概略図を示す。
【図9】本発明の実施形態による、プラズマ処理の方法を実行するために使用され得る例としての誘導結合型プラズマ処理システムの概略図を示す。
【図10】本発明の実施形態による、プラズマ処理の方法を実行するために使用され得る例としての表面波プラズマ処理システムの概略図を示す。
【図11】本発明の実施形態による、プラズマ処理の方法を実行するために使用され得る例としてのリモートプラズマ処理システムの概略図を示す。
【図12】本発明の実施形態による、非共振ソース電力結合電極を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。
【図13】本発明の実施形態による、共振ソース電力結合電極を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。
【図14】本発明の実施形態による、例としての螺旋共振器プラズマ処理システムの概略図を示す。
【図15】本発明の実施形態による、例としてのプラズマ処理の方法を示す。
【図16】ソース電力及びバイアス電力を含む複数の従来のタイミング図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
異なる図面における対応する数字及び記号は、概して、特に指示のない限り、対応する部分を参照する。図面は、実施形態の関連態様を明瞭に示すように描かれ、必ずしも縮尺通りに描かれていない。図面に描かれる特徴の端部は、特徴の範囲の終端を必ずしも示していない。
【0012】
様々な実施形態を作成すること及び使用することが、以下に詳述される。しかしながら、本明細書で説明される様々な実施形態は、多種多様な具体的文脈において適用可能であると理解されるべきである。述べられる具体的実施形態は、様々な実施形態を作成及び使用する具体的なやり方を単に例示するものであり、限定された範囲において解釈されるべきではない。
【0013】
本明細書で説明される様々な技術が、エッチング及び成膜プロセスを含む、高精度プラズマ処理技術を用いたデバイス製作に関係する。複数の例が、半導体製造において、材料が高精度で操作されるべきである、前工程（ＦＥＯＬ、例えば、トランジスタ製作）から後工程（ＢＥＯＬ、例えば、配線製作）までの両方に現れる。従来のプラズマ処理装置及び方法は、反応副産物だけでなく、ラジカルポピュレーション及び混合物の制御、イオンポピュレーションの制御、並びに電子ポピュレーションの制御を含むプラズマ特性の制御が不足することがあり、よって、高度な微細化要件を満たすことが不十分である。
【0014】
高度なデバイストポロジのためにプラズマを用いて加工対象物表面上においてナノメートルスケールで材料を操作するとき、例えば、イオンエネルギー分布（ＩＥＤＦ）、イオン温度（Ｔｉ）、イオン角度分布（ＩＡＤＦ）、電子エネルギー分布（ＥＥＤＦ）、電子温度（Ｔｅ）などの１つ又は複数のプラズマ特性を精密に制御することが望ましい場合がある。ガス圧力、電力などの従来のプラズマプロセスパラメータ、及びより具体的には、電磁場がプラズマを形成するためにガス環境に結合される方法（例えば、容量性結合、誘導性結合など）が、これらのプラズマ特性に影響を及ぼし得る。しかしながら、現在の及び将来の最先端のデバイス製作のニーズを満たすためには、ＩＥＤＦ、Ｔｉ、ＩＡＤＦなどのプラズマ特性が、製作対象物に対する差別化された目標成果を達成するために効率的に操作され得るように、比較的より複雑な方法論が有益であり得る。
【0015】
例えば、プラズマ処理中にマイクロエレクトロニクスデバイスのトポグラフィカルフィーチャに対するイオン入射角度を制御するための能動的な制御メカニズムは当技術分野において存在しないということが広く受け入れられている。完全に垂直なイオン又は実質的に垂直なイオンを基板表面に送出することが有益であり得る。加えて、パターン化構造の側壁上での散乱について考慮及び／又は補正しつつ、構造内に送出されるイオンビーム角度を制御することも有益であり得る。例えば、このイオン分布角度の制御は、高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）型エッチング及びパターニング適用並びに他のエッチング／成膜プロセスに役立ち得る。
【0016】
本明細書で説明される様々な実施形態は、反応性イオンエッチング又はプラズマ成膜などにおけるプラズマ処理についてイオン送出のためのプラズマ特性を制御するシステム及び方法を提供する。様々な実施形態は、プラズマ処理のための逆位相の、非同期の、及び／又は位相がずれたソース電力及びバイアス電力のパルス化を提供し得る。パルス化は、ソース電力及びバイアス電力両方についてのパルス幅、周波数、及び振幅、並びにパルス間の１つ又は複数のオフセットを含むプラズマ処理パラメータを用いて制御され得る。プラズマ処理パラメータを用いて、バイアス電力パルスは、ソースプラズマから遅延して、又はソースプラズマと同時に、パルス化され得る。イオン温度Ｔｉ、電子温度Ｔｅ、電子密度ｎｅ、シース電圧降下Ｖｓｈｅａｔｈ、プラズマバルク電位ＶＰなどの様々なプラズマ特性が、本明細書で説明されるシステム及び方法の実施形態を用いて変調及び制御され得る。
【0017】
以下で与えられる実施形態は、プラズマ処理システムを動作させる様々なシステム及び方法、特に、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含むプラズマ処理方法を説明する。以下の説明は、実施形態を説明する。ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御方法の実施形態の例としての概略タイミング図及び定性グラフが、図１を用いて説明される。ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路を含むプラズマ処理システムの実施形態が、図２を用いて説明される。ソースパルスに対する正及び負の前方オフセットを有するバイアスパルスを含むプラズマ処理の方法の２つの実施形態が、図３を用いて説明される。ソースパルスに対する負及び正の後方オフセットを有するバイアスパルスを含むプラズマ処理の方法の２つの実施形態が、図４を用いて説明される。動的オフセットを有するバイアスパルスを含むプラズマ処理の方法の実施形態が、図５を用いて説明される。バイアス電力パルス列を含むプラズマ処理の方法の実施形態が、図６を用いて説明される。特定のガス流に関連するソースパルス及びバイアスパルスタイミングを含むプラズマ処理の方法の実施形態が、図７を用いて説明される。プラズマ処理システムの複数の実施形態が、図８～図１１を用いて説明される。ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路を含むプラズマ処理システムの２つの実施形態が、図１２及び図１３を用いて説明される。螺旋共振器プラズマ処理システムの実施形態が、図１４を用いて説明される。プラズマ処理の方法の実施形態が、図１５を用いて説明される。
【0018】
図１は、本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法のパルスシーケンスの概略タイミング図及び対応する定性グラフを示す。ソース電力は、プラズマ処理システムのプラズマ処理チャンバに結合され、マイクロエレクトロニクス加工対象物の処理のためのプラズマを発生させるために使用される。バイアス電力も、プラズマ処理チャンバに結合され、他の機能に加えてマイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に向かってイオンを加速するために使用され得る。
【0019】
図１を参照すると、タイミング図１００は、イオンを発生させマイクロエレクトロニクス加工対象物（例えば、半導体ウェハ）に送出するためにパルス化された、ソース電力１及びバイアス電力２を含む。具体的には、タイミング図１００は、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない、１つ又は複数のソース電力（ＳＰ）パルス１１及びバイアス電力（ＢＰ）パルス１２を有するパルスシーケンスを含む。例えば、ソース電力１は、ＳＰパルス１１を発生させるようにオン状態とオフ状態との間で切り替えられる交流（ＡＣ）電力であってもよい（ＡＣ電力の周波数はＳＰパルス１１の周波数より高い）。同様に、バイアス電力２も、ＡＣ電力であってもよい。代替として、ソース電力１及びバイアス電力２のうちの１つ又は両方が、ＤＣ電力であってもよい。
【0020】
様々な実施形態において、パルスシーケンスは、パルス変調周期５で周期的であり、複数のＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２を含む。しかしながら、場合によっては、パルスシーケンスは、単一のＳＰパルス及び単一のＢＰパルスを指してもよい。さらに、周期性は有益であり得るが、パルスシーケンスが周期的であるか、又はＳＰパルスがＢＰパルスと同一の周期を有するという厳密な要件はない。
【0021】
グラフ１０２に示されるように、発生されたプラズマの温度曲線３１及び密度曲線３２は、タイミング図１００の印加ソース電力１に従って変化する。ＳＰパルス１１は、電子密度ｎｅ、電子温度Ｔｅ、及びイオン温度Ｔｉなどの様々なプラズマパラメータにおける増加によって特徴付けられるプラズマグロー位相を発生させる。ＳＰパルス１１の最初の印加は、プラズマ温度（例えばＴｅ及びＴｉ）におけるスパイク２１をもたらし得る。スパイク２１は緩和して残りのＳＰパルスの間、偽平衡状態２３になる。ＳＰパルスが終了した後、プラズマは、イオン及び電子が冷却してその結果Ｔｅ、Ｔｉの低下をもたらし得る、アフタグロー位相に入る。電子及びイオンが、両極性拡散によって壁に拡散してｎｅの低下をもたらす。様々な実施形態では、アフタグロー位相の間、ＢＰパルスが、発生されたイオンをマイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に向かって加速するように印加される。
【0022】
グラフ１０２に示されるように、Ｔｅ及びＴｉは、アフタグロー位相においてｎｅよりも急速に低下し得る。電子密度ｎｅは利用可能なイオンと相関するため、アフタグロー位相の間のＢＰパルスの印加は、マイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に低温イオンを加速するために特に有効であり得る。アフタグロー位相の間、プラズマ電流も減少し得る。バイアス電力が（例えば、ＢＰパルスを用いて）印加されるときに、この電流降下が、プラズマシースにわたる大きな電位差Ｖｐ及びアフタグロー位相におけるＶＤＣ（ＲＦ ＤＣ自己バイアス電圧）を見込み得る。より低いイオン温度と共に増加した電位差Ｖｐ及び時間平均降下ｄｃ電圧降下ＶＤＣは、イオン流束の指向性を改善し得る。
【0023】
したがって、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない。一実施形態では、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、タイミング図１００に示されるように、完全に位相が異なる。他の実施形態では、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、部分的にオーバラップしてもよい。したがって、方法の実施形態は、ソース電力１がその間バイアス電力２なしで印加される非ゼロ時間間隔を含み、同様にバイアス電力２がその間ソース電力１なしで印加される非ゼロ時間間隔を含む。
【0024】
図１をさらに参照すると、タイミング図１００のパルスシーケンスは、パルス変調プロセスパラメータを用いて発生され得る。パルス変調プロセスパラメータは、ソース電力１シーケンスに対応するＳＰパルス幅３及びＳＰパルス振幅４、並びにバイアス電力２シーケンスに対応する前縁バイアスオフセット６、ＢＰパルス幅７、ＢＰパルス振幅８、及び後縁バイアスオフセット９を含み得る。特に、各ＳＰパルス１１は、ＳＰパルス幅３及びＳＰパルス振幅４を含み、各ＢＰパルス１２は、ＢＰパルス幅７及びＢＰパルス振幅８を含む。特に断りのない限り、本明細書で使用される振幅は、所与のパルスの平均頂点間振幅を指すことに言及されるべきである。
【0025】
ＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２の両方について、所与のパルス変調周期５の間のデューティサイクル（％）を選ぶことによって、特定のパルス幅が実施され得る。例えば、パルス変調周期が１５０μｓに設定される場合、５６％のソース電力デューティサイクル（％）及び２８％のバイアス電力デューティサイクル（％）は、８４μｓのＳＰパルス幅及び４２μｓのＢＰパルス幅をもたらす。一実施形態では、ソース電力１及びバイアス電力２は、同一のパルス変調周期を有する。代替として、ソース電力１及びバイアス電力２が、別々のパルス変調周期で動作してもよい。様々な実施形態では、ＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２のいずれかのデューティサイクル（％）は、約３％～約９０％の範囲に及び得る。一実施形態では、ＳＰパルス１１のデューティサイクル（％）は、約５％である。別の実施形態では、ＳＰパルス１１のデューティサイクル（％）は、約５０％である。さらに別の実施形態では、ＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２両方のデューティサイクル（％）が、約４０％である。ＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２について適当なデューティサイクル（％）は、所与のプラズマプロセスの具体的特性に従って選ばれ得る。
【0026】
本明細書で説明されるパルス幅のいずれかの期間は、所与のプラズマプロセスの特定パラメータに基づいて選ばれるように任意の適当な値を有し得る。例えば、ＳＰパルス幅３は、約１０μｓ～約１００μｓの範囲に及び得る。代替として、ＳＰパルス幅３は、より大きくてもよく、又はより小さくてもよい。例えば、ＳＰパルス幅３は、いくつかの実施形態においてミリ秒のオーダであってもよい。同様に、ＢＰパルス幅７は、１０μｓ～約１００μｓの範囲に及び得るが、ＳＰパルス幅３と同様に、より大きくてもよく、又はより小さくてもよい。さらに、ＳＰパルス幅３及びＢＰパルス幅７は、所与のプラズマプロセスに従って独立して選ばれ得る。
【0027】
図１に示されるように、ＳＰパルス１１とＢＰパルス１２との間の遅延は、前縁バイアスオフセット６と呼ばれ得る。前縁バイアスオフセット６は、パルス変調周期５のパーセンテージとして実施され得る。例えば、前縁バイアスオフセットは、パルス変調周期５の－１０％～＋１０％の間で変動し得る。代替として、前縁バイアスオフセット６は、特定の時間値として設定してもよい。例えば、ソース電力１及びバイアス電力２が１５０μｓに設定された同一パルス変調周期を有する上記の場合を続けると、１０％の前縁バイアスオフセットが、ＳＰパルスの後縁とＢＰパルスとの間に１５μｓの遅延をもたらす。前述の例では、前縁バイアスオフセット６は、正に設定される。しかしながら、前縁バイアスオフセット６は、また、０又は負であってもよい。
【0028】
同様に、ＢＰパルス１２とＳＰパルス１１との間の遅延は、後縁バイアスオフセット９と呼ばれてもよく、ＳＰパルス幅３、前縁バイアスオフセット６、及びＢＰパルス幅７の組み合わせを通して実施され得る。上記の例を続けると、５６％のソース電力デューティサイクル（％）、１０％の前縁バイアスオフセット、及び２８％のバイアス電力デューティサイクル（％）が、全パルス変調周期の９４％を占める。したがって、この具体例では、ＢＰパルスの後縁とＳＰパルスの前縁との間にパルス変調周期の６％に等しい遅延が存在する。パルス変調周期は１５０μｓであるため、後縁バイアスオフセット９であるこの遅延は、９μｓに等しい。前縁バイアスオフセット６と同様に、後縁バイアスオフセット９は、正である必要はなく、０又は負であってもよい。
【0029】
本明細書で説明されるオフセットのいずれかの期間は、所与のプラズマプロセスの特定パラメータに基づいて選ばれる、任意の適当な値を有し得る。例えば、前縁バイアスオフセット６は、約－５０μｓ～約５０μｓの範囲に及んでもよい。様々な実施形態では、前縁バイアスオフセット６は、約－１５μｓ～約２０μｓの間であってもよい。一実施形態では、前縁バイアスオフセット６は、約２０μｓである。別の実施形態では、前縁バイアスオフセット６は、約１０μｓである。さらに別の実施形態では、前縁バイアスオフセット６は、約１μｓである。
【0030】
パルス振幅は、対応する高振幅状態及び低振幅状態を有し得る。例えば、高振幅及び低振幅は、電圧レベルであってもよい。具体的には、ＳＰパルス１１のそれぞれが、ＳＰ低振幅状態１３とＳＰ高振幅状態１４との間で振動し、ＢＰパルス１２のそれぞれが、ＢＰ低振幅状態１７とＢＰ高振幅状態１８との間で振動し得る。それぞれの高振幅及び低振幅が望ましいレベルになるように、正又は負のＤＣバイアスは、ソース電力１又はバイアス電力２の１つ又は両方に印加され得る。
【0031】
温度曲線３１及び密度曲線３２の両方は本来定性的であることに言及されるべきである。したがって、その両方が、Ｔｅ、Ｔｉ、及びｎｅなどのプラズマパラメータに対するパルスシーケンスの効果に関連する重要な現象を示し得るが、いずれも、特定のスケールで描かれるように意図されず、又は定性的に正確であるように意図されない。さらに、明確化するために簡略化されていてもよい。例えば、Ｔｅが冷プラズマにおいて少なくともＴｉよりも大きな規模であっても曲線の形状は類似であるため、電子温度Ｔｅ及びイオン温度Ｔｉは、グラフ１０２において単一の曲線として表されている。
【0032】
図２は、本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。図２のプラズマ処理システムは、例えば図１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかを実行するために使用され得る。
【0033】
図２を参照すると、プラズマ処理システム２００は、プラズマ処理チャンバ２１０に結合されるＳＰ結合電極１５を含む。例えば、プラズマ処理チャンバ２１０は、真空チャンバを含み得る。ＳＰ結合電極は、プラズマ処理チャンバ２１０へのソース電力の印加を可能にして、プラズマ６０の発生をもたらし得る。様々な実施形態では、ＳＰ結合電極１５は、プラズマ処理チャンバ２１０の周りに位置する導電コイルであり、一実施形態では１／４波長螺旋共振器である。別の実施形態では、ＳＰ結合電極１５は、半波螺旋共振器である。代替として、他のＳＰ結合電極、例としてアンテナ、平板電極、又は導波管などが使用されてもよい。
【0034】
プラズマ処理システム２００は、プラズマ処理チャンバ２１０に結合されるＢＰ結合電極１９をさらに含む。ＢＰ結合電極１９は、処理されているマイクロエレクトロニクス加工対象物へのバイアス電力の印加を可能にし得る。様々な実施形態では、ＢＰ結合電極１９は、基板ホルダであり、一実施形態では静電チャックである。
【0035】
ソース電力は、ＳＰパルス変調回路５１を含むＳＰ制御経路２０１を用いてプラズマ処理チャンバ２１０に結合され得る。ＳＰパルス変調回路５１は、ＳＰ高振幅状態１４とＳＰ低振幅状態１３との間でソース信号を変調し得る。例えば、変調ソース信号は、図１を参照して説明されたような、ＳＰパルス１１に対応し得る。変調ソース信号は、変調ソース信号上に波形を重畳し得るＳＰ関数発生器２０によって受信され得る。当業者が認識し得るように、ＳＰパルス変調回路５１などのパルス変調回路が、例えば、ＡＶＴＥＣＨ ＡＶＯＺ－Ｄ２－Ｂパルス発生器型回路などの、レーザダイオードのための高電力パルスを発生させることが可能なレーザドライバを用いて、実施され得る。
【0036】
ＳＰ関数発生器２０は、１つの具体例では２２３５Ａ ＨＰ関数発生器などの、当業者に知られることとなる任意の関数発生器を用いて実施されてもよく、変調ソース信号の振幅を増加させるように構成される、ＲＦ増幅器などの増幅回路も任意選択で含んでもよい。様々な実施形態では、ＳＰ関数発生器２０は、信号発生器であってもよく、一実施形態では、無線周波数（ＲＦ）信号発生器であってもよい。代替として、ＳＰ関数発生器２０は、マイクロ波関数発生器であってもよい。一実施形態では、ＳＰ関数発生器２０は、任意波形発生器（ＡＷＧ）であってもよい。
【0037】
ＳＰ関数発生器２０などの関数発生器は、発振回路を含む回路であってもよい。１つより多くの発振回路が、関数発生器に含まれてもよい。波形は、デジタル信号処理を用いて関数発生器によって発生され得る。デジタル出力は、次いで、アナログ波形を作り出すためにデジタルアナログ変換器で変換され得る。関数発生器は、振幅変調、周波数変調、又は位相変調などの変調関数も含んでもよい。
【0038】
重畳した波形の周波数は、パルス変調周波数より高くてもよい。様々な実施形態では、重畳した波形の周波数は、ＲＦ周波数であってもよく、一実施形態では約１３．５６ＭＨｚである。結果として、結果として得られるＳＰパルスのそれぞれが、重畳した波形の複数サイクルを含み得る。波形形状は、正弦波、矩形波、鋸波などの周期的波形を含み得る。代替として、波形形状は、任意波形形状を発生させるように、様々な周波数の複数の正弦波の重畳などの非周期波を含んでもよい。
【0039】
ＳＰ制御経路２０１は、任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５を含み得る。当業者は、ＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５などのインピーダンス整合ネットワークが、例えば米国特許出願公開第２００９／００００９４２号明細書に記載されているような、補償信号をインピーダンス測定に基づいて位相シフトするフィードバック制御回路を用いて実施され得ると認識し得る。整合回路は、Ｌ型及びＴ型ネットワークの変形であってもよい。例えば、インピーダンス整合ネットワークは、インダクタ、コンデンサ、及び／又は可変コンデンサを含んでもよい。周波数同調、即ち、アンテナプラズマ共振と整合するための駆動周波数の調整は、整合の別の手段である。パルス化モードにおける周波数同調は、フィードバック制御を使用してプラズマインピーダンスと相関する電力又は電圧測定を利用し得る。
【0040】
ＳＰ関数発生器２０によって発生されるＳＰパルスは、ＳＰ結合電極１５によってプラズマ処理チャンバ２１０に結合される前に、任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５を通過し得る。任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５は、ＳＰ結合電極１５がプラズマ６０に誘導結合される共振構造であるときなどの、あるプラズマ処理システムにおいて省略されてもよい。逆に、任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５は、ＳＰ結合電極１５が非共振であるときに含まれてもよい。任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５は、負荷のインピーダンスを供給のインピーダンスと整合させることによってソース電力がプラズマ６０に有効に結合されることを保証するために使用され得る。
【0041】
図２をさらに参照すると、バイアス電力が、ＢＰ制御経路２０２を用いてプラズマ処理チャンバ２１０に結合され得る。ＢＰ制御経路２０２は、パルス変調タイミング回路５２を通してＳＰ制御経路２０１に結合され得る。パルス変調タイミング回路５２は、ＳＰ制御経路２０１によって発生されるＳＰパルスのタイミングに対するＢＰパルスのタイミングを判断し得る。パルス変調タイミング回路５２は、ＳＰパルス変調回路５１から信号を受信し、ＳＰパルスの前縁又は後縁のいずれかによってトリガされる遅延を導入し得る。ＳＰパルス変調回路５１からパルス変調タイミング回路５２への信号は、例として、ＳＰパルス又はＳＰパルスを示すクロック信号であってもよい。代替として、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、クロックシグナリングを用いて実施され得るタイミングスケジュールに基づいて、互いにオフセットされ得る。例として、前縁バイアスオフセットパラメータがパルス変調周期の８％に設定される場合に、パルス変調タイミング回路５２は、ＳＰパルスの後縁によってトリガされた後でパルス変調周期の８％に等しい遅延を導入し得る。代替として、パルス変調タイミング回路５２がＳＰパルスの前縁によってトリガされるように構成される場合に、パルス変調周期の８％＋ソース電力デューティサイクル（％）の遅延が、パルス変調タイミング回路５２によって導入され得る。さらなる代替として、パルス変調タイミング回路５２は、ＢＰ制御経路２０２によって発生されるＢＰパルスのタイミングに対するＳＰパルスのタイミングを判断し得る。
【0042】
当業者が認識し得るように、パルス変調タイミング回路５２などのタイミング回路は、任意のタイミング回路を用いて実施され得る。１つの具体例では、Ｈｉｇｈｌａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｔ５６０ ４チャンネルコンパクトデジタル遅延及びパルス発生器回路が、使用され得る。
【0043】
ＳＰ制御経路２０１と同様に、ＢＰ制御経路２０２は、パルス変調タイミング回路５２によってトリガされる任意選択のＢＰパルス変調回路５３を含み得る。任意選択のＢＰパルス変調回路５３は、ＢＰ高振幅状態とＢＰ低振幅状態との間でバイアス信号を変調し得る。例えば、変調バイアス信号は、図１を参照して説明されたように、ＢＰパルス１２に対応し得る。代替として、任意選択のＢＰパルス変調回路５３は省略されてもよく、遅延された変調ソース信号は、ＢＰパルスに対応してもよい。
【0044】
変調バイアス信号は、任意選択のＢＰ関数発生器３０によって受信され得る。任意選択のＢＰ関数発生器３０は、変調バイアス信号上に波形を重畳し得る。波形は、変調ソース信号上に重畳した波形に類似してもよく、又は異なってもよく、前述のような任意の所望の波形形状を有してもよい。任意選択のＢＰ関数発生器３０は、変調バイアス信号の振幅を増加させるために、増幅回路も任意選択で含んでもよい。一実施形態では、プラズマ処理チャンバ２１０に送出されるバイアス電力は、ＤＣ電力である。この場合、任意選択のＢＰ関数発生器３０は、省略されてもよい。増幅が必要とされるが関数発生は必要とされないいくつかの場合において、増幅回路が、任意選択のＢＰ関数発生器３０の代わりに含まれてもよい。
【0045】
ＢＰインピーダンス整合ネットワーク３５も、任意選択のＢＰ関数発生器３０とＢＰ結合電極１９との間のＢＰ制御経路２０２に含まれる。ＢＰインピーダンス整合ネットワークは、負荷のインピーダンスを供給のインピーダンスに整合させることによってバイアス電力がプラズマ処理チャンバ２１０に有効に結合されることを保証するために使用され得る。
【0046】
ＳＰ関数発生器２０及び任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５は、ソース電力を受信しＳＰパルスをＳＰ結合電極１５に提供するＳＰ発生器回路２４０に含まれ得る。同様に、任意選択のＢＰ関数発生器３０及びＢＰインピーダンス整合ネットワーク３５は、バイアス電力を受信しＢＰパルスをＢＰ結合電極１９に提供するＢＰ発生器回路２４５に含まれ得る。
【0047】
上述された要素のうちの１つ又は複数が、コントローラに含まれ得る。例えば、図２に示されるように、ＳＰパルス変調回路５１、パルス変調タイミング回路５２、及び任意選択のＢＰパルス変調回路５３が、コントローラ２５０に含まれ得る。コントローラ２５０は、プラズマ処理チャンバ２１０に対してローカルに配置され得る。代替として、コントローラ２５０は、プラズマ処理チャンバ２１０に対してリモートに配置されてもよい。コントローラ２５０は、ＳＰ制御経路２０１及びＢＰ制御経路２０２に含まれる要素のうちの１つ又は複数とデータを交換することが可能であり得る。インピーダンス整合ネットワークのそれぞれが、コントローラ２５０によって制御されてもよく、又は個々のコントローラを含んでもよい。
【0048】
コントローラ２５０は、プラズマを発生させること、及びイオンをマイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に送出することに関連する様々な制御パラメータを設定し、モニタリングし、及び／又は制御するように構成され得る。制御パラメータは、ソース電力及びバイアス電力の両方についての電力レベル、周波数、及びデューティサイクル（％）、並びにバイアスオフセットパーセンテージを含み得るが、それらに限定されない。他の制御パラメータセットも用いられてもよい。例えば、ＳＰパルス及びＢＰパルスのパルス幅、並びにバイアスオフセットが、パルス変調周期のデューティサイクル（％）として表わされるのではなく、直接入力されてもよい。
【0049】
図３は、本発明の実施形態による、ソースパルスに対する正及び負の前方オフセットを有するバイアスパルスを含むプラズマ処理の例としての方法の概略タイミング図を示す。図３のタイミング図は、例えば、図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。
【0050】
図３を参照すると、タイミング図３００は、ＳＰパルス１１の高振幅状態と、パルスシーケンスにおいて隣接ＳＰパルス１１と時間的にオーバラップしていない非オーバラップＢＰパルス３１２の高振幅状態との間に、正の前縁（＋ＬＥ）バイアスオフセット３０６を含む。非オーバラップＢＰパルス３１２は、また、非オーバラップＢＰパルス幅３０７を含み、後縁バイアスオフセット９だけ後続のＳＰパルス１１から離れている。
【0051】
これに対して、タイミング図３２０が、ＳＰパルス１１の高振幅状態と、パルスシーケンスにおいて隣接ＳＰパルス１１と時間的に部分的にオーバラップする－ＬＥ ＢＰパルス３２２の高振幅状態との間に、負の前縁（－ＬＥ）バイアスオフセット３２６を含むことを除いて、タイミング図３２０はタイミング図３００に類似している。例えば、＋ＬＥバイアスオフセット３０６及び－ＬＥバイアスオフセット３２６の両方が、それぞれのＳＰパルス１１の後縁に対して測定される。その結果、－ＬＥバイアスオフセット３２６などの負のオフセットは、－ＬＥ ＢＰパルス３２２をもたらす。－ＬＥ ＢＰパルス３２２は、また、オーバラップＢＰパルス幅３２７を含み、後縁バイアスオフセット９だけ後続のＳＰパルス１１から離れている。
【0052】
図４は、本発明の実施形態による、ソースパルスに対する負及び正の後方オフセットを有するバイアスパルスを含むプラズマ処理の例としての方法の概略タイミング図を示す。図４のタイミング図は、例えば、図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。
【0053】
図４を参照すると、タイミング図４００は、＋ＬＥバイアスオフセット３０６に加えて、負の後縁（－ＴＥ）バイアスオフセット４０９を含む。パルスシーケンスのそれぞれの結果として得られる－ＴＥ ＢＰパルス４１２は、－ＴＥ ＢＰパルス幅４０７を有し、先行のＳＰパルス１１とは時間的にオーバラップしないが、後続のＳＰパルス１１とは時間的に部分的にオーバラップする。オフセットについてのこの例示において採用された慣例によれば、負のオフセット値は、隣接パルスとのオーバラップを示す。したがって、所与のパルスの後縁オフセットの場合、負のオフセットは、例えばタイミング図４００中の－ＴＥバイアスオフセット４０９について示されるように、パルスの後縁と次のパルスの前縁との間にオーバラップをもたらす。
【0054】
同様に、タイミング図４２０は、ＳＰパルス１１の高振幅状態と、パルスシーケンスの先行及び後続のＳＰパルス１１の両方と部分的にオーバラップするオーバラップＢＰパルス４２２の高振幅状態との間の－ＬＥバイアスオフセット３２６に加えて負の－ＴＥバイアスオフセット４０９を含む。オーバラップＢＰパルス４２２は、ＳＰパルス１１の各ＳＰパルス幅３よりも長い期間の、オーバラップＢＰパルス幅４２７を含む。
【0055】
図５は、本発明の実施形態による、ソースパルスに対する動的オフセットを有するバイアスパルスを含むプラズマ処理の例としての方法の概略タイミング図を示す。図５のタイミング図は、例えば図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。
【0056】
図５を参照すると、タイミング図５００は、パルス変調周期５を有するＳＰパルス１１及び動的に変化し得る可変前方オフセットバイアスオフセット（５０９、５１９、５２９）を有するＢＰパルス１２を含む。具体的には、ＢＰパルス１２のそれぞれの前縁バイアスオフセットは、パルスシーケンスの各ＳＰパルス１１毎に変化し得る。正、０、及び負の前方又は後方オフセットのいかなる組み合わせでも可能である。例えば、第１のＢＰパルス１２は、正の可変オフセット５０９と共に示され、第２の及び第３のＢＰパルス１２は、０値の可変オフセット５１９及び負の可変オフセット５２９と共にそれぞれ示される。オフセットはパルス変調周期５毎に変化し得るが、オフセットは、複数のパルス変調周期の間その時点で同一のままであってもよく、又は徐々に変化してもよい。例えば、大きな正のオフセットは、それが０になり、その後負になるまで、周期毎に大きさが徐々に減少してもよい。
【0057】
図６は、本発明の実施形態による、バイアス電力パルス列を含むプラズマ処理の例としての方法の概略タイミング図を示す。図６のタイミング図は、例えば図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。
【0058】
図６を参照すると、タイミング図６００は、ＳＰパルス１１、及びＢＰパルス列幅６０７を有するＢＰパルス列６１２を含む。ＢＰパルス列６１２は、前述の通り、ＢＰパルス１２の具体的実施形態であってもよい。ＢＰパルス列６１２は、ＢＰサブパルス６２２、並びに対応するＢＰサブパルス幅６１７及びＢＰサブパルス間隔６１９を含む。ＢＰサブパルス６２２のそれぞれが、ＢＰパルス１２に類似して実施されてもよい。様々な実施形態では、ＢＰサブパルス６２２は、ＡＣパルスであり、一実施形態ではＲＦパルスである。別の実施形態では、ＢＰサブパルス６２２は、ＤＣパルスである。
【0059】
図７は、本発明の実施形態による、特定のガス流に関連するソースパルス及びバイアスパルスタイミングを含むプラズマ処理の例としての方法の概略タイミング図を示す。図７のタイミング図は、図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の１つ又は複数の具体的実施を組み込み得る。例えば、所与のプラズマプロセスは、複数の種類のガスを使用してもよく、そのそれぞれが、それに関連するタイミング図の実施形態の具体的実施を有し得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。
【0060】
図７を参照すると、タイミング図７００は、ソース電力１及びバイアス電力２に加えてガス源７０１を含む。ガス源７０１は、複数のガス及び／又はガスの混合物を含み得る。例えば、タイミング図７００に示されるように、ガス源７０１は、第１のガス（Ｇ１）流期間７３５を有するＧ１ガス流７３１、及び第２のガス（Ｇ２）流期間７６５を有するＧ２ガス流７６１を含む。Ｇ１ガス流７３１及びＧ２ガス流７６１は、ガス流オフセット７４０だけ時間的に離れている。代替として、第２のガスは、Ｇ１ガス流７３１の間に導入されてもよく、Ｇ２ガス流７６１は、Ｇ１ガス流７３１と部分的にオーバラップしてもよい。
【0061】
それぞれのガスは、それぞれのガス流期間に関連するパルスシーケンスを有し得る。具体的には、プラズマ処理パラメータのセットは、特定のガスがプラズマ処理チャンバに提供されている間、特定のガスについて具体的に適合されるパルスシーケンスを発生させるために、例えば図１及び図３～図６などの先行実施形態から各ガスに対して選択され得る。
【0062】
タイミング図７００に示されるように、Ｇ１ガス流７３１に関連するＧ１パルスシーケンス７１は、Ｇ１ ＳＰパルス幅７０３を有するＧ１ ＳＰパルス７１１、並びにＧ１ ＢＰパルス幅７０７及びＧ１ ＢＰパルス振幅７０８を有するＧ１ ＢＰパルス７１２を含む。Ｇ１ ＢＰパルス７１２は、Ｇ１ ＬＥバイアスオフセット７０６及びＧ１ ＴＥバイアスオフセット７０９によって、Ｇ１ ＳＰパルス７１１に対して時間的に画定される。Ｇ１パルスシーケンス７１は、Ｇ１パルス変調周期７０５を有し、Ｇ１ ＬＥソースオフセット７３６だけＧ１ガス流７３１の前縁からオフセットされ得る。
【0063】
同様に、Ｇ２ガス流７６１は、Ｇ２ ＳＰパルス幅７４３を有するＧ２ ＳＰパルス７５１、並びにＧ２ ＢＰパルス幅７４７及びＧ２ ＢＰパルス振幅７５８を有するＧ２ ＢＰパルス７５２を含む、関連するＧ２パルスシーケンス７２を有する。Ｇ２ ＢＰパルス７５２は、Ｇ２ ＬＥバイアスオフセット７４６及びＧ２ ＴＥバイアスオフセット７４９によって、Ｇ２ ＳＰパルス７５１に対して時間的に画定される。Ｇ２パルスシーケンス７２は、Ｇ２パルス変調周期７４５を有し、Ｇ２ ＬＥソースオフセット７６６だけＧ２ガス流７６１の前縁からオフセットされ得る。図示されるように、プラズマ処理パラメータは、ガス流間で異なり得る。例えば、ソース電力及びバイアス電力両方についてのパルス幅、パルス振幅、周波数、オフセットなどは、ガス流と共に変化され得る。
【0064】
ＳＰパルス及びＢＰパルスがプラズマに結合される、本明細書で説明される実施形態は、図８～図１１に示されるものなどの様々な装置によって実施され得る。図８は、例としての容量結合プラズマ処理システムの概略図を示し、図９は、例としての誘導結合型プラズマ処理システムの概略図を示し、図１０は、例としての表面波プラズマ処理システムの概略図を示し、図１１は、本発明の実施形態によるプラズマ処理の方法を実行するために使用され得る例としてのリモートプラズマ処理システムの概略図を示す。図８～図１１のプラズマ処理システムは、それぞれ、例えば図２のプラズマ処理システム２００などの他の実施形態のプラズマ処理システムの具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。
【0065】
図８を参照すると、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理システム８００は、上部平板電極（ＵＥＬ）８１５に結合されるＳＰ発生器回路２４０に結合されるＡＣソース電源８８１、及び下部平板電極（ＬＥＬ）８１９に結合されるＢＰ発生器回路２４５に結合されるＡＣバイアス電源８８２を含む。ＡＣソース電源８８１及びＡＣバイアス電源８８２は、図１、図３～図７などにおいて前述した実施形態に従って、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ発生させ得る。ＣＣＰ ８６０は、ＵＥＬ ８１５とＬＥＬ ８１９との間の基板１６付近にある接地されたプラズマ処理チャンバ８１０の中に形成される。ＬＥＬ ８１９は、基板１６を支持及び保持するための静電チャック（ＥＳＣ）としても機能し得る。様々な実施形態において、プラズマは、電極のうちの少なくとも１つにＲＦ電力を結合することによって形成される。ＵＥＬ ８１５に結合されるＡＣ電力は、ＬＥＬ ８１９に結合されるＡＣ電力とは異なるＲＦ周波数を有してもよい。代替として、複数のＲＦ電源が、同じ電極に結合されてもよい。さらに、直流（ＤＣ）電力が、上部電極及び／又は下部電極に結合されてもよい。
【0066】
図９を参照すると、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）処理システム９００は、誘導電極９１５に結合されるＳＰ発生器回路２４０に結合されるＡＣソース電源８８１、及びＬＥＬ ８１９に結合されるＢＰ発生器回路２４５に結合されるＡＣバイアス電源８８２を含む。この場合も、ＡＣソース電源８８１及びＡＣバイアス電源８８２は、図１、図３～図７などにおいて前述した実施形態に従って、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ発生させ得る。ＩＣＰ ９６０は、誘導電極９１５（例えば、平板、又はソレノイド／螺旋コイル若しくはアンテナ）とＬＥＬ ８１９との間の基板１６付近に形成される。誘電物質９１０は、ＩＣＰ ９６０から誘導電極９１５を分離する。誘電物質９１０は、容量性結合効果を減少及び／又は防止し得る。
【0067】
図１０を参照すると、表面波プラズマ（ＳＷＰ）処理システム１０００は、マイクロ波導波管（μ－導波管）１０１４及びスロットアンテナ１０１５に結合されるＳＰ発生器回路２４０に結合されるＡＣソース電源８８１を含む。同様に、ＡＣソース電源８８１及びＡＣバイアス電源８８２は、図１、及び図３～図７などにおいて前述した実施形態に従って、ソース電力及びバイアス電力をそれぞれ発生させ得る。ＳＷＰ １０６０は、スロットアンテナ１０１５とＬＥＬ ８１９との間の基板１６付近に形成される。ＳＷＰ １０６０は、同軸線及びμ－導波管１０１４を通してスロットアンテナ１０１５にＲＦ電力をマイクロ波周波数で結合することによって形成される。（ＰＶ、おそらく、図１０上の小さな詳細）スロットアンテナ１０１５は、穴の空いた平板又は他の構造として実施され得る。いくつかの実施形態では、スロットアンテナは、図９の誘電物質９１０に類似の誘電構造間に挟まれていてもよく、それによって、マイクロ波が中心から外側へ放射状に導波管（中心）から（例えば、波長がアンテナ構造を通して、及び／又は別の誘電物質を通して減少されるように誘電率を有するセラミック構造を通して）通過し得る。
【0068】
図１１を参照すると、リモートプラズマ処理システム１１００は、基板付近に形成されるプラズマの代わりに、リモートプラズマ１１６０が基板１６から離れた領域、例えば異なるプラズマチャンバ又はプラズマ処理チャンバ８１０の隔離部分に形成されることを除いて、図９のＩＣＰ処理システム９００に類似している。リモートプラズマ１１６０は、粒子隔離構造１１１８によって基板１６から分離又は隔離される。粒子隔離構造１１１８は、リモートプラズマソースから基板１６への荷電粒子の移送を妨げるように配置される、フィルタ、電線管、又はオリフィスプレートであってもよい。一実施形態では、リモートプラズマ１１６０は、ＩＣＰである。代替として、リモートプラズマ１１６０は、ＣＣＰ、ＳＷＰなどであってもよい。
【0069】
図１２は、本発明の実施形態による、非共振ソース電力結合電極を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。図１２のプラズマ処理システムは、例えば図１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかを実行するために使用され得る。
【0070】
図１２を参照すると、非共振プラズマ処理システム１２００は、プラズマ処理チャンバ１２１０の非共振ＳＰ結合電極１２１５に結合されるソース電力１を供給するＳＰ供給ノード８１と、プラズマ処理チャンバ１２１０のバイアス電力結合電極１９に結合されるバイアス電力２を供給するＢＰ供給ノード８２と、を含む。ソース電力１は、ソース電力設定を制御するように構成されるＳＰコントローラ１２２６を含むＳＰ制御経路１２０１を通して非共振ＳＰ結合電極１２１５に結合される。例えば、ＳＰコントローラ１２２６は、ＳＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２２０のための利得設定、並びにＳＰインピーダンス整合ネットワーク１２２５のためのインピーダンス整合設定を調整し得る。同様に、バイアス電力２は、ＢＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２３０並びにＢＰインピーダンス整合ネットワーク１２３５のバイアス設定を制御するＢＰコントローラ１２３６を含むＢＰ制御経路１２０２を通してＢＰ結合電極１９に結合される。
【0071】
非共振プラズマ処理システム１２００は、非共振構造を用いてソース電力１を結合するため、ＳＰインピーダンス整合ネットワーク１２２５が、プラズマにソース電力を効率的に提供するために含まれる。最大電力が非共振ＳＰ結合電極１２１５からプラズマに移送されるために、電力供給に対する負荷のインピーダンスは、電力供給自体のインピーダンスと同一であるべきである。例えば、電力供給に対する負荷のインピーダンスは、プラズマのインピーダンスによる影響を受け得る。プラズマのインピーダンスは、化学的性質、圧力、密度などの特定の急速に変化する条件に依存し得る。したがって、ＳＰインピーダンス整合ネットワーク１２２５は、ソース電力１のプラズマ６０への効率的な電力結合を維持しつつ、プラズマ条件が変化することを有益に可能にし得る。
【0072】
ＳＰパルス信号は、１つ又は複数のプラズマ処理パラメータを入力として受信し得るＳＰパルス変調回路１２５１を用いて発生される。例えば、図示されるように、ＳＰパルス変調回路１２５１は、ＳＰパルス周波数ｆＳ及びＳＰパルス幅ｔｐ，Ｓを受信する。ＳＰパルス変調回路１２５１は、次いで、ｆＳ及びｔｐ，Ｓを用いてＳＰパルス信号Ｖ（ｆＳ，ｔｐ，Ｓ）を発生させる。一実施形態では、ＳＰパルス信号Ｖ（ｆＳ，ｔｐ，Ｓ）は、約５Ｖの高振幅状態及び約０Ｖの低振幅状態を含む。しかしながら、他の電圧レベルも可能である。ＳＰパルス周波数ｆＳは、約０．１Ｈｚ～約１０ｋＨｚの範囲に及び得る。代替として、ＳＰパルス周波数ｆＳは、約１ｋＨｚ～約５ｋＨｚの範囲に及び得る。
【0073】
ＳＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２２０は、ソース電力１をＳＰ供給ノード８１から受信し、ＳＰパルス信号Ｖ（ｆＳ，ｔｐ，Ｓ）をＳＰパルス変調回路１２５１から受信し、次いで、関数を用いてＳＰパルス信号Ｖ（ｆＳ，ｔｐ，Ｓ）を増幅すること及び変調することによってＳＰパルスを発生させる。電力増幅は、数ワット（例えば、１～２Ｗ）～１０００ｋＷ超の範囲に及び得る。一実施形態では、発生された関数は、ＡＣ信号を含み得る。ＡＣ信号は、ソース周波数において発生され得る。ソース周波数は、ＲＦレンジ、超短波（ＶＨＦ）レンジ、又は電磁スペクトルのマイクロ波（ＭＷ）レンジの範囲内に入ってもよい。代替として、発生された関数は、パルス化ＤＣ信号などのＤＣ信号を含んでもよい。
【0074】
ＳＰパルスは、ＳＰインピーダンス整合ネットワーク１２２５を通ってＳＰ方向性結合器１２２７まで通過する。したがって、ＳＰ方向性結合器１２２７は、経時変化するソース電圧ＶＳ（ｔ）及びソース電流ＩＳ（ｔ）を有するＳＰパルスを受信する。ＳＰ方向性結合器１２２７は、ＳＰパルスを非共振ＳＰ結合電極１２１５へ通過させるように構成される。ＳＰ方向性結合器１２２７は、また、図示される通り、ＳＰコントローラ１２２６が順ソース電力Ｐｆ，Ｓと逆ソース電力Ｐｒ，Ｓとの比較に基づいてソース電力設定を調整することを有益に可能にし得る、ＳＰコントローラ１２２６に結合される。例えば、順ソース電力Ｐｆ，Ｓは、順方向に（即ち、ＳＰ結合電極に向かって）送信される電力の大きさを示すものであってもよく、逆ソース電力Ｐｒ，Ｓは、逆方向に（即ち、ＳＰ結合電極から離れるように）反射する電力の大きさを示すものであってもよい。Ｐｆ，Ｓ及びＰｒ，Ｓは、ＳＰコントローラ１２２６によって測定され得る。
【0075】
類似のフィードバック機構が、ＢＰコントローラ１２３６と経時変化するバイアス電圧ＶＢ（ｔ）及びバイアス電流ＩＢ（ｔ）を受信するＢＰ方向性結合器１２３７との間で実施されてもよく、それによって、バイアス電力設定が、順バイアス電力Ｐｆ，Ｂと逆バイアス電力Ｐｒ，Ｂとの比較に基づいて調整され得る。順バイアス電力Ｐｆ，Ｂ及び逆バイアス電力Ｐｒ，Ｂは、順方向に（即ち、ＢＰ結合電極に向かって）送信される電力及び逆方向に（即ち、ＢＰ結合電極から離れるように）反射される電力の大きさを示すものであってもよい。Ｐｆ，Ｂ及びＰｒ，Ｂは、ＢＰコントローラ１２３６によって測定され得る。
【0076】
ＳＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２２０、ＳＰインピーダンス整合ネットワーク１２２５、ＳＰコントローラ１２２６、及びＳＰ方向性結合器１２２７は、非共振ＳＰ発生器回路１２４０に含まれ、非共振ＳＰ発生器回路１２４０は、ＳＰ供給ノード８１からソース電力１を受信し、ＳＰパルスを非共振ＳＰ結合電極１２１５に提供する。非共振ＳＰ発生器回路１２４０は、例えば、図２のＳＰ発生器回路２４０の具体的実施であり得る。同様に、ＢＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２３０、ＢＰインピーダンス整合ネットワーク１２３５、ＢＰコントローラ１２３６、及びＢＰ方向性結合器１２３７は、ＢＰ発生器回路１２４５に含まれ、ＢＰ発生器回路１２４５は、ＢＰ供給ノード８２からバイアス電力２を受信し、ＢＰパルスをＢＰ結合電極１９に提供する。ＢＰ発生器回路１２４５は、例えば、図２のＢＰ発生器回路２４５の具体的実施であり得る。
【0077】
時間遅延ｔｄｅｌａｙは、ＳＰパルス変調回路１２５１の出力に結合されるＢＰ ｔｄｅｌａｙタイミング回路１２５２を用いてＳＰパルスとＢＰパルスとの間に導入され得る。ＳＰパルス変調回路１２５１は、ＢＰ ｔｄｅｌａｙタイミング回路１２５２に信号を送信してもよく、その場合に、信号は、ＳＰパルス、又はＳＰパルスを示すクロック信号であってもよい。ＢＰ ｔｄｅｌａｙタイミング回路１２５２は、時間遅延ｔｄｅｌａｙを入力において受信し、次いで、信号をＢＰパルス変調回路１２５３に送信する。一実施形態では、ＢＰ ｔｄｅｌａｙタイミング回路１２５２は、ＳＰパルス信号の後縁によってトリガされる。代替として、ＢＰ ｔｄｅｌａｙタイミング回路１２５２は、ＳＰパルス信号の前縁によってトリガされてもよい。ＢＰパルス変調回路１２５３は、入力（例えば、ＢＰパルス周波数ｆＢ及びＢＰパルス幅ｔｐ，Ｂ）を用いてＢＰパルス信号を発生させる。ＢＰパルス信号は、次いでＢＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２３０に送信される。
【0078】
異なるガスがパルス化されるとき、交互の時間遅延が用いられてもよい。例えば、特定の時間遅延は、所与のプラズマプロセスの間、各ガス又はガスの組み合わせに対応し得る。さらに、ＳＰパルス周波数ｆＳ、ＳＰパルス幅ｔｐ，Ｓ、ＢＰパルス周波数ｆＢ、ＢＰパルス幅ｔｐ，Ｂなどの他のプラズマ処理パラメータが、特定のガス又はガスの組み合わせに対して変化してもよい。
【0079】
ＢＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２３０によって発生される関数は、ＡＣ信号を含み得る。ＡＣ信号は、バイアス周波数において発生され得る。バイアス周波数もまた、ＲＦレンジ、ＶＨＦレンジ、又はＭＷレンジの範囲内に入ってもよい。例えば、ソース周波数は、約１０ＭＨｚを超えてもよく、バイアス周波数は、約１５ＭＨｚより小さくてもよい。代替として、例えば、ソース周波数は、約５０ＭＨｚを超えてもよく、バイアス周波数は、約５ＭＨｚより小さくてもよい。さらなる代替として、ソース周波数は、約５０ＭＨｚ～約１５０ＭＨｚの範囲に及んでもよく、バイアス周波数は、約１ＭＨｚ～約５ＭＨｚの範囲に及んでもよい。
【0080】
図１３は、本発明の実施形態による、共振ソース電力結合電極を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。図１３のプラズマ処理システムは、例えば図１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかを実行するために使用され得る。
【0081】
図１３を参照すると、共振プラズマ処理システム１３００は、共振ＳＰ結合電極１３１５を含むＳＰ制御経路１３０１を含む。共振ＳＰ結合電極１３１５はインピーダンス整合なしでプラズマ６０に結合する効率的なソース電力の利点を提供し得るため、ＳＰインピーダンス整合ネットワーク１２２５がＳＰ制御経路１３０１において省略されることを除いて、共振プラズマ処理システム１３００は、非共振プラズマ処理システム１２００と類似している。その結果、ＳＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２２０は、ＳＰコントローラ１３２７にフィードバックを提供し得るＳＰ方向性結合器１２２７に直接ＳＰパルスを提供する。ＳＰ ＲＦ関数発生器及び増幅器１２２０、ＳＰコントローラ１２２６、及びＳＰ方向性結合器１２２７は、共振ＳＰ発生器回路１３４０に含まれ、共振ＳＰ発生器回路１３４０は、ＳＰ供給ノード８１からソース電力１を受信し、ＳＰパルスを共振ＳＰ結合電極１３１５に提供する。共振ＳＰ発生器回路１３４０は、例えば図２のＳＰ発生器回路２４０の具体的実施であり得る。
【0082】
共振プラズマ処理システム１３００は、また、ソース電力のアジャイルパルス化を有利に可能にし得る。例えば、インピーダンス整合ネットワークは、共振ＳＰ結合電極１３１５などの整合なし共振構造と同程度に高速に応答することが出来ない場合がある。したがって、より高いＳＰパルス周波数において、インピーダンス整合ネットワークは、効率的なソース電力をプラズマに提供するために、より低い周波数に制限され得る。様々な実施形態では、共振ＳＰ結合電極１３１５は、螺旋共振器アンテナ１３２９を含む。
【0083】
図１４は、本発明の実施形態による、例としての螺旋共振器プラズマ処理システムの概略図を示す。螺旋共振器プラズマ処理システムは、例として、図２のプラズマ処理システム２００、図９のＩＣＰ処理システム９００、及び／又は図１３の共振プラズマ処理システム１３００などの他のプラズマ処理システムの具体的実施であってもよい。具体的には、ソース電力結合電極は、螺旋共振器アンテナとして形成される。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。
【0084】
図１４を参照すると、螺旋共振器プラズマ処理システム１４００は、螺旋共振器アンテナ１３２９として実施される共振ＳＰ結合電極１３１５を囲む、接地された外側構造１４１０を含み、螺旋共振器アンテナ１３２９は、同様に誘電体内側面１４１１を囲む。螺旋共振器アンテナ１３２９は、一端が接地され、他端が自由端である。ＡＣソース電源８８１は、ＳＰ発生器回路２４０に結合され、ＳＰ発生器回路２４０は、接地された接続から適当な距離で螺旋共振器アンテナ１３２９に結合される。ソース電力結合位置（タップ位置とも呼ばれる）は、動作周波数及び他の考慮事項に依存し得る。共振ＳＰ結合電極１３１５に誘導結合される螺旋共振器プラズマ１４６０が発生される。例えば、誘電体内側面１４１１は、誘導結合を容易にするために、螺旋共振器プラズマ１４６０と螺旋共振器アンテナ１３２９との間に設けられ得る。ＡＣバイアス電源８８２は、ＢＰ発生器回路２４５に結合されてもよく、ＢＰ発生器回路２４５は、下部平板電極（ＬＥＬ）８１９に結合される。下部平板電極（ＬＥＬ）８１９は、基板１６を支持及び保持するための静電チャック（ＥＳＣ）として機能する。
【0085】
螺旋共振器アンテナ１３２９は、全波、半波、又は１／４波長アンテナであってもよい。例えば、螺旋共振器アンテナ１３２９が１３．５６ＭＨｚの周波数を有するＲＦ電力を用いて駆動される場合、１／４波長螺旋共振器アンテナは、長さが約５．５ｍであってもよい。ＲＦ周波数が増加するにつれて、螺旋共振器アンテナ１３２９の長さが減少し得る。例えば、約５０ＭＨｚで駆動される１／４波長螺旋共振器アンテナは、長さが約１．５ｍであってもよい。
【0086】
図１５は、本発明の実施形態による、プラズマ処理の例としての方法を示す。図１５の方法は、例えば図２のプラズマ処理システム２００などの、本明細書で説明されるプラズマ処理システムの実施形態のいずれかによって実行され得る。図１５は、方法のステップを特定の順序に限定するように意図されないことに留意されたい。加えて、図１５に説明されるステップのうちのいずれかが、任意の組み合わせで同時に、及び別々に実行されてもよい。したがって、以下の方法のステップの順序及び／又はタイミングの変形が、当業者に明らかであり得るように説明される方法の範囲内にある。
【0087】
プラズマ処理の方法１５００のステップ１５０１は、パルス変調回路を用いて関数発生器に信号を出力することを含む。ステップ１５０２は、信号を出力することに応答して、関数発生器を用いてＳＰパルスを発生させることを含む。ステップ１５０３は、プラズマを発生させるために、プラズマ処理チャンバのＳＰ結合電極においてＳＰパルスを提供することを含む。ステップ１５０４は、ＳＰパルスに対して遅延をトリガすることによって、ＢＰパルスを発生させることを含む。ステップ１５０５は、プラズマ処理チャンバのＢＰ結合電極においてＢＰパルスを提供することを含む。ステップ１５０６は、プラズマ処理チャンバに配置された基板上でプラズマ成膜又はエッチングプロセスを実行することであって、ＢＰパルスを提供することによって、プラズマから基板に向かってイオンを加速する、実行することを含む。
【0088】
本発明の例としての実施形態が、ここで要約されている。他の実施形態もまた、明細書及び本明細書で出願される特許請求の範囲の全体から理解され得る。
【実施例】
【0089】
実施例１．プラズマ処理システムであって、真空チャンバと、真空チャンバにおいてプラズマ発生のための電力を提供するように構成される第１の結合電極であって、ＳＰパルスをプラズマに結合するようにさらに構成される、第１の結合電極と、真空チャンバに配置される基板ホルダであって、基板を支持するように構成される基板ホルダと、ＢＰパルスを基板に結合するように構成される第２の結合電極と、ＳＰパルスとＢＰパルスとの間の第１のオフセット期間を制御するように構成されるコントローラと、を含む、プラズマ処理システム。
【0090】
実施例２．第１の結合電極が、プラズマに容量結合され、プラズマ処理システムが、容量結合型プラズマ処理システムを含むか、又は第１の結合電極が、プラズマに誘導結合され、プラズマ処理システムが、誘導結合型プラズマ処理システムを含むか、又は第１の結合電極が、マイクロ波導波管及びスロットアンテナを通してプラズマに結合され、プラズマ処理システムが、表面波プラズマ処理システムを含む、実施例１のプラズマ処理システム。
【0091】
実施例３．ＳＰパルスを発生させるように構成される第１の関数発生器をさらに含み、コントローラが、第１のオフセット期間を発生させるように構成されるタイミング回路と、第１の関数発生器の入力に結合される第１の出力、及びタイミング回路に結合される第２の出力を含む、第１のパルス変調回路と、を含む、実施例１及び２のうちの１つのプラズマ処理システム。
【0092】
実施例４．タイミング回路に結合される第２のパルス変調回路と、第２のパルス変調回路に結合され、ＢＰパルスを発生させるように構成される、第２の関数発生器と、をさらに含む、実施例３のプラズマ処理システム。
【0093】
実施例５．タイミング回路が、ＢＰパルスとＳＰパルスとの間の第２のオフセット期間を制御するようにさらに構成される、実施例３及び４のうちの１つのプラズマ処理システム。
【0094】
実施例６．第１のパルス変調回路が、第１のパルス周波数を受信するように構成される第１の入力と、第１のパルス幅を受信するように構成される第２の入力と、を含み、第１のパルス変調回路が、第１のパルス周波数及び第１のパルス幅に基づいてＳＰパルス信号を出力において発生させるようにさらに構成される、実施例３～５のうちの１つのプラズマ処理システム。
【0095】
実施例７．タイミング回路が、時間遅延を受信するように構成されるタイミング回路入力を含み、タイミング回路が、時間遅延に基づいて第１のオフセット期間を設定するようにさらに構成される、実施例３～６のうちの１つのプラズマ処理システム。
【0096】
実施例８．第１の関数発生器が、第１のパルス変調回路から受信したＳＰパルス信号を第１の周波数で発生された交流（ＡＣ）信号で変調することによって、ＳＰパルスを発生させるように構成される、実施例３～７のうちの１つのプラズマ処理システム。
【0097】
実施例９．タイミング回路に結合され、ＢＰパルス信号を発生させるように構成される、第２のパルス変調回路と、第２のパルス変調回路に結合され、ＢＰパルス信号を第２の周波数で発生されるＡＣ信号で変調することによってＢＰパルスを発生するように構成される、第２の関数発生器であって、第２の周波数が、約１５ＭＨｚよりも小さく、第１の周波数が、約１０ＭＨｚより大きい、第２の関数発生器と、をさらに含む、実施例８のプラズマ処理システム。
【0098】
実施例１０．装置であって、真空チャンバと、ソース電力（ＳＰ）供給ノードに結合され、ＳＰパルスの第１のシーケンスを用いて真空チャンバ内でプラズマを発生させるように構成される、結合電極と、バイアス電力（ＢＰ）供給ノードに結合され、真空チャンバ内に配置される基板ホルダであって、基板ホルダが、プラズマによって処理されるべき基板を支持するように構成され、ＢＰパルスの第２のシーケンスが、プラズマのイオンを基板に向かって加速するように構成される、基板ホルダと、を含む、装置。
【0099】
実施例１１．第１のＳＰパルス及びＢＰパルスが、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない、実施例１０の装置。
【0100】
実施例１２．結合電極が、共振結合電極である、実施例１０及び１１のうちの１つの装置。
【0101】
実施例１３．関数発生器と、共振結合電極に直接結合される出力、及び関数発生器に直接結合される入力を含む、方向性結合器と、をさらに含む、実施例１２の装置。
【0102】
実施例１４．共振結合電極が、螺旋共振器アンテナである、実施例１２及び１３のうちの１つの装置。
【0103】
実施例１５．関数発生器と、関数発生器に結合されるインピーダンス整合ネットワークと、インピーダンス整合ネットワークに結合される入力を含む方向性結合器であって、結合電極が、非共振結合電極であり、方向性結合器が、非共振結合電極に結合される出力をさらに含む、方向性結合器と、をさらに含む、実施例１０の装置。
【0104】
実施例１６．プラズマ処理の方法であって、第１のパルス変調回路を用いて第１の信号を第１の関数発生器に出力することと、第１の信号を出力することに応答して、第１の関数発生器を用いて第１のソース電力（ＳＰ）パルスを発生させることと、プラズマを発生させるために真空チャンバの第１の結合電極において第１のＳＰパルスを提供することと、第１のＳＰパルスに対して遅延をトリガすることによって、バイアス電力（ＢＰ）パルスを発生させることと、真空チャンバの第２の結合電極においてＢＰパルスを提供することと、真空チャンバに配置された基板上でプラズマ成膜又はエッチングプロセスを実行することであって、ＢＰパルスを提供することによって、プラズマから基板に向かってイオンを加速する、実行することと、を含む、方法。
【0105】
実施例１７．遅延が、約－１５μｓ～約２０μｓのオフセット期間を含み、ＢＰパルスの前縁が、第１のＳＰパルスの後縁からオフセット期間だけ離れている、実施例１６の方法。
【0106】
実施例１８．第１の関数発生器を用いて第２のＳＰパルスを発生させることであって、ＢＰパルスの後縁が、第２のＳＰパルスの前縁から０秒より大きいオフセット期間だけ離れている、発生させることをさらに含む、実施例１６及び１７のうちの１つの方法。
【0107】
実施例１９．第１の関数発生器を用いて第２のＳＰパルスを発生させることであって、ＢＰパルスの後縁が、０秒より大きいオフセット期間だけ第２のＳＰパルスの前縁とオーバラップする、発生させることをさらに含む、実施例１６～１８のうちの１つの方法。
【0108】
実施例２０．第１の関数発生器を用いて第２のＳＰパルスを発生させることであって、第１のＳＰパルスの前縁が、第２のＳＰパルスの前縁から約２００μｓ～約１０００μｓであるパルス変調周期だけ離れている、発生させることをさらに含む、実施例１６～１９のうちの１つの方法。
【0109】
本明細書で説明される電力制御技術は、コントローラによって制御され得る。コントローラが、本明細書で説明される機能性を提供するようにプログラムされた１つ又は複数のプログラム可能な集積回路を用いて実施され得ることにも留意されたい。例えば、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置など）、プログラマブルロジックデバイス（例えば、ＣＰＬＤ（コンプレックスプログラマブルロジックデバイス）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）など）、及び／又は他のプログラム可能な集積回路は、本明細書で説明される機能性のいずれかを実施するようにソフトウェア又は他のプログラミング命令でプログラムされ得る。ソフトウェア又は他のプログラミング命令が、１つ又は複数の非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリストレージデバイス、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭメモリ、再プログラム可能なストレージデバイス、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭなど）に記憶され得ること、並びにソフトウェア又は他のプログラミング命令が、プログラム可能な集積回路によって実行されると、本明細書で説明されるプロセス、機能及び／又は能力をプログラム可能な集積回路に実行させることにさらに留意されたい。上記の他の変形も実施され得る。
【0110】
１つ又は複数の成膜プロセスは、本明細書で説明されるプラズマプロセスを用いて材料層を形成するために使用され得る。プラズマ成膜プロセスに関し、限定しないが、炭化水素、過フッ化炭化水素、又は多様な圧力、電力、流れ、及び温度条件で１つ又は複数の希釈ガス（例えばアルゴン、窒素など）と組み合わせた炭化水素含有窒素を含む前駆体ガス混合物が使用され得る。同様に、１つ又は複数のエッチングプロセスは、本明細書で説明されるプラズマプロセスを用いて材料層をエッチングするために使用され得る。例えば、プラズマエッチングプロセスは、過フッ化炭化水素、酸素、窒素、水素、アルゴン、及び／又は他のガスを含むプラズマを使用して実施され得る。さらに、プロセスステップのための動作変数、例えばチャンバ温度、チャンバ圧力、ガス流量、プラズマ発生において電極アセンブリへ適用される周波数及び／又は電力、及び／又は処理ステップのための他の動作変数が、制御され得る。上記の変形も、本明細書で説明される技術を依然として活用しつつ実施され得る。
【0111】
本発明は、例示的実施形態を参照して説明されているが、この説明は、限定的な意味に解釈されるように意図されない。例示的実施形態の様々な修正及び組み合わせ、並びに本発明の他の実施形態は、説明を参照すれば当業者に明らかとなるであろう。例えば、図３～図７の実施形態は、さらなる実施形態において組み合わされてもよい。したがって、添付の特許請求の範囲は、任意のそのような修正又は実施形態を包含することが意図される。
【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】
【図16】