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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】2024-11-14
(45)【発行日】2024-11-22
(54)【発明の名称】ＲＦ信号生成方法、コントローラ、ＲＦ生成器及びプラズマ装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20241115BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20241115BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/302 101G
H01L21/302 103
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2023532628
(86)(22)【出願日】2020-12-30
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-13
(86)【国際出願番号】 EP2020088012
(87)【国際公開番号】W WO2022144080
(87)【国際公開日】2022-07-07
【審査請求日】2023-05-29
(73)【特許権者】
【識別番号】509337160
【氏名又は名称】コメット アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】グリード，アンドレ
(72)【発明者】
【氏名】グルーナー，ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】ラバンク，アントン
(72)【発明者】
【氏名】シュリエフ，ローランド
(72)【発明者】
【氏名】シュヴェルク，ニコライ
(72)【発明者】
【氏名】ヴォル デム ブロッケ，マニュエル
【審査官】中尾 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－０６４６９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１０９６７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５１５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５０４８６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第１０３０４６６９（ＵＳ，Ｂ１）
(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】
プラズマチャンバに適したＲＦ信号を生成する方法であって、第１制御パラメータセットに基づいて入力ＲＦ信号を生成し、
少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を検出し、
前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号と同期化させ、
ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差を決定し、
前記差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定し、
前記ターゲットＲＦ信号と前記歪んだＲＦ信号との前記差が小さくなるように、前記第２制御パラメータセットに基づいて、適合された入力ＲＦ信号を生成するステップを含み、
前記入力ＲＦ信号は、マーカを含み、
前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号と同期化させることは、前記歪んだＲＦ信号中の前記マーカを検出すること、及び前記入力ＲＦ信号中の前記マーカを生成してから前記歪んだ信号中の前記マーカを検出するまでの時間差による遅延を決定することを含む方法。
【請求項2】
前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を検出するステップと、前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号と同期化させるステップと、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の前記差を決定するステップと、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との前記比較に基づいて前記第２制御パラメータセットを決定するステップと、前記第２制御パラメータセットに基づいて、前記適合された入力ＲＦ信号を生成するステップとが、前記差が前記所定の閾値を上回る限り繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号は、ＲＦ生成器の出力、インピーダンス整合ネットワークの入力、前記インピーダンス整合ネットワークの出力、前記プラズマチャンバの入力、及び前記プラズマチャンバ内の１つ以上で検出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記マーカは、前記入力ＲＦ信号の時間領域、及び／又は、前記入力ＲＦ信号の周波数領域にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記マーカが前記時間領域にある場合、前記マーカは、前記入力ＲＦ信号のオフ期間に配置され、及び／又は、前記マーカの振幅は、プラズマ点火閾値より下であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記マーカが前記時間領域にある場合、前記歪んだＲＦ信号の前記マーカは、前記歪んだ信号の前記周波数領域において、スペクトル中のスプリアス周波数として検出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項7】
前記マーカが前記周波数領域にある場合、前記マーカは、持続的又は一時的な前記入力ＲＦ信号の位相シフト、及び／又は、一時的な前記ＲＦ信号の搬送波周波数の周波数シフトであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一に記載の方法。
【請求項8】
前記マーカがプラズマ点火パルス又は前記入力ＲＦ信号の固有特徴であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の方法。
【請求項9】
前記第１制御パラメータセットは、特定のセットアップ及び特定のターゲットＲＦ信号に対するルックアップテーブルによって与えられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の方法。
【請求項10】
前記第２制御パラメータセットは、同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号と前記ターゲットＲＦ信号との前記差が前記所定の閾値よりも小さい場合に、ルックアップテーブルに格納されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項11】
前記第１制御パラメータセット及び／又は前記第２制御パラメータセットは、振幅、位相、周波数及び時間的変動のうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載の方法。
【請求項12】
入力ＲＦ信号を生成するＲＦ生成器と、
前記ＲＦ生成器に接続されたコントローラと、
その入力が前記ＲＦ生成器の出力に接続されたインピーダンス整合ネットワークと、
その入力がインピーダンス整合ネットワークの出力に接続されたプラズマチャンバと、を備え、
前記コントローラは、ＲＦ生成器のためのコントローラであり、
前記コントローラは、
処理部、好ましくはデジタル信号処理装置、ＤＳＰＵと、
前記処理部に接続され、周波数生成器に制御パラメータを提供する出力インターフェースと、
前記処理部に接続された信号解析部、好ましくはソフトウェア無線部、ＳＤＲと、
前記信号解析部に接続され、少なくとも１つのセンサに接続可能で、前記少なくとも１つのセンサからセンサデータとして少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を受信する入力インターフェースと、を含み、
前記処理部は、入力ＲＦ信号に対応する第１制御パラメータセットを前記出力インターフェースに提供するように構成され、
前記信号解析部は、前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を含むセンサデータを、前記入力インターフェースから受信するように構成され、
前記処理部は、前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号に同期化させるように構成され、
前記処理部は、
ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差を決定し、
前記差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて、適合された入力ＲＦ信号に対応する第２制御パラメータセットを決定し、前記第２制御パラメータセットを前記出力インターフェースに提供するようにさらに構成されており、
１つ以上のＲＦ生成器がそれぞれ前記プラズマチャンバに前記入力ＲＦ信号を提供し、好ましくは各ＲＦ生成器が共通制御として１つのコントローラに接続されているプラズマ装置。
【請求項13】
第１制御パラメータセットに基づいてマーカを含む入力ＲＦ信号を生成するように構成され、
少なくとも１つの歪んだＲＦ信号中の前記マーカを検出するように構成され、
前記入力ＲＦ信号中の前記マーカが生成されてから前記歪んだ信号中の前記マーカが検出されるまでの時間差による遅延を決定することで、前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号と同期化するように構成され、
ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差を決定するように構成され、
前記差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定するように構成され、
前記ターゲットＲＦ信号と前記歪んだＲＦ信号との前記差が小さくなるように、前記第２制御パラメータセットに基づいて、適合された入力ＲＦ信号を生成するように構成された、コントローラ。
【請求項14】
第１制御パラメータセットに基づいてマーカを含む入力ＲＦ信号を生成するように構成され、
少なくとも１つの歪んだＲＦ信号中の前記マーカを検出するように構成され、
前記入力ＲＦ信号中の前記マーカが生成されてから前記歪んだ信号中の前記マーカが検出されるまでの時間差による遅延を決定し、前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号と同期化するように構成され、
ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差を決定するように構成され、
前記差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定するように構成され、
前記ターゲットＲＦ信号と前記歪んだＲＦ信号との前記差が小さくなるように、前記第２制御パラメータセットに基づいて、適合された入力ＲＦ信号を生成するように構成された、ＲＦ生成器。
【請求項15】
第１制御パラメータセットに基づいてマーカを含む入力ＲＦ信号を生成するように構成され、
少なくとも１つの歪んだＲＦ信号中の前記マーカを検出するように構成され、
前記入力ＲＦ信号中の前記マーカが生成されてから前記歪んだ信号中の前記マーカが検出されるまでの時間差による遅延を決定し、前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号と同期化するように構成され、
ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差を決定するように構成され、
前記差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定するように構成され、
前記ターゲットＲＦ信号と前記歪んだＲＦ信号との前記差が小さくなるように、前記第２制御パラメータセットに基づいて、適合された入力ＲＦ信号を生成するように構成された、ＲＦ生成器を備えたプラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＲＦ信号、好ましくはプラズマ装置のプラズマチャンバのためのＲＦ信号を生成するための方法、コントローラ、特にＲＦ生成器、及びプラズマ装置のプラズマチャンバのためのＲＦ信号を生成するためのそのようなＲＦ生成器に関する。さらに本発明は、プラズマ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマ処理は、特に半導体チップの製造において、材料の表面を変質するための非常に多用途で精密な技術である。プラズマ処理は、通常、高周波（ＲＦ）電力で動作するプラズマ処理ツールを使用して、半導体ウェハプロセス全体で何度も用いられる。
【0003】
このような処理システムでは、ＲＦ電力を使用してガス状化合物を励起し、自由電子とイオンとを形成させる。プラズマの組成、すなわちイオン及び電子の量は、さまざまなプロセスパラメータに応じて正確に制御することができる。
【0004】
伝送路の非線形要素による信号の歪みは、プラズマ処理の分野における一般的な問題である。多くの場合、不要な歪みは、アプリケーションの正しい機能を損なう信号の狂いを引き起こす可能性がある。送信電力のオーバーシュートは、半導体ウェハなどの被処理物や使用するハードウェアに重大な誤動作や大きな損傷を与えることがある。
【0005】
先行技術から知られた、信号の歪みを除去又は低減するための解決策は、特定のアプリケーションのために周波数領域又は時間領域の出力特性のある一態様を最適化する専用のハードウェアコンポーネントを必要とするという点で共通している。必要条件が大幅に変更された場合、一般的にハードウェアの変更は避けられず、コストの増加やシステムのダウンタイムの長期化を招く。
【0006】
米国特許出願公開第２０１９／２２９６８４号明細書は、実質的に、実際の出力信号と当該信号のローパスフィルタリングされたものとの間の差を使用して、出力信号の高調波が低減するように増幅器パラメータを変更することによって、出力高調波を低減する方法を記載している。
【0007】
欧州特許出願公開第１８９５６５４号明細書も同様のアプローチで、歪み検出、歪み信号の生成、出力信号と歪み信号を相関させて制御回路の入力とする専用回路を使用している。その結果、意図した周波数から外れた周波数が大幅に減少するように、増幅器の電力出力スペクトルを改善することができる。
【0008】
国際公開第２０２０／０６９１３１号には、フィルタと専用の変調方法によって不要なスプリアス高調波を低減する方法が記載されている。
【0009】
米国特許第５３８１１１０号明細書及び米国特許第５５６８１０５号明細書は、直交ハイブリッド整合減衰器により、パルスの減衰時間を調整することでＲＦ送信機のスプリアス周波数を低減している。
【0010】
米国特許第５３２５０１９号明細書は、プラズマ電圧と電流の高調波に影響を与えるハードウェアオプション（ケーブル長の変化、可変コンデンサの使用）を示しています。
【0011】
これらのソリューションに共通するのは、特定のアプリケーションの出力特性（周波数又は時間領域）のある一態様を最適化するために専用のハードウェアコンポーネントを使用することである。必要条件が大きく変化した場合、一般的にはハードウェアの変更が必要である。
【0012】
さらに、ほとんどの先行技術では、電力増幅器と負荷との間のコンポーネント、例えばアンテナやインピーダンス整合ネットワーク、又は負荷自体、例えばプラズマチャンバで燃焼する高非線形プラズマによって発生する歪みは、完全に無視されている。
【0013】
したがって、本発明の目的は、ＲＦ信号をアプリケーションのニーズに適合させることを可能にする柔軟な歪み補償を提供することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
上記で与えられた問題は、請求項１に記載の方法、請求項１３に記載のコントローラ、請求項１６に記載のＲＦ生成器、及び請求項１８に記載のプラズマ装置によって解決される。
【0015】
プラズマチャンバに適したＲＦ信号を生成する本発明による方法は、第１制御パラメータセット（first set of control parameters）に基づいて入力ＲＦ信号を生成し、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号（distorted RF signal）を検出し、前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を前記入力ＲＦ信号と同期化させ、ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差を決定し、前記差が所定の閾値よりも大きい場合、前記ターゲットＲＦ信号と同期化された前記少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセット（second set of control parameters）を決定し、前記ターゲットＲＦ信号と前記歪んだＲＦ信号との前記差が小さくなるように、前記第２制御パラメータセットに基づいて、適合された入力ＲＦ信号（adapted input RF signal）を生成するステップを含む。
【0016】
このように、第１のステップでは、第１制御パラメータセットに基づいて、入力ＲＦ信号が生成される。この入力ＲＦ信号は、例えば非線形要素（non-linear elements）によって歪む。歪んだＲＦ信号は検出され、次に入力ＲＦ信号と同期化される。ここで、１つの歪んだ信号又は２つ以上の歪んだ信号が検出されてもよい。歪んだＲＦ信号を入力信号に同期化させるステップにより、歪んだＲＦ信号を入力ＲＦ信号に時間的に一致させるために、信号伝搬時間（signal propagation time）による遅延時間が補償される。
【0017】
同期化された歪んだＲＦ信号とターゲット信号から差が決定され、この差が所定の閾値より大きい場合、これらのＲＦ信号間の偏差（deviation）を決定するために、同期化された歪んだＲＦ信号とターゲット信号の比較に基づいて、第２制御パラメータセットが決定される。したがって、歪んだＲＦ信号、すなわち入力ＲＦ信号の歪みとターゲットＲＦ信号との間の偏差が所定の閾値を超える場合にのみ、同期化された歪んだＲＦ信号とターゲットＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセットを提供することにより、入力ＲＦ信号の適合（adaptation）が開始される。第２制御パラメータセットが決定された場合、ターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の差を低減するために、第２制御パラメータセットに基づいて、適合された入力ＲＦ信号が生成される。
【0018】
本発明によれば、プラズマチャンバにおける信頼性の高いプラズマ処理を提供するために、歪んだＲＦ信号が反復プロセス（iterative process）でターゲットＲＦ信号に近づく。したがって、ターゲットＲＦ信号の必要条件が変化すると、歪んだＲＦ信号のような入力ＲＦ信号、すなわちプラズマチャンバに提供されるＲＦ信号、がターゲットＲＦ信号に近づくように、歪みの予備補償（pre-compensation）が適用される。ここで、ＲＦ信号は、時間領域（time-domain）におけるＲＦ基本周波数の振幅変調（amplitude-modulated）されたエンベロープ（envelope）（例えば、パルスパターン）又は周波数領域における多周波スペクトル（multi-frequency spectrum）（例えば、追加の周波数によって囲まれた基本周波数、又は複数の異なる周波数）であってもよい。特に、ターゲットＲＦ信号は、信頼性が高く安定したプラズマ状態を提供するために、顧客又はレシピによって歪みのないプラズマ処理を提供することを意図した信号である。入力ＲＦ信号は、後述するＲＦ生成器（RF generator）によって生成され、伝送路（transmission chain）を介してプラズマチャンバに提供される信号である。ここで、入力ＲＦ信号は、増幅された信号、又は増幅器に提供されるＲＦ信号であってもよい。ここで、入力ＲＦ信号は、ＲＦ生成器の電力増幅器の歪みと、ＲＦ生成器からプラズマチャンバへの伝送路の歪みと、を予め補償する点で、ターゲットＲＦ信号と異なる場合がある。さらに、歪んだＲＦ信号は、ＲＦ生成器の増幅器及びＲＦ生成器とプラズマチャンバとの間の伝送路によって歪んだ信号であり、プラズマチャンバにおけるターゲットＲＦ信号にできるだけ近い、プラズマチャンバに提供されるＲＦ信号であり、ターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の類似性は、所定の閾値に従って決定される。したがって、提供される当該方法によって、歪んだＲＦ信号を検出すること、歪んだＲＦ信号と入力ＲＦ信号を同期化させること、及びターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定することに起因して、歪んだＲＦ信号を意図したターゲットＲＦ信号へ適合させることが可能になる。このように、ハードウェアを変更することなく、プラズマの必要条件に適合させることが可能になる。
【0019】
好ましくは、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を検出するステップと、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を入力ＲＦ信号と同期化させるステップと、ターゲットＲＦ信号と同期化された少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との差を決定するステップと、ターゲットＲＦ信号と同期化された少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定するステップは、当該差が所定の閾値を上回る限り繰り返される。したがって、第２制御パラメータセットの各々が決定された後に、適合された入力ＲＦ信号が生成され、適合された入力ＲＦ信号の歪みが検出される。歪んだＲＦ信号のターゲットＲＦ信号からの偏差が所定の閾値より大きい場合、さらなる第２制御パラメータセットが決定され、適合された入力ＲＦ信号がさらに生成される。これは、歪んだＲＦ信号とターゲットＲＦ信号との間の偏差が十分に小さくなるまで、すなわち当該差が所定の閾値を下回るまで続けられる。そして、プラズマチャンバでターゲットＲＦ信号に十分に近いＲＦ信号を保証する、適合された入力ＲＦ信号を得ることができる。
【0020】
好ましくは、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号は、ＲＦ生成器の出力、インピーダンス整合ネットワーク（impedance matching network）の入力、インピーダンス整合ネットワークの出力及びプラズマチャンバの入力、及び／又はプラズマチャンバ内のうちの１つ以上で検出される。したがって、歪んだＲＦ信号のそれぞれを検出するために、プラズマ装置における異なる検出技術及び検出位置を使用することができる。さらに、第２制御パラメータセットを決定するため、第２制御パラメータセットによってターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の差を低減するために、信号歪み（signal distortions）の信頼できる予備補償（pre-compensation）を提供するために、１つ以上の歪んだＲＦ信号を検出して、使用することができる。
【0021】
好ましくは、入力ＲＦ信号は、１つ又は複数のマーカを含むように変更され、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を入力ＲＦ信号と同期化させることは、歪んだＲＦ信号中のマーカを検出することと、入力ＲＦ信号のマーカを生成してから歪んだＲＦ信号中のマーカを検出するまでの時間遅延を決定することを含む。このように、マーカによって、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号と入力ＲＦ信号の同期化のステップは簡略化され、より信頼性が高くなる。そのため、特にプラズマ装置内の異なる検出位置に対する異なる伝搬時間（propagation times）を考慮し、同期化に含めることができる。
【0022】
好ましくは、入力ＲＦ信号は、マーカを含むように所定の時点において変更される。ここで、特に、マーカは、所定の、好ましくは等しい時間間隔で繰り返し含まれる。例えば、ＲＦ信号がパルスパターンである場合、入力ＲＦ信号のパルスパターンは、同期化のための十分な情報を提供するために、１～１０００パルス毎、好ましくは１～１００パルス毎、より好ましくは１～１０パルス毎の後にマーカを含んでもよい。さらに、既知のシーケンスによって信号が歪んでいるにもかかわらず検出されるように、マーカが固有のシーケンス（unique sequence）に含められてもよい。
【0023】
好ましくは、マーカは、入力ＲＦ信号の時間領域にあり、すなわち、入力ＲＦ信号の時間的偏差（temporal deviation）によって提供される。
【0024】
好ましくは、マーカが時間領域にある場合、マーカは、ＲＦ入力信号のパルス長の１０％未満、より好ましくは５％未満、最も好ましくは１％未満の時間長を有する。代替的又は追加的に、マーカは、０.００１ｍｓから１０ｍｓの間、好ましくは０.０１ｍｓから１ｍｓの間の持続時間を有することができる。このように、マーカは短く、プラズマチャンバ内のプラズマにほとんど影響を与えない。
【0025】
好ましくは、マーカが時間領域にある場合、当該偏差は、入力ＲＦ信号の振幅の１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは１％未満である。このように、入力ＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の信頼できる同期化を提供するために、入力ＲＦ信号の既存の小さな偏差（already minor deviations）をマーカとして使用することができる。
【0026】
好ましくは、マーカが時間領域にある場合、マーカは入力ＲＦ信号のオフ期間に配置される。特に、入力ＲＦ信号のオフ期間において、入力ＲＦ信号からのマーカの偏差が小さいため、マーカは、プラズマチャンバ内のプロセスにほとんど影響を与えない。
【0027】
好ましくは、マーカが時間領域で、入力ＲＦ信号のオフ期間に配置されている場合、マーカの振幅は、プラズマ点火（plasma ignition）閾値以下である。したがって、マーカによって、プラズマは、安定した予測可能なプラズマ処理を提供するために、点火されない又は何らかの影響（somehow influenced）を受けない。
【0028】
好ましくは、マーカが時間領域にある場合、歪んだＲＦ信号のマーカは、歪んだ信号の周波数領域において、スペクトル中のスプリアス周波数（spurious frequencies）として検出される。時間領域におけるマーカの持続時間が短いため、追加の周波数が一時的に発生し、これはスペクトルにおけるスプリアス周波数として短い期間で検出され得る。このように、信頼性が高く、実装が容易なマーカの検出方法が提供される。
【0029】
さらに、又は代替的に、１つ以上のマーカは、入力ＲＦ信号の周波数領域で提供されます。
【0030】
好ましくは、マーカが周波数領域である場合、マーカは、持続的又は一時的な入力ＲＦ信号の位相シフト、又は一時的なキャリアＲＦ信号の周波数シフトである。
【0031】
好ましくは、マーカが周波数領域である場合、マーカは入力ＲＦ信号の位相シフトであり、位相シフトは１０°未満、好ましくは５°未満、より好ましくは１°未満である。プラズマに電力を供給するために複数のＲＦ生成器が一緒に用いられる場合、全ての生成器は、持続的又は一時的な位相シフトを、同期化した方法で提供しなければならない。複数の生成器のうち１つだけが位相シフトしている場合、他の生成器やプラズマへの悪影響を避けるために、この位相シフトを短時間、好ましくは１０ｍｓ以内、より好ましくは１ｍｓ以内、さらに好ましくは０.１ｍｓ以内に元の位相に反転させる必要がある。
【0032】
好ましくは、入力ＲＦ信号は少なくとも１つのマーカを含み、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号を入力ＲＦ信号と同期化させることは、歪んだＲＦ信号におけるマーカを検出すること、及び入力ＲＦ信号におけるマーカを生成することと少なくとも１つの歪んだＲＦ信号におけるマーカを検出することとの時間差による遅延を決定することを含み、マーカはプラズマ点火パルス（plasma ignition pulse）及び／又は入力ＲＦ信号の固有の特徴（unique feature）である。したがって、追加の特徴を追加することなく、既存の入力ＲＦ信号の特徴を同期化のためのマーカとして使用することができる。そのため、遅延を決定するために、入力ＲＦ信号の固有の特徴を容易に特定することができる。
【0033】
好ましくは、ＲＦ信号の歪みを補償する、すなわち本方法を開始する第１のステップにおいて、第１制御パラメータセットは、入力ＲＦ信号がターゲットＲＦ信号と等しいという点で決定され得る。あるいは、第１制御パラメータセットは、特定のセットアップ及び特定のターゲットＲＦ信号に対するルックアップテーブルによって与えられる。この場合、出発点として、第１制御パラメータセットは、入力ＲＦ信号の歪みを予備補償するために、既にターゲットＲＦ信号から逸脱している可能性がある第１制御パラメータセットに基づく入力ＲＦ信号の最適化のために提供される。したがって、本方法の第１のステップを実行するとき、すなわち、プラズマ装置の初期化及び／又は例えば異なるターゲットＲＦ信号を含む異なるプラズマプロセスを実行する際に、最適化は、入力ＲＦ信号が出発点としてターゲットＲＦ信号と等しくなるように第１制御パラメータセットを選択することによって開始されてもよい。既に存在し実装された機構及び既に実装されたプラズマプロセス、すなわちターゲットＲＦ信号の場合、ターゲットＲＦ信号の変更時に、ルックアップテーブルによって与えられた第１制御パラメータセットに基づいて最適化を開始することができ、与えられた歪みにかかわらず、歪んだＲＦ信号のターゲットＲＦ信号へのより速い最適化と適合を可能にする。
【0034】
好ましくは、少なくとも１つの歪んだ信号とターゲット信号との間の差が所定の閾値より小さい場合、第２制御パラメータセットはルックアップテーブルに格納される。そして、第２制御パラメータセットは、後の最適化のための出発点として使用されるようにルックアップテーブルに格納される。
【0035】
好ましくは、第１制御パラメータセット及び／又は第２制御パラメータセットは、プラズマプロセスに提供されるＲＦ信号を特徴付ける振幅、位相、周波数（スペクトル）及び時間的変動のうちの１つ以上を含む。
【0036】
本発明のさらなる態様では、特にＲＦ生成器のためのコントローラが提供される。コントローラは、好ましくはデジタル信号処理部（digital signal processing unit；ＤＳＰＵ）として構築される処理部を含んでいる。出力インターフェースは、ダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ）コアに制御パラメータを提供するために処理部に接続され、その出力は、ＲＦ生成器のパワーステージ（power stage of the RF generator）を駆動するために使用される。さらに、コントローラは、好ましくは、処理部に接続されるソフトウェア無線部（software defined radio；ＳＤＲ）として構築される信号解析部を含んでいる。信号解析部には、プラズマ装置内の少なくとも１つのセンサからセンサデータとして歪んだＲＦ信号を受信するための入力インターフェースが接続されている。処理部は、入力ＲＦ信号に対応する第１制御パラメータセットを出力インターフェースに提供するように構成される。さらに、信号解析部は、入力インターフェースから少なくとも１つの歪んだ信号を含むセンサデータを受信し、信号の振幅変調（amplitude modulation）及び／又は周波数スペクトルを処理部の入力インターフェースに提供するように構成されている。処理部は、少なくとも１つの歪んだ信号を入力ＲＦ信号と同期化させるように構成されている。さらに、処理部は、ターゲットＲＦ信号と同期化している少なくとも１つの歪んだ信号との間の差異を決定するように構成される。そこにおいて、処理部は、ターゲットＲＦ信号と同期化された少なくとも１つの歪んだ信号との比較に基づいて、当該差が所定の閾値よりも大きい場合、出力インターフェースに提供されるべき適合された入力ＲＦ信号に対応する第２制御パラメータセットを決定するようにさらに構成される。こうして、ターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の差は低減される。
【0037】
好ましくは、入力インターフェースは、少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）からなり、より好ましくは、センサのそれぞれについて、１つのＡＤＣ又はマルチチャネルＡＤＣの１チャネルを含む。
【0038】
好ましくは、処理部及び／又はＤＤＳコア及び／又は信号解析部は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field-programmable gate array；ＦＰＧＡ）、複合プログラマブル論理デバイス（complex programmable logic device；ＣＰＬＤ）、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit；ＡＳＩＣ）又はシステムオンチップ（ＳｏＣ）として構築され、ここで、処理部、ＤＤＳコア及び信号解析部の２つ以上、より好ましくはその全ては、一つのＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ又はＳｏＣにより一体的に構築される。このように、処理部、ＤＤＳコア、及び信号解析部の実装が簡素化され、特に、コントローラを特定のアプリケーションに容易に適合させるために、より汎用的なプラットフォームが提供される。
【0039】
好ましくは、出力インターフェースは、ダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ）コアに制御ワードを提供する。したがって、特に、第１制御パラメータセット及び／又は第２制御パラメータセットは、ＤＤＳコアに提供されるＤＤＳ制御ワードによって実装される。
【0040】
さらに、本発明の目的は、プラズマチャンバ用のＲＦ信号を生成するためのＲＦ生成器を提供することである。ＲＦ生成器は、少なくとも１つのＲＦ信号を生成するために、好ましくはダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ）コアとして構築された周波数生成部を含んでいる。
【0041】
少なくとも１つのＲＦ信号を生成するために、ＤＤＳコアは、その後に再構成フィルタ（reconstruction filter）が続くデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）に接続される。ＲＦ信号は、時間領域におけるＲＦ基本周波数の振幅変調されたエンベロープ（例えばパルスパターン）、周波数領域における多周波スペクトル（例えば、追加の周波数によって囲まれた基本周波数）であってもよい。
【0042】
さらに、再構成フィルタの出力におけるＲＦ信号は、その後、ＲＦ生成器の出力信号を提供するために電力増幅段（power amplifying stage）によって増幅される。ＲＦ生成器は、少なくとも１つの入力ＲＦ信号を増幅するために、周波数生成部に接続された増幅器を含んでいる。そこで、増幅器は、生成されたＲＦ信号をプラズマチャンバに供給するために、ＲＦ電力出力に接続される。さらに、ＲＦ生成器は、先に説明したように、コントローラを含んでいる。
【0043】
好ましくは、周波数生成部とコントローラは、１つのＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ又はＳｏＣによって一体的に構築される。
【0044】
好ましくは、ＲＦジェネレータは、特にインピーダンス整合ネットワークを介して、プラズマチャンバに１つ以上の増幅された入力信号を供給するための複数のＲＦ電力出力を含んでいる。ここで、全ての電力出力に対して１つの共通のＤＤＳコアが使用されてもよい。特に、１つ以上のＤＤＳコア、より好ましくは、各電力出力に対して個別のＤＤＳコアがＲＦ生成器に実装される。
【0045】
好ましくは、ＤＤＳコアの各々は、前述したように、共通のコントローラを有する。あるいは、ＤＤＳコアの１つ以上又は各々は、前述したような個別のコントローラを有する。
【0046】
好ましくは、ＲＦ生成器は、１つ以上の増幅された入力ＲＦ信号を、特にインピーダンス整合ネットワークを介して、プラズマチャンバに供給するための複数のＲＦ電力出力を含んでいる。ここで、全ての電力出力に対して、１つの共通の増幅器が実装される。特に、複数の増幅器、より好ましくは、電力出力の各々について、個々の増幅器が実装される。
【0047】
本発明のさらなる態様では、入力ＲＦ信号を生成するためのＲＦ生成器と、ＲＦ生成器に接続された前述したようなコントローラと、を備えるプラズマ装置が提供される。さらに、プラズマ装置は、インピーダンス整合ネットワークを備え、インピーダンス整合ネットワークの入力は、ＲＦ生成器の出力に接続される。プラズマ装置は、プラズマチャンバをさらに備え、プラズマチャンバの入力は、インピーダンス整合ネットワークの出力に接続される。
【0048】
好ましくは、プラズマ装置は、プラズマチャンバに入力信号を供給するための複数のＲＦ生成器を備え、各ＲＦ生成器は、個別のコントローラを有するか、又は共通コントローラとして１つのコントローラに接続される。あるいは、個々のコントローラを有する複数のＲＦ生成器は、１つのマスターＲＦ生成器（master RF generator）から同期化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明に係るプラズマ装置の一例を示す模式図である。
【図2】本発明に係る方法を示す図である。
【図3A】ターゲットＲＦ信号である。
【図3B】本発明による適合された入力ＲＦ信号である。
【図4】入力されたＲＦ信号と歪んだＲＦ信号の比較である。
【図5A】本発明に係るマーカを含む時間領域での入力ＲＦ信号である。
【図5B】本発明に係るマーカを含む時間領域での入力ＲＦ信号である。
【図5C】本発明に係るマーカを含む時間領域での入力ＲＦ信号である。
【図6A】本発明による適合された入力ＲＦ信号のスペクトルである。
【図7】本発明によるプラズマ装置の詳細な実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【0050】
図１を参照すると、プラズマ処理のためにプラズマチャンバ１４内にプラズマを発生させるために、伝送路（transmission chain）によってプラズマチャンバ１４に供給される入力ＲＦ信号を発生する無線周波数（ＲＦ）生成器１０を備えるプラズマ装置が示されている。
【0051】
プラズマ処理は、露出した材料の表面を、例えばエッチング、コーティング、又は洗浄によって変質するための、非常に汎用的で精密な技術である。特に、半導体ウェハは、通常、高周波（ＲＦ）電力で動作するプラズマ処理装置を使用して、ウェハプロセス全体で何度もコーティング及びエッチングされる。このような処理システムでは、ＲＦ電力は、自由電子及びイオンが形成されるようにガス状化合物を励起するために使用される。様々なプロセスパラメータに応じて、プラズマの組成、すなわち、様々な励起状態にあるイオン、電子、及び中性子の量とそのエネルギーは、定常状態でも、時間的に変化する動作でも制御することができる。ここで、プロセスパラメータはレシピで与えられ、半導体ウェハなどの露出した材料の処理中に変化する可能性がある。ここで、プロセスパラメータは、プラズマチャンバ１４内のプラズマの特性を決定するターゲットＲＦ信号として提供される。
【0052】
プラズマは強く変化するインピーダンスを有するので、典型的には５０オームに標準化されたＲＦ生成器１０の出力は、プラズマチャンバに直接接続することはできない。このプラズマインピーダンスは、その特定の組成及びＲＦ電力レベルに依存し、典型的には５０オームとは大きく異なる抵抗値及びゼロから大きく逸脱したリアクタンスを有する。その結果、ＲＦ生成器１０の５０オーム出力を変化するプラズマインピーダンスに連続的に適合させるために、可変キャパシタ（variable capacitors）とインダクタ（inductors）を採用した自動インピーダンス整合ネットワーク（automatic impedance matching networks）１２が使用される。コンデンサやインダクタのような受動部品は線形に振る舞うことができるが、インピーダンス整合ネットワーク１２は、非線形デバイス、例えば、歪みを引き起こす可能性のあるトランス（transformers）、ダイオード（diodes）、又はバラクタ（varactors）を使用することもできる。したがって、先行技術では、スプリアス又は高調波周波数（spurious or harmonic frequencies）を抑制し、入力ＲＦ信号の歪みを低減するために、フィルタ又は他のハードウェアコンポーネントが実装される。しかし、前述のように、プラズマ中で材料を処理するための特定のレシピにおいて、パラメータが数回変更されることがあり、入力ＲＦ信号の個々の適合が必要となる。さらに、レシピが変更された場合、すなわち新しいプロセスパラメータが実装された場合、スプリアス周波数や高調波周波数の補正、及び／又は入力ＲＦ信号のさらなる歪みが必須となり、従来技術では、ハードウェアコンポーネントを変更する必要があり、コストと時間がかかる。
【0053】
本発明によると、プラズマ装置内に分布する異なるセンサからセンサデータを受信するコントローラ１６が実装されており、入力ＲＦ信号の歪み及び歪んだＲＦ信号のターゲットＲＦ信号からの偏差が検出される。したがって、コントローラは、プラズマチャンバ１４における歪んだ信号がターゲットＲＦ信号に一致するように、すなわち、ターゲットＲＦ信号とプラズマチャンバ１４における伝送路の後の歪んだＲＦ信号との間の差が所定の閾値以下になるように、入力ＲＦ信号を適合させることによってこれらの歪みを予備補償することが可能である。ここで、入力ＲＦ信号の歪みは、ＲＦ生成器の増幅段の非線形性、整合ネットワークの非線形性、又はプラズマチャンバ内のプラズマの高非線形特性によって引き起こされる。ここで、コントローラ１６は、例えば方向性結合器（directional coupler）（出力センサ２２）として実装されたＲＦ生成器１０の出力で歪んだＲＦ信号を受信してもよい。代替的又は追加的に、コントローラ１６は、歪んだＲＦ信号として、例えば位相・振幅検出器（phase-and-magnitude detector）（入力センサ４４）として実装されたインピーダンス整合ネットワーク１２の入力におけるＲＦ信号を受信することができる。代替的又は追加的に、コントローラ１６は、歪んだＲＦ信号として、例えばＶ－Ｉ検出器（出力センサ１８）として実装された、インピーダンス整合ネットワーク１２の出力におけるＲＦ信号を受信することができる。代替的又は追加的に、ＲＦ信号の歪みは、例えばアンテナ、ラングミュアプローブ、放出されたプラズマ光を検出する光センサ、又は他のプラズマ診断ツールとして実装されたプラズマプローブ（プラズマセンサ２０）によって、プラズマチャンバ１４内のプラズマ内で直接検出されてもよい。これらのセンサの１つ以上の検出されたセンサデータを評価することによって、コントローラ１６は、適合された入力ＲＦ信号を決定し、ＲＦ生成器１０を制御して、ＲＦ生成器１０からプラズマチャンバ１４への伝送路における歪みの予備補償を含む適合された入力ＲＦ信号を生成し、それによって、プラズマ装置内の非線形歪みが発生してもプラズマチャンバ１４における歪んだＲＦ信号をレシピの意図するターゲットＲＦ信号に一致させることができる。
【0054】
さらに、コントローラ１６は、インピーダンス整合ネットワーク１２による入力ＲＦ信号の歪みにも影響を与えるＲＦ生成器１０とプラズマチャンバ１４との間のインピーダンス整合を実行するために、整合制御（match control）２５によってインピーダンス整合ネットワーク１２を制御し得る。したがって、インピーダンス整合プロセスに関する情報は、歪みの予備補償のために適合された入力ＲＦ信号を決定するために、コントローラ１６によってアクセス可能であり、コントローラ１６によってセンサデータとして用いられることも可能である。コントローラ１６は、独立したユニットであってもよく、又は好ましくは、ＲＦ生成器又は整合ネットワークに統合されてもよい。
【0055】
図２を参照すると、本発明による方法の図を示している。この方法に従って、ＲＦ信号がプラズマチャンバのために生成される。
【0056】
ステップＳ０１によれば、第１制御パラメータセットに基づいて入力ＲＦ信号が生成される。ここで、好ましくは、本方法の初期化中に、入力ＲＦ信号がターゲットＲＦ信号に従って決定される。第１制御パラメータセットは、特定のセットアップと特定のターゲットＲＦ信号のためのルックアップテーブルによって与えられてもよい。入力ＲＦ信号はプラズマチャンバに供給されるが、伝送路の非線形要素によって歪む。
【0057】
ステップＳ０２によれば、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号が、プラズマ装置内で検出される。ここで、歪んだＲＦ信号のセンサデータを提供するために、１つ又は複数のセンサがプラズマ装置内に実装され得る。これにより、歪んだＲＦ信号を直接測定する必要はない。例えば、プラズマチャンバ１４内のプラズマパラメータの変化等によって、入力ＲＦ信号の歪みを間接的に検出することが可能である。
【0058】
ステップＳ０３によれば、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号が入力ＲＦ信号と同期化され、それによって、ＲＦ生成器１０によって生成された入力ＲＦ信号と、例えば、限定されないが、ＲＦ生成器１０の出力、インピーダンス整合ネットワーク１２の入力、インピーダンス整合ネットワークの出力、又はプラズマチャンバ１４内の検出位置と、の間の信号遅延時間が決定される。したがって、少なくとも１つの歪んだＲＦ信号と入力ＲＦ信号との間の時間的整合が実現される。
【0059】
ステップＳ０４によれば、ターゲットＲＦ信号と、同期化された少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差が決定される。ターゲットＲＦ信号と入力ＲＦ信号との間に遅延が存在しないので、ターゲットＲＦ信号と少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との間の差の決定は、ステップＳ０３による少なくとも１つの歪んだＲＦ信号とターゲットＲＦ信号との間の時間的整合により促進され得る。
【0060】
ステップＳ０５によれば、ターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の差が所定の閾値よりも大きい場合、ターゲットＲＦ信号と同期化された少なくとも１つの歪んだＲＦ信号との比較に基づいて、第２制御パラメータセットが決定される。したがって、ステップＳ０２に従って検出された歪んだＲＦ信号が、ターゲットＲＦ信号と十分に似ていない、又はターゲットＲＦ信号から大きく逸脱している場合、第２制御パラメータセットが決定される。ここで、第２制御パラメータセットの決定は、例えば機械学習又は人工知能に基づくアルゴリズムによって実行されてもよく、歪んだＲＦ信号とターゲットＲＦ信号との間の差異を制御パラメータセットの適合に整合させることができる。
【0061】
ステップＳ０６によれば、ターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の差が減少するような第２制御パラメータセットに基づいて、適合された入力ＲＦ信号がＲＦ生成器１０によって生成される。したがって、適合された入力ＲＦ信号によって、ＲＦ生成器１０とプラズマチャンバ１４との間の伝送路における歪みの予備補償が達成され、意図されたターゲット信号に非常に近いＲＦ信号がプラズマに適用される。
【0062】
そこで、ターゲットＲＦ信号と同期化された歪んだＲＦ信号との比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定するには、制御パラメータの系統的な変化を伴う試行錯誤アプローチ（trial and error approach with systematic variation）のようなアルゴリズムが含まれる場合がある。パラメータ値の小さな変化で歪みが減少する場合は、同じ方向で継続し、そうでない場合は、他の方向にパラメータを変化させる。さらに、自己学習アルゴリズム（self-learning algorithm）が実装され、歪み特性と最適な制御パラメータをルックアップテーブルに保存して、同様の状況で使用することを含む、最適な設定に向けて最適化された反復が行われてもよい。さらに、要求された波形と結果の波形からそれぞれ変換関数（transformation function）を計算し、逆変換関数を歪んだ出力波形に適用して、ＲＦ生成器のための予備歪み（pre-distorted）／予備補償波形（pre-compensated waveform）を計算してもよい。さらに、各サンプルに対する歪み補償は、各サンプル／時点（each sample / point in time）に対するオリジナル対歪みエンベロープ値（original versus distorted envelope values）のルックアップテーブルを生成し、各サンプルに対する予備補償エンベロープ値を計算することを含んで適用され得る。そして、このルックアップテーブルを使用して、ＲＦ生成器で予備歪み／予備補償波形を生成する。さらに、サンプルのグループに対する歪み補償が適用されてもよい。ここで、ノイズを減らすために適当なサンプルグループについて平均値を計算し、それぞれのサンプルグループについて同一の平均値を使用することによって、各サンプル／時点に対するオリジナル対歪みエンベロープ値を含むルックアップテーブルを生成する。そして、サンプルの各グループに対する予備歪み／予備補償波形のエンベロープ値を算出し、このルックアップテーブルを用いて、ＲＦ生成器で予備歪み／予備補償波形の波形を発生させる。さらに、周波数領域の歪み補償は、時間領域補正のための上記アルゴリズムが適合された方法で周波数領域に適用されることを含み、アルゴリズムをスペクトル内の個々の周波数、例えばスパー及び高調波（spurs and harmonics）に適用し、逆位相の１つ又は複数のＲＦ生成器で同じ周波数を生成することによって、適用することができる。
【0063】
ここでいう逆位相とは、ＲＦ生成器からの信号に位相シフトが適用されることであり、ケーブルにおける遅延時間及び／又は伝送路における他の構成による位相シフトと合わせて、プラズマ内で逆位相のＲＦ信号となるようにすることである。こうすることで、プラズマ内のスプリアスや高調波を抑制することができる。
【0064】
周波数と位相シフト値は、ルックアップテーブルに格納され、さらなる反復で最適化することができる。ここで、ターゲットＲＦ信号と歪んだＲＦ信号との間の比較に基づいて第２制御パラメータセットを決定するために、１つ又は複数のアルゴリズムを組み合わせることができる。
【0065】
図２によると、適合された入力ＲＦ信号が第２制御パラメータセットに基づいて生成される場合、ステップＳ０２によって検出された歪んだＲＦ信号とターゲットＲＦ信号との間の差が所定の閾値を下回るまで、さらなる第２制御パラメータセットを生成するために、矢印２７に従ってステップＳ０２からＳ０６の方法が繰り返しながら反復され得る。
【0066】
プラズマ装置におけるＲＦ信号の歪みの予備補償に成功した場合、第２制御パラメータセットは、ルックアップテーブルに格納され、同一又は類似のセットアップ及び同一又は類似のターゲットＲＦ信号に対するさらなる最適化に使用することができる。ここで、プラズマ装置の伝送路における歪みの予備補償に成功した第２制御パラメータセットは、初期入力ＲＦ信号を生成する出発点、すなわち第１制御パラメータセットとして用いられる。この場合、本発明による方法の初期化に使用される初期入力ＲＦ信号は、予め歪んでおり既にターゲットＲＦ信号から逸脱している可能性がある。しかし、特定のターゲットＲＦ信号に対する歪みの補償とセットアップは既に近似されているため、最適化を加速することができる。
【0067】
したがって、本発明によって、所定のレシピにおいてプラズマパラメータが変更された時に、ＲＦ信号の歪みの補償は、ハードウェアの特段の適合なしに、信頼性が高く安定したプラズマ条件、すなわち、特定の電力レベルの純粋で安定した周波数によるプラズマによる、露出した材料に対するコーティング、エッチング、洗浄又はその他の変質を実行するために、確実かつ迅速に行われる。また、今後発生する歪みを補正することにより、他のプラズマパラメータへのレシピの変更も容易に行うことができる。
【0068】
ここで、第１制御パラメータセット及び／又は第２制御パラメータセットは、ＲＦ信号の振幅、ＲＦ信号の位相、周波数又は周波数スペクトル及び／又は時間的変動のうちの１つ又は複数を含み得る。
【0069】
本発明による方法によって、プラズマチャンバ１４内でほとんど歪みのないターゲットＲＦ信号を達成するために、入力ＲＦ信号が適合される。その状況は、図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃに示されている。図３Ａを参照すると、プラズマチャンバに提供されるべきターゲットＲＦ信号２４が示されている。一方、図３Ｂは、ＲＦ生成器１０とプラズマチャンバ１４との間の伝送線（transmission line）における歪みを補償するために、本発明に従って予め歪められた適合入力ＲＦ信号２６を示す。ここで、適合された入力ＲＦ信号２６は、伝送線における信号歪みを受けた後の図３Ｃに描かれた歪んだＲＦ信号２８が、特定のアプリケーションに必要なだけターゲットＲＦ信号に一致するように成形される。図３Ｃを参照すると、プラズマチャンバ１４における歪んだＲＦ信号２８は、ターゲットＲＦ信号と等しいか、少なくとも非常に近い、すなわち、歪んだＲＦ信号２８と意図したターゲットＲＦ信号との間の差は、決定された閾値以下であるものが示されている。ここで、閾値は、意図された用途によって具体的に形成することができ、洗浄等のように、あまり敏感ではない用途では大きくすることができ、材料のエッチング及び／又は堆積のような敏感な用途ではより小さくすることができる。ここで、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃから、入力ＲＦ信号２６が、入力ＲＦ信号２６が予め歪んでいることに対する意図された予備補償のために、ターゲットＲＦ信号２４からすでに逸脱している可能性があることは明らかである。
【0070】
歪んだＲＦ信号２８とターゲットＲＦ信号との比較を可能にするために、入力ＲＦ信号２６と歪んだＲＦ信号２８との間の同期化を容易にするために、ＲＦ信号内の特定の固有の特徴によって同期化が行われる。このような特定の固有の特徴を使用することにより、入力ＲＦ信号と測定された歪んだＲＦ信号との間の時間遅延が、伝送路によって発生し、場合によってはセンサ信号の処理によるさらなる遅延が決定され得る。ここで、この固有の特徴は、プラズマ点火パルスであってもよく、代替的に、パルス自体との低い繰り返し率を有するパルスアプリケーションのために同期化が実行されてもよい。一方、パルスの繰り返し率が高い場合、個々のパルスの分離はもはや不可能である場合がある。図４を参照すると、実施形態では、ＲＦ生成器１０から歪んだＲＦ信号２８の検出位置までの入力ＲＦ信号２６の信号伝播時間に相当する時間遅延３４、及び場合によってはセンサ信号の送信及び処理によるさらなる遅延の後に、歪んだＲＦ信号２８で受信されるマーカ３０が入力ＲＦ信号２６に歪んだマーカ３２として付加される。したがって、入力ＲＦ信号２６のマーカ３０と歪んだＲＦ信号２８の歪んだマーカ３２との間の時間遅延３４によって、同期化を実行することができる。同期化後、歪んだＲＦ信号２８とターゲットＲＦ信号との間の差異を決定するために、歪んだＲＦ信号２８をターゲットＲＦ信号２４と比較することができる。
【0071】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、マーカ３０の異なる位置及び形態が可能であり、本発明は、入力ＲＦ信号におけるマーカの特定の位置又は形態に制限されない。ここで、マーカ３０は、入力ＲＦ信号のパルス長に関して短く、わずか０．００１ｍｓ～１０ｍｓ、好ましくは０．０１ｍｓ～１ｍｓの長さを有してもよい。言い換えれば、マーカ３０の持続時間は、好ましくは入力ＲＦ信号２６のパルス長の１０％未満、より好ましくは５％未満、最も好ましくは１％未満である。さらに又は代替的に、マーカ３０の振幅は、入力ＲＦ信号２６の振幅と比較して小さい。ここで、マーカ３０は、入力ＲＦ信号の振幅の１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは１％未満を有してもよい。したがって、マーカは、プラズマチャンバ１４内の生成プラズマに影響を与えず、歪んだＲＦ信号２８を入力ＲＦ信号２６と同期化させる目的で、入力ＲＦ信号２６にのみ実装される。図５Ａを参照すると、マーカ３０は、入力ＲＦ信号２６のパルスの上に位置してもよく、繰り返しマーカ３０’として繰り返されてもよい。マーカ３０の繰り返しは、入力ＲＦ信号に周期的に、好ましくは予め決められた及び／又は固定された時間間隔で含まれるかもしれない。あるいは、マーカ３０’’は、入力ＲＦ信号２６のオフ期間に位置し、また、繰り返しマーカ３０’’として周期的に繰り返されてもよい。図５Ａ及び図５Ｂの両方の場合において、発生したプラズマへの影響は回避され、特に、図５Ｂにおいて、マーカの振幅はプラズマ着火閾値以下である。
【0072】
図５Ｃを参照すると、発振ＲＦ信号３６のエンベロープとして入力ＲＦ信号２６が示されており、ここで、マーカは、高速発振信号の位相シフト３８として組み込まれてもよい。ここで、位相シフトΔΦは、持続的であってもよく、一時的であってもよい。したがって、入力ＲＦ信号２６と歪んだＲＦ信号２８との間の同期化は、位相シフト３８を検出することによって実行される。ここで、位相シフトは、プラズマ、ＲＦ生成器、又はプラズマ装置に悪影響を与えない程度に小さい位相シフト、例えば１０°未満、好ましくは５°未満、より好ましくは１°未満であり得る。
【0073】
あるいは、例えば、ＲＦ搬送波周波数の５％未満、好ましくは２％未満、より好ましくは１％未満の範囲での一時的なシフトは、一時的な位相シフトと同様の効果を周波数スペクトルに与える。
【0074】
図６を参照すると、ＲＦ生成器１０からプラズマチャンバ１４への伝送路における非線形性に起因する歪みの予備補償が、パワースペクトル４０に示されている。例えば、スプリアス周波数又は高い高調波を抑制するために、入力ＲＦ信号のスペクトル４０は、既に含まれている追加の周波数によって、図６Ａによって予め歪曲されている場合がある。しかしながら、ＲＦ生成器１０からプラズマチャンバ１４への入力ＲＦ信号の伝送中に、スペクトルは、伝送路内の非線形要素によって、特に、ＲＦ生成器１０の電力増幅器、インピーダンス整合ネットワーク１２、又はプラズマ自体によって歪められる。したがって、適合された入力ＲＦ信号のスペクトル４０に過去に追加された周波数に関連する可能性のある特定の周波数が抑制される。したがって、プラズマチャンバにおいて、歪んだ信号は、スプリアス又は高調波周波数のないスペクトル４２を有し、したがって、ターゲットＲＦ信号によって、信頼できる安定したプラズマを提供する。そこで、周波数スペクトルの予備補償及び時間領域における時間的ＲＦ信号エンベロープの予備補償は、被処理物に対する信頼できる処理のための所望の安定したプラズマを生成するために、代替的に又は組み合わせて使用することができる。
【0075】
図７を参照すると、図１と同一又は類似の要素が同一の参照符号で示されている。コントローラ１６は、入力ＲＦ信号を生成し、これは電力増幅器６８によって増幅され、さらにインピーダンス整合回路４６を含むインピーダンス整合ネットワーク１２に転送される。インピーダンス整合回路４６は、整合制御２５によって制御され、入力センサ４４及び出力センサ１８から情報を受信し、受信した入力センサ４４及び出力センサ１８のセンサデータに基づいて、インピーダンス整合回路を制御する。ここで、入力センサ４４は、位相・振幅センサとして構築される場合がある。インピーダンス整合ネットワーク１２は、プラズマチャンバ１４を含むプラズマ処理システム４８に接続される。インピーダンス整合ネットワーク１２の入力センサ４４及びインピーダンス整合ネットワーク１２の出力センサ１８からの情報は、センサデータとしてコントローラ１６にフィードバックされる。また、プラズマチャンバ１４内には、プラズマ状態又はプラズマパラメータを検出するプラズマセンサ２０が配置される。プラズマセンサは、アンテナとして、ラングミュアプローブとして、プラズマ光を検出する光学センサとして、又は他のプラズマ診断ツールとして構築されてもよい。プラズマセンサ２０のセンサデータは、コントローラ１６にフィードバックされる。センサ１８、２０、４４からのセンサデータは、その後、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５０、５０’、５０’’によってデジタル化され、歪んだＲＦ信号としてそれぞれ使用される。ここで、ＡＤＣは、複数のシングルチャネルＡＤＣ、又はマルチチャネルＡＤＣ、又はそれらの組み合わせとして実現され得る。特に、電力増幅器６８の出力には、ＡＤＣ５０’’’を介してセンサデータをフィードバックするために、センサとしても使用されるＲＦ生成器１０の出力センサ２２として方向性結合器が配置される。あるいは、センサ１８、２０、２２、４４は、個々のＡＤＣを含み、デジタル情報をコントローラ１６に転送してもよい。
【0076】
特にソフトウェア定義無線（ＳＤＲ）部として構築された信号解析部５２と、特にデジタル信号処理部（ＤＳＰＵ）として構築された処理部５４との組み合わせによって、センサからの受信した歪んだＲＦ信号と入力ＲＦ信号の間の同期化が提供される。ＤＳＰＵ５４はさらに、ルックアップテーブルなどのような、整合制御２５及び／又はコントローラ１６のプロセッサから情報を受け取ってもよい。さらに、コントローラ１６のプロセッサ６０は、処理部５４にも提供されるパラメータの交換のためにユーザインタフェース６２に接続されてもよい。ユーザインタフェース６２によって、レシピ及び特にプロセスパラメータが定義及び監視されてもよい。
【0077】
処理部５４によって、ターゲットＲＦ信号と受信した歪んだＲＦ信号との比較が実行される。特に、ＤＳＰＵ５４によって、第１制御パラメータセットは、例えばコントローラ１６のメモリに格納されたルックアップテーブルによって、ターゲットＲＦ信号に基づいて決定される。さらに、処理部５４によって、第２制御パラメータセットはまた、前述のようなアルゴリズムに従って、歪んだＲＦ信号とターゲットＲＦ信号の間の比較に基づいて決定される。ここで、少なくとも１つ以上の入力ＲＦ信号を生成するために、好ましくはダイレクトデジタル合成部（ＤＤＳ）として構築された周波数生成部５６に、制御パラメータが提供される。ここで、パラメータのセットの引き継ぎ（handover）は、ＤＤＳ制御語（DDS control word）として実行されてもよい。周波数生成部５６によって生成された入力ＲＦ信号は、次に、デジタル－アナログ変換器６６によってデジタルからアナログに変換され、典型的には再構成フィルタが続き、次に、電力増幅器６８によって増幅される。そこで、電力増幅器６８のＤＣ電圧供給（DC voltage supply）６４は、伝送路の歪みの予備補償のために入力ＲＦ信号を適宜適合させるために、コントローラ１６によって制御されてもよい。あるいは、ＤＣ電圧供給６４は、レシピに基づいて設定されてもよい。その場合、その電力レベルは、通常、パルスモード動作中に適合されない。
【0078】
図７ではコントローラはＲＦ生成器１０と一体的に構築されているが、コントローラ１６はまた、別個の実体及び装置として構築されてもよい。特に、プラズマチャンバ１４に複数の入力ＲＦ信号を提供するために複数のＲＦ生成器が採用される場合、ＲＦ生成器１０の各々は、個別にコントローラ１６を有してもよい。あるいは、共通のコントローラ１６が、全てのＲＦ生成器１０を合わせたものに使用されてもよい。
【0079】
図７では１つの電力増幅器６８のみが示されているが、ＲＦ生成器１０は、複数の電力増幅器６８、つまり複数の電力出力を構成することができ、これらの電力出力の１つ以上は、それぞれの電力増幅器６８による入力ＲＦ信号の歪みを検出できるように、センサデータを検出するための出力センサ２２として方向性結合器を構成できる。
【0080】
さらに、信号解析部５２、処理部５４、及び周波数生成部５６は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）、又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって、１つのエンティティ５８に統合的に結合することが好ましいと考えられる。一般に、これらの構成要素は、プラズマ装置の伝送路における歪みの補償を提供できるように、また、異なるレシピ又は同じレシピ内の多数の可能なプラズマパラメータに対して、汎用性のあるプラットフォームとして構築されている。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7】