特表2022-532159マルチレベルＲＦ電力パルシングのために高周波（ＲＦ）信号発生器の自動周波数調整を行う方法およびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-13
(54)【発明の名称】マルチレベルＲＦ電力パルシングのために高周波（ＲＦ）信号発生器の自動周波数調整を行う方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20220706BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H05H1/46 L
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021566445
(86)(22)【出願日】2020-05-09
(85)【翻訳文提出日】2022-01-07
(86)【国際出願番号】 US2020032271
(87)【国際公開番号】W WO2020231881
(87)【国際公開日】2020-11-19
(31)【優先権主張番号】62/846,586
(32)【優先日】2019-05-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】エヴァンス・マシュー
(72)【発明者】
【氏名】ウー・イン
(72)【発明者】
【氏名】パターソン・アレクサンダー
【テーマコード（参考）】
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084BB01
2G084CC04
2G084CC08
2G084CC09
2G084DD02
2G084DD03
2G084DD38
2G084DD55
2G084HH05
2G084HH06
2G084HH25
2G084HH54
(57)【要約】
【解決手段】二次元周波数探索グリッドが、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第１座標軸と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第２座標軸とによって規定される。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態における第１出力電力レベルと、第２動作状態における第２出力電力レベルと、を有する。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態と第２動作状態とを周期的に繰り返すことによってマルチレベルＲＦ電力パルシングモードで動作する。自動探索処理が、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の最適値とを同時に決定するために、二次元周波数探索グリッド内で実行される。
【選択図】図１１
【選択図】図１１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作のために高周波（ＲＦ）信号発生器の自動周波数調整を行う方法であって、第１動作状態における前記ＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第１座標軸を有すると共に第２動作状態における前記ＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第２座標軸を有する二次元周波数探索グリッドを規定する工程であって、前記ＲＦ信号発生器は、前記第１動作状態における第１出力電力レベルと、前記第２動作状態における第２出力電力レベルとを有し、前記第１および第２出力電力レベルは、互いに異なっており、前記ＲＦ信号発生器は、前記第１動作状態と前記第２動作状態とを周期的に繰り返すことによって前記マルチレベルＲＦ電力パルシングモードで動作するようプログラムされている、工程と、
前記第１動作状態における前記ＲＦ信号発生器の前記動作周波数設定点の第１最適値と、前記第２動作状態における前記ＲＦ信号発生器の前記動作周波数設定点の第２最適値とを同時に決定するために、前記二次元周波数探索グリッド内で自動探索処理を実行する工程と、
前記第１最適値および前記第２最適値を用いて動作するように前記ＲＦ信号発生器を設定する工程と、
を備える、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、前記自動探索処理は、前記ＲＦ信号発生器を備えたプラズマ処理システムの制御システムによって指示される、方法。
【請求項3】
請求項２に記載の方法であって、前記自動探索処理は、複数回の反復を含み、各反復は、前記二次元周波数探索グリッド内の異なるセットの動作周波数設定点座標を用いて、前記プラズマ処理システム内でプラズマを生成するために、前記マルチレベルＲＦ電力パルシングモードで前記ＲＦ信号発生器を動作させることを含む、方法。
【請求項4】
請求項３に記載の方法であって、各反復は、前記ＲＦ信号発生器から前記プラズマへのＲＦ電力供給の経験的評価を含む、方法。
【請求項5】
請求項３に記載の方法であって、前記プラズマは、各反復において基板に暴露されるように生成され、前記基板は、前記プラズマに暴露される前記基板の上面に存在する標的材料の膜を有する、方法。
【請求項6】
請求項３に記載の方法であって、前記ＲＦ信号発生器は、バイアスＲＦ信号発生器であり、前記プラズマ処理システムは、前記バイアスＲＦ信号発生器とは別個の一次ＲＦ信号発生器を備え、各反復は、前記プラズマ処理システムにおいてさらなるプラズマを生成するために前記一次ＲＦ信号発生器を動作させることを含む、方法。
【請求項7】
請求項３に記載の方法であって、前記ＲＦ信号発生器は、一次ＲＦ信号発生器である、方法。
【請求項8】
請求項７に記載の方法であって、前記プラズマ処理システムは、前記一次ＲＦ信号発生器とは別個のバイアスＲＦ信号発生器を備え、各反復は、前記バイアスＲＦ信号発生器をオフにした状態で実行される、方法。
【請求項9】
請求項１に記載の方法であって、前記自動探索処理は、前記ＲＦ信号発生器からプラズマ負荷へのＲＦ電力供給を特徴付けるように規定されたコスト関数の最小化に対応する最適セットの周波数座標を前記二次元周波数探索グリッド内で決定するために、前記二次元周波数探索グリッド内で実行される三角形分割探索処理であり、前記最適セットの周波数座標は、前記第１最適値および前記第２最適値を含む、方法。
【請求項10】
請求項９に記載の方法であって、前記三角形分割探索処理は、前記二次元周波数探索グリッド内で順次形成される正三角形の頂点における前記コスト関数の評価を含む、方法。
【請求項11】
請求項１０に記載の方法であって、前記二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた正三角形のあらかじめ定められた頂点に対する前記コスト関数の評価は、前記第１および第２動作状態における前記ＲＦ信号発生器に対する動作周波数設定点として、前記二次元周波数探索グリッド内の前記あらかじめ定められた頂点に対する周波数座標を用いて、ある期間にわたって前記マルチレベルＲＦ電力パルシングモードで前記ＲＦ信号発生器を動作させることによって実行される、方法。
【請求項12】
請求項１１に記載の方法であって、前記期間は、約５秒以下である、方法。
【請求項13】
請求項１１に記載の方法であって、前記二次元周波数探索グリッド内の前記あらかじめ定められた正三角形の前記あらかじめ定められた頂点に対する前記コスト関数の評価は、前記期間にわたって前記第１動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均と、前記期間にわたって前記第２動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均と、前記期間にわたって前記第１動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均と、前記期間にわたって前記第２動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均と、の合計を算出することを含む、方法。
【請求項14】
請求項１３に記載の方法であって、前記三角形分割探索処理は、さらに、現在の正三角形の３つの頂点の中で最大のコスト関数値を有する前記現在の正三角形の特定の頂点を特定し、前記特定の頂点が、新たな頂点の位置と位置が維持された２つの他の頂点の位置とによって規定される新たな正三角形の形成に対応する前記二次元周波数探索グリッド内の前記新たな頂点の位置に到達するまで、前記現在の正三角形の２つの他の頂点の位置を維持しつつ、前記現在の正三角形の前記特定の頂点を前記現在の正三角形の重心を通って直線的に移動させることにより、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を含む、方法。
【請求項15】
請求項１４に記載の方法であって、前記三角形分割探索処理は、前記新たな正三角形が前の正三角形の繰り返しになるまで、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する前記処理を継続し、繰り返しになった時、前記三角形分割探索処理は、前記新たな正三角形のサイズを縮小して、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する前記処理を再開する、方法。
【請求項16】
請求項１５に記載の方法であって、前記三角形分割探索処理は、収束基準が満たされるまで、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成し、前記新たな正三角形が前記前の正三角形を繰り返したときに前記新たな正三角形のサイズを縮小する前記処理を継続する、方法。
【請求項17】
請求項１６に記載の方法であって、前記収束基準は、前記二次元周波数探索グリッド内の移動頂点の順次的な位置に対して評価された前記コスト関数値の変化が約５％以下であることを含み、前記収束基準は、前記新たな正三角形が前記二次元周波数探索グリッド内で約５キロヘルツ以下の辺長を有することを含み、前記収束基準は、前記二次元周波数探索グリッドの各周波数座標次元において前記移動頂点の位置の変化が約１キロヘルツ以下であることを含む、方法。
【請求項18】
マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作のために高周波（ＲＦ）信号発生器の自動周波数調整を行うシステムであって、基板支持構造および電極を備えたプラズマ処理チャンバと、
ＲＦ信号発生器であって、ＲＦ信号を生成して、前記ＲＦ信号発生器の出力を通して前記ＲＦ信号を伝送するよう構成されており、前記ＲＦ信号発生器は、第１動作状態における第１出力電力レベルと、第２動作状態における第２出力電力レベルとを有するよう設定され、前記第１および第２出力電力レベルは、互いに異なっており、前記ＲＦ信号発生器は、前記第１動作状態と前記第２動作状態とを周期的に繰り返すことによって前記マルチレベルＲＦ電力パルシングモードで動作するようプログラムされている、ＲＦ信号発生器と、
前記ＲＦ信号発生器の前記出力に接続された入力を有するインピーダンス整合システムであって、前記インピーダンス整合システムは、前記電極に接続された出力を有し、前記インピーダンス整合システムは、前記プラズマ処理チャンバ内で生成されるプラズマへ前記電極を通して前記ＲＦ信号を伝送することを可能にするために、前記ＲＦ信号発生器の前記出力におけるインピーダンスを制御するよう構成されている、インピーダンス整合システムと、
前記第１動作状態における前記ＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第１座標軸を有すると共に前記第２動作状態における前記ＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第２座標軸を有する二次元周波数探索グリッドを規定するようプログラムされた制御システムであって、前記制御システムは、前記第１動作状態における前記ＲＦ信号発生器の前記動作周波数設定点の第１最適値と、前記第２動作状態における前記ＲＦ信号発生器の前記動作周波数設定点の第２最適値とを同時に決定するために、前記二次元周波数探索グリッド内で自動探索処理を実行するようプログラムされている、制御システムと、
を備える、システム。
【請求項19】
請求項１８に記載のシステムであって、前記制御システムは、前記第１最適値および前記第２最適値を用いて動作するように前記ＲＦ信号発生器を設定するようプログラムされている、システム。
【請求項20】
請求項１８に記載のシステムであって、前記自動探索処理は、複数回の反復を含み、各反復に対して、前記制御システムは、前記二次元周波数探索グリッド内の異なるセットの動作周波数設定点座標を用いて、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するために、前記マルチレベルＲＦ電力パルシングモードで前記ＲＦ信号発生器の動作を指示するようプログラムされている、システム。
【請求項21】
請求項２０に記載のシステムであって、前記制御システムは、各反復において、前記ＲＦ信号発生器から前記プラズマへのＲＦ電力供給を経験的に評価するようプログラムされている、システム。
【請求項22】
請求項２０に記載のシステムであって、基板が、前記基板支持構造上に配置され、前記基板は、前記プラズマ処理チャンバ内のプラズマ生成領域に露出した前記基板の上面に存在する標的材料の膜を有し、前記プラズマは、前記自動探索処理の各反復で前記基板に暴露されるように生成される、システム。
【請求項23】
請求項２０に記載のシステムであって、前記ＲＦ信号発生器は、バイアスＲＦ信号発生器であり、前記システムは、さらに、前記バイアスＲＦ信号発生器とは別個の一次ＲＦ信号発生器を備え、前記制御システムは、前記自動探索処理の各反復中に前記プラズマ処理チャンバ内でさらなるプラズマを生成するために、前記一次ＲＦ信号発生器の動作を指示するようプログラムされている、システム。
【請求項24】
請求項２０に記載のシステムであって、前記ＲＦ信号発生器は、一次ＲＦ信号発生器である、システム。
【請求項25】
請求項２４に記載のシステムであって、さらに、前記一次ＲＦ信号発生器とは別個のバイアスＲＦ信号発生器を備え、
前記制御システムは、前記自動探索処理の各反復中に前記バイアスＲＦ信号発生器をオフにするようプログラムされている、システム。
【請求項26】
請求項１８に記載のシステムであって、前記制御システムは、前記ＲＦ信号発生器から前記プラズマへのＲＦ電力供給を特徴付けるように規定されたコスト関数の最小化に対応する最適セットの周波数座標を前記二次元周波数探索グリッド内で決定するために、前記二次元周波数探索グリッド内で三角形分割探索処理として前記自動探索処理を実行するようプログラムされており、前記最適セットの周波数座標は、前記第１最適値および前記第２最適値を含む、システム。
【請求項27】
請求項２６に記載のシステムであって、前記制御システムは、前記二次元周波数探索グリッド内で順次形成される正三角形の頂点における前記コスト関数を評価することにより、前記三角形分割探索処理を実行するようプログラムされている、システム。
【請求項28】
請求項２７に記載のシステムであって、前記制御システムは、前記二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた正三角形のあらかじめ定められた頂点に対する前記コスト関数を評価する際に、前記第１および第２動作状態における前記ＲＦ信号発生器に対する動作周波数設定点として、前記二次元周波数探索グリッド内の前記あらかじめ定められた頂点に対する周波数座標を用いて、ある期間にわたって前記マルチレベルＲＦ電力パルシングモードで前記ＲＦ信号発生器を動作させるよう指示することによって評価するようプログラムされている、システム。
【請求項29】
請求項２８に記載のシステムであって、前記制御システムは、前記期間を約５秒以下に設定するようプログラムされている、システム。
【請求項30】
請求項２８に記載のシステムであって、前記制御システムは、前記期間にわたって前記第１動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均と、前記期間にわたって前記第２動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均と、前記期間にわたって前記第１動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均と、前記期間にわたって前記第２動作状態の前記ＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均と、の合計を算出することにより、前記二次元周波数探索グリッド内の前記あらかじめ定められた正三角形の前記あらかじめ定められた頂点に対する前記コスト関数を評価するようプログラムされている、システム。
【請求項31】
請求項３０に記載のシステムであって、前記三角形分割探索処理の一部として、前記制御システムは、現在の正三角形の３つの頂点の中で最大のコスト関数値を有する前記現在の正三角形の特定の頂点を特定し、前記特定の頂点が、新たな頂点の位置と位置が維持された２つの他の頂点の位置とによって規定される新たな正三角形の形成に対応する前記二次元周波数探索グリッド内の前記新たな頂点の位置に到達するまで、前記現在の正三角形の２つの他の頂点の位置を維持しつつ、前記現在の正三角形の前記特定の頂点を前記現在の正三角形の重心を通って直線的に移動させることにより、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を実行するようプログラムされている、システム。
【請求項32】
請求項３１に記載のシステムであって、前記三角形分割探索処理の一部として、前記制御システムは、前記新たな正三角形が前の正三角形の繰り返しになるまで、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する前記処理を継続するようプログラムされており、繰り返しになった時、前記制御システムは、前記新たな正三角形のサイズを縮小して、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する前記処理を再開するようプログラムされている、システム。
【請求項33】
請求項３２に記載のシステムであって、前記三角形分割探索処理の一部として、前記制御システムは、収束基準が満たされるまで、前記二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成し、前記新たな正三角形が前記前の正三角形を繰り返したときに前記新たな正三角形の前記サイズを縮小する処理を継続するようプログラムされている、システム。
【請求項34】
請求項３３に記載のシステムであって、前記制御システムは、前記二次元周波数探索グリッド内の移動頂点の順次的な位置に対して評価された前記コスト関数値の変化が約５％以下であることを含む収束基準を適用するようプログラムされており、前記収束基準は、前記新たな正三角形が前記二次元周波数探索グリッド内で約５キロヘルツ以下の辺長を有することを含み、前記収束基準は、前記二次元周波数探索グリッドの各周波数座標次元において前記移動頂点の位置の変化が約１キロヘルツ以下であることを含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［技術分野］
【0002】
本開示は、半導体デバイス製造に関する。
【背景技術】
【0003】
［関連技術］
【0004】
半導体デバイス（集積回路、メモリセルなど）の製造では、一連の製造動作を実行して、半導体ウエハ（以降「ウエハ」）上にフィーチャを規定する。ウエハは、シリコン基板上に規定された多層構造の形態の集積回路デバイスを備える。基板レベルには、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。それに続くレベルには、所望の集積回路デバイスを規定するために、相互接続メタライゼーション配線がパターニングされて、トランジスタ素子に電気的に接続されている。また、パターニングされた導電層が、誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。
【0005】
多くの現代の半導体チップ製造処理は、プラズマの生成を含んでおり、プラズマに由来するイオンおよび／またはラジカル成分が、プラズマに暴露された基板の表面上での変化に直接的あるいは間接的に影響を与えるのに利用される。例えば、様々なプラズマベースの処理が、基板表面から材料をエッチングするため、基板表面上に材料を蒸着するため、または、基板表面上にすでに存在する材料を改質するために利用されうる。プラズマは、しばしば、処理ガスが励起されて所望のプラズマに変化するように、制御された環境内で処理ガスに高周波（ＲＦ）電力を印加することによって生成される。プラズマの特性は、以下を含むがそれらに限定されない多くの処理パラメータによって影響を受ける。特に、処理ガスの材料組成、処理ガスの流量、プラズマ生成領域および周囲構造の幾何学的特徴、処理ガスおよび周囲材料の温度、印加ＲＦ電力の周波数、印加ＲＦ電力の大きさ、ならびに、ＲＦ電力が印加される時間的方法。したがって、特にプラズマ生成領域へのＲＦ電力の供給に関しては、生成されるプラズマの特性に影響しうる処理パラメータの一部を理解、監視、および／または、制御することが重要である。本開示は、この文脈で生まれたものである。
【発明の概要】
【0006】
一実施形態例において、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作に向けてＲＦ信号発生器の自動周波数調整を行うための方法が開示されている。方法は、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第１座標軸を有すると共に第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第２座標軸を有する二次元周波数探索グリッドを規定する工程を備える。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態における第１出力電力レベルと、第２動作状態における第２出力電力レベルとを有しており、第１および第２出力電力レベルは、互いに異なっている。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態と第２動作状態とを周期的に繰り返すことによってマルチレベルＲＦ電力パルシングモードで動作するようプログラムされている。方法は、さらに、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第２最適値とを同時に決定するために、二次元周波数探索グリッド内で自動探索処理を実行する工程を備える。方法は、さらに、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第２最適値とを用いて動作させるために、ＲＦ信号発生器を設定する工程を備える。
【0007】
一実施形態例において、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作に向けてＲＦ信号発生器の自動周波数調整を行うためのシステムが開示されている。システムは、基板支持構造および電極を備えたプラズマ処理チャンバを備える。システムは、さらに、ＲＦ信号を生成して、ＲＦ信号発生器の出力を通してＲＦ信号を伝送するよう構成されたＲＦ信号発生器を備える。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態における第１出力電力レベルと、第２動作状態における第２出力電力レベルと、を有するよう設定されており、第１および第２出力電力レベルは、互いに異なっている。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態と第２動作状態とを周期的に繰り返すことによってマルチレベルＲＦ電力パルシングモードで動作するようプログラムされている。システムは、さらに、ＲＦ信号発生器の出力に接続された入力を有するインピーダンス整合システムを備える。インピーダンス整合システムは、電極に接続された出力を有する。インピーダンス整合システムは、プラズマ処理チャンバ内で生成されるプラズマへ電極を通してＲＦ信号を伝送することを可能にするために、ＲＦ信号発生器の出力におけるインピーダンスを制御するよう構成されている。システムは、さらに、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第１座標軸と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第２座標軸とを有する二次元周波数探索グリッドを規定するようプログラムされた制御システムを備える。制御システムは、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第２最適値とを同時に決定するために、二次元周波数探索グリッド内で自動探索処理を実行するようプログラムされている。
【0008】
本発明のその他の態様および利点については、本発明を例示した添付図面を参照しつつ行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】いくつかの実施形態に従って、半導体ウエハの製造に利用するプラズマ処理システムを示す垂直断面図。
【0010】
【0011】
【図1C】いくつかの実施形態に従って、制御モジュールを示す図。
【0012】
【図2】いくつかの実施形態に従って、一次ＲＦ信号発生器およびバイアスＲＦ信号発生器を備えたＲＦ信号発生器システムを示す図。
【0013】
【図3】いくつかの実施形態に従って、実質的に一定の一次ＲＦ電力を維持しつつ、バイアスＲＦ電力がパルス化されるマルチレベルＲＦ電力パルシング処理を示す動作線図。
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【図6A】いくつかの実施形態に従って、２Ｄ周波数探索グリッドの右下象限に配置され、頂点Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ３によって規定された初期正三角形を有する２Ｄ周波数探索グリッドを示す図。
【0019】
【図6B】いくつかの実施形態に従って、移動頂点Ｖ３が現在の正三角形の重心を通って移動して新たな正三角形の新たな頂点Ｖ４を形成する様子を描いた２Ｄ周波数探索グリッドを示す図。
【0020】
【図6C】いくつかの実施形態に従って、移動頂点Ｖ２が現在の正三角形の重心を通って移動して新たな正三角形の新たな頂点Ｖ５を形成する様子を描いた２Ｄ周波数探索グリッドを示す図。
【0021】
【0022】
【図6E】いくつかの実施形態に従って、頂点Ｖ１０が頂点Ｖ８に対応する前の位置に戻った後の正三角形のサイズの縮小を示す図。
【0023】
【図7A】いくつかの実施形態に従って、コスト関数（Ｊ）がもはや感知できるほど最小化できず、振動しないときについての最小コスト関数（Ｊ）収束基準を示すために、三角形分割探索アルゴリズムの反復にわたって規定された正三角形の各新たな頂点に対して評価されたコスト関数（Ｊ）のプロットを示す図。
【0024】
【図7B】いくつかの実施形態に従って、正三角形の辺長がもはや感知できるほど減少できないときについての最小コスト関数（Ｊ）収束基準を示すために、三角形分割探索アルゴリズムの反復にわたって正三角形の辺長のプロットを示す図。
【0025】
【図7C】いくつかの実施形態に従って、２Ｄ周波数探索グリッド内の移動頂点の周波数座標がもはや感知できるほど変更できず、振動しないときについての最小コスト関数（Ｊ）収束基準を示すために、三角形分割探索アルゴリズムの反復にわたって２Ｄ周波数探索グリッド内の移動頂点の周波数座標のプロットを示す図。
【0026】
【0027】
【図9】いくつかの実施形態に従って、バイアスＲＦ電力および一次ＲＦ電力の両方が同期的にパルスするマルチレベルＲＦ電力パルシング処理を示す動作線図。
【0028】
【図10】いくつかの実施形態に従って、バイアスＲＦ電力および一次ＲＦ電力の両方が非同期的にパルスするマルチレベルＲＦ電力パルシング処理を示す動作線図。
【0029】
【図11】いくつかの実施形態に従って、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作に向けてＲＦ信号発生器の自動周波数調整を行うための方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下の説明では、本開示の実施形態の理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本開示の実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本開示が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略している。
【0031】
マルチレベル高周波（ＲＦ）電力パルシングを含む半導体製造プラズマ処理レシピ工程を、最適なＲＦ安定性および性能に向けて周波数調整することを可能にする、自動方法および対応するシステムについての実施形態が、本明細書で開示されている。本明細書で開示されている実施形態は、半導体製造プラズマ処理ツールの中でも、導体エッチング半導体製造プラズマ処理ツールなど、電極および／またはアンテナ（コイル）へのＲＦ電力のマルチレベルパルシングを提供するために設けられた基本的に任意の半導体製造プラズマ処理ツールに関連して実施されうる。以下の量を同時に最適化および考慮する自動周波数チューナが、本明細書に開示されており、ここで、ＲＦ状態１は、ＲＦ発生器の高電力動作状態であり、ＲＦ状態２は、ＲＦ発生器の低電力動作状態であり、もしくは、その逆である：
ＲＦ状態１に対する反射ＲＦ電力、
ＲＦ状態２に対する反射ＲＦ電力、
ＲＦ状態１に対する設定点ＲＦ電圧／電力からの印加ＲＦ電圧／電力のずれ、および、
ＲＦ状態２に対する事前設定点ＲＦ電圧／電力からの印加ＲＦ電圧／電力のずれ。
ＲＦ状態１に対する反射ＲＦ電力、
ＲＦ状態２に対する反射ＲＦ電力、
ＲＦ状態１に対する設定点ＲＦ電圧／電力からの印加ＲＦ電圧／電力のずれ、および、
ＲＦ状態２に対する事前設定点ＲＦ電圧／電力からの印加ＲＦ電圧／電力のずれ。
【0032】
上記の４つの量の最適化は、上記の４つの量の集合的最小化に対応する。自動周波数チューナは、探索三角形分割処理（ｓｅａｒｃｈ ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて、コスト関数の評価を通して上記の４つの量の集合的最小化に対応する制約付き二次元（２Ｄ）周波数探索グリッド上の所定の周波数調整ポイントを決定する最適化器を備えており、ここで、２Ｄ周波数探索グリッドの第１次元は、ＲＦ状態１で動作するＲＦ発生器の設定点周波数であり、２Ｄ周波数探索グリッドの第２次元は、ＲＦ状態２で動作するＲＦ発生器の事前設定点周波数である。三角形分割探索プロセスの結果は、２Ｄ周波数探索グリッド内の設定点周波数座標の最適なセットであり、そのセットは、以下を含む：１）ＲＦ状態１で動作するＲＦ発生器に対する最適設定点周波数、および、２）ＲＦ状態２で動作するＲＦ発生器に対する最適事前設定点周波数。プラズマ処理システムのユーザインターフェース（ＵＩ）から利用可能なデータログパラメータを用いて、自動周波数チューナは、２Ｄ周波数探索グリッドに三角形分割探索プロセスを実行し、安定的なＲＦ発生器動作条件を満たす最適なセットの周波数座標を返す。
【0033】
半導体産業では、半導体基板が、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理チャンバおよび誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）プラズマ処理チャンバなど、様々なタイプのプラズマチャンバ内で加工動作を受けうる。ＣＣＰおよびＩＣＰ処理チャンバの両方において、プラズマ処理領域内で、処理ガスを、基板が暴露されるプラズマに変換する目的で、処理ガスを励起するために、高周波（ＲＦ）電力が利用される。プラズマ内の反応種および／または荷電種が、例として、基板上に存在する材料を改質する、基板上に材料を蒸着させる、または、基板から材料を除去／エッチングすることによって、基板の条件を変えるために、基板と相互作用する。ＣＣＰおよびＩＣＰ処理チャンバは、プラズマ処理領域内でプラズマを生成するためのＲＦ電力を受信する１または複数の電極を備えうる。また、ＣＣＰおよびＩＣＰ処理チャンバは、プラズマから基板に向かって荷電種を引き寄せるためのバイアス電圧を基板位置で（ウエハレベルで）生成するためのＲＦ電力を受信する１または複数の電極も備えうる。
【0034】
図１Ａは、いくつかの実施形態に従って、半導体ウエハの製造に利用するプラズマ処理システム１００を示す垂直断面図である。図１Ｂは、いくつかの実施形態に従って、図１Ａのプラズマ処理システムを示す上面図である。図１Ａの垂直断面図は、図１Ｂにおける矢視Ａ－Ａに対応する。図１Ａのプラズマ処理システム１００は、ＩＣＰタイプのプラズマ処理システムの一例である。本明細書で開示されている自動周波数調整方法およびそれに対応するシステムは、ＩＣＰおよびＣＣＰの両方のタイプのプラズマ処理システム、ならびに、ＲＦ信号発生器が異なる電力レベルの間で周期的にパルスでＲＦ電力を供給するよう動作され、ＲＦ信号発生器が異なる電力レベルで異なる最適動作周波数設定点を有する他のタイプのプラズマ処理システムで、実行および実装可能であることを理解されたい。しかしながら、説明しやすいように、自動周波数調整方法およびそれに対応するシステムは、図１Ａおよび図１Ｂに示すようにＩＣＰタイプのプラズマ処理システム例に関して、本明細書に記載されている。また、ＩＣＰ処理チャンバは、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）処理チャンバと呼ばれることもある。本明細書における議論を容易にするために、ＩＣＰ処理チャンバは、ＩＣＰ処理チャンバおよびＴＣＰ処理チャンバの両方を指すために用いられる。プラズマ処理システム１００は、処理チャンバ１０３のプラズマ処理空間１０６内で一次プラズマ１０５を生成するために、処理チャンバ１０３の外側に配置されたコイル１０１から処理チャンバ１０３内の処理ガスへＲＦ信号を伝送し、一次プラズマ１０５を用いて、一次プラズマ１０５の成分へ暴露するよう保持された基板１０７の条件の変化に影響を与える基本的に任意のタイプのＩＣＰ処理チャンバを表すことを理解されたい。図１Ａは、コイル１０１を示しており、コイル１０１からＲＦ信号がプラズマ処理空間１０６へ伝送されることで、基板１０７に暴露する一次プラズマ１０５がプラズマ処理空間１０６内で生成される。コイル１０１は、一次電極とも呼ばれる。
【0035】
いくつかの実施形態において、基板１０７は、製造手順を施されている半導体ウエハである。ただし、様々な実施形態において、基板１０７は、基本的に、プラズマベースの製造処理を受ける任意のタイプの基板であってよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、本明細書で用いられる基板１０７という用語は、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓ、または、ＳｉＣ、もしくは、その他の基板材料で形成された基板を指しうるものであり、ガラスパネル／基板、金属ホイル、金属シート、ポリマ材料などを含みうる。また、様々な実施形態において、本明細書で言及される基板１０７は、形態、形状、および／または、サイズが様々であってよい。例えば、いくつかの実施形態において、本明細書で言及される基板１０７は、２００ｍｍ（ミリメートル）半導体ウエハ、３００ｍｍ半導体ウエハ、または、４５０ｍｍ半導体ウエハに対応しうる。また、いくつかの実施形態において、本明細書で言及される基板１０７は、形状の中でも特に、平面パネルディスプレイ用の長方形基板など、非円形の基板に対応してもよい。
【0036】
処理チャンバ１０３のプラズマ処理空間１０６は、周囲構造１０９の中かつ上側窓構造１１１の下かつ基板支持構造１１３の上に形成されている。いくつかの実施形態において、周囲構造１０９は、プラズマ処理システム１００の動作中にプラズマ処理空間１０６内に存在する環境および材料と機械的および化学的に適合する導電材料（金属など）で形成される。これらの実施形態において、周囲構造１０９は、基準接地電位１１５に電気接続されうる。処理チャンバ１０３は、ドア１５１を備えており、それを通して、基板１０７がプラズマ処理空間１０６内へ移動され、そこから取り出されうる。
【0037】
基板支持構造１１３は、プラズマ処理空間１０６内で生成された一次プラズマ１０５に暴露させて基板１０７をしっかりと支持するよう構成されている。いくつかの実施形態において、基板支持構造１１３は、電気接続１２１を通してクランプ電源１１９によって電力を供給されうる１または複数のクランプ電極１１７を備えた静電チャックである。１または複数のクランプ電極１１７に供給された電力は、基板支持構造１１３上に基板１０７をクランプするための静電場を生成する。様々な実施形態において、クランプ電源１１９は、ＲＦ電力、直流（ＤＣ）電力、もしくは、ＲＦ電力およびＤＣ電力の両方の組みあわせ、のいずれかを１または複数のクランプ電極１１７へ供給するよう構成されうる。クランプ電源１１９がＲＦ電力を供給するよう構成されている実施形態において、クランプ電源１１９は、さらに、インピーダンス整合回路を備えており、それを通してＲＦ電力が伝送されることで、ＲＦ電力が１または複数のクランプ電極１１７から許容できないほど反射されないようになる。これらの実施形態において、クランプ電源１１９内のインピーダンス整合回路は、キャパシタおよび／またはインダクタの配列を備える。
【0038】
基板支持構造１１３は、さらに、プラズマ処理空間１０６内の基板１０７のレベル（高さ）でバイアス電圧（Ｖｂ）を生成するためにＲＦバイアス電力が供給されうるバイアス電極１２３を備えてよい。バイアス電極１２３からプラズマ処理空間１０６へ伝送されるＲＦ電力をバイアスＲＦ電力と呼ぶ。いくつかの実施形態において、バイアスＲＦ電力は、バイアスＲＦ信号発生器１２５によって生成され、電気接続１２７を通してインピーダンス整合システム１２９へ伝送され、その後、インピーダンス整合システム１２９から伝送ロッド１３１を通してバイアス電極１２３へ伝送される。伝送ロッド１３１は、処理チャンバ１０３の周囲構造１０９から電気的に絶縁されている。インピーダンス整合システム１２９は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力におけるインピーダンスが、バイアスＲＦ信号発生器１２５が動作するよう設計された負荷インピーダンス（通常は、約５０オーム）に十分近いことを保証するよう構成されたバイアスキャパシタおよび／またはインダクタの配列を備えており、その結果、バイアスＲＦ信号発生器１２５によって生成および伝送されるＲＦ信号は、効率的に（すなわち、許容不能な反射なしに）プラズマ処理空間１０６に伝送される。
【0039】
プラズマ処理システム１００は、１または複数の処理ガスを処理ガス供給源１３３から流体輸送構造１３５の配列を通してプラズマ処理空間１０６へ流すと共にコイル１０１から１または複数の処理ガスへＲＦ電力を印加することによって、基板１０７上の材料または表面の条件の変化に影響を与えるために基板１０７に暴露させる一次プラズマ１０５へ１または複数の処理ガスを変化させるように動作する。基板１０７の処理に起因する使用済みの処理ガスおよびその他の材料は、矢印１４９で示されているように、プラズマ処理空間１０６から１または複数の排気ポート１４７を通して排出される。
【0040】
コイル１０１は、上側窓構造１１１の上方に配置されている。図１Ａおよび図１Ｂの例において、コイル１０１は、ラジアルコイルアセンブリとして形成され、コイル１０１の網掛けの部分は図面のページ背面に向かって巻き、コイル１０１の網掛けのない部分は図面のページ前面に向かって巻いている。図１Ａおよび図１Ｂのコイル１０１は、例として提供されていることを理解されたい。様々な実施形態において、コイル１０１は、複数の区画を備えてよく、各区画は、上側窓構造１１１の上方で特定の対応する径方向の範囲に広がっている。これらの実施形態において、コイル１０１の各区画に供給されるＲＦ電力は、独立制御される。また、図１Ａおよび図１Ｂのコイル例１０１の巻回数（上側窓構造１１１の中心まわりの巻回数）は、例として提示されていることを理解されたい。様々な実施形態において、コイル１０１は、上側窓構造１１１を通してプラズマ処理空間１０６へ必要なＲＦ信号伝送を提供する必要に応じて、任意の巻回数ならびに任意の断面サイズおよび形状（円形、楕円形、長方形、台形など）を有してよい。様々な実施形態において、コイル１０１は、基本的に、上側窓構造１１１を通してプラズマ処理空間１０６へＲＦ電力を伝送するのに適した任意の構成を有してよいことを理解されたい。
【0041】
コイル１０１からプラズマ処理空間１０６へ伝送されるＲＦ電力をプラズマ一次ＲＦ電力と呼ぶ。プラズマ一次ＲＦ電力は、一次ＲＦ信号発生器１３７によって生成され、電気接続１３９を通してインピーダンス整合システム１４１へ伝送され、そして、電気接続１４３を通してコイル１０１へ伝送される。また、いくつかの実施形態において、帰還電気接続１４５が、コイル１０１からインピーダンス整合システム１４１へ伸びている。インピーダンス整合システム１４１は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力におけるインピーダンスが、一次ＲＦ信号発生器１３７が動作するよう設計された負荷インピーダンス（通常は、約５０オーム）に十分近いことを保証するように構成されたバイアスキャパシタおよび／またはインダクタの配列を備えており、その結果、一次ＲＦ信号発生器１３７によってコイル１０１に供給されるＲＦ信号は、許容不能な反射なしに効率的にプラズマ処理空間１０６に伝送される。
【0042】
プラズマ処理システム１００は、さらに、プラズマ処理システム１００の動作を制御するように構成および接続された制御システム１５３を備える。制御システム１５３は、処理ガス供給源１３３の制御を行うために、接続１５５を介して処理ガス供給源１３３に接続されている。制御システム１５３は、一次ＲＦ信号発生器１３７の制御を行うために、接続１５７を介して一次ＲＦ信号発生器１３７に接続されている。制御システム１５３は、インピーダンス整合システム１４１の制御を行うために、接続１５９を介してインピーダンス整合システム１４１に接続されている。制御システム１５３は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の制御を行うために、接続１６１を介してバイアスＲＦ信号発生器１２５に接続されている。制御システム１５３は、インピーダンス整合システム１２９の制御を行うために、接続１６３を介してインピーダンス整合システム１２９に接続されている。制御システム１５３は、クランプ電源１１９の制御を行うために、接続１６５を介してクランプ電源１１９に接続されている。様々な実施形態において、接続１５５、１５７、１５９、１６１、１６３、および、１６５のいずれも、有線接続、無線接続、光接続、または、それらの組みあわせのいずれかであってよいことを理解されたい。様々な実施形態において、制御システム１５３は、アクティブ制御に適しているプラズマ処理システム１００の基本的に任意の特徴を制御するように構成および接続されていることを理解されたい。また、様々な実施形態において、制御システム１５３は、プラズマ処理システム１００の動作に関連するあらゆるパラメータを測定および監視するために、プラズマ処理システム１００にわたって配置された様々な測定器およびセンサおよびその他のデータ取得デバイスに接続されていることを理解されたい。また、様々な実施形態において、制御システム１５３と、様々な測定器およびセンサおよびその他のデータ取得デバイスの各々との間のデータ／信号接続は、有線接続、無線接続、光接続、または、それらの組み合わせのいずれかであってよい。
【0043】
図１Ｃは、いくつかの実施形態に従って、制御システム１５３を示す図である。制御システム１５３は、プロセッサ１８１と、ストレージハードウェアユニット（ＨＵ）１８３（例えば、メモリ）と、入力ＨＵ１７１と、出力ＨＵ１７５と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１７３と、Ｉ／Ｏインターフェース１７７と、ネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ）１７９と、データ通信バス１８５と、を備える。プロセッサ１８１、ストレージＨＵ１８３、入力ＨＵ１７１、出力ＨＵ１７５、Ｉ／Ｏインターフェース１７３、Ｉ／Ｏインターフェース１７７、および、ＮＩＣ１７９は、データ通信バス１８５を介して互いにデータ通信する。入力ＨＵ１７１の例は、マウス、キーボード、スタイラス、データ取得システム、データ取得カード、などを含む。入力ＨＵ１７１は、処理ガス供給源１３３、一次ＲＦ信号発生器１３７、インピーダンス整合システム１４１、バイアスＲＦ信号発生器１２５、インピーダンス整合システム１２９、クランプ電源１１９、および／または、プラズマ処理システム１００内の任意の他のデバイスなど、複数の外部デバイスからのデータ通信を受信するよう構成されている。出力ＨＵ１７５の例は、ディスプレイ、スピーカ、デバイスコントローラ、などを含む。出力ＨＵ１７５は、処理ガス供給源１３３、一次ＲＦ信号発生器１３７、インピーダンス整合システム１４１、バイアスＲＦ信号発生器１２５、インピーダンス整合システム１２９、クランプ電源１１９、および／または、プラズマ処理システム１００内の任意の他のデバイスなど、複数の外部デバイスへのデータを送信するよう構成されている。
【0044】
ＮＩＣ１７９の例は、ネットワークインターフェースカード、ネットワークアダプタ、などを含む。様々な実施形態において、ＮＩＣ１７９は、特にイーサネットおよび／またはＥｔｈｅｒＣＡＴなど、１または複数の通信プロトコルおよび関連する物理層に従って動作するよう構成されている。Ｉ／Ｏインターフェ－ス１７３および１７７の各々は、Ｉ／Ｏインターフェ－スに接続された異なるハードウェアユニットの間の適合性を提供するように定義されている。例えば、Ｉ／Ｏインターフェース１７３は、入力ＨＵ１７１から受信された信号を、データ通信バス１８５に適合する形態、振幅、および／または、速度に変換するように定義されうる。また、Ｉ／Ｏインターフェース１７７は、データ通信バス１８５から受信された信号を、出力ＨＵ１７５に適合する形態、振幅、および／または、速度に変換するように定義されうる。本明細書に記載の様々な動作は、制御システム１５３のプロセッサ１８１によって実行されるが、いくつかの実施形態において、様々な動作が、制御システム１５３の複数のプロセッサによって、および／または、制御システム１５３とデータ通信する複数のコンピュータシステムの複数のプロセッサによって、実行されてもよいことを理解されたい。
【0045】
また、いくつかの実施形態において、制御システム１５３に関連付けられたユーザインターフェース（ＵＩ）が存在する。ユーザインターフェースは、ディスプレイ（例えば、装置および／または処理条件の表示スクリーンおよび／またはグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスとを含みうる。いくつかの実施形態において、制御システム１５３のＵＩは、処理ガス供給源１３３、一次ＲＦ信号発生器１３７、インピーダンス整合システム１４１、バイアスＲＦ信号発生器１２５、インピーダンス整合システム１２９、クランプ電源１１９、および／または、プラズマ処理システム１００内の任意の他のデバイス、の内の１または複数のためのＵＩを提供しうる。より具体的には、処理ガス供給源１３３、一次ＲＦ信号発生器１３７、インピーダンス整合システム１４１、バイアスＲＦ信号発生器１２５、インピーダンス整合システム１２９、クランプ電源１１９、および／または、プラズマ処理システム１００内の任意の他のデバイス、の内のいずれも、基板１０７の処理前、処理中、および、処理後のそれらの動作を制御するための集積電子機器を備えうる。いくつかの実施形態において、プラズマ処理システム１００内の各デバイスにおける集積電子機器は、プロセスエンジニアが制御システム１５３を用いてプラズマ処理システム１００内の任意のデバイスを制御することを可能にするために、ＮＩＣ１７９を介して制御システム１５３に接続されている。
【0046】
制御システム１５３は、処理ガス供給源１３３、一次ＲＦ信号発生器１３７、インピーダンス整合システム１４１、バイアスＲＦ信号発生器１２５、インピーダンス整合システム１２９、クランプ電源１１９、および／または、プラズマ処理システム１００内の任意の他の制御去可能なデバイスの動作を制御するための命令のセットなど、コンピュータプログラムを実行するよう構成されてよい。制御システム１５３は、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、ＲＦ発生器設定、インピーダンス整合システム設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、処理チャンバ１０３および他のウエハ移動ツールおよび／またはプラズマ処理システムと接続または連結されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示されている処理のいずれかを制御するようプログラム可能である。また、制御システム１５３に関連付けられたメモリデバイスに格納されたプログラムが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。制御システム１５３の動作を指示するためのソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されてよい。制御システム１５３の動作ひいてはプラズマ処理システム１００の動作を指示するためのコンピュータプログラムは、任意の従来のコンピュータ読み取り可能なプログラミング言語（例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなどで書かれてよい。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プラグラム内に特定されたタスクを実行するために、プロセッサ１８１によって実行される。
【0047】
制御システム１５３は、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御する様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義される。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態で制御システム１５３に伝えられて、基板１０７に対して所定の処理を実行するようにプラズマ処理システム１００を動作させるための動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、基板１０７の１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【0048】
いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、「クラウド」内に実装されるか、または、ファブホストコンピュータシステムの一部として実装され、それにより、プラズマ処理システム１００を制御するためのリモートアクセスが可能になる。いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、製造動作の現在の進捗の監視、過去の製造動作の履歴の調査、複数の製造動作からの傾向または性能指標の調査、現在の処理動作に関連するパラメータの調整、現在の処理動作に従うよう処理工程の設定、もしくは、新たな処理動作の開始を提供するために、プラズマ処理システム１００へのリモートアクセスを可能にする。いくつかの例において、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）を通しての制御システム１５３のアクセスが、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してプラズマ処理システム１００へ処理レシピを提供するために利用されうる。リモートコンピュータにより、制御システム１５３は、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを提供することができ、パラメータおよび／または設定は、その後に、リモートコンピュータからプラズマ処理システム１００に通信される。いくつかの例において、制御システム１５３は、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続しまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、制御システム１５３は、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散制御システム１５３の一例は、プラズマ処理システム１００内の処理の実行を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として、リモートに配置されている、など）１または複数の集積回路と通信するプラズマ処理システム１００内の１または複数の集積回路である。
【0049】
図２は、いくつかの実施形態に従って、一次ＲＦ信号発生器１３７およびバイアスＲＦ信号発生器１２５を備えたＲＦ信号発生器システム２００を示す。一次ＲＦ信号発生器１３７は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０から接続１３９を通してインピーダンス整合システム１４１の入力２１７へ、そして、インピーダンス整合システム１４１の出力２２３から接続１４３を通してプラズマ処理システム１００のコイル１０１へ、ＲＦ信号を供給するように接続されている。バイアスＲＦ信号発生器１２５は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１から接続１２７を通してインピーダンス整合システム１２９の入力２７５へ、そして、インピーダンス整合システム１２９の出力２７７から接続１３１を通しててプラズマ処理システム１００のバイアス電極１２３へ、ＲＦ信号を供給するように接続されている。
【0050】
インピーダンス整合システム１４１は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０におけるインピーダンスを設計インピーダンス（通常は、５０オーム）に整合させるように電気回路内で接続されたキャパシタおよびインダクタの組みあわせを備える。インピーダンス整合システム１２９も、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１におけるインピーダンスを設計インピーダンス（通常は、５０オーム）に整合させるように電気回路内で接続されたキャパシタおよびインダクタの組みあわせを備える。インピーダンス整合システム１４１は、さらに、インピーダンス整合システム１４１が、インピーダンス整合システム１４１の外側のシステムへデータを送信し、かかるシステムからデータを受信することを可能にするＮＩＣ２３９を備える。インピーダンス整合システム１４１のＮＩＣ２３９は、接続１５９によって示されているように、制御システム１５３のＮＩＣ１７９とデータ通信する。また、インピーダンス整合システム１２９は、インピーダンス整合システム１２９が、インピーダンス整合システム１２９の外側のシステムへデータを送信し、かかるシステムからデータを受信することを可能にするネットワークインターフェースコントローラ２３９を備える。インピーダンス整合システム１２９のＮＩＣ２７９は、接続１６３によって示されているように、制御システム１５３のＮＩＣ１７９とデータ通信する。ＮＩＣ２３９および２７９の例は、それぞれ、ネットワークインターフェースカード、ネットワークアダプタ、などを含む。様々な実施形態において、ＮＩＣ２３９および２７９は、特にイーサネットおよび／またはＥｔｈｅｒＣＡＴなど、１または複数のネットワーク通信プロトコルおよび関連する物理層に従って動作するよう構成されている。
【0051】
一次ＲＦ信号発生器１３７は、ＲＦ信号を生成するためのオシレータ２０３を備える。オシレータ２０３は、ＲＦ範囲内の特定の周波数を有する周期的な振動電気信号（正弦波電子信号など）を生成する電子回路である。オシレータ２０３は、設定周波数で振動することができ、ここで、設定周波数は、いくつかの実施形態において、約１００メガヘルツ（ＭＨｚ）までの範囲内にある。本明細書で開示されている数値に関して、本明細書で用いられている「約」という用語は、あらかじめ定められた数値の±１０％の範囲内であることを意味する。いくつかの実施形態において、オシレータ２０３は、約１１ＭＨｚ～約１５ＭＨｚの周波数範囲内で振動するよう設定される。いくつかの実施形態において、オシレータ２０３は、約１２．８８２ＭＨｚ～約１４．２３８ＭＨｚの周波数範囲内で振動するよう設定される。オシレータ２０３の出力は、電力増幅器２０５の入力に接続されている。電力増幅器２０５は、オシレータ２０３によって生成されたＲＦ信号を増幅し、増幅されたＲＦ信号を電力増幅器２０５の出力を通して一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０へ伝送する。
【0052】
一次ＲＦ信号発生器１３７は、さらに、一次ＲＦ信号発生器１３７のすべての動作態様の制御を提供するよう構成された制御システム２０９を備える。いくつかの実施形態において、制御システム２０９は、プラズマ処理システム１００の制御システム１５３と同様に構成される。例えば、いくつかの実施形態において、制御システム２０９は、プロセッサと、データストレージデバイスと、入力／出力インターフェースと、プロセッサ、データストレージデバイス、および、入力／出力インターフェースが互いにデータを通信するためのデータバスと、を備える。制御システム２０９は、接続２０４によって示されているように、オシレータ２０３の制御を提供するように接続されている。また、制御システム２０９は、接続２０６によって示されているように、電力増幅器２０５の制御を提供するように接続されている。一次ＲＦ信号発生器１３７は、さらに、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０に接続された電圧／電流（Ｖ／Ｉ）センサ２０７を備える。Ｖ／Ｉセンサ２０７は、接続２０８によって示されているように、制御システム２０９に接続されている。この構成において、Ｖ／Ｉセンサ２０７は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０に存在する電圧および電流のリアルタイムな測定値を制御システム２０９に提供する。
【0053】
制御システム２０９は、さらに、制御システム２０９が、一次ＲＦ信号発生器１３７の外側のシステムへデータを送信し、かかるシステムからデータを受信することを可能にするＮＩＣ２１１を備える。一次ＲＦ信号発生器１３７のＮＩＣ２１１は、接続１５７によって示されているように、制御システム１５３のＮＩＣ１７９とデータ通信する。ＮＩＣ２１１の例は、ネットワークインターフェースカード、ネットワークアダプタ、などを含む。様々な実施形態において、ＮＩＣ２１１は、特にイーサネットおよび／またはＥｔｈｅｒＣＡＴなど、１または複数のネットワーク通信プロトコルおよび関連する物理層に従って動作するよう構成されている。
【0054】
制御システム２０９は、一次ＲＦ信号発生器１３７の基本的に任意の態様を制御するように接続および構成されていることを理解されたい。そして、制御システム２０９は、一次ＲＦ信号発生器１３７内の基本的に任意の位置における基本的に任意の物理的および／または電気的な状態、条件、および／または、パラメータを監視するように、接続および構成されうることを理解されたい。制御システム２０９は、さらに、所定のアルゴリズムに従って一次ＲＦ信号発生器１３７の動作を指示するよう構成されている。例えば、制御システム２０９は、入力および制御の命令／プログラムを実行することによって、一次ＲＦ信号発生器１３７を動作させるよう構成される。入力および制御の命令／プログラムは、一次ＲＦ信号発生器１３７の動作および制御に関連するパラメータの中でも、目標ＲＦ電力設定点および目標周波数設定点を時間の関数として含む。
【0055】
バイアスＲＦ信号発生器１２５は、ＲＦ信号を生成するためのオシレータ２７７を備える。オシレータ２７７は、ＲＦ範囲内の特定の周波数を有する周期的な振動電気信号（正弦波電子信号など）を生成する電子回路である。オシレータ２７７は、設定周波数で振動することができ、ここで、設定周波数は、いくつかの実施形態において、約１００メガヘルツ（ＭＨｚ）までの範囲内にある。いくつかの実施形態において、オシレータ２７７は、約１１ＭＨｚ～約１５ＭＨｚの周波数範囲内で振動するよう設定される。いくつかの実施形態において、オシレータ２７７は、約１２．８８２ＭＨｚ～約１４．２３８ＭＨｚの周波数範囲内で振動するよう設定される。いくつかの実施形態において、オシレータ２７７は、約０．９ＭＨｚ～約１．１ＭＨｚの周波数範囲内で振動するよう設定される。オシレータ２７７の出力は、電力増幅器２７９の入力に接続されている。電力増幅器２７９は、オシレータ２７７によって生成されたＲＦ信号を増幅し、増幅されたＲＦ信号を電力増幅器２７９の出力を通してバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１へ伝送する。
【0056】
バイアスＲＦ信号発生器１２５は、さらに、バイアスＲＦ信号発生器１２５のすべての動作態様の制御を提供するよう構成された制御システム２８１を備える。いくつかの実施形態において、制御システム２８１は、プラズマ処理システム１００の制御システム１５３と同様に構成される。例えば、いくつかの実施形態において、制御システム２８１は、プロセッサと、データストレージデバイスと、入力／出力インターフェースと、プロセッサ、データストレージデバイス、および、入力／出力インターフェースが互いにデータを通信するためのデータバスと、を備える。制御システム２８１は、接続２７８によって示されているように、オシレータ２７７の制御を提供するように接続されている。また、制御システム２８１は、接続２８０によって示されているように、電力増幅器２７９の制御を提供するように接続されている。バイアスＲＦ信号発生器１２５は、さらに、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１に接続された電圧／電流（Ｖ／Ｉ）センサ２８５を備える。Ｖ／Ｉセンサ２８５は、接続２８２によって示されているように、制御システム２８１に接続されている。この構成において、Ｖ／Ｉセンサ２８５は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１に存在する電圧および電流のリアルタイムな測定値を制御システム２８１に提供する。
【0057】
制御システム２８１は、さらに、制御システム２８１が、バイアスＲＦ信号発生器１２５の外側のシステムへデータを送信し、かかるシステムからデータを受信することを可能にするＮＩＣ２８３を備える。バイアスＲＦ信号発生器１２５のＮＩＣ２８３は、接続１６１によって示されているように、制御システム１５３のＮＩＣ１７９とデータ通信する。ＮＩＣ２８３の例は、ネットワークインターフェースカード、ネットワークアダプタ、などを含む。様々な実施形態において、ＮＩＣ２８３は、特にイーサネットおよび／またはＥｔｈｅｒＣＡＴなど、１または複数のネットワーク通信プロトコルおよび関連する物理層に従って動作するよう構成されている。
【0058】
制御システム２８１は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の基本的に任意の態様を制御するように接続および構成されていることを理解されたい。そして、制御システム２８１は、バイアスＲＦ信号発生器１２５内の基本的に任意の位置における基本的に任意の物理的および／または電気的な状態、条件、および／または、パラメータを監視するように、接続および構成されうることを理解されたい。制御システム２８１は、さらに、所定のアルゴリズムに従ってバイアスＲＦ信号発生器１２５の動作を指示するよう構成されている。例えば、制御システム２８１は、入力および制御の命令／プログラムを実行することによって、バイアスＲＦ信号発生器１２５を動作させるよう構成される。入力および制御の命令／プログラムは、バイアスＲＦ信号発生器１２５の動作および制御に関連するパラメータの中でも、目標ＲＦ電力設定点および目標周波数設定点を時間の関数として含む。
【0059】
いくつかの実施形態において、一次ＲＦ信号発生器１３７の制御システム２０９は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０におけるリアルタイムの反射係数（すなわち、ガンマ（Γ））を決定するようプログラムされており、ここで、Γ＝Ｖｒ／Ｖｆ、Ｖｒは、反射ＲＦ信号の複素振幅であり、Ｖｆは、順方向ＲＦ信号の複素振幅である。また、いくつかの実施形態において、一次ＲＦ信号発生器１３７の制御システム２０９は、さらに、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を決定するようプログラムされており、ここで、ＶＳＷＲ＝｜Ｖｍａｘ｜／｜Ｖｍｉｎ｜＝（（１＋｜Γ｜））／（（１－｜Γ｜））、｜Ｖｍａｘ｜＝｜Ｖｆ｜＋｜Ｖｒ｜、｜Ｖｍｉｎ｜＝｜Ｖｆ｜－｜Ｖｒ｜、である。一次ＲＦ信号発生器１３７によって生成されたＲＦ信号に関連する反射ＲＦ電力の最小化は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０における反射係数が可能な限りゼロに近づいたときに起きる。また、一次ＲＦ信号発生器１３７によって生成されたＲＦ信号に関連する反射ＲＦ電力の最小化は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０におけるＶＳＷＲが可能な限り１に近づいたときに起こり、ここで、１は、ＶＳＷＲの可能最小値である。いくつかの実施形態において、制御システム２０９は、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０におけるリアルタイムの測定電圧を用いて、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０におけるリアルタイムの反射係数および／またはＶＳＷＲを算出するようプログラムされる。一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０において得られた電圧測定値を用いて決定された、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０におけるリアルタイムの反射係数および／またはＶＳＷＲは、一次ＲＦ信号発生器１３７の周波数設定点を最適化するために、コスト関数で利用されてよい。
【0060】
同様に、いくつかの実施形態において、バイアスＲＦ信号発生器１２５の制御システム２８１は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における反射係数（すなわち、ガンマ（Γ））およびＶＳＷＲを決定するようプログラムされている。バイアスＲＦ信号発生器１２５によって生成されたＲＦ信号に関連する反射ＲＦ電力の最小化は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における反射係数が可能な限りゼロに近づいたときに起きる。また、バイアスＲＦ信号発生器１２５によって生成されたＲＦ信号に関連する反射ＲＦ電力の最小化は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１におけるＶＳＷＲが可能な限り１に近づいたときに起こり、ここで、１は、ＶＳＷＲの可能最小値である。いくつかの実施形態において、制御システム２８１は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１におけるリアルタイムの測定電圧を用いて、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１におけるリアルタイムの反射係数および／またはＶＳＷＲを算出するようプログラムされる。バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１において得られた電圧測定値を用いて決定された、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１におけるリアルタイムの反射係数および／またはＶＳＷＲは、高周波ＲＦ信号発生器２０２の出力２７１において、反射係数を可能な限りゼロ近くまで最小化するため、および／または、ＶＳＷＲを可能な限り１近くまで最小化するために、フィードバック信号として利用されてよい。また、高周波ＲＦ信号発生器２０２内で得られた電圧測定値を用いて決定された、高周波ＲＦ信号発生器２０２の出力２７１におけるリアルタイムの反射係数および／またはＶＳＷＲは、バイアスＲＦ信号発生器１２５の周波数設定点を最適化するために、コスト関数で利用されてよい。
【0061】
プラズマ処理システム１００は、様々なプラズマベースの半導体加工用途において（例えば、プラズマエッチングなどにおいて）、プラズマ処理制御にいくつかの利点を有する。プラズマ処理システム１００は、プラズマ密度（イオン束／ラジカル束）およびイオンエネルギの独立制御を提供する。具体的には、プラズマ密度は、一次ＲＦ信号発生器１３７からコイル１０１へ、そして、上側窓構造１１１を通してプラズマ処理空間１０６内へ伝送されるプラズマ一次ＲＦ電力によって、ある程度まで制御可能である。そして、イオンエネルギは、バイアスＲＦ信号発生器１２５からバイアス電極１２３へ、そして、プラズマ処理空間１０６内へ可能である。プラズマ密度（イオン束およびラジカル束に直接相関する）およびイオンエネルギの独立制御は、いくつかの半導体加工用途において特に有用である。例えば、求められるエッチング速度を得るために高プラズマ密度が必要とされ、基板上に存在する１または複数の材料（フォトレジスト材料など）への損傷を低減するために低イオンエネルギが求められるパターニング用途で有用である。パターニング用途に加えて、多くの他のプラズマベース半導体加工用途も、プラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御から恩恵を受けうることを理解されたい。例えば、プラズマ密度およびイオンエネルギの独立制御は、深いトレンチおよび／またはホールの底部におけるエッチフロントを維持するために高いイオンエネルギおよび方向性が必要である高アスペクト比（ＨＡＲ）エッチング用途で有用でありうる。いくつかの実施形態において、プラズマ一次ＲＦ電力／周波数およびバイアスＲＦ電力／周波数は、所望の結果を達成するために同時に異なる方法で制御される必要がありうる。例えば、いくつかの実施形態において、低イオンエネルギと同時に高いプラズマ密度を得るためには、プラズマ一次ＲＦ電力は高い必要があり、それと同時に、バイアスＲＦ電力は低い必要がある。
【0062】
いくつかの状況において、コイル１０１から上側誘電体窓１１１を通してプラズマ処理空間１０６へ伝送されるプラズマ一次ＲＦ電力は、必要なエッチング速度および／またはエッチング選択比を得るために、基板１０７レベルで十分な密度を提供しない。このことの１つの理由は、コイル１０１から伝送されたプラズマ一次ＲＦ電力によって生成された一次プラズマ１０５の密度が、コイル１０１からの距離が増すと共に減少することである。したがって、コイル１０１と基板支持構造１１３との間の距離が増すにつれて、基板１０７レベルで必要なプラズマ密度を実現することが困難になる。また、バイアス電極１２３に印加されるより低い周波数のバイアスＲＦ電力は、基板１０７付近のプラズマ密度にあまり寄与することなしに、基板１０７上のＤＣバイアス電圧（Ｖｂ）を生成する。さらに、上側窓構造１１１のオーバーヒートによって損傷が起きる可能性があることから、コイル１０１に供給されるプラズマ一次ＲＦ電力を、指定された最大量（約３ｋＷ（キロワット）など）を超えて単純に増加させることは不可能な場合がある。また、コイル１０１と基板支持構造１１３との間の距離を短くすることは、コストのかかる処理チャンバ１０３の再設計を必要として、潜在的に、基板１０７レベルでのプラズマ均一性に関する問題を引き起こし、他の課題を提示しうる。
【0063】
基板１０７レベルでのイオンエネルギの増大を引き起こすことなしに基板１０７レベルでのプラズマ密度の増大を提供することができる。バイアス電極１２３は、基板１０７レベルで局所的に補充プラズマ密度１５４（図１Ａを参照）を生成するために、特別に制御されたＲＦ信号をプラズマ処理空間１０６へ伝送するために利用されうる。基板１０７レベルで、有効プラズマ密度は、コイル１０１に供給されたプラズマ一次ＲＦ電力によって生成されるプラズマ密度と、バイアス電極１２３に供給されたバイアスＲＦ電力によって生成されるプラズマ密度との合計である。様々な実施形態において、基板１０７レベルでのイオンエネルギを増大させてまたは増大させずに、基板１０７において局所的に補充プラズマ密度１５４を生成することが可能である。バイアスＲＦ信号発生器１２５によって基板１０７レベルで印加されるバイアスＲＦ電力は、基板１０７レベルで（すなわち、基板の直上で）補充プラズマ密度１５４を生成するように制御される。一般に、バイアスＲＦ信号発生器１２５によって供給されたＲＦ信号によって生成されるバイアス電圧（Ｖｂ）は、これらのＲＦ信号の周波数（ｆ）に反比例する（Ｖｂ∝１／ｆ）。バイアスＲＦ電力（Ｐｂ）は、バイアス電圧（Ｖｂ）およびバイアス電流（Ｉｂ）の積すなわち（Ｐｂ＝Ｖｂ＊Ｉｂ）で与えられるので、バイアス電圧（Ｖｂ）が低いと、同じバイアスＲＦ電力（Ｐｂ）を保つために、バイアス電流（Ｉｂ）は、それに対応して高い必要がある。したがって、あらかじめ定められたバイアスＲＦ電力（Ｐｂ）からより高いプラズマ密度を達成するためには、より低いバイアス電圧（Ｖｂ）およびそれに対応してより高いバイアス電流（Ｉｂ）を有する必要がある。そして、バイアス電圧（Ｖｂ）は、バイアスＲＦ信号の周波数（ｆ）に反比例するので、あらかじめ定められたバイアスＲＦ電力（Ｐｂ）に対してより低いバイアス電圧（Ｖｂ）を得るために、バイアスＲＦ信号の周波数（ｆ）は増大されうる。したがって、基板１０７レベルで生成される補充プラズマ密度１５４の増大を得るために、バイアス電圧（Ｖｂ）を低く維持すると同時に、より高い周波数（ｆ）のＲＦ信号が、バイアス電極１２３に供給されうる。そして、基板１０７レベルで生成される補充プラズマ密度１５４の増大を得るために、バイアス電圧（Ｖｂ）を高く維持すると同時に、より低い周波数（ｆ）のＲＦ信号が、バイアス電極１２３に供給されうる。
【0064】
いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、マルチレベルＲＦ電力パルシング処理に従って、一次ＲＦ信号発生器１３７および／またはバイアスＲＦ信号発生器１２５の動作を指示するようプログラムされている。図３は、いくつかの実施形態に従って、実質的に一定の一次ＲＦ電力を維持しつつ、バイアスＲＦ電力がパルス化されるマルチレベルＲＦ電力パルシング処理を示す動作線図である。一次ＲＦ信号発生器１３７からコイル１０１へ供給される一次ＲＦ電力は、線３０１で示されるように、処理の持続時間にわたって一次電力レベル（ＰＰ１）で実質的に一定に保持されている。バイアスＲＦ信号発生器１２５からバイアス電極１２３へ供給されるバイアスＲＦ電力は、線３０３で示されるように、処理の持続時間にわたって低バイアス電力レベル（ＢＰ１）と高バイアス電力レベル（ＢＰ２）との間でパルス化されている。高バイアス電力レベル（ＢＰ２）は、第１動作状態（Ｓ１）中に発生する。低バイアス電力レベル（ＢＰ１）は、第２動作状態（Ｓ２）中に発生する。第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）は、処理の持続時間にわたって周期的に（交互かつ順次に）発生する。様々な実施形態において、あらかじめ定められた第１動作状態（Ｓ１）の持続時間が、オペレータによって指定され、あらかじめ定められた第２動作状態（Ｓ２）の持続時間が、オペレータによって指定される。様々な実施形態において、あらかじめ定められた第１動作状態（Ｓ１）の持続時間は、あらかじめ定められた第２動作状態（Ｓ２）の持続時間と同じまたは異なりうる。例えば、いくつかの実施形態において、あらかじめ定められた第１動作状態（Ｓ１）の持続時間は、あらかじめ定められた第２動作状態（Ｓ２）の持続時間と実質的に等しい。あるいは、様々な実施形態において、あらかじめ定められた第１動作状態（Ｓ１）の持続時間は、あらかじめ定められた第２動作状態（Ｓ２）の持続時間よりも短い。あるいは、様々な実施形態において、あらかじめ定められた第１動作状態（Ｓ１）の持続時間は、あらかじめ定められた第２動作状態（Ｓ２）の持続時間よりも長い。また、高バイアス電力レベル（ＢＰ２）および低バイアス電力レベル（ＢＰ１）は、オペレータによって指定される。高バイアス電力レベル（ＢＰ２）と低バイアス電力レベル（ＢＰ１）との間の遷移、および、その逆の遷移が、プラズマのインピーダンスの変化を引き起こす。したがって、高バイアス電力レベル（ＢＰ２）および低バイアス電力レベル（ＢＰ１）にそれぞれ対応する第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の各々に対して、バイアスＲＦ信号発生器１２５は、異なる最適動作周波数設定点を有する。第１動作状態（Ｓ１）に対して、バイアスＲＦ信号発生器１２５は、第１最適動作周波数設定点（ＦＢ１Ｓ１）を有する。そして、第２動作状態（Ｓ２）に対して、バイアスＲＦ信号発生器１２５は、第２最適動作周波数事前設定点（ＦＢ１Ｓ２）を有する。
【0065】
１つの第１動作状態（Ｓ１）の持続時間および１つの第２動作状態（Ｓ２）の持続時間の合計が、バイアスＲＦ電力パルスサイクルの持続時間を与える。いくつかの実施形態において、バイアスＲＦ電力は、高バイアス電力レベル（ＢＰ２）と低バイアス電力レベル（ＢＰ１）との間で迅速に変えられる。例えば、いくつかの実施形態において、バイアスＲＦ電力パルスサイクルの持続時間は、１００マイクロ秒のオーダーである。しかしながら、いくつかの実施形態において、バイアスＲＦ電力パルスサイクルの持続時間は、１００マイクロ秒より短くてもよいし、長くてもよい。ポイントは、高バイアス電力レベル（ＢＰ２）と低バイアス電力レベル（ＢＰ１）との間で非常に迅速な切り替えが起きるように、バイアスＲＦ電力パルスサイクルの持続時間が非常に短いことである。バイアスＲＦ電力レベルが迅速に変化している時、第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の一方のみが、供給されるバイアスＲＦ電力を最大化するために、インピーダンス整合システム１２９を用いて調整されうる。第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の他方は、供給されるバイアスＲＦ電力を最大化するために、バイアスＲＦ信号発生器１２５の周波数を用いて調整される必要がある。例えば、いくつかの実施形態において、第１動作状態（Ｓ１）（高バイアス電力）は、インピーダンス整合システム１２９内の１または複数のキャパシタ設定を用いて、供給されるバイアスＲＦ電力を最大化するために調整され、第２動作状態（Ｓ２）（低バイアス電力）は、バイアスＲＦ信号発生器１２５の周波数設定を用いて、供給されるバイアスＲＦ電力またはウエハ平面における持続電圧を最大化するために調整される。
【0066】
第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の両方においてプラズマへのＲＦ電力供給を最大化するために、第１動作周波数設定点（ｆＢ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＢ１Ｓ２）は、第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の両方においてバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における反射ＲＦ電力を同時に最小化すると共に、第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の両方においてバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１で測定される印加電圧／電力と設定点電圧／電力との差を同時に最小化するように設定されなければならない。したがって、図３のマルチレベルバイアスＲＦ電力パルシング処理の例では、バイアスＲＦ信号発生器１２５に対して二次元周波数設定点グリッドが存在し、二次元周波数設定点グリッドの横軸は第１動作周波数設定点（ｆＢ１Ｓ１）であり、二次元周波数設定点グリッドの縦軸は第２動作周波数事前設定点（ｆＢ１Ｓ２）である。最適なセットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝が、以下を含む二次元周波数設定点グリッド内に存在する：１）第１動作状態（Ｓ１）中に印加される第１動作周波数設定点の最適値（ＦＢ１Ｓ１）、および、２）第２動作状態（Ｓ２）中に印加される第２動作周波数事前設定点の最適値（ＦＢ１Ｓ２）。人が、図３のマルチレベルＲＦ電力パルシング処理のためにバイアスＲＦ信号発生器１２５を調整するタスクを課せられた場合、以下の最適化条件を同時に満たす最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝を選択しなければならない：
第１動作状態（Ｓ１）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における最小反射係数（Γ）、
第２動作状態（Ｓ２）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における最小反射係数（Γ）、
第１動作状態（Ｓ１）のための設定点電圧／電力からのバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における電圧／電力の最小ずれ、および、
第２動作状態（Ｓ２）のための設定点電圧／電力からのバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における電圧／電力の最小ずれ。
第１動作状態（Ｓ１）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における最小反射係数（Γ）、
第２動作状態（Ｓ２）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における最小反射係数（Γ）、
第１動作状態（Ｓ１）のための設定点電圧／電力からのバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における電圧／電力の最小ずれ、および、
第２動作状態（Ｓ２）のための設定点電圧／電力からのバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における電圧／電力の最小ずれ。
【0067】
図４Ａは、いくつかの実施形態に従って、図３のマルチレベルバイアスＲＦ電力パルシング処理例について、第１動作周波数設定点（ｆＢ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＢ１Ｓ２）によって規定された２Ｄ周波数設定点グリッドにおいて、第１動作状態（Ｓ１）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１での反射係数（ΓＢ１Ｓ１）を示す。図４Ｂは、いくつかの実施形態に従って、図３のマルチレベルバイアスＲＦ電力パルシング処理例について、第１動作周波数設定点（ｆＢ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＢ１Ｓ２）によって規定された２Ｄ周波数設定点グリッドにおいて、第２動作状態（Ｓ２）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１での反射係数（ΓＢ１Ｓ２）を示す。図４Ａは、第１動作状態（Ｓ１）中にバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における反射係数（ΓＢ１Ｓ１）を最小化することに関して、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝に多数の値が許容されることを示している。しかしながら、図４Ｂは、第２動作状態（Ｓ２）中にバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１における反射係数（ΓＢ１Ｓ２）を最小化することに関して、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝に許容される値の数は限られることを示している。
【0068】
図５Ａは、いくつかの実施形態に従って、第１動作状態（Ｓ１）のための１０００Ｖの電圧設定点で、図３のマルチレベルバイアスＲＦ電力パルシング処理例について、第１動作周波数設定点（ｆＢ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＢ１Ｓ２）によって規定された２Ｄ周波数設定点グリッドにおいて、第１動作状態（Ｓ１）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１での電圧（ＶＢ１Ｓ１）を示す。図５Ｂは、いくつかの実施形態に従って、第２動作状態（Ｓ２）のための２００Ｖの電圧設定点で、図３のマルチレベルバイアスＲＦ電力パルシング処理例について、第１動作周波数設定点（ｆＢ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＢ１Ｓ２）によって規定された２Ｄ周波数設定点グリッドにおいて、第２動作状態（Ｓ２）中のバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１での電圧（ＶＢ１Ｓ２）を示す。図５Ａは、１０００Ｖの電圧設定点と、第１動作状態（Ｓ１）中にバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１で測定された実際の電圧との間の差を最小化することに関して、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝に多数の値が許容されることを示している。しかながら、図５Ｂは、２００Ｖの電圧設定点と、第２動作状態（Ｓ２）中にバイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１で測定された実際の電圧との間の差を最小化することに関して、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝に許容される値の数は限られることを示している。
【0069】
図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および、図５Ｂに示したデータに基づいて、上述の最適化条件を同時に満たす最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１、ＦＢ１Ｓ２｝を手動で決定することは、複雑で、反復的で、時間がかかり、費用がかかり、間違いやすいタスクであることを理解されたい。また、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および、図５Ｂに示したデータに基づいて、マルチレベルＲＦ電力パルシング処理では、上述の最適化条件を満たす許容される設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１、ＦＢ１Ｓ２｝の数が限られていることを理解されたい。これは、事前設定の動作周波数｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝の許容される組み合わせの数を制限するバイアスＲＦ信号発生器１２５の第１動作状態（Ｓ１）と第２動作状態（Ｓ２）との間の相互作用に起因する。
【0070】
従来の技術は、上述の最適化条件を同時に満たす最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝を決定するための自動自動処理を提供しない。したがって、本明細書で開示されている自動周波チューナがない時、図３のマルチレベルＲＦ電力パルシング処理の第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）のための正しい事前設定周波数｛ＦＢ１Ｓ１、ＦＢ１Ｓ２｝を特定または選択することは、以前には、ＲＦの専門家／エンジニアが一連の周波数スキャンを手動で行い、その後、各スキャン後に適切な事前設定周波数を選択することによってなされていた。この従来の手動周波数スキャン手順は、各周波数スキャンレシピの作成に必要な時間を考慮すると、処理工程ごとに最大２０分かかりうる。
【0071】
本明細書で開示されている自動周波数調整方法および対応するシステムは、上述の最適化条件を同時に満たす最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１、ＦＢ１Ｓ２｝を特定しようと手動の周波数スキャン手順を行う必要性をなくす。自動周波数調整方法では、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝は、式１に示すように、コスト関数（Ｊ）の最小達成可能値に対応する。
【0072】
【数1】
【0073】
式１のコスト関数（Ｊ）は、（反射ＲＦ電力を示す）ある期間における第１動作状態（Ｓ１）の平均反射係数（
）、（反射ＲＦ電力を示す）その期間における第２動作状態（Ｓ２）の平均反射係数（
）、その期間における第１動作状態（Ｓ１）のための設定点電圧／電力（ＶＢ１Ｓ１＿ｓｅｔｐｏｉｎｔ）からの印加（測定）電圧／電力（
）のずれ、および、その期間における第２動作状態（Ｓ２）のための設定点電圧／電力（ＶＢ１Ｓ２＿ｓｅｔｐｏｉｎｔ）からの印加（測定）電圧／電力（
）のずれ、の量を考慮する。コスト関数（Ｊ）の項（
）は、その期間に第１動作状態（Ｓ１）でウエハ平面においてバイアスＲＦ信号発生器１２５によって生成される電圧の相対誤差の平均である。コスト関数（Ｊ）の項（
）は、その期間に第２動作状態（Ｓ２）でウエハ平面においてバイアスＲＦ信号発生器１２５によって生成される電圧の相対誤差の平均である。いくつかの実施形態において、式１は、その期間での第１動作状態（Ｓ１）に対する平均反射係数（
）の代わりに、その期間での第１動作状態（Ｓ１）に対する平均ＶＳＷＲ（
）を有するように、および／または、その期間での第２動作状態（Ｓ２）に対する平均反射係数（
）の代わりに、その期間での第２動作状態（Ｓ２）に対する平均ＶＳＷＲ（
）を有するように、変形されうる。
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】
【数12】
【0074】
式１のコスト関数（Ｊ）は、以下のようなプラズマ処理レシピを実行することにより、第１動作周波数設定点（ｆＢ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＢ１Ｓ２）によって規定された２Ｄ周波数設定点グリッド上の任意の点で評価されうる：
・プラズマ１０５を生成するために、一次ＲＦ信号発生器１３７を動作させ、
・Ｍａｔｃｈ Ｃａｐ調整モードでバイアスＲＦ信号発生器１２５の高電力／電圧状態（ＢＰ２）（例えば、図３の例における第１動作状態（Ｓ１））を設定し、
・Ｍａｎｕａｌ調整モードでバイアスＲＦ信号発生器１２５の低電力／電圧状態（ＢＰ１）（例えば、図３の例における第２動作状態（Ｓ２））を設定し、
・第１動作状態（Ｓ１）のためのバイアスＲＦ信号発生器１２５の事前設定周波数（Ｆ’Ｂ１Ｓ１）を所望の値に設定し、
・第２動作状態（Ｓ２）のためのバイアスＲＦ信号発生器１２５の事前設定周波数（Ｆ’Ｂ１Ｓ２）を所望の値に設定し、
・約５秒間、または、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１で、第１動作状態（Ｓ１）に対する平均反射率（
）、第２動作状態（Ｓ２）に対する平均反射率（
）、第１動作状態（Ｓ１）に対する平均電圧／電力（
）、および、第２動作状態（Ｓ２）に対する平均電圧／電力（
）を測定できるまで、標的材料膜を上に蒸着されたテストウエハにプラズマ処理レシピ工程を実行し、
・周波数座標｛Ｆ’Ｂ１Ｓ１，Ｆ’Ｂ１Ｓ２｝のセットに対して式１に示したコスト関数（Ｊ）を計算する。
・プラズマ１０５を生成するために、一次ＲＦ信号発生器１３７を動作させ、
・Ｍａｔｃｈ Ｃａｐ調整モードでバイアスＲＦ信号発生器１２５の高電力／電圧状態（ＢＰ２）（例えば、図３の例における第１動作状態（Ｓ１））を設定し、
・Ｍａｎｕａｌ調整モードでバイアスＲＦ信号発生器１２５の低電力／電圧状態（ＢＰ１）（例えば、図３の例における第２動作状態（Ｓ２））を設定し、
・第１動作状態（Ｓ１）のためのバイアスＲＦ信号発生器１２５の事前設定周波数（Ｆ’Ｂ１Ｓ１）を所望の値に設定し、
・第２動作状態（Ｓ２）のためのバイアスＲＦ信号発生器１２５の事前設定周波数（Ｆ’Ｂ１Ｓ２）を所望の値に設定し、
・約５秒間、または、バイアスＲＦ信号発生器１２５の出力２７１で、第１動作状態（Ｓ１）に対する平均反射率（
【数13】
【数14】
【数15】
【数16】
・周波数座標｛Ｆ’Ｂ１Ｓ１，Ｆ’Ｂ１Ｓ２｝のセットに対して式１に示したコスト関数（Ｊ）を計算する。
【0075】
コスト関数（Ｊ）のための反射係数および電圧／電力の平均値は、工程の過渡部分を除外して定常値を得ることによって、ＲＦ発生器のデータロガーから得られる。コスト関数（Ｊ）は、三角形分割探索アルゴリズムに従って、２Ｄ周波数設定点グリッド上に注意深く配置された系統的なコスト関数（Ｊ）の評価を用いて最小化される。この理由から、２Ｄ周波数設定点グリッドは、２Ｄ周波数探索グリッドとも呼ばれる。三角形分割探索アルゴリズムは、２Ｄ周波数探索グリッドの右下象限に辺長（Ｌ）の正三角形を配置することによって開始する。図６Ａは、いくつかの実施形態に従って、２Ｄ周波数探索グリッドの右下象限に配置され、頂点Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ３によって規定された初期正三角形を有する２Ｄ周波数探索グリッドを示す。右下象限における初期正三角形の位置は、２Ｄ周波数探索グリッドの右下象限が最適セットの設点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝を含むことを予期されるという経験的知識に基づいて選択される。この実施形態例において、三角形分割探索アルゴリズムが２Ｄ周波数探索グリッドを通して十分迅速に進むために、正三角形の初期辺長（Ｌ）は、２００ｋＨｚに設定される。ただし、他の実施形態において、正三角形の初期辺長（Ｌ）は、２００ｋＨｚ以外の値に設定されてもよいことを理解されたい。
【0076】
初期正三角形が配置されると、コスト関数（Ｊ）は、正三角形のすべての３つの頂点Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ３において評価される。２Ｄ周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた頂点（すなわち、あらかじめ定められたセットの周波数座標｛ｆＢ１Ｓ１，ｆＢ１Ｓ２｝）におけるコスト関数（Ｊ）の評価は、プラズマに暴露される標的材料のブランケット膜（エッチングされる標的材料のブランケット膜など）を有するテストウエハに対して上述のプラズマ処理レシピ工程を実行することによってなされる。コスト関数（Ｊ）が、すべての３つの頂点Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ３で評価された後、３つの頂点Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ３に対するコスト関数（Ｊ）の値は、コスト関数（Ｊ）の最大値を有する頂点を特定するために比較される。コスト関数（Ｊ）の最大値を有すると特定された頂点は、移動頂点として指定される。
【0077】
現在の正三角形に対して移動頂点が決定されると、移動頂点は、現在の正三角形の他の２つの（非移動）頂点と新たな正三角形を形成する位置に移動するまで、換言すると、現在の正三角形の他の２つの（非移動）頂点から辺長（Ｌ）だけ離れるまで、現在の正三角形の重心を通って現在の位置から直線的に２Ｄ周波数探索グリッド内で幾何学的に移動される。図６Ａの例において、頂点Ｖ３が、コスト関数（Ｊ）の最大値を有すると決定される。したがって、頂点Ｖ３は、移動頂点として指定される。図６Ｂは、移動頂点Ｖ３が現在の正三角形の重心を通って移動して新たな正三角形の新たな頂点Ｖ４を形成する様子を描いた２Ｄ周波数探索グリッドを示す。この時、頂点Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ４によって形成された新たな正三角形が、現在の正三角形であると見なされる。三角形分割探索アルゴリズムは、２Ｄ周波数探索グリッドの外側に頂点を移動させることを防止する。
【0078】
次いで、コスト関数（Ｊ）は、新たな頂点Ｖ４において評価される。次に、現在の正三角形の３つの頂点Ｖ１、Ｖ２、および、Ｖ４に対するコスト関数（Ｊ）の値が、コスト関数（Ｊ）の最大値を有する頂点を特定するために比較される。コスト関数（Ｊ）の最大値を有すると特定された頂点は、次の移動頂点として指定される。図６Ｂの例において、頂点Ｖ２が、コスト関数（Ｊ）の最大値を有すると決定される。したがって、頂点Ｖ２は、次の移動頂点として指定される。図６Ｃは、移動頂点Ｖ２が現在の正三角形の重心を通って移動して新たな正三角形の新たな頂点Ｖ５を形成する様子を描いた２Ｄ周波数探索グリッドを示す。この時、頂点Ｖ１、Ｖ４、および、Ｖ５によって形成された新たな正三角形が、現在の正三角形であると見なされる。新たな頂点Ｖ５に対するコスト関数（Ｊ）が評価される。次いで、現在の正三角形の頂点Ｖ１、Ｖ４、および、Ｖ５に対するコスト関数（Ｊ）の値が、コスト関数（Ｊ）の最大値を有する頂点を次の移動頂点に決定するために比較される。
【0079】
現在の正三角形の３つの頂点でコスト関数（Ｊ）を評価し、現在の正三角形の３つの頂点に対するコスト関数（Ｊ）の値を比較して次の移動頂点を決定し、次の移動頂点を移動させて新たな正三角形を形成する処理は、移動頂点が２Ｄ周波数探索グリッドで以前に占められていた頂点位置に戻るまで繰り返される。図６Ｄは、図６Ｃから、移動頂点Ｖ１０が頂点Ｖ８に対応する以前に占められていた頂点位置に戻る時点までの三角形分割探索アルゴリズムの進み方を示す。この時点で、コスト関数（Ｊ）の最小値は、頂点Ｖ８およびＶ１０に対応する反復周波数座標のセットで囲まれた領域内に位置する。
【0080】
移動頂点が、２Ｄ周波数探索グリッド内でその前の位置を繰り返すことがわかった場合、正三角形のサイズは、現在の辺長（Ｌ）のサイズを２分の１にすることによって縮小される。したがって、最新の移動頂点が、２Ｄ周波数探索グリッド内でその以前の位置を占めるように移動された後、２Ｄ周波数探索グリッド内のその以前の位置は、正三角形のサイズを縮小するためのアンカー位置となる。アンカー位置が設定された状態で、最も最近に形成された正三角形の他の２つの頂点が、それぞれ、アンカー位置に向かって直線的に移動されて、前の正三角形の辺長（Ｌ）のサイズの２分の１の辺長（Ｌ）を有する新たな正三角形を形成する。図６Ｅは、頂点Ｖ１０が頂点Ｖ８に対応する前の位置に戻った後の正三角形のサイズの縮小を示す。頂点Ｖ８は、正三角形のサイズ縮小のためのアンカー位置として設定される。正三角形のサイズを縮小するために、頂点Ｖ６は、新たな頂点Ｖ１１を形成するように、頂点Ｖ６およびＶ８の間の直線距離が前の正三角形の辺長（Ｌ）の２分の１になるまで、頂点Ｖ８に向かって直線的に移動される。また、頂点Ｖ７は、新たな頂点Ｖ１２を形成するように、頂点Ｖ７およびＶ８の間の直線距離が前の正三角形の辺長（Ｌ）の２分の１になるまで、頂点Ｖ８に向かって直線的に移動される。この時点で、頂点Ｖ８、Ｖ１１、および、Ｖ１２が、三角形分割探索アルゴリズムの継続に向けて、新たな正三角形を形成する。
【0081】
正三角形のサイズが縮小されると、三角形分割探索アルゴリズムは、図６Ａ～図６Ｄに関して説明したのと同じ方法で、移動頂点が２Ｄ周波数探索グリッドでその前の位置に戻るまで、現在の正三角形の３つの頂点でコスト関数（Ｊ）を評価し、現在の正三角形の３つの頂点に対するコスト関数（Ｊ）の値を比較して次の移動頂点を決定し、次の移動頂点を移動させて新しい正三角形を形成する反復処理を継続する。次いで、この時点で、図６Ｅに関して説明したのと同じ方法で、正三角形のサイズが再度縮小される。図６Ａ～図６Ｅに示すように、頂点を移動させて２Ｄ周波数探索グリッド内で新たな正三角形を作成し、正三角形のサイズを縮小する処理は、一連の最小コスト関数（Ｊ）収束基準が満たされるまで継続する。
【0082】
最小コスト関数（Ｊ）収束のための特定の基準が満たされた時、最終的な最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝は、三角形分探索アルゴリズムにおける最終的な正三角形の重心を規定する周波数である。いくつかの実施形態において、最小コスト関数（Ｊ）の収束基準は、以下を含む：
・コスト関数（Ｊ）が、もはや感知できるほど最小化できず、振動しない。
・正三角形の辺長（Ｌ）が、もはや感知できるほど縮小できない。
・２Ｄ周波数探索グリッドにおける移動頂点の周波数座標が、もはや感知できるほど変更できず、振動しない。
・コスト関数（Ｊ）が、もはや感知できるほど最小化できず、振動しない。
・正三角形の辺長（Ｌ）が、もはや感知できるほど縮小できない。
・２Ｄ周波数探索グリッドにおける移動頂点の周波数座標が、もはや感知できるほど変更できず、振動しない。
【0083】
図７Ａは、いくつかの実施形態に従って、コスト関数（Ｊ）がもはや感知できるほど最小化できず、振動しないときについての最小コスト関数（Ｊ）収束基準を示すために、三角形分割探索アルゴリズムの反復にわたって規定された正三角形の各新たな頂点に対して評価されたコスト関数（Ｊ）のプロットを示す。コスト関数（Ｊ）の振動とは、三角形分割探索アルゴリズムの反復が実行され続けたときに、コスト関数（Ｊ）の値が繰り返しパターンで動くことである。いくつかの実施形態において、二次元周波数探索グリッド内での移動頂点の順次的な位置に対して評価されたコスト関数値の変化が約５％以下である場合に、コスト関数（Ｊ）は、もはや感知できるほど最小化できない。
【0084】
図７Ｂは、いくつかの実施形態に従って、正三角形の辺長がもはや感知できるほど減少できないときについての最小コスト関数（Ｊ）収束基準を示すために、三角形分割探索アルゴリズムの反復にわたって正三角形の辺長のプロットを示す。いくつかの実施形態において、三角形分割探索アルゴリズム中に形成された新たな正三角形が、二次元周波数探索グリッド内で約５キロヘルツ以下の辺長を有する場合、正三角形の辺長をもはや感知できるほど減少させることはできない。
【0085】
図７Ｃは、いくつかの実施形態に従って、２Ｄ周波数探索グリッド内の移動頂点の周波数座標がもはや感知できるほど変更できず、振動しないときについての最小コスト関数（Ｊ）収束基準を示すために、三角形分割探索アルゴリズムの反復にわたって２Ｄ周波数探索グリッド内の移動頂点の周波数座標のプロットを示す。移動頂点の周波数座標の振動とは、三角形分割探索アルゴリズムの反復が実行され続けるときに、移動頂点の位置が、繰り返しパターンで移動することである。移動された頂点座標の値の振動が検出された場合、三角形分割探索アルゴリズムは停止され、別の頂点セットを初期正三角形に用いて再開される。いくつかの実施形態において、移動頂点の位置の変化が、二次元周波数探索グリッドの各周波数座標次元において約１キロヘルツ以下であった場合、２Ｄ周波数探索グリッド内の移動頂点の周波数座標は、もはや感知できるほど変更することができない。
【0086】
図８は、いくつかの実施形態に従って、２Ｄ周波数探索グリッドにわたって評価されたコスト関数（Ｊ）のアイソコンターと、最終的な最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝に到達するために完了までに必要となった図６Ａ～図６Ｅの三角形分割探索アルゴリズムの工程とを示す。最終的な最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝は、自動周波数調整方法の出力を表すことを理解されたい。三角形分割探索アルゴリズムは、通常、最小コスト関数（Ｊ）収束基準を満たすために、約１０～２０の反復を要する。各反復（すなわち、新たな頂点に対するコスト関数（Ｊ）の各評価）は、実行に約５秒を要するる。したがって、三角形分割探索アルゴリズムは、通常、実行に約３～４分を要し、これは、手動での周波数スキャン手順に必要とされる２０～３０分よりもはるかに短い。また、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝は、手動周波数スキャン手順で決定された設定点周波数座標よりもはるかに信頼性が高い。三角形分割探索アルゴリズムは、系統的に最適化指向で、２Ｄ周波数探索グリッド内で最小コスト関数（Ｊ）を探索するので、三角形分割探索アルゴリズムを利用することで、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および、図５Ｂに示した完全なデータセットを生成しなければならない場合の時間および費用を避けられることを理解されたい。
【0087】
自動周波数調整方法についての上述の議論は、バイアスＲＦ電力レベルが低バイアス電力レベル（ＢＰ１）と高バイアス電力レベル（ＢＰ２）との間でパルスする状態で、一次ＲＦ電力が実質的に一定に保持される図３の文脈で記載されているが、本明細書で開示されている自動周波数調整方法は、そのように限定されないことを理解されたい。例えば、本明細書で開示されている自動周波数調整アルゴリズムは、一次ＲＦ電力およびバイアスＲＦ電力の両方が、それぞれ、異なる電力レベルの間でパルスする処理で利用されてもよく、この時、自動周波数調整方法は、一次ＲＦ信号発生器１３７のための最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝を決定するために適用され、自動周波数調整方法は、バイアスＲＦ信号発生器１２５のための最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝を決定するために適用される。
【0088】
図９は、いくつかの実施形態に従って、バイアスＲＦ電力および一次ＲＦ電力の両方が同期的にパルスするマルチレベルＲＦ電力パルシング処理を示す動作線図である。バイアスＲＦ電力は、図３に関して記載したようにパルス化されている。一次ＲＦ信号発生器１３７からコイル１０１へ供給される一次ＲＦ電力は、線４０１で示されるように、処理の持続時間にわたって低一次電力レベル（ＰＰ１）と高一次電力レベル（ＰＰ２）との間でパルス化されている。高一次電力レベル（ＰＰ２）は、第１動作状態（Ｓ１）中に発生する。低一次電力レベル（ＰＰ１）は、第２動作状態（Ｓ２）中に発生する。第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）は、図３に関して記載したものと同じである。高一次電力レベル（ＰＰ２）および低一次電力レベル（ＰＰ１）は、オペレータによって指定される。高一次電力レベル（ＰＰ２）と低一次電力レベル（ＰＰ１）との間の遷移、および、その逆の遷移が、プラズマのインピーダンスの変化を引き起こす。したがって、高一次電力レベル（ＰＰ２）および低一次電力レベル（ＰＰ１）にそれぞれ対応する第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の各々に対して、一次ＲＦ信号発生器１３７は、異なる最適動作周波数設定点を有する。第１動作状態（Ｓ１）に対して、一次ＲＦ信号発生器１３７は、第１最適動作周波数設定点（ＦＰ１Ｓ１）を有する。そして、第２動作状態（Ｓ２）に対して、一次ＲＦ信号発生器１３７は、第２最適動作周波数事前設定点（ＦＰ１Ｓ２）を有する。
【0089】
１つの第１動作状態（Ｓ１）の持続時間および１つの第２動作状態（Ｓ２）の持続時間の合計が、一次ＲＦ電力パルスサイクルの持続時間を与える。いくつかの実施形態において、一次ＲＦ電力は、高一次電力レベル（ＰＰ２）と低一次電力レベル（ＰＰ１）との間で迅速に変えられる。例えば、いくつかの実施形態において、一次ＲＦ電力パルスサイクルの持続時間は、１００マイクロ秒のオーダーである。しかしながら、いくつかの実施形態において、一次ＲＦ電力パルスサイクルの持続時間は、１００マイクロ秒より短くてもよいし、長くてもよい。ポイントは、高一次電力レベル（ＰＰ２）と低一次電力レベル（ＰＰ１）との間で非常に迅速な切り替えが起きるように、一次ＲＦ電力パルスサイクルの持続時間が非常に短いことである。一次ＲＦ電力レベルが迅速に変化している時、第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の一方のみが、供給される一次ＲＦ電力を最大化するために、インピーダンス整合システム１４１を用いて調整されうる。第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の他方は、供給される一次ＲＦ電力を最大化するために、一次ＲＦ信号発生器１３７の周波数設定点を用いて調整される必要がある。例えば、いくつかの実施形態において、第１動作状態（Ｓ１）（高一次電力）は、インピーダンス整合システム１４１内の１または複数のキャパシタ設定を用いて、供給される一次ＲＦ電力を最大化するために調整され、第２動作状態（Ｓ２）（低一次電力）は、一次ＲＦ信号発生器１３７の周波数設定点を用いて、供給される一次ＲＦ電力を最大化するために調整される。
【0090】
第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の両方においてプラズマへのＲＦ電力供給を最大化するために、第１動作周波数設定点（ｆＰ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＰ１Ｓ２）は、第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の両方において一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０における反射ＲＦ電力を同時に最小化すると共に、第１動作状態（Ｓ１）および第２動作状態（Ｓ２）の両方において一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０で測定される印加電圧／電力と設定点電圧／電力との差を同時に最小化するように設定されなければならない。したがって、図４のマルチレベルＲＦ電力パルシング処理の例では、一次ＲＦ信号発生器１３７に対して二次元周波数設定点グリッドが存在し、二次元周波数設定点グリッドの横軸は第１動作周波数設定点（ｆＰ１Ｓ１）であり、二次元周波数設定点グリッドの縦軸は第２動作周波数事前設定点（ｆＰ１Ｓ２）である。最適なセットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝が、以下を含む二次元周波数設定点グリッド内に存在する：１）第１動作状態（Ｓ１）中に印加される第１動作周波数設定点の最適値（ＦＰ１Ｓ１）、および、２）第２動作状態（Ｓ２）中に印加される第２動作周波数事前設定点の最適値（ＦＰ１Ｓ２）。自動周波数調整方法では、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝は、式２に示すように、コスト関数（Ｊ）の最小達成可能値に対応する。
【0091】
【数2】
【0092】
式２のコスト関数（Ｊ）は、（反射ＲＦ電力を示す）ある期間における第１動作状態（Ｓ１）の平均反射係数（
）、（反射ＲＦ電力を示す）その期間における第２動作状態（Ｓ２）の平均反射係数（
）、その期間における第１動作状態（Ｓ１）のための設定点電圧／電力（ＶＢ１Ｓ１＿ｓｅｔｐｏｉｎｔ）からの印加（測定）電圧／電力（
）のずれ、および、その期間における第２動作状態（Ｓ２）のための設定点電圧／電力（ＶＢ１Ｓ２＿ｓｅｔｐｏｉｎｔ）からの印加（測定）電圧／電力（
）のずれ、の量を考慮する。コスト関数（Ｊ）の項（
）は、その期間に第１動作状態（Ｓ１）でウエハ平面において一次ＲＦ信号発生器１３７によって生成される電圧の相対誤差の平均である。コスト関数（Ｊ）の項（
）は、その期間に第２動作状態（Ｓ２）でウエハ平面においてバイアスＲＦ信号発生器１２５によって生成される電圧の相対誤差の平均である。いくつかの実施形態において、式２は、その期間での第１動作状態（Ｓ１）に対する平均反射係数（
）の代わりに、その期間での第１動作状態（Ｓ１）に対する平均ＶＳＷＲ（
）を有するように、および／または、その期間での第２動作状態（Ｓ２）に対する平均反射係数（
）の代わりに、その期間での第２動作状態（Ｓ２）に対する平均ＶＳＷＲ（
）を有するように、変形されうる。
【数17】
【数18】
【数19】
【数20】
【数21】
【数22】
【数23】
【数24】
【数25】
【数26】
【0093】
式２のコスト関数（Ｊ）は、以下のようなプラズマ処理レシピを実行することにより、第１動作周波数設定点（ｆＰ１Ｓ１）および第２動作周波数事前設定点（ｆＰ１Ｓ２）によって規定された２Ｄ周波数設定点グリッド上の任意の点で評価されうる：
・バイアスＲＦ信号発生器１２５をオフにし、
・Ｍａｔｃｈ Ｃａｐ調整モードで一次ＲＦ信号発生器１３７の高電力／電圧状態（例えば、図４の例では第１動作状態（Ｓ１））を設定し、
・Ｍａｎｕａｌ調整モードで一次ＲＦ信号発生器１３７の低電力／電圧状態（例えば、図４の例では第２動作状態（Ｓ２））を設定し、
・第１動作状態（Ｓ１）の事前設定周波数（Ｆ’Ｐ１Ｓ１）を所望の値に設定し、
・第２動作状態（Ｓ２）の事前設定周波数（Ｆ’Ｐ１Ｓ２）を所望の値に設定し、
・約５秒間、または、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０で、第１動作状態（Ｓ１）に対する平均反射率（
）、第２動作状態（Ｓ２）に対する平均反射率（
）、第１動作状態（Ｓ１）に対する平均電圧／電力（
）、および、第２動作状態（Ｓ２）に対する平均電圧／電力（
）を測定できるまで、標的材料膜を上に蒸着されたテストウエハにプラズマ処理レシピ工程を実行し、
・周波数座標｛Ｆ’Ｐ１Ｓ１，Ｆ’Ｐ１Ｓ２｝のセットに対して式２に示したコスト関数（Ｊ）を計算する。
・バイアスＲＦ信号発生器１２５をオフにし、
・Ｍａｔｃｈ Ｃａｐ調整モードで一次ＲＦ信号発生器１３７の高電力／電圧状態（例えば、図４の例では第１動作状態（Ｓ１））を設定し、
・Ｍａｎｕａｌ調整モードで一次ＲＦ信号発生器１３７の低電力／電圧状態（例えば、図４の例では第２動作状態（Ｓ２））を設定し、
・第１動作状態（Ｓ１）の事前設定周波数（Ｆ’Ｐ１Ｓ１）を所望の値に設定し、
・第２動作状態（Ｓ２）の事前設定周波数（Ｆ’Ｐ１Ｓ２）を所望の値に設定し、
・約５秒間、または、一次ＲＦ信号発生器１３７の出力２１０で、第１動作状態（Ｓ１）に対する平均反射率（
【数27】
【数28】
【数29】
【数30】
・周波数座標｛Ｆ’Ｐ１Ｓ１，Ｆ’Ｐ１Ｓ２｝のセットに対して式２に示したコスト関数（Ｊ）を計算する。
【0094】
コスト関数（Ｊ）のための反射係数および電圧／電力の平均値は、工程の過渡部分を除外して定常値を得ることによって、ＲＦ発生器のデータロガーから得られる。図６Ａ～図６Ｅに関して上述した三角形分割探索アルゴリズムが、一次ＲＦ信号発生器１３７の２Ｄ周波数探索グリッド内で最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝を決定するために実行される。最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝は、一次ＲＦ信号発生器１３７の周波数調整処理の出力である。一次ＲＦ信号発生器１３７に対して最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝が決定された後、バイアスＲＦ信号発生器１２５に対して最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝を決定するために上述の同じ自動周波数調整方法が、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝を用いて一次ＲＦ信号発生器１３７を動作させつつ実行される。
【0095】
図１０は、いくつかの実施形態に従って、バイアスＲＦ電力および一次ＲＦ電力の両方が非同期的にパルスするマルチレベルＲＦ電力パルシング処理を示す動作線図である。バイアスＲＦ電力は、図３に関して記載したのと反対の方法でパルス化されている。具体的には、線５０３で示すように、低バイアス電力（ＢＰ１）が第１動作状態（Ｓ１）中に発生し、高バイアス電力（ＢＰ２）が第２動作状態（Ｓ２）中に発生する。また、図９の実施形態と同様に、高一次電力（ＰＰ２）が第１動作状態（Ｓ１）中に発生し、低一次電力（ＰＰ１）が第２動作状態（Ｓ２）中に発生する。図９に関して上述した自動周波数調整方法が、一次ＲＦ信号発生器１３７の２Ｄ周波数探索グリッド内で最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝を決定するために利用される。一次ＲＦ信号発生器１３７に対して最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝が決定された後、バイアスＲＦ信号発生器１２５に対して最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝を決定するために図３に関して上述したのと同じ自動周波数調整方法が、最適セットの設定点周波数座標｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝を用いて一次ＲＦ信号発生器１３７を動作させつつ実行される。
【0096】
図１１は、いくつかの実施形態に従って、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作に向けてＲＦ信号発生器の自動周波数調整を行うための方法を示すフローチャートである。図１１のＲＦ信号発生器は、一次ＲＦ信号発生器１３７のバイアスＲＦ信号発生器１２５のいずれかであってよい。この方法は、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第１座標軸（例えば、ｆＢ１Ｓ１またはｆＰ１Ｓ１）を有し、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数事前設定点を表す第２座標軸（例えば、ｆＢ１Ｓ２またはｆＰ１Ｓ２）を有する二次元周波数探索グリッドを規定するための工程１１０１を備える。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態における第１出力電力レベルと、第２動作状態における第２出力電力レベルと、を有する。第１および第２出力電力レベルは、互いに異なっている。ＲＦ信号発生器は、図３、図９、および、図１０に示したように、第１動作状態と第２動作状態とを周期的に繰り返すことによってマルチレベルＲＦ電力パルシングモードで動作するようプログラムされている。方法は、さらに、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第２最適値とを同時に決定するために、二次元周波数探索グリッド内で自動探索処理を実行するための工程１１０３を備える。方法は、さらに、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第２最適値とを用いて動作させるために、ＲＦ信号発生器を設定するための工程１１０５を備える。
【0097】
いくつかの実施形態において、自動探索処理は、ＲＦ信号発生器を備えたプラズマ処理システム１００の制御システム１５３によって指示される。いくつかの実施形態において、自動探索処理は、複数回の反復を含み、各反復は、二次元周波数探索グリッド内の異なるセットの動作周波数設定点座標を用いて、プラズマ処理システム１００内でプラズマを生成するために、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでＲＦ信号発生器を動作させることを含む。いくつかの実施形態において、自動探索処理の各反復は、ＲＦ信号発生器からプラズマへのＲＦ電力供給の経験的評価を含む。いくつかの実施形態において、プラズマは、自動探索処理の各反復において、基板１０７に暴露されるように生成され、基板１０７は、プラズマに暴露される基板１０７の上面に存在する標的材料の膜を有する。いくつかの実施形態において、この方法のＲＦ信号発生器は、バイアスＲＦ信号発生器１２５であり、プラズマ処理システム１００は、さらに、バイアスＲＦ信号発生器１２５とは別個の一次ＲＦ信号発生器１３７を備える。これらの実施形態において、自動探索処理の各反復は、プラズマ処理システム１００においてさらなるプラズマを生成するために一次ＲＦ信号発生器１３７を動作させることを含む。いくつかの実施形態において、この方法のＲＦ信号発生器は、一次ＲＦ信号発生器１３７である。いくつかの実施形態において、プラズマ処理システム１００は、さらに、一次ＲＦ信号発生器１３７とは別個のバイアスＲＦ信号発生器１２５を備える。これらの実施形態において、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作に向けて一次ＲＦ信号発生器１３７を自動的に周波数調整するための自動探索処理の各反復は、バイアスＲＦ信号発生器１２５をオフにした状態で実行される。
【0098】
いくつかの実施形態において、自動探索処理は、ＲＦ信号発生器からプラズマ負荷へのＲＦ電力供給を特徴付けるように規定されたコスト関数（Ｊ）の最小化に対応する最適セットの周波数座標（例えば、｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝または｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝）を二次元周波数探索グリッド内で決定するために、二次元周波数探索グリッド内で実行される三角形分割探索処理である。最適セットの周波数座標は、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値（例えば、ＦＢ１Ｓ１またはＦＰ１Ｓ１）と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数事前設定点の第２最適値（例えば、ＦＢ１Ｓ２またはＦＰ１Ｓ２）と、を含む。いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理は、二次元周波数探索グリッド内で順次形成される正三角形の頂点におけるコスト関数（Ｊ）の評価を含む。いくつかの実施形態において、二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた正三角形のあらかじめ定められた頂点に対するコスト関数（Ｊ）の評価は、第１および第２動作状態におけるＲＦ信号発生器に対する動作周波数設定点として、二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた頂点に対する周波数座標（例えば、｛Ｆ’Ｂ１Ｓ１，Ｆ’Ｂ１Ｓ２｝または｛Ｆ’Ｐ１Ｓ１，Ｆ’Ｐ１Ｓ２｝）を用いて、ある期間にわたってマルチレベルＲＦ電力パルシングモードでＲＦ信号発生器を動作させることによって実行される。いくつかの実施形態において、コスト関数（Ｊ）を評価するためのマルチレベルＲＦ電力パルシングモードでのＲＦ信号発生器の動作期間は、約５秒以下である。いくつかの実施形態において、二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた正三角形のあらかじめ定められた頂点に対するコスト関数の評価は、上記期間にわたって第１動作状態のＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均（例えば、（
）または（
）と、上記期間にわたって第２動作状態のＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均（例えば、（
）または（
）と、上記期間にわたって第１動作状態のＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均（例えば、
、または、
）と、上記期間にわたって第２動作状態のＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均（例えば、
、または、
）と、の合計を算出することを含む。
【数31】
【数32】
【数33】
【数34】
【数35】
【数36】
【数37】
【数38】
【0099】
いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理は、さらに、以下によって、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を含む：１）現在の正三角形の３つの頂点の中で最大のコスト関数（Ｊ）値を有する現在の正三角形の特定の頂点を特定し、２）特定の頂点が、新たな頂点の位置と位置が維持された２つの他の頂点の位置とによって規定される新たな正三角形の形成に対応する二次元周波数探索グリッド内の新たな頂点の位置に到達するまで、現在の正三角形の２つの他の頂点の位置を維持しつつ、現在の正三角形の特定の頂点を現在の正三角形の重心を通って直線的に移動させる。この処理は、図６Ａ～図６Ｅに関して例として記載されている。いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理は、新たな正三角形が前の正三角形の繰り返しになるまで、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を継続し、繰り返しになった時、三角形分割探索処理は、新たな正三角形のサイズを縮小して、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を再開する。
【0100】
いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理は、収束基準が満たされるまで、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成し、新たな正三角形が前の正三角形を繰り返したときにそのサイズを縮小する処理を継続する。いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理の収束基準は、二次元周波数探索グリッド内の移動頂点の順次的な位置に対して評価されたコスト関数値の変化が約５％以下であること、新たな正三角形が二次元周波数探索グリッド内で約５キロヘルツ以下の辺長を有すること、および、二次元周波数探索グリッドの各周波数座標次元において移動頂点の位置の変化が約１キロヘルツ以下であること、を含む。
【0101】
マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作に向けてＲＦ信号発生器の自動周波数調整を行うためのシステムが、本明細書で開示されている。システムは、プラズマ処理チャンバ１０３を備えており、プラズマ処理チャンバ１０３は、基板支持構造１１３と、電極１２３および／または１０１と、を備える。システムは、さらに、ＲＦ信号を生成して、ＲＦ信号発生器の出力を通してＲＦ信号を伝送するよう構成されたＲＦ信号発生器を備える。ＲＦ信号発生器は、一次ＲＦ信号発生器１３７のバイアスＲＦ信号発生器１２５のいずれかである。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態における第１出力電力レベルと、第２動作状態における第２出力電力レベルと、を有するよう設定されており、第１および第２出力電力レベルは、互いに異なっている。ＲＦ信号発生器は、第１動作状態と第２動作状態とを周期的に繰り返すことによってマルチレベルＲＦ電力パルシングモードで動作するようプログラムされている。システムは、さらに、ＲＦ信号発生器の出力に接続された入力を有するインピーダンス整合システムを備える。インピーダンス整合システムは、ＲＦ信号発生器がバイアスＲＦ信号発生器１２５である場合、インピーダンス整合システム１２９である。インピーダンス整合システムは、ＲＦ信号発生器が一次ＲＦ信号発生器１３７である場合、インピーダンス整合システム１４１である。インピーダンス整合システムは、電極１２３または１０１に接続された出力を有する。インピーダンス整合システムは、プラズマ処理チャンバ１０３内で生成されるプラズマへ電極１２３または１０１を通してＲＦ信号を伝送することを可能にするために、ＲＦ信号発生器の出力におけるインピーダンスを制御するよう構成されている。
【0102】
システムは、さらに、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点を表す第１座標軸（例えば、ｆＢ１Ｓ１またはｆＰ１Ｓ１）を有し、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数事前設定点を表す第２座標軸（例えば、ｆＢ１Ｓ２またはｆＰ１Ｓ２）を有する二次元周波数探索グリッドを規定するようプログラムされた制御システム１５３を備える。制御システム１５３は、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第２最適値とを同時に決定するために、二次元周波数探索グリッド内で自動探索処理を実行するようプログラムされている。いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第２最適値とを用いて動作するように、ＲＦ信号発生器を設定するようプログラムされている。
【0103】
いくつかの実施形態において、自動探索処理は、複数回の反復を含み、各反復に対して、制御システム１５３は、二次元周波数探索グリッド内の異なるセットの動作周波数設定点座標を用いて、プラズマ処理チャンバ１０３内でプラズマを生成するために、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでのＲＦ信号発生器の動作を指示するようプログラムされている。いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、自動探索処理の各反復において、ＲＦ信号発生器からプラズマへのＲＦ電力供給を経験的に評価するようプログラムされている。いくつかの実施形態において、基板１０７は、基板支持構造１１３上に配置され、基板１０７は、プラズマ処理チャンバ１０３内のプラズマ生成領域１０６に露出した基板１０７の上面に存在する標的材料の膜を有する。いくつかの実施形態において、プラズマは、自動探索処理の各反復で基板１０７に暴露されるように生成される。
【0104】
いくつかの実施形態において、このシステムのＲＦ信号発生器は、バイアスＲＦ信号発生器１２５である。いくつかの実施形態において、システムは、さらに、バイアスＲＦ信号発生器１２５とは別個の一次ＲＦ信号発生器１３７を備える。これらの実施形態において、制御システム１５３は、自動探索処理の各反復中にプラズマ処理チャンバ１０３内でさらなるプラズマを生成するために、一次ＲＦ信号発生器１３７の動作を指示するようプログラムされている。いくつかの実施形態において、このシステムのＲＦ信号発生器は、一次ＲＦ信号発生器１３７である。これらの実施形態のいくつかにおいて、システムは、さらに、一次ＲＦ信号発生器１３７とは別個のバイアスＲＦ信号発生器１２５を備える。これらの実施形態において、制御システム１５３は、マルチレベルＲＦ電力パルシングモードでの動作に向けて一次ＲＦ信号発生器１３７を自動的に周波数調整するために、自動探索処理の各反復中にバイアスＲＦ信号発生器１２５をオフにするようプログラムされている。
【0105】
いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、ＲＦ信号発生器からプラズマへのＲＦ電力供給を特徴付けるように規定されたコスト関数（Ｊ）の最小化に対応する最適セットの周波数座標（例えば、｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝または｛ＦＰ１Ｓ１，ＦＰ１Ｓ２｝）を二次元周波数探索グリッド内で決定するために、二次元周波数探索グリッド内で三角形分割探索処理として自動探索処理を実行するようプログラムされている。最適セットの周波数座標は、第１動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数設定点の第１最適値（例えば、ＦＢ１Ｓ１またはＦＰ１Ｓ１）と、第２動作状態におけるＲＦ信号発生器の動作周波数事前設定点の第２最適値（例えば、ＦＢ１Ｓ２またはＦＰ１Ｓ２）と、を含む。いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、二次元周波数探索グリッド内で順次形成される正三角形の頂点におけるコスト関数（Ｊ）を評価することによって、三角形分割探索処理を実行するようプログラムされている。
【0106】
いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、第１および第２動作状態におけるＲＦ信号発生器に対する動作周波数設定点として、二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた頂点に対する周波数座標（例えば、｛Ｆ’Ｂ１Ｓ１，Ｆ’Ｂ１Ｓ２｝または｛Ｆ’Ｐ１Ｓ１，Ｆ’Ｐ１Ｓ２｝）を用いて、ある期間でのマルチレベルＲＦ電力パルシングモードでＲＦ信号発生器の動作を指示することによって、二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた正三角形のあらかじめ定められた頂点に対するコスト関数（Ｊ）を評価するようプログラムされている。いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、コスト関数（Ｊ）を評価するためのマルチレベルＲＦ電力パルシングモードでのＲＦ信号発生器の動作期間を約５秒以下に設定するようプログラムされている。いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、上記期間にわたって第１動作状態のＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均（例えば、（
）または（
）と、上記期間にわたって第２動作状態のＲＦ信号発生器によって生成されたＲＦ信号の反射係数の平均（例えば、（
）または（
）と、上記期間にわたって第１動作状態のＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均（例えば、
、または、
）と、上記期間にわたって第２動作状態のＲＦ信号発生器によって生成された電圧の相対誤差の平均（例えば、
、または、
）と、の合計を算出することによって、二次元周波数探索グリッド内のあらかじめ定められた正三角形のあらかじめ定められた頂点に対するコスト関数（Ｊ）を評価するようプログラムされている。
【数39】
【数40】
【数41】
【数42】
【数43】
【数44】
【数45】
【数46】
【0107】
いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理の一部として、制御システム１５３は、以下によって、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を実行するようプログラムされている：１）現在の正三角形の３つの頂点の中で最大のコスト関数値を有する現在の正三角形の特定の頂点を特定し、２）特定の頂点が、新たな頂点の位置と位置が維持された２つの他の頂点の位置とによって規定される新たな正三角形の形成に対応する二次元周波数探索グリッド内の新たな頂点の位置に到達するまで、現在の正三角形の２つの他の頂点の位置を維持しつつ、現在の正三角形の特定の頂点を現在の正三角形の重心を通って直線的に移動させる。この処理は、図６Ａ～図６Ｅに関して例として記載されている。いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理の一部として、制御システム１５３は、新たな正三角形が前の正三角形の繰り返しになるまで、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を継続するようプログラムされており、繰り返しになった時、制御システム１５３は、新たな正三角形のサイズを縮小して、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成する処理を再開するようプログラムされている。
【0108】
いくつかの実施形態において、三角形分割探索処理の一部として、制御システム１５３は、収束基準が満たされるまで、二次元周波数探索グリッド内で正三角形を順次形成し、新たな正三角形が前の正三角形を繰り返したときにそのサイズを縮小する処理を継続するようプログラムされている。いくつかの実施形態において、制御システム１５３は、二次元周波数探索グリッド内の移動頂点の順次的な位置に対して評価されたコスト関数値の変化が約５％以下であること、新たな正三角形が二次元周波数探索グリッド内で約５キロヘルツ以下の辺長を有すること、および、二次元周波数探索グリッドの各周波数座標次元において移動頂点の位置の変化が約１キロヘルツ以下であること、を含む収束基準を適用するようプログラムされている。
【0109】
いくつかの実施形態において、最適なＲＦ安定性および性能に向けてマルチレベルＲＦ電力パルシングレシピ工程を調整するための本明細書に開示の自動周波数調整方法は、制御モジュール１５３のレシピエディタに組み込まれたソフトウェアモジュールとして実装される。これらの実施形態において、自動周波数調整方法は、制御モジュール１５３内のコンピュータメモリ内に格納されたコンピュータプログラム命令として実装される。ソフトウェアモジュールは、（必要な場合に）チューナを選択するようユーザにプロンプトし、製造処理の各マルチレベルＲＦ電力パルシング工程を自動的に調整する。この手順は、最適なウエハをプラズマ処理装置１００に配置することをユーザに求める。プラズマ処理装置１００が自動周波数調整方法を完了させると、オペレータは、自動周波数調整方法によって出力された最適セットの設定点周波数座標｛ＦＢ１Ｓ１，ＦＢ１Ｓ２｝を受け入れるようプロンプトおよび要求される。
【0110】
本明細書で開示されている自動周波数調整方法は、レシピの作成および開発のために周波数調整手順を提供するため、安定した動作周波数条件を手動で推奨することにＲＦ専門家／エンジニアを関与させる必要がなくなることを理解されたい。換言すると、プロセスエンジニアが一見不安定な条件を持つレシピを開発／作成している場合に、本明細書で開示されている自動周波数調整器は、プロセス開発を進めるための安定した動作点を提供できる。また、本明細書で開示されている自動周波数調整方法を利用することで、より良好なオンウエハメトリクス（ＣＤ、ボウなど）につながりうる新しい有利な処理条件の利用につながる可能性がある。自動周波数調整方法の実装には、プラズマ処理装置１００のハードウェア変更が必要ないため、自動周波数調整方法のフィールドバック実装が低コストで実現可能となる。本明細書で開示されている自動周波数調整方法は、既存の処理ツールに製造上または技術上の変更を求めることなしに、ソフトウェアで実装されることが可能である。
【0111】
本明細書で述べたように、ＲＦの専門家／エンジニアによって実行される手動の周波数調整手順は、処理工程（周波数スキャンレシピ準備を含む）あたり最大２０分を要しうる。本明細書で開示されている自動周波数調整方法は、２～２．５分で完了し、ＲＦ専門家／エンジニアがツールに立ち会う必要性を非除することが実証された。本明細書で開示されている自動周波数調整方法の幅広い応用範囲を考慮すると、自動周波数調整方法は、他の半導体製造処理ツール、特にレベル間のパルシングを利用するツール、への自動周波数調整の応用の基礎を提供しうることを想定できる。
【0112】
本明細書に記載されている実施形態は、コンピュータシステムに格納されたデータを含め、コンピュータに実装された様々な動作を利用できることを理解されたい。これらの動作は、物理量の物理操作を必要とするものである。本実施形態の一部を形成する本明細書で説明した動作はいずれも、有用な機械動作である。本実施形態は、さらに、これらの動作を実行するためのハードウェアユニットまたは装置に関する。装置は、専用コンピュータ向けに特別に構成されてよい。専用コンピュータとして規定された場合、コンピュータは、特殊目的に含まれない他の処理、プログラム実行、または、ルーチンも実行しつつ、特殊目的のために動作することができる。一部の実施形態において、動作は、コンピュータメモリ、キャッシュに格納されたまたはネットワークを介して取得された１または複数のコンピュータプログラムによって選択的にアクティベートまたは構成された汎用コンピュータで処理されてもよい。データがネットワークを介して取得されると、そのデータは、ネットワーク（例えば、コンピューティングリソースのクラウド）上の他のコンピュータによって処理されてもよい。
【0113】
本明細書に記載の様々な実施形態は、非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体上にコンピュータ読み取り可能なコードとして製造されてよい。非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータシステムによって読み出し可能であるようにデータを格納できる任意のデータ記憶ハードウェアユニットである。非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体の例としては、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、コンパクトディスク－ＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、ＣＤ－レコーダブル（ＣＤ－Ｒ）、ＣＤ－リライタブル（ＣＤ－ＲＷ）、磁気テープ、および、その他の光学式および非光学式のデータ記憶ハードウェアユニットが挙げられる。非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ読み取り可能なコードが分散的に格納および実行されるように、ネットワーク接続されたコンピュータシステム上に分散されたコンピュータ読み取り可能なタンジブル媒体を含みうる。
【0114】
本開示は、理解しやすいように、ある程度の詳細事項を含むが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。例えば、本明細書で開示されている任意の実施形態からの１または複数の特徴が、本明細書で開示されている任意の他の実施形態の１または複数の特徴と組み合わせられてもよいことを理解されたい。したがって、これらの実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、特許請求の範囲は、本明細書に示した詳細に限定されず、記載された実施形態の範囲および等価物の範囲内で変形されてもよい。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【国際調査報告】