特表 2023-525768 スイッチモードバイアスシステムを使用した表面電荷および電力フィードバックならびに制御

(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】2023-06-19

(54)【発明の名称】スイッチモードバイアスシステムを使用した表面電荷および電力フィードバックならびに制御

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230612BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230612BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230612BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20230612BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20230612BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H01L21/302 101B

H01L21/31 C

C23C16/50

C23C16/44 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022568414

(86)(22)【出願日】2021-04-19

(85)【翻訳文提出日】2022-12-19

(86)【国際出願番号】 US2021027927

(87)【国際公開番号】W WO2021231035

(87)【国際公開日】2021-11-18

(31)【優先権主張番号】16/871,613

(32)【優先日】2020-05-11

(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】519027693

【氏名又は名称】エーイーエス グローバル ホールディングス， プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】カーター， ダニエル

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA05

2G084AA08

2G084BB02

2G084BB03

2G084BB05

2G084BB07

2G084CC07

2G084CC08

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC17

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD04

2G084DD15

2G084DD24

2G084DD38

2G084DD53

2G084DD55

2G084EE06

2G084FF29

2G084HH05

2G084HH06

2G084HH15

2G084HH19

2G084HH20

2G084HH21

2G084HH22

2G084HH27

2G084HH28

2G084HH31

2G084HH32

2G084HH33

2G084HH37

2G084HH43

2G084HH52

2G084HH56

4K030FA01

4K030KA39

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB22

5F004CA03

5F004CA06

5F045AA08

5F045EH14

5F045EH20

5F045EM05

(57)【要約】

プラズマチャンバ内のイオンエネルギーを調整し、基板表面上および表面上に構築されている容量性構造内への過剰かつ損傷を及ぼす電荷集積を回避するためのシステム、方法、および装置。例示的方法は、基板をプラズマチャンバ内に設置することと、プラズマをプラズマチャンバ内に形成することと、周期的電圧関数（または修正された周期的電圧関数）を基板に印加するように、基板への電力を制御可能に切り替えることと、基板の表面におけるイオンのエネルギーの定義された分布に応答して、時間平均ベースで、イオンエネルギーの定義された分布をもたらし、表面電荷集積を閾値を下回るように維持するように、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって、周期的電圧関数を変調することとを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧を提供するためのシステムであって、
イオンを含む、プラズマを含有するように構成される、プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に位置付けられ、基板を支持するように配置される、基板支持体と、
非対称周期的電圧関数を、基板支持体に結合するように構成される出力に提供するように構成される、電力供給源であって、前記非対称周期的電圧関数は、正電圧ランプ、第１の負電圧ランプ、および第２の負電圧ランプを有し、持続時間ｔ_２を前記第１の負電圧ランプと次の正電圧ランプとの間に有する、電力供給源と
を備え、
前記電力供給源は、前記持続時間ｔ_２の間、電流または電圧のうちの少なくとも１つの監視に基づいて、前記プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するように構成され、さらに、前記イオン電流および前記持続時間ｔ_２の関数として、前記基板上の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの推定値を取得するように構成される、イオン電流補償構成要素を備え、
前記電力供給源は、前記持続時間ｔ_２を調節し、所望の表面電荷蓄積Ｑ_ｉを達成する、または前記表面電荷蓄積Ｑ_ｉを閾値を下回るように保つように構成される、切替コントローラを備える、システム。

【請求項2】

前記イオン電流補償構成要素は、制御可能幅のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらす、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記イオン電流補償構成要素は、制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらす、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記イオン電流補償構成要素はさらに、前記持続時間ｔ_２の間、固定された規模の電圧または電流を前記出力に維持し、前記制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらすように構成される、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記電力供給源は、少なくとも２つの切替構成要素を含み、前記少なくとも２つの切替構成要素は、ＤＣ電力供給源に結合される、第１の切替構成要素と、接地端子に結合される、第２の切替構成要素とを含み、前記２つの切替構成要素は、前記ＤＣ電力供給源の正のＤＣ電圧および前記接地端子を前記出力に交互に結合し、前記制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらすように構成される、請求項３に記載のシステム。

【請求項6】

前記切替コントローラは、第１および第２の別個の駆動制御信号線のうちの対応する１つによって、第１および第２の別個の駆動制御信号を、それぞれ、前記少なくとも２つの切替構成要素の第１および第２のものに提供し、前記駆動制御信号のタイミングを制御し、前記正のＤＣ電圧および接地電位を前記出力に交互に切り替え、前記非対称周期的電圧関数を発生させるように構成され、これは、前記基板支持体上の誘電または半導体基板に印加されると、前記持続時間ｔ_２の間、持続負電圧を前記基板の表面に生産し、前記持続負電圧は、前記制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーをもたらす、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

波形メモリをさらに備え、前記波形メモリは、前記持続時間ｔ_２のタイミングを備える、前記駆動制御信号に関するタイミング情報を含むようにプログラムされる、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記表面電荷蓄積の推定値は、前記持続時間ｔ_２にわたる、前記イオン電流の積分として導出される、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記表面電荷蓄積の推定値は、前記電圧の変化率ｄｖ／ｄｔの倍数×直列静電容量Ｃ_{ｃｈｕｃｋ}として導出される、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

電圧を提供するための装置であって、
非対称周期的電圧関数を、基板支持体に結合するように構成される出力に提供するように構成される、電力供給源を備え、前記非対称周期的電圧関数は、正電圧ランプ、第１の負電圧ランプ、および第２の負電圧ランプを有し、持続時間ｔ_２を前記第１の負電圧ランプと次の正電圧ランプとの間に有し、
前記電力供給源は、前記持続時間ｔ_２の間、電流または電圧のうちの少なくとも１つの監視に基づいて、プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するための手段を含み、
前記電力供給源は、前記イオン電流および前記持続時間ｔ_２の関数として、前記基板支持体によって保持される基板上の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの推定値を取得するための手段を含み、
前記電力供給源は、前記持続時間ｔ_２を調節し、所望の表面電荷蓄積Ｑ_ｉを達成する、または前記表面電荷蓄積Ｑ_ｉを閾値を下回るように保つように構成される、コントローラを備える、装置。

【請求項11】

前記電力供給源は、制御可能幅のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらす、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

電力供給源は、制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらす、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

電力供給源はさらに、前記持続時間ｔ_２の間、固定された規模の電圧または電流を前記出力に維持し、前記制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらすように構成される、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

前記電力供給源は、少なくとも２つの切替構成要素を含み、前記少なくとも２つの切替構成要素は、ＤＣ電力供給源に結合される、第１の切替構成要素と、接地端子に結合される、第２の切替構成要素とを含み、前記２つの切替構成要素は、前記ＤＣ電力供給源の正のＤＣ電圧および前記接地端子を前記出力に交互に結合し、前記制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーを前記基板の表面にもたらすように構成される、請求項１２に記載の装置。

【請求項15】

前記コントローラは、第１および第２の別個の駆動制御信号線のうちの対応する１つによって、第１および第２の別個の駆動制御信号を、それぞれ、前記少なくとも２つの切替構成要素の第１および第２のものに提供し、前記第１および第２の別個の駆動制御信号のタイミングを制御し、前記正のＤＣ電圧および接地電位を前記出力に交互に切り替え、前記非対称周期的電圧関数を発生させるように構成され、これは、前記基板支持体上の誘電または半導体基板に印加されると、前記持続時間ｔ_２の間、持続負電圧を前記基板の表面に生産し、前記持続負電圧は、前記制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギーをもたらす、請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

波形メモリをさらに備え、前記波形メモリは、前記持続時間ｔ_２のタイミングを備える、前記第１および第２の別個の駆動制御信号に関するタイミング情報を含むようにプログラムされる、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

前記プラズマ処理チャンバをさらに備える、請求項１０に記載の装置。

【請求項18】

電圧を提供するための方法を実施するためのプロセッサ実行可能コードでエンコーディングされる、非一過性有形プロセッサ可読記憶媒体であって、前記方法は、
プラズマ処理チャンバ内の基板をバイアスすることであって、前記バイアスの波形は、（１）周期的正のパルスと、（２）前記正のパルスのそれぞれの間に、持続時間ｔ_２にわたって続き、減少率ｄｖ／ｄｔを有する、線形に減少する電圧とを備える、ことと、
イオン電流Ｉ_Ｉを、前記持続時間ｔ_２の間の前記波形の電流測定値から、または前記減少率ｄｖ／ｄｔから計算することと、
前記持続時間ｔ_２の間に集積した表面電荷蓄積Ｑ_ｉを前記イオン電流Ｉ_Ｉから計算することと、
前記表面電荷蓄積Ｑ_ｉと第１の閾値を比較することと、
前記表面電荷蓄積Ｑ_ｉが前記第１の閾値を満たす、またはそれを超えるとき、前記持続時間ｔ_２を変化させることと
を含む、非一過性有形プロセッサ可読記憶媒体。

【請求項19】

前記パルスのそれぞれの持続時間ｔ_１が、前記持続時間ｔ_２の変化の間、一定に保たれ、それによって、前記基板に送達される一定イオンエネルギーを維持する、請求項１８に記載の非一過性有形プロセッサ可読媒体。

【請求項20】

前記イオン電流Ｉ_Ｉを前記減少率ｄｖ／ｄｔおよび前記基板と前記バイアスを提供する電力供給源との間の直列静電容量Ｃ_{ｃｈｕｃｋ}から計算することをさらに含む、請求項１８に記載の非一過性有形プロセッサ可読媒体。

【請求項21】

前記持続時間ｔ_２の間、前記表面電荷蓄積Ｑ_ｉを、以下のように計算することをさらに含む、請求項２０に記載の非一過性有形プロセッサ可読媒体。

【数21】

【請求項22】

前記持続時間ｔ_２の間、前記表面電荷蓄積Ｑ_ｉを、以下のように計算することをさらに含む、請求項２０に記載の非一過性有形プロセッサ可読媒体。

【数22】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（開示の分野）
本開示は、概して、プラズマ処理に関する。特に、限定ではないが、本開示は、ウエハのプラズマ処理の間、ウエハ上の表面電荷を監視および制御するためのシステム、方法、および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

（関連技術の説明）
半導体処理の間、ウエハ上の表面電荷蓄積は、デバイス損傷およびエッチングプロファイルならびにパターン化された構造の寸法の完全性を含む、プラズマプロセスの多数の側面に影響を及ぼし得る。例えば、電荷集積は、チップスタック内の容量結合特徴間の容量絶縁破壊につながり得る。別の実施例として、表面特徴上の電荷集積は、エッチングプロセスにおいて使用されるイオンを偏向させ、望ましくないエッチングまたは堆積プロファイル（すなわち、非垂直側壁）につながり得る。既存のプロセスは、オフライン実験データ蓄積および分析を使用して、処理の間、補正作用を講じるために使用され得る、フラグおよび他のトリガを識別する。しかしながら、そのような方法は、リアルタイムではなく、リアルタイム処理条件が実験的に導出されるモデルと幾分異なるとき、誤差を受けやすい。したがって、表面電荷蓄積のより正確かつリアルタイムの監視および制御の必要がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

（開示の要約）
以下は、本明細書に開示される１つ以上の側面および／または実施形態に関連する、簡略化された概要を提示する。したがって、以下の概要は、全ての検討される側面および／または実施形態に関連する広範な概要と見なされるべきではなく、また、全ての検討される側面および／または実施形態に関連する重要または必須要素を識別する、もしくは任意の特定の側面および／または実施形態と関連付けられる範囲を境界するためのものと見なされるべきではない。故に、以下の概要は、下記に提示される詳細な説明に先行するために、本明細書に開示される機構に関連する１つ以上の側面および／または実施形態に関連するある概念を簡略化された形態において提示することのみを目的とする。

【0004】

本開示のある側面では、いわゆるｅＶ源は、電流、電圧、または電源と連動して、スイッチモード電力供給源を使用して、基板に提供され、プラズマ処理チャンバ内のウエハ基板上に電荷集積および放電をもたらす、修正された波形（例えば、非対称周期的波形）を発生させる。波形は、電荷をウエハ表面から除去する、周期的電圧ステップまたはランプ（例えば、各反転の上部と底部との間の有限傾きを伴う、電圧反転）後、ウエハを保持するチャックへの線形に減少する電圧印加の周期を含むことができる。電圧ステップまたはランプが、ウエハ表面上の電荷集積を除去する間、線形に減少する電圧の周期は、持続負電圧（例えば、若干の電圧傾き）をウエハ表面にもたらし、これは、処理のために、イオンを表面に誘引する。線形に減少する電圧は、制御されるため、コントローラはまた、本減少する電圧の傾きを監視または制御することができ、本傾きは、「イオン電流」Ｉ_Ｉ、すなわち、プラズマから、ウエハを通して、ｅＶ源の中に通過する、電流の知識を提供する。

【0005】

イオン電流の知識は、イオン電流Ｉ_Ｉが流動している時間の監視とともに、表面電荷蓄積Ｑ_ｉ＝Ｉ_Ｉ×ｔであるため、電荷集積の正確な推定値を提供する。表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、構造的損傷または表面電荷の他の望ましくない効果につながることが既知のもの等の閾値を超えると、正電圧反転（または電圧傾きの方向の急変）が、開始され、表面電荷蓄積を除去することができる。換言すると、非対称周期的電圧波形は、線形に減少する電圧の持続時間を電圧反転間に有し、本持続時間は、表面電荷集積Ｑ_ｉがあまりに大きくならないように防止することができる。したがって、電圧反転のタイミングは、具体的電荷除去をもたらす、または電荷が閾値を超えないようにブロッキングするように修正または制御されることができる。

【0006】

同時に、電流および電圧は、既知であるため、コントローラはまた、Ｐ＝Ｉ×Ｖであるため、送達される電力の知識および制御を有する。

【0007】

本開示のいくつかの実施形態は、プラズマ処理チャンバと、基板支持体と、電力供給源とを含む、プラズマベースの処理のためのシステムとして特徴付けられ得る。プラズマ処理チャンバは、イオンを含む、プラズマを含有するように構成されることができる。基板支持体は、プラズマ処理チャンバ内に位置付けられ、基板を支持するように配置されることができる。電力供給源は、非対称周期的電圧関数を、基板支持体に結合するように構成される、出力に提供するように構成されることができる。非対称周期的電圧関数は、正電圧ランプ、第１の負電圧ランプ、および第２の負電圧ランプを有し、持続時間ｔ_２を第１の負電圧ランプと次の正電圧ランプとの間に有することができる。電力供給源はまた、持続時間ｔ_２の間、電流または電圧のうちの少なくとも１つの監視に基づいて、プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するように構成され、さらに、イオン電流および持続時間ｔ_２の関数として、基板上の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの推定値を取得するように構成される、イオン電流補償構成要素を含むことができる。電力供給源はまた、持続時間ｔ_２を調節し、所望の表面電荷蓄積Ｑ_ｉを達成する、または表面電荷蓄積Ｑ_ｉを閾値を下回るように保つように構成される、切替コントローラを含むことができる。

【0008】

本開示の他の実施形態はまた、プラズマベースの処理のための装置として特徴付けられ得る。本装置は、電力供給源を有する、プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するための手段と、表面電荷蓄積Ｑ_ｉの推定値を取得するための手段と、波形の持続時間ｔ_２を調節するためのコントローラとを含むことができる。具体的には、電力供給源は、非対称周期的電圧関数を、基板支持体に結合するように構成される、出力に提供するように構成されることができる。非対称周期的電圧関数は、正電圧ランプ、第１の負電圧ランプ、および第２の負電圧ランプを有し、持続時間ｔ_２を第１の負電圧ランプと次の正電圧ランプとの間に有することができる。プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するための手段は、持続時間ｔ_２の間、電流または電圧のうちの少なくとも１つを監視することができる。基板支持体によって保持される基板上の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの推定値を取得するための手段は、イオン電流Ｉ_ｉおよび持続時間ｔ_２の関数として動作することができる。コントローラは、持続時間ｔ_２を調節し、所望の電荷蓄積Ｑ_ｉを達成することができる、または表面電荷蓄積Ｑ_ｉを閾値を下回るように保つことができる。

【0009】

本開示のいくつかの実施形態は、プラズマ処理チャンバ内の基板をバイアスする方法として特徴付けられ得る。本方法は、（１）周期的正のパルスと、（２）正のパルスのそれぞれの間で線形に減少する電圧とを含む、波形を用いて、バイアスすることを含むことができる。線形に減少する電圧は、持続時間ｔ_２にわたって続き、減少率ｄｖ／ｄｔを有することができる。本方法は、次いで、イオン電流Ｉ_Ｉを、持続時間ｔ_２の間の波形の電流測定値から、または減少率ｄｖ／ｄｔから計算することができる。本方法は、次いで、持続時間ｔ_２の間に集積した表面電荷蓄積Ｑ_ｉをイオン電流Ｉ_Ｉから計算し、表面電荷蓄積Ｑ_ｉと第１の閾値を比較することができる。本方法は、次いで、表面電荷蓄積Ｑ_ｉが第１の閾値を満たす、またはそれを超えるとき、持続時間ｔ_２を変化させることができる。

【0010】

ある実施形態では、電力供給源は、スイッチモード電力供給源と、イオン電流補償構成要素とを含むことができる。電力供給源は、少なくとも２つの切替構成要素を含むことができ、少なくとも２つの切替構成要素は、ＤＣ電力供給源に結合される、第１の切替構成要素と、接地端子に結合される、第２の切替構成要素とを含むことができる。２つの切替構成要素は、ＤＣ電力供給源の正のＤＣ電圧および接地端子を電力供給源の出力に交互に結合し、制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギー（例えば、単一集線の特定のイオンエネルギー）を基板の表面にもたらすように構成されることができる。少なくとも２つの切替構成要素は、ハーフブリッジまたはフルブリッジ構成のいずれかにあることができる。

【0011】

本開示のいくつかの実施形態は、電圧を提供するためのシステムとして特徴付けられ得、プラズマ処理チャンバと、基板支持体と、電力供給源とを含むことができる。プラズマ処理チャンバは、イオンを含む、プラズマを含有するように構成されることができる。基板支持体は、プラズマ処理チャンバ内に位置付けられ、基板を支持するように配置されることができる。電力供給源は、非対称周期的電圧関数を、基板支持体に結合するように構成される、出力に提供するように構成されることができ、非対称周期的電圧関数は、正電圧ランプ、第１の負電圧ランプ、および第２の負電圧ランプを有し、持続時間ｔ_２を第１の負電圧ランプと次の正電圧ランプとの間に有する。電力供給源は、持続時間ｔ_２の間、電流または電圧のうちの少なくとも１つの監視に基づいて、プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するように構成され、さらに、イオン電流および持続時間ｔ_２の関数として、基板上の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの推定値を取得するように構成される、イオン電流補償構成要素を備えることができる。電力供給源はさらに、持続時間ｔ_２を調節し、所望の表面電荷蓄積Ｑ_ｉを達成する、または表面電荷蓄積Ｑ_ｉを閾値を下回るように保つように構成される、切替コントローラを備えることができる。

【0012】

本開示の他の実施形態は、電圧を提供するための装置として特徴付けられ得、電力供給源を含むことができる。電力供給源は、非対称周期的電圧関数を、基板支持体に結合するように構成される、出力に提供するように構成されることができ、非対称周期的電圧関数は、正電圧ランプ、第１の負電圧ランプ、および第２の負電圧ランプを有し、持続時間ｔ_２を第１の負電圧ランプと次の正電圧ランプとの間に有する。電力供給源は、持続時間ｔ_２の間、電流または電圧のうちの少なくとも１つの監視に基づいて、プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するための手段を備えることができる。電力供給源は、イオン電流および持続時間ｔ_２の関数として、基板支持体によって保持される基板上の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの推定値を取得するための手段を備えることができる。電力供給源は、持続時間ｔ_２を調節し、所望の表面電荷蓄積Ｑ_ｉを達成する、または表面電荷蓄積Ｑ_ｉを閾値を下回るように保つように構成されることができる。

【0013】

本開示のさらに他の実施形態は、電圧を提供するための方法を実施するためのプロセッサ実行可能コードでエンコーディングされる、非一過性有形プロセッサ可読記憶媒体として特徴付けられ得る。本方法は、プラズマ処理チャンバ内の基板をバイアスすることであって、バイアスの波形は、（１）周期的正のパルスと、（２）正のパルスのそれぞれの間に、持続時間ｔ_２にわたって続き、減少率ｄｖ／ｄｔを有する、線形に減少する電圧とを備える、ことを含むことができる。本方法はさらに、イオン電流Ｉ_Ｉを、持続時間ｔ_２の間の波形の電流測定値から、または減少率ｄｖ／ｄｔから計算することを含むことができる。本方法は、なおもさらに、持続時間ｔ_２の間に集積した表面電荷蓄積Ｑ_ｉをイオン電流Ｉ_Ｉから計算することを含むことができる。本方法はまた、表面電荷蓄積Ｑ_ｉと第１の閾値を比較することを含むことができる。本方法は、加えて、表面電荷蓄積Ｑ_ｉが第１の閾値を満たす、またはそれを超えるとき、持続時間ｔ_２を変化させることを含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

本開示の種々の目的および利点ならびにより完全なる理解は、添付図面と併せて考慮されるときに、以下の詳細な説明および添付の請求項を参照することによって、明白であり、かつ容易に理解される。

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実装による、プラズマ処理システムのブロック図を例証する。

【0016】

【図2】図２は、図１に描写されるスイッチモード電力システムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。

【0017】

【図3】図３は、図２を参照して説明されるスイッチモードバイアス供給源を実現するように利用され得る、構成要素の略図である。

【0018】

【図4】図４は、２つの駆動信号波形を描写する、タイミング略図である。

【0019】

【図5】図５は、特定のイオンエネルギーに集線されるイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給源を動作させる、単一モードのグラフ表示である。

【0020】

【図6】図６は、イオンエネルギー分布における２つの別個のピークが発生される、動作の二峰性モードを描写するグラフである。

【0021】

【図7】図７Ａおよび７Ｂは、プラズマ中で行われる、実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフである。

【0022】

【図8】図８は、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0023】

【図9A】図９Ａは、正弦波変調関数によって変調される、例示的周期的電圧関数を描写する、グラフである。

【0024】

【図9B】図９Ｂは、図９Ａに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。

【0025】

【図9C】図９Ｃは、時間平均に基づく、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。

【0026】

【図9D】図９Ｄは、周期的電圧関数が正弦波変調関数によって変調されるときの結果として生じる、時間平均ＩＥＤＦのプラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。

【0027】

【図10】図１０Ａは、周期的電圧関数が、鋸歯状波変調関数によって変調されることを描写する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。図１０Ｃは、図１０Ａおよび１０Ｂにおける周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する、グラフである。

【0028】

【図11】図１１は、右欄にＩＥＤＦ関数および左欄に関連付けられる変調関数を示す、グラフである。

【0029】

【図12】図１２は、イオン電流補償構成要素が、プラズマチャンバ内のイオン電流を補償する、実施形態を描写する、ブロック図である。

【0030】

【図13】図１３は、例示的イオン電流補償構成要素を描写する、略図である。

【0031】

【図14】図１４は、図１３に描写される、ノードＶ_ｏｕｔにおける例示的電圧を描写する、グラフである。

【0032】

【図15】図１５Ａ－１５Ｃは、補償電流に応答して、基板の表面またはウエハに現れる、電圧波形である。

【0033】

【図16】図１６は、図１３を参照して説明される電流源を実現するように実装され得る、電流源の例示的実施形態である。

【0034】

【図17】図１７Ａおよび１７Ｂは、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0035】

【図18】図１８は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0036】

【図19】図１９は、本発明のなおも別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0037】

【図20】図２０は、図１－１９を参照して説明される実施形態に関連して利用され得る、ブロック図入力パラメータおよび制御出力である。

【0038】

【図21】図２１は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0039】

【図22】図２２は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0040】

【図23】図２３は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0041】

【図24】図２４は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0042】

【図25】図２５は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0043】

【図26】図２６は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0044】

【図27】図２７は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。

【0045】

【図28】図２８は、本開示のある実施形態による、方法を図示する。

【0046】

【図29】図２９は、本開示のある実施形態による、別の方法を図示する。

【0047】

【図30】図３０は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。

【0048】

【図31】図３１はＩＥＤＦおよびイオンエネルギーを設定するための方法を図示する。

【0049】

【図32】図３２は、本開示の一実施形態による、基板支持体に送達される２つの修正された周期的電圧関数波形を図示する。

【0050】

【図33】図３３は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化を示し得る、イオン電流波形を図示する。

【0051】

【図34】図３４は、非周期的形状を有する、修正された周期的電圧関数波形のイオン電流Ｉ_Ｉを図示する。

【0052】

【図35】図３５は、バイアス供給源内の故障を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。

【0053】

【図36】図３６は、システム容量の動的変化を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。

【0054】

【図37】図３７は、プラズマ密度の変化を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。

【0055】

【図38】図３８は、イオン電流のドリフトがシステムドリフトを示し得る、異なるプロセス実行のためのイオン電流のサンプリングを図示する。

【0056】

【図39】図３９は、異なるプロセスパラメータのためのイオン電流のサンプリングを図示する。

【0057】

【図40】図４０は、チャンバ内にプラズマを伴わずに監視された２つのバイアス波形を図示する。

【0058】

【図41】図４１は、プラズマプロセスの正当性を立証するために使用され得る、２つのバイアス波形を図示する。

【0059】

【図42】図４２は、電力供給源電圧とイオンエネルギーとの間の関係を示す、いくつかの電力供給源電圧およびイオンエネルギーのプロットを図示する。

【0060】

【図43】図４３は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。

【0061】

【図44】図４４は、本明細書に開示されるシステムにおける異なる点での種々の波形を図示する。

【0062】

【図45】図４５は、イオン電流Ｉ_Ｉに一致させるために、イオン電流補償Ｉ_ｃの最終的漸増変化を生じさせることの効果を図示する。

【0063】

【図46】図４６は、イオンエネルギーの選択を図示する。

【0064】

【図47】図４７は、イオンエネルギー分布関数幅の選択および拡張を図示する。

【0065】

【図48】図４８は、各イオンエネルギーレベルが狭ＩＥＤＦ幅を有する、１つを上回るイオンエネルギーレベルを達成するために使用され得る、電力供給源電圧Ｖ_ＰＳの１つのパターンを図示する。

【0066】

【図49】図４９は、各イオンエネルギーレベルが狭ＩＥＤＦ幅を有する、１つを上回るイオンエネルギーレベルを達成するために使用され得る、電力供給源電圧Ｖ_ＰＳの別のパターンを図示する。

【0067】

【図50】図５０は、定義されたＩＥＤＦを生成するために使用され得る、電力供給源電圧Ｖ_ＰＳおよびイオン電流補償Ｉ_Ｃの１つの組み合わせを図示する。

【図51】（記載なし）

【図52】（記載なし）

【図53】（記載なし）

【図54】（記載なし）

【図55】（記載なし）

【図56】（記載なし）

【図57】（記載なし）

【図58】（記載なし）

【0068】

【図59】図５９は、例示的制御システムの側面を描写する、略図である。

【0069】

【図60】図６０は、例示的バイアス供給源の側面を描写する、略図である。

【0070】

【図61】図６１は、バイアス供給源から出力される、電圧波形のグラフ、対応するシース電圧のグラフ、および対応するスイッチタイミング図を含む。

【0071】

【図62】図６２は、例示的バイアス供給源波形および例示的電圧値を描写する、グラフである。

【0072】

【図63】図６３Ａは、２つの電圧源を使用して、電圧を図５２に描写されるバイアス供給源に提供する、実装を描写する。図６３Ｂは、２つの電圧源を使用して、電圧を図５２に描写されるバイアス供給源に提供する、別の実装を描写する。図６３Ｃは、２つの電圧源を使用して、電圧を図５２に描写されるバイアス供給源に提供する、さらに別の実装を描写する。

【0073】

【図64】図６４Ａは、３つの電圧源を使用して、電圧を図５２に描写されるバイアス供給源に提供する、実装を描写する。図６４Ｂは、３つの電圧源を使用して、電圧を図５２に描写されるバイアス供給源に提供する、別の実装を描写する。図６４Ｃは、３つの電圧源を使用して、電圧を図５２に描写されるバイアス供給源に提供する、さらに別の実装を描写する。

【0074】

【図65】図６５は、制御システムと接続する、例示的バイアス供給源の側面を描写する、略図である。

【0075】

【図66】図６６は、基板表面上の表面電荷蓄積が制御され得る、プラズマ処理システムを動作させるための方法を図示する。

【0076】

【図67】図６７は、基板表面上の表面電荷蓄積が制御され得る、プラズマ処理システムを動作させるための別の方法を図示する。

【0077】

【図68】図６８は、持続時間ｔ_２が表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御するように調節され得る、プラズマ処理システムの電力供給源のためのタイミングチャートを図示する。

【0078】

【図69】図６９は、例示的実施形態による、本明細書に開示される遠隔プラズマ源を動作または製造させるためのデバイスを実現するために利用され得る、物理的構成要素を描写する、ブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0079】

（詳細な説明）
プラズマ処理システムの例示的実施形態は、概して、図１に示される。描写されるように、プラズマ電力供給源１０２は、プラズマ処理チャンバ１０４に結合され、スイッチモード電力供給源１０６は、チャンバ１０４内において、その上に基板１１０が静置する支持体１０８に結合される。また、スイッチモード電力供給源１０６に結合される、コントローラ１１２も示される。

【0080】

本例示的実施形態では、プラズマ処理チャンバ１０４は、実質的に従来の構造のチャンバ（例えば、ポンプまたは複数のポンプ（図示せず）によって真空にされる、真空封入体を含む）によって実現され得る。また、当業者が理解するであろうように、チャンバ１０４内のプラズマ励起は、例えば、ヘリコン型プラズマ源等の種々の源のうちの任意の１つによるものであり得、種々の源は、反応炉内でプラズマ１１４を点弧および持続させるための磁気コイルおよびアンテナを含み、ガス注入口がチャンバ１０４内にガスを導入するために提供され得る。

【0081】

描写されるように、例示的プラズマチャンバ１０４は、基板１１０のエネルギーイオン衝撃および他のプラズマ処理（例えば、プラズマ蒸着およびプラズマ支援イオン注入）を利用して、材料のプラズマ支援エッチングを行うように配列および構成される。本実施形態におけるプラズマ電力供給源１０２は、プラズマ１１４を点弧し、持続させるように、１つ以上の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）において、整合回路（図示せず））を介して、チャンバ１０４に電力（例えば、ＲＦ電力）を印加するように構成される。本発明は、チャンバ１０４に電力を結合するための任意の特定の種類のプラズマ電力供給源１０２または源に限定されるものではなく、種々の周波数および電力レベルが、プラズマ１１４に容量的または誘導的に結合され得ることを理解されたい。

【0082】

描写されるように、処理される誘電性基板１１０（例えば、半導体ウエハ）は、従来のウエハチャック（例えば、半導体ウエハ処理のため）の一部を含み得る、支持体１０８によって、少なくとも部分的に支持される。支持体１０８は、支持体１０８と基板１１０との間に絶縁層を有し、基板１１０は、プラットフォームに容量的に結合されるように形成され得るが、支持体１０８と異なる電圧で浮動し得る。

【0083】

上記に議論されるように、基板１１０および支持体１０８が、導体である場合、支持体１０８に不変電圧を印加することが可能であり、基板１１０を通しての電気伝導の結果、支持体１０８に印加される電圧は、基板１１０の表面にも印加される。

【0084】

しかしながら、基板１１０が、誘電性であるとき、支持体１０８への不変電圧の印加は、処理される基板１１０の表面全体にわたって電圧をかけるために有効ではない。その結果、例示的スイッチモード電力供給源１０６は、基板１１０の制御されたエッチングおよび／または蒸着および／または他のプラズマ支援プロセスを行うように、プラズマ１１４内でイオンを誘引し、基板１１０と衝突させることが可能である電圧を基板１１０の表面上にもたらすように制御されるように構成される。

【0085】

さらに、本明細書でさらに議論されるように、スイッチモード電力供給源１０６の実施形態は、プラズマ電力供給源１０２によって（プラズマ１１４に）印加される電力と、スイッチモード電力供給源１０６によって基板１１０に印加される電力との間にごくわずかな相互作用をもたらすために動作するように構成される。スイッチモード電力供給源１０６によって印加される電力は、例えば、プラズマ１１４の密度に実質的に影響を及ぼすことなく、イオンエネルギーの制御が可能なように制御可能である。

【0086】

さらに、図１に描写される例示的スイッチモード電力供給源１０６の多くの実施形態は、比較的に単純な制御アルゴリズムによって制御され得る、比較的に安価な構成要素によって実現される。また、従来技術のアプローチと比較して、スイッチモード電力供給源１０６の多くの実施形態は、はるかに効率的である。つまり、エネルギーコストと、過剰な熱エネルギーを除去することに関連付けられる高価な材料とを削減する。

【0087】

誘電性基板に電圧を印加するための公知の技術の１つは、基板の表面において電圧を誘発する、基板支持体に電力を印加するための複雑な制御方式と併用して、高出力線形増幅器を利用する。しかしながら、本技術は、コスト効率的ではなく、または十分に管理可能ではないことが分かっているため、商業用事業体によって採用されていない。特に、利用される線形増幅器は、典型的には、大型、非常に高価、非効率的、かつ制御が困難である。さらに、線形増幅器は、本質的に、ＡＣ結合（例えば、ブロッキングコンデンサ）と、チャックのような補助機能とを要求し、チャックのような補助機能は、並列給電回路によって達成され、並列給電回路は、チャックとともに、源に対するシステムのＡＣスペクトル純度を害する。

【0088】

検討されている別の技術は、（例えば、１つ以上の線形増幅器によって）基板に高周波電力を印加するものである。しかしながら、基板に印加される高周波電力は、プラズマ密度に影響を及ぼすため、本技術は、プラズマ密度に悪影響を及ぼすことが分かっている。

【0089】

いくつかの実施形態では、図１に描写されるスイッチモード電力供給源１０６は、降圧、昇圧、および／または降圧－昇圧型電力技術によって実現され得る。これらの実施形態では、スイッチモード電力供給源１０６は、可変レベルのパルス電力を印加し、基板１１０の表面上に電位を誘発するように制御され得る。

【0090】

他の実施形態では、スイッチモード電力供給源１０６は、他のより高度なスイッチモード電力および制御技術によって実現される。次に図２を参照すると、例えば、図１を参照して説明されるスイッチモード電力供給源は、基板１１０に電力を印加し、基板１１０に衝突するイオンの１つ以上の所望のエネルギーをもたらすために利用される、スイッチモードバイアス供給源２０６によって実現される。また、イオンエネルギー制御構成要素２２０、アーク検出構成要素２２２、ならびにスイッチモードバイアス供給源２０６および波形メモリ２２４の両方に結合されるコントローラ２１２も示される。

【0091】

これらの構成要素の例証される配列は、論理的である。したがって、構成要素は、実際の実装では、組み合わされるか、またはさらに分離されることが可能であり、構成要素は、システムの基本動作を変更せずに、種々の方法で接続可能である。いくつかの実施形態では、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得る、コントローラ２１２は、電力供給源２０２およびスイッチモードバイアス供給源２０６の両方を制御するために利用され得る。しかしながら、代替実施形態では、電力供給源２０２およびスイッチモードバイアス供給源２０６は、完全に分離された機能的ユニットによって実現される。さらなる実施例として、コントローラ２１２、波形メモリ２２４、イオンエネルギー制御部分２２０、およびスイッチモードバイアス供給源２０６は、単一構成要素に統合され得る（例えば、共通筐体内に常駐する）、または離散構成要素間に分散され得る。

【0092】

本実施形態におけるスイッチモードバイアス供給源２０６は、概して、基板の表面に衝突するイオンのエネルギーの所望の（または定義された）分布をもたらすように、制御可能な様式で、支持体２０８に電圧を印加するように構成される。より具体的には、スイッチモードバイアス供給源２０６は、特定の電力レベルにおいて、基板に１つ以上の特定の波形を印加することによって、イオンエネルギーの所望の（または定義された）分布をもたらすように構成される。さらにより具体的には、イオンエネルギー制御部分２２０からの入力に応答して、スイッチモードバイアス供給源２０６は、特定の電力レベルを印加することにより、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ２２４内の波形データによって定義される１つ以上の電圧波形を使用して、特定の電力レベルを印加する。その結果、１つ以上の特定のイオン衝撃エネルギーが、基板の制御されたエッチング（または他の形態のプラズマ処理）を行うように、イオン制御部分によって選択され得る。

【0093】

描写されるように、スイッチモード電力供給源２０６は、対応する駆動構成要素２２８’、２２８’’からの駆動信号に応答して、基板２１０の支持体２０８への電力を切り替えるように適合されるスイッチ構成要素２２６’、２２６’’（例えば、高出力電界効果トランジスタ）を含む。また、駆動構成要素２２８’、２２８’’によって発生される駆動信号２３０’、２３０’’は、波形メモリ２２４の内容によって定義されるタイミングに基づいて、コントローラ２１２によって制御される。例えば、多くの実施形態におけるコントローラ２１２は、波形メモリの内容を解釈し、駆動制御信号２３２’、２３２’’を発生させるように適合され、駆動制御信号２３２’、２３２’’は、切替構成要素２２６’、２２６’’への駆動信号２３０’、２３０’’を制御するために、駆動構成要素２２８’、２２８’’によって利用される。ハーフブリッジ（またはフルブリッジ）構成に配列され得る、２つのスイッチ構成要素２２６’、２２６’’が、例示的目的のために描写されるが、当然ながら、より少ないまたは追加スイッチ構成要素が、種々のアーキテクチャ（例えば、Ｈ－ブリッジ構成）内で実装され得ることが想定される。

【0094】

多くの動作モードでは、コントローラ２１２（例えば、波形データを使用する）は、駆動制御信号２３２’、２３２’’のタイミングを変調し、基板２１０の支持体２０８において、所望の波形をもたらす。加えて、スイッチモードバイアス供給源２０６は、ＤＣ信号または時変波形であり得る、イオンエネルギー制御信号２３４に基づいて、基板２１０に電力を供給するように適合される。したがって、本実施形態は、切替構成要素へのタイミング信号を制御し、切替構成要素２２６’、２２６’’によって印加される、（イオンエネルギー制御構成要素２２０によって制御される）電力を制御することによって、イオン分布エネルギーの制御を可能にする。

【0095】

加えて、本実施形態におけるコントローラ２１２は、アーク検出構成要素２２２によって検出される、プラズマチャンバ２０４内のアークに応答して、アーク管理機能を行うように構成される。いくつかの実施形態では、アークが検出されると、コントローラ２１２は、スイッチモードバイアス供給源２０６の出力２３６において印加される波形が、プラズマ２１４内のアークを消弧するように、駆動制御信号２３２’、２３２’’を変更する。他の実施形態では、スイッチモードバイアス供給源２０６の出力２３６における電力の印加が中断されるように、コントローラ２１２は、駆動制御信号２３２’、２３２’’の印加を単に中断することによって、アークを消弧する。

【0096】

次に図３を参照すると、これは、図２を参照して説明されるスイッチモードバイアス供給源２０６を実現するために利用され得る、構成要素の略図である。示されるように、本実施形態における切替構成要素Ｔ１およびＴ２は、ハーフブリッジ（また、トーテムポールとも称される）型トポロジ（但し、フルブリッジ構成も、本開示の精神から逸脱することなく、可能性として考えられる）において配列される。集合的に、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２は、プラズマ負荷を表し、Ｃ１０は、有効容量（本明細書では直列容量またはチャック容量とも称される）であり、Ｃ３は、基板の表面上に誘発される電圧または静電チャック（図示せず）の電圧からのＤＣ電流が、回路を通して流動しないように防止するための任意の物理的コンデンサである。Ｃ１０は、基板支持体および静電チャック（またはＥチャック）の直列容量（チャック容量とも称される）、ならびに絶縁および基板等のバイアスの印加に固有の他の容量を含むため、有効容量と称される。描写されるように、Ｌ１は、浮遊インダクタンス（例えば、負荷に電力を給電する導体の自然インダクタンス）である。また、本実施形態では、３つの入力：Ｖ_ｂｕｓ、Ｖ２、およびＶ４が存在する。

【0097】

Ｖ２およびＶ４は、駆動信号（例えば、図２を参照して説明される駆動構成要素２２８’、２２８’’によって出力される、駆動信号２３０’、２３０’’）を表し、本実施形態では、Ｖ２およびＶ４は、Ｔ１およびＴ２の閉鎖が、変調され、基板支持体に印加される、電圧出力Ｖ_ｏｕｔの形状を制御し得るように、同期されることが可能である（例えば、スイッチパルスの長さおよび／または相互遅延）。多くの実装では、切替構成要素Ｔ１およびＴ２を実現するために使用されるトランジスタは、理想的スイッチではなく、したがって、所望の波形に到達するために、トランジスタ特有の特性が考慮される。多くの動作モードでは、単なるＶ２およびＶ４のタイミングの変更によって、Ｖ_ｏｕｔでの所望の波形の印加を可能にする。

【0098】

例えば、スイッチＴ１、Ｔ２は、基板１１０、２１０の表面における電圧が、正電圧基準に接近する、および／またはそれを若干超える、周期的電圧反転を用いて、概して、負となるように動作され得る。基板１１０、２１０の表面における電圧の値は、イオンのエネルギーを定義するものであり、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）の観点から特徴付けられ得る。基板１１０、２１０の表面において、所望の電圧をもたらすために、Ｖ_ｏｕｔでの波形部分は、所望の電圧および対応するイオンエネルギーを達成するために、基板１１０、２１０の表面に十分な電子を誘引するように、基板１１０、２１０の表面において、概して、矩形であり（または図６１－６２に示される、ランプ辺を有する）、短正電圧を誘発するために十分な長さの幅を有し得る。

【0099】

正電圧基準に接近する、および／またはそれを若干超える、周期的電圧反転は、スイッチＴ１、Ｔ２の切替能力によって限定される最小時間を有してもよい。電圧がスイッチを損傷させるレベルまで集積しない限り、電圧の概して負の部分が拡張することができる。いくつかの実施形態では、電圧の負の部分の長さは、イオンのシース遷移時間に基づいて、選定されてもよい。

【0100】

本実施形態におけるＶ_ｂｕｓは、基板の表面における電圧、その結果、イオンエネルギーを定義する、波形部分の測定されたＶ_ｏｕｔの振幅を定義する。再び図２を簡単に参照すると、Ｖ_ｂｕｓは、イオンエネルギー制御部分に結合され得、イオンエネルギー制御部分は、Ｖ_ｂｕｓにＤＣ信号または時変波形を印加するように適合されるＤＣ電力供給源によって実現され得る。

【0101】

スイッチパルス幅、スイッチパルス形状、および／または２つの信号Ｖ２、Ｖ４の相互遅延は、Ｖ_ｏｕｔ（本明細書では、修正された周期的電圧関数とも称される）において、所望の波形に到達するように変調され得、Ｖ_ｂｕｓに印加される電圧は、スイッチパルスの特性に影響を及ぼし得る。換言すると、電圧Ｖ_ｂｕｓは、スイッチパルス幅、スイッチパルス形状、および／または信号Ｖ２、Ｖ４の相対的位相に影響を及ぼし得る。図４を簡単に参照すると、例えば、図４に描写されるように、Ｖ_ｏｕｔにおいて周期的電圧関数を発生させるように、Ｔ１およびＴ２に印加され得る、２つの駆動信号波形（Ｖ２およびＶ４として）を描写する、タイミング略図が示される。Ｖ_ｏｕｔでの波形部分の形状を変調するために（例えば、Ｖ_ｏｕｔにおいて、スイッチパルスの最小時間を達成するが、電圧波形のピーク値に到達するために）、２つのゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４のタイミングが、制御され得る。

【0102】

例えば、スイッチパルスのそれぞれが、Ｖ_ｏｕｔで印加される時間が、スイッチパルス間の時間Ｔと比較して短いが、基板１１０、２１０の表面において、正電圧を誘発し、基板１１０、２１０の表面に電子を誘引するために十分に長くなり得るように、２つのゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４が、切替構成要素Ｔ１、Ｔ２に印加され得る。さらに、スイッチパルス間のゲート電圧レベルを変更することによって、波形部分間でＶ_ｏｕｔに印加される電圧の傾きを制御可能であることが分かっている（例えば、電圧反転間で、基板の表面において、実質的に持続または一定の電圧を達成するために）。いくつかの動作モードでは、ゲートパルスの反復速度は、約４００ｋＨｚであるが、本速度は、当然ながら、印加毎に可変であり得る。波形部分は、例えば、図９ｂおよび１０ｂにおける平坦電圧領域間の上昇部分、または図１４におけるｔ_１の間の部分（波形部分は、図１４における第１、第２、および第３の部分１４０２、１４０４、および１４０６を含む）、もしくは図６１におけるｔ_１の間の部分（波形部分は、図６１における第１、第２、および第３の部分６１６０、６１６２、および６１６４を含む）として定義されることができる。

【0103】

必須ではないが、実際は、実際の実装のモデル化および改良に基づいて、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布を発生させるために使用され得る波形が、定義され得、波形は、（例えば、電圧レベルの持続として、図１を参照して説明される波形メモリ部分内に）記憶可能である。加えて、多くの実装では、波形は、直接発生されることができる（例えば、Ｖ_ｏｕｔからのフィードバックを伴わずに）。したがって、フィードバック制御システムの望ましくない側面を回避する（例えば、整定時間）。

【0104】

再び図３を参照すると、Ｖ_ｂｕｓは、イオンのエネルギーを制御するために変調可能であり、記憶された波形を使用して、ゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４を制御し、Ｖ_ｏｕｔにおける所望の波形振幅を達成する一方、スイッチパルス幅を最小限にし得る。再び、これは、モデル化または実装され、実験的に確立され得るトランジスタの特定の特性に従って行われる。図５を参照すると、例えば、Ｖ_ｂｕｓ対時間、基板１１０、２１０の表面における電圧対時間、および対応するイオンエネルギー分布を描写する、グラフが示される。

【0105】

図５のグラフは、特定のイオンエネルギーに集線される、イオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給源１０６、２０６を動作させる、単一モードを描写する。描写されるように、本実施例におけるイオンエネルギーの単一集線をもたらすために、Ｖ_ｂｕｓに印加される電圧は、一定に維持される一方、Ｖ２およびＶ４に印加される電圧は、図５に示される対応するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給源１０６、２０６の出力におけるパルスを発生させるように制御される（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）。

【0106】

図５に描写されるように、基板１１０、２１０の表面における電位は、概して、負であり、基板１１０、２１０の表面に衝突し、エッチングするイオンを誘引する。基板１１０、２１０に印加される周期的短パルス（パルスをＶ_ｏｕｔに印加することによって）は、Ｖ_ｂｕｓに印加される電位によって定義される規模を有し、これらのパルスは、基板１１０、２１０の電位に短変化（例えば、正に近いまたは弱正電位）を生じさせ、電位の短変化は、基板１１０、２１０の表面に沿って、概して、負の電位を達成するように、基板の表面に電子を誘引する。図５に描写されるように、Ｖ_ｂｕｓに印加される一定電圧は、特定のイオンエネルギーにおける単一集線のイオン束をもたらす。したがって、特定のイオン衝撃エネルギーは、特定の電位にＶ_ｂｕｓを単に設定することによって選択され得る。他の動作モードでは、イオンエネルギーの２つ以上の別個の集線が生成され得る（例えば、図４９参照）。

【0107】

当業者は、電力供給源は、スイッチモード電力供給源に限定される必要がなく、したがって、あるイオンエネルギーを達成するために、電力供給源の出力も制御できることを認識するであろう。したがって、電力供給源の出力は、スイッチモードまたはその他であるかどうかにかかわらず、イオン電流補償またはイオン電流と組み合わせられることなく考慮されるとき、電力供給源電圧Ｖ_ＰＳと称され得る。本電力供給源電圧Ｖ_ＰＳはまた、図１４および６１における電圧降下ΔＶに等しい。

【0108】

次に図６を参照すると、例えば、イオンエネルギー分布において２つの別個のピークが発生される、動作の二峰性モードを描写するグラフが示される。示されるように、本動作モードでは、基板は、２つの異なるレベルの電圧および周期的パルスを被り、その結果、イオンエネルギーの２つの別個の集線が発生される。描写されるように、２つの異なるイオンエネルギー集線をもたらすために、Ｖ_ｂｕｓで印加される電圧は、２つのレベル間を交互し、各レベルは、２つのイオンエネルギー集線のエネルギーレベルを定義する。

【0109】

図６は、各パルス後（例えば、図４８）に交互するように、基板１１０、２１０における２つの電圧を描写するが、これは、必ずしも、必要ではない。他の動作モードでは、例えば、Ｖ２およびＶ４に印加される電圧は、基板の表面で誘発される電圧が、２つ以上のパルス後（例えば、図４９）に、第１の電圧から第２の電圧（逆も然り）に交互するように、Ｖ_ｏｕｔに印加される電圧に対して切り替えられる（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）。

【0110】

従来技術では、多重イオンエネルギーをもたらすために、線形増幅器に２つの波形の組み合わせ（波形発生器によって発生される）を印加し、基板に増幅された２つ以上の波形の組み合わせを印加するように試みられている。しかしながら、本アプローチは、図６を参照して説明されるアプローチはより非常に複雑となり、したがって、高価な線形増幅器および波形発生器を要求する。

【0111】

次に図７Ａおよび７Ｂを参照すると、それぞれ、Ｖ_ｂｕｓに印加されるＤＣ電圧の制御可能狭単エネルギー調整および二重レベル調整に対応する、プラズマ中で行われる実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフが示される。図７Ａに描写されるように、イオンエネルギー分布は、Ｖ_ｂｕｓへの電圧の不変印加に応答して、約８０ｅＶに集線する（例えば、図５に描写されるように）。また、図７Ｂでは、イオンエネルギーの２つの別個の集線が、Ｖ_ｂｕｓの二重レベル調整に応答して、約８５ｅＶおよび１１５ｅＶに存在する（例えば、図６に描写されるように）。

【0112】

次に図８を参照すると、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。描写されるように、スイッチモード電力供給源８０６は、コントローラ８１２、イオンエネルギー制御構成要素８２０、およびアーク検出構成要素８２２を介する基板支持体８０８に結合される。コントローラ８１２、スイッチモード供給源８０６、およびイオンエネルギー制御構成要素８２０は、集合的に、時間平均に基づいて、基板８１０の表面において、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように、電力を基板支持体８０８にもたらすように動作する。

【0113】

例えば、図９Ａを簡単に参照すると、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって約５ｋＨｚの正弦波変調関数によって変調される、約４００ｋＨｚの周波数を伴う、周期的電圧関数が示される。図９Ｂは、図９Ａにおいて丸で囲まれる、周期的電圧関数の部分の分解図であり、図９Ｃは、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。また、図９Ｄは、周期的電圧関数が正弦波変調関数によって変調されるときに結果として生じる、時間平均ＩＥＤＦのプラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。さらに本明細書に議論されるように、時間平均に基づく所望の（または定義された）イオンエネルギー分布を達成することは、周期的電圧に印加される、変調関数を単に変化させることによって、達成され得る。

【0114】

別の実施例として、図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、４００ｋＨｚの周期的電圧関数は、時間平均に基づく、図１０Ｃに描写されるイオンエネルギーの分布を達成するように、約５ｋＨｚの鋸歯状波変調関数によって変調される。描写されるように、図１０に関連して利用される周期的電圧関数は、図９におけるものと同一であるが、図１０における周期的電圧関数は、正弦波関数の代わりに、鋸歯状波関数によって変調される。

【0115】

図９Ｃおよび１０Ｃに描写されるイオンエネルギー分布関数は、基板８１０の表面におけるイオンエネルギーの瞬間分布を表さず、代わりに、イオンエネルギーの時間平均を表すことを認識されたい。図９Ｃを参照すると、例えば、特定の時間的瞬間において、イオンエネルギーの分布は、変調関数の１サイクルの過程にわたって存在する、描写されるイオンエネルギーの分布の部分集合となるであろう。

【0116】

また、変調関数は、固定関数または固定周波数である必要はないことを認識されたい。例えば、いくつかの事例では、特定の変調関数の１つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、特定の時間平均イオンエネルギー分布をもたらし、次いで、別の変調関数の１つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、別の時間平均イオンエネルギー分布をもたらすことが望ましい場合がある。そのような変調関数（周期的電圧関数を変調する）への変更は、多くの事例において、有益となり得る。例えば、特定のイオンエネルギーの分布が、特定の幾何学的構造をエッチングするために、または特定の材料を通してエッチングするために必要である場合、第１の変調関数が使用され、次いで、続いて、別の変調関数が、異なるエッチング幾何学形状をもたらすために、または別の材料を通してエッチングするために使用され得る。

【0117】

同様に、周期的電圧関数（例えば、図９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、および１０Ｂにおける４００ｋＨｚ成分、ならびに図４におけるＶ_ｏｕｔ）は、厳密に固定される必要はない（例えば、周期的電圧関数の形状および周波数は、変動し得る）。いくつかの実施形態では、周波数は、イオンの加速が、所望の様式において、基板８１０に印加される電圧によって影響を受けるように、シースを通したイオンの遷移時間によって確立される。

【0118】

図８に戻って参照すると、コントローラ８１２は、スイッチモード供給源８０６が、周期的電圧関数を発生させるように、駆動制御信号８３２’、８３２’’をスイッチモード供給源８０６に提供する。スイッチモード供給源８０６は、図３に描写される構成要素によって実現され得る（例えば、図４に描写される周期的電圧関数を生成するために）が、他の切替アーキテクチャが利用され得ることは、当然、想起される。

【0119】

一般に、イオンエネルギー制御構成要素８２０は、変調関数を周期的電圧関数（スイッチモード電力供給源８０６と関連して、コントローラ８１２によって発生される）に印加するように機能する。図８に示されるように、イオンエネルギー制御構成要素８２０は、カスタムＩＥＤＦ部分８５０、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８、ユーザインターフェース８４６、および電力構成要素８４４と通信する、変調コントローラ８４０を含む。これらの構成要素の描写は、実際には、共通または別個の構成要素によってもたらされ得る、機能的構成要素を伝えることを意図することを認識されたい。

【0120】

本実施形態における変調コントローラ８４０は、概して、変調関数を定義するデータに基づいて、電力構成要素８４４（ひいては、その出力８３４）を制御し、電力構成要素８４４は、スイッチモード供給源８０６によって発生される、周期的電圧関数に印加される変調関数８３４（変調コントローラ８４０からの制御信号８４２に基づく）を発生させる。本実施形態におけるユーザインターフェース８４６は、ユーザが、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８内に記憶される、所定のＩＥＤＦ関数を選択すること、またはカスタムＩＥＤＦ構成要素８５０と関連して、カスタムＩＥＤＦを定義することを可能にするように構成される。

【0121】

多くの実装では、電力構成要素８４４は、変調関数（例えば、可変ＤＣ電圧）をスイッチモード電力供給源（例えば、図３に描写されるスイッチモード電力供給源のＶ_ｂｕｓ）に印加するＤＣ電力供給源（例えば、ＤＣスイッチモード電力供給源または線形増幅器）を含む。これらの実装では、変調コントローラ８４０は、電力構成要素８４４が、変調関数に一致する電圧を印加するように、電力構成要素８４４によって出力される、電圧レベルを制御する。

【0122】

いくつかの実装では、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８は、複数のＩＥＤＦ分布関数のそれぞれに対応する、複数のデータセットを含み、ユーザインターフェース８４６は、ユーザが、所望の（または定義された）ＩＥＤＦ関数を選択することを可能にする。例えば、図１１を参照すると、右欄に、ユーザが選択するために利用可能であり得る、例示的ＩＥＤＦ関数が、示される。また、左欄は、変調コントローラ８４０が、電力構成要素８４４と関連して、周期的電圧関数に印加し、対応するＩＥＤＦ関数をもたらすであろう、関連付けられる変調関数を描写する。図１１に描写されるＩＥＤＦ関数は、例示にすぎず、他のＩＥＤＦ関数も、選択のために利用可能であり得ることを認識されたい。

【0123】

カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、概して、ユーザが、ユーザインターフェース８４６を介して、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布関数を定義することを可能にするように機能する。例えば、いくつかの実装では、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザが、イオンエネルギーの分布を定義する、特定のパラメータのための値を確立することを可能にする。

【0124】

例えば、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、これらのエネルギーレベル間のＩＥＤＦを定義する関数と関連して、高レベル（ＩＦ－ｈｉｇｈ）、中間レベル（ＩＦ－ｍｉｄ）、および低レベル（ＩＦ－ｌｏｗ）における束の相対的レベルに関して（例えば、束の割合の観点から）、ＩＥＤＦ関数が定義されることを可能にし得る。多くの事例では、ＩＦ－ｈｉｇｈ、ＩＦ－ｌｏｗ、およびこれらのレベル間のＩＥＤＦ関数のみでも、ＩＥＤＦ関数を定義するために十分である。具体的実施例として、ユーザは、これらの２つのレベル間の正弦波ＩＥＤＦに伴って、２０％寄与率レベル（全体的ＩＥＤＦに対する寄与率）において、１，２００ｅＶ、３０％寄与率レベルにおいて、７００ｅＶを要求し得る。

【0125】

また、カスタムＩＥＤＦ部分８５０は、ユーザが、１つ以上の（例えば、複数の）エネルギーレベルと、ＩＥＤＦに対する各エネルギーレベルの対応する割合寄与率とのリストを伴うテーブルを取り込むことを可能にし得ることが想起される。また、さらなる代替実施形態では、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザインターフェース８４６と関連して、ユーザに、ユーザが所望の（または定義された）ＩＥＤＦを描くことを可能にする、グラフィカルツールを提示することによって、ユーザが、所望の（または定義された）ＩＥＤＦをグラフィック的に発生させることを可能にすることが想起される。

【0126】

加えて、また、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８およびカスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザが、所定のＩＥＤＦ関数を選択し、次いで、所定のＩＥＤＦ関数から導出される、カスタムＩＥＤＦ関数を生産するように、所定のＩＥＤＦ関数を改変することを可能にするように、相互動作し得ることが想起される。

【0127】

ＩＥＤＦ関数が定義されると、変調コントローラ８４０は、所望の（または定義された）ＩＥＤＦ関数を定義するデータを、電力構成要素８４４が所望の（または定義された）ＩＥＤＦに対応する変調関数をもたらすように、電力構成要素８４４を制御する制御信号８４２に変換する。例えば、制御信号８４２は、電力構成要素８４４が変調関数によって定義される電圧を出力するように、電力構成要素８４４を制御する。

【0128】

次に図１２を参照すると、イオン電流補償構成要素１２６０が、プラズマチャンバ１２０４内のイオン電流を補償する、実施形態のブロック図が、描写される。本出願人は、より高いエネルギーレベルでは、チャンバ内のイオン電流のレベルが高いほど、基板の表面における電圧に影響を及ぼし、結果として、イオンエネルギー分布もまた、影響を受けることを見出している。例えば、図１５Ａ－１５Ｃを簡単に参照すると、基板１２１０またはウエハの表面に現れるような電圧波形と、ＩＥＤＦに対するその関係が、示される。

【0129】

より具体的には、図１５Ａは、イオン電流Ｉ_Ｉが、補償電流Ｉｃに等しいときの基板１２１０の表面における周期的電圧関数を描写し、図１５Ｂは、イオン電流Ｉ_Ｉが、補償電流Ｉｃを上回るときの基板１２１０の表面における電圧波形を描写し、図１５Ｃは、イオン電流が、補償電流Ｉｃ未満であるときの基板の表面における電圧波形を描写する。

【0130】

図１５Ａに描写されるように、Ｉ_Ｉ＝Ｉｃのとき、イオンエネルギー１４７０の広がりは、図１５Ｂに描写される、Ｉ_Ｉ＞Ｉｃのときのイオンエネルギーの均一広がり１４７２、または図１５Ｃに描写される、Ｉ_Ｉ＜Ｉｃのときのイオンエネルギーの均一広がり１４７４と比較して、比較的に狭い。したがって、イオン電流補償構成要素１２６０は、イオン電流が高い場合、イオンエネルギーの狭広がりを可能にし（例えば、イオン電流の影響を補償することによって）、また、均一イオンエネルギーの広がり１５７２、１５７４の幅を制御可能にする（例えば、イオンエネルギーの広がりを有することが望ましいとき）。

【0131】

図１５Ｂに描写されるように、イオン電流補償を伴わない場合（Ｉ_Ｉ＞Ｉｃのとき）、周期的電圧関数の正の部分間の基板の表面における電圧は、ランプ様様式において、あまり負ではなくなり、これは、イオンエネルギーのより広い広がり１５７２を生産する。同様に、イオン電流補償が、図１５Ｃに描写されるように、補償電流のレベルをイオン電流を超えるレベル（Ｉ_Ｉ＜Ｉｃ）に上昇させるために利用されるとき、基板の表面における電圧は、周期的電圧関数の正の部分間において、ランプ様様式において、より負になり、均一イオンエネルギーのより広い広がり１５７４が、生産される。

【0132】

図１２に戻って参照すると、イオン電流補償構成要素１２６０は、随意に、スイッチモード電力供給源１２０６およびコントローラ１２１２に追加され得る、別個の付属として実現され得る。他の実施形態では（例えば、図１３に描写されるように）、イオン電流補償構成要素１２６０は、共通筐体１３６６を本明細書に説明される他の構成要素（例えば、スイッチモード電力供給源１０６、２０６、８０６、１２０６およびイオンエネルギー制御２２０、８２０構成要素）と共有し得る。本実施形態では、プラズマチャンバ１２０４に提供される周期的電圧関数は、イオン電流補償構成要素１２６０からのイオン電流補償によって修正される周期的電圧関数を備えるため、修正された周期的電圧関数と称され得る。コントローラ１２１２は、スイッチモード電力供給源１２０６およびイオン電流補償１２６０の出力が合体する、電気ノードにおいて、異なる時間に電圧をサンプリングすることができる。

【0133】

図１３に描写されるように、スイッチモード供給源の出力１３３６に結合される、電流源１３６４と、電流源１３６４および出力１３３６の両方に結合される、電流コントローラ１３６２とを含む、例示的イオン電流補償構成要素１３６０が、示される。また、図１３には、プラズマチャンバ１３０４が、描写され、プラズマチャンバ内には、容量要素Ｃ_１、Ｃ_２、およびイオン電流Ｉ_Ｉがある。描写されるように、Ｃ_１は、絶縁、基板、基板支持体、および静電チャックを含み得るが、それらに限定されない、チャンバ１３０４に関連付けられる構成要素の固有容量（本明細書では、有効容量とも称される）を表し、Ｃ_２は、シース容量および浮遊容量を表す。本実施形態では、プラズマチャンバ１３０４に提供され、Ｖ_ｏｕｔで測定可能である周期的電圧関数は、イオン電流補償Ｉｃによって修正される周期的電圧関数を備えるため、修正された周期的電圧関数と称され得る。

【0134】

シース（本明細書では、プラズマシースとも称される）は、基板表面、および可能性として、正イオンの高い密度、したがって、全体的に過剰な正電荷を伴う、プラズマ処理チャンバの壁の近くのプラズマ内の層である。シースが接触している表面は、典型的には、圧倒的多数の負電荷を有する。シースは、正イオンより速い電子の速度により生じ、したがって、電子の大部分を基板表面または壁に到達させ、したがって、シースから電子を奪う。シースの厚さλ_{ｓｈｅａｔｈ}は、プラズマ密度およびプラズマ温度等のプラズマ特性の関数である。

【0135】

本実施形態におけるＣ_１は、チャンバ１３０４に関連付けられる構成要素の固有の（本明細書では、有効とも称される）容量であるため、処理の制御を得るために追加される、アクセス可能容量ではないことに留意されたい。例えば、線形増幅器を利用するいくつかの従来技術アプローチは、基板へのバイアス電力をブロッキングコンデンサと結合し、次いで、その線形増幅器を制御するためのフィードバックとして、ブロッキングコンデンサの監視電圧を利用する。コンデンサは、本明細書に開示される実施形態の多くにおいて、スイッチモード電力供給源を基板支持体に結合し得るが、ブロッキングコンデンサを使用するフィードバック制御は、本発明のいくつかの実施形態では、要求されないため、そのように行うことは、不必要である。

【0136】

図１３を参照しながら、図１３に描写されるＶ_ｏｕｔにおける例示的電圧（例えば、修正された周期的電圧関数）を描写する、グラフである、図１４も同時に参照する。動作時、電流コントローラ１３６２は、Ｖ_ｏｕｔにおける電圧を監視し、イオン電流が、以下のように、間隔ｔ（図１４に描写される）にわたって計算される。

【数1】

【0137】

イオン電流Ｉ_Ｉおよび固有容量Ｃ_１（有効容量とも称される）は、時変波形のいずれかまたは両方であることができる。Ｃ_１は、実質的に、所与のツールに対する定数であり、測定可能であるため、Ｖ_ｏｕｔのみ、補償電流の継続的制御を可能にするために監視される必要がある。上記に記載されるように、イオンエネルギーのより単エネルギー的分布（例えば、図１５Ａに描写されるように）を得るために、電流コントローラは、Ｉｃが、実質的に、Ｉ_Ｉと同一である（または代替として、方程式２に従って関連される）ように、電流源１３６４を制御する。このように、イオンエネルギーの狭広がりは、イオン電流が、基板の表面において、電圧に影響を及ぼすレベルに到達する場合にも、維持され得る。また、加えて、所望に応じて、イオンエネルギーの広がりは、追加のイオンエネルギーが、基板の表面において実現されるように、図１５Ｂおよび１５Ｃに描写されるように、制御され得る。

【0138】

また、図１３には、イオンエネルギー分布の制御に関連して利用され得る、フィードバックライン１３７０が描写される。例えば、図１４に描写されるΔＶの値（本明細書では、電圧ステップまたは第３の部分１４０６とも称される）は、瞬間イオンエネルギーを示し、フィードバック制御ループの一部として、多くの実施形態において使用され得る。一実施形態では、電圧ステップΔＶは、方程式４に従ってイオンエネルギーに関連される。他の実施形態では、ピーク間電圧Ｖ_ＰＰは、瞬間イオンエネルギーに関連されることができる。代替として、時間ｔを掛けた、ピーク間電圧Ｖ_ＰＰと第４の部分１４０８の傾きの積ｄＶ_０／ｄｔとの間の差は、瞬間イオンエネルギーに相関されることができる（例えば、Ｖ_ＰＰ－ｄＶ_０／ｄｔ・ｔ）。

【0139】

次に図１６を参照すると、図１３を参照して説明される、電流源１３６４を実現するために実装され得る、電流源１６６４の例示的実施形態が示される。本実施形態では、制御可能負ＤＣ電圧源が、直列インダクタＬ２と関連して、電流源として機能するが、当業者は、本明細書に照らして、電流源が、他の構成要素および／または構成によって実現され得ることを理解するであろう。

【0140】

図４３は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。方法４３００は、修正された周期的電圧関数４３０２（図４４の修正された周期的電圧関数４４０２参照）を、プラズマ処理チャンバ内の基板を支持する基板支持体に印加することから始まる。修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償Ｉ_Ｃ（図４４のＩ_Ｃ４４０４参照）および電力供給源電圧Ｖ_ＰＳ（図４４の電力供給源電圧４４０６参照）等の少なくとも２つの「ノブ」を制御することができる。電力供給源電圧を発生させるための例示的構成要素は、図１のスイッチモード電力供給源１０６である。電力供給源電圧Ｖ_ＰＳを説明することに役立つために、これは、イオン電流およびイオン電流補償に結合することなく測定された場合として本明細書に図示される。次いで、修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償Ｉ_Ｃ４３０４の第１および第２の値においてサンプリングされる。修正された周期的電圧関数の電圧の少なくとも２つのサンプルが、イオン電流補償Ｉ_Ｃの値毎に得られる。サンプリング４３０４は、イオン電流Ｉ_Ｉおよびシース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}４３０６の計算４３０６（または判定）を可能にするために実施される。そのような判定は、基板支持体に印加された場合に（または基板支持体に印加されるにつれて）狭（例えば、最小）イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）幅を発生させるであろう、イオン電流補償Ｉ_Ｃを見出すことを伴い得る。計算４３０６はまた、随意に、修正された周期的電圧関数の波形のサンプリング４３０４に基づいて、電圧ステップΔＶ（修正された周期的電圧関数１４０６の第３の部分としても知られる）を判定することを含むこともできる。電圧ステップΔＶは、基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーに関連されることができる。最初にイオン電流Ｉ_Ｉを見出すとき、電圧ステップΔＶを無視することができる。サンプリング４３０４および計算４３０６の詳細は、以下の図３０の議論に提供されるであろう。

【0141】

いったんイオン電流Ｉ_Ｉおよびシース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}が把握されると、方法４３００は、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦの形状（例えば、幅）を設定して監視することを伴う、図３１の方法３１００に移行し得る。例えば、図４６は、電力供給源電圧の変化がイオンエネルギーの変化をもたらし得る様子を図示する。特に、図示される電力供給源電圧の規模が減少させられ、イオンエネルギーの規模の減少をもたらす。加えて、図４７は、狭ＩＥＤＦ４７１４を前提として、イオン電流補償Ｉ_Ｃを調節することによって、ＩＥＤＦを拡大することができることを図示する。代替として、または並行して、方法４３００は、イオン電流Ｉ_Ｉ、シース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}、および修正された周期的電圧関数の波形の他の側面を利用する、図３２－４１を参照して説明されるように、種々の計測を実施することができる。

【0142】

イオンエネルギーおよび／またはＩＥＤＦ幅を設定することに加えて、方法４３００は、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅を維持するために、修正された周期的電圧関数４３０８を調節してもよい。特に、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償Ｉ_Ｃの調節および電力供給源電圧の調節が、実施されてもよい４３０８。いくつかの実施形態では、電力供給源電圧は、電力供給源のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ（例えば、図３のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ）によって制御されることができる。イオン電流補償Ｉ_Ｃは、ＩＥＤＦ幅を制御し、電力供給源電圧は、イオンエネルギーを制御する。

【0143】

これらの調節４３０８の後、修正された周期的電圧関数は、再度サンプリングされることができ４３０４、イオン電流Ｉ_Ｉ、シース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}、および電圧ステップΔＶの計算は、再度、実施されることができる４３０６。イオン電流Ｉ_Ｉまたは電圧ステップΔＶが定義された値（または代替として所望の値）以外である場合には、イオン電流補償Ｉ_Ｃおよび／または電力供給源電圧は、調節されることができる４３０８。サンプリング４３０４、計算４３０６、および調節４３０８のループが、イオンエネルギーｅＶ、および／またはＩＥＤＦ幅を維持するために起こり得る。

【0144】

図３０は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の別の実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、上記で議論されるように、狭ＩＥＤＦ幅（例えば、最小ＩＥＤＦ幅または代替として約６％半値全幅）を達成することが望ましくあり得る。したがって、方法３０００は、一定の基板電圧（または持続基板電圧もしくは実質的一定基板電圧）、したがって、シース電圧が、基板の表面に存在するように、修正された周期的電圧関数をチャンバおよび基板支持体に提供することができる。これは、ひいては、実質的に一定の電圧でシースにわたってイオンを加速し、したがって、イオンが実質的に同一のイオンエネルギーで基板に影響を及ぼすことを可能にし、ひいては、狭ＩＥＤＦ幅を提供する。例えば、図４５では、イオン電流補償Ｉ_Ｃを調節することによって、パルス間の基板電圧Ｖ_ｓｕｂに一定または実質的に一定の（もしくは持続）電圧を持たせ、したがって、ＩＥＤＦを狭くさせ得ることが分かる。

【0145】

そのような修正された周期的電圧関数は、いかなる浮遊容量も仮定せず、イオン電流補償Ｉ_Ｃがイオン電流Ｉ_Ｉに等しいときに達成される（図４５の周期的電圧関数（Ｖ_０）の最後の５つのサイクルを参照）。浮遊容量Ｃ_{ｓｔｒａｙ}が考慮される代替では、イオン電流補償Ｉ_Ｃは、方程式２に従って、イオン電流Ｉ_Ｉに関連される。

【数2】

【0146】

式中、Ｃ_１は、有効容量（例えば、図３および１３を参照して説明される固有容量）である。有効容量Ｃ_１は、経時的に変動し得るか、または一定であり得る。本開示の目的のために、狭ＩＥＤＦ幅は、Ｉ_Ｉ＝Ｉ_Ｃであるとき、または代替として、方程式２が満たされるときのいずれかで存在することができる。図４５－５０は、命名法Ｉ_Ｉ＝Ｉ_Ｃを使用するが、これらの等式は、方程式２の単純化にすぎず、したがって、方程式２は、図４５－５０で使用される等式の代わりになり得ることを理解されたい。浮遊容量Ｃ_{ｓｔｒａｙ}は、電力供給源によって見られるようなプラズマチャンバの累積容量である。図４５に図示される８つのサイクルがある。

【0147】

方法３０００は、基板支持体３００２（例えば、図１の基板支持体１０８）への修正された周期的電圧関数（例えば、図１４で描写される修正された周期的電圧関数または図４４の修正された周期的電圧関数４４０２）の印加から始まることができる。修正された周期的電圧関数の電圧を２回またはそれを上回ってサンプリングすることができ３００４、本サンプリングから、修正された周期的電圧関数のサイクルの少なくとも一部に対する傾きｄＶ_０／ｄｔを計算することができる３００６（例えば、パルスの間の一部または第４の部分１４０８の傾き）。決定３０１０前のある時点で、有効容量Ｃ_１（例えば、図１３の固有容量Ｃ_１および図３の固有容量Ｃ１０）の以前に判定された値に（例えば、メモリから、またはユーザ入力から）アクセスすることができる３００８。傾きｄＶ_０／ｄｔ、有効容量Ｃ_１、およびイオン電流補償Ｉ_Ｃに基づいて、関数ｆ（方程式３）が、以下のように、イオン電流補償Ｉ_Ｃ毎に評価されることができる。

【数3】

【0148】

関数ｆが真である場合には、イオン電流補償Ｉ_Ｃは、イオン電流Ｉ_Ｉに等しく、または代替として、方程式２を真にし、狭ＩＥＤＦ幅が達成されている３０１０（例えば、図４５参照）。関数ｆが真ではない場合には、関数ｆが真になるまで、イオン電流補償Ｉ_Ｃは、さらに調節されることができる３０１２。別の見方をすれば、イオン電流Ｉ_Ｉに合致するまで（または代替として方程式２の関係を満たすまで）イオン電流補償Ｉ_Ｃは、調節されることができ、その時点で狭ＩＥＤＦ幅が存在するであろう。イオン電流補償Ｉｃへのそのような調節およびＩＥＤＦの結果として生じる狭化は、図４５に見られ得る。イオン電流Ｉ_Ｉおよび対応するイオン電流補償Ｉｃは、記憶動作３０１４において、（例えば、メモリに）記憶されることができる。イオン電流Ｉ_Ｃは、有効容量Ｃ_１と同様に、経時的に変動し得る。

【0149】

方程式３が満たされるとき、（Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉであるため、または方程式２が真であるためのいずれかで）イオン電流Ｉ_Ｉが把握される。したがって、方法３０００は、プラズマに影響を及ぼすことなく、リアルタイムでイオン電流Ｉ_Ｉの遠隔かつ非侵襲的測定を可能にする。これは、図３２－４１を参照して説明されるであろうもの等のいくつかの新規の計測につながる（例えば、プラズマ密度の遠隔監視およびプラズマ源の遠隔故障検出）。

【0150】

補償電流Ｉ_Ｃを調節している間に３０１２、イオンエネルギーは、デルタ関数より広くなる可能性が高く、イオンエネルギーは、図１５Ｂ、１５Ｃ、または４４のいずれかのものに類似するであろう。しかしながら、いったん方程式２を満たす補償電流Ｉ_Ｃが見出されると、ＩＥＤＦが、図１５Ａまたは図４５の右部分に図示されるように、狭ＩＥＤＦ幅（例えば、最小ＩＥＤＦ幅）を有するように現れるであろう。これは、Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉであるときに（または代替として方程式２が真であるときに）、修正された周期的電圧関数のパルス間の電圧が、実質的に一定のシースまたは基板電圧、したがって、イオンエネルギーを引き起こすためである。図４６では、基板電圧４６０８は、一定電圧部分（または実質的に一定の電圧部分もしくは持続電圧部分）の間のパルス（または電圧反転）を含む。これらのパルスは、非常に短い持続時間を有するため、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦへのそれらの影響は、ごくわずかであり、したがって、基板電圧４６０８は、実質的に一定（または持続）と称される。

【0151】

以下は、図３０に図示される方法ステップのそれぞれについてのさらなる詳細を提供する。一実施形態では、修正された周期的電圧関数は、図１４に図示されるもののような波形を有することができ、第１の部分（例えば、第１の部分１４０２）と、第２の部分（例えば、１４０４）と、第３の部分（例えば、第３の部分１４０６）と、第４の部分（例えば、第４の部分１４０８）を含むことができ、第３の部分は、電圧ステップΔＶを有することができ、第４の部分は、傾きｄＶ_０／ｄｔを有することができる。傾きｄＶ_０／ｄｔは、正、負、またはゼロであり得る。修正された周期的電圧関数１４００はまた、第１の部分１４０２、第２の部分１４０４、および第３の部分１４０６、ならびにパルス間の一部（第４の部分１４０８）を備える、パルスを有するものとして表すことができる。実践では、部分間の遷移はそれぞれ、例えば、図６１に示されるように、傾きが付けられた電圧上昇および降下を有する可能性がより高い。

【0152】

修正された周期的電圧関数は、図３では、Ｖ_ｏｕｔとして測定されることができ、図４４では、修正された周期的電圧関数４４０２として現れることができる。修正された周期電圧関数４４０２は、電力供給源電圧４４０６（周期的電圧関数として知られる）をイオン電流補償４４０４と組み合わせることによって生産される。電力供給源電圧４４０６は、大部分が、修正された周期的電圧関数４４０２のパルスを発生させて成形することに関与し、イオン電流補償４４０４は、大部分が、多くの場合は、傾きを有する、線形に減少する電圧である、パルス間の一部を発生させて成形することに関与する。イオン電流補償Ｉｃを増加させることにより、図４５に見られるように、パルス間の一部の傾きの規模の減少を引き起こす。電力供給源電圧４６０６の規模を減少させることによって、図４６に見られるように、修正された周期的電圧関数４６０２のパルスおよびピーク間電圧の振幅の規模の減少を引き起こす。

【0153】

電力供給源がスイッチモード電力供給源である場合において、第１のスイッチＴ１および第２のスイッチＴ２の切替図４４１０が、適用されることができる。例えば、第１のスイッチＴ１は、図３では、スイッチＴ１として実装することができ、第２のスイッチＴ２は、図３では、第２のスイッチＴ２として実装することができる。２つのスイッチは、スイッチモード電力供給源によって提供される各パルスの始まりおよび終わりにおいて閉として図示される。第１のスイッチＴ１が、オンまたは閉であるとき、電力供給源が負のバス電圧を有するため、電力供給源電圧は、図４４の負の値である、最大規模に引き込まれる。第２のスイッチＴ２は、電力供給源電圧４４０６が接地から絶縁されるように、本周期の間、オフにされる。第１のスイッチＴ１は、一時的にのみ、オンまたは閉にされ、次いで、オフにされ、イオン電流補償構成要素が、パルス間の第２の持続時間ｔ_２（すなわち、パルス間で線形に減少する部分）にわたって、出力Ｖ_ｏｕｔを統制することを可能にする。第２のスイッチＴ２が、オンにされると、電力供給源電圧４４０６は、接地に接近し、それを若干超える。各パルスの第１の持続時間ｔ_１ならびにパルス間で線形に減少する電圧の第２の持続時間は両方とも、異なる要件に調整されることができる。例えば、第２の持続時間ｔ_２は、表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、閾値を超える、または所望の範囲外に移動しないように防止するように制御されることができる。

【0154】

修正された周期的電圧関数を基板支持体３００２に印加し、修正された周期的電圧関数が（例えば、スイッチモード電力供給源と有効容量との間の）基板支持体に到達する前に、最後のアクセス可能な点でＶ_ｏｕｔとしてサンプリングすることができる３００４。修正されていない周期的電圧関数（または図４４の電力供給源電圧４４０６）は、図１２のスイッチモード電力供給源１２０６等の電力供給源から供給されることができる。図４４のイオン電流補償４４０４は、図１２のイオン電流補償構成要素１２６０または図１３の１３６０等の電圧または電流源から供給されることができる。

【0155】

修正された周期的電圧関数の一部または全体が、サンプリングすることができる３００４。例えば、第４の部分（例えば、第４の部分１４０８）が、サンプリングすることができる。サンプリング３００４は、電力供給源と基板支持体との間で実施されることができる。例えば、図１では、サンプリング３００４は、スイッチモード電力供給源１０６と支持体１０８との間で実施されることができる。図３では、サンプリング３００４は、インダクタＬ１と固有容量Ｃ１０との間で実施されることができる。一実施形態では、サンプリング３００４は、容量Ｃ３と固有容量Ｃ１０との間のＶ_ｏｕｔで実施されることができる。固有容量Ｃ１０、およびプラズマを表す要素（Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２）がリアルタイム測定のためにアクセス可能ではないため、サンプリング３００４は、典型的には、図３の固有容量Ｃ１０の左側で実施される。固有容量Ｃ１０は、典型的には、処理中に測定されないが、典型的には、既知の定数であり、したがって、製造中に設定することができる。同時に、可能性として、固有容量Ｃ１０は、経時的に変動し得る。

【0156】

いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の２つだけのサンプルが必要とされるが、他の実施形態では、何百、何千、または何万個ものサンプルを修正された周期的電圧関数のサイクル毎に得ることができる。例えば、サンプリング率は、４００ｋＨｚより大きくあり得る。これらのサンプリング率は、修正された周期的電圧関数およびその形状のより正確かつ詳細な監視を可能にする。同様に、周期的電圧関数のより詳細な監視は、サイクル間、異なるプロセス条件間、異なるプロセス間、異なるチャンバ間、異なる源間等で、波形のより正確な比較を可能にする。例えば、これらのサンプリング率で、図１４に図示される周期的電圧関数の第１、第２、第３、および第４の部分１４０２、１４０４、１４０６、１４０８を区別することができ、これは、従来のサンプリング率では可能ではない場合がある。いくつかの実施形態では、より高いサンプリング率が、従来技術では可能ではない、電圧ステップΔＶおよび傾きｄＶ_０／ｄｔの分解を可能にする。いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の一部は、サンプリングされることができる一方で、他の部分は、サンプリングされない。

【0157】

傾きｄＶ_０／ｄｔの計算３００６は、時間ｔ_２（例えば、第４の部分１４０８）の間に得られる複数のＶ_ｏｕｔ測定値に基づき得る。例えば、線形適合が、線をＶ_ｏｕｔ値に適合させるように実施されることができ、線の傾きは、傾きｄＶ_ｏ／ｄｔを与える。別の事例では、図１４の時間ｔ（例えば、第４の部分１４０８）の始めおよび終わりのＶ_ｏｕｔ値が、解明されることができ、ｄＶ_ｏ／ｄｔとして与えられる線の傾きを伴って、これらの２つの点の間で線が、適合されることができる。これらは、電圧反転間の一部の傾きｄＶ_ｏ／ｄｔが計算され得る、多数の方法のうちの２つにすぎない。

【0158】

決定３０１０は、ＩＥＤＦを狭幅（例えば、最小幅または代替として６％半値全幅）に調整するために使用される、反復ループの一部であり得る。方程式３は、イオン電流補償Ｉｃがイオン電流Ｉ_Ｉに等しい（または代替として方程式２に従ってＩ_Ｉに関連される）場合にのみ当てはまり、これは、一定の基板電圧、したがって、一定かつ実質的に単数のイオンエネルギー（狭ＩＥＤＦ幅）がある場合にのみ起こる。一定の基板電圧４６０８（Ｖ_ｓｕｂ）が、図４６において見られ得る。したがって、イオン電流Ｉ_Ｉまたは代替としてイオン電流補償Ｉｃのいずれかが、方程式３で使用されることができる。

【0159】

代替として、第４の部分１４０８（電圧反転間の一部とも称される）に沿った２つの値が、第１のサイクルおよび第２のサイクルにわたってサンプリングされることができ、それぞれ、第１および第２の傾きが、各サイクルにわたって判定されることができる。これら２つの傾きから、第３のまだ測定されていない傾きに方程式３を当てはめることが予期される、イオン電流補償Ｉｃが、判定されることができる。したがって、狭ＩＥＤＦ幅に対応することが予測される、イオン電流Ｉ_Ｉが、推定されることができる。これらは、狭ＩＥＤＦ幅が判定され得、対応するイオン電流補償Ｉｃおよび／または対応するイオン電流Ｉ_Ｉが見出され得る、多くの方法のうちの２つにすぎない。

【0160】

イオン電流補償Ｉｃへの調節３０１２は、イオン電流補償Ｉｃの増加または減少のいずれかを伴うことができ、調節毎のステップサイズには限定がない。いくつかの実施形態では、イオン電流補償を増加または減少させるかどうかを判定するために、方程式３における関数ｆの符号が、使用されることができる。符号が負である場合には、イオン電流補償Ｉｃは、減少されることができる一方で、正符号は、イオン電流補償Ｉｃを増加させる必要性を示すことができる。

【0161】

いったんイオン電流Ｉ_Ｉに等しい（または代替として方程式２に従ってそれに関連される）イオン電流補償Ｉｃが識別されると、方法３０００は、さらなる設定点動作（図３１参照）または遠隔チャンバおよび源監視動作（図３２－４１参照）へ前進することができる。さらなる設定点動作は、イオンエネルギー（図４６も参照）およびイオンエネルギーの分布またはＩＥＤＦ幅（図４７も参照）を設定することを含むことができる。源およびチャンバ監視は、プラズマ密度、源供給源異常、プラズマアーク放電、およびその他を監視することを含むことができる。

【0162】

さらに、方法３０００は、随意に、持続的に（または代替として周期的に）イオン電流補償Ｉｃを更新するために、サンプリング３００４に戻ることができる。例えば、サンプリング３００４、計算３００６、決定３０１０、および調節３０１２は、方程式３が満たされ続けることを確実にするために、電流イオン電流補償Ｉｃを前提として周期的に実施されることができる。同時に、方程式３を満たすイオン電流補償Ｉｃが更新される場合には、イオン電流Ｉ_Ｉも更新されることができ、更新された値は、記憶されることができる３０１４。

【0163】

方法３０００は、イオン電流Ｉ_Ｉに等しくなるように、または代替として方程式２を満たすように、イオン電流補償Ｉｃを見出して設定することができるが、狭ＩＥＤＦ幅を達成するために必要とされるイオン電流補償Ｉｃの値は、イオン電流Ｉ_Ｃをその値に設定することなく（または代替としてその前に）判定されることができる。例えば、第１のサイクルにわたって第１のイオン電流補償Ｉｃ_１を印加し、電圧反転間の電圧の第１の傾きｄＶ_０１／ｄｔを測定することによって、および第２のサイクルにわたって第２のイオン電流補償Ｉｃ_２を印加し、電圧反転間の電圧の第２の傾きｄＶ_０２／ｄｔを測定することによって、方程式３が真であることが予期される、第３のイオン電流補償Ｉｃ_３と関連付けられる第３の傾きｄＶ_０３／ｄｔが、判定されることができる。第３のイオン電流補償Ｉｃ_３は、印加された場合に狭ＩＥＤＦ幅をもたらすであろうものであり得る。故に、イオン電流補償の単一の調節のみを用いて、方程式３を満たし、したがって、イオン電流Ｉ_Ｉに対応する、イオン電流補償Ｉｃが、判定されることができる。次いで、方法３０００は、イオン電流Ｉ_Ｃを、狭ＩＥＤＦ幅を達成するために必要とされる値に設定することさえなく、図３１および／または図３２－４１で説明される方法へ移行することができる。そのような実施形態は、調節速度を増加させるために行われてもよい。

【0164】

図３１は、ＩＥＤＦ幅およびイオンエネルギーを設定するための方法を図示する。本方法は、図３０に図示される方法３０００が起源であり、それぞれ、ＩＥＤＦ幅およびイオンエネルギーの設定を伴う、左の経路３１００（ＩＥＤＦ分岐とも称される）または右の経路３１０１（イオンエネルギー分岐とも称される）のいずれかをとることができる。イオンエネルギーｅＶは、電圧ステップΔＶまたは図１４の修正された周期的電圧関数１４００の第３の部分１４０６に比例する。イオンエネルギーｅＶと電圧ステップΔＶとの間の関係は、方程式４として記述されることができる。

【数4】

【0165】

式中、Ｃ_１は、有効容量（例えば、チャック容量、図３の固有容量Ｃ１０、または図１３の固有容量Ｃ１）であり、Ｃ_２は、シース容量（例えば、図３のシース容量Ｃ４、または図１３のシース容量Ｃ２）である。シース容量Ｃ_２は、浮遊容量を含んでもよく、イオン電流Ｉ_Ｉに依存する。電圧ステップΔＶは、修正された周期的電圧関数１４００の第２の部分１４０４と第４の部分１４０８との間の電圧の変化として測定されることができる。電圧ステップΔＶ（電力供給源電圧または図３のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ等のバス電圧の関数である）を制御および監視することによって、イオンエネルギーｅＶは、制御および把握されることができる。

【0166】

同時に、ＩＥＤＦ幅が、方程式５に従って概算されることができる。

【数5】

【0167】

式中、Ｉは、ＣがＣ_{ｓｅｒｉｅｓ}である、Ｉ_Ｉであり、またはＩは、ＣがＣ_{ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ}である、Ｉ_Ｃである。第２の持続時間ｔ_２は、パルス間の時間であり、Ｖ_ＰＰは、ピーク間電圧であり、ΔＶは、電圧ステップである。

【0168】

加えて、シース容量Ｃ_２は、種々の計算および監視動作で使用されることができる。例えば、デバイシース距離λ_{ｓｈｅａｔｈ}は、以下のように推定されることができる。

【数6】

【0169】

式中、εは、真空誘電率であり、Ａは、基板の面積（または代替として基板支持体の表面積）である。いくつかの高電圧印加では、方程式６は、方程式７として記述される。

【数7】

【0170】

加えて、シース内の電場が、シース容量Ｃ_２、シース距離λ_{ｓｈｅａｔｈ}、およびイオンエネルギーｅＶの関数として推定されることができる。シース容量Ｃ_２はまた、イオン電流Ｉ_Ｉとともに、飽和電流Ｉ_ｓａｔが単独でイオン化されたプラズマの補償電流Ｉ_Ｃに線形に関連される、方程式８からプラズマ密度ｎ_ｅを判定するために使用されることもできる。

【数8】

【0171】

シース容量Ｃ_２および飽和電流Ｉ_ｓａｔを使用して、基板表面におけるイオンの有効質量が、計算されることができる。プラズマ密度ｎ_ｅ、シース内の電場、イオンエネルギーｅＶ、イオンの有効質量、および基板のＤＣ電位Ｖ_ＤＣは、典型的には、当技術分野で間接的手段を介してのみ監視される、基本的プラズマパラメータである。本開示は、これらのパラメータの直接測定を可能にし、したがって、リアルタイムでプラズマ特性のより正確な監視を可能にする。

【0172】

方程式４に見られるように、シース容量Ｃ_２はまた、図３１のイオンエネルギー分岐３１０１に図示されるように、イオンエネルギーｅＶを監視して制御するために使用されることもできる。イオンエネルギー分岐３１０１は、イオンエネルギー３１０２のユーザ選択を受信することによって開始する。次いで、イオンエネルギー分岐３１０１は、周期的電圧関数を供給する、スイッチモード電力供給源のための初期電力供給源電圧を設定することができる３１０４。ある周期的電圧動作３１０８前のある時点で、イオン電流は、アクセスされる（例えば、メモリからアクセスする）こともできる３１０６。周期的電圧は、サンプリングされることができ３１０８、修正された周期的電圧関数の第３の部分の測定値が、測定されることができる３１１０。イオンエネルギーＩ_Ｉは、修正された周期的電圧関数の電圧ステップΔＶ（第３の部分（例えば、第３の部分１４０６）とも称される）から計算されることができる３１１２。次いで、イオンエネルギー分岐３１０１は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しいかどうかを判定することができ３１１４、該当する場合、イオンエネルギーは、所望の設定点にあり、イオンエネルギー分岐３１０１は、終了することができる。イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくない場合には、イオンエネルギー分岐３１０１は、電力供給源電圧を調節し３１１６、再度、周期的電圧をサンプリングすることができる３１０８。次いで、イオンエネルギー分岐３１０１は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、サンプリング３１０８、測定３１１０、計算３１１２、決定３１１４、および設定３１１６を循環することができる。

【0173】

ＩＥＤＦ幅を監視および制御するための方法が、図３１のＩＥＤＦ分岐３１００に図示されている。ＩＥＤＦ分岐３１００は、ＩＥＤＦ幅のユーザ選択を受信し３１５０、電流ＩＥＤＦ幅をサンプリングすること３１５２を含む。次いで、決定３１５４は、定義されたＩＥＤＦ幅が電流ＩＥＤＦ幅に等しいかどうかを判定し、決定３１５２が満たされる場合には、ＩＥＤＦ幅は、所望される（または定義される）通りであり、ＩＥＤＦ分岐３１００は、終了することができる。しかしながら、電流ＩＥＤＦ幅が定義されたＩＥＤＦ幅に等しくない場合には、イオン電流補償Ｉｃは、調節されることができる３１５６。本判定３１５４および調節３１５６は、電流ＩＥＤＦ幅が定義されたＩＥＤＦ幅に等しくなるまで、循環様式で継続されることができる。

【0174】

いくつかの実施形態では、ＩＥＤＦ分岐３１００はまた、所望のＩＥＤＦ形状を確保するように実装されることもできる。種々のＩＥＤＦ形状が、発生されることができ、それぞれ、異なるイオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅と関連付けられることができる。例えば、第１のＩＥＤＦ形状が、デルタ関数であってもよい一方で、第２のＩＥＤＦ形状は、二乗関数であってもよい。他のＩＥＤＦ形状は、カップ状であり得る。種々のＩＥＤＦ形状の実施例が、図１１に見られ得る。

【0175】

イオン電流Ｉ_Ｉおよび電圧ステップΔＶの知識とともに、方程式４は、イオンエネルギーｅＶについて解法されることができる。電圧ステップΔＶは、ひいては、電圧ステップΔＶを変化させる、電力供給源電圧を変化させることによって、制御されることができる。より大きい電力供給源電圧は、電圧ステップΔＶの増加を引き起こし、電力供給源電圧の減少は、電圧ステップΔＶの減少を引き起こす。換言すると、電力供給源電圧を増加させることによって、より大きいイオンエネルギーｅＶをもたらす。

【0176】

さらに、上記システムおよび方法が、持続的に変動するフィードバックループ上で動作するため、プラズマ源またはチャンバ条件への変動または意図的な調節による、プラズマの変化にもかかわらず、所望の（または定義された）イオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅が、維持されることができる。

【0177】

図３０－４１は、単一のイオンエネルギーの観点から説明されているが、当業者は、所望の（または定義された）ＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）およびイオンエネルギーを発生させて監視するこれらの方法はさらに、それぞれ各自のＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）を有する、２つ以上のイオンエネルギーを生産して監視するために利用され得ることを認識するであろう。例えば、第１、第３、および第５のサイクルで第１の電力供給源電圧Ｖ_ＰＳ、第２、第４、および第６のサイクルで第２の電力供給源電圧を提供することによって、基板の表面に到達するイオンに関して、２つの明確に異なる狭イオンエネルギーが達成されることができる（例えば、図４２Ａ）。３つの異なる電力供給源電圧を使用することによって、３つの異なるイオンエネルギーをもたらす（例えば、図４２Ｂ）。複数の電力供給源電圧のそれぞれが印加される時間または各電力供給源電圧レベルが印加されるサイクルの数を変化させることによって、異なるイオンエネルギーのイオン束が、制御されることができる（例えば、図４２Ｃ）。

【0178】

上記の議論は、電力供給源によって提供される周期的電圧関数が、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償と組み合わせることが、プラズマ処理の間に基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーならびにＩＥＤＦ幅および／またはＩＥＤＦ形状を制御するために使用され得る方法を示している。

【0179】

これまで述べられた制御のうちのいくつかは、（１）固定波形（波形の持続サイクルが同一である）、（２）イオンエネルギーおよびＩＥＤＦに比例する少なくとも２つの部分（例えば、図１４に図示される第３および第４の部分１４０６および１４０８）を有する波形、および（３）波形の明確に異なる特徴の正確な監視を可能にする高いサンプリング率（例えば、１２５ＭＨｚ）のいくつかの組み合わせを使用することによって、可能にされる。例えば、線形増幅器等の従来技術が、修正された周期的電圧関数に類似する波形を基板に送信する場合、サイクル間の望ましくない変動が、イオンエネルギーまたはＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）を特徴付けるために、これらの従来技術の波形を使用することを困難にする。

【0180】

線形増幅器が基板支持体にバイアスをかけるために使用されている場合、波形がサイクル毎に一貫しておらず、したがって、波形の特徴（例えば、パルス間の一部の傾き）を分解することが典型的には有用な情報を提供しないであろうため、高率でサンプリングする必要性は、認められていない。そのような有用な情報は、本開示および関連開示に見られるように、固定波形が使用されるときには生じない。

【0181】

本明細書に開示された固定波形および高サンプリング率はさらに、より正確な統計観察を可能にすることにつながる。本増加した精度のため、修正された周期的電圧関数の種々の特性を監視することを介して、プラズマ源およびチャンバ内のプラズマの動作および処理特性を監視することができる。例えば、修正された周期的電圧関数の測定は、シース容量およびイオン電流の遠隔監視を可能にし、チャンバプロセスまたは他のチャンバ詳細の知識を伴わずに監視されることができる。いくつかの実施例が、源およびチャンバの非侵襲的監視および故障検出のために、これまで述べられたシステムおよび方法を使用し得る、多数の方法のうちのいくつかのみを続けて例証する。

【0182】

監視の実施例として、図１４を参照すると、波形１４００のＤＣオフセットは、プラズマ源（以降では「源」と称される）の健全性を表すことができる。別の実施例では、修正された周期的電圧関数のパルスの最上部分１４０４（第２の部分）の傾きは、源内の減衰効果に相関されることができる。（０に等しい傾きを有するものとして図示される）水平からの最上部分１４０４の傾きの標準偏差は、波形１４００のある側面に基づいて源の健全性を監視する別の方法である。別の側面は、修正された周期的電圧関数の第４の部分１４０８に沿ってサンプリングされたＶ_ｏｕｔ点の標準偏差を測定し、標準偏差をチャンバ共鳴に相関させることを伴う。例えば、本標準偏差が持続パルスの間で監視され、標準偏差が経時的に増加する場合、これは、チャンバ内、例えば、静電チャック内に共鳴があることを示し得る。共鳴は、チャンバへの、またはチャンバ内の不良な電気接続の兆候、もしくは付加的な不要インダクタンスまたは容量の兆候であり得る。

【0183】

図３２は、本開示の一実施形態による、基板支持体に送達される２つの修正された周期的電圧関数波形を図示する。比較されるとき、２つの修正された周期的電圧関数は、チャンバ合致または原位置異常もしくは故障検出に使用することができる。例えば、２つの修正された周期的電圧関数のうちの１つは、基準波形であり得、第２の関数は、較正の間にプラズマ処理チャンバから得ることができる。プラズマ処理チャンバを較正するために、２つの修正された周期的電圧関数の間の差（例えば、ピーク間電圧Ｖ_ＰＰの差）が、使用されることができる。代替として、第２の修正された周期的電圧関数が、処理の間に基準波形と比較されることができ、波形特性の任意の差異（例えば、偏移）は、故障を示し得る（例えば、修正された周期的電圧関数の第４の部分３２０２の傾きの差）。

【0184】

図３３は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化を示し得る、イオン電流波形を図示する。図３３に図示されるもの等のイオン電流Ｉ_Ｉの変動が、システム内の故障および異常を識別するために分析されることができる。例えば、図３３の周期的変動は、プラズマ源（例えば、プラズマ電力供給源１０２）における低周波数不安定性を示し得る。そのようなイオン電流Ｉ_Ｉの変動はまた、プラズマ密度の周期的変化を示すこともできる。本指標およびそれが示し得る可能性として考えられる故障または異常は、特に有利にイオン電流Ｉ_Ｉの遠隔監視が使用され得る、多くの方法のうちの１つにすぎない。

【0185】

図３４は、非周期的形状を有する、修正された周期的電圧関数波形のイオン電流Ｉ_Ｉを図示する。イオン電流Ｉ_Ｉの本実施例は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化等の非周期的変動を示し得る。そのような変動はまた、アーク放電、寄生プラズマの形成、またはプラズマ密度のドリフト等の種々のプラズマの不安定性を示し得る。

【0186】

図３５は、バイアス供給源内の故障を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。第３の図示されるサイクルの最上部分（第２の部分とも称される）は、バイアス供給源（例えば、図１２の電力供給源１２０６）内の共鳴を示し得る、異常挙動を示す。本共鳴は、バイアス供給源内の故障の指示であり得る。共鳴のさらなる分析は、電力システム内の故障を識別することに役立つ、特性を識別し得る。

【0187】

図３６は、システムの容量の動的（または非線形）変化を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。例えば、電圧に非線形に依存する浮遊容量が、そのような修正された周期的電圧関数をもたらし得る。別の実施例では、チャックにおけるプラズマ破壊または故障もまた、そのような修正された周期的電圧関数をもたらし得る。３つの図示されるサイクルのそれぞれでは、各サイクルの第４の部分３６０２における非線形性が、システム容量の動的変化を示し得る。例えば、システム容量の他の構成要素は、大部分が固定されるため、非線形性が、シース容量の変化を示し得る。

【0188】

図３７は、プラズマ密度の変化を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。図示される修正された周期的電圧関数は、プラズマ密度の変化を示し得る、傾きｄＶ_０／ｄｔの単調な偏移を示す。これらの単調な偏移は、プロセスエッチング終点等の予測事象の直接指示を提供することができる。他の実施形態では、これらの単調な偏移は、いかなる予測事象も存在しないプロセスの故障を示し得る。

【0189】

図３８は、イオン電流のドリフトがシステムドリフトを示し得る、異なるプロセス実行のためのイオン電流のサンプリングを図示する。各データ点は、許容限界が、許容イオン電流を定義するユーザ定義または自動限界である、所与の実行のためのイオン電流を表すことができる。イオン電流を許容限界の上方に徐々に押し上げる、イオン電流のドリフトは、基板損傷が起こり得ることを示し得る。本タイプの監視はまた、光学省略、厚さ測定等の任意の数の他の従来の監視と組み合わせられることもできる。イオン電流ドリフトを監視することに加えて、これらの従来のタイプの監視は、既存の監視および統計制御を向上させることができる。

【0190】

図３９は、異なるプロセスパラメータのためのイオン電流のサンプリングを図示する。本例証では、イオン電流は、異なるプロセスおよび異なるプロセス特性を区別するために、性能指数として使用されることができる。そのようなデータは、プラズマレシピおよびプロセスの開発で使用されることができる。例えば、１１個の図示されるイオン電流データ点をもたらす、１１個のプロセス条件が、試験されることができ、理想的なプロセスとして、または代替として好ましいプロセスとして、好ましいイオン電流をもたらすプロセスが、選択されることができる。例えば、最低イオン電流が理想的なプロセスとして選択されてもよく、その後、プロセスが好ましいプロセス条件を用いて行われているかどうかを判断するために、好ましいプロセスと関連付けられるイオン電流が、測定基準として使用されることができる。本性能指数は、いくつか非限定的な実施例を挙げると、率、選択性、およびプロファイル角度等の類似する従来の性能特性に加えて、またはその代替として、使用されることができる。

【0191】

図４０は、チャンバ内にプラズマを伴わずに監視された、２つの修正された周期的電圧関数を図示する。これら２つの修正された周期的電圧関数が、比較され、プラズマチャンバを特徴付けるために使用されることができる。実施形態では、第１の修正された周期的電圧関数が、基準波形であり得る一方で、第２の修正された周期的電圧関数は、現在監視されている波形であり得る。これらの波形は、処理チャンバ内にプラズマを伴わずに、例えば、チャンバ清掃または予防保守後に得られることができ、したがって、第２の波形は、生産への（または生産へ戻す）チャンバの解放に先立って、チャンバの電気的状態の検証を提供するために使用されることができる。

【0192】

図４１は、プラズマプロセスの正当性を立証するために使用され得る、２つの修正された周期的電圧関数を図示する。第１の修正された周期的電圧関数が、基準波形であり得る一方で、第２の修正された周期的電圧関数は、現在監視されている波形であり得る。現在監視されている波形は、基準波形と比較されることができ、いかなる差異も、そうでなければ従来の監視方法を使用して検出可能ではない、寄生および／または非寄生インピーダンス問題を示し得る。例えば、図３５の波形上に見られる共鳴が検出され得、電力供給源内の共鳴を表すために使用され得る。

【0193】

イオン電流補償Ｉｃ、イオン電流Ｉ_Ｉ、および／またはシース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}を更新するために方法３０００が循環している間に、図３２－４１に図示される計測のうちのいずれかが、監視されることができる。例えば、各イオン電流Ｉ_Ｉサンプルが図３８で得られた後、方法３０００は、更新されたイオン電流Ｉ_Ｉを判定するために、サンプリング３００４に戻ることができる。別の実施例では、監視動作の結果として、イオン電流Ｉ_Ｉ、イオンエネルギーｅＶ、またはＩＥＤＦ幅の補正が所望され得る。対応する補正が、行われることができ、方法３０００は、方程式３を満たす新しいイオン電流補償Ｉｃを見出すようにサンプリング３００４に戻ることができる。

【0194】

当業者は、図３０、３１、および４３に図示される方法が、いかなる特定の、または説明された動作順序も要求せず、または図によって図示される、もしくは図中で示唆されるいかなる順序にも限定されないことを認識するであろう。例えば、計測（図３２－４１）は、ＩＥＤＦ幅および／またはイオンエネルギーｅＶを設定して監視する前、間、または後に監視されることができる。

【0195】

図４４は、本明細書に開示されるシステムにおける異なる点での種々の波形を図示する。スイッチモード電力供給源の切替構成要素のための図示される切替パターン４４１０、電力供給源電圧Ｖ_ＰＳ４４０６（本明細書では、周期的電圧関数とも称される）、イオン電流補償Ｉｃ４４０４、修正された周期的電圧関数４４０２、および基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４４１２を前提として、ＩＥＤＦは、図示される幅４４１４（一定の縮尺で描かれない場合がある）またはＩＥＤＦ形状４４１４を有する。本幅は、本開示が「狭幅」と称しているものより広い。示されるように、イオン電流補償Ｉｃ４４０４がイオン電流Ｉ_Ｉより大きいとき、基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４４１２は、一定ではない。ＩＥＤＦ幅４４１４は、基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４４１２の電圧反転間の傾き部分の電圧差に比例する。

【0196】

本非狭ＩＥＤＦ幅４４１４を前提として、本明細書に開示される方法は、Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉとなる（または代替として方程式２に従って関連される）まで、イオン電流補償Ｉｃが調節されることを要求する。図４５は、イオン電流Ｉ_Ｉに一致させるために、イオン電流補償Ｉｃの最終的漸増変化を生じることの効果を図示する。Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉであるとき、基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４５１２は、実質的に一定になり、ＩＥＤＦ幅４５１４は、非狭幅から狭幅に移行する。

【0197】

いったん狭ＩＥＤＦが達成されると、図４６に図示されるように、イオンエネルギーを所望の値または定義された値に調節することができる。ここで、電力供給源電圧（または代替としてスイッチモード電力供給源のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ）の規模が減少される（例えば、電圧反転間の電力供給源電圧４６０６の最大負振幅が低減される）。結果として、ΔＶ_１は、ピーク間電圧がＶ_ＰＰ１からＶ_ＰＰ２まで減少するにつれて、ΔＶ_２まで減少する。その結果として、実質的に一定の（または持続）基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４６０８の規模が減少し、したがって、狭ＩＥＤＦ幅を維持しながら、イオンエネルギーの規模を４６１５から４６１４へ減少させる。

【0198】

イオンエネルギーが調節されるかどうかにかかわらず、図４７に示されるように、狭ＩＥＤＦ幅が達成された後に、ＩＥＤＦ幅は、広げられることができる。ここで、Ｉ_Ｉ＝Ｉ_Ｃ（または代替としてＩ_ＩとＩ_Ｃとの間の関係を生じる方程式２）を前提として、Ｉ_Ｃは、調節されることができ、したがって、修正された周期的電圧関数４７０２のパルス間の一部の傾きを変化させる。イオン電流補償Ｉｃおよびイオン電流Ｉ_Ｉが等しくないことの結果として、基板電圧は、実質的に一定から非一定に移行する。さらなる結果として、ＩＥＤＦ幅４７１４が、狭ＩＥＤＦ４７１４から非狭ＩＥＤＦ４７０２まで拡張することになる。Ｉ_ＣがＩ_Ｉから離れて調節されるほど、ＩＥＤＦ４７１４幅が大きくなる。

【0199】

図４８は、各イオンエネルギーレベルが狭ＩＥＤＦ４８１４幅を有する、１つを上回るイオンエネルギーレベルを達成するために使用され得る、電力供給源電圧の１つのパターンを図示する。電力供給源電圧４８０６の規模が、サイクル毎に交互する。これは、修正された周期的電圧関数４８０２のサイクル毎に、交互ΔＶおよびピーク間電圧をもたらす。基板電圧４８１２は、ひいては、基板電圧のパルス間で交互する、２つの実質的に一定の電圧（または持続電圧）を有する。これは、それぞれ狭ＩＥＤＦ４８１４幅を有する、２つの異なるイオンエネルギーをもたらす。

【0200】

図４９は、各イオンエネルギーレベルが狭ＩＥＤＦ４９１４幅を有する、１つを上回るイオンエネルギーレベルを達成するために使用され得る、電力供給源電圧の別のパターンを図示する。ここで、電力供給源電圧４９０６は、２つの異なる規模間で交互するが、交互する前に１度に２つのサイクルにわたってそのように行う。示されるように、平均イオンエネルギーは、Ｖ_ＰＳ４９０６がサイクル毎に交互された場合と同一である。これは、同一のイオンエネルギーを達成するために、Ｖ_ＰＳ４９０６の種々の他のパターンが使用され得る方法の一実施例のみを示す。

【0201】

図５０は、定義されたＩＥＤＦ５０１４を生成するために使用され得る、電力供給源電圧Ｖ_ＰＳ５００６およびイオン電流補償Ｉ_Ｃ５００４の１つの組み合わせを図示する。ここで、交互電力供給源電圧５００６が、２つの異なるイオンエネルギーをもたらす。加えて、イオン電流Ｉ_Ｉから離れるようにイオン電流補償５００４を調節することによって、各イオンエネルギーのＩＥＤＦ５０１４幅を拡張させることができる。イオンエネルギーが、図示される実施形態のように十分に近接する場合には、両方のイオンエネルギーのＩＥＤＦ５０１４が重複し、１つの大きいＩＥＤＦ５０１４をもたらすであろう。他の実施例も可能であるが、本実施例は、定義されたイオンエネルギーおよび定義されたＩＥＤＦ５０１４を達成するために、Ｖ_ＰＳ５００６およびＩ_Ｃ５００４への調節の組み合わせが使用され得る方法を示すように意図されている。

【0202】

本開示全体を通して、用語「単エネルギーイオンエネルギー分布」が、使用されているが、実践では、一定または実質的に一定基板表面電圧の使用にかかわらず、イオンエネルギー分布に対してある小有限幅が存在し得ることが、当業者によって理解されるであろう。したがって、用語「制御可能狭または単エネルギー分布のイオンエネルギー」は、本明細書に開示されるシステムおよび方法を介して可能性として考えられる、最狭イオンエネルギー分布を指すために使用される。

【0203】

次に図１７Ａおよび１７Ｂを参照すると、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。示されるように、これらの実施形態における基板支持体１７０８は、静電チャック１７８２を含み、静電チャック供給源１７８０が、電力を静電チャック１７８２に印加するために利用される。いくつかの変形例では、図１７Ａに描写されるように、静電チャック供給源１７８０は、電力を直接基板支持体１７０８に印加するように位置付けられ、他の変形例では、静電チャック供給源１７８０は、スイッチモード電力供給源と関連して、電力を印加するように位置付けられる。直列チャックは、別個の供給源によって、またはコントローラの使用によって、搬送され、正味ＤＣチャック関数をもたらすことができることに留意されたい。本ＤＣ結合された（例えば、ブロッキングコンデンサなし）直列チャック関数では、他のＲＦ源との望ましくない干渉を最小限にすることができる。

【0204】

図１８には、概して、プラズマ密度を発生させるように機能するプラズマ電力供給源１８８４も、スイッチモード電力供給源１８０６および静電チャック供給源１８８０とともに、基板支持体１８０８を駆動するように構成されている、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図が示される。本実装では、プラズマ電力供給源１８８４、静電チャック供給源１８８０、およびスイッチモード電力供給源１８０６はそれぞれ、別個のアセンブリ内に常駐し得るか、または供給源１８０６、１８８０、１８８４のうちの２つ以上は、同一物理的アセンブリ内に常駐するように構築され得る。有利なこととして、図１８に描写される実施形態は、電気的対称性を得るように、上部電極１８８６（例えば、シャワーヘッド）を電気的に接地させ、より少ないアーク放電事象に起因して、低減された損傷レベルを可能にする。

【0205】

図１９を参照すると、本発明のなおも別の実施形態を描写する、ブロック図が示される。描写されるように、本実施形態におけるスイッチモード電力供給源１９０６は、追加のプラズマ電力供給源の必要性なく（例えば、プラズマ電力供給源１０２、２０２、１２０２、１７０２、１８８４を伴わずに）、基板にバイアスをかけ、プラズマを点弧（および持続）するように電力を基板支持体およびチャンバ１９０４に印加するよう構成される。例えば、スイッチモード電力供給源１８０６は、プラズマを点弧および持続させる一方、バイアスを基板支持体に提供するために十分である、デューティサイクルで動作され得る。

【0206】

次に図２０を参照すると、図１－１９を参照して説明された実施形態に関連して利用され得る、制御部分の入力パラメータおよび制御出力のブロック図が、描写される。制御部分の描写は、本明細書で議論される実施形態に関連して利用され得る、例示的制御入力および出力の簡略化された描写を提供することが意図される。すなわち、ハードウェア略図であることを意図するものではない。実際の実装では、描写される制御部分は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得る、いくつかの離散構成要素間に分散され得る。

【0207】

本明細書で以前に議論される実施形態を参照すると、図２０に描写されるコントローラは、図１を参照して説明される、コントローラ１１２、図２を参照して説明される、コントローラ２１２およびイオンエネルギー制御２２０構成要素、図８を参照して説明される、コントローラ８１２およびイオンエネルギー制御部分８２０、図１２を参照して説明される、イオン電流補償構成要素１２６０、図１３を参照して説明される、電流コントローラ１３６２、図１６に描写される、Ｉｃｃ制御、それぞれ、図１７Ａおよび１７Ｂに描写される、コントローラ１７１２Ａ、１７１２Ｂ、ならびにそれぞれ、図１８および１９に描写される、コントローラ１８１２、１９１２のうちの１つ以上の機能性を提供し得る。

【0208】

示されるように、制御部分への入力として利用され得る、パラメータは、図１３および１４を参照してより詳細に説明される、ｄＶｏ／ｄｔおよびΔＶを含む。議論されるように、ｄＶｏ／ｄｔは、イオンエネルギー分布広がり入力ΔＥと関連して利用され、図１２、１３、１４、１５Ａ－Ｃ、および図１６を参照して説明されるように、イオンエネルギー分布広がりの幅を制御する制御信号Ｉｃｃを提供し得る。加えて、イオンエネルギー制御入力（Ｅｉ）は、随意のフィードバックΔＶに関連して利用され、図１－１１を参照してより詳細に説明されるように、イオンエネルギー制御信号（例えば、図３に描写されるＶ_ｂｕｓに影響を及ぼす）を発生させ、所望の（定義された）イオンエネルギー分布をもたらし得る。また、多くの静電チャック実施形態と関連して利用され得る、別のパラメータは、効率的熱制御のために、静電力を提供し、ウエハをチャックに保持する、ＤＣオフセット入力である。

【0209】

図２１は、本開示のある実施形態による、プラズマ処理システム２１００を図示する。システム２１００は、基板２１０６（および他のプラズマプロセス）の上部表面２１１８をエッチングするために、プラズマ２１０４を封入する、プラズマ処理チャンバ２１０２を含む。プラズマは、プラズマ電力供給源２１２２によって給電されるプラズマ源２１１２によって発生される（例えば、原位置で、または遠隔で、または投射される）。プラズマ２１０４と基板２１０６の上部表面２１１８との間で測定されたプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、プラズマ２１０４から、プラズマシース２１１５を横断するイオンを加速し、加速されたイオンを基板２１０６の上部表面２１１８に衝突させ、基板２１０６（またはフォトレジストによって保護されていない基板２１０６の一部）をエッチングさせる。プラズマ２１０４は、接地（例えば、プラズマ処理チャンバ２１０２壁）に対して、プラズマ電位Ｖ_３にある。基板２１０６は、静電チャック２１１１と、静電チャック２１１１の上部表面２１２１と基板２１０６との間のチャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}とを介して、支持体２１０８に静電的に保持される、底部表面２１２０を有する。基板２１０６は、誘電性であって、したがって、上部表面２１１８の第１の電位Ｖ_１と、底部表面２１２０の第２の電位Ｖ_２とを有し得る。静電チャック２１２１の上部表面は、基板の底部表面２１２０と接触し、したがって、これらの２つの表面２１２０、２１２１は、同一の電位Ｖ_２である。第１の電位Ｖ_１、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}、および第２の電位Ｖ_２は、スイッチモード電力供給源２１３０によって発生され、第１の導体２１２４を介して、静電チャック２１１１に提供される、ＤＣバイアスまたはオフセットを伴うＡＣ波形を介して制御される。随意に、ＡＣ波形は、第１の導体２１２４を介して提供され、ＤＣ波形は、随意の第２の導体２１２５を介して提供される。スイッチモード電力供給源２１３０のＡＣおよびＤＣ出力は、同様に、スイッチモード電力供給源２１３０の種々の側面を制御するように構成される、コントローラ２１３２を介して、制御されることができる。

【0210】

イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布は、第１の電位Ｖ_１の関数である。スイッチモード電力供給源２１３０は、所望の（または定義された）イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布を発生させることが把握されている所望の第１の電位Ｖ_１をもたらすように調整されたＡＣ波形を提供する。ＡＣ波形は、ＲＦであって、図９Ｂ、１０Ｂ、１４、３２、３７、４０、４１、および４４－５０に図示されるもの等の非正弦波波形を有することができる。第１の電位Ｖ_１は、図１４に図示される電圧ΔＶの変化に比例し得る。第１の電位Ｖ_１はまた、プラズマ電圧Ｖ_３からプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}を引いたものに等しい。しかし、プラズマ電圧Ｖ_３は、多くの場合、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}（例えば、５０Ｖ－２０００Ｖ）と比較して、小さい（例えば、２０Ｖ未満）ため、第１の電位Ｖ_１およびプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、ほぼ等しく、実装の目的のために、等しくなるように処理され得る。したがって、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、イオンエネルギーを左右するため、第１の電位Ｖ_１は、イオンエネルギー分布に比例する。一定の第１の電位Ｖ_１（または実質的に一定の電圧部分もしくは持続電圧部分）を維持することによって、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、一定（または実質的に一定もしくは持続）となり、したがって、実質的に、全イオンが、同一のエネルギーを介して加速され、故に、狭域イオンエネルギー分布が、達成される。プラズマ電圧Ｖ_３は、プラズマ源２１１２を介して、プラズマ２１０４に付与されるエネルギーから生じる。

【0211】

基板２１０６の上部表面２１１８における第１の電位Ｖ_１は、静電チャック２１１１からの容量性充電とシース２１１５を通過する電子およびイオンからの電荷集積の組み合わせを介して形成される。スイッチモード電力供給源２１３０からのＡＣ波形は、第１の電位Ｖ_１が、実質的に一定（または持続）のままであるように、シース２１１５を通るイオンおよび電子移動の影響と、基板２１０６の上部表面２１１８において結果として生じる電荷集積とをオフセットするように調整される。

【0212】

基板２１０６を静電チャック２１１１に保持するチャック力は、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}の関数である。スイッチモード電力供給源２１３０は、第２の電位Ｖ_２が、第１の電位Ｖ_１と異なる電位にあるように、ＤＣバイアス、すなわち、ＤＣオフセットをＡＣ波形に提供する。本電位差は、チャック電圧Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を生じさせる。チャック電圧Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}は、静電チャック２１１１の上部表面２２２１から基板２１０６の内側の基準層まで測定され得、基準層は、基板２１０６の底部表面２１２０を除く、基板の内側の任意の高度を含む（基準層の基板２１０６内の正確な場所は、変動し得る）。したがって、チャックは、第２の電位Ｖ_２によって制御され、それに比例する。

【0213】

ある実施形態では、第２の電位Ｖ_２は、ＡＣ波形によって修正されるスイッチモード電力供給源２１３０のＤＣオフセットに等しい（換言すると、ＤＣオフセットを伴うＡＣ波形であって、ＤＣオフセットは、ＡＣ波形のピーク間電圧を上回る）。ＤＣオフセットは、スイッチモード電力供給源２１３０出力のＤＣ成分が、第２の電位Ｖ２を支配し、ＡＣ成分が、除外または無視され得るように、実質的に、ＡＣ波形より大きくてもよい。

【0214】

基板２１０６内の電位は、第１および第２の電位Ｖ_１、Ｖ_２間で変動する。チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}は、基板２１０６と静電チャック２１１１との間のクーロン引力が、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}極性にかかわらず存在するため、正または負（例えば、Ｖ_１＞Ｖ_２またはＶ_１＜Ｖ_２）であり得る。

【0215】

スイッチモード電力供給源２１３０は、コントローラ２１３２と併用して、確定的に、かつセンサを伴わずに、種々の電圧を監視することができる。特に、イオンエネルギー（例えば、平均エネルギーおよびイオンエネルギー分布）は、ＡＣ波形のパラメータ（例えば、傾きおよびステップ）に基づいて、確定的に監視される。例えば、プラズマ電圧Ｖ_３、イオンエネルギー、およびイオンエネルギー分布は、スイッチモード電力供給源２１３０によって生産されるＡＣ波形のパラメータに比例する。特に、ＡＣ波形の立ち下がりエッジのΔＶ（例えば、図１４参照）は、第１の電位Ｖ_１、したがって、イオンエネルギーに比例する。第１の電位Ｖ_１を一定（または実質的に一定の電圧部分もしくは持続電圧部分）に維持することによって、イオンエネルギー分布は、狭域に維持される。

【0216】

第１の電位Ｖ_１は、直接、測定されることができず、スイッチモード電力供給源出力と第１の電圧Ｖ_１との間の相関は、基板２１０６の静電容量および処理パラメータに基づいて、変動し得る場合、ΔＶと第１の電位Ｖ_１との間の比例定数は、短い処理時間の経過後、実験的に判定されることができる。例えば、ＡＣ波形の立ち下がりエッジΔＶが、５０Ｖであって、比例定数が、所与の基板およびプロセスに対して、２であることが実験的に見出される場合、第１の電位Ｖ１は、１００Ｖであることが予期され得る。電圧ステップΔＶと第１の電位Ｖ_１（したがって、イオンエネルギーｅＶ）との間の比例は、方程式４によって表される。したがって、イオンエネルギーを伴う第１の電位Ｖ_１およびイオンエネルギー分布は、プラズマ処理チャンバ２１０２の内側に任意のセンサを伴わずに、スイッチモード電力供給源のＡＣ波形の知識に基づいて、判定されることができる。加えて、スイッチモード電力供給源２１３０は、コントローラ２１３２と併用して、チャックが生じているかどうか（例えば、基板２１０６が、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を介して、静電チャック２１１１に保持されているかどうか）を監視することができる。

【0217】

デチャックは、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を排除または低下させることによって実施される。これは、第２の電位Ｖ_２を第１の電位Ｖ_１に等しく設定することによって実施されることができる。換言すると、ＤＣオフセットおよびＡＣ波形は、チャック電圧Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を０Ｖに近づかせるために、調節されることができる。従来のデチャック方法と比較して、システム２１００は、ＤＣオフセットおよびＡＣ波形の両方が、デチャックを達成するように調節されることができるため、より高速のデチャック、したがって、より多くの処理量を達成する。また、ＤＣおよびＡＣ電源が、スイッチモード電力供給源２１３０内にあるとき、その回路は、より統合され、よりともに近接し、単一コントローラ２１３２を介して制御され（ＤＣおよびＡＣ電源の典型的並列配列と比較して）、出力をより高速で変化させることができる。本明細書に開示される実施形態によって可能にされるデチャックの速度はまた、プラズマ２１０４が消弧された後、または少なくともプラズマ源２１１２からの電力がオフにされた後、デチャックを可能にする。

【0218】

プラズマ源２１１２は、種々の形態をとることができる。例えば、ある実施形態では、プラズマ源２１１２は、プラズマ２１０４の点弧および持続の両方を行うチャンバ２１０２内のＲＦ場を確立する、プラズマ処理チャンバ２１０２の内側に電極を含む。別の実施形態では、プラズマ源２１１２は、イオン化電磁場を遠隔で発生させ、イオン化電磁場を処理チャンバ２１０２内に投射または延在させ、イオン化電磁場を使用して、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ２１０４の点弧および持続の両方を行う、遠隔投射されるプラズマ源を含む。さらに、遠隔投射されるプラズマ源はまた、イオン化電磁場が、プラズマ処理チャンバ２１０２へ向かう途中に通過する、場伝達部分（例えば、導電管）を含み、その間、イオン化電磁場は、プラズマ処理チャンバ２１０２内の場強度が、場が最初に遠隔投射されるプラズマ源内に発生されるときの場強度のわずか１０分の１、または１００分の１、または１，０００分の１、またはさらに小さい割合となるように減衰される。プラズマ源２１１２は、正確な縮尺で描かれていない。

【0219】

スイッチモード電力供給源２１３０は、浮動することができ、したがって、接地とスイッチモード電力供給源２１３０との間に直列に接続されるＤＣ電源（図示せず）によって、任意のＤＣオフセットでバイアスされることができる。スイッチモード電力供給源２１３０は、スイッチモード電力供給源２１３０の内部のＡＣおよびＤＣ電源を介して（例えば、図２２、２３、２６参照）、またはスイッチモード電力供給源２１３０の内部のＡＣ電源およびスイッチモード電力供給源２１３０の外部のＤＣ電力供給源を介して（例えば、図２４、２７参照）のいずれかによって、ＡＣ波形にＤＣオフセットを提供することができる。ある実施形態では、スイッチモード電力供給源２１３０は、接地され、スイッチモード電力供給源２１３０と静電チャック２１１１との間に直列に結合された浮動ＤＣ電源に直列に結合されることができる。

【0220】

コントローラ２１３２は、スイッチモード電力供給源２１３０が、ＡＣおよびＤＣ電源の両方を含むとき、スイッチモード電力供給源のＡＣおよびＤＣ出力を制御することができる。スイッチモード電力供給源２１３０が、ＤＣ電源と直列に接続されると、コントローラ２１３２は、スイッチモード電力供給源２１３０のＡＣ出力のみを制御してもよい。代替実施形態では、コントローラ２１３０は、スイッチモード電力供給源２１３０に結合されたＤＣ電力供給源と、スイッチモード電力供給源２１３０の両方を制御することができる。当業者は、単一コントローラ２１３２が図示されるが、他のコントローラもまた、静電チャック２１１１に提供されるＡＣ波形およびＤＣオフセットを制御するために実装されることができることを認識するであろう。

【0221】

静電チャック２１１１は、誘電性（例えば、セラミック）であって、したがって、実質的に、ＤＣ電圧の通過をブロッキングすることができる、またはドープされたセラミック等の半導体材料であることができる。いずれの場合も、静電チャック２１１１は、電圧を基板２１０６の上部表面２１１８（通常、誘電性）に容量結合し、第１の電圧Ｖ_１を形成する、静電チャック２１１１の上部表面２１２１上の第２の電圧Ｖ_２を有することができる。

【0222】

プラズマ２１０４形状およびサイズは、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。例えば、プラズマ２１０４のエッジは、あるプラズマ密度によって定義されることができるが、その場合、図示されるプラズマ２１０４は、任意の特定のプラズマ密度を考慮に入れて描かれていない。同様に、少なくともいくつかのプラズマ密度は、図示されるプラズマ２１０４形状にかかわらず、プラズマ処理チャンバ２１０２全体を充填する。図示されるプラズマ２１０４形状は、主に、実質的に、プラズマ２１０４より小さいプラズマ密度を有する、シース２１１５を示すように意図される。

【0223】

図２２は、プラズマ処理システム２２００の別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給源２２３０は、直列に接続されたＤＣ電源２２３４およびＡＣ電源２２３６を含む。コントローラ２２３２は、ＡＣ電源２２３６波形およびＤＣ電源２２３４バイアスまたはオフセットの両方を制御することによって、スイッチモード電力供給源２２３０のＤＣオフセット出力によって、ＡＣ波形を制御するように構成される。本実施形態はまた、チャック２２１１内に埋め込まれたグリッドまたはメッシュ電極２２１０を有する、静電チャック２２１１を含む。スイッチモード電力供給源２２３０は、ＡＣおよびＤＣバイアスの両方をグリッド電極２２１０に提供する。実質的に、ＤＣバイアスより小さく、したがって、除外され得る、ＡＣ成分を伴うＤＣバイアスは、グリッド電極２２１０上に第３の電位Ｖ_４を確立する。第３の電位Ｖ_４が、基板２２０６内のいずれの場所の基準層（基板２２０６の底部表面２２２０を除く）における電位とも異なるとき、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}およびクーロンチャック力が、確立され、基板２２０６を静電チャック２２１１に保持する。基準層は、グリッド電極２２１０に平行な仮想平面である。ＡＣ波形は、グリッド電極２２１０から、静電チャック２２１１の一部を通して、かつ基板２２０６を通して容量結合し、基板２２０６の上部表面２２１８上の第１の電位Ｖ_１を制御する。プラズマ電位Ｖ_３は、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}に対して除外可能であるため、第１の電位Ｖ_１およびプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、ほぼ等しく、実践的目的のために、等しいと見なされる。したがって、第１の電位Ｖ_１は、シース２２１５を通してイオンを加速するために使用される、電位に等しい。

【0224】

ある実施形態では、静電チャック２２１１は、チャック２２１１の本体を通るいかなる電位差も除外可能であるよう十分に伝導性であるようにドープされ得、したがって、グリッドまたはメッシュ電極２２１０は、実質的に、第２の電位Ｖ_２と同一の電圧であり得る。

【0225】

グリッド電極２２１０は、静電チャック２２１１内に埋め込まれ、基板２２０６に平行であって、スイッチモード電力供給源２２３０によってバイアスされ、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を確立するように構成される、任意の伝導性平面デバイスであることができる。グリッド電極２２１０は、静電チャック２２１１の下側部分に埋め込まれるように図示されるが、グリッド電極２２１０は、基板２２０６からより近くまたはより遠くに位置することができる。グリッド電極２２１０はまた、グリッドパターンを有する必要はない。ある実施形態では、グリッド電極２２１０は、固体電極である、または非グリッド形状（例えば、格子状パターン）を伴う、非固体構造を有することができる。ある実施形態では、静電チャック２２１１は、セラミックまたは他の誘電体であって、したがって、グリッド電極２２１０上の第３の電位Ｖ_４は、静電チャック２２１１の上部表面２２２１上の第１の電位Ｖ_１と等しくない。別の実施形態では、静電チャック２２１１は、若干伝導性である、ドープされたセラミックであって、したがって、グリッド電極２２１０上の第３の電位Ｖ_４は、静電チャック２２１１の上部表面２２２１上の第２の電位Ｖ_２に等しくあり得る。

【0226】

スイッチモード電力供給源２２３０は、非正弦波であり得る、ＡＣ出力を発生させる。スイッチモード電力供給源２２３０は、ＤＣ電源２２３４が、ＡＣ伝導性であって、ＡＣ電源２２３６が、ＤＣ伝導性であるため、ＤＣおよびＡＣ源２２３４、２２３６を直列に動作させることが可能である。ＤＣ伝導性ではない、例示的ＡＣ電源は、ＤＣ電圧または電流が提供されると、損傷され得る、ある線形増幅器である。ＡＣ伝導性およびＤＣ伝導性電源の使用は、スイッチモード電力供給源２２３０内で使用される構成要素の数を低減させる。例えば、ＤＣ電源２２３４が、ＡＣブロッキングを行う場合、ＡＣバイパスまたはＤＣブロッキング構成要素（例えば、コンデンサ）は、ＤＣ電源２２３４と並列に配列される必要があり得る。ＡＣ電源２２３６が、ＤＣブロッキングを行う場合、ＤＣバイパスまたはＡＣブロッキング構成要素（例えば、インダクタ）は、ＡＣ電源２２３６と並列に配列される必要があり得る。

【0227】

本実施形態では、ＡＣ電源２２３８は、概して、基板２２０６の上部表面２２１８に衝撃するイオンのための所望の（定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように、制御可能な様式において、電圧バイアスを静電チャック２２１１に印加するように構成される。より具体的には、ＡＣ電源２２３６は、特定の電力レベルにおける１つ以上の特定の波形をグリッド電極２２１０に印加することによって、所望の（定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように構成される。また、より具体的には、ＡＣ電源２２３６は、特定の電力レベルを印加し、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ（図示せず）内に記憶された波形データによって定義される１つ以上の電圧波形を使用して、特定の電力レベルを印加する。その結果、１つ以上の特定のイオン衝撃エネルギーは、基板２２０６（または他のプラズマ支援プロセス）の制御されたエッチングを行うように選択され得る。一実施形態では、ＡＣ電源２２３６は、切替式モード構成を利用することができる（例えば、図２５－２７参照）。スイッチモード電力供給源２２３０、特に、ＡＣ電源２２３６は、本開示の種々の実施形態に説明されるようなＡＣ波形を生産することができる。

【0228】

当業者は、グリッド電極２２１０が必要ではなく、他の実施形態も、グリッド電極２２１０を伴わずに実装されることができることを認識するであろう。当業者はまた、グリッド電極２２１０が、チャック電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を確立するために使用され得る、多数のデバイスの一実施例にすぎないことを認識するであろう。

【0229】

図２３は、プラズマ処理システム２３００の別の実施形態を図示する。図示される実施形態は、ＡＣ波形およびＤＣバイアスを静電チャック２３１１に提供するためのスイッチモード電力供給源２３３０を含む。スイッチモード電力供給源２３３０は、ＤＣ電源２３３４およびＡＣ電源２３３６を含み、その両方とも、接地され得る。ＡＣ電源２３３６は、第１の導体２３２４を介して、静電チャック２３１１内に埋め込まれる第１のグリッドまたはメッシュ電極２３１０に提供される、ＡＣ波形を発生させる。ＡＣ電源２３３６は、第１のグリッドまたはメッシュ電極２３１０上に電位Ｖ_４を確立する。ＤＣ電源２３３４は、第２の導体２３２５を介して、静電チャック２３１１内に埋め込まれる第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１２に提供される、ＤＣバイアスを発生させる。ＤＣ電源２３３４は、第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１２上に電位Ｖ_５を確立する。電位Ｖ_４およびＶ_５は、それぞれ、ＡＣおよびＤＣ電源２３３６、２３３４を介して、独立して、制御されることができる。しかしながら、第１および第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１０、２３１２はまた、容量結合されることができ、および／または静電チャック２３１１の一部を介して、グリッドまたはメッシュ電極２３１０、２３１２間に、ＤＣ結合が存在し得る。ＡＣまたはＤＣ結合のいずれかが存在する場合、電位Ｖ_４およびＶ_５は、結合されてもよい。当業者は、第１および第２のグリッド電極２３１０、２３１２が、第１のグリッド電極２３１０を第２のグリッド電極２３１２より基板２３０６に近接して配列することを含め、静電チャック２３１１全体を通して、種々の場所に配列されることができることを認識するであろう。

【0230】

図２４は、プラズマ処理システム２４００の別の実施形態を図示する。本実施形態では、スイッチモード電力供給源２４３０は、ＡＣ波形を静電チャック２４１１に提供し、スイッチモード電力供給源２４３０出力は、ＤＣ電力供給源２４３４によって提供されるＤＣバイアスによってオフセットされる。スイッチモード電力供給源２４３０のＡＣ波形は、基板２４０６に、狭域イオンエネルギー分布を有するプラズマ２４０４からのイオンを衝撃させるために、コントローラ２４３５によって選択される波形を有する。ＡＣ波形は、非正弦波（例えば、矩形波またはパルス状）であることができ、スイッチモード電力供給源２４３０のＡＣ電源２４３６を介して発生されることができる。チャックは、コントローラ２４３３によって制御される、ＤＣ電力供給源２４３４からのＤＣオフセットを介して制御される。ＤＣ電力供給源２４３４は、接地とスイッチモード電力供給源２４３０との間に直列に結合されることができる。スイッチモード電力供給源２４３０は、そのＤＣバイアスがＤＣ電力供給源２４３４によって設定され得るように、浮動的である。

【0231】

当業者は、図示される実施形態が、２つの独立コントローラ２４３３、２４３５を示すが、これらが、随意のコントローラ２４３２等の単一機能ユニット、デバイス、またはシステム内に組み合わせられ得ることを認識するであろう。加えて、コントローラ２４３３および２４３５は、相互に通信し、処理リソースを共有するように結合されることができる。

【0232】

図２５は、プラズマ処理システム２５００のさらなる実施形態を図示する。図示される実施形態は、ＤＣ電力供給源（図示せず）によって提供されるＤＣオフセットを有し得るＡＣ波形を生産する、スイッチモード電力供給源２５３０を含む。スイッチモード電力供給源は、電圧および電流コントローラ２５３７、２５３９を包含する、随意のコントローラ２５３５を介して、制御されることができる。スイッチモード電力供給源２５３０は、電圧コントローラ２５３７によって制御される電圧出力を有する、制御可能電圧源２５３８と、電流コントローラ２５３９によって制御される電流出力を有する、制御可能電流源２５４０とを含むことができる。制御可能電圧および電流源２５３８、２５４０は、並列配列であることができる。制御可能電流源２５４０は、プラズマ２５０４と基板２５０６との間のイオン電流を補償するように構成される。

【0233】

電圧および電流コントローラ２５３７、２５３９は、相互に結合され、通信することができる。電圧コントローラ２５３７はまた、制御可能電圧源２５３８の切替式出力２５３９を制御することができる。切替式出力２５３９は、図示されるように、２つのスイッチを並列に含むことができる、または制御可能電圧源２５３８の出力を所望のＡＣ波形（例えば、非正弦波）に変換する、任意の回路を含むことができる。２つのスイッチを介して、制御可能電圧源２５３８からの制御された電圧またはＡＣ波形は、制御可能電流源２５４０の制御された電流出力と組み合わせられ、スイッチモード電力供給源２５３０のＡＣ波形出力を発生させることができる。

【0234】

制御可能電圧源２５３８は、所与の極性を有するように図示されるが、当業者は、反対極性も、図示されるものに相当することを認識するであろう。随意に、制御可能電圧および電流源２５３８、２５４０は、切替式出力２５３９とともに、ＡＣ電源２５３６の一部であることができ、ＡＣ電源２５３６は、スイッチモード電力供給源２５３０の内側または外側にあるＤＣ電源（図示せず）と直列に配列されることができる。

【0235】

図２６は、プラズマ処理システム２６００のさらに別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給源２６３０は、ＤＣオフセットを有するＡＣ波形を静電チャック２６１１に提供する。波形のＡＣ成分は、切替式出力２６３９を通して相互に接続された制御可能電圧源２６３８および制御可能電流源２６４０の並列組み合わせを介して、発生される。ＤＣオフセットは、接地と制御可能電圧源２６３８との間に直列に結合されるＤＣ電源２６３４によって発生される。ある実施形態では、ＤＣ電源２６３４は、接地されるのではなく、浮動的であることができる。同様に、スイッチモード電力供給源２６３０も、浮動的である、または接地されることができる。

【0236】

システム２６００は、スイッチモード電力供給源２６３０の出力を制御するための１つ以上のコントローラを含むことができる。第１のコントローラ２６３２は、例えば、第２のコントローラ２６３３および第３のコントローラ２６３５を介して、スイッチモード電力供給源２６３０の出力を制御することができる。第２のコントローラ２６３３は、ＤＣ電源２６３４によって発生されるようなスイッチモード電力供給源２６３０のＤＣオフセットを制御することができる。第３のコントローラ２６３５は、制御可能電圧源２６３８および制御可能電流源２６４０を制御することによって、スイッチモード電力供給源２６３０のＡＣ波形を制御することができる。ある実施形態では、電圧コントローラ２６３７は、制御可能電圧源２６３８の電圧出力を制御し、電流コントローラ２６３９は、制御可能電流源２６４０の電流を制御する。電圧および電流コントローラ２６３７、２６３９は、相互に通信することができ、第３のコントローラ２６３５の一部であることができる。

【0237】

当業者は、電源２６３４、２６３８、２６４０に対するコントローラの種々の構成を説明する、前述の実施形態が、限定ではなく、種々の他の構成もまた、本開示から逸脱することなく、実装されることができることを認識するであろう。例えば、第３のコントローラ２６３５または電圧コントローラ２６３７は、制御可能電圧源２６３８と制御可能電流源２６４０との間の切替式出力２６３９を制御することができる。別の実施例として、第２および第３のコントローラ２６３３、２６３５は、相互に通信することができる（そのように図示されないが）。また、制御可能電圧および電流源２６３８、２６４０の極性は、例証にすぎず、限定を意味するものではないことも理解されたい。

【0238】

切替式出力２６３９は、ＡＣ波形を成形するために、２つの並列スイッチを交互に切り替えることによって、動作することができる。切替式出力２６３９は、限定されないが、ＭＯＳＦＥＴおよびＢＪＴを含む、任意の種々のスイッチを含むことができる。一変形例では、ＤＣ電源２６３４は、制御可能電流源２６４０と静電チャック２６１１との間に配列されることができ（換言すると、ＤＣ電源２６３４は、浮動することができる）、スイッチモード電力供給源２６３０は、接地されることができる。

【0239】

図２７は、プラズマ処理システム２７００の別の実施形態を図示する。本変形例では、スイッチモード電力供給源２７３４は、再び、接地されるが、スイッチモード電力供給源２７３０に統合される代わりに、ここでは、ＤＣ電源２７３４は、別個の構成要素であって、スイッチモード電力供給源２７３０内の構成要素だけではなく、スイッチモード電力供給源２７３０全体に、ＤＣオフセットを提供する。

【0240】

図２８は、本開示のある実施形態による、方法２８００を図示する。方法２８００は、基板をプラズマチャンバ動作２８０２内に設置することを含む。方法２８００はさらに、プラズマをプラズマチャンバ動作２８０４内で形成することを含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法２８００はまた、スイッチ電力動作２８０６を含む。スイッチ電力動作２８０６は、周期的電圧関数を基板に印加するように、基板に対する電力を制御可能に切り替えることを伴う。周期的電圧関数は、パルス状波形（例えば、矩形波）またはＡＣ波形と見なされ、スイッチモード電力供給源と直列のＤＣ電源によって発生されるＤＣオフセットを含み得る。ある実施形態では、ＤＣ電源は、スイッチモード電力供給源に組み込まれ、したがって、スイッチモード電力供給源のＡＣ電源と直列であることができる。ＤＣオフセットは、静電チャックの上部表面と基板内の基準層との間に電位差を発生させ、本電位差は、チャック電位と称される。静電チャックと基板との間のチャック電位は、基板を静電チャックに保持し、したがって、処理の間、基板が移動しないように防止する。方法２８００はさらに、周期的電圧関数が複数のサイクルにわたって変調される、動作２８０８を変調することを含む。変調は、時間平均に基づく所望の（または定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように、基板の表面において、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布に応答する。

【0241】

図２９は、本開示のある実施形態による、別の方法２９００を図示する。方法２９００は、基板をプラズマチャンバ動作２９０２内に設置することを含む。方法２９００はさらに、プラズマをプラズマチャンバ動作２９０４内で形成することを含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法２９００はまた、少なくとも１つのイオンエネルギー分布設定動作２９０６を受信することを含む。受信動作２９０６において受信された設定は、基板の表面における１つ以上のイオンエネルギーを示し得る。方法２９００はさらに、基板に対する電力が、（１）時間平均に基づくイオンエネルギーの所望の（または定義された）分布、および（２）時間平均に基づく所望のチャック電位をもたらすように、制御可能に切り替えられる、スイッチ電力動作２９０８を含む。電力は、ＡＣ波形およびＤＣオフセットを有することができる。

【0242】

表面電荷蓄積の制御
プラズマ処理の間、絶縁された要素は、過剰電荷を集積し、これらの要素と接続される、敏感なデバイスへの可能性として考えられる損傷をもたらし得る。他の場合には、絶縁特徴上の蓄積電荷は、到着するイオンの偏向を生じさせ、エッチングまたは堆積されている構造の歪曲をもたらし得る。これらは、過剰電荷蓄積から生じる、２つの問題にすぎない。従来のプラズマ処理システムは、プラズマ処理の間、表面電荷を直接測定および制御する能力を欠いている。

【0243】

再び図１４を参照すると、非対称周期的電圧関数が、基板支持体に提供され、基板をバイアスし、イオンをプラズマから誘引する、電位を発生させる。波形は、周期ｔの開始時に、正電圧上昇、すなわち、ランプを被り、これは、プラズマの存在下で、基板支持体に印加されると、電子を基板表面に引き込まれ、負の電荷の蓄積をもたらす。基板をバイアスする、電力供給源は、次いで、第２の持続時間ｔ_２の始まりまで、第１の持続時間ｔ_１にわたって、該当するとしてもわずかのみ、電圧または電流を提供し得る。第１の電圧降下、すなわち、ランプが、正イオンをプラズマから基板表面に流動し始めさせる、表面電位を生産する。第２の電圧ランプ（傾きｄｖ／ｄｔを伴う）が、次いで、第２の持続時間ｔ_２の間、維持され、到着する正に荷電されたイオンの存在下で、プラズマシース（静電容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}を有する）を横断して、電圧降下を調整する。第２の持続時間ｔ_２の終わりに、正電圧上昇、すなわち、ランプが、再び、繰り返される、イオンの流動を停止させ、負の表面電荷を補充し、次のサイクルを開始する。上記に説明されるように、適切に調整されると、第２の持続時間ｔ_２の間に測定された電流は、直列静電容量Ｃ_{ｃｈｕｃｋ}の知識と組み合わせられ、第２の電圧ランプの間に流動するイオン電流が以下に従って判定されることを可能にすることができる。

【数9】

【0244】

換言すると、イオン電流は、以下のように見出されることができる。

【数10】

【0245】

イオン電流の知識は、第２の持続時間ｔ_２の知識と組み合わせられ、総表面電荷蓄積Ｑ_ｉ等の重要な情報が、第２の持続時間ｔ_２の間、基板表面に送達されるイオン電流の蓄積から分解されることを可能にする。総表面電荷蓄積Ｑ_ｉは、以下のように見出されることができる。

【数11】

【0246】

過剰な表面電荷集積を回避するために、総表面電荷蓄積Ｑ_ｉは、監視されることができ、第２の持続時間ｔ_２、すなわち、イオン電流が基板に流動している、時間が、表面電荷Ｑ_ｉが、所望のレベルを満たす、または安全と見なされる閾値を下回るように戻るまで、改変または低減されることができる。第２の持続時間ｔ_２は、繰り返し率およびデューティ比のうちの少なくとも一方または両方によって制御されることができる。

【0247】

図５８は、プラズマベースの処理のためのシステムの一実施形態を図示し、電力供給源５８０３が、基板表面におけるイオンエネルギー分布を制御することだけではなく、また、過剰な表面電荷蓄積を防止することの両方を行う。システム５８００は、図２１に説明されるものに類似し、したがって、ある構成要素のみが、説明されるであろう。電力供給源５８０３は、コントローラ５８３２（例えば、切替コントローラ）を介して制御される、スイッチモード電力供給源５８３０を含むことができる。スイッチモード電力供給源５８３０は、所望の（または定義された）イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布を発生させることが既知の所望の第１の電位Ｖ_１をもたらすように調整される、ＡＣ波形を出力５８３８に提供する。出力５８３８は、処理チャンバ５８０２の基板支持体５８０８に結合するために構成されることができる。スイッチモード電力供給源５８３０からのＡＣ波形は、第１の電位Ｖ_１が実質的に一定（または持続）のままであるように、シース５８１５を通したイオンおよび電子輸送の効果および基板５８０６の上部表面５８１８における結果として生じる電荷集積をオフセットするように調整されることができる。出力５８３８は、スイッチモード電力供給源５８３０およびイオン電流補償構成要素５８３６からの寄与を組み合わせ、図６１－６２に示されるもの等の非対称の周期的電圧波形を形成する。

【0248】

スイッチモード電力供給源５８３０は、コントローラ５８３２と併せて、決定論的に、かつセンサを伴わずに、種々の電圧を監視することができる。特に、イオンエネルギー（例えば、平均エネルギーおよびイオンエネルギー分布）は、ＡＣ波形のパラメータ（例えば、図１４における傾きｄｖ／ｄｔおよびステップΔＶまたは図６１における６１６６の傾きおよびステップΔＶ＝Ｖａ－Ｖｂ）に基づいて、決定論的に監視される。例えば、プラズマ電圧Ｖ_３、イオンエネルギー、およびイオンエネルギー分布は、スイッチモード電力供給源５８３０によって生産されるＡＣ波形のパラメータに比例する。特に、ＡＣ波形の立ち下りエッジ、または電圧降下、もしくは第１の負電圧ランプ（図６１における６１６４）のΔＶは、第１の電位Ｖ_１、したがって、イオンエネルギーに比例する。第１の電位Ｖ_１を一定（または実質的に一定または持続）に保つことによって、イオンエネルギー分布は、ｂｅ狭または単エネルギーに保たれることができる。

【0249】

第１の電位Ｖ_１が、直接測定されることができず、スイッチモード電力供給源出力と第１の電圧Ｖ_１との間の相関が、基板５８０６の静電容量および処理パラメータに基づいて、変動し得る場合、ΔＶと第１の電位Ｖ_１との間の比例性の定数は、短処理時間が経過した後、実験的に判定されることができる。例えば、ＡＣ波形の立ち下りエッジΔＶが、５０Ｖであって、比例性の定数が、所与の基板およびプロセスに関して、２であることが実験的に見出される場合、第１の電位Ｖ_１は、１００Ｖであることが予期され得る。ステップ電圧ΔＶと第１の電位Ｖ_１（したがって、また、イオンエネルギーｅＶ）との間の比例性は、方程式４によって説明される。したがって、第１の電位Ｖ_１は、イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布とともに、プラズマ処理チャンバ５８０２の内側に任意のセンサを伴わずに、スイッチモード電力供給源のＡＣ波形の知識に基づいて判定されることができる。

【0250】

図６１は、図１４に見られるものと類似するが、幾分異なる命名法、異なる基準電圧、および図１４に見られる外見上垂直な電圧ステップ（但し、ある有限時間周期にわたる、ある程度の電圧上昇および電圧降下は、大部分の回路内の固有の誘導および容量負荷のため、図１４において含意される）ではなく、傾きが付けられた電圧ランプを伴う、電圧波形を示すことに留意されたい。例えば、図１４におけるＶ_ＰＰは、図６１におけるΔＶａに対応する。図６１におけるΔＶｂは、図１４におけるＶ_ＰＰ－ΔＶに対応する。

【0251】

スイッチモード電力供給源５８３０は、浮動することができ、したがって、接地とスイッチモード電力供給源５８３０との間に直列に接続される、ＤＣ電源（図示せず）によって、任意のＤＣオフセットにバイアスされることができる。スイッチモード電力供給源５８３０は、スイッチモード電力供給源５８３０の内部のＡＣおよびＤＣ電源内部を介して（例えば、図２２、２３、２６参照）か、または内部をスイッチモード電力供給源５８３０の内部のＡＣ電源およびスイッチモード電力供給源５８３０の外部のＤＣ電力供給源を介して（例えば、図２４、２７参照）かのいずれかにおいて、ＡＣ波形にＤＣオフセットを提供することができる。ある実施形態では、スイッチモード電力供給源５８３０は、接地され、スイッチモード電力供給源５８３０と静電チャック５８１１との間に直列に結合される、浮動ＤＣ電源に直列に結合されることができる。

【0252】

コントローラ５８３２は、スイッチモード電力供給源５８３０がＡＣおよびＤＣ電源の両方を含むとき、スイッチモード電力供給源のＡＣおよびＤＣ出力を制御することができる。スイッチモード電力供給源５８３０が、ＤＣ電源と直列に接続されるとき、コントローラ５８３２は、スイッチモード電力供給源５８３０のＡＣ出力のみを制御することができる。代替実施形態では、コントローラ５８３２は、スイッチモード電力供給源５８３０に結合される、ＤＣ電力供給源と、スイッチモード電力供給源５８３０との両方を制御することができる。当業者は、単一コントローラ５８３２が、図示されるが、他のコントローラもまた、静電チャック５８１１に提供されるＡＣ波形およびＤＣオフセットを制御するために実装されることができることを認識するであろう。

【0253】

コントローラ５８３２は、特に、スイッチモード電力供給源５８３０によって発生される非対称周期的電圧関数の周期および／またはデューティサイクルを制御することが可能であり得る。本制御は、特に、第２の持続時間ｔ_２、故に、基板表面上の電荷Ｑ_ｉの蓄積の制御を可能にし得る。ある場合には、周期およびデューティサイクルは両方とも、同時に、所望の表面電荷蓄積Ｑ_ｉをもたらすように修正されることができる。

【0254】

電力供給源５８０３はまた、出力５８３８に電気的に結合される、イオン電流補償構成要素５８３６（電流または電圧源もしくは電力供給源のいずれか）を含むことができる。イオン電流補償構成要素５８３６は、イオン電流の影響、すなわち、基板の表面上のバイアス電圧を打ち消す、イオン電流の傾向をオフセットする傾向にある。イオン電流補償構成要素５８３６は、出力５８３８を介して、少なくとも第２の持続時間ｔ_２の間、基板５８０６をバイアスし、それによって、第２の負電圧ランプ（例えば、図１４におけるｄｖ／ｄｔ領域）を提供する。

【0255】

イオン電流補償構成要素は、少なくとも、持続時間ｔ_２の間、出力と基板との間の電流、電圧、または両方を監視することに基づいて、プラズマ処理チャンバ内のイオン電流の測定値を取得するように構成されることができる。先に記載されたように、電圧を監視することは、持続時間ｔ_２の間の傾きｄｖ／ｄｔが把握されることを可能にすることができる。イオン電流補償構成要素５８３６の出力を増加させることは、負の傾きｄｖ／ｄｔの規模の増加を引き起こす一方、本出力を減少させることは、負の傾きｄｖ／ｄｔの規模を減少させる。先に議論されたように、イオン電流補償構成要素５８３６は、その出力、したがって、傾きｄｖ／ｄｔを制御するだけではなく、また、イオン電流Ｉ_Ｉの測定を可能にする。

【0256】

イオン電流Ｉ_Ｉの測定値を用いることで、イオン電流補償構成要素５８３６はまた、例えば、方程式１０または１１のいずれかを使用して、基板５８０６上の表面電荷蓄積Ｑ_ｉを推定することができる。

【0257】

表面電荷蓄積Ｑ_ｉは、閾値または標的範囲と比較されることができ、表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、本閾値に等しいまたはそれを上回る、もしくは標的範囲外にある場合、コントローラ５８３２は、表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、閾値を下回る、または標的範囲内に戻るまで、上記に述べられた種々の方法のうちの１つを介して、第２の持続時間ｔ_２を調節することができる。

【0258】

ある実施形態では、イオン電流補償構成要素５８３６内のコントローラ５８０５は、上記の比較を実施し、次いで、命令をコントローラ５８３２に通過させ、第２の持続時間ｔ_２を調節することができる。代替として、イオン電流補償構成要素５８３６内のコントローラ５８０５は、上記の比較を実施し、コントローラ５８３２に、比較の結果を知らせることができ、コントローラ５８３２は、本データに応答して、第２の持続時間ｔ_２を調節することを決定することができる。別の代替では、イオン電流補償構成要素５８３６は、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを推定し、本データをコントローラ５８３２に通過させることができ、コントローラ５８３２は、比較を実施し、次いで、第２の持続時間ｔ_２を調節すべきかどうかおよびその方法を決定することができる。これらの方法は、図６５－６７に反映される。コントローラ５８３２は、電力供給源５８０３の一部として示されるが、他の実施形態では、コントローラ５８３２は、電力供給源５８０３の外部にあることもできる。

【0259】

図５９を参照すると、示されるものは、本明細書の実施形態に関連して使用され得る、例示的制御システムの側面である。また、示されるものは、シース静電容量（Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}）と、絶縁体、基板、基板支持体、および静電チャックを含み得る、本開示全体を通して議論されるプラズマ処理チャンバ１００と関連付けられる、構成要素の固有の静電容量を表す、および静電容量Ｃ１との表現である。

【0260】

示されるように、電流および／または電圧は、プラズマ処理チャンバの環境の１つ以上の特性を間接的に監視するために、コントローラ５９６０によって測定されてもよい。プラズマ処理チャンバの環境の例示的特性は、シース静電容量（Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}）であり得、これは、測定された出力電圧Ｖ_ｏｕｔを使用して、方程式２を用いて、計算されてもよい。プラズマ処理チャンバの環境の別の例示的特性は、総表面電荷蓄積Ｑ_ｉであり得、これは、方程式１１を用いて、計算されてもよい。電力供給源５８０３は、バイアス供給源５９０２の一実施例である。

【0261】

プラズマは、基板を処理することに先立って、監視され、（例えば、プラズマ処理チャンバの環境のシース静電容量および／または他の特性についての）記憶されたデータを取得することができ、次いで、データは、バイアス波形を調節するために利用される（例えば、フィードフォワード様式において）。監視はまた、プラズマ処理の間に実施されてもよく、プラズマパラメータの調節（例えば、バイアス供給源５９０２の電圧および／またはデューティサイクルを調節することによって）は、例えば、図５９に示されるような電圧および／または電流測定値を使用する、リアルタイムフィードバックを使用して行われてもよい。

【0262】

次に図６０を参照すると、示されるものは、５８０３を含む、本開示のバイアス供給源を実現するために使用され得る、例示的バイアス供給源６００２の一般的表現である。示されるように、バイアス供給源６００２は、３つの電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を利用する。出力Ｖ_ｏｕｔは、Ｃ_{ｃｈｕｃｋ}を通して容量結合されるため、概して、Ｖ_ｏｕｔのＤＣレベルを制御する必要はなく、３つの電圧は、Ｖ１、Ｖ２、またはＶ３のうちの１つを接地（０Ｖ）であるように選定することによって、２つまで低減されることができる。別個のチャック供給源が、使用されてもよく、したがって、Ｖ_ｏｕｔのＤＣレベルを制御する必要はない。別個のチャック供給源が、使用されない場合、全３つの電圧は、Ｖ_ｏｕｔのＤＣレベルを制御するために制御されることができる。明確にするために図示されないが、２つのスイッチＳ１およびＳ２は、電気または光学接続を介して、スイッチコントローラによって制御され、下記に開示および先に議論されたように、スイッチコントローラが、スイッチＳ１、Ｓ２を開閉することを可能にしてもよい。描写されるスイッチＳ１、Ｓ２は、単極／単投スイッチによって実現され得、非限定的実施例として、スイッチＳ１、Ｓ２は、炭化ケイ素金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ）によって実現され得る。

【0263】

本実装では、電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３は、ＤＣ源電圧であってもよい。示されるように、第１のスイッチＳ１が、誘導要素を通して、第１の電圧Ｖ１を出力Ｖ_ｏｕｔに切替可能に接続するように配置され、第２のスイッチＳ２が、誘導要素を通して、第２の電圧Ｖ２を出力Ｖ_ｏｕｔに切替可能に結合するように配置される。本実装では、２つのスイッチは、共通ノード６０７０に接続し、共通誘導要素Ｌ１が、共通ノード６０７０と出力ノードＶ_ｏｕｔとの間に配置される。誘導要素の他の配列も、可能性として考えられる。例えば、２つの別個の誘導要素が存在してもよく、１つの誘導要素が、Ｓ１をＶ_ｏｕｔに接続し、別の誘導要素が、Ｓ２をＶ_ｏｕｔに接続する。別の実施例では、１つの誘導要素は、Ｓ１をＳ２に接続してもよく、別の誘導要素は、Ｓ１またはＳ２のいずれかをＶ_ｏｕｔに接続してもよい。

【0264】

図６０を参照しながら、同時に、図６１を参照すると、これは、１）Ｖ_ｏｕｔにおいて出力される、バイアス供給源５２０２の非対称周期的電圧波形（本開示の前述では、修正された周期的電圧関数とも称される）のサイクル、２）対応するシース電圧、および３）スイッチＳ１およびＳ２の対応するスイッチ位置を描写する。示されるように、バイアス供給源６００２によって出力される、周期的電圧波形は、電圧波形の前半の半サイクルが、電圧波形の後半の半サイクルの間、対応する対称成分を有していないように、非対称である。動作時、第１のスイッチＳ１が、一時的に閉鎖され、電圧波形（電圧Ｖ０～Ｖａ）の第１の部分６１６０に沿って、出力ノードＶ_ｏｕｔにおける電圧のレベルを第１の電圧レベルＶａまで増加させる。レベルＶａは、波形の第２の部分６１６２に沿って維持される。第２のスイッチＳ２が、次いで、一時的に閉鎖され、波形の第３の部分６１６４に沿って、出力ノードＶ_ｏｕｔにおける電圧波形のレベルを第２の電圧レベルＶｂまで減少させる。Ｓ１およびＳ２は、短時間周期を除き、開放されることに留意されたい。示されるように、第３の部分６１６４に沿った負電圧の振れは、シース電圧（Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}）に影響を及ぼす。したがって、Ｖａ－Ｖｂの規模は、シース電圧に影響を及ぼすように制御されてもよく、電圧波形の異なるサイクル間で調節され、イオンエネルギー分布関数内の複数のイオンエネルギーピークに影響を及ぼしてもよい。第２のスイッチＳ２の開と第１のスイッチＳ１の閉との間の持続時間ｔ_２は、総表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御するように調節されることができる。

【0265】

本実施形態では、第２のスイッチＳ２が、開放後、かつ第１および第２のスイッチＳ１、Ｓ２が、開放している間、第３の電圧Ｖ３が、第２の誘導要素Ｌ２を通して、出力ノードＶ_ｏｕｔに印加され、電圧波形の第４の部分６１６６（例えば、図１４のｄｖ／ｄｔ領域）に沿って、出力ノードにおける電圧のレベルをさらに減少させる。代替として、第３の電圧Ｖ３が、その開または閉状態にかかわらず、スイッチの動作全体を通して印加されることができる。換言すると、第３の電圧Ｖ３の印加は、第２の持続時間ｔ_２を超える持続時間を有することができる。図５３に示されるように、第４の部分６１６６に沿った負電圧ランプが、確立され、基板に衝突するイオンを補償することによって、シース電圧を維持してもよい。Ｖ３は、第４の部分６１６６の間のみ、または周期的電圧波形のサイクル全体を通して、印加されることができる。

【0266】

したがって、Ｓ１は、一時的に、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第１の電圧Ｖ１を出力Ｖ_ｏｕｔに接続し、次いで、接続解除し、ある時間周期後、Ｓ２は、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第２の電圧（例えば、接地）を出力Ｖ_ｏｕｔに接続し、次いで、接続解除する。第３の電圧Ｖ３が、第２の誘導要素Ｌ２を通して、出力Ｖ_ｏｕｔに結合される。本実装では、第１の電圧Ｖ１は、第３の電圧Ｖ３より高くあり得、第１の電圧Ｖ１の出力Ｖ_ｏｕｔへの一時的接続および接続解除は、出力Ｖ_ｏｕｔの電圧を、電圧波形の第１の部分６１６０に沿って、第１の電圧レベルＶａまで増加させ、第１の電圧レベルＶａは、持続波形６１６２の第２の部分に沿って、持続される。第１の電圧レベルＶａは、第１の電圧Ｖ１を上回ってもよく、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）は、第１の電圧レベルＶａ未満であってもよい。第２の電圧Ｖ２の一時的接続、次いで、接続解除は、出力の電圧を、第３の部分６１６４において、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）を下回る、第２の電圧レベルＶｂまで減少させる。第１のスイッチＳ１の開と第２のスイッチＳ２の閉との間では、バイアス供給源は、基板に供給される電圧または電流を制御することを試みる場合とそうではない場合がある。しかしながら、他の実施形態では、バイアス供給源は、スイッチの活動間の本周期の間、任意の電圧、電流、または電力を基板支持体に提供し得ない。換言すると、波形６１６２の第２の部分は、バイアス供給源によって制御される場合とそうではない場合がある。

【0267】

実施例として、図６２に示されるように、Ｖ１は、－２，０００Ｖ ＤＣであってもよく、Ｖ２は、接地であってもよく、Ｖ３は、－５，０００Ｖ ＤＣであってもよく、Ｖ０は、－７，０００Ｖ ＤＣであってもよく、Ｖｂは、－３，０００Ｖ ＤＣであってもよく、Ｖａは、３，０００Ｖ ＤＣであってもよい。しかし、これらの電圧は、単に、例示的であって、図６０および６１を参照して説明される電圧の相対的規模および極性に対して文脈を提供するためのものである。

【0268】

次に図６３Ａ－６３Ｃを参照すると、示されるものは、図６１および６２に描写される電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を提供するための２つのＤＣ電圧源の可能性として考えられる配列である。図６３Ａでは、Ｖ２は、接地され、共通ノードを２つのＤＣ電圧源間に形成する。図６３Ｂでは、Ｖ１は、接地され、Ｖ２は、共通ノードをＤＣ電圧源間に形成する。また、図６３Ｃでは、Ｖ１は、接地され、共通ノードを２つのＤＣ電圧源のそれぞれの間に形成する。

【0269】

いくつかの実施形態では、図６４Ａ、６４Ｂ、および６４Ｃに示されるように、３つのＤＣ電圧源が、３つの電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を印加するために利用され得る。図６４Ａに示されるように、３つのＤＣ電圧源はそれぞれ、接地に結合されてもよく、３つのＤＣ電圧源はそれぞれ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のうちの対応する１つを提供する。図６４Ｂでは、ＤＣ電圧源のうちの１つは、接地され、３つのＤＣ電圧源は、直列に配列される。図６４Ｃでは、ＤＣ電圧源のうちの１つは、接地とＶ２との間に配置され、ＤＣ電圧源はそれぞれ、Ｖ２に結合される。

【0270】

次に図６５を参照すると、示されるものは、５８０３を含む、本開示のバイアス供給源を実現するために使用され得る、例示的バイアス供給源６５０２である。示されるように、バイアス供給源６５０２は、スイッチコントローラ６５０４と、第１の電圧Ｖ１、第２の電圧Ｖ２、および第３の電圧Ｖ３を提供するための、２つの電圧源とを含む。明確にするために図示されないが、２つのスイッチＳ１およびＳ２は、下記に開示されるように、スイッチコントローラ６５０４に結合され（例えば、電気または光学接続を介して）、スイッチコントローラ６５０４が、スイッチＳ１、Ｓ２を開閉することを可能にする。描写されるスイッチＳ１、Ｓ２は、電気または光学信号によって制御可能である、単極／単投の、通常、開放される、スイッチによって実現され得る。非限定的実施例として、スイッチＳ１、Ｓ２は、炭化ケイ素金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ）によって実現され得る。

【0271】

また、示されるものは、各バイアス供給源の筐体内で実現され得る、または一元化されたツールコントローラの一部として実現され得る、例示的コントローラ６５６０である。示されるように、コントローラ６５６０は、バイアス供給源の出力Ｖ_ｏｕｔにおいてバイアス供給源６５０２によって印加される電力を示す、情報（例えば、電圧および／または電流情報）を受信ように結合される。示されるように、コントローラ６５６０はまた、スイッチコントローラ６５０４および２つのＤＣ電圧源に結合され、コントローラ６５６０が、バイアス供給源６５０２を制御すること（例えば、バイアス電極に近接するプラズマシースを制御すること、第２の持続時間ｔ_２、故に、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御すること）を可能にする。

【0272】

加えて、コントローラ６５６０は、バイアス供給源６５０２によって印加される、電力の少なくとも１つの特性を測定するための監視回路網６５７０と、監視回路網６５７０から取得される電力の測定された特性に基づいて、プラズマ処理チャンバ内の環境の特性を計算するように構成される、チャンバ分析構成要素６５７３とを含む。また、コントローラ６５６０内に示されるものは、制御回路網６５７４であって、バイアス供給源６５０２によって印加される電力を調節し、バイアス電極に近接するプラズマシースを制御する。図６５では、コントローラ６５６０およびスイッチコントローラ６５０４は、別個の構造体として描写されるが、コントローラ６５６０およびスイッチコントローラ６５０４は、統合され、および／または共通下層構成要素を共有してもよいことを認識されたい。例えば、コントローラ６５６０およびスイッチコントローラ６５０４は、同一印刷回路基板またはシステム－オンチップ（ＳｏＣ）上に併置されてもよい。別の実施例として、コントローラ６５６０およびスイッチコントローラは、図７０に描写されるコンピューティングデバイスと類似または同一である、アーキテクチャを含む、システムによって実現され得る。

【0273】

監視回路網６５７０は、指向性結合器、Ｖ－Ｉセンサ、位相および利得センサ、電圧センサ、ならびに電流センサ等の１つ以上のセンサを含んでもよい。当業者が理解するであろうように、電力の測定される特性は、電圧、電流、位相、および電力を含んでもよい。加えて、監視回路網６５７０は、アナログ／デジタル変換構成要素を含み、センサからのアナログ信号を電力の測定された特性のデジタル表現に変換してもよい。他の実装では、センサは、コントローラ６５６０と別個であって、監視回路網６５７０が、アナログ／デジタル変換構成要素を含み、センサからのアナログ信号を電力の測定された特性のデジタル表現に変換する。さらに他の実装では、センサは、感知要素およびアナログ／デジタル変換構成要素を含み、監視回路網６５７０は、電力の特性のデジタル表現を受信してもよい。プラズマ処理チャンバの環境の１つ以上の特性の監視は、少なくとも１つのバイアス供給源によって印加される、電力の少なくとも１つの特性を測定すること（監視回路網６５７０を用いて）を含んでもよい。

【0274】

チャンバ分析構成要素６５７３は、概して、監視回路網６５７０から取得される電力の測定された特性に基づいて、プラズマ処理チャンバ内の環境の特性を判定するように構成される。電力は、プラズマ処理チャンバの外部にある場所において測定されてもよい（監視回路網６５７０によって）が、測定された電力特性は、プラズマ処理チャンバ内の環境の特性を計算するために使用されてもよい。例えば、方程式１を使用して、バイアスゾーンに近接する領域内のイオン電流が、Ｃ１と接続するＶ_ｏｕｔにおける電圧の測定値を使用して計算されてもよい。別の実施例として、方程式２を使用して、バイアスゾーンに近接する領域内のシース静電容量が、計算されてもよい。さらに別の実施例として、方程式１１が、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを判定するために使用されることができる。

【0275】

制御回路網６５７４は、概して、バイアス供給源によって印加される電力を調節し、プラズマ処理チャンバ内の環境の側面を調節するように動作する。例えば、あるゾーンに近接するプラズマシース（バイアス供給源６５０２によって確立される）が、調節されてもよく、および／またはイオン電流もまた、調節されてもよい。示されるように、コントローラ６５６０は、ＤＣ電圧源およびスイッチコントローラ６５０４に結合されてもよい。したがって、図６１を参照すると、コントローラ６５６０は、電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ、第１の持続時間ｔ_１、第２の持続時間ｔ_２、時間Ｔ、および第４の部分６１６６の傾きを調節するために使用されてもよい。図６１を参照して議論されるように、バイアス供給源６５０２と関連付けられる、バイアスゾーンに近接するプラズマシースの電圧が、調節されてもよい。第２の持続時間ｔ_２の間の表面電荷蓄積Ｑ_ｉもまた、コントローラ６５６０によって制御されることができる。

【0276】

再び図６５を参照すると、本実装（図６３Ａに描写される実施形態を組み込む）では、第２の電圧Ｖ２が、２つのＤＣ電圧源に結合され、接地に結合される、ノードに提供されるが、他の実装（例えば、図６３Ｂおよび６３Ｃを参照して上記に説明される）では、第２の電圧Ｖ２は、接地される必要はない。示されるように、第１のスイッチＳ１は、第１の電圧Ｖ１を共通ノード６５７１（Ｓ１およびＳ２に共通）に切替可能に接続するように配置され、第２のスイッチＳ２は、第２の電圧Ｖ２を共通ノード６５７１に切替可能に結合するように配置される。加えて、第１の誘導要素Ｌ１が、共通ノードと出力ノードＶ_ｏｕｔとの間に配置される。

【0277】

動作時、スイッチコントローラ６５０４は、第１のスイッチＳ１を閉鎖し、電圧波形（電圧Ｖ_０～Ｖａ）の第１の部分６１６０に沿って、波形の第２の部分６１６２に沿って維持される、出力ノードＶ_ｏｕｔにおける電圧のレベルを第１の電圧レベルＶａまで増加させるように構成され、次いで、第１のスイッチＳ１は、開放される。スイッチコントローラ６５０４は、次いで、第２のスイッチＳ２を閉鎖し、波形の第３の部分６１６４に沿って、出力ノードＶ_ｏｕｔにおける電圧波形のレベルを第２の電圧レベルＶｂまで減少させ、次いで、スイッチコントローラ６５０４は、Ｓ１およびＳ２が開放されるように、第２のスイッチＳ２を開放する。示されるように、第３の部分６１６４に沿った負電圧振れは、シース電圧（Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}）に影響を及ぼす。したがって、Ｖｂの規模は、Ｖ_ｏｕｔに結合される電極平面に近接近するシース電圧に影響を及ぼすように制御されてもよい。当業者は、Ｖｂが、Ｖ１を制御することによって制御可能であるが、Ｖｂが、本実装では、インダクタＬ１の影響によって、Ｖ１に等しくないことを理解するであろう。

【0278】

第２のスイッチＳ２の開放と第１のスイッチＳ１の閉鎖との間の第２の持続時間ｔ_２を制御することは、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御することができる。

【0279】

本実施形態では、第２の電圧源は、イオン補償構成要素として機能し、少なくとも、第１および第２のスイッチＳ１、Ｓ２が開放している間、第２の誘導要素Ｌ２を通して、第３の電圧Ｖ３を出力ノードＶ_ｏｕｔに印加し、周期的非対称電圧波形の第４の部分６１６６に沿って、出力ノードにおける電圧波形のレベルをさらに減少させる。図６１に示されるように、第４の部分６１６６に沿った負電圧ランプが、基板に衝突する、イオンを補償することによって、シース電圧を維持し、随意に、修正するために確立されてもよい。例えば、第４の部分６１６６に沿った負のランプ電圧は、イオンエネルギー分布関数内のイオンエネルギーピークの幅に影響を及ぼすように調節されることができ、負のランプ電圧の持続時間ｔ_２は、基板上の電荷蓄積Ｑ_ｉを制御するために使用されることができる。

【0280】

したがって、Ｓ１は、一時的に、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第１の電圧Ｖ１を出力Ｖ_ｏｕｔに接続し、次いで、接続解除し、ある時間周期後、Ｓ２は、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第２の電圧（例えば、接地）を出力Ｖ_ｏｕｔに接続し、次いで、接続解除する。第３の電圧Ｖ３は、第２の誘導要素Ｌ２を通して、出力Ｖ_ｏｕｔに結合される。本実装では、第１の電圧Ｖ１は、第３の電圧Ｖ３より高くあり得、第１の電圧Ｖ１の出力Ｖ_ｏｕｔへの一時的接続および接続解除は、出力Ｖ_ｏｕｔの電圧を、電圧波形の第１の部分６１６０に沿って、第１の電圧レベルＶａまで増加させ、第１の電圧レベルＶａは、波形５３６２の第２の部分に沿って持続される。第１の電圧レベルＶａは、第１の電圧Ｖ１を上回ってもよく、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）は、第１の電圧レベルＶａ未満であってもよい。第２の電圧Ｖ２の一時的接続、次いで、接続解除は、第３の部分６１６４における出力の電圧を、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）を下回る、第２の電圧レベルＶｂまで減少させる。

【0281】

ある実施形態では、１つ以上のバイアス供給源が、基準基板を用いて、またはチャンバ内に基板を伴わずに、イオン密度、シース静電容量、または他のチャンバパラメータを測定するために使用されてもよい。１つ以上の処理工程が、実施され得、次いで、測定は、繰り返されることができる。このように、チャンバへの変化は、監視されることができる。

【0282】

シリコン上部蓋が、使用される場合、１つ以上のバイアス供給源５８０３、５９６０、６００２、および６５０２が、領域イオン密度および／または他のチャンバパラメータを監視するために使用されることができる。シリコン上部蓋（シリコン真空シールとも称される）は、典型的には、消耗品であるが、均一様式において消耗されない場合がある。複数のバイアス供給源５８０３、５９６０、６００２、６５０２を使用して、領域プラズマ特性を測定することは、シリコン真空シールの非均一変化を推測するための手段を提供し得る。経時的本フィードバックは、ＲＦ源および／またはバイアス供給源５８０３、５９６０、６００２、および６５０２を調節し、シリコン真空シール内の時変非均一性を考慮するために使用されることができる。加えて、本フィードバックは、シリコン真空シールが交換時期となり得るときを判定するために使用されることができる。別の実施形態では、１つ以上のバイアス供給源５８０３、５９６０、６００２、および６５０２は、本シリコン真空シール隣接する（例えば、チャンバの上部にある）電極に結合されることができる。バイアス供給源５８０３、５９６０、６００２、および６５０２が、プラズマシースを修正またはさらに排除するために使用され得るため、本上部搭載型バイアス供給源５８０３、５９６０、６００２、および６５０２は、シリコン真空シールとプラズマとの間のプラズマシースを最小限にまたはさらに排除するために使用され得る。このように、シリコン真空シールの浸食または消耗は、現在のプロセスと比較して、低減されることができる。

【0283】

これらの考え方に沿って、各バイアス供給源５８０３、５９６０、６００２、および６５０２ならびに対応する電極は、プラズマシースを局所的に制御し、それによって、チャンバのある領域または構成要素に関するイオン衝突を低減または排除させるために、処理チャンバの種々の場所に配列され得る。イオン密度およびシース静電容量ならびにその局所的変動は、チャンバ清浄度を監視するために使用されてもよい。例えば、局所的イオン密度の経時的変化は、局所的チャンバ表面が１つ以上のフィルムを蓄積していることを示し得る。別の実施形態では、空間内に分散される、複数の静電チャック電圧が、領域イオン密度に影響を及ぼすために使用され得る。

【0284】

本開示は、第２の持続時間ｔ_２を調節し、所望の表面電荷蓄積Ｑ_ｉをもたらすことに焦点を当てているが、他の実施形態では、プラズマを持続させる電力供給源への調節も、類似効果を有することができる。特に、プラズマ密度は、イオン電流Ｉ_Ｉと相関し、表面電荷蓄積は、イオン電流Ｉ_Ｉの関数であるため、プラズマの中に結合される電力の量、故に、プラズマ密度を調節することは、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御または維持するために使用されることができる。例えば、多くの場合、プラズマ源と呼ばれる、プラズマ密度を制御するサブシステムへのフィードバックが、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御するために使用されることができる。したがって、プラズマ電力ならびにバイアス供給源からの第２の負電圧ランプの持続時間の両方が、独立して、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御するために使用されることができる。同時に、プラズマ源およびバイアス供給源の両方が、組み合わせにおいて使用され、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御し得る（例えば、プラズマ電力を減少させる一方、また、第２の持続時間ｔ_２を低減させる）。

【0285】

図６８は、異なる第２の持続時間ｔ_２にわたる、電力供給源（例えば、５８０３）からの出力電圧、基板電圧、およびイオン束のプロットを図示する。第２の持続時間ｔ_２を変化させることは、エネルギースケール上、ＩＥＤＦ（Ｅ_ｉｏｎ）の位置に影響を及ぼしていないが、各サイクルの間に送達される電荷（Ｑ_ｉ）の規模に影響を及ぼし、したがって、公称イオンエネルギーＥ_ｉｏｎに影響を及ぼさずに、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを制御するための方法を確立する。上の行は、中程度の値の第２の持続時間ｔ_２にわたるプロットを示し、中央行は、より短い値の第２の持続時間ｔ_２にわたるプロットを示し、下の行は、より長い値の第２の持続時間ｔ_２にわたるプロットを示す。第２の持続時間ｔ_２の変化が、基板電圧の振幅に影響を及ぼさないが、基板電圧が一定負電圧（または実質的に一定負電圧もしくは持続負電圧）にある長さには影響を及ぼし、したがって、基板へのイオン束に影響を及ぼすことが分かり得る。故に、第２の持続時間ｔ_２をあまり多く低減させることは、低減された生産につながり得る。第２の持続時間ｔ_２を延長させることは、その間プラズマが作業を基板上で作業している、総時間の量を増加させることができるが、また、過剰な電荷蓄積につながり得る。したがって、イオン衝突の持続時間と表面電荷蓄積Ｑ_ｉとの間の平衡が、多くの場合、見出される必要がある。

【0286】

図６６は、基板をバイアスし、蓄積される表面電荷を制御する（例えば、限定する）方法を図示する。方法６６００は、非対称周期的電圧関数を出力に印加すること（ブロック６６０２）を含むことができる。電力供給源は、本電圧関数を提供するように構成されることができる。出力は、基板支持体に結合するように構成されることができる。非対称周期的電圧関数は、正電圧ランプ（例えば、図６１における６１６０）と、持続時間ｔ_１を有する、第１の負電圧ランプ（例えば、６１６４）と、第２の持続時間ｔ_２を有する、第２の負の正のランプ（例えば、６１６６）とを含むことができる。本第２の負電圧ランプは、線形に減少する電圧とも称され得る。方法６６００は、持続時間ｔ_２にわたって、傾きｄｖ／ｄｔを監視すること（ブロック６６０４）を含むことができる。これは、プラズマ処理チャンバ内のイオン電流を測定するために使用されることができる。ある実施形態では、５８３６等のイオン電流補償構成要素が、ブロック６６０４の監視を実施することができる。方法６６００は、次いで、方程式１０を使用して、イオン電流Ｉ_Ｉを計算し（ブロック６６０６）、次いで、イオン電流Ｉ_Ｉおよび方程式１１を使用して、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを計算することができる。本計算は、５８３６等のイオン電流補償構成要素によって、または５８３２等のコントローラによって、実施されることができる。表面電荷蓄積Ｑ_ｉの計算と並行して、またはその前に、方法６６００は、イオン補償構成要素（例えば、電流または電圧）の出力を調節することができ、５８３０等のスイッチモード電力供給源は、出力電圧降下ΔＶ（例えば、６１６４）を調節し、所望のイオンエネルギー分布（例えば、制御可能狭または単エネルギーイオンエネルギー分布）を達成することができる（ブロック６６０８）。いったん表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、把握される、または少なくとも推定されると、これは、閾値または範囲と比較されることができる（決定６６１０）。表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、本閾値を下回る、またはその範囲内にある場合、方法６６００は、監視ステップ（ブロック６６０４）に戻り、過剰なまたは範囲外の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの監視を持続することができる。本決定は、５８３６等のイオン電流補償構成要素によって、または５８３２等のコントローラによって、行われることができる。決定６６１０が、「はい」である場合、方法６６００は、線形に減少する電圧の持続時間ｔ_２を調節し（ブロック６６１２）、決定６６１０が、表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、境界内に戻る、または閾値を下回ることを見出すまで、ｄｖ／ｄｔの監視に戻ることができる（ブロック６６０４）。５８３２等のコントローラは、１つの事例では、スイッチモード電力供給源内のスイッチへの信号を介して、線形に減少する電圧の第２の持続時間ｔ_２を制御することができる。

【0287】

図６７は、基板をバイアスし、蓄積された表面電荷を制御する別の方法を図示する。方法６７００は、図６１および６２に見られるもの等の非対称周期的電圧関数のパルス間に線形に減少する電圧を用いて、プラズマ処理チャンバ内の基板をバイアスすること（ブロック６７０２）を含むことができる。電力供給源は、本電圧関数を提供するように構成されることができる。出力は、基板支持体に結合するように構成されることができる。線形に減少する電圧は、持続時間ｔ_２にわたって続くことができ、これは、制御可能値である。本方法は、次いで、方程式１０を使用して、イオン電流Ｉ_Ｉを計算し（ブロック６７０４）、次いで、イオン電流Ｉ_Ｉおよび方程式１１を使用して、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを計算することができる（ブロック６７０４）。本計算は、５８３６等のイオン電流補償構成要素によって、または５８３２等のコントローラによって、実施されることができる。持続時間ｔ_２の間の表面電荷蓄積Ｑ_ｉは、次いで、閾値または範囲と比較されることができる（決定６７０６）。表面電荷蓄積Ｑ_ｉが、本閾値を下回る、または範囲内にある場合（決定６７０６）、方法６６００は、イオン電流Ｉ_Ｉおよび表面電荷蓄積Ｑ_ｉの計算に戻り（ブロック６７０４）、過剰なまたは範囲外の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの監視を持続することができる。本決定は、５８３６等のイオン電流補償構成要素によって、または５８３２等のコントローラによって、行われることができる。決定６７０６が、「はい」である場合、方法６７００は、線形に減少する電圧の持続時間ｔ_２を調節し（ブロック６７０８）、イオン電流Ｉ_Ｉおよび表面電荷蓄積Ｑ_ｉの計算に戻り（ブロック６７０４）、過剰なまたは範囲外の表面電荷蓄積Ｑ_ｉの監視を持続することができる。５８３２等のコントローラは、１つの事例では、スイッチモード電力供給源内のスイッチへの信号を介して、線形に減少する電圧の持続時間ｔ_２を制御することができる。

【0288】

いくつかの実施形態では、イオン電流補償構成要素５８３６の構成要素および機能は、スイッチモード電力供給源５８３０内に実装されることができる。

【0289】

修正された周期的電圧関数の傾きを判定するための積分方法

【0290】

別の実施形態では、表面電荷蓄積Ｑ_ｉは、第２の持続時間ｔ_２の間、線形に減少する電圧の傾きｄｖ／ｄｔを把握せずに、推定されることができる。代わりに、第２の持続時間ｔ_２の間の電圧曲線下面積が、表面電荷蓄積Ｑ_ｉ判定するために使用されることができる。本面積を判定するための１つの方法は、下記の方程式１２に示されるように、第２の持続時間ｔ_２の間のイオン電流Ｉ_Ｉの積分を介したものである。

【0291】

【数12】

【0292】

イオン電流Ｉ_Ｉは、例えば、方程式３が真になるまで、イオン補償電流Ｉ_Ｃを調節することによって、上記に記載されるように、判定されてもよく、イオン電流Ｉ_Ｉは、次いで、イオン補償電流Ｉ_Ｃから把握される（例えば、Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉ）。

【0293】

本開示は、表面電荷蓄積Ｑ_ｉを説明しているが、Ｑ_ｉは、いくつかの電荷漏出源が存在し得るため、送達される電荷を指し得ることに留意されたい。同様に、方程式１１および１２は、電荷蓄積ではなく、送達される電荷を指し得る。

【0294】

本明細書に開示される実施形態に関連して説明される方法は、直接、ハードウェアにおいて、非一過性有形プロセッサ可読記憶媒体内にエンコーディングされたプロセッサ実行可能コードにおいて、またはその２つの組み合わせにおいて、具現化されてもよい。図６９を参照すると、例えば、示されるものは、例示的実施形態による、プラズマ電力供給源１０２、２０２、１２０２、１７０２、２１２２、２２２２、２３２２、２４２２、２５２２、２６２２、２７２２ならびにバイアス供給源１０６、２０６、８０６、１２０６、１３６６、１８０６および１８８４、１９０６、２１３０、２２３０、２３３０、２４３０、２５３０、２６３０、２７３０、５１０２、５２０２、５５００、５８０３、５９０２、６００２、および６５０２の制御側面を実現するために利用され得る、物理的構成要素を描写する、ブロック図である。示されるように、本実施形態では、ディスプレイ部分６９１２および不揮発性メモリ６９２０は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）６９２４、処理部分（Ｎ個の処理構成要素を含む）６９２６、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）６９２７、およびＮ個の送受信機を含む、送受信機構成要素６９２８にも結合される、バス６９２２に結合される。図６９に描写される構成要素は、物理的構成要素を表すが、図６９は、詳細なハードウェア略図であることを意図するものではなく、したがって、図６９に描写される構成要素の多くは、共通構造体によって実現される、または付加的物理的構成要素間に分散されてもよい。さらに、他の既存および未開発の物理的構成要素ならびにアーキテクチャは、図６９を参照して説明される機能構成要素を実装するために利用され得ることが検討される。

【0295】

本ディスプレイ部分６９１２は、概して、ユーザのためのユーザインターフェースを提供するように動作し、いくつかの実装では、ディスプレイは、タッチ画面ディスプレイによって実現される。一般に、不揮発性メモリ６９２０は、データおよびプロセッサ実行可能コード（本明細書に説明される方法をもたらすことと関連付けられる、実行可能コードを含む）を記憶する（例えば、持続的に記憶する）ように機能する、非一過性メモリである。いくつかの実施形態では例えば、不揮発性メモリ６９２０は、ブートローダコード、オペレーティングシステムコード、ファイルシステムコード、および非一過性プロセッサ実行可能コードを含み、随意に、図６、９－１１、４２Ｂ、４２Ｃ、４６、および４８－５０を参照して説明されるように、異なる振幅を有する、１つ以上のＩＥＤＦエネルギーピークを達成するために、基板をバイアスする方法の実行を促進する。監視回路網５７７０、チャンバ分析構成要素５７７２および制御回路網５７７２のうちの１つ以上は、少なくとも部分的に、非一過性プロセッサ実行可能コードによって実現され得る。

【0296】

多くの実装では、不揮発性メモリ６９２０は、フラッシュメモリ（例えば、Ｎ ＡＮＤまたはＯＮＥＮＡＮＤメモリ）によって実現されるが、他のメモリタイプも同様に利用されてもよいことが検討される。コードを不揮発性メモリ６９２０から実行することが可能性として考えられ得るが、不揮発性メモリ内の実行可能コードは、典型的には、ＲＡＭ６９２４の中にロードされ、処理部分６９２６内のＮ個の処理構成要素のうちの１つ以上によって実行される。

【0297】

ＲＡＭ６９２４と接続するＮ個の処理構成要素は、概して、不揮発性メモリ６９２０内に記憶された命令を実行し、本明細書に開示されるアルゴリズムおよび機能の実行を可能にするように動作する。いくつかのアルゴリズムは、本明細書に開示されるが、これらのアルゴリズムのうちのいくつかは、フローチャート内に表されないことを認識されたい。図６、９－１１、４２Ｂ、４２Ｃ、４６、および４８－５０に関して図示および説明される、基板またはチャンバの異なる局所化された領域をバイアスする方法をもたらすためのプロセッサ実行可能コードは、不揮発性メモリ６９２０内に持続的に記憶され、ＲＡＭ６９２４と接続するＮ個の処理構成要素によって実行されてもよい。当業者が理解するであろうように、処理部分６９２６は、ビデオプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、または他のハードウェア処理構成要素、もしくはハードウェアとソフトウェア処理構成要素の組み合わせる（例えば、デジタル論理処理部分を含む、ＦＰＧＡまたはＦＰＧＡ）を含んでもよい。

【0298】

加えて、または代替として、非一過性ＦＰＧＡ構成命令は、不揮発性メモリ６９２０内に持続的に記憶され、アクセスされ（例えば、ブートアップの間）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を構成し、本明細書に開示されるアルゴリズムを実装し、コントローラ５７６０の機能またはＲＦ源１０２、２０２、１２０２、１７０２、２１２２、２２２２、２３２２、２４２２、２５２２、２６２２、２７２２ならびにバイアス供給源１０６、２０６、８０６、１２０６、１３６６、１８０６および１８８４、１９０６、２１３０、２２３０、２３３０、２４３０、２５３０、２６３０、２７３０、５１０２、５２０２、５５００、５８０３、５９０２、６００２、および６５０２の他の側面のうちの１つ以上をもたらしてもよい。

【0299】

入力構成要素６９３０は、基板支持体に供給されている、修正された周期的電圧関数の１つ以上の側面を示す、信号（例えば、バイアス供給源の出力における電流、電圧、および位相情報）を受信するように動作する。入力構成要素において受信された信号は、例えば、Ｖ_ｏｕｔまたはＶ_ｏｕｔの変化率（例えば、ｄｖ_０／ｄｔ）を含んでもよい。出力構成要素は、概して、本明細書に開示されるようにバイアス供給源を制御するための動作側面をもたらすための１つ以上のアナログまたはデジタル信号、および／または所望のＩＥＤＦをもたらすための信号を提供するように動作する。例えば、出力部分６９３２は、制御可能電流源２５４０、２６４０、２７４０、電流源１６６４、またはイオン電流補償構成要素１２６０、１３６０、２１３６および／またはバイアス供給源１０６、２０６、８０６、１２０６、１３６６、１８０６および１８８４、１９０６、２１３０、２２３０、２３３０、２４３０、２５３０、２６３０、２７３０、５１０２、５２０２、５７０２内のスイッチの切替を制御するための制御信号を提供してもよい。

【0300】

描写される送受信機構成要素６９２８は、個のＮ送受信機鎖を含み、これは、無線または有線ネットワークを介して、外部デバイスと通信するために使用されてもよい。Ｎ個の送受信機鎖はそれぞれ、特定の通信スキーム（例えば、ＷｉＦｉ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等）と関連付けられる、送受信機を表し得る。

【0301】

当業者によって理解されるであろうように、本開示の側面は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化されてもよい。故に、本開示の側面は、概して、本明細書では全て、「回路」、「モジュール」、または「システム」と称される、完全にハードウェア実施形態、完全にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、またはソフトウェアとハードウェア側面を組み合わせる実施形態の形態をとってもよい。さらに、本開示の側面は、その上に具現化されるコンピュータ可読プログラムコードを有する、１つ以上のコンピュータ可読媒体内に具現化される、コンピュータプログラム製品の形態をとってもよい。

【0302】

結論として、本開示は、とりわけ、スイッチモード電力供給源を使用して、所望の（または定義された）イオンエネルギーを選択的に発生させるための方法および装置を提供する。本明細書で使用されるように、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」の列挙は、「Ａ、Ｂ、Ｃ、またはＡ、Ｂ、およびＣの任意の組み合わせのいずれか」を意味するように意図される。開示される実施形態の前述の説明は、任意の当業者が、本開示を作製または使用することを可能にするために提供される。当業者は、本明細書に説明される実施形態によって達成されるものと実質的に同一の結果を達成するように、本発明、その使用、およびその構成に多数の変形例および置換が行われ得ることを容易に認識することができる。したがって、本発明を開示された例示的形態に限定する意図はない。多くの変形例、修正、および代替的な構造が、開示された発明の範囲および精神内に該当する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】

【図57】

【図58】

【図59】

【図60】

【図61】

【図62】

【図63】

【図64】

【図65】

【図66】

【図67】

【図68】

【図69】

【国際調査報告】