特表 2024-518430 プラズマ処理性能を制御するようにリアルタイムパルス測定とパルスタイミング調整を行うためのシステム及び方法

(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】2024-05-01

(54)【発明の名称】プラズマ処理性能を制御するようにリアルタイムパルス測定とパルスタイミング調整を行うためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240423BHJP

   H05H 1/00 20060101ALI20240423BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H05H1/00 A

H01L21/302 101C

H01L21/302 101D

H01L21/31 C

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023568488

(86)(22)【出願日】2022-04-19

(85)【翻訳文提出日】2023-11-07

(86)【国際出願番号】 US2022025402

(87)【国際公開番号】W WO2022240556

(87)【国際公開日】2022-11-17

(31)【優先権主張番号】17/318,116

(32)【優先日】2021-05-12

(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】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】514028776

【氏名又は名称】トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】ファンク，メリット

(72)【発明者】

【氏名】ランジャン，アロック

(72)【発明者】

【氏名】ヴェンツェク，ピーター

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA03

2G084AA04

2G084AA05

2G084BB14

2G084CC08

2G084CC09

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC14

2G084CC16

2G084CC33

2G084DD04

2G084DD15

2G084DD37

2G084DD38

2G084DD55

2G084HH02

2G084HH05

2G084HH08

2G084HH15

2G084HH16

2G084HH17

2G084HH19

2G084HH20

2G084HH21

2G084HH22

2G084HH25

2G084HH27

2G084HH28

2G084HH29

2G084HH34

2G084HH42

2G084HH43

2G084HH52

2G084HH56

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB23

5F004CA03

5F004CA06

5F004CA08

5F004CB05

5F004CB09

5F045AA08

5F045AA15

5F045DP03

5F045EF05

5F045EH11

5F045EH14

5F045EH17

5F045EH20

5F045EM05

5F045GB06

(57)【要約】

パルスプラズマを制御するためのシステム及び方法の様々な実施形態について本明細書で記述する。プラズマ生成ソースのパルスタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）を測定装置から受信した測定データに基づいて制御して、プラズマ処理チャンバ内で動的に制御されるパルスのシーケンス中の基板のプラズマ曝露を制御することができる。追加的に又は代替的に、基板のプラズマ曝露を制御するように、パルスタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）を測定装置から受信した測定データに基づいて、ソース電力、バイアス電力、及び／又はその両方に適用することができる。パルスタイミングの変更は、フィードフォワード又はフィードバック方式で行われ得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するためのシステムであって１つ以上の電源を含むシステムのプラズマ性能を制御する方法であって、
パルスプラズマ処理により前記基板を処理するためにプラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するように、前記１つ以上の電源から前記プラズマ処理チャンバに、第１の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第１の組を含む前記第１の電力信号を供給することと、
前記１つ以上の電源から前記プラズマ処理チャンバに、第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第２の組を含む前記第２の電力信号を供給することと、
前記第１の電力信号、前記第２の電力信号、前記プラズマ及び／又はチャンバ圧力に対応する測定データを生成することであって、前記測定データは、前記パルスプラズマ処理の実行中にリアルタイムで生成される、生成することと、
前記測定データに応答して、前記プラズマ処理中のプラズマの１つ以上の特性を制御するように、前記第１の電力信号のパルス幅及び／又は前記第２の電力信号のパルス幅を修正するために前記第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ、前記第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ及び／又は前記チャンバ圧力を調整することと
を含む方法。

【請求項2】

前記第１の電力信号を供給すること及び前記第２の電力信号を供給することが、前記第１の電力信号及び前記第２の電力信号を単一の電源から供給することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の電力信号を供給することが第１の電源から第１の電力信号を供給することを含み、前記第２の電力信号を供給することが前記第１の電源とは異なる第２の電源から前記第２の電力信号を供給することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

測定データを前記生成することが装置内測定データを生成することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

測定データを前記生成することが、
前記プラズマ処理チャンバ内で生成された前記プラズマの光強度又は発光スペクトル、及び／又は
前記プラズマ処理チャンバ内で生成された前記プラズマの直流電圧（Ｖｄｃ）レベル
のうち１つ以上を測定することを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記測定データを生成することが装置外測定データを生成することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

測定データを前記生成することが、
前記第１の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、
前記第２の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、及び
前記第１の電力信号及び／又は前記第２の電力信号の少なくとも１つの高調波の電力、電圧、電流及び／又は位相
のうち１つ以上を測定することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

制御される前記プラズマの１つ以上の特性が、前記プラズマのプラズマ密度、電子温度、ガス解離、エッチング材料選択性、イオン束及び／又はイオンエネルギーを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の電力信号がソース電力信号であり、前記調整することが、前記プラズマのプラズマ密度を制御するように前記第１の電力信号の前記パルスオン時間を調整することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記調整することが、前記第１の電力信号の前記パルスオン時間を、前記パルスプラズマ処理のサイクル中に生成された前記測定データに基づいて、前記サイクル中にリアルタイムで調整することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記測定データを生成することが、前記第１の電力信号の立ち上がりエッジを前記パルスプラズマ処理のサイクル中に検出することを含み、前記調整することが、所定のプラズマ密度を維持するために、前記第１の電力信号の前記パルスオン時間を制御するように前記第１の電力信号の立ち下がりエッジを前記パルスプラズマ処理の前記サイクル中に調整することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の電力信号がバイアス電力信号であり、前記調整することが、前記プラズマのイオン束及び／又はイオンエネルギーを制御するように前記第２の電力信号の前記パルスオン時間を調整することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記調整することが、前記第２の電力信号のパルスオン時間を、前記パルスプラズマ処理のサイクル中に生成された前記測定データに基づいて、前記サイクル中にリアルタイムで調整することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

測定データを前記生成することが、前記パルスプラズマ処理の各サイクル中に前記第２の電力信号の立ち上がりエッジを検出することを含み、前記調整することが、所定のイオン束及び／又はイオンエネルギーを維持するために、前記第２の電力信号の前記パルスオン時間を制御するように前記パルスプラズマ処理の各サイクル中に前記第２の電力信号の立ち下がりエッジを調整することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記第２の電力信号の前記パルスオン時間が前記パルスプラズマ処理の現行サイクル中に調整される場合、前記調整することが、前記現行サイクル中に行われた前記調整に基づいて、前記パルスプラズマ処理の次のサイクルで前記第２の電力信号の前記パルスオン時間及び前記パルスオフ時間を調整することを更に含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記調整することが、前記第１の電力信号と前記第２の電力信号との相対的なタイミングを制御するように実行される、請求項１に記載の方法。

【請求項17】

前記調整することが、前記第１の電力信号の前記パルスオフ時間と前記第２の電力信号の前記パルスオン時間との時間差を制御するように実行される、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

測定データを前記生成することが、前記プラズマ処理チャンバに供給される複数のプラズマパルスの列からの前記プラズマ内のパルスを測定するために単一の測定装置を用いることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項19】

前記測定データを前記生成することが、（ａ）前記第１の電力信号の電力、電圧又は電流、（ｂ）前記第２の電力信号の電力、電圧又は電流、及び／又は（ｃ）前記第１の電力信号又は前記第２の電力信号の高調波の電力、電圧又は電流を測定しながら、前記プラズマの発光スペクトルを測定することを含み、前記方法が、プラズマの発光スペクトルを、（ａ）前記第１の電力信号の前記電力、電圧又は電流、（ｂ）前記第２の電力信号の前記電力、電圧又は電流、又は（ｃ）前記第１の電力信号又は前記第２の電力信号の前記高調波の前記電力、電圧又は電流と比較すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項20】

測定データを前記生成することが、前記プラズマ処理チャンバ内の前記チャンバ圧力を測定することを含み、前記調整することが前記プラズマの１つ以上の特性を制御するように前記プラズマ処理中に前記チャンバ圧力を調整することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項21】

基板を処理するためのシステムであって、
パルスプラズマ処理により前記基板を処理するように構成されたプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するように、前記プラズマ処理チャンバに対し、第１の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第１の組を含む第１の電力信号及び第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第２の組を含む第２の電力信号を供給するように結合された１つ以上の電源と、
前記第１の電力信号、前記第２の電力信号、前記プラズマ又はチャンバ圧力に対応する測定データであって前記プラズマ処理チャンバ内での前記パルスプラズマ処理の実行中にリアルタイムで生成される測定データを生成するように構成された１つ以上の測定装置と、
前記１つ以上の電源及び前記１つ以上の測定装置に結合されたコントローラであって、前記測定データに応答して、前記コントローラが、前記第１の電力信号のパルス幅及び／又は前記第２の電力信号のパルス幅を修正して前記プラズマ処理中の１つ以上のプラズマ特性を制御するために、前記第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ、前記第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ及び／又は前記チャンバ圧力を調整するように構成されているコントローラと
を含むシステム。

【請求項22】

前記第１の電力信号及び前記第２の電力信号が単一の電源から供給される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項23】

前記第１の電力信号が第１の電源から供給され、前記第２の電力信号が前記第１の電源とは異なる第２の電源から供給される、請求項２１に記載のシステム。

【請求項24】

前記測定データが、
前記第１の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、
前記第１の電力信号の高調波の電力、電圧又は電流、
前記第２の電力信号の電力、電圧、電流、及び／又は位相、
前記第２の電力信号の高調波の電力、電圧又は電流、
前記プラズマ処理チャンバ内で生成された前記プラズマの光強度又は発光スペクトル、
前記プラズマ処理チャンバ内で生成された前記プラズマの直流電圧（Ｖｄｃ）レベル、及び
前記プラズマ処理チャンバ内の前記チャンバ圧力
のうち１つ以上を含む、請求項２１に記載のシステム。

【請求項25】

前記第１の電力信号がソース電力信号であり、前記コントローラが、前記プラズマのプラズマ密度を制御するように前記第１の電力信号の前記パルスオン時間を調整するように構成されている、請求項２１に記載のシステム。

【請求項26】

前記コントローラが、前記パルスプラズマ処理のサイクル中に、前記サイクル中に前記１つ以上の測定装置が生成した前記測定データに基づいて、前記第１の電力信号の前記パルスオン時間をリアルタイムで調整するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。

【請求項27】

前記１つ以上の測定装置が、前記パルスプラズマ処理の前記サイクル中に前記第１の電力信号の立ち上がりエッジを検出するように構成され、前記１つ以上の測定装置により検出された前記第１の電力信号の前記立ち上がりエッジに基づいて、前記コントローラが、所定のプラズマ密度を維持するために、前記第１の電力信号の前記パルスオン時間を制御するように前記パルスプラズマ処理の前記サイクル中に前記第１の電力信号の立ち下がりエッジを調整するように構成されている、請求項２４に記載のシステム。

【請求項28】

前記第２の電力信号がバイアス電力信号であり、前記コントローラが、前記プラズマのイオン束及び／又はイオンエネルギーを制御するように前記第２の電力信号の前記パルスオン時間を調整するように構成されている、請求項２１に記載のシステム。

【請求項29】

前記コントローラが、前記パルスプラズマ処理のサイクル中に、前記サイクル中に生成された前記測定データに基づいて前記第２の電力信号の前記パルスオン時間をリアルタイムで調整するように構成されている、請求項２８に記載のシステム。

【請求項30】

前記１つ以上の測定装置が、前記パルスプラズマ処理の前記サイクル中に前記第２の電力信号の立ち上がりエッジを検出するように構成され、前記１つ以上の測定装置により検出された前記第２の電力信号の前記立ち上がりエッジに基づいて、前記コントローラが、所定のイオン束及び／又はイオンエネルギーを維持するために、前記第２の電力信号の前記パルスオン時間を制御するように前記パルスプラズマ処理の前記サイクル中に前記第２の電力信号の立ち下がりエッジを調整するように構成されている、請求項２８に記載のシステム。

【請求項31】

前記第２の電力信号の前記パルスオン時間が前記パルスプラズマ処理の現行サイクル中に調整された場合、前記コントローラが、前記現行サイクル中に行われた前記調整に基づいて、前記パルスプラズマ処理の次のサイクルで前記第２の電力信号の前記パルスオン時間及び前記パルスオフ時間を調整するように更に構成されている、請求項２８に記載のシステム。

【請求項32】

１つ以上の測定装置が前記パルスプラズマ処理中にプラズマ処理チャンバ内のチャンバ圧力を測定するように構成されていて、前記コントローラが、指定されたプラズマ密度、イオン束及び／又はイオンエネルギーを維持するために前記パルスプラズマ処理中に前記チャンバ圧力を調整するように構成されている、請求項２１に記載のシステム。

【請求項33】

基板を処理するためのシステムであって、
パルスプラズマ処理により基板を処理するように構成されたプラズマ処理チャンバであって第１の電力供給システム及び第２の電力供給システムを含むプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するように前記第１の電力供給システムに第１の電力信号を供給するように結合された第１の電源であって前記第１の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を規定するタイミングパラメータの第１の組を含む第１の電源と、
前記第２の電力供給システムに第２の電力信号のパルスオン時間とパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第２の組を含む第２の電力信号を供給するように結合された第２の電源と、
前記プラズマ処理チャンバ内での前記パルスプラズマ処理の実行中にリアルタイムで測定データを生成するように構成された１つ以上の測定装置であって、前記測定データが、（ａ）前記第１の電力信号及び／又は前記第２の電力信号に対応する装置外測定データ、及び（ｂ）前記プラズマ処理チャンバ内のプラズマ又はチャンバ圧力に対応する装置内測定データを含む１つ以上の測定装置と、
前記第１の電源、前記第２の電源、及び前記１つ以上の測定装置に結合されたコントローラであって、前記測定データに応答して、前記コントローラが、前記パルスプラズマ処理中の１つ以上のプラズマ特性を制御するように前記第１の電力信号のパルス幅及び／又は前記第２の電力信号のパルス幅を修正するために、前記第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ、前記第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ及び／又は前記チャンバ圧力を調整するように構成されているコントローラと
を含むシステム。

【請求項34】

前記１つ以上の測定装置によって生成された前記装置内測定データが、
前記プラズマ処理チャンバ内で生成された前記プラズマの光強度又は発光スペクトル、
前記プラズマ処理チャンバ内で生成された前記プラズマの直流電圧（Ｖｄｃ）レベル、及び
前記プラズマ処理チャンバ内の前記チャンバ圧力
のうち１つ以上を含む、請求項３３に記載のシステム。

【請求項35】

前記１つ以上の測定装置が生成した前記装置外測定データが、
前記第１の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、
前記第１の電力信号の高調波の電力、電圧、電流及び／又は位相、
前記第２の電力信号の電力、電圧、電流、及び／又は位相、及び
前記第２の電力信号の高調波の電力、電圧、電流、及び／又は位相
のうち１つ以上を含む、請求項３３に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は２０２１年５月１２日出願の米国非仮特許出願第１７／３１８，１１６号の優先権を主張するものであり、その全文が引用により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、プラズマ処理装置における基板の処理に関する。特に、プラズマ処理装置内で生成されるプラズマのパルスタイミングの監視と調整を行うためのシステム及び方法を提供する。

【背景技術】

【0003】

基板（半導体ウェハ等）の処理にプラズマシステムを用いることは公知である。プラズマ処理システムは、プラズマエッチング及び／又はプラズマ堆積処理で利用されることが多い。例えば、プラズマ処理システムは微小電子又は微小機械素子を形成するように基板のエッチングに用いられ得る。プラズマ処理システムは、プラズマ処理チャンバ内の混合ガスに高周波電力を供給してプラズマ処理チャンバ内のガスをイオン化することによりプラズマを生成する。従来のハードウェア及び処理技術では基板全体にわたるイオン又はプラズマ密度の分布が不均一になることがある。更に、従来のシステムでは特定の処理条件及び／又は特定のプラズマガスの下で充分なプラズマ密度が得られないことがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

プラズマ処理には多くの技術的課題があり、基板上の構造及び層の形状が微細化するにつれてプラズマの制御が益々重要になる。プラズマ処理の性能は、プラズマ種、プラズマ密度、イオンの運動エネルギー、反応性中性物質等、多くの変数の影響を受ける。プラズマ処理装置の可変設定を調整することによりプラズマ特性を変更して所望の処理性能を実現することができる。これらの設定には、全て当技術分野で公知のガス流量、ガス圧力、プラズマ励起用電力、バイアス電圧等が含まれるが、これらに限定されない。これらの設定はプラズマ特性に直接関連していないため、所望の処理性能を実現するプラズマ特性の制御性が問題になることが多い。基板処理への要求が益々厳しくなるにつれて、プラズマ特性の制御性の向上が必要とされている。

【0005】

プラズマ制御の最適化は、動的に制御される処理ステップのシーケンスを通じて実行され、制御方法は、基板表面が常に変化する状態でプラズマ分布の均一性、プロファイル制御及びプラズマ密度プロファイルを維持するための要素である。従来のハードウェア及び処理技術は、エッチング又は蒸着処理シーケンスの実行中にプラズマを応答的に制御する充分なメカニズムを提供しない。固定されたプラズマパラメータ設定の問題は、特定のシステムアーキテクチャ、又は特定の用途における特定のエッチングガス化学物質の使用により悪化するおそれがある。従来のシステムは、このような状況で一貫して安定且つ最適なプラズマ場を提供するには適していない。結果的に、製品の品質及びスループットが損なわれるおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

パルスプラズマを制御するためのシステム及び方法の様々な実施形態について本明細書で記述する。プラズマ生成ソースのパルスタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）を測定装置から受信した測定データに基づいて制御して、プラズマ処理チャンバ内で動的に制御されるパルスのシーケンス中の基板のプラズマ曝露を制御することができる。追加的に又は代替的に、基板のプラズマ曝露を制御するように、パルスタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）を測定装置から受信した測定データに基づいて、ソース電力、バイアス電力、及び／又はその両方に適用することができる。パルスタイミングの変更は、フィードフォワード又はフィードバック方式で行われ得る。

【0007】

一実施形態によれば、本明細書において、基板を処理するためのシステムであって１つ以上の電源を含むシステムのプラズマ性能を制御する方法を提供する。一般に、本方法は、パルスプラズマ処理により基板を処理するためにプラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するように、１つ以上の電源からプラズマ処理チャンバに第１の電力信号を供給することと、１つ以上の電源からプラズマ処理チャンバに第２の電力信号を供給することを含んでいてよい。第１の電力信号は、第１の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第１の組を含んでいてよい。同様に、第２の電力信号は、第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第２の組を含んでいてよい。また、本方法は、第１の電力信号、第２の電力信号、プラズマ及び／又はチャンバ圧力に対応する測定データを生成することを含んでいてよく、測定データはパルスプラズマ処理の実行中にリアルタイムで生成される。更に、本方法は、測定データに応答して、プラズマ処理中のプラズマの１つ以上の特性を制御するように、第１の電力信号のパルス幅及び／又は第２の電力信号のパルス幅を修正するために第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ、第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ及び／又はチャンバ圧力を調整することを含んでいてよい。

【0008】

いくつかの実施形態において、前記第１の電力信号を供給すること及び前記第２の電力信号を供給することは、前記第１の電力信号及び前記第２の電力信号を単一の電源から供給することを含んでいてよい。他の複数の実施形態において、前記第１の電力信号を供給することは第１の電源から第１の電力信号を供給することを含み、前記第２の電力信号を供給することは第１の電源とは異なる第２の電源から第２の電力信号を供給することを含んでいてよい。

【0009】

いくつかの実施形態において、前記測定データの生成は装置内測定データを生成することを含んでいてよい。例えば、前記測定データを生成することは、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマの光強度又は発光スペクトル、及び／又はプラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマの直流電圧（Ｖｄｃ）レベルのうち１つ以上を測定することを含んでいてよい。

【0010】

いくつかの実施形態において、前記測定データの生成は装置外測定データを生成することを含んでいてよい。例えば、前記測定データを生成することは、第１の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、第２の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、並びに第１の電力信号及び／又は第２の電力信号の少なくとも１つの高調波の電力、電圧、電流及び／又は位相のうち１つ以上を測定することを含んでいてよい。いくつかの実施形態において、前記測定データを生成することは、基本周波数の電力レベルと、第１の電源及び第２の電源の最大５つの高調波の電圧、電流及び位相を測定することを含んでいてよい。このような実施形態において生成された測定データは個別に、又は組み合わせて選択的に用いることができる。

【0011】

１つ以上のタイミングパラメータを前記調整する間に制御されるプラズマの１つ以上の特性は、プラズマのプラズマ密度、電子温度、ガス解離、エッチング材料選択性、イオン束及び／又はイオンエネルギーを含んでいてよいが、これらに限定されない。

【0012】

いくつかの実施形態において、第１の電力信号はソース電力信号であってよく、前記調整することは、プラズマのプラズマ密度を制御するように第１の電力信号のパルスオン時間を調整することを含んでいてよい。実施形態の一例において、前記調整することは、第１の電力信号のパルスオン時間を、パルスプラズマ処理のサイクル中に生成された測定データに基づいて当該サイクル中にリアルタイムで調整することを含んでいてよい。例えば、前記測定データを生成することは、第１の電力信号の立ち上がりエッジをパルスプラズマ処理のサイクル中に検出することを含み、前記調整することは、所定のプラズマ密度を維持するために、第１の電力信号のパルスオン時間を制御するように第１の電力信号の立ち下がりエッジをパルスプラズマ処理のサイクル中に調整することを含んでいてよい。

【0013】

いくつかの実施形態において、第２の電力信号はバイアス電力信号であってよく、前記調整することは、プラズマのイオン束及び／又はイオンエネルギーを制御するように第２の電力信号のパルスオン時間を調整することを含んでいてよい。実施形態の一例において、前記調整することは、第２の電力信号のパルスオン時間を、パルスプラズマ処理のサイクル中に生成された測定データに基づいて当該サイクル中にリアルタイムで調整することを含んでいてよい。例えば、前記測定データを生成することは、パルスプラズマ処理の各サイクル中に第２の電力信号の立ち上がりエッジを検出することを含み、前記調整することは、所定のイオン束及び／又はイオンエネルギーを維持するために、第２の電力信号のパルスオン時間を制御するようにパルスプラズマ処理の各サイクル中に第２の電力信号の立ち下がりエッジを調整することを含んでいてよい。

【0014】

いくつかの実施形態において、第２の電力信号のパルスオン時間がパルスプラズマ処理の現行サイクル中に調整される場合、前記調整することは、現行サイクル中に行われた調整に基づいて、パルスプラズマ処理の次のサイクルで第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を調整することを更に含んでいてよい。

【0015】

いくつかの実施形態において、前記調整することは、第１の電力信号と第２の電力信号との相対的なタイミングを制御するように実行することができる。例えば、前記調整することは、第１の電力信号のパルスオフ時間と第２の電力信号のパルスオン時間との時間差を制御するように実行することができる。

【0016】

いくつかの実施形態において、前記測定データを生成することは、プラズマ処理チャンバに供給される複数のプラズマパルスの列からのプラズマ内のパルスを測定するために単一の測定装置を用いることを含んでいてよい。

【0017】

いくつかの実施形態において、前記測定データを生成することは、（ａ）第１の電力信号の電力、電圧又は電流、（ｂ）第２の電力信号の電力、電圧又は電流、及び／又は（ｃ）第１の電力信号又は第２の電力信号の高調波の電力、電圧又は電流を測定しながら、プラズマの発光スペクトルを測定することを含んでいてよい。そのような実施形態において、本方法は、プラズマの発光スペクトルを、（ａ）第１の電力信号の電力、電圧又は電流、（ｂ）第２の電力信号の電力、電圧又は電流、又は（ｃ）第１の電力信号又は第２の電力信号の高調波の電力、電圧又は電流と比較することを更に含んでいてよい。

【0018】

いくつかの実施形態において、前記測定データを生成することは、プラズマ処理チャンバ内のチャンバ圧力を測定することを含んでいてよい。そのような実施形態において、前記調整することは、プラズマの１つ以上の特性を制御するようにプラズマ処理中にチャンバ圧力を調整することを含んでいてよい。

【0019】

別の実施形態によれば、本明細書では基板を処理するためのシステムを提供する。当該システムは一般に、プラズマ処理チャンバ、１つ以上の電源、１つ以上の測定装置及びコントローラを含んでいてよい。プラズマ処理チャンバは一般に、パルスプラズマ処理により基板を処理するように構成されていてよい。１つ以上の電源は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するためにプラズマ処理チャンバに第１の電力信号及び第２の電力信号を供給するように結合されていてよい。上述のように、第１の電力信号は、第１の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第１の組を含んでいてよく、第２の電力信号は、第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第２の組を含んでいてよい。いくつかの実施形態において、第１の電力信号及び第２の電力信号は単一の電源から供給されてよい。他の複数の実施形態において、第１の電力信号が第１の電源から供給されていてよく、第２の電力信号が第１の電源とは異なる第２の電源から供給されてよい。

【0020】

１つ以上の測定装置が、第１の電力信号、第２の電力信号、プラズマ又はチャンバ圧力に対応する測定データを生成するように構成されていてよく、測定データは、プラズマ処理チャンバ内でのパルスプラズマ処理の実行中にリアルタイムで生成されてよい。いくつかの実施形態において、１つ以上の測定装置が生成した測定データは、（ａ）第１の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、（ｂ）第１の電力信号の高調波の電力、電圧又は電流、（ｃ）第２の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、（ｄ）第２の電力信号の高調波の電力、電圧又は電流、（ｅ）プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマの光強度又は発光スペクトル、（ｆ）プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマの直流電圧（Ｖｄｃ）レベル、及び（ｇ）プラズマ処理チャンバ内のチャンバ圧力のうち１つ以上を含んでいてよい。

【0021】

コントローラは、１つ以上の電源及び１つ以上の測定装置に結合されていてよい。測定データに応答して、コントローラは、第１の電力信号のパルス幅及び／又は第２の電力信号のパルス幅を修正してプラズマ処理中の１つ以上のプラズマ特性を制御するために、第１の電力信号、第２の電力信号、及び／又はチャンバ圧力の１つ以上のタイミングパラメータを調整するように構成されていてよい。

【0022】

いくつかの実施形態において、第１の電力信号はソース電力信号であってよく、コントローラは、プラズマのプラズマ密度を制御するように第１の電力信号のパルスオン時間を調整するように構成されていてよい。実施形態の一例において、コントローラは、１つ以上の測定装置によりパルスプラズマ処理のサイクル中に生成された測定データに基づいて、第１の電力信号のパルスオン時間を当該サイクル中にリアルタイムで調整するように構成されていてよい。例えば、１つ以上の測定装置は、第１の電力信号の立ち上がりエッジをパルスプラズマ処理のサイクル中に検出するように構成されていてよい。１つ以上の測定装置により検出された第１の電力信号の立ち上がりエッジに基づいて、コントローラは、所定のプラズマ密度を維持するために、第１の電力信号のパルスオン時間を制御するように第１の電力信号の立ち下がりエッジをパルスプラズマ処理のサイクル中に調整するように構成されていてよい。

【0023】

いくつかの実施形態において、第２の電力信号はバイアス電力信号であってよく、コントローラは、プラズマのイオン束及び／又はイオンエネルギーを制御するように第２の電力信号のパルスオン時間を調整するように構成されていてよい。実施形態の一例において、コントローラは、パルスプラズマ処理のサイクル中に生成された測定データに基づいて、第２の電力信号のパルスオン時間を当該サイクル中にリアルタイムで調整するように構成されていてよい。例えば、１つ以上の測定装置は、パルスプラズマ処理のサイクル中に第２の電力信号の立ち上がりエッジを検出するように構成されていてよい。１つ以上の測定装置により検出された第２の電力信号の立ち上がりエッジに基づいて、コントローラは、所定のイオン束及び／又はイオンエネルギーを維持するために、第２の電力信号のパルスオン時間を制御するように第２の電力信号の立ち下がりエッジをパルスプラズマ処理のサイクル中に調整するように構成されていてよい。

【0024】

いくつかの実施形態において、第２の電力信号のパルスオン時間をパルスプラズマ処理の現行サイクル中に調整する場合、コントローラは、現行サイクル中に行われた調整に基づいて、パルスプラズマ処理の次のサイクルで第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を調整するように更に構成されていてよい。

【0025】

いくつかの実施形態において、１つ以上の測定装置は、パルスプラズマ処理中にプラズマ処理チャンバ内のチャンバ圧力を測定するように構成されていてよく、コントローラは、指定されたプラズマ密度、イオン束、及び／又はイオンエネルギーを維持するためにパルスプラズマ処理中にチャンバ圧力を調整するように構成されていてよい。

【0026】

更に別の実施形態によれば、基板を処理するための別のシステムを提供しており、当該システムは、プラズマ処理チャンバ、第１の電源、第２の電源、１つ以上の測定装置及びコントローラを含む。プラズマ処理チャンバは一般に、パルスプラズマ処理により基板を処理するように構成されていてよく、第１の電力供給システム及び第２の電力供給システムを含んでいてよい。第１の電源は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するように第１の電力供給システムに第１の電力信号を供給するように結合されていてよく、第２の電源は、第２の電力供給システムに第２の電力信号を供給するように結合されていてよい。上述のように、第１の電力信号は、第１の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第１の組を含んでいてよく、第２の電力信号は、第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第２の組を含んでいてよい。

【0027】

１つ以上の測定装置は、プラズマ処理チャンバ内でのパルスプラズマ処理の実行中にリアルタイムで測定データを生成するように構成されていてよい。いくつかの実施形態において、測定データは、（ａ）第１の電力信号及び／又は第２の電力信号に対応する装置外測定データ、及び（ｂ）プラズマ処理チャンバ内のプラズマ又はチャンバ圧力に対応する装置内測定データを含んでいてよい。例えば、装置外測定データは、第１の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、第１の電力信号の電力、電圧又は高調波の電流、第２の電力信号の電力、電圧、電流及び／又は位相、及び第２の電力信号の電力、電圧又は高調波の電流のうち１つ以上を含んでいてよい。同様に、装置内測定データは、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマの光強度又は発光スペクトル、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマの直流電圧（Ｖｄｃ）レベル、及びプラズマ処理チャンバ内のチャンバ圧力のうち１つ以上を含んでいてよい。

【0028】

コントローラは、第１の電源、第２の電源、及び１つ以上の測定装置に結合されていてよい。測定データに応答して、コントローラは、プラズマ処理中の１つ以上のプラズマ特性を制御するように第１の電力信号のパルス幅及び／又は第２の電力信号のパルス幅を修正するために第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ、第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ及び／又はチャンバ圧力を調整するように構成されていてよい。

【0029】

異なる又は追加的な特徴、変形、及び実施形態も実装でき、関連するシステム及び方法も利用可能である。

【0030】

以下の記述を類似参照番号で類似の特徴を示す添付の図面と合わせて参照することにより、本発明及びその利点をより完全に理解されよう。しかし、添付の図面は、開示する概念の複数の例示的な実施形態を示しているに過ぎず、開示する概念は同じく有効な他の複数の実施形態も包含できるため、本発明の範囲を限定するものではないことに注意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】例示的なプラズマ処理システムを示すブロック図である。

【図2A】プラズマ処理システムのプラズマ処理性能を制御するシステムの例示的な実施形態を示すブロック図である。

【図2B】プラズマ処理システムのプラズマ処理性能を制御するシステムの別の例示的な実施形態を示すブロック図である。

【図3A】プラズマ処理システムのプラズマ処理性能を制御するシステムの別の実施形態を示すブロック図である。

【図3B】図１、２Ａ～２Ｂ及び３Ａに示すシステムのいずれかに含まれていてよい１つ以上の測定装置から取得できる測定データの例を示すグラフである。

【図4】プラズマ処理性能を制御する制御ループを示すブロック図である。

【図5】プラズマ処理チャンバに供給できる電力信号、又は測定されたプラズマパラメータに対応する様々なタイミングパラメータを示すグラフである。

【図6】本明細書に記述する技術に従いプラズマ処理チャンバに供給される電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整するように用いられてよい様々な制御方法を示すグラフである。

【図7】本明細書に記述する技術に従いプラズマ性能を制御する方法の一実施形態を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

プラズマ処理システムのプラズマ処理性能を制御するためのシステム及び方法の様々な実施形態を本明細書において提供する。本開示によるシステムは、１つ以上の電力信号を生成する１つ以上の電源を含んでいてよい。いくつかの実施形態において、１つの電源を用いて１つ以上の電力信号を生成することができる。他の複数の実施形態において、２つ以上の電源を用いて２つ以上の電力信号を生成することができる。例示的な一実施形態において、本システムは、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するためにプラズマ処理チャンバに第１の電力信号を供給するように結合された第１の電源と、プラズマ処理チャンバに第２の電力信号を供給するように結合された第２の電源を含んでいてよい。本システムはまた、第１の電力信号、第２の電力信号、又はプラズマに対応する測定データを生成するように結合された１つ以上の測定装置と、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマの様々な特性を制御するように測定装置が生成した測定データを利用するように結合されたコントローラを含んでいてよい。測定データは、プラズマ処理チャンバ内でのプラズマ処理の実行中にリアルタイムで測定装置により生成されてコントローラに提供されてよい。リアルタイムデータを利用することにより、コントローラは、プラズマ処理の性能を制御するように第１の電源及び／又は第２の電源の１つ以上のパラメータをリアルタイムで調整するように構成されていてよい。

【0033】

いくつかの実施形態において、第１の電源及び第２の電源は、システム要件及びプラズマ性能に応じて変化させることができるパラメータの組（例えば、振幅、周波数、位相、パルスオン時間、パルスオフ時間等）を用いて電力信号を生成するように構成されていてよい。一実施形態において、プラズマ処理チャンバに対し、第１の電源は第１のパラメータの組によるソース電力を供給するように構成されていてよく、第２の電源は第２のパラメータの組によるバイアス電力を供給するように構成されていてよい。第１のパラメータの組及び第２のパラメータの組はコントローラ内に保存された電力レシピに指定されている場合がある。

【0034】

他の複数の実施形態において、第１の電源は、システム要件及びプラズマ性能に応じて変更可能なパラメータの組（例えば、振幅、周波数、位相、パルスオン時間、パルスオフ時間等）を用いて複数の電力信号を生成するように構成されていてよい。一実施形態において、プラズマ処理チャンバに対し、第１の電源は第１のパラメータの組によるソース電力を、及び第２のパラメータの組によるバイアス電力を供給するように構成されていてよい。第１のパラメータの組及び第２のパラメータの組は、コントローラ内に保存された電力レシピに指定されていてよい。

【0035】

好適な実施形態において、コントローラは、プラズマ処理チャンバ内で生成されるプラズマのプラズマ密度を制御するように、測定装置から受信した測定データに基づいて、ソース電力の１つ以上のタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）を調整することができる。追加的に又は代替的に、コントローラは、生成されたプラズマのイオン束及び／又はイオンエネルギーを制御するように、測定装置から受信した測定データに基づいて、バイアス電力の１つ以上のタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）を調整することができる。ソース電力及び／又はバイアス電力の他のパラメータ（例えば、振幅、周波数、位相等）もまた、生成されたプラズマの様々な特性を制御するように測定データに基づいてコントローラにより調整することができる。

【0036】

一実施形態において、パルスプラズマシステムの多相パルスパターンにおいて、２つのパルス間の電力パルス形状及び位相関係を制御することができる。２つのパルスは１つの電力供給システムから供給されても、又はソース電源及びバイアス電源等、２つ以上の電力供給システムから供給されてよい。パルス形状及び位相の変更は、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間を修正することを含んでいてよい。この変更は、プラズマ及び処理動作に関するリアルタイム情報を提供するシステム測定装置からのデータに基づいてフィードフォワード型リアルタイム調整で実行することができる。いくつかの実施形態において、後続のパルスを制御するようにパルス形状及び位相の変更が行われるようにフィードバック制御を利用してよい。また他の複数の実施形態において、フィードフォワード制御とフィードバック制御の両方が一緒に行われてよい。パルスの形状及び変更は更に振幅の変更を含んでいてよい。パルス形状の変更を通じて、動的に制御されるパルスのシーケンス中の基板のプラズマ曝露は、パルスのシーケンス全体を通じてプラズマ密度、全イオン束及びエネルギーを維持及び／又は修正する。従って、エッチング処理中にパラメータを自動的に調整する能力を備えたリアルタイムのパルスタイミング制御を実現することができる。このような技術は、エッチングステップ中の基板負荷の影響、チャンバ状態の変動、基板毎の電源システムの電気的変動、ガスフローの変動等、広範な影響を補償することができる。

【0037】

本明細書に記述する技術は、様々なプラズマ処理システムで利用されてよい。例えば、本技術は、プラズマエッチング処理システム、プラズマ堆積処理システム、又は他の任意のプラズマ処理システム内で利用されてよい。

【0038】

図１に、開示する技術に関して使用可能であって例示目的に限って提供するプラズマ処理システム１００の実施形態の一例を提供する。図１に示すプラズマ処理システム１００は容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理システムであるが、当業者には本明細書に記述する技術が、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理システム、マイクロ波プラズマ処理システム、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ（商標））マイクロ波プラズマ処理システム、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理システム、又は他の種類の処理システム或いは複数のシステムの組み合わせにより実行できることが認識されよう。例えば、単一の電源だけを有するプラズマ処理システムを用いてもよい。従って、当業者には本明細書に記述する技術が様々なプラズマ処理システムのいずれでも利用できることを認識されよう。図１に示すプラズマ処理システム１００はまた、エッチング、堆積、洗浄、プラズマ重合、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）等を含むがこれらに限定されない様々な動作に用いることができる。

【0039】

図１をより詳細に確認するに、プラズマ処理システム１００は基板１１０をプラズマ処理するプラズマ処理チャンバ１０５を含む。プラズマ処理チャンバ１０５は当技術分野で知られるように圧力制御チャンバであってよい。基板１１０（例えば、半導体ウェハ）が、プラズマ処理チャンバ１０５内に配置されたステージ又はチャック１１５上に保持されていてよい。いくつかの実施形態において、基板１１０はフォーカスリング（図示せず）に囲まれていてよい。プラズマ処理におけるフォーカスリングの使用は公知である。例えば、基板１１０がウェハである場合、フォーカスリングは典型的にウェハを囲む環状構造である。フォーカスリングは、（プラズマ１６０等の）プラズマを閉じ込める役割を果たし、フリンジ効果に起因するウェハ表面上のバイアス電位の不連続性を改善し、ウェハの周辺部分において均一且つ良好なプラズマ処理を実行するのに役立つ。

【0040】

プラズマ処理チャンバ１０５には図１に示すように上部電極１２０及び下部電極１２５が設けられていてよい。下部電極１２５とチャック１１５は別個の要素として描かれているが、一体化されたユニットとして形成されていてよいことが認識されよう。更に、上部電極１２０は単一の要素として描かれているが、複数の電力結合要素（例えば、複数のアンテナ）を含む電力供給システムとして実装されてもよいことが認識されよう。このように、本明細書では用語「電極」を複数の電力結合要素を含む単一の結合要素又は電力伝送システムを指すものとして使用する。更に、図示していないが、プラズマ処理チャンバ１０５に処理ガスを供給するように様々なガス注入システム機構、例えばガスシャワーヘッド等も提供できることが認識されよう。

【0041】

図１に示す実施形態において、上部電極１２０は、第１のマッチングネットワーク１５５を介して第１の電源１３０に電気的に結合され、下部電極１２５は、第２のマッチングネットワーク１５７を介して第２の電源１４０に電気的に結合されている。いくつかの実施形態において、第１の電源１３０は第１のマッチングネットワーク１５５に上限周波数（ｆ_Ｕ）のソース電圧１３５を、第２の電源１４０は第２のマッチングネットワーク１５７に下限周波数（ｆ_Ｌ）のバイアス電圧１４５を供給することができる。いくつかの実施形態において、チャック１１５に電圧（図示せず）を印加することもできる。

【0042】

いくつかの実施形態において、第１のマッチングネットワーク１５５及び第２のマッチングネットワーク１５７は反射電力を低減することにより、第１及び第２の電源からプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０への電力の伝達を向上させることができる。マッチングネットワークトポロジー（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型等）及び自動制御方法が当業者に公知である。いくつかの実施形態において、第１及び第２の電源は、無線周波数（ＲＦ）電源であってよい。ＲＦ電源として実装されている場合、第１及び第２の電源は、１つ以上の周波数のＲＦ電力を上部電極及び下部電極に供給するように構成されていてよい。第１及び第２の電源は、当技術分野で知られているように連続波源又はパルス源として実装されていてよい。

【0043】

図１に示すプラズマ処理システム１００の要素は、対応するメモリ保存ユニット（図示せず）及びユーザーインターフェース（図示せず）に接続可能な制御ユニット１７０に接続可能且つ制御ユニット１７０により制御可能である。様々なプラズマ処理動作が、ユーザーインターフェースを介して実行でき、様々なプラズマ処理レシピ及び動作をメモリ保存ユニットに保存することができる。従って、様々な微細加工技術により所定の基板をプラズマ処理チャンバ１０５内で処理することができる。制御ユニット１７０が、プラズマ処理システム１００の様々な要素から入力を受信して当該要素に出力を提供するように結合されていてよいことが認識されよう。例えば、制御ユニット１７０は、プラズマ処理チャンバ１０５、第１の電源１３０、第２の電源１４０、第１のマッチングネットワーク１５５、及び第２のマッチングネットワーク１５７内の複数の要素に結合されていてよい。制御ユニット１７０はまた、プラズマ処理システム１００内に含まれていてよい様々なセンサ及び測定装置に結合されていてよい。

【0044】

制御ユニット１７０は、様々な方法で実施することができる。一例において、制御ユニット１７０はコンピュータであってよい。別の例において、制御ユニットは、本明細書に記述する機能を提供するようにプログラミングされた１つ以上のプログラマブル集積回路を含んでいてよい。例えば、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置等）、プログラマブル論理素子（例えば、複合プログラマブル論理素子（ＣＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等）、及び／又は他のプログラマブル集積回路がプラズマ処理レシピの機能性を実装するようにソフトウェア又は他のプログラミング命令でプログラミングされていてよい。ソフトウェア又は他のプログラミング命令は、１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ記憶装置、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、再プログラマブル記憶装置、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭ等）に保存されていてよく、本明細書に記述する処理、機能、及び／又は能力をプログラマブル集積回路に実行させるべくプログラマブル集積回路により実行できることに更に注意されたい。他の変形例も実装可能である。

【0045】

動作中、プラズマ処理システム１００は、第１のＲＦ電源１３０及び第２のＲＦ電源１４０からの電力を上部電極及び下部電極の各々に印加することによりプラズマ処理チャンバ１０５内でプラズマ１６０を生成する。いくつかのケースにおいて、プラズマ処理チャンバ１０５の本体に電力を印加するようにエッジ電源（図示せず）を用いてもよい。電力の印加により、上部電極１２０と下部電極１２５との間に高周波電場が生じてプラズマ処理チャンバ１０５へ送達された処理ガスを解離させてプラズマ１６０に変換する。生成されたプラズマ１６０を用いて、プラズマエッチング、蒸着及び／又はスパッタリング等の、但しこれらに限定されない様々な種類の処理において対象基板（基板１１０又は任意の処理対象材料等）を処理することができる。

【0046】

図１に示すプラズマ処理システム１００の例において、２つのＲＦ電源を用いてプラズマ処理チャンバ１０５内に高周波電場を生成する。いくつかの実施形態において、第１のＲＦ電源１３０は、プラズマ処理チャンバ１０５に送達された処理ガスをプラズマ１６０に変換してプラズマ密度を制御するように比較的高い周波数（ｆ_Ｕ）でソース電力を提供できるのに対し、第２のＲＦ電源１４０は、生成されたプラズマのイオン束及びイオンエネルギーを制御するようにバイアス電力を提供する。当技術分野において知られているように、ソース電力及びバイアス電力は各々連続波（ＣＷ）プラズマを生成するように連続的に印加されても、又はプラズマ処理チャンバ１０５内にパルスプラズマを生成するようにパルス化されていてもよい。パルスプラズマは、ソース電力及び／又はバイアス電力の時間、振幅及び／又は位相を変調することにより生成することができる。

【0047】

いくつかの実施形態において、パルスプラズマ処理は、上部電極１２０に供給されるソース電圧１３５及び下部電極１２５に供給されるバイアス電圧１４５をパルス化することにより、プラズマ処理チャンバ１０５内で実行することができる。例えば、制御ユニット１７０（又は別のパルス信号制御装置）は、第１のＲＦ電源１３０から出力されるソース電圧１３５及び／又は第２のＲＦ電源１４０から出力されるバイアス電圧１４５を、所望のパルス周波数及びデューティ比でオフ状態とオン状態の間でパルス化してよい。ソース電圧１３５及び／又はバイアス電圧１４５を変調する（すなわち、パルス周波数及び／又はデューティ比を変化させる）ことにより、連続波（ＣＷ）プラズマで生成されるプラズマ特性とは顕著に異なるプラズマ特性を取得することができる。例えば、ソース電圧１３５のＲＦ電力変調を用いて時間平均されたプラズマ密度を制御することができる。同様に、バイアス電圧１４５のＲＦ電力変調を用いて、時間平均イオン束及びイオンエネルギーを制御することができる。

【0048】

一実装例において、第１のＲＦ電源１３０は、約３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの（又はより高い）高周波数範囲において約０～３０００Ｗのソース電力を上部電極１２０に供給するように構成されていてよく、第２のＲＦ電源１４０は、約０．２ＭＨｚ～６０ＭＨｚの低周波数（ＬＦ）範囲において約０～１４００Ｗのバイアス電力を下部電極１２５に供給するように構成されていてよい。いくつかの実施形態において、第１のＲＦ電源１３０が提供するソース電力は０％～１００％のデューティ比を有するパルスＲＦ電力信号であってよく、第２のＲＦ電源１４０が提供するバイアス電力は０％～１００％のデューティ比を有するパルスＲＦ電力信号であってよい。第１のＲＦ電源１０及び第２のＲＦ電源１４０は連続波（ＣＷ）又はパルス源として動作することができる。ソース及びバイアス電源はまた、変化するデューティサイクルで複数のレベルの電力でパルス化することもできる。プラズマ処理システムの種類及び当該システムで実行される処理（例えば、エッチング、蒸着、スパッタリング等）の種類に応じて異なる動作範囲を用いることもできる。

【0049】

いくつかの実施形態において、１つ以上の測定装置（センサ又は測定装置等）が、ＲＦ電源が提供する電力信号の１つ以上のパラメータを調整することにより、様々なプラズマ特性（例えば、プラズマ密度、イオン束、イオンエネルギー、電子温度（Ｔｅ）、ラジカル濃度及びガスの比率等）を制御するように制御ユニット１７０が利用できるリアルタイムデータを収集するようにプラズマ処理チャンバ１０５に結合されていてよい。調整可能なパラメータの例として、例えば、ソース／バイアス電力信号の振幅、周波数、位相、パルスオン時間（すなわち、パルス幅）、電力レベル間のマルチレベルパルス、及び持続時間、並びにパルスオフ時間が挙げられる。いくつかの実施形態において、ソースとバイアス電力信号の時間差はプラズマの特性を制御するように調整可能な別のパラメータであってよい。例えば、ソース電力信号及び／又はバイアス電力信号のパルスオン時間及び／又はパルスオフ時間を互いに相対的に調整されてよい。実施形態の一例において、ソース電力信号のオフ時間とバイアス電力信号のオン時間の時間差は、ソースが停止又は出力低下された後のバイアスの始動を制御するように正確に制御することができる。バイアスが予測可能且つ繰り返し始動しない場合、バイアスにより抽出されるイオン線量は変化する。

【0050】

様々な測定装置を利用してプラズマ処理チャンバ１０５及び／又はＲＦ電源１３０／１４０とプラズマ処理チャンバ１０５の間の信号伝送経路からリアルタイムデータを収集することができる。測定装置の例として、電力サンプリングセンサ、３点センサ、電磁（ＥＭ）センサ、光学センサ、電圧／電流センサ（Ｖ－Ｉセンサ）、直流電圧（Ｖｄｃ）センサ等が含まれるが、これらに限定されない。制御ユニット１７０がプラズマ１６０の様々な特性を制御するように用いられてよいリアルタイムデータの収集に他の測定装置を追加的又は代替的に用いてもよいことが認識されよう。

【0051】

いくつかの実施形態において、例えば、第１のＶ－Ｉセンサ１８０及び第２のＶ－Ｉセンサ１８２が、上部電極及び下部電極に供給される電力信号の電流（Ｉ）及び／又は電圧（Ｖ）を検知するようにプラズマ処理チャンバ１０５に結合されていてよい。図１に示すプラズマ処理システム１００の例において、第１のＶ－Ｉセンサ１８０は、上部電極１２０に供給されるソース電力の電流及び／又は電圧を検知するように第１のマッチングネットワーク１５５と上部電極１２０との間に結合されている。第２のＶ－Ｉセンサ１８２は、下部電極１２５に供給されるバイアス電力の電流及び／又は電圧を検知するように第２のマッチングネットワーク１５７と下部電極１２５との間に結合されている。

【0052】

いくつかの実施形態において、第１のＶ－Ｉセンサ１８０及び第２のＶ－Ｉセンサ１８２は各々別個の電力伝送システム内に含まれていてよく、内部を伝播する電力信号の電流及び／又は電圧を測定するように用いられてよい。例えば、第１のＶ－Ｉセンサ１８０は、第１のマッチングネットワーク１５５とプラズマ処理チャンバ１０５との間に結合された第１の電力供給システム内に含まれていてよい。第１のＶ－Ｉセンサ１８０は、第１の電力供給システムを通って伝播する電力信号（例えば、ソース電力）の電流及び／又は電圧の測定に用いられてよい。いくつかの実施形態において、第１のＶ－Ｉセンサ１８０は、同一電力伝送システム内に複数のＶ－Ｉセンサを含んでいてよい。同様に、第２のＶ－Ｉセンサ１８２は、第２のマッチングネットワーク１５７とプラズマ処理チャンバ１０５との間に結合された第２の電力供給システム内に含まれていてよい。第２のＶ－Ｉセンサ１８２は、第２の電力供給システムを通って伝播する電力信号（例えば、バイアス電力）の電流及び／又は電圧を測定するように用いられてよい。Ｖ－Ｉセンサの複数の実施形態の例が２０２０年６月２６日出願の米国特許出願第１６／９１３，５２６号明細書「ＲＦ Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ（Ｖ－Ｉ）Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ」、及び２０２０年６月２６日出願の米国特許出願第１６／９１３，５４５号明細書「ＲＦ Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ（Ｖ－Ｉ）Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ」に記載されており、各々の全文が本明細書に明示的に組み込まれている。

【0053】

いくつかの実施形態において、単一Ｖ－Ｉセンサを用いてプラズマ処理チャンバ１０５に供給される複数のプラズマパルスの列からのプラズマ内のパルスを測定することができる。例えば、第２のＶ－Ｉセンサ１８２を用いてソース電力及びバイアス電力から基板上に生成された電圧を測定することができるため、第２のＶ－Ｉセンサ１８２が１つのセンサを用いてソース及びバイアス生成器から生成された両方のパルスを測定することが可能になる。いくつかの実施形態において、ソース電圧及び／又はバイアス電圧の生成に複数の周波数を用いる場合、第１の高調波、第２の高調波及び第３の高調波からのバイアス電圧はソース電圧の第１の高調波とは異なる場合がある。このような実施形態において、１つのＶ－Ｉセンサを用いて図５に示すような基本デュアルパルスソース／バイアス又はトリプルパルス形状のタイミングを測定することができる。

【0054】

いくつかの実施形態において、Ｖ－Ｉアナライザ１９０は、第１のＶ－Ｉセンサ１８０及び第２のＶ－Ｉセンサ１８２から出力された未加工波形を受信することができる。Ｖ－Ｉアナライザ１９０は、Ｖ－Ｉセンサから出力された未加工波形から様々なＲＦ信号特性を抽出するようにプログラミングされた信号プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ）であってよい。Ｖ－Ｉアナライザ１９０により抽出できるＲＦ信号特性の例として、電圧の大きさ（｜Ｖ｜）、電流の大きさ（｜Ｉ｜）、ＶとＩの位相角（Φ）、及びピークＲＦ電力（｜Ｖ｜｜Ｉ｜ｃｏｓΦ）が含まれる。これらのＲＦ信号特性は、例えば、自由電子及びイオン密度、並びにイオン／ラジカルの束及びエネルギー等、様々なプラズマインピーダンス及びプラズマ特性を示すことができる。いくつかの実施形態において、Ｖ－Ｉアナライザ１９０は、Ｖ－Ｉセンサから出力された未加工波形から複数の周波数成分を抽出するように高調波解析を実行することができる。Ｖ－Ｉアナライザ１９０は、ＲＦ信号特性を図１に示す制御ユニット１７０に提供することができる。

【0055】

いくつかの実施形態において、Ｖｄｃセンサ１８４がプラズマ処理チャンバ１０５内に含まれていてプラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマ１６０の直流電圧（Ｖｄｃ）測定を提供することができる。Ｖｄｃセンサ１８４は、プラズマ処理システムフォーカスリング（図示せず）、チャック１１５又は基板１１０に結合されていてよい。Ｖｄｃセンサはまたプラズマ処理チャンバ１０５の他の領域にも配置されていてよいことが認識されよう。Ｖｄｃセンサ１８４により得られたＶｄｃ測定信号は制御ユニット１７０に供給されて処理制御に用いられてよい。Ｖｄｃセンサの複数の実施形態の例が米国特許出願公開第２０２１／００１３００５号明細書に記載されており、その全文が引用により本明細書に明示的に組み込まれている。

【0056】

いくつかの実施形態において、光学センサ１８６（例えば、光フォトダイオード）が、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマ１６０の強度を検出するようにプラズマ処理チャンバ１０５内に含まれていてよい。いくつかの実施形態において、光学センサ１８６は、プラズマ処理チャンバ１０５に結合されてプラズマ処理チャンバ１０５内に電磁放射線の均一な分布を提供するように利用される誘電体（例えば、図３Ａの誘電体３１８）に結合されていてよい。他の複数の実施形態において、光学センサ１８６は、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０の光強度を測定するようにプラズマ処理チャンバ１０５に直接結合されていても、又はプラズマ処理チャンバ１０５内で結合されていてもよい。

【0057】

代替的な実施形態において、光学センサを用いて、例えば特定の発光ライン及び発光ラインと比の組み合わせを用いてラジカル濃度を測定することにより、プラズマ１６０の光学発光スペクトルを測定することができる。これは光学フィルタの使用又は一般に知られている他の方法により実現することができる。プラズマ１６０の発光スペクトルの測定に光学センサを用いることにより、電気パルス電力入力信号（例えば、ソース又はバイアス電力信号の電力、電圧又は電流）と比較可能なリアルタイムの光プラズマ応答を提供することができる。光学センサが提供する光信号は、基板表面に最適なプラズマを提供するように制御可能な時間関係の別の測定を可能にする。

【0058】

いくつかの実施形態において、プラズマ処理チャンバ内のチャンバ圧力を測定及び制御するように圧力コントローラ及び測定システム１８８をプラズマ処理チャンバ１０５に結合することができる。いくつかの実施形態において、圧力測定は、制御ユニット１７０に提供されてパルスプラズマ処理の制御の一部として用いられてよい。例えば、パルスプラズマ処理中に、パルスパラメータ（例えば、パルスオン時間又はパルスの大きさ）及び／又はチャンバ圧力を調整できるため、プラズマ測定値を制御することができる。

【0059】

図２Ａ及び２Ｂに、プラズマ処理システムのプラズマ処理性能の制御に利用できるシステム２００の様々な実施形態を示す。一実施形態において、図２Ａ又は２Ｂに示すシステム２００は図１に示すプラズマ処理システム１００と一体的に実装されていてよい。例えば、システム２００は一般に、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ１６０を生成するようにプラズマ処理チャンバ１０５に第１の電力信号及び第２の電力信号を供給するように結合された１つ以上の電源（例えば、第１の電源２０２及び／又は第２の電源２０４）と、第１の電力信号、第２の電力信号、又はプラズマ１６０に対応するリアルタイムデータを収集するように結合された１つ以上の測定装置２０６と、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されたプラズマ１６０の様々な特性を制御するように測定装置２０６により収集されたリアルタイムデータを利用するように結合された電源コントローラ２０８を含む。代替的に、システム２００の態様は、システム１００の別々の、アドオン又は追加的特徴として実装されていてよい。例えば、測定装置はまた、プラズマ条件に関するデータを取得するためにプラズマ処理チャンバに結合されていてよく、そのようなデータもパルスタイミングパラメータを制御するものである。

【0060】

いくつかの実施形態において、複数の電源を用いてに第１の電力信号及び第２の電力信号を生成してプラズマ処理チャンバ１０５に供給することができる。図２Ａに示すように、例えば、第１の電力信号を供給するように第１の電源２０２が結合されていてよく、第２の電力信号をプラズマ処理チャンバ１０５に供給するように第２の電源２０４が結合されていてよい。他の複数の実施形態において、第１の電力信号及び第２の電力信号は単一の電源により生成及び供給されてよい。図２Ｂに示すように、例えば、第１の電源２０２は第１の電力信号及び第２の電力信号をプラズマ処理チャンバ１０５に供給するように結合されていてよい。図２Ｂに示す実施形態において、第１の電源２０２は、プラズマ処理チャンバに電力を供給するように第１の電力信号及び第２の電力信号を単一の電極に供給してよい。

【0061】

第１の電源２０２及び第２の電源２０４はＲＦ及び／又はＤＣ電源或いは発電機、及び／又はＤＣ電源であってよい。より具体的には、第１の電源２０２及び第２の電源２０４は各々、システム要件及びプラズマ性能に応じて変更可能なパラメータの組（例えば、振幅、周波数、位相、パルスオン時間又はパルス幅、パルスオフ時間等）を用いて電力信号を生成するように構成されていてよい。一実施形態において、プラズマ処理チャンバ１０５に対し、第１の電源２０２は第１のパラメータの組によるソース電力を、第２の電源２０４は第２のパラメータの組によるバイアス電力を供給することができる。以下により詳細に記述するように、ソース電力の１つ以上のタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）は、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０のプラズマ密度を制御するように調整されてよい。同様に、バイアス電力の１つ以上のタイミングパラメータ（例えば、パルスオン時間及び／又はパルスオフ時間）をは、生成されたプラズマのイオン束／エネルギーを制御するように調整されてよい。

【0062】

１つ以上の測定装置２０６は、プラズマチャンバの装置内及び／又は装置外である測定データを生成するように結合及び構成されていてよい。一例において、１つ以上の測定装置２０６は、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力の１つ以上の特性を測定することにより、装置外測定データを生成するように構成されていてよい。別の例において、１つ以上の測定装置２０６は、電力信号、チャンバ圧力及び／又は処理チャンバに供給されるガスに対するプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０の応答を測定することにより、装置内測定データを生成するように構成されていてよい。測定装置２０６の複数の例を図１、３に示しており、本明細書で更に議論する。測定装置２０６により収集された測定データは電源コントローラ２０８に提供される。

【0063】

電源コントローラ２０８は、測定装置２０６により収集された測定データを受信するように結合されていて、測定データに応答して、第１の電源２０２の１つ以上のパラメータ、第２の電源２０４の１つ以上のパラメータ、又はチャンバ圧力を制御するように構成されている。いくつかの実施形態において、測定データは、プラズマ処理の実行中にリアルタイムで測定装置２０６により収集されて電源コントローラ２０８に提供されてよい。リアルタイムデータを利用することにより、電源コントローラ２０８はプラズマ処理の性能を制御するように第１の電源のパラメータ、第２の電源のパラメータ及び／又はチャンバ圧力をリアルタイムで調整するように構成されていてよい。一実施形態において、電源コントローラ２０８は図１に示す制御ユニット１７０に実装されていてよい。

【0064】

一実施形態において、プラズマ処理チャンバ１０５に対し、第１の電源２０２は第１のパラメータの組によるソース電力を、第２の電源２０４は第２のパラメータの組によるバイアス電力を供給してプラズマ１６０を生成することができ、プラズマ１６０を用いて基板１１０にプラズマ処理（例えば、プラズマ堆積、エッチング、スパッタリング等）を実行することができる。測定装置２０６は、ソース電力の１つ以上の特性、バイアス電力の１つ以上の特性、及び／又はソース／バイアス電力に対するプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されたプラズマ１６０の応答をプラズマ処理の実行中にリアルタイムで測定するように構成されていてよい。例えば、測定装置２０６は、ＲＦ電源とプラズマ処理チャンバ１０５の間で送信されるＲＦ電力信号の電力（Ｐ）（例えば、順方向電力、反射電力、定在波電力、総電力等）、電力プラズマ１６０を生成するようにプラズマ処理チャンバ１０５に供給されるＲＦ電力信号の電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）及び／又は位相（Φ）、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０の強度又は発光スペクトル、及びプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０の直流電圧（Ｖｄｃ）レベルのうち１つ以上を測定するように構成されていてよい。いくつかの実施形態において、測定装置は追加的に、プラズマ処理チャンバ１０５内のチャンバ圧力を測定するように構成されていてよい。

【0065】

一実施形態において、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理中にプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０の様々な特性を制御するように、測定装置２０６により提供された測定データを用いて、第１の電源２０２が利用する第１のパラメータの組、第２の電源２０４が利用する第２のパラメータの組、及び／又はチャンバ圧力を調整することができる。例えば、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０のプラズマ密度を制御するように、第１の電源２０２が供給するソース電力の振幅、周波数、位相、パルスオン時間（すなわち、パルス幅）、及び／又はパルスオフ時間を調整することができる。

【0066】

追加的又は代替的に、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０のイオン束／エネルギーを制御するように、第２の電源２０４が供給するバイアス電力の振幅、周波数、位相、パルスオン時間（すなわち、パルス幅）、及び／又はパルスオフ時間を調整することができる。いくつかの実施形態において、電源コントローラ２０８は、プラズマ密度を更に制御又は増大するようにバイアス電力を低電力に維持することができる。バイアス電力を低電力に維持することにより、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマは、（ａ）エッチングを実行しているバイアスのより高い電力パルスの後で基板上方に粒子が浮遊すること、及び（ｂ）副生成物を生成し、プラズマシースが完全に崩壊することなく副生成物がプラズマ処理チャンバから汲み出される時間を与えること、の両面でより安定させることができる。

【0067】

チャンバ圧力は、パルスの大きさ、傾き、及び測定装置２０６が提供する測定データの持続時間（又はパルス幅）に影響を及ぼす。いくつかの実施形態において、電源コントローラ２０８は、ソース電力、バイアス電力、及び／又はソース／バイアス電力に対するプラズマ応答の様々な特性を制御するように、プラズマ処理中にプラズマ処理チャンバ１０５内のチャンバ圧力を調整することができる。例えば、電源コントローラ２０８は、第２の電源２０４が提供する電流信号のパルス幅を増大させ、且つパルス振幅を減少させながら、第２の電源２０４（例えば、バイアス電源）からの測定された反射電力の量を減少させるべくプラズマ処理中にチャンバ圧力を増大させることができる。チャンバ圧力を増大させることによりプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０の光強度のパルス幅及び振幅も増大させることができる。ソース電力、バイアス電力及び／又はソース／バイアス電力に対するプラズマ応答の他の特性もまたチャンバ圧力を調整することにより変更することができる。

【0068】

いくつかの実施形態において、第１の電源２０２及び第２の電源２０４は同一プラズマ生成装置（例えば、ソース又はバイアス）に接続されていてよく、第１及び第２の電源が供給する電力信号は重畳されてよい。このような実施形態において、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理チャンバ１０５に連続電力又はパルス電力を供給するように第１の電源２０２を制御することができ、第１の電源２０２によりパルスを印加するための最適なプラズマ特性を維持するために、第２の電源２０４の電力又は時間、更には第１の電源２０２の電力を最小値より高く維持するように調整することにより、第２の電源２０４のオン時間が一定になるように調整することができる。

【0069】

図３Ａに、プラズマ処理システムのプラズマ処理性能を制御するシステム３００の別の実施形態を示す。図３Ａに示す実施形態において、システム３００は、電力信号を生成する電源３０２と、電源３０２が生成した電力信号をプラズマ処理チャンバ１０５に伝播する様々なシステム要素と、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号の１つ以上の態様及び／又はプラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号に対するプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されるプラズマ１６０の応答を測定する多くの測定装置を含む。図３Ａに示す実施形態において、プラズマ処理チャンバ１０５に電力信号を伝播するように用いられるシステム要素は、ミキサ３０４、電力増幅器３０６、同軸ケーブル（ｃｏａｘ）対導波管投射部３０８、電力伝送結合部３１０、機械式同調装置３１２、電力結合器３１４、電力投射部３１６、及び誘電体３１８を含む。しかし、ＲＦ及び／又はＤＣ電力信号をプラズマ処理チャンバ１０５に伝送する追加的又は代替的要素を用いてもよいことが認識されよう。

【0070】

いくつかの実施形態において、図３Ａに示すＲＦ電源３０２は１つの電力信号を生成する単一の出力端を有していてよい。例えば、図３Ａに示す電源３０２は、図２Ａ又２Ｂを参照しながら上で述べた第１の電源２０２又は第２の電源２０４であってよい。このような実施形態において、システム３００は、第１の電源２０２用及び第２の電源２０４用のシステム要素及び測定装置の組を含んでいてよい。

【0071】

別の実施形態において、図３Ａに示す電源３０２は、第１の電力出力端で第１の電力信号を生成するように第１のパラメータ組を利用でき、且つ第２の電力出力端で第２の電力信号を生成するように第２のパラメータ組を利用できる多出力ＲＦ又はＤＣ電源を含んでいてよい。このような実施形態において、多出力電源が生成した第１の電力信号と第２の電力信号を切り替えるべくミキサ３０４が含まれていてよい。

【0072】

図３Ａに示す実施形態において、電源３０２が生成した電力信号は、増幅のため電力増幅器３０６に供給される。例えば、電力増幅器３０６は電源３０２が生成した（ＲＦ及び／又はＤＣ）電力信号をプラズマ処理チャンバ１０５内のプラズマ場を維持するのに適したレベルまで増幅することができる。いくつかの実施形態において、電力サンプリングセンサ３２２が電力増幅器３０６から出力される電力信号をサンプリングすることができる。例えば、電力サンプリングセンサ３２２は、電力増幅器３０６から出力される電力信号の順方向電力及び／又は反射電力を測定することができる。電力サンプリングセンサ３２２は、電力増幅器３０６から出力される電力信号から取得された装置外測定データ（例えば、順方向電力及び／又は反射電力）を取得するシステム３００内に含まれていてよいプラズマチャンバ測定装置の装置外の一例である。

【0073】

電力増幅器３０６の出力端はｃｏａｘ対導波管投射部３０８に結合され、当該投射部は電力伝送結合部３１０に結合されている。電力伝送結合部３１０は一般に導波管を含んでいてよい。いくつかの実施形態において、導波管内に形成された定常波を測定するように３点センサ３２４等の多点センサが用いられてよい。例えば、３点センサ３２４は、各点が既知の距離だけ離れている定常波内の３点で導波管内の電力の測定を行うことができる。特定の実施形態において、既知の距離は導波管内に形成される定常波の波長の８分の１であってよい。３点センサ３２４は、導波管内を伝播するＲＦ電力信号から装置外測定データ（例えば、複数の電力測定値）を取得するようにシステム３００内に含まれていてよいプラズマチャンバ測定装置の装置外測定装置の別の例である。

【0074】

いくつかの実施形態において、電力伝送結合部３１０は機械式同調装置３１２に結合されていてよい。機械式同調装置３１２が含まれていれば、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号に調整可能な機械式同調を行うことができる。例えば、機械式同調装置３１２は、電力信号の１つ以上の電気的特性に対して機械式調整を行うことができる。機械式同調装置３１２は、調整可能導波管スタブ、調整可能スリット、調整可能絞り等として実装されていてよい。一実施形態において、機械式同調装置３１２は単一の同調要素を含んでいてよい。代替的に、機械式同調装置３１２は複数の同調要素を含んでいてよい。

【0075】

電力伝送結合部３１０（又は機械式同調装置３１２）は、電力結合器３１４に結合されている。いくつかの実施形態において、電磁（ＥＭ）センサ３２６が電力結合器３１４内の電磁エネルギーを測定するように結合されていてよい。一実施形態において、ＥＭセンサ３２６は電場（Ｅ－ｆｉｅｌｄ）ピックアップ素子を含んでいてよい。このような実施形態において、ＥＭセンサ３２６を用いて電力結合器３１４における電力信号の総電力を測定することができる。ＥＭセンサ３２６は、電力結合器３１４における電力信号の装置外測定データ（例えば、総電力）を取得するようにシステム３００内に含まれていてよいプラズマチャンバ測定装置の装置外の更に別の例である。

【0076】

いくつかの実施形態において、電力投射部３１６（例えば、スリット又は開口）は、プラズマ処理チャンバ１０５に結合された誘電体３１８に電力結合器３１４を接続することができる。電力投射部３１６を通して放出されたエネルギーは、プラズマ処理チャンバ１０５内の電磁放射を均一に分布させるべく誘電体３１８全体にわたり分布されていてよい。いくつかの実施形態において、フォトダイオードセンサ等の光学センサ３２８が、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されたプラズマ１６０の光強度を検出するように誘電体３１８に結合されていてよい。他の複数の実施形態において、光学センサ３２８は、図１を参照しながら上で述べたようにプラズマ処理チャンバ１０５に直接結合されていてよい。いずれの場合も、光学センサ３２８は、例えばプラズマ処理チャンバ１０５内で生成されたプラズマ１６０の光強度等の測定データをプラズマチャンバの装置内又はプラズマチャンバの装置外で取得するシステム３００内に含まれていてよい。

【0077】

いくつかの実施形態において、電力結合器３１４、電力投射部３１６及び誘電体３１８要素は、電力信号をプラズマ処理チャンバ１０５に搬送するように結合及び構成された電力伝送システム３２０内に実装されていてよい。電力伝送システム３２０を通して伝送される電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）の波形は、位置（ｘ）及び時間（ｔ）の関数すなわちＩ（ｘ，ｔ）及びＶ（ｘ，ｔ）であって各々が複数の周波数成分を含んでいてよい。単一の周波数成分ｆが存在する場合、電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）は、Ｒｅ（Ｉ（ｘ）ｅ^ｊωｔ）及びＲｅ（Ｖ（ｘ）ｅ^{ｊ（ωｔ＋Φ）}）と簡潔に書かれた正弦波形により記述することができ、ω＝２πｆ、ｊ^２＝－１であり、Ｒｅは複素関数の実部である。電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）波形は各々大きさ（｜Ｖ｜及び｜Ｉ｜）を有し、各波形は位相角Φにより互いに分離されている。本実施形態に関連して用いられてよい電力伝送システム３２０の複数の例が２０２０年６月２６日出願の米国特許出願第１６／９１３，５２６号明細書「ＲＦ Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ （Ｖ－Ｉ） Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ」、及び２０２０年６月２６日出願の米国特許出願第１６／９１３，５４５号明細書「ＲＦ Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ （Ｖ－Ｉ） Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ」に記載されており、各々の全文が本明細書に明示的に組み込まれている。

【0078】

いくつかの実施形態において、１つ以上のＶ－Ｉセンサ３３０が、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号の電流及び電圧を検知するように図３Ａに示す電力伝送システム３２０に結合されていてよい。１つ以上のＶ－Ｉセンサ３３０は、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号から装置外測定データ（例えば、電圧、電流、及び／又は位相）を取得するようにシステム３００内に含まれていてよい装置外測定装置の追加的な例である。１つ以上のＶ－Ｉセンサ３３０は一般に、上述の組み込み参考文献の記述に従い構成されていてよい。例えば、１つ以上のＶ－Ｉセンサ３３０は、幾何学的対称性及び差分測定法を用いて、センサの位置ｘにおけるＶ及びＩを高い精度で提供することができる。いくつかの実施形態において、複数のＶ－Ｉセンサ３３０は、電力伝送システム３２０に沿った様々な位置での信号をプローブするように当該位置で用いられてよい。Ｖ及びＩは位置ｘの関数であるため、各Ｖ－Ｉセンサは各々の所望の測定位置になるべく近い位置に配置されていてよい。例えば、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号の電圧及び電流の正確な測定値を用いてプラズマ処理を監視及び制御することが望ましい場合、当該目的で用いられているＶ－Ｉセンサは電力信号がプラズマ処理チャンバ１０５に入る場所の近くに配置されていてよい。

【0079】

いくつかの実施形態において、Ｖｄｃ及び／又は圧力センサ３３２は、プラズマ処理チャンバ内で生成されたプラズマ１６０の直流電圧（Ｖｄｃ）を測定するように、及び／又は処理チャンバ内のチャンバ圧力を測定するようにプラズマ処理チャンバ１０５内に含まれていてよい。従って、いくつかの実施形態においてチャンバに接続されたブロックのセンサ３３２は１つのセンサ（Ｖｄｃセンサ又は圧力センサのいずれか）又は複数のセンサ（Ｖｄｃセンサと圧力センサ）を含んでいてよい。上述のように、光学センサもチャンバに接続されていてよい。Ｖｄｃ及び／又は圧力センサ３３２は、プラズマ処理チャンバ１０５内で生成されたプラズマ１６０の装置内測定データ（例えば、Ｖｄｃレベル）を取得するようにシステム３００内に含まれていてよい装置内測定装置の他の複数の例である。いくつかの実施形態において、Ｖｄｃセンサは、図１を参照しながら上で述べたようにプラズマ処理システムフォーカスリング（図示せず）、チャック１１５又は基板１１０に結合されていてよい。Ｖｄｃセンサがプラズマ処理チャンバ１０５の他の領域に配置されていてもよいことが認識されよう。本実施形態に関連して用いられてよいＶｄｃセンサの一例が米国特許出願公開第２０２１／００１３００５号明細書に記載されており、その内容が引用により本明細書に組み込まれている。

【0080】

図３Ａに示すシステム３００において、電力サンプリングセンサ３２２、３点センサ３２４、ＥＭセンサ３２６、光学センサ３２８、Ｖ－Ｉセンサ３３０、及びＶｄｃ及び／又は圧力センサ３３２からの測定データが電源コントローラ２０８に提供される。いくつかの実施形態において、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号を制御するように、これらの測定装置のうち１つ以上（例えば、センサ３２２、３２４、３２６、３２８、３３０及び３３２のうち１つ以上）から受信した測定データを用いて電源３０２に動作信号を提供することができる。光学センサ３２８は、電力供給誘電体３１８に結合されたものとして図３Ａに示されているが、光学センサ３２８は代替的にプラズマチャンバ１０５の別個のウインドウを用いて実装されてよい。

【0081】

図３Ｂは、図１、図２Ａ～２Ｂ及び図３Ａに示す測定装置のうち１つ以上から取得できる測定データの複数の例を示すグラフである。図３Ｂに示すグラフは、バイアス反射電力３４０、ソース電圧３５０、電源電流３５２、バイアス電圧３６０、バイアス電流３６２及び光強度３７０をグラフの上部にプロットし、バイアス位相３６４及び直流電圧（Ｖｄｃ）３８０（基板で測定）をグラフの下部にプロットしている。図３Ｂに示す信号は、プラズマ処理チャンバに対し５００Ｗのソース電力信号を１２５マイクロ秒（ｕｓｅｃ）、及び１００Ｗのバイアス電力信号を１００ｕｓｅｃで供給しながら、上述のように様々な測定装置から取得された。図３Ｂに示すように、バイアス反射電力３４０は始動中に増大し、始動後に安定する。

【0082】

実施形態の一例において、電源コントローラ２０８は、Ｖ－Ｉセンサ３３０から受信した電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）信号、Ｖｄｃセンサから受信したＶｄｃ信号、圧力センサからの圧力測定値、及び／又は光学センサ３２８から受信した光強度信号と、プラズマ密度、イオン束、及びイオンエネルギーの相関を求めることができる。更に、電源コントローラ２０８は、Ｖ－Ｉセンサ３３０、Ｖｄｃセンサ及び／又は圧力センサ３３２、及び／又は光学センサ３２８から受信した測定データを用いて、プラズマ処理をより良好に特徴付け及び／又は制御することができる。例えば、電源コントローラ２０８は受信した測定データを用いて、プラズマ処理中に所望のプラズマ密度及び／又は所望のイオンエネルギー或いは束を維持するために、プラズマ処理チャンバ１０５に供給されるソース及び／又はバイアス電力信号の１つ以上のパラメータ（例えば、振幅、周波数、位相、パルスオン時間、パルスオフ時間等）を調整することができる。追加的又は代替的に、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理中に所望のプラズマ密度及び／又は所望のイオンエネルギー或いは束を維持するようにチャンバ圧力を調整することができる。

【0083】

いくつかの実施形態において、電源コントローラ２０８は、Ｖ－Ｉセンサ３３０から電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）及び／又は位相（Φ）を受信し、次いでＶ－Ｉセンサ３３０から受信したＶ、Ｉ、及び／又はΦ測定値をＲＦインピーダンスモデルを用いて基板に変換することにより基板におけるプラズマ密度及びイオン束を計算することができる。換言すれば、Ｖ－Ｉセンサ３３０は、基板における仮想測定値の提供に用いた電力信号から実測値（Ｖ、Ｉ、Φ）を取得する。

【0084】

当業者には、本明細書に記述する方法及び処理の動作を拡張するように図３Ａに示すシステム３００に１つ以上の追加的要素を追加してもよいことが認識されよう。更に、当業者には、システム要件及びハードウェアの利用可能性に応じて、図３Ａのシステムの１つ以上の要素を省略してもよいことが認識されよう。図３Ａの実施形態は、本実施形態と共に用いられてよい選択肢を示すに過ぎないが、本発明の範囲をいかなる特定の実施形態に限定することは意図していない。

【0085】

図４は、プラズマ処理性能を制御するように図２Ａ～２Ｂに示すシステム２００及び／又は図３Ａに示すシステム３００で用いられてよい制御ループ４００を示すブロック図である。いくつかの実施形態において、図４に示す制御ループ４００は、予め設定された値を有する指定電力レシピ（ｒ）４０２を入力として受信する反復ループとして実装されていてよい。一例として図４に示す制御ループ４００において、図３Ａに示す電力増幅器３０６が、測定装置２０６により監視されるプラズマ１６０を生成するようにプラズマ処理チャンバ１０５に電力信号（例えば、ソース電力信号及び／又はバイアス電力信号）を供給する。電力信号は、振幅、周波数、位相、パルスオン時間（すなわち、パルス幅）及びパルスオフ時間を有するパルスＤＣ信号及び／又はＲＦ信号であってよい。指定された電力レシピ（ｒ）４０２はまた、電源のパルスタイミングを含んでいてよい。１つの電源により複数の周波数及び振幅を用いる場合、レシピ４０２は、例えば図５に示すように、パルスシーケンスでパルス持続時間及び位相間のタイミング関係と共に自動的に調整可能な電力範囲等の調整可能な限度を有する時間依存パラメータを有している。

【0086】

１つ以上の測定装置２０６を用いて、プラズマ処理チャンバ１０５に供給される電力信号の１つ以上の特性、所定の電力特性に対するプラズマ応答、及び／又はチャンバ圧力を測定することができる。上述のように、１つ以上の測定装置２０６は、装置内測定装置及び／又は装置外測定装置を含んでいてよい。測定装置２０６から受信した測定データに応答して、電源コントローラ２０８は、所望のプラズマ性能を実現するように制御ループ４００の１つ以上の制御ノブ又は制御設定（例えば、制御ブロック４０４、４０６、４０８、４１０及び４１２）を調整することができる。パルスシーケンスの変更は、同時又は別々に更新することができる。例えば、制御ブロック４０４、４１０は、インピーダンス整合を調整する高速制御ループであり、インピーダンス整合の調整が必要ならば制御ブロック４０８と相互作用する。いくつかの実施形態において、パルスタイミング設定は、非最適パルス特性を補償してパルス持続時間を延長するように、フィードフォワード更新において制御ブロック４０６で調整することができる。いくつかの実施形態において、パルスタイミング設定はまた、複数のパルス間、及び複数の電源間、例えばソース電源とバイアス電源の間のタイミング関係を変更するように制御ブロック４０６におけるフィードバック更新（図４には示さず）で調整することができる。

【0087】

一実施形態において、電源コントローラ２０８は、制御ブロック４０４において電子同調設定を調整することにより開始されてよい。電子同調制御設定の更新は、電力レシピ（ｒ）により規定されたプラズマ電力制御計画に合わせて行われてよい。次に、電源コントローラ２０８は、制御ブロック４０６において１つ以上のタイミング設定を調整することができる。いくつかの実施形態において、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理チャンバ内で生成されるプラズマ１６０のプラズマ密度を制御するように、プラズマ処理チャンバ１０５に供給されるソース電力パルスのパルスオン時間（すなわち、パルス幅）を調整することができる。追加的又は代替的に、電源コントローラ２０８は、プラズマ処理チャンバ内で生成されるプラズマ１６０のイオン束／エネルギーを制御するように、プラズマ処理チャンバ１０５に供給されるバイアス電力パルスのパルスオン時間及び／又はパルスオフ時間を調整することができる。タイミング設定が調整された後で、電子調整設定は再び制御ブロック４０４において更新されてよい。

【0088】

次に、電源コントローラ２０８は、制御ブロック４０８において電力振幅設定を調整することができる。いくつかの実施形態において、電力振幅設定は、閾値プラズマ測定値が満たされるまで繰り返し更新されてよい。制御ブロック４０８で電力振幅レベルが調整されたならば、電源コントローラ２０８は制御ブロック４０４における電子調整設定及び制御ブロック４０６におけるタイミング設定を再調整することができる。次いで、制御ブロック４０８で電力振幅設定に対し２回目の調整を行うことができる。

【0089】

次に、電源コントローラ２０８は、制御ブロック４１０において周波数チューニング設定を調整することができる。いくつかの実施形態において、周波数同調設定は、プラズマ処理チャンバ１０５に供給されるＲＦ電力信号の周波数を調整するように更新されてよい。周波数同調設定が調整されたならば、電源コントローラ２０８は上述のように、制御ブロック４０４における電子同調設定、制御ブロック４０６におけるタイミング設定、及び制御ブロック４０８における電力振幅設定を再調整することができる。

【0090】

次に、電源コントローラ２０８は、制御ブロック４１２において機械式同調（例えば、圧力制御アクチュエータ又はマッチャー制御アクチュエータ）設定を調整することができる。いくつかの実施形態において、制御ブロック４１２において調整される機械式同調設定は、プラズマ処理チャンバ内のチャンバ圧力の調整に用いられる圧力制御設定であってよい。他の複数の実施形態において、機械式同調設定を用いてインピーダンス整合を調整することができる。機械式同調設定が調整されたならば、制御ブロック４０４における電子的同調設定、制御ブロック４０６におけるタイミング設定、制御ブロック４０８における電力振幅設定、及び制御ブロック４１０における周波数同調設定を再調整する処理が繰り返されてよい。

【0091】

図２～４に、プラズマ処理の制御に用いられてよい制御システム及び制御ループの様々な実施形態を示す。いくつかの実施形態において、本明細書に記述する技術を利用してリアルタイムの基板処理中にプラズマ処理を特徴付け及び制御することができる。本明細書に記述する技術はまた、プラズマ処理システムの使用する間の処理制御を維持するために、初期的又は周期的にプラズマ処理システムを特徴付けるために利用されてよい。本明細書に記述する技術は一般に、プラズマ密度及びイオン束／エネルギーを含むがこれらに限定されない様々なプラズマ特性の制御に用いられてよい。

【0092】

本開示の複数の好適な実施形態において、１つ以上の測定装置から取得された測定データを利用して、プラズマ処理中に所望のプラズマ密度及び／又は所望のイオン束／エネルギーを維持するために、プラズマ処理チャンバに供給される電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整することができる。特に、１つ以上の測定装置から取得された測定データを用いて、プラズマ処理をより良く制御してプラズマ処理の性能を向上させるべく、プラズマ処理中の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータのフィードフォワード又はフィードバック制御を行うことができる。

【0093】

図５に、プラズマ処理中にプラズマ処理チャンバに供給できる電力信号の様々なタイミングパラメータを示す。特に、図５は、パルスプラズマ処理の様々なフェーズ中にプラズマ処理チャンバに供給されてよいソース電圧（Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}）及びバイアス電圧（Ｖ１_ｂｉａｓ、Ｖ２_ｂｉａｓ）パルスのパルステンプレートの一例を示している。図５に示すパルステンプレートは、ソース及びバイアス電圧パルスの様々なタイミングパラメータを示している。これらのタイミングパラメータの初期値は電力レシピに電力レシピ設定として指定されていてよく、プラズマ密度及びイオン束／エネルギー等のプラズマの様々な特性を制御するようにパルスプラズマ処理中に調整されてよい。いくつかの実施形態において、Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}及びＶ_ｂｉａｓの測定値は、図１に示すＶ－Ｉセンサ１８０、１８２等の２つの異なる位置にある２つの別々の測定装置から取得されてよい。代替的に、Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}及びＶ_ｂｉａｓの測定値は、プラズマ基板の重要な測定値に関連する複数の電源からの電力信号を検知できるように配置された単一の測定装置から取得されてもよい。例えば、図１に示すＶ－Ｉセンサ１８２を用いて図５に示すＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}及びＶ_ｂｉａｓの測定値を取得することができる。

【0094】

ソース及びバイアス電圧を図５に示すパルステンプレートの例に示しているが、ソース及びバイアス電力信号の他のパラメータもプラズマ特性の制御に用いられてよいことが認識されよう。例えば、ソース及びバイアス電源から測定した電流（Ｉ）又は電力（Ｐ）、プラズマ処理チャンバから測定したＶｄｃレベル、及び／又はプラズマの光強度又は発光スペクトルもまた本明細書に記述する技術に従いパルスプラズマ処理の特徴付け及び制御に用いられてよい。

【0095】

パルスプラズマ処理の第１のフェーズ（Ｐ_１）の実行中、ソース電圧（Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}）パルスがプラズマ処理チャンバに供給されてプラズマが生成される。Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスは、電力レシピに指定されているように所望の振幅及び所望のパルス幅を有している。例えば、電力レシピは、最小電圧ピーク（Ｐｅａｋ Ｍｉｎ）と最大電圧ピーク（Ｐｅａｋ Ｍａｘ）の実行中に所望の振幅を有し、最小オン時間（ｔ_{ｍｉｎ－ｏｎ}）と最大オン時間（ｔ_{ｍａｘ－ｏｎ}）の実行中に所望のパルス幅を有するようにＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスを指定することができる。Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスの振幅とパルス幅は共に、生成されるプラズマのプラズマ密度を制御するように選択及び／又は調整されてよい。

【0096】

例えば、Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスの曲線下面積は、時間経過にプラズマ密度の伴う変化を表す測定計算値であり得る。Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスの持続中に最小値が満たされなかったならば、電源コントローラはパルスのオン時間をｔ_{ｄｅｌａｙ－ｍａｘ}まで延長してｔ_{ｍｉｎ－ｏｎ}指定を維持するように電力又は他の制御パラメータを調整することができる。これらの更新は、多数のパルスにわたり平均化することができ、次いで、パルス持続時間を連続的に延長することなく、所望のパルスプロファイルを維持するようにソース電圧の制御パラメータを更新することができる。本明細書では一実施形態におけるプラズマ密度の制御に関して記述しているが、プラズマ処理の他の特性も本明細書に記述する技術を利用して同様に制御できることが認識されよう。他の特性として、例えば、プラズマの電子温度、イオン束及び／又はイオンエネルギーが含まれるがこれらに限定されない。

【0097】

パルスプラズマ処理の後続フェーズの実行中、生成されるプラズマのイオン束／エネルギーを制御するようにソース電圧がオフにされてバイアス電圧がプラズマ処理チャンバに供給される。図５に示すパルステンプレートの例において、パルスプラズマ処理の第２のフェーズ（Ｐ_２）の実行中に第１のバイアス電圧（Ｖ１_ｂｉａｓ）パルスがプラズマ処理チャンバに供給され、パルスプラズマ処理の第３のフェーズ（Ｐ_３）の実行中に第２のバイアス電圧（Ｖ２_ｂｉａｓ）パルスがプラズマ処理チャンバに供給される。Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスと同様に、バイアス電圧パルスは各々、電力レシピで指定されるように所望の振幅及び所望のパルス幅を有していてよい。例えば、電力レシピは、プロファイルの側壁のポリマー化を行うプラズマを実現するように、Ｖ１_ｂｉａｓパルスが最小電圧ピーク（Ｐｅａｋ１ Ｍｉｎ）と最大電圧ピーク（Ｐｅａｋ１ Ｍａｘ）の実行中に所望の振幅、及び最小オン時間（ｔ_{１ｍｉｎ－ｏｎ}）と最大オン時間（ｔ_{１ｍａｘ－ｏｎ}）の実行中に所望のパルス幅のパルスを有するように指定することができる。電力レシピは更に、特徴の底面をエッチングするプラズマ内のイオン束／エネルギーを制御するように、Ｖ２_ｂｉａｓパルスが最小電圧ピーク（Ｐｅａｋ２ Ｍｉｎ）と最大電圧ピーク（Ｐｅａｋ２ Ｍａｘ）の実行中に所望の振幅、及び最小オン時間（ｔ_{２ｍｉｎ－ｏｎ}）と最大オン時間（ｔ_{２ｍａｘ－ｏｎ}）の実行中に所望のパルス幅を有するように指定することができる。バイアス電圧曲線下面積は総イオン線量を反映している。パルスプラズマ処理の第４のフェーズ（Ｐ_４）の実行中、ソース及びバイアス電圧がパルスプラズマ処理の次のサイクルまでオフにされる。

【0098】

図６は、プラズマ処理チャンバに供給される電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整するように用いられてよい様々な制御方法を示すグラフである。特に、図６に示すグラフは、プラズマ処理チャンバ内で生成されるプラズマのプラズマ密度及び／又はイオン束／エネルギーを制御するようにプラズマ処理チャンバに供給される電力信号のタイミングパラメータの調整に用いられてよい様々なフィードフォワード制御方法及びフィードバック制御方法を提供する。図６に示すフィードフォワード及びフィードバック制御方法を用いて、プラズマ処理チャンバ内でのプラズマ処理の実行中にリアルタイムでプラズマ性能を制御することができる。図６に示す制御方法は一般に、例えば、図１の制御ユニット１７０又は図２～４の電源コントローラ２０８等のコントローラにより実行することができる。

【0099】

図６に示すグラフは、パルスプラズマ処理の１サイクル中のソース電圧（Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}）パルス及びバイアス電圧（Ｖ_ｂｉａｓ）パルスを示している。ＶｒはＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}及びＶ_ｂｉａｓパルスの立ち上がりエッジの閾値電圧、Ｖ_ｆはこれらのパルスの立ち下がりエッジの閾値電圧である。パルスパラメータＶ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４は、Ｖ_ｒに対するソース／バイアス電圧パルスの設定時間である。いくつかの実施形態において、図６に示すＶｓ_{ｏｕｒｃｅ}及びＶ_ｂｉａｓパルスは、プラズマ処理チャンバに結合された測定装置により監視することができる。複数の測定装置の例について図１～４を参照しながら上で議論した。ソース及びバイアス電圧を図６に示しているが、本明細書に記述する制御方法は追加的又は代替的に、プラズマ特性を制御するようにＲＦ電力信号の他のパラメータ（例えば、電流、電力、Ｖｄｃ、光強度等）を利用することができる。

【0100】

いくつかの実施形態において、パルスプラズマ処理中に所望のプラズマ密度を維持するために、パルスプラズマ処理の第１のフェーズ（Ｐ_１）の実行中にフィードフォワード制御方法を用いてプラズマ処理チャンバに供給されるソース電圧（Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}）のタイミングパラメータを調整することができる。図６に示すように、例えば、電力レシピにより、（実線で示す）Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスが、理想的には時点ｔ_１で測定された立ち上がりエッジ閾値電圧（Ｖ_ｒ）と時点ｔ_３で測定された立ち下がりエッジ閾値電圧（Ｖ_ｆ）の間で生起すべきであることを指定することができる。換言すれば、電力レシピは最初に、Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスがｔ_ｏｎ＝ｔ_３－ｔ_１に対応する指定パルスオン時間（又はパルス幅）を有していることを指定していてよい。しかし実際には、プラズマ処理チャンバに供給される（破線で示す）Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスは、時点ｔ_２まで立ち上がりエッジ閾値電圧（Ｖ_ｒ１）を満たさない場合がある。このとき、図６に示すフィードフォワード制御方法は指定されたプラズマ密度を維持するように時点ｔ_３を時点ｔ_４まで延長してより長いＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスオン時間（すなわち、より広いＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルス幅）を提供することができる。

【0101】

パルスプラズマ処理の第１のフェーズ（Ｐ_１）の実行中に用いられるフィードフォワード制御方法を用いて、パルスプラズマ処理の各サイクル中に、測定装置により生成されて当該サイクル中にコントローラにより受信される測定データに基づいてソース電圧のパルスオン時間（又はパルス幅）をリアルタイムで調整することができる。実施形態の一例において、測定装置はパルスプラズマ処理の各サイクル中にＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスの立ち上がりエッジ（例えば、Ｖ_ｒ又はＶ_ｒ１）を検出することができる。測定装置により検出された立ち上がりエッジに基づいて、コントローラは、所定のプラズマ密度を維持するために、Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスのパルスオン時間（又はパルス幅）を制御するようにパルスプラズマ処理の対応するサイクル中にＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスの立ち下がりエッジ（Ｖ_ｆ）を調整することができる。例えば、Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスの立ち上がりエッジ（例えば、Ｖ_ｒ１）が時点ｔ_２まで検出されなかったならば、コントローラは、Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスの立ち下がりエッジ（Ｖ_ｆ）を時点ｔ_４までシフトさせてＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルスオン時間を延長して所望のＶ_{ｓｏｕｒｃｅ}パルス幅を維持することができる。

【0102】

いくつかの実施形態において、パルスプラズマ処理中に所望のイオン束／エネルギーを維持するために、パルスプラズマ処理の第２のフェーズ（Ｐ_２）及び第３のフェーズ（Ｐ_３）の実行中に別のフィードフォワード制御方法を用いてプラズマ処理チャンバに供給されるバイアス電圧（Ｖ_ｂｉａｓ）のタイミングパラメータを調整することができる。図６に示すように、例えばプラズマ処理チャンバに供給されるＶ_ｂｉａｓパルスは、時点ｔ_２で第１の立ち上がりエッジ閾値電圧（Ｖ_ｒ１）に、時点ｔ_４で第２の立ち上がりエッジ閾値電圧（Ｖ_ｒ２）に、及び時点ｔ_６で立ち下がりエッジ閾値電圧（Ｖ_ｆ）に達する場合がある。このとき、図６に示すフィードフォワード制御方法は、時点ｔ_５を時点ｔ_６まで延長して、より長いＶ_ｂｉａｓオン時間（すなわち、より長いＶ_ｂｉａｓパルス幅）を提供することにより指定されたイオン束／エネルギーを維持することができる。

【0103】

パルスプラズマ処理の第２のフェーズ（Ｐ_２）及び第３のフェーズ（Ｐ_３）で用いられるフィードフォワード制御方法を用いて、パルスプラズマ処理の各サイクル中に、測定装置により生成されて当該サイクル中にコントローラにより受信される測定データに基づいてバイアス電圧のパルスオン時間（又はパルス幅）をリアルタイムで調整することができる。実施形態の一例において、測定装置は、パルスプラズマ処理の各サイクル中に、Ｖ_ｂｉａｓパルスの立ち上がりエッジ（例えば、Ｖ_ｒ１又はＶ_ｒ２）を検出することができる。測定装置により検出された立ち上がりエッジに基づいて、コントローラは、指定されたイオン束／エネルギーを維持するために、Ｖ_ｂｉａｓパルスのパルスオン時間（又はパルス幅）を制御するようにパルスプラズマ処理の対応するサイクル中にＶ_ｂｉａｓパルスの立ち下がりエッジ（Ｖ_ｆ）を調整することができる。例えば、Ｖ_ｂｉａｓパルスの立ち上がりエッジ（例えば、Ｖ_ｒ２）が時点ｔ_４まで検出されなかった場合、コントローラは、Ｖ_ｂｉａｓパルスの立ち下がりエッジ（Ｖ_ｆ）を時点ｔ_６にシフトさせてＶ_ｂｉａｓパルスのオン時間を延長して所望のＶ_ｂｉａｓパルス幅を維持することができる。

【0104】

いくつかの実施形態において、フィードバック制御方法は、Ｖ_ｂｉａｓパルスオフ時間を調整してバイアス／電源パルス相互作用を制御するように、パルスプラズマ処理の第４のフェーズ（Ｐ_４）の実行中に用いられてよい。図６に示すように、例えば、電力レシピは最初に、パルスプラズマ処理の次のサイクルが時点ｔ_１で開始されるまで、ソース及びバイアス電圧を時点ｔ_５から時点ｔ_７の間オフにするよう指定することができる。しかし、パルスプラズマ処理の現行サイクルでＶ_ｂｉａｓパルスのオン時間を調整する場合、図６に示すフィードバック制御方法は、現行サイクル中に行われた調整に基づいてパルスプラズマ処理の次のサイクルでＶ_ｂｉａｓパルスのオン時間及びオフ時間を自動的に調整することができる。例えば、Ｖ_ｂｉａｓパルスのオン時間がパルスプラズマ処理の現行サイクルで延長されたならば、フィードバック制御方法は、次のサイクルにおけるＶ_ｂｉａｓパルス幅（又はバイアス電力）を制御するようにパルスプラズマ処理の次のサイクルでＶ_ｂｉａｓパルスのパルスオン時間を自動的に延長してパルスオフ時間を短縮することができる。

【0105】

図７に、本明細書に記述する技術に従いプラズマ性能を制御する例示的な方法を示す。図７に示す実施形態は例示的に過ぎず、追加的な方法が本明細書に記述する技術を利用してよいことが認識されよう。更に、記述するステップは排他性を意図していないため、図７に示す方法に更なるステップが追加されてよい。更に、ステップの順序は、異なる順序が生じ得るため、及び／又は様々なステップが組み合わされて又は同時に実行されてよいため図示する順序に限定されない。

【0106】

図７は、基板を処理するためのシステムのプラズマ処理性能を制御する方法７００の一実施形態を示すフロー図であり、システムは１つ以上の電源を含む。図７に示す方法７００は一般にプラズマ処理システムで実行されてよい。このような実施形態に限定されないが、図１は、方法７００を利用してよいプラズマ処理システム１００の一実施形態を示す。図７に示す方法７００の様々なステップは、プラズマ処理システムに結合された、又はプラズマ処理システム内に含まれるコントローラにより実行されてよい。いくつかの実施形態において、例えば、図１に示す制御ユニット１７０及び／又は図２～４に示す電源コントローラ２０８を用いてこれらのステップを実行してよい。

【0107】

一般に、方法７００は、パルスプラズマ処理により基板を処理するためにプラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するように１つ以上の電源からプラズマ処理チャンバに第１の電力信号を供給すること（ステップ７１０）を含んでいてよい。第１の電力信号は一般に、第１の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第１の組を含んでいてよい。方法７００は更に、１つ以上の電源からプラズマ処理チャンバに第２の電力信号を供給すること（ステップ７２０）を含んでいてよい。第２の電力信号は一般に、第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を指定するタイミングパラメータの第２の組を含んでいてよい。第１の電力信号及び第２の電力信号は単一の電源から取得されても、又は複数の電源から取得されてもよい。

【0108】

方法７００は更に、第１の電力信号、第２の電力信号、プラズマ及び／又はチャンバ圧力に対応する測定データを生成すること（ステップ７３０）を含んでいてよい。測定データはパルスプラズマ処理の実行中にリアルタイムで生成されてよい。方法７００は更に、測定データに応答して、プラズマ処理中のプラズマの１つ以上の特性を制御するように第１の電力信号のパルス幅及び／又は第２の電力信号のパルス幅を修正するように第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ、第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータ及び／又はチャンバ圧力を調整すること（ステップ７４０）を含んでいてよい。厳密には上記に限定されないが、プラズマの１つ以上の特性は、プラズマのプラズマ密度、イオン束及び／又はイオンエネルギーを含んでいてよい。

【0109】

いくつかの実施形態において、第１の電力信号はソース電力信号であってよい。そのような複数の実施形態において、方法７００は、プラズマのプラズマ密度を制御するように第１の電力信号のパルスオン時間を調整することにより第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整すること（ステップ７４０）ができる。より具体的には、方法７００は、パルスプラズマ処理の各サイクル中に、当該サイクル中に生成された測定データに基づいて第１の電力信号のパルスオン時間をリアルタイムで調整することにより第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整すること（ステップ７４０）ができる。例えば、方法７００は、パルスプラズマ処理の各サイクル中に第１の電力信号の立ち上がりエッジを検出することにより測定データを生成すること（ステップ７３０）ができ、指定されたプラズマ密度を維持するために、第１の電力信号のパルスオン時間を制御するようにパルスプラズマ処理の各サイクル中に第１の電力信号の立ち下がりエッジを調整することにより第１の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整すること（ステップ７４０）ができる。

【0110】

他の複数の実施形態において、第２の電力信号はバイアス電力信号であってよい。このような実施形態において、方法７００は、プラズマのイオン束及び／又はイオンエネルギーを制御するように第２の電力信号のパルスオン時間を調整することにより第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整すること（ステップ７４０）ができる。より具体的には、方法７００は、パルスプラズマ処理の各サイクル中に、当該サイクル中に生成された測定データに基づいて第２の電力信号のパルスオン時間をリアルタイムで調整することにより、第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整すること（ステップ７４０）ができる。例えば、方法７００は、第２の電力信号の立ち上がりエッジをパルスプラズマ処理の各サイクル中に検出することにより測定データを生成すること（ステップ７３０）ができ、指定されたイオン束及び／又はイオンエネルギーを維持するために、第２の電力信号のパルスオン時間を制御するように第２の電力信号の立ち下がりエッジをパルスプラズマ処理の各サイクル中に調整することにより第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整すること（ステップ７４０）ができる。

【0111】

いくつかの実施形態において、方法７００は、第２の電力信号のパルスオン時間がパルスプラズマ処理の現行サイクル中に調整されたならば、パルスプラズマ処理の次のサイクルにおける第２の電力信号の１つ以上のタイミングパラメータを調整すること（ステップ７４０）ができる。例えば、方法７００は、現行サイクル中に行われた調整に基づいて、パルスプラズマ処理の次のサイクルにおける第２の電力信号のパルスオン時間及びパルスオフ時間を調整することができる。

【0112】

本明細書全体を通じて「１つの実施形態」又は「一実施形態」との表記は、当該実施形態との関連で記述される特定の特徴、構造、材料、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するが、これらが全ての実施形態に存在すること意味するものではないことに注意されたい。従って、本明細書を通じて様々な箇所で「１つの実施形態において」又は「一実施形態において」との表記の出現は必ずしも本発明の同一実施形態を指す訳ではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は１つ以上の実施形態において任意の適当な仕方で組み合わされていてもよい。他の複数の実施形態において、様々な追加的な層及び／又は構造が含まれていても、及び／又は記述する特徴が省略されていてもよい。

【0113】

本明細書で用いる用語「基板」は上部に材料が形成される基板又は構造を意味すると共にこれらを含む。基板は、単一材料、異なる材料の複数の層、異なる材料又は異なる構造の領域を内部に有する１つ以上の層を含んでいてよいことが理解されよう。これらの材料は、半導体、絶縁体、導体、又はこれらの組み合わせを含んでいてよい。例えば、基板は、半導体基板、支持構造上のベース半導体層、金属電極、又はこれらの上に形成された１つ以上の層、構造又は領域を有する半導体基板であってよい。基板は、従来のシリコン基板であっても、又は半導電材料の層を含む他のバルク基板であってもよい。本明細書で用いる用語「バルク基板」はシリコンウェハだけでなく、シリコンオンサファイア（「ＳＯＳ」）基板及びシリコンオンガラス（「ＳＯＧ」）基板等のシリコンオンインシュレータ（「ＳＯＩ」）基板、ベース半導体基盤上のシリコンのエピタキシャル層、及びシリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、並びにリン化インジウム等の他の半導体又は光電子材料をも意味すると共にこれらを含む。基板はドープされていてもドープされていなくてもよい。

【0114】

基板を処理するためのシステムのプラズマ処理性能を制御するシステム及び方法を様々な実施形態で説明している。基板は、素子、特に半導体又は他の電子素子の任意の材料部分又は構造を含んでいてよく、例えば半導体基板等のベース基板構造、又は薄膜等のベース基板構造の上又はこれに被さる層であってよい。従って、用語「基板」は、いかなる特定のベース構造、下層又は上層、パターニングされた又はパターニングされていない層にも限定されることを意図しておらず、むしろ、そのような任意の層又はベース構造、及び層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むものとする。いくつかのケースにおいて、用語「基板」用語は、素子ウェハや担体ウェハ等のパターニングされた又はパターニングされていないウェハの記述に用いられてよい。

【0115】

関連技術の当業者には様々な実施形態が、１つ以上の特定の詳細事項無しに、又は他の代替的及び／又は追加的な方法、材料、或いは要素を用いて実施できることが認識されよう。他の例において、本発明の様々な実施形態の態様が分かり難くなるのを避けるため、公知の構造、材料、又は動作を詳細に図示又は記述していない。同様に、説明目的で、本発明を完全に理解いただけるよう、特定の番号、材料、及び構成を開示している。にもかかわらず、本発明は特定の詳細事項無しに実施されてよい。更に、図に示す様々な実施形態は例示的表現であり、必ずしも定縮尺では描画されていないことを理解されたい。

【0116】

上述のシステム及び方法の更なる変形及び代替的実施形態は本明細書から当業者には明らかであろう。従って、上述のシステム及び方法はこれらの構成例に限定されないことが認識されよう。本明細書に図示及び記述したシステム及び方法の形式は実施形態の例として解釈すべきであることを理解されたい。実装に際して様々な変更が加えられてよい。このため、本発明について本明細書で特定の実施形態を参照しながら記述しているが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な修正及び変更を行うことができる。従って、本明細書及び図面は限定的な意味ではなく例示的であると見なすべきであり、このような修正は本発明の範囲内に含まれるものとする。更に、特定の実施形態に関して本明細書に記述する利益、利点、又は問題に対する解決策は、請求項の必須の、必要な、又は本質的な特徴又は要素として解釈することを意図していない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】