▶ 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 リミテッドの特許一覧
(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】2024-08-16
(54)【発明の名称】双方向スイッチ付き構成可能バイアス電源
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240808BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240808BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240808BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240808BHJP
C23C 16/50 20060101ALI20240808BHJP
C23C 16/52 20060101ALI20240808BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/205
H01L21/31 C
H01L21/302 101G
C23C16/50
C23C16/52
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024508922
(86)(22)【出願日】2022-08-11
(85)【翻訳文提出日】2024-04-03
(86)【国際出願番号】 US2022040046
(87)【国際公開番号】W WO2023018862
(87)【国際公開日】2023-02-16
(31)【優先権主張番号】17/401,422
(32)【優先日】2021-08-13
(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】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(72)【発明者】
【氏名】ヒエン ミン グエン
【テーマコード（参考）】
2G084
4K030
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084AA05
2G084BB05
2G084CC12
2G084CC13
2G084CC14
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2G084HH06
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2G084HH53
4K030CA04
4K030CA12
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4K030KA20
4K030KA41
5F004AA16
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5F045EM05
(57)【要約】
バイアス電源、プラズマ処理システム、および関連する方法が開示される。１つのバイアス電源は、電流の双方向制御を可能にするように構成されている双方向スイッチを備えている。コントローラは、全電流サイクルにわたり双方向スイッチを通しての電流の方向を制御するように構成されており、全電流サイクルは、前半電流サイクルと後半電流サイクルを備え、前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、この正の電流の流れはゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少してゼロに戻る。後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、この負の電流の流れはゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少してゼロ電流に戻り、出力ノードとリターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こす。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
周期的電圧を印加するバイアス電源であって、出力ノードと、
リターンノードと、
双方向スイッチであって、前記双方向スイッチの第１ノードと、前記双方向スイッチの第２ノードとの間の電流の双方向制御を可能にするように構成されている前記双方向スイッチと、
前記出力ノード、前記リターンノード、および前記双方向スイッチの前記第１と前記第２ノードに結合されている電力部と、
全電流サイクルにわたり前記双方向スイッチを通しての電流の方向を制御するように構成されているコントローラであって、前記全電流サイクルは、前半電流サイクルと後半電流サイクルを備え、前記前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、前記正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻り、前記後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、前記負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻り、前記出力ノードと前記リターンノードとの間の前記周期的電圧の印加を引き起こす前記コントローラを備えていることを特徴とするバイアス電源。
【請求項2】
前記電力部は、前記双方向スイッチの前記第１ノードと前記出力ノードとの間に結合されている第１インダクタと、
前記出力ノードに結合されている第２インダクタの第１ノードと、
前記第２インダクタの第２ノードと前記リターンノードに結合されている電圧源を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバイアス電源。
【請求項3】
前記コントローラは、平均電力の制御を可能にするために、ｔ１とｔ２との間のデッドタイムの制御を可能にするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイアス電源。
【請求項4】
前記双方向スイッチは、第１ダイオードに結合されている第１スイッチと、
第２ダイオードに結合されている第２スイッチを備え、
前記コントローラは、
前記第１スイッチと前記第１ダイオードを通しての前記正の電流の流れが、前記前半電流サイクルを完了することを可能にするために、前記時刻ｔ０において前記第１スイッチを閉じ、
前記第２スイッチと前記第２ダイオードを通しての前記負の電流の流れが、前記後半電流サイクルを完了することを可能にするために、前記第１スイッチを開き、そして前記第２スイッチを閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイアス電源。
【請求項5】
前記コントローラは、平均電力の制御を可能にするために、ｔ１とｔ２との間のデッドタイムの制御を可能にするように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のバイアス電源。
【請求項6】
前記第２インダクタの前記第２ノードは、前記リターンノードに結合されていることを特徴とする請求項２に記載のバイアス電源。
【請求項7】
前記電圧源は、前記バイアス電源における唯一の電圧源であることを特徴とする請求項２に記載のバイアス電源。
【請求項8】
第２電圧源を備え、前記電圧源は、前記第２電圧源を介して前記双方向スイッチの前記第２ノードに結合されていることを特徴とする請求項２に記載のバイアス電源。
【請求項9】
前記第１インダクタの少なくとも一部は、前記双方向スイッチの内部に位置していることを特徴とする請求項２に記載のバイアス電源。
【請求項10】
前記電力部は、変圧器であって、前記変圧器の一次巻線の第１ノードは前記双方向スイッチの第１ノードに結合され、前記変圧器の二次巻線の第１ノードは前記出力ノードに結合され、前記変圧器の前記二次巻線の前記第２ノードは前記リターンノードに結合されている前記変圧器と、
前記双方向スイッチの第２ノードと前記変圧器の前記一次巻線の第２ノードとの間に結合されている電圧源を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバイアス電源。
【請求項11】
オフセット電圧源を備え、前記変圧器の前記二次巻線の第２ノードは、前記オフセット電圧源を介して前記リターンノードに結合されていることを特徴とする請求項１０に記載のバイアス電源。
【請求項12】
プラズマ処理システムであって、プラズマ室と、
バイアス電源を備え、
前記プラズマ室は、
プラズマを含んでいる容積と
入力ノードと、
リターンノードを含み、
前記バイアス電源は、
双方向スイッチの第１ノードと、前記双方向スイッチの第２ノードとの間の電流の双方向制御を可能にする前記双方向スイッチと、
前半電流サイクルと後半電流サイクルを備える全電流サイクルにわたり、前記双方向スイッチを通しての電流を提供および制御する手段と含み、前記前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、前記正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻り、前記後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、前記負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻り、前記入力ノードと前記リターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こすことを特徴とするプラズマ処理システム。
【請求項13】
平均電力を調整するために、ｔ１とｔ２との間の時間を調整する手段を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
イオンエネルギーを調整するための調整可能電圧源を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項15】
前記全電流サイクル間の時間、半電流サイクル間の時間、または、イオンエネルギーの広がりを調整するための前記周期的電圧の基本周期の少なくとも１つを調整する手段を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項16】
バイアス電源の双方向スイッチを制御するためのプロセッサ読み取り可能命令で符号化されている非一時的実体プロセッサ読み取り可能格納媒体であって、前記命令は、前記双方向スイッチを通して電流を提供し、
前記バイアス電源の出力ノードとリターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こすために、全電流サイクルにわたり、前記双方向スイッチを通して前記電流を制御するための命令を備えており、前記全電流サイクルは前半電流サイクルと後半電流サイクルを備え、前記前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、前記正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻り、前記後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、前記負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻ることを特徴とする非一時的実体プロセッサ読み取り可能格納媒体。
【請求項17】
イオンエネルギーを調整するために、前記バイアス電源の調整可能電圧源を制御するための命令を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の非一時的実体プロセッサ読み取り可能格納媒体。
【請求項18】
前記全電流サイクル間の時間、半電流サイクル間の時間、または、イオンエネルギーの広がりを調整するための前記周期的電圧の基本周期の少なくとも１つを調整するための命令を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の非一時的実体プロセッサ読み取り可能格納媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は全体的に電源に関し、より具体的には、プラズマ処理のための電圧を印加するための電源に関する。
【背景技術】
【0002】
多くの種類の半導体装置が、プラズマに基づくエッチング技術を使用して製造されている。エッチング対象が導体の場合、基板導体の表面全体にわたり実質的に一様な負電圧を作成するように、接地に対して負の電圧を導体基板に印加することができ、それにより正に帯電したイオンを導体に向けて引き付け、結果として、導体に衝突する正イオンは実質的に同じエネルギーを有する。
【0003】
しかし基板が誘電体の場合、不変電圧は、基板の表面全体にわたり電圧を印加するためには無効である。しかし、交流（ＡＣ）場が基板の表面に電圧を誘導するように、ＡＣ電圧（例えば、高周波数ＡＣまたは無線周波数（ＲＦ））を導体プレート（またはチャック）に印加できる。ＡＣサイクルの正のピークの間、基板は、陽イオンの質量に対して軽い電子を引き付け、そのため、サイクルの正のピークの間に基板の表面に多くの電子が引き付けられる。結果として、基板の表面は負に帯電し、それによりイオンは、ＡＣサイクルの残りの間に負に帯電した表面に向けて引き付ける。そしてイオンが基板の表面に衝突すると、その衝撃で基板の表面から材料が取り除かれ、エッチングが実現される。
【0004】
多くの場合、狭い（または、具体的には調整可能な）イオンエネルギー分布を有することは望ましいことであるが、正弦波形を基板に印加することによりイオンエネルギーの広い分布が誘導され、それは、プラズマプロセスの所望のエッチングプロファイルを実行する能力を制限してしまう。狭いイオンエネルギー分布を達成するための既知の技術は高価であり、非効率であり、制御が難しく、および／または、プラズマ密度に悪影響を与える可能性がある。結果として、これらの既知の技術の多くは商業的には採用されていない。従って、現在の技術の欠点に対処し、他の新しい、革新的な特徴を提供するためにシステムおよび方法が必要である。
【発明の概要】
【0005】
ある態様は周期的電圧を印加するバイアス電源として特徴付けることができ、バイアス電源は、出力ノード、リターンノード、および、双方向スイッチの第１ノードと、双方向スイッチの第２ノードとの間の電流の双方向制御を可能にするように構成されている双方向スイッチを備えている。電力部は、出力ノード、リターンノード、および双方向スイッチの第１と第２ノードに結合され、コントローラは、全電流サイクルにわたり双方向スイッチを通しての電流の方向を制御するように構成されている。全電流サイクルは、前半電流サイクルと後半電流サイクルを備え、前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、この正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻る。後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、この負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻り、出力ノードとリターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こす。
【0006】
更に他の態様はプラズマ処理システムとして特徴付けることができ、プラズマ処理システムは、プラズマを含む容積、入力ノード、およびリターンノードを含むプラズマ室を備えている。プラズマ処理システムはまた、双方向スイッチの第１ノードと双方向スイッチの第２ノードとの間の電流の双方向制御を可能にするように構成されている双方向スイッチを備えている。加えて、プラズマ処理システムは、全電流サイクルにわたり双方向スイッチを通しての電流を提供および制御するために手段を備えている。全電流サイクルは、前半電流サイクルと後半電流サイクルを備えている。前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、この正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻り、後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、この負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻り、出力ノードとリターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こす。
【0007】
ここにおいて開示される他の態様は、非一時的実体プロセッサ読み取り可能格納媒体であり、バイアス電源の双方向スイッチを制御するためのプロセッサ読み取り可能命令で符号化されている。命令は、双方向スイッチを通して電流を提供し、全電流サイクルにわたり双方向スイッチを通しての電流を制御して、バイアス電源の出力ノードとリターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こす命令を備えている。全電流サイクルは、前半電流サイクルと後半電流サイクルを備えている。前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、この正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻る。後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、この負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻る。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
「例としての」という用語はここにおいては、「例として、実例として、または例示としての目的を果たしている」ということを意味するために使用されている。ここにおいて「例として」記述されている如何なる実施形態も、他の実施形態よりも必ずしも好適または有利であるとは解釈されるべきではない。
【0028】
予備的注記。下記の図におけるフローチャートおよびブロック図は、種々の実施形態に係わるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実現形態のアーキテクチャ、機能、および動作を例示している。この点に関して、これらのフローチャートまたはブロック図における幾つかのブロックは、特定の論理機能を実現するための１つ以上の実行可能命令を備えているモジュール、セグメント、またはコードの部分を表すことができる。幾つかの代替の実現形態においては、ブロックにおいて記述されている機能は、図において記述されている順序以外で起こり得るということにも留意すべきである。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際は、実質的に同時に実行でき、または、ブロックは、関与する機能によっては、逆の順序で実行できることもある。ブロック図および／またはフローチャートの例示の各ブロック、およびブロック図および／またはフローチャートの例示におけるブロックの組み合せは、特定の機能または動作を実行する特殊目的ハードウェアに基づくシステム、または、特殊目的ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合せにより実現可能であるということにも気付くであろう。
【0029】
この開示の目的のために、ソースジェネレータは、そのエネルギーが主にプラズマを生成および維持するために向けられるものであり、一方、「バイアス電源」は、そのエネルギーが主に、プラズマからイオンおよび電子を引き付けるための表面電位を生成するために向けられている。
【0030】
ここにおいて記述されているのは、周期的電圧関数を、プラズマ処理室における基板支持体に印加するために使用できる新しいバイアス電源の幾つかの実施形態である。
【0031】
まず図１を参照すると、バイアス電源を利用できる、例としてのプラズマ処理システム（例えば、堆積またはエッチングシステム）が示されている。プラズマ処理環境は、プラズマ処理室１０１に直接または間接的に結合されている多数の機器を含むことができ、機器内においては、プラズマ１０２を含んでいる容積、加工品１０３（例えば、ウェーファー）、および電極１０４（これは、基板支持体に埋め込むことができる）が含まれている。機器は、真空取扱いおよび気体送出機器（図示されていない）、１つ以上のバイアス電源１０８、１つ以上のソースジェネレータ１１２、および１つ以上のソースマッチングネットワーク１１３を含むことができる。多くの適用においては、単一のソースジェネレータ１１２からの電力は、１つまたは複数のソース電極１０５に接続される。ソースジェネレータ１１２は、より高い周波数ＲＦジェネレータであってよい（例えば、１３．５６ＭＨｚ～１２０ＭＨｚ）。電極１０５は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ソース、他のＲＦ周波数でバイアスされた二次上部電極を有するデュアル容量結像プラズマソース（ＣＣＰ）、ヘリコンプラズマソース、マイクロ波プラズマソース、マグネトロン、または、プラズマエネルギーの何らかの他の独立に操作されるソースで実現されるもの全体を表している。
【0032】
図１において示されているシステムの変形例においては、ソースジェネレータ１１２およびソースマッチングネットワーク１１３は、リモートプラズマソースと置換でき、またはそれにより増強できる。そして、システムの他の変形例は、単一のバイアス電源１０８のみを含むことができる。
【0033】
下記の開示は、全体的にはプラズマに基づくウェーファー処理に言及しているが、実現形態は、プラズマ室内の任意の基板処理を含むことができる。幾つかの例においては、基板以外の対象物を、ここにおいて開示されているシステム、方法、および装置を使用して処理できる。言い換えると、本開示は、物理的または化学的手段により、表面の変化、表面下の変化、堆積、または除去に影響を及ぼすために、大気圧以下のプラズマ処理室内の任意の対象物のプラズマ処理に適用される。
【0034】
図２を参照すると、図１を参照して記述されたバイアス電源１０８を実現するために利用できる、例としてのバイアス電源２０８が示されている。バイアス電源２０８は全体的に、周期的電圧関数を印加するための、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，および６Ｄを参照してここにおいて更に記述されるバイアス電源の多数の変形例を表している。そのため、バイアス電源２０８に対する言及は一般的には、図２において示されているバイアス電源２０８、およびここにおいて更に記述されるバイアス電源４０８Ａ～４０８Ｈおよび６０８Ａ～６０８Ｄを指している。示されているように、バイアス電源２０８は、出力２１０（出力ノード２１０とも称される）、リターンノード２１２、双方向スイッチ２２０、および電力部２３０を含んでいる。一般的にバイアス電源２０８は、出力ノードとリターンノード２１２との間の周期電圧関数を印加するために機能する。出力ノード２１０を通して負荷に送出された電流は、負荷に対して共通であってよいリターンノード２１２を通してバイアス電源２０８に戻される。
【0035】
一般的に双方向スイッチは、双方向スイッチの第１ノードと、双方向スイッチの第２ノードとの間の電流の双方向制御を可能にする。多くの実現形態においては、双方向スイッチ２２０は２端子能動スイッチであり、双方向電流の流れを、それがオン状態のときにサポートでき、それがオフ状態になると、双方向電圧ブロッキングをサポートできる。言い換えると、双方向スイッチ２２０は、正または負のＯＮ状態電流を伝導でき、正または負のＯＦＦ状態電圧をブロックできる４象限スイッチである。双方向スイッチ２２０の例は、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを参照してここにおいて更に提供される。
【0036】
ここにおいて更に記述されるように、電力部２３０は、１つ以上の電圧源および誘導要素の組合せを含むことができ、双方向スイッチ２２０は、電力部２３０と相互動作するように構成されているスイッチを含むことができる。明確性および簡潔性のために図２においては示されていないが、バイアス電源２０８は、双方向スイッチ２２０および／または電力部２３０に結合されているコントローラに結合でき、および／または、そのコントローラを含むことができる。ここにおいて開示されている多くの実現形態においては、コントローラは、前半電流サイクルと後半電流サイクルを備えている全電流サイクルにわたり、双方向スイッチを通しての電流の方向を制御するように構成されている。前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、この正の電流の流れは、ゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少してゼロに戻る。後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、この負の電流の流れは、ゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少してゼロ電流に戻り、出力ノードとリターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こす。
【0037】
図３を簡単に参照すると、プラズマ処理室１０１内のプラズマ負荷の態様を電気的に示している模式図が示されている。示されているように、プラズマ処理室１０１は、プラズマ処理室１０１への入力ノード３１０（入力ノード３１０とも称される）と、加工品１０３（基板１０３とも称される）の表面におけるシース電圧Ｖｓを表しているノードとの間に位置しているチャック容量Ｃｃｈ（チャックおよび加工品１０３の容量を含んでいる）により表すことができる。加えて、リターンノード３１２（接地への接続であってよい）が示されている。処理室におけるプラズマ１０２は、シース容量Ｃｓ、ダイオード、および電流源の並列組み合わせにより表されている。ダイオードは、非線形な、直流（ＤＣ）電圧降下が加工品１０３とプラズマ１０２との間に現れるような、印加されたＡＣ場の整流という結果になるプラズマシースのダイオードに類似の性質を表している。
【0038】
図４Ａ、４Ｂ，４Ｃ、および４Ｄを参照すると、バイアス電源２０８を実現するためにそれぞれを利用できるバイアス電源４０８Ａ、４０８Ｂ、４０８Ｃ、および４０８Ｄが示されており、そのため、バイアス電源４０８Ａ～４０８Ｄは、図１において示されているバイアス電源１０８として利用できる。示されているように、バイアス電源４０８Ａ～４０８Ｄのそれぞれは、双方向スイッチ２２０および、多様なトポロジーで配置されている１つ以上の電圧源とインダクタを備えている。
【0039】
図４Ａ～４Ｄを参照している間に、ここにおいて開示されている実施形態と関連して実践できる方法を示しているフローチャートである図５を同時に参照する。加えて、バイアス電源２０８の動作と関連付けられている電圧と電流と示しているグラフの集合をそれぞれが含んでいる図９Ａ～９Ｄも参照する。示されているように、双方向スイッチ２２０の第１ノード４２２は、第１インダクタＬ１を介してバイアス電源２０８の出力２１０に結合されており（ブロック５０２）、第２インダクタＬｂの第１ノード４２４は、第１インダクタＬ１の第１ノード４２６、または第１インダクタＬ１の第２ノード４２８に結合されている（ブロック５０４）。図４Ａ、４Ｃ、および４Ｄのバイアス電源４０８Ａ、４０８Ｃ、および４０８Ｄにおいてはそれぞれ、第２インダクタＬｂの第１ノード４２４は、第１インダクタＬ１の第２ノード４２８に結合されている。そして、図４Ｂのバイアス電源４０８Ｂにおいては、第２インダクタＬｂの第１ノード４２４は、第１インダクタＬ１の第１ノード４２６に結合されている。図４Ｃおよび４Ｄに示されている実現形態の他の変形例においては、第２インダクタＬｂの第１ノード４２４は、第１インダクタＬ１の第１ノード４２６に結合できるということを認識すべきである。
【0040】
加えて、電圧源Ｖｂは、第２インダクタＬｂの第２ノード４３２と、双方向スイッチ２２０の第２ノード４３０との間に接続されている（ブロック５０６）。そして、電圧源Ｖｂの負端子４３４または電圧源Ｖｂの正端子４３６の何れかはリターンノード２１２に結合されている（ブロック５０８）。図４Ａ、４Ｂ、および４Ｄにおいては、電圧源Ｖｂの正端子４３６はリターンノード２１２に結合され、図４Ｃにおいては、電圧源Ｖｂの負端子４３４はリターンノード２１２に結合されている。電圧源Ｖｂは、この技術における技量を有する者には知られている調整可能電圧源であり、ここにおいて更に検討されるように、イオンエネルギーを制御するために調整できる。
【0041】
例としてのバイアス電源４０８Ｄにおいては、プラズマ処理室１０１内の静電チャックにより印加されるチャッキング力を調整するために使用できる、ＤＣ補償電圧を付加する追加的オフセット電圧源Ｖｂ２がある。動作の幾つかのモードにおいては、Ｖｂ１とＶｂ２により印加される電圧の合計は、Ｖｂ１により印加された電圧が、Ｖｂ２により印加された電圧が増大するときに減少するように、一定の値に設定される。
【0042】
図５および図９Ａ～９Ｄにおいて示されているように、双方向スイッチ２２０を通しての電流ｉｓｗｉｔｃｈの方向は制御され、出力ノード２１０とリターンノード２１２との間の周期的電圧の印加を引き起こすために、電圧源Ｖｂにより電圧が、インダクタＬｂを介して出力ノード２１０に印加される（ブロック５１０）。より具体的には、双方向スイッチ２２０を通しての電流ｉｓｗｉｔｃｈは、前半電流サイクルと、後半電流サイクルを備えている全電流サイクルにわたり制御される。前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、この正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻り、後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、この負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻る。図９Ａ～９Ｄにおいて示されているように、時刻ｔ３の後、ｉｓｗｉｔｃｈは実質的にゼロであり、電源電圧Ｖｂ（インダクタＬｂを介して出力ノード２１０に印加される）は出力を放電し、出力ノード２１０においてｔ３とｔ４との間に周期的電圧Ｖｏの線形傾斜部を作成し、それは加工品１０３のバイアスに影響を与える。図９Ａ～９Ｄにおいてｔ３とｔ４との間の実質的に一定のシース電圧Ｖｓにより示されているように、線形傾斜部は、加工品１０３の負のバイアスを維持できる。ｔ４において、周期的電圧Ｖｏのサイクルは、双方向スイッチが、双方向スイッチ２２０を通しての電流ｉｓｗｉｔｃｈが再び流れるのを可能にするように制御されると反復を再び開始する。
【0043】
加えて、電圧源Ｖｂの電圧および／または双方向スイッチ２２０の導通のタイミングは、プラズマ負荷の電極１０４の所望される波形を達成するために制御でき、従って、加工品１０３の表面におけるシース電圧Ｖｓを達成するために制御できる（ブロック５１２）。例えば、図９Ａ～１１Ｂを参照してここにおいて更に検討されるように、双方向スイッチ２２０の導通のタイミングは、デッドタイムｔｒａｍｐおよび／またはｔ０とｔ４との間の出力周期を調整するために制御できる。
【0044】
次に図６Ａを参照すると、バイアス電源２０８を実現するために使用できる、他の例としてのバイアス電源６０８Ａが示されている。示されているように、変圧器６４４が、バイアス電源の出力ノード２１０に電力を印加するために使用される。変圧器６４４は、一次巻線（ＬｌｐとＬｐにより表されている）と二次巻線（ＬｌｓとＬｓにより表されている）を含んでいる。変圧器６４４の一次巻線の第１ノード６８０は、双方向スイッチ２２０の第１ノード４２２に結合されている。変圧器６４４の二次巻線の第１ノード６８２は、出力ノード２１０に結合されている。そして、変圧器６４４の二次巻線の第２ノード６８４は変圧器６４４の二次側のリターンノード６１２に結合されている。電圧源Ｖｂは、双方向スイッチ２２０の第２ノード４３０と変圧器６４４の一次巻線の第２ノード６８６との間に結合されている。
【0045】
図６Ｂを参照すると、周期的電圧関数を印加する他の例としてのバイアス電源６０８Ｂが示されている。示されているように、バイアス電源６０８Ｂは、電圧源Ｖｂの負端子４３４がリターンノード２１２に接続され、電圧源Ｖｂの正端子４３６が双方向スイッチ２２０の第２ノード４３０に接続されていることを除き、バイアス電源６０８Ａと同じである。
【0046】
図６Ｃおよび６Ｄに示されているバイアス電源６０８Ｃおよび６０８Ｄはそれぞれ、オフセット電圧源Ｖｏｆｆｓｅｔが、変圧器６４４の二次巻線の第２ノード６８４とリターンノード２１２との間に結合されていることを除き、図６Ａおよび６Ｂに示されているバイアス電源６０８Ａおよび６０８Ｂと同じである。より具体的には、オフセット電圧源Ｖｏｆｆｓｅｔの正端子はリターンノード２１２に結合され、負端子オフセット電圧源Ｖｏｆｆｓｅｔは、変圧器６４４の第２ノード６８４に結合されている。
【0047】
図７は、バイアス電源６０８Ａ、６０８Ｂ、６０８Ｃ、および６０８Ｄと関連して実践できる方法を示している他のフローチャートである。図７を参照しながら、図６Ａ～６Ｃおよび図９Ａ～９Ｄを同時に参照する。示されているように、方法は、変圧器６４４の一次巻線の第１ノード６８０を、双方向スイッチ２２０の第１ノード４２２に結合することと、変圧器６４４の二次巻線の第１ノードを出力ノード２１０に結合することを含んでいる（ブロック７１１）。加えて、方法は、双方向スイッチの第２ノード４３０と、変圧器６４４の一次巻線の第２ノード６８６との間に電圧源Ｖｂを結合することを含んでいる（ブロック７２１）。
【0048】
動作においては、双方向スイッチ２２０を通しての電流の方向は、前半電流サイクルと後半電流サイクルを備えている全電流サイクルにわたり制御される。前半電流サイクルは正の電流の流れを備え、この正の電流の流れは、時刻ｔ０におけるゼロ電流から開始して、正のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ１においてゼロに戻り、後半電流サイクルは負の電流の流れを備え、この負の電流の流れは、時刻ｔ２におけるゼロ電流から開始して、負のピーク値まで増大し、そして減少して時刻ｔ３においてゼロ電流に戻り、出力ノードとリターンノードとの間の周期的電圧の印加を引き起こす（ブロック７３１）。加えて、電圧源Ｖｂの電圧、および／または、双方向スイッチ２２０の導通のタイミングは、プラズマ負荷の電極１０４の所望の波形を達成するために制御でき、そのため、加工品１０３の表面における電圧Ｖｓを達成するために制御できる（ブロック７４１）。
【0049】
次に図８Ａ～８Ｃを参照すると、上記の双方向スイッチ２２０を実現するために使用できる双方向スイッチ８２０Ａ、８２０Ｂ、および８２０Ｃの例が示されている。示されているように、双方向スイッチ８２０Ａ、８２０Ｂ、および８２０Ｃのそれぞれは、第１ドライバ８４２Ａおよび第２ドライバ８４２Ｂをそれぞれ介して、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２に結合されているコントローラ８４０を備えている。示されているように、第１ドライバ８４２Ａは、第１駆動信号線８４４Ａを介して第１スイッチＳ１に結合され、第２ドライバ８４２Ｂは、第２駆動信号線８４４Ｂを介して第２スイッチＳ２に結合されている。加えて、双方向スイッチ８２０Ａ、８２０Ｂ、および８２０Ｃのそれぞれは、第１スイッチＳ１が閉じられたときに導通するように配置且つ構成されている第１ダイオードＤ１、および、第２スイッチＳ２が閉じられたときに導通するように配置且つ構成されている第２ダイオードＤ２を備えている。
【0050】
多くの実現形態においては、第１スイッチＳ１および／または第２スイッチＳ２は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのような電界効果スイッチにより実現され、幾つかの実現形態においては、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２は、シリコンカーバイド金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ）、または窒化ガリウム金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＧａＮＭＯＳＦＥＴ）により実現される。他の例として、第１スイッチＳ１および／または第２スイッチＳ２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）により実現できる。これらの実現形態においては、第１ドライバ８４２Ａおよび第２ドライバ８４２Ｂは、この技術においては知られている電気ドライバであってよく、コントローラ８４０からの信号に応答して、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２に電力信号を印加するように構成されている。コントローラ８４０は、第１ドライバ８４２Ａおよび第２ドライバ８４２Ｂを省略できるように、十分なレベルの電力を印加することができるということも考えられる。第１駆動信号線８４４Ａおよび第２駆動信号線８４４Ｂは、光学スイッチ信号を伝達するための光回線であってよいということも考えられる。そして、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２は、光信号、および／または、電気駆動信号に変換された光信号に応答して切り替わることができる。
【0051】
コントローラ８４０は、双方向スイッチ８２０Ａ、８２０Ｂ、および８２０Ｃの一部として示されているが、そうする必要はなく、コントローラ８４０は、双方向スイッチ８２０Ａ、８２０Ｂ、および８２０Ｃの外部であってよく、および／または、コントローラ８４０は、その一部が双方向スイッチ８２０Ａ、８２０Ｂ、および８２０Ｃの一部として実現され、コントローラ８４０の１つ以上の他の部分は、バイアス電源２０８内、および／またはバイアス電源２０８の外部において実現されるように分散することができるということは認識されるべきである。
【0052】
図８Ａにおいて示されている変形例においては、第２ダイオードＤ２は第１スイッチＳ１と平行に配置され、第１ダイオードＤ１は第２スイッチＳ２と平行に配置されている。この配置においては、第１ダイオードＤ１のカソードは第２ダイオードＤ２のカソードに共通接続８５０において結合され、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２は、第１スイッチＳ１と第２ダイオードＤ２の両者がそれぞれ、共通接続８５０と、双方向スイッチ８２０Ａの第１ノード４２２との間に位置し、第２スイッチＳ２と第１ダイオードＤ１がそれぞれ、共通接続８５０と、双方向スイッチ８２０Ａの第２ノード４３０との間に位置するように共通接続８５０において結合されている。図８ＡにおけるＳ１とＤ２の組み合せは、Ｄ１とＤ２がそれぞれのアノードで接続されるようにＳ２とＤ１の組み合わせと交換できるということは認識されるべきである。図８Ａの実現形態においては、第１ダイオードＤ１は第２スイッチＳ２のボディダイオードであってよく、第２ダイオードＤ２は第１スイッチＳ１のボディダイオードであってよい。
【0053】
図８Ｂにおいて示されている変形例においては、第１スイッチＳ１と第１ダイオードＤ１の直列組み合わせは、双方向スイッチ８２０Ｂの第１ノード４２２と双方向スイッチ８２０Ｂの第２ノードとの間において配置されている。加えて、第２スイッチＳ２と第２ダイオードＤ２の直列組み合わせは、双方向スイッチ８２０Ｂの第１ノード４２２と双方向スイッチ８２０Ｂの第２ノードとの間において配置されている。図８Ｂにおいて示されているように、第１ダイオードＤ１は、第１スイッチＳ１と、双方向スイッチ８２０Ｂの第１ノード４２２との間において配置されており、そのアノードは第１スイッチＳ１に結合され、そのカソードは双方向スイッチ８２０Ｂの第１ノード４２２に結合されている。第２ダイオードＤ２は、第２スイッチＳ２と、双方向スイッチ８２０Ｂの第１ノード４２２との間において配置されており、そのカソードは第２スイッチＳ２に結合され、そのアノードは双方向スイッチ８２０Ｂの第１ノード４２２に結合されている。この配置においては、第１ダイオードＤ１のカソードは、双方向スイッチ８２０Ｂの第１ノード４２２において第２ダイオードＤ２のアノードに結合されている。示されてはいないが、第１スイッチＳ１の位置、および第１ダイオードＤ１の位置は交換できるということは認識されるべきである。同様に、第２スイッチＳ２の位置、および第２ダイオードＤ２の位置は交換できる。
【0054】
図８Ｃの双方向スイッチ８２０Ｃは、双方向スイッチ８２０ＣがインダクタＬ１（第１ダイオードＤ１と双方向スイッチ８２０Ｃの第１ノード４２２との間に位置している）の少なくとも一部と、第２ダイオードＤ２と双方向スイッチ８２０Ｃの第１ノード４２２との間に位置している第２インダクタＬ２の少なくとも一部を含んでいることを除き図８Ｂの双方向スイッチ８２０Ｂと同じである。図８Ｃにおいて示されているインダクタＬ１は、図４Ａ～４Ｄにおいて示されているインダクタＬ１を増強またはそれと取って代わることができる。そして、図８Ｃにおいて示されているインダクタＬ２は、図４Ａ～４Ｄにおいて示されているインダクタＬ２を増強またはそれと取って代わることができる。
【0055】
図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを参照しながら、バイアス電源２０８とプラズマ処理室１０１の電気的態様を示している波形を例示している図９を同時に参照する。図９においては、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２のスイッチングシーケンス、双方向スイッチ２２０を通しての電流Ｉｓｗｉｔｃｈ、第２インダクタを通しての電流ｉＬｂ、バイアス電源２０８の出力ノード２１０における電圧Ｖｏ、およびシース電圧Ｖｓ（図３においても示されている）、および、イオンフラックス対イオンエネルギーとして示されている、対応するイオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）が示されている。本開示の態様は、どのようにしてＬｂを通しての電流ｉＬｂを、イオン電流Ｉｉｏｎと等しく、イオン電流Ｉｉｏｎより大きく、またはイオン電流Ｉｉｏｎより小さくなるように調整するかという問題に対処する。本開示の他の態様は、イオンエネルギーのレベル、およびプラズマ室におけるイオンエネルギーの分布をどのようにして調整するかという問題に対処する。
【0056】
図９Ａ～９Ｄにおいて示されているように、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２は、双方向スイッチ２２０を通しての電流Ｉｓｗｉｔｃｈが、時刻ｔ０とｔ３の間の全電流サイクルを完了するように制御できる。正の電流の流れを備えている前半電流サイクルの間、電流Ｉｓｗｉｔｃｈは、ｔ０におけるゼロからピーク値へ、そして、ｔ１においてゼロに戻るように制御される。そして、負の電流の流れを備えている後半電流サイクルの間、電流Ｉｓｗｉｔｃｈは、ｔ２におけるゼロから、減少してｔ３においてゼロになる前に、反対方向（前半電流サイクルのピーク値とは反対側）におけるピーク値まで増大するように制御される。より具体的には、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃを参照すると、全電流サイクルの正の部分（時刻ｔ０からｔ１）の間、電流ＩＬ１は、第１ダイオードＤ１と第１スイッチＳ１の両者を通してリターンノード２１２から流れる。示されているように、電流サイクルの正の部分の間（第１スイッチＳ１が閉じられ、第２スイッチＳ２が開かれている）、電流は正のピーク値まで増大し、そしてゼロに減少するが、第１ダイオードＤ１は、電流が方向を反転することを防止する。全電流サイクルの負の部分の間（時刻ｔ２からｔ３）、電流ＩＬ１は、第２ダイオードＤ２と第２スイッチＳ２の両者を通して出力ノード２１０から流れる。示されているように、電流サイクルの負の部分の間、電流は負のピーク値まで増大し、そしてゼロに減少するが、第２ダイオードＤ２は、電流が方向を反転することを防止する。
【0057】
次に図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、および９Ｄを参照すると、プラズマ処理室１０１で動作されるときの、ここにおいて記述されているバイアス電源の電気的態様のタイミングを示すタイミング図が示されている。示されているように、図９Ａ～９Ｄにおいては、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２は、前半と後半電流サイクルの間（スイッチＳ１が、閉じた位置から開かれた後で、Ｓ２が閉じられる前）の時間である時刻ｔ１からｔ２である調整可能デッドタイムにより制御できる。第１スイッチＳ１は、第１ダイオードＤ１が、電流が方向を切り替えることを防止するので、図９Ａ～９Ｄにおいて示されているよりも後に開く（遮断する）ことができるということは認識されるべきである。しかし一般的には、切り替えロスを最小限にするために、第１スイッチＳ１は、電流ＩＬ１が時刻ｔ１においてゼロに到達する前には開かれない。同様に、第２スイッチＳ２は、第２ダイオードＤ２が、電流が方向を切り替えることを防止するので、図９Ａ～９Ｄにおいて示されているよりも後に開く（遮断する）ことができる。しかし一般的には、第２スイッチＳ２は、電流ＩＬ１が時刻ｔ３においてゼロに到達する前には開かれない。
【0058】
電圧源の電圧Ｖｂはまた、Ｖｏにおける所望の周期的電圧および所望のシース電圧Ｖｓを達成するために調整できる。他の制御可能な態様は、時刻ｔ０とｔ３との間のリセット時間ｔｒｅｓｅｔであり、切り替えサイクル当たりの平均の制御を可能にする。電流サイクルの前半における電流ｉＬ１のピーク値は、電流サイクルの後半における電流ｉＬ１のピーク値とは異なることができるということは認識されるべきである。
【0059】
示されているように、出力ノード（リターンノード２１２に対する）におけるバイアス電源２０８の電圧Ｖｏは非対称周期的電圧波形であり、非対称周期的電圧波形の各サイクル（時刻ｔ０からｔ４）は、第１電圧レベルに電圧が増大する第１部分（時刻ｔ０からｔ１）、第１電圧レベル（または、第１電圧レベルからわずかに減少する）における第２部分（時刻ｔ１からｔ２）、第２電圧レベル（時刻ｔ３における）への負の電圧変動のある第３部分（時刻ｔ２からｔ３）、および、第２電圧レベルからの負の電圧傾斜を含む第４部分（時刻ｔ３からｔ４）を含んでいる。ここにおいて更に検討されるように、非対称周期的電圧波形の基本周期（ｔ０からｔ４）は、イオンエネルギーの広がりを調整するために調整できる。図９Ａ～９Ｄにおいて示されているように、全電流サイクルは、非対称周期的電圧波形の第１、第２、および第３部分の間に時刻ｔ０とｔ３との間で起こる。そして、全電流サイクル間の時間は、時刻ｔ３とｔ４との間の時間ｔｒａｍｐである。
【0060】
有利なことに双方向スイッチ２２０は、他の先行技術の設計とは対照的に、自由度の他のレベルを提供する。具体的には、ここにおいて開示されている双方向スイッチ２２０の変形例は、サイクルごとのデッドタイムの制御を可能にし、それは、デューティサイクルの平均を制御できることを意味し、そのため、サイクル当たりの平均電力を制御できることを意味している。図９Ａ～９Ｄにおいて示されているように、デッドタイムを制御することは、ｔｒｅｓｅｔに対する制御を可能にし、ｔｒｅｓｅｔのｔｒａｍｐに対する比を調整することは、平均電力を調整する。そして、非対称周期的電圧波形（時刻ｔ０からｔ４）のサイクル当たりの平均電力に対する制御は、基本切替え周波数を制御することを可能にする（例えば、プラズマ処理室１０１におけるプラズマ密度に影響を与えるレベル未満に留まることを可能にする）。
【0061】
ここにおいて開示されているバイアス電源２０８により達成できる制御の他の態様は、イオン電流補償である。より具体的には、デッドタイムの長さ、ｔｒａｍｐの長さ、および／または、周期的電圧関数（ｔ０とｔ４の間）の周期は、イオン電流補償のレベルを制御するために制御できる。図９Ａにおいては、ｔｒａｍｐとデッドタイムは、プラズマ処理室１０１において、イオン電流Ｉｉｏｎが、第２インダクタＬｂを通しての電流ｉＬｂがイオン電流Ｉｉｏｎに等しくなる点に補償されるように確立される。図９Ａにおいて示されているように、シース電圧ＶＳは、デッドタイムにより画定されるパルス間で実質的に一定であり、結果として、プラズマ処理室１０１におけるイオンエネルギーの分布９７０Ａは相対的に狭い。
【0062】
図９Ｂにおいて示されているように、プラズマ処理室１０１においてイオン電流を過補償するために、デッドタイムを、ｔｒａｍｐを同じに留めたままで（例えば、図９Ａにおけるｔｒａｍｐと同じにしたままで）増大できる。結果として、ＶＯにおける周期的電圧波形の周波数はより低くなる（図９Ａにおいて示されている周期的電圧波形と比較して）。図９Ｂにおいて示されているように、イオン電流を過補償すると、シース電圧ＶＳ（および、加工品１０３の表面における電圧）は、時刻ｔ３とｔ４の間（ｔｒａｍｐ時間フレームの間）でますます負の程度が大きくなる。そして、ｔ３とｔ４との間のシース電圧の範囲のために、イオンエネルギーの分布９７０Ｂは、図９Ａにおいて示されているイオンエネルギーの分布９７０Ａよりも広くなる。
【0063】
図９Ｃにおいて示されているように、プラズマ処理室１０１においてイオン電流を過小補償するために、デッドタイムを、ｔｒａｍｐを同じに留めたままで（例えば、図９Ａにおけるｔｒａｍｐと同じにしたままで）減少できる。結果として、ＶＯにおける周期的電圧波形の周波数はより高くなる（図９Ａにおいて示されている周期的電圧波形と比較して）。図９Ｃにおいて示されているように、イオン電流を過小補償すると、シース電圧ＶＳ（および、加工品１０３の表面における電圧）は、時刻ｔ３とｔ４との間（ｔｒａｍｐ時間フレームの間）で、負の程度がより小さくなる。そして、ｔ３とｔ４との間のシース電圧の範囲のために、イオンエネルギーの分布９７０Ｃは、図９Ａにおいて示されているイオンエネルギーの分布９７０Ａよりも広くなる。
【0064】
デッドタイムとｔｒａｍｐの両者を変えることによりイオン電流補償を調整することもできる。例えば、図９Ｄにおいて示されているように、イオンエネルギーの所望の分布９７０（時刻ｔ３とｔ４との間のシース電圧ＶＳの電圧の範囲に対応している）を達成するようにイオン電流を過補償するために、デッドタイムを長くでき、ｔｒａｍｐを短くできる。デッドタイムとｔｒａｍｐの両者を調整することにより、周期的電圧波形の周波数を、所望するのであれば固定できるが、デッドタイム、ｔｒａｍｐ、および周期的電圧波形の周波数を変えることもできる。一方でｔｒａｍｐを短くまたは長くしている間、デッドタイムを短くできるということも考えられる。
【0065】
イオン電流補償に影響を与えることに加えて、デッドタイムおよび／または電圧源により印加される電圧Ｖｂはまた、バイアス電源により印加される電流のレベルを変えるために調整できる。例えば、図１０Ａを参照すると、ＶＯにおける４つの周期的電圧波形が示されており、ＶＯにおける第１波形１０５０は、８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電圧電源電圧Ｖｂは５．６ｋＶであり、第２波形１０５２は、ＶＯにおいて１８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電源電圧Ｖｂは５．３ｋＶであり、第３波形１０５４は、ＶＯにおいて２８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電源電圧Ｖｂは４．９ｋＶであり、第４波形１０５６は、ＶＯにおいて４８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電源電圧Ｖｂは３．９ｋＶである。示されているように、ｔｒａｍｐの時間は、４つの例としての周期的電圧波形１０５０、１０５２、１０５４、１０５６のそれぞれに対して同じに留まっている。そして一般的に、デッドタイムが短ければ短いほど、バイアス電源２０８により印加される電力のレベルはより高くなる。より具体的には、デッドタイムが短ければ短いほど、ｔｒｅｓｅｔはより短くなり、ｔｒａｍｐに対するｔｒｅｓｅｔの比が小さければ小さいほど、バイアス電源２０８により印加される平均電力はより高くなる。
【0066】
次に図１０Ｂを参照すると、４つの例としての周期的電圧波形１０５０、１０５２、１０５４、１０５６に対応する４つのシース電圧が示されている。示されているように、第１波形１０５０に対応する、最も短いデッドタイム（４つの例としての周期的電圧波形１０５０、１０５２、１０５４、１０５６の中で）を有する第１シース電圧１０６０は、電圧パルス間で時間の経過と共に負の程度がより小さくなる部分を備え、それはイオン電流の過小補償という結果になる（図９Ｃを参照して記述されているシース電圧に類似している）。そして対照的に、第４波形１０５６に対応する第４シース電圧１０６６は、電圧パルス間で負の程度がより大きくなる部分を備え、それは、イオン電流の過補償という結果になる（図９Ｂを参照して記述されているシース電圧に類似している）。
【0067】
図１１Ａを参照すると、ＶＯにおける４つの周期的電圧波形が示されており、ＶＯにおける第１波形１１５０は、８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電圧源電圧Ｖｂは５．６ｋＶであり、第２波形１１５２は、ＶＯにおいて１８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電源電圧Ｖｂは５．３ｋＶであり、第３波形１１５４は、ＶＯにおいて２８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電源電圧Ｖｂは４．９ｋＶであり、第４波形１１５６は、ＶＯにおいて４８０ｎｓのデッドタイムにより生成され、電源電圧Ｖｂは３．９ｋＶである。示されているように、ｔｒａｍｐの時間は、４つの例としての周期的電圧波形１１５０、１１５２、１１５４、１１５６の周波数が同じに留まるように、４つの例としての周期的電圧波形１１５０、１１５２、１１５４、１１５６のそれぞれに対して変化する。より具体的には、デッドタイムが長くなればなるほど、ｔｒａｍｐはより短くなる。示されているように、一般的に、デッドタイムが短ければ短いほど、バイアス電源２０８により印加される電力のレベルはより高くなる。そして一般的に、デッドタイムが短ければ短いほど、バイアス電源２０８により印加される電力のレベルはより高くなる。より具体的には、デッドタイムが短ければ短いほど、ｔｒｅｓｅｔはより短くなり、ｔｒａｍｐに対するｔｒｅｓｅｔの比が小さければ小さいほど、バイアス電源２０８により印加される平均電力はより高くなる。
【0068】
次に図１１Ｂを参照すると、４つの例としての周期的電圧波形１１５０、１１５２、１１５４、１１５６に対応する４つのシース電圧ＶＳが示されている。示されているように、第１波形１１５０に対応する、最も短いデッドタイム（４つの例としての周期的電圧波形１１５０、１１５２、１１５４、１１５６の中で）を有する第１シース電圧１１６０は、電圧パルス間で時間の経過と共に負の程度がより小さくなる部分を備え、それはイオン電流の過小補償という結果になる。そして対照的に、第４波形１１５６に対応する第４シース電圧１１６６は、電圧パルス間で負の程度がより大きくなる部分を備え、それは、イオン電流の過補償という結果になる（図９Ｄを参照して記述されているシース電圧に類似している）。
【0069】
図１２Ａと１２Ｂを参照すると、過小補償イオン電流と関連付けられているシース電圧、イオンフラックス、および周期的非対称電圧波形（バイアス電源２０８による出力）の一般的な態様が示されている。図１２Ａにおいて示されているように、イオン電流Ｉｉｏｎが過小補償されると、シース電圧は、傾斜しながら、負の程度がより小さくなり、それは、イオンエネルギーのより広い分布（広がりとも称される）１２７２を生成する。図１２Ｂにおいては、図１２Ａにおいて示されているシース電圧を実現するために基板支持体に印加できる周期的電圧が示されている。示されているように、周期的電圧波形の負の傾斜部分ＶＯは、図９Ａの周期的電圧波形の傾斜部分（図１２Ｂにおいては破線として示されている）よりも小さな傾斜で降下する。
【0070】
図１３Ａと１３Ｂは、過補償イオン電流と関連付けられているシース電圧、イオンフラックス、および周期的非対称電圧波形（バイアス電源２０８による出力）の態様を示している。図１３Ａにおいて示されているように、イオン電流が過補償されると、シース電圧は、傾斜しながら負の程度がより大きくなり、それはまた、イオンエネルギーのより広い広がり１３７４を生成する（イオン電流Ｉｉｏｎが電流ｉＬｂと等しい動作とは対照的に）。図１３Ｂにおいては、図１３Ａにおいて示されているシース電圧を実現するために基板支持体に印加できる周期的電圧波形が示されている。示されているように、周期的電圧関数の負の傾斜部分は、イオン電流を補償する（点線として示されている）図９Ａの周期的電圧波形の傾斜部分よりも大きな率で降下する。
【0071】
図１４を参照すると、ここにおける実施形態と関連して使用できる制御システムの態様が示されている。シース容量（Ｃｓｈｅａｔｈ）と、プラズマ処理室１０１と関連付けられている、絶縁体、加工品、基板支持体、および静電チャックを含むことができる構成要素の固有容量を表している容量Ｃ１を表すものが示されている。
【0072】
示されているように、電流および／または電圧はコントローラ１４６０により、バイアス電源２０８の出力ノード２１０に印加される電力の態様（例えば、電圧、電流、および／または位相）、および／または、プラズマ処理室１０１の環境の１つ以上の特性を間接的に監視するために測定できる。プラズマ処理室１０１の環境の例としての特性は、測定された出力電圧ＶＯを使用して計算できるシース容量（Ｃｓｈｅａｔｈ）であってよい。
【0073】
示されているように、双方向スイッチ２２０を通しての電流、出力における電流ｉｏｕｔ、および／または、第２インダクタＬｂを通しての電流は監視でき、フィードバックとして使用できる。加えて、バイアス電源の出力ノード２１０における電圧ＶＯは監視でき、フィードバックとして使用できる。
【0074】
格納されているデータ（例えば、シース容量および／またはプラズマ処理室の環境の他の特性についてのデータ）取得するために、加工品１０３を処理する前に監視を予め実行でき、そしてデータは、周期的波形ＶＯを調整するために利用される（例えば、フィードフォワードの方法で）。監視はまた、プラズマ処理の間に実行でき、電圧源Ｖｂ、ｔｒａｍｐ、および／またはデッドタイムは、例えば、図１４において示されてい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調整できる。加えて、周期的電圧波形の第３部分の負の電圧変動（時刻ｔ２からｔ３）は、所望のシース電圧Ｖｓを達成するために制御できる。図８Ａ～８Ｃを参照して記述されているコントローラ８４０は、コントローラ１４６０の一部として実現でき、または、コントローラ８４０は、コントローラ１４６０とは別個に実現できるが、コントローラ８４０とコントローラ１４６０は、バイアス電源２０８を制御するために通信できるということは確実に考えられる。
【0075】
ここにおいて開示されている実施形態と関連して記述されている方法は、ハードウェア、非一時的実体プロセッサ読み取り可能格納媒体において符号化されているプロセッサ実行可能コード、またはその両者の組み合わせにおいて直接具現化できる。図１５を参照すると、例えば、ここにおいて開示されている制御態様を実現するために利用できる物理構成要素を示しているブロック図が示されている。示されているように、この実施形態においては、ディスプレイ１３１２と不揮発性メモリ１３２０はバス１３２２に結合され、バス１３２２はまた、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）１３２４、処理部（Ｎ個の処理構成要素を含んでいる）１３２６、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１３２７、および、Ｎ個のトランシーバを含んでいるトランシーバ構成要素１３２８に結合されている。図１５において示されている構成要素は物理構成要素を表しているが、図１５は詳細なハードウェア図であることは意図されていない。そのため、図１５において示されている構成要素の多くは、通常の構成物により実現でき、または、追加的物理構成要素において分散できる。更に、図１５を参照して記述されている機能構成要素を実現するために、他の既存の、およびまだ開発されていない物理構成要素およびアーキテクチャを利用できるということは考えられる。
【0076】
このディスプレイ１３１２は一般的には、ユーザに対するユーザインタフェースを提供するために動作し、幾つかの実現形態においては、ディスプレイは、タッチスクリーンディスプレイにより実現される。一般的に、不揮発性メモリ１３２０は、非一時的実体プロセッサ読み取り可能格納媒体であり、データおよびプロセッサ読み取り可能命令（ここにおいて記述されている方法を実現することと関連付けられている実行可能コードを含む）を格納（例えば、永続的に格納）するために機能する。例えば、幾つかの実施形態においては、不揮発性メモリ１３２０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、単一の制御されたスイッチで基板にバイアスをかける方法の実行を容易にするための非一時的プロセッサ実行可能コードを含んでいる。
【0077】
多くの実現形態においては、不揮発性メモリ１３２０はフラッシュメモリ（例えば、ＮＡＮＤまたはＯＮＥＮＡＮＤメモリ）により実現されるが、他のメモリタイプも同様に利用できるということが考えられる。コードを不揮発性メモリ１３２０から実行することは可能であるが、不揮発性メモリにおける実行可能コードは、典型的にはＲＡＭ１３２４にロードされ、処理部１３２６において、Ｎ個の処理構成要素の１つ以上により実行される。
【0078】
ＲＡＭ１３２４と関連して、Ｎ個の構成要素は一般的には、ここにおいて記述されているアルゴリズムおよび機能の実行を可能にするために、不揮発性メモリ１３２０において格納されている命令を実行するように動作する。幾つかのアルゴリズムがここにおいて開示されているが、これらのアルゴリズムの幾つかはフローチャートにおいては表されていないということは認識されるべきである。ここにおいて記述されている方法を実現するためのプロセッサ実行可能コードは、不揮発性メモリ１３２０において永続的に格納でき、ＲＡＭ１３２４と関連してＮ個の処理構成要素により実行される。この技術における通常の技量を有するものは認識するように、処理部１３２６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、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、または他のハードウェア処理構成要素、または、ハードウェアとソフトウェア処理構成要素（例えば、ＦＰＧＡまたは、デジタルロジック処理部を含んでいるＦＰＧＡ）の組み合わせを含むことができる。
【0079】
加えて、または代替として、非一時的ＦＰＧＡ構成命令は、不揮発性メモリ１３２０において永続的に格納でき、ここにおいて開示されているアルゴリズム（例えば、下記に制限されないが、図５と７を参照して記述されているアルゴリズムを含む）を実現するためのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を構成するようにアクセスされる（ブートアップの間）。
【0080】
入力構成要素１３３０は、信号（例えば、開示されているバイアス電源の出力において取得される電流と電圧を示している信号）を受信できる。加えて、入力構成要素１３３０は、プラズマ処理室１０１内の環境の１つ以上の態様、および／または、ソースジェネレータと単一のスイッチバイアス電源との間の同期された制御を示す、バイアス電源１０８とソースジェネレータ１１２との間の位相情報および／または同期信号を受信できる。入力構成要素において受信される信号は、例えば、同期信号、種々のジェネレータおよび電源ユニットへの電力制御信号、またはユーザインタフェースからの制御信号を含むことができる。この技術における通常の技量を有する者は、制限されることはないが、指向性カプラおよび電圧－電流（ＶＩ）センサなどのような多様なタイプのセンサの何れも、電圧および電流などのような電力パラメータのサンプリングを行うための使用でき、電力パラメータを示す信号は、アナログドメインで生成でき、デジタルドメインに変換できるということを容易に認識するであろう。
【0081】
出力構成要素は一般的には、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２の開閉を実現するための１つ以上のアナログまたはデジタル信号を提供するように動作する。出力構成要素はまた、ここにおいて記述されている電圧源を制御することもできる。
【0082】
示されているトランシーバ構成要素１３２８はＮ個のトランシーバチェーンを含み、Ｎ個のトランシーバチェーンは、ワイヤレスまたはワイヤ線ネットワークを介して外部装置と通信するために使用できる。Ｎ個のトランシーバチェーンのそれぞれは、特別な通信スキーム（例えば、ＷｉＦｉ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓなど）と関連付けられているトランシーバを表すことができる。
【0083】
この技術における技量を有する者には認識されるように、本開示の態様は、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できる。従って、本開示の態様は、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、マイクロコードなど）、または、ここにおいてはすべての総称として「回路」、「モジュール」、または「システム」と称することができるソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせている実施形態の形状を取ることができる。更に、本開示の態様は、そこに含まれているコンピュータ読み取り可能プログラムコードを有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体に含まれているコンピュータプログラム製品の形状を取ることができる。
【0084】
ここにおいて使用されているように、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つ」という記述は、Ａ、Ｂ、Ｃの何れか、または、Ａ、Ｂ、およびＣの任意の組み合わせを意味することが意図されている。開示されている実施形態の前記の記述は、この技術における技量を有する如何なる者も本開示を実施または使用することが可能となるようにするために提供されている。これらの実施形態に対する種々の修正は、この技術における技量を有する者には容易に明白であるであろうし、ここにおいて定義されている一般的な原則は、開示の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用できる。そのため、本開示は、ここにおいて示されている実施形態に制限されることは意図されておらず、ここにおいて開示されている原則および新規の特徴と整合する最も広い範囲が与えられるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【国際調査報告】