(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマベースの処理のためのシステムであって、
プラズマを含むように構成されるプラズマ処理チャンバと、
該プラズマ処理チャンバ内に位置付けられ、誘電性または半導体基板を支持するように配置される基板支持部と、
イオンエネルギー制御部分であって、該イオンエネルギー制御部分は、制御可能なＤＣ電源を含み、該ＤＣ電源の出力電圧は、該基板の表面において、所望のイオンエネルギーの単一濃度を示す対応する特定のイオンエネルギーを確立する、イオンエネルギー制御部分と、
該基板支持部および該イオンエネルギー制御部分に結合されるスイッチモード電源であって、該スイッチモード電源は、該ＤＣ電源の出力電圧を特定の電圧波形に変換し、該特定の電圧波形を該基板支持部に印加することにより、比較的短い正電圧パルス間に該基板の表面において実質的に一定の負電圧を生成するための少なくとも２つのスイッチング構成要素を含む、スイッチモード電源と、
該スイッチモード電源に結合されるコントローラであって、該コントローラは、該少なくとも２つのスイッチング構成要素に駆動制御信号を提供し、該駆動制御信号のタイミングを制御して該特定の電圧波形を生成することにより、該基板の表面における該所望のイオンエネルギーの単一濃度を生じさせる、コントローラと
を備える、システム。
【請求項２】
前記少なくとも２つのスイッチング構成要素は、ハーフブリッジ構成およびフルブリッジ構成から成る群から選択される構成で配列される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
波形メモリを含み、該波形メモリは、前記駆動制御信号のためのタイミング情報を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記プラズマを点火し、持続するように、１つ以上の周波数において、前記プラズマ処理チャンバに電力を印加するように構成されるプラズマ電源を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
アーク検出構成要素を含み、該アーク検出構成要素は、アークの指標を検出し、該アークの指標に応答して、前記コントローラにアーク信号を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
プラズマベースの処理のための方法であって、
プラズマチャンバ内で基板ホルダ上に基板を配置することと、
該プラズマチャンバ内でプラズマを形成することと、
該基板の表面において、所望のイオンエネルギーの単一濃度を示すイオンエネルギー設定に応答するイオンエネルギー制御信号を受信することと、
制御可能なＤＣ電源を用いて、該イオンエネルギー設定に基づいて、該所望のイオンエネルギーに対応する大きさを有するＤＣ電圧を生成することと、
該ＤＣ電圧をスイッチモード電源の少なくとも２つのスイッチング構成要素に印加することと、
該少なくとも２つのスイッチング構成要素に駆動制御信号を提供し、該駆動制御信号のタイミングを制御して、該ＤＣ電圧から特定の波形を生成することと、
該特定の波形を該基板ホルダに印加して、比較的短い正電圧パルス間に該基板の表面において実質的に一定の負電圧を生成することにより、該基板の表面における該所望のイオンエネルギーの単一濃度を生じさせることと
を含む、方法。
【請求項７】
前記駆動制御信号のタイミングを制御することは、波形データに基づいて、前記少なくとも２つのスイッチング構成要素を制御可能に切り替えることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
アークの指標に応答して、前記基板への電力を制御可能に切り替えて、アークを消弧することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
プラズマベースの処理装置であって、
イオンエネルギー制御設定に基づいて出力電圧を提供するための制御可能なＤＣ電源と、
少なくとも２つのスイッチング構成要素を備えるスイッチモード電源であって、該少なくとも２つのスイッチング構成要素は、該ＤＣ電源と、基板ホルダに結合するように構成される出力との間に配置され、該スイッチング構成要素は、該ＤＣ電源の出力電圧を特定の電圧波形に変換し、該特定の電圧波形は、該基板ホルダ上の誘電性または半導体基板に印加されると、比較的短い正電圧パルス間に該基板の表面において実質的に一定の負電圧を生成し、該実質的に一定の負電圧は、所望のイオンエネルギーの単一濃度を生じさせる、スイッチモード電源と、
該少なくとも２つのスイッチング構成要素に結合されるコントローラであって、該コントローラは、該少なくとも２つのスイッチング構成要素に駆動制御信号を提供し、該駆動制御信号のタイミングを制御して該特定の電圧波形を生成する、コントローラと
を備える、装置。
【請求項１０】
前記少なくとも２つのスイッチング構成要素は、１つ以上の電界効果トランジスタを含む、請求項９に記載のプラズマベースの処理装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、ＦＰＧＡ、デジタル信号プロセッサ、デジタルコントローラ、およびプロセッサから成る群から選択されるコントローラを含む、請求項９に記載のプラズマベースの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、プラズマ処理に関する。特に、制限としてではないが、本発明は、プラズマ支援エッチングおよび／または蒸着のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
多くの種類の半導体デバイスは、プラズマベースのエッチング技術を使用して加工される。エッチングされるのが導体である場合、基板導体の表面全体にわたって、実質的に均一な負の電圧を生成し、正に荷電されたイオンを導体に向かって求引し、その結果、導体に影響を及ぼす正イオンが、実質的に同一エネルギーを有するように、接地に対して負の電圧が、伝導性基板に印加され得る。
【０００３】
しかしながら、基板が、誘電性である場合、不変電圧は、基板の表面全体にわたって、電圧をかけるには無効である。しかし、ＡＣ場が、基板の表面上に電圧を誘発するように、ＡＣ電圧（例えば、高周波）が、伝導性プレート（または、チャック）に印加され得る。正のＡＣ半サイクルの間、基板は、正イオンの質量と比較して軽い電子を求引する。したがって、多くの電子は、正のサイクル部分の間、基板の表面に求引されるだろう。その結果、基板の表面は、負に荷電され、イオンを負に荷電された表面に向かって求引させるであろう。また、イオンが基板の表面に衝突すると、衝突によって、材料が基板の表面から除去される、すなわち、エッチングを生じさせる。
【０００４】
多くの事例では、狭域イオンエネルギー分布を有することが望ましいが、基板に正弦波形を印加することは、所望のエッチング断面をもたらすためのプラズマプロセスの能力を制限する、イオンエネルギーの広域分布を誘発する。狭域イオンエネルギー分布を達成するための周知の技術は、高価、非効率、かつ制御が困難であって、プラズマ密度に悪影響を及ぼし得る。その結果、これらの周知の技術は、商業用として採用されていない。故に、現在の技術の欠点を解決し、他の新しく、かつ革新的特徴を提供する、システムおよび方法が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
図面に示される、本発明の例示的な実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、詳細な説明の項により完全に説明される。しかしながら、本発明の開示または発明を実施するための形態に説明される形態に本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者は、請求項に明示される発明の精神および範囲内に該当する、多数の修正、均等物、および代替構造が存在することを認識し得る。
【０００６】
一実施形態によると、本発明は、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。本実施形態におけるシステムは、プラズマを含むように構成される、プラズマ処理チャンバと、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、基板支持部と、基板の表面において、イオンのエネルギーの所望の分布を示す、少なくとも１つのイオンエネルギー設定に応答して、少なくとも１つのイオンエネルギー制御信号を提供する、イオンエネルギー制御部分と、１つ以上の駆動制御信号を提供するスイッチモード電源に結合される、コントローラと、を含む。加えて、スイッチモード電源は、基板支持部、イオンエネルギー制御部分、およびコントローラに結合され、スイッチモード電源は、基板の表面において、イオンのエネルギーの所望の分布を生じさせるように、１つ以上の駆動信号およびイオンエネルギー制御信号に応答して、基板に電力を印加するように構成される、１つ以上のスイッチング構成要素を含む。
【０００７】
別の実施形態によると、本発明は、プラズマチャンバ内に基板を配置するステップと、プラズマチャンバ内でプラズマを形成するステップと、基板の表面において、イオンエネルギーの所望の分布を示す、少なくとも１つのイオンエネルギー設定を受信するステップと、イオンエネルギーの所望の分布を生じさせるように、基板への電力を制御可能に切り替えるステップと、を含む、プラズマベースの処理のための方法として説明され得る。
【０００８】
さらに別の実施形態によると、本発明は、１つ以上の駆動制御信号を提供する、スイッチモード電源に結合される、コントローラと、基板の表面において、イオンのエネルギーの所望の分布を示す、少なくとも１つのイオンエネルギー設定に応答して、少なくとも１つのイオンエネルギー制御信号を提供する、イオンエネルギー制御部分と、を含む、プラズマベースの処理装置として特徴付けられ得る。加えて、１つ以上のスイッチング構成要素は、基板の表面において、イオンのエネルギーの所望の分布を生じさせるように、１つ以上の駆動信号およびイオンエネルギー制御信号に応答して、基板に電力を印加する。
【０００９】
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
プラズマベースの処理のためのシステムであって、
プラズマを含むように構成されるプラズマ処理チャンバと、
該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部と、
イオンエネルギー制御部分であって、該イオンエネルギー制御部分は、該基板の表面において、イオンのエネルギーの所望の分布を示す少なくとも１つのイオンエネルギー設定に応答して、少なくとも１つのイオンエネルギー制御信号を提供する、イオンエネルギー制御部分と、
該イオンエネルギー制御部分に結合されるコントローラであって、１つ以上の駆動制御信号を提供する、コントローラと、
該基板支持部、該イオンエネルギー制御部分、および該コントローラに結合されるスイッチモード電源であって、該スイッチモード電源は、該基板の表面において、該イオンのエネルギーの所望の分布を生じさせるように、該１つ以上の駆動信号および該イオンエネルギー制御信号に応答して、該基板に電力を印加するように構成される、１つ以上のスイッチング構成要素を含む、スイッチモード電源と
を備える、システム。
（項目２）
前記スイッチモード電源は、降圧電源技術、昇圧電源技術、および、降圧−昇圧型電源技術から成る群から選択される、電源を含む、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記スイッチモード電源は、ハーフブリッジ構成およびフルブリッジ構成から成る群から選択される構成で配列されるスイッチ構成要素を含む、項目１に記載のシステム。
（項目４）
波形メモリを含み、該波形メモリは、前記駆動制御信号のためのタイミング情報を含む、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記プラズマを点火し、持続するように、１つ以上の周波数において、前記プラズマ処理チャンバに電力を印加するように構成されるプラズマ電源を含む、項目１に記載のシステム。
（項目６）
アーク検出構成要素を含み、該アーク検出構成要素は、アークの指標を検出し、該アークの指標に応答して、前記コントローラにアーク信号を提供する、項目１に記載のシステム。
（項目７）
プラズマベースの処理のための方法であって、
プラズマチャンバ内に基板を配置することと、
該プラズマチャンバ内でプラズマを形成することと、
該基板の表面において、イオンエネルギーの所望の分布を示す少なくとも１つのイオンエネルギー設定を受信することと、
該イオンエネルギーの所望の分布を生じさせるように、該基板への電力を制御可能に切り替えることと
を含む、方法。
（項目８）
制御可能に切り替えることは、１つ以上のスイッチング構成要素を制御可能に切り替えることを含む、項目７に記載の方法。
（項目９）
波形データに基づいて、１つ以上のスイッチング構成要素を制御可能に切り替える、項目８に記載の方法。
（項目１０）
制御可能に切り替えることは、前記基板に印加される電圧レベルを制御することを含む、項目７に記載の方法。
（項目１１）
アークの指標に応答して、前記基板への電力を制御可能に切り替えて、アークを消弧する、項目７に記載の方法。
（項目１２）
プラズマベースの処理装置であって、
該スイッチモード電源に結合されるコントローラであって、１つ以上の駆動制御信号を提供する、コントローラと、
イオンエネルギー制御部分であって、該基板の表面において、イオンのエネルギーの所望の分布を示す少なくとも１つのイオンエネルギー設定に応答して、少なくとも１つのイオンエネルギー制御信号を提供する、イオンエネルギー制御部分と、
１つ以上のスイッチング構成要素であって、該１つ以上のスイッチング構成要素は、該基板の表面において、該イオンのエネルギーの所望の分布を生じさせるように、該１つ以上の駆動信号および該イオンエネルギー制御信号に応答して、該基板に電力を印加するように構成される、１つ以上のスイッチング構成要素と
を備える、装置。
（項目１３）
前記イオンエネルギー制御部分は、前記少なくとも１つのイオンエネルギー設定に応答して電圧を印加する電源を含む、項目１２に記載のプラズマベースの処理装置。
（項目１４）
前記１つ以上のスイッチング構成要素は、１つ以上の電界効果トランジスタを含む、項目１２に記載のプラズマベースの処理装置。
（項目１５）
前記コントローラは、ＦＰＧＡ、デジタル信号プロセッサ、デジタルコントローラ、およびプロセッサから成る群から選択されるコントローラを含む、項目１２に記載のプラズマベースの処理装置。
これらの実施形態および他の実施形態は、以下にさらに詳述される。
【００１０】
本発明の種々の目的および利点ならびにより完全なる理解は、添付の図面と関連して検討される場合、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を参照することによって、明白かつより容易に理解される（同一の要素または類似要素は、いくつかの図を通して、同一の参照番号によって指定される）。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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。
【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。
【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電源を実現するように利用され得る構成要素の概略図である。
【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。
【図５】図５は、特定のイオンエネルギーに集中するイオンエネルギー分布を生じさせる、スイッチモードバイアス電源を動作させる単一モードのグラフ表示である。
【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生成される、動作のバイモーダルモードを描写するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（詳細な説明）
プラズマ処理システムの例示的な実施形態は、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、支持部１０８に結合される。また、スイッチモード電源１０６に結合される、コントローラ１１２も示される。
【００１３】
この例示的な実施形態では、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、当業者が理解するように、チャンバ１０４内のプラズマ励起は、例えば、反応炉内でプラズマ１１４を点火および持続するための磁気コイルおよびアンテナと、チャンバ１０４内にガスを導入するために提供され得る、ガス注入口と、を含む、ヘリコン型プラズマ源を含め、種々の源のうちの任意の１つによるものであり得る。
【００１４】
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源１０２は、プラズマ１１４を点火し、持続するように、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。
【００１５】
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、支持部１０８によって、少なくとも部分的に支持される。支持部１０８は、支持部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、支持部１０８と異なる電圧で浮遊し得る。
【００１６】
上述のように、基板１１０および支持部１０８が、導体である場合、支持部１０８に不変電圧を印加することが可能であって、基板１１０を通しての電気伝導の結果、支持部１０８に印加される電圧はまた、基板１１０の表面にも印加される。
【００１７】
しかしながら、基板１１０が、誘電性である場合、支持部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には無効である。その結果、例示的スイッチモード電源１０６は、基板１１０の制御されたエッチングおよび／または蒸着を行うために、プラズマ１１４内でイオンを求引し、基板１１０と衝突させることが可能な電圧を基板１１０の表面上で生じさせるように制御されて構成される。
【００１８】
さらに、本明細書でさらに論じられるように、スイッチモード電源１０６の実施形態は、プラズマ電源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。
【００１９】
さらに、図１に描写される例示的スイッチモード電源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、先行技術のアプローチと比較して、スイッチモード電源１０６の多くの実施形態は、はるかに効率的である。したがって、過剰な熱エネルギーの除去に関連する、エネルギーコストおよび高価な材料を削減する。
【００２０】
誘電性基板に電圧を印加するための周知の技術の１つは、基板の表面において電圧を誘発する、基板支持部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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
他の実施形態では、スイッチモード電源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生じさせるために利用される、スイッチモードバイアス電源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電源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。
【００２４】
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、またはさらに分離されることが可能であって、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、電源２０２およびスイッチモードバイアス電源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、電源２０２およびスイッチモードバイアス電源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電源２０６は、単一構成要素に統合されてもよく（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。
【００２５】
本実施形態におけるスイッチモードバイアス電源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分布を生じさせるように、制御可能な様式で、支持部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電源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分布を生じさせるように構成される。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電源２０６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生じさせ、波形メモリ２２４内の波形データによって規定される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、イオン制御部分によって選択され、基板の制御されたエッチングを行い得る。
【００２６】
描写されるように、スイッチモードバイアス電源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の支持部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”によって生成される駆動信号２３０’、２３０”は、波形メモリ２２４の内容によって規定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、駆動構成要素２２８’、２２８”によって利用され、スイッチング構成要素２２６’、２２６”への駆動信号２３０’、２３０”を制御する、駆動制御信号２３２’、２３２”を生成するように適合される。ハーフ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。
【００２７】
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の支持部２０８において、所望の波形を生じさせる。しかし、これは、必要ではなく、他の動作モードでは、駆動制御信号２３２’、２３２”のタイミングは、一定、または多くのサイクルに対して一定であり得る。加えて、スイッチモードバイアス電源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、スイッチング構成要素へのタイミング信号を制御し、スイッチング構成要素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。
【００２８】
加えて、本実施形態におけるコントローラ２１２は、構成される、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電源２３６の出力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電源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。
【００２９】
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電源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スイッチング構成要素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）型トポロジ内に配列される。集合的に、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２は、プラズマ負荷を表し、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、回路を通して流動するのを防止するための任意の物理的コンデンサである。描写されるように、Ｌ１は、漂遊インダクタンス（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：Ｖｂｕｓ、Ｖ２、およびＶ４が存在する。
【００３０】
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、基板支持部に印加される、Ｖｏｕｔでの電圧出力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、パルスの長さおよび／または相互遅延）。多くの実装では、スイッチング構成要素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、所望の波形で到達するために、トランジスタ特有特性が考慮される。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、Ｖｏｕｔでの所望の波形の印加を可能にする。
【００３１】
例えば、スイッチＴ１、Ｔ２は、基板１１０、２１０の表面における電圧が、概して、正電圧基準に接近する、および／またはそれを若干超える、周期的電圧パルスに伴って、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規定するものであって、イオンエネルギー分布機能（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、所望の電圧を生じさせるために、Ｖｏｕｔでのパルスは、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求引するように、基板１１０、２１０の表面において、概して、矩形であって、短正電圧を誘発するために十分な長さの幅を有し得る。
【００３２】
本実施形態におけるＶｂｕｓ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規定する、Ｖｏｕｔに印加されるパルスの振幅を規定する。再び、図２を簡単に参照すると、Ｖｂｕｓは、Ｖｂｕｓ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電源によって実現され得る、イオンエネルギー制御部分に結合され得る。
【００３３】
パルス幅、パルス形状、および／または２つの信号Ｖ２、Ｖ４の相互遅延は、Ｖｏｕｔにおいて、所望の波形に到達するように変調されてもよく、Ｖｂｕｓに印加される電圧は、パルスの特性に影響を及ぼし得る。言い換えると、電圧Ｖｂｕｓは、パルス幅、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、Ｖｏｕｔ信号を生成するように、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。Ｖｏｕｔでのパルスの形状を変調するために（例えば、Ｖｏｕｔにおいて、パルスの最小時間を達成するが、パルス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。
【００３４】
例えば、パルスのそれぞれが、Ｖｏｕｔで印加される時間が、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の表面に電子を求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、スイッチング構成要素Ｔ１、Ｔ２に印加され得る。さらに、パルス間のゲート電圧レベルを変更することによって、パルス間でＶｏｕｔに印加される電圧の勾配を制御可能であることが分かっている（例えば、パルス間で、基板の表面において、実質的に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。
【００３５】
必要ではないが、実際は、実際の実装のモデル化および改良に基づいて、所望のイオンエネルギー分布を生成するために使用され得る波形が、規定されてもよく、波形は、（例えば、電圧レベルの連続として、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、（例えば、Ｖｏｕｔからのフィードバックを伴わずに）直接生成可能である。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（例えば、設定時間）を回避する。
【００３６】
再び、図３を参照すると、Ｖｂｕｓは、イオンのエネルギーを制御するために変調可能であって、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、Ｖｏｕｔにおける所望のパルス振幅を達成する一方、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、Ｖｂｕｓ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。
【００３７】
図５のグラフは、特定のイオンエネルギーに集中するイオンエネルギー分布を生じさせる、スイッチモードバイアス電源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中を生じさせるために、Ｖｂｕｓ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生じさせる、スイッチモードバイアス電源１０６、２０６の出力において、（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）パルスを生成するように制御される。
【００３８】
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、負であって、基板１１０、２１０の表面に衝突し、エッチングするする、イオンを求引する。基板１１０、２１０によって印加される周期的短パルス（パルスをＶｏｕｔに印加することによって）は、Ｖｂｕｓに印加される電位によって規定される規模を有し、これらのパルスは、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求引する、基板１１０、２１０の電位に短変化を生じさせる（例えば、正に近い、すなわち、または弱正電位）。図５に描写されるように、Ｖｂｕｓに印加される一定電圧は、特定のイオンエネルギーにおいて、単一濃度のイオンフラックスを生じさせる。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Ｖｂｕｓ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、２つ以上の別個の濃度のイオンエネルギーが生成され得る。
【００３９】
次に、図６を参照すると、例えば、イオンエネルギー分布内に２つの別個のピークが生成される、動作のバイモーダル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つの個別のレベルの電圧および周期的パルスを被り、その結果、２つの別個の濃度のイオンエネルギーが生成される。描写されるように、２つの個別のイオンエネルギー濃度を商事させるために、Ｖｂｕｓで印加される電圧は、２つのレベル間を交流し、各レベルは、２つのイオンエネルギー濃度のエネルギーレベルを規定する。
【００４０】
図６は、各パルス後に交流するように、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つ以上のパルス後に、第１の電圧から第２の電圧（逆も然り）に交流するように、Ｖｏｕｔ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）。
【００４１】
先行技術では、多重イオンエネルギーを生じさせるために、線形増幅器に２つの波形（波形発生器によって生成される）の組み合わせを印加し、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、非常に複雑となり、したがって、図６を参照して説明されるアプローチは、高価な線形増幅器および波形発生器を必要とする。
【００４２】
したがって、スイッチモード電源１０６、２０６の実施形態は、基板１１０、２１０に切り替えられる電圧のレベルを調節し、多くの動作モードにおいて、スイッチに印加される信号のタイミングを制御することによって、１つ以上のイオンエネルギーレベルで、狭域イオンエネルギー分布を生成するための単純、コスト効果的、かつ効率的アプローチを提供する。
【００４３】
結論として、本発明は、特に、スイッチモード電源を使用して、イオンエネルギーを選択的に生成するための方法および装置を提供する。当業者は、多数の変形および代用が、本発明、その用途、およびその構成において、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結果を達成するように成され得ることを容易に認識し得る。故に、本発明を開示される例示的形態に限定する意図は全くない。多くの変形、修正、および代替構造が、開示される発明の範囲および精神内に含められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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