(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内において、前記プラズマチャンバ内におけるチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整するための回路装置であって、前記チャックは、処理のために前記半導体ウエハを載置するように構成され、前記回路装置は、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の個別パルスを検出個別パルスとして検出するためのＲＦバイアス電圧検出器と、
各前記検出個別パルスをサンプリングするためのサンプリング時刻を決定するためのタイミング回路と、
前記各検出個別パルスを特徴付ける特徴的ピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、前記サンプリング時刻においてトリガされるサンプル−ホールド回路であって、少なくとも１つの前記検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を提供するように構成されるサンプル−ホールド回路と、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記パルスＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整するためのフィードバック回路と、
を備え、
前記ＲＦバイアス電圧検出器は、前記検出した、前記各検出個別パルス内のピークツーピーク電圧値を表す電圧エンベロープを出力するように構成され、
前記サンプリング時刻においてトリガされる前記サンプル−ホールド回路が、前記電圧エンベロープをサンプリングして、前記各検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定できるように、前記タイミング回路は、前記各検出個別パルスの立ち上がりを検出して、前記立ち上がりから遅延された前記サンプリング時刻を決定するように構成される、回路装置。
【請求項２】
半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内において、前記プラズマチャンバ内におけるチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整するための回路装置であって、前記チャックは、処理のために前記半導体ウエハを載置するように構成され、前記回路装置は、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の個別パルスを検出個別パルスとして検出するためのＲＦバイアス電圧検出器と、
各前記検出個別パルスをサンプリングするためのサンプリング時刻を決定するためのタイミング回路と、
前記各検出個別パルスを特徴付ける特徴的ピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、前記サンプリング時刻においてトリガされるサンプル−ホールド回路であって、少なくとも１つの前記検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を提供するように構成されるサンプル−ホールド回路と、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記ＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整するためのフィードバック回路と、
を備え、
前記サンプル−ホールド回路は、前記各検出個別パルスのエンベロープの１つまたは２つ以上のピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、前記各検出個別パルスをサンプリングするように構成され、前記１つまたは２つ以上のピークツーピーク電圧値は、パルス内の平均のまたは最大のピークツーピーク電圧値を含む、回路装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回路装置であって、
前記サンプル−ホールド回路は、複数の前記決定およびホールドされた電圧値の平均を取得するように構成される、回路装置。
【請求項４】
半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内においてチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整する方法であって、前記チャックは、処理のために前記半導体ウエハを載置するように構成され、前記方法は、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧の個別パルスの電圧値を検出個別パルスとして検出する動作と、
各前記検出個別パルスの電圧値をサンプリングするためのサンプリング時刻を決定する動作と、
前記サンプリング時刻において、前記各検出個別パルスの特定の電圧値をサンプリングして、前記特定の電圧値をホールドする動作と、各特定の電圧値は、前記各検出個別パルスを特徴付ける少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、
１つの前記検出個別パルスの電圧エンベロープを特徴付ける少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を生成する動作と、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記パルスＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整する動作と、
を備え、
前記決定する動作は、前記各検出個別パルスの各特定のサンプル電圧値または前記検出個別パルス内の複数のサンプルの平均である特徴的関数が、前記各検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表せるように、前記各検出個別パルスの立ち上がりから時間的に隔てられた１つまた複数のサンプリング時刻を特定する、方法。
【請求項５】
半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内においてチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整する方法であって、前記チャックは、処理のために前記半導体ウエハを載置するように構成され、前記方法は、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧の個別パルスの電圧値を検出する動作と、
前記検出された各個別パルスの電圧値をサンプリングするためのサンプリング時刻を決定する動作と、
前記サンプリング時刻において、前記検出された各個別パルスの特定の電圧値をサンプリングして、前記特定の電圧値をホールドする動作と、各特定の電圧値は、前記検出された各個別パルスを特徴付ける少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、
１つの前記検出された個別パルスの電圧エンベロープについての少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を生成する動作と、
前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記パルスＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整する動作と、
を備え、
前記パルスＲＦバイアス信号は、ＯＦＦモードによって隔てられた１対のＯＮモードパルスを含み、前記ＯＮモードパルスの中から検出された、前記検出された各個別パルスの２つまたは３つ以上のピークツーピーク電圧値のピーク値に基づいて平均の取得が実施される、方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の方法であって、
前記検出する動作は、前記パルスＲＦバイアス電圧信号の各前記個別パルスのピークツーピーク電圧値を表す前記電圧エンベロープを提供する、方法。
【請求項７】
ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号を測定および調整するための装置であって、
前記パルスＲＦバイアス信号に応答するように構成される検出器と、前記パルスＲＦバイアス信号は、ＯＦＦモードによって隔てられた１対のＯＮモードパルスを含むことと、前記検出器は、連続するエンベロープを含む検出器信号を生成するように構成されることと、前記連続するエンベロープの各エンベロープの振幅は、各ＯＮモードパルスの時間のみの関数としてピークツーピーク電圧値に比例することと、
前記連続するエンベロープをサンプリングするためのサンプル−ホールド回路と、前記サンプリングは、前記各エンベロープの振幅の１つを特定し、特定された前記振幅の１つは、前記各エンベロープに対応する前記各ＯＮモードパルスを特徴付ける特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、前記サンプル−ホールド回路は、前記特定された振幅の１つに比例する出力信号を生成することと、
を備える装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、さらに、
各特定された１つの振幅が、前記各エンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスのピークツーピーク電圧値の特徴を表すように、前記各エンベロープの上昇期間に続く遅延の完了を受けて前記サンプル−ホールド回路をトリガするためのトリガ信号を生成するように構成されるタイミング回路を備える装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
前記装置は、前記ＯＦＦモードを含まない連続的なＲＦバイアス信号を測定するようにも構成され、
前記タイミング回路は、さらに、前記パルスＲＦバイアス信号の代わりに前記連続的なＲＦバイアス信号の生成を受けて前記トリガ信号を生成するのに有効なウオッチドッグ回路をともなって構成される、装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の装置であって、さらに、
前記連続するエンベロープにおける既定の数の各エンベロープからサンプリングされた前記特定された振幅１つを加算して和を得るように、そして、前記和を前記既定の数で割って、前記既定の数の各エンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均に比例する値を有する前記出力信号を生成するように構成される平均取得回路を備える装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記既定の数は、前記出力信号が更新される更新周波数にしたがって選択され、
前記平均取得回路は、前記更新周波数で前記出力信号を更新するように構成され、前記出力信号の値は、前記ＯＦＦモードの継続期間に無関係である、装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置であって、
前記平均取得回路は、さらに、前記ＯＮモードおよび前記ＯＦＦモードの継続期間にしたがってなおかつ前記出力信号が更新される更新周波数にしたがって前記既定の数を選択することに基づくように構成される、装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の装置であって、
前記サンプル−ホールド回路は、電圧制限未満の電圧値を有するエンベロープ振幅をサンプリングするように構成され、
前記ＯＮモードパルスのピークツーピーク電圧値は、前記電圧制限を超え、
前記検出器は、複数のステージをともなって構成され、各前記ステージは、前記エンベロープの振幅の電圧値が前記電圧制限未満になるように、前記ＯＮモードパルスの電圧値を減衰させるように構成される、装置。
【請求項１４】
請求項７に記載の装置であって、
各ＯＮモードパルスは、ＲＦサイクルからなり、
前記検出器は、ストレージデバイスとダイオードネットワークとをともなって構成される回路を含み、前記ダイオードネットワークは、前記ストレージデバイスが各ＲＦサイクルについて前記ＲＦサイクルのピークツーピーク電圧を表す値を格納することを可能にする、装置。
【請求項１５】
請求項７に記載の装置であって、
前記パルスＲＦバイアス信号は、ＲＦサイクルを含み、
前記検出器は、ピークツーピーク検出器回路を含み、
前記検出器回路は、逆方向に導電する１対のダイオードと、前記パルスＲＦバイアス信号の前記ＯＮモードパルスの前記ＲＦサイクルのピークツーピーク電圧値に比例する電荷を格納するためのコンデンサとをともなって構成され、
各前記ダイオードは、最大で電流制限までの電流を導電するための容量をともなって構成され、
前記検出器は、さらに、各前記ダイオードに直列の個別回路を含み、前記個別回路は、前記コンデンサの充電とともに各前記ダイオードが最大で前記電流制限までの電流を導電するように構成される、装置。
【請求項１６】
ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号を測定および調整するための装置であって、
前記パルスＲＦバイアス信号に応答するように構成される検出器と、前記パルスＲＦバイアス信号は、対をなすＯＮモードパルスからなり、各対は、ＯＦＦモードによって隔てられ、各ＯＮモードパルスは、サイクルからなり、各サイクルは、時間に対して変化する電圧振幅によって特徴付けられることと、前記検出器は、前記応答が連続するエンベロープの形態で検出器信号を生成するように構成されることと、１つの前記エンベロープの振幅は、各前記ＯＮモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値に比例する振幅値からなり、各エンベロープの振幅は、各ＯＮモードパルス中の時間のみに対しており、各エンベロープは、前記パルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルおよび周波数に無関係であることと、
相隔てられた各前記連続するエンベロープに対して動作するように構成されるサンプル−ホールド回路であって、前記サイクルにおける前記各ＯＮモードパルスを特徴付ける特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する振幅値を有するエンベロープ振幅をサンプリングして、前記サンプリングされたサンプル振幅値を次のエンベロープのサンプリングまでホールドし、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する値を有する出力信号を生成するサンプル−ホールド回路と、
を備える装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、さらに、
各前記エンベロープの上昇期間および移行期間の完了を受けて前記サンプル−ホールド回路をトリガするためのトリガ信号を生成するように構成されるタイミング回路を備える装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の装置であって、
前記サンプル−ホールド回路は、
前記各エンベロープの複数の連続する振幅値をサンプリングするサンプリングモジュールと、
前記サンプリングされた複数のサンプル振幅値のどれが前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例するかを決定する選択モジュールと、
を含む、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、
前記選択モジュールは、
前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値の２つのサンプル振幅値に対して決定を下して、高い方の値のサンプルをホールドするように、
前記ホールドされた高い方の値のサンプルと、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの次の連続するサンプル振幅値とに対して決定を下して、高い方の値のサンプルをホールドするように、そして、
前記次の連続するサンプル振幅値が前記ホールドされた高い方の値のサンプル未満になったときに決定を下すのを止めて、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する値を有する前記出力信号を生成するのに使用するために前記高い方の値のサンプルをホールドするように
構成される、装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の装置であって、
各前記連続するエンベロープについて、前記サンプル−ホールド回路は、前記各連続するエンベロープが対応する前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する特徴的エンベロープ振幅値をサンプリングし、
前記装置は、さらに、
既定の数の前記各連続するエンベロープの特徴的振幅値を加算して和を得るように構成される平均取得回路を備え、前記既定の数は、前記出力信号が更新される更新期間が前記連続するエンベロープの数を前記パルスＲＦバイアス信号のパルスレートで割ったものに等しくなるように選択され、前記平均取得回路は、さらに、前記既定の数の各連続するエンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均に比例する値を有する前記出力信号を生成するために、前記和を前記既定の数で割るように構成される、装置。
【請求項２１】
ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号の電圧値を測定および調整するための装置であって、前記パルスＲＦバイアス信号は、ＯＮモードパルスと、続くＯＦＦモードと、続く別のＯＮモードパルスとからなり、交互に変化する一連のＯＮモードパルスおよびＯＦＦモードパルスとして継続し、パルスレートは、各連続する前記ＯＮパルスが開始する時刻を定め、各ＯＮモードパルスは、サイクルからなり、各サイクルは、時間に対して変化するとともに前記サイクルのピークツーピーク電圧値を含む電圧値によって特徴付けられ、前記装置は、
各前記ＯＮモードパルスに対応するとともに前記パルスレートにしたがってその他の連続するエンベロープから隔てられた１つのエンベロープの形態で検出器信号を生成するために、継続する前記一連の各ＯＮモードパルスに応答するように構成される検出器と、各エンベロープは、各前記ＯＮモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値を表すことと、前記検出器は、前記検出器信号が１つのエンベロープと、相継いで続く１つのＯＦＦモードと、続く１つのエンベロープとからなり前記パルスレートで交互に変化する一連のＯＦＦモードおよびエンベロープとして継続するように構成されることと、
各連続する前記エンベロープに対する動作のためにのみトリガされるように構成されるサンプル−ホールド回路と、前記トリガされたサンプル−ホールド回路は、各エンベロープの電圧振幅値をサンプリングして、前記サンプリングされたサンプル値を次の前記ＯＦＦモードの間ホールドし、前記ホールドされたサンプル値は、前記各エンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、
を備える装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置であって、さらに、
前記バイアス電極に印加される前記パルスＲＦバイアス信号の電圧値を制御するためのフィードバック回路であって、更新レートで制御信号を生成し、前記更新レートは、前記パルスレートより遅く、前記制御信号の更新間の期間を定める、フィードバック回路を備える装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、さらに、
１つの前記更新期間中に相継いで発生する各エンベロープに対応する各連続するＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すいくつかの前記ホールドされた電圧振幅値に応答する平均取得回路であって、前記１つの更新期間中の前記ＯＮモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均を表すために、前記ホールドされた電圧振幅値の平均を生成する平均取得回路を備え、
前記フィードバック回路は、前記ホールドされた電圧振幅値の前記平均に応答して前記制御信号を更新する、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置であって、
前記平均取得回路は、前記１つの更新期間中にホールドされた前記ホールドされた電圧振幅値の和を得て、前記和を前記ホールドされた電圧振幅値の前記数で割って、前記平均を決定する、装置。
【請求項２５】
処理チャンバ内において、基板を支えるＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を決定する方法であって、前記印加されるパルスＲＦバイアス信号は、交互に変化するモードからなり、前記モードは、一連のモードとして継続するＯＮモードパルスと、ＯＦＦモードと、ＯＮモードパルスとからなり、前記方法は、
前記パルスＲＦバイアス信号の第１のＯＮモードパルスを特定する動作と、前記第１のＯＮモードパルスは、時間に対して変化するサイクルの振幅によって特徴付けられることと、
前記特定された第１のＯＮモードパルスの前記サイクルの振幅のピークツーピーク電圧値を前記第１のＯＮモードパルス中の時間のみの関数として表すエンベロープを画定する動作と、
前記パルスＲＦバイアス信号を特徴付ける特徴的ピークツーピーク電圧値を表す出力信号を生成するために、前記エンベロープをサンプリングする動作と、
を備える方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、さらに、
前記パルスＲＦバイアス信号の電圧値を制御するためのフィードバック信号を生成する動作と、前記フィードバック信号は、前記出力信号の特徴的ピークツーピーク電圧値と、前記パルスＲＦバイアス信号の所望のピークツーピーク電圧値とに基づくこととを備える方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法であって、さらに、
前記一連の連続するＯＮモードパルスの前記サイクルの振幅のピークツーピーク電圧値を表す前記エンベロープに基づいて前記出力信号を更新するために、前記連続するＯＮモードパルスに対して前記特定する動作、前記画定する動作、および前記サンプリングする動作を繰り返す動作を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造機器に関するものであり、より具体的には、本発明は、処理チャンバまたは電極へのパルスＲＦ電力供給に関連した信号の印加、測定、フィードバック、および処理を制御する方法、回路、ならびにシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造において、ＩＣデバイスは、数々の処理動作を経る半導体ウエハをもとに作成される。このような動作の多くは、一般に、処理チャンバ内において行われ、誘電体材料および金属化材料などの層が相継いで適用されパターン形成されて、多層構造を形成する。例えば、これらの層の一部は（例えばＳｉＯ2）は、一般に、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ内において成長され、次いで、フォトレジスト材料をスピンコートされ、フォトリソグラフィパターン形成に通される。特定の表面の上にフォトレジストマスクが画定されると、半導体ウエハは、フォトレジストマスクに覆われていない部分の下位材料を除去（すなわちエッチング）するために、プラズマエッチングチャンバに持ち込まれる。
【０００３】
処理チャンバは、ウエハの表面もしくは層に対する材料のエッチング、堆積、または注入のために使用されえる。エッチング、堆積、または注入のためのチャンバのいくつかの物理的実現形態では、高周波電力（ＲＦ）が使用される。例えば、処理チャンバ内では、誘導コイルへのＲＦ電力の印加によってプラズマが発生されてよく、このＲＦ電力は、１３．５６ＭＨｚで印加されるのが通常である。
【０００４】
ウエハは、誘導コイルから離され、チャンバ内において電極上に載置される。ウエハに対するエッチング、堆積、または注入を制御するなどのプロセス制御のために、その他の（すなわち第２の）ＲＦ電力が、別途チャンバに伝えられる、より具体的には、ウエハを載置された電極に印加される。処理チャンバの具体例として、このような誘導コイルと電極とを互いに離して装備され、パルス状のこのような第２のＲＦ電力を電極によって受信するチャンバが挙げられる。しかしながら、チャンバのチャック電極に供給されるパルスＲＦ電力によって印加される電圧レベルを正確に制御するための方法およびシステムは、多くの点で問題がある。
【０００５】
したがって、必要とされるのは、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧を測定および決定するための装置、回路、ならびに方法であって、パルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルに影響されない、すなわちその関数ではない装置、回路、ならびに方法である。やはり必要とされるのは、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の値の決定がパルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルに依存しない装置、回路、および方法である。さらに必要とされるのは、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の値の決定がパルスＲＦバイアス信号のＯＦＦモードに基づかない装置、回路、および方法である。
【発明の概要】
【０００６】
概して、本発明の実施形態は、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧を測定および決定するように構成された半導体製造の装置、回路、ファームウェア、ソフトウェア、ならびに方法を提供することによって、これらの必要を満たすものである。１つの実施形態では、決定は、ＲＦバイアス信号のデューティサイクルに影響されない、すなわちその関数ではない。より詳細に言うと、このような実施形態は、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の値の決定がパルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルに依存しない装置、回路、ファームウェア、および方法を提供する。このような実施形態は、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の値の決定がパルスＲＦバイアス信号のＯＦＦオードに基づかない装置、回路、および方法を提供する。このような１つの実施形態では、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の値の決定は、ＯＮモードパルス時におけるパルスＲＦバイアス信号のパルスのピークツーピーク電圧値に基づく。
【０００７】
１つの実施形態では、半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバが提供される。プラズマチャンバは、プラズマチャンバ内においてチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整するための回路構成を含む。このときのチャックは、処理のためにウエハを載置するように構成される。回路構成は、チャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号の個別パルスを検出するためのＲＦバイアス電圧検出器を含む。各検出個別パルスをサンプリングするための時刻を決定するためのタイミング回路が提供され、さらに、サンプル−ホールド回路が提供される。サンプル−ホールド回路は、各検出個別パルスのピークピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、各検出個別パルスをサンプリングするためのサンプリング時刻においてトリガされ、サンプル−ホールド回路は、少なくとも１つの検出パルスのピークピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を提供するように構成される。さらには、チャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号の電圧をフィードバック信号とＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整するためのフィードバック回路が含まれる。
【０００８】
別の一実施形態では、半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内においてチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整する方法が提供される。チャックは、処理のためにウエハを載置するように構成される。方法は、チャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧の個別パルスの電圧値を検出することと、各検出個別パルスの電圧値をサンプリングするための時刻を決定することとを含む。次いで、各検出個別パルスに対するサンプリング時刻において、各検出個別パルスの特定の電圧値をサンプリングして、その特定の電圧値をホールドすることを含む。各特定の電圧値は、各検出個別パルスの少なくともピークピークツーピーク電圧値を表す。次いで、１つの検出個別パルスの電圧エンベロープについての少なくともピークピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を生成することを含む。方法は、次いで、チャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号の電圧をフィードバック信号とパルスＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整することを含む。
【０００９】
オプションとして、フィードバック信号を生成するために、２つ以上のピークピークツーピーク電圧値の平均を取得してよい。さらに、オプションとして、各電圧エンベロープ内の２つ以上のピークツーピーク電圧値が検出およびホールドされてよい。さらにまた、処理は、回路構成（アナログまたはデジタル、またはそれらの組み合わせ）、ファームウェア、ソフトウェア、ファオームウェアとソフトウェアとの組み合わせ、およびファームウェアとソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって実施されてよい。いずれの実施形態においても、処理は、チャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号の電圧を正確に調整することを可能にする。
【００１０】
本発明のその他の実施形態は、ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号を測定してよい。パルスＲＦバイアス信号に応答するように検出器が構成されてよく、このパルスＲＦバイアス信号は、ＯＦＦモードによって隔てられた１対のＯＮモードパルスを含み、検出器は、相継ぐエンベロープを含む検出器信号を生成するように構成されてよい。もちろん、上記のように、１つのエンベロープのみが必要であるが、この実施形態は、２つまたは３つ以上の相継ぐエンベロープの例を示している。したがって、各エンベロープの振幅は、各ＯＮモードパルスの時間の関数としてピークツーピーク電圧値に比例する。各相継ぐエンベロープをサンプリングするために、サンプル−ホールド回路が提供されてよい。サンプリングは、エンベロープの振幅の１つを特定する。特定された１つの振幅は、そのエンベロープに対応する各ＯＮモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表す。一部の実施形態では、それは、最大の、または１つもしくは２つ以上のより大きいピークツーピーク電圧であってよい。回路は、特定された１つの振幅に比例する出力信号を生成する。
【００１１】
本発明のさらにその他の実施形態は、バイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号を測定してよい。パルスＲＦバイアス信号に応答するように検出器が構成されてよく、このパルスＲＦバイアス信号は、対をなすＯＮモードパルスからなり、各対は、ＯＦＦモードによって隔てられる。各ＯＮモードパルスは、サイクルからなってよく、各サイクルは、時間に対して変化する電圧振幅によって特徴付けられる。検出器は、応答が各ＯＮモードパルスに対してなされるように、そして相継ぐエンベロープの形態で検出器信号を生成するように構成されてよい。１つのエンベロープの振幅は、各ＯＮモードパルスのサイクルのピークツーピーク電圧値に比例する振幅値からなる。各エンベロープの振幅は、各ＯＮモードパルス中の時間のみに対しててよく、各エンベロープは、パルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルおよびパルスＲＦバイアス信号に無関係である。
【００１２】
本発明の実施形態は、添付の図面に関連させた以下の詳細な説明を参照することによって、容易に理解することができる。ここで、類似の参照符号は、類似の構成要素を示すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】処理チャンバへのパルスＲＦ電力供給に関連した信号の印加、測定、フィードバック、および処理を制御するための本発明の装置の実施形態を示した概略図である。
【図２】時間（Ｘ軸）対電圧（Ｙ軸）を示したグラフであり、パルスＲＦバイアス信号が、ＲＦバイアスパルス、続くゼロ電圧状態（パルス無し）、続く別のＲＦバイアスパルスの形態をとりえることを図示している。
【図３】チャンバに第２のＲＦバイアス信号を別途伝えるＲＦ発生器を含む本発明の実施形態の装置を示した概略図である。
【図４】時間（Ｘ軸）対電圧（Ｙ軸）を示したグラフであり、第２のＲＦバイアス信号の典型的なパルスのサイクルに対応するピークツーピーク（ＰＴＰ）電圧値を有するエンベロープを図示しており、そのエンベロープの上昇部分を図示している。
【図５】時間（Ｘ軸）対電圧（Ｙ軸）を示したグラフであり、上昇部分の終了後にタイミング回路によって課される第２の時間遅延を表す時刻間の差と、さらに、その第２の時間遅延中にエンベロープの電圧値がより安定し、サンプリングにより適したものになることとを図示している。
【図６】サンプリングによってエンベロープのピークＰＴＰ電圧値ＶＰＥが特定されるようにサンプル−ホールド回路をトリガするように構成されるタイミング回路を示した概略図である。
【図７】サンプル−ホールド回路１００によって生成される典型的な出力信号を示したグラフであり、振幅を有する信号を図示している。
【図８】いくつかのエンベロープをサンプリングして平均を出力するようにコンピュータをプログラムするためのモジュールの概略図である。
【図９】ＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を本発明の実施形態にしたがって決定するための本発明の方法の各種の実施形態を図示したフローチャートである。
【図１０】ＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を本発明の実施形態にしたがって決定するための本発明の方法の各種の実施形態を図示したフローチャートである。
【図１１】ＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を本発明の実施形態にしたがって決定するための本発明の方法の各種の実施形態を図示したフローチャートである。
【図１２】ＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を本発明の実施形態にしたがって決定するための本発明の方法の各種の実施形態を図示したフローチャートである。
【図１３】ＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を本発明の実施形態にしたがって決定するための本発明の方法の各種の実施形態を図示したフローチャートである。
【図１４】ＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を本発明の実施形態にしたがって決定するための本発明の方法の各種の実施形態を図示したフローチャートである。
【図１５】ＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を本発明の実施形態にしたがって決定するための本発明の方法の各種の実施形態を図示したフローチャートである。
【図１６】パルスＲＦバイアス信号を受信する容量性分圧器をともなって構成される検出器を示した概略図である。
【図１７】交互に導通するダイオードからなるダイオードネットワークをともなって構成される検出器を示した概略図である。
【図１８】フィルタリングされないとエンベロープ上に現れる可能性があるあらゆるＲＦノイズを除去するためおよび電圧の値をサンプル−ホールド回路に適合した値に調整するための消散フィルタを示した概略図である。
【図１９】サンプル−ホールド回路に印加されるエンベロープの形態をとる検出器信号を示した概略図であり、サンプル−ホールド回路のバッファアンプを図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、基板の製造に使用される処理チャンバに提供される信号データに対する改良式の制御を可能にするために情報を処理するための装置および方法を定める。
【００１５】
一実施形態では、処理チャンバは、バイアスＲＦ供給をともなうプラズマリアクタである。ピークＲＦ電圧は、ウエハ電位を制御するためのパラメータである。パルス変調ＲＦバイアス供給を使用する応用の場合は、パルスの「ＨＩＧＨ」部分中のピーク電圧もまた、（パルス全体の平均電位とは対照的に）重要なパラメータである。１つの構造例として、（Ａ）分圧器と、（Ｂ）高速エンベロープ検出器（およびフィルタ）と、（Ｃ）サンプル−ホールド回路とを使用するものが挙げられる。一実施形態では、サンプル−ホールド回路は、（ｉ）エンベロープ信号または外部同期信号のいずれかをもとにパルスの「ＨＩＧＨ」部分の始まりを知らせるためのトリガ信号と、（ii）タイミング遅延（設定可能）と、（iii）単点または多点平均のいずれかである電圧信号のサンプリングと、（iv）パルスの単点サンプルまたは多点平均の出力と、（ｖ）新しいトリガが検出されるまで同じ出力読み込み値を維持するためのホールドとからなってよい。さらに、この構造例は、（Ｄ）ＨＩＧＨ部分中のピークＲＦ電圧の閉ループ制御も含んでよい。
【００１６】
以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を特定しなくても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭になるのを避けるため、周知のプロセス動作の詳細な説明は省略される。
【００１７】
Ｉ．  システムおよび方法の設計考慮
エッチングまたは堆積または注入を制御するなどのプロセス制御を説明するにあたり、このような電極に印加される第２のＲＦ電力は、ＲＦバイアスまたはＲＦバイアス電力、または好ましくはＲＦバイアス信号と称されてよく、このような電極は、バイアス電極と称されてよい。これらの用語は、プラズマを発生させるために誘導コイルに別途印加されるＲＦ電力とは区別される。処理中、プロセス制御がなされないと、または適切なプロセス制御がなされないと、バイアス電極に対するインピーダンス（または負荷）に変動が生じる。この変動は、例えば、チャンバ内ガスの種類、ガス圧、または誘電負荷に基づいてよい。最適なプロセス制御のためには、プラズマの電気的特性が一定に維持されるように、バイアス電極に印加されるＲＦバイアス信号を制御しなくてはならない。
【００１８】
過去には、例えばイオン衝撃エネルギを正確に制御する試みにおいて、ＲＦバイアス信号を制御する試みがなされてきた。このようなイオン衝撃エネルギは、ウエハに印加されるＲＦ電圧、すなわちＲＦバイアス電圧に関連付けられる。ウエハにかかるこのＲＦバイアス電圧は、バイアス電極に印加されるＲＦバイアス信号に由来する。このような制御のため、ＲＦバイアス電圧は、パルス状であることが多く、パルスＲＦバイアス信号によって印加することができる。このパルス化に関連する問題は、パルスＲＦバイアス信号の特性を参照することによって理解される。一般に、パルスＲＦバイアス信号は、ＲＦバイアスパルス、続くゼロ電圧状態（パルス無し）、続く別のＲＦバイアスパルスなどの形態をとってよい。パルスＲＦバイアス信号は、したがって、１つのＲＦバイアスパルス、次いでゼロ電圧状態（パルス無し）、次いで別のＲＦバイアスパルス、次いでゼロ電圧状態（パルス無し）などによって形成される一連のもの（「一連のＲＦバイアスパルス」）である。このような一連のＲＦバイアスパルスは、プロセス制御の必要性がある限り継続することができる。
【００１９】
一連のＲＦバイアスパルスのこのような各ＲＦバイアスパルスは、約０．１ＭＨｚから大きくは６０ＭＨｚに到るＲＦ範囲内の周波数でプラスの電圧値とマイナスの電圧値との間で変化する振幅を有する単一ＲＦバイアス電圧信号であってよい。一般的な周波数は、約０．４ＭＨｚから約２ＭＨｚまでの範囲であってよい。この単一ＲＦバイアス電圧信号は、約１０マイクロ秒（μｓ）から約１００μｓまでの継続期間（「ＯＮ」継続期間）を有してよい。ＲＦ信号として、単一ＲＦバイアス電圧信号は、その典型的周波数範囲内のサイクル（すなわち例えば正弦波などの振動または周期）で構成される。各サイクルは、１つのプラス値と１つのマイナス値との間で変化する振幅（すなわち電圧値）を有する。
【００２０】
一般に、単一ＲＦバイアス電圧信号において、１つ（または２つ以上）のサイクルの振幅のプラス値は、その他の全てのサイクルのプラス値より大きく、その単一ＲＦバイアス電圧信号の正の「ピーク」値（すなわちピーク電圧値）と称される。また、単一ＲＦバイアス電圧信号において、１つ（または２つ以上）のサイクルの振幅のマイナス値は、その他の全てのサイクルのマイナス値より小さく、その単一ＲＦバイアス電圧信号の負の「ピーク」値（すなわちピーク電圧値）と称される。便宜上、各サイクルの正のピークと負のピークとの間の振幅の値は、ピークツーピーク電圧値、すなわちＰＴＰ電圧値と称される。
【００２１】
この単一ＲＦバイアス電圧信号、すなわちＲＦバイアスパルスは、このような１つのＲＦバイアスパルスがそのＯＮ継続期間の終わりで停止する、すなわちその１つのＲＦバイアスパルスが「ＯＮ」である期間（「ｔＯＮ」）の終わりに停止することを示すために、「バースト」と称されてよい。ＲＦバイアスパルスがＯＮである状態は、「ＯＮモード」と称される。このＲＦバイアスパルス（バースト）が期間ｔＯＮの終わりに停止すると、ＲＦバイアスパルスは「ＯＦＦ」になり、振幅がない、すなわち電圧がゼロの（「パルス無し」と称される）期間（「ｔＯＦＦ」）がくる。ＲＦバイアスパルスがＯＦＦである状態は、「ＯＦＦモード」と称される。期間ｔＯＦＦの後は、別のＲＦバイアスパルス、すなわち別のバーストになり、別の期間ｔＯＮがくる。
【００２２】
パルスＲＦバイアス信号のこれらの特性を念頭に置くと、一連のＲＦバイアスパルスの「デューティサイクル」は、時間ＯＮと時間ＯＦＦとの和に対する時間ＯＮの比として定められてよく、ＯＮモードの期間およびＯＦＦモードの期間のいずれについても約１０マイクロ秒（μｓ）から約１００ミリ秒（ｍｓ）までの範囲の時間に基づいてよいことが理解される。このような時間は、結果として、一連のＲＦバイアスパルスのＲＦバイアスパルスを約１Ｈｚから約１０ｋＨｚまでのパルスレートにすることができる。
【００２３】
このパルスＲＦバイアス信号に起因する問題は、分圧器を使用した、パルスＲＦバイアス信号の電圧を測定する代表的方法に関する。分圧器を使用したこのような代表的方法の出力は、例えばデューティサイクルやパルス周波数などパルスＲＦバイアス信号のパルスのパラメータの関数である。上述のように、デューティサイクルは、ＯＮモードの継続期間およびＯＦＦモードの継続期間の両方の関数である。パルスＲＦバイアス信号のＯＮモードは、約１Ｈｚから約１０ｋＨｚまでの範囲のパルスレートであるのが通常なので、このようなパルスレートは、代表的フィードバックループの応答時間（〜１秒）より速い。ＲＦバイアス電圧の時間平均は、デューティサイクルやパルス周波数などのパルスパラメータに依存するので、パルスＲＦバイアス信号の正確なバイアス電圧は、単純にこのようなＲＦバイアス電圧の時間平均に基づくものではない（すなわち全応答時間の平均ではない）。パルスパラメータに依存するこのような平均を明確に識別するために、代表的分圧器によって決定されるＲＦバイアス信号の時間平均は、以下において、「ＰＰＤ平均」または「ＰＰＤ平均電圧」と称される。このＰＰＤ平均は、ＲＦバイアス信号の、各ＲＦバイアスパルスのサイクルのＰＴＰ電圧値はもちろんこれらのＲＦバイアスパルス間のＯＦＦモードのゼロ電圧値にも基づく。本発明の実施形態の出願人の経験では、ＰＰＤ平均は、例えばパルスＲＦバイアス信号のパルスの最高ＰＴＰ電圧値のみをもとにした分圧器出力より小さく、その差の大きさを決定することは困難である。
【００２４】
さらに、本発明の実施形態の出願人は、このような分圧器の出力がＯＦＦモードの継続期間の関数であるゆえに、たとえパルスＲＦバイアス信号のバイアスパルスのＰＴＰ電圧が（例えば）時間変化しなくても、デューティサイクルの任意の変化がパルスＲＦバイアス信号のＰＰＤ平均電圧の値を変化させえる、ということに気付いた。したがって、これらの出願人は、代表的フィードバックループに印加されるフィードバック誤差信号がこのようなＰＰＤ平均に基づき、そのＰＰＤ平均電圧がバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピークＲＦ電圧を表すものとして使用されると、そのフィードバック誤差信号はピークツーピークＲＦ電圧の値のみを表すものではなくなる、という結論に到った。したがって、分圧器を使用したこのような代表的方法によると、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の決定に誤差が生じる。したがって、本発明の実施形態の出願人は、分圧器による方法によって得られるようなＰＰＤ平均電圧の使用は、典型的なエッチングまたは堆積または注入のプロセスを制御するためのフィードバック誤差信号の基礎となる所望の制御パラメータを提供するものではない、という結論に到った。次に、上記の欠点を改善する実施形態が詳細に説明される。
【００２５】
以上の検討事項を念頭に置いて、以下に、回路およびシステムのいくつかの構成例を定める。ただし、添付の特許請求の範囲に定められるような変更が可能である。具体的に言うと、特定の回路設計が言及されているが、その機能性は、数々の形態で実現することができる。例えば、回路（例えばアナログおよびデジタル）によって実施される機能性は、ファームウェアにレンダリングしなおすことができる。また、ファームウェアは、処理ステップもしくは連絡を完了させるまたは部分的に完了させるために、単独でまたはソフトウェアによる制御もしくは補助とともに実行することができる。
【００２６】
II.  システムおよび方法の設計構成例
図１は、パルスＲＦバイアス信号を通じた処理チャンバまたは電極へのパルスＲＦ電力供給に関連した信号の印加、測定、フィードバック、および処理を制御するための本発明の装置４０の実施形態の概略図を示している。本発明の実施形態では、パルスＲＦバイアス信号の値の決定は、パルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルに影響されず、すなわちその関数ではなく、したがって、パルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルに依存せず、パルスＲＦバイアス信号のＯＦＦモードに基づかない。
【００２７】
このような一実施形態では、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の値の決定は、パルスＲＦバイアス信号のパルスのみに基づくので、決定は、パルスＲＦバイアス信号のＯＮノード中にのみ下される。このような一実施形態では、ウエハにかかるＲＦバイアス電圧の値の決定は、パルスＲＦバイアス信号の所定数のパルスのＯＮモード中のみの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均のみに基づく。一部の実施形態では、特徴的ピークツーピーク電圧は、最大の、または１つもしくは２つ以上のより大きいピークツーピーク電圧であってよい。
【００２８】
図１は、例えば半導体製造動作において処理される基板４６に対して適切な把持力を提供する基板ホルダ４４を有する真空処理チャンバ４２を含む装置４０を示した概略図である。このような基板は、例えば半導体ウエハ、または例えば絶縁体もしくは導体もしくは各種材料の組み合わせなどデバイスもしくはコンポーネントの作成にあたって処理される別の基板であってよい。チャンバ４２の上部には、誘電体窓４８などのチャンバ窓が提供されてよい。
【００２９】
チャンバ４２の内部へのアクセスを可能にするために、窓４８に、ポート５０が提供されている。図１は、また、ポート５０を介したチャンバ４２へのアクセスを必要とする設備５４がチャンバ４２に提供されることも図示している。設備５４は、チャンバにプロセスガスを供給するなどによってチャンバ４２内における堆積またはエッチングまたは注入のプロセスの実施を促進するためにこのようなアクセスを必要とすると考えられる。設備５４の一例として、１つまたは２つ以上のガス供給からポート５０を通してチャンバ４２へとプロセスガスが供給されてよい。ポンプ（不図示）は、チャンバ４２内の圧力を、１〜１０００ミリトールの典型的範囲内の圧力まで低減させてよい。
【００３０】
堆積またはエッチングまたは注入のプロセスのために、コイル６０には、チャンバ内のガスを加圧してチャンバ４２内において高密度（例えば１０-11〜１０-12イオン／ｃｍ3）のプラズマを維持するために、インピーダンス整合回路網をともなう第１のＲＦエネルギ源５８が接続される。コイル６０は、代表的固定周波数１３．５６ＭＨｚで動作されてよく、チャンバ４２内においてこれらのプロセスを実施するための高密度プラズマを提供するために、窓４８を通してチャンバ４２内にＲＦエネルギを誘導結合するタイプであってよい。結合中、コイル６０は電場を生成する（図１の線６２を参照せよ）。
【００３１】
図１は、また、エッチング、堆積、または注入を制御するなどのプロセス制御のために、第２のＲＦ電源６４によってチャンバに第２のＲＦ電力が別途伝えられることを示している。電源６４は、可変リアクタンスを含む整合回路網を含んでよい。整合された第２のＲＦ電力は、第２のＲＦ信号６８の形態で電極６６に印加される。
【００３２】
整合回路網の可変リアクタンスは、第２のＲＦ信号６８のインピーダンスを電極６６のインピーダンスと整合させるように制御される。基板ホルダ４４の下で電極６６に結合される負荷は、主に、チャンバ４２内のプラズマであり、プラズマによって課される負荷は、プラズマがダイオードとして機能するゆえに非対称的である。電極６６に印加される第２のＲＦ信号６８は、基板４６にバイアスをかけるために、プラズマ中の荷電粒子と相互に作用する。
【００３３】
本発明の実施形態では、ＲＦ電源５８，６４は、互いから離された誘導コイル６０および電極６６によって、個別にチャンバ４２と通じている。典型的なエッチング、堆積、または注入を制御するなどのプロセス制御を説明するにあたり、このような電極６６に印加される第２のＲＦ信号６８は、ＲＦバイアスまたはＲＦバイアス電力、または好ましくはＲＦバイアス信号と称されてよく、このような電極６６は、バイアス電極と称されてよい。これらの用語は、プラズマを発生させるために第１のＲＦ電源５８によって誘導コイル６０に別途印加されるＲＦ電力とは区別される。
【００３４】
処理中、プロセス制御がなされないと、または適切なプロセス制御がなされないと、バイアス電極に対するインピーダンス（または負荷）に変動が生じる。この変動は、例えば、チャンバ４２内ガスの種類、ガス圧、または誘電負荷に基づいてよい。最適なプロセス制御のためには、プラズマの電気的特性が一定に維持されるように、バイアス電極６６に印加されるＲＦバイアス信号６８を制御しなくてはならない。
【００３５】
ＲＦバイアス信号６８は、例えば、チャンバ４２内におけるイオン衝撃エネルギを正確に制御するために制御される。このようなイオン衝撃エネルギは、基板４６に印加されるＲＦ電圧に関連付けられる、すなわち、電源５８からのＲＦ電力と区別するためにＲＦバイアス電圧ＶＲＦ２と称される。基板４６にかかるこのＲＦバイアス電圧ＶＲＦ２は、バイアス電極６６に印加されるＲＦバイアス信号６８に由来する。図２は、このような制御のために、本発明の好ましい実施形態においてＲＦバイアス電圧ＶＲＦ２がパルス状であること、そしてパルスＲＦバイアス信号６８Ｆと称されてよいことを示している。このパルス化に関連する上述の問題は、図２に示されるように、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの特性を参照することによって理解される。
【００３６】
図２は、時間（Ｘ軸）対電圧（Ｙ軸）を示したグラフである。図２は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐが、ＲＦバイアスパルス７０、続くゼロ電圧状態７２（パルス無し）、続く別のＲＦバイアスパルス７０などの形態をとりえることを図示している。図２は、信号６８Ｐの数多くのパルス７０のうちの３つの典型的ＲＦバイアスパルス７０を示している。パルスＲＦバイアス信号６８Ｐは、したがって、ＲＦバイアスパルス７０の１つ、次いでゼロ電圧状態７２（パルス無し）、次いで別のＲＦバイアスパルス７０、次いでゼロ電圧状態７２（パルス無し）などが信号６８Ｐの継続期間にわたって継続することによって定められる一連のもの（「一連のＲＦバイアスパルス７０」）である。このような一連のＲＦバイアスパルス７０は、プロセス制御の必要性がある限り継続することができる（継続期間または期間を有することができる）。
【００３７】
図２は、一連のＲＦバイアスパルス７０のこのような各ＲＦバイアスパルス７０が、プラスのピーク電圧値とマイナスのピーク電圧値との間に跨る（すなわち「ピークツーピーク」に跨る）振幅７４を有する単一ＲＦバイアス電圧信号として説明されえることを図示している。パルス７０は、約０．１ＭＨｚから約６０ＭＨｚまでのＲＦ範囲内の周波数であってよい。一般的な周波数は、約０．４ＭＨｚから約２ＭＨｚまでの範囲であってよい。パルス７０は、約１０μｓから約１００μｓまでの典型的な「ＯＮ」期間ｔＯＮ中「ＯＮ」であってよい。
【００３８】
ＲＦバイアス信号６８Ｐの一部として、各ＲＦバイアスパルス７０（すなわち各単一ＲＦバイアス電圧信号）は、その典型的周波数範囲内のサイクル（すなわち例えば正弦波などの振動または周期）７６で構成される。各サイクルは、説明されたプラスピーク（プラス電圧値）とマイナスピーク（マイナス電圧値）との間で変化する振幅７４（すなわち電圧値）を有する。サイクル７６の振幅７４は、ピークツーピーク値と称されてよい。説明の簡略化のために、「ＰＴＰ」という略記は、サイクル７６の振幅７４であって、「ピークツーピーク」に跨るとともにサイクル７６の電圧値を示す振幅を指すものとする。図の簡略化のために、図２は、パルス７０を時間「ｔ」のＸ軸方向に切り取って、すなわち短縮して示しており、ＲＦパルス７０が典型的周波数０．４ＭＨｚにあるときに、約７．５〜８μｓ内に典型的な３つのサイクル７６があることが理解される。
【００３９】
図２は、また、一般に、典型的な１つのパルス７０において、１つ（または２つ以上）のサイクル７６の振幅７４のＰＴＰ電圧値が最大でありえる、すなわちその他の全てのサイクル７６のＰＴＰ電圧値のなかで最大の電圧値を有しえることを示している。１つのパルス７０のサイクル７６のうちこのような最大のＰＴＰ電圧を有するサイクル７６は、本明細書において、１つのパルス７０の「ピーク」値（すなわちピーク電圧値）と称されてよく、７６Ｐとして識別される。このため、図２に示された典型的な３つの各パルス７０について、それぞれのピーク電圧値をともなう１つのサイクル７６Ｐが示されている。
【００４０】
この単一ＲＦバイアス電圧信号、すなわちＲＦバイアスパルス７０は、このような１つのＲＦバイアスパルス７０がそのＯＮ期間の終わりで停止する、すなわちその１つのＲＦバイアスパルスが「ＯＮ」である期間（「ｔＯＮ」）の終わりに停止することを示すために、「バースト」と称されてよい。ＲＦバイアスパルス７０がＯＮである状態は、「ＯＮモード」と称される。このＲＦバイアスパルス（バースト）７０が期間ｔＯＮの終わりに停止すると、ＲＦバイアスパルス７０は「ＯＦＦ」になり、振幅７４がない、すなわち電圧がゼロの（「パルス無し」と称される）期間（「ｔＯＦＦ」）がくる。ＲＦバイアスパルス７０がＯＦＦである状態は、「ＯＦＦモード」と称される。期間ｔＯＦＦの後は、別のＲＦバイアスパルス７０、すなわち別のバーストになり、別の期間ｔＯＮがくる。
【００４１】
上述された、一連のＲＦバイアスパルス７０の「デューティサイクル」は、期間ｔＯＮと期間ｔＯＦＦとの和に対する期間ｔＯＮの比として定められてよく、ＯＮモードの期間およびＯＦＦモードの期間のいずれについても約１０μｓから約１００ｍｓまでの範囲の期間に基づいてよい。このような時間は、結果として、一連のＲＦバイアスパルスのＲＦバイアスパルス７０を約１Ｈｚから約１０ｋＨｚまでの典型的周波数、すなわちパルスレートにすることができる。
【００４２】
本発明の別の一実施形態は、ＲＦバイアス信号６８をハイブリッドＲＦバイアス信号６８Ｈ（不図示）の形態で提供してよい。このようなハイブリッドバイアス信号６８Ｈは、ＣＷ部分（不図示）とパルス部分とで構成される。パルス部分は、図２においてパルス７０として示されており、ＣＷ部分は、パルス７０間にいかなるＯＦＦモードすなわちｔＯＦＦも挟まない連続的な一連のパルス７０である。ＣＷ部分の後は、ＯＦＦモードが続き、次いで、ｔＯＦＦに到るまでの期間に渡り、図２に示されたパルスＲＦバイアス信号６８Ｐが発生してよい。次いで、ＣＷ部分が、パルス７０間にいかなるＯＦＦモードすなわちｔＯＦＦも挟まない連続的な一連のパルス７０として復活する。交互に生じるＣＷ部分およびパルス部分は、このタイプのプロセス制御が望まれる限り継続する。ハイブリッドＲＦバイアス信号６８Ｈは、以下において、本発明の実施形態の構成との関連のもとで説明される。
【００４３】
図３は、装置４０を示した概略図であり、ＲＦ発生器８０を含む電源６４の実施形態を、可変リアクタンスを含む整合回路網とともに図示している。発生器８０は、チャンバ４２に第２のＲＦバイアス信号６８を別途伝える。上述のように、電源６４によって供給されるＲＦバイアス信号６８は、パルスＲＦバイアス信号６８ＰまたはハイブリッドＲＦバイアス信号６８Ｈであってよい。図３の信号６８は、信号６８Ｐまたは信号６８Ｈのいずれかであってよい。当業者ならば、信号６８Ｐまたは信号６８Ｈの選択およびこのようないずれか信号の特性は、チャンバ４２内において実施される特定のプロセスと、実現されるプロセス制御の種類とに関連してよいことがわかる。例えば、それらの特性は、信号６８のＲＦ周波数を含んでよい。信号６８Ｐの場合は、このような特性は、ｔＯＮおよびｔＯＦＦの継続期間を含んでよい。
【００４４】
約０．１ＭＨｚから６０ＭＨｚまでの上記の典型的ＲＦ周波数と、約０．４ＭＨｚから約２ＭＨｚまでの一般的周波数範囲とを考慮すると、ｔＯＮは、約１０μｓから約１００ｍｓまでの範囲であってよく、ｔＯＦＦは、約１０μｓから約１００ｍｓまでの範囲であってよく、上述されたＰＴＰ電圧値は、約２０ボルトから約５０００ボルトまでの範囲であってよく、例えば約１０００ボルトが好ましい。
【００４５】
図３は、また、ＲＦ発生器８０によってバイアス電極６６に供給されるパルスＲＦバイアス信号６８ＰのＰＴＰ電圧値を本発明にしたがって制御するための装置８２の実施形態を示している。このような制御は、各パルス７０のサイクル７６Ｐのピークツーピーク電圧値を制御することを含む。一般的な意味でいくと、基板４６の処理中、装置８２のプロセス制御（または適切なプロセス制御）がなされないと、バイアス電極６６に対するインピーダンス（または負荷）に、上述された変動が生じることになる。バイアス電極６６に印加されるパルスＲＦバイアス信号６８Ｐは、装置８２によって、プラズマの電気的特性を一定に維持するように制御される。
【００４６】
パルスＲＦバイアス信号６８Ｐに関する上記の説明を考慮すると、装置８２は、ウエハ（または基板）処理チャンバ４２のバイアス電極６６に印加されるパルスＲＦバイアス信号６８Ｐを測定するように構成されるものとして説明することができる。図３は、装置８２を、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐに応答するように構成される検出器８４を含むものとして示している。検出器８４は、例えば、発生器８０の出力に、または電極６６に接続されてよい。上述のように、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐは、少なくとも１対（すなわち２つまたは３つ以上）のＯＮモードパルス７０によって特徴付けられ、各２つのパルスは、継続期間ｔＯＦＦのＯＦＦモードによって隔てられる。図４にあるように、検出器８４は、相継ぐエンベロープ８８を含む検出器信号８６を生成するように構成される。２つの典型的なエンベロープ８８−１（最初に発生する）および８８−２（次に発生する）が示されている。
【００４７】
図４は、時間（Ｘ軸）対ＰＴＰ電圧値（Ｙ軸）を示したグラフであり、２つの典型的エンベロープ８８−１，８８−２を図示している。図４は、エンベロープ８８−１，８８−２がｔＯＦＦによって時間的に隔てられていることを示している。各エンベロープ８８は、各パルス７０の多数のサイクル７６のＰＴＰ電圧値の複合である。エンベロープ８８の振幅９０は、各ＯＮモードパルス７０の時間の関数としてピークツーピーク電圧値に比例することが理解される。
【００４８】
上述のように、図２において、サイクル７６Ｐは、１つのパルス７０の全てのサイクル７６のうち、最大のＰＴＰ電圧値を有するサイクル、すなわちその１つのパルス７０の「ピーク」ＰＴＰ電圧値と称される電圧値を有するサイクルである。図４は、１つのパルス７０に対応する典型的エンベロープ８８−１を、ピークサイクル７６Ｐに対応する電圧値ＶＰＥ１を有する振幅９０を含むものとして示している。ＶＰＥ１は、１つのエンベロープ８８−１の、すなわち典型的エンベロープ８８−１の振幅９０のピークＰＴＰ電圧値であり、したがって、エンベロープ８８−１に対応する１つのパルス７０の全てのサイクル７６の最大ＰＴＰ電圧値を表している。
【００４９】
図３は、また、各相継ぐエンベロープ８８をサンプリングするためのサンプル−ホールド回路１００を示している。一般的な意味では、サンプリングは、エンベロープ８８の振幅９０の１つを特定し、その振幅９０は、各エンベロープ８８の最大（すなわち極大またはピーク）ＰＴＰ電圧値を表す（図４）。この極大値は、エンベロープ８８−１の典型的ピークＰＴＰ電圧値ＶＰＥ１として示され、各ＯＮモードパルス７０の時間の関数としてピーク（最高）ピークツーピーク電圧値に比例していてよい。図４および図６は、サンプリングによってエンベロープ８８のピークＰＴＰ電圧値を特定できるように、サンプル−ホールド回路１００をトリガするように構成される。
【００５０】
タイミング回路１０２は、パルス発生器８０からのパルス状態信号１０４または検出器信号８６のエンベロープ８８のいずれかに応答するように構成される。タイミング回路１０２は、また、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐのパルス７０の不在下において、後述のように、サンプル−ホールド回路１００の動作をトリガするように構成される。第１のケースでは、信号６８Ｐのパルス７０またはエンベロープ８８に応答してトリガ回路１０２の動作が開始される。一般に、１つのパルス７０の始まり（信号１０４によって示される）または１つのエンベロープ８８の始まりを起点として、回路１０２は、エンベロープ８８の形状に関連した時間遅延を提供し、次いで、それらの時間遅延の終わりにトリガ信号１０６を生成する。時間遅延は、図４を参照にして理解される。
【００５１】
図４は、典型的エンベロープ８８−１が、図２の典型的パルス７０のサイクル７６Ｐに対応する典型的ピークＰＴＰ電圧値ＶＰＥ１の前に、パルス７０のサイクル７６のＰＴＰ電圧値を増加させはじめる上昇部分１０８を有することを示している。部分１０８は、初期パルス時刻ｔｉにおけるゼロ電圧値のＰＴＰ電圧ＰＴＰＲ０から時刻ｔiiにおける低ＰＴＰ電圧値ＰＴＰＲ１に到り、さらに、時刻ｔiiiにおける、より高く上昇したＰＴＰ電圧値ＰＴＰＲ２に達する。ｔｉからｔiiiに到る期間は、第１の時間遅延を表す。また、各エンベロープ８８には、部分１０８に引き続き時刻ｔivに到る移行部分１１０もあってよい。部分１１０中、ＰＴＰ電圧の値は、安定するのが一般的である。時刻ｔiiiから時刻ｔivに到る期間は、第２の時間遅延を表す。
【００５２】
第２の時間遅延の後、各エンベロープ８８は、ＰＴＰ電圧値が比較的一定の一連の振幅９０を含む部分１１２によって特徴付けられてもよい。サンプリング時刻ｔｓ１は、部分１１２内にあるので、エンベロープ８８の振幅９０の典型的ピークＰＴＰ電圧値ＶＰＥ１は、部分１１２内にあるのが一般的である。部分１１２後は、降下部分１１４が、時刻ｔｅにおけるエンベロープ８８の終わり（ゼロＰＴＰ電圧値を有する時点）に到る。この点を踏まえると、エンベロープ８８の振幅９０は、各ＯＮモードパルス７０の時間の関数としてＰＴＰ電圧値（図４）を定めるものとして説明することができる。振幅９０は、ピークＰＴＰ電圧値ＶＰＥを含み、これは、エンベロープ８８−１の場合はＶＰＥ１として示される。このようなピークツーピーク電圧値ＶＰＥは、各ＯＮモードパルス７０の時間の関数としてピークピークツーピーク電圧値に比例する。
【００５３】
サンプル−ホールド回路１００をトリガすることについて、図４および図５は、同じ時刻ｔｉを示している。時刻ｔｉは、パルス状態信号１０４が発生する（またはエンベロープ８８が開始する）時刻を示している。図４において、時刻ｔiiiは、上昇部分１０８の終わりおよび第１の時間遅延の終わりを特定している。代表的な時間遅延は、実際のＲＦパルス７０の長さに応じて約５μｓから約５００μｓの範囲であってよい。例えば、エンベロープ上昇部分１０８は、通常は、３〜１０のＲＦ期間７６であってよく、典型的ＲＦ周波数である０．４ＭＨｚの場合、上昇部分１０８は、７．５マイクロ秒から２４マイクロ秒に及んでよい。第２の遅延期間は、例えば、数個のＲＦ期間７６から数十個のＲＦ期間７６に及んでよく、典型的ＲＦ周波数０．４ＭＨｚの場合、第２の遅延期間は、１０マイクロ秒から１００マイクロ秒に及んでよい。
【００５４】
サンプル−ホールド回路１００は、各エンベロープ８８の上昇期間１０８の完了を受けて、例えば上昇期間１０８および移行期間１１０に続く時刻ｔｓ１においてトリガされるように構成される。図５および図６を参照すると、時刻ｔｓ１において、タイミング回路１０２の遅延回路１１８は、トリガ信号１０６を出力する。トリガ信号１０６に応答して、時刻ｔｓ１において、サンプル−ホールド回路１００のサンプラ回路１２０は、エンベロープ８８−１の最大のすなわちピークのＰＴＰ電圧値ＶＰＥ１を表すものとして値ＶＰＥをサンプリングする。このサンプリングは、サンプリングレートＳＲで継続し、次は、次の相継ぐ典型的エンベロープ８８−２をサンプリングする。サンプリングレートは、ＯＮモードの継続期間に照らして選択される。例えば、サンプリングは、１つのエンベロープごとに１回ずつ生じる。したがって、１つのエンベロープ８８ごとに振幅９０のピークＰＴＰ電圧値ＶＰＥが１つずつサンプリングされ、エンベロープ８８−１の場合はＶＰＥ１として、エンベロープ８８−２の場合はＶＰＥ２として示される。
【００５５】
タイミング回路１０２の別の一態様は、ハイブリッドＲＦバイアス信号６８Ｈに関するものである。上述のように、ハイブリッドＲＦバイアス信号６８Ｈは、ＣＷ部分を含み、そして、パルス部分（図２）を含む。パルス部分に対するタイミング回路動作は、上述されている。しかしながら、ＣＷ部分は、パルス７０を有さない。その代わり、ＣＷ部分は、連続的な一連のＲＦサイクル（ＣＷサイクル１２１と称される。不図示）である。パルスレート信号１０４は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐのパルス７０の発生の開始を示すに過ぎないので、ＲＦ発生器８０は、パルスレート信号１０４を生成しない。同様に、ＣＷ部分には、パルス７０に対応するエンベロープ８８がない。このため、タイミング回路１０２をトリガする上記２つの方法は、いずれも存在しない。検出器８４によって測定されるＣＷ部分のサイクル１２１のサンプリングをサンプル−ホールド回路１００によって継続させるために、図６は、タイミング回路１０２がウオッチドッグ回路１２２もともなって構成されることを示している。ウオッチドッグ回路１２２は、エンベロープ８８の１つを定める検出器信号８６が受信されておらずなおかつ発生器８０からパルス状態信号１０４が受信されていないことを確実にするように構成された適切な時間遅延後にトリガ信号１０６を生成するためのものである。
【００５６】
回路１２２からの各トリガ信号１０６に応答して、サンプル−ホールド回路１００のサンプラ回路１２０は、ＲＦバイアスパルス６８ＨのＣＷ部分の相継ぐＣＷサイクル１２１のピークツーピーク電圧値をサンプリングする。このサンプリングは、制御ループの安定性の要件に対応するサンプリングレートＳＲで継続される。このサンプリングレートＳＲは、約１０Ｈｚから約１０ｋＨｚまでの範囲であってよく、通常は、１ｋＨｚであってよい。したがって、ウオッチドッグ回路１２２は、信号６８Ｐのパルス間のＯＦＦモードに無関係のエンベロープ８８単位の動作のために組み合わさる検出器８４およびサンプル−ホールド回路１００の利点を妨げることなく、ＲＦバイアス信号６８ＨのＣＷ部分を測定する能力を制御回路８２に提供する。
【００５７】
図６は、サンプル−ホールド回路１００が、平均取得回路１３０もともなうように任意に構成できることを示している。平均の取得がなされない場合は、単一エンベロープからのデータを調整に使用することができる。回路１３０は、発生器８０の更新周波数（またはレート）にしたがって、相継ぐエンベロープ８８の既定の数Ｎを定めるように構成される。更新周波数は、どの程度の頻度で発生器８０にフィードバックが提供されるかを定めるものである。フィードバックは、本発明の実施形態にしたがって、バイアス電極６６に印加されるパルスＲＦバイアス信号６８Ｐの所望のＰＴＰ電圧値を発生器８０によって生成させる。更新周波数は、１つの期間ごとに１回ずつの更新として表されてよく、例えば、１００ｍｓの期間ごとに１回ずつの更新であってよい。１つのエンベロープ８８が１ｍｓごとに発生する場合は、更新と更新との間の１００ｍｓの期間に１００のエンベロープ８８が発生し、典型的なＮは１００である。
【００５８】
サンプル−ホールド回路１００は、サンプリングされるエンベロープ群が既定の数Ｎのエンベロープを含みえるようにＮの値を定める。一実施形態では、平均取得回路１３０は、もし使用される場合は、群内の既定の数Ｎの各相継ぐエンベロープ８８のピークＰＴＰ電圧値（例えばＶＰＥ１，ＶＰＥ２からＶＰＥＮまで）を加算して和を得るように、そしてその和を既定の数Ｎで割って出力信号１３２を生成するように構成される。出力信号１３２は、各Ｎエンベロープ８８の最大（すなわちピーク）ＰＴＰ電圧値（ＶＰＥ）の平均に比例する値を有する。
【００５９】
平均の取得がなされると、Ｎ個のエンベロープのＮ個サンプルＶＰＥの平均は、Ｎ個の各エンベロープのＰＴＰ電圧値ＶＰＥの平均と見なされ、また、「平均ピーク電圧」、すなわちＮ個のエンベロープの「平均ピーク電圧」（ＡＰＶ）値と称することができる。したがって、平均取得回路１３０は、ホールド値（ＶＰＥ）の群（Ｎ）に応答するものとして説明することができる。ホールド値ＶＰＥは、１つの更新期間中に相継いで発生する各エンベロープ８８のピーク電圧振幅９０を表す。
【００６０】
値ＶＰＥが検出器信号８６のエンベロープ８８の振幅９０に関するものであり、振幅９０が各ＯＮモードパルス７０の時間の関数としてピークピークツーピーク電圧値に比例することを思い起こすと、信号１３２のＡＰＶ値は、信号６８ＰのＮ個のＯＮモードパルス７０の平均ＰＴＰ電圧に比例することがわかる。平均の取得が望まれる実施形態では、回路１３０は、ピーク電圧振幅の平均（ＡＰＶの形態をとる）に比例する出力信号１３２を生成し、平均取得回路１３０からの信号１３２は、ホールドされたＮ個のＶＰＥ値からなる群の平均に比例する。
【００６１】
図７は、回路１００によって生成される典型的出力信号１３２を示している。信号１３２は、振幅１３４を有するものとして示されている。相継ぐ振幅１３４の電圧値は、相継ぐＮ個の各エンベロープ８８の最大ＰＴＰ電圧値ＶＰＥの平均を表す（例えばそれに比例する）各ＡＰＶ（例えばＡＰＶ１，ＡＰＶ２からＡＰＶＮまで）に比例する。出力信号１３２は、サンプリングされた相継ぐ「Ｎ個の」エンベロープ８８ごとに１つの平均ピーク電圧値ＡＰＶを表し、１つの振幅１３４は、各ＡＰＶに対応する。説明の簡略化のため、信号１３２−１は、例として時刻ｔａにおいてＡＰＶ１に対応するものと（括弧に）示され、信号１３２−２は、例として時刻ｔｂにおいてＡＰＶ２に対応するものと示され、信号１３２−３は、例として時刻ｔｃにおいてＡＰＶ３に対応するものと示されている。信号１３２によって表されるこれらの相継ぐ平均ピーク電圧値ＡＰＶは、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐのデューティサイクルに影響されない、すなわちその関数ではないこと、信号１３２は、したがって、デューティサイクルに依存しないこと、そしてパルスＲＦバイアス信号６８ＰのＯＦＦモードに基づかないことが理解される。むしろ、信号１３２によって表される典型的なＡＰＶ１，ＡＰＶ２からＡＰＶＮまでに対応する相継ぐ振幅１３４電圧値について、これらの各相継ぐ電圧値ＡＰＶ１，ＡＰＶ２からＡＰＶＮは、Ｎ個の各エンベロープ８８の各ピーク電圧振幅値ＶＰＥのみに基づく（比例する）。そして、エンベロープ８８のＶＰＥは、各サイクル７６ＰのＰＴＰ電圧値に基づき（比例し）、各ピーク電圧値ＶＰＥは、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの相継ぐＯＮモード中における、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの各相継ぐパルス７０に対応する。
【００６２】
平均取得回路１３０は、もし使用される場合は、ＯＮモードおよびＯＦＦモードの継続期間にしたがってなおかつ出力信号１３２が更新される更新周波数にしたがって既定の数Ｎを選択することに基づくように構成されてよい。例えば、出力信号１３２の更新間の所定の期間について、ＯＮモードが長いほどパルスの数は少なくなり、Ｎは小さくなる。同様に、出力信号１３２の更新間の所定の期間について、ＯＦＦモードが長いほどパルス７０の数は少なくなり、Ｎは小さくなる。
【００６３】
以下において、より詳細に説明されるように、サンプル−ホールド回路１００は、アナログ電圧（ＶＰＥなど）をデジタル方式に変換し、コンピュータ処理に適したデジタルＶＰＥを提供してよい。サンプル−ホールド回路１００の別の一実施形態は、図８に示されるように構成されてよい。図８は、各エンベロープ８８の複数の振幅９０（図４）デジタル値をサンプリングするようにコンピュータ１４２をプログラミングするためのサンプリングモジュール１４０を示している。また、選択モジュール１４４によって、複数のサンプル振幅値のどれが「ピーク」ＰＴＰ値ＶＰＥであるか、すなわちどれが各エンベロープ８８の最大ピークツーピーク電圧値ＶＰＥであるかが決定されてもよい。
【００６４】
選択モジュール１４４は、各エンベロープ８８のピークツーピーク電圧値ＰＴＰの２つのサンプル振幅値（図４の値ＶＰＥ）に対して決定を下して、高い方の値のサンプルＰＴＰをホールドするように構成されてよい。選択モジュール１４４は、各エンベロープの、ホールドされた高い方の値のサンプルＰＴＰと次のサンプル振幅値ＰＴＰとに対して決定を下して、高い方の値のサンプルをホールドしてよい。選択モジュール１４４は、次のサンプルＰＴＰが高い方の値のサンプルでなくなったときに決定を下すのを止めてよく、出力信号１３２の生成に使用するために、最後の高い方の値のサンプルを各エンベロープ８８のＶＰＥとしてホールドする。あるいは、選択モジュール１４４は、複数のサンプル振幅値のどれが各エンベロープ８８の「ピーク」ＰＴＰ値ＶＰＥであるかを、平均の取得によって決定してよい。この場合は、各エンベロープ８８の多数（例えばｎ個）のＰＴＰ電圧値がモジュール１４０によってサンプリングされ、選択モジュール１４４は、各エンベロープ８８のＶＰＥを決定するために、それらｎ個のＰＴＰ電圧値の平均の値を決定してよい。
【００６５】
図８は、サンプル−ホールド回路１００のコンピュータ１４２が、平均取得モジュール１４６をともなって任意に構成されえることを示している。モジュール１４６は、相継ぐエンベロープ８８の既定の数Ｎを定めるように構成されてよく、Ｎは、（上述のように）発生器８０の更新周波数にしたがう。Ｎを定められると、エンベロープ８８の群は、既定の数Ｎのエンベロープを含みえる。平均取得モジュール１４６は、群内の既定の数Ｎの各相継ぐエンベロープ８８のピークＰＴＰ電圧値（例えばＶＰＥ１，ＶＰＥ２からＶＰＥＮまで）を加算して和を得るように、そしてその和を既定の数Ｎで割って出力信号１３２を生成するように、コンピュータ１４２を構成してよい。
【００６６】
出力信号１３２は、Ｎ個の各エンベロープ８８のピーク（すなわち最大）ＰＴＰ電圧値（ＶＰＥ）の平均に比例する値を有する。上述のように、Ｎ個のエンベロープのＮ個のサンプルＶＰＥの平均は、Ｎ個のエンベロープの「平均ピーク電圧」（ＡＰＶ）値と称することができる。したがって、平均取得モジュール１４６は、値（ＶＰＥ）の群（Ｎ）に応答するものとして説明することができる。コンピュータ１４２は、１つの更新期間中に相継いで発生する各エンベロープ８８のピーク電圧振幅９０を表す（に比例する）デジタル値ＶＰＥを出力し、サンプル−ホールド回路１００は、それらのデジタル値を、ピーク電圧振幅（ＶＰＥの形態をとる）の平均に比例する出力信号１３２として出力するために変換する。
【００６７】
一般に、コンピュータ１４２は、検出器８４によってエンベロープ８８が出力される周波数ではなく、クロック周波数で動作する。例えば、信号１３２としての出力のために変換されるデジタル値を提供するために、コンピュータ１４２が使用される場合は、後述されるフィードバック回路１５０は、約１００ｍｓごとに「閉じられ」る。一方で、回路１００，１０２，１２０，１２２，１３０をともなって構成される制御回路８２の実施形態は、ナイキストレートで、すなわちパルスレート信号１０４またはトリガ信号１０６に基づくサンプリングレートに適合することができる最速のレートでフィードバック回路１５０を閉じてよい。ナイキストレートを超えないレートでループを閉じると、ループの安定性を保証しつつ、なおも、例えば１ｋＨｚのループ応答周波数など高速のループ応答を提供することができる。クロック周波数でのコンピュータ１４２の動作を考慮すると、ジッタを回避するには、上述のようなサンプル−ホールド回路１００およびタイミング回路１０２を使用して、サンプリングを（信号１０４またはエンベロープ８８を通じて）パルス７０と同期化することが好ましいと考えられる。
【００６８】
図３は、装置８２を、バイアス電極６６に印加されるパルスＦバイアス信号６８Ｐの電圧値を制御するためのフィードバック回路１５０を含むものとしても示している。フィードバック回路１５０は、更新レートで制御信号１５２を生成する。更新レートは、パルスレート未満であり、制御信号１５２の更新間の期間を定める。図３に示されたフィードバック回路１５０は、平均取得回路１３０からの出力信号１３２を受信するとともにパルスＲＦ信号６８Ｐの所望の電圧のための基準を定める設定点電圧信号１５６を受信する加算アンプ１５４を含む。
【００６９】
図９は、基板処理チャンバ内において基板をサポートするＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を決定する方法を図示している。図２について説明されたように、印加される信号は、交互に変化するモードからなる信号６８であってよい。これらのモードは、したがって、パルス７０のＯＮモード、ＯＦＦモード７２、および次のパルス７０のＯＮモードなどを一連のモードとして含んでよい。典型的な一連のモードが、図２において、パルス７０およびゼロ電圧状態７２によって表されている。方法は、図９のフローチャート１６０に示され、開始から、パルスＲＦバイアス信号の第１のＯＮモードパルスを特定する動作１６２に進んでよく、第１のＯＮモードパルスは、時間に対して変化する振幅によって特徴付けられる。
【００７０】
動作１６２は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの、図２に示された第１のＯＮモードパルス７０−１を特定してよい。第１のＯＮモードパルス７０−１は、時間に対して変化する振幅によって特徴付けられることを示されている。方法は、特定された第１のＯＮモードパルスのサイクルの振幅のピークツーピーク電圧値をその第１のＯＮモードパルス中の時間の関数として表すエンベロープを画定する動作１６４に進んでよい。画定されるエンベロープは、特定された第１のＯＮモードパルス７０−１の振幅７４のピークツーピーク電圧値をパルス７０−１中の時間ｔの関数として表す典型的なエンベロープ８８−１であってよい。エンベロープ８８は、特定された第１のＯＮモードパルスのサイクルの振幅７４のピークツーピーク電圧値に比例する値を有する振幅９０からなってよい。方法は、パルスＲＦバイアス信号の最大ピークツーピーク電圧値（すなわちサイクル７６Ｐの値）を表す出力信号を生成するためにエンベロープをサンプリングする動作１６６に進んでよい。しかしながら、所定のエンベロープ内において２つ以上のピークツーピーク値を選択することも可能であり、その選択された１つまたは２つ以上の値は、ピーク（例えば最大）ピークツーピーク値を含むことも含まないこともある。動作１６６は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐに対応するエンベロープ８８−１のＶＰＥ１として図４に示されたピークＰＴＰ電圧値を表す検出器信号８６を（出力信号として）生成するために、典型的エンベロープ８８−１をサンプリングしてよい。検出器信号８６は、特定された第１のＯＮモードパルスのサイクルの振幅７４のピークツーピーク電圧値に比例する値を有する。方法は、終了に進んでよい。
【００７１】
方法のさらなる動作が、図１０においてフローチャート１７０によって示されている。動作１６６から、フローチャート１７０の方法は、パルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を制御するためのフィードバック信号を生成する動作１７２を含んでよい。フィードバック信号は、出力信号の最大ピークツーピーク電圧値とパルスＲＦバイアス信号の所望のピークツーピーク電圧値とに基づいてよい。例えば、生成されるフィードバック信号は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの電圧値（例えば図２の振幅７４）を制御するために使用される上述の信号１５２であってよい。例えば、図３および図６について説明されるように、フィードバック信号１５２は、加算アンプ１５４に供給される、信号１３２（図７）のピークツーピーク電圧値ＶＰＥ（結果として平均ピーク電圧値ＡＰＶになる）と、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの所望の設定点値１５６とに基づいてよい。方法は、次いで、終了されてよい。
【００７２】
方法のさらなる動作は、図１１においてフローチャート１８０によって示されている。方法は、一連の相継ぐ（連続する）ＯＮモードパルスに基づいて出力信号を更新するために、それらの相継ぐＯＮモードパルスに対して特定、画定、およびサンプリングの動作を繰り返す動作１８２に進む。繰り返されるこれらの動作は、次の典型的パルス７０−２を特定し、次の典型的エンベロープ８８−２を画定し、次の典型的エンベロープ８８−２をサンプリングして、ピークＰＴＰ電圧値を表す検出器信号８６を（別の出力信号として）生成するために実施される動作１６２，１６４，１６６であってよい。動作セットが１回繰り返されると、このような信号８６は、例えばエンベロープ８８−２のＶＰＥ２（図２）を含み、さらなる繰り返しは、その他の典型的パルス７０−３についてなされて典型的エンベロープ８８−３のＶＰＥ３を生成する。以下同様である。方法は、次いで、終了されてよい。
【００７３】
方法のさらなる実施形態が、図１２においてフローチャート１９０によって示されている。方法は、動作１６６から、更新期間中に発生する相継ぐＯＮモードパルスに対応するいくつかの出力信号のピークツーピーク電圧値の平均を取得する動作１９２に進む。更新期間は、出力信号の更新間の期間を定めてよい。平均の取得は、対応するピークツーピーク電圧値の和を得ることおよびその和を数で割ることによって実施されてよい。ピークツーピーク電圧値の数は、図４および図５について説明されたＮであってよい。ピークツーピーク電圧値は、更新期間中に発生する相継ぐＯＮモードパルス７０−１，７０−２などおよびエンベロープ８８−１，８８−２などに対応する図４における値ＶＰＥおよび図５における値ＶＰＥ１，ＶＰＥ２などであってよい。更新期間は、出力信号１３２の更新間およびフィードバック信号の更新間の期間を定めてよい。
【００７４】
平均の取得は、対応するＮ個のピークツーピーク電圧値ＶＰＥ（例えば図４のＶＰＥ１，ＶＰＥ２など）の和を得ることおよびその和を数Ｎで割ることによって実施されてよい。方法は、平均取得の動作１９２によって決定される平均ピークツーピーク電圧値に基づいて出力信号を更新する動作１９４に進んでよい。動作１９４において、出力信号１５２は、平均取得の動作１９２によって決定される次の平均ピークツーピーク電圧値ＡＰＶ（例えば図７のＡＰＶ３）に基づいて更新される。方法は、次いで、終了されてよい。
【００７５】
方法のさらなる実施形態が、図１３においてフローチャート２００によって示されている。方法は、サンプリング動作１６６を実施可能状態にする動作２０２に進む。方法は、サンプリング動作のタイミングを制御する動作２０４に進む。制御動作２０４は、各エンベロープの上昇期間の完了を受けてサンプリング動作１６６をトリガする。このように、各サンプル値は、各エンベロープによって表されるピークツーピーク電圧値のなかで最大のものを表すので、生成される出力信号は、パルスＲＦバイアス信号の最大ピークツーピーク電圧値を表す。
【００７６】
動作２０４では、トリガ信号は、各エンベロープ８８の上昇期間１０８の完了を受けてサンプル−ホールド回路１００をトリガするための信号１０６（図３）であってよい。時刻ｔiiiから時刻ｔｓ１までの典型的な第２の時間遅延（図４）を考慮すると、各サンプル値（例えば図４の、時刻ｔｓ１におけるＶＰＥ１）は、各エンベロープ８８のピークツーピーク電圧値ＶＰＥのなかで最大（すなわちピーク）のものを表す。方法は、次いで、終了されてよい。
【００７７】
本発明のさらなる一実施形態が、図１４においてフローチャート２１０によって示されている。方法は、動作１６４から、各エンベロープの複数の振幅値をサンプリングする動作２１２に進む。サンプリングは、例えば、各エンベロープ８８−１（図４）の複数の振幅７４値（図２）に対してであってよい。典型的な値が、図４に関連してＶＰＥとして説明されている。方法は、複数のサンプル振幅値ＶＰＥのどれが各エンベロープの最大（すなわちピーク）ピークツーピーク電圧値であるかを選択することによって、動作２１４に進んでよい。動作２１４は、典型的エンベロープ８８−１のサンプル振幅値ＶＰＥから、各エンベロープ８８−１のピークツーピーク電圧値ＶＰＥのピークとして典型的な値ＶＰＥ１を選択してよい。ＶＰＥ１は出力され、動作１９２において、信号１３２の例えばＡＰＶ１などのＡＰＶ値を得るために使用される。方法は、次いで、終了されてよい。
【００７８】
方法のさらなる実施形態は、一連の決定によって実施されてよい。例えば、選択の動作２１４は、各エンベロープのピークツーピーク電圧値の２つのサンプル振幅値に対して最初の決定を行って、高い方の値のサンプルをホールドしてよい。この最初の決定は、各典型的エンベロープ８８−１の２つのサンプル振幅値ＶＰＥ（図４）に対してなされ、高い方の値のサンプルをホールドしてよい。この高い方の値のサンプルの典型例の１つは、値ＶＰＥ１と比較した場合の図４に示されるようなＶＰＥ２であってよい。さらなる一例として、選択の動作２１４は、各エンベロープの、ホールドされた高い方の値のサンプルと次のサンプル振幅値とに対して別の決定を行って、高い方の値のサンプルをホールドしてよい。この高い方の値のサンプルの典型例の１つは、やはり、より後（図４のエンベロープ８８−２より後）のエンベロープ８８−３のより後の値ＶＰＥ３と比較した場合の図４に示されるようなＶＰＥ２であってよい。動作２１４は、次のサンプル（例えばＶＰＥ２の後のＶＰＥ３）が高い方の値のサンプルでなくなったときに決定を下すのを止めて、高い方の値のサンプルＶＰＥ２を、動作１９２において、ホールドされた最大電圧値ＶＰＥ２に比例した値を有する出力信号１３２の生成に使用するために、ホールドする。これらの動作２１４は、例えば、コンピュータ１４２およびモジュール１４０，１４４に関して説明されるとおりであってよい。
【００７９】
本発明の方法のさらなる実施形態は、図１５に示されるフローチャート２２０を参照することによって理解される。開始から、方法は、パルスＲＦバイアス信号を検出する動作２２２に進む。信号は、例えば、ＯＮモードと、ＯＦＦモードと、別のＯＮモードとを含む。検出は、相継ぐＲＦエンベロープによって示され、各エンベロープは、各ＯＮモードパルスの時間の関数として電圧値を表す振幅を有する。電圧エンベロープは、立ち上がりから上昇する。ＲＦバイアス信号は、したがって、図２について説明されるとおりであり、パルス７０とＯＦＦモード７２とを含む。エンベロープ８８の立ち上がりは、図４に示される時刻ｔｉからであり、エンベロープ８８は、振幅９０を有する。図３について説明されるように、検出器８４は、相継ぐＲＦエンベロープ８８によって示されるような検出を実施する。方法は、各相継ぐエンベロープの振幅を立ち上がりから選択可能遅延の時点においてサンプリングする動作２２４に進んでよい。このようなサンプリングは、サンプル−ホールド回路１００によって実施されるものとして説明されたサンプリングによるものでよく、サンプリングされたサンプル振幅は、上で、ＶＰＥと称されている。各相継ぐエンベロープ８８は、立ち上がりから選択可能遅延の時点においてサンプリングされ、この遅延は、例えばエンベロープ８８の立ち上がりが位置する時刻ｔｉにおいて第１の遅延を開始させる第１および第２の遅延からなる二段階のものとして説明されている。
【００８０】
したがって、ｔｉからｔｓ１までの遅延は、サンプル振幅が、時刻ｔｓ１においてサンプリングされる１つのエンベロープ８８に対応する１つのパルス７０の最大電圧値を表すとともにそれに比例するように、選択されてよい。方法は、各サンプル振幅９０をホールドする動作２２６に進んでよい。２つ以上のエンベロープが検討される実施形態では、サンプル−ホールド回路１００によるホールドは、次のエンベロープの振幅のサンプリングまで継続される。上記のように、代替の実施形態では、単一エンベロープのみのデータを取り出すことによって補正および調整がなされてよい。次のサンプリングは、次の相継ぐエンベロープ８８−２に対して生じるので、図４に見られるように、ホールドは、次のｔＯＦＦ後の次の時刻ｔｓ１までであってよい。方法は、終了に進んでよい。
【００８１】
図１６は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐを受信する容量性分圧器２３０をともなって構成される検出器８４を示している。上述のように、信号６８Ｐの電圧値は、１０００ボルトの範囲内であってよい。分圧器２３０の容量の値は、ＰＴＰ検出器２３２に印加される受信電圧を検出器２３２のダイオードネットワーク２３４の定格電圧内の値に低減させるように選択される。例えば、典型的な電圧比１０：１の場合、典型的な１０００ボルト電圧値の信号６８Ｐは、ＰＴＰ検出器２３２に印加される約１００ボルトの低減信号２３６に変換されてよい。ネットワークのダイオードの定格電圧が約１００ボルトの場合、低減信号の電圧は、より好ましくは約８０ボルトである。
【００８２】
ＰＴＰ検出器２３２は、図１７に示されるように、交互に導通するダイオード２３８，２４０からなるダイオードネットワーク２３４をともなって構成されてよい。ネットワーク２３４は、ＲＦ信号２３６の正および負のピークをコンデンサ２４２に引き渡し、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐのパルス７０のサイクル７６のＰＴＰ電圧に比例してコンデンサ２４２をフル充電するのに有効である。各ダイオード２３８，２４０は、例えばＭＭＳＤ４１４８であってよく、パルス７０の短サイクル７６を伝導することができる高速応答時間をともなうように構成され、それぞれ、比較的低いピーク電流容量を有するのが通常である。代表的なダイオード応答時間は、約１ナノ秒（ｎｓ）から約１０００ｎｓまでであってよく、好ましくは４ｎｓである。したがって、抵抗器２４４，２４６の抵抗の値およびインダクタ２４８のインダクタンスの値は、各ダイオード２３８，２４０がおおよそ同じ電流値を伝導するように、そしてその値が低電流容量内であるように選択される。
【００８３】
コンデンサ２４２の電圧は、中間ＰＴＰ信号２５０（図１８）として消散フィルタ２５２に印加される。消散フィルタ２５２は、フィルタリングされないとエンベロープ８８上に現れる可能性があるあらゆるＲＦノイズを除去するため、そして信号２５０の電圧の値をサンプル−ホールド回路１００に適合した値に調整するために、分圧器２５６をともなった改良型Ｔフィルタ２５４として構成される。消散フィルタ２５２は、検出器信号８６をサンプル−ホールド回路１００に出力する。図１８は、このようなＲＦノイズの除去のために構成されるフィルタ２５４を示している。また、抵抗器２５８，２６０の値は、フィルタ２５４によるフィルタリングの結果として増大するＱを低減させるように選択される。高いＱは、短パルス７０に適合しないと考えられる。抵抗器２５８，２６０は、検出器信号８６によって表されるエンベロープ８８（図４）の時刻ｔｉから時刻ｔiiiまでの上昇時間が例えば約３つのサイクル７６に限定されるようにＱを低減させる。この短い上昇時間は、サンプル−ホールド回路１００がピークＰＴＰ振幅７４を短時間でサンプリングすることを可能にし、例えば平均取得回路１３０による平均の取得に含ませるエンベロープ８８の数Ｎの選択にさらなる柔軟性を持たせる。本明細書において指摘されるように、平均取得の動作はオプション（任意）である。
【００８４】
上述のように、図４および図５において、時刻ｔｉは、パルス状態信号１０４が発生する（またはエンベロープ８８が始まる）時刻を示しており、時刻ｔiiiは、上昇期間の終わりを、したがって第１の時間遅延の終わりを特定している。また、図５において、時刻ｔiiiとｔivとの間の差は、エンベロープ８８の上昇部分１０８の終わり（第１の時間遅延の終わり）から始まる第２の時間遅延を表している。図６は、第１の時間遅延に続く第２の遅延の終わりとして説明されている選択可能遅延の終わりにトリガ信号１０６を出力するために２つのステージ２６２，２６４で構成される、タイミング回路１０２の遅延回路１１８を示している。タイミング回路１０２の動作を開始させるために、状態信号１０４、またはエンベロープ８８を示す検出器信号８６が、ステージ２６２のシュミットトリガ回路に印加されてよい。
【００８５】
図１９は、バッファアンプ３００を含むサンプル−ホールド回路１００を示している。アンプ３００は、高速度および高スルーレートを有する例えばＬＴ１３６３オペアンプであってよい。アンプ３００には、エンベロープ８８の形態をとる検出器信号８６が印加される。増幅された出力信号３０２が、ＡＤＣ３０４に印加され、このＡＤＣ３０４は、信号３０２およびトリガ信号１０６を受信するように構成される例えばＬＣＴ１４１７であってよい。トリガ信号１０６の受信を受けて、ＡＤＣ３０４は、図４について上述された方式で、時刻ｔｓ１において、増幅された出力信号３０２をサンプリングする。ＡＤＣ３０４からの出力信号３０６は、ＤＡＣ３０８に印加され、ＤＡＣ３０８は、例えばＬＴＣ１６５８であってよい。ＤＡＣは、信号３０６をＤＡＣレジスタ内にホールドする。ＤＡＣ３０８には、ＬＴＣ１６５８による必要に応じて基準信号３１０も入力される。例えばサンプルの平均を取得するなどのサンプル値処理が必要とされる場合は、その処理は、信号がデジタル形式である間に、マイクロコントローラまたはプロセッサ（不図示）によってＡＤＣ３０４とＤＡＣ３０８との間で行われてよい。代表的な単純なケースでは、このような処理は必要とされず、ＡＤＣ３０４からのデジタル信号３０６は、ＤＡＣ３０８に直接引き渡される。
【００８６】
ＤＡＣ３０８は、別のバッファアンプ３１４に対して信号３１２を出力し、増幅された出力信号３１６が、比例・微分・積分（ＰＩＤ）コントローラ３１８に印加される。コントローラ３１８は、信号３１６を受信し、それを、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの所望の電圧値を特定する基準設定点信号３２０の値と比較する。差（すなわち「誤差」）は、ＲＦ発生器６４を調整してパルスＲＦバイアス信号６８Ｐを所望の電圧値に戻すためにフィードバック信号１５２を出力するフィードバック回路１５０に対して誤差信号３２２として印加される。コントローラ３１８は、信号６８Ｐの電圧に対する正確でなおかつ安定した制御のためにフィードバック回路１５０に例えば誤差信号３２２の変化の履歴およびレートに基づいてＲＦ発生器６４の出力を調整させるように構成されてよい。
【００８７】
以上を考慮すると、装置４０は、チャンバ４２のバイアス電極６６に印加されるパルスＲＦバイアス信号６８Ｐを測定するように構成されることが理解される。装置４０は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐに応答するように構成された検出器８４を含むことがわかる。検出器８４は、相継ぐＲＦ電圧エンベロープ８８の形態で検出器信号８６を生成するように構成される。各エンベロープ８８は、電圧値を各ＯＮモードパルス７０の時間の関数として表す振幅９０（図４）を有する。電圧エンベロープ８８は、部分１０８の始まりに対応する時刻ｔｉにおける立ち上がりから上昇することを図４に示されている。
【００８８】
サンプル−ホールド回路１００は、各相継ぐエンベロープ８８の振幅９０を、立ち上がりから選択可能遅延の時点においてサンプリングする。回路１００は、次のＯＮモードパルスを表す次のエンベロープ８８のサンプリングまで、振幅９０をデジタル形式で一定にホールドするように構成される。また、次のＯＮモードパルス７０を表す次のエンベロープ８８のサンプリングまで振幅９０の１つを一定にホールドする回路１００の構成は、このような振幅９０を（各ＯＮモードパルス７０に続く）ＯＦＦモード７２中も一定にホールドするので、ＯＦＦモードの電圧値（すなわちゼロ）は、平均取得回路１３０による動作の基礎となる振幅に含まれない。また、エンベロープ８８のサンプルＶＰＥは、各ＯＮモードパルスの最大ピークツーピーク電圧値に比例するので、立ち上がりから選択可能遅延の時点におけるサンプリングは、各エンベロープ８８の振幅９０をサンプリングして各ＯＮモードパルスの最大ピークツーピーク電圧値を表すのに有効である。また、回路１３０は、選択された数Ｎの各ＯＮモードパルス７０の最大ピークツーピーク電圧値を表すエンベロープ８８のサンプル振幅９０の平均を任意に（オプションとして）取得するために提供される。平均の取得がなされない場合は、任意の所定のエンベロープから１つのピークピークツーピーク電圧値を取り出して、それを調整のために使用することが可能である。さらに、所定のエンベロープから２つ以上のピークツーピーク値を得て、それらを調整のために使用してもよい。さらにまた、処理は、アナログまたはデジタルの特定の回路構成によってなされる必要はなく、ファームウェアおよび／またはソフトウェアを使用して行うこともできる。
【００８９】
さらに考慮すると、装置４０は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐを減衰させるためのＲＦ分圧器としての分圧器２３０（図１６）を提供される。減衰は、パルス６８Ｐの電圧を、高速ダイオード２３８，２４０の仕様に適合した値まで引き下げる。また、検出器８４は、信号２３６の形態をとる減衰されたパルスＲＦバイアス信号６８Ｐに応答するように構成される。減衰されたパルスＲＦバイアス信号２３６は、ＯＮモードパルス７０、ＯＦＦモード７２、および別のＯＮモードパルス７０の特性を有する。検出器８４は、検出器信号８６を生成するように構成され、この信号８６は、それぞれ時間ｔの関数として電圧値（例えばパルス７０の振幅７４）を表す相継ぐＲＦ電圧エンベロープ８８を含む。減衰されたエンベロープ８８の電圧値は、各ＯＮモードパルス７０に比例し、その電圧値は、図４に示されるように立ち上がりから電圧値を上昇させる。消散フィルタ回路２５２は、エンベロープからＲＦノイズを除去し、遅延回路１１８は、立ち上がりからの上述された選択可能遅延の時点においてサンプリングゲートトリガとしてのトリガ信号１０６を提供するために、デジタルトリガ＆遅延調整の回路として機能する。
【００９０】
サンプル−ホールド回路１００は、立ち上がりから選択可能遅延の時点（すなわち図４の時刻ｔｓ１）において各相継ぐエンベロープ８８の振幅９０の電圧値をサンプリングするために、信号１０６によるトリガに応答する。振幅９０は、図４においてＶＰＥとして示されている。回路１００は、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの制御に使用される信号３２２を出力するために、ＡＤＣ３０４とそのすぐ後に続くＤＡＣ３０８とをともなって構成されるものとして示されている。コントローラ３１８は、フィードバック回路１５０への印加のために、信号３２２を変倍させる。
【００９１】
さらに、サンプリングされ平均を取得されるＮ個のエンベロープ８８は、ＯＦＦモードに無関係であり、検出されその結果として各エンベロープ８８になった各パルス７０のｔＯＮ期間にのみ基づくことが理解される。したがって、説明された本発明の実施形態において、サンプル−ホールド回路１００は、（エンベロープ８８のみをサンプリングすることによって）パルス７０に対してのみサンプリングおよび平均の取得を行うように動作して、ＯＦＦモードをサンプリングしないので、パルスＲＦバイアス信号６８Ｐの値の決定は、パルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルに無関係であるゆえにパルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルに影響されず、すなわちその関数ではなく、なおかつ、パルスＲＦバイアス信号のＯＦＦモードに基づかない。したがって、基板にかかるＲＦバイアス電圧の値の決定は、ピークＰＴＰ電圧値の平均のみに、すなわちパルスＲＦバイアス信号６８Ｐの既定の数Ｎのパルス７０のＡＰＶのみに基づき、ＡＰＶは、それらのパルス７０のＯＮモードに対してのみ得られる。
【００９２】
本発明の実施形態は、したがって、パルスＲＦバイアス信号の正確なバイアス電圧を得ようとする従前の試みに関連した上述の問題を回避するものと考えられる。従前の試みは、単純にＲＦバイアス電圧の時間平均（すなわち全応答時間に対する平均）に基づくゆえに、不正確であった、このような従前の試みでは、平均は、デューティサイクルやパルス周波数などのパルスパラメータに依存しており、これに対して、本発明の実施形態は、ＰＰＤ平均と異なりパルスパラメータに依存しない平均を得るものである。したがって、ＰＰＤ平均が、各ＲＦバイアスパルスのサイクルのＰＴＰ電圧値はもちろん、ＲＦバイアス信号のこれらのＲＦバイアスパルス間のＯＦＦモードのゼロ電圧値にも基づくのに対し、本発明の平均は、ＲＦバイアス信号のＲＦバイアスパルス間のＯＦＦモードのゼロ電圧値を含まない。
【００９３】
以上の発明は、理解の明瞭化のために、いくぶん詳しく説明されてきた。しかしながら、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正がなされえることは明らかである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって非限定的であると見なされ、本発明は、本明細書において定められた詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価形態の範囲内で変更されえる。
適用例１：半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内において、前記プラズマチャンバ内におけるチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整するための回路構成であって、前記チャックは、処理のために前記ウエハを載置するように構成され、前記回路構成は、前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の個別パルスを検出するためのＲＦバイアス電圧検出器と、各前記検出個別パルスをサンプリングするための時刻を決定するためのタイミング回路と、各検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、各前記検出個別パルスをサンプリングするための前記サンプリング時刻においてトリガされるサンプル−ホールド回路であって、少なくとも１つの前記検出パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を提供するように構成されるサンプル−ホールド回路と、前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記ＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整するためのフィードバック回路と、を備える回路構成。
適用例２：適用例１に記載の回路構成であって、前記ＲＦバイアス電圧検出器は、前記パルスＲＦバイアスの各個別パルスを検出して、各検出個別パルス内のピークツーピーク電圧値を表す電圧エンベロープを出力するように構成される、回路構成。
適用例３：適用例２に記載の回路構成であって、前記サンプリング時刻においてトリガされる前記サンプル−ホールド回路が、前記電圧エンベロープをサンプリングして、各個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定できるように、前記タイミング回路は、各前記検出個別パルスの立ち上がりを検出して、前記立ち上がりから遅延された前記サンプリング時刻を決定するように構成される、回路構成。
適用例４：適用例１に記載の回路構成であって、前記サンプル−ホールド回路は、各検出個別パルスのエンベロープの１つまたは２つ以上のピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、各前記検出個別パルスをサンプリングするように構成され、前記１つまたは２つ以上のピークツーピーク電圧値は、パルス内の平均のまたは最大のピークツーピーク電圧値を含む、回路構成。
適用例５：適用例１に記載の回路構成であって、前記サンプル−ホールド回路は、複数の前記決定およびホールドされた電圧値の平均を取得するように構成される、回路構成。
適用例６：  半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内においてチャックに印加されるパルスＲＦバイアス電圧信号を監視および調整する方法であって、前記チャックは、処理のために前記ウエハを載置するように構成され、前記方法は、前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧の個別パルスの電圧値を検出する動作と、各前記検出個別パルスの電圧値をサンプリングするための時刻を決定する動作と、各前記検出個別パルスに対する前記サンプリング時刻において、前記各検出個別パルスの特定の電圧値をサンプリングして、前記特定の電圧値をホールドする動作と、各特定の電圧値は、各検出個別パルスの少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、１つの前記検出個別パルスの電圧エンベロープについての少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を生成する動作と、前記チャックに印加される前記パルスＲＦバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記パルスＲＦバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整する動作と、を備える方法。
適用例７：適用例６に記載の方法であって、前記検出する動作は、前記パルスＲＦバイアス電圧信号の各前記個別パルスのピークツーピーク電圧値を表す前記電圧エンベロープを提供する、方法。
適用例８：適用例６に記載の方法であって、前記決定する動作は、各検出個別パルスの各特定のサンプル電圧値または検出個別パルス内の複数のサンプルの平均である特徴的関数が、前記各検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表せるように、各前記検出個別パルスの立ち上がりから時間的に隔てられた１つまた複数のサンプリング時刻を特定する、方法。
適用例９：適用例６に記載の方法であって、前記各検出個別パルスの２つまたは３つ以上のピークピークツーピーク電圧値に対して平均の取得が実施される、方法。
適用例１０：ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号を測定するための装置であって、前記パルスＲＦバイアス信号に応答するように構成される検出器と、前記パルスＲＦバイアス信号は、ＯＦＦモードによって隔てられた１対のＯＮモードパルスを含むことと、前記検出器は、相継ぐエンベロープを含む検出器信号を生成するように構成されることと、各前記エンベロープの振幅は、各ＯＮモードパルスの時間の関数としてピークツーピーク電圧値に比例することと、各相継ぐ前記エンベロープをサンプリングするためのサンプル−ホールド回路と、前記サンプリングは、前記エンベロープの振幅の１つを特定し、前記特定された１つの振幅は、前記エンベロープに対応する前記各ＯＮモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、前記回路は、前記特定された１つの振幅に比例する出力信号を生成することと、を備える装置。
適用例１１：適用例１０に記載の装置であって、さらに、各特定された１つの振幅が、前記各エンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスのピークツーピーク電圧値の特徴を表すように、各前記エンベロープの上昇期間に続く遅延の完了を受けて前記サンプル−ホールド回路をトリガするためのトリガ信号を生成するように構成されるタイミング回路を備える装置。
適用例１２：適用例１１に記載の装置であって、前記装置は、ＣＷ  ＲＦバイアス信号を測定するようにも構成され、前記タイミング回路は、さらに、前記パルスＲＦバイアス信号の代わりに前記ＣＷ  ＲＦバイアス信号の生成を受けて前記トリガ信号を生成するのに有効なウオッチドッグ回路をともなって構成される、装置。
適用例１３：適用例１０に記載の装置であって、さらに、既定の数の前記各相継ぐエンベロープからサンプリングされた前記特定された１つの振幅を加算して和を得るように、そして、前記和を前記既定の数で割って、前記既定の数の各エンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均に比例する値を有する前記出力信号を生成するように構成される平均取得回路を備える装置。
適用例１４：適用例１３に記載の装置であって、前記既定の数は、前記出力信号が更新される更新周波数にしたがって選択され、前記平均取得回路は、前記更新周波数で前記出力信号を更新するように構成され、前記出力信号の値は、前記ＯＦＦモードの継続期間に無関係である、装置。
適用例１５：適用例１３に記載の装置であって、前記平均取得回路は、さらに、前記ＯＮモードおよび前記ＯＦＦモードの継続期間にしたがってなおかつ前記出力信号が更新される更新周波数にしたがって前記既定の数を選択することに基づくように構成される、装置。
適用例１６：適用例１０に記載の装置であって、前記サンプル−ホールド回路は、電圧制限未満の電圧値を有するエンベロープ振幅をサンプリングするように構成され、前記ＯＮモードパルスのピークツーピーク電圧値は、前記電圧制限を超え、前記検出器は、複数のステージをともなって構成され、各前記ステージは、前記エンベロープの振幅の電圧値が前記電圧制限未満になるように、前記ＯＮモードパルスの電圧値を減衰させるように構成される、装置。
適用例１７：適用例１０に記載の装置であって、各ＯＮモードパルスは、ＲＦサイクルからなり、前記検出器は、ストレージデバイスとダイオードネットワークとをともなって構成される回路を含み、前記ダイオードネットワークは、前記ストレージデバイスが各サイクルについて前記サイクルのピークツーピーク電圧を表す値を格納することを可能にする、装置。
適用例１８：適用例１０に記載の装置であって、前記パルスＲＦバイアス信号は、ＲＦサイクルを含み、前記検出器は、ピークツーピーク検出器回路を含み、前記検出器回路は、逆方向に導電する１対のダイオードと、前記パルスＲＦバイアス信号の前記ＯＮモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値に比例する電荷を格納するためのコンデンサとをともなって構成され、各前記ダイオードは、最大で電流制限までの電流を導電するための容量をともなって構成され、前記検出器は、さらに、各前記ダイオードに直列の個別回路を含み、前記個別回路は、前記コンデンサの充電とともに各前記ダイオードが最大で前記電流制限までの電流を導電するように構成される、装置。
適用例１９：ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号を測定するための装置であって、前記パルスＲＦバイアス信号に応答するように構成される検出器と、前記パルスＲＦバイアス信号は、対をなすＯＮモードパルスからなり、各対は、ＯＦＦモードによって隔てられ、各ＯＮモードパルスは、サイクルからなり、各サイクルは、時間に対して変化する電圧振幅によって特徴付けられることと、前記検出器は、前記応答が相継ぐエンベロープの形態で検出器信号を生成するように構成されることと、１つの前記エンベロープの振幅は、各前記ＯＮモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値に比例する振幅値からなり、各エンベロープの振幅は、各ＯＮモードパルス中の時間のみに対しており、各エンベロープは、前記パルスＲＦバイアス信号のデューティサイクルおよび周波数に無関係であることと、各相継ぐ前記相隔てられたエンベロープに対して動作するように構成されるサンプル−ホールド回路と、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する振幅値を有するエンベロープ振幅をサンプリングして、前記サンプリングされたサンプル振幅値を次のエンベロープのサンプリングまでホールドし、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する値を有する出力信号を生成することと、を備える装置。
適用例２０：適用例１９に記載の装置であって、さらに、各前記エンベロープの上昇期間および移行期間の完了を受けて前記サンプル−ホールド回路をトリガするためのトリガ信号を生成するように構成されるタイミング回路を備える装置。
適用例２１：適用例１９に記載の装置であって、前記サンプル−ホールド回路は、前記各エンベロープの複数の相継ぐ振幅値をサンプリングするサンプリングモジュールと、前記サンプリングされた複数のサンプル振幅値のどれが前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例するかを決定する選択モジュールと、を含む、装置。
適用例２２：適用例２１に記載の装置であって、前記選択モジュールは、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値の２つのサンプル振幅値に対して決定を下して、高い方の値のサンプルをホールドするように、前記ホールドされた高い方の値のサンプルと、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの次の相継ぐサンプル振幅値とに対して決定を下して、高い方の値のサンプルをホールドするように、そして、前記次の相継ぐサンプル振幅値が前記ホールドされた高い方の値のサンプル未満になったときに決定を下すのを止めて、前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する値を有する前記出力信号を生成するのに使用するために前記高い方の値のサンプルをホールドするように構成される、装置。
適用例２３：適用例１９に記載の装置であって、各前記相継ぐエンベロープについて、前記サンプル−ホールド回路は、前記各相継ぐエンベロープが対応する前記各ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する特徴的エンベロープ振幅値をサンプリングし、前記装置は、さらに、既定の数の前記各相継ぐエンベロープの特徴的振幅値を加算して和を得るように構成される平均取得回路を備え、前記既定の数は、前記出力信号が更新される更新期間が前記相継ぐエンベロープの数を前記パルスＲＦバイアス信号のパルスレートで割ったものに等しくなるように選択され、前記平均取得回路は、さらに、前記既定の数の各相継ぐエンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均に比例する値を有する前記出力信号を生成するために、前記和を前記既定の数で割るように構成される、装置。
適用例２４：ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号の電圧値を測定するための装置であって、前記信号は、ＯＮモードパルスと、続くＯＦＦモードと、続く別のＯＮモードパルスとからなり、交互に変化する一連のＯＮモードパルスおよびＯＦＦモードパルスとして継続し、パルスレートは、各相継ぐ前記ＯＮパルスが開始する時刻を定め、各ＯＮモードパルスは、サイクルからなり、各サイクルは、時間に対して変化するとともに前記サイクルのピークツーピーク電圧値を含む電圧値によって特徴付けられ、前記装置は、各前記ＯＮモードパルスに対応するとともに前記パルスレートにしたがってその他の相継ぐエンベロープから隔てられた１つのエンベロープの形態で検出器信号を生成するために、前記継続する一連の各ＯＮモードパルスに応答するように構成される検出器と、各エンベロープは、各前記ＯＮモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値を表すことと、前記検出器は、前記検出器信号が１つのエンベロープと、相継いで続く１つのＯＦＦモードと、続く１つのエンベロープとからなり前記パルスレートで交互に変化する一連のＯＦＦモードおよびエンベロープとして継続するように構成されることと、各相継ぐ前記エンベロープに対する動作のためにのみトリガされるように構成されるサンプル−ホールド回路と、前記トリガされた回路は、各エンベロープの電圧振幅値をサンプリングして、前記サンプリングされたサンプル値を前記次のＯＦＦモードの間ホールドし、前記ホールドされたサンプル値は、前記各エンベロープに対応する前記ＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、を備える装置。
適用例２５：適用例２４に記載の装置であって、さらに、前記バイアス電極に印加される前記パルスＲＦバイアス信号の電圧値を制御するためのフィードバック回路であって、更新レートで制御信号を生成し、前記更新レートは、前記パルスレートより遅く、前記制御信号の更新間の期間を定める、フィードバック回路を備える装置。
適用例２６：適用例２５に記載の装置であって、さらに、１つの前記更新期間中に相継いで発生する各エンベロープに対応する各相継ぐＯＮモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すいくつかの前記ホールドされた電圧振幅値に応答する平均取得回路であって、前記１つの更新期間中の前記ＯＮモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均を表すために、前記ホールドされた電圧振幅値の平均を生成する平均取得回路を備え、前記フィードバック回路は、前記ホールドされた電圧振幅値の前記平均に応答して前記制御信号を更新する、装置。
適用例２７：適用例２６に記載の装置であって、前記平均取得回路は、前記１つの更新期間中にホールドされた前記ホールドされた電圧振幅値の和を得て、前記和を前記ホールドされた電圧振幅値の前記数で割って、前記平均を決定する、装置。
適用例２８：処理チャンバ内において、基板を支えるＲＦバイアス電極に印加されるパルスＲＦバイアス信号のピークツーピーク電圧値を決定する方法であって、前記印加される信号は、交互に変化するモードからなり、前記モードは、一連のモードとして継続するＯＮモードパルスと、ＯＦＦモードと、ＯＮモードパルスとからなり、前記方法は、前記パルスＲＦバイアス信号の第１のＯＮモードパルスを特定する動作と、前記第１のＯＮモードパルスは、時間に対して変化するサイクルの振幅によって特徴付けられることと、前記特定された第１のＯＮモードパルスの前記サイクルの振幅のピークツーピーク電圧値を前記第１のＯＮモードパルス中の時間の関数として表すエンベロープを画定する動作と、
前記パルスＲＦバイアス信号の特徴的ピークツーピーク電圧値を表す出力信号を生成するために、前記エンベロープをサンプリングする動作と、を備える方法。
適用例２９：適用例２８に記載の方法であって、さらに、前記パルスＲＦバイアス信号の電圧値を制御するためのフィードバック信号を生成する動作と、前記フィードバック信号は、前記出力信号の特徴的ピークツーピーク電圧値と、前記パルスＲＦバイアス信号の所望のピークツーピーク電圧値とに基づくこととを備える方法。
適用例３０：適用例２８に記載の方法であって、さらに、前記一連の相継ぐＯＮモードパルスの前記サイクルの振幅のピークツーピーク電圧値を表す前記エンベロープに基づいて前記出力信号を更新するために、前記相継ぐＯＮモードパルスに対して前記特定する動作、前記画定する動作、および前記サンプリングする動作を繰り返す動作を備える方法。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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