(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ系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ているプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に位置付けられ、基板に結合されている静電チャックと、
イオンエネルギー制御部分であって、前記イオンエネルギー制御部分は、第１の電圧と第２の電圧との間の電位差により定義されるＤＣ出力電圧を提供するための制御可能ＤＣ電圧源を含み、前記電位差は、少なくとも１つのイオンエネルギー分布設定によって決定される大きさを有し、前記イオンエネルギー分布設定は、前記基板の表面におけるイオンエネルギー分布の所望の分布を示す、イオンエネルギー制御部分と、
前記ＤＣ電圧源の前記第１の電圧を前記静電チャックに切替可能に結合するように配置された第１の切替構成要素と、
前記ＤＣ電圧源の前記第２の電圧を前記静電チャックに切替可能に結合するように配置された第２の切替構成要素と、
前記第１および第２の切替構成要素を交互に開閉することにより前記ＤＣ電圧源の前記第１および第２の電圧を前記静電チャックに交互に印加するための第１のコントローラと、
前記静電チャックに結合されているＤＣオフセット供給部と、
前記ＤＣオフセット供給部により印加されるＤＣオフセット電圧を制御するためのＤＣオフセットコントローラと、
前記静電チャックに結合されているイオン電流補償構成要素であって、前記イオン電流補償構成要素は、補償電流を基板支持部に提供するように前記静電チャックに結合されている制御可能ＤＣ電流源を含み、前記ＤＣ電圧源と前記ＤＣオフセット供給部と前記ＤＣ電流源とを含むＤＣ電力が、前記静電チャックに印加される電力の唯一の供給源である、イオン電流補償構成要素と
を備えている、システム。
【請求項２】
前記ＤＣ電圧源は、浮動的である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の電圧は正電圧であり、前記第２の電圧は接地である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１および第２の切替構成要素は、それぞれ、前記第１および第２の電圧を、第１の導体を介して前記静電チャックに結合し、前記ＤＣオフセット電圧は、第２の導体を介して前記静電チャックに提供される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
プラズマ系の処理のための装置であって、
１つ以上の駆動制御信号を提供するように構成されているコントローラと、
前記１つ以上の駆動制御信号に応答してプラズマ処理チャンバの静電チャックに周期的電圧関数を提供するように適合されているスイッチモード電力供給部であって、前記スイッチモード電力供給部は、ＤＣ電圧をパルス電圧に変換するための２つ以上の切替構成要素を有する、スイッチモード電力供給部と、
ＤＣオフセットを前記パルス電圧に印加するように配置されたＤＣオフセット供給部と、
ＤＣ電流源であって、前記ＤＣ電流源は、前記ＤＣ電流源からの電流出力が前記静電チャックに到達する前に前記パルス電圧と組み合わされるように前記スイッチモード電力供給部に結合されており、前記ＤＣ電圧と前記ＤＣオフセット供給部と前記ＤＣ電流源とを含むＤＣ電力が、前記装置から出力される電力の唯一の供給源であり、前記電流出力の振幅が、前記プラズマ処理チャンバ内のプラズマのイオンエネルギー分布の幅を制御する、ＤＣ電流源と
を備える、装置。
【請求項６】
前記スイッチモード電力供給部は、浮動的である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記パルス電圧および前記ＤＣ電流源の前記電流出力は、前記スイッチモード電力供給部内で並列に組み合わされる、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ＤＣオフセット供給部は、前記スイッチモード電力供給部と直列に結合されている、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記スイッチモード電力供給部からの前記パルス電圧および前記ＤＣ電流源の前記電流出力は、前記スイッチモード電力供給部外で並列に組み合わされる、請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、プラズマ処理に関する。特に、制限するものではないが、本発明は、プラズマ支援エッチングおよび／または蒸着の方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの種類の半導体デバイスは、プラズマ系エッチング技術を使用して製作される。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、それが、正に帯電されたイオンを導体に向かって引きつけ、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。
【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ためには効果的ではない。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半サイクル中、基板は、正イオンの質量と比較して軽い電子を引きつける。したがって、多くの電子は、サイクルのうちの正の部分の間、基板の表面に引きつけられるであろう。その結果、基板の表面は、負に帯電され、イオンが負に帯電された表面に向かって引きつられるようにするであろう。また、イオンが基板の表面に衝突すると、衝突によって、材料を基板の表面から除去し、すなわち、エッチングをもたらす。
【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、イオンエネルギーの広域分布を誘発し、イオンエネルギーの広域分布は、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。狭域イオンエネルギー分布を達成するための公知の技術は、高価、非効率、かつ制御が困難であり、プラズマ密度に悪影響を及ぼし得る。その結果、これらの公知の技術は、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】
図面に示される、本発明の例証的実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の節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、本発明は、プラズマ系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ているプラズマ処理チャンバと、基板を支持するように配置されている、プラズマ処理チャンバ内に位置付けられる、基板支持部とを含む。加えて、イオンエネルギー制御部分は、基板の表面における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分布設定に応答して、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。スイッチモード電力供給部は、電力を基板に印加し、基板の表面において、所望のイオンエネルギー分布をもたらし、本実施形態におけるイオン電流補償構成要素は、イオンエネルギー分布の制御可能な幅を提供する。
【０００７】
別の実施形態によると、本発明は、周期的電圧関数を基板に印加するように、基板に対する電力を制御可能に切り替えることと、時間平均に基づく、所望のイオンエネルギー分布をもたらすように、基板の表面における所望のイオンエネルギーに応答して、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって周期的電圧関数を変調することとを含む、プラズマ系処理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、周期的電圧関数を印加するように構成される、スイッチモード電力供給部と、基板の表面における、所望のイオンエネルギー分布を示す、少なくとも１つのイオンエネルギー設定に応答して、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって周期的電圧関数の少なくとも１つのパラメータを変調する、イオンエネルギー制御部分とを含む、プラズマ系処理装置として特徴付けられ得る。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
プラズマ系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ているプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に位置付けられ、基板に結合されている静電チャックと、
イオンエネルギー制御部分であって、前記イオンエネルギー制御部分は、前記基板の表面におけるイオンエネルギー分布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分布設定に応答して、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、
前記静電チャックおよび前記イオンエネルギー制御部分に結合されているスイッチモード電力供給部であって、前記スイッチモード電力供給部は、前記イオンエネルギー制御信号に応答して、前記静電チャックに周期的電圧関数を提供するように構成されている１つ以上の切り替え構成要素を含み、前記周期的電圧関数は、ＡＣ波形およびＤＣオフセットを有し、前記ＡＣ波形は、前記基板の表面における前記プラズマの前記所望のイオンエネルギー分布に比例し、前記ＤＣオフセットは、前記基板と前記静電チャックとの間の結合を維持するチャッキング電位に比例する、スイッチモード電力供給部と、
前記静電チャックに結合されているイオン電流補償構成要素であって、前記イオン電流補償構成要素は、前記イオンエネルギー分布の制御可能な幅をもたらす、イオン電流補償構成要素と
を備えている、システム。
（項目２）
前記スイッチモード電力供給部は、浮動的であり、前記ＤＣオフセットは、前記スイッチモード電力供給部の外部で生成される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記スイッチモード電力供給部は、前記ＤＣオフセットを生成するＤＣオフセットを含む、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記スイッチモード電力供給部は、前記ＡＣ波形を生成するＡＣ電源を含み、前記ＡＣ電源は、前記ＤＣ電源と前記静電チャックとの間に直列に結合されている、項目３に記載のシステム。
（項目５）
前記ＤＣ電源は、接地と前記スイッチモード電力供給部との間に直列に結合されている、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記ＡＣ波形は、前記ＡＣ電源によって生成され、前記ＤＣオフセットは、前記ＤＣ電源によって生成され、前記ＡＣ電源および前記ＤＣ電源は、前記静電チャックに並列に結合されている、項目４に記載の装置。
（項目７）
前記ＡＣ波形は、第１の導体を介して前記静電チャックに提供され、前記ＤＣオフセットは、第２の導体を介して前記静電チャックに提供される、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記チャッキング電位は、前記静電チャックの上部表面と前記基板内の基準層との間に存在する、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記スイッチモード電力供給部は、１つ以上の駆動信号に応答して、周期的電圧関数を前記基板支持部に印加するように構成され、
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分布設定に応答して、前記周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって、前記周期的電圧関数の少なくとも１つのパラメータを変調することにより、前記基板の表面において、時間平均に基づくイオンのエネルギーの所望の分布を生成するように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記少なくとも１つのパラメータは、電圧振幅を含む、項目９に記載のシステム。
（項目１１）
プラズマ系の処理のための装置であって、
１つ以上の駆動制御信号を提供するように構成されているコントローラと、
前記１つ以上の駆動制御信号に応答して、プラズマ処理チャンバの静電チャックに周期的電圧関数を提供するためのスイッチモード電力供給部と
を備え、
前記周期的電圧関数は、前記静電チャックに結合された基板の表面におけるプラズマのイオンエネルギー密度に比例するＡＣ波形を有し、前記ＡＣ波形は、前記スイッチモード電力供給部のＡＣ電源によって生成され、前記スイッチモード電力供給部は、ＤＣオフセットを前記ＡＣ波形に提供するためのＤＣ電源と直列に接続されるように構成されている、装置。
（項目１２）
前記スイッチモード電力供給部は、浮動的である、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
前記スイッチモード電力供給部は、少なくとも、制御可能電圧源および制御可能電流源の並列配列を備え、前記ＡＣ波形は、前記並列配列の出力である、項目１１に記載の装置。
（項目１４）
プラズマ系の処理のための方法であって、
基板をプラズマチャンバ内に設置することと、
前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成することと、
周期的電圧関数を前記基板に印加するように、前記基板に対する電力を制御可能に切り替えることであって、前記周期的電圧関数は、スイッチモード電力供給部と直列のＤＣ電源によって生成されるＤＣオフセットを有し、前記ＤＣオフセットは、前記基板と静電チャックとの間にチャッキング電位を生成する、ことと、
前記基板の表面における所望のイオンエネルギー分布に応答して、前記周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって、前記周期的電圧関数を変調することにより、時間平均に基づく前記所望のイオンエネルギー分布をもたらすことと
を含む、方法。
（項目１５）
前記周期的電圧関数を変調することは、前記周期的電圧関数の振幅を変調することを含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記基板の表面におけるイオンエネルギーの前記所望の分布を定義するパラメータの値を取得することと、
前記取得されたパラメータ値を変調データに変換することと、
前記変調データを使用して、前記周期的電圧関数を変調することと
を含む、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
前記パラメータの値は、前記プラズマ系の処理を管理するオペレータから取得される、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
複数のイオンエネルギー分布関数を定義するデータを含むメモリから、前記イオンエネルギーの所望の分布を選択することにより、特定のイオンエネルギー分布関数を選択することと、
前記周期的電圧関数を変調することにより、時間平均に基づく前記特定のイオンエネルギー分布関数をもたらすことと
を含む、項目１４に記載の方法。
（項目１９）
前記制御可能に切り替えられる電力を前記基板支持部に印加することにより、前記プラズマ処理チャンバ内のプラズマを点弧し、持続させることを含む、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
イオン補償電流を制御することにより、前記基板の表面における時間平均に基づく均一イオンエネルギーの広がりの制御を可能にすることを含む、項目１４に記載の方法。
（項目２１）
プラズマ系の処理のための方法であって、
基板をプラズマチャンバ内に設置することと、
前記プラズマチャンバ内にプラズマを形成することと、
前記基板の表面における１つ以上のイオンエネルギーを示す少なくとも１つのイオンエネルギー分布設定を受信することと、
ＡＣ波形およびＤＣオフセットを有する電力を前記基板に対して制御可能に切り替えることにより、
時間平均に基づくイオンエネルギーの所望の分布と、
時間平均に基づく所望のチャッキング電位と
をもたらすことと
を含む、方法。
（項目２２）
電力を制御可能に切り替えることは、
周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって変調されたＡＣ波形をＤＣオフセットと直列に組み合わせることを含み、前記周期的電圧関数は、前記基板の表面における１つ以上のイオンエネルギーを示す前記少なくとも１つのイオンエネルギー分布設定に応答して、前記時間平均に基づくイオンエネルギーの所望の分布をもたらす、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
少なくとも１つのイオンエネルギー分布設定を受信することは、イオンエネルギー分布関数を定義するデータを受信することを含む、項目２２に記載の方法。
【０００９】
これら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、付随の図面と関連して検討される場合、以下の発明を実施するための形態および添付の請求項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（同一または類似要素は、いくつかの図を通して、同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供給部を実現するように利用され得る、構成要素の略図である。
【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もたらす、スイッチモードバイアス供給部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、動作の二峰性モードを描写するグラフである。
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、プラズマ中で行われる、実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフである。
【図８】図８は、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図９Ａ】図９Ａは、正弦波変調関数によって変調される、例示的周期的電圧関数を描写する、グラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、時間平均に基づく、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。
【図９Ｄ】図９Ｄは、周期的電圧関数が、正弦波変調関数によって変調される場合の結果として生じる時間平均ＩＥＤＦのプラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。
【図１０】図１０Ａは、周期的電圧関数が、鋸歯状波変調関数によって変調されることを描写する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。図１０Ｃは、図１０Ａおよび１０Ｂにおける周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する、グラフである。
【図１１】図１１は、右欄にＩＥＤＦ関数および左欄に関連付けられた変調関数を示す、グラフである。
【図１２】図１２は、イオン電流補償構成要素が、プラズマチャンバ内のイオン電流を補償する、実施形態を描写する、ブロック図である。
【図１３】図１３は、例示的イオン電流補償構成要素を描写する、略図である。
【図１４】図１４は、図１３に描写される、ノードＶｏにおける例示的電圧を描写する、グラフである。
【図１５】図１５Ａ〜１５Ｃは、補償電流に応答して、基板の表面またはウエハに現れる、電圧波形である。
【図１６】図１６は、図１３を参照して説明される電流源を実現するように利用され得る、電流源の例示的実施形態である。
【図１７】図１７Ａおよび１７Ｂは、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図１８】図１８は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図１９】図１９は、本発明のなおも別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２０】図２０は、図１−１９を参照して説明される実施形態に関連して利用され得る、ブロック図入力パラメータおよび制御出力である。
【図２１】図２１は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２２】図２２は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２３】図２３は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２４】図２４は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２５】図２５は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２６】図２６は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２７】図２７は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２８】図２８は、本開示のある実施形態による、方法を図示する。
【図２９】図２９は、本開示のある実施形態による、別の方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
プラズマ処理システムの例示的実施形態は、概して、図１に示される。描写されるように、プラズマ電力供給部１０２は、プラズマ処理チャンバ１０４に結合され、スイッチモード電力供給部１０６は、チャンバ１０４内において、その上に基板１１０が載っている支持部１０８に結合される。また、スイッチモード電力供給部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、ヘリコン型プラズマ源等の種々の源のうちの任意の１つによるものであり得、種々の源は、反応炉内でプラズマ１１４を点弧および持続させるための磁気コイルおよびアンテナを含み、ガス注入口がチャンバ１０４内にガスを導入するために提供され得る。
【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力供給部１０２は、プラズマ１１４を点弧し、持続させるように、１つ以上の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）において、整合回路（図示せず））を介して、チャンバ１０４に電力（例えば、ＲＦ電力）を印加するように構成される。本発明は、チャンバ１０４に電力を結合するためのどんな特定の種類のプラズマ電力供給部１０２または源にも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と異なる電圧で浮動し得る。
【００１６】
前述のように、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り、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、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ために有効ではない。その結果、例示的スイッチモード電力供給部１０６は、基板１１０の制御されたエッチングおよび／または蒸着を行うように、プラズマ１１４内でイオンを引きつけ、基板１１０と衝突させることが可能な電圧を基板１１０の表面上にもたらすように制御されるよう構成される。
【００１８】
さらに、本明細書でさらに論じられるように、スイッチモード電力供給部１０６の実施形態は、プラズマ電力供給部１０２によって（プラズマ１１４に）印加される電力と、スイッチモード電力供給部１０６によって基板１１０に印加される電力との間に実質的な相互作用がないように動作するように構成される。スイッチモード電力供給部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を可能にする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力供給部１０６の多くの実施形態は、比較的に単純な制御アルゴリズムによって制御され得る、比較的に安価な構成要素によって実現される。また、従来技術のアプローチと比較して、スイッチモード電力供給部１０６の多くの実施形態は、はるかに効率的である。つまり、エネルギーコストと、過剰な熱エネルギーを除去することに関連付けられる高価な材料とを削減する。
【００２０】
誘電性基板に電圧を印加するための公知の技術の１つは、基板の表面において電圧を誘発する、基板支持部への電力を印加するために、複雑な制御方式と共に高出力線形増幅器を利用する。しかしながら、この技術は、コスト効率的ではなく、または十分に管理可能ではないことが分かっているため、商業用事業体によって採用されていない。特に、利用される線形増幅器は、典型的には、大型、非常に高価、非効率的、かつ制御が困難である。さらに、線形増幅器は、本質的に、ＡＣ結合（例えば、阻止コンデンサ）と、チャッキングのような補助機能とを要求し、チャッキングのような補助機能は、並列給電回路によって達成され、並列給電回路は、チャックとともに、源に対するシステムのＡＣスペクトル純度を害する。
【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ので、この技術は、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力供給部１０６は、降圧、昇圧、および／または降圧−昇圧型電力技術によって実現され得る。これらの実施形態では、スイッチモード電力供給部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、スイッチモード電力供給部１０６は、他のより高度なスイッチモード電力および制御技術によって実現される。次に、図２を参照すると、例えば、図１を参照して説明されるスイッチモード電力供給部は、基板１１０に電力を印加し、基板１１０に衝突するイオンの１つ以上の所望のエネルギーをもたらすために利用される、スイッチモードバイアス供給部２０６によって実現される。また、イオンエネルギー制御構成要素２２０、アーク検出構成要素２２２、ならびにスイッチモードバイアス供給部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、組み合わされるか、またはさらに分離されることが可能であり、構成要素は、システムの基本動作を変更せずに、種々の方法で接続可能である。いくつかの実施形態では、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得るコントローラ２１２は、電力供給部２０２およびスイッチモードバイアス供給部２０６の両方を制御するために利用され得る。しかしながら、代替実施形態では、電力供給部２０２およびスイッチモードバイアス供給部２０６は、完全に分離された機能的ユニットによって実現される。さらなる実施例として、コントローラ２１２、波形メモリ２２４、イオンエネルギー制御部分２２０、およびスイッチモードバイアス供給部２０６は、単一構成要素に統合され得（例えば、共通筐体内に常駐する）、または個別の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供給部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もたらすように、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供給部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もたらすように構成される。さらにより具体的には、イオンエネルギー制御部分２２０からの入力に応答して、スイッチモードバイアス供給部２０６は、特定の電力レベルを印加することにより、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ２２４内の波形データによって定義される１つ以上の電圧波形を使用して、特定の電力レベルを印加する。その結果、１つ以上の特定のイオン衝撃エネルギーが、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、スイッチモード電力供給部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の内容によって定義されるタイミングに基づいて、コントローラ２１２によって制御される。例えば、多くの実施形態におけるコントローラ２１２は、波形メモリの内容を解釈し、駆動制御信号２３２’、２３２’’を生成するように適合され、駆動制御信号２３２’、２３２’は、切替構成要素２２６’、２２６’’への駆動信号２３０’、２３０’’を制御するために、駆動構成要素２２８’、２２８’’によって利用される。ハーフブリッジ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の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、所望の波形をもたらす。加えて、スイッチモードバイアス供給部２０６は、ＤＣ信号または時変波形であり得る、イオンエネルギー制御信号２３４に基づいて、基板２１０に電力を供給するように適合される。したがって、本実施形態は、切替構成要素へのタイミング信号を制御し、切替構成要素２２６’、２２６’’によって印加される、（イオンエネルギー制御構成要素２２０によって制御される）電力を制御することによって、イオン分布エネルギーの制御を可能にする。
【００２８】
加えて、本実施形態におけるコントローラ２１２は、アーク検出構成要素２２２によって検出される、プラズマチャンバ２０４内のアークに応答して、アーク管理機能を行うように構成される。いくつかの実施形態では、アークが検出されると、コントローラ２１２は、スイッチモードバイアス供給部２０６の出力２３６において印加される波形が、プラズマ２１４内のアークを消弧するように、駆動制御信号２３２’、２３２’’を変更する。他の実施形態では、スイッチモードバイアス供給部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供給部２０６を実現するために利用され得る、構成要素の略図である。示されるように、本実施形態における切替構成要素Ｔ１およびＴ２は、ハーフブリッジ（また、トーテムポールとも称される）型トポロジにおいて配列される。集合的に、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２は、プラズマ負荷を表し、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、切替構成要素Ｔ１およびＴ２を実現するために使用されるトランジスタは、理想的スイッチではなく、したがって、所望の波形に到達するために、トランジスタ特有の特性が考慮される。多くの動作モードでは、単なるＶ２およびＶ４のタイミングの変更によって、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、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を用いて、概して、負となるように動作され得る。基板１１０、２１０の表面における電圧の値は、イオンのエネルギーを定義するものであり、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）の観点から特徴付けられ得る。基板１１０、２１０の表面において、所望の電圧をもたらすために、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引きつけるように、基板１１０、２１０の表面において、概して、矩形であり、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、Ｖｏｕｔに印加されるパルスの振幅を定義し、パルスの振幅は、基板の表面における電圧、その結果、イオンエネルギーを定義する。再び、図２を簡単に参照すると、Ｖｂｕｓは、イオンエネルギー制御部分に結合され得、イオンエネルギー制御部分は、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電力供給部によって実現され得る。
【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得、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において周期的電圧関数を生成するように、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、パルスの各々が、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の表面に電子を引きつけるために十分に長くなり得るように、２つのゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４が、切替構成要素Ｔ１、Ｔ２に印加され得る。さらに、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、この速度は、当然ながら、印加毎に可変であり得る。
【００３５】
必須ではないが、実際は、実際の実装のモデル化および改良に基づいて、所望の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、定義され得、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、直接生成可能である（例えば、Ｖｏｕｔからのフィードバックを伴わずに）。したがって、フィードバック制御システムの望ましくない側面を回避する（例えば、整定時間）。
【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り、記憶された波形を使用して、ゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４を制御し、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もたらす、スイッチモードバイアス供給部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、この実施例におけるイオンエネルギーの単一集中をもたらすために、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もたらす、スイッチモードバイアス供給部１０６、２０６の出力におけるパルスを生成するように制御される（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）。
【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、負であり、基板１１０、２１０の表面に衝突し、エッチングするイオンを引きつける。基板１１０、２１０に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定義される規模を有し、これらのパルスは、基板１１０、２１０の電位に短変化を生じさせ（例えば、正に近いまたは弱正電位）、電位の短変化は、基板１１０、２１０の表面に沿って、概して、負の電位を達成するように、基板の表面に電子を引きつける。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ける単一集中のイオンフラックスをもたらす。したがって、特定のイオン衝撃エネルギーは、特定の電位に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、イオンエネルギーの２つ以上の別個の集中が生成され得る。
【００３９】
次に、図６を参照すると、例えば、イオンエネルギー分布において２つの別個のピークが生成される、動作の二峰性モードを描写するグラフが示される。示されるように、この動作モードでは、基板は、２つの異なるレベルの電圧および周期的パルスを被り、その結果、イオンエネルギーの２つの別個の集中が生成される。描写されるように、２つの異なるイオンエネルギー集中をもたらすために、Ｖｂｕｓで印加される電圧は、２つのレベル間を交互し、各レベルは、２つのイオンエネルギー集中のエネルギーレベルを定義する。
【００４０】
図６は、各パルス後に交互するように、基板１１０、２１０における２つの電圧を描写するが、これは、必ずしも、必要ではない。他の動作モードでは、例えば、Ｖ２およびＶ４に印加される電圧は、基板の表面で誘発される電圧が、２つ以上のパルス後に、第１の電圧から第２の電圧（逆も然り）に交互するように、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】
従来技術では、多重イオンエネルギーをもたらすために、線形増幅器に２つの波形（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、このアプローチは、図６を参照して説明されるアプローチより非常に複雑となり、したがって、高価な線形増幅器および波形発生器を要求する。
【００４２】
次に、図７Ａおよび７Ｂを参照すると、それぞれ、Ｖｂｕｓに印加されるＤＣ電圧の単一エネルギー調整および二重レベル調整に対応する、プラズマ中で行われる実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフが示される。図７Ａに描写されるように、イオンエネルギー分布は、Ｖｂｕｓへの電圧の不変印加（例えば、図５に描写されるような）に応答して、約８０ｅＶに集中する。また、図７Ｂでは、イオンエネルギーの２つの別個の集中が、Ｖｂｕｓの二重レベル調整（例えば、図６に描写されるような）に応答して、約８５ｅＶおよび１１５ｅＶに存在する。
【００４３】
次に、図８を参照すると、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。描写されるように、スイッチモード電力供給部８０６は、コントローラ８１２、イオンエネルギー制御構成要素８２０、および、アーク検出構成要素８２２を介して基板支持部８０８に結合される。コントローラ８１２、スイッチモード供給部８０６、およびイオンエネルギー制御構成要素８２０は、集合的に、時間平均に基づいて、基板８１０の表面において、所望のイオンエネルギー分布をもたらすように、電力を基板支持部８０８にもたらすように動作する。
【００４４】
例えば、図９Ａを簡単に参照すると、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって約５ｋＨｚの正弦波変調関数によって変調される、約４００ｋＨｚの周波数を伴う、周期的電圧関数が示される。図９Ｂは、図９Ａにおいて丸で囲まれる、周期的電圧関数の部分の分解図であり、図９Ｃは、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。また、図９Ｄは、周期的電圧関数が、正弦波変調関数によって変調される場合に結果として生じる時間平均ＩＥＤＦの、プラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。さらに本明細書に論じられるように、時間平均に基づく所望のイオンエネルギー分布を達成することは、周期的電圧に印加される、変調関数を単に変化させることによって、達成され得る。
【００４５】
別の実施例として、図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、４００ｋＨｚの周期的電圧関数は、時間平均に基づく、図１０Ｃに描写されるイオンエネルギーの分布を達成するように、約５ｋＨｚの鋸歯状波変調関数によって変調される。描写されるように、図１０に関連して利用される周期的電圧関数は、図９におけるものと同一であるが、図１０における周期的電圧関数は、正弦波関数の代わりに、鋸歯状波関数によって変調される。
【００４６】
図９Ｃおよび１０Ｃに描写されるイオンエネルギー分布関数は、基板８１０の表面におけるイオンエネルギーの瞬間的分布を表さないが、代わりに、イオンエネルギーの時間平均を表すことを認識されたい。図９Ｃを参照すると、例えば、特定の時間的瞬間において、イオンエネルギーの分布は、変調関数の１サイクルの過程にわたって存在する、描写されるイオンエネルギーの分布の部分集合となるであろう。
【００４７】
また、変調関数は、固定関数または固定周波数である必要はないことを認識されたい。例えば、いくつかの事例では、特定の変調関数の１つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、特定の時間平均イオンエネルギー分布をもたらし、次いで、別の変調関数の１つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、別の時間平均イオンエネルギー分布をもたらすことが望ましいことがある。そのような変調関数（周期的電圧関数を変調する）への変更は、多くの事例において、有益となり得る。例えば、特定のイオンエネルギーの分布が、特定の幾何学的構造をエッチングするために、または特定の材料を通してエッチングするために必要である場合、第１の変調関数が使用され、次いで、続いて、別の変調関数が、異なるエッチング幾何学形状をもたらすために、または別の材料を通してエッチングするために使用され得る。
【００４８】
同様に、周期的電圧関数（例えば、図９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、および１０Ｂにおける４００ｋＨｚ成分、ならびに図４におけるＶｏｕｔ）は、厳格に固定される必要はない（例えば、周期的電圧関数の形状および周波数は、変動し得る）が、概して、その周波数は、チャンバ内のイオンが、基板８１０に印加される電圧によって影響を受けるように、チャンバ内のイオンの経過時間によって確立される。
【００４９】
図８に戻って参照すると、コントローラ８１２は、スイッチモード供給部８０６が、周期的電圧関数を生成するように、駆動制御信号８３２’、８３２’’をスイッチモード供給部８０６に提供する。スイッチモード供給部８０６は、図３に描写される構成要素によって実現され得る（例えば、図４に描写される周期的電圧関数を作成するために）が、他の切替アーキテクチャが利用され得ることは、当然、想起される。
【００５０】
一般に、イオンエネルギー制御構成要素８２０は、変調関数を周期的電圧関数（スイッチモード電力供給部８０６と関連して、コントローラ８１２によって生成される）に印加するように機能する。図８に示されるように、イオンエネルギー制御構成要素８２０は、カスタムＩＥＤＦ部分８５０、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８、ユーザインターフェース８４６、および電力構成要素８４４と通信する変調コントローラ８４０を含む。これらの構成要素の描写は、実際には、共通または別個の構成要素によってもたらされ得る、機能的構成要素を伝えることを意図することを認識されたい。
【００５１】
本実施形態における変調コントローラ８４０は、概して、変調関数を定義するデータに基づいて、電力構成要素８４４（ひいては、その出力８３４）を制御し、電力構成要素８４４は、スイッチモード供給部８０６によって生成される、周期的電圧関数に印加される変調関数８３４（変調コントローラ８４０からの制御信号８４２に基づく）を生成する。本実施形態におけるユーザインターフェース８４６は、ユーザが、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８内に記憶される、所定のＩＥＤＦ関数を選択すること、またはカスタムＩＥＤＦ構成要素８５０と関連して、カスタムＩＥＤＦを定義することを可能にするように構成される。
【００５２】
多くの実装では、電力構成要素８４４は、変調関数（例えば、可変ＤＣ電圧）をスイッチモード電力供給部（例えば、図３に描写されるスイッチモード電力供給部のＶｂｕｓ）に印加するＤＣ電力供給部（例えば、ＤＣスイッチモード電力供給部または線形増幅器）を含む。これらの実装では、変調コントローラ８４０は、電力構成要素８４４が、変調関数に一致する電圧を印加するように、電力構成要素８４４によって出力される、電圧レベルを制御する。
【００５３】
いくつかの実装では、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８は、複数のＩＥＤＦ分布関数の各々に対応する、複数のデータセットを含み、ユーザインターフェース８４６は、ユーザが、所望のＩＥＤＦ関数を選択することを可能にする。例えば、図１１を参照すると、右欄に、ユーザが選択するために利用可能であり得る、例示的ＩＥＤＦ関数が、示される。また、左欄は、変調コントローラ８４０が、電力構成要素８４４と関連して、周期的電圧関数に印加し、対応するＩＥＤＦ関数をもたらすであろう、関連付けられた変調関数を描写する。図１１に描写されるＩＥＤＦ関数は、例示にすぎず、他のＩＥＤＦ関数が、選択のために利用可能であり得ることを認識されたい。
【００５４】
カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、概して、ユーザが、ユーザインターフェース８４６を介して、所望のイオンエネルギー分布関数を定義することを可能にするように機能する。例えば、いくつかの実装では、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザが、イオンエネルギーの分布を定義する、特定のパラメータのための値を確立することを可能にする。
【００５５】
例えば、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、これらのエネルギーレベル間のＩＥＤＦを定義する関数と関連して、高レベル（ＩＦ−ｈｉｇｈ）、中間レベル（ＩＦ−ｍｉｄ）、および低レベル（ＩＦ−ｌｏｗ）におけるフラックスの相対的レベルに関して（例えば、フラックスの割合に関して）、ＩＥＤＦ関数が定義されることを可能にし得る。多くの事例では、ＩＦ−ｈｉｇｈ、ＩＦ−ｌｏｗ、およびこれらのレベル間のＩＥＤＦ関数のみでも、ＩＥＤＦ関数を定義するために十分である。具体的実施例として、ユーザは、これらの２つのレベル間の正弦波ＩＥＤＦに伴って、２０％寄与レベル（全体的ＩＥＤＦに対する寄与）において、１２００ｅＶ、３０％寄与レベルにおいて、７００ｅＶを要求し得る。
【００５６】
また、カスタムＩＥＤＦ部分８５０は、ユーザが、１つ以上の（例えば、複数の）エネルギーレベルと、ＩＥＤＦに対する各エネルギーレベルの対応する割合寄与とのリストを伴う表を作ることを可能にし得ることが想起される。また、さらなる代替実施形態では、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザインターフェース８４６と関連して、ユーザに、ユーザが所望のＩＥＤＦを描くことを可能にする、グラフィカルツールを提示することによって、ユーザが、所望のＩＥＤＦをグラフィック的に生成することを可能にすることが想起される。
【００５７】
加えて、また、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８およびカスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザが、所定のＩＥＤＦ関数を選択し、次いで、所定のＩＥＤＦ関数から導出される、カスタムＩＥＤＦ関数を生み出すように、所定のＩＥＤＦ関数を改変することを可能にするように、相互動作し得ることが想起される。
【００５８】
ＩＥＤＦ関数が定義されると、変調コントローラ８４０は、所望のＩＥＤＦ関数を定義するデータを、電力構成要素８４４が所望のＩＥＤＦに対応する変調関数をもたらすように、電力構成要素８４４を制御する制御信号８４２に変換する。例えば、制御信号８４２は、電力構成要素８４４が変調関数によって定義される電圧を出力するように、電力構成要素８４４を制御する。
【００５９】
次に、図１２を参照すると、イオン電流補償構成要素１２６０が、プラズマチャンバ１２０４内のイオン電流を補償する、実施形態のブロック図が、描写される。本出願人は、より高いエネルギーレベルでは、チャンバ内のイオン電流のレベルが高いほど、基板の表面における電圧に影響を及ぼし、結果として、イオンエネルギー分布もまた、影響を受けることを見出した。例えば、図１５Ａ−１５Ｃを簡単に参照すると、基板１２１０またはウエハの表面に現れるような電圧波形と、ＩＥＤＦに対するその関係が、示される。
【００６０】
より具体的には、図１５Ａは、イオン電流ＩＩが、補償電流Ｉｃに等しい場合の基板１２１０の表面における周期的電圧関数を描写し、図１５Ｂは、イオン電流ＩＩが、補償電流Ｉｃを上回る場合の基板１２１０の表面における電圧波形を描写し、図１５Ｃは、イオン電流が、補償電流Ｉｃ未満である場合の基板の表面における電圧波形を描写する。
【００６１】
図１５Ａに描写される、ＩＩ＝Ｉｃの場合、イオンエネルギー１４７０の広がりは、図１５Ｂに描写される、ＩＩ＞Ｉｃの場合のイオンエネルギーの均一広がり１４７２、または図１５Ｃに描写される、ＩＩ＜Ｉｃの場合のイオンエネルギーの均一広がり１４７４と比較して、比較的に狭い。したがって、イオン電流補償構成要素１２６０は、イオン電流が、高い場合、イオンエネルギーの狭広がりを可能にし（例えば、イオン電流の影響を補償することによって）、また、均一イオンエネルギーの広がり１５７２、１５７４の幅を制御可能にする（例えば、イオンエネルギーの広がりを有することが望ましい場合）。
【００６２】
図１５Ｂに描写されるように、イオン電流補償を伴わない場合（ＩＩ＞Ｉｃ場合）、周期的電圧関数の正の部分間の基板の表面における電圧は、漸次的により絶対値の小さい負値になり、イオンエネルギーのより広い広がり１５７２を生み出す。同様に、イオン電流補償が、図１５Ｃに描写されるように、補償電流のレベルをイオン電流を超えるレベル（ＩＩ＜Ｉｃ）に上昇させるために利用される場合、基板の表面における電圧は、周期的電圧関数の正の部分間において、漸次的により絶対値の大きい負値になり、均一イオンエネルギーのより広い広がり１５７４が、生み出される。
【００６３】
図１２に戻って参照すると、イオン補償構成要素１２６０は、随意に、スイッチモード電力供給部１２０６およびコントローラ１２１２に追加され得る、別個の付属として実現され得る。他の実施形態では（例えば、図１３に描写されるように）、イオン電流補償構成要素１２６０は、共通筐体１３６６を本明細書に説明される他の構成要素（例えば、スイッチモード電力供給部１０６、２０６、８０６、１２０６およびイオンエネルギー制御２２０、８２０構成要素）と共有し得る。
【００６４】
図１３に描写されるように、スイッチモード供給部の出力１３３６に連結される、電流源１３６４と、電流源１３６４および出力１３３６の両方に連結される、電流コントローラ１３６２とを含む、例示的イオン電流補償構成要素１３６０が、示される。また、図１３には、プラズマチャンバ１３０４が、描写され、プラズマチャンバ内には、容量要素Ｃ１、Ｃ２、およびイオン電流ＩＩがある。描写されるように、Ｃ１は、絶縁、基板、基板支持部、および静電チャックを含み得る、チャンバ１３０４に関連付けられた構成要素の固有容量を表し、Ｃ２は、シース容量および浮遊容量を表す。
【００６５】
本実施形態におけるＣ１は、チャンバ１３０４に関連付けられた構成要素の固有の容量であるので、処理の制御を得るために追加される、アクセス可能容量ではないことに留意されたい。例えば、線形増幅器を利用するいくつかの従来技術アプローチは、基板へのバイアス電力を阻止コンデンサと結合し、次いで、その線形増幅器を制御するためのフィードバックとして、阻止コンデンサの監視電圧を利用する。コンデンサは、本明細書に開示される実施形態の多くにおいて、スイッチモード電力供給部を基板支持部に結合し得るが、阻止コンデンサを使用するフィードバック制御は、本発明のいくつかの実施形態では、要求されないので、そのように行うことは、不必要である。
【００６６】
図１３を参照するが、図１３に描写されるＶｏにおける例示的電圧を描写する、グラフである、図１４も同時に参照する。動作において、電流コントローラ１３６２は、Ｖｏにおける電圧を監視し、イオン電流が、以下のように、間隔ｔ（図１４に描写される）にわたって計算される。
【００６７】
【数１】
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Ｃ１は、実質的に、所与のツールに対する定数であり、測定可能であるので、Ｖｏのみ、補償電流の継続的制御を可能にするために監視される必要がある。前述のように、イオンエネルギーのより単一エネルギー的分布（例えば、図１５Ａに描写されるように）を得るために、電流コントローラは、Ｉｃが、実質的に、ＩＩと同一であるように、電流源１３６４を制御する。このように、イオンエネルギーの狭広がりは、イオン電流が、基板の表面において、電圧に影響を及ぼすレベルに到達する場合にも、維持され得る。また、加えて、所望に応じて、イオンエネルギーの広がりは、追加のイオンエネルギーが、基板の表面において実現されるように、図１５Ｂおよび１５Ｃに描写されるように、制御され得る。
【００６８】
また、図１３には、イオンエネルギー分布の制御に関連して利用され得るフィードバックライン１３７０が描写される。例えば、図１４に描写されるΔＶの値は、瞬間的イオンエネルギーを示し、フィードバック制御ループの一部として、多くの実施形態において使用され得る。
【００６９】
次に、図１６を参照すると、図１３を参照して説明される、電流源１３６４を実現するために実装され得る電流源１６６４の例示的実施形態が示される。本実施形態では、制御可能負ＤＣ電圧源は、直列インダクタＬ２と関連して、電流源として機能するが、当業者は、本明細書に照らして、電流源が、他の構成要素および／または構成によって実現され得ることを理解するであろう。
【００７０】
次に、図１７Ａおよび１７Ｂを参照すると、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。示されるように、これらの実施形態における基板支持部１７０８は、静電チャック１７８２を含み、静電チャック供給部１７８０は、電力を静電チャック１７８２に印加するために利用される。いくつかの変形例では、図１７Ａに描写されるように、静電チャック供給部１７８０は、電力を直接基板支持部１７０８に印加するように位置付けられ、他の変形例では、静電チャック供給部１７８０は、スイッチモード電力供給部と関連して、電力を印加するように位置付けられる。直列チャッキングは、別個の供給部によって、またはコントローラの使用によって、行われ、正味ＤＣチャッキング関数をもたらすことができることに留意されたい。このＤＣ結合された（例えば、阻止コンデンサなし）直列チャッキング関数では、他のＲＦ源との望ましくない干渉を最小限にすることができる。
【００７１】
図１８には、概して、プラズマ密度を生成するように機能するプラズマ電力供給部１８８４も、スイッチモード電力供給部１８０６および静電チャック供給部１８８０とともに、基板支持部１８０８を駆動するように構成されている本発明のさらに別の実施形態を描写するブロック図が示される。この実装では、プラズマ電力供給部１８８４、静電チャック供給部１８８０、およびスイッチモード電力供給部１８０６の各々は、別個のアセンブリ内に常駐し得るか、または、供給部１８０６、１８８０、１８８４のうちの２つ以上は、同一物理的アセンブリ内に常駐するように構築され得る。有利には、図１８に描写される実施形態は、電気的対称性を得るように、上部電極１８８６（例えば、シャワーヘッド）を電気的に接地させ、より少ないアーク放電事象により、低減された損傷レベルを可能にする。
【００７２】
図１９を参照すると、本発明のなおも別の実施形態を描写するブロック図が示される。描写されるように、本実施形態におけるスイッチモード電力供給部１９０６は、追加のプラズマ電力供給部の必要性なく（例えば、プラズマ電力供給部１０２、２０２、１２０２、１７０２、１８８４を伴わずに）、基板にバイアスをかけ、プラズマを点弧（および、持続）するように電力を基板支持部およびチャンバ１９０４に印加するよう構成される。例えば、スイッチモード電力供給部１８０６は、プラズマを点弧および持続させる一方、バイアスを基板支持部に提供するために十分である、デューティサイクルで動作され得る。
【００７３】
次に、図２０を参照すると、図１−１９を参照して説明された実施形態に関連して利用され得る、制御部分の入力パラメータおよび制御出力のブロック図が、描写される。制御部分の描写は、本明細書で論じられる実施形態に関連して利用され得る、例示的制御入力および出力の簡略化された描写を提供することが意図される。すなわち、ハードウェア略図であることは、意図されない。実際の実装では、描写される制御部分は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得る、いくつかの個別の構成要素間に分散され得る。
【００７４】
本明細書で以前に論じられる実施形態を参照すると、図２０に描写されるコントローラは、図１を参照して説明される、コントローラ１１２、図２を参照して説明される、コントローラ２１２およびイオンエネルギー制御２２０構成要素、図８を参照して説明される、コントローラ８１２およびイオンエネルギー制御部分８２０、図１２を参照して説明される、イオン補償構成要素１２６０、図１３を参照して説明される、電流コントローラ１３６２、図１６に描写される、Ｉｃｃ制御、それぞれ、図１７Ａおよび１７Ｂに描写される、コントローラ１７１２Ａ、１７１２Ｂ、ならびに、それぞれ、図１８および１９に描写される、コントローラ１８１２、１９１２のうちの１つ以上の機能性を提供し得る。
【００７５】
示されるように、制御部分への入力として利用され得る、パラメータは、図１３および１４を参照してより詳細に説明される、ｄＶｏ／ｄｔおよびΔＶを含む。論じられるように、ｄＶｏ／ｄｔは、イオンエネルギー分布広がり入力ΔＥと関連して利用され、図１２、１３、１４、１５Ａ−Ｃ、および図１６を参照して説明されるように、イオンエネルギー分布広がりの幅を制御する制御信号Ｉｃｃを提供し得る。加えて、イオンエネルギー制御入力（Ｅｉ）は、随意のフィードバックΔＶに関連して利用され、図１−１１を参照してより詳細に説明されるように、イオンエネルギー制御信号（例えば、図３に描写されるＶｂｕｓに影響を及ぼす）を生成し、所望のイオンエネルギー分布をもたらし得る。また、多くの静電チャッキング実施形態と関連して利用され得る、別のパラメータは、効率的熱制御のために、静電力を提供し、ウエハをチャックに保持する、ＤＣオフセット入力である。
【００７６】
図２１は、本開示のある実施形態による、プラズマ処理システム２１００を図示する。システム２１００は、基板２１０６の上部表面２１１８をエッチングするために、プラズマ２１０４を封入する、プラズマ処理チャンバ２１０２を含む。プラズマは、プラズマ電力供給部２１２２によって給電されるプラズマ源２１１２によって生成される（例えば、原位置で、または遠隔で、または投射される）。プラズマ２１０４と基板２１０６の上部表面２１１８との間で測定されたプラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈは、プラズマ２１０４から、プラズマシース２１１５を横断するイオンを加速し、加速されたイオンを基板２１０６の上部表面２１１８に衝突させ、基板２１０６をエッチングさせる（または、フォトレジストによって保護されていない基板２１０６の一部）。プラズマ２１０４は、接地（例えば、プラズマ処理チャンバ２１０２壁）に対して、プラズマ電位Ｖ３にある。基板２１０６は、底部表面２１２０を有し、底部表面２１２０は、静電チャック２１１１と、静電チャック２１１１の上部表面２１２１と基板２１０６との間のチャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋとを介して、支持部２１０８に静電的に保持される。基板２１０６は、誘電性であり、したがって、上部表面２１１８の第１の電位Ｖ１と、底部表面２１２０の第２の電位Ｖ２とを有し得る。静電チャックの上部表面２１２１は、基板の底部表面２１２０と接触し、したがって、これらの２つの表面２１２０、２１２１は、同一の電位Ｖ２である。第１の電位Ｖ１、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋ、および第２の電位Ｖ２は、スイッチモード電力供給部２１３０によって生成され、第１の導体２１２４を介して、静電チャック２１１１に提供される、ＤＣバイアスまたはオフセットを伴うＡＣ波形を介して制御される。随意に、ＡＣ波形は、第１の導体２１２４を介して提供され、ＤＣ波形は、随意の第２の導体２１２５を介して提供される。スイッチモード電力供給部２１３０のＡＣおよびＤＣ出力は、同様に、スイッチモード電力供給部２１３０の種々の側面を制御するように構成される、コントローラ２１３２を介して、制御されることができる。
【００７７】
イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布は、第１の電位Ｖ１の関数である。スイッチモード電力供給部２１３０は、所望のイオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布を生成することが分かっている所望の第１の電位Ｖ１をもたらすように調整されたＡＣ波形を提供する。ＡＣ波形は、ＲＦであり、図５、６、１１、１４、１５ａ、１５ｂ、および１５ｃに図示されるもの等の非正弦波波形を有することができる。第１の電位Ｖ１は、図１４に図示される電圧ΔＶの変化に比例し得る。第１の電位Ｖ１はまた、プラズマ電圧Ｖ３からプラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈを引いたものに等しい。しかし、プラズマ電圧Ｖ３は、多くの場合、プラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈ（例えば、５０Ｖ−２０００Ｖ）と比較して、小さい（例えば、２０Ｖ未満）ので、第１の電位Ｖ１およびプラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈは、ほぼ等しく、実装の目的のために、等しいとして処理され得る。したがって、プラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈは、イオンエネルギーを左右するので、第１の電位Ｖ１は、イオンエネルギー分布に比例する。一定の第１の電位Ｖ１を維持することによって、プラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈは、一定となり、したがって、実質的に、全イオンが、同一のエネルギーを介して加速され、故に、狭域イオンエネルギー分布が、達成される。プラズマ電圧Ｖ３は、プラズマ源２１１２を介して、プラズマ２１０４に付与されるエネルギーから生じる。基板２１０６の上部表面２１１８における第１の電位Ｖ１は、静電チャック２１１１からの容量性充電とシース２１１５を通過する電子およびイオンからの電荷蓄積の組み合わせを介して形成される。スイッチモード電力供給部２１３０からのＡＣ波形は、第１の電位Ｖ１が、実質的に一定のままであるように、シース２１１５を通るイオンおよび電子移動の影響と、基板２１０６の上部表面２１１８において結果として生じる電荷蓄積を相殺するように調整される。
【００７８】
基板２１０６を静電チャック２１１１に保持するチャッキング力は、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋの関数である。スイッチモード電力供給部２１３０は、第２の電位Ｖ２が、第１の電位Ｖ１と異なる電位にあるように、ＤＣバイアス、すなわち、ＤＣオフセットをＡＣ波形に提供する。この電位差は、チャッキング電圧Ｖｃｈｕｃｋを生じさせる。チャッキング電圧Ｖｃｈｕｃｋは、静電チャック２１１１の上部表面２２２１から基板２１０６の内側の基準層まで測定され得、基準層は、基板２１０６の底部表面２１２０を除く、基板の内側の任意の高度を含む（基準層の基板２１０６内の正確な場所は、変動し得る）。したがって、チャッキングは、第２の電位Ｖ２によって制御され、それに比例する。
【００７９】
ある実施形態では、第２の電位Ｖ２は、ＡＣ波形によって修正されるスイッチモード電力供給部２１３０のＤＣオフセットに等しい（言い換えると、ＤＣオフセットを伴うＡＣ波形であり、ＤＣオフセットは、ＡＣ波形のピーク間電圧を上回る）。ＤＣオフセットは、スイッチモード電力供給部２１３０出力のＤＣ成分が、第２の電位Ｖ２を支配し、ＡＣ成分が、無視または除外され得るように、実質的に、ＡＣ波形より大きいものであり得る。
【００８０】
基板２１０６内の電位は、第１および第２の電位Ｖ１、Ｖ２間で変動する。チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋは、基板２１０６と静電チャック２１１１との間のクーロン引力が、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋ極性にかかわらず存在するため、正または負（例えば、Ｖ１＞Ｖ２またはＶ１＜Ｖ２）であり得る。
【００８１】
スイッチモード電力供給部２１３０は、コントローラ２１３２と共に、確定的に、かつセンサを伴わずに、種々の電圧を監視することができる。特に、イオンエネルギー（例えば、平均エネルギーおよびイオンエネルギー分布）は、ＡＣ波形のパラメータ（例えば、勾配および段階）に基づいて、確定的に監視される。例えば、プラズマ電圧Ｖ３、イオンエネルギー、およびイオンエネルギー分布は、スイッチモード電力供給部２１３０によって生み出されるＡＣ波形のパラメータに比例する。特に、ＡＣ波形の立ち下がりエッジのΔＶ（例えば、図１４参照）は、第１の電位Ｖ１、したがって、イオンエネルギーに比例する。第１の電位Ｖ１を一定に維持することによって、イオンエネルギー分布は、狭域に維持される。
【００８２】
第１の電位Ｖ１は、直接、測定されることができず、スイッチモード電力供給部出力と第１の電圧Ｖ１との間の相関は、基板２１０６の静電容量および処理パラメータに基づいて、変動し得るが、ΔＶと第１の電位Ｖ１との間の比例定数は、短い処理時間の経過後、実験的に決定されることができる。例えば、ＡＣ波形の立ち下がりエッジΔＶが、５０Ｖであり、比例定数が、所与の基板およびプロセスに対して、２であることが実験的に見出される場合、第１の電位Ｖ１は、１００Ｖであることが予期され得る。したがって、イオンエネルギーを伴う第１の電位Ｖ１およびイオンエネルギー分布は、プラズマ処理チャンバ２１０２の内側に任意のセンサを伴わずに、スイッチモード電力供給部のＡＣ波形の知識に基づいて、決定されることができる。加えて、スイッチモード電力供給部２１３０は、コントローラ２１３２と共に、チャッキングが生じているかどうか（例えば、基板２１０６が、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋを介して、静電チャック２１１１に保持されているかどうか）を監視することができる。
【００８３】
デチャッキングは、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋを排除または低下させることによって行なわれる。これは、第２の電位Ｖ２を第１の電位Ｖ１に等しく設定することによって行なわれることができる。言い換えると、ＤＣオフセットおよびＡＣ波形は、チャッキング電圧Ｖｃｈｕｃｋを０Ｖに近づかせるために、調節されることができる。従来のデチャッキング方法と比較して、システム２１００は、ＤＣオフセットおよびＡＣ波形の両方が、デチャッキングを達成するように調節されることができるため、より高速のデチャッキング、したがって、より多くの処理量を達成する。また、ＤＣおよびＡＣ電源が、スイッチモード電力供給部２１３０内にあるとき、その回路は、より統合され、より一緒に近接し、単一コントローラ２１３２を介して制御され（ＤＣおよびＡＣ電源の典型的並列配列と比較して）、出力をより高速で変化させることができる。本明細書に開示される実施形態によって可能にされるデチャッキングの速度はまた、プラズマ２１０４が消弧された後、または少なくともプラズマ源２１１２からの電力がオフにされた後のデチャッキングを可能にする。
【００８４】
プラズマ源２１１２は、種々の形態をとることができる。例えば、ある実施形態では、プラズマ源２１１２は、プラズマ２１０４の点弧および持続の両方を行なうチャンバ２１０２内のＲＦ場を確立する、プラズマ処理チャンバ２１０２の内側に電極を含む。別の実施形態では、プラズマ源２１１２は、イオン化電磁場を遠隔で生成し、イオン化電磁場を処理チャンバ２１０２内に投射または延長し、イオン化電磁場を使用して、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ２１０４の点弧および持続の両方を行なう、遠隔投射されるプラズマ源を含む。さらに、遠隔投射されるプラズマ源はまた、イオン化電磁場が、プラズマ処理チャンバ２１０２へ向かう途中に通過する、場伝達部分（例えば、導電管）を含み、その間、イオン化電磁場は、プラズマ処理チャンバ２１０２内の場強度が、場が最初に遠隔投射されるプラズマ源内に生成されるときの場強度のわずか１０分の１、または１００分の１、または１，０００分の１、またはさらに小さい割合となるように減衰される。プラズマ源２１１２は、正確な縮尺で描かれていない。
【００８５】
スイッチモード電力供給部２１３０は、浮動することができ、したがって、接地とスイッチモード電力供給部２１３０との間に直列に接続されるＤＣ電源（図示せず）によって、任意のＤＣオフセットでバイアスされることができる。スイッチモード電力供給部２１３０は、スイッチモード電力供給部２１３０の内部のＡＣおよびＤＣ電源を介して（例えば、図２２、２３、２６参照）、またはスイッチモード電力供給部２１３０の内部のＡＣ電源およびスイッチモード電力供給部２１３０の外部のＤＣ電力供給部を介して（例えば、図２４、２７参照）のいずれかによって、ＡＣ波形にＤＣオフセットを提供することができる。ある実施形態では、スイッチモード電力供給部２１３０は、接地され、スイッチモード電力供給部２１３０と静電チャック２１１１との間に直列に結合された浮動ＤＣ電源に直列に結合されることができる。
【００８６】
コントローラ２１３２は、スイッチモード電力供給部２１３０が、ＡＣおよびＤＣ電源の両方を含むとき、スイッチモード電力供給部のＡＣおよびＤＣ出力を制御することができる。スイッチモード電力供給部２１３０が、ＤＣ電源と直列に接続される場合、コントローラ２１３２は、スイッチモード電力供給部２１３０のＡＣ出力のみ制御し得る。代替実施形態では、コントローラ２１３０は、スイッチモード電力供給部２１３０に結合されたＤＣ電力供給部と、スイッチモード電力供給部２１３０の両方を制御することができる。当業者は、単一コントローラ２１３２が図示されるが、他のコントローラもまた、静電チャック２１１１に提供されるＡＣ波形およびＤＣオフセットを制御するために実装されることができることを認識するであろう。
【００８７】
静電チャック２１１１は、誘電性（例えば、セラミック）であり、したがって、実質的に、ＤＣ電圧の通過を遮断することができるか、または、それは、ドープされたセラミック等の半伝導性材料であることができる。いずれの場合も、静電チャック２１１１は、電圧を基板２１０６の上部表面２１１８（通常、誘電性）に容量結合し、第１の電圧Ｖ１を形成する、静電チャック２１１１の上部表面２１２１上の第２の電圧Ｖ２を有することができる。
【００８８】
プラズマ２１０４形状およびサイズは、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。例えば、プラズマ２１０４のエッジは、あるプラズマ密度によって定義されることができるが、その場合、図示されるプラズマ２１０４は、任意の特定のプラズマ密度を考慮に入れて描かれていない。同様に、少なくともいくつかのプラズマ密度は、図示されるプラズマ２１０４形状にかかわらず、プラズマ処理チャンバ２１０２全体を充填する。図示されるプラズマ２１０４形状は、主に、実質的に、プラズマ２１０４より小さいプラズマ密度を有する、シース２１１５を示すように意図される。
【００８９】
図２２は、プラズマ処理システム２２００の別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給部２２３０は、直列に接続されたＤＣ電源２２３４およびＡＣ電源２２３６を含む。コントローラ２２３２は、ＡＣ電源２２３６波形およびＤＣ電源２２３４バイアスまたはオフセットの両方を制御することによって、スイッチモード電力供給部２２３０のＤＣオフセット出力を伴うＡＣ波形を制御するように構成される。本実施形態はまた、チャック２２１１内に埋め込まれたグリッドまたはメッシュ電極２２１０を有する、静電チャック２２１１を含む。スイッチモード電力供給部２２３０は、ＡＣおよびＤＣバイアスの両方をグリッド電極２２１０に提供する。ＤＣバイアスより実質的に小さく、したがって、無視され得る、ＡＣ成分を伴うＤＣバイアスは、グリッド電極２２１０上に第３の電位Ｖ４を確立する。第３の電位Ｖ４が、基板２２０６内のいずれの場所の基準層（基板２２０６の底部表面２２２０を除く）における電位とも異なるとき、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋおよびクーロンチャッキング力が、確立され、基板２２０６を静電チャック２２１１に保持する。基準層は、グリッド電極２２１０に平行な仮想平面である。ＡＣ波形は、グリッド電極２２１０から、静電チャック２２１１の一部を通して、かつ基板２２０６を通して容量結合し、基板２２０６の上部表面２２１８上の第１の電位Ｖ１を制御する。プラズマ電位Ｖ３は、プラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈに対して無視可能であるので、第１の電位Ｖ１およびプラズマシース電圧Ｖｓｈｅａｔｈは、ほぼ等しく、実践的目的のために、等しいと見なされる。したがって、第１の電位Ｖ１は、シース２２１５を通してイオンを加速するために使用される、電位に等しい。
【００９０】
ある実施形態では、静電チャック２２１１は、チャック２２１１の本体を通るいかなる電位差も無視可能であるよう十分に伝導性であるようにドープされ得、したがって、グリッドまたはメッシュ電極２２１０は、実質的に、第２の電位Ｖ２と同一の電圧であり得る。
【００９１】
グリッド電極２２１０は、静電チャック２２１１内に埋め込まれ、基板２２０６に平行であり、スイッチモード電力供給部２２３０によってバイアスされ、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋを確立するように構成される、任意の伝導性平面デバイスであることができる。グリッド電極２２１０は、静電チャック２２１１の下側部分に埋め込まれるように図示されるが、グリッド電極２２１０は、基板２２０６からより近くまたはより遠くに位置することができる。グリッド電極２２１０はまた、グリッドパターンを有する必要はない。ある実施形態では、グリッド電極２２１０は、固体電極であるか、または非グリッド形状（例えば、格子状パターン）を伴う非固体構造を有することができる。ある実施形態では、静電チャック２２１１は、セラミックまたは他の誘電体であり、したがって、グリッド電極２２１０上の第３の電位Ｖ４は、静電チャック２２１１の上部表面２２２１上の第１の電位Ｖ１と等しくない。別の実施形態では、静電チャック２２１１は、若干伝導性である、ドープされたセラミックであり、したがって、グリッド電極２２１０上の第３の電位Ｖ４は、静電チャック２２１１の上部表面２２２１上の第２の電位Ｖ２に等しくあり得る。
【００９２】
スイッチモード電力供給部２２３０は、非正弦波であり得る、ＡＣ出力を生成する。スイッチモード電力供給部２２３０は、ＤＣ電源２２３４が、ＡＣ伝導性であり、ＡＣ電源２２３６が、ＤＣ伝導性であるので、ＤＣおよびＡＣ源２２３４、２２３６を直列に動作させることが可能である。ＤＣ伝導性ではない、例示的ＡＣ電源は、ＤＣ電圧または電流が提供されると、損傷され得る、ある線形増幅器である。ＡＣ伝導性およびＤＣ伝導性電源の使用は、スイッチモード電力供給部２２３０内で使用される構成要素の数を低減させる。例えば、ＤＣ電源２２３４が、ＡＣ遮断を行なう場合、ＡＣバイパスまたはＤＣ遮断構成要素（例えば、コンデンサ）が、ＤＣ電源２２３４と並列に配列される必要があり得る。ＡＣ電源２２３６が、ＤＣ遮断を行なう場合、ＤＣバイパスまたはＡＣ遮断構成要素（例えば、インダクタ）が、ＡＣ電源２２３６と並列に配列される必要があり得る。
【００９３】
本実施形態では、ＡＣ電源２２３８は、概して、基板２２０６の上部表面２２１８に衝打するイオンの所望のイオンエネルギー分布をもたらすように、制御可能な様式において、電圧バイアスを静電チャック２２１１に印加するように構成される。より具体的には、ＡＣ電源２２３６は、特定の電力レベルにおける１つ以上の特定の波形をグリッド電極２２１０に印加することによって、所望のイオンエネルギー分布をもたらすように構成される。また、より具体的には、ＡＣ電源２２３６は、特定の電力レベルを印加し、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ（図示せず）内に記憶された波形データによって定義される１つ以上の電圧波形を使用して、その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打エネルギーが、基板２２０６の制御されたエッチングを実施するように選択され得る。一実施形態では、ＡＣ電源２２３６は、切替式モード構成を利用することができる（例えば、図２５−２７参照）。スイッチモード電力供給部２２３０、特に、ＡＣ電源２２３６は、本開示の種々の実施形態に説明されるようなＡＣ波形を生み出すことができる。
【００９４】
当業者は、グリッド電極２２１０が、必要ではなく、他の実施形態も、グリッド電極２２１０を伴わずに実装されることができることを認識するであろう。当業者はまた、グリッド電極２２１０が、チャッキング電位Ｖｃｈｕｃｋを確立するために使用されることができる、多数のデバイスの一実施例にすぎないことを認識するであろう。
【００９５】
図２３は、プラズマ処理システム２３００の別の実施形態を図示する。図示される実施形態は、ＡＣ波形およびＤＣバイアスを静電チャック２３１１に提供するためのスイッチモード電力供給部２３３０を含む。スイッチモード電力供給部２３３０は、ＤＣ電源２３３４およびＡＣ電源２３３６を含み、両方とも、接地され得る。ＡＣ電源２３３６は、第１の導体２３２４を介して、静電チャック２３１１内に埋め込まれる第１のグリッドまたはメッシュ電極２３１０に提供される、ＡＣ波形を生成する。ＡＣ電源２３３６は、第１のグリッドまたはメッシュ電極２３１０上に電位Ｖ４を確立する。ＤＣ電源２３３４は、第２の導体２３２５を介して、静電チャック２３１１内に埋め込まれる第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１２に提供される、ＤＣバイアスを生成する。ＤＣ電源２３３４は、第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１２上に電位Ｖ５を確立する。電位Ｖ４およびＶ５は、それぞれ、ＡＣおよびＤＣ電源２３３６、２３３４を介して、独立して、制御されることができる。しかしながら、第１および第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１０、２３１２はまた、容量結合されることができる、および／または静電チャック２３１１の一部を介して、グリッドまたはメッシュ電極２３１０、２３１２間に、ＤＣ結合が存在し得る。ＡＣまたはＤＣ結合のいずれかが存在する場合、電位Ｖ４およびＶ５は、結合され得る。当業者は、第１および第２のグリッド電極２３１０、２３１２が、第１のグリッド電極２３１０を第２のグリッド電極２３１２より基板２３０６に近接して配列することを含め、静電チャック２３１１全体を通して、種々の場所に配列されることができることを認識するであろう。
【００９６】
図２４は、プラズマ処理システム２４００の別の実施形態を図示する。本実施形態では、スイッチモード電力供給部２４３０は、ＡＣ波形を静電チャック２４１１に提供し、スイッチモード電力供給部２４３０出力は、ＤＣ電力供給部２４３４によって提供されるＤＣバイアスによってオフセットされる。スイッチモード電力供給部２４３０のＡＣ波形は、基板２４０６に、狭域イオンエネルギー分布を有するプラズマ２４０４からのイオンを衝打させるために、コントローラ２４３５によって選択される波形を有する。ＡＣ波形は、非正弦波（例えば、矩形波またはパルス状）であることができ、スイッチモード電力供給部２４３０のＡＣ電源２４３６を介して生成されることができる。チャッキングは、コントローラ２４３３によって制御される、ＤＣ電力供給部２４３４からのＤＣオフセットを介して制御される。ＤＣ電力供給部２４３４は、接地とスイッチモード電力供給部２４３０との間に直列に結合されることができる。スイッチモード電力供給部２４３０は、そのＤＣバイアスがＤＣ電力供給部２４３４によって設定され得るように、浮動的である。
【００９７】
当業者は、図示される実施形態が、２つの独立コントローラ２４３３、２４３５を示すが、これらが、随意のコントローラ２４３２等の単一機能ユニット、デバイス、またはシステム内に組み合わせられ得ることを認識するであろう。加えて、コントローラ２４３３および２４３５は、互に通信し、処理リソースを共有するように結合されることができる。
【００９８】
図２５は、プラズマ処理システム２５００のさらなる実施形態を図示する。図示される実施形態は、ＤＣ電力供給部（図示せず）によって提供されるＤＣオフセットを有し得るＡＣ波形を生み出す、スイッチモード電力供給部２５３０を含む。スイッチモード電力供給部は、電圧および電流コントローラ２５３７、２５３９を包含する、随意のコントローラ２５３５を介して、制御されることができる。スイッチモード電力供給部２５３０は、電圧コントローラ２５３７によって制御される電圧出力を有する、制御可能電圧源２５３８と、電流コントローラ２５３９によって制御される電流出力を有する、制御可能電流源２５４０とを含むことができる。制御可能電圧および電流源２５３８、２５４０は、並列配列であることができる。制御可能電流源２５４０は、プラズマ２５０４と基板２５０６との間のイオン電流を補償するように構成される。
【００９９】
電圧および電流コントローラ２５３７、２５３９は、互に結合され、通信することができる。電圧コントローラ２５３７はまた、制御可能電圧源２５３８の切替式出力２５３９を制御することができる。切替式出力２５３９は、図示されるように、２つのスイッチを並列に含むことができるか、または制御可能電圧源２５３８の出力を所望のＡＣ波形（例えば、非正弦波）に変換する任意の回路を含むことができる。２つのスイッチを介して、制御可能電圧源２５３８からの制御された電圧またはＡＣ波形は、制御可能電流源２５４０の制御された電流出力と組み合わせられ、スイッチモード電力供給部２５３０のＡＣ波形出力を生成することができる。
【０１００】
制御可能電圧源２５３８は、所与の極性を有するように図示されるが、当業者は、反対極性も、図示されるものに相当することを認識するであろう。随意に、制御可能電圧および電流源２５３８、２５４０は、切替式出力２５３９とともに、ＡＣ電源２５３６の一部であることができ、ＡＣ電源２５３６は、スイッチモード電力供給部２５３０の内側または外側にあるＤＣ電源（図示せず）と直列に配列されることができる。
【０１０１】
図２６は、プラズマ処理システム２６００のさらに別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給部２６３０は、ＤＣオフセットを有するＡＣ波形を静電チャック２６１１に提供する。波形のＡＣ成分は、切替式出力２６３９を通して互に接続された制御可能電圧源２６３８および制御可能電流源２６４０の並列組み合わせを介して、生成される。ＤＣオフセットは、接地と制御可能電圧源２６３８との間に直列に結合されるＤＣ電源２６３４によって生成される。ある実施形態では、ＤＣ電源２６３４は、接地されるのではなく、浮動的であることができる。同様に、スイッチモード電力供給部２６３０も、浮動的であるか、または接地されることができる。
【０１０２】
システム２６００は、スイッチモード電力供給部２６３０の出力を制御するための１つ以上のコントローラを含むことができる。第１のコントローラ２６３２は、例えば、第２のコントローラ２６３３および第３のコントローラ２６３５を介して、スイッチモード電力供給部２６３０の出力を制御することができる。第２のコントローラ２６３３は、ＤＣ電源２６３４によって生成されるようなスイッチモード電力供給部２６３０のＤＣオフセットを制御することができる。第３のコントローラ２６３５は、制御可能電圧源２６３８および制御可能電流源２６４０を制御することによって、スイッチモード電力供給部２６３０のＡＣ波形を制御することができる。ある実施形態では、電圧コントローラ２６３７は、制御可能電圧源２６３８の電圧出力を制御し、電流コントローラ２６３９は、制御可能電流源２６４０の電流を制御する。電圧および電流コントローラ２６３７、２６３９は、互に通信することができ、第３のコントローラ２６３５の一部であることができる。
【０１０３】
当業者は、電源２６３４、２６３８、２６４０に対するコントローラの種々の構成を説明する、前述の実施形態が、限定ではなく、種々の他の構成もまた、本開示から逸脱することなく、実装されることができることを認識するであろう。例えば、第３のコントローラ２６３５または電圧コントローラ２６３７は、制御可能電圧源２６３８と制御可能電流源２６４０との間の切替式出力２６３９を制御することができる。別の実施例として、第２および第３のコントローラ２６３３、２６３５は、互に通信することができる（そのように図示されないが）。また、制御可能電圧および電流源２６３８、２６４０の極性は、例証にすぎず、限定を意味するものではないことも理解されたい。
【０１０４】
切替式出力２６３９は、ＡＣ波形を成形するために、２つの並列スイッチを交互に切り替えることによって、動作することができる。切替式出力２６３９は、限定されないが、ＭＯＳＦＥＴおよびＢＪＴを含む、任意の種々のスイッチを含むことができる。一変形例では、ＤＣ電源２６３４は、制御可能電流源２６４０と静電チャック２６１１との間に配列されることができ（言い換えると、ＤＣ電源２６３４は、浮動することができる）、スイッチモード電力供給部２６３０は、接地されることができる。
【０１０５】
図２７は、プラズマ処理システム２７００の別の実施形態を図示する。本変形例では、スイッチモード電力供給部２７３４は、再び、接地されるが、スイッチモード電力供給部２７３０に統合される代わりに、ここでは、ＤＣ電源２７３４は、別個の構成要素であり、スイッチモード電力供給部２７３０内の構成要素のみではなく、スイッチモード電力供給部２７３０全体に、ＤＣオフセットを提供する。
【０１０６】
図２８は、本開示のある実施形態による、方法２８００を図示する。方法２８００は、基板をプラズマチャンバ内に設置する動作２８０２を含む。方法２８００はさらに、プラズマをプラズマチャンバ内で形成する動作２８０４を含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法２８００はまた、電力を切り替える動作２８０６を含む。電力を切り替える動作２８０６は、周期的電圧関数を基板に印加するように、基板に対する電力を制御可能に切り替えることを伴う。周期的電圧関数は、パルス状波形（例えば、矩形波）またはＡＣ波形と見なされ、スイッチモード電力供給部と直列のＤＣ電源によって生成されるＤＣオフセットを含み得る。ある実施形態では、ＤＣ電源は、スイッチモード電力供給部に組み込まれ、したがって、スイッチモード電力供給部のＡＣ電源と直列であることができる。ＤＣオフセットは、静電チャックの上部表面と基板内の基準層との間に電位差を生成し、この電位差は、チャッキング電位と称される。静電チャックと基板との間のチャッキング電位は、基板を静電チャックに保持し、したがって、処理の間、基板が移動することを防止する。方法２８００はさらに、周期的電圧関数が複数のサイクルにわたって変調される、変調する動作２８０８を含む。変調は、時間平均に基づく所望のイオンエネルギー分布をもたらすように、基板の表面において、所望のイオンエネルギー分布に応答する。
【０１０７】
図２９は、本開示のある実施形態による、別の方法２９００を図示する。方法２９００は、基板をプラズマチャンバ内に配置する動作２９０２を含む。方法２９００はさらに、プラズマをプラズマチャンバ内で形成する動作２９０４を含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法２９００はまた、少なくとも１つのイオンエネルギー分布設定を受信する動作２９０６を含む。受信動作２９０６において受信された設定は、基板の表面における１つ以上のイオンエネルギーを示し得る。方法２９００はさらに、基板に対する電力が、（１）時間平均に基づくイオンエネルギーの所望の分布、および（２）時間平均に基づく所望のチャッキング電位をもたらすように、制御可能に切り替えられる、電力切り替え動作２９０８を含む。電力は、ＡＣ波形およびＤＣオフセットを有することができる。
【０１０８】
結論として、本発明は、特に、スイッチモード電力を使用して、所望の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３】
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【図１４】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図１】
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【図２】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２８】
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【図２９】
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