(57)【要約】  インピーダンス整合システム（２０）、インピーダンス整合方法および半導体処理装置を提供する。インピーダンス整合システム（２０）はインピーダンス整合器（２１）を含み、インピーダンス整合器は、無線周波数（ＲＦ）電源（１０）と反応室（６０）との間に配置され、ＲＦ電源（１０）および反応室（６０）にそれぞれ接続可能であり、ＲＦ電源（１０）の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器（２１）の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を自動的に実行するように構成され、インピーダンス整合システムはセレクタスイッチ（２２）および負荷回路をさらに含み、セレクタスイッチ（２２）は、ＲＦ電源（１０）を反応室（６０）にまたは負荷回路に選択的に接続できるように構成され、インピーダンス整合システムは制御ユニット（２４）をさらに含み、制御ユニットは、予め設定されたタイミングシーケンスに従ってセレクタスイッチ（２２）を制御してＲＦ電源（１０）を反応室（６０）に接続することによって、またはＲＦ電源（１０）を負荷回路に接続することによって、ＲＦ電源（１０）の連続波出力をパルス出力に変換し、パルス出力を反応室（６０）に与えるように構成される。インピーダンス整合システム、インピーダンス整合方法および半導体処理装置は、連続波ＲＦ電源（１０）がパルス波モードをシミュレートできるようにすることによって、システムおよび装置のコストを削減し、経済的利益を高め、パルス化されたＲＦ電力信号が反応室（６０）にロードされる際にオーバーシュート現象を回避することができる。
2019516273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス整合システムであって、
インピーダンス整合器を備え、前記インピーダンス整合器は、無線周波数（ＲＦ）電源と反応室との間に配置され、前記ＲＦ電源および前記反応室にそれぞれ接続可能であり、前記ＲＦ電源の出力インピーダンスおよび前記インピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を自動的に実行するように構成され、前記インピーダンス整合システムはさらに、
セレクタスイッチおよび負荷回路を備え、前記セレクタスイッチは、前記ＲＦ電源を前記反応室にまたは前記負荷回路に選択的に接続できるように構成され、前記インピーダンス整合システムはさらに、
制御ユニットを備え、前記制御ユニットは、予め設定されたタイミングシーケンスに従って前記セレクタスイッチを制御して前記ＲＦ電源を前記反応室に接続するように、または前記ＲＦ電源を前記負荷回路に接続するように構成され、これによって、前記インピーダンス整合器は前記ＲＦ電源の連続波出力をパルス出力に変換し、前記パルス出力を前記反応室に与える、インピーダンス整合システム。
【請求項２】
前記負荷回路内に調整可能負荷が設けられ、
前記制御ユニットは、
スイッチ制御モジュールを備え、前記スイッチ制御モジュールは、予め設定されたタイムシーケンスに従って前記セレクタスイッチを制御して、前記ＲＦ電源を前記反応室に接続できるように、または前記ＲＦ電源を前記負荷回路に接続できるように構成され、前記制御ユニットはさらに、
負荷制御モジュールを備え、前記負荷制御モジュールは、前記セレクタスイッチが前記ＲＦ電源を前記負荷回路に接続すると、前記調整可能負荷のインピーダンスを予め設定されたインピーダンスに調整するように構成され、前記予め設定されたインピーダンスは、前記ＲＦ電源と前記反応室との以前の接続の最後の瞬間の前記反応室の入力インピーダンスであることを特徴とする、請求項１に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項３】
前記調整可能負荷は前記反応室に並列接続され、次に前記セレクタスイッチを介して前記インピーダンス整合器の後端に接続されることを特徴とする、請求項２に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項４】
前記負荷回路内には固定負荷のみが設けられ、
前記制御ユニットはスイッチ制御モジュールを備え、前記スイッチ制御モジュールは、予め設定されたタイムシーケンスに従って前記セレクタスイッチを制御して、前記ＲＦ電源を前記反応室に接続できるように、または前記ＲＦ電源を前記負荷回路に接続できるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項５】
前記インピーダンス整合器は前記反応室と直列接続され、直列接続された前記インピーダンス整合器および前記反応室は次に前記固定負荷と並列接続され、さらに前記セレクタスイッチを介して前記ＲＦ電源の後端に接続されることを特徴とする、請求項４に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項６】
前記制御ユニットはさらに、前記セレクタスイッチが前記ＲＦ電源を前記反応室に接続すると、前記インピーダンス整合器の初期の整合位置を、前記ＲＦ電源と前記反応室との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項７】
前記インピーダンス整合システムは検出ユニットを備え、前記制御ユニットは整合制御モジュールをさらに備え、前記インピーダンス整合器はインピーダンス調整ユニットおよびアクチュエータユニットを備え、
前記インピーダンス調整ユニットは、前記ＲＦ電源と前記反応室との間の送信線内に設けられ、
前記検出ユニットは、前記インピーダンス調整ユニットの前端の前記送信線内の信号を検出し、前記信号を前記整合制御モジュールに送信するように構成され、
前記整合制御モジュールは、前記検出ユニットから送信された前記信号に基づいて制御信号を取得し、前記制御信号を前記アクチュエータユニットに送信するように構成され、
前記アクチュエータユニットは、前記制御信号に基づいて前記インピーダンス調整ユニットのインピーダンスを調整して前記インピーダンス整合を実行するように構成されることを特徴とする、請求項２または４に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項８】
前記セレクタスイッチは、前記ＲＦ電源が前記反応室に接続される予め設定された初期状態を有し、
前記整合制御モジュールはさらに、リアルタイムで、前記セレクタスイッチの前記初期状態の下で、前記検出ユニットから送信された前記信号に基づいて現在の整合が成功したか否かを判断し、前記現在の整合が成功した場合は起動命令を前記スイッチ制御モジュールに送信し、前記現在の整合が成功しなかった場合は前記インピーダンス整合を継続するように構成されることを特徴とする、請求項７に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項９】
前記インピーダンス調整ユニットは調整可能コンデンサを備え、
前記アクチュエータユニットは、回路内の前記調整可能コンデンサの静電容量の値を調整するように構成された駆動モータを備えることを特徴とする、請求項７に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項１０】
前記セレクタスイッチは、
２つの別個のスイッチを備え、前記２つの別個のスイッチは、前記反応室と前記ＲＦ電源との間に、かつ前記負荷回路と前記ＲＦ電源との間にそれぞれ接続されるように構成され、
前記スイッチ制御モジュールは、前記予め設定されたタイミングシーケンスに従って、前記２つの別個のスイッチを選択的に制御してオンまたはオフにするように構成されることを特徴とする、請求項２または４に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項１１】
前記別個のスイッチは、リレー、ダイオードまたはＲＦスイッチであることを特徴とする、請求項１０に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項１２】
前記セレクタスイッチは１つの移動コンタクトおよび２つの静止コンタクトを少なくとも有する切換スイッチを備え、前記移動コンタクトは前記ＲＦ電源に接続され、前記２つの静止コンタクトの一方は前記反応室に接続され、前記２つの静止コンタクトの他方は前記負荷回路に接続されることを特徴とする、請求項２または４に記載のインピーダンス整合システム。
【請求項１３】
無線周波数（ＲＦ）電源の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を実行するためのインピーダンス整合方法であって、前記インピーダンス整合方法は、
反応室から独立している負荷回路を設けるステップと、
予め設定されたタイミングシーケンスに従って前記ＲＦ電源を前記反応室にまたは前記負荷回路に選択的に接続できるようにすることによって、前記ＲＦ電源の連続波出力をパルス出力に変換し、前記パルス出力を前記反応室に与えるステップと、
前記ＲＦ電源が前記反応室に接続されると、前記ＲＦ電源の前記出力インピーダンスおよび前記インピーダンス整合器の前記入力インピーダンスに対して前記インピーダンス整合を自動的に実行するステップとを備えることを特徴とする、インピーダンス整合方法。
【請求項１４】
前記負荷回路内に調整可能負荷が設けられる場合、前記ＲＦ電源が前記負荷回路に接続されると、前記調整可能負荷のインピーダンスは予め設定されたインピーダンスに調整され、前記予め設定されたインピーダンスは、前記ＲＦ電源と前記反応室との以前の接続の最後の瞬間の前記反応室の入力インピーダンスであることを特徴とする、請求項１３に記載のインピーダンス整合方法。
【請求項１５】
前記負荷回路内に固定負荷のみが設けられる場合、前記ＲＦ電源が前記反応室に接続されると、前記インピーダンス整合器の初期の整合位置は、前記ＲＦ電源と前記反応室との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定されることを特徴とする、請求項１３に記載のインピーダンス整合方法。
【請求項１６】
インピーダンス整合システムと、無線周波数（ＲＦ）電源と、反応室とを備える半導体処理装置であって、前記インピーダンス整合システムは前記ＲＦ電源と前記反応室との間に配置され、前記インピーダンス整合システムは請求項１から１２のいずれか１項に記載のインピーダンス整合システムであることを特徴とする、半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロエレクトロニクス処理技術の分野に関し、特に、インピーダンス整合システム、インピーダンス整合方法および半導体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理システムでは、ＲＦ（無線周波数）エネルギをＲＦ電源によって反応室内に伝達し、反応室内の反応ガスを励起して多数の活性粒子を含むプラズマを生成する。次に、当該プラズマがウェハと相互に作用することによって、エッチングまたは蒸着などの処理が完了する。ＲＦエネルギの伝達において、ＲＦ電源の出力インピーダンスは典型的に５０オームであるが、反応室の入力インピーダンスは５０オームではない。この理由から、ＲＦエネルギを反応室内に直接伝達した場合、伝達経路のインピーダンス不整合のためにＲＦエネルギが反射する場合があるため、反応室内の反応ガスを正常に励起してプラズマを生成することができない。したがって、ＲＦエネルギの正常な伝達を確実なものにするために、ＲＦ電源と反応室との間に接続された整合装置が必要である。
【０００３】
図１は、既存の整合装置の機能ブロック図である。図１を参照して、ＲＦエネルギを反応室６０に供給するように構成されたＲＦシステムは、ＲＦ電源１０および整合装置３０を含む。ＲＦ電源１０はパルス機能を有する。整合装置３０はＲＦ電源１０と反応室６０との間に接続され、自動整合機能および整合位置保持機能を有する。具体的には、整合装置３０は、検出ユニット１と、インピーダンス調整ユニット２と、制御ユニット３と、２つの制御モータ４および５とを含む。検出ユニット１は、インピーダンス調整ユニット２の前端の送信線上の信号を検出し、当該信号を制御ユニット３に送信するように構成される。インピーダンス調整ユニット２は図２に示すような内部構造を有する。当該構造には、２つの可変コンデンサＣ２およびＣ３と、固定コンデンサＣ１と、固定インダクタＬ１およびＬ２とが含まれている。２つの制御モータ４および５は、制御ユニット３の制御下で２つの可変コンデンサＣ２およびＣ３をそれぞれ調整するように構成される。処理の開始時に、まずＲＦ電源１０が連続波電力を出力するための連続波モードに切換えられ、同時に検出ユニット１が、リアルタイムで検出される入力信号および反射電力の値を制御ユニット３に送信する。制御ユニット３は、予め設定されたアルゴリズムに基づいて可変コンデンサＣ２およびＣ３の調整量を取得し、２つの制御モータ４および５を制御して２つの可変コンデンサＣ２およびＣ３をそれぞれ調整する。調整処理では、制御ユニット３は、検出ユニット１から送信される反射電力の値が小さい閾値範囲内にあるか否かを判断する。反射電力の値が小さい閾値範囲内にある場合は、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスは整合装置３０の入力インピーダンスと整合していると判断され、インピーダンス調整ユニット２は保持モードであるように制御される。保持モードでは、２つの可変コンデンサＣ２およびＣ３の静電容量および他のパラメータはすべて、プラズマが安定し続けている時はそのまま維持される。一方、制御ユニット３はＲＦ電源１０を制御して、処理のためにパルス波モードに切換える。処理が一定の段階に進むと、制御ユニット３は次の処理に切換える必要があるか否かを判断する。必要がない場合は、処理はその最後まで続行する。必要がある場合は、すべての処理条件の変更のために、ＲＦ電源１０を制御して連続波モードに再び切換えることが必要であり、整合装置３０は整合を再び実行する。整合が完了した後、インピーダンス調整ユニット２は再び保持モードになるのに対して、ＲＦ電源１０は新たな処理のためにパルス波モードに再び切換えられる。残りの処理は、すべての処理が完了するまで同様に実行される。
【０００４】
実際の用途では、上述の整合装置３０には必ず以下の問題がある。
第１に、ＲＦ電源１０がパルス電力を出力する際にオーバーシュート現象が起こって、ＲＦシステムのインピーダンスが急変する場合がある。ＲＦ電源１０がパルス波モードである間はインピーダンス調整ユニット２は保持モードであるため、インピーダンスの急変に対して時間内に応答することができず、インピーダンス整合を連続的に達成することができなくなる。これはひいては処理の結果に影響を及ぼす。
【０００５】
第２に、ＲＦ電源１０の連続波モードにおけるインピーダンス調整ユニット２の整合位置と、ＲＦ電源１０のパルス波モードにおけるインピーダンス調整ユニット２の整合位置とは、デフォルトで同一であると考えられる。しかし、実際の用途では、ＲＦシステムのインピーダンスは、同一の処理条件下でこれらの２つのモード間で異なる場合がある。したがって、整合位置がこれらの２つのモードにおいて同一であるように設定される場合、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスと整合装置３０の入力インピーダンスとの間の整合精度が影響を受ける場合があり、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスと整合装置３０の入力インピーダンスとが不整合となる場合さえある。この結果、不安定な整合および繰返し不可能な整合などの問題が起こって、処理の結果に影響を及ぼす場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
概要
本発明の目的は、先行技術に存在する技術的問題の少なくとも１つに対処することであり、連続波無線周波数（ＲＦ）電源がパルス波モードをシミュレートできるようにすることによって、パルス化されたＲＦ電力信号を反応室内にロードする際のオーバーシュート現象を回避することに加えて、システムのコストを削減して経済的利益を向上させることができる、インピーダンス整合システム、インピーダンス整合方法および半導体処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題の１つに対処するために、本発明はインピーダンス整合システムを提供する。インピーダンス整合システムはインピーダンス整合器を含み、インピーダンス整合器は、無線周波数（ＲＦ）電源と反応室との間に配置され、ＲＦ電源および反応室にそれぞれ接続可能であり、ＲＦ電源の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を自動的に実行するように構成され、インピーダンス整合システムはセレクタスイッチおよび負荷回路をさらに含み、セレクタスイッチは、ＲＦ電源を反応室にまたは負荷回路に選択的に接続できるように構成され、インピーダンス整合システムは制御ユニットをさらに含み、制御ユニットは、予め設定されたタイミングシーケンスに従ってセレクタスイッチを制御してＲＦ電源を反応室に接続するように、またはＲＦ電源を負荷回路に接続するように構成され、これによって、インピーダンス整合器はＲＦ電源の連続波出力をパルス出力に変換し、パルス出力を反応室に与える。
【０００８】
任意に、負荷回路には調整可能負荷が設けられる。そして、制御ユニットはスイッチ制御モジュールを含み、スイッチ制御モジュールは、予め設定されたタイムシーケンスに従ってセレクタスイッチを制御して、ＲＦ電源を反応室に接続できるように、またはＲＦ電源を負荷回路に接続できるように構成され、制御ユニットは負荷制御モジュールをさらに含み、負荷制御モジュールは、セレクタスイッチがＲＦ電源を負荷回路に接続すると、調整可能負荷のインピーダンスを予め設定されたインピーダンスに調整するように構成され、予め設定されたインピーダンスは、ＲＦ電源と反応室との以前の接続の最後の瞬間の反応室の入力インピーダンスである。
【０００９】
任意に、調整可能負荷は反応室に並列接続され、次にセレクタスイッチを介してインピーダンス整合器の後端に接続される。
【００１０】
任意に、負荷回路内には固定負荷のみが設けられ、制御ユニットはスイッチ制御モジュールを含み、スイッチ制御モジュールは、予め設定されたタイムシーケンスに従ってセレクタスイッチを制御して、ＲＦ電源を反応室に接続できるように、またはＲＦ電源を負荷回路に接続できるように構成される。
【００１１】
任意に、インピーダンス整合器は反応室と直列接続され、直列接続されたインピーダンス整合器および反応室は次に固定負荷と並列接続され、さらにセレクタスイッチを介してＲＦ電源の後端に接続される。
【００１２】
任意に、制御ユニットはさらに、セレクタスイッチがＲＦ電源を反応室に接続すると、インピーダンス整合器の初期の整合位置を、ＲＦ電源と反応室との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定するように構成される。
【００１３】
さらに任意に、インピーダンス整合システムは検出ユニットをさらに含み、制御ユニットは整合制御モジュールをさらに含み、インピーダンス整合器はインピーダンス調整ユニットおよびアクチュエータユニットを含む。インピーダンス調整ユニットは、ＲＦ電源と反応室との間の送信線内に設けられ、検出ユニットは、インピーダンス調整ユニットの前端の送信線内の信号を検出し、信号を整合制御モジュールに送信するように構成され、整合制御モジュールは、検出ユニットから送信された信号に基づいて制御信号を取得し、制御信号をアクチュエータユニットに送信するように構成され、アクチュエータユニットは、制御信号に基づいてインピーダンス調整ユニットのインピーダンスを調整してインピーダンス整合を実行するように構成される。
【００１４】
任意に、セレクタスイッチは、ＲＦ電源が反応室に接続される予め設定された初期状態を有し、整合制御モジュールはさらに、リアルタイムで、セレクタスイッチの初期状態の下で、検出ユニットから送信された信号に基づいて現在の整合が成功したか否かを判断し、現在の整合が成功した場合は起動命令をスイッチ制御モジュールに送信し、現在の整合が成功しなかった場合はインピーダンス整合を継続するように構成される。
【００１５】
任意に、インピーダンス調整ユニットは調整可能コンデンサを含み、アクチュエータユニットは、回路内の調整可能コンデンサの静電容量の値を調整するように構成された駆動モータを含む。
【００１６】
任意に、セレクタスイッチは２つの別個のスイッチを含み、２つの別個のスイッチは、反応室とＲＦ電源との間に、かつ負荷回路とＲＦ電源との間にそれぞれ接続されるように構成され、スイッチ制御モジュールは、予め設定されたタイミングシーケンスに従って、２つの別個のスイッチを選択的に制御してオンまたはオフにするように構成される。
【００１７】
任意に、別個のスイッチは、リレー、ダイオードまたはＲＦスイッチである。
任意に、セレクタスイッチは１つの移動コンタクトおよび２つの静止コンタクトを少なくとも有する切換スイッチを含み、移動コンタクトはＲＦ電源に接続され、２つの静止コンタクトの一方は反応室に接続され、２つの静止コンタクトの他方は負荷回路に接続される。
【００１８】
別の技術的解決策として、本発明はさらに、無線周波数（ＲＦ）電源の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を実行するためのインピーダンス整合方法を提供する。インピーダンス整合方法は、反応室から独立している負荷回路を設けるステップと、予め設定されたタイミングシーケンスに従ってＲＦ電源を反応室にまたは負荷回路に選択的に接続できるようにすることによって、ＲＦ電源の連続波出力をパルス出力に変換し、パルス出力を反応室に与えるステップと、ＲＦ電源が反応室に接続されると、ＲＦ電源の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を自動的に実行するステップとを含む。
【００１９】
任意に、負荷回路内に調整可能負荷が設けられる場合、ＲＦ電源が負荷回路に接続されると、調整可能負荷のインピーダンスは予め設定されたインピーダンスに調整され、予め設定されたインピーダンスは、ＲＦ電源と反応室との以前の接続の最後の瞬間の反応室の入力インピーダンスである。
【００２０】
任意に、負荷回路内に固定負荷のみが設けられる場合、ＲＦ電源が反応室に接続されると、インピーダンス整合器の初期の整合位置は、ＲＦ電源と反応室との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定される。
【００２１】
さらに別の技術的解決策として、本発明はさらに、インピーダンス整合システムと、無線周波数（ＲＦ）電源と、反応室とを含む半導体処理装置を提供する。インピーダンス整合システムはＲＦ電源と反応室との間に配置され、インピーダンス整合システムは本発明の上記の技術的解決策のいずれかにおけるインピーダンス整合システムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明には以下の有益な効果がある。
本発明が提供するインピーダンス整合システムおよびインピーダンス整合方法によると、ＲＦ電源は常に連続波モードで動作し、ＲＦ電源と反応室との接続とＲＦ電源と負荷回路との接続との切換は、反応室が受信する実際の電力信号がパルス変調されたＲＦ電力信号（すなわちパルス化されたＲＦ電力信号）であるように、予め設定されたタイミングシーケンスに従って制御される。すなわち、本発明が提供するインピーダンス整合システムおよび方法は、連続波ＲＦ電源を用いることによってパルス化されたＲＦ電源の動作モードをシミュレートすることができ、先行技術と比較して、パルス化されたＲＦ電源が無いのでシステムのコストを削減して経済的利益を高めることができる一方で、パルス化されたＲＦ電力信号が反応室にロードされる際にオーバーシュート現象を回避することができる。さらに、ＲＦ電源が反応室に接続されるように切換えられるとインピーダンス整合器はインピーダンス整合を自動的に実行可能であるため、整合速度、整合精度および整合安定性を向上させることができる。
【００２３】
本発明が提供する半導体処理装置は、本発明の上記の技術的解決策のいずれか１つが提供するインピーダンス整合システムを採用するため、連続波ＲＦ電源を用いることによってパルス化されたＲＦ電源の動作モードをシミュレートすることができ、先行技術と比較して以下の利点もある。すなわち、パルス化されたＲＦ電源が無いのでシステムのコストを削減することができる一方で、パルス化されたＲＦ電力信号が反応室にロードされる際にオーバーシュート現象を回避することができる。さらに、ＲＦ電源が反応室に接続されるように切換えられるとインピーダンス整合器はインピーダンス整合を自動的に実行可能であるため、整合精度および整合安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】既存の整合装置の機能ブロック図である。
【図２】インピーダンス調整ユニットの内部構造を示す概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るインピーダンス整合システムの機能ブロック図である。
【図４】図３のＲＦ電源の出力信号、パルス変調信号、予め設定されたタイミングシーケンス信号、および図３の反応室の実際の入力信号のタイミングシーケンスを示す比較図である。
【図５】本発明の実施形態に係るインピーダンス整合システムの動作を示すフローチャートの図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るインピーダンス整合システムを示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るインピーダンス整合システムを示す機能ブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るインピーダンス整合システムの動作を示すタイミング図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係るインピーダンス整合システムを示す機能ブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るインピーダンス整合方法の動作を示すフローチャートの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
詳細な説明
当業者が本発明の技術的解決策をよりよく理解できるようにするために、本発明に係るインピーダンス整合システム、インピーダンス整合方法および半導体処理装置を添付の図面と関連して以下に詳細に説明する。
【００２６】
本発明の第１の実施形態は、インピーダンス整合器と、セレクタスイッチと、負荷回路と、制御ユニットとを含むインピーダンス整合システムを提供する。インピーダンス整合器はＲＦ電源および反応室にそれぞれ接続され、ＲＦ電源の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を自動的に実行するように構成される。負荷回路は、反応室に加えてＲＦ電源にさらなる負荷を与えるように構成される。セレクタスイッチは、ＲＦ電源を反応室にまたは負荷回路に選択的に接続できるように構成される。制御ユニットは、パルス波の形態の電気信号が反応室にロードされる（すなわち、反応室がパルス波モード下で動作する）ように、予め設定されたタイミングシーケンスに基づいてセレクタスイッチを制御してＲＦ電源を反応室にまたは負荷回路に接続するように構成される。したがって、ＲＦ電源が常に連続波モードで動作するとしても、反応室にロードされる電気信号はパルス波の形態にあることができる。
【００２７】
予め設定されたタイミングシーケンスは、ＲＦ電源と反応室との接続の周波数および時間、ならびにＲＦ電源と負荷回路との接続の周波数および時間が、処理に必要とされるパルス化されたＲＦ信号のパルス周波数およびデューティサイクルに従ってそれぞれ計算されるように設定され得る。予め設定されたタイミングシーケンスはパルス変調信号と同様である。
【００２８】
本発明の実施形態におけるインピーダンス整合システムによると、ＲＦ電源は常に連続波モードで動作し、ＲＦ電源と反応室との接続とＲＦ電源と負荷回路との接続との切換は、反応室が受信する実際の電力信号がパルス変調されたＲＦ電力信号（すなわちパルス化されたＲＦ電力信号）であるように、予め設定されたタイミングシーケンスに従って制御される。すなわち、本実施形態が提供するインピーダンス整合システムは、連続波ＲＦ電源によってパルス波ＲＦ電源の動作モードを有することができる。これには先行技術に対して以下の利点がある。すなわち、パルス化されたＲＦ電源が無いのでシステムのコストを削減して経済的利益を高めることができ、パルス化されたＲＦ電源から直接得られるパルス化されたＲＦ電力信号が反応室にロードされる場合に生じるオーバーシュート現象を回避することができる。さらに、ＲＦ電源が反応室に接続されるように切換えられるとインピーダンス整合器はインピーダンス整合を自動的に実行可能であるため、整合速度、整合精度および整合安定性を向上させることができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態が提供するインピーダンス整合システムを、図３を参照して詳細に説明する。本実施形態が提供するインピーダンス整合システムは、第１の実施形態が提供するインピーダンス整合システムの好ましい実現例である。本実施形態では、セレクタスイッチは１つの移動コンタクトおよび２つの静止コンタクトを少なくとも有する切換スイッチであり、制御ユニットはさらに、ＲＦ電源と反応室との現在の接続の最初の瞬間のインピーダンス整合器の整合位置を、ＲＦ電源と反応室との以前の接続の最後の瞬間のインピーダンス整合器の整合位置として設定するように構成される。したがって、ＲＦ電源と反応室とが接続されるたびに、インピーダンス整合器は整合を迅速に達成することによって、パルスモードにおける整合のインピーダンス整合速度、および安定性および繰返し性を向上させることができる。
【００３０】
図３を参照して、インピーダンス整合システム２０は、インピーダンス整合器２１と、切換スイッチ２２と、負荷回路と、制御ユニット２４とを含む。インピーダンス整合器２１はＲＦ電源１０と反応室６０との間に設けられ、インピーダンス整合を自動的に実行するように構成される。切換スイッチ２２は、ＲＦ電源１０に接続された移動コンタクトと、２つの静止コンタクトとを含む。２つの静止コンタクトの一方は反応室６０に接続するための回路に接続され、他方は負荷回路に接続される。切換スイッチ２２は、ＲＦ電源１０を反応室６０にまたは負荷回路に選択的に接続できるように構成される。
【００３１】
負荷回路には調整可能負荷２３が設けられる。調整可能負荷２３は反応室６０と並列接続され、さらに切換スイッチ２２を介してインピーダンス整合器２１の後端に接続される。いわゆる後端は、回路内の電力の送信方向に対して規定され、すなわち後端は電力の送信方向においてインピーダンス整合器２１の出力端にある。制御ユニット２４はスイッチ制御モジュール２４１を含む。スイッチ制御モジュール２４１は、予め設定されたタイミングシーケンスに従って切換スイッチ２２を制御して、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続される状態とＲＦ電源１０が負荷回路に接続される状態とを切換えるように構成される。制御ユニット２４は負荷制御モジュール２４２も含む。負荷制御モジュール２４２は、ＲＦ電源１０が負荷回路に接続される状態に切換スイッチ２２が切換えられると、調整可能負荷２３のインピーダンスを予め設定されたインピーダンスに調整するように構成される。いわゆる予め設定されたインピーダンスは、ＲＦ電源１０と反応室６０との以前の接続の最後の瞬間の反応室６０の入力インピーダンスである。
【００３２】
図４に示すように、予め設定されたタイミングシーケンスは、処理に必要とされるパルス変調信号と同一である。パルス変調信号が高レベルである場合は、スイッチ制御モジュール２４１は切換スイッチ２２を制御して、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続される状態に切換え、この時、反応室６０はＲＦ電力信号を受信することができる。さらに、パルス変調信号が低レベルである場合は、スイッチ制御モジュール２４１は切換スイッチ２２を制御して、ＲＦ電源１０が調整可能負荷２３に接続される状態に切換え、この時、反応室６０はＲＦ電力信号を全く受信することができない。したがって、反応室６０の実際の入力信号が図４に示されており、すなわち、反応室６０はパルス変調されたＲＦ電力信号を実際に受信する。当然のことながら、実際の用途では、スイッチ制御モジュール２４１は、パルス変調信号が低レベルである場合は、切換スイッチ２２を制御して、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続される状態に切換え、パルス変調信号が高レベルである場合は、切換スイッチ２２を制御して、ＲＦ電源１０が調整可能負荷２３に接続される状態に切換えるように構成されてもよい。
【００３３】
インピーダンス整合システム２０は検出ユニット２９を含み、制御ユニット２４は整合制御モジュール２４３をさらに含み、インピーダンス整合器２１はインピーダンス調整ユニットおよびアクチュエータユニットを含む。インピーダンス調整ユニットは、ＲＦ電源１０と反応室６０との間の送信線内に設けられる。検出ユニット２９は、インピーダンス調整ユニットの前端の送信線内の電圧および電流などの信号を検出し、検出した信号を整合制御モジュール２４３に送信するように構成される。整合制御モジュール２４３は、検出ユニット２９からの送信信号に基づいて制御信号を取得し、制御信号をアクチュエータユニット送信するように構成される。より具体的には、整合制御モジュール２４３は、検出ユニット２９から送信された電圧信号および電流信号に基づいてインピーダンス整合計算を行なってＲＦ電源１０の現在の負荷インピーダンスを計算し、現在の負荷インピーダンスをＲＦ電源１０の特徴的なインピーダンス（典型的に５０オーム）と比較して制御信号を取得する。アクチュエータユニットは、制御信号に基づいてインピーダンス調整ユニットのインピーダンスを調整することによってインピーダンス整合を達成するように構成される。
【００３４】
好ましくは、インピーダンス調整ユニットは調整可能コンデンサＣ１およびＣ２を含む。アクチュエータユニットは、回路内の調整可能コンデンサＣ１およびＣ２の静電容量をそれぞれ調整するための駆動モータＭ１およびＭ２を含む。
【００３５】
本実施形態では、反応室６０の入力インピーダンスは以下のように取得される。すなわち、整合制御モジュール２４３は、取得したＲＦ電源１０の負荷インピーダンスおよびインピーダンス調整ユニットのインピーダンスに基づいて計算を行なって反応室６０の入力インピーダンスを取得する。
【００３６】
さらに、本実施形態では、切換スイッチ２２は、切換スイッチ２２が反応室６０に接続される予め設定された初期状態を有する。整合制御モジュール２４３はさらに、リアルタイムで、切換スイッチ２２が初期状態であるという条件下で、検出ユニット２１１から送信された信号に基づいて現在の整合が成功したか否かを判断するように構成される。現在の整合が成功した場合は、整合制御モジュール２４３は起動命令をスイッチ制御モジュール２４１に送信する。スイッチ制御モジュール２４１は起動命令を受信すると、予め設定されたタイミングシーケンスに従って切換スイッチ２２を制御して、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続される状態とＲＦ電源１０が調整可能負荷２３に接続される状態とを切換え始める。現在の整合が成功しなかった場合は、インピーダンス整合が再び実行される。
【００３７】
上記から、本実施形態では、インピーダンス整合が連続波モードで達成された後にパルスモードに入ることが理解され得る。この場合、好ましくは、調整可能負荷２３の初期インピーダンスは、切換スイッチ２２が初期状態であるという条件下で整合が達成される状態における反応室６０の入力インピーダンスに予め設定される。初期インピーダンスは、インピーダンス調整ユニットの現在のインピーダンスと、整合が達成される状態におけるＲＦ電源１０の特徴的なインピーダンスとに基づいて計算を行なうことによって得られるか、あるいは、ＲＦ電源１０の現在の負荷インピーダンスと、整合が達成される状態におけるインピーダンス調整ユニットの現在のインピーダンスとに基づいて計算を行なうことによって得られる。
【００３８】
次に、本発明の実施形態が提供するインピーダンス整合システムによってどのようにパルスモードにおいてインピーダンス整合を迅速に達成するのかを、図５を参照して詳細に説明する。本実施形態では、高レベルの切換スイッチ２２がインピーダンス整合器２１を反応室６０に接続し、低レベルの切換スイッチ２２がインピーダンス整合器２１を調整可能負荷２３に接続し、予め設定されたタイミングシーケンスはその最初の瞬間に高レベルであると仮定する。さらに、インピーダンス整合器２１のインピーダンスはＭＺと定義され、反応室６０のインピーダンスはＣＺ1と定義される。
【００３９】
図５を参照して、本実施形態におけるインピーダンス整合の処理手順は主に以下のステップを含む。
【００４０】
ステップＳ１において、予め設定されるタイミングシーケンスがスイッチ制御モジュール２４１において前もって設定され（すなわち、処理に必要とされるパルス変調信号の周波数およびデューティサイクルなどのパラメータがスイッチ制御モジュール２４１において予め設定され）、切換スイッチ２２の初期状態は、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続される状態として予め設定される。
【００４１】
ステップＳ２において、ＲＦ電源がオンにされ、インピーダンス整合器２１はインピーダンス整合を自動的に実行し始める。
【００４２】
ステップＳ３において、整合制御モジュール２４３は現在の整合が成功したか否かを判断する。成功した場合は起動命令がスイッチ制御モジュール２４１に送信され、インピーダンス整合器２１の現在のインピーダンスはＭＺ1と定義され、反応室６０の現在のインピーダンスはＣＺ1と定義され、処理手順はステップＳ４に進む。そうでない場合は、処理手順はステップＳ２に戻る。
【００４３】
ステップＳ４において、スイッチ制御モジュール２４１は起動命令を受信してから自身の動作を開始して切換スイッチ２２の動作モードを制御する。この詳細を以下のように説明する。
【００４４】
ステップＳ４１１において、第１のパルスの高レベル期間中に、切換スイッチ２２はインピーダンス整合器２１を反応室６０に接続し、インピーダンス整合器２１はＭＺ1からインピーダンス整合を自動的に実行し続ける。第１のパルスの高レベル期間の最後の瞬間のインピーダンス整合器２１のインピーダンスおよび反応室６０のインピーダンスは、それぞれＭＺ2およびＣＺ2と定義される。
【００４５】
ステップＳ４１１′において、第１のパルスの低レベル期間中に、切換スイッチ２２は、インピーダンス整合器２１を調整可能負荷２３に接続するように制御される。調整可能負荷２３の初期インピーダンスはＣＺ1である。負荷制御モジュール２４２は調整可能負荷２３のインピーダンスをＣＺ1からＣＺ2に調整し、インピーダンス整合器２１はＭＺ2からインピーダンス整合を実行し続ける。調整可能負荷２３のインピーダンスはパルスの低レベル期間の最後の瞬間にＣＺ2であるため、インピーダンス整合器２１のインピーダンスはパルスの低レベル期間の最後の瞬間にＭＺ2のままである。すなわち、インピーダンス整合器２１の整合位置はパルスの低レベル期間を経ても変化しない。
【００４６】
ステップＳ４１２において、第２のパルスの高レベル期間中に、切換スイッチ２２はＲＦ電源１０を反応室６０に接続するように切換えられ、すなわち、整合の標的が反応室６０に変更される。ＲＦ電源１０はＲＦ電力信号を連続的に出力し続ける。インピーダンス整合器２１はＭＺ2からインピーダンス整合を自動的に実行し続け、パルスの高レベル期間の最後の瞬間に、インピーダンス整合器２１のインピーダンスはＭＺ3と定義され、反応室６０のインピーダンスはＣＺ3と定義され、調整可能負荷２３のインピーダンスはＣＺ2のまま維持される。
【００４７】
ステップＳ４１２′において、第２のパルスの低レベル期間中に、切換スイッチ２２はＲＦ電源１０を調整可能負荷２３に接続するように切換えられ、ＲＦ電源１０はＲＦ電力信号を連続的に出力し続ける。負荷制御モジュール２４２は、調整可能負荷２３のインピーダンスをＣＺ2からＣＺ3に調整する。インピーダンス整合器２１は、ＭＺ3からインピーダンス整合を自動的に実行し続ける。調整可能負荷２３のインピーダンスはパルスの低レベル期間の最後の瞬間にＣＺ3であるため、インピーダンス整合器２１のインピーダンスはパルスの低レベル期間の最後の瞬間にＭＺ3のままである。すなわち、インピーダンス整合器２１の整合位置はパルスの低レベル期間を経ても変化しない。
【００４８】
同様に、その後のＮ番目のパルスの高レベル期間中に、ＲＦ電源１０はＲＦ電力信号を連続的に出力し続け、切換スイッチ２２はＲＦ電源１０を反応室６０に接続するように切換えられる。インピーダンス整合器２１はＭＺNからインピーダンス整合を自動的に実行し続け、パルスの高レベル期間の最後の瞬間に、インピーダンス整合器２１のインピーダンスはＭＺN+1と定義され、反応室６０のインピーダンスはＣＺN+1と定義され、調整可能負荷２３のインピーダンスはＣＺNのまま維持される。
【００４９】
Ｎ番目のパルスの低レベル期間中に、ＲＦ電源１０はＲＦ電力信号を連続的に出力し続ける。切換スイッチ２２はＲＦ電源１０を調整可能負荷２３に接続するように切換えられるのに対して、負荷制御モジュール２４２は調整可能負荷２３のインピーダンスをＣＺNからＣＺN+1に調整する。インピーダンス整合器２１はＭＺN+1からインピーダンス整合を自動的に実行し続ける。同様に、調整可能負荷２３のインピーダンスはパルスの低レベル期間の最後の瞬間にＣＺN+1であるため、インピーダンス整合器２１のインピーダンスはパルスの低レベル期間の最後の瞬間にＭＺN+1のままである。すなわち、インピーダンス整合器２１の整合位置はパルスの低レベル期間を経ても変化しない。
【００５０】
ステップＳ５において、制御ユニット２４は次の処理に現在切換える必要があるか否かを判断する。必要がある場合は処理手順はステップＳ１に戻り、そうでない場合は処理手順はステップＳ６に進む。
【００５１】
ステップＳ６において、制御ユニット２４は現在の処理が完了したか否かを判断する。完了した場合は処理手順はステップＳ７に進み、そうでない場合は処理手順はステップＳ４に戻る。
【００５２】
ステップＳ７において、制御ユニット２４はＲＦ電源１０を制御してオフにし、現在の処理が終了する。
【００５３】
上記のステップＳ４は、パルスモードの第１の期間中にそれが高レベルである例を取って説明したが、本発明はこれに限定されないことに留意すべきである。実際の用途では、上記のステップＳ４において、それはパルスモードの第１の期間中に低レベルであることも可能であり、これに対して同一の処理手順および原理が適用可能である。その詳細は本明細書では説明しない。
【００５４】
また、本実施形態では、インピーダンス整合が連続波モードで達成された後にシミュレートされたパルス波モードに入ることにも留意すべきである。実際の用途では、インピーダンス整合が連続波モードで達成される状態における反応室６０のインピーダンスが、インピーダンス整合がパルスモードで達成される状態における反応室６０のインピーダンスとそれほど異ならない限り、調整可能負荷２３の初期インピーダンスを、本実施形態のようにインピーダンス整合が連続波モードで達成される状態における反応室６０のインピーダンスに設定することができ、これによって整合をパルスモードで迅速に達成することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、セレクタスイッチは１つの移動コンタクトおよび２つの静止コンタクトを少なくとも有する切換スイッチ２２であるが、本発明はこれに限定さないことに留意すべきである。実際の用途では、セレクタスイッチは２つの別個のスイッチを含んでもよい。当該２つのスイッチは、反応室６０とＲＦ電源１０との間の回路、および負荷回路とＲＦ電源１０との間の回路にそれぞれ接続される。スイッチ制御モジュール２４１は、予め設定されたタイミングシーケンスに従って当該２つの別個のスイッチを制御してオンまたはオフにするように構成される。好ましくは、別個のスイッチの各々は、リレー、ダイオードまたはＲＦスイッチなどの電子スイッチであってもよい。
【００５６】
図６を参照して、この図は本発明の第３の実施形態が提供するインピーダンス整合システムの機能ブロック図を示している。ＲＦ電源１０と反応室６０との間に設けられるインピーダンス整合システム２０は、検出ユニット２９と、インピーダンス整合器２１と、制御ユニット２４と、固定負荷２８とを含む。検出ユニット２９は、ＲＦ電源１０の出力信号および反射電力の値をリアルタイムで検出し、それらを制御ユニット２４に送信するように構成される。インピーダンス整合器２１は、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスをインピーダンス整合システム２０の入力インピーダンスと整合させることができるように構成される。固定負荷２８は、たとえばＲＦ電源１０の入力インピーダンスが５０オームである場合は、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスと等しいインピーダンスを有する。そして、５０オームのインピーダンスを有する固定負荷２８が使用される。制御ユニット２４は、予め設定されたタイミングシーケンスに従って整合モードと保持モードとの切換を実行するように、すなわち、ＲＦ電源１０を反応室６０にまたは固定負荷２８に選択的に接続するように構成される。本発明の実施形態では、整合モードとは、制御ユニット２４がＲＦ電源１０からの連続波電力出力を制御して、インピーダンス整合器２１を介して反応室６０にロードするモードを指す。保持モードとは、制御ユニット２４がＲＦ電源１０からの連続波電力出力を制御して、固定負荷２８上にロードするモードを指す。
【００５７】
現在の処理中に、ＲＦ電源１０は常に連続波電力を出力するのに対して、ＲＦ電源１０の連続波出力は、予め設定されたタイミングシーケンスに従って、反応室６０および固定負荷２８にそれぞれ供給されるパルスシーケンス出力に変換される。さらに、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続される場合は、インピーダンス整合器２１の初期の整合位置は、ＲＦ電源１０と反応室６０との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定され、インピーダンス整合器２１は整合を自動的に実行する。これに対して、ＲＦ電源が固定負荷２８に接続される場合は、インピーダンス整合器２１はその現在の整合位置に維持される。あるいは、インピーダンス整合が初めての整合モードで完了した後、インピーダンス整合器２１は常にその現在の整合位置にそのまま維持される。したがって、本実施形態が提供するインピーダンス整合システムは、パルス化されたＲＦ電力信号が反応室にロードされる際にオーバーシュート現象の発生を回避することができ、システムコストを削減しつつ整合速度、整合精度および整合安定性を向上させることができる。
【００５８】
図７は、本発明の第４の実施形態が提供するインピーダンス整合システムを示す機能ブロック図である。インピーダンス整合システム２０の構造および機能は、上述の第３の実施形態に基づいて本実施形態においてさらに改良されている。さらに、本実施形態のセレクタスイッチは第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２を含むため、制御ユニット２４、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２によってＲＦ電源１０を反応室６０にまたは固定負荷２８に選択的に接続できる。具体的には、第１のスイッチ２２１はＲＦ電源１０とインピーダンス整合器２１とを接続または切断するように構成され、すなわち、第１のスイッチ２２１はＲＦ電源１０と反応室６０とを接続または切断するように構成される。第２のスイッチ２２２はＲＦ電源１０と固定負荷２８とを接続または切断するように構成される。制御ユニット２４はスイッチ制御モジュール（図示せず）を含む。スイッチ制御モジュールは、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続されるように、またはＲＦ電源１０が固定負荷２８に接続されるように、予め設定されたタイミングシーケンスに従って第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２をオンまたはオフにするように構成される。具体的には、スイッチ制御モジュールは、整合モードがオンに切換えられると第１のスイッチ２２１をオンにして第２のスイッチ２２２をオフにするように構成され、この時、ＲＦ電源１０の連続波電力はインピーダンス整合器２１を介して反応室６０上にロードされる。スイッチ制御モジュールは、保持モードがオンに切換えられると第２のスイッチ２２２をオンにして第１のスイッチ２２１をオフにするように構成され、この時、ＲＦ電源１０の連続波電力は固定負荷２８上にロードされ、インピーダンス整合器２１および反応室６０にＲＦエネルギは入力されない。すなわち、制御ユニット２４は、予め設定されたタイミングシーケンスに従って第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２を制御して交互にオンにすることによって、ＲＦ電源１０の連続波出力を、反応室６０および固定負荷２８にそれぞれ供給されるパルスシーケンス出力に変換することができるように構成される。したがって、既存のＲＦ電源のパルス波電力出力の代わりに、連続波電力出力機能を有するＲＦ電源のみが採用され得るため、ＲＦ電源を用いるコストを削減することができる。
【００５９】
さらに、制御ユニット２４は、インピーダンス整合器２１が初めての整合モードにおいてインピーダンス整合を自動的に実行するように、処理が開始するとまず整合モードに切換えられる。整合が完了した後、続いてＲＦ電源１０が反応室６０に接続されると、インピーダンス整合器２１の初期の整合位置は、ＲＦ電源１０と反応室６０との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定され、インピーダンス整合器２１は整合を自動的に実行する。続いてＲＦ電源１０が固定負荷２８に接続されると、インピーダンス整合器はその現在の整合位置に維持される。あるいは、その後のいずれかの整合モードまたは保持モードにおいて、インピーダンス整合器２１の整合位置は処理全体が完了するまでそのまま維持される。実際の用途では、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２の各々は、リレー、ダイオードスイッチまたはＲＦスイッチなどのオン／オフスイッチを採用してもよい。
【００６０】
本実施形態では、インピーダンス整合器２１は２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）および２つの制御モータ（Ｍ１、Ｍ２）を含み、２つの制御モータ（Ｍ１、Ｍ２）は２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の静電容量をそれぞれ調整するように構成される。初めての整合モードにおいて、制御ユニット２４は、検出ユニット２９から送信された反射電力の値および整合アルゴリズムに基づいて計算して２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の静電容量の目標値を取得し、２つの制御モータ（Ｍ１、Ｍ２）をそれぞれ制御して２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の静電容量の値を静電容量の目標値に調整する。静電容量の目標値とは、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスがインピーダンス整合システム２０の入力インピーダンスと整合しているときの可変コンデンサの静電容量である。
【００６１】
次に、本実施形態が提供するインピーダンス整合システムの動作モードを、図８に示す動作タイミング図を参照して詳細に説明する。この動作モードでは、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続されると、インピーダンス整合器２１の初期の整合位置は、ＲＦ電源１０と反応室６０との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定され得る。図８に示すように、制御ユニット２４の予め設定されるタイミングシーケンスは前もって設定される必要があり、予め設定されるタイミングシーケンスは以下のように設定される。すなわち、第１のスイッチ２２１によってＲＦ電源１０とインピーダンス整合器２１とを接続する周波数および時間と、第２のスイッチ２２２によってＲＦ電源１０と固定負荷２８とを接続する周波数および時間とが、処理に必要とされるパルスの周波数およびデューティサイクルに従って、すなわち既存のＲＦ電源が出力するパルス波の周波数およびデューティサイクルに従って、それぞれ計算される。計算された周波数およびデューティサイクルが、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２に対応する制御ユニット２４のスイッチ制御モジュールにそれぞれ書込まれることによって、予め設定されたタイミングシーケンスに従って第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２の各々のオン／オフ状態の制御が達成される。たとえば、周波数が１０００Ｈｚでデューティサイクルが７０％のパルスをロードする必要がある場合は、初めての整合モードにおける第１のスイッチ２２１のオン切換時間は０．７ｍｓであり、これは第２のスイッチ２２２のオフ切換時間である。保持モードにおける第２のスイッチ２２２のオン切換時間は０．３ｍｓであり、これは第１のスイッチ２２１のオフ切換時間である。一方、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２の各々のオン／オフ周波数は１０００Ｈｚである。処理中、制御ユニット２４は、上述のオン／オフ時間および周波数に基づいて第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２のオン／オフ状態を制御する。実際の用途では、処理に必要とされるパルスの周波数は、特定の状況に従って４００ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚまたは他の周波数に設定されてもよく、本発明は特にこれらに限定されない。
【００６２】
処理が開始すると、ＲＦ電源１０がオンにされ、ＲＦ電源１０は連続波電力を出力するように常に維持される。同時に、制御ユニット２４はまず整合モードに切換えられる。整合モードでは、第１のスイッチ２２１がオンに切換えられて第２のスイッチ２２２がオフに切換えられ、検出ユニット２９はＲＦ電源１０の入力信号および反射電力の値を自動的に検出し、それらを制御ユニット２４に送信する。制御ユニット２４は、入力信号および反射電力の値を受信すると、反射電力の値および予め設定された整合アルゴリズムに基づいて計算を行なう。具体的には、２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の静電容量の目標値が計算され、２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の静電容量の現在の値とそれぞれ比較される。比較の結果に基づいて、制御信号が２つの制御モータ（Ｍ１、Ｍ２）にそれぞれ送信される。当該制御信号に基づいて、２つの制御モータ（Ｍ１、Ｍ２）は２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の静電容量の値を、これらの値が静電容量の目標値と等しくなるまでそれぞれ調整することによって、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスをインピーダンス整合システム２０の入力インピーダンスと整合させることができる。すなわち、インピーダンス整合器２１はインピーダンス整合動作を完了する。
【００６３】
インピーダンス整合器２１がインピーダンス整合動作を完了した後、制御ユニット２４は保持モードに切換えられる。保持モードでは、第２のスイッチ２２２がオンに切換えられて第１のスイッチ２２１がオフに切換えられ、ＲＦ電源１０の連続波電力が固定負荷２８上にロードされ、インピーダンス整合器２１および反応室６０にＲＦエネルギは入力されない。その後の処理手順において、図８に示すように、ＲＦ電源１０は連続波電力を出力し続ける。第１のスイッチ２２１がオン状態であり第２のスイッチ２２２がオフ状態である場合、すなわちＲＦ電源１０が反応室６０に接続されると、インピーダンス整合器２１の初期の整合位置はＲＦ電源１０と反応室６０との以前の接続の最後の瞬間の整合位置である。第１のスイッチ２２１がオフ状態であり第２のスイッチ２２２がオン状態である場合、インピーダンス整合器２１はその現在の整合位置をそのまま維持するように制御される。制御ユニット２４は、予め設定されたタイミングシーケンスに従って第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２を制御して交互にオンに切換えることによって、処理の最後まで、ＲＦ電源１０の連続波出力を、インピーダンス整合器２１および反応室６０にそれぞれ供給されるパルスシーケンス出力に変換することができる。処理を切換える必要がある場合は、ＲＦ電源１０をオフにする必要がある。そして、パルスタイミングシーケンス全体の出力が再開し、インピーダンス整合器２１はインピーダンス整合の実行を再開する。
【００６４】
実際の用途では、初めての整合モードが有効になると、第１のスイッチ２２１のオン切換時間が、インピーダンス整合器２１がインピーダンス整合動作を完了するのに十分でない（すなわち、インピーダンス整合器２１が第１のスイッチ２２１のオン切換期間中に整合状態を達成しない）場合は、第１のスイッチ２２１のオン切換時間は適切に延長されてもよい。インピーダンス整合器２１がインピーダンス整合動作を完了すると、第１のスイッチ２２１がオフに切換えられて第２のスイッチ２２２がオンに切換えられる。
【００６５】
本実施形態では、インピーダンス整合器２１はＬ字型の整合ネットワーク構造を採用しており、当該構造ではインピーダンス整合を達成するために２つの可変コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）および２つの制御モータ（Ｍ１、Ｍ２）が用いられている。しかし、本発明はこれに限定されない。実際の用途では、整合器は具体的な状況に従って「逆さのＬ」字型、「Ｔ」字型、「π」型またはその他の形状を有する整合ネットワーク構造を採用してもよい。
【００６６】
図９は、本発明の第５の実施形態が提供するインピーダンス整合システムの機能ブロック図である。図９を参照して、本実施形態が提供するインピーダンス整合システムは、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２の代わりに切換スイッチ２２が使用されるという点のみが第４の実施形態と異なる。本実施形態では、ＲＦ電源１０は、制御ユニット２４および切換スイッチ２２によって反応室６０および固定負荷２８に選択的に接続されることができる。具体的には、切換スイッチ２２は、ＲＦ電源１０をインピーダンス整合器２１にまたは固定負荷２８に選択的に接続するように構成される。制御ユニット２４は、整合モードでは切換スイッチ２２を制御してＲＦ電源１０とインピーダンス整合器２１とを接続するように、保持モードでは切換スイッチ２２を制御してＲＦ電源１０と固定負荷２８とを接続するように構成される。
【００６７】
第４の実施形態における第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２のオン切換時間および周波数の設定と同様に、制御ユニット２４の予め設定されるタイミングシーケンスは以下のように設定される。すなわち、切換スイッチ２２によってＲＦ電源１０とインピーダンス整合器２１とを接続する周波数および期間と、切換スイッチ２２によってＲＦ電源１０と固定負荷２８とを接続する周波数および時間とが、処理に必要とされるパルスの周波数およびデューティサイクルに従ってそれぞれ計算される。
【００６８】
第３から第５の実施形態では、負荷回路内には固定負荷２８のみが設けられ、インピーダンス整合器２１は反応室６０と直列接続されてから固定負荷２８と並列接続され、さらにセレクタスイッチを介してＲＦ電源１０の後端に接続されることに留意すべきである。いわゆる後端は、回路内の電力の送信方向に対して規定され、すなわち後端は電力の送信方向においてＲＦ電源１０の出力端にある。
【００６９】
また、第３から第５の実施形態では、制御ユニット２４が有する機能は、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２の周波数および時間を書込むための書込／読出機能と、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２のオン／オフ状態を制御する機能と、インピーダンス整合器２１の整合動作を計算して制御する機能または整合位置をそのまま維持する機能とを含む。実際の用途では、初めての整合が成功した後のすべての整合モードおよびすべての保持モードにおいて、制御ユニット２４は、インピーダンス整合器２１を初めての整合が成功したときの整合位置に維持することができる。あるいは、ＲＦ電源１０が反応室６０に接続されると、インピーダンス整合器２１の初期の整合位置は、ＲＦ電源１０と反応室６０との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定される。したがって、整合を処理中にリアルタイムで実行することによって、整合の速度および精度をさらに向上させることができる。
【００７０】
別の技術的解決策として、本発明の実施形態はさらに、ＲＦ電源と、反応室と、ＲＦ電源と反応室との間に配置されたインピーダンス整合システムとを含む半導体処理装置を提供する。インピーダンス整合システムは、本発明の上記の実施形態が提供するインピーダンス整合システムのいずれかを採用してもよい。
【００７１】
実際の用途では、半導体処理装置は、誘導結合プラズマ処理装置または容量結合プラズマ処理装置であってもよい。
【００７２】
本発明の実施形態が提供する半導体処理装置は、本発明の上記の実施形態のいずれかが提供するインピーダンス整合システムを採用する。したがって、ＲＦ電源と反応室との接続とＲＦ電源と負荷回路との接続との切換を予め設定されたタイミングシーケンスに従って制御することによって、ＲＦ電源は常に連続波モードで動作し、反応室が実際に取得する電力信号はパルス化されたＲＦ信号である。これによって、反応室は、パルス化されたＲＦ電源の付加的な配列なしにパルス化されたＲＦ電力信号を取得することができるため、システムのコストを削減することができる。一方、パルス化されたＲＦ電力信号が反応室にロードされると、パルス化されたＲＦ電源から直接送信されるパルス化されたＲＦ電力信号をロードすることに起因する先行技術におけるオーバーシュート現象を回避することができる。さらに、ＲＦ電源が反応室に接続されるように切換えられるとインピーダンス整合器がインピーダンス整合を自動的に実行可能であるため、整合安定性および整合精度を向上させることができる。
【００７３】
さらに別の技術的解決策として、本発明の実施形態はさらに、インピーダンス整合器を含むインピーダンス整合システムが適用されるインピーダンス整合方法を提供する。インピーダンス整合器はＲＦ電源および反応室にそれぞれ接続され、ＲＦ電源の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を実行するように構成される。インピーダンス整合方法は以下のステップを含む。
【００７４】
インピーダンス整合器がＲＦ電源の連続波出力を反応室にロードすべきパルス出力に変換するように、予め設定されたタイミングシーケンスにしたがってＲＦ電源を制御して反応室にまたは負荷回路に選択的に接続するステップであって、ロード回路は反応室に加えてＲＦ電源のさらなる負荷であり、さらに、ＲＦ電源が反応室に接続されると、インピーダンス整合器によってインピーダンス整合を自動的に実行するステップ。
【００７５】
実際の用途では、好ましくは、インピーダンス整合方法はさらに、処理を切換える必要があるか否かを判断し、必要がある場合は、ＲＦ電源をオフにし、パルスシーケンス全体の出力を再開し、インピーダンス整合器によってインピーダンス整合を再開し、必要がない場合は、処理が完了したか否かを判断し、処理が完了していないと判断された場合は上記のインピーダンス整合方法を実行し続け、処理が完了したと判断された場合はＲＦ電源をオフにして処理を終了することを含む。
【００７６】
実際の用途では、負荷回路内に調整可能負荷が設けられる場合は、ＲＦ電源が負荷回路に接続されると、調整可能負荷のインピーダンスは予め設定されたインピーダンスに調整されてもよい。予め設定されたインピーダンスは、ＲＦ電源と反応室との以前の接続の最後の瞬間の反応室の入力インピーダンスである。
【００７７】
実際の用途では、負荷回路に固定負荷のみが設けられる場合は、ＲＦ電源が反応室に接続されると、インピーダンス整合器の初期の整合位置は、ＲＦ電源と反応室との以前の接続の最後の瞬間の整合位置として設定されてもよい。あるいは、インピーダンス整合器は、初めての整合が成功した後のすべての整合モードおよびすべての保持モードにおいて、初めての整合が成功したときの整合位置に常に維持される。
【００７８】
次に、本発明の実施形態が提供するインピーダンス整合方法を、インピーダンス整合を実行する第４の実施形態が提供するインピーダンス整合システムを用いる場合を例に取って詳細に説明する。本実施形態では、インピーダンス整合システムは図８に示すモードとは異なる別の動作モードで動作する。すなわち、初めての整合が成功した後のすべての整合モードおよびすべての保持モードにおいて、インピーダンス整合器２１は初めての整合が成功したときの整合位置に常に維持される。図１０を参照して、処理が開始する前、第１のスイッチ２２１によってＲＦ電源１０とインピーダンス整合器２１とを接続する周波数および時間が、処理に必要とされるパルスの周波数およびデューティサイクルに従って前もって計算される。さらに、ＲＦ電源１０はオフ状態であり、第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２の各々はオフ状態であり、インピーダンス整合器２１は自動整合モードである。そして、現在の処理中に、以下の動作が順次実行される。
【００７９】
第１の段階において、ＲＦ電源１０がオンにされ、ＲＦ電源１０は連続波電力を出力するように常に維持される。第１のスイッチ２２１がオンに切換えられて第２のスイッチ２２２がオフに切換えられ、インピーダンス整合器２１は自動整合モードであり、すなわちインピーダンス整合動作が実行される。次に、ＲＦ電源１０の出力インピーダンスがインピーダンス整合器２１の入力インピーダンスと完全に整合するか否かが判断される。整合する場合は方法は第２の段階に進み、そうでない場合は第１の段階が繰返される。
【００８０】
第２の段階において、制御ユニット２４は予め設定されたタイミングシーケンスに従って保持モードと整合モードとの切換を実行する。すなわち、予め設定されたタイミングシーケンスに従って第１のスイッチ２２１および第２のスイッチ２２２を制御して交互にオンに切換える。これによって、ＲＦ電源１０の連続波出力をインピーダンス整合器２１および反応室６０にそれぞれ供給されるパルスシーケンス出力に変換することができる。一方、ＲＦ電源１０は連続波電力を出力するように常に維持され、インピーダンス整合器２１は現在の処理の最後までその現在の整合位置をそのまま維持するように制御される。
【００８１】
第３の段階において、処理を切換える必要があるか否かが判断される。必要がある場合は、ＲＦ電源１０をオフにする必要があり、パルスシーケンス全体の出力が再開し、インピーダンス整合器２１がインピーダンス整合を再開し、すなわち第１の段階の動作が繰返される。必要がない場合は、処理が完了したか否かが判断される。処理が完了していないと判断された場合は、第２の段階の動作が繰返される。処理が完了したと判断された場合は、ＲＦ電源１０はオフにされる。
【００８２】
本発明の実施形態が提供するインピーダンス整合方法によると、先行技術と比較して、パルス化されたＲＦ電力信号はＲＦ電源から直接送信されないため、パルス化されたＲＦ電力信号が反応室にロードされる際に、パルス化されたＲＦ電源から直接送信されるパルス化されたＲＦ電力信号をロードすることに起因する先行技術におけるオーバーシュート現象を回避することができる。さらに、ＲＦ電源が反応室に接続されるように切換えられるとインピーダンス整合器がインピーダンス整合を自動的に実行するので、不安定な整合および繰返し不可能な整合という現象をシミュレートされたパルスモードにおいて緩和することによって、整合精度および速度を保証することができる。さらに、パルスモード機能付きの高価なＲＦ電源は不要であるため、コストを削減することができ、経済的利益を向上させることができる。
【００８３】
本発明のいわゆる自動整合は以下の場合を含むべきであることに留意すべきである。すなわち、整合は、インピーダンス整合器の調整可能インピーダンスの整合位置をそのまま維持することによって達成される。あるいは、整合は、インピーダンス整合器の調整可能インピーダンスの整合位置を変更することによって達成される。すなわち、本発明では、インピーダンス整合器の調整可能インピーダンスの整合位置を調整する必要があるか否かに係らず、ＲＦ電源の出力インピーダンスとインピーダンス整合器の入力インピーダンスとを整合させるという目的を達成可能である限り、ＲＦ電源の出力インピーダンスおよびインピーダンス整合器の入力インピーダンスに対してインピーダンス整合を自動的に実行すると考えられる。
【００８４】
また、上記の実現例は本発明の原理を説明するための例示的な実施形態に過ぎず、本発明はこれらに限定されないことも理解すべきである。本発明の精神および本質から逸脱することなくさまざまな変更および改良が当業者にとってなされ得る。したがって、これらの変更および改良は本発明の保護範囲内にあると解釈される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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