(57)【要約】【解決手段】  負荷の１若しくはそれ以上の特性を検出する方法および装置を開示する。第１の信号の１若しくはそれ以上の特性を、高周波（ＲＦ）電源の出力において検出できる。前記第１の信号は、基本周波数を有してもよい。前記第１の信号の前記１若しくはそれ以上の特性を、サンプリング周波数においてサンプリングして、デジタルサンプリングされた信号を生成できる。前記サンプリング周波数は、前記第１の信号の前記基本周波数の関数に基づいて決定できる。次に、前記デジタルサンプリング信号から、前記ＲＦ電源と通信中の負荷の１若しくはそれ以上の特性を決定できる。【選択図】      図３
2008527378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１若しくはそれ以上の負荷特性を検出する方法であって、
高周波（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電源の出力における第１信号の１若しくはそれ以上の特性を検出する工程であって、前記第１の信号は基本周波数を示すものである、前記検出する工程と、
前記第１信号の前記１若しくはそれ以上の特性をあるサンプリング周波数でサンプリングし、デジタルサンプリング信号を生成する、前記サンプリングする工程であって、前記サンプリング周波数は前記第１信号の前記基本周波数の関数に基づいて決定されるものである、前記サンプリングする工程と、
前記デジタルサンプリング信号から１若しくはそれ以上の負荷特性を決定する工程であって、前記負荷は前記ＲＦ電源と通信するものである、前記決定する工程と
を有する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記第１信号の前記１若しくはそれ以上の特性は、電圧、及び電流の１若しくはそれ以上を有するものである。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記サンプリング周波数は、以下の形式を有する関数に基づいて決定されるものであり、
【化１】
2008527378.tif 000004
ここで、ｎは非負整数であり、ｆ０は前記第１信号の前記基本周波数である。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記デジタルサンプリング信号からの１若しくはそれ以上の負荷特性を決定する工程は、デジタル信号処理装置を使用して前記デジタルサンプリング信号から１若しくはそれ以上の特負荷性を決定する工程を有するものである。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記１若しくはそれ以上の負荷特性は、
前記基本周波数における前記負荷電圧の振幅、
前記基本周波数の高調波における前記負荷電圧の振幅、
前記基本周波数における前記負荷電流の振幅、
前記基本周波数の高調波における前記負荷電流の振幅、
前記基本周波数における前記負荷電圧と前記負荷電流との間の位相角、及び
前記基本周波数の高調波における前記負荷電圧と前記負荷電流との間の位相角
の１若しくはそれ以上を有するものである。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記１若しくはそれ以上の負荷特性は、
前記基本周波数において前記負荷に供給された電力、
前記基本周波数の高調波において前記負荷に供給された電力、
前記基本周波数における前記負荷の順電力、
前記基本周波数の高調波における前記負荷の順電力、
前記基本周波数における前記負荷からの反射電力、
前記基本周波数の高調波における前記負荷からの反射電力、
前記基本周波数における前記負荷インピーダンスの絶対値、
前記基本周波数の高調波における前記負荷インピーダンスの絶対値、
前記基本周波数における前記負荷インピーダンスについての複素形式、及び
前記基本周波数の高調波における前記負荷インピーダンスについての複素形式
の１若しくはそれ以上を有するものである。
【請求項７】
１若しくはそれ以上の負荷特性を決定するシステムであって、
高周波（ＲＦ）電源と、
前記ＲＦ電源と通信する負荷と、
前記ＲＦ電源の出力に位置する検出装置と、
前記検出装置と通信するアナログ−デジタル（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ：Ａ−Ｄ）変換器と、
前記Ａ−Ｄ変換器と通信するデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）と
を有するものであって、
前記検出装置が第１の信号の１若しくはそれ以上の特性を検出し、前記Ａ−Ｄ変換器が前記第１の信号の前記１若しくはそれ以上の特性をデジタル形式に変換し、前記ＤＳＰが前記第１の信号の前記１若しくはそれ以上の特性のデジタル形式から前記負荷の１若しくはそれ以上の特性を決定するシステム。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、前記負荷はプラズマ室を有するものである。
【請求項９】
請求項７記載の装置において、前記負荷は気体管を有するものである。
【請求項１０】
請求項７記載の装置において、前記負荷は抵抗性負荷を有するものである。
【請求項１１】
請求項７記載の装置において、前記負荷は１若しくはそれ以上の無効分を有するものである。
【請求項１２】
請求項７記載の装置において、前記第１信号は基本周波数を示すものである。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、前記Ａ−Ｄ変換器は、以下の形式を有するサンプリング周波数を有するサンプリング装置を有するものであって、
【化２】
2008527378.tif 000005
ここで、ｎは非負整数であり、ｆ０は前記基本周波数である。
【請求項１４】
請求項７記載の装置において、前記１若しくはそれ以上の負荷特性は、
前記基本周波数における前記負荷電圧の振幅、
前記基本周波数の高調波における前記負荷電圧の振幅、
前記基本周波数における前記負荷電流の振幅、
前記基本周波数の高調波における前記負荷電流の振幅、
前記基本周波数における前記負荷電圧と前記負荷電流との間の位相角、及び
前記基本周波数の高調波における前記負荷電圧と前記負荷電流との間の位相角
の１若しくはそれ以上を有するものである。
【請求項１５】
請求項７記載の装置において、前記１若しくはそれ以上の負荷特性は、
前記基本周波数において前記負荷に供給された電力、
前記基本周波数の高調波において前記負荷に供給された電力、
前記基本周波数における前記負荷の順電力、
前記基本周波数の高調波における前記負荷の順電力、
前記基本周波数における前記負荷からの反射電力、
前記基本周波数の高調波における前記負荷から、反射電力、
前記基本周波数における前記負荷インピーダンスの振幅、
前記基本周波数の高調波における前記負荷インピーダンスの振幅、
前記基本周波数における前記負荷インピーダンスについての複素形式、及び
前記基本周波数の高調波における前記負荷インピーダンスについての複素形式
の１若しくはそれ以上を有するものである。
【請求項１６】
請求項７記載の装置において、この装置は、さらに、
前記ＲＦ電源および前記負荷と通信中のインピーダンス整合ネットワークを有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００５年１月１１日付で出願された、表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ  ｔｏ  ａ  Ｌｏａｄ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｌｏａｄ，Ｕｓｉｎｇ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  （ＦＦＴ）」の米国仮出願特許番号第６０／６４３，０１４号に対して優先権を主張するものであり、その全体はこの参照により本願明細書に組み込まれるものである。
【０００２】
開示された実施形態は、全体的に電力およびインピーダンスの測定の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
一般的なＲＦプラズマ発生器の配置において、高電力ＲＦ源（ＲＦ電源）は、プラズマ室への電力導管に沿って供給される既知の周波数のＲＦ信号を生成する。一般的に、前記ＲＦ電源と前記プラズマ室との間には強いインピーダンス不整合が存在する。従って、前記ＲＦ電源と前記プラズマ室との間には、従来からインピーダンス整合ネットワークが挿入されている。
【０００４】
前記プラズマ室内の非線形性、およびその線内および／または前記インピーダンス整合ネットワーク内における損失のために、完全なＲＦ信号は前記プラズマ室には届かない。このため、前記プラズマ室への電力入力には、従来からプローブが用いられており、ＲＦ信号の電圧および電流を検出している。前記電圧および電流を正確に測定することにより、ユーザーは、前記プラズマの質がより良く示されたものを得ることができ、前記プラズマ室内のシリコンウェハーまたはその他の装置のエッチング特性をよりよく制御できる。
【０００５】
前記ＲＦ波の前記電圧および電流を検出する従来の方法が提案されている。例えば、Ｇｅｒｒｉｓｈらによる米国再発行特許第ＲＥ３８，２７３号明細書には、プラズマＲＦ電圧および電流を検出するために、プラズマ室への入力におけるサンプリング用プローブの使用が述べられている。前記電圧および電流ＲＦ信号は、前記主信号から０．２ＫＨｚ〜２０ＫＨｚ異なる信号などのもう１つの信号と混合されて、ヘテロダイン信号が生成される。次に前記ヘテロダイン信号は、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）アルゴリズムを用いて処理され、電圧および電流振幅、および相対位相角情報が計算される。
【０００６】
Ｋｅａｎｅによる米国特許第５，５６５，７３７号明細書には、プラズマＲＦ電圧および電流を検出するために、プラズマ室への入力におけるエイリアシング・サンプラー・プローブの使用が述べられている。前記サンプラープローブは、前記ＲＦ基本周波数よりも遅いサンプリング周波数のサンプリング信号を使用する。前記サンプリング周波数は、前記基本周波数に前記基本周波数から独立したエイリアシング周波数を足し、前記和を正整数で割ることによって決定される。
【０００７】
上述の方法およびシステムにおける１つの問題は、前記ＲＦ電源（またはその他の構成要素）と前記プラズマ室との間のインピーダンス不整合によって、前記ＲＦ電源によって生成される信号がひどく劣化し得ることである。もう１つの問題は、前記ＲＦ電源の出力と前記プラズマ室の入力との間にインピーダンス整合ネットワークが使用される時に生じる。この場合、前記プラズマ室に供給されるＲＦ電力は、前記インピーダンス整合ネットワーク内の調整、および／または前記ＲＦ電源の出力と前記プラズマ室の入力との間に接続された構成要素および回路内の損失のいずれかに起因して変動する可能性がある。このため、前記ＲＦ電源の出力は、ＲＦ電源の制御ループとインピーダンス整合ネットワークの制御ループとの間の相互作用のために不安定になる場合がある。さらに、前記ＲＦ基本周波数から独立したエイリアシング周波数の使用によって、サンプリングされた信号が不均一となる場合がある。
【０００８】
その他に提案されたシステムには、１組の高調波周波数における電源と負荷との間の電気特性（例えば、電流、電圧、位相、など）を測定して、前記負荷に関する情報（例えば負荷インピーダンス、消費電力、など）を決定する方法およびシステムについて記載した、Ｍａｖｒｅｔｉｃによる米国特許第６，０４６，５９４号明細書に記載されたものが含まれる。この中に記載されているように、第１の回路は、前記電源と前記負荷との間の信号の１組の電気特性を検出し、第２の回路は、前記信号に関連する高調波周波数における前記１組の電気特性を提示するデータを提供し、第３の回路は前記データを受信し、前記高調波周波数の前記負荷に関する情報を決定する。しかし、このようなシステムは特定の高調波周波数におけるフィルター処理を必要とする。これによって、前記特定の高調波周波数における情報を提供されるが、基本周波数またはその他の高調波周波数における情報は、このようなシステムを使用しても取得できないと考えられる。
【０００９】
従って、検出された信号が前記ＲＦ電源のＲＦ出力に緊密に連結しており、前記ＲＦ電源と前記プラズマ室の入力との間のＲＦ路における損失による影響の少ない場所における前記信号をサンプリングする方法およびシステムが必要である。
【００１０】
検出信号を、検出信号の基本周波数に依存するサンプリング周波数においてサンプリングする方法およびシステムが必要である。
【００１１】
前記基本周波数および１若しくはそれ以上の高調波に関する情報がサンプリングの工程から得られるように、検出信号をサンプリングする方法およびシステムがさらに必要である。
【００１２】
本開示は、上に列挙した問題の１若しくはそれ以上を解決することを対象とするものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の方法、システム、および材料を説明する前に、本開示は、ここで説明される特定の方法論、システム、および材料が変更可能であるため、これらに限定されないことが理解されるべきである。説明のために使用される用語は、特定の見解または実施形態のみを説明する目的のためであって、その範囲を限定することを目的としているものではないことも併せて理解されるべきである。
【００１４】
また、本明細書および添付の請求項の中で使用される「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の単数形は、文脈が明確に別に指示していない限り、複数の参照を含むことにも留意しなければならない。従って、例えば、「負荷」についての言及は、１若しくはそれ以上の負荷、および当業者に既知のその同等物等に言及する。別に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、当業者によって一般に理解される意味と同義である。本明細書の中で説明されるものと同様または同等である方法、材料、および装置が実施形態の実施または試験に使用できるが、ここではその好適な方法、材料、および装置について述べる。本明細書の中で述べる全ての公開物はその参照によりここに組み込まれる。本明細書内のすべてのものは、本明細書の中で説明される実施形態が、先願発明の効力によって、そのような開示に先行する資格がないことを認めるとものとして解釈されるものではない。
【００１５】
一実施形態において、負荷特性を検出する方法は、ＲＦ電源の出力における、基本周波数を有する信号の１若しくはそれ以上の特性を検出する工程と、前記信号の前記１若しくはそれ以上の特性をサンプリング周波数においてサンプリングしてデジタルサンプリング信号を生成する工程と、１若しくはそれ以上の負荷特性を決定する工程とを含むものである。前記サンプリング周波数は、前記検出信号の前記基本周波数の関数に基づいて決定できる。前記負荷は、前記ＲＦ電源と通信するものであってもよい。
【００１６】
一実施形態において、１若しくはそれ以上の負荷特性を決定するシステムは、ＲＦ電源と、前記ＲＦ電源と通信する負荷と、前記ＲＦ電源の出力に接続された検出装置と、前記検出装置と通信中のアナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）変換器と、前記Ａ−Ｄ変換器と通信するデジタル信号処理装置（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）とを含むものである。前記検出装置は、１若しくはそれ以上の信号特性を検出する。前記Ａ−Ｄ変換器は、前記１若しくはそれ以上の信号特性をデジタル形式に変換する。前記ＤＳＰは、前記１若しくはそれ以上の信号特性の前記デジタル形式から、前記１若しくはそれ以上の負荷特性を決定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
負荷にＲＦ電力を供給するためにＲＦ発生器を使用しても良い。一実施形態において、前記ＲＦ発生器は、同軸ケーブルを介して前記負荷に前記ＲＦ電力を直接供給する。別の実施形態において、前記ＲＦ発生器は、変換ネットワークを介して前記負荷に前記ＲＦ電力を直接供給する。本開示の範囲内において、負荷に電力を直接または間接的に供給するその他の手段を使用してもよい。
【００１８】
一実施形態において、前記負荷は、１若しくはそれ以上のプラズマ室、気体管、抵抗型負荷、および／またはコンデンサおよび／またはインダクタなどの抵抗成分および／または無効成分を含む複合負荷を含むものであってもよい。また、本開示の範囲内において、追加または代替の負荷装置を使用することも可能である。
【００１９】
前記ＲＦ電力またはインピーダンスが測定されるべき位置に、図３内の３０５のような電圧および／または電流検出装置を配置することが可能である。例えば、前記電圧および／または電流検出装置３０５を、前記ＲＦ発生器の出力、前記発生器内、または前記ＲＦ発生器と前記負荷間の任意の位置に配置することができる。
【００２０】
前記ＲＦ電源によって供給される前記電圧および／または電流などの信号特性は、前記電圧および／または電流検出装置３０５を介してアナログ信号として検出される。一実施形態において、前記ＲＦ発生器の出力に前記電圧および／または電流検出装置３０５を配置することにより、前記装置を適切な電気回路内のその他の場所に配置するよりもより安定した検出信号を得ることができる。前記装置を前記ＲＦ発生器の出力に配置することにより、（ｉ）前記出力に物理的に接触する位置、（ｉｉ）前記装置が前記出力と電気的に接触し、前記出力と前記検出装置の位置との間の線路損失を無視できる位置、および（ｉｉｉ）前記ＲＦ発生器の出力と前記プラズマ発生器の入力との間の全体線路損失が発生し、前記検出装置が、前記ＲＦ発生器の出力から前記プラズマ発生器の入力までの線路損失が前記全体線路損失の半分以下の位置に配置される位置、が含まれる。図１は、一実施形態によって、電圧および／または電流検出装置を使用して検出された例示的な信号を示す。
【００２１】
前記検出信号は、アナログ／デジタル変換器（図３の３１０）などのサンプリング回路に送られる。前記サンプリング回路３１０は、あるサンプリング周波数における前記電圧および／または電流信号をサンプリングする。一実施形態において、前記サンプリング周波数は、前記検出された信号の基本周波数よりも低く、前記検出信号の前記基本周波数の関数である。
【００２２】
前記サンプリング周波数は、前記サンプリング信号の１周期の間に所望の数のサンプル点を選択することによって決定できる。例えば、前記サンプル点の数は、前記サンプリング信号の１周期内のサンプルの総数が２ｎで割り切れるように選択され、ここでｎは非負整数である。例えば、仮にｎ＝６の場合、サンプリング信号の周期毎に、６４個のサンプル点が生成される。このような実施形態において、前記サンプリング周波数は、以下の方程式を用いて決定することが可能であり、
【００２３】
【化３】
2008527378.tif 000003
【００２４】
ここで、ｆ０は検出信号の基本周波数であり、ｆｓは前記サンプリング周波数である。図２は、一実施形態における図１の検出信号からサンプリングされた例示的な信号を示す。
【００２５】
前記サンプリング回路３１０を用いて、例えばアナログ電圧および／または電流信号をデジタル信号に変換することができる。前記サンプリングされた電圧および電流信号は、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）３１５にデジタル形式で送られる。前記ＤＳＰ  ３１５におけるサンプリング電圧および／または電流信号を用いて、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）アルゴリズムなどのアルゴリズムが実行される。
【００２６】
一実施形態において、電圧および電流信号がサンプリングされる場合、前記信号は単一ＤＳＰ（図３に示すように）または２個のＤＳＰ（図示せず）に提供され得る。２個のＤＳＰが使用される場合、前記ＤＳＰ間で前記クロック周波数および周期が同期される。また、本開示の範囲内で、２個より多くのＤＳＰを使用することも可能である。
【００２７】
１若しくはそれ以上のＤＳＰ  ３１５の出力は、デジタル形式であってよい。一実施形態において、前記１若しくはそれ以上のＤＳＰ  ３１５の出力は、１若しくはそれ以上の周波数における前記サンプリング電圧および／または電流信号の振幅を含む。一実施形態において、前記１若しくはそれ以上のＤＳＰ  ３１５の出力は、２若しくはそれ以上の信号間の位相角を含む。例えば、前記１若しくはそれ以上のＤＳＰ  ３１５の出力は、以下のうち１若しくはそれ以上を含むものであってもよい。
【００２８】
・｜Ｖｆ０｜＝基本周波数における電圧の振幅
・｜Ｉｆ０｜＝基本周波数における電流の振幅
・｜Ｖｆ２｜＝第２高調波周波数における電圧の振幅
・｜Ｉｆ２｜＝第２高調波周波数における電流の振幅
・｜Ｖｆ３｜＝第３高調波周波数における電圧の振幅
・｜Ｉｆ３｜＝第３高調波周波数における電流の振幅
・θＶｆ０−Ｉｆ０＝基本周波数における電圧と電流間の位相角
・θＶｆ２−Ｉｆ２＝第２高調波周波数における電圧と電流間の位相角
・θＶｆ３−Ｉｆ３＝第３高調波周波数における電圧と電流間の位相角
前記１若しくはそれ以上のＤＳＰによって追加および／または代替の振幅および／または位相角が決定される。
【００２９】
前記１若しくはそれ以上のＤＳＰ  ３１５の出力に基づき、以下の値の１若しくはそれ以上が決定される。
【００３０】
・ＰＤ＝基本周波数において負荷に供給された電力
・ＰＦ＝負荷における、基本周波数における順電力
・ＰＲ＝負荷からの基本周波数における反射電力
・｜Ｚｆ０｜＝前記基本周波数における負荷インピーダンスの絶対値
・Ｚｆ０＝基本周波数における複素形式の負荷インピーダンス
・Ｚｃｈ＝プラズマ室の入力における、基本周波数における複素形式のインピーダンス。このインピーダンスは、Ｚｆ０および前記ＲＦ電源と前記プラズマ室への入力との間の接続の長さおよび特性インピーダンスに基づいて計算できる。前記ＲＦ電源と前記プラズマ室への入力との間にインピーダンス整合ネットワークが使用される場合、前記インピーダンス整合ネットワークの構成要素の値に関する追加情報も合わせて必要となる。
【００３１】
同様に、電力およびインピーダンスの計算が、前記１若しくはそれ以上のＤＳＰ  ３１５によって生成されるその他のデータを使用して実行される。例えば、１若しくはそれ以上の高調波周波数に関する電力およびインピーダンスの計算結果が決定される。前記１若しくはそれ以上のＤＳＰ  ３１５によって、追加および／または代替の電力、および／またはインピーダンスの計算結果が決定される。
【００３２】
ＲＦ電力およびインピーダンスを測定するためにＦＦＴアルゴリズムを使用する１つの利点は、前記ＦＦＴアルゴリズムによって目的周波数に対するその他の周波数の影響を分離することが可能なことである。この結果、より高精度の測定結果が得られる。
【００３３】
上述のように決定された１若しくはそれ以上の前記電力および／またはインピーダンス測定値は、例えば半導体製造などの方法に関連する情報を決定するために使用することが可能でできる。一実施形態において、前記基本周波数および／または１若しくはそれ以上の高調波周波数における前記電力およびインピーダンスを使用して、半導体製造方法に関連する情報を決定できる。一実施形態において、混合物の周波数を追加的にまたは代替的に使用して半導体製造方法に関連する情報を決定できる。
【００３４】
一実施形態において、１若しくはそれ以上の電力および／またはインピーダンスの測定値の経時的な変化を利用して製造方法の変化が決定される。一実施形態において、１若しくはそれ以上の電力および／またはインピーダンスの測定値を用いて、負荷特性が決定される。本開示の範囲内で、上述の情報を用いて、別のおよび／または更なる操作を実行することが可能である。
【００３５】
上記で開示された様々な特徴及び機能、その他種々の特徴および機能、またはその代替案は、その他多くの方法、システム、または用途に望ましいように組み込むことが可能であることが理解される。現時点で予見または予期できない種々の代替案、改造、変更、または改良が、その後、当業者によって実施される可能性があり、そのような実施に関しても本願の請求項に包含されることが意図されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
以下の説明、添付の請求項、および添付の図面によって、本明細書の中で説明される実施形態の態様、特徴、有益性、および利点が明白となるであろう。
【図１】図１は、一実施形態における電圧および／または電流検出装置を使用して検出された例示的な信号を示したものである。
【図２】図２は、一実施形態における図１の検出信号からサンプリングされた例示的な信号を示したものである。
【図３】図３は、一実施形態における検出のための例示的なシステムおよび処理回路のブロック図を示したものである。
【図１】
2008527378.tif 000006
【図２】
2008527378.tif 000007
【図３】
2008527378.tif 000008
【国際調査報告】
2008527378.tif 000009
2008527378.tif 000010