(57)【要約】  本発明はインピーダンス整合方法、インピーダンス整合器及びプラズマ生成装置を開示する。当該インピーダンス整合方法はＲＦ電源とＲＦ電源に接続される負荷の間のインピーダンスを整合させ、ＲＦ電源の作動モードに基づき、選択可能に自動整合のステップと周波数掃引による整合のステップを行い、ここで、自動整合のステップにおいては、モータにインピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するよう指示し、周波数掃引による整合のステップにおいては、モータに駆動を停止しＲＦ電源が周波数掃引操作を行うよう指示する。本開示の実施例によれば、インピーダンス整合の過程においてインピーダンスの変化が速すぎることにより整合が不安定になり繰り返されないという現象を有効に回避することができ、大きなプロセスウィンドウと工程の安定性を実現することができる。
2020527822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ電源と前記ＲＦ電源に接続された負荷との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合方法であって、
前記ＲＦ電源の作動モードに基づいて、選択的に自動整合ステップ若しくは周波数掃引整合ステップを行うことを含み、ここで、
前記自動整合ステップにおいては、インピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するようモータに指示し、
前記周波数掃引整合ステップにおいては、モータに駆動を停止するよう指示するとともに、前記ＲＦ電源に周波数掃引操作を行うよう指示する
ことを特徴とする、インピーダンス整合方法。
【請求項２】
前記ＲＦ電源の作動モードはパルスデュアルレベルモードであり、前記パルスデュアルレベルモードはハイレベル段階とローレベル段階を含み、ここで、
前記ハイレベル段階においては前記自動整合ステップを行い、前記ローレベル段階においては前記周波数掃引整合ステップを行い、
若しくは、
前記ハイレベル段階においては前記周波数掃引整合ステップを行い、前記ローレベル段階においては前記自動整合ステップを行うことを特徴とする、
請求項１に記載のインピーダンス整合方法。
【請求項３】
前記ＲＦ電源が前記ハイレベル段階において出力する電力と前記ローレベル段階において出力する電力は異な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方法。
【請求項４】
ＲＦ電源と前記ＲＦ電源に接続された負荷との間のインピーダンスを整合させるために用いられるインピーダンス整合器であって、
インピーダンス整合ネットワークと、
前記インピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するモータと、
前記ＲＦ電源の作動モードに基づいて、選択的に第一指令若しくは第二指令を発するコントローラと、を含み、
ここで、前記第一指令は、インピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するよう前記モータに指示し、前記第二指令は、前記モータに駆動を停止するよう指示するとともに、前記ＲＦ電源に周波数掃引操作を行うよう指示することを特徴とする、
インピーダンス整合器。
【請求項５】
前記ＲＦ電源の作動モードはパルスデュアルレベルモードであり、前記パルスデュアルレベルモードはハイレベル段階とローレベル段階を含み、
前記ハイレベル段階においては前記コントローラが前記第一指令を発し、前記ローレベル段階においては前記コントローラが前記第二指令を発し、
若しくは
前記ハイレベル段階においては前記コントローラが前記第二指令を発し、前記ローレベル段階においては前記コントローラが前記第一指令を発す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器。
【請求項６】
前記ＲＦ電源の周波数は、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、６０ＭＨｚのうち少なくとも一つであ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器。
【請求項７】
前記ＲＦ電源は、１０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの変調周波数、１０％〜９０％のデューティ比でパルス変調されることを特徴とする、
請求項５に記載のインピーダンス整合器。
【請求項８】
ＲＦ電源と、前記ＲＦ電源に接続された負荷と、前記ＲＦ電源と負荷との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合器とを含むプラズマ生成装置であって、
前記インピーダンス整合器は請求項４〜７のいずれか１項に記載のインピーダンス整合器を採用することを特徴とする、
プラズマ生成装置。
【請求項９】
前記プラズマ生成装置は、誘導結合プラズマ生成装置、容量結合プラズマ生成装置、マイクロ波プラズマ生成装置若しくは電子磁気共鳴プラズマ生成装置を含むことを特徴とする、
請求項８に記載のプラズマ生成装置。
【請求項１０】
前記プラズマ生成装置はプラズマエッチングマシンに用いられることを特徴とする、
請求項８に記載のプラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般的には電子回路技術に関するものであり、より具体的には、インピーダンス整合方法、インピーダンス整合器及びプラズマ生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造プロセスにおいては各種のプラズマ装置が使用されている。現在一般的となっているプラズマエッチング装置に用いられるプラズマ励起方法は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）であり、この種の方法は低い作業気圧下で高密度のプラズマを得ることができ、装置の構造が簡単で、製造価格が低く、その上プラズマを生成するＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源（プラズマの密度を決定する）と基板台のＲＦ電源（ウエハに入射する粒子のエネルギーを決定する）を独立制御することができる。
【０００３】
従来のエッチングマシン装置のＲＦ電源が出力するのは連続正弦波である。集積回路のさらなる発展に伴い、既存の技術方案では２０ｎｍ以下のエッチング工程の要求をもはや満たすことができず、またパルスプラズマ新技術の応用が微細化工程において大きな発展を実現している。パルスプラズマ技術は連続波のＲＦエネルギーがもたらすプラズマ誘導損傷（Ｐｌａｓｍａ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｄａｍａｇｅ，ＰＩＤ）を減少させ、エッチング工程における負荷効果（Ｌｏａｄｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を改善し、エッチングの選択比（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を顕著に高め、工程の調節手段とプロセスウィンドウを増加させている。
【０００４】
ＲＦエネルギー伝送の過程において、ＲＦ電源の出力インピーダンスは一般的に５０オームであり、反応キャビティの入力インピーダンスは一般的に、実部インピーダンスと虚部インピーダンスを有する５０オームではないインピーダンスである。よって、エネルギーを直接反応キャビティに伝送した場合、伝送ルートのインピーダンスが整合しないことにより、ＲＦエネルギーの反射が生じ、これにより反応キャビティ内で正常にプラズマ励起が行われない可能性がある。よって、ＲＦ電源と反応キャビティ間に整合器を接続し、ＲＦ電源終端の入力インピーダンスを５０オームとし、エネルギーを正常に伝送しやすくさせる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに鑑みて、本開示の目的の少なくとも一部は、インピーダンス整合方法、インピーダンス整合器及びプラズマ生成装置を提供し、インピーダンス整合を有効に実施することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様によれば、選択可能に、ＲＦ電源と前記ＲＦ電源に接続された負荷との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合方法を提供し、前記インピーダンス整合方法は、前記ＲＦ電源の作動モードに基づいて、選択的に自動整合ステップ若しくは周波数掃引整合ステップを行い、ここで、前記自動整合ステップにおいては、インピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するよう前記モータに指示し、前記周波数掃引整合ステップにおいては、前記モータに駆動を停止するよう指示するとともに、前記ＲＦ電源に周波数掃引操作を行うよう指示することを特徴とする。
【０００７】
選択可能に、前記ＲＦ電源の作動モードはパルスデュアルレベルモードであり、前記パルスデュアルレベルモードはハイレベル段階とローレベル段階を含み、前記ハイレベル段階では前記自動整合ステップを行い、前記ローレベル段階では前記周波数掃引整合ステップを行い、若しくは、前記ハイレベル段階では前記周波数掃引整合ステップを行い、前記ローレベル段階では前記自動整合のステップを行う。
【０００８】
選択可能に、前記ＲＦ電源が前記ハイレベル段階において出力する電力と前記ローレベル段階において出力する電力は異なる。
【０００９】
本開示の他の一態様によれば、ＲＦ電源と前記ＲＦ電源に接続された負荷との間のインピーダンスを整合させるために用いられるインピーダンス整合器を提供し、前記インピーダンス整合器は、インピーダンス整合ネットワークと、前記インピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するモータと、受信したＲＦ電源の作動モードに応じて選択的に第一指令若しくは第二指令を発するコントローラとを含み、ここで、第一指令は、インピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するよう前記モータに指示し、前記第二指令は、前記モータに駆動を停止するよう指示するとともに、前記ＲＦ電源に周波数掃引操作を行うよう指示する。
【００１０】
選択可能に、前記ＲＦ電源の作動モードはパルスデュアルレベルモードであり、前記パルスデュアルレベルモードはハイレベル段階とローレベル段階を含み、前記ハイレベル段階では前記コントローラが前記第一指令を発し、前記ローレベル段階では前記コントローラが第二指令を発し、若しくは、前記ハイレベル段階では前記コントローラが前記第二指令を発し、前記ローレベル段階では前記コントローラが第一指令を発する。
【００１１】
選択可能に、ＲＦ電源の周波数は２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、６０ＭＨｚのうちの少なくとも一つであってよい。
【００１２】
選択可能に、ＲＦ電源は１０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの変調周波数、１０％〜９０％のデューティ比でパルス変調される。
【００１３】
本開示の他の一態様として、ＲＦ電源と、前記ＲＦ電源に接続された負荷と、前記ＲＦ電源と負荷との間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合器とを含むプラズマ生成装置を提供し、前記インピーダンス整合器は本発明が提供する上述のインピーダンス整合器を採用する。
【００１４】
選択可能に、前記プラズマ生成装置は誘導結合プラズマ生成装置、容量結合プラズマ生成装置、マイクロ波プラズマ生成装置若しくは電子磁気共鳴プラズマ生成装置を含む。
【００１５】
選択可能に、前記プラズマ生成装置はプラズマエッチングマシンに用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明が提供するインピーダンス整合方法とインピーダンス整合器の技術案においては、モータ駆動インピーダンス整合と周波数掃引インピーダンス整合を組み合わせた方法を採用する。具体的には、ＲＦ電源の作動モードに基づいて、選択的に自動整合ステップ若しくは周波数掃引整合ステップを行う。これにより、インピーダンス整合の過程においてインピーダンスの変化が速すぎることにより整合が不安定になり繰り返されないという現象を有効に回避することができ、大きなプロセスウィンドウと工程の安定性を実現することができる。
【００１７】
本発明が提供するプラズマ生成装置は、本発明が提供する上述のインピーダンス整合器を採用することにより、大きなプロセスウィンドウと工程の安定性を実現することができ、それにより高精度のプラズマエッチングマシンに応用することができる。
【００１８】
以下の図面を参照した本開示の実施例の説明により、本開示の上述及びその他の目的、特徴及び利点がより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本開示の実施例に基づくプラズマ生成装置の簡略図を概略的に示している。
【図２】図２は、本開示の実施例に基づくプラズマ生成装置のブロック図を概略的に示している。
【図３】図３は、本開示の実施例に基づくインピーダンス整合器の簡略化した回路図を概略的に示している。
【図４】図４は、本開示の実施例に基づく作動シーケンス図を概略的に示している。
【図５】図５は、本開示の実施例に基づくプラズマエッチングマシンの簡略化した断面図を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図を参照しながら本開示の実施例を説明する。ただし理解されたいのは、これらの説明は単なる例示に過ぎず、また本開示の範囲を制限するものではない点である。このほか、以下の説明において、公知の構造と技術についての説明は省略し、本開示の概念と不要に混淆することを避ける。
【００２１】
ここで使用する専門用語は具体的な実施例の説明のために過ぎず、本開示の範囲を制限するものではない。ここで使用する「一」「一つの（一種の）」及び「当該」等の語句も、上下の文に別途明確に示されている場合を除き、「複数の」「複数種の」の意味を含む。このほか、ここで使用する「含む」「包含する」などの用語は、記載した特徴、ステップ、操作及び／又は部品が存在することを表しているが、一つ若しくは複数のその他の特徴、ステップ、操作又は部品の存在或いは追加を排除するものではない。
【００２２】
ここで使用するすべての専門用語（技術用語及び科学用語を含む）は、別途定義がない限り、当業者が通常理解する含意を有する。なお、ここで使用する専門用語は、本明細書の上下の文と一致する含意を有し、理想化して若しくは過度に杓子定規に解釈されるべきではない。
【００２３】
さらに、実施例で言及される方向の用語、例えば「上」「下」「前」「後」「左」「右」等は、図面における方向の参考に過ぎず、本開示の範囲を制限するものではない。図面全体において、同じ要素は同じ若しくは類似する符号で表示している。また図中の各部品の形状及びサイズは実際の大きさ及び比率を反映しておらず、本開示の実施例の内容のイメージに過ぎない。
【００２４】
別途明確に示している場合を除き、本明細書及び特許請求の範囲における数値パラメータは近似値であり、本開示の内容を通じて得られる必要な特性に基づき改変することができる。具体的には、明細書及び特許請求の範囲に使用されている、組成の含有量、反応条件等を表すあらゆる数字は、全ての状況において「約」という用語で修飾されると理解される。一般的に、それが表す含意は、特定の数量の、一部の実施例における±１０％の変化、一部の実施例における±５％の変化、一部の実施例における±１％の変化、一部の実施例における±０．５％の変化を含むことを指している。
【００２５】
明細書と特許請求の範囲において使用される序数、例えば「第一」「第二」「第三」等の用語は、対応する要素を修飾するもので、それ自身は当該要素がなんらかの序数を具備することを表してはおらず、某要素と他の要素の順序、或いは製造方法上の順序、若しくはその重要性も表していない。序数の使用は、命名された某要素と別の同様に命名されたた要素とを明確に区別するためのものに過ぎない。
【００２６】
図１は、本開示の実施例に基づくプラズマ生成装置の簡略図を概略的に示している。
【００２７】
図１に示すように、当該実施例に基づくプラズマ生成装置はＲＦ電源１０１と、ＲＦ電源１０１に接続された負荷１０５とを含む。プラズマ生成装置において、負荷１０５はプラズマ生成キャビティを含むことができる。ＲＦ電源１０１は、プラズマ生成キャビティにおいて変動電界を発生させるため、一定のＲＦ電力を提供する。プラズマ生成キャビティ内は一定の真空度を保つことができ、その中に導入した反応気体は変動電界の影響により電離し、それによりプラズマを生成する。プラズマ生成キャビティは多くのメカニズムに基づいて作動することができ、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、マイクロ波プラズマ若しくは電子磁気共鳴（ＥＣＲ）プラズマ等を含む。
【００２８】
背景技術の部分で述べたように、ＲＦ電源１０１の出力インピーダンスは一般的に５０オームであり、その負荷となるプラズマ生成キャビティの入力インピーダンスは、一般的に実部インピーダンスと虚部インピーダンスを有する５０オームではないインピーダンス値である。電源と負荷の間のインピーダンスが整合しないことにより引き起こされる問題を避けるため、ＲＦ電源１０１と、負荷となるプラズマ生成キャビティの間にインピーダンス整合器１０３を接続し、ＲＦ電源１０１とプラズマ生成キャビティのインピーダンスを整合させる。以下、インピーダンス整合器１０３の配置をより詳しく説明する。
【００２９】
図２は、本開示の実施例に基づくプラズマ生成装置のブロック図を示している。
【００３０】
上記の図１と結びつけて説明したプラズマ生成装置と類似し、図２に示すプラズマ生成装置も同様にＲＦ電源１０１、負荷（例えば、プラズマ生成キャビティ）１０５、及びＲＦ電源と負荷の間に接続されるインピーダンス整合器１０３を含む。
【００３１】
インピーダンス整合器１０３はＲＦ電源１０１とＲＦ電源１０１に接続された負荷１０５との間のインピーダンスを整合させるために用いられる。当該インピーダンス整合器１０３は、インピーダンス整合ネットワーク１０３３と、インピーダンス整合ネットワーク１０３３を駆動して一定のインピーダンスを提供するために用いられるモータ１０３５と、受信したＲＦ電源１０１の作動モードに呼応して選択的に第一指令若しくは第二指令を発するコントローラを含み、ここで、第一指令はモータ１０３５にインピーダンス整合ネットワーク１０３３を駆動して一定のインピーダンスを提供するよう指示し、第二指令はモータ１０３５に駆動を停止させ、ＲＦ電源１０１が周波数掃引操作を行うよう指示する。
【００３２】
ＲＦ電源１０１はパルスデュアルレベル（ｌｅｖｅｌ−ｌｅｖｅｌ）モードで作動してもよい。例えば、ＲＦ電源１０１は一定の周波数（例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ若しくは６０ＭＨｚであり、好ましくは１３．５６ＭＨｚ）のＲＦ信号を生成できる。パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）により、ＲＦ信号を一つの周期内にハイレベル（Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ）とローレベル（Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ）を有するパルス信号（図４の（ａ）部分を参照のこと）に変調することができる。この種のパルス信号はプラズマの発光を助ける。Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階では、パルス信号は１０００Ｗなどの大きな電力を有することができ、Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階では、パルス信号は６００Ｗ等の小さな電力（ゼロではない）を有することができる。一つの例では、当該変調信号の変調周波数を約１０Ｈｚ〜２０ｋＨｚとし、デューティ比（例えば、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階の一つの周期内での比率）を約１０％〜９０％とすることができる。ＲＦ電源１０１はＰＷＭ変調を経たＲＦ信号を出力することができる。
【００３３】
ここで、ＲＦ電源１０１の作動モードに基づいて、選択的に自動整合ステップ若しくは周波数掃引整合ステップを実行することができる。例えば、ＲＦ電源１０１の作動モードが上述のデュアルレベル（ｌｅｖｅｌ−ｌｅｖｅｌ）モードのとき、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階において、自動整合ステップを行う。Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階では、周波数掃引整合ステップを行う。実際の応用においては、作動モード情報ＭＯＤＥを出力することによって、例えばＲＦ電源１０１にＨｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階若しくはＬｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階の実行を指示する等、ＲＦ電源１０１の作動モードを制御することができる。当該作動モード情報は、例えばＲＦ信号に対するＰＷＭ変調を制御する制御ユニットから送ることができる。
【００３４】
なお、実際の応用において、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階においても、周波数掃引整合ステップを行うことができ、Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階においても、自動整合ステップを行うことができる。
【００３５】
図２に示すように、インピーダンス整合器１０３はインピーダンス整合度検出器１０３１、インピーダンス整合ネットワーク１０３３、モータ１０３５及びコントローラ１０３７を含むことができる。
【００３６】
インピーダンス整合度検出器１０３１はＲＦ電源１０１と負荷１０５の間のインピーダンス整合度を検出することができる。理論上、ＲＦ電源１０１と負荷１０５の間のインピーダンスが整合しているとき、ＲＦ電源１０１からのＲＦ電力は全て負荷１０５に伝送され、負荷１０５からの反射電力は存在しない。よって、一例において、ＲＦ電源１０１からの入射電圧及び負荷１０５からの反射電圧を検出し、両者を（例えば、定在波比（ＳＷＲ）を計算することによって）比較することで、インピーダンス整合度を検出する。当然、本開示はこれに限るものではなく、その他の各種の適切な方法でインピーダンス整合度を検出することができる。また、インピーダンス整合度検出器１０３１は、インピーダンス整合度を導出するための関連パラメータを検出し、コントローラ１０３７がインピーダンス整合度を確定できるよう、これらのパラメータをコントローラ１０３７に送信するのみで、自らは確定しなくてもよい。
【００３７】
インピーダンス整合ネットワーク１０３３はＲＦ電源１０１と負荷１０５の間に接続され、可変インピーダンスを提供し、またこれによりＲＦ電源１０１と負荷１０５の間のインピーダンスを整合させる。インピーダンス整合ネットワーク１０３３はインピーダンス素子（例えば容量性インピーダンス素子、抵抗性インピーダンス素子等）が接続して成るネットワークを含んでもよい。これらのインピーダンス素子の少なくとも一部は可変インピーダンスを有し、インピーダンス整合ネットワーク１０３３全体において異なるインピーダンス値を示させることができる。例えば、インピーダンス整合ネットワーク１０３３は可変容量素子を含むことができる。可変容量素子は回転可能な部品（例えば、極板若しくは極板の間の誘電体層）を含むことができ、当該回転可能な部品によって回転し、それによりその容量値を変化させる。
【００３８】
モータ１０３５は、インピーダンス整合ネットワーク１０３３（具体的には、そのうちの可変インピーダンス素子、例えば可変容量素子）を駆動し、一定のインピーダンス値を提供できる。例えば、モータ１０３５は可変容量素子の回転可能な部品を駆動して回転させ、それにより当該可変容量素子の容量値を変えることができる。モータ１０３５は例えばステッピングモータでもよい。
【００３９】
コントローラ１０３７はインピーダンス整合器１０３の総体的な操作を制御できる。本開示の実施例によれば、コントローラ１０３７はＲＦ電源１０１の作動モードに基づき、選択的にモータ１０３５への第一指令ＣＭＤ１若しくはＲＦ電源１０１への第二指令ＣＭＤ２を発する。
【００４０】
ここで、第一指令ＣＭＤ１はモータ１０３５にインピーダンス整合ネットワーク１０３３を駆動して一定のインピーダンスを実現するよう指示することができる。モータ１０３５の駆動情報（例えば回動方向、回動角度等）は、当該第一指令ＣＭＤ１に含めるか、若しくは当該第一指令ＣＭＤ１以外に別途提供することができる。例えば、コントローラ１０３７はインピーダンス整合度検出器１０３１が検出したインピーダンス整合度（例えば、ＳＷＲにより表す）を受信するか、若しくはインピーダンス整合度検出器１０３１が検出したパラメータに基づいてインピーダンス整合度を導き出し、インピーダンス整合度に基づいて、モータ１０３５の駆動情報を得ることができる。このように、モータ１０３５は受信した駆動情報に基づいて、それに応じて（例えば前方向または後方向に）一定の角度回動することができ、インピーダンス整合ネットワーク１０３３が提供するインピーダンス値を変更（例えば、増大若しくは減少）することができる。例えば、コントローラ１０３７は制御を実施し、ＳＷＲが１に限りなく近くなる若しくは等しくなる（つまり、インピーダンスが完全に整合する）まで、ＳＷＲを１に近づく方向に変化させることができる。
【００４１】
第二指令ＣＭＤ２は、ＲＦ電源１０１に周波数掃引操作を指示することができる。例えば、ＲＦ電源１０１におけるＲＦ信号発生器は受信した第二指令ＣＭＤ２に基づき、一定の範囲内（例えば、１２．８８ＭＨｚ〜１４．３２ＭＨｚ）で、生成するＲＦ信号の周波数を変更することができる。ＲＦ信号の周波数が変わることで、インピーダンス整合ネットワーク１０３３のインピーダンスにも一定の変化が生じる（例えば、容量とインダクタンスのインピーダンスは、信号周波数に伴って変化する）。例えば、コントローラ１０３７は制御を実施し、ＳＷＲが１に限りなく近づく若しくは等しくなるまで、ＳＷＲを１に近づく方向に変化させることができる。
【００４２】
異なるＲＦ電源１０１の作動モードにおいて、モータ駆動インピーダンス整合操作と周波数掃引インピーダンス整合の操作とのいずれかを選択して行うことができる。
【００４３】
本開示の実施例に基づき、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階では、コントローラ１０３７は第一指令ＣＭＤ１を発することができる。Ｌｏｗ  Ｌｅｖｅｌ段階では、コントローラ１０３７は第二指令ＣＭＤ２を発することができる。つまり、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階では、モータ１０３５がインピーダンス整合ネットワーク１０３３を駆動することによりインピーダンス整合を行うことができる（このとき、周波数掃引操作は停止可能である）。またＬｏｗ  Ｌｅｖｅｌ段階では、ＲＦ電源１０１の周波数掃引操作によりインピーダンス整合を提供することができる（このとき、モータは駆動を停止でき、例えば前回の駆動が終了した際の位置に留まることができる）。
【００４４】
若しくは、本開示の実施例によれば、Ｌｏｗ  Ｌｅｖｅｌ段階では、コントローラ１０３７は第一指令ＣＭＤ１を発することができ、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階では、コントローラ１０３７は第二指令ＣＭＤ２を発することができる。つまり、Ｌｏｗ  Ｌｅｖｅｌ段階では、モータ１０３５がインピーダンス整合ネットワーク１０３３を駆動することによりインピーダンス整合を行うことができる（このとき、周波数掃引操作は停止可能である）。またＨｉｇｈ  Ｌｅｖｅｌ段階では、ＲＦ電源１０１の周波数掃引操作によりインピーダンス整合を提供することができる（このとき、モータは駆動を停止でき、例えば前回の駆動が完了した際の位置に留まることができる）。
【００４５】
図３は、本開示の実施例に基づくインピーダンス整合器の簡略化した回路図を概略的に示している。
【００４６】
図３の例においては、インダクタンス素子Ｌ及び可変容量素子Ｃ１とＣ２から成るインピーダンス整合ネットワーク１０３３を示している。可変容量素子Ｃ１とＣ２はそれぞれ直列容量と並列容量であり、異なるインピーダンス量を提供する。
【００４７】
図３の例においては、インピーダンス整合度検出器１０３１は入射電圧と反射電圧を検出することができ、また検出した入射電圧と反射電圧をコントローラ１０３７に送ることができる。コントローラ１０３７は受信した入射電圧と反射電圧に基づき、インピーダンス整合度（例えば、ＳＷＲにより表す）を計算できる。
【００４８】
モータ１０３５はモータドライバ１０３５Ｄ及び回転軸１０３５Ｓを備えることができる。当該例において、二つの可変容量素子Ｃ１及びＣ２と対応し、二つの回転軸１０３５Ｓを設置することができ、それぞれ可変容量素子Ｃ１及びＣ２の回転可能部品を動かすことができる。モータドライバ１０３５Ｄはコントローラ１０３７から受信した駆動情報に基づき、回転軸１０３５Ｓを駆動して、対応する回動させることができる。
【００４９】
図４は、本開示の実施例に基づく作動シーケンス図を概略的に示している。
【００５０】
図４の（ａ）部分に示す通り、ＲＦ電源はパルスデュアルレベル（ｌｅｖｅｌ−  ｌｅｖｅｌ）モードで作動でき、またそれにより交互にハイレベル（Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ）段階とローレベル（Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ）段階を有することができる。
【００５１】
一つの実施例によれば、図４の（ｂ）部分に示す通り、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階において、第一指令ＣＭＤ１はハイレベルにあり、モータに回動するよう指示し、それによりインピーダンス整合ネットワークを駆動してインピーダンスを調節し、第二指令ＣＭＤ２はローレベルにあり、ＲＦ電源に、周波数掃引操作をオフにするよう指示することができる。Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階において、第一指令ＣＭＤ１はローレベルにあり、モータに動くのを停止するよう指示し、且つモータは前回のＨｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階が終了した際の位置に留まることができ、第二指令ＣＭＤ２はハイレベルにあり、ＲＦ電源に、周波数掃引操作をオンにするよう指示することができる。上記のサイクルを、ＲＦ電源が出力を停止するまで繰り返す。
【００５２】
その他の実施例によれば、図４の（ｃ）部分に示す通り、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階において、第一指令ＣＭＤ１はローレベルにあり、モータに動かないよう指示し、第二指令ＣＭＤ２はハイレベルにあり、ＲＦ電源に周波数掃引操作をオンにするよう指示することができる。Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階において、第一指令ＣＭＤ１はハイレベルにあり、モータに回動するよう指示し、インピーダンス整合ネットワークを駆動してインピーダンスを調節し、第二指令ＣＭＤ２はローレベルにあり、ＲＦ電源に、周波数掃引操作をオフにするよう指示することができる。上記のサイクルを、ＲＦ電源が出力を停止するまで繰り返す。
【００５３】
通常の技術において、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階とＬｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階はいずれもモータを採用し、インピーダンス整合ネットワークを駆動してインピーダンスを整合させる。このような状況下で、Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階とＬｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階のインピーダンスの差が大きい場合、工程のニーズを満たすようなインピーダンス整合を実現することは難しい。Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌのインピーダンス整合位置とＬｏｗ  ｌｅｖｅｌのインピーダンス整合位置との切り替えが絶えず必要であるが、モータの呼応速度はＨｉｇｈ  ｌｅｖｅｌとＬｏｗ  ｌｅｖｅｌのインピーダンスの切替速度（ＰＷＭの変調周波数）に到底追いつかないため、インピーダンスが平衡になる点を探し出して整合を行うことができず、これにより不整合のリスクがあり、最終的には発振若しくは過大な反射として表れてしまう。
【００５４】
上述の通常の技術と異なり、本開示の実施例によれば、モータの駆動によるインピーダンス整合と周波数掃引によるインピーダンス整合を結合した方式を採用しており、具体的には、ＲＦ電源の作動モードに基づいて、選択的に自動整合ステップと周波数掃引整合ステップを行うことができる。これにより、インピーダンス整合の過程においてインピーダンスの変化が速すぎることにより整合が不安定になり繰り返されないという現象を有効に回避することができ、大きなプロセスウィンドウと工程の安定性を実現することができる。
【００５５】
別の技術案として、本開示はさらにインピーダンス整合方法を提供し、ＲＦ電源と、ＲＦ電源に接続された負荷との間のインピーダンス整合を行い、当該インピーダンス整合方法は、ＲＦ電源の作動モードに基づいて、選択的に自動整合ステップ若しくは周波数掃引整合ステップを行うことを含み、ここで、自動整合ステップにおいては、インピーダンス整合ネットワークを駆動して一定のインピーダンスを提供するようモータに指示し、周波数掃引整合ステップにおいては、モータに駆動を停止するよう指示するとともに、ＲＦ電源に周波数掃引操作を行うよう指示する。
【００５６】
選択可能に、上述のＲＦ電源の作動モードはパルスデュアルレベル（ｌｅｖｅｌ−ｌｅｖｅｌ）モードとし、当該パルスデュアルレベル（ｌｅｖｅｌ−ｌｅｖｅｌ）モードはＨｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階とＬｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階を含む。
Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階では、上述の自動整合ステップを行い、Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階では上述の周波数掃引整合ステップを行う。
【００５７】
本発明が提供するインピーダンス整合方法は、インピーダンス整合の過程においてインピーダンスの変化が速すぎることにより整合が不安定になり繰り返されないという現象を有効に回避することができ、大きなプロセスウィンドウと工程の安定性を実現することができる。
【００５８】
実際の応用においては、ハイレベル段階で周波数掃引整合ステップを行い、ローレベル段階で自動整合ステップを行ってもよい。
【００５９】
選択可能に、ＲＦ電源がハイレベル段階で出力する電力とローレベル段階で出力する電力は異なる。Ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ段階では、パルス信号は１０００Ｗなどの大きな電力を有することができ、Ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ段階では、パルス信号は６００Ｗ等の小さな電力（ゼロではない）を有することができる。
【００６０】
その他の技術案として、本発明はさらに、ＲＦ電源と、ＲＦ電源に接続された負荷と、ＲＦ電源と負荷の間のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合器とを含むプラズマ生成装置を提供し、当該のインピーダンス整合器は本発明が提供する上述のインピーダンス整合器を採用する。
【００６１】
本発明が提供するプラズマ生成装置は、本発明が提供する上述のインピーダンス整合器を採用することにより、大きなプロセスウィンドウと工程の安定性を実現し、それにより高精度のプラズマエッチングマシンに応用することができる。
【００６２】
本実施例において、上述のプラズマ生成装置はプラズマエッチングマシンに用いられる。具体的には、図５は、本開示の実施例に基づくプラズマエッチングマシンの簡略化した断面図を概略的に示している。図５に示すように、プラズマエッチングマシンは密閉されたキャビティ５０５を含む。真空システムがキャビティ５０５に対し真空引きの操作を行うことにより、キャビティ５０５内は一定の真空度を維持することができる。キャビティ５０５の下方には基板台５０５Ｗが設けられ、基板は基板台５０５Ｗ上に設置されエッチングを行うことができる。基板台５０５Ｗは（例えば本発明が提供する上述のインピーダンス整合器を経由して）ＲＦ電源に接続することができる。
【００６３】
キャビティ５０５の上部に、コイル５０５Ｌを巻きつけることができる。コイル５０５Ｌは例えば上述のインピーダンス整合器を経由してＲＦ電源に接続することができ（基板台５０５ＷのＲＦ電源と分離できる）、それによりＲＦ電力を受信しやすくなる。これにより、コイル５０５Ｌはキャビティ５０５内で変動電界を誘導できる。気体システムにより導入した反応気体は変動電界で励起され、電離して帯電した電子とイオンを含むプラズマを形成する。キャビティ５０５内のガスは電子の衝突を受け、イオン化するほか、エネルギーを吸収して、大量のラジカルを形成することもできる。ラジカルは基板台５０５Ｗに置かれた基板上の被エッチング物質（例えば、基板上に形成された材料層）の表面と化学反応し、揮発性の反応生成物を形成することができる。反応生成物は被エッチング物質表面から脱離し、真空システムで抽出される。このほか、基板台５０５Ｗに向かって直流バイアスを印加し、正電気を帯びた反応気体イオンを加速させて被エッチング物質表面へ衝突させる。このようなイオンの衝突は表面の化学反応及び反応生成物の脱離を大幅に速め、それによりエッチングの速度を速める。
【００６４】
ここではＩＣＰエッチングマシンを説明したが、本開示はこれに限るものではない。例えば、本開示の技術はその他のプラズマエッチングマシン、例えば誘導結合プラズマ生成装置、容量結合プラズマ生成装置、マイクロ波プラズマ生成装置若しくは電子磁気共鳴プラズマ生成装置等に応用することができる。
【００６５】
以上、本開示の実施例を説明した。ただし、これらの実施例は説明の目的のために過ぎず、本開示の範囲を制限するものではない。以上では各実施例を別々に説明したが、各実施例内の方法を有利に結合させて使用することができないということではない。本開示の範囲は添付の特許請求の範囲及びその均等物に限定される。当業者であれば本開示の範囲を逸脱せずして、多くの置き換えや変更を行うことができるが、これらの置き換えや変更は全て本開示の範囲内に含まれる。
【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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【国際調査報告】
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