(57)【要約】【課題】【解決手段】高周波（ＲＦ）整合回路制御システムが、複数の調整可能な構成要素を備えたＲＦ整合回路を備える。ＲＦ整合回路は：少なくとも２つのパルスレベルを含む入力信号をＲＦ発生器から受信し；入力信号に基づいて、出力信号を負荷に提供し；入力信号に関連するインピーダンスを負荷のインピーダンスに整合させるよう構成されている。コントローラが：入力信号の少なくとも２つのパルスレベルに対して負荷のそれぞれのインピーダンスを決定し；ＲＦ整合回路の周波数調整範囲を少なくとも２つのパルスレベルに対する負荷のそれぞれのインピーダンスと合わせることで、入力信号に関連するインピーダンスをそれぞれのインピーダンスと整合させるように、複数の調整可能な構成要素の動作パラメータを調節するよう構成されている。【選択図】図５Ａ
2020517154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波（ＲＦ）整合回路制御システムであって、
複数の調整可能な構成要素を備えたＲＦ整合回路であって、
少なくとも２つのパルスレベルを含む入力信号をＲＦ発生器から受信し、
前記入力信号に基づいて、出力信号を負荷に提供し、
前記入力信号に関連するインピーダンスを前記負荷のインピーダンスに整合させるよう構成された、ＲＦ整合回路と、
コントローラであって、
前記入力信号の前記少なくとも２つのパルスレベルに対して前記負荷のそれぞれのインピーダンスを決定し、
前記ＲＦ整合回路の周波数調整範囲を前記少なくとも２つのパルスレベルに対する前記負荷の前記それぞれのインピーダンスと合わせることで、前記入力信号に関連する前記インピーダンスを前記それぞれのインピーダンスと整合させるように、前記複数の調整可能な構成要素の動作パラメータを調節するよう構成された、コントローラと、
を備える、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記動作パラメータは、
前記ＲＦ整合回路の第１キャパシタの第１静電容量および第２キャパシタの第２静電容量の少なくとも１つに対応する第１動作パラメータと、
第３キャパシタの第３静電容量に対応する第２動作パラメータと、
を含む、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記第１キャパシタは、前記入力信号と接地との間に接続された分路キャパシタに対応する、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記第２キャパシタは、前記入力信号と前記負荷との間に接続された直列キャパシタに対応する、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項５】
請求項４に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記第３キャパシタは、（ｉ）前記負荷に接続された前記第２キャパシタの端部と（ｉｉ）接地との間に接続されている、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項６】
請求項５に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記動作パラメータは、さらに、インダクタのインダクタンス値に対応する第３動作パラメータを含む、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記インダクタは、前記第３キャパシタと並列に接続されている、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項８】
請求項５に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記第１動作パラメータの調節は、前記周波数調整範囲を並進方向にシフトさせる、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項９】
請求項５に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記第２動作パラメータの調節は、前記周波数調整範囲を回転方向にシフトさせる、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項１０】
請求項５に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記第１動作パラメータを調節するために、前記コントローラは、（ｉ）前記少なくとも２つのパルスレベルの内の第１パルスレベルに対する前記負荷の前記インピーダンスに関連する反射電力を低減するように、前記第１静電容量および前記第２静電容量のそれぞれの値を決定し、（ｉｉ）前記決定されたそれぞれの値に基づいて、前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタの少なくとも一方を調節するよう構成されている、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項１１】
請求項５に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記第２動作パラメータを調節するために、前記コントローラは、（ｉ）前記少なくとも２つのパルスレベルの内の第２パルスレベルに対する前記負荷の前記インピーダンスに関連する反射電力を低減するように、前記第３静電容量の値を決定し、（ｉｉ）前記第３静電容量の前記決定された値に基づいて、前記第３キャパシタを調節するよう構成されている、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項１２】
基板処理システムであって、
請求項１に記載のＲＦ整合回路制御システムを備える、基板処理システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のＲＦ整合回路制御システムであって、
前記負荷は、基板処理チャンバ内の電極、誘電コイル構造、および、プラズマの内の少なくとも１つに対応する、ＲＦ整合回路制御システム。
【請求項１４】
基板処理システム内でインピーダンス整合を実行するための方法であって、
複数の調整可能な構成要素を備えたＲＦ整合回路を利用する工程と、
少なくとも２つのパルスレベルを含む入力信号をＲＦ発生器から受信する工程と、
前記入力信号に基づいて、出力信号を負荷に提供する工程と、
前記入力信号に関連するインピーダンスを前記負荷のインピーダンスに整合させる工程と、
前記入力信号の前記少なくとも２つのパルスレベルに対して前記負荷のそれぞれのインピーダンスを決定する工程と、
前記ＲＦ整合回路の周波数調整範囲を前記少なくとも２つのパルスレベルに対する前記負荷の前記それぞれのインピーダンスと合わせることで、前記入力信号に関連する前記インピーダンスを前記それぞれのインピーダンスと整合させるように、前記複数の調整可能な構成要素の動作パラメータを調節する工程と、
を備える、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記動作パラメータは、
前記ＲＦ整合回路の第１キャパシタの第１静電容量および第２キャパシタの第２静電容量の少なくとも１つに対応する第１動作パラメータと、
第３キャパシタの第３静電容量に対応する第２動作パラメータと、
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記第１キャパシタは、前記入力信号と接地との間に接続された分路キャパシタに対応する、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
前記第２キャパシタは、前記入力信号と前記負荷との間に接続された直列キャパシタに対応する、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記第３キャパシタは、（ｉ）前記負荷に接続された前記第２キャパシタの端部と（ｉｉ）接地との間に接続されている、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
さらに、インダクタを前記第３キャパシタと並列に接続する工程を備える、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、
前記第１動作パラメータを調節する工程は、前記周波数調整範囲を並進方向にシフトさせ、
前記第２動作パラメータを調節する工程は、前記周波数調整範囲を回転方向にシフトさせる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、２０１８年４月２日出願の米国特許出願第１５／９４２，６２９号の優先権を主張し、また、２０１７年４月７日出願の米国仮出願第６２／４８２，８５９号の利益を主張する。上記の出願の開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、基板処理システムにおけるパルスプラズマ動作に関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。
【０００４】
半導体ウエハなどの基板のエッチング、蒸着、および／または、その他の処理を実行するために、基板処理システムが利用されうる。基板に実行されうる処理の例は、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理、化学強化プラズマ蒸着（ＣＥＰＶＤ）処理、イオン注入処理、ならびに／もしくは、その他のエッチング、蒸着、および、洗浄処理を含むが、これらに限定されない。基板は、基板処理システムの処理チャンバ内の基板支持体（ペデスタル、静電チャック（ＥＳＣ）など）上に配置されうる。例えば、ＰＥＣＶＤ処理のエッチング中、１または複数の前駆体を含むガス混合物が、処理チャンバに導入され、プラズマが、基板をエッチングするために点火される。
【発明の概要】
【０００５】
高周波（ＲＦ）整合回路制御システムが、複数の調整可能な構成要素を備えたＲＦ整合回路を備える。ＲＦ整合回路は：少なくとも２つのパルスレベルを含む入力信号をＲＦ発生器から受信し；入力信号に基づいて、出力信号を負荷に提供し；入力信号に関連するインピーダンスを負荷のインピーダンスに整合させるよう構成されている。コントローラが：入力信号の少なくとも２つのパルスレベルに対して負荷のそれぞれのインピーダンスを決定し；ＲＦ整合回路の周波数調整範囲を少なくとも２つのパルスレベルに対する負荷のそれぞれのインピーダンスと合わせることで、入力信号に関連するインピーダンスをそれぞれのインピーダンスと整合させるように、複数の調整可能な構成要素の動作パラメータを調節するよう構成されている。
【０００６】
別の特徴において、動作パラメータは、ＲＦ整合回路の第１キャパシタの第１静電容量および第２キャパシタの第２静電容量の少なくとも１つに対応する第１動作パラメータと、第３キャパシタの第３静電容量に対応する第２動作パラメータと、を含む。第１キャパシタは、入力信号と接地との間に接続された分路キャパシタに対応する。第２キャパシタは、入力信号と負荷との間に接続された直列キャパシタに対応する。第３キャパシタは、（ｉ）負荷に接続された第２キャパシタの端部と（ｉｉ）接地との間に接続されている。動作パラメータは、さらに、インダクタのインダクタンス値に対応する第３動作パラメータを含む。インダクタは、第３キャパシタと並列に接続されている。
【０００７】
別の特徴において、第１動作パラメータの調節は、調整可能周波数範囲を並進方向にシフトさせる。第２動作パラメータの調節は、調整可能周波数範囲を回転方向にシフトさせる。第１動作パラメータを調節するために、コントローラは：少なくとも２つのパルスレベルの内の第１パルスレベルに対する負荷のインピーダンスに関連する反射電力を低減するように、第１静電容量および第２静電容量のそれぞれの値を決定し；決定されたそれぞれの値に基づいて、第１キャパシタおよび第２キャパシタの少なくとも一方を調節するよう構成されている。第２動作パラメータを調節するために、コントローラは：少なくとも２つのパルスレベルの内の第２パルスレベルに対する負荷のインピーダンスに関連する反射電力を低減するように、第３静電容量の値を決定し；第３静電容量の決定された値に基づいて、第３キャパシタを調節するよう構成されている。
【０００８】
別の特徴において、基板処理システムが、上記ＲＦ整合回路を備える。負荷は、基板処理チャンバ内の電極、誘電コイル構造、および、プラズマの内の少なくとも１つに対応する。
【０００９】
基板処理システム内でインピーダンス整合を実行するための方法が：複数の調整可能な構成要素を備えたＲＦ整合回路を利用する工程と；少なくとも２つのパルスレベルを含む入力信号をＲＦ発生器から受信する工程と；入力信号に基づいて、出力信号を負荷に提供する工程と；入力信号に関連するインピーダンスを負荷のインピーダンスに整合させる工程と、を備える。方法は、さらに：入力信号の少なくとも２つのパルスレベルに対して負荷のそれぞれのインピーダンスを決定する工程と；ＲＦ整合回路の周波数調整範囲を少なくとも２つのパルスレベルに対する負荷のそれぞれのインピーダンスと合わせることで、入力信号に関連するインピーダンスをそれぞれのインピーダンスと整合させるように、複数の調整可能な構成要素の動作パラメータを調節する工程と、を備える。
【００１０】
別の特徴において、動作パラメータは、ＲＦ整合回路の第１キャパシタの第１静電容量および第２キャパシタの第２静電容量の少なくとも１つに対応する第１動作パラメータと、第３キャパシタの第３静電容量に対応する第２動作パラメータと、を含む。第１キャパシタは、入力信号と接地との間に接続された分路キャパシタに対応する。第２キャパシタは、入力信号と負荷との間に接続された直列キャパシタに対応する。第３キャパシタは、負荷に接続された第２キャパシタの端部と接地との間に接続されている。インダクタが、第３キャパシタと並列に接続されている。第１動作パラメータを調節する工程は、調整可能周波数範囲を並進方向にシフトさせる。第２動作パラメータを調節する工程は、調整可能周波数範囲を回転方向にシフトさせる。
【００１１】
詳細な説明、特許請求の範囲、および、図面から、本開示を適用可能なさらなる領域が明らかになる。詳細な説明および具体的な例は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本開示は、詳細な説明および以下に説明する添付図面から、より十分に理解できる。
【００１３】
【図１】本開示の原理に従って、温度コントローラを備えた基板処理システムの一例を示す機能ブロック図。
【００１４】
【図２】本開示の原理に従って、温度コントローラを備えた別の基板処理システムの一例を示す機能ブロック図。
【００１５】
【図３Ａ】整合回路の一例を示す図。
【００１６】
【図３Ｂ】異なるパルスレベルに対する図３Ａの整合回路の調整範囲の例を示す図。
【００１７】
【図３Ｃ】異なるインピーダンスに対する図３Ａの整合回路の周波数調整範囲の例を示す図。
【００１８】
【図３Ｄ】図３Ａの整合回路の異なる静電容量に対する周波数調整範囲の例を示す図。
【００１９】
【図４Ａ】本開示の原理に従って、第１整合回路例を示す図。
【００２０】
【図４Ｂ】本開示の原理に従って、第２整合回路例を示す図。
【００２１】
【図４Ｃ】異なるパルスレベルに対する図４Ａおよび図４Ｂの整合回路の調整範囲の例を示す図。
【００２２】
【図４Ｄ】本開示の原理に従って、図４Ａおよび図４Ｂの整合回路の異なる静電容量に対する周波数調整範囲の例を示す図。
【００２３】
【図５Ａ】本開示の原理に従って、整合回路制御システムの一例を示す図。
【００２４】
【図５Ｂ】本開示の原理に従って、高パルスレベルおよび低パルスレベルに対する反射電力を示す図。
【００２５】
【図６】本開示の原理に従って、整合回路を制御するための方法の一例を示す図。
【００２６】
図面において、同様および／または同一の要素を特定するために、同じ符号を用いる場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
基板処理システムは、高周波（ＲＦ）電源のインピーダンスを、例えば、（容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システム内の）電極、（誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システム内の）誘導コイル構造などに整合させるための整合回路または回路網を備えうる。例えば、整合回路は、バイアス整合回路、ＲＦ発生器整合回路網などに対応しうる。整合回路は、ＲＦ電源によって提供される特定の電力レベルに関連する電力反射を最小化するように調整されうる。一部の基板処理システムは、デュアルレベル（および／またはその他の混合モード）のプラズマパルス化を実施する。デュアルレベルパルス化では、ＲＦ電源の出力が、２つのパルスレベル（例えば、高パルスレベルおよび低パルスレベル）の間で行き来する。したがって、整合回路は、２つのレベルの内の一方のみに対して調整されうる。一部の例において、整合回路は、電力レベルに従って整合回路を再調整するための可変キャパシタを備えうる。しかしながら、キャパシタを調節するためのメカニズムは、通例、デュアルレベルパルス化におけるＲＦパルスの持続期間よりも遅い。他の例では、整合回路が特定のパルスレベルに対して調整されない時に、ＲＦ電源の周波数が、電力反射を最小化するように調節され、これは、周波数調整と呼ばれうる。しかしながら、周波数調整は、特定のパルスレベルに対して電力反射を十分に最小化しない場合がある。
【００２８】
したがって、現在の技術は、デュアルレベルパルス化動作における両方のパルスレベルに対して電力反射を排除することがない（したがって、完全な電力供給を保証しない）。本開示の原理に従ったデュアルレベルパルス化システムのための整合回路は、両方のパルスレベルで反射電力を実質的に低減または排除するために、調整可能な補助回路を実装する。デュアルレベルパルス化に関して記載されているが、本開示の原理は、単一レベルおよび／またはマルチレベル（すなわち、３以上のパルスレベル）のパルス化システムで実施されてもよい。
【００２９】
ここで、図１を参照すると、基板処理システム１０の一例が示されている。基板処理システム１０は、ＲＦ発生システム１１ａ、１１ｂを備える。一部の例において、ＲＦ発生器発生システム１１ａは、変圧器結合容量性調整（ＴＣＣＴ）回路１３に接続されたＲＦ源１２（例えば、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）ＲＦ発生器）を備えており、ＴＣＣＴ回路１３は、誘導コイル構造１６に電流を出力する。
【００３０】
ＴＣＣＴ回路１３は、通例、整合回路網１４および電力分割器１５を備える。整合回路網１４は、伝送ラインによってＲＦ源１２へ接続されてよい。整合回路網１４は、ＲＦ源１２のインピーダンスを、電力分割器１５および誘導コイル構造１６を含む回路１３の残り部分に整合させる。一部の例において、誘導コイル構造１６は、単一の誘導コイル、一対の誘導コイル、もしくは、内側誘導コイル対および外側誘導コイル対、を備えてよい。電力分割器１５は、誘導コイル構造１６のコイルに供給される誘導電流の相対量を制御するために用いられてよい。平型コイルが図示されているが、その他のタイプのコイルが用いられてもよい。
【００３１】
ガスプレナム２０が、誘導コイル構造１６と誘電体窓２４との間に配置されてよい。誘電体窓２４は、処理チャンバ２８の片側に沿って配置される。処理チャンバ２８は、さらに、基板３４を支える基板支持体３２を備える。基板支持体３２は、静電チャック、機械式チャック、または、その他のタイプのチャックを含みうる。プラズマ４０が、処理チャンバ２８の内部で生成される。プラズマ４０は、膜の蒸着または基板３４のエッチングに用いられてよい。
【００３２】
ＲＦ発生システム１１ｂは、１または複数のバイアスＲＦ源５０、５１と、バイアス整合回路５２と、を備えてよい。ＲＦ源５０は、動作中に基板支持体３２をバイアスするために、バイアスＲＦ電圧を提供する。バイアス整合回路５２は、ＲＦ源５０、５１のインピーダンスを基板支持体３２に整合させる。
【００３３】
ＲＦ発生システム１１ａ、１１ｂは、集合的に１つのＲＦ発生システム１１と見なされてもよく、システムコントローラ５４によって制御される。バイアス整合回路５２および整合回路網１４の内の１以上が、後に詳述するように、本開示に原理に従って、デュアルレベル（および／またはその他の混合モード）のパルス化システムおよび方法のための補助整合回路を実装してよい。
【００３４】
ガス供給システム５６が、誘電体窓２４に隣接するチャンバ２８にガス混合物を供給するために用いられてよい。ガス供給システム５６は、処理ガス源５７と、計量システム５８（バルブおよびマスフローコントローラなど）と、処理ガスを混合するためのマニホルド５９と、を備えてよい。
【００３５】
ガス供給システム６０が、バルブ６１を介してガス６２をガスプレナム２０へ供給するために用いられてよい。ガスは、誘導コイル構造１６および誘電体窓２４を冷却するために用いられる冷却ガスを含みうる。ヒータ６４が、所定の温度まで基板支持体３２を加熱するために用いられてよい。排気システム６５が、バルブ６６およびポンプ６７を備え、パージまたは排出によって処理チャンバ２８から反応物質を除去する。
【００３６】
システムコントローラ５４は、エッチング処理を制御するために用いられてよい。システムコントローラ５４は、処理パラメータ、例えば、温度、圧力などを監視し、ガス混合物の供給、プラズマの点火、維持、および、消火、反応物質の除去、冷却ガスの供給などを制御する。温度コントローラ５５が、基板支持体３２の温度を制御する。
【００３７】
システムコントローラ５４は、センサ７４から入力信号を受信し、入力信号に基づいて、ＲＦ源１２、５０、５１、バイアス整合回路５２、および、ヒータ／クーラ６４、ならびに／もしくは、基板処理システム１０の構成要素の動作を制御してよい。センサ７４は、ＲＦ発生システム１１ａ、１１ｂ内、チャンバ２８内、基板支持体３２内、または、基板処理システム１０内の他の場所に配置されてよい。センサ７４は、例えば、供給されたＲＦ電圧、温度、ガスおよび／または冷却材の流量、ならびに、ガスおよび／または冷却材の圧力を検出する。
【００３８】
ここで、図２を参照すると、ＲＦプラズマを用いてエッチングを実行するための基板処理システムの一例１００が示されている。基板処理システム１００は、処理チャンバ１０２を備える。処理チャンバ１０２は、処理チャンバ１０２の他の構成要素を収容し、ＲＦプラズマを閉じ込める。処理チャンバ１０２は、上側電極１０４と、基板支持体１０６（例えば、ＥＳＣ）と、を備える。動作中、基板１０８が、基板支持体１０６上に配置される。
【００３９】
単に例として、上側電極１０４は、ガスを導入して分散させるシャワーヘッド１０９を備えてよい。シャワーヘッド１０９は、処理チャンバ１０２の上面に接続された一端を備えるステム部分１１１を備えてよい。シャワーヘッド１０９は、略円筒形であり、処理チャンバ１０２の上面から離れた位置でステム部分１１１の反対側の端部から半径方向外向きに広がる。基板対向面またはシャワーヘッド１０９は、処理ガスまたはパージガスが流れる穴を備える。あるいは、上側電極１０４は、導電性のプレートを備えてもよく、ガスは、別の方法で導入されてもよい。
【００４０】
基板支持体１０６は、下側電極として機能する導電性のベースプレート１１０を備える。ベースプレート１１０は、加熱プレート１１２を支持しており、加熱プレート１１２は、少なくとも部分的にセラミック材料で形成されてよい。熱抵抗層１１４が、加熱プレート１１２とベースプレート１１０との間に配置されてよい。ベースプレート１１０は、ベースプレート１１０に冷却材を流すための１または複数の冷却材流路１１６を備えてよい。
【００４１】
ＲＦ発生システム１２０が、ＲＦ電圧を生成して、上側電極１０４および下側電極（例えば、基板支持体１０６のベースプレート１１０）の一方に出力する。上側電極１０４およびベースプレート１１０のもう一方は、ＤＣ接地、ＡＣ接地されるか、または、浮遊電位にあってよい。単に例として、ＲＦ発生システム１２０は、ＲＦ電圧を発生させる１または複数のＲＦ発生器１２２（例えば、容量結合プラズマＲＦ電力発生器、バイアスＲＦ電力発生器、および／または、その他のＲＦ電力発生器）を備えてよく、ＲＦ電圧は、１または複数の整合／配電回路網１２４によって上側電極１０４および／またはベースプレート１１０に供給される。一例として、プラズマＲＦ発生器１２３、バイアスＲＦ発生器１２５、プラズマＲＦ整合回路網１２７、および、バイアスＲＦ整合回路網１２９が示されている。バイアスＲＦ整合回路網１２９およびプラズマＲＦ整合回路網１２７の内の１以上が、後に詳述するように、本開示に原理に従って、デュアルレベル（および／またはその他の混合モード）のパルス化システムおよび方法のための補助整合回路を実装してよい。
【００４２】
ガス供給システム１３０は、１または複数のガス源１３２−１、１３２−２、・・・、および、１３２−Ｎ（集合的に、ガス源１３２）を備えており、ここで、Ｎはゼロより大きい整数である。ガス源１３２は、１または複数の前駆体およびそれらの混合物を供給する。ガス源１３２は、パージガスを供給してもよい。気化した前駆体が用いられてもよい。ガス源１３２は、バルブ１３４−１、１３４−２、・・・、および、１３４−Ｎ（集合的に、バルブ１３４）ならびにマスフローコントローラ１３６−１、１３６−２、・・・、および、１３６−Ｎ（集合的に、マスフローコントローラ１３６）によってマニホルド１４０に接続されている。マニホルド１４０の出力は、処理チャンバ１０２に供給される。単に例として、マニホルド１４０の出力は、シャワーヘッド１０９に供給される。
【００４３】
温度コントローラ１４２が、加熱プレート１１２に配置された熱制御素子（ＴＣＥ：ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）１４４に接続されてよい。システムコントローラ１６０とは別個に図示されているが、温度コントローラ１４２は、システムコントローラ１６０の一部として実装されてもよい。温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６および基板支持体１０６上の基板（例えば、基板１０８）の温度を制御するために、ＴＣＥ１４４の動作ひいては温度を制御してよい。温度コントローラ１４２は、流路１１６を通る冷却剤の流れ（圧力および流量）を制御するための冷却材アセンブリ１４６と連通してよい。例えば、冷却材アセンブリ１４６は、冷却材ポンプおよびリザーバを備えてよい。温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６および加熱プレート１１２を冷却するために流路１１６を通して冷却材を選択的に流すように、冷却材アセンブリ１４６を作動させる。温度コントローラ１４２は、冷却材が流れる速度と、冷却材の温度とを制御してよい。温度コントローラ１４２は、後に詳述する検出パラメータに基づいて、ＴＣＥ１４４に供給される電流と、流路１１６に供給される冷却材の圧力および流量とを制御する。
【００４４】
バルブ１５６およびポンプ１５８が、処理チャンバ１０２から反応物質を排出するために用いられてよい。システムコントローラ１６０は、供給されるＲＦ電力レベル、供給されるガスの圧力および流量、ＲＦ整合などを制御することを含め、基板処理システム１００の構成要素を制御してよい。システムコントローラ１６０は、バルブ１５６およびポンプ１５８の状態を制御する。ロボット１７０が、基板支持体１０６上へ基板を供給すると共に、基板支持体１０６から基板を除去するために用いられてよい。例えば、ロボット１７０は、基板支持体１０６およびロードロック１７２の間で基板を搬送してよい。ロボット１７０は、システムコントローラ１６０によって制御されてよい。システムコントローラ１６０は、ロードロック１７２の動作を制御してよい。
【００４５】
ここで、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄを参照して、１つのパルスレベルに調整された（例えば、バイアス整合回路５２、ＲＦバイアス整合回路網１２９などに対応する）整合回路の例２００について説明する。整合回路２００は、キャパシタＣ１およびＣ３を備えており、それらのキャパシタは、それぞれ、分路キャパシタおよび直列キャパシタと呼ばれうる。整合回路２００は、ＲＦ電力発生器と電極との間に接続され、電極に提供されるＲＦ電力に対してインピーダンス整合を提供するように調整される。例えば、キャパシタＣ１およびＣ３は、基板処理システムの関連構成要素（例えば、コイル、プラズマなど）のインピーダンスを整合するために調節される可変キャパシタである。
【００４６】
（ＲＦ源（ＲＦ源１２、５０、５１など）の周波数に対して電力反射を示す）図３Ｂに示すように、整合回路２００は、第１パルスレベル２０４に関連するインピーダンスを整合させるよう調整されてよい。したがって、周波数調整と併用すれば、電力反射は、第１パルスレベル２０４で排除されうる（例えば、０％まで低減されうる）。換言すると、キャパシタＣ１および／またはＣ３の静電容量が、周波数の調節（「周波数調整される」）に加えて、調節（「整合調整される」）されてよい。周波数調整は、発生器帯域幅（すなわち、ＲＦ電力発生器の周波数帯域幅）によって制約されうる。逆に、整合回路２００は、第２パルスレベル２０８に関連するインピーダンスを整合させるためには調整されない（すなわち、静電容量Ｃ１およびＣ３は、第２パルスレベル２０８に整合調整されない）ので、周波数調整を行っても、第２パルスレベル２０８では、０％の電力反射には到達しえない。
【００４７】
図３Ｃに示すように、第１パルスレベル（Ｓ１）に関連する負荷（例えば、Ｚｌｏａｄ）のインピーダンスが２１２で示されている。例えば、負荷インピーダンスは、５０オームである。逆に、第２パルスレベル（Ｓ２）に関連するインピーダンスが２１６で示されている。インピーダンス２１２および２１６は、負荷インピーダンスＺｌｏａｄの複素表現に関連して示されている（例えば、ここで、Ｚｌｏａｄ  ＝  Ｒｌｏａｄ  ＋  ｊ  ×  Ｘｌｏａｄであり、Ｒｌｏａｄは負荷抵抗に対応し、Ｘｌｏａｄは負荷リアクタンスに対応し、ｊ２＝−１である）。様々な負荷の値に対する整合回路２００の（例えば、周波数調整についての）調整可能インピーダンス範囲が、２２０で示されている。したがって、整合回路２００は、インピーダンス２１２が調整可能インピーダンス範囲２２０と合うように、調整される（例えば、キャパシタＣ１およびＣ３の値が調節される）。このように、周波数調整と併用すれば、第１パルスレベルＳ１に対する電力反射を排除することができる。しかしながら、第２パルスレベルＳ２については、周波数調整が到達できるのは、よくても２２４で示されるインピーダンスであり、それは、インピーダンス２１６と等価ではない。例えば、図に示すように、周波数は、１２．８０ＭＨｚ（２２８）〜１４．２０ＭＨｚ（２３２）の間で変更されうる。第１パルスレベルについて調整される周波数は、１３．８０ＭＨｚに対応しうる。逆に、２２４での周波数は、１３．１５ＭＨｚに対応しうる。
【００４８】
図３Ｄに示すように、整合回路２００の調整可能インピーダンス範囲の例２３６が示されている。キャパシタＣ１およびＣ３を変化させることで、調整可能インピーダンス範囲を調節できる。例えば、Ｃ１の静電容量を増大させることは、調整可能インピーダンス範囲を２３６から２４０へシフトさせうる。逆に、Ｃ３の静電容量を増大させることは、調整可能インピーダンス範囲を２３６から２４４へシフトさせうる。したがって、キャパシタＣ１およびＣ３を変化させることで、略並進に調整可能インピーダンス範囲２３６をシフトさせることができる。しかしながら、第１パルスレベルおよび第２パルスレベルに関連するインピーダンスが、周波数調整可能インピーダンス範囲の内の同じ範囲と整合しない場合、電力反射が両方のパルスレベルで排除されえない。
【００４９】
ここで、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および、図４Ｄを参照して、本開示の原理に従って両方のパルスレベルに対して調整される整合回路の一例３００について説明する。整合回路３００は、キャパシタＣ１およびＣ３を備える。整合回路３００は、ＲＦ電力発生器と、例えば（ＣＣＰシステム内の）電極、（ＩＣＰシステム内の）誘導コイル構造などとの間に接続され、電極またはＩＣＰコイルに提供されるＲＦ電力に対してインピーダンス整合を提供するように調整される。整合回路３００は、さらに、整合回路３００の出力に接続された補助整合回路３０４を備える。一例において、補助整合回路３０４は、図４Ａに示すように、並列に接続されたキャパシタＣ４およびインダクタＬ１（例えば、ＬＣ回路）を備える。別の例において、補助整合回路３０４は、図４Ｂに示すように、キャパシタＣ４を備える。
【００５０】
図４Ｃに示すように、整合回路３００は、第１パルスレベル３０８および第２パルスレベル３１２の各々に関連するインピーダンスを整合させるように調整されてよい。したがって、周波数調整と併用すれば、電力反射は、キャパシタＣ４の静電容量および／またはインダクタＬ１のインダクタンスをさらに調節することによって、第１パルスレベル３０８で排除され、第２パルスレベル３１２で排除されうる。
【００５１】
図４Ｄに示すように、整合回路３００の調整可能インピーダンス範囲３１６の例が示されている。キャパシタＣ１およびＣ３を変化させることで、図３Ｄに関して記載したように、略並進に調整可能インピーダンス範囲３１６をシフトさせることができる。ただし、キャパシタＣ４を変化させることで、回転させるように調整可能インピーダンス範囲３１６をさらに調節できる。例えば、キャパシタＣ４を増大させることは、調整可能インピーダンス範囲を３１６から３２０へ回転させうる。換言すると、キャパシタＣ４を変化させて、調整可能インピーダンス範囲３１６の傾きを調節することで、第１パルスレベル３０８および第２パルスレベル３１２の両方に対して、周波数調整と併せて整合回路３００を調整させることを可能にする。このように、両方のパルスレベルに対して電力反射を排除および／または実質的に減少させることができる。例えば、ＲＦ電力が第１パルスレベルにパルスされた時、ＲＦ周波数は、整合回路３００のインピーダンスを第１パルスレベルに関連するインピーダンスに整合させるように、第１周波数に調節されてよい。逆に、ＲＦ電力が第２パルスレベルにパルスされた時、ＲＦ周波数は、整合回路３００のインピーダンスを第２パルスレベルに関連するインピーダンスに整合させるように、第２周波数に調節されてよい。
【００５２】
一部の例において、キャパシタＣ４は、選択されたレシピまたは処理に基づいて、（例えば、システムコントローラ５４、１６０を用いて）自動的に調節されてよい。別の例において、キャパシタＣ４は、（例えば、ユーザによって）手動で調節されてもよい。キャパシタＣ４の値の範囲は、特定の基板処理チャンバ特性に従って決定されてよい。
【００５３】
ここで、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、ＲＦ整合回路制御システムの一例５００は、ＲＦ電源（例えば、ＲＦ発生器５０８）と、例えば、５１２で概略的に示した電極（例えば、シャワーヘッドまたはＥＳＣ）、誘導コイル構造、プラズマなどとの間でインピーダンスＺｌｏａｄを整合させるよう構成されたＲＦ整合回路網５０４を備える。ＲＦ整合回路網５０４は、コントローラ５１６を備える、および／または、コントローラ５１６に応答する。単に例として、ＲＦ整合回路網５０４は、整合回路網１４、１２７、１２９などに対応してよく、コントローラ５１６は、システムコントローラ５４、１６０などに対応してよい。コントローラ５１６は、図２〜図４で上述したように電力反射を最小化するために、整合回路構成要素５２０（例えば、キャパシタＣ１、Ｃ３、Ｃ４など）を調節するよう構成され、整合回路構成要素は、整合回路３００に対応してよい。
【００５４】
例えば、コントローラ５１６は、負荷センサ５２４からＺｌｏａｄの測定値に対応する検知された値を受信する。コントローラ５１６が、ＲＦ発生器５０８によって提供された２以上のパルスレベル（現在の例では、高パルスレベルおよび低パルスレベルなどの２つのパルスレベルとして記載されている）の間で遷移するので、ＲＦ発生器５０８は、２つのパルスレベルにそれぞれ対応する２つの周波数（例えば、ｆｒｅｑ１およびｆｒｅｑ２）の間で調節を行う。コントローラ５１６は、さらに、後に詳述するように、選択された周波数およびＺｌｏａｄに基づいて、キャパシタＣ１、Ｃ３、および／または、Ｃ４の静電容量値、ならびに／もしくは、インダクタＬ１の値のインダクタンスを調節する。
【００５５】
図５Ｂの５２８に示すように、コントローラ５１６は、（第１高パルス周期における）高パルスレベルと（第２低パルス周期における）低パルスレベルとの間で、ＲＦ発生器５０８を交互に遷移させるよう構成される。５３２に示すように、ＲＦ発生器５０８は、第１および第２周波数の間で交互に遷移するよう構成される。例えば、高パルス周期中に、ＲＦ発生器５０８は、ＲＦ整合回路網５０４のインピーダンスを高パルスレベルに関連するインピーダンスに整合させるように、第１周波数（ｆｒｅｑ１）に適合する。第１周波数は、固定（例えば、一定）の周波数であってよい。
【００５６】
一部の例において、コントローラ５１６は、さらに、高パルス周期中にキャパシタＣ１およびＣ３の静電容量値を調節する。例えば、コントローラ５１６は、測定されたＺｌｏａｄを第１周波数ならびにキャパシタＣ１およびＣ３の値に相関させるデータ（例えば、モデル、式、ルックアップテーブルなど）を格納してよい。
【００５７】
逆に、低パルス周期中に、ＲＦ発生器５０８は、ＲＦ整合回路網５０４のインピーダンスを低パルスレベルに関連するインピーダンスに整合させるように、周波数を第２周波数（ｆｒｅｑ２）に調節する。第２周波数は、低パルス周期中に変更されてよい。例えば、ＲＦ発生器５０８は、５３６で示すように、第１周波数から第２周波数へ周波数を徐々に遷移させてよい。コントローラ５１６は、さらに、低パルス周期中にキャパシタＣ１、Ｃ３、および、Ｃ４の静電容量値、ならびに／もしくは、インダクタＬ１のインダクタンス値を調節する。
【００５８】
５４０に示すように、周波数およびキャパシタＣ１、Ｃ３、および、Ｃ４（ならびに、一部の例において、インダクタＬ１）を調節することによって、反射電力が、高パルス周期５４４において排除されると共に、低パルス周期５４８において実質的に低減されうる。例えば、測定されたＺｌｏａｄとＲＦ発生器５０８の周波数とに従って、図４Ａおよび図４Ｂに示したように配置されたキャパシタＣ４および／またはインダクタＬ１をさらに調節することで、５５２に示すように、低パルス周期５４８において反射電力を１０％未満に低減できる。逆に、ＲＦ整合回路網５０４が、図４Ａおよび図４Ｂに示したように配置されたキャパシタＣ４を備えない場合、低パルス周期５４８における反射電力は著しく大きくなりうる（例えば、５５６に示すように、５０％）。
【００５９】
図６は、本開示の原理に従って、整合回路を制御するための方法６００の一例（例えば、ＲＦ整合回路制御システム５００、コントローラ５１６などによって実施される）を示す。方法６００は、工程６０４で開始する。工程６０８で、方法６００は、ＲＦ発生器５０８が高バイアス電力状態にあるか否か（すなわち、ＲＦ発生器５０８が高パルスレベルの電力を供給しているか否か）を判定する。高バイアス電力状態にある場合、方法６００は、工程６１２に進む。高バイアス電力状態にない場合、方法６００は、工程６１６に進む。
【００６０】
工程６１２で、方法６００は、ＲＦ発生器５０８の周波数を第１周波数（例えば、ｆｒｅｑ１）に設定する。工程６２０で、方法６００は、インピーダンスＺｌｏａｄ（例えば、ＲＦ整合回路網５０４の出力でのインピーダンス）を測定する。工程６２４で、方法６００は、反射電力を低減するように、第１周波数および測定されたＺｌｏａｄに従ってＣ１およびＣ３の値を決定する。工程６２８で、方法６００は、Ｃ１およびＣ３の値を調節する。例えば、方法６００は、それぞれの静電容量値の調節に関連する利得係数（例えば、コントローラ５１６によって格納される）に従って、キャパシタＣ１およびＣ３を調節してよい。
【００６１】
工程６１６で、方法６００は、ＲＦ発生器５０８が低バイアス電力状態にあるか否か（すなわち、ＲＦ発生器５０８が低パルスレベルの電力を供給しているか否か）を判定する。低バイアス電力状態にある場合、方法６００は、工程６３２に進む。低バイアス電力状態にない場合、方法６００は、工程６０８に進む。工程６３２で、方法６００は、インピーダンスＺｌｏａｄを測定する。工程６３６で、方法６００は、反射電力を低減するように、測定されたＺｌｏａｄに従って、Ｃ１、Ｃ３、および、Ｃ４（および、一部の例においてはＬ１）ならびに第２周波数ｆｒｅｑ２の値を決定する。工程６４０で、方法６００は、Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４、Ｌ１、および／または、ｆｒｅｑ２を調節する。一部の例において、方法６００は、低パルス周期中に、Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４、Ｌ１、および／または、ｆｒｅｑ２の値を、決定された値に向かって徐々に調節してよい。
【００６２】
上述の記載は、本質的に例示に過ぎず、本開示、応用例、または、利用法を限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施されうる。したがって、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を研究すれば他の変形例が明らかになるため、本開示の真の範囲は、それらの例には限定されない。方法に含まれる１または複数の工程が、本開示の原理を改変することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、特定の特徴を有するものとして記載されているが、本開示の任意の実施形態に関して記載された特徴の内の任意の１または複数の特徴を、他の実施形態のいずれかに実装することができる、および／または、組み合わせが明確に記載されていないとしても、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることができる。換言すると、上述の実施形態は互いに排他的ではなく、１または複数の実施形態を互いに置き換えることは本開示の範囲内にある。
【００６３】
要素の間（例えば、モジュールの間、回路要素の間、半導体層の間）の空間的関係および機能的関係性が、「接続される」、「係合される」、「結合される」、「隣接する」、「近接する」、「の上部に」、「上方に」、「下方に」、および、「配置される」など、様々な用語を用いて記載されている。第１および第２要素の間の関係性を本開示で記載する時に、「直接」であると明確に記載されていない限り、その関係性は、他に介在する要素が第１および第２の要素の間に存在しない直接的な関係性でありうるが、１または複数の介在する要素が第１および第２の要素の間に（空間的または機能的に）存在する間接的な関係性でもありうる。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、および、Ｃの少なくとも１つ」という意味であると解釈されるべきではない。
【００６４】
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【００６５】
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【００６６】
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。一部の例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【００６７】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【００６８】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【図１】
2020517154.tif 000003
【図２】
2020517154.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2020517154.tif 000006
【図３Ｃ】
2020517154.tif 000007
【図３Ｄ】
2020517154.tif 000008
【図４Ａ】
2020517154.tif 000009
【図４Ｂ】
2020517154.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
2020517154.tif 000013
【図５Ｂ】
2020517154.tif 000014
【図６】
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【国際調査報告】
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