JP2003529216A

JP2003529216A - 複合セグメント電極に供給される電力を制御するための方法並びに装置

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Publication number: JP2003529216A
Application number: JP2001571445A
Authority: JP
Inventors: パーソンズ、リチャード
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2003-09-30
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: TW495793B; US6884635B2; US20030052085A1; JP4718093B2; WO2001073814A3; AU2001245938A1; WO2001073814A2

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】プラズマ負荷インピーダンス（Ｚ_Ｒ）を有するプラズマを維持可能なプラズマ反応システム（１０）の、複数の電極セグメント（６２ａ，６２ｂ……６２ｎ）を有する電極（６０）のためのＲＦ電力供給システム（２００）である。このシステムは、マスターオシレータ（２１０）と、各々が前記マスターオシレータと、電極セグメントの各々とに電気的に接続された複数のＲＦ電力供給サブシテスム（２２０ａ，２２０ｂ，……２２０ｎ）とを有する。各ＲＦ電力供給サブシステムは、位相シフター（２２４）と、増幅器／電力供給源（２３０）と、サーキュレータ（２３６）と、双方向性カップラー（２４２）と、整合ネットワーク（ＭＮ／Ｌ）とを有する。このシステムは、各ＲＦ電力供給サブシステムに電気的に接続された制御システム（１８４）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、プラズマ反応システムに関し、特に、２０００年３月２８日に出願
された米国出願Ｎｏ．６０／１９２，５０８に関する。

【０００２】本発明は、プラズマ反応システム、特に、制御される方法で分割電極に無線周
波数（ＲＦ）電力を供給する、プラズマ反応システムのためのＲＦ電力供給シス
テムに関する。

【０００３】

【従来の技術】

イオン化されるガスもしくは“プラズマ”が、半導体装置、フラットパネルデ
ィスプレイ、並びに材料のエッチングもしくは堆積を必要とする他の製品の処理
並びに製造で使用され得る。プラズマは、半導体集積回路のウエハからの材料の
エッチングもしくは除去、または、半導体、導体、もしくは絶縁体表面上での材
料のスパッタリングもしくは堆積のために使用され得る。製造もしくは形成プロ
セスでの使用のためのプラズマの形成は、代表的には、集積回路（ＩＣ）ウエハ
のようなワークピースを収容しているチャンバ内に低圧の処理ガスを導入させる
ことにより、なされる。チャンバ内でこの低圧のガスの分子は、チャンバ内に入
った後に無線周波数エネルギー（電力）源により、イオン化されてプラズマとな
り、このプラズマは、ワークピース上を流れる。前記チャンバは、プラズマのた
めに必要な低圧を維持すると共に、１もしくは複数の無線周波数エネルギー源の
装着のための構造体として機能するように使用される。

【０００４】プラズマは、個々の電子とガス分子との衝突による運動エネルギーの転送によ
り、個々のガス分子をイオン化する電子流を生じさせることにより低圧処理ガス
から発生され得る。代表的には、電子は、無線周波数（ＲＦ）エネルギーにより
発生されるような電界により加速される。このＲＦエネルギーは、低周波（５５
０ＫＨｚ未満）、高周波（１３．５６ＭＨｚ）もしくはマイクロ波周波数（２．
４５ＧＨｚ）で良い。

【０００５】半導体プロセスにおける２つの主な形式のエッチングは、プラズマエッチング
と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とである。プラズマエッチングシステムは
、無線周波数エネルギー源と１対の電極とを有する。プラズマは、これら電極間
で発生され、また、処理されるワークピース（即ち、基板もしくはウエハ）は一
方の電極と平行に配置される。プラズマ中の化学種が、使用されるソースガスと
行われる所望のプロセスとにより決定される。

【０００６】従来のプラズマ反応システムを煩わせていた問題は、均一なエッチング並びに
堆積を得るためのプラズマの制御に対してである。プラズマ反応炉において、エ
ッチングもしくは堆積の均一性の程度は、全体のシステムのデザイン、特に、反
応チャンバの内部にプラズマを発生させるために使用される電極の電力制御によ
り決定される。

【０００７】プラズマ反応システムにおいて、少なくとも１つの電極がＲＦ電力供給源に接
続される。プラズマ反応炉のデザインでの技術的な傾向は、一般的な値である１
３．５６ＭＨｚから６０ＭＨｚ以上へとＲＦ電力の基本ＲＦ駆動周波数を高くす
ることである。このようにすることによりプロセス仕様は改良できるが、反応炉
のデザインがより複雑となる。反応炉のデザインでの２番目の傾向は、複合もし
は複分割電極を用いることである。しかし、高くされた動作周波数と組合わされ
る分割電極は、寄生容量と誘導素子とに非常に敏感であることと、容量結合とに
より、ＲＦｆ電力の正確な量の供給を非常に複雑にしている。この影響は、比較
的高い基本周波数の比較的短い波長により悪化される。この結果、改良するプロ
セスの均一性がより困難となる。

【０００８】複電極セグメントに供給される電力は、ユニークな電力制御の問題を持ってい
る。電極の各セグメントは、送信素子と受信素子との両方として機能する。各セ
グメントに同じＲＦ周波数が与えられる場合には、受信電力、即ち反射電力と、
伝送、即ち順方向電力との区別が難しくなる。これは、従来の位相並びに振幅デ
ィテクターは、電力供給源から供給される電力と、他の電力供給源からプラズマ
を通して伝送されて電極に受信される電力とを区別することができないためであ
る。

【０００９】分割された電極を有するプラズマ反応炉のためのＲＦ電力供給システムにおけ
る反射のための補償が、また、正確なインピーダンス測定を必要としている。こ
のインピーダンス測定は、整合ネットワークのパラメータを調節するために必要
である。しかし、順方向並びに逆方向伝播エネルギーは、従来の測定で判断する
のを難かしくしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】

プラズマプロセスシステム並びに装置、及びこれらへの電力の制御に関する幾
つかの米国特許がある。例えば、名称が“Ｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄ
ｄｅｌｉｖｅｒｙｉｎｐｌａｓｍａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｑｕｉｐ
ｍｅｎｔ”の米国特許Ｎｏ．５，５５６，５４９は、プラズマチャンバに供給さ
れる無線周波数エネルギーの電力、電圧、電流、位相、インピーダンス、高調波
成分、並びに直流バイアスをモニターする発明を開示している。さらに、動作の
プラズマモードは、容量性か誘導性のバイアスされた無線周波数源のインピーダ
ンスを発生させることにより、制御され得る。無線周波数のサーキュレータは、
プラズマチャンバの電極からの反射電力が電力源を破損するのを防止し、さらに
、反射された電力をターミネーションレジスター内で消散させている。また、こ
のサーキュレータに接続されたターミネーションレジスターは、プラズマの非線
形性により生じる高調波エネルギーを終端させる。複プラズマチャンバ電極と無
線周波数電力源とは、同じように制御される。しかし、この発明の欠点は、これ
が単一の電極設備に限るものであり、また、電力制御の複雑な提示と複合電極へ
の供給とをなし得ないことである。また、この発明は、負荷インピーダンスのミ
スマッチによるＲＦ電力源へと戻るように反射された電力と、近接した電極から
受ける電力とをどのように区別するかを、この分野の者に教示していない。むし
ろ、この発明は、電力制御のための通常の位相並びに振幅ディテクーの使用を開
示している。このようなディテクターは、複合電極／複合整合ネットワークの形
態では、正確に機能しない。

【００１１】名称が“Ｍｅｔｈｏｄｏｆａｎｄａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｉｎｄ
ｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒａ
ｍｅｔｅｒｓｏｆａｎｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇｎｅｔｗ
ｏｒｋ”の米国特許Ｎｏ．５，８８９，２５２は、負荷と、真空プラズマ処理チ
ャンバのためのＲＦ電力源のような電力源とを整合させるための構造と方法とを
開示している。これは、電力源と負荷との間に結合された整合ネットワークを有
する。この整合ネットワークは、少なくとも２つの制御可能に可変である電気的
特性を有する。センサーが、負荷の少なくとも２つのパラメータを感知するよう
に設けられている。駆動コントローラが、この負荷の感知されたパラメータに応
答して、負荷のパラメータのうちの１つのみの関数として整合ネットワークの電
気的特性の第１の特性と、負荷の他方のパラメータの関数として整合ネットワー
クの第２の電気的特性との変化を独立して制御する。これは、電力源と負荷とが
整合状態となるまで、なされる。負荷のパラメータとほぼ１対１での対応を果た
すように可変な整合の分離は、整合された状態の早く明確な達成を果たすように
可変な整合の独立した調整を可能としている。しかし、この発明の欠点は、複合
電極（即ち、複数の電極セグメント）を有する構成と、これに関連した複合ＲＦ
電力供給源並びに整合ネットワークとを考慮していないということである。従っ
て、この発明は、個々に駆動される電極をどのようにして互いに独立して制御す
るかを教示していない。

【００１２】名称が“Ｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌｔｉｐｌｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｌａｓｍａｓｙｓｔｅｍｓｕｓｉｎｇｑｕａｒ
ｔｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ”の米
国特許Ｎｏ．５，７３３，５１１は、１／４波長伝送ラインの性質を利用して、
電力が複数の供給される電極にバランスがとられた電力を供給する、複合電極プ
ラズマ反応炉の電力分割かつ供給システムを開示している。各電極には、負荷整
合ネットワークの出力側の共通ポイントに接続された別々の（２Ｎ＋１）λ／４
波長ケーブルにより電力が供給される。ここで、Ｎ＝０，１，２……である。こ
れらラインのインピーダンス伝送特性が、また、プラズマ負荷をより効率良く整
合される負荷に転換するために使用されている。また、動作体積全体を通して反
応性プラズマの最大の均一性を果たすために、単一の大きい駆動電極を上記分配
仕様により電力が供給される複数の小さい駆動電極に分割する技術が開示されて
いる。しかし、この発明の欠点は、対応した複数の電極セグメントを独立して駆
動するように複数のＲＦ電力供給源をどのように個々に制御するかを教示してい
ないことである。

【００１３】名称が“Ｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｉｍｐｅｄ
ａｎｃｅｏｆａｐｌａｓｍａｓｅｃｔｉｏｎｔｏａｈｉｇｈ−ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙｇｅｎｅｒａｔｏｒ”の米国特許Ｎｏ．５，１４０，２２３
は、高周波ジエネレータへのプラズマセクションのインピーダンスを調節する回
路を開示している。この回路では、高周波ジエネレータとプラズマセクションの
電極との間に３つのキャパシタが直列に接続されている。また、このジエネレー
タと電極との間には、２つの平行発振回路が配置されている。しかし、この発明
の欠点は、対応する複数の電極セグメントを独立して駆動するように複数のＲＦ
電力源をどのように個々に制御するかを教示していないことである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本発明は、プラズマ反応システム、特に、ＲＦ電力をセグメントに分割された
電極に制御された方法で供給する、プラズマ反応システムのためのＲＦ電力供給
システムに関する。

【００１５】本発明は、セグメントに分割された電極の各電極セグメントに供給されるＲＦ
電力を制御すると共に、順方向伝播ＲＦ電力と逆方向伝播ＲＦ電力とを区別する
ための方法と装置とを提供する。また、本発明は、複合分割インジェクション電
極と関連した電力供給システムの通常の電流と電圧とを測定することを可能にし
ている。

【００１６】本発明の第１の態様は、プラズマ負荷インピーダンス（Ｚ_Ｒ）を有するプラズ
マを維持可能なプラズマ反応システムの、複数の電極セグメントを有する電極の
ためのＲＦ電力供給システムである。このシステムは、マスターオシレータと、
各々が前記マスターオシレータと、電極セグメントの各々とに電気的に接続され
た複数のＲＦ電力供給サブシテスムとを具備する。各ＲＦ電力供給サブシステム
は、位相シフターと、増幅器／電力供給源と、サーキュレータと、双方向性カッ
プラーと、整合ネットワークとを有する。この整合ネットワークは、整合ネット
ワークインピーダンスを有する。このシステムは、また、前記ＲＦ電力供給サブ
システムの各々に電気的に接続された制御システムを具備する。この制御システ
ムは、各サブシステムに対して前記整合ネットワークインピーダンスを動的に変
化させて前記プラズマ負荷インピーダンスと整合させ、プラズマに伝送される電
力の大きさを最適にする。また、この制御システムは、他の電極セグメントから
電極セグメントが受けた電力に応答して前記位相シフターの少なくとも１つを調
節する。これは、プラズマの状態に、かくしてエッチングプロセスの質に影響を
与える電極セグメント間のカップリングを示す。

【００１７】本発明の第２の態様は、基板を処理するために、プラズマチャンバの内部領域
にプラズマを維持可能なプラズマ反応システムである。このプラズマ反応システ
ムは、前記内部領域内に配設された基板支持体と、前記基板支持体の近くの内部
領域内に配設された複数の電極セグメントを有する電極と具備する。プラズマは
、基板と電極との間に形成される。このシステムは、さらに、前記マスターオシ
レータと、前記電極セグメントの各々とに電気的に接続された、上述されたよう
な、ＲＦ電力供給システムを有する。また、このシステムは、前記内部領域と流
体接続されたガス供給システムを具備する。

【００１８】本発明の第３の態様は、プラズマで基板を処理するときに、複数の電極セグメ
ントに供給されるＲＦ電力を制御するための方法である。このプラズマは、プラ
ズマ負荷インピーダンスを有する。さらに、各電極セグメントは、キャパシタン
スと整合ネットワークインピーダンスとを有する整合ネットワークに接続されて
いる。この方法は、前記電極セグメントの第１のものに、位相を有するＲＦ電力
を与える工程を有する。次の工程は、プラズマに供給する電力と、プラズマから
反射された電力とをモニターすることである。また、次の工程は、前記第１の電
極セグメントを介してプラズマにＲＦ電力の最大の伝送を果たすように、前記整
合ネットワークキャパシタンスを調節することである。次の工程は、前記電極セ
グメントの１つもくしは複数から第１の電極セグメントが受ける電力をモニター
することである。最後の工程は、前記電極セグメントの１つもくしは複数から第
１の電極セグメントが受ける電力を減じるように前記ＲＦ電力を調節することで
ある。本発明の第４の態様は、本発明の方法を実行するための情報を有するコンピュ
ータで読み取り可能な媒体である。

【００１９】

【発明の実施の形態】

【００２０】本発明は、プラズマ反応システムで使用されるような分割電極の複合電極セグ
メントの制御を可能にする装置と方法である。また、本発明は、逆方向の伝播電
力を検出し、最小にするセンサーを使用している。

【００２１】図１に示されるように、本発明のプラズマ反応システム１０は、上壁２２と、
下壁２４と、側壁２６と、プラズマ３２を含み得る内部領域３０とを有するプラ
ズマチャンバ２０を備えている。また、このシステム１０は、底壁２４の近くの
チャンバ２０の内部領域３０に基板支持体３４を有する。この基板支持体は、シ
リコンウエハのような基板４０を支持するための支持面３４Ｓを備えている。こ
の基板４０は、下部電極として機能する。また、このシステム１０は、上壁２２
の近くのチャンバ２０内に、電極集合体５０を有する。この電極集合体は、電極
集合体を冷却するための冷却液を含むことの可能な上チャンバ領域５４を規定し
ている。また、この電極集合体は、１もしくは複数の絶縁領域６４により分離さ
れた複数の電極セグメント６２ａ，６２ｂ……６２ｎにより構成された分割電極
６０を有する。前記絶縁領域６４は、セラミックのような電気絶縁材料で形成さ
れており、前記電極セグメント相互を、また、これらを前記壁２６から絶縁して
いる。これら電極セグメント６２ａ，６２ｂ……６２ｎは、好ましくは平坦な扁
平形状もしくはこれに近い形状をしており、好ましくは前記支持面３４Ｓと平行
に配設されている。

【００２２】図２の（Ａ）並びに（Ｂ）に示されるように、例示的な分割電極は、同心的に
配設された複数の電極セグメント６２ａ，６２ｂ……６２ｎを有する。これら電
極セグメント６２ａ，６２ｂ……６２ｎは、固定されるか、変位アクチュエータ
に接続されて移動可能とされ得る。調節可能な電極集合体と、このような集合体
を有するプラズマ反応システムとは、仮米国出願Ｎｏ．６０／１７５，２８４に
記載されている。このような米国出願の内容は、参照によりここに含まれている
。本発明は複合電極セグメントに一般に適用するけれども、複合電極セグメント
集合体の数のいずれかのものが使用され得る。ここで説明された特別な複合電極
セグメントは一例であり、説明のためである。

【００２３】図２の（Ａ）並びに（Ｂ）に示されるように、前記電極セグメント６２ａ，６
２ｂ……６２ｎの１つもしくは複数は、ガス供給ライン６８に接続されたガス導
管６６を有する。このガス導管は、チャンバ２０の外にあるガス供給システムか
ら内部３０へとガスが流れることを可能にしている。前記電極セグメント６２ａ
，６２ｂ……６２ｎは、後で詳しく説明されるように、ＲＦ供給ライン２０２ａ
，２０２ｂ，……２０２ｎによって夫々のＲＦ電力供給サブシステムに接続され
ている。

【００２４】再び図１を参照すると、システム１０は、さらに、基板支持体３４の上に基板
（即ち、ウエハ）４０を載置並びにこれから除去するために、プラズマチャンバ
２０と動作的に接続したのウエハ取扱いシステム並びにロボットシステム１４０
を有する。また、ガス導管６６に接続されたガス供給ライン６８を介してチャン
バ２０と流体接続したガス供給システム１４４を有する。このシステムは、チャ
ンバ内をパージしたりプラズマを形成したりするために、チャンバ内部３０にガ
スを供給する。このガス供給システム１４４に含まれるガスは、用途に対応して
いる。しかし、プラズマエッチング用としては、ガス供給システム１４４は、好
ましくは、塩素、臭化水素、オクタフルオロシクロブタン、並びに種々の他の弗
化炭化水素化合物等のようなガスを含む。また、化学蒸着用としては、好ましく
は、シラン、アンモニア、四塩化タングステン、四塩化チタニウムなどを含む。

【００２５】前記システム１０は、さらに、真空ライン１７８を介してチャンバ２０と流体
的に接続した真空システム１７６を有する。また、好ましくは、冷却流体を上チ
ャンバ領域５４の中へまたこれから外へと循環させるために、導入流体ライン１
８２ｉと導出流体ライン１８２ｏとを介してチャンバ上壁２２を通して電極チャ
ンバと流体的に接続した冷却システム１８０を有する。

【００２６】また、前記システム１０は、ガス供給システム１４４、真空システム１７６、
ウエハ取扱いシステム１４０、冷却システム１８０、並びにＲＦ電力供給システ
ム２００(後で説明する)に電気的に接続されて、電気信号によりこれらを制御並
びに調節する主制御システム１８４を有する。かくして、この主制御システム１
８４は、また後で説明するように、システム１０内での基板４０のプラズマプロ
セスを制御する。好ましい実施の形態において、この主制御システム１８４は、
ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）との
両方を備えたメモリーユニットと、中央処理ユニットＣＰＵ（例えば、Ｉｎｔｅ
ｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＰＥＮＴＩＵＭ（商標名））と、ハードデス
クＨＤとを有し、これらが電気的に接続されているコンピュータである。このハ
ードデスクＨＤは、二次的なコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であり、例
えば、以下に説明されるように、本発明を実施するように、制御システム１８４
のための情報に対応した情報を記憶するためのハードデスクドライブで良い。ま
た、この制御システム１８４は、好ましくは、ハードデスクＨＤに電気的に接続
されたデスクドライブＤＤと、メモリーユニットＭＵと、中央処理ユニットＣＣ
ＣＰＵとを有する。前記デスクドライブは、本発明を実施するように、制御シス
テム１８４のための情報に対応した情報が記憶されたフロッピー（登録商標）デ
スクもしくはコンパクトデスク（ＣＤ）のようなコンピュータで読み取り可能な
媒体ＣＲＭをアクセス並びに読み取り（そして書き込みさえも）可能である。ま
た、制御システム１８４は、データ収集並びに制御機能を有していることが望ま
しい。制御システム１８４は、ＤｅｌｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｄａｌｌａ
ｓ，Ｔｅｘａｓから入手可能なＤＥＬＬＰＲＥＣＩＳＩＯＮＷＯＲＫＳＴＡ
ＴＩＯＮ（商標名）で良い。

【００２７】このシステム１０は、また、基板４０のプラズマプロセスに関連したデータを
記憶し、また、制御システム１８４によってシステム１０を動作させるための情
報（例えば、コンピュータのソフトウエア）の所定のセッテングを果たすために
、制御システム１８４に電気的に接続（もしくは、変わって一体化）されたデー
タベースを有する。

【００２８】システム１０は、また、ＲＦ供給ライン２０２ａ，２０２ｂ，……２０２ｎを
介して、制御ユニット１８４と電極集合体５０とに電気的に接続され、上述され
た複合セグメントインジエクト電極のＲＦ電力供給システム２００を有する。図
３ないし５を参照すると、複合セグメントインジエクト電極のＲＦ電力供給シス
テム２００は、ＲＦ供給ライン２０２ａ，２０２ｂ，……２０２ｎを介してｎ個
の電極セグメント６２ａ，６２ｂ……６２ｎの各々に夫々電力を供給する、ｎ個
の別々に制御されるＲＦ電力供給サブシステム２２０ａ，２２０ｂ，……２２０
ｎと接続したマスターオシレータ２１０を有する。各サブシステム２２０ａ，２
２０ｂ，……２２０ｎは、マスターオシレータ２１０に電気的に接続された位相
シフター（即ち、位相シフトネッッットワーク）２２４と、この位相シフター２
２４に電気的に接続された増幅器／電力供給源２３０と、この増幅器／電力供給
源２３０に電気的に接続されたサーキュレータ２３６と、このサーキュレータ２
３６に電気的に接続された双方向性カップラー２４２と、この双方向性カップラ
ー２４２に電気的に接続された伝送ライン２４８と、この伝送ライン２４８に電
気的に接続されると共にＲＦ供給ライン２０２Ａ，２０２Ｂ，……２０２ｎを介
して夫々電極セグメント６２ａ，６２ｂ……６２ｎに電気的に接続された分割イ
ンジエクト電極（ＳＩＥ）整合ネットワーク兼負荷（以下では“ＭＮ／Ｌ”）２
５４とを有する。要素２２４ないし２５４の全ては、伝送ライン２４８を介して
制御システム１８４に電気的に接続されている。以下に説明されるように、ＭＮ
／Ｌ２５４内のセンサーは、各サブシステムの電流並びに電圧を検出し、この電
流並びに電圧を表す電気信号を制御システム１８４に送る。

【００２９】前記サーキュレータ２３６は、増幅器／電力供給源２３０が損傷するのを防止
し、増幅器／電力供給源２３０によりプラズマに供給される電力と、電極セグメ
ントが受ける電力との間の区別を可能にしている。ＭＮ／Ｌ２５４の理想的な調
節においては、サーキュレータ２３６の第３のポートＰ３に接続された負荷によ
り消費される基本周波数もしくは高調波周波数の電力が無いことである。従来と
は異なり、本発明は、ダミー負荷での比較的高い高調波周波数と関連した電力を
消費しないことである。むしろ、本発明は、比較的高い高調波周波数はプラズマ
の発生に有効であることを見出したものであり、かくして、本発明では、このよ
うな周波数の電力を消費するよりもプラズマへと戻すように反射することを考慮
している。

【００３０】図６を参照すると、前記整合ネットワーク兼負荷２５４は、前記ＲＦ増幅器／
電力供給源２３０の出力インピーダンス（これは代表的には５０Ω）をプラズマ
並びに電極セグメントの負荷インピーダント（これは代表的には１ないし１０Ω
の範囲）に整合させる電気回路である。図６は、ＭＮ／Ｌ２５４の回路図であり
、この回路は、所定のインダクターＬ１，Ｌ２と同調可能なコンデンサーＣ１，
Ｃ２とを有する。これら要素は、整合ネットワークを構成し、このネットワーク
は、Ｚ_Ｒで示されるようなプラズマ負荷インピーダンスに最良の負荷整合を与え
るように、以下に説明する方法で同調される。前記インダクターＬ１，Ｌ２とコ
ンデンサーＣ１，Ｃ２とは、Ｔ字上に接続されており、コンデンサーＣ１は、接
地される。Ｌ２とＣ２との間に配置された第１のセンサーは、これらの間を流れ
る電流を感知し、また、Ｃ２とＺ_Ｒとの間に配置された第２のセンサーＳ２は、
負荷Ｚ_Ｒにかかる電圧Ｖを感知する。この第１のセンサーＳ１は、例えば、電流
計で良く、また、第２のセンサーＳ２は、例えば、電圧プローブで良い。これら
センサーＳ１，Ｓ２は、前記制御システム１８４に接続されており、この制御シ
ステム１８４に、電気信号によって、電流Ｉと電圧Ｖとを示す情報を送る。

【００３１】再び、図３並びに図４を参照すると、マスターオシレータ２１０は、各電極セ
グメント６２ａ，６２ｂ，……６２ｎにＲＦ電力を供給する前記サブシステム２
２０ａ，２２０ｂ，……２２０ｎの前端にあるｎ個の位相シフター（即ち、位相
シフトネットワーク）を駆動する。このマスターオシレータ２１０の好ましい動
作周波数は、６０ＭＨｚであるが、本発明は、１３．５６ＭＨｚないし１８０Ｍ
Ｈｚの範囲の周波数で動作可能である。各位相シフター２２４の出力は、前記増
幅器／電力供給源２３０に送られる。後者は、ＲＦサーキュレータ２３６により
特別な電極セグメントから分離されている。図５を参照すると、各サーキュレー
タ２３６は、好ましくは、３つのポートＰ１ないしＰ３を有し、関連した位相シ
フター２２４からポートＰ１を介してエネルギーを受け取って、エネルギーを電
極セグメントとプラズマとにポートＰ２を介して通し（矢印Ａ１で示されている
）、かつ、大きい定在波比により可能な損傷から増幅器／電力供給源を保護する
ように、デザインされた強磁性体装置である。この保護は、反射エネルギーをポ
ートＰ３を介して５０オームの抵抗Ｒ１のようなダミー負荷と測定回路とにそら
す。

【００３２】続いて図３並びに４を参照すると、前記は、回路の所望のポイントでの順方向
伝播電力と、反射された（即ち、逆方向）伝播電力とを測定する。かくして、こ
の双方向性カップラー２４２は、制御システム１８４に、特別な電極セグメント
６２ａ，６２ｂ，……６２ｎに供給される順方向電力と、特別な電極セグメント
整合ネットワークから反射された逆方向電力と、近くの電極セグメントから特別
な電極セグメントにより受ける電力とに関するデータを与える。前記双方向性カ
ップラー２４２は、伝送ライン２４８を介してＭＮ／Ｌ２５４に接続されている
。この伝送ライ電力、基本ＲＦ周波数の１／２波長の長さを有し、基本周波数で
のライン伝送を果たす整数マルチプルとなるようにデザインされている。各サブ
システム２２０ａ，２２０ｂ，……２２０ｎは、図６を参照して説明したように
、センサーＳ２による各電極セグメントの供給ポイントでの電圧のモニターを与
えると共に、出力インダクターＬ２に直列接続されたセンサーＳ１による電流の
測定を与える。

【００３３】前記双方向性カップラー２４２は、ＲＦ回路中の順方向ＲＦ電力と反射された
ＲＦ電力とをサンプリングできる標準の装置により構成され得る。一般的に、こ
の双方向性カップラー２４２は、高電力の入力端子並びに出力端子と、２つの付
加ＲＦ端子とを有する。これら付加ＲＦ端子の一方は、順方向電力用であり、他
方は、反射される電力用である。これら順方向電力と反射された電力とは、夫々
ＤＣ信号にダイオードディテクターにより変換され得るＲＦ信号である。このＤ
Ｃ信号は、夫々の順方向電力と反射される電力とに直接比例する。ここで説明さ
れているシステムにおいて、カップラー２４２は、この双方向性カップラーから
出力される減衰されたＲＦ信号を制御コンピュータに送られるＤＣ信号に夫々変
換するのに必要なディテクターを有するように変更された標準の双方向性カップ
ラーである。かくして、このカップラーからのディテクター出力は、夫々順方向
の電力と反射された電力とを表すアナログ電圧である。商業的に入手可能な双方
向性カップラーの一例は、Ｍｏｄｅｌ＃ＤＣ２５００（１０ＫＨｚないし２２０
ＭＨｚ，５０ｄｂ，２５００Ｗ）としてＡｍｐｌｉｆｉｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ
から入手可能であり、また、このカップラーに組み込まれ得る適当な電力ディテ
クターの一例は、Ｍｏｄｅｌ＃ＰＨ２０００ＰｏｗｅｒＨｅａｄとしてＡｍ
ｐｌｉｆｉｅｒＲｅｓｅａｒｃｈから入手可能である。

【００３４】反射係数Γは、反射ポイントでの入射電圧に対する反射される電圧の比である
。

【００３５】

【数１】ここで、Ｖ_ｒは、反射される電圧、Ｖ_ｉは、入射電圧。Ｚ_Ｒは_、負荷インピー
ダンス、そして、Ｚ_Ｏは、供給源の特性インピータデンスである。

【００３６】前記反射係数Γは、また、入射される電力と反射される電力とのタームで示さ
れ得る。

【００３７】

【数２】ここで、Ｐ_ｒは_、反射される電力、そして、Ｐ_ｉは、入射電力である。これら
の関係は、夫々のＭＬ／Ｎ並びに位相シフトネットワークのための適当な動作パ
ラメータ（例えば、Ｃ１とＣ２との値）を決定するために、以下で使用される。

【００３８】動作方法図７並びにフローチャート３００を参照すると、本発明を使用して最適な整合
ネットワークを得るための方法は、以下の工程を有する。第１の工程３０１にお
いて、制御システム１８４は、各位相シフトネットワーク２２４に電気信号を送
って位相をゼロに設定する。第２の工程３０２において、夫々のＭＮ／Ｌ２５４
は、制御システム１８４により、所定の“始動”位置に設定される。即ち、夫々
の整合ネットワークは、プラズマ３２の形成を始めるように各電極セグメント６
２ａ，６２ｂ，……６２ｎへの電力の適当な伝送を果たす値に設定される。これ
は、プラズマ３２は、始めに１００オームより大きいインピーダンスを有してい
るので必要である。尚、この値は、プラズマ３２が形成されて安定となると、か
なり低くなる（例えば、１オーム程度に低下する）。例えば、全ての電極セグメ
ントに対して、Ｃ２は、中間の範囲の値に調節され得、また、Ｃ１は、２００ｐ
Ｆに調節され得る。

【００３９】第３の工程において、制御システム１８４は、増幅器／電力供給源２３０を駆
動して、所定の電極セグメントへのＲＦ電力を発生させる。この電力は、特別な
プロセス工程に必要な全電力からプラズマを発生させるのに充分な程度に(例え
ば、全電力の２０％)低くされ得る。

【００４０】第４の工程において、双方向性カップラー２４２を通る電力は、モニターされ
、これを表す電気信号を制御システム１８４に送る。さらに、プラズマ３２で反
射され双方向性カップラー２４２を通って戻る電力の大きさが、モニターされて
、これを表す電気信号が制御システム１８４に送られる。

【００４１】第５の工程において、キヤパシターＣ１，Ｃ２が、双方向性カップラー２４２
からの最大順方向電力インディケーションのために調節される。図８を参照する
と、工程３０５ａにおいて、Ｃ１の値が最初に調節される。工程３０５ｂにおい
て、反射係数Γが、前記双方向性カップラー２４２により測定されたＰｉ並びに
Ｐｒの値に基づいて、式（２）を使用して計算される。工程３０５ｃにおいて、
Γが最小にされているか否かの質問がなされる。もし。そうでないと、プロセス
は、Γを最小にするＣ１の値が得られるまで、前記工程３０５ａないし３０５ｃ
が繰り替えされる。もし、答えが“ｙｅｒ”であると、次の工程３０５ｄで、Γ
が、第１の閾値Γ_Ｔ１より小さい（即ち、Γ＜Γ_Ｔ１）か否かが質問される。こ
こで、Γ_Ｔ１は、ゼロか０．１のような小さい分数である。答えがｙｅｓの場合
には、Ｃ２の値は、調節される必要はなく、ＭＮ／Ｌ２５４はこれの最適小調節
状態である。このプロセスは、次の工程へと続く。

【００４２】しかし、Γ＞Γ_Ｔ１であると、増幅器／電力供給源２３０からの充分でない電
力は、プラズマにカップリングされる。従って、Ｃ１を調節するための上述した
工程と同様の方法で、工程３０５ｅにおいて、Ｃ２の値が、さらΓを小さくする
ように調節される。工程３０５ｆにおいて、反射係数Γが測定され、また、工程
３０５ｇにおいて、Γが最小にされたか否か質問される。もし、質問に対する答
えが“ｎｏ”であると、プロセスは、Γ（Γ_ＭＩＮ）に対して最小値が得られる
まで、工程３０５ｅないし３０５ｇを繰り返す。答えが“ｙｅｓ”の場合には、
ＭＮ／Ｌ２５４は、これの最適な調節状態となり、プロセスは、工程３０５ｈへ
と進む。この工程３０５ｈにおいて、プラズマ負荷Ｚ_Ｒは、Ｚ_Ｏ並びにΓ_ＭＩＮに対する値を使用して式（１）から計算される。

【００４３】図８を続けて参照すると、工程３０５ａ、３０５ｅにて、Ｃ１とＣ２との値は
、最小反射係数を、かくしてプラズマに対する電力の最大の供給を得るように、
決定されている。これは、Ｚ_Ｒに対して計算された値である。Ｃ１とＣ２とのど
の値がＭＮ／ＬをＺ_Ｒにインピーダンス整合させているか質問される。Ｃ２の調
節がプラズマに最大の電力供給を与えており、また、Ｃ２がインピーダンス整合
の虚数部分のみを制御するという事実があれば、負荷インピーダンスＺ_ＲをＭＮ
／Ｌ２５４のパラメータに関係付ける以下の式（３）において、負荷インピーダ
ンスＺ_Ｒの実数部分は知られていないということになる。

【００４４】かくして、工程３０５ｉにおいて、式（３）が、２つの未知の部分を有する、
式（３）の両辺での実数部分間の第１の式と同式の虚数部分間の第２の式とによ
り、プラズマへの電力伝送のためのＣ１並びにＣ２に対する最適な値を見つける
ために使用される。これは、ＭＮ／Ｌ２５４がプラズマ負荷Ｚ_Ｒに整合されて、
プラズマへの最適な電力供給が果たされる結果を生じさせる。

【００４５】

【数３】図７を再び参照して、次の工程３０６で、他の電極セグメント（例えば隣の複
数の電極セグメント）から、特別な１つの電極セグメントが受ける電力Ｐ_Ｓがモ
ニターされる。各電極セグメントがこれらの増幅器／供給源２３０から供給され
る電力の大きさと、プラズマ３２に供給される電力の大きさと、各電極セグメン
トが受ける電力の大きさとの独立した測定がなされるので、電極セグメントが受
ける正味の電力が、決定され得る。電極から供給される電力が、増幅器／供給源
２３０により供給される電力と等しい（もしくは実質的に近く）間、他の電極セ
グメントから各電極セグメントが受ける電力Ｐ_Ｓがある所定の電力閾値Ｐ_Ｔを超
えることになるであろう。これは、“Ｐ_Ｓ＞Ｐ_Ｔ？”の質疑問工程３０７で決定
される。この質疑に対して答えが“ｙｅｓ”の場合には、プロセスは、Ｐ_Ｓの値
を減じるように増幅器／供給源２３０の位相を変えるように、位相シフター２２
４が調節される工程３０８へと進む。これは、質疑工程３０７に対する答えが“
ｎｏ”になるまで、質疑工程３０７，３０８によりなされる。

【００４６】Ｐ_Ｓ＜Ｐ_Ｔになると、このプロセスで次の工程は、次の電極へと進むようにな
る。プラズマ負荷Ｚ_Ｒを変える結果となる整合ネットワーク２５４を変えること
は、プラズマ３２に供給される電力を変えることになるので、前記工程３０３な
いし３０８が、前の電極セグメントの場合と同様に次の電極セグメントに対して
繰り替えされる。換言すれば、複数の電極セグメント間でカップリングが生じて
いるので、各電極セグメントに供給される電力のダイナミックなモニターと制御
とが要求されている。前記測定、計算、並びに続く調節のための繰り返し時間の
一例は、毎秒約１回である。

【００４７】図９並びにフローチャート４００を参照すると、工程４０１において、フロー
チャト３００の方法工程３０３ないし３０８は、電力のレベルを徐々に大きくす
ることによりなされることが好ましい(必ずしも必要ではない)。例えば、工程４
０１において、電力レベルは、特別なプラズマプロセスのために必要な電力レベ
ルよりも実質的に低い初期値に設定される。この電力レベルの一例は、上述され
たように、全電力の２０％である。そして、次の工程４０２は、この初期の電力
レベルで前記工程３０３ないし３０８を循環させる。次の工程４０３は、電力レ
ベルが高くされるか否かを質問する。もしｙｅｓであれば、プロセスは、電力レ
ベルが大きくされる工程４０４へと進む。次に、工程４０３は、比較的高い電力
レベルで繰り返される。例えば、電力は、全電力の２０５の初期値から、全電力
の６０％へと、また、全電力の８０％へと、そして、全電力の１００％へと増加
され得る。安定した電力レベル（これは、代表的には、必要なプロセス電力の１
００５である）が達成されると、工程４０５において、上述したように、夫々の
電極セグメントへの供給電力を同時に制御しながら、ウエハ４０のプラズマ処理
がなされる。

【００４８】位相整合ネットワークの異なる実施の形態図１０に示されるように、本発明の異なる実施の形態は、位相シフトネットワ
ーク２２４が省略されている以外は、上述されたようなＲＦ電力サブシステム２
２０の１つと同じＲＦ電力サブシステム５８０を有する。この実施の形態におい
て、１つの電極セグメントに供給される電力の位相は、無秩序に変えない限りは
、任意にできる。格言すれば、この位相は、任意であっても、安定しなければな
らない。かくして、位相シフター２２４を介して他の電極セグメントに供給され
る電力の位相を制御することにより、１つの電極セグメントの位相に対する従来
の知られている欠点は、設定された位相を有していない電極セグメントに対する
位相の簡単な設定により補償され得る。ＲＦ電力６２０の制御は、そうでなけれ
ば、ＲＦ電力サブシステム２２０ａないし２２０ｎのための上述されたのと同じ
である。

【００４９】ウエハのプラズマ処理再び図１、図１１、並びにこれに記載のフローチャート６００を参照して,本
発明を用いるウエハの処理のための工程が、以下に説明される。まず、工程６０
１において、コンピュータで読み取り可能な媒体ＣＲＭにストアされ、デスクド
ライブＤＤからか、制御システム１８４に電気的に接続もしくは一体となったデ
ータベース１９０から制御システムに読み取られる第１のコンピュータプログラ
ムのような情報の第１の所定のセットが、ロードされ、かつメモリーユニットに
ストアされる。これは、制御システム１８４をウエハのプラズマ処理のための使
用者限定レシピにすることを可能にする。さらに、上述した負荷インピーダンス
モデルを含む情報の第２の所定のセット（例えば、第１と同様のコンピュータで
読み取り可能な媒体ＣＲＭでの第２のコンピュータプログラム）が、制御システ
ム１８４に同様にロードされる。

【００５０】次に、制御システム１８４は、ウエハ取扱いシステム１４０に第１の電気信号
を送って,基板支持体３４に対するウエハ(基板)４０のロード並びにアンロード
をさせる。ウエハ４０は、電極集合体５０に対して下側電極として機能する。次
に、工程６０３において、制御システム１８４は、真空システム１７６への第３
の電気信号を発生させて、プラズマチャンバ２０を減圧すると共に、プラズマチ
ャンバ２０内を所定の圧力に維持させる。チャンバ２０内の代表的な動作圧力は
、１ないし１００ｍＴｏｒｒの範囲であるけれども、プラズマ処理に応じて、こ
の範囲からかなり外れることも可能である。

【００５１】次の工程６０５において、制御システム１８４は、第４の電気信号をガス供給
システム１４４に送って、ガス供給システムから電極チャンバ２０への、上述さ
れたガスのように適当なプラズマ３２を形成することのできるガスの流れを調節
する。

【００５２】次に、工程６０６において、制御システム１８４は、夫々のＲＦ電力供給サブ
システム２２０ａ，２２０ｂ，……２２０ｎに電気信号を送って、分割された電
極６０の電極セグメント６２ａ．６２ｂ，……６２ｎへの、かくして上述された
ようにプラズマ３２送りかつ制御する。これは、他の電極セグメントから各電極
セグメントに送られるエネルギーの存在のもとで、プラズマ３２への各電極セグ
メントを介しての最大伝送を可能にする。プラズマ３２内でのＲＦ電界の特別な
分布は、電極セグメント６２ａ．６２ｂ，……６２ｎからプラズマへのＲＦ電界
の容量カップリングに依存している。電極セグメント６２ａ．６２ｂ，……６２
ｎの駆動周波数は、上述されたように、好ましくはメガヘルツの範囲である。ま
た、この工程６０６には、図９のフローチャート、並びに工程４０１ないし４０
４に関連して上述されたように、電極セグメントへの電力を次第に高くする工程
が含まれ得る。

【００５３】プラズマ３２の所望の密度分布は、均一でも不均一でも良く、特定のプラズマ
処理特性、例えば、エッチングもしくは堆積特性を与えるようにデザインされて
いる。所望のプラズマ密度形態は,理想として予め設定され得、また、メモリー
ユニットＭＵもしくはデータベース１９０にストアされた情報に基づいて形成さ
れ得る。代わって、所望のプラズマ密度形態は、複数の利用可能な動作状態と、
メモリーユニットＭＵもしくはデータベース１９０に基づいて形成され得る複数
のストアされたプラズマ密度形態の１つから選定され得る。かくして、プラズマ
密度形態は、ＲＦ電力供給サブシステム２２０ａを介して各電極セグメント６２
ａ．６２ｂ，……６２ｎに夫々供給されるＲＦ電力を調節することにより、所望
形状になされ得る。これは、オプションの工程６０７である。

【００５４】電極集合体が、中を冷却流体が流れることのできる電極部材を有する場合には
、次の工程６０８で、制御システム１８４は、電極チャンバを通る冷却流体の流
れが、ウエハ４０の処理のときの動作間制御された温度に電極集合体５０を維持
するように調節されるように、冷却システム１８０に電気信号を送る。

【００５５】次の工程６０９において、ウエハ４０は、所望のエンドポイントまで、プラズ
マ３２で処理される。この工程６０９の間、電極セグメント６２ａ．６２ｂ，…
…６２ｎへの、かくしてプラズマ３２への電力は、詳述したような方法で制御さ
れる。

【００５６】ウエハ４０の処理が終了すると、制御システム１８４は、真空システム１７６
に電気信号を送り、チャンバ２０の圧力をウエハのアンロードがなされるような
設定に調節させる。最後に、工程６１１において、制御システム１８４は、ウエ
ハ取扱いシステム１４０に電気信号を送って、反応チャンバ２０からウエハ４０
をダウンロードさせる。

【００５７】本発明は、従来技術に対して幾つかの効果を有する。第１の効果は、電極セグ
メントに供給されるＲＦ電力の大きさを制御すると共に、各ＲＦ電力供給サブシ
ステム内の順方向伝播電力と逆方向伝播電力とを区別することにより、プラズマ
反応炉内で全体のエッチングの均一性を精度良く制御するようにさせることがで
きることである。また、本発明は、整合ネットワークのパラメータが、電極セグ
メント間での瞬間電圧を最小にするように設定され得るように、各ＲＦ電力供給
サブシステムでの電流と電圧との正確な測定を与える。

【００５８】本発明の他の効果は、増幅器／電力供給源２３０が、単一の大きい電極を駆動
するのに必要な電力定格と同じ電力定格を有さないことである。これは、電極セ
グメントが各々単一の大きい電極よりも小さいからである。このことは、整合ネ
ットワーク２５４のサイズを小さくすることができ、システム１０の全体のコス
トを減じることを意味する。特に、単一の５ｋＶ電力増幅器と単一の大きい電極
を有する代わりに、各々が５つの異なる電極セグメントに接続された５つの１ｋ
Ｖ増幅器を使用することができ、また、５つの０．５ｋＶの増幅器をも使用する
ことができる。

【００５９】本発明の多くの形態と効果とは、詳述された明細書から明らかであり、かくし
て本発明の真の精神と範囲に従った記載された方法の形態と効果との全てを添付
の請求の範囲によりカバーすること意図されている。さらに、多くの変更と交換
とが、この分野の通常の知識を有する者により容易になされるであろうから、図
示かつ説明された厳格な構造並びに動作に本発明を制限しないことが望まれる。
また、現在の複合の半導体分野で使用されている関連された装置並びに方法と同
様に、本発明の方法並びに装置は、動作パラメータの適当な値を経験的に決定す
るか、所望の適用に対して最良のデザインで達するようにコンピユータシュミレ
ーションを導くことにより、度々良好に実施される。従って、全ての適当な変更
と均等とは、本発明の精神並びに範囲内に入るように考慮されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、例示的にセグメントに分割された電極と、これに接続されたＲＦ電力
供給制御システムとを備えた本発明に係るプラズマ反応システムの概略断面図で
ある。

【図２】図２の（Ａ）は、１７個の電極セグメントを有する例示的な分割電極の平面図
であり、また、図２の（Ｂ）は、ガス供給導管と、ガス供給ラインと、電極セグ
メント荷接続されたＲＦ電力供給ラインとを詳細に示す、（Ａ）に示された分割
電極の概略断面図である。

【図３】図３は、図１に示すＲＦ供給システムの各ＲＦ電力供給サブシステムを構成す
る要素を詳細に示す概略的なブロック図である。

【図４】図４は、図３に示された各ＲＦ電力供給サブシステムを構成する要素をさらに
詳細に示す概略的なブロック図である。

【図５】図５は、図４に示された複合セグメントのインジエクトＲＦ電力供給サブシス
テムのサーキュレータの３つのポートを示す概略図である。

【図６】図６は、電流並びに電圧センサーを示す、図３のＲＦ電力供給サブシステムの
整合ネットワークと負荷との概略的な回路図である。

【図７】図７は、本発明のＲＦ電力供給サブシステムを動作させる方法の工程のフロー
チャートである。

【図８】図８は、整合ネットワークのインピーダンスをプラズマの測定インピーダンス
に整合させる整合ネットワークのキャパシタのための容量値を決定するための工
程を示すフローチャートである。

【図９】図９は、電極セグメントへの電力を大きくすることを含む、本発明を実施する
好ましい実施の形態のフローチャートである。

【図１０】図１０は、１つの位相シフトネットワークが除去されている以外は図３に示さ
れたのと同様の本発明のＲＦ電力供給サブシステムの異なる実施の形態の概略的
なブロック図である。

【図１１】図１１は、本発明のプラズマ反応システムを使用してスエハを処理する方法の
フローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ負荷インピーダンスを有するプラズマを維持可能な
プラズマ反応システムの、複数の電極セグメントを有する電極のためのＲＦ電力
供給システムであって、ａ）マスターオシレータと、ｂ）各々が前記マスターオシレータと、電極セグメントの各々とに電気的に接
続された複数のＲＦ電力供給サブシテスムとを具備し、各ＲＦ電力供給サブシス
テムは、 i）前記マスターオシレータに電気的に接続された位相シフターと、 ii）この位相シフターに電気的接続された増幅器／電力供給源と、 iii）この増幅器／電力供給源に電気的に接続されたサーキュレータと、 iv）このサーキュレータに電気的に接続された双方向性カップラーと、 v）この双方向性カップラーに電気的に接続され、整合ネットワークインピー
ダンスを有する整合ネットワークとを有し、また、このシステムは、ｃ）前記ＲＦ電力供給サブシステムの各々に電気的に接続され、各サブシステ
ムに対して前記整合ネットワークインピーダンスを動的に変化させて前記プラズ
マ負荷インピーダンスと整合させ、また、他の電極セグメントから電極セグメン
トが受けた電力に応答して前記位相シフターの少なくとも１つを調節する制御シ
ステムをさらに具備するシステム。
【請求項２】前記サブシステムの各々の整合ネットワークは、値が前記整
合ネットワークインピーダンスを変更するように調節され得る第１並びに第２の
同調可能なキャパシタを有する請求項１のシステム。
【請求項３】前記整合ネットワークは、電流の流れを感知するための第１
のセンサーと、プラズマ負荷インピーダンスにかかる電圧を感知するための第２
のセンサーとをさらに有する請求項２のシステム。
【請求項４】前記増幅器／電力供給源は、基本周波数のＲＦ電力を射出し
、また、前記ＲＦ電力供給サブシステムの各々において、前記双方向性カップラ
ーと、整合ネットワークとは、基本ＲＦ周期数の１／２の周波数の整数倍の長さ
を有する伝送ラインにより電気的に接続されている請求項１のシステム。
【請求項５】プラズマ負荷インピーダンスを有するプラズマを維持可能な
プラズマ反応システムの、複数の電極セグメントを有する電極のためのＲＦ電力
供給システムであって、ａ）マスターオシレータと、ｂ）各々が前記マスターオシレータと、電極セグメントの各々とに電気的に接
続された複数のＲＦ電力供給サブシテスムとを具備し、第１のＲＦ電力供給サブ
システムを除いた全てのＲＦ電力供給サブシステムの各々は、 i）前記マスターオシレータに電気的に接続された位相シフターと、 ii）この位相シフターに電気的接続された増幅器／電力供給源と、 iii）この増幅器／電力供給源に電気的に接続されたサーキュレータと、 iv）このサーキュレータに電気的に接続された双方向性カップラーと、 v）この双方向性カップラーに電気的に接続され、整合ネットワークインピー
ダンスを有する整合ネットワークとを有し、（ｃ）前記第１のＲＦ電力供給サブシステムにおいて、前記増幅器／電力供給
源は、前記マスターオシレータに電気的に接続されており、また、（ｄ）この電力供給システムは、前記ＲＦ電力供給サブシステムの各々に電気
的に接続され、各サブシステムに対して前記整合ネットワークインピーダンスを
動的に変化させて前記プラズマ負荷インピーダンスと整合させ、また、他の電極
セグメントから電極セグメントが受けた電力に応答して前記位相シフターの少な
くとも１つを調節する制御システムをさらに具備するシステム。
【請求項６】基板を処理するために、プラズマチャンバの内部領域にプラ
ズマを維持可能なプラズマ反応システムであって、このシステムは、（ａ）前記内部領域内に配設された基板支持体と、（ｂ）プラズマが基板と電極との間に形成されるように前記基板支持体の近く
の内部領域内に配設された複数の電極セグメントを有する電極と、（ｃ）複数のＲＦ電力供給サブシステムの各々が前記マスターオシレータと、
前記電極セグメントの各々とに電気的に接続された、請求項１のＲＦ電力供給シ
ステムと、（ｄ）前記内部領域と流体接続されたガス供給システムとを具備するシステム
。
【請求項７】前記プラズマチャンバと動作的に接続され、かつ、前記制御
システムに電気的に接続されて、前記基板支持体に対する基板の着脱を果たすウ
エハ取扱いシステム並びにロボットシステムをさらに具備する請求項６のプラズ
マ処理システム。
【請求項８】前記プラズマチャンバの内部領域と流体的に接続されかつ、
前記制御システムに電気的に接続された真空システムをさらに具備する請求項６
のプラズマ処理システム。
【請求項９】前記制御システムに電気的に接続されたデータベースをさら
に具備する請求項６のプラズマ処理システム。
【請求項１０】プラズマ負荷インピーダンスを有するプラズマで基板を処
理するときに、キャパシタンスと整合ネットワークインピーダンスとを有する整
合ネットワークに接続された複数の電極セグメントに供給されるＲＦ電力を制御
するための方法であって、この方法は、ａ）前記電極セグメントの第１のものに、位相を有するＲＦ電力を与える工程
と、ｂ）プラズマに供給する電力と、プラズマから反射される電力とをモニターす
る工程と、ｃ）前記第１の電極セグメントを介してプラズマにＲＦ電力の最大の伝送を果
たすように、前記整合ネットワークキャパシタンスを調節する工程と、ｄ）前記電極セグメントの１つもくしは複数から第１の電極セグメントが受け
る電力をモニターする工程と、ｅ）前記電極セグメントの１つもくしは複数から第１の電極セグメントが受け
る電力を減じるように前記ＲＦ電力を調節する工程とを具備する方法。
【請求項１１】前記工程（ｃ）は、前記整合ネットワークの第１のキャパ
シタンスと第２のキャパシタンスとの少なくとも一方のキャパシタンスを調節す
る工程を有する請求項１０の方法。
【請求項１２】前記工程（ｃ）は、 i）前記整合ネットワークとプラズマとの間の電力反射係数が第１の最小値と
なるように、前記第１のキャパシタンスを調節する工程をさらに有する請求項１
１の方法。
【請求項１３】前記工程（ｃ）は、前記工程(i)の後に、 ii)前記電力反射係数が、前記第１の最小値よりも小さい第２の最小値となる
ように、前記第２のキャパシタンスを調整する工程と、 iii）前記電力反射係数の第２の最小値をもとにしてプラズマ負荷インダンス
に対する値と、前記工程（ａ）で与えられたＲＦ電力に対するインピーダンス値
とを計算する工程と、 iv）前記プラズマ負荷インピーダンスの前記計算値をもとにして、整合ネット
ワークインピーダンスをプラズマ負荷インピーダンスに整合させるような、前記
第１並びに第２のキャパシタンスのための新たなキャパシタンスを計算する工程
と、をさらに具備する請求項１２の方法。
【請求項１４】前記工程(iii)の後に、前記第１並びに第２のキャパシタ
ンスを前記新たなキャパシタンスに調節する工程をさらに具備する請求項１３の
方法。
【請求項１５】各電極セグメントに対して１もしくは複数回、前記工程（
ａ）ないし（ｅ）を繰り返す工程をさらに具備する請求項１０の方法。
【請求項１６】前記各繰り返しは、１秒以内でなされる請求項１５の方法
。
【請求項１７】１もしくは複数回の繰り返しごとに、前記工程（ａ）で与
えられたＲＦ電力の大きさを増加させる工程をさらに具備する請求項１５の方法
。
【請求項１８】ＲＦ電力が最大電力レベルに、かくして、プラズマが最大
電力レベルで基板を処理するまで、ＲＦ電力を高くする工程をさらに具備する請
求項１７の方法。
【請求項１９】複数の電極セグメントを有する電極を具備し、内部領域に
プラズマを維持可能なプラズマチャンバ内で基板を処理する方法であって、ａ）プラズマチャンバの内部にウエハをロードする工程と、ｂ）プラズマチャンバの内部にガスを流す工程と、ｃ）請求項１０の方法に従って電極セグメントに供給されるＲＦ電力を大きさ
を制御しながら与える工程と、ｅ）基板が所望のエンドポイントに達するように処理されるまで、プラズマに基
板をさらす工程とを有する方法。
【請求項２０】複数の電極セグメントを有する電極を具備し、内部領域に
プラズマを維持可能なプラズマチャンバ内で基板を処理する方法であって、この
方法は、ａ）プラズマチャンバの内部にウエハをロードする工程と、ｂ）プラズマチャンバの内部にガスを流す工程と、ｃ）請求項１４の方法に従って電極セグメントに供給されるＲＦ電力を大きさ
を制御しながら与える工程と、ｅ）基板が所望のエンドポイントに達するように処理されるまで、プラズマに基
板をさらす工程とを有する方法。
【請求項２１】前記方法は、コンピュータに１セットの情報としてストア
された前記方法の工程をもとにして、コンピュータでなされる請求項１０の方法
。
【請求項２２】前記方法は、コンピュータに１セットの情報としてストア
された前記方法の工程をもとにして、コンピュータでなされる請求項１９の方法
。
【請求項２３】前記方法は、コンピュータに１セットの情報としてストア
された前記方法の工程をもとにして、コンピュータでなされる請求項２０の方法
。
【請求項２４】コンピュータのための１セットの情報として請求項１０の
方法工程がストアされているコンピュータで読み取り可能な媒体。
【請求項２５】コンピュータのための１セットの情報として請求項１９の
方法工程がストアされているコンピュータで読み取り可能な媒体。
【請求項２６】コンピュータのための１セットの情報として請求項２０の
方法工程がストアされているコンピュータで読み取り可能な媒体。