JP2010504614A - パルスrfバイアス処理においてウエハ電位を測定および制御する方法、ならびにそのための装置 - Google Patents
パルスrfバイアス処理においてウエハ電位を測定および制御する方法、ならびにそのための装置 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】図3
Description
エッチングまたは堆積または注入を制御するなどのプロセス制御を説明するにあたり、このような電極に印加される第2のRF電力は、RFバイアスまたはRFバイアス電力、または好ましくはRFバイアス信号と称されてよく、このような電極は、バイアス電極と称されてよい。これらの用語は、プラズマを発生させるために誘導コイルに別途印加されるRF電力とは区別される。処理中、プロセス制御がなされないと、または適切なプロセス制御がなされないと、バイアス電極に対するインピーダンス(または負荷)に変動が生じる。この変動は、例えば、チャンバ内ガスの種類、ガス圧、または誘電負荷に基づいてよい。最適なプロセス制御のためには、プラズマの電気的特性が一定に維持されるように、バイアス電極に印加されるRFバイアス信号を制御しなくてはならない。
図1は、パルスRFバイアス信号を通じた処理チャンバまたは電極へのパルスRF電力供給に関連した信号の印加、測定、フィードバック、および処理を制御するための本発明の装置40の実施形態の概略図を示している。本発明の実施形態では、パルスRFバイアス信号の値の決定は、パルスRFバイアス信号のデューティサイクルに影響されず、すなわちその関数ではなく、したがって、パルスRFバイアス信号のデューティサイクルに依存せず、パルスRFバイアス信号のOFFモードに基づかない。
Claims (30)
- 半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内において、前記プラズマチャンバ内におけるチャックに印加されるパルスRFバイアス電圧信号を監視および調整するための回路構成であって、前記チャックは、処理のために前記ウエハを載置するように構成され、前記回路構成は、
前記チャックに印加される前記パルスRFバイアス電圧信号の個別パルスを検出するためのRFバイアス電圧検出器と、
各前記検出個別パルスをサンプリングするための時刻を決定するためのタイミング回路と、
各検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、各前記検出個別パルスをサンプリングするための前記サンプリング時刻においてトリガされるサンプル−ホールド回路であって、少なくとも1つの前記検出パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を提供するように構成されるサンプル−ホールド回路と、
前記チャックに印加される前記パルスRFバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記RFバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整するためのフィードバック回路と、
を備える回路構成。 - 請求項1に記載の回路構成であって、
前記RFバイアス電圧検出器は、前記パルスRFバイアスの各個別パルスを検出して、各検出個別パルス内のピークツーピーク電圧値を表す電圧エンベロープを出力するように構成される、回路構成。 - 請求項2に記載の回路構成であって、
前記サンプリング時刻においてトリガされる前記サンプル−ホールド回路が、前記電圧エンベロープをサンプリングして、各個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定できるように、前記タイミング回路は、各前記検出個別パルスの立ち上がりを検出して、前記立ち上がりから遅延された前記サンプリング時刻を決定するように構成される、回路構成。 - 請求項1に記載の回路構成であって、
前記サンプル−ホールド回路は、各検出個別パルスのエンベロープの1つまたは2つ以上のピークツーピーク電圧値を表す電圧値を決定およびホールドするために、各前記検出個別パルスをサンプリングするように構成され、前記1つまたは2つ以上のピークツーピーク電圧値は、パルス内の平均のまたは最大のピークツーピーク電圧値を含む、回路構成。 - 請求項1に記載の回路構成であって、
前記サンプル−ホールド回路は、複数の前記決定およびホールドされた電圧値の平均を取得するように構成される、回路構成。 - 半導体ウエハを処理するためのプラズマチャンバ内においてチャックに印加されるパルスRFバイアス電圧信号を監視および調整する方法であって、前記チャックは、処理のために前記ウエハを載置するように構成され、前記方法は、
前記チャックに印加される前記パルスRFバイアス電圧の個別パルスの電圧値を検出する動作と、
各前記検出個別パルスの電圧値をサンプリングするための時刻を決定する動作と、
各前記検出個別パルスに対する前記サンプリング時刻において、前記各検出個別パルスの特定の電圧値をサンプリングして、前記特定の電圧値をホールドする動作と、各特定の電圧値は、各検出個別パルスの少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、
1つの前記検出個別パルスの電圧エンベロープについての少なくとも特徴的ピークツーピーク電圧値を表すフィードバック信号を生成する動作と、
前記チャックに印加される前記パルスRFバイアス電圧信号の電圧を、前記フィードバック信号と前記パルスRFバイアス電圧信号の所望の電圧値との間の差にしたがって調整する動作と、
を備える方法。 - 請求項6に記載の方法であって、
前記検出する動作は、前記パルスRFバイアス電圧信号の各前記個別パルスのピークツーピーク電圧値を表す前記電圧エンベロープを提供する、方法。 - 請求項6に記載の方法であって、
前記決定する動作は、各検出個別パルスの各特定のサンプル電圧値または検出個別パルス内の複数のサンプルの平均である特徴的関数が、前記各検出個別パルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表せるように、各前記検出個別パルスの立ち上がりから時間的に隔てられた1つまた複数のサンプリング時刻を特定する、方法。 - 請求項6に記載の方法であって、
前記各検出個別パルスの2つまたは3つ以上のピークピークツーピーク電圧値に対して平均の取得が実施される、方法。 - ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスRFバイアス信号を測定するための装置であって、
前記パルスRFバイアス信号に応答するように構成される検出器と、前記パルスRFバイアス信号は、OFFモードによって隔てられた1対のONモードパルスを含むことと、前記検出器は、相継ぐエンベロープを含む検出器信号を生成するように構成されることと、各前記エンベロープの振幅は、各ONモードパルスの時間の関数としてピークツーピーク電圧値に比例することと、
各相継ぐ前記エンベロープをサンプリングするためのサンプル−ホールド回路と、前記サンプリングは、前記エンベロープの振幅の1つを特定し、前記特定された1つの振幅は、前記エンベロープに対応する前記各ONモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、前記回路は、前記特定された1つの振幅に比例する出力信号を生成することと、
を備える装置。 - 請求項10に記載の装置であって、さらに、
各特定された1つの振幅が、前記各エンベロープに対応する前記ONモードパルスのピークツーピーク電圧値の特徴を表すように、各前記エンベロープの上昇期間に続く遅延の完了を受けて前記サンプル−ホールド回路をトリガするためのトリガ信号を生成するように構成されるタイミング回路を備える装置。 - 請求項11に記載の装置であって、
前記装置は、CW RFバイアス信号を測定するようにも構成され、
前記タイミング回路は、さらに、前記パルスRFバイアス信号の代わりに前記CW RFバイアス信号の生成を受けて前記トリガ信号を生成するのに有効なウオッチドッグ回路をともなって構成される、装置。 - 請求項10に記載の装置であって、さらに、
既定の数の前記各相継ぐエンベロープからサンプリングされた前記特定された1つの振幅を加算して和を得るように、そして、前記和を前記既定の数で割って、前記既定の数の各エンベロープに対応する前記ONモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均に比例する値を有する前記出力信号を生成するように構成される平均取得回路を備える装置。 - 請求項13に記載の装置であって、
前記既定の数は、前記出力信号が更新される更新周波数にしたがって選択され、
前記平均取得回路は、前記更新周波数で前記出力信号を更新するように構成され、前記出力信号の値は、前記OFFモードの継続期間に無関係である、装置。 - 請求項13に記載の装置であって、
前記平均取得回路は、さらに、前記ONモードおよび前記OFFモードの継続期間にしたがってなおかつ前記出力信号が更新される更新周波数にしたがって前記既定の数を選択することに基づくように構成される、装置。 - 請求項10に記載の装置であって、
前記サンプル−ホールド回路は、電圧制限未満の電圧値を有するエンベロープ振幅をサンプリングするように構成され、
前記ONモードパルスのピークツーピーク電圧値は、前記電圧制限を超え、
前記検出器は、複数のステージをともなって構成され、各前記ステージは、前記エンベロープの振幅の電圧値が前記電圧制限未満になるように、前記ONモードパルスの電圧値を減衰させるように構成される、装置。 - 請求項10に記載の装置であって、
各ONモードパルスは、RFサイクルからなり、
前記検出器は、ストレージデバイスとダイオードネットワークとをともなって構成される回路を含み、前記ダイオードネットワークは、前記ストレージデバイスが各サイクルについて前記サイクルのピークツーピーク電圧を表す値を格納することを可能にする、装置。 - 請求項10に記載の装置であって、
前記パルスRFバイアス信号は、RFサイクルを含み、
前記検出器は、ピークツーピーク検出器回路を含み、
前記検出器回路は、逆方向に導電する1対のダイオードと、前記パルスRFバイアス信号の前記ONモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値に比例する電荷を格納するためのコンデンサとをともなって構成され、
各前記ダイオードは、最大で電流制限までの電流を導電するための容量をともなって構成され、
前記検出器は、さらに、各前記ダイオードに直列の個別回路を含み、前記個別回路は、前記コンデンサの充電とともに各前記ダイオードが最大で前記電流制限までの電流を導電するように構成される、装置。 - ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスRFバイアス信号を測定するための装置であって、
前記パルスRFバイアス信号に応答するように構成される検出器と、前記パルスRFバイアス信号は、対をなすONモードパルスからなり、各対は、OFFモードによって隔てられ、各ONモードパルスは、サイクルからなり、各サイクルは、時間に対して変化する電圧振幅によって特徴付けられることと、前記検出器は、前記応答が相継ぐエンベロープの形態で検出器信号を生成するように構成されることと、1つの前記エンベロープの振幅は、各前記ONモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値に比例する振幅値からなり、各エンベロープの振幅は、各ONモードパルス中の時間のみに対しており、各エンベロープは、前記パルスRFバイアス信号のデューティサイクルおよび周波数に無関係であることと、
各相継ぐ前記相隔てられたエンベロープに対して動作するように構成されるサンプル−ホールド回路と、前記各ONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する振幅値を有するエンベロープ振幅をサンプリングして、前記サンプリングされたサンプル振幅値を次のエンベロープのサンプリングまでホールドし、前記各ONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する値を有する出力信号を生成することと、
を備える装置。 - 請求項19に記載の装置であって、さらに、
各前記エンベロープの上昇期間および移行期間の完了を受けて前記サンプル−ホールド回路をトリガするためのトリガ信号を生成するように構成されるタイミング回路を備える装置。 - 請求項19に記載の装置であって、
前記サンプル−ホールド回路は、
前記各エンベロープの複数の相継ぐ振幅値をサンプリングするサンプリングモジュールと、
前記サンプリングされた複数のサンプル振幅値のどれが前記各ONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例するかを決定する選択モジュールと、
を含む、装置。 - 請求項21に記載の装置であって、
前記選択モジュールは、
前記各ONモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値の2つのサンプル振幅値に対して決定を下して、高い方の値のサンプルをホールドするように、
前記ホールドされた高い方の値のサンプルと、前記各ONモードパルスの前記サイクルの次の相継ぐサンプル振幅値とに対して決定を下して、高い方の値のサンプルをホールドするように、そして、
前記次の相継ぐサンプル振幅値が前記ホールドされた高い方の値のサンプル未満になったときに決定を下すのを止めて、前記各ONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する値を有する前記出力信号を生成するのに使用するために前記高い方の値のサンプルをホールドするように
構成される、装置。 - 請求項19に記載の装置であって、
各前記相継ぐエンベロープについて、前記サンプル−ホールド回路は、前記各相継ぐエンベロープが対応する前記各ONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値に比例する特徴的エンベロープ振幅値をサンプリングし、
前記装置は、さらに、
既定の数の前記各相継ぐエンベロープの特徴的振幅値を加算して和を得るように構成される平均取得回路を備え、前記既定の数は、前記出力信号が更新される更新期間が前記相継ぐエンベロープの数を前記パルスRFバイアス信号のパルスレートで割ったものに等しくなるように選択され、前記平均取得回路は、さらに、前記既定の数の各相継ぐエンベロープに対応する前記ONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均に比例する値を有する前記出力信号を生成するために、前記和を前記既定の数で割るように構成される、装置。 - ウエハ処理チャンバのバイアス電極に印加されるパルスRFバイアス信号の電圧値を測定するための装置であって、前記信号は、ONモードパルスと、続くOFFモードと、続く別のONモードパルスとからなり、交互に変化する一連のONモードパルスおよびOFFモードパルスとして継続し、パルスレートは、各相継ぐ前記ONパルスが開始する時刻を定め、各ONモードパルスは、サイクルからなり、各サイクルは、時間に対して変化するとともに前記サイクルのピークツーピーク電圧値を含む電圧値によって特徴付けられ、前記装置は、
各前記ONモードパルスに対応するとともに前記パルスレートにしたがってその他の相継ぐエンベロープから隔てられた1つのエンベロープの形態で検出器信号を生成するために、前記継続する一連の各ONモードパルスに応答するように構成される検出器と、各エンベロープは、各前記ONモードパルスの前記サイクルのピークツーピーク電圧値を表すことと、前記検出器は、前記検出器信号が1つのエンベロープと、相継いで続く1つのOFFモードと、続く1つのエンベロープとからなり前記パルスレートで交互に変化する一連のOFFモードおよびエンベロープとして継続するように構成されることと、
各相継ぐ前記エンベロープに対する動作のためにのみトリガされるように構成されるサンプル−ホールド回路と、前記トリガされた回路は、各エンベロープの電圧振幅値をサンプリングして、前記サンプリングされたサンプル値を前記次のOFFモードの間ホールドし、前記ホールドされたサンプル値は、前記各エンベロープに対応する前記ONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すことと、
を備える装置。 - 請求項24に記載の装置であって、さらに、
前記バイアス電極に印加される前記パルスRFバイアス信号の電圧値を制御するためのフィードバック回路であって、更新レートで制御信号を生成し、前記更新レートは、前記パルスレートより遅く、前記制御信号の更新間の期間を定める、フィードバック回路を備える装置。 - 請求項25に記載の装置であって、さらに、
1つの前記更新期間中に相継いで発生する各エンベロープに対応する各相継ぐONモードパルスの前記サイクルの特徴的ピークツーピーク電圧値を表すいくつかの前記ホールドされた電圧振幅値に応答する平均取得回路であって、前記1つの更新期間中の前記ONモードパルスの特徴的ピークツーピーク電圧値の平均を表すために、前記ホールドされた電圧振幅値の平均を生成する平均取得回路を備え、
前記フィードバック回路は、前記ホールドされた電圧振幅値の前記平均に応答して前記制御信号を更新する、装置。 - 請求項26に記載の装置であって、
前記平均取得回路は、前記1つの更新期間中にホールドされた前記ホールドされた電圧振幅値の和を得て、前記和を前記ホールドされた電圧振幅値の前記数で割って、前記平均を決定する、装置。 - 処理チャンバ内において、基板を支えるRFバイアス電極に印加されるパルスRFバイアス信号のピークツーピーク電圧値を決定する方法であって、前記印加される信号は、交互に変化するモードからなり、前記モードは、一連のモードとして継続するONモードパルスと、OFFモードと、ONモードパルスとからなり、前記方法は、
前記パルスRFバイアス信号の第1のONモードパルスを特定する動作と、前記第1のONモードパルスは、時間に対して変化するサイクルの振幅によって特徴付けられることと、
前記特定された第1のONモードパルスの前記サイクルの振幅のピークツーピーク電圧値を前記第1のONモードパルス中の時間の関数として表すエンベロープを画定する動作と、
前記パルスRFバイアス信号の特徴的ピークツーピーク電圧値を表す出力信号を生成するために、前記エンベロープをサンプリングする動作と、
を備える方法。 - 請求項28に記載の方法であって、さらに、
前記パルスRFバイアス信号の電圧値を制御するためのフィードバック信号を生成する動作と、前記フィードバック信号は、前記出力信号の特徴的ピークツーピーク電圧値と、前記パルスRFバイアス信号の所望のピークツーピーク電圧値とに基づくこととを備える方法。 - 請求項28に記載の方法であって、さらに、
前記一連の相継ぐONモードパルスの前記サイクルの振幅のピークツーピーク電圧値を表す前記エンベロープに基づいて前記出力信号を更新するために、前記相継ぐONモードパルスに対して前記特定する動作、前記画定する動作、および前記サンプリングする動作を繰り返す動作を備える方法。
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