JP2013171840A

JP2013171840A - 多周波数ｒｆパルス出力のための、周波数改善インピーダンス依存電力制御

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Publication number: JP2013171840A
Application number: JP2013031820A
Authority: JP
Inventors: C Valcore John Jr; ジョン・シー．・バルコア・ジュニア; J Lyndaker Bradford; ブラッドフォード・ジェイ．・リンデーカー
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-09-02
Also published as: KR20130096674A; CN105719933A; US20150214012A1; US9030101B2; CN103295865A; TW201729651A; TWI599270B; US9236228B2; US20130214682A1; SG193086A1; TW201415957A; CN103295865B

Abstract

【課題】独立パルスＲＦ信号のパルス出力によって引き起こされるプラズマインピーダンスの変化にＲＦ電源のＲＦ周波数が迅速に反応できることを保証するための、方法の提供。
【解決手段】第１のＲＦ信号を高電力状態と低電力状態との間で供給するために第１のＲＦ電源を第１のパルス周波数でパルス出力させることを含む。更に、第２のＲＦ電源によって出力される第２のＲＦ信号のＲＦ周波数を、測定可能チャンバパラメータの値に応答して第１の既定のＲＦ周波数と第２のＲＦ周波数との間で切り替えることを含む。第１のＲＦ周波数及び第２のＲＦ周波数、並びに切り替えのための閾値は、学習段階中、第１のＲＦ信号が第１のＲＦ周波数よりも低い第２のＲＦ周波数で高電力状態と低電力状態との間でパルス出力されている間に及び第２のＲＦ電源が異なるモードで動作している間に、前もって学習される。
【選択図】なし

Description

［優先権の主張］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、参照によってその全体を本明細書に組み込まれるJohn C. Valcore Jr. 等によって２０１２年２月２２日に出願された発明の名称を「Frequency Enhanced Impedance Dependent Power Control For Multi-Frequency RF Pulsing（多周波数ＲＦパルス出力のための、周波数改善インピーダンス依存電力制御）」とする共同所有の米国仮特許出願第６１／６０２，０４０号に基づく優先権を主張する。

基板（例えばウエハ又はフラットパネル又はその他の基板）を処理して電子機器（例えば集積回路又はフラットパネルディスプレイ）を作成するために、長きにわたってプラズマ処理が用いられてきた。プラズマ処理では、基板がプラズマ処理チャンバ内に配置され、プラズマ処理チャンバは、基板を処理するために、１つ以上の電極を用いてソースガス（エッチャントソースガス又はデポジションソースガスなどであってよい）をプラズマ状態に励起させる。電極は、例えば１つ以上のＲＦ発生器によって提供可能な１つ以上のＲＦ信号によって活性化され得る。

一部のプラズマ処理システムでは、プラズマを発生させるために、同一又は異なるＲＦ周波数を有する複数のＲＦ信号を１つ以上の電極に提供することができる。例えば、代表的な容量結合型プラズマ処理システムでは、所望のプラズマを発生させるために、１つ以上のＲＦ信号を上部電極、底部電極、又はそれらの両方に提供することができる。

一部の用途では、ＲＦ信号のうちの１つ以上をパルス出力させることができる。任意の所定のＲＦ信号について、ＲＦパルス出力は、そのＲＦ信号を高電力設定値と低電力設定値との間で交互に変化させることを伴う。ＲＦ発生器（例えばＲＦ_ＧＥＮ１）からＲＦ信号がパルス出力されるときに、ＲＦ_ＧＥＮ１によってプラズマ負荷に供給されるＲＦ電力の量は、そのＲＦ信号が高いパルス出力であるか又は低いパルス出力であるかに応じて変化する。プラズマ負荷に供給されるＲＦ電力レベルの変化は、結果としてプラズマインピーダンスの変化をもたらす。例えば、プラズマインピーダンスは、ＲＦ発生器ＲＦ_ＧＥＮ１が高パルス出力されるときは或るレベルになり、ＲＦ発生器ＲＦ_ＧＥＮ１が低パルス出力されるときは別のレベルになることができる。

もし、ＲＦ発生器ＲＦ_ＧＥＮ１からのＲＦ信号の高パルス期間中に存在するプラズマインピーダンスに基づいて、その他のＲＦ発生器がそれらの電力供給を最大にするためにそれらの周波数を同調させている場合は、これらのＲＦ周波数は、例えば、ＲＦ_ＧＥＮ１からのＲＦ信号が低パルス出力されて、ＲＦ発生器ＲＦ_ＧＥＮ１によって供給されるＲＦ電力レベルが変化したゆえに、プラズマインピーダンスが変化したときに、結果として非効率的な電力供給をもたらす傾向がある。

周波数同調局面について更に詳述すると、現代のＲＦ発生器は、その出力インピーダンスをより正確にプラズマ負荷に一致させるために、そのＲＦ周波数を自己同調させることができる。本明細書で用いられる独立パルス（ＩＰ）ＲＦ信号という用語は、その他のＲＦ信号とは独立にパルス出力されるＲＦ信号を言う。このような独立パルスＲＦ信号は、例えばツールホスト又は別の制御回路からのコマンドに応答してパルス出力されると考えられる。従属ＲＦ信号は、プラズマ負荷へのその電力供給を最適にするために、そのＲＦ周波数をＩＰＲＦ信号のパルス出力に応答して同調又は変化させるＲＦ信号である。

先行技術において、従属ＲＦ信号を提供する従属ＲＦ発生器は、（ＩＰＲＦ信号のパルス出力によって引き起こされたプラズマインピーダンス変化事象に応答してなされるなどの）その周波数同調プロセス中に、複数の周波数にわたって掃引を行う。従属ＲＦ発生器は、プラズマ負荷に最も効率的に電力を供給するＲＦ周波数を決定するために、複数の周波数にわたる掃引に伴って、周波数自己同調プロセス中の進行電力及び反射電力を監視する。

理論上は、先行技術における自己同調は、ある種の用途に対しては適切に機能する。しかしながら、現代のプロセスによって指定されるＲＦ信号パルス周波数は、総じて、従属ＲＦ発生器の自己同調特性が遅れずについていくには高すぎる（例えば１０ＫＨｚ以上である）。これは、一部には、周波数自己同調には複数のサンプルが必要であり、同調／従属ＲＦ発生器は、許容可能な周波数同調を実施するために、非現実的に高い周波数で動作することを要求されるからである。

従属ＲＦ発生器のＲＦ周波数が、プラズマインピーダンスの変化（ＩＰＲＦ信号の高から低又は低から高への移行の後に続くプラズマインピーダンス変化など）に適応するのに十分に迅速に同調されないと、その従属ＲＦ発生器による電力供給は、従属ＲＦ信号がその周波数を同調させるまでの間、非効率的なままである。従属ＲＦ発生器がその周波数を同調させるのに長くかかるほど、その従属ＲＦ発生器による電力供給が非最適である期間が長くなる。

以上から、ＩＰＲＦ信号のパルス出力によって引き起こされるプラズマインピーダンスの変化に従属ＲＦ発生器のＲＦ周波数が迅速に反応できることを保証するための、改善された方法及び装置が望まれていることがわかる。

本発明は、添付図面の図に、限定的なものとしてではなく例示として示され、図中、同様の参照番号は、類似の要素を指すものとする。

本発明の１つ以上の実施形態にしたがって、２つのＲＦ信号、すなわち２ＭＨｚ信号及び６０ＭＨｚ信号の、学習期間中における進行電力対時間を示す図である。

本発明の１つ以上の実施形態にしたがって、学習プロセスのステップを示す図である。

本発明の１つ以上の実施形態にしたがって、ＩＰＲＦ信号のパルス出力中に最適な生産時間電力供給に合わせた従属ＲＦ発生器による迅速な周波数同調を実現するための正規化ＲＦパラメータ対時間を示す図である。

本発明の１つ以上の実施形態にしたがって、パルス出力中に最適な電力供給に合わせた従属ＲＦ発生器による迅速な周波数同調を実現するための一連のステップを示す図である。

次に、添付の図面に例示されたような幾つかの実施形態を参照にして、本発明の詳細な説明がなされる。以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、多くの具体的詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば、本発明が、これらの具体的詳細の一部又は全部を特定しなくても実施できることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセスステップ及び／又は構造の詳細な説明は省かれている。

本明細書では、以下で、方法及び技術を含む様々な実施形態が説明される。本発明は、発明技術の実施形態を実行に移すためのコンピュータ可読命令を格納されたコンピュータ読み取り可能媒体を含む製造物品も網羅しうることを念頭に置かれるべきである。コンピュータ読み取り可能媒体には、例えば、コンピュータ読み取り可能コードを格納するための半導体、磁気、光磁気、光、又はその他の形態のコンピュータ読み取り可能媒体がある。更に、本発明は、発明の実施形態を実施するための装置も網羅することができる。このような装置には、発明の実施形態に関するタスクを実行に移すための専用の及び／又はプログラム可能な回路がある。このような装置の例には、適切にプログラムされたときの、汎用コンピュータ及び／又は専用コンピューティングデバイスがあり、発明の実施形態に関する様々なタスクに適応された、コンピュータ／コンピューティングデバイスと専用／プログラム可能回路との組み合わせを含むことができる。

発明の実施形態は、独立パルス（ＩＰ）ＲＦ信号がパルス出力されるときにＲＦ発生器がそのＲＦ信号のＲＦ周波数を迅速に変化させてプラズマ負荷条件に一致させることを可能にするための方法及び装置に関する。発明の１つ以上の実施形態では、各従属発生器は、学習期間中に学習プロセスを経て、その間に、ＩＰＲＦ信号が高くパルス出力されるとき及びＩＰＲＦ信号が低くパルス出力されるときに存在するプラズマインピーダンス条件に対応して自身の最適同調ＲＦ周波数を学習する。学習期間は、ＩＰＲＦ信号が高くパルス出力される場合の最適同調ＲＦ周波数に収束するための時間を従属ＲＦ発生器に与えるためにＩＰＲＦ信号の高パルス持続時間が人為的に延長される期間を表している。更に、ＩＰＲＦ信号の低パルス持続時間もやはり、ＩＰＲＦ信号が低くパルス出力される場合の別の最適同調ＲＦ周波数に収束するための時間を従属ＲＦ発生器に与えるために人為的に延長される。発明の実施形態は、また、ＩＰＲＦ信号がその高から低又は低から高への移行をいつなしたかを生産（非学習）時間中に判断するための測定可能プラズマパラメータの閾値を突き止めるための技術も伴う。或る閾値は、ＩＰＲＦ信号の高から低への移行を表しており、別の閾値は、ＩＰＲＦ信号の低から高への移行を表している。

生産使用中（基板のプラズマ処理中など）に、各従属ＲＦ発生器は、測定可能プラズマパラメータを監視する。これらのプラズマパラメータの閾値は、上述された学習期間中に学習される。測定可能プラズマパラメータ値がいずれかの閾値を超えた場合は、ＩＰＲＦ信号電力レベルの移行が発生したとみなされ、従属ＲＦ発生器は、ＩＰＲＦ信号が高から低又は低から高のいずれでパルス出力されたかに応じ、適切な学習された最適同調ＲＦ周波数に切り替わる。

なお、発明の実施形態は、生産時間（すなわち、生産中にプラズマシステムが実際に基板を処理するために用いられているとき）に先行するのが通例である学習時間中にのみ、従属ＲＦ発生器における自己同調特性を用いる。ＩＰＲＦ信号の様々なパルス出力条件について最適同調ＲＦ周波数及び測定可能プラズマパラメータ閾値が突き止められたら、各従属ＲＦ発生器は、生産時間中に、その従属ＲＦ発生器についての事前に学習された或る最適同調ＲＦ周波数から、その従属ＲＦ発生器についての事前に学習された別の最適同調ＲＦ周波数へ、単純にフリップする（素早く切り替わる）。従属ＲＦ発生器は、監視されている測定可能プラズマパラメータが事前学習閾値を超える逸脱を生じたことを検出したときに、その学習された最適同調ＲＦ周波数を変化させる。このようにして、生産時間中における、従属ＲＦ発生器による時間のかかる周波数自己同調プロセスが排除され、従属ＲＦ発生器は、ＩＰＲＦ信号がパルス出力される生産時間中に、プラズマへのその電力供給をより迅速に最適化することができる。

以下に続く図面及び議論を参照にして、本発明の実施形態の特徴及び利点がより良く理解される。

図１は、発明の１つ以上の実施形態にしたがって、２つのＲＦ信号、すなわち２ＭＨｚ信号及び６０ＭＨｚ信号の、学習期間中における進行電力対時間を示す図である。概して、学習期間は、最適同調ＲＦ値及び閾値を学習するために、各レシピについて一度実施される、あるいは例えばチャンバドリフトを打ち消すために、時折実施されるのみである。この例では、２ＭＨｚ信号は、独立パルス（ＩＰ）ＲＦ信号であり、６０ＭＨｚ信号は、２ＭＨｚＲＦ信号がパルス出力されるときに電力供給を最適にするようにそのＲＦ周波数を同調させる従属ＲＦ信号を表している。図１との関連では、１つの従属ＲＦ発生器（例えば６０ＭＨｚ）のみが論じられているが、複数の従属ＲＦ発生器があってよいこと、そしてそのそれぞれが、ＩＰＲＦ信号がパルス出力されるときの自身の最適同調ＲＦ周波数及び閾値を突き止めるために同じ学習プロセスを経てもよいことが理解される。図１は、（ステップ２０２から始まる）学習プロセスの一連のステップを詳細に示す図２のフローチャートとの関連のもとで検討されることによって、より良く理解される。

点１０２において、ＩＰＲＦ発生器（例えば２ＭＨｚ発生器）は、その高電力設定値へと高パルス出力される。図１の例では、２ＭＨｚＩＰＲＦ発生器用の高電力設定値は、６ｋＷである。これは、図２のステップ２０４にも示されている。更に、従属ＲＦ発生器（例えば６０ＭＨｚ発生器）は、ＩＰＲＦ信号（１０４）が高パルス出力されるときに従属ＲＦ発生器が電力供給のための最適ＲＦ周波数に収束することを可能にするために、その周波数自己同調モードに設定される。これは、図２のステップ２０４にも示されている。

詳しくは、現代のＲＦ発生器は、電力供給を最適にするために、多くのプラズマチャンバパラメータを監視して自身のパラメータを調整している。電力供給効率の共通の評価基準は、１つには、進行電力と反射電力との間の関係性であり、ガンマとしても知られる。もし、ガンマ値がゼロである場合は、電力供給は、非常に効率的であるとみなされる。もし、ガンマ値が１である場合は、電力供給は、非常に非効率的であるとみなされる。進行電力及び反射電力は、例えば、ＲＦ発生器電力センサを使用して監視することができる。周波数同調ＲＦ発生器では、ＲＦ発生器は、次いで、ガンマを最小にするようにそのＲＦ信号周波数を同調させ、そうして電力供給効率を最大にする。

２ＭＨｚのＩＰＲＦ信号は、点１０２と点１０６との間の期間中に高パルス出力される。ＩＰＲＦ信号のこの高パルス持続時間は、基板処理のために生産時間中に用いられる真のＩＰＲＦ信号高パルス持続時間（ＩＰＲＦ信号の真のパルス期間は、学習時間中に、生産時間中におけるプラズマ処理レシピに指定されたパルス周波数によって決定される）と比べて大幅に（１つ以上の実施形態において１０分の数秒から最長で数秒まで）延長される。この人為的に延長された約３秒間の（点１０２から点１０６までの）高パルス持続時間は、ＩＰＲＦ信号が高パルス出力されるときに存在するプラズマインピーダンス条件に合わせて従属ＲＦ発生器（例えば６０ＭＨｚ発生器）がその周波数を最大電力供給効率に最適に同調させるのに十分な時間を与える。なお、学習時間中に人為的に延長されたこのＩＰＲＦ信号の高パルス持続時間は、たとえ生産時間中のＩＰＲＦ信号の真のパルス出力期間が従属ＲＦ発生器による正確な周波数同調には短すぎた場合でも、従属ＲＦ発生器によるこの最適周波数同調を可能にする。

６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号が高パルス出力されるときに、６１．３ＭＨｚに同調し、これは、ガンマ値０．０４に対応する。６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器用のこの最適同調ＲＦ周波数（ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ１周波数）６１．３ＭＨｚは、次いで、記録される（図２のステップ２０６及びステップ２０８）。この値６１．３ＭＨｚは、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号が高パルス出力されるときの６０ＭＨｚ従属ＲＦ信号用の最適同調ＲＦ周波数を表している。ガンマ値０．０４は、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器用のこの最適同調ＲＦ周波数において電力供給が効率的であることを証明している。

６０ＭＨｚ発生器は、次いで、そのＲＦ周波数が同調されることを許可されない固定周波数モードで動作される。その代わり、６０ＭＨｚ発生器は、上記の最適同調ＲＦ周波数６１．３ＭＨｚで動作するように強いられ、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号は、その高電力設定値からその低電力設定値へ（１０６から１０８へ）移行する。これは、図２のステップ２１０に見ることができる。２ＭＨｚＲＦ信号の低電力設定値は、図２の例ではゼロであるが、これは、必要条件ではなく、低電力設定値は、例えば、高電力設定値６ｋＷ未満の任意の電力レベル設定であってよい。

２ＭＨｚＩＰＲＦ信号が低パルス出力された後（点１０８後）は、先の最適同調ＲＦ周波数６１．３ＭＨｚは、もはや、６０ＭＨｚＲＦ発生器による電力供給にとって最も効率的なＲＦ周波数ではなくなる。これは、２ＭＨｚ独立パルスＲＦ信号が、より少量のＲＦ電力をプラズマに供給するために低パルス出力されたときに、プラズマインピーダンスが変化しているからである。この非効率性は、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器の電力センサによって検出されるガンマ値０．８に反映されている。このガンマ値０．８は、記録され（図２のステップ２１２）、１つ以上の実施形態では、ＩＤＰＣ＿ガンマ１閾値として設定されてよい（図２のステップ２１４）。生産時間中、ＩＰＲＦ信号が高パルス出力され、６０ＭＨｚＲＦ信号が６１．３ＭＨｚ（ＩＰＲＦ信号が高パルス出力されるときの６０ＭＨｚＲＦ発生器用の第１の最適同調ＲＦ周波数）にある際に、ＩＤＰＣ＿ガンマ１閾値に引き続き遭遇したときは、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号がちょうど高から低へ移行したことを知ることになる。

１つ以上の実施形態では、ＩＤＰＣ＿ガンマ１閾値は、閾値１＿調整値によって、感度に合わせて調整することができる。例えば、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器の電力センサによる高から低への検出を向上させるためには、ＩＤＰＣ＿ガンマ１閾値を、０．８ではなく０．７に（すなわち、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の高から低への移行ゆえに存在する真のガンマ値よりも僅かに小さく）設定する（図２のステップ２１４）ことが望ましいだろう。この例では、閾値１＿調整値は、（−０．１）であり、ＩＤＰＣ＿ガンマ１閾値０．７は、真のガンマ値（０．８）と、閾値１＿調整値−０．１との和になる。

ＩＤＰＣ＿ガンマ１値が得られたら、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号が低パルス出力されるときの電力供給のための最適同調ＲＦ周波数を６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器が決定することを可能にするために、周波数自己同調モードに設定される（ステップ２１６）。再び、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の低パルスは、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の低パルス中にＩＤＰＣ＿ガンマ１を突き止めること及び６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器が電力供給のための最適ＲＦ周波数に自己同調することの両方を可能にするために、人為的に延長される（図１の点１０８と点１１０との間）。

２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の低パルス中に、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器が電力供給のための最適ＲＦ周波数（図１の例では６０．５ＭＨｚ）に同調されたら、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器のその新しい最適同調ＲＦ周波数は、記録される（図２のステップ２１８及び２２０）。

６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器が、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の低パルスのためのその最適ＲＦ周波数値６０．５ＭＨｚ（ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ２周波数）に同調された後、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ２周波数６０．５ＭＨｚにおいて固定周波数モードで動作するように設定され（ステップ２２２）、２ＭＨｚＩＰＲＦ発生器は、高パルス出力することを許可される（１１０から１１２への移行）。これは、図２のステップ２２２にも見ることができる。

２ＭＨｚＩＰＲＦ信号が高パルス出力された後（点１１２後）、先の最適同調ＲＦ周波数６０．５ＭＨｚ（ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ２周波数）は、もはや、６０ＭＨｚＲＦ発生器による電力供給にとって最も効率的なＲＦ周波数ではなくなる。これは、２ＭＨｚ独立パルスＲＦ信号が、より多量のＲＦ電力をプラズマに供給するために高パルス出力されたときに、プラズマインピーダンスが変化しているからである。この非効率性は、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器の電力センサによって検出されるガンマ値０．７８に反映されている。このガンマ値０．７８は、記録され（図２のステップ２２４）、１つ以上の実施形態では、ＩＤＰＣ＿ガンマ２閾値として設定されてよい（図２のステップ２２６）。生産時間中、ＩＰＲＦ信号が低パルス出力され、６０ＭＨｚＲＦ信号が６０．５ＭＨｚ（ＩＰＲＦ信号が低パルス出力されるときの６０ＭＨｚＲＦ発生器用の第２の最適同調ＲＦ周波数）にある際に、ＩＤＰＣ＿ガンマ２閾値に引き続き遭遇したときは、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号がちょうど低から高へ移行したことを知ることになる。

１つ以上の実施形態では、ＩＤＰＣ＿ガンマ２閾値は、閾値２＿調整値によって、感度に合わせて調整することができる。例えば、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器の電力センサによる低から高への検出を向上させるためには、ＩＤＰＣ＿ガンマ２閾値を、０．７８ではなく０．７５に（すなわち、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の低から高への移行ゆえに存在する真のガンマ値よりも僅かに小さく）設定する（図２のステップ２２６）ことが望ましいだろう。この例では、閾値２＿調整値は、（−０．０３）であり、ＩＤＰＣ＿ガンマ２閾値０．７５は、真のガンマ値（０．７８）と、閾値２＿調整値−０．０３との和になる。

２つの最適同調ＲＦ周波数値（６１．３ＭＨｚ及び６０．５ＭＨｚ）、並びに２つのガンマ閾値（ＩＤＰＣ＿ガンマ１及びＩＤＰＣ＿ガンマ２）は、次いで、生産時間中に用いられ、このとき、２ＭＨｚは、プラズマ処理レシピごとに正常にパルス出力されることを許可され、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、その電力センサが、ガンマ値が閾値（ＩＤＰＣ＿ガンマ１及びＩＤＰＣ＿ガンマ２）を超えたことを検出したときに、２つの事前に学習された最適同調ＲＦ周波数（６１．３ＭＨｚ及び６０．５ＭＨｚ）の間で単純にフリップして行き来する。従属ＲＦ発生器による生産時間周波数同調は、図３及び図４に関連して以下で論じられる。

図３は、本発明の１つ以上の実施形態にしたがって、ＩＰＲＦ信号のパルス出力中に最適な生産時間電力供給に合わせた従属ＲＦ発生器による迅速な周波数同調を実現するための正規化ＲＦパラメータ対時間を示した図である。図３は、パルス出力中に最適な電力供給に合わせた従属ＲＦ発生器による迅速な周波数同調を実現するための（ステップ４０２から始まる）一連のステップを詳細に示した図４のフローチャートと関連付けて検討されたときに、より良く理解されるだろう。

点３０２において、２ＭＨｚＩＰＲＦ発生器は、高パルス出力し、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、その事前に学習された最適同調ＲＦ周波数ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ１（例えば６１．３ＭＨｚ）に設定される、又はこの最適ＲＦ周波数ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ１に自己同調することを許可される。これは、図４のステップ４０４に見られる。その後、従属ＲＦ発生器は、迅速な周波数同調モードで動作する。

図３の例では、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号は、高電力設定値６ｋＷと低電力設定値０ｋＷ（０ｋＷは必要条件ではなく、発明は、たとえ低電力設定値が非ゼロであっても等しく良く機能する）との間で５０％のデューティサイクル（デューティサイクルは、もし必要であれば、レシピに応じて可変である）で１５９．２５Ｈｚのパルス周波数でパルス出力される。６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、電力設定値９００Ｗで電力を提供する。

６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器は、プラズマ負荷に電力を供給する一方で、その電力センサを通じてガンマ値も監視する（図４のステップ４０６及び４０８）。点３０４において、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号は、低くパルス出力される。この高から低への移行後間もなく、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器によって測定されるガンマ値は、０．０４付近から０．８付近へ跳ね上がる（点３０６から点３０８）。ＩＤＰＣ＿ガンマ１閾値が、例えば０．７において引き金となるように設定されている場合は、検出されたガンマ値による逸脱（ステップ４０８における枝分かれ「Ｙｅｓ」）は、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器を、事前に学習された一方の最適同調ＲＦ周波数値（ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ１周波数６１．３ＭＨｚ）から、事前に学習された他方の最適同調ＲＦ周波数（ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ２周波数６０．５ＭＨｚ）へフリップさせる。これは、図４のステップ４１０に見られる。２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の高から低への移行に応答した、この６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器の６１．３ＭＨｚから６０．５ＭＨｚへの迅速な同調は、測定されるガンマ値を０．０５まで引き下げる（点３１０から点３１２）。

点３１４において、２ＭＨｚＩＰＲＦ信号は、低から高へパルス出力される（３１４から３２２）。この低から高への移行後間もなく、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器によって測定されるガンマ値は、０．０５付近から０．７８付近へ跳ね上がる（点３１４から点３１６）。ＩＤＰＣ＿ガンマ２閾値が、例えば０．７５において引き金となるように設定されている場合は、検出されたガンマ値による逸脱（ステップ４１４における枝分かれ「Ｙｅｓ」）は、６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器を、事前に学習された一方の最適同調ＲＦ周波数値（ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ２周波数６０．５ＭＨｚ）から、事前に学習された他方の最適同調ＲＦ周波数（ＩＤＰＣ＿ＦＲＥＱ１周波数６１．３ＭＨｚ）へフリップさせる。これは、図４のステップ４０４に見られる。２ＭＨｚＩＰＲＦ信号の低から高への移行に応答した、この６０ＭＨｚ従属ＲＦ発生器の６０．５ＭＨｚから６１．３ＭＨｚへの迅速な同調は、測定されるガンマ値を０．０４まで引き下げる（点３１８から点３２０）。

図３の時間尺度（生産時間）は、図１の時間尺度（学習時間）よりも速い時間尺度を反映していることを留意されるべきである。これは、言及されたように、従属ＲＦ発生器が学習を目的として最適同調ＲＦ周波数に自己同調することを許可するために、ＩＰＲＦパルスの高パルス持続時間及び低パルス持続時間が学習時間中に人為的に延長された場合である。生産時間中は、このような自己同調は不要である。なぜならば、従属ＲＦ発生器は、基本的に状態マシンとして動作し、ＩＰＲＦ信号の高から低への移行を（測定されたガンマ値をＩＤＰＣ＿ガンマ１閾値と比較し、そのガンマ逸脱の検出前におけるＩＰＲＦ信号の事前状態を知ることによって）検出した際に及びＩＰＲＦ信号の低から高への移行を（測定されたガンマ値をＩＤＰＣ＿ガンマ２閾値と比較し、そのガンマ逸脱の検出前におけるＩＰＲＦ信号の事前状態を知ることによって）検出した際に、学習された或る最適ＲＦ周波数から、学習された別の最適ＲＦ周波数へフリップするからである。

この時点では、図１〜４の例に関連して１つの従属ＲＦ発生器のみが論じられているが、複数の従属ＲＦ発生器もまた、自身がそのＲＦ周波数を生産時間中に最大の電力供給効率に合わせて迅速に同調することを可能にするために、同様なやり方で、自身の最適同調ＲＦ周波数及び自身のＩＤＰＣガンマ閾値を学習することが可能である。

以上からわかるように、発明の実施形態は、生産時間中における従属ＲＦ発生器による迅速な周波数同調を促す。代償となるのは、最適同調周波数値及びＩＤＰＣガンマ閾値の学習にかかる時間である。しかしながら、この学習時間は、レシピごとに一度しか生じず、生産基板処理（すなわち生産時間）に先立って実施されるのが通例である。

従属ＲＦ発生器を単純な状態マシンとして動作させ、生産時間中における従属ＲＦ発生器による一連の周波数自己同調ステップを排除することによって、ＩＰＲＦ信号パルスの移行のたびに早期に最適な電力供給が達成される（なぜならば、事前に学習された或る最適ＲＦ周波数値から、事前に学習された別の最適ＲＦ周波数値へフリップすることは、ＩＰＲＦ信号の移行ごとに一連の周波数をいちいち試して最適同調ＲＦ周波数を見つけるよりも、大幅に時間を短縮されるからである）。更に、ＩＰＲＦ信号のパルス周波数が、単純に、従属ＲＦ発生器が生産時間中に自己同調プロセスによって周波数を同調させるには速すぎる場合でも、生産時間中におけるこの状態マシン式のやり方は、電力供給効率を最大にするための周波数同調を可能にする。

本発明は、幾つかの実施形態の観点から説明されてきたが、本発明の範囲に含まれるものとして、代替、置換、及び等価の形態がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替の方法があることも、留意されるべきである。本明細書では、様々な例が提供されているが、これらの例は、発明に対して例示的であって限定的ではないことを意図される。

Claims

少なくとも１つのプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムにおいて基板を処理するための方法であって、前記プラズマ処理チャンバは、前記処理中に前記プラズマ処理チャンバ内においてプラズマを維持するために複数のＲＦ電源を用い、前記方法は、
高電力状態と低電力状態との間で第１のＲＦ信号を供給するために、前記複数のＲＦ電源の第１のＲＦ電源を第１のパルス周波数でパルス出力させること、
前記複数のＲＦ電源の第２のＲＦ電源を固定周波数モードで動作させること、これにより前記第２のＲＦ電源は前記第２のＲＦ電源によって出力される第２のＲＦ信号の周波数を自己同調させることを許可されず、前記第２のＲＦ信号は少なくとも２つの交代する固定ＲＦ周波数値、すなわち第１のＲＦ周波数値及び第２のＲＦ周波数値で動作し、前記第１のＲＦ周波数値及び前記第２のＲＦ周波数値は、学習段階中、前記第１のＲＦ信号が前記第１のパルス周波数よりも低い第２のパルス周波数で前記高電力状態と前記低電力状態との間でパルス出力されることに応答して、前記第２のＲＦ電源が前記第２のＲＦ信号のＲＦ周波数を自己同調させるために周波数自己同調モードで動作しているときに、前もって学習されること、
を備える方法。
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記複数のＲＦ電源の第３のＲＦ電源を固定周波数モードで動作させること、これにより前記第３のＲＦ電源は前記第３のＲＦ電源によって出力される第３のＲＦ信号の周波数を自己同調させることを許可されず、前記第３のＲＦ信号は少なくとも２つの交代する固定ＲＦ周波数値、すなわち第３のＲＦ周波数値及び第４のＲＦ周波数値で動作し、前記第３のＲＦ周波数値及び前記第４のＲＦ周波数値は、前記学習段階中、前記第１のＲＦ信号が前記第１のパルス周波数よりも低いパルス周波数で前記高電力状態と前記低電力状態との間でパルス出力されることに応答して、前記第３のＲＦ電源が前記第３のＲＦ信号のＲＦ周波数を自己同調させるために周波数自己同調モードで動作しているときに、前もって学習されること、を備える方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記第１のＲＦ電源は、独立にパルス出力するＲＦ電源を表し、前記第２のＲＦ電源は、前記プラズマ処理チャンバからの測定可能チャンバパラメータの値に応答して前記第２のＲＦ信号のＲＦ周波数を少なくとも前記第１のＲＦ周波数値と前記第２のＲＦ周波数値との間で変化させる、方法。
請求項３に記載の方法であって、
前記測定可能チャンバパラメータは、ガンマを表す、方法。
請求項３に記載の方法であって、更に、
前記測定可能チャンバパラメータの前記値を既定の閾値と比較することを備える方法。
請求項５に記載の方法であって、
前記既定の閾値は、前記学習段階中、前記第１のＲＦ電源が前記第１のパルス周波数よりも低い前記第２のパルス周波数で前記高電力状態と前記低電力状態との間でパルス出力している前記学習段階中に取得される、方法。
請求項６に記載の方法であって、
前記既定の閾値は少なくとも第１の既定の閾値及び第２の既定の閾値を含み、前記第１の既定の閾値は、前記学習段階中、前記第２のＲＦ信号が前記第１のＲＦ周波数値で動作し前記第１のＲＦ信号が前記高電力状態から前記低電力状態へ移行する間に前記第２のＲＦ電源が前記固定周波数モードで動作しているときに取得され、前記第２の既定の閾値は、前記学習段階中、前記第２のＲＦ信号が前記第２のＲＦ周波数値で動作し前記第１のＲＦ信号が前記低電力状態から前記高電力状態へ移行する間に前記第２のＲＦ電源が前記固定周波数モードで動作しているときに取得される、方法。
請求項７に記載の方法であって、
前記第１の既定の閾値は前記測定可能チャンバパラメータの第１の値と、第１の閾値調整定数との和を表し、前記測定可能チャンバパラメータの前記第１の値は、前記学習段階中、前記第２のＲＦ信号が前記第１のＲＦ周波数値で動作し前記第１のＲＦ信号が前記高電力状態から前記低電力状態へ移行する間に前記第２のＲＦ電源が前記固定周波数モードで動作しているときに取得される、方法。
請求項７に記載の方法であって、
前記第２の既定の閾値は前記測定可能チャンバパラメータの第２の値と、第２の閾値調整定数との和を表し、前記測定可能チャンバパラメータの前記第２の値は、前記学習段階中、前記第２のＲＦ信号が前記第２のＲＦ周波数値で動作し前記第１のＲＦ信号が前記低電力状態から前記高電力状態へ移行する間に前記第２のＲＦ電源が前記固定周波数モードで動作しているときに取得される、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記低電力状態は、ゼロワット以外である、方法。
少なくとも１つのプラズマ処理チャンバを有するプラズマ処理システムにおいて基板を処理するための方法であって、前記プラズマ処理チャンバは、前記処理中に前記プラズマ処理チャンバ内においてプラズマを維持するために複数のＲＦ電源を用い、前記方法は、
学習段階であって、
（ａ）第１のＲＦ信号の電力レベルを低電力状態と高電力状態との間で前記複数のＲＦ電源の第１のＲＦ電源を変化させるようにパルス出力させること、前記学習段階における前記第１のＲＦ電源の前記パルス出力は第１のパルス周波数で実施されること、
（ｂ）前記第２のＲＦ電源によって出力される第２のＲＦ信号の周波数を前記第２のＲＦ電源が自己同調させることを許可される自己同調モードで前記複数のＲＦ電源の第２のＲＦ電源を動作させ、第１のＲＦ周波数値を取得すること、前記第１のＲＦ周波数値は前記第１のＲＦ信号が前記高電力状態にあるときに前記第２のＲＦ電源が前記第２のＲＦ信号の前記周波数を前記自己同調モードで自己同調させた周波数であること、
（ｃ）その後、前記第２のＲＦ電源によって出力される第２のＲＦ信号の周波数を前記第２のＲＦ電源が自己同調させることを許可される前記自己同調モードで前記複数のＲＦ電源の前記第２のＲＦ電源を動作させ、第２のＲＦ周波数値を取得すること、前記第２のＲＦ周波数値は前記第１のＲＦ信号が前記低電力状態にあるときに前記第２のＲＦ電源が前記第２のＲＦ信号の前記周波数を前記自己同調モードで自己同調させた周波数であること、
を含む学習段階を実行すること、
生産段階であって、
（ｄ）第１のＲＦ信号の前記電力レベルを前記低電力状態と前記高電力状態との間で交互させるように前記複数のＲＦ電源の前記ＲＦ電源をパルス出力させること、前記生産段階における前記第１のＲＦ電源の前記パルス出力は、前記第１のパルス周波数よりも速い第２のパルス周波数で実施されることと、
（ｅ）前記第２のＲＦ電源を固定周波数モードで動作させている間に、前記第１のＲＦ周波数と前記ＲＦ周波数との間で前記第２のＲＦ電源の前記周波数を交互させること、これにより前記固定周波数モードにある前記第２のＲＦ電源は、前記第２のＲＦ電源が前記自己同調モードにある間に前記第２のＲＦ信号の前記周波数を自己同調させるやり方で前記第２のＲＦ信号の前記周波数を自己同調させることを許可されないこと、
を含む生産段階を実行すること、
を備える方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記学習段階を実行することは、更に、
（ｆ）前記固定周波数モードで前記第２のＲＦ電源を動作させ、前記第１のＲＦ信号の前記電力レベルを前記高電力状態から前記低電力状態へ変化させるように前記第１のＲＦ電源をパルス出力させ、その後、前記第２のＲＦ電源が前記固定周波数モードで動作し前記第２のＲＦ信号が前記第１のＲＦ周波数値を有し前記第１のＲＦ信号が前記低電力状態を有する間に、前記第２のＲＦ電源に関連付けられたセンサを使用して、測定可能チャンバパラメータの第１の値を取得することを含み、前記ステップｆ）は、前記ステップｂ）と前記ステップｃ）との間で実行される、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記学習段階を実行することは、更に、
（ｇ）前記固定周波数モードで前記第２のＲＦ電源を動作させ、前記第１のＲＦ信号の前記電力レベルを前記低電力状態から前記高電力状態へ変化させるように前記第１のＲＦ電源をパルス出力させ、その後、前記第２のＲＦ電源が前記固定周波数モードで動作し前記第２のＲＦ信号が前記第２のＲＦ周波数値を有し前記第１のＲＦ信号が前記高電力状態を有する間に、前記第２のＲＦ電源に関連付けられたセンサを使用して、前記測定可能チャンバパラメータの第２の値を取得することを含み、前記ステップｇ）は、前記ステップｃ）の後に実行される、方法。
請求項１３に記載の方法であって、
前記測定可能プラズマパラメータは、ガンマを表す、方法。
請求項１３に記載の方法であって、
前記交互させることは、測定可能パラメータの値を前記測定可能チャンバパラメータの前記第１の値及び前記測定可能チャンバパラメータの前記第２の値と比較することに応答してなされる、方法。
請求項１３に記載の方法であって、
前記交互させることは、前記測定可能チャンバパラメータの値を、前記測定可能チャンバパラメータの前記第１の値に第１の閾値調整値を加えたものを表す第１の閾値と比較することに応答してなされる、方法。
請求項１６に記載の方法であって、
前記交互させることは、前記測定可能チャンバパラメータの値を、前記測定可能チャンバパラメータの前記第２の値に第２の閾値調整値を加えたものを表す第２の閾値と比較することに応答してなされる、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記第１のＲＦ電源は、独立にパルス出力するＲＦ電源を表す、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記低電力状態は、ゼロワットである、方法。
請求項１１に記載の方法であって、
前記低電力状態は、ゼロワット以外である、方法。