JP2015534718A - 切り替えモードイオンエネルギー分布システムを制御する方法 - Google Patents

Abstract

プラズマチャンバ内のイオンエネルギーを調整し、基板を基板支持部にチャックで固定するためのシステム、方法、および装置が開示される。例示的方法は、基板をプラズマチャンバの中に配置することと、プラズマチャンバ内でプラズマを形成することと、周期的電圧関数（または修正された周期的電圧関数）を基板に印加するように、基板への電力を制御可能に切り替えることと、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって、時間平均基準でイオンエネルギーの定義された分布をもたらすように、基板の表面におけるイオンのエネルギーの定義された分布に応答して、周期的電圧関数を変調することとを含む。

Description

（関連出願および優先権）
本願は、米国特許出願第１３／１９３，２９９号（２０１１年７月２８日出願）の一部継続出願であり、米国非仮特許出願第１２／８７０，８３７号（２０１０年４月２９日出願）の一部継続出願である。出願第１３／１９３，２９９号、第１２／８７０，８３７号の詳細は、あらゆる目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に引用される。

（技術分野）
本発明は、概して、プラズマ処理に関する。特に、制限するものではないが、本発明は、プラズマ支援エッチング、蒸着、および／または他のプラズマ支援プロセスのための方法ならびに装置に関する。

多くの種類の半導体デバイスは、プラズマ系エッチング技術を使用して加工される。エッチングされるものが導体である場合、基板導体の表面全体にわたって実質的に均一な負の電圧を生成するように、接地に対して負の電圧が伝導性基板に印加され、負の電圧が、正に帯電されたイオンを導体に向かって引きつけ、その結果、導体に影響を及ぼす正イオンが、実質的に同一エネルギーを有する。

しかしながら、基板が、誘電性である場合、不変電圧は、基板の表面全体にわたる電圧をかけるために効果的ではない。しかし、ＡＣ場が、基板の表面上に電圧を誘発するように、ＡＣ電圧（例えば、高周波）が、伝導性プレート（または、チャック）に印加され得る。正のＡＣ半サイクル中、基板は、正イオンの質量と比較して軽い電子を引きつける。したがって、多くの電子は、正のサイクル部分中、基板の表面に引きつけられるであろう。その結果、基板の表面は、負に帯電され、イオンが負に帯電された表面に向かって引きつけられることをもたらすであろう。また、イオンが基板の表面に衝突すると、衝突は、材料を基板の表面から除去し、すなわち、エッチングをもたらす。

多くの事例では、狭域イオンエネルギー分布を有することが望ましいが、基板に正弦波形を印加することは、イオンエネルギーの広域分布を誘発し、イオンエネルギーの広域分布は、所望のエッチング断面をもたらすためのプラズマプロセスの能力を制限する。狭域イオンエネルギー分布を達成するための公知の技術は、高価、非効率、かつ制御が困難であり、プラズマ密度に悪影響を及ぼし得る。その結果、これらの公知の技術は、商業用として採用されていない。故に、現在の技術の欠点を解決し、他の新しく、かつ革新的特徴を提供する、システムおよび方法が必要とされる。

図面に示される、本発明の例証的実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の項により完全に説明される。しかしながら、本発明の開示または発明を実施するための形態に説明される形態に本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者は、請求項に明示される発明の精神および範囲内に該当する、多数の修正、均等物、および代替構造が存在することを認識し得る。

一実施形態によると、本発明は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供するための装置として特徴付けられ得、電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成される。本装置は、電力供給部と、イオン電流補償構成要素と、コントローラとを含むことができる。電力供給部は、周期的電圧関数を電気ノードに提供することができ、周期的電圧関数は、パルスおよびパルス間の部分を有する。イオン電流補償構成要素は、パルス間の部分の傾きを修正し、したがって、修正された周期的電圧関数を形成するように、イオン電流補償を提供することができる。コントローラは、スイッチモード電力供給部およびイオン電流補償構成要素と通信し、電気ノードに提供された場合、基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、イオン電流補償の値を識別するように構成されることができる。

別の実施形態によると、本発明は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供する方法として説明され得、電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に電気的に結合するために構成される。本方法は、イオン電流補償Ｉ_Ｃを電気ノードに提供することを含むことができる。本方法はさらに、周期的電圧関数を電気ノードに提供することであって、周期的電圧関数は、修正された周期的電圧関数を形成するようにイオン電流補償Ｉ_Ｃによって修正される、ことを含み得る。本方法はまた、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供することであって、修正された周期的電圧関数は、パルスおよびパルス間の部分を有する、ことを含むことができる。本方法はまた、少なくとも基板支持部の容量を表す有効容量値Ｃ_１にアクセスすることを含み得る。同時に、本方法は、修正された周期的電圧関数のパルス間の部分の傾きｄＶ_０／ｄｔを決定することを含むことができる。最終的に、本方法は、基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、イオン電流補償Ｉｃの値を識別することであって、識別は、有効容量Ｃ_１とパルス間の部分の傾きｄＶ_０／ｄｔとの関数である、ことを含むことができる。

さらに別の実施形態によると、本発明は、印加することと、サンプリングすることと、推定することと、調節することとを含む、方法として特徴付けられ得る。一例として、本方法は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに印加することを含み得、修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償によって修正された周期的電圧関数を備えている。電気ノードは、プラズマ処理チャンバ内の基板に結合されている基板支持部に結合するために構成されることができる。本方法はまた、電圧データ点を生成するように、修正された周期的電圧関数の少なくとも１つのサイクルをサンプリングすることを含み得る。本方法はさらに、基板の表面に到達するイオンの第１のイオンエネルギーの値を推定することであって、推定することは、電圧データ点に基づく、ことを含み得る。最後に、本方法は、第１のイオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、修正された周期的電圧関数を調節することを含むことができる。

本開示の別の側面は、提供する、サンプリングする、計算する、比較する、および調節する動作を含む、方法として特徴付けられることができる。第１に、本方法は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供することができ、電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成される。本方法はまた、第１の時間および第２の時間において、修正された周期的電圧関数から少なくとも２つの電圧をサンプリングする。したがって、本方法は、少なくとも２つの電圧の傾きをｄＶ／ｄｔとして計算し得る。本方法はまた、傾きをイオンエネルギー分布関数幅に対応することが分かっている基準傾きと比較し得る。最終的に、本方法は、傾きが基準傾きに接近するように、修正された周期的電圧関数を調節し得る。

本開示の別の側面は、定義されたイオン電流補償Ｉ_Ｃを識別する方法を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として特徴付けられることができる。本方法は、第１の値を有するイオン電流補償Ｉ_Ｃを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることを含み得る。本方法はさらに、第２の値を有するイオン電流補償Ｉ_Ｃを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることを含み得る。また、本方法は、プラズマ処理チャンバの有効容量値Ｃ_１にアクセスすることを含み得る。本方法はさらに、第１および第２のサンプリングに基づいて、修正された周期的電圧関数の傾きｄＶ_０／ｄｔを決定することを含み得る。最後に、本方法は、以下の方程式を真にするイオン電流補償Ｉ_Ｃの第３の値を計算することを含み得る。

これらおよび他の実施形態が、本明細書でさらに詳細に説明される。

本発明の種々の目的および利点ならびにより完全なる理解は、いくつかの図面を通して同様または類似の要素が同一の参照数字によって表される添付図面と併せて考慮されるときに、以下の発明を実施するための形態および添付の請求項を参照することによって、明白であり、かつ容易に理解される。

図１は、本発明の一実装による、プラズマ処理システムのブロック図を例証する。 図２は、図１に描写されるスイッチモード電力システムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。 図３は、図２を参照して説明されるスイッチモードバイアス供給部を実現するように利用され得る、構成要素の略図である。 図４は、２つの駆動信号波形を描写する、タイミング略図である。 図５は、特定のイオンエネルギーに集中するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給部を動作させる単一モードのグラフ表示である。 図６は、イオンエネルギー分布における２つの別個のピークが生成される、動作の二峰性モードを描写するグラフである。 図７Ａおよび７Ｂは、プラズマ中で行われる、実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフである。 図８は、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図９Ａは、正弦波変調関数によって変調される、例示的周期的電圧関数を描写する、グラフである。図９Ｂは、図９Ａに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。図９Ｃは、時間平均に基づく、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。 図９Ｄは、周期的電圧関数が、正弦波変調関数によって変調される場合の結果として生じる時間平均ＩＥＤＦのプラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。 図１０Ａは、周期的電圧関数が、鋸歯状波変調関数によって変調されることを描写する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。図１０Ｃは、図１０Ａおよび１０Ｂにおける周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する、グラフである。 図１１は、右欄にＩＥＤＦ関数および左欄に関連付けられた変調関数を示す、グラフである。 図１２は、イオン電流補償構成要素が、プラズマチャンバ内のイオン電流を補償する、実施形態を描写する、ブロック図である。 図１３は、例示的イオン電流補償構成要素を描写する、略図である。 図１４は、図１３に描写される、ノードＶｏにおける例示的電圧を描写する、グラフである。 図１５Ａ−１５Ｃは、補償電流に応答して、基板の表面またはウエハに現れる、電圧波形である。 図１６は、図１３を参照して説明される電流源を実現するように実装され得る、電流源の例示的実施形態である。 図１７Ａおよび１７Ｂは、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図である。 図１８は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図１９は、本発明のなおも別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２０は、図１−１９を参照して説明される実施形態に関連して利用され得る、ブロック図入力パラメータおよび制御出力である。 図２１は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２２は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２３は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２４は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２５は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２６は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２７は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。 図２８は、本開示のある実施形態による、方法を図示する。 図２９は、本開示のある実施形態による、別の方法を図示する。 図３０は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。 図３１はＩＥＤＦおよびイオンエネルギーを設定する方法を図示する。 図３２は、本開示の一実施形態による、基板支持部に送達される２つの修正された周期的電圧関数波形を図示する。 図３３は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化を示すことができる、イオン電流波形を図示する。 図３４は、非周期的形状を有する、修正された周期的電圧関数波形のイオン電流Ｉ_Ｉを図示する。 図３５は、バイアス供給部内の故障を示すことができる、修正された周期的電圧関数波形を図示する。 図３６は、システム容量の動的変化を示すことができる、修正された周期的電圧関数波形を図示する。 図３７は、プラズマ密度の変化を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。 図３８は、イオン電流のドリフトがシステムドリフトを示すことができる、異なるプロセス実行のためのイオン電流のサンプリングを図示する。 図３９は、異なるプロセスパラメータのためのイオン電流のサンプリングを図示する。 図４０は、チャンバ内にプラズマを伴わずに監視された２つのバイアス波形を図示する。 図４１は、プラズマプロセスの正当性を立証するために使用することができる、２つのバイアス波形を図示する。 図４２は、電力供給部電圧とイオンエネルギーとの間の関係を示す、いくつかの電力供給部電圧およびイオンエネルギーのプロットを図示する。 図４３は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。 図４４は、本明細書で開示されるシステムにおける異なる点での種々の波形を図示する。 図４５は、イオン電流Ｉ_Ｉに一致させるために、イオン電流補償Ｉｃの最終漸進的変化を生じることの効果を図示する。 図４６は、イオンエネルギーの選択を図示する。 図４７は、イオンエネルギー分布関数幅の選択および拡張を図示する。 図４８は、各イオンエネルギーレベルが狭小ＩＥＤＦ幅を有する、１つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧Ｖ_ＰＳの１つのパターンを図示する。 図４９は、各イオンエネルギーレベルが狭小ＩＥＤＦ幅を有する、１つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧Ｖ_ＰＳの別のパターンを図示する。 図５０は、定義されたＩＥＤＦを生成するために使用されることができる電力供給部電圧Ｖ_ＰＳおよびイオン電流補償Ｉ_Ｃの１つの組み合わせを図示する。

プラズマ処理システムの例示的実施形態は、概して、図１に示される。描写されるように、プラズマ電力供給部１０２は、プラズマ処理チャンバ１０４に結合され、スイッチモード電力供給部１０６は、チャンバ１０４内において、その上に基板１１０が置かれている支持部１０８に結合される。また、スイッチモード電力供給部１０６に結合される、コントローラ１１２も示される。

この例示的実施形態では、プラズマ処理チャンバ１０４は、実質的に従来の構造のチャンバ（例えば、ポンプまたは複数のポンプ（図示せず）によって真空にされる、真空封入体を含む）によって実現され得る。また、当業者が理解するように、チャンバ１０４内のプラズマ励起は、例えば、ヘリコン型プラズマ源等の種々の源のうちの任意の１つによるものであり得、種々の源は、反応炉内でプラズマ１１４を点火し、持続させるための磁気コイルおよびアンテナを含み、ガス注入口がチャンバ１０４内にガスを導入するために提供され得る。

描写されるように、例示的プラズマチャンバ１０４は、基板１１０のエネルギーイオン衝撃および他のプラズマ処理（例えば、プラズマ蒸着およびプラズマ支援イオン注入）を利用して、材料のプラズマ支援エッチングを行うように配列および構成される。本実施形態におけるプラズマ電力供給部１０２は、プラズマ１１４を点火し、持続させるように、１つ以上の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）において、整合回路（図示せず））を介して、チャンバ１０４に電力（例えば、ＲＦ電力）を印加するように構成される。本発明は、チャンバ１０４に電力を結合するための任意の特定の種類のプラズマ電力供給部１０２または源に限定されるものではなく、種々の周波数および電力レベルが、プラズマ１１４に容量的または誘導的に結合され得ることを理解されたい。

描写されるように、処理される誘電性基板１１０（例えば、半導体ウエハ）は、従来のウエハチャック（例えば、半導体ウエハ処理のため）の一部を含み得る支持部１０８によって、少なくとも部分的に支持される。支持部１０８は、支持部１０８と基板１１０との間に絶縁層を有し、基板１１０は、プラットフォームに容量的に結合されるように形成され得るが、支持部１０８と異なる電圧で浮動し得る。

前述のように、基板１１０および支持部１０８が、導体である場合、支持部１０８に不変電圧を印加することが可能であり、基板１１０を通しての電気伝導の結果、支持部１０８に印加される電圧は、基板１１０の表面にも印加される。

しかしながら、基板１１０が、誘電性である場合、支持部１０８への不変電圧の印加は、処理される基板１１０の表面全体にわたる電圧をかけるために有効ではない。その結果、例示的スイッチモード電力供給部１０６は、基板１１０の制御されたエッチングおよび／または蒸着および／または他のプラズマ支援プロセスを行うように、プラズマ１１４内でイオンを引きつけて基板１１０と衝突させることが可能である電圧を基板１１０の表面上にもたらすように制御されるように構成される。

さらに、本明細書でさらに論じられるように、スイッチモード電力供給部１０６の実施形態は、プラズマ電力供給部１０２によって（プラズマ１１４に）印加される電力と、スイッチモード電力供給部１０６によって基板１１０に印加される電力との間にごくわずかな相互作用があるように動作するように構成される。スイッチモード電力供給部１０６によって印加される電力は、例えば、プラズマ１１４の密度に実質的に影響を及ぼすことなく、イオンエネルギーの制御を可能にするように制御可能である。

さらに、図１に描写される例示的スイッチモード電力供給部１０６の多くの実施形態は、比較的に単純な制御アルゴリズムによって制御され得る、比較的に安価な構成要素によって実現される。また、従来技術のアプローチと比較して、スイッチモード電力供給部１０６の多くの実施形態は、はるかに効率的である。つまり、エネルギーコストと、過剰な熱エネルギーを除去することに関連付けられる高価な材料とを削減する。

誘電性基板に電圧を印加するための公知の技術の１つは、基板の表面において電圧を誘発する、基板支持部への電力を印加するための複雑な制御方式とともに、高出力線形増幅器を利用する。しかしながら、この技術は、コスト効率的ではなく、または十分に管理可能ではないことが分かっているため、商業用事業体によって採用されていない。特に、利用される線形増幅器は、典型的には、大型、非常に高価、非効率的、かつ制御が困難である。さらに、線形増幅器は、本質的に、ＡＣ結合（例えば、阻止コンデンサ）と、チャッキングのような補助機能とを要求し、チャッキングのような補助機能は、並列給電回路によって達成され、並列給電回路は、チャックとともに、源に対するシステムのＡＣスペクトル純度を害する。

検討されている別の技術は、（例えば、１つ以上の線形増幅器によって）基板に高周波電力を印加することである。しかしながら、基板に印加される高周波電力は、プラズマ密度に影響を及ぼすため、この技術は、プラズマ密度に悪影響を及ぼすことが分かっている。

いくつかの実施形態では、図１に描写されるスイッチモード電力供給部１０６は、降圧、昇圧、および／または降圧−昇圧型電力技術によって実現され得る。これらの実施形態では、スイッチモード電力供給部１０６は、可変レベルのパルス電力を印加し、基板１１０の表面上に電位を誘発するように制御され得る。

他の実施形態では、スイッチモード電力供給部１０６は、他のより高度なスイッチモード電力および制御技術によって実現される。次に、図２を参照すると、例えば、図１を参照して説明されるスイッチモード電力供給部は、基板１１０に電力を印加し、基板１１０に衝突するイオンの１つ以上の所望のエネルギーをもたらすために利用される、スイッチモードバイアス供給部２０６によって実現される。また、イオンエネルギー制御構成要素２２０、アーク検出構成要素２２２、ならびにスイッチモードバイアス供給部２０６および波形メモリ２２４の両方に結合されるコントローラ２１２も示される。

これらの構成要素の例証される配列は、論理的である。したがって、構成要素は、実際の実装では、組み合わされるか、またはさらに分離されることが可能であり、構成要素は、システムの基本動作を変更せずに、種々の方法で接続可能である。いくつかの実施形態では、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得るコントローラ２１２は、電力供給部２０２およびスイッチモードバイアス供給部２０６の両方を制御するために利用され得る。しかしながら、代替実施形態では、電力供給部２０２およびスイッチモードバイアス供給部２０６は、完全に分離された機能的ユニットによって実現される。さらなる実施例として、コントローラ２１２、波形メモリ２２４、イオンエネルギー制御部分２２０、およびスイッチモードバイアス供給部２０６は、単一構成要素に統合され得（例えば、共通筐体内に常駐する）、または個別的な構成要素間に分散され得る。

本実施形態におけるスイッチモードバイアス供給部２０６は、概して、基板の表面に衝突するイオンのエネルギーの所望の（または定義された）分布をもたらすように、制御可能な様式で、支持部２０８に電圧を印加するように構成される。より具体的には、スイッチモードバイアス供給部２０６は、特定の電力レベルにおいて、基板に１つ以上の特定の波形を印加することによって、イオンエネルギーの所望の（または定義された）分布をもたらすように構成される。さらにより具体的には、イオンエネルギー制御部分２２０からの入力に応答して、スイッチモードバイアス供給部２０６は、特定の電力レベルを印加することにより、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ２２４内の波形データによって定義される１つ以上の電圧波形を使用して、特定の電力レベルを印加する。その結果、１つ以上の特定のイオン衝撃エネルギーが、基板の制御されたエッチング（または他の形態のプラズマ処理）を実行するように、イオン制御部分によって選択され得る。

描写されるように、スイッチモード電力供給部２０６は、対応する駆動構成要素２２８’、２２８’’からの駆動信号に応答して、基板２１０の支持部２０８への電力を切り替えるように適合されるスイッチ構成要素２２６’、２２６’’（例えば、高出力電界効果トランジスタ）を含む。また、駆動構成要素２２８’、２２８’’によって生成される駆動信号２３０’、２３０’’は、波形メモリ２２４の内容によって定義されるタイミングに基づいて、コントローラ２１２によって制御される。例えば、多くの実施形態におけるコントローラ２１２は、波形メモリの内容を解釈し、駆動制御信号２３２’、２３２’’を生成するように適合され、駆動制御信号２３２’、２３２’は、切り替え構成要素２２６’、２２６’’への駆動信号２３０’、２３０’’を制御するために、駆動構成要素２２８’、２２８’’によって利用される。ハーフブリッジ構成に配列され得る、２つのスイッチ構成要素２２６’、２２６’’が、例示的目的のために描写されるが、当然ながら、より少ないまたは追加スイッチ構成要素が、種々のアーキテクチャ（例えば、Ｈ−ブリッジ構成）内で実装され得ることが想定される。

多くの動作モードでは、コントローラ２１２（例えば、波形データを使用する）は、基板２１０の支持部２０８において所望の波形をもたらすように、駆動制御信号２３２’、２３２’’のタイミングを変調する。加えて、スイッチモードバイアス供給部２０６は、ＤＣ信号または時変波形であり得る、イオンエネルギー制御信号２３４に基づいて、基板２１０に電力を供給するように適合される。したがって、本実施形態は、切り替え構成要素へのタイミング信号を制御し、切り替え構成要素２２６’、２２６’’によって印加される、（イオンエネルギー制御構成要素２２０によって制御される）電力を制御することによって、イオン分布エネルギーの制御を可能にする。

加えて、本実施形態におけるコントローラ２１２は、アーク検出構成要素２２２によって検出される、プラズマチャンバ２０４内のアークに応答して、アーク管理機能を行うように構成される。いくつかの実施形態では、アークが検出されると、コントローラ２１２は、スイッチモードバイアス供給部２０６の出力２３６において印加される波形が、プラズマ２１４内のアークを消すように、駆動制御信号２３２’、２３２’’を変更する。他の実施形態では、スイッチモードバイアス供給部２０６の出力２３６における電力の印加が中断されるように、コントローラ２１２は、駆動制御信号２３２’、２３２’’の印加を単に中断することによって、アークを消す。

次に、図３を参照すると、これは、図２を参照して説明されるスイッチモードバイアス供給部２０６を実現するために利用され得る、構成要素の略図である。示されるように、本実施形態における切り替え構成要素Ｔ１およびＴ２は、ハーフブリッジ（また、トーテムポールとも称される）型トポロジにおいて配列される。集合的に、Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２は、プラズマ負荷を表し、Ｃ１０は、有効容量（本明細書では直列容量またはチャック容量とも称される）であり、Ｃ３は、基板の表面上に誘発される電圧または静電チャック（図示せず）の電圧からのＤＣ電流が、回路を通して流動するのを防止するための任意の物理的コンデンサである。Ｃ１０は、基板支持部および静電チャック（またはＥチャック）の直列容量（チャック容量とも称される）、ならびに絶縁および基板等のバイアスの印加に固有の他の容量を含むため、有効容量と称される。描写されるように、Ｌ１は、漂遊インダクタンス（例えば、負荷に電力を給電する導体の自然インダクタンス）である。また、本実施形態では、３つの入力：Ｖｂｕｓ、Ｖ２、およびＶ４が存在する。

Ｖ２およびＶ４は、駆動信号（例えば、図２を参照して説明される駆動構成要素２２８’、２２８’’によって出力される、駆動信号２３０’、２３０’’）を表し、本実施形態では、Ｖ２およびＶ４は、Ｔ１およびＴ２の閉鎖が変調され、基板支持部に印加される、Ｖｏｕｔでの電圧出力の形状を制御し得るように、タイミングをとられることが可能である（例えば、パルスの長さおよび／または相互遅延）。多くの実装では、切り替え構成要素Ｔ１およびＴ２を実現するために使用されるトランジスタは、理想的スイッチではなく、したがって、所望の波形に到達するために、トランジスタ特有の特性が考慮される。多くの動作モードでは、単に、Ｖ２およびＶ４のタイミングを変更することが、Ｖｏｕｔでの所望の波形の印加を可能にする。

例えば、スイッチＴ１、Ｔ２は、基板１１０、２１０の表面における電圧が、概して負であり、周期的電圧パルスが、正電圧基準に接近し、および／またはそれを若干超えるように動作され得る。基板１１０、２１０の表面における電圧の値は、イオンのエネルギーを定義するものであり、それは、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）の観点から特徴付けられ得る。基板１１０、２１０の表面において所望の電圧をもたらすために、Ｖｏｕｔでのパルスは、基板１１０、２１０の表面に十分な電子を引きつけ、所望の電圧および対応するイオンエネルギーを達成するように、概して矩形であり、基板１１０、２１０の表面において短時間の正電圧を誘発するために十分な長さの幅を有し得る。

正電圧基準に接近する、および／またはそれを若干超える周期的電圧パルスは、スイッチＴ１、Ｔ２の切り替え能力によって限定される最小時間を有し得る。電圧がスイッチを損傷するレベルまで蓄積しない限り、電圧の概して負の部分が延長することができる。同時に、電圧の負の部分の長さは、イオン転移時間を超えるべきである。

本実施形態におけるＶｂｕｓは、Ｖｏｕｔで測定されるパルスの振幅を定義し、パルスの振幅は、基板の表面における電圧、その結果、イオンエネルギーを定義する。再び、図２を簡単に参照すると、Ｖｂｕｓは、イオンエネルギー制御部分に結合され得、イオンエネルギー制御部分は、ＶｂｕｓにＤＣ信号または時変波形を印加するように適合されるＤＣ電力供給部によって実現され得る。

パルス幅、パルス形状、および／または２つの信号Ｖ２、Ｖ４の相互遅延は、Ｖｏｕｔ（本明細書では修正された周期的電圧関数とも称される）において、所望の波形に到達するように変調され得、Ｖｂｕｓに印加される電圧は、パルスの特性に影響を及ぼし得る。言い換えると、電圧Ｖｂｕｓは、パルス幅、パルス形状、および／または信号Ｖ２、Ｖ４の相対的位相に影響を及ぼし得る。図４を簡単に参照すると、例えば、図４に描写されるように、Ｖｏｕｔにおいて周期的電圧関数を生成するように、Ｔ１およびＴ２に印加され得る２つの駆動信号波形（Ｖ２およびＶ４として）を描写するタイミング略図が示される。Ｖｏｕｔでのパルスの形状を変調するために（例えば、Ｖｏｕｔにおいて、パルスの最小時間を達成するが、パルスのピーク値に到達するために）、２つのゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４のタイミングが、制御され得る。

例えば、パルスの各々が、Ｖｏｕｔで印加される時間が、パルス間の時間Ｔと比較して短いが、基板１１０、２１０の表面において、正電圧を誘発し、基板１１０、２１０の表面に電子を引きつけるために十分に長くなり得るように、２つのゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４が、切り替え構成要素Ｔ１、Ｔ２に印加され得る。さらに、パルス間のゲート電圧レベルを変更することによって、パルス間でＶｏｕｔに印加される電圧の勾配を制御可能であることが分かっている（例えば、パルス間で、基板の表面において、実質的に一定の電圧を達成するために）。いくつかの動作モードでは、ゲートパルスの反復速度は、約４００ｋＨｚであるが、この速度は、当然ながら、印加毎に変化し得る。

必須ではないが、実際は、実際の実装のモデル化および改良に基づいて、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布を生成するために使用され得る波形が、定義され得、波形は、（例えば、電圧レベルの連続として、図１を参照して説明される波形メモリ部分内に）記憶可能である。加えて、多くの実装では、波形は、直接生成可能である（例えば、Ｖｏｕｔからのフィードバックを伴わずに）。したがって、フィードバック制御システムの望ましくない側面を回避する（例えば、整定時間）。

再び、図３を参照すると、Ｖｂｕｓは、イオンのエネルギーを制御するために変調可能であり、記憶された波形が、ゲート駆動信号Ｖ２、Ｖ４を制御し、Ｖｏｕｔにおける所望のパルス振幅を達成する一方、パルス幅を最小限にするために使用され得る。再び、これは、モデル化または実装され、実験的に確立され得るトランジスタの特定の特性に従って行われる。図５を参照すると、例えば、Ｖｂｕｓ対時間、基板１１０、２１０の表面における電圧対時間、および対応するイオンエネルギー分布を描写するグラフが示される。

図５のグラフは、特定のイオンエネルギーに集中するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給部１０６、２０６を動作させる単一モードを描写する。描写されるように、この実施例におけるイオンエネルギーの単一集中をもたらすために、Ｖｂｕｓに印加される電圧は、一定に維持される一方、Ｖ２およびＶ４に印加される電圧は、図５に示される対応するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給部１０６、２０６の出力におけるパルスを生成するように制御される（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）。

図５に描写されるように、基板１１０、２１０の表面における電位は、概して、負であり、基板１１０、２１０の表面に衝突し、エッチングするイオンを引きつける。基板１１０、２１０に印加される周期的短パルス（パルスをＶｏｕｔに印加することによって）は、Ｖｂｕｓに印加される電位によって定義される規模を有し、これらのパルスは、基板１１０、２１０の電位に短時間の変化を生じさせ（例えば、正に近いまたは弱正電位）、電位の短時間の変化は、基板１１０、２１０の表面に沿って、概して、負の電位を達成するように、基板の表面に電子を引きつける。図５に描写されるように、Ｖｂｕｓに印加される一定電圧は、特定のイオンエネルギーにおける単一集中のイオンフラックスをもたらす。したがって、特定のイオン衝撃エネルギーは、特定の電位にＶｂｕｓを単に設定することによって選択され得る。他の動作モードでは、イオンエネルギーの２つ以上の別個の集中が生成され得る（例えば、図４９参照）。

当業者であれば、電力供給部は、スイッチモード電力供給部に限定される必要もなく、したがって、あるイオンエネルギーを達成するために、電力供給部の出力も制御されることができることを認識するであろう。したがって、電力供給部の出力は、スイッチモードであろうと別様のモードであろうと、イオン電流補償またはイオン電流と組み合わせられることなく考慮されるとき、電力供給部電圧Ｖ_ＰＳと称されることもできる。

次に、図６を参照すると、例えば、イオンエネルギー分布において２つの別個のピークが生成される、動作の二峰性モードを描写するグラフが示される。示されるように、この動作モードでは、基板は、２つの異なるレベルの電圧および周期的パルスを被り、その結果、イオンエネルギーの２つの別個の集中が生成される。描写されるように、２つの異なるイオンエネルギー集中をもたらすために、Ｖｂｕｓで印加される電圧は、２つのレベル間を交互し、各レベルは、２つのイオンエネルギー集中のエネルギーレベルを定義する。

図６は、各パルス後（例えば、図４８）に交互するように、基板１１０、２１０における２つの電圧を描写するが、これは、必ずしも、必要ではない。他の動作モードでは、例えば、Ｖ２およびＶ４に印加される電圧は、基板の表面で誘発される電圧が、２つ以上のパルス後（例えば、図４９）に、第１の電圧から第２の電圧（逆も然り）に交互するように、Ｖｏｕｔに印加される電圧に対して切り替えられる（例えば、図３に描写される駆動信号を使用して）。

従来技術では、多重イオンエネルギーをもたらすために、線形増幅器に２つの波形（波形発生器によって生成される）の組み合わせを印加し、基板に増幅された２つ以上の波形の組み合わせを印加することが試みられている。しかしながら、このアプローチは、図６を参照して説明されるアプローチはより非常に複雑となり、したがって、高価な線形増幅器および波形発生器を要求する。

次に、図７Ａおよび７Ｂを参照すると、それぞれ、Ｖｂｕｓに印加されるＤＣ電圧の単一エネルギー調整および二重レベル調整に対応する、プラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフが示される。図７Ａに描写されるように、イオンエネルギー分布は、Ｖｂｕｓへの電圧の不変印加に応答して、約８０ｅＶに集中する（例えば、図５に描写されるように）。また、図７Ｂでは、イオンエネルギーの２つの別個の集中が、Ｖｂｕｓの二重レベル調整に応答して、約８５ｅＶおよび１１５ｅＶに存在する（例えば、図６に描写されるように）。

次に、図８を参照すると、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。描写されるように、スイッチモード電力供給部８０６は、コントローラ８１２、イオンエネルギー制御構成要素８２０、およびアーク検出構成要素８２２を介する基板支持部８０８に結合される。コントローラ８１２、スイッチモード供給部８０６、およびイオンエネルギー制御構成要素８２０は、集合的に、時間平均に基づいて、基板８１０の表面において、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように、電力を基板支持部８０８にもたらすように動作する。

例えば、図９Ａを簡単に参照すると、約４００ｋＨｚの周波数を伴う周期的電圧関数が示され、周期的電圧関数は、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって約５ｋＨｚの正弦波変調関数によって変調される。図９Ｂは、図９Ａにおいて丸で囲まれる、周期的電圧関数の部分の分解図であり、図９Ｃは、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。また、図９Ｄは、周期的電圧関数が、正弦波変調関数によって変調される場合に結果として生じる時間平均ＩＥＤＦの、プラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。さらに本明細書に論じられるように、時間平均に基づく所望の（または定義された）イオンエネルギー分布を達成することは、周期的電圧に印加される、変調関数を単に変化させることによって、達成され得る。

別の実施例として、図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、４００ｋＨｚの周期的電圧関数は、時間平均に基づく、図１０Ｃに描写されるイオンエネルギーの分布を達成するように、約５ｋＨｚの鋸歯状波変調関数によって変調される。描写されるように、図１０に関連して利用される周期的電圧関数は、図９におけるものと同一であるが、図１０における周期的電圧関数は、正弦波関数の代わりに、鋸歯状波関数によって変調される。

図９Ｃおよび１０Ｃに描写されるイオンエネルギー分布関数は、基板８１０の表面におけるイオンエネルギーの瞬間的分布を表さないが、代わりに、イオンエネルギーの時間平均を表すことを認識されたい。図９Ｃを参照すると、例えば、特定の時間的瞬間において、イオンエネルギーの分布は、変調関数の１サイクルの過程にわたって存在する、描写されるイオンエネルギーの分布の部分集合であろう。

また、変調関数は、固定関数または固定周波数である必要はないことを認識されたい。例えば、いくつかの事例では、特定の変調関数の１つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、特定の時間平均イオンエネルギー分布をもたらし、次いで、別の変調関数の１つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、別の時間平均イオンエネルギー分布をもたらすことが望ましいことがある。そのような変調関数（周期的電圧関数を変調する）への変更は、多くの事例において、有益となり得る。例えば、特定のイオンエネルギーの分布が、特定の幾何学的構造をエッチングするために、または特定の材料を通してエッチングするために必要である場合、第１の変調関数が使用され、次いで、続いて、別の変調関数が、異なるエッチング幾何学形状をもたらすために、または別の材料を通してエッチングするために使用され得る。

同様に、周期的電圧関数（例えば、図９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、および１０Ｂにおける４００ｋＨｚ成分、ならびに図４におけるＶｏｕｔ）は、厳密に固定される必要はない（例えば、周期的電圧関数の形状および周波数は、変動し得る）が、概して、その周波数は、チャンバ内のイオンが、基板８１０に印加される電圧によって影響を受けるように、チャンバ内のイオンの経過時間によって確立される。

図８に戻って参照すると、コントローラ８１２は、スイッチモード供給部８０６が、周期的電圧関数を生成するように、駆動制御信号８３２’、８３２’’をスイッチモード供給部８０６に提供する。スイッチモード供給部８０６は、図３に描写される構成要素によって実現され得る（例えば、図４に描写される周期的電圧関数を作成するために）が、他の切り替えアーキテクチャが利用され得ることは、当然、想起される。

一般に、イオンエネルギー制御構成要素８２０は、変調関数を周期的電圧関数（スイッチモード電力供給部８０６と関連して、コントローラ８１２によって生成される）に印加するように機能する。図８に示されるように、イオンエネルギー制御構成要素８２０は、カスタムＩＥＤＦ部分８５０、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８、ユーザインターフェース８４６、および電力構成要素８４４と通信する変調コントローラ８４０を含む。これらの構成要素の描写は、実際には、共通または別個の構成要素によってもたらされ得る、機能的構成要素を伝えることを意図することを認識されたい。

本実施形態における変調コントローラ８４０は、概して、変調関数を定義するデータに基づいて、電力構成要素８４４（ひいては、その出力８３４）を制御し、電力構成要素８４４は、スイッチモード供給部８０６によって生成される、周期的電圧関数に印加される変調関数８３４（変調コントローラ８４０からの制御信号８４２に基づく）を生成する。本実施形態におけるユーザインターフェース８４６は、ユーザが、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８内に記憶される、所定のＩＥＤＦ関数を選択すること、またはカスタムＩＥＤＦ構成要素８５０と関連して、カスタムＩＥＤＦを定義することを可能にするように構成される。

多くの実装では、電力構成要素８４４は、変調関数（例えば、可変ＤＣ電圧）をスイッチモード電力供給部（例えば、図３に描写されるスイッチモード電力供給部のＶｂｕｓ）に印加するＤＣ電力供給部（例えば、ＤＣスイッチモード電力供給部または線形増幅器）を含む。これらの実装では、変調コントローラ８４０は、電力構成要素８４４が、変調関数に一致する電圧を印加するように、電力構成要素８４４によって出力される、電圧レベルを制御する。

いくつかの実装では、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８は、複数のＩＥＤＦ分布関数の各々に対応する、複数のデータセットを含み、ユーザインターフェース８４６は、ユーザが、所望の（または定義された）ＩＥＤＦ関数を選択することを可能にする。例えば、図１１を参照すると、右欄に、ユーザが選択するために利用可能であり得る、例示的ＩＥＤＦ関数が、示される。また、左欄は、変調コントローラ８４０が、電力構成要素８４４と関連して、周期的電圧関数に印加し、対応するＩＥＤＦ関数をもたらすであろう、関連付けられた変調関数を描写する。図１１に描写されるＩＥＤＦ関数は、例示にすぎず、他のＩＥＤＦ関数も、選択のために利用可能であり得ることを認識されたい。

カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、概して、ユーザが、ユーザインターフェース８４６を介して、所望の（または定義された）イオンエネルギー分布関数を定義することを可能にするように機能する。例えば、いくつかの実装では、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザが、イオンエネルギーの分布を定義する、特定のパラメータのための値を確立することを可能にする。

例えば、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、フラックスの相対的レベルに関して（例えば、高レベル（ＩＦ−ｈｉｇｈ）、中間レベル（ＩＦ−ｍｉｄ）、および低レベル（ＩＦ−ｌｏｗ）におけるフラックスの割合に関して）、これらのエネルギーレベル間のＩＥＤＦを定義する関数と関連して、ＩＥＤＦ関数が定義されることを可能にし得る。多くの事例では、ＩＦ−ｈｉｇｈ、ＩＦ−ｌｏｗ、およびこれらのレベル間のＩＥＤＦ関数のみでも、ＩＥＤＦ関数を定義するために十分である。具体的実施例として、ユーザは、２０％寄与率レベル（全体的ＩＥＤＦに対する寄与率）において１２００ｅＶ、３０％寄与率レベルにおいて７００ｅＶを、これらの２つのレベル間の正弦波ＩＥＤＦとともに要求し得る。

また、カスタムＩＥＤＦ部分８５０は、ユーザが、１つ以上の（例えば、複数の）エネルギーレベルと、ＩＥＤＦに対する各エネルギーレベルの対応する割合寄与率とのリストを伴う表を作ることを可能にし得ることが想起される。また、さらなる代替実施形態では、カスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザインターフェース８４６と関連して、ユーザに、ユーザが所望の（または定義された）ＩＥＤＦを描くことを可能にする、グラフィカルツールを提示することによって、ユーザが、所望の（または定義された）ＩＥＤＦをグラフィック的に生成することを可能にすることが想起される。

加えて、また、ＩＥＤＦ関数メモリ８４８およびカスタムＩＥＤＦ構成要素８５０は、ユーザが、所定のＩＥＤＦ関数を選択し、次いで、所定のＩＥＤＦ関数から導出される、カスタムＩＥＤＦ関数を生み出すように、所定のＩＥＤＦ関数を改変することを可能にするように、相互動作し得ることが想起される。

ＩＥＤＦ関数が定義されると、変調コントローラ８４０は、所望の（または定義された）ＩＥＤＦ関数を定義するデータを、電力構成要素８４４が所望の（または定義された）ＩＥＤＦに対応する変調関数をもたらすように、電力構成要素８４４を制御する制御信号８４２に変換する。例えば、制御信号８４２は、電力構成要素８４４が変調関数によって定義される電圧を出力するように、電力構成要素８４４を制御する。

次に、図１２を参照すると、イオン電流補償構成要素１２６０が、プラズマチャンバ１２０４内のイオン電流を補償する、実施形態のブロック図が、描写される。本出願人は、高いエネルギーレベルでは、チャンバ内のイオン電流の高いレベルが、基板の表面における電圧に影響を及ぼし、結果として、イオンエネルギー分布もまた、影響を受けることを見出した。例えば、図１５Ａ−１５Ｃを簡単に参照すると、基板１２１０またはウエハの表面に現れるような電圧波形と、ＩＥＤＦに対するそれらの関係が、示される。

より具体的には、図１５Ａは、イオン電流Ｉ_Ｉが、補償電流Ｉｃに等しい場合の基板１２１０の表面における周期的電圧関数を描写し、図１５Ｂは、イオン電流Ｉ_Ｉが、補償電流Ｉｃを上回る場合の基板１２１０の表面における電圧波形を描写し、図１５Ｃは、イオン電流が、補償電流Ｉｃ未満である場合の基板の表面における電圧波形を描写する。

図１５Ａに描写される、Ｉ_Ｉ＝Ｉｃの場合、イオンエネルギー１４７０の広がりは、図１５Ｂに描写される、Ｉ_Ｉ＞Ｉｃの場合のイオンエネルギーの均一広がり１４７２、または図１５Ｃに描写される、Ｉ_Ｉ＜Ｉｃの場合のイオンエネルギーの均一広がり１４７４と比較して、比較的に狭い。したがって、イオン電流補償構成要素１２６０は、イオン電流が高い場合、イオンエネルギーの狭広がりを可能にし（例えば、イオン電流の影響を補償することによって）、また、均一イオンエネルギーの広がり１５７２、１５７４の幅を制御可能にする（例えば、イオンエネルギーの広がりを有することが望ましい場合）。

図１５Ｂに描写されるように、イオン電流補償を伴わない場合（Ｉ_Ｉ＞Ｉｃの場合）、周期的電圧関数の正の部分間の基板の表面における電圧は、漸次的により絶対値の小さい負値になり、イオンエネルギーのより広い広がり１５７２を生み出す。同様に、イオン電流補償が、図１５Ｃに描写されるように、補償電流のレベルをイオン電流を超えるレベル（Ｉ_Ｉ＜Ｉｃ）に上昇させるために利用される場合、基板の表面における電圧は、周期的電圧関数の正の部分間において、漸次的により絶対値の大きい負値になり、均一イオンエネルギーのより広い広がり１５７４が、生み出される。

図１２に戻って参照すると、イオン電流補償構成要素１２６０は、随意に、スイッチモード電力供給部１２０６およびコントローラ１２１２に追加され得る、別個の付属として実現され得る。他の実施形態では（例えば、図１３に描写されるように）、イオン電流補償構成要素１２６０は、共通筐体１３６６を本明細書に説明される他の構成要素（例えば、スイッチモード電力供給部１０６、２０６、８０６、１２０６およびイオンエネルギー制御２２０、８２０構成要素）と共有し得る。本実施形態では、プラズマチャンバ１２０４に提供される周期的電圧関数は、イオン電流補償構成要素１２６０からのイオン電流補償によって修正される周期的電圧関数を備えているので、修正された周期的電圧関数と称することができる。コントローラ１２１２は、スイッチモード電力供給部１２０６の出力とイオン電流補償１２６０の出力とが合体する、電気ノードにおいて、異なる時間に電圧をサンプリングすることができる。

図１３に描写されるように、スイッチモード供給部の出力１３３６に結合される、電流源１３６４と、電流源１３６４および出力１３３６の両方に結合される、電流コントローラ１３６２とを含む、例示的イオン電流補償構成要素１３６０が、示される。また、図１３には、プラズマチャンバ１３０４が、描写され、プラズマチャンバ内には、容量要素Ｃ_１、Ｃ_２、およびイオン電流Ｉ_Ｉがある。描写されるように、Ｃ_１は、絶縁、基板、基板支持部、および静電チャックを含み得るが、それらに限定されない、チャンバ１３０４に関連付けられた構成要素の固有容量（本明細書では有効容量とも称される）を表し、Ｃ_２は、シース容量および浮遊容量を表す。本実施形態では、プラズマチャンバ１３０４に提供され、Ｖ_０で測定可能である周期的電圧関数は、イオン電流補償Ｉｃによって修正される周期的電圧関数を備えているため、修正された周期的電圧関数と称されることができる。

シース（本明細書ではプラズマシースとも称される）は、基板表面、および、おそらくプラズマ処理チャンバの壁の近くのプラズマの層であり、正イオンの高い密度、したがって全体的に過剰な正電荷を伴う。シースが接触している表面は、典型的には、圧倒的多数の負電荷を有する。シースは、正イオンより速い電子の速度により生じ、したがって、電子の大部分が基板表面または壁に到達することをもたらし、したがって、シースを電子が奪われたままにする。シースの厚さλ_{ｓｈｅａｔｈ}は、プラズマ密度およびプラズマ温度等のプラズマ特性の関数である。

本実施形態におけるＣ_１は、チャンバ１３０４に関連付けられた構成要素の固有の（本明細書では有効とも称される）容量であるので、処理の制御を得るために追加される、アクセス可能容量ではないことに留意されたい。例えば、線形増幅器を利用するいくつかの従来技術アプローチは、基板へのバイアス電力を阻止コンデンサと結合し、次いで、その線形増幅器を制御するためのフィードバックとして、阻止コンデンサの監視電圧を利用する。コンデンサが、本明細書に開示される実施形態の多くにおいて、スイッチモード電力供給部を基板支持部に結合し得るが、阻止コンデンサを使用するフィードバック制御は、本発明のいくつかの実施形態では、要求されないため、そのように行うことは、不必要である。

図１３を参照しながら、図１３に描写されるＶｏにおける例示的電圧（例えば、修正された周期的電圧関数）を描写するグラフである図１４も同時に参照する。動作において、電流コントローラ１３６２は、Ｖｏにおける電圧を監視し、イオン電流が、以下のように、間隔ｔ（図１４に描写される）にわたって計算される。

イオン電流Ｉ_Ｉおよび固有容量Ｃ_１（有効容量とも称される）のいずれかまたは両方は、時間的に変化することができる。Ｃ_１は、実質的に、所与のツールに対する定数であり、測定可能であるので、Ｖｏのみ、補償電流の継続的制御を可能にするために監視される必要がある。前述のように、イオンエネルギーのより単一エネルギー的分布（例えば、図１５Ａに描写されるように）を得るために、電流コントローラは、Ｉｃが、実質的に、Ｉ_Ｉと同一である（または代替案では、方程式２に関係付けられる）ように、電流源１３６４を制御する。このように、イオンエネルギーの狭広がりは、イオン電流が、基板の表面において、電圧に影響を及ぼすレベルに到達する場合にも、維持され得る。また、加えて、所望に応じて、イオンエネルギーの広がりは、追加のイオンエネルギーが、基板の表面において実現されるように、図１５Ｂおよび１５Ｃに描写されるように、制御され得る。

また、図１３には、イオンエネルギー分布の制御に関連して利用され得るフィードバックライン１３７０が描写される。例えば、図１４に描写されるΔＶの値（本明細書では電圧ステップまたは第３の部分１４０６とも称される）は、瞬間的イオンエネルギーを示し、フィードバック制御ループの一部として、多くの実施形態において使用され得る。一実施形態では、電圧ステップΔＶは、方程式４に従ってイオンエネルギーに関係付けられる。他の実施形態では、ピーク間電圧Ｖ_ＰＰは、瞬間的イオンエネルギーに関係付けることができる。代替として、ピーク間電圧Ｖ_ＰＰと、第４の部分１４０８の傾きｄＶ_０／ｄｔと時間ｔとの積との間の差は、瞬間的イオンエネルギーに関連付けられることができる（例えば、Ｖ_ＰＰ−ｄＶ_０／ｄｔ・ｔ）。

次に、図１６を参照すると、図１３を参照して説明される、電流源１３６４を実現するために実装され得る電流源１６６４の例示的実施形態が示される。本実施形態では、制御可能負ＤＣ電圧源は、直列インダクタＬ２と関連して、電流源として機能するが、当業者は、本明細書に照らして、電流源が、他の構成要素および／または構成によって実現され得ることを理解するであろう。

図４３は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。方法４３００は、修正された周期的電圧関数４３０２（図４４の修正された周期的電圧関数４４０２参照）を、プラズマ処理チャンバ内の基板を支持する基板支持部に適用することから始まる。修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償Ｉ_Ｃ（図４４のＩ_Ｃ４４０４参照）および電力供給部電圧Ｖ_ＰＳ（図４４の電力供給部電圧４４０６参照）等の少なくとも２つの「ノブ」を介して制御されることができる。電力供給部電圧を生成するための例示的構成要素は、図１のスイッチモード電力供給部１０６である。電力供給部電圧Ｖ_ＰＳを説明することに役立つために、これは、イオン電流およびイオン電流補償に結合することなく測定された場合として本明細書で図示される。次いで、修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償Ｉ_Ｃ４３０４の第１および第２の値においてサンプリングされる。修正された周期的電圧関数の電圧の少なくとも２つのサンプルが、イオン電流補償Ｉ_Ｃの各値について得られる。サンプリング４３０４は、イオン電流Ｉ_Ｉおよびシース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}４３０６の計算４３０６（または決定）を可能にするために行われる。そのような決定は、基板支持部に印加された場合に（または基板支持部に印加されると）狭小（例えば、最小）イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）幅を生成するであろう、イオン電流補償Ｉ_Ｃを見出すことを伴い得る。計算４３０６はまた、随意に、修正された周期的電圧関数の波形のサンプリング４３０４に基づいて、電圧ステップΔＶ（修正された周期的電圧関数１４０６の第３の部分としても知られている）を決定することを含むこともできる。電圧ステップΔＶは、基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーに関係付けることができる。最初にイオン電流Ｉ_Ｉを見出すとき、電圧ステップΔＶを無視することができる。サンプリング４３０４および計算４３０６の詳細を、以下の図３０の議論で提供する。

いったんイオン電流Ｉ_Ｉおよびシース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}が把握されると、方法４３００は、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦの形状（例えば、幅）を設定し、監視することを伴う、図３１の方法３１００へ移動し得る。例えば、図４６は、どのようにして電力供給部電圧の変化がイオンエネルギーの変化をもたらすことができるかを図示する。特に、図示した電力供給部電圧の規模が減少させられ、イオンエネルギーの規模の減少をもたらす。加えて、図４７は、狭小ＩＥＤＦ４７１４を考慮すると、イオン電流補償Ｉ_Ｃを調節することによってＩＥＤＦを拡大できることを図示する。代替として、または並行して、方法４３００は、イオン電流Ｉ_Ｉ、シース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}、および修正された周期的電圧関数の波形の他の側面を利用する、図３２−４１を参照して説明されるように、種々の測定法を行うことができる。

イオンエネルギーおよび／またはＩＥＤＦ幅を設定することに加えて、方法４３００は、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅を維持するために、修正された周期的電圧関数４３０８を調節し得る。特に、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償Ｉ_Ｃの調節および電力供給部電圧の調節が、行われ得る４３０８。いくつかの実施形態では、電力供給部電圧は、電力供給部のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ（例えば、図３のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ）によって制御されることができる。イオン電流補償Ｉ_Ｃは、ＩＥＤＦ幅を制御し、電力供給部電圧は、イオンエネルギーを制御する。

これらの調節４３０８の後、修正された周期的電圧関数を再度サンプリングすることができ４３０４、イオン電流Ｉ_Ｉ、シース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}、および電圧ステップΔＶの計算を再度行うことができる４３０６。イオン電流Ｉ_Ｉまたは電圧ステップΔＶが定義された値（または代替案では所望の値）以外である場合、イオン電流補償Ｉ_Ｃおよび／または電力供給部電圧を調節することができる４３０８。サンプリング４３０４、計算４３０６、および調節４３０８のループが、イオンエネルギーｅＶ、および／またはＩＥＤＦ幅を維持するために起こり得る。

図３０は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の別の実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、上記で議論されるように、狭小ＩＥＤＦ幅（例えば、最小ＩＥＤＦ幅または代替案では約６％半値全幅）を達成することが望ましくあり得る。したがって、方法３０００は、一定の基板電圧、したがって、シース電圧が、基板の表面に存在するように、修正された周期的電圧関数をチャンバおよび基板支持部に提供することができる。これは、順に、実質的に一定の電圧でシースにわたってイオンを加速し、したがって、イオンが実質的に同一のイオンエネルギーで基板に影響を及ぼすことを可能にし、順に、狭小ＩＥＤＦ幅を提供する。例えば、図４５では、イオン電流補償Ｉ_Ｃを調節することが、パルス間の基板電圧Ｖ_ｓｕｂに一定または実質的に一定の電圧を持たせ、したがって、ＩＥＤＦを狭くさせることができることが分かる。

そのような修正された周期的電圧関数は、いかなる浮遊容量も仮定せず、イオン電流補償Ｉ_Ｃがイオン電流Ｉ_Ｉに等しいときに達成される（図４５の周期的電圧関数（Ｖ_０）の最後の５つのサイクルを参照）。浮遊容量Ｃ_{ｓｔｒａｙ}が考慮される代替案では、イオン電流補償Ｉ_Ｃは、方程式２に従って、イオン電流Ｉ_Ｉに関係付けられる。

式中、Ｃ_１は、有効容量（例えば、図３および１３を参照して説明される固有容量）である。有効容量Ｃ_１は、時間変動し得るか、または一定であり得る。本開示の目的で、狭小ＩＥＤＦ幅は、Ｉ_Ｉ＝Ｉ_Ｃであるとき、または代替案では、方程式２が満たされるときのいずれかで存在することができる。図４５−５０は、具体的には、Ｉ_Ｉ＝Ｉ_Ｃを使用するが、これらの等式は、方程式２の単純化にすぎず、したがって、方程式２は、図４５−５０で使用される等式の代わりになり得ることを理解されたい。浮遊容量Ｃ_{ｓｔｒａｙ}は、電力供給部によって見られるようなプラズマチャンバの累積容量である。図４５で図示される８つのサイクルがある。

方法３０００は、基板支持部３００２（例えば、図１の基板支持部１０８）への修正された周期的電圧関数（例えば、図１４で描写される修正された周期的電圧関数または図４４の修正された周期的電圧関数４４０２）の適用から始まることができる。修正された周期的電圧関数の電圧を２回以上サンプリングすることができ３００４、このサンプリングから、修正された周期的電圧関数のサイクルの少なくとも一部分に対する傾きｄＶ_０／ｄｔを計算することができる３００６（例えば、パルスの間の一部分または第４の部分１４０８の傾き）。決定３０１０前のある時点で、有効容量Ｃ_１（例えば、図１３の固有容量Ｃ_１および図３の固有容量Ｃ１０）の以前に決定された値に（例えば、メモリから、またはユーザ入力から）アクセスすることができる３００８。傾きｄＶ_０／ｄｔ、有効容量Ｃ_１、およびイオン電流補償Ｉ_Ｃに基づいて、関数ｆ（方程式３）が、以下のように、イオン電流補償Ｉ_Ｃの各値について評価されることができる。

関数ｆが真である場合、イオン電流補償Ｉ_Ｃは、イオン電流Ｉ_Ｉに等しく、または代替案では、方程式２を真にし、狭小ＩＥＤＦ幅が達成されている３０１０（例えば、図４５参照）。関数ｆが真ではない場合、関数ｆが真になるまで、イオン電流補償Ｉ_Ｃをさらに調節することができる３０１２。これの別の見方としては、イオン電流Ｉ_Ｉに合致するまで（または代替案では方程式２の関係を満たすまで）イオン電流補償Ｉ_Ｃを調節することができ、その時点で狭小ＩＥＤＦ幅が存在するであろう。イオン電流補償Ｉｃへのそのような調節およびＩＥＤＦの結果として生じる狭小化を図４５で見ることができる。イオン電流Ｉ_Ｉおよび対応するイオン電流補償Ｉｃを、記憶動作３０１４で（例えば、メモリに）記憶することができる。イオン電流Ｉ_Ｃは、有効容量Ｃ_１と同様に、時間変動し得る。

方程式３が満たされると、（Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉであるため、または方程式２が真であるためのいずれかで）イオン電流Ｉ_Ｉが把握される。したがって、方法３０００は、プラズマに影響を及ぼすことなく、リアルタイムでイオン電流Ｉ_Ｉの遠隔かつ非侵襲的測定を可能にする。これは、図３２−４１を参照して説明されるであろうもの等のいくつかの新規の測定基準につながる（例えば、プラズマ密度の遠隔監視およびプラズマ源の遠隔故障検出）。

補償電流Ｉ_Ｃを調節している間に３０１２、イオンエネルギーは、デルタ関数より広くなる可能性が高く、イオンエネルギーは、図１５Ｂ、１５Ｃ、または４４のいずれかのものに類似するであろう。しかしながら、いったん方程式２を満たす補償電流Ｉ_Ｃが見出されると、ＩＥＤＦが、図１５Ａまたは図４５の右部分で図示されるように、狭小ＩＥＤＦ幅（例えば、最小ＩＥＤＦ幅）を有するものとして現れるであろう。これは、Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉであるときに（または代替として、方程式２が真であるときに）、修正された周期的電圧関数のパルス間の電圧が、実質的に一定のシースまたは基板電圧、したがって、イオンエネルギーを引き起こすためである。図４６では、基板電圧４６０８は、定電圧部分の間のパルスを含む。これらのパルスは、非常に短い持続時間を有するため、イオンエネルギーおよびＩＥＤＦへのそれらの影響は、ごくわずかであり、したがって、基板電圧４６０８は、実質的に一定と称される。

以下は、図３０で図示される方法ステップの各々についてのさらなる詳細を提供する。一実施形態では、修正された周期的電圧関数は、図１４で図示されるもののような波形を有することができ、第１の部分（例えば、第１の部分１４０２）、第２の部分（例えば、１４０４）、第３の部分（例えば、第３の部分１４０６）、および第４の部分（例えば、第４の部分１４０８）を含むことができ、第３の部分は、電圧ステップΔＶを有することができ、第４の部分は、傾きｄＶ_０／ｄｔを有することができる。傾きｄＶ_０／ｄｔは、正、負、またはゼロであり得る。修正された周期的電圧関数１４００はまた、第１の部分１４０２、第２の部分１４０４、および第３の部分１４０６、ならびにパルス間の部分（第４の部分１４０８）を備えている、パルスを有するものとして表すことができる。

修正された周期的電圧関数は、図３ではＶ_０として測定することができ、図４４では修正された周期的電圧関数４４０２として現れることができる。修正された周期電圧関数４４０２は、電力供給部電圧４４０６（周期的電圧関数として知られている）をイオン電流補償４４０４と組み合わせることによって生成される。電力供給部電圧４４０６は、大部分が、修正された周期的電圧関数４４０２のパルスを生成して成形することに関与し、イオン電流補償４４０４は、大部分が、多くの場合は、真っ直ぐな傾き電圧である、パルス間の部分を生成して成形することに関与する。イオン電流補償Ｉｃを増加させることは、図４５で見られるように、パルス間の部分の傾きの規模の減少を引き起こす。電力供給部電圧４６０６の規模を減少させることは、図４６で見られるように、修正された周期的電圧関数４６０２のパルスおよびピーク間電圧の振幅の規模の減少を引き起こす。

電力供給部がスイッチモード電力供給部である場合において、第１のスイッチＴ１および第２のスイッチＴ２の切り替え図４４１０が適用されることができる。例えば、第１のスイッチＴ１は、図３でスイッチＴ１として実装されることができ、第２のスイッチＴ２は、図３で第２のスイッチＴ２として実装されることができる。２つのスイッチは、同一の切り替え時間を有するが、１８０°位相がずれているものとして図示される。他の実施形態では、スイッチは、図４で図示されるもの等のわずかな位相オフセットを有し得る。第１のスイッチＴ１がオンであるとき、電力供給部が負のバス電圧を有するため、電力供給部電圧は、図４４の負の値である、最大規模に引き込まれる。第２のスイッチＴ２は、電力供給部電圧４４０６が接地から隔離されるように、この期間中にオフにされる。スイッチが逆転するとき、電力供給部電圧４４０６は、接地に接近し、わずかに通過する。図示した実施形態では、２つのパルス幅があるが、これは必要とはされない。他の実施形態では、パルス幅は、全てのサイクルについて同一であり得る。他の実施形態では、パルス幅は、時間を変動または変調させることができる。

修正された周期的電圧関数を基板支持部３００２に適用し、修正された周期的電圧関数が（例えば、スイッチモード電力供給部と有効容量との間の）基板支持部に到達する前に、最後のアクセス可能な点でＶ_０としてサンプリングすることができる３００４。修正されていない周期的電圧関数（または図４４の電力供給部電圧）は、図１２のスイッチモード電力供給部１２０６等の電力供給部から供給されることができる。図４４のイオン電流補償４４０４は、図１２のイオン電流補償構成要素１２６０または図１３の１３６０等の電流源から供給されることができる。

修正された周期的電圧関数の一部分または全体をサンプリングすることができる３００４。例えば、第４の部分（例えば、第４の部分１４０８）をサンプリングすることができる。サンプリング３００４は、電力供給部と基板支持部との間で行われることができる。例えば、図１では、サンプリング３００４は、スイッチモード電力供給部１０６と支持部１０８との間で行われることができる。図３では、サンプリング３００４は、インダクタＬ１と固有容量Ｃ１０との間で行うことができる。一実施形態では、サンプリング３００４は、容量Ｃ３と固有容量Ｃ１０との間のＶ_０で行われることができる。固有容量Ｃ１０、およびプラズマを表す要素（Ｒ２、Ｒ３、Ｃ１、およびＣ２）がリアルタイム測定のためにアクセス可能ではないため、サンプリング３００４は、典型的には、図３の固有容量Ｃ１０の左側で行われる。固有容量Ｃ１０は、典型的には、処理中に測定されないが、典型的には、既知の定数であり、したがって、製造中に設定されることができる。同時に、場合によっては、固有容量Ｃ１０は経時的に変動し得る。

いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の２つだけのサンプルが必要とされるが、他の実施形態では、何百、何千、または何万個ものサンプルを修正された周期的電圧関数の各サイクルについて得ることができる。例えば、サンプリングレートは、４００ｋＨｚより大きくあり得る。これらのサンプリングレートは、修正された周期的電圧関数およびその形状のより正確かつ詳細な監視を可能にする。同様に、周期的電圧関数のより詳細な監視は、サイクル間、異なるプロセス条件間、異なるプロセス間、異なるチャンバ間、異なるソース間等での波形のより正確な比較を可能にする。例えば、これらのサンプリングレートで、図１４で図示される周期的電圧関数の第１、第２、第３、および第４の部分１４０２、１４０４、１４０６、１４０８を区別することができ、これは、従来のサンプリングレートでは可能ではない場合がある。いくつかの実施形態では、より高いサンプリングレートが、従来技術では可能ではない、電圧ステップΔＶおよび傾きｄＶ_０／ｄｔの解決を可能にする。いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の一部分をサンプリングすることができる一方で、他の部分はサンプリングされない。

傾きｄＶ_０／ｄｔの計算３００６は、時間ｔ（例えば、第４の部分１４０８）の間に得られる複数のＶ_０測定値に基づき得る。例えば、線をＶ_０値に適合させるように、線形適合を行うことができ、線の傾きは、傾きｄＶ_ｏ／ｄｔを生じる。別の事例では、図１４の時間ｔ（例えば、第４の部分１４０８）の始めおよび終わりのＶ_０値が解明されることができ、ｄＶ_ｏ／ｄｔとして求められる線の傾きを用いてこれらの２つの点の間で線が適合させられることができる。これらは、パルス間の部分の傾きｄＶ_ｏ／ｄｔを計算することができる、多数の方法のうちの２つにすぎない。

決定３０１０は、ＩＥＤＦを狭小幅（例えば、最小幅、または代替案では６％半値全幅）に調節するために使用される、反復ループの一部であり得る。方程式３は、イオン電流補償Ｉｃがイオン電流Ｉ_Ｉに等しい（または代替案では方程式２に従ってＩ_Ｉに関係付けられる）場合のみ当てはまり、これは、一定の基板電圧、したがって、一定かつ実質的に単数のイオンエネルギー（狭小ＩＥＤＦ幅）がある場合のみ起こる。一定の基板電圧４６０８（Ｖ_ｓｕｂ）を図４６で見ることができる。したがって、イオン電流Ｉ_Ｉまたは代替としてイオン電流補償Ｉｃのいずれか一方を方程式３で使用することができる。

代替として、第４の部分１４０８（パルス間の部分とも称される）に沿った２つの値を、第１のサイクルおよび第２のサイクルについてサンプリングすることができ、それぞれ、第１および第２の傾きを各サイクルについて決定することができる。これら２つの傾きから、第３のまだ測定されていない傾きに対して方程式３を真にすることを期待されるイオン電流補償Ｉｃを決定することができる。したがって、狭小ＩＥＤＦ幅に対応することが予測されるイオン電流Ｉ_Ｉを推定することができる。これらは、狭小ＩＥＤＦ幅を決定することができる多くの方法のうちの２つにすぎず、対応するイオン電流補償Ｉｃおよび／または対応するイオン電流Ｉ_Ｉを見出すことができる。

イオン電流補償Ｉｃへの調節３０１２は、イオン電流補償Ｉｃの増加または減少のいずれか一方を伴うことができ、各調節のためのステップサイズには制限がない。いくつかの実施形態では、イオン電流補償を増加または減少させるかどうかを決定するために、方程式３における関数ｆの符号を使用することができる。符号が負である場合、イオン電流補償Ｉｃを減少させることができる一方で、正符号は、イオン電流補償Ｉｃを増加させる必要性を示すことができる。

いったんイオン電流Ｉ_Ｉに等しい（または代替案では方程式２に従ってそれに関係付けられる）イオン電流補償Ｉｃが識別されると、方法３０００は、さらなる設定点動作（図３１参照）または遠隔チャンバおよびソース監視動作（図３２−３４参照）へ前進することができる。さらなる設定点動作は、イオンエネルギー（図４６も参照）およびイオンエネルギーの分布またはＩＥＤＦ幅（図４７も参照）を設定することを含むことができる。ソースおよびチャンバ監視は、プラズマ密度、ソース供給部異常、プラズマアーク放電、およびその他を監視することを含むことができる。

さらに、方法３０００は、随意に、連続的に（または代替案として周期的に）イオン電流補償Ｉｃを更新するためにサンプリング３００４に戻ることができる。例えば、サンプリング３００４、計算３００６、決定３０１０、および調節３０１２は、方程式３が満たされ続けることを確実にするために、電流イオン電流補償Ｉｃを考慮して周期的に行うことができる。同時に、方程式３を満たすイオン電流補償Ｉｃが更新される場合、イオン電流Ｉ_Ｉも更新されることができ、更新された値は、記憶されることができる３０１４。

方法３０００は、イオン電流Ｉ_Ｉに等しいように、または代替案では方程式２を満たすように、イオン電流補償Ｉｃを見出して設定することができるが、狭小ＩＥＤＦ幅を達成するために必要とされるイオン電流補償Ｉｃの値は、イオン電流Ｉ_Ｃをその値に設定することなく（または代替案ではその前に）決定されることができる。例えば、第１のサイクルについて第１のイオン電流補償Ｉｃ_１を適用し、パルス間の電圧の第１の傾きｄＶ_０１／ｄｔを測定し、かつ、第２のサイクルについて第２のイオン電流補償Ｉｃ_２を適用し、パルス間の電圧の第２の傾きｄＶ_０２／ｄｔを測定することによって、方程式３が真であることが期待される、第３のイオン電流補償Ｉｃ_３に関連付けられる第３の傾きｄＶ_０３／ｄｔが決定されることができる。第３のイオン電流補償Ｉｃ_３は、適用された場合に狭小ＩＥＤＦ幅をもたらすであろうものであり得る。したがって、イオン電流補償の単一の調節のみを用いて、方程式３を満たし、したがって、イオン電流Ｉ_Ｉに対応するイオン電流補償Ｉｃを決定することができる。次いで、方法３０００は、イオン電流Ｉ_Ｃを、狭小ＩＥＤＦ幅を達成するために必要とされる値に設定することさえなく、図３１および／または図３２−４１で説明される方法へ移動することができる。そのような実施形態は、調節速度を増加させるために実行され得る。

図３１は、ＩＥＤＦ幅およびイオンエネルギーを設定する方法を図示する。本方法は、図３０で図示される方法３０００が起源であり、それぞれ、ＩＥＤＦ幅およびイオンエネルギーの設定を伴う、左の経路３１００（ＩＥＤＦ分岐とも称される）または右の経路３１０１（イオンエネルギー分岐とも称される）のいずれか一方をとることができる。イオンエネルギーｅＶは、電圧ステップΔＶまたは図１４の修正された周期的電圧関数１４００の第３の部分１４０６に比例する。イオンエネルギーｅＶと電圧ステップΔＶとの間の関係は、方程式４として表されることができる。

式中、Ｃ_１は、有効容量（例えば、チャック容量、図３の固有容量Ｃ１０、または図１３の固有容量Ｃ１）であり、Ｃ_２は、シース容量（例えば、図３のシース容量Ｃ４、または図１３のシース容量Ｃ２）である。シース容量Ｃ_２は、浮遊容量を含み得、イオン電流Ｉ_Ｉに依存する。電圧ステップΔＶは、修正された周期的電圧関数１４００の第２の部分１４０４と第４の部分１４０８との間の電圧の変化として測定されることができる。電圧ステップΔＶ（電力供給部電圧または図３のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ等のバス電圧の関数である）を制御および監視することによって、イオンエネルギーｅＶを制御し、把握することができる。

同時に、ＩＥＤＦ幅を方程式５に従って概算することができる。

式中、Ｉは、ＣがＣ_{ｓｅｒｉｅｓ}である場合Ｉ_Ｉであり、ＣがＣ_{ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ}である場合Ｉ_Ｃである。時間ｔは、パルス間の時間であり、Ｖ_ＰＰは、ピーク間電圧であり、ΔＶは、電圧ステップである。

加えて、シース容量Ｃ_２は、種々の計算および監視動作で使用されることができる。例えば、デバイシース距離λ_{ｓｈｅａｔｈ}を以下のように推定することができる。

式中、εは、真空誘電率であり、Ａは、基板の面積（または代替案では基板支持部の表面積）である。いくつかの高電圧用途では、方程式６は、方程式７として表される。

加えて、シース内の電場を、シース容量Ｃ_２、シース距離λ_{ｓｈｅａｔｈ}、およびイオンエネルギーｅＶの関数として推定することができる。シース容量Ｃ_２は、イオン電流Ｉ_Ｉとともに、方程式８（単独にイオン化されたプラズマに対して飽和電流Ｉ_ｓａｔが補償電流Ｉ_Ｃに直線的に関係付けられる）から、プラズマ密度ｎ_ｅを決定するために使用されることもできる。

シース容量Ｃ_２および飽和電流Ｉ_ｓａｔを使用して、基板表面におけるイオンの有効質量を計算することができる。プラズマ密度ｎ_ｅ、シース内の電場、イオンエネルギーｅＶ、イオンの有効質量、および基板のＤＣ電位Ｖ_ＤＣは、典型的には、当技術分野で間接的手段を介してのみ監視される、基本的プラズマパラメータである。本開示は、これらのパラメータの直接測定を可能にし、したがって、リアルタイムでプラズマ特性のより正確な監視を可能にする。

方程式４で見られるように、シース容量Ｃ_２はまた、図３１のイオンエネルギー分岐３１０１で図示されるように、イオンエネルギーｅＶを監視して制御するために使用することもできる。イオンエネルギー分岐３１０１は、イオンエネルギーのユーザ選択を受信することによって開始する３１０２。次いで、イオンエネルギー分岐３１０１は、周期的電圧関数を供給するスイッチモード電力供給部のための初期電力供給部電圧を設定することができる３１０４。周期的電圧サンプリング動作３１０８前のある時点で、イオン電流がアクセスされる（例えば、メモリからアクセスされる）こともできる３１０６。周期的電圧がサンプリングされることができ３１０８、修正された周期的電圧関数の第３の部分の測定値を測定することができる３１１０。イオンエネルギーＩ_Ｉは、修正された周期的電圧関数の電圧ステップΔＶ（第３の部分（例えば、第３の部分１４０６）とも称される）から計算されることができる３１１２。次いで、イオンエネルギー分岐３１０１は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しいかどうかを決定することができ３１１４、もしそうであれば、イオンエネルギーは所望の設定点にあり、イオンエネルギー分岐３１０１は終了することができる。イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくない場合、イオンエネルギー分岐３１０１は、電力供給部電圧を調節し３１１６、再度、周期的電圧をサンプリングすることができる３１０８。次いで、イオンエネルギー分岐３１０１は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、サンプリング３１０８、測定３１１０、計算３１１２、決定３１１４、および設定３１１６を循環することができる。

ＩＥＤＦ幅を監視して制御する方法が、図３１のＩＥＤＦ分岐３１００で図示されている。ＩＥＤＦ分岐３１００は、ＩＥＤＦ幅のユーザ選択を受信し３１５０、電流ＩＥＤＦ幅をサンプリングすること３１５２を含む。次いで、決定３１５４は、定義されたＩＥＤＦ幅が電流ＩＥＤＦ幅に等しいかどうかを決定し、決定３１５２が満たされる場合、ＩＥＤＦ幅は所望される（または定義される）通りであり、ＩＥＤＦ分岐３１００は終了することができる。しかしながら、電流ＩＥＤＦ幅が定義されたＩＥＤＦ幅に等しくない場合、イオン電流補償Ｉｃを調節することができる３１５６。この決定３１５４および調節３１５６は、電流ＩＥＤＦ幅が定義されたＩＥＤＦ幅に等しくなるまで、循環様式で継続されることができる。

いくつかの実施形態では、ＩＥＤＦ分岐３１００はまた、所望のＩＥＤＦ形状を確保するように実装されることもできる。種々のＩＥＤＦ形状が生成されることができ、各々は、異なるイオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅に関連付けられることができる。例えば、第１のＩＥＤＦ形状が、デルタ関数であり得る一方で、第２のＩＥＤＦ形状は、二乗関数であり得る。他のＩＥＤＦ形状は、カップ状であり得る。種々のＩＥＤＦ形状の実施例を図１１で見ることができる。

イオン電流Ｉ_Ｉおよび電圧ステップΔＶの知識を用いて、方程式４をイオンエネルギーｅＶについて解くことができる。電圧ステップΔＶは、電力供給部電圧を変化させることによって制御されることができ、そして、電力供給部電圧を変化させることは、電圧ステップΔＶを変化させる。より大きい電力供給部電圧は、電圧ステップΔＶの増加を引き起こし、電力供給部電圧の減少は、電圧ステップΔＶの減少を引き起こす。言い換えると、電力供給部電圧を増加させることにより、より大きいイオンエネルギーｅＶをもたらす。

さらに、上記システムおよび方法が連続的に変化するフィードバックループ上で動作するので、プラズマ源またはチャンバ条件に対する変動または意図的な調節による、プラズマの変化にもかかわらず、所望の（または定義された）イオンエネルギーおよびＩＥＤＦ幅を維持することができる。

図３０−４１は、単一のイオンエネルギーに関して説明されているが、当業者であれば、所望の（または定義された）ＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）およびイオンエネルギーを生成して監視するこれらの方法はさらに、各々が各自のＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）を有する２つ以上のイオンエネルギーを産生して監視するために利用できることを認識するであろう。例えば、第１、第３、および第５のサイクルで第１の電力供給部電圧Ｖ_ＰＳ、第２、第４、および第６のサイクルで第２の電力供給部電圧を提供することによって、基板の表面に到達するイオンについて、２つの異なる狭小イオンエネルギーを達成することができる（例えば、図４２Ａ）。３つの異なる電力供給部電圧を使用することは、３つの異なるイオンエネルギーをもたらす（例えば、図４２Ｂ）。複数の電力供給部電圧の各々が印加される時間または各電力供給部電圧レベルが印加されるサイクルの数を変化させることによって、異なるイオンエネルギーのイオンフラックスが制御されることができる（例えば、図４２Ｃ）。

上記の議論は、プラズマ処理中に基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーならびにＩＥＤＦ幅および／またはＩＥＤＦ形状を制御するために、電力供給部によって提供される周期的電圧関数を、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償と組み合わせることがどのように使用されることができるかを示している。

これまで記述された制御のうちのいくつかは、（１）固定波形（波形の連続サイクルが同一である）、（２）イオンエネルギーおよびＩＥＤＦに比例する少なくとも２つの部分（例えば、図１４で図示される第３および第４の部分１４０６および１４０８）を有する波形、および（３）波形の異なる特徴の正確な監視を可能にする高いサンプリングレート（例えば、１２５ＭＨｚ）のいくつかの組み合わせを使用することによって、可能にされる。例えば、線形増幅器等の従来技術が、修正された周期的電圧関数に類似する波形を基板に送信する場合、サイクル間の望ましくない変動が、イオンエネルギーまたはＩＥＤＦ幅（またはＩＥＤＦ形状）を特徴付けるために、これらの従来技術の波形を使用することを困難にする。

線形増幅器が基板支持部にバイアスをかけるために使用されている場合、波形がサイクル毎に一貫しておらず、したがって、波形の特徴（例えば、パルス間の部分の傾き）が典型的には有用な情報を提供しないであろうため、高い割合でサンプリングする必要性が認められていない。本開示および関連開示で見られるような、そのような有用な情報は、固定波形が使用されるとき、生じない。

本明細書で開示された固定波形および高いサンプリングレートはさらに、より正確な統計観察を可能にさせる。この増加した精度により、修正された周期的電圧関数の種々の特性を監視することを介して、プラズマ源およびチャンバ内のプラズマの動作および処理特性を監視することができる。例えば、修正された周期的電圧関数の測定は、シース容量およびイオン電流の遠隔監視を可能にし、チャンバプロセスまたは他のチャンバ詳細の知識を伴わずに監視されることができる。いくつかの実施例が、続き、ソースおよびチャンバの非侵襲的監視および故障検出のために、これまで記述されたシステムおよび方法を使用されることができる、多数の方法のうちのいくつかのみを例証する。

監視の実施例として、図１４を参照すると、波形１４００のＤＣオフセットは、プラズマ源（以降では「ソース」と称される）の健全性を表すことができる。別の実施例では、修正された周期的電圧関数のパルスの最上部分１４０４（第２の部分）の傾きは、ソース内の減衰効果に関連させられることができる。（０に等しい傾きを有するものとして図示される）水平からの最上部分１４０４の傾きの標準偏差は、波形１４００のある側面に基づいてソースの健全性を監視する別の方法である。別の側面は、修正された周期的電圧関数の第４の部分１４０８に沿ってサンプリングされたＶ_０点の標準偏差を測定し、標準偏差をチャンバ共鳴に関連させることを伴う。例えば、この標準偏差が連続パルスの間で監視され、標準偏差が経時的に増加する場合、これは、チャンバ内、例えば、静電チャック内に共鳴があることを示し得る。共鳴は、チャンバへの、またはチャンバ内の不良な電気接続の兆候、あるいは付加的な不要インダクタンスまたは容量の兆候であり得る。

図３２は、本開示の一実施形態による、基板支持部に送達される２つの修正された周期的電圧関数波形を図示する。比較されたとき、２つの修正された周期的電圧関数は、チャンバ整合、または原位置異常あるいは故障検出に使用されることができる。例えば、２つの修正された周期的電圧関数のうちの１つは、基準波形であり得、第２の関数は、較正中にプラズマ処理チャンバから得ることができる。２つの修正された周期的電圧関数の間の差（例えば、ピーク間電圧Ｖ_ＰＰの差）は、プラズマ処理チャンバを較正するために使用されることができる。代替として、第２の修正された周期的電圧関数が、処理中に基準波形と比較されることができ、波形特性の任意の差（例えば、シフト）は、故障を示すことができる（例えば、修正された周期的電圧関数の第４の部分３２０２の傾きの差）。

図３３は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化を示すことができる、イオン電流波形を図示する。本システムの故障および異常を識別するために、図３３で図示されるもの等のイオン電流Ｉ_Ｉの変動が分析されることができる。例えば、図３３の周期的変動は、プラズマ源（例えば、プラズマ電力供給部１０２）における低周波数不安定性を示し得る。そのようなイオン電流Ｉ_Ｉの変動はまた、プラズマ密度の周期的変化を示すこともできる。この指標およびそれが示し得る可能性として考えられる故障または異常は、特に有利にイオン電流Ｉ_Ｉの遠隔監視が使用されることができる多くの方法のうちの１つにすぎない。

図３４は、非周期的形状を有する、修正された周期的電圧関数波形のイオン電流Ｉ_Ｉを図示する。イオン電流Ｉ_Ｉの本実施例は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化等の非周期的変動を示すことができる。そのような変動はまた、アーク放電、寄生プラズマの形成、またはプラズマ密度のドリフト等の種々のプラズマの不安定性を示し得る。

図３５は、バイアス供給部内の故障を示すことができる修正された周期的電圧関数波形を図示する。第３の図示したサイクルの最上部分（第２の部分とも称される）は、バイアス供給部（例えば、図１２の電力供給部１２０６）内の共鳴を示し得る異常挙動を示す。この共鳴は、バイアス供給部内の故障の指示であり得る。共鳴のさらなる分析は、電力システム内の故障を識別することに役立つ特性を識別し得る。

図３６は、システムの容量の動的（または非線形）変化を示すことができる修正された周期的電圧関数波形を図示する。例えば、電圧に非線形に依存する浮遊容量が、そのような修正された周期的電圧関数をもたらし得る。別の実施例では、チャックにおけるプラズマ破壊または故障もまた、そのような修正された周期的電圧関数をもたらし得る。３つの図示したサイクルの各々では、各サイクルの第４の部分３６０２における非線形性が、システム容量の動的変化を示すことができる。例えば、システム容量の他の構成要素は、大部分が固定されるため、非線形性が、シース容量の変化を示すことができる。

図３７は、プラズマ密度の変化を示し得る修正された周期的電圧関数波形を図示する。図示した修正された周期的電圧関数は、プラズマ密度の変化を示すことができる、傾きｄＶ_０／ｄｔの単調なシフトを示す。これらの単調なシフトは、プロセスエッチング終点等の予測事象の直接指示を提供することができる。他の実施形態では、これらの単調なシフトは、いかなる予測事象も存在しない場合、プロセスの故障を示すことができる。

図３８は、異なるプロセス実行に対するイオン電流のサンプリングを図示し、イオン電流のドリフトは、システムドリフトを示すことができる。各データ点は、所与の実行に対するイオン電流を表すことができ、許容限界は、許容イオン電流を定義するユーザ定義または自動限界である。イオン電流を許容限界の上方に徐々に押し上げる、イオン電流のドリフトは、基板損傷が起こり得ることを示し得る。このタイプの監視はまた、光学的発光厚さ測定等の任意の数の他の従来のモニタと組み合わせられることもできる。イオン電流ドリフトを監視することに加えて、これらの従来のタイプのモニタは、既存の監視および統計制御を増進することができる。

図３９は、異なるプロセスパラメータに対するイオン電流のサンプリングを図示する。この説明図では、イオン電流は、異なるプロセスおよび異なるプロセス特性を区別するための性能指数として使用されることができる。そのようなデータは、プラズマレシピおよびプロセスの開発で使用されることができる。例えば、１１個の図示したイオン電流データ点をもたらす１１個のプロセス条件が試験されることができ、理想的なプロセスとして、または代替案では好ましいプロセスとして、好ましいイオン電流をもたらすプロセスが選択されることができる。例えば、最低イオン電流が理想的なプロセスとして選択され得、その後、プロセスが好ましいプロセス条件を用いて実行されているかどうかを判断するために、好ましいプロセスに関連付けられるイオン電流を測定基準として使用することができる。この性能指数は、いくつか非限定的な実施例を挙げると、割合、選択性、およびプロファイル角度等の類似する従来の測定基準特性に加えて、またはその代替案として、使用することができる。

図４０は、チャンバ内にプラズマを伴わずに監視された、２つの修正された周期的電圧関数を図示する。これら２つの修正された周期的電圧関は、プラズマチャンバを特徴付けるために比較され、使用されることができる。実施形態では、第１の修正された周期的電圧関数が、基準波形であり得る一方で、第２の修正された周期的電圧関数は、現在監視されている波形であり得る。これらの波形は、処理チャンバ内にプラズマを伴わずに、例えば、チャンバ清掃または予防保守後に得られることができ、したがって、第２の波形は、産生への（または産生へ戻す）チャンバの解放に先立って、チャンバの電気的状態の検証を提供するために使用されることができる。

図４１は、プラズマプロセスの正当性を立証するために使用されることができる２つの修正された周期的電圧関数を図示する。第１の修正された周期的電圧関数が、基準波形であり得る一方で、第２の修正された周期的電圧関数は、現在監視されている波形であり得る。現在監視されている波形は、基準波形と比較されることができ、任意の差は、別様に従来の監視方法を使用して検出可能ではない、寄生および／または非寄生インピーダンス問題を示し得る。例えば、図３５の波形上で見られる共鳴が検出され得、それは、電力供給部内の共鳴を表すことができる。

イオン電流補償Ｉｃ、イオン電流Ｉ_Ｉ、および／またはシース容量Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}を更新するために方法３０００が循環している間、図３２−４１で図示される測定基準のうちのいずれかを監視することができる。例えば、各イオン電流Ｉ_Ｉサンプルが図３８で得られた後、方法３０００は、更新されたイオン電流Ｉ_Ｉを決定するためにサンプリング３００４に戻ることができる。別の実施例では、監視動作の結果として、イオン電流Ｉ_Ｉ、イオンエネルギーｅＶ、またはＩＥＤＦ幅の補正が所望され得る。対応する補正を行うことができ、方法３０００は、方程式３を満たす新しいイオン電流補償Ｉｃを見出すためにサンプリング３００４に戻ることができる。

当業者であれば、図３０、３１、および４３で図示される方法が、いかなる特定の、または説明された動作順も必要とせず、または図によって図示される、あるいは図中で示唆されるいかなる順番にも限定されないことを認識するであろう。例えば、測定基準（図３２−４１）は、ＩＥＤＦ幅および／またはイオンエネルギーｅＶを設定し、監視する前、間、または後に監視されることができる。

図４４は、本明細書で開示されるシステムにおける異なる点での種々の波形を図示する。スイッチモード電力供給部の切り替え構成要素に対する図示した切り替えパターン４４１０、電力供給部電圧Ｖ_ＰＳ４４０６（本明細書では周期的電圧関数とも称される）、イオン電流補償Ｉｃ４４０４、修正された周期的電圧関数４４０２、および基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４４１２を考慮すると、ＩＥＤＦは、図示した幅４４１４（一定の縮尺で描かれない場合がある）またはＩＥＤＦ形状４４１４を有する。この幅は、本開示が「狭小幅」と称しているものより広い。示されるように、イオン電流補償Ｉｃ４４０４がイオン電流Ｉ_Ｉより大きいとき、基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４４１２は一定ではない。ＩＥＤＦ幅４４１４は、基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４４１２のパルス間の傾き部分の電圧差に比例する。

この非狭小ＩＥＤＦ幅４４１４を考慮すると、本明細書で開示される方法は、Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉとなる（または代替案では方程式２に従って関係付けられる）まで、イオン電流補償Ｉｃが調節されることを要求する。図４５は、イオン電流Ｉ_Ｉに一致させるために、イオン電流補償Ｉｃの最終増加的変化を生じることの効果を図示する。Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｉであるとき、基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４５１２は、実質的に一定になり、ＩＥＤＦ幅４５１４は、非狭小幅から狭くなる。

いったん狭小ＩＥＤＦが達成されると、図４６で図示されるように、イオンエネルギーを所望の値または定義された値に調節することができる。ここで、電力供給部電圧（または代替案ではスイッチモード電力供給部のバス電圧Ｖ_ｂｕｓ）の規模が減少させられる（例えば、電力供給部電圧４６０６のパルスの最大負振幅が低減させられる）。結果として、ΔＶ_１は、ピーク間電圧がＶ_ＰＰ１からＶ_ＰＰ２まで減少するように、ΔＶ_２まで減少する。その結果として、実質的に一定の基板電圧Ｖ_ｓｕｂ４６０８の規模が減少し、したがって、狭小ＩＥＤＦ幅を維持しながら、イオンエネルギーの規模を４６１５から４６１４へ減少させる。

イオンエネルギーが調節されようとされまいと、図４７に示されるように狭小ＩＥＤＦ幅が達成された後に、ＩＥＤＦ幅を広げることができる。ここで、Ｉ_Ｉ＝Ｉ_Ｃ（または代替案では、Ｉ_ＩとＩ_Ｃとの間の関係を生じる方程式２）を考慮して、Ｉ_Ｃを調節することができ、したがって、修正された周期的電圧関数４７０２のパルス間の部分の傾きを変化させる。イオン電流補償Ｉｃおよびイオン電流Ｉ_Ｉが等しくないことの結果として、基板電圧は、実質的に一定から非一定に移動する。さらなる結果は、ＩＥＤＦ幅４７１４が狭小ＩＥＤＦ４７１４から非狭小ＩＥＤＦ４７０２まで拡張することである。Ｉ_ＣがＩ_Ｉから離れて調節されるほど、ＩＥＤＦ４７１４幅が大きくなる。

図４８は、各イオンエネルギーレベルが狭小ＩＥＤＦ４８１４幅を有する、１つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧の１つのパターンを図示する。電力供給部電圧４８０６の規模が、各サイクルで交互する。これは、修正された周期的電圧関数４８０２の各サイクルに対して交互するΔＶおよびピーク間電圧をもたらす。基板電圧４８１２は、順に、基板電圧のパルス間で交互する２つの実質的に一定の電圧を有する。これは、各々が狭小ＩＥＤＦ４８１４幅を有する、２つの異なるイオンエネルギーをもたらす。

図４９は、各イオンエネルギーレベルが狭小ＩＥＤＦ４９１４幅を有する、１つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる、電力供給部電圧の別のパターンを図示する。ここで、電力供給部電圧４９０６は、２つの異なる規模の間で交互するが、交互する前の２つのサイクルに対して１度にそのようにする。示されるように、平均イオンエネルギーは、Ｖ_ＰＳ４９０６がサイクル毎に交互させられた場合と同一である。これは、同一のイオンエネルギーを達成するために、Ｖ_ＰＳ４９０６の種々の他のパターンがどのようにして使用されることができるかの一実施例のみを示す。

図５０は、定義されたＩＥＤＦ５０１４を生成するために使用されることができる電力供給部電圧Ｖ_ＰＳ５００６およびイオン電流補償Ｉ_Ｃ５００４の１つの組み合わせを図示する。ここで、交互する電力供給部電圧５００６が、２つの異なるイオンエネルギーをもたらす。加えて、イオン電流Ｉ_Ｉから離してイオン電流補償５００４を調節することによって、各イオンエネルギーのＩＥＤＦ５０１４幅を拡張することができる。イオンエネルギーが、図示した実施形態のように十分に近い場合、両方のイオンエネルギーのＩＥＤＦ５０１４が重なり、１つの大きいＩＥＤＦ５０１４をもたらすであろう。他の実施例が可能であるが、本実施例は、定義されたイオンエネルギーおよび定義されたＩＥＤＦ５０１４を達成するために、Ｖ_ＰＳ５００６およびＩ_Ｃ５００４への調節の組み合わせをどのようにして使用することができるかを示すように意図されている。

次に、図１７Ａおよび１７Ｂを参照すると、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。示されるように、これらの実施形態における基板支持部１７０８は、静電チャック１７８２を含み、静電チャック供給部１７８０は、電力を静電チャック１７８２に印加するために利用される。いくつかの変形例では、図１７Ａに描写されるように、静電チャック供給部１７８０は、電力を直接基板支持部１７０８に印加するように位置付けられ、他の変形例では、静電チャック供給部１７８０は、スイッチモード電力供給部と関連して、電力を印加するように位置付けられる。直列チャッキングは、別個の供給部によって、またはコントローラの使用によって行われることができ、正味ＤＣチャッキング関数をもたらすことに留意されたい。このＤＣ結合された（例えば、阻止コンデンサなし）直列チャッキング機能では、他のＲＦ源との望ましくない干渉を最小限にすることができる。

図１８には、概して、プラズマ密度を生成するように機能するプラズマ電力供給部１８８４も、スイッチモード電力供給部１８０６および静電チャック供給部１８８０とともに、基板支持部１８０８を駆動するように構成されている本発明のさらに別の実施形態を描写するブロック図が示される。この実装では、プラズマ電力供給部１８８４、静電チャック供給部１８８０、およびスイッチモード電力供給部１８０６の各々は、別個のアセンブリ内に常駐し得るか、または供給部１８０６、１８８０、１８８４のうちの２つ以上は、同一物理的アセンブリ内に常駐するように構築され得る。有利には、図１８に描写される実施形態は、上部電極１８８６（例えば、シャワーヘッド）を電気的に接地させ、電気的対称性とより少ないアーク放電事象による低減された損傷レベルとを得ることを可能にする。

図１９を参照すると、本発明のなおも別の実施形態を描写するブロック図が示される。描写されるように、本実施形態におけるスイッチモード電力供給部１９０６は、追加のプラズマ電力供給部の必要性なく（例えば、プラズマ電力供給部１０２、２０２、１２０２、１７０２、１８８４を伴わずに）、基板にバイアスをかけ、プラズマを点火（および、持続）するように電力を基板支持部およびチャンバ１９０４に印加するよう構成される。例えば、スイッチモード電力供給部１８０６は、プラズマを点火し、持続させる一方、バイアスを基板支持部に提供するために十分である、デューティサイクルで動作され得る。

次に、図２０を参照すると、図１−１９を参照して説明された実施形態に関連して利用され得る、制御部分の入力パラメータおよび制御出力のブロック図が、描写される。制御部分の描写は、本明細書で論じられる実施形態に関連して利用され得る、例示的制御入力および出力の簡略化された描写を提供することが意図される。すなわち、ハードウェア略図であることは、意図されない。実際の実装では、描写される制御部分は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得る、いくつかの個別的な構成要素間に分散され得る。

本明細書で以前に論じられる実施形態を参照すると、図２０に描写されるコントローラは、図１を参照して説明される、コントローラ１１２、図２を参照して説明される、コントローラ２１２およびイオンエネルギー制御２２０構成要素、図８を参照して説明される、コントローラ８１２およびイオンエネルギー制御部分８２０、図１２を参照して説明される、イオン電流補償構成要素１２６０、図１３を参照して説明される、電流コントローラ１３６２、図１６に描写される、Ｉｃｃ制御、それぞれ、図１７Ａおよび１７Ｂに描写される、コントローラ１７１２Ａ、１７１２Ｂ、ならびにそれぞれ、図１８および１９に描写される、コントローラ１８１２、１９１２のうちの１つ以上の機能性を提供し得る。

示されるように、制御部分への入力として利用され得る、パラメータは、図１３および１４を参照してより詳細に説明される、ｄＶｏ／ｄｔおよびΔＶを含む。論じられるように、ｄＶｏ／ｄｔは、イオンエネルギー分布広がり入力ΔＥと関連して利用され、図１２、１３、１４、１５Ａ−Ｃ、および図１６を参照して説明されるように、イオンエネルギー分布広がりの幅を制御する制御信号Ｉｃｃを提供し得る。加えて、イオンエネルギー制御入力（Ｅｉ）は、随意のフィードバックΔＶに関連して利用され、図１−１１を参照してより詳細に説明されるように、イオンエネルギー制御信号（例えば、図３に描写されるＶｂｕｓに影響を及ぼす）を生成し、所望の（定義された）イオンエネルギー分布をもたらし得る。また、多くの静電チャッキング実施形態と関連して利用され得る、別のパラメータは、効率的熱制御のために、静電力を提供し、ウエハをチャックに保持する、ＤＣオフセット入力である。

図２１は、本開示のある実施形態による、プラズマ処理システム２１００を図示する。システム２１００は、基板２１０６（および他のプラズマプロセス）の上部表面２１１８をエッチングするために、プラズマ２１０４を封入する、プラズマ処理チャンバ２１０２を含む。プラズマは、プラズマ電力供給部２１２２によって給電されるプラズマ源２１１２によって生成される（例えば、原位置で、または遠隔で、または投射される）。プラズマ２１０４と基板２１０６の上部表面２１１８との間で測定されたプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、プラズマ２１０４から、プラズマシース２１１５を横断するイオンを加速し、加速されたイオンを基板２１０６（または、フォトレジストによって保護されていない基板２１０６の一部）の上部表面２１１８に衝突させ、基板２１０６をエッチングさせる。プラズマ２１０４は、接地（例えば、プラズマ処理チャンバ２１０２壁）に対して、プラズマ電位Ｖ_３にある。基板２１０６は、底部表面２１２０を有し、底部表面２１２０は、静電チャック２１１１と、静電チャック２１１１の上部表面２１２１と基板２１０６との間のチャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}とを介して、支持部２１０８に静電的に保持される。基板２１０６は、誘電性であり、したがって、上部表面２１１８の第１の電位Ｖ_１と、底部表面２１２０の第２の電位Ｖ_２とを有し得る。静電チャック２１２１の上部表面は、基板の底部表面２１２０と接触し、したがって、これらの２つの表面２１２０、２１２１は、同一の電位Ｖ_２である。第１の電位Ｖ_１、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}、および第２の電位Ｖ_２は、スイッチモード電力供給部２１３０によって生成され、第１の導体２１２４を介して、静電チャック２１１１に提供される、ＤＣバイアスまたはオフセットを伴うＡＣ波形を介して制御される。随意に、ＡＣ波形は、第１の導体２１２４を介して提供され、ＤＣ波形は、随意の第２の導体２１２５を介して提供される。スイッチモード電力供給部２１３０のＡＣおよびＤＣ出力は、同様に、スイッチモード電力供給部２１３０の種々の側面を制御するように構成されているコントローラ２１３２を介して、制御されることができる。

イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布は、第１の電位Ｖ_１の関数である。スイッチモード電力供給部２１３０は、所望の（または定義された）イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布を生成することが分かっている所望の第１の電位Ｖ_１をもたらすように調整されたＡＣ波形を提供する。ＡＣ波形は、ＲＦであり、図５、６、１１、１４、１５ａ、１５ｂ、および１５ｃに図示されるもの等の非正弦波波形を有することができる。第１の電位Ｖ_１は、図１４に図示される電圧ΔＶの変化に比例し得る。第１の電位Ｖ_１はまた、プラズマ電圧Ｖ_３からプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}を引いたものに等しい。しかし、プラズマ電圧Ｖ_３は、多くの場合、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}（例えば、５０Ｖ−２０００Ｖ）と比較して、小さい（例えば、２０Ｖ未満）ので、第１の電位Ｖ_１およびプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、ほぼ等しく、実装の目的のため、等しいとして処理され得る。したがって、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、イオンエネルギーを左右するので、第１の電位Ｖ_１は、イオンエネルギー分布に比例する。一定の第１の電位Ｖ_１を維持することによって、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、一定であり、したがって、実質的に、全イオンが、同一のエネルギーを介して加速され、故に、狭域イオンエネルギー分布が、達成される。プラズマ電圧Ｖ_３は、プラズマ源２１１２を介して、プラズマ２１０４に与えられるエネルギーから生じる。

基板２１０６の上部表面２１１８における第１の電位Ｖ_１は、静電チャック２１１１からの容量性充電とシース２１１５を通過する電子およびイオンからの電荷蓄積との組み合わせを介して形成される。スイッチモード電力供給部２１３０からのＡＣ波形は、第１の電位Ｖ_１が、実質的に一定のままであるように、シース２１１５を通るイオンおよび電子移動の影響と、基板２１０６の上部表面２１１８において結果として生じる電荷蓄積をオフセットするように調整される。

基板２１０６を静電チャック２１１１に保持するチャッキング力は、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}の関数である。スイッチモード電力供給部２１３０は、第２の電位Ｖ_２が、第１の電位Ｖ_１と異なる電位にあるように、ＤＣバイアス、すなわち、ＤＣオフセットをＡＣ波形に提供する。この電位差は、チャッキング電圧Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を生じさせる。チャッキング電圧Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}は、静電チャック２１１１の上部表面２２２１から基板２１０６の内側の基準層まで測定され得、基準層は、基板２１０６の底部表面２１２０を除く、基板の内側の任意の高度を含む（基準層の基板２１０６内の正確な場所は、変動し得る）。したがって、チャッキングは、第２の電位Ｖ_２によって制御され、それに比例する。

ある実施形態では、第２の電位Ｖ_２は、ＡＣ波形によって修正される、スイッチモード電力供給部２１３０のＤＣオフセットに等しい（言い換えると、ＤＣオフセットを伴うＡＣ波形であり、ＤＣオフセットは、ＡＣ波形のピーク間電圧を上回る）。ＤＣオフセットは、スイッチモード電力供給部２１３０出力のＤＣ成分が、第２の電位Ｖ２を支配し、ＡＣ成分が、除外または無視され得るように、実質的に、ＡＣ波形より大きくあり得る。

基板２１０６内の電位は、第１および第２の電位Ｖ_１、Ｖ_２間で変動する。チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}極性にかかわらず、基板２１０６と静電チャック２１１１との間のクーロン引力が存在するので、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}は、正または負（例えば、Ｖ_１＞Ｖ_２またはＶ_１＜Ｖ_２）であり得る。

スイッチモード電力供給部２１３０は、コントローラ２１３２とともに、決定論的に、かつセンサを伴わずに、種々の電圧を監視することができる。特に、イオンエネルギー（例えば、平均エネルギーおよびイオンエネルギー分布）は、ＡＣ波形のパラメータ（例えば、勾配および段階）に基づいて、決定論的に監視される。例えば、プラズマ電圧Ｖ_３、イオンエネルギー、およびイオンエネルギー分布は、スイッチモード電力供給部２１３０によって生み出されるＡＣ波形のパラメータに比例する。特に、ＡＣ波形の立ち下がりエッジのΔＶ（例えば、図１４参照）は、第１の電位Ｖ_１、したがって、イオンエネルギーに比例する。第１の電位Ｖ_１を一定に維持することによって、イオンエネルギー分布は、狭域に維持される。

第１の電位Ｖ_１は、直接、測定されることができず、スイッチモード電力供給部出力と第１の電圧Ｖ_１との間の相関は、基板２１０６の静電容量および処理パラメータに基づいて、変動し得るが、ΔＶと第１の電位Ｖ_１との間の比例定数は、短い処理時間の経過後、実験的に決定されることができる。例えば、ＡＣ波形の立ち下がりエッジΔＶが、５０Ｖであって、比例定数が、所与の基板およびプロセスに対して、２であることが実験的に見出される場合、第１の電位Ｖ１は、１００Ｖであることが予期され得る。ステップ電圧ΔＶと第１の電位Ｖ_１（したがって、イオンエネルギーｅＶ）との間の比例は、方程式４によって表される。したがって、イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布とともに、第１の電位Ｖ_１は、プラズマ処理チャンバ２１０２の内側に任意のセンサを伴わずに、スイッチモード電力供給部のＡＣ波形の知識に基づいて、決定されることができる。加えて、スイッチモード電力供給部２１３０は、コントローラ２１３２とともに、チャッキングが生じているかどうか（例えば、基板２１０６が、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を介して、静電チャック２１１１に保持されているかどうか）を監視することができる。

デチャッキングは、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を排除または低下させることによって行なわれる。これは、第２の電位Ｖ_２を第１の電位Ｖ_１に等しく設定することによって行なわれることができる。言い換えると、ＤＣオフセットおよびＡＣ波形は、チャッキング電圧Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を０Ｖに近づかせるために、調節されることができる。従来のデチャッキング方法と比較して、システム２１００は、ＤＣオフセットおよびＡＣ波形の両方が、デチャッキングを達成するように調節されることができるため、より高速のデチャッキング、したがって、より多くの処理量を達成する。また、ＤＣおよびＡＣ電源が、スイッチモード電力供給部２１３０内にあるとき、それらの回路は、より統合され、より一緒に近接し、単一コントローラ２１３２を介して制御され（ＤＣおよびＡＣ電源の典型的並列配列と比較して）、出力をより高速で変化させることができる。本明細書に開示される実施形態によって可能にされるデチャッキングの速度はまた、プラズマ２１０４が消弧された後、または少なくともプラズマ源２１１２からの電力がオフにされた後、デチャッキングを可能にする。

プラズマ源２１１２は、種々の形態をとることができる。例えば、ある実施形態では、プラズマ源２１１２は、プラズマ処理チャンバ２１０２の内側に電極を含み、電極は、プラズマ２１０４の点火および持続の両方を行なうチャンバ２１０２内のＲＦ場を確立する。別の実施形態では、プラズマ源２１１２は、イオン化電磁場を遠隔で生成し、イオン化電磁場を処理チャンバ２１０２内に投射または延長し、イオン化電磁場を使用して、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ２１０４の点火および持続の両方を行なう、遠隔投射されるプラズマ源を含む。さらに、遠隔投射されるプラズマ源はまた、イオン化電磁場が、プラズマ処理チャンバ２１０２へ向かう途中に通過する、場伝達部分（例えば、導電管）を含み、その間、イオン化電磁場は、減衰され、プラズマ処理チャンバ２１０２内の場強度は、場が最初に遠隔投射されるプラズマ源内に生成されたときの場強度のわずか１０分の１、または１００分の１、または１，０００分の１、またはさらに小さい割合となる。プラズマ源２１１２は、正確な縮尺で描かれていない。

スイッチモード電力供給部２１３０は、浮動することができ、したがって、接地とスイッチモード電力供給部２１３０との間に直列に接続されるＤＣ電源（図示せず）によって、任意のＤＣオフセットでバイアスされることができる。スイッチモード電力供給部２１３０は、スイッチモード電力供給部２１３０の内部のＡＣおよびＤＣ電源を介して（例えば、図２２、２３、２６参照）、またはスイッチモード電力供給部２１３０の内部のＡＣ電源およびスイッチモード電力供給部２１３０の外部のＤＣ電力供給部を介して（例えば、図２４、２７参照）のいずれかによって、ＤＣオフセットを伴うＡＣ波形を提供することができる。ある実施形態では、スイッチモード電力供給部２１３０は、接地され、スイッチモード電力供給部２１３０と静電チャック２１１１との間に直列に結合された浮動ＤＣ電源に直列に結合されることができる。

コントローラ２１３２は、スイッチモード電力供給部２１３０が、ＡＣおよびＤＣ電源の両方を含むとき、スイッチモード電力供給部のＡＣおよびＤＣ出力を制御することができる。スイッチモード電力供給部２１３０が、ＤＣ電源と直列に接続される場合、コントローラ２１３２は、スイッチモード電力供給部２１３０のＡＣ出力のみ制御し得る。代替実施形態では、コントローラ２１３０は、スイッチモード電力供給部２１３０に結合されたＤＣ電力供給部と、スイッチモード電力供給部２１３０の両方を制御することができる。当業者は、単一コントローラ２１３２が図示されるが、他のコントローラもまた、静電チャック２１１１に提供されるＡＣ波形およびＤＣオフセットを制御するために実装されることができることを認識するであろう。

静電チャック２１１１は、誘電性（例えば、セラミック）であり、したがって、実質的に、ＤＣ電圧の通過を遮断することができるか、または、それは、ドープされたセラミック等の半伝導性材料であることができる。いずれの場合も、静電チャック２１１１は、電圧を基板２１０６の上部表面２１１８（通常、誘電性）に容量結合し、第１の電圧Ｖ_１を形成する、静電チャック２１１１の上部表面２１２１上の第２の電圧Ｖ_２を有することができる。

プラズマ２１０４の形状およびサイズは、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。例えば、プラズマ２１０４のエッジは、あるプラズマ密度によって定義されることができるが、その場合、図示されるプラズマ２１０４は、どんな特定のプラズマ密度も考慮に入れて描かれていない。同様に、少なくともいくつかのプラズマ密度は、図示されるプラズマ２１０４の形状にかかわらず、プラズマ処理チャンバ２１０２全体を充填する。図示されるプラズマ２１０４の形状は、主に、実質的に、プラズマ２１０４より小さいプラズマ密度を有する、シース２１１５を示すように意図される。

図２２は、プラズマ処理システム２２００の別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給部２２３０は、直列に接続されたＤＣ電源２２３４およびＡＣ電源２２３６を含む。コントローラ２２３２は、ＡＣ電源２２３６波形およびＤＣ電源２２３４バイアスまたはオフセットの両方を制御することによって、スイッチモード電力供給部２２３０のＤＣオフセット出力を伴うＡＣ波形を制御するように構成される。本実施形態はまた、チャック２２１１内に埋め込まれたグリッドまたはメッシュ電極２２１０を有する静電チャック２２１１を含む。スイッチモード電力供給部２２３０は、ＡＣおよびＤＣバイアスの両方をグリッド電極２２１０に提供する。実質的にＤＣバイアスより小さく、したがって無視され得るＡＣ成分を伴うＤＣバイアスは、グリッド電極２２１０上に第３の電位Ｖ_４を確立する。第３の電位Ｖ_４が、基板２２０６内のいずれかの場所の基準層（基板２２０６の底部表面２２２０を除く）における電位と異なるとき、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}およびクーロンチャッキング力が、確立され、基板２２０６を静電チャック２２１１に保持する。基準層は、グリッド電極２２１０に平行な仮想平面である。ＡＣ波形は、グリッド電極２２１０から、静電チャック２２１１の一部を通して、かつ基板２２０６を通して容量結合し、基板２２０６の上部表面２２１８上の第１の電位Ｖ_１を制御する。プラズマ電位Ｖ_３は、プラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}に対して無視可能であるため、第１の電位Ｖ_１およびプラズマシース電圧Ｖ_{ｓｈｅａｔｈ}は、ほぼ等しく、実践的目的のために、等しいと見なされる。したがって、第１の電位Ｖ_１は、シース２２１５を通してイオンを加速するために使用される、電位に等しい。

ある実施形態では、静電チャック２２１１は、チャック２２１１の本体を通してかなる電位差も無視可能であるよう十分に伝導性であるようにドープされ得、したがって、グリッドまたはメッシュ電極２２１０は、実質的に、第２の電位Ｖ_２と同一の電圧であり得る。

グリッド電極２２１０は、静電チャック２２１１内に埋め込まれ、基板２２０６に平行であり、スイッチモード電力供給部２２３０によってバイアスされ、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を確立するように構成される任意の伝導性平面デバイスであることができる。グリッド電極２２１０は、静電チャック２２１１の下側部分に埋め込まれるように図示されるが、グリッド電極２２１０は、基板２２０６からより近くまたはより遠くに位置することができる。グリッド電極２２１０はまた、グリッドパターンを有する必要はない。ある実施形態では、グリッド電極２２１０は、固体電極であるか、または非グリッド形状（例えば、チェッカー盤パターン）を伴う非固体構造を有することができる。ある実施形態では、静電チャック２２１１は、セラミックまたは他の誘電体であり、したがって、グリッド電極２２１０上の第３の電位Ｖ_４は、静電チャック２２１１の上部表面２２２１上の第１の電位Ｖ_１と等しくない。別の実施形態では、静電チャック２２１１は、若干伝導性である、ドープされたセラミックであり、したがって、グリッド電極２２１０上の第３の電位Ｖ_４は、静電チャック２２１１の上部表面２２２１上の第２の電位Ｖ_２に等しくあり得る。

スイッチモード電力供給部２２３０は、非正弦波であり得るＡＣ出力を生成する。スイッチモード電力供給部２２３０は、ＤＣ電源２２３４がＡＣ伝導性であり、ＡＣ電源２２３６がＤＣ伝導性であるため、ＤＣおよびＡＣ源２２３４、２２３６を直列に動作させることが可能である。ＤＣ伝導性ではない例示的ＡＣ電源は、ある線形増幅器であり、それは、ＤＣ電圧または電流が提供されると、損傷され得る。ＡＣ伝導性およびＤＣ伝導性電源の使用は、スイッチモード電力供給部２２３０内で使用される構成要素の数を低減させる。例えば、ＤＣ電源２２３４がＡＣ遮断を行なう場合、ＡＣバイパスまたはＤＣ遮断構成要素（例えば、コンデンサ）が、ＤＣ電源２２３４と並列に配列される必要があり得る。ＡＣ電源２２３６がＤＣ遮断を行なう場合、ＤＣバイパスまたはＡＣ遮断構成要素（例えば、インダクタ）が、ＡＣ電源２２３６と並列に配列される必要があり得る。

本実施形態では、ＡＣ電源２２３８は、概して、基板２２０６の上部表面２２１８に衝打するイオンのための所望の（定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように、制御可能な様式において、電圧バイアスを静電チャック２２１１に印加するように構成される。より具体的には、ＡＣ電源２２３６は、特定の電力レベルにおける１つ以上の特定の波形をグリッド電極２２１０に印加することによって、所望の（定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように構成される。また、より具体的には、ＡＣ電源２２３６は、特定の電力レベルを印加し、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ（図示せず）内に記憶された波形データによって定義される１つ以上の電圧波形を使用して、特定の電力レベルを印加する。その結果、１つ以上の特定のイオン衝打エネルギーが、基板２２０６（または他のプラズマ支援プロセス）の制御されたエッチングを実施するように選択され得る。一実施形態では、ＡＣ電源２２３６は、切り替え式モード構成を利用することができる（例えば、図２５−２７参照）。スイッチモード電力供給部２２３０、特に、ＡＣ電源２２３６は、本開示の種々の実施形態に説明されるようなＡＣ波形を生み出すことができる。

当業者は、グリッド電極２２１０が必要ではなく、他の実施形態も、グリッド電極２２１０を伴わずに実装されることができることを認識するであろう。当業者はまた、グリッド電極２２１０が、チャッキング電位Ｖ_{ｃｈｕｃｋ}を確立するために使用されることができる、多数のデバイスの一実施例にすぎないことを認識するであろう。

図２３は、プラズマ処理システム２３００の別の実施形態を図示する。図示される実施形態は、ＡＣ波形およびＤＣバイアスを静電チャック２３１１に提供するためのスイッチモード電力供給部２３３０を含む。スイッチモード電力供給部２３３０は、ＤＣ電源２３３４およびＡＣ電源２３３６を含み、両方とも、接地され得る。ＡＣ電源２３３６は、第１の導体２３２４を介して、静電チャック２３１１内に埋め込まれる第１のグリッドまたはメッシュ電極２３１０に提供される、ＡＣ波形を生成する。ＡＣ電源２３３６は、第１のグリッドまたはメッシュ電極２３１０上に電位Ｖ_４を確立する。ＤＣ電源２３３４は、第２の導体２３２５を介して、静電チャック２３１１内に埋め込まれる第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１２に提供される、ＤＣバイアスを生成する。ＤＣ電源２３３４は、第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１２上に電位Ｖ_５を確立する。電位Ｖ_４およびＶ_５は、それぞれ、ＡＣおよびＤＣ電源２３３６、２３３４を介して、独立して、制御されることができる。しかしながら、第１および第２のグリッドまたはメッシュ電極２３１０、２３１２はまた、容量結合されることができるか、および／または静電チャック２３１１の一部を介して、グリッドまたはメッシュ電極２３１０、２３１２間に、ＤＣ結合が存在し得る。ＡＣまたはＤＣ結合のいずれかが存在する場合、電位Ｖ_４およびＶ_５は、結合され得る。当業者は、第１および第２のグリッド電極２３１０、２３１２が、第１のグリッド電極２３１０を第２のグリッド電極２３１２より基板２３０６に近接して配列することを含め、静電チャック２３１１全体を通して、種々の場所に配列されることができることを認識するであろう。

図２４は、プラズマ処理システム２４００の別の実施形態を図示する。本実施形態では、スイッチモード電力供給部２４３０は、ＡＣ波形を静電チャック２４１１に提供し、スイッチモード電力供給部２４３０出力は、ＤＣ電力供給部２４３４によって提供されるＤＣバイアスによってオフセットされる。スイッチモード電力供給部２４３０のＡＣ波形は、基板２４０６に、狭域イオンエネルギー分布を有するプラズマ２４０４からのイオンを衝打させるために、コントローラ２４３５によって選択される波形を有する。ＡＣ波形は、非正弦波（例えば、矩形波またはパルス状）であることができ、スイッチモード電力供給部２４３０のＡＣ電源２４３６を介して生成されることができる。チャッキングは、コントローラ２４３３によって制御される、ＤＣ電力供給部２４３４からのＤＣオフセットを介して制御される。ＤＣ電力供給部２４３４は、接地とスイッチモード電力供給部２４３０との間に直列に結合されることができる。スイッチモード電力供給部２４３０は、そのＤＣバイアスがＤＣ電力供給部２４３４によって設定され得るように、浮動している。

当業者は、図示される実施形態が、２つの独立コントローラ２４３３、２４３５を示すが、これらが、随意のコントローラ２４３２等の単一機能ユニット、デバイス、またはシステム内に組み合わせられ得ることを認識するであろう。加えて、コントローラ２４３３および２４３５は、互に通信し、処理リソースを共有するように結合されることができる。

図２５は、プラズマ処理システム２５００のさらなる実施形態を図示する。図示される実施形態は、ＤＣ電力供給部（図示せず）によって提供されるＤＣオフセットを有し得るＡＣ波形を生み出す、スイッチモード電力供給部２５３０を含む。スイッチモード電力供給部は、電圧および電流コントローラ２５３７、２５３９を包含する、随意のコントローラ２５３５を介して、制御されることができる。スイッチモード電力供給部２５３０は、電圧コントローラ２５３７によって制御される電圧出力を有する、制御可能電圧源２５３８と、電流コントローラ２５３９によって制御される電流出力を有する、制御可能電流源２５４０とを含むことができる。制御可能電圧および電流源２５３８、２５４０は、並列配列であることができる。制御可能電流源２５４０は、プラズマ２５０４と基板２５０６との間のイオン電流を補償するように構成される。

電圧および電流コントローラ２５３７、２５３９は、互に結合され、通信することができる。電圧コントローラ２５３７はまた、制御可能電圧源２５３８の切り替え式出力２５３９を制御することができる。切り替え式出力２５３９は、図示されるように、２つのスイッチを並列に含むことができるか、または制御可能電圧源２５３８の出力を所望のＡＣ波形（例えば、非正弦波）に変換する、任意の回路を含むことができる。２つのスイッチを介して、制御可能電圧源２５３８からの制御された電圧またはＡＣ波形は、制御可能電流源２５４０の制御された電流出力と組み合わせられ、スイッチモード電力供給部２５３０のＡＣ波形出力を生成することができる。

制御可能電圧源２５３８は、所与の極性を有するように図示されるが、当業者は、反対極性も、図示されるものに相当することを認識するであろう。随意に、制御可能電圧および電流源２５３８、２５４０は、切り替え式出力２５３９とともに、ＡＣ電源２５３６の一部であることができ、ＡＣ電源２５３６は、スイッチモード電力供給部２５３０の内側または外側にあるＤＣ電源（図示せず）と直列に配列されることができる。

図２６は、プラズマ処理システム２６００のさらに別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給部２６３０は、ＤＣオフセットを有するＡＣ波形を静電チャック２６１１に提供する。波形のＡＣ成分は、切り替え式出力２６３９を通して互に接続された制御可能電圧源２６３８および制御可能電流源２６４０の並列組み合わせを介して、生成される。ＤＣオフセットは、接地と制御可能電圧源２６３８との間に直列に結合されるＤＣ電源２６３４によって生成される。ある実施形態では、ＤＣ電源２６３４は、接地されるのではなく、浮動していることができる。同様に、スイッチモード電力供給部２６３０も、浮動しているか、または接地されることができる。

システム２６００は、スイッチモード電力供給部２６３０の出力を制御するための１つ以上のコントローラを含むことができる。第１のコントローラ２６３２は、例えば、第２のコントローラ２６３３および第３のコントローラ２６３５を介して、スイッチモード電力供給部２６３０の出力を制御することができる。第２のコントローラ２６３３は、ＤＣ電源２６３４によって生成されるようなスイッチモード電力供給部２６３０のＤＣオフセットを制御することができる。第３のコントローラ２６３５は、制御可能電圧源２６３８および制御可能電流源２６４０を制御することによって、スイッチモード電力供給部２６３０のＡＣ波形を制御することができる。ある実施形態では、電圧コントローラ２６３７は、制御可能電圧源２６３８の電圧出力を制御し、電流コントローラ２６３９は、制御可能電流源２６４０の電流を制御する。電圧および電流コントローラ２６３７、２６３９は、互に通信することができ、第３のコントローラ２６３５の一部であることができる。

当業者は、電源２６３４、２６３８、２６４０に対するコントローラの種々の構成を説明する、前述の実施形態が、限定ではなく、種々の他の構成もまた、本開示から逸脱することなく、実装されることができることを認識するであろう。例えば、第３のコントローラ２６３５または電圧コントローラ２６３７は、制御可能電圧源２６３８と制御可能電流源２６４０との間の切り替え式出力２６３９を制御することができる。別の実施例として、第２および第３のコントローラ２６３３、２６３５は、互に通信することができる（そのように図示されないが）。また、制御可能電圧および電流源２６３８、２６４０の極性は、例証にすぎず、限定を意味するものではないことも理解されたい。

切り替え式出力２６３９は、ＡＣ波形を成形するために、２つの並列スイッチを交互に切り替えることによって、動作することができる。切り替え式出力２６３９は、限定されないが、ＭＯＳＦＥＴおよびＢＪＴを含む、任意の種々のスイッチを含むことができる。一変形例では、ＤＣ電源２６３４は、制御可能電流源２６４０と静電チャック２６１１との間に配列されることができ（言い換えると、ＤＣ電源２６３４は、浮動することができる）、スイッチモード電力供給部２６３０は、接地されることができる。

図２７は、プラズマ処理システム２７００の別の実施形態を図示する。本変形例では、スイッチモード電力供給部２７３４は、再び、接地されるが、スイッチモード電力供給部２７３０に統合される代わりに、ここでは、ＤＣ電源２７３４は、別個の構成要素であり、スイッチモード電力供給部２７３０内の構成要素だけではなく、スイッチモード電力供給部２７３０全体に、ＤＣオフセットを提供する。

図２８は、本開示のある実施形態による、方法２８００を図示する。方法２８００は、基板をプラズマチャンバ内に載置する動作２８０２を含む。方法２８００はさらに、プラズマをプラズマチャンバ内で形成する動作２８０４を含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法２８００はまた、スイッチ電力動作２８０６を含む。スイッチ電力動作２８０６は、周期的電圧関数を基板に印加するように、基板に対する電力を制御可能に切り替えることを伴う。周期的電圧関数は、パルス状波形（例えば、矩形波）またはＡＣ波形と見なされ、スイッチモード電力供給部と直列のＤＣ電源によって生成されるＤＣオフセットを含み得る。ある実施形態では、ＤＣ電源は、スイッチモード電力供給部に組み込まれ、したがって、スイッチモード電力供給部のＡＣ電源と直列であることができる。ＤＣオフセットは、静電チャックの上部表面と基板内の基準層との間に電位差を生成し、この電位差は、チャッキング電位と称される。静電チャックと基板との間のチャッキング電位は、基板を静電チャックに保持し、したがって、処理の間、基板が移動することを防止する。方法２８００はさらに、周期的電圧関数が複数のサイクルにわたって変調される、変調する動作２８０８を含む。変調は、時間平均に基づく所望の（または定義された）イオンエネルギー分布をもたらすように、基板の表面における所望の（または定義された）イオンエネルギー分布に応答する。

図２９は、本開示のある実施形態による、別の方法２９００を図示する。方法２９００は、基板をプラズマチャンバ内に載置する動作２９０２を含む。方法２９００はさらに、プラズマをプラズマチャンバ内で形成する動作２９０４を含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法２９００はまた、少なくとも１つのイオンエネルギー分布設定を受信する動作２９０６を含む。受信動作２９０６において受信された設定は、基板の表面における１つ以上のイオンエネルギーを示し得る。方法２９００はさらに、基板に対する電力が、（１）時間平均に基づくイオンエネルギーの所望の（または定義された）分布、および（２）時間平均に基づく所望のチャッキング電位をもたらすように、制御可能に切り替えられる、スイッチ電力動作２９０８を含む。電力は、ＡＣ波形およびＤＣオフセットを有することができる。

結論として、本発明は、とりわけ、スイッチモード電力供給部を使用して、所望の（または定義された）イオンエネルギーを選択的に生成する方法および装置を提供する。当業者であれば、本明細書で説明される実施形態によって達成されるものと実質的に同一の結果を達成するように、本発明、その使用、およびその構成に多数の変形例および置換が行われ得ることを容易に認識することができる。したがって、本発明を開示された例示的形態に限定する意図はない。多くの変形例、修正、および代替的な構造が、開示された発明の範囲および精神内に入る。

Claims (42)

1. 修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供するための装置であって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成され、前記装置は、
   周期的電圧関数を前記電気ノードに提供する電力供給部であって、前記周期的電圧関数は、パルスと前記パルス間の部分とを有する、電力供給部と、
   イオン電流補償を提供することにより、前記パルス間の前記部分の傾きを修正し、したがって、修正された周期的電圧関数を形成するイオン電流補償構成要素と、
   前記スイッチモード電力供給部および前記イオン電流補償構成要素と通信しているコントローラと
   を備え、
   前記コントローラは、前記電気ノードに提供された場合、前記基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償の値を識別するように構成されている、装置。
2. 前記電力供給部は、スイッチモード電力供給部である、請求項１に記載の装置。
3. 前記スイッチモード電力供給部は、１つ以上の切り替え構成要素を含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記コントローラは、前記修正された周期的電圧関数から２つ以上の電圧をサンプリングし、前記２つ以上の電圧の傾きｄＶ_０／ｄｔを計算する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記傾きｄＶ_０／ｄｔは、前記修正された周期的電圧関数のパルス間の前記修正された周期的電圧関数の部分からサンプリングされる２つ以上の電圧に基づいて計算される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの第１のセットの平均イオンエネルギーを確立するために、１度目に前記スイッチモード電力供給部電圧を調節するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの第２のセットの平均イオンエネルギーを確立するために、２度目に前記スイッチモード電力供給部電圧を調節するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記スイッチモード電力供給部は、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記第１のセットの前記平均イオンエネルギーを確立するために、前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを調節するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
9. 前記スイッチモード電力供給部は、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記第１のセットの前記平均イオンエネルギーを確立するために、前記修正された周期的電圧関数のピーク間電圧を調節するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
10. 前記１つ以上の切り替え構成要素の切り替えは、前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記修正された周期的電圧関数の前記部分の前記傾きに影響を及ぼすように、時間決定される、請求項５に記載のシステム。
11. 前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記定義されたイオンエネルギー分布関数が達成されるまで、前記イオン電流補償の振幅を調節する、請求項１に記載の装置。
12. 修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供する方法であって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に電気的に結合するために構成され、前記方法は、
    イオン電流補償Ｉ_Ｃを前記電気ノードに提供することと、
    周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することであって、前記周期的電圧関数は、前記イオン電流補償Ｉ_Ｃによって修正され、前記修正された周期的電圧関数を形成する、ことと、
    前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することであって、前記修正された周期的電圧関数は、パルスと前記パルス間の部分とを有する、ことと、
    少なくとも前記基板支持部の容量を表す有効容量値Ｃ_１にアクセスすることと、
    前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の傾きｄＶ_０／ｄｔを決定することと、
    前記基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償Ｉｃの値を識別することであって、前記識別することは、前記有効容量Ｃ_１と前記パルス間の前記部分の前記傾きｄＶ_０／ｄｔとの関数である、ことと
    を含む、方法。
13. 前記定義されたイオンエネルギー分布は、狭小イオンエネルギー分布である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記基板の前記表面に到達するイオンの前記定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償Ｉｃの前記値は、以下のように関数ｆを満たす値である、
    請求項１２に記載の方法。
15. 前記イオン電流補償Ｉｃを第１の値に設定することと、
    前記関数ｆの符号を決定することと、
    前記関数ｆの符号が正である場合、前記イオン電流補償Ｉｃを増加させ、前記関数ｆの符号が負である場合、前記イオン電流補償Ｉｃを減少させることと
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記識別することは、２つ以上の時間に前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の電圧をサンプリングすることを含む、請求項１２に記載の方法。
17. 前記識別することは、前記２つ以上の時間にサンプリングされた前記電圧から、前記傾きｄＶ_０／ｄｔを計算することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記識別することは、前記修正された周期的電圧関数の２つ以上のサイクルに対して前記傾きｄＶ_０／ｄｔを計算することを含み、前記２つ以上のサイクルの各々は、前記イオン電流補償Ｉｃの異なる値に関連付けられている、請求項１７に記載の方法。
19. 前記識別することは、第１のサイクル中および第２のサイクル中に、前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の電圧をサンプリングすることと、少なくともこれらのサンプリングされた電圧から前記傾きｄＶ_０／ｄｔを計算することとを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記イオン電流補償Ｉｃは、前記プラズマ処理チャンバ内で形成されるプラズマのプラズマシースを横切るイオン電流Ｉ_Ｉに直線的に関連している、請求項１２に記載の方法。
21. 前記イオン電流補償Ｉｃは、以下の方程式に従って、前記イオン電流Ｉ_Ｉに直線的に関連し、
    Ｃ_１は、前記プラズマチャンバの有効容量であり、Ｃ_{ｓｔｒａｙ}は、前記プラズマチャンバの累積浮遊容量である、請求項１０に記載の方法。
22. 前記有効容量Ｃ_１は、時間で変動する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記イオン電流補償Ｉｃは、時間で変動する、請求項２１に記載の方法。
24. イオンが第１のイオンエネルギーを伴って前記基板の前記表面に到達するように、前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
25. 前記修正された周期的電圧関数は、前記第１のイオンエネルギーに対応する第１の電圧ステップを有する、請求項２４に記載の方法。
26. 前記イオン電流補償Ｉｃの第２の値を伴う前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供し、前記イオンエネルギー分布関数を拡大することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記第１の電圧ステップおよび前記第２の電圧ステップは、前記修正された周期的電圧関数の隣接したサイクルにおいて提供される、請求項２５に記載の方法。
28. 前記提供することは、前記プラズマの密度に無視可能な影響を及ぼす、請求項２４に記載の方法。
29. 修正された周期的電圧関数を電気ノードに印加することであって、前記修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償によって修正された周期的電圧関数を備え、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバ内の基板に結合されている基板支持部に結合するために構成されている、ことと、
    前記修正された周期的電圧関数の少なくとも１つのサイクルをサンプリングし、電圧データ点を生成することと、
    前記基板の表面に到達するイオンの第１のイオンエネルギーの値を推定することであって、前記推定することは、前記電圧データ点に基づく、ことと、
    前記第１のイオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、前記修正された周期的電圧関数を調節することと
    を含む、方法。
30. 前記調節の各電圧増分後、前記修正された周期的電圧関数の少なくとも１つのサイクルをサンプリングして、前記第１のイオンエネルギーの前記値を推定することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記推定することは、イオン電流の関数である、請求項２９に記載の方法。
32. 前記イオン電流は、前記イオン電流補償の関数である、請求項３１に記載の方法。
33. 以下の方程式は、前記第１のイオンエネルギーの値を推定することにおいて使用され、
    ΔＶは、前記修正された周期的電圧関数の各サイクルの電圧ステップであり、Ｃ_１は、前記チャンバの有効容量であり、Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}は、プラズマシースのシース容量であり、Ｃ_{ｓｈｅａｔｈ}は、前記イオン電流に依存する、請求項３２に記載の方法。
34. 前記調節することは、前記第１のイオンエネルギーが前記定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、前記修正された周期的電圧関数の前記ステップ電圧ΔＶを調節することを含む、請求項３３に記載の方法。
35. 前記イオン電流補償の第１の値を第２の値に変化させ、前記イオンエネルギーの分布の幅を拡大することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
36. 前記調節することは、前記第１のイオンエネルギーが前記定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、バイアス供給部電圧を調節することを含む、請求項２９に記載の方法。
37. 修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供することであって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成されている、ことと、
    第１の時間および第２の時間において、前記修正された周期的電圧関数から少なくとも２つの電圧をサンプリングすることと、
    前記少なくとも２つの電圧の傾きをｄＶ／ｄｔとして計算することと、
    前記傾きをイオンエネルギー分布関数幅に対応することが分かっている基準傾きと比較することと、
    前記傾きが前記基準傾きに接近するように、前記修正された周期的電圧関数を調節することと
    を含む、方法。
38. 前記第１の時間は、前記修正された周期的電圧関数の第１のサイクルの間に起こり、前記第２の時間は、前記修正された周期的電圧関数の第２のサイクルの間に起こる、請求項３７に記載の方法。
39. 前記第１および第２の時間は、前記修正された周期的電圧関数の同一のサイクルの間に起こる、請求項３７に記載の方法。
40. 前記サンプリングすることは、少なくとも４００ｋＨｚのサンプリングレートで行われる、請求項３７に記載の方法。
41. 定義されたイオン電流補償Ｉ_Ｃを識別する方法を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記方法は、
    第１の値を有する前記イオン電流補償Ｉ_Ｃを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることと、
    第２の値を有する前記イオン電流補償Ｉ_Ｃを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることと、
    前記プラズマ処理チャンバの有効容量値Ｃ_１にアクセスすることと、
    前記第１および第２のサンプリングに基づいて、前記修正された周期的電圧関数の傾きｄＶ_０／ｄｔを決定することと、
    以下の方程式を真にする前記イオン電流補償Ｉ_Ｃの第３の値を計算することと
    を含む、非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
42. 前記プラズマ処理チャンバのプラズマのプラズマシースにわたるシース電圧を計算することをさらに含む、請求項４１に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。