JP2017199649A - 直流パルス式プラズマシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年2月29日に出願され名称を「Direct Current Pulsing Plasma Systems(直流パルス式プラズマシステム)」とする米国仮特許出願第62/301,591号の優先権を主張する。この出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。
[技術分野]
本実施形態は、プラズマ処理システムに関し、特に、電源として直流(DC)パルシングを用いるプラズマ処理システムに関する。
<参考文献1>application note AN015, pp. 1-7“Introducing a Family of eGaN FETs for Multi-Megahertz Hard Switching Applications,” by Michael de Rooij, PhD, Johan Strydom, PhD, 2014, by Efficient Power Conversion Corporation
<参考文献2>“High-Frequency Resonant SEPIC Converter With A Wide Input And Output Voltage Ranges,” by Jingying Hu, et al., published by IEEE Transactions On Power Electronics, Vol. 27, No. 1, pp. 189-200, Jan. 2012
Claims (30)
- プラズマ処理システムであって、
基板サポートに接続された下部電極と、接地された上部電極とを有するチャンバであって、前記上部電極と前記下部電極との間にプラズマ処理空間が画定される、チャンバと、
DC電圧入力を入力部で受信するように及び高周波数(RF)成分を含む増幅DC電圧信号を出力部で供給するように構成された直流(DC)−直流(DC)変換器であって、前記DC電圧入力は、デジタル方式でプログラミング可能なパルシングパターンにしたがい、前記DC−DC変換器の前記出力部は、前記チャンバの前記下部電極に接続される、DC−DC変換器と、
前記パルシングパターンを設定するために前記DC−DC変換器にインターフェース接続されたコントローラと、
を備えるプラズマ処理システム。 - 請求項1に記載のプラズマ処理システムであって、
前記DC−DC変換器は、
DC電圧源と、
前記バイポーラDC電圧源によって駆動されるRF発生器であって、一定の周波数のRF成分を発生させるRF発生器と、
を含む、プラズマ処理システム。 - 請求項2に記載のプラズマ処理システムであって、
前記DC−DC変換器は、
前記DC入力電圧を乗算するように構成された共振回路と、
前記RF成分を含む増幅DC電圧信号を生成するために、前記乗算したDC入力電圧及び前記RF成分を受信する整流器回路と、
を含む、プラズマ処理システム。 - 請求項3に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
前記コントローラにインターフェース接続され、前記周波数成分の振幅を変更するために前記整流器回路を動的に調節するように構成されたリップル制御部を備えるプラズマ処理システム。 - 請求項4に記載のプラズマ処理システムであって、
前記整流器回路の前記動的な調節は、前記パルシングパターンの各アクティブパルス時に、より高い振幅又はより低い振幅を設定することを可能にする、プラズマ処理システム。 - 請求項5に記載のプラズマ処理システムであって、
前記アクティブパルスは、前記増幅DC電圧信号の正パルス又は前記増幅DC電圧信号の負パルスのいずれかである、プラズマ処理システム。 - 請求項1に記載のプラズマ処理システムであって、
前記RF成分は、前記増幅DC電圧信号の正パルス又は前記増幅DC電圧信号の負パルスに供給され、前記増幅DC電圧信号のオフパルス中は、RF成分は供給されない、プラズマ処理システム。 - 請求項1に記載のプラズマ処理システムであって、
前記コントローラは、前記パルシングパターンを提供する電力制御部に接続され、前記パルシングパターンは、前記DC電圧入力の電圧振幅、前記DC電圧入力の極性、前記DC電圧入力の立ち上がり時間及び立ち下がり時間、前記DC電圧入力の幅及び遅延、又はこれらのうちの2つ以上の組み合わせ、のうちの1つ以上を設定するために、デジタル方式でプログラミング可能である、プラズマ処理システム。 - 請求項1に記載のプラズマ処理システムであって、
プロセスレシピが、前記パルシングパターンのためのプログラミングを設定するように構成され、前記プログラミングは、デジタルプログラミングによって前記コントローラによって前記DC−DC変換器に適用される、プラズマ処理システム。 - 請求項2に記載のプラズマ処理システムであって、
前記電圧源及び前記RF発生器は、ゲートドライバによって駆動されて前記DC電圧入力の供給を受ける電界効果トランジスタ(FET)を含む、プラズマ処理システム。 - 請求項3に記載のプラズマ処理システムであって、
前記共振回路は、品質係数Qを定める抵抗値とインダクタンス値と容量値とから定められ、前記品質係数Qは、前記増幅DC電圧信号のための増幅を提供する、プラズマ処理システム。 - 請求項3に記載のプラズマ処理システムであって、
前記整流器回路は、ダイオードブリッジの少なくとも一部を画定する、プラズマ処理システム。 - 請求項12に記載のプラズマ処理システムであって、
前記ダイオードブリッジの回路は、リップル制御信号に応えて調節可能であり、前記リップル制御信号は、前記パルシングパターンの正パルス中における前記周波数成分の振幅を調節する働きをする、プラズマ処理システム。 - 請求項9に記載のプラズマ処理システムであって、
前記パルシングパターンのための前記プログラミングは、前記DC電圧入力の周波数及び前記RF成分の周波数を定める、プラズマ処理システム。 - 請求項14に記載のプラズマ処理システムであって、
前記DC電圧入力の前記周波数は、約1MHz未満であり、前記RF成分の前記周波数は、2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz、又は80MHzのいずれかから選択される、プラズマ処理システム。 - 請求項14に記載のプラズマ処理システムであって、
前記DC電圧入力の前記周波数は、400KHz以下であり、前記RF成分の前記周波数は、2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz、又は80MHzのいずれかから選択され、前記チャンバは、前記下部電極と前記上部電極との間に容量結合プラズマ(CCP)源を生成するように構成され、前記CCP源は、前記チャンバの前記基板サポート上に配されたときの基板から材料をエッチングするために使用される、プラズマ処理システム。 - 請求項16に記載のプラズマ処理システムであって、
前記DC−DC変換器は、前記下部電極に接続された複数のDC−DC変換器のうちのいずれかであり、前記複数のDC−DC変換器は、それぞれ、一定の量の電力を生成するように構成され、前記複数のDC−DC変換器は、前記複数のDC−DC変換器からの前記各一定の量の電力の和を生成するために組み合わせられる、プラズマ処理システム。 - 請求項16に記載のプラズマ処理システムであって、
前記パルシングパターンは、(i)正パルスと負パルスとが交互するパターン、(ii)正パルス、オフ期間、及び負パルスのパターン、(iii)正パルス、オフ期間、及び負パルスで、正パルスと負パルスとで振幅が異なるパターン、(iv)正パルス、オフ期間、及び正パルスのパターン、(v)正パルス、調節可能なオフ期間、及び別の正パルスで、これらが繰り返されるパターン、(vi)可変幅の正パルス若しくは負パルスが繰り返されるパターン、(vii)既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の正パルスの後にオフ期間が続き、次いで、同じ既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の正パルスが繰り返されるパターン、(viii)既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の負パルスの後にオフ期間が続き、次いで、同じ既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の負パルスが繰り返されるパターン、又は(ix)既定の振幅及び幅を有する正パルスの後に、オフ期間若しくは既定の振幅及び幅を有する負パルスが続くパターン、又は(x)これらのうちの2つ以上を組み合わせたパターンの、いずれかから選択される、プラズマ処理システム。 - プラズマ処理システムであって、
基板サポートに接続された下部電極と、接地された上部電極とを有するチャンバであって、前記上部電極と前記下部電極との間にプラズマ処理空間が画定される、チャンバと、
正のDC電圧入力を入力部で受信するように及び高周波数(RF)成分を含む正の増幅DC電圧信号を出力部で供給するように構成された第1の直流(DC)−直流(DC)変換器であって、前記正のDC電圧入力は、デジタル方式でプログラミング可能なパルシングパターンにしたがい、前記DC−DC変換器の前記出力部は、前記チャンバの前記下部電極に接続される、第1のDC−DC変換器と、
負のDC電圧入力を入力部で受信するように及び高周波数(RF)成分を含む負の増幅DC電圧信号を出力部で供給するように構成された第2の直流(DC)−直流(DC)変換器であって、前記負のDC電圧入力は、デジタル方式でプログラミング可能なパルシングパターンにしたがい、前記DC−DC変換器の前記出力部は、前記チャンバの前記下部電極に接続される、第2のDC−DC変換器と、
前記パルシングパターンを設定するために前記第1及び第2のDC−DC変換器にインターフェース接続されたコントローラであって、前記パルシングパターンの正パルスは、前記第1のDC−DC変換器によって提供され、前記パルシングパターンの負パルスは、前記第2のDC−DC変換器によって提供される、コントローラと、
を備えるプラズマ処理システム。 - 請求項19に記載のプラズマ処理システムであって、
前記第1の及び第2のDC−DC変換器は、それぞれ、
DC電圧源と、
前記DC電圧源によって駆動されるRF発生器であって、一定の周波数のRF成分を発生させるRF発生器と、
前記正の又は負のDC入力電圧を乗算するように構成された共振回路と、
前記RF成分を含む前記正又は負の増幅DC電圧信号を生成するために、正又は負の乗算したDC入力電圧及び前記RF成分を受信する整流器回路と、
を含む、プラズマ処理システム。 - 請求項20に記載のプラズマ処理システムであって、更に、
前記コントローラにインターフェース接続され、前記周波数成分の振幅を変更するために前記第1のDC−DC変換器の前記整流器回路を動的に調節するように構成されたリップル制御部を備えるプラズマ処理システム。 - 請求項21に記載のプラズマ処理システムであって、
前記整流器回路の前記動的な調節は、前記パルシングパターンの各アクティブパルス時に、より高い振幅又はより低い振幅を設定することを可能にする、プラズマ処理システム。 - 請求項19に記載のプラズマ処理システムであって、
前記正及び負のDC電圧入力の前記周波数は、400KHz以下であり、前記RF成分の前記周波数は、2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz、又は80MHzのいずれかから選択され、前記チャンバは、前記下部電極と前記上部電極との間に容量結合プラズマ(CCP)源を生成するように構成され、前記CCP源は、前記チャンバの前記基板サポート上に配されたときの基板から材料をエッチングするために使用される、プラズマ処理システム。 - 請求項19に記載のプラズマ処理システムであって、
前記パルシングパターンは、(i)正パルスと負パルスとが交互するパターン、(ii)正パルス、オフ期間、及び負パルスのパターン、(iii)正パルス、オフ期間、及び負パルスで、正パルスと負パルスとで振幅が異なるパターン、(iv)正パルス、オフ期間、及び正パルスのパターン、(v)正パルス、調節可能なオフ期間、及び別の正パルスで、これらが繰り返されるパターン、(vi)可変幅の正パルス若しくは負パルスが繰り返されるパターン、(vii)既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の正パルスの後にオフ期間が続き、次いで、同じ既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の正パルスが繰り返されるパターン、(viii)既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の負パルスの後にオフ期間が続き、次いで、同じ既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の負パルスが繰り返されるパターン、又は(ix)既定の振幅及び幅を有する正パルスの後に、オフ期間若しくは既定の振幅及び幅を有する負パルスが続くパターン、又は(x)これらのうちの2つ以上を組み合わせたパターンの、いずれかから選択される、プラズマ処理システム。 - DC−DC変換器によって駆動される容量結合プラズマ(CCP)チャンバを使用して基板を処理するための方法であって、
基板サポートに接続された下部電極と、接地された上部電極とを有するチャンバであって、前記上部電極と前記下部電極との間にプラズマ処理空間が画定される、チャンバを提供することと、
デジタルプログラムによって定められるパルシングパターンに基づいて直流(DC)電圧入力を提供することと、
前記DC入力電圧を使用して高周波数(RF)成分を生成することと、
前記RF成分を含む前記DC入力電圧を増幅させることと、
前記チャンバの前記下部電極に供給される、前記RF成分を含む増幅DC電圧信号を生成するために、前記RF成分を整流することと、
を備え、前記デジタルプログラムによって定められる前記パルシングパターンは、前記DC電圧入力の周波数及び前記RF成分の周波数を定め、前記増幅DC電圧の前記周波数は、正パルス又は負パルス、並びに前記正パルス又は負パルスのパルス幅及び振幅を定める、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記DC電圧入力の前記周波数は、400KHz以下であり、前記RF成分の前記周波数は、2MHz、13.56MHz、27MHz、60MHz、又は80MHzのいずれかから選択され、前記CCPチャンバは、前記チャンバの前記基板サポート上に配されたときの基板から材料をエッチングするために使用される、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、更に、
前記パルシングパターンの正パルス中における前記RF成分の振幅を動的に調節するためのリップル制御を提供することを備える方法。 - 請求項27に記載の方法であって、
前記振幅の前記動的な調節は、前記パルシングパターンの前記正パルスの、1つ以上の位相中に起きる、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記パルシングパターンを定めるデジタルプログラムは、前記DC電圧入力の電圧振幅、前記DC電圧入力の極性、前記DC電圧入力の立ち上がり時間及び立ち下がり時間、前記DC電圧入力の幅及び遅延、又はこれらのうちの2つ以上の組み合わせ、のうちの1つ以上を設定する、方法。 - 請求項29に記載の方法であって、
前記パルシングパターンは、(i)正パルスと負パルスとが交互するパターン、(ii)正パルス、オフ期間、及び負パルスのパターン、(iii)正パルス、オフ期間、及び負パルスで、正パルスと負パルスとで振幅が異なるパターン、(iv)正パルス、オフ期間、及び正パルスのパターン、(v)正パルス、調節可能なオフ期間、及び別の正パルスで、これらが繰り返されるパターン、(vi)可変幅の正パルス若しくは負パルスが繰り返されるパターン、(vii)既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の正パルスの後にオフ期間が続き、次いで、同じ既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の正パルスが繰り返されるパターン、(viii)既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の負パルスの後にオフ期間が続き、次いで、同じ既定のパルス幅及び既定のパルス振幅の負パルスが繰り返されるパターン、又は(ix)既定の振幅及び幅を有する正パルスの後に、オフ期間若しくは既定の振幅及び幅を有する負パルスが続くパターン、又は(x)これらのうちの2つ以上を組み合わせたパターンの、いずれかから選択される、方法。
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