JP2018535505A - 基板処理のためのｒｆ電力供給制御 - Google Patents

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Abstract

パルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、パルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法は、第１の時間期間に第１の電力レベルで処理チャンバに第１のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、第１の時間期間に処理チャンバに第１の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、第１の時間期間に供給された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形によって生成された第１の反射電力を取得するステップと、第１のロードレベリングプロセスを実行して、第１のパルスＲＦ電力波形の第１の電力レベルを調整して、第１の時間期間に取得された反射電力を補償して、予め設定された電力レベルで供給電力を生成するステップとを含む。

Description

分野
本開示の実施形態は、概して、基板を処理するために使用されるＲＦ電力供給方法に関する。
背景
多くの半導体デバイスの製造段階で使用されるような従来の高周波（ＲＦ）プラズマ処理では、連続波又はパルス波モードで生成することができるＲＦエネルギーは、ＲＦエネルギー源を介して基板処理チャンバに供給することができる。ＲＦエネルギー源のインピーダンスと処理チャンバ内に形成されたプラズマとの間の不整合のために、ＲＦエネルギーはＲＦエネルギー源に反射し戻され、ＲＦエネルギーの非効率的な使用及びエネルギーの浪費、処理チャンバ又はＲＦエネルギー源への潜在的な損傷、及び基板処理に関する潜在的な不一致／非再現性の問題をもたらす。
デュアルレベルパルス生成を使用する処理チャンバでは、ロードレベリング（負荷平準化）を実行して反射電力を補償し、これによってＲＦエネルギー源によって供給される順方向電力を増加させて、測定／推定された反射電力を補償して、所望の供給電力（すなわち、供給電力＝順方向電力−反射電力）を生成することができる。
しかしながら、少なくとも１つの連続波及び少なくとも１つのパルス波を生成する２以上のＲＦエネルギー源を有する半導体処理チャンバでは、供給される電力は一貫していない。具体的には、連続波電力は、パルスの「オン」期間と「オフ」期間との間のインピーダンス変化による他のエネルギー源のパルス化によって影響を受ける。
したがって、本発明者らは、少なくとも１つの連続波と少なくとも１つのパルス波の両方を使用するシステムにおいて、より一貫した供給電力を提供するためのＲＦ電力供給のための改善された方法及び装置を提供する。
概要
パルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法が本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、パルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法は、第１の時間期間に第１の電力レベルで処理チャンバに第１のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、第１の時間期間に処理チャンバに第１の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、第１の時間期間に供給された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形によって生成された第１の反射電力を取得するステップと、第１のロードレベリングプロセスを実行して、第１のパルスＲＦ電力波形の第１の電力レベルを調整して、第１の時間期間に取得された反射電力を補償して、予め設定された電力レベルで供給電力を生成するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、実行されると、実行されるパルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法を実行させる命令が格納された非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。実行される方法は、第１の時間期間に第１の電力レベルで処理チャンバに第１のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、第１の時間期間に処理チャンバに第１の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、第１の時間期間に供給された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形によって生成された第１の反射電力を取得するステップと、第１のロードレベリングプロセスを実行して、第１のパルスＲＦ電力波形の第１の電力レベルを調整して、第１の時間期間に取得された反射電力を補償して、予め設定された電力レベルで供給電力を生成するステップとを含むことができる。
いくつかの実施形態では、プラズマ強化基板処理システムは、第１の時間期間に第１の電力レベルで第１のパルスＲＦ電力波形を処理チャンバに供給し、第２の時間期間に第２の電力レベルで第１パルスＲＦ電力波形を提供するように構成された第１のＲＦ発生器（ジェネレータ）と、第１の時間期間に第１の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を処理チャンバに供給し、第２の時間期間に第２の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を供給するように構成された第２のＲＦ発生器とを含むことができ、第１のＲＦ発生器は、第１及び第２の時間期間のそれぞれにおいて別々に基板処理システム内の反射電力を検出し、ロードレベリングプロセスを実行して、第１のパルスＲＦ電力波形の第１及び第２の電力レベルを調整して、検出された反射電力を補償して、予め設定された電力レベルで供給電力を生成するように更に構成される。
本開示の他の及び更なる実施形態を以下に記載する。
上記に簡単に要約し、以下でより詳細に議論される本開示の実施形態は、添付図面に示される本開示の概略的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限していると解釈されるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
本開示のいくつかの実施形態に係るプラズマリアクタを示す。 〜 本開示のいくつかの実施形態に係る高周波信号のパルス波形を示す。 〜 本開示のいくつかの実施形態に係るパルス波形間の位相変化を示す。 〜 本開示のいくつかの実施形態に係るデュアルモードパルス生成及び連続波電力と共に使用されるロードレベリングプロセスを示す。 本開示のいくつかの実施形態に係るバイアスパルス電力と関連して擬似連続波電力と共に使用されるロードレベリングプロセスを示す。 本開示のいくつかの実施形態に係るより一貫したＲＦ電力供給のためのロードレベリングプロセスを提供するための方法のフローチャートを示す。
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。図面は、比例して描かれているわけではなく、明確にするために簡素化されているかもしれない。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
詳細な説明
本開示の実施形態は、ＲＦ電力供給のための改善された方法及び装置を提供する。具体的には、本開示の実施形態は、少なくとも１つの連続波又は擬似連続波と、少なくとも１つのパルス波の両方を使用するシステムにおいて、より一貫した供給電力を提供する。いくつかの実施形態では、デュアルレベルパルスを供給するＲＦ発生器が使用され、連続波を模倣する。デュアルレベルパルスを使用することにより、適切なパルス周波数及びデューティサイクルで、ハイ（高）及びロー（低）の設定電力を有利に設定して、システム内の反射電力を補償し、同時に、一貫した供給電力を供給することができる。より具体的には、デュアルレベルパルスのハイ期間とロー期間の両方に対してロードレベリングモードを設定することができ、各期間に対して設定された電力を補償することができる。その結果、たとえ反射電力が存在しても、総供給電力は、設定電力と等しくすることができる。また、設定されたハイ設定電力とロー設定電力とが等しい場合には、ハイ期間とロー期間との間で供給電力を連続的に安定させることができる。いくつかの実施形態では、擬似連続波を提供する発生器によって生成されたデュアルレベルパルスは、他のＲＦソースのパルスと同期させることができる。本開示の実施形態は、一貫した電力調整及び生産性の向上、及びより良好なチャンバ間の整合を有利に提供する。
図１は、本明細書で開示される本発明の方法を実施するために使用することができるプラズマリアクタを示す。本発明の方法は、（例えば、図１に示されるような）容量結合プラズマリアクタ又は他の適切なプラズマリアクタ（例えば、誘導結合プラズマリアクタ）内で実行することができる。しかしながら、本発明者らは、望ましくない帯電効果は、例えば、誘導結合プラズマ処理チャンバよりもはるかに厳しい可能性があるので、本発明の方法が容量結合プラズマリアクタ（例えば、高バイアス電力（例えば、約２０００Ｗ以上）及び低ソース電力（例えば、約５００Ｗ以下）が使用される場合）において特に有益であり得ることを観察してきた。いくつかの実施形態では、本発明者らは、本発明の方法が、ＤＣバイアス（ＶＤＣ）、ＶＲＦ、又はプラズマシース電圧のうちの少なくとも１つが約１０００Ｖ以上である構成において特に有益であることを発見した。
図１のリアクタは、円筒側壁１０２、床１０３、及び天井１０４によって囲まれたリアクタチャンバ１００を含む。天井１０４は、ガス分配プレート１０８を貫通して形成されたオリフィス１０９を有するガス分配プレート１０８の上にあるガスマニホールド１０６を含むガス分配シャワーヘッドであってもよい。ガスマニホールド１０６は、ガス供給口１１１を有するマニホールドエンクロージャ１１０によって囲まれている。ガス分配シャワーヘッド（すなわち、天井１０４）は、絶縁リング１１２によって円筒側壁１０２から電気的に絶縁されている。真空ポンプ１１４（例えば、ターボ分子ポンプ）は、チャンバ１００を排気する。ガスパネル１２０は、ガス供給口１１１への異なるプロセスガスの個々の流量を制御する。チャンバの床１０３を介して支持されたワークピース支持台１３６は、絶縁上面及び内部電極（ウェハ支持電極１３８）を有することができる。内部電極は、例えば、支持台１３６の上面上に基板１３７をチャッキングするために使用することができる。プラズマソース電力が、発生器（発生器）１４０からインピーダンス整合ネットワーク１４２を介して（本明細書ではガス分配シャワーヘッドとも呼ばれる）天井１０４に印加される。天井又はガス分配シャワーヘッドは、導電性材料（例えば、アルミニウムなど）で形成され、したがって天井電極として機能する。発生器１４０は、ＶＨＦスペクトルの高い部分（例えば、１００〜２００ＭＨｚの範囲内）でＶＨＦ電力を生成することができる。発生器１４０は、所望のパルスレート及びデューティサイクルで生成されたＶＨＦ電力をパルス化する能力を有する。この目的のために、ＶＨＦソース発生器１４０は、ＲＦ発生器１４０によって生成される各パルスの位相だけでなく、パルスレート及び／又はデューティサイクルを規定する１以上の制御信号を受信するためのパルス制御入力１４０ａを有する。
プラズマバイアス電力は、ＲＦバイアス発生器１４４からＲＦインピーダンス整合ネットワーク１４６を介して、及びＲＦバイアス発生器１４８からＲＦインピーダンス整合ネットワーク１４９を介してウェハ支持電極１３８に印加される。ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、ＨＦスペクトルの低い部分又はＭＦ又はＬＦスペクトルのＨＦ又はＬＦ電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ又は１〜２ＭＨｚのオーダーの範囲内の電力）を生成することができる。ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、所望のパルスレート及びデューティサイクルで生成されたＲＦバイアス電力をパルス化する能力を有する。この目的のために、ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、ＲＦ発生器１４４、１４８によって生成される各パルスの位相だけでなく、パルスレート及び／又はデューティサイクルを規定する１以上の制御信号を受信するためのパルス制御入力１４４ａ、１４８ａを有する。ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、独立してパルス化、位相化、及び／又はデューティサイクル制御させることができる。更に、ＲＦバイアス発生器１４４、１４８は、同期的又は非同期的にパルス化させることができる。
オプションとして、プラズマソース電力は、ＶＨＦインピーダンス整合器（図示せず）を介して第２のＶＨＦ発生器からウェハ支持電極１３８に印加させることができる。第２のＶＨＦ発生器は、（例えば、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲の）ＶＨＦスペクトルの低い部分のＶＨＦ電力を生成することができる。第２のＶＨＦ発生器は、所望のパルスレート及びデューティサイクルで生成されたＶＨＦ電力をパルス化する能力を有する。この目的のために、第２のＶＨＦ発生器は、第２のＶＨＦ発生器によって生成される各パルスの位相のみならずパルスレート及び／又はデューティサイクルを規定する１以上の制御信号を受信するためのパルス制御入力を有する。例えば、いくつかの実施形態では、ＲＦバイアス発生器１４４、１４８及びその構成要素（例えば、整合器、パルス制御入力など）のうちの１つを第２のＶＨＦ発生器及びその構成要素に置き換えることができる。あるいはまた、第２のＶＨＦ発生器及びその構成要素を、第１のＲＦ発生器１４０及びバイアス発生器１４４、１４８及びそれらのそれぞれの構成要素に加えて導入してもよい。
いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９は、１以上のコンデンサ及び／又はインダクタによって形成することができる。コンデンサの値は、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９のそれぞれの整合を調整するように、電子的に又は機械的に調整することができる。低電力システムでは、１以上のコンデンサは機械的に調整されるのではなく電子的に調整してもよい。いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９は、調整可能インダクタを有することができる。いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９内で使用されるコンデンサのうちの１以上は、１以上の固定コンデンサ又は直列コンデンサであってもよい。他の実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９内で使用されるコンデンサのうちの１以上は、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９の整合を調整するように電子的又は機械的に調整可能な可変コンデンサであってもよい。いくつかの実施形態では、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９のうちの１以上は、グランドへの容量性分路を有することができる。上述の整合ネットワークは例示に過ぎず、整合ネットワークを調整するための１以上の調整可能な要素を有する整合ネットワークの他の様々な構成を、本明細書で提供される教示に従って利用及び調整してもよい。
パルスコントローラ１６０は、パルス制御信号を発生器１４０、１４４、１４８のパルス制御入力１４０ａ、１４４ａ、１４８ａのそれぞれに印加して、発生器１４０（例えば、ＶＨＦソース電力発生器）及びＲＦバイアス電力発生器１４４、１４８の間で所望の位相進み又は遅れ関係及び／又はデューティサイクル関係を生成するようにプログラム可能である。パルスコントローラ１６０は、図１には別個の構成要素として示されているが、いくつかの実施形態では、それぞれのＲＦ発生器の内部に配置することができる。同期信号は、マスター発生器（例えば、発生器１４０）で生成され、他のスレーブ発生器（例えば、発生器１４４及び／又は１４８）に送信される。
いくつかの実施形態では、ＲＦ発生器１４０、１４４、１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及び／又はパルスコントローラ１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、複数のサポート回路、及びメモリを含む。ＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及びパルスコントローラ１６０のこの例示的な実施形態は、ＣＰＵ、サポート回路、及びメモリを有するコンピュータに関して説明されているが、当業者であれば、ＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及びパルスコントローラ１６０は、特定用途向けインターフェース回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳＯＣ）などを含む様々な方法で実施できることを認めるだろう。パルスコントローラ１６０の様々な実施形態はまた、当技術分野で知られているような対応する入力／出力インターフェースを有する他のプロセスツールコントローラ内に統合させることができる。
サポート回路は、表示装置ならびに他の回路を含み、ＣＰＵの機能性をサポートすることができる。そのような回路は、クロック回路、キャッシュ、電源、ネットワークカード、ビデオ回路などを含むことができる。
メモリは、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、リムーバブルメモリ、ディスクドライブ、光学ドライブ、及び／又は他の形式のデジタル記憶装置を含むことができる。メモリは、オペレーティングシステム及びサブファブ制御モジュールを格納するように構成される。オペレーティングシステムは、様々なプロセス、アプリケーション、及びモジュールの実行を促進して、１以上の発生器１４０、１４４、及び１４８、又は整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９を制御し、これによってここで説明する方法（例えば、以下に説明する方法６００）を実行することを含む、ＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８、整合ネットワーク１４２、１４６、及び１４９、及びパルスコントローラ１６０の一般的な動作を制御するために実行する。
更に、ＤＣ発生器１６２は、ウェハ支持電極１３８及び天井１０４のいずれか（又は両方）に結合することができる。いくつかの実施形態では、ＤＣ発生器１６２は、連続及び／又は可変ＤＣを供給することができる。いくつかの実施形態では、ＤＣ発生器１６２は、パルスＤＣ電力を供給することができる。ＤＣ発生器のパルス繰り返しレート、位相、及びデューティサイクルは、パルスコントローラ１６０によって制御される。ＤＣ発生器１６２から各ＲＦ発生器を絶縁するために、ＤＣ絶縁コンデンサ１６４、１６６を設けることができる。ＤＣ発生器によって生成されたＤＣ信号は、発生器１４０、１４４、及び１４８によって生成されたＲＦ信号と同期させ、プラズマリアクタ内に形成されたプラズマを使用して利益（例えば、基板１３７上の帯電（チャージアップ）の低減又は基板の改善されたエッチング速度制御）を提供することができる。
図２Ａは、各発生器１４０、１４４、１４８に対して個別にパルスコントローラ１６０によって制御される以下のパラメータ：パルス期間ｔＰ、パルス「オン」時間ｔオン、パルス「オフ」時間ｔオフ、パルス周波数１／ｔＰ、及びパルスデューティサイクル（ｔオン／ｔＰ）・１００％によって特徴付けられる、パルスＲＦ出力のパルスエンベロープ（包絡線）を示す、発生器１４０、１４４、１４８のそれぞれのパルスＲＦ出力を反映させることができる時間領域波形図を示す。パルス期間ｔＰは、ｔオンとｔオフとの和である。
図２Ｂ及び図２Ｃは、２つのＲＦパルス信号が同一の位相及びデューティサイクルを有するように、したがってそれらの間にゼロの位相差を有するように共に同期された２つのＲＦパルス信号の同時時間領域波形を示す。図２Ｂ及び図２Ｃに示される例示的な実施形態は、第１のパルスＲＦ信号（例えば、パルスソース信号）と第２パルスＲＦ信号（例えば、パルスバイアス信号）との間の同期の１つの例示的な形態である。この例示的な実施形態では、各パルス信号の位相及びデューティサイクルは両方とも同じである。
本開示のいくつかの実施形態では、発生器１４０、１４４、及び１４８によって供給されるパルス信号は、位相が異なる。図３Ａ〜図３Ｄは、位相差がパルスコントローラ１６０によってどのように変化し得るかを示し、それぞれ０°、９０°、１８０°、及び２７０°の位相差でのソース電力波形及びバイアス電力波形の重ね合わせを示し、位相差は、第２のパルス出力がどのくらい第１のパルス出力より遅れるかによって定義される。図３Ａは、図２Ｂのゼロ位相差の例に対応する。図３Ｂは、バイアス電力パルス出力が、ソース電力パルス出力よりも９０°遅れた場合を示している。図３Ｃは、バイアス電力パルス出力がソース電力パルス出力よりも１８０°遅れた場合を示している。図３Ｄは、バイアス電力パルス出力がソース電力パルス出力よりも２７０°遅れた場合を示している。図３Ａ〜図３Ｂは、多様な位相を有する２つのパルスＲＦ信号のみを示しているが、本開示と一致する実施形態では、多様な位相を有する３以上のパルスＲＦ信号を含むこともできる。
いくつかの実施形態では、ＲＦエンベロープの位相進み又は遅れを制御することによってプラズマをパルス化しながら、エッチング速度を高めることができる。ソースとバイアスが独立して位相がずれてパルス化されている場合、又は多様なデューティサイクルでパルス化されている場合、非常に高い周波数（ＶＨＦ）と低い周波数（ＬＦ）の異なるプラズマの運動状態（ダイナミクス）が、パルス全体にわたるより良好なプラズマ充填を可能にする。いくつかの実施形態では、約１３．５６ＭＨｚのバイアス周波数及び約２ＭＨｚの別のバイアス周波数と共に、約１６２ＭＨｚのソース周波数のＶＨＦの組み合わせが使用される。いくつかの実施形態では、約６０ＭＨｚのバイアス周波数及び約２ＭＨｚの別のバイアス周波数と共に、約１６２ＭＨｚのソース周波数のＶＨＦの組み合わせが使用される。いくつかの実施形態では、約６０ＭＨｚのソース周波数が、約２ＭＨｚ及び／又は約１３．５６ＭＨｚのバイアス周波数と組み合わせて使用される。
図４Ａは、デュアルモードパルスと共に使用されるロードレベリング補償方法を示す。図４Ａでは、発生器１４０、１４４、又は１４８のいずれか１つによって供給することができる単一のデュアルレベルＲＦパルス供給電力４０６が示されている。いくつかの実施形態では、供給電力４０６は、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの２以上によって供給してもよい。供給電力４０６は、２つの対応するＲＦ電力期間ｔハイとｔローの間に供給される第１の電力レベル４１４の第１の電力パルスと第２の電力レベル４２４の第２の電力パルスとを有する。いくつかの実施形態では、第１のＲＦソース信号の周波数は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚとすることができる。いくつかの実施形態では、第１のパルス期間の第１の電力レベルは、約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば３．６ＫＷ）とすることができ、第２の電力レベルの値は、第１の電力レベルの約０〜１００％とすることができる。他の実施形態では、第２の電力レベルは、第１の電力レベルよりも大きくてもよい。供給電力４０６に対して所望のハイ電力レベル及びロー電力レベルを達成するために、第１の設定点での電力レベルは、第１の電力レベル４１４に設定することができ、第２の設定点は、第２の電力レベル４２４に設定することができる。
図４Ａは、測定／推定された反射電力４０４に加えて、所望の供給電力４０６を生成するために、発生器１４０、１４４、又は１４８のいずれか１つによって供給可能なデュアルレベルＲＦパルス順方向電力４０２を更に示す。供給電力４０６＝順方向電力４０２−反射電力４０４であるので、順方向電力は、所望の供給電力を供給するために反射電力を補償するように調整される。例えば、供給電力４０６の第１の設定点がｔハイの間、５００ワットであるとする。発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上がｔハイの間、第１の電力レベル４１０で順方向電力４０２を供給し始めると、反射電力４０４の第１の電力レベル４１２が測定される。上記の例では、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上は、５００ワット（すなわち４１０）で順方向電力を供給することができ、これは、例えば、２０ワット（すなわち、４１２）の反射電力を生成する。ロードレベリングプロセスは、５２０ワット（５００ワット＋２０ワット）を提供するように第１の電力レベル４１０’を増加させることによって、第１の電力レベル４１２での失われた反射電力４０４を補償する。
同様に、供給電力４０６の第２の設定点は、ｔローの間、１００ワットに設定されてもよい。発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上がｔローの間、第２の電力レベル４２０で順方向電力４０２を供給し始めると、反射電力４０４の第２の電力レベル４２２が測定される。上記の例では、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上は、１００ワット（すなわち、４２０）で順方向電力を供給することができ、これは、例えば、１０ワット（すなわち、４２２）の反射出力を生成する。ロードレベリングプロセスは、１１０ワット（１００ワット＋１０ワット）を提供するように第１の電力レベル４２０’を増加させることによって、第２の電力レベル４２２での失われた反射電力４０４を補償する。
しかしながら、図４Ａに示すデュアルレベルパルス化に使用される上記のロードレベリング補償プロセスは、図４Ｂに示すようにデュアルレベルパルス化電力と共に、連続波電力又は疑似連続波電力を使用する基板プロセスには適切でないかもしれない。具体的には、上述したように、少なくとも１つの連続波と少なくとも１つのパルス波を生成する２以上のＲＦエネルギー源を有する半導体処理チャンバでは、供給電力は一貫していない。これは、連続波電力が、図４Ｂに示すように、パルスの「オン」期間と「オフ」期間との間のインピーダンス変化に起因して、他のエネルギー源のパルス化によって影響されるためである。
図４Ｂでは、所望の供給電力４５０は、バイアスパルス波電力４６０と共に連続波（ＣＷ）として示されている。ＣＷ供給電力４５０は、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちのいずれか１つによって供給される約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚの周波数を有するソース波とすることができる。いくつかの実施形態では、ＣＷ供給電力４５０の電力レベル４５２は、約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば、３．６ＫＷ）とすることができる。バイアスパルス波電力４６０は、ｔオンの間の第１の電力レベル４６２と、ｔオフの間の第２の電力レベル４６４とを有する単一の方形パルスとすることができる。いくつかの実施形態では、パルス波電力４６０は、ゼロ電力（例えば、オフ電力モード）で第２の電力レベル４６４を有するデュアルレベルパルスであってもよい。いくつかの実施形態では、パルス波電力４６０は、第１電力レベルの約１〜１００％の第２電力レベル４６４を有するデュアルレベルパルスであってもよい。いくつかの実施形態では、パルス波電力４６０の周波数は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚであってもよい。パルス波電力４６０は、発生器１４０、１４４、又は１４８のいずれか１つによって供給されるバイアス電力であってもよい。
図４Ｂに示すように、ＣＷ順方向電力４８０及びパルス波電力４６０は、反射電力４７０を生成する。連続波電力を使用するシステムでは、反射電力は、通常、平均測定値４７６である。ロードレベリングプロセスは、ＣＷ順方向電力４８０の電力レベル４８２を新たな電力レベル４８２’（すなわち、電力レベル４８２＋平均反射電力４７６）に増加させることによって失われた平均反射電力４７６を補償し、所望の供給電力設定点を満たすように試行する。しかしながら、パルス波電力４６０がオン・オフ循環されると、システムの反射電力が変化し、従って、供給電力４５０’も変化する。供給電力４５０’の不一致は、望ましくない結果をもたらし、所望の供給電力４５０と一致しない可能性がある。
上記を考慮して、本開示と一致する実施形態は、少なくとも１つの連続波（又は擬似連続波）及び少なくとも１つのパルス波の両方を使用するシステムにおいて、より一貫した供給電力を提供する方法を開示する。いくつかの実施形態では、連続波を模倣するために、デュアルレベルパルスを供給するＲＦ発生器が使用される。図５に示すように、デュアルレベルパルスを使用すると、適切なパルス周波数及びデューティサイクルで、ハイ及びローの設定電力を有利に設定して、システム内の反射電力を補償し、同時に、一貫した供給電力を供給することができる。より具体的には、デュアルレベルパルスのハイ期間とロー期間の両方に対してロードレベリングモードを設定することができ、各期間に対して設定電力を補償することができる。その結果、たとえ反射電力が存在しても、総供給電力は、設定電力と等しくすることができる。また、設定されたハイ設定電力がロー設定電力と等しい場合には、ハイ期間とロー期間との間で供給電力を連続的に安定させることができる。いくつかの実施形態では、擬似連続波を供給する発生器によって生成されたデュアルレベルパルスは、他のＲＦソースのパルスと同期させることができる。本開示の実施形態は、一貫した電力調整及び生産性の向上、及びより良好なチャンバ間整合を有利に提供する。
具体的には、図５に示すように、第１のパルス波の形態の所望の供給電力５５０に対する設定点が提供される。図示の第１及び第２の設定点は、時間期間ｔｐ１及びｔｐ２の間、等しい電力レベル５５２を有する。すなわち、第１の電力レベルに対する第１の設定点と第２の電力レベルに対する第２の設定点は、実質的に同じである。第１の電力レベルに対する第１の設定点と第２の電力レベルに対する第２の設定点を同じに設定することによって、連続波電力を模倣することができる。いくつかの実施形態では、供給電力５５０の第１パルス波の電力レベル５５２は、約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば、３．６ＫＷ）とすることができる。図４Ｂと同様に、図５のバイアスパルス波電力５６０は、ｔｐ１の間、第１の電力レベル５６２を有し、ｔｐ２の間、第２の電力レベル５６４を有する単一の方形パルスとすることができる。いくつかの実施形態では、パルス波電力５６０は、ゼロ電力（例えば、オフ電力モード）で第２の電力レベル５６４を有するデュアルレベルパルスであってもよい。いくつかの実施形態では、パルス波電力５６０は、第１の電力レベルの約１〜９９％の第２の電力レベル５６４を有するデュアルレベルパルスであってもよい。いくつかの実施形態では、パルス波電力５６０の周波数は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚであってもよい。パルス波電力５６０は、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちのいずれか１つによって供給されるバイアス電力であってもよい。
供給される第１のパルス波は実際の連続波ではないので、複数の時間期間にわたる平均反射値は、取得されず、図４Ｂに関して上述したように供給される順方向電力に適用される。むしろ、反射電力５７０は、各時間期間（例えば、ｔｐ１、ｔｐ２、ｔｐｎなど）に対して取得（すなわち、測定、推定、又は計算）され、それに応じて補償することができる。例えば、図５において、取得された反射電力５７０を使用して、供給される順方向電力５８０の電力レベル５８２を調整して、失われた反射電力を補償して、一定の供給電力５５０を生成することができる。
例えば、図５に示す例示的な実施形態では、供給電力５５０に対する第１の設定点は、ｔｐ１の間、５００ワットに設定され、ｔｐ２の間、５００ワットに設定することができる。発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上は、ｔｐ１の間、第１の電力レベル５８２で順方向電力５８０（すなわち、第１のパルスＲＦ電力波形）を供給する。更に、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上は、ｔｐ１の間、第１の電力レベル５６２でバイアスパルス波電力５６０（すなわち、第２のパルスＲＦ電力波形）を供給する。反射電力５７０の第１の電力レベル５７２は、第１及び第２のパルスＲＦ電力波形が供給されるときに取得／測定される。上記の例では、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上は、５００ワット（すなわち、５８２）で順方向電力を供給することができ、これは、例えば、２０ワット（すなわち、５７２）の反射電力を生成する。第１のロードレベリングプロセスは、ｔｐ１の間、５２０ワット（５００ワット＋２０ワット）を提供するように第１の電力レベル５８４を増加させることによって、失われた反射電力５７２を補償する。いくつかの実施形態では、反射電力５７０は、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上の中に配置されたセンサによって測定することができる。いくつかの実施形態では、第１のロードレベリングプロセスは、発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上によって実行することができる。
同様に、供給電力５５２の第２の設定点は、ｔｐ２の間、５００ワットに設定することができる。発生器１４０、１４４、又は１４８のうちの１以上は、ｔｐ２（すなわち、第２のパルスＲＦ電力波形）の間、電力レベル５８２で順方向電力５８０を供給し始めると、反射電力５７０の第２の電力レベル５７４が測定される。第２の電力レベル５７４は、デューティサイクルと、パルス波電力５６０によって供給される反射電力のために、第１の反射電力レベル５７２とは異なる。したがって、第２のロードレベリングプロセスは、第２の電力レベル５８６を測定された反射電力５７４だけ増加させることによって失われた反射電力５７４を補償する。ロードレベリング後の供給電力５５０は、デュアルロードレベリングプロセス（すなわち、第１及び第２のロードレベリングプロセス）を実行した後の所望の設定点電力レベル５５２に一致する。
図６は、本開示のいくつかの実施形態に係る、より一貫したＲＦ電力供給を提供するためのロードレベリング方法６００のフローチャートを示す。方法６００は、例えば、図１で上述したプラズマリアクタ内で実行することができる。方法６００は、第１の期間に第１の電力レベルで第１のパルスＲＦ電力波形を処理チャンバに供給することによって、６０２で開始する。いくつかの実施形態では、第１のパルスＲＦ電力波形は、ＲＦソース信号（例えば、発生器１４０によって供給される順方向電力５８０など）である。第１のパルスＲＦ電力波形は、約６０ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚのＶＨＦ周波数で供給されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のＲＦソース信号のＶＨＦ周波数は約１６２ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、第１のＲＦソース信号のＶＨＦ周波数は約６０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、第１パルス持続時間の第１の電力レベルは、約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば、３．６ＫＷ）とすることができる。
６０４において、第２のパルスＲＦ電力波形が、第１の期間に処理チャンバに第１の電力レベルで供給される。いくつかの実施形態では、第２のパルスＲＦ電力波形は、バイアスＲＦ電力信号（例えば、発生器１４４又は１４８によって供給されるバイアス電力など）である。第２のパルスＲＦ電力波形は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚの周波数で供給することができる。いくつかの実施形態では、第２のパルスＲＦ電力波形の周波数は、約６０ＭＨｚである。いくつかの実施形態では、第２のＲＦソース信号の第１のパルス持続時間の第１の電力レベルは、約２００ワット〜約５．０ＫＷ（例えば、３．６ＫＷ）とすることができる。いくつかの実施形態では、第２のパルスＲＦ電力波形は、第１のパルスＲＦ電力波形と同期させることができる。
６０６において、第１の時間期間に提供された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形によって生成された第１の反射電力が取得される。いくつかの実施形態では、第１の反射電力は、ＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８に通信可能に結合された１以上のセンサを介して、又はＲＦ発生器１４０、１４４、及び１４８のうちの１以上による反射電力の検出による測定を通して取得することができる。いくつかの実施形態では、第１反射電力は、使用される順方向電力に基づく推定又は計算を通して取得されてもよい。
６０８において、第１のロードレベリングプロセスが実行されて、第１のパルスＲＦ電力波形の電力レベルを調整して、第１の時間期間に取得された反射電力を補償して、予め設定された設定点電力レベルで供給電力を生成する。例えば、図５に関して上述したように、第１のロードレベリングプロセスは、ｔｐ１の間、５２０ワット（５００ワット＋２０ワット）を提供するように第１の電力レベル５８４を増加させることによって失われた反射電力５７２を補償する。この例では、反射電力５７２は、第１及び第２のパルスＲＦ電力波形の両方によって生成された反射電力である。
６１０において、第１のパルスＲＦ電力波形は、第２の時間期間に第２の電力レベルで供給され、第２の電力レベルは第１の電力レベルと実質的に等しい。これは、擬似連続波を生成する効果を有する。６１２において、第２のパルスＲＦ電力波形が、第２の時間期間に第２の電力レベルで供給される。６１４において、第２の時間期間中に供給された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形によって生成された第２の反射電力が得られる。６１６において、第２のロードレベリングプロセスが実行されて、第１のパルスＲＦ電力波形の電力レベルを調整して、取得された反射電力を第２の時間期間に補償し、予め設定された設定点電力レベルで供給電力を生成する。例えば、図５に関して上述したように、第２のロードレベリングプロセスは、第１の電力レベル５８６を失われた反射電力５７４の量だけ増加させることによって、失われた反射電力５７４を補償する。この例では、反射電力５７４は、時間ｔｐ２の間、第１及び第２のパルスＲＦ電力波形の両方によって生成された反射電力である。
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施形態は本開示の基本的範囲を逸脱することなく創作することができる。

Claims (15)

  1. パルス高周波（ＲＦ）電力を使用してプラズマ強化基板処理システムを動作させる方法であって、
    第１の時間期間に第１の電力レベルで処理チャンバに第１のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、
    第１の時間期間に処理チャンバに第１の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、
    第１の時間期間に供給された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形によって生成された第１の反射電力を取得するステップと、
    第１のロードレベリングプロセスを実行して、第１のパルスＲＦ電力波形の第１の電力レベルを調整して、第１の時間期間に取得された反射電力を補償して、予め設定された電力レベルで供給電力を生成するステップとを含む方法。
  2. 第２の時間期間に第１の電力レベルと実質的に等しい第２の電力レベルで第１のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、
    第２の時間期間に第２の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を供給するステップと、
    第２の時間期間に供給された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形によって生成された第２の反射電力を取得するステップと、
    第２のロードレベリングプロセスを実行して、第１のパルスＲＦ電力波形の第１の電力レベルを調整して、第１の時間期間に取得された反射電力を補償して、予め設定された電力レベルで供給電力を生成するステップとを含む、請求項１記載の方法。
  3. 第１のパルスＲＦ電力波形は、ＲＦソース信号である、請求項２記載の方法。
  4. 第２のパルスＲＦ電力波形は、ＲＦバイアス信号である、請求項２記載の方法。
  5. 第２のパルスＲＦ電力の第２の電力レベルは、ゼロ電力レベルである、請求項２記載の方法。
  6. 実行された第１及び第２のロードレベリングプロセスは、第１のパルスＲＦ電力波形に対して第１及び第２の電力レベルをそれぞれ調整して、実質的に一定の供給電力を提供する、請求項２記載の方法。
  7. 取得された第１及び第２の反射電力は、測定値である、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  8. 取得された第１及び第２の反射電力は、それぞれ、使用された第１及び第２のパルスＲＦ電力波形に基づいて計算された値である、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  9. 第１の反射電力は、第１時間期間に供給される第１及び第２パルスＲＦ電力波形によって生成され、第２の反射電力は、第２の時間期間に供給される第１及び第２パルスＲＦ電力波形によって生成される、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  10. 第１のパルスＲＦ電力波形の周波数は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚであり、第２のパルスＲＦ電力波形の周波数は、約２ＭＨｚ〜約１６２ＭＨｚである、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  11. 第１のパルスＲＦ電力波形の第１及び第２の電力レベルは、約２００ワット〜約５．０ＫＷである、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  12. 第２のパルスＲＦ電力波形の第１の電力レベルは、約２００ワット〜約５．０ＫＷであり、第２の電力レベルは、第２のパルスＲＦ電力波形の第１の電力レベルの約０〜９９％である、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  13. 第１のパルスＲＦ電力波形と第２のパルスＲＦ電力波形は同期している、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  14. 第１及び第２の時間期間は、互いに異なる、請求項２〜６のいずれか１項記載の方法。
  15. プラズマ強化基板処理システムであって、
    第１の時間期間に第１の電力レベルで第１のパルスＲＦ電力波形を処理チャンバに供給し、第２の時間期間に第２の電力レベルで第１パルスＲＦ電力波形を提供するように構成された第１のＲＦ発生器と、
    第１の時間期間に第１の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を処理チャンバに供給し、第２の時間期間に第２の電力レベルで第２のパルスＲＦ電力波形を供給するように構成された第２のＲＦ発生器とを含み、
    第１のＲＦ発生器は、第１及び第２の時間期間のそれぞれにおいて別々に基板処理システム内の反射電力を検出し、ロードレベリングプロセスを実行して、第１のパルスＲＦ電力波形の第１及び第２の電力レベルを調整して、検出された反射電力を補償して、予め設定された電力レベルで供給電力を生成するように更に構成されたプラズマ強化基板処理システム。
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