JP2021515968A - 無整合プラズマ源に対する周波数同調 - Google Patents

無整合プラズマ源に対する周波数同調 Download PDF

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Abstract

【課題】【解決手段】無整合プラズマ源に対する周波数同調が説明される。周波数同調を実施するために、電流は、無整合プラズマ源の動作周波数の変更後、無整合プラズマ源の増幅回路の出力において測定される。動作周波数の変更に伴って電流が増加したと決定すると、動作周波数は、電流が減少するまでさらに変更される。電流が減少すると、変更された動作周波数は、動作周波数になるようにさらに修正される。無整合プラズマ源が動作周波数で動作するとき、増幅回路の出力における電流は最大化される。【選択図】図１

Description

本実施形態は、無整合プラズマ源に対する周波数同調に関する。
ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明されている範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに他の理由で出願の時点で先行技術としてみなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
従来のプラズマツールは、無線周波数（ＲＦ）発生器と、インピーダンス整合回路と、プラズマチャンバとを含む。ＲＦ発生器は、インピーダンス整合回路に接続され、インピーダンス整合回路は、プラズマチャンバにさらに接続される。ＲＦ発生器は、インピーダンス整合回路に供給されるＲＦ電力を生成する。インピーダンス整合回路は、プラズマチャンバのインピーダンスをＲＦ発生器のインピーダンスと整合させる。
ウエハの処理中、プラズマツールに関連する様々なパラメータが制御される。本開示で説明される実施形態は、このような状況で生じるものである。
本開示の実施形態は、無整合プラズマ源（ＭＰＳ）の周波数同調のためのシステム、装置、方法およびコンピュータプログラムを提供する。本実施形態は、多数の形態（例えば、プロセス、または装置、またはシステム、またはハードウェアの一部、または方法、またはコンピュータ可読媒体）で実施することができることを理解されたい。以下、いくつかの実施形態を説明する。
無整合プラズマ源（ＭＰＳ）の無線周波数（ＲＦ）発生器において、無整合プラズマ源は非常に低い出力抵抗を有し、かつ、無整合プラズマ源が同調されるときに純粋な抵抗性負荷が発生する。この無線周波数発生器では、プラズマチャンバのインピーダンスを従来のＲＦ発生器の５０オームの出力インピーダンスに整合させる従来のＲＦ整合ネットワークは、無整合プラズマ源における周波数同調によって排除される。
一部のシステムでは、周波数同調は、電圧波形と電流波形との間の位相角の測定によって実施される。周波数同調は、位相角がゼロになるか、またはゼロから事前設定された範囲内になると停止する。しかし、位相角を正確に測定することは困難である。また、電圧波形が振動するため、位相角をゼロまたはゼロから事前設定された範囲内にすることは困難である。そのため、位相角に基づく周波数同調が困難になる。
いくつかの実施形態では、信号発生器を含む無整合プラズマ源の電力出力を最適化するための方法が説明される。この方法は、信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように、信号発生器を制御することを含む。この方法は、正弦波電流波形の電流の大きさを測定することと、電流の大きさを測定し続けている間に動作周波数を調整することとをさらに含む。この方法は、調整中に、略最大の大きさの電流を生成する目標周波数を識別することを含む。
様々な実施形態において、無整合プラズマ源の電力出力を最適化するためのシステムが説明される。このシステムは、信号発生器と、信号発生器に結合されたゲートドライバ回路と、ゲートドライバ回路に結合された増幅回路と、信号発生器に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生するために使用されるパルス信号を生成するように信号発生器を制御するよう構成される。システムは、増幅回路の出力に結合された電流プローブをさらに含む。電流プローブは、正弦波電流波形の電流の大きさを測定するように構成される。コントローラは、電流の大きさの測定中に動作周波数を調整するように構成される。コントローラは、動作周波数の調整中に、略最大の大きさの電流を生成する目標周波数を識別するように構成される。
いくつかの実施形態では、信号発生器を含む無整合プラズマ源の電力出力を最適化するためのコントローラが説明される。このコントローラは、信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように信号発生器を制御するよう構成されたプロセッサを含む。プロセッサは、正弦波電流波形の電流の大きさを受信するように構成される。プロセッサは、電流の大きさの測定中に動作周波数を調整するように構成される。プロセッサは、動作周波数の調整中に、略最大の大きさの電流を生成する目標周波数を識別するように構成される。コントローラは、プロセッサに結合されたメモリデバイスを含む。メモリデバイスは、目標周波数を格納するように構成される。
本明細書に記載の無整合プラズマ源の周波数同調のためのシステムおよび方法のいくつかの利点には、信号発生器の動作周波数を同調して、無整合プラズマ源の出力における複素電流の大きさを略最大にすることが含まれる。無整合プラズマ源の出力における複素電流と複素電圧の位相差を決定する必要はない。位相差の決定は、プラズマチャンバの様々な状態に依存する。プラズマチャンバの状態が変化するたびに、位相差を測定し、その位相差が実質的にゼロ（例えば、ゼロ）であるか、またはゼロから事前設定された範囲内にあるかどうかを決定する。いくつかの実施形態では、プラズマチャンバの状態が変化するたびに出力における複素電流の大きさを測定し、その大きさが略最大の大きさであるかどうかを決定する必要はない。
さらに、位相差に基づく動作周波数同調と比較すると、複素電流の大きさに基づく動作周波数同調のほうが信頼性が高い。無整合プラズマ源の出力における電圧波形は振動を有するので、位相差が実質的にゼロである動作周波数の値を決定することは困難である。それに比べて、コントローラのプロセッサは、無整合プラズマ源の出力における複素電流の大きさが略最大である動作周波数を決定することができる。無整合プラズマ源の出力における複素電流の出力電流波形には、振動が見られないか、または無視できる程度の振動しかない。
本明細書に記載の無整合プラズマ源の周波数同調のためのシステムおよび方法の他の利点には、使用するハードウェア設計が、位相差を決定するためのハードウェア設計と比較してより単純であることが含まれる。より単純なハードウェア設計は、無整合プラズマ源の出力における複素電流の大きさを測定する電流プローブを含んでいる。複素電圧／電流センサを使用して位相差を測定したり、または電圧センサを使用して位相差の測定を容易にしたりする必要はない。電圧センサは、無整合プラズマ源の出力における電圧波形の電圧値を測定する。電流プローブは、複素電流の電流値を測定する。電圧センサを使用すると、複素電流と電圧波形の位相差が決定される。電流プローブは、複素電圧／電流センサ、または電圧と電流との間の位相角を測定するように設計された複素電圧センサと比較すると、より単純であることに加えて大幅にコストがかからない。
他の態様は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
実施形態は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって理解される。
図１は、システムの一実施形態の図であり、信号発生器の動作周波数を制御するために電流（Ｉ）プローブを無整合プラズマ源と共に使用することを例示するための図である。
図２は、システムの一実施形態の図であり、電流プローブを無整合プラズマ源と共に使用することを例示するための図である。
図３は、図１の無整合プラズマ源または図２の無整合プラズマ源の出力における正弦波電流波形の複素電流の略最大の大きさを決定する方法を例示するグラフの一実施形態を示す図である。
図４は、図３を参照して例示された方法を詳細に説明する方法のフローチャートについての一実施形態を示す図である。
図５Ａは、ハーフブリッジ回路の出力における電圧波形がハーフブリッジ回路の出力における電流信号の基本波形と同相であり、電極に供給される電力を最大化することを例示するグラフの一実施形態を示す図である。
図５Ｂは、電圧波形と基本波形との間の位相差が実質的にゼロであるかどうかの決定が困難であることを例示するグラフの一実施形態を示す図である。
以下の実施形態は、無整合プラズマ源（ＭＰＳ）に対する周波数同調システムおよび方法を説明する。本実施形態は、これらの特定の詳細の一部またはすべてがなくても実施され得ることは明らかであろう。他の例では、本実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス動作は詳細には説明されていない。
周波数同調システムおよび方法は、無整合プラズマ源の出力に結合された電流プローブを含む。電流プローブは、無整合プラズマ源の出力において複素電流の大きさを測定し、その大きさをコントローラに提供する。コントローラは、以下でさらに説明するように、その大きさが略最大であるかどうかを決定する。大きさが略最大ではない場合、コントローラは、信号発生器を制御し、信号発生器の動作周波数を変更する。動作周波数の変更により、出力における複素電流の大きさが変更される。電流プローブは、複素電流の変更後の大きさを再度測定し、変更後の大きさをコントローラに提供する。コントローラは、変更後の大きさが略最大であるかどうかを再度決定する。変更後の大きさが略最大ではないと決定すると、コントローラは、信号発生器を再度制御し、信号発生器の動作周波数を変更する。一方、無整合プラズマ源の出力における複素電流の変更後の大きさが略最大であると決定すると、コントローラは、複素電流の大きさが略最大である信号発生器の動作周波数を維持する。
図１は、システム１００の一実施形態の図であり、信号発生器１１４の周波数を制御するために電流（Ｉ）プローブ１１０を無整合プラズマ源１０３と共に使用することを例示するための図である。本明細書で説明される無整合プラズマ源の様々な例は、２０１７年１０月１８日出願の「Ｍａｔｃｈｌｅｓｓ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」と題する米国特許出願第１５／７８７，６６０号に記載されており、上記出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。システム１００は、信号発生器１１４と、ゲートドライバ回路１０４と、ハーフブリッジ回路１０８とを含む無整合プラズマ源１０３を含む。システム１００は、さらに電流プローブ１１０とプラズマ負荷１１６を含む。
信号発生器１１４の一例は、無線周波数（ＲＦ）でクロック信号などのパルス信号１０２を生成するデジタルクロック信号発生器である。パルス信号１０２の別の例は、デジタル波形またはパルス列などの方形波信号である。パルス信号１０２は、第１の論理レベル（高または１など）と第２の論理レベル（低またはゼロなど）の間でパルスを発する。ゲートドライバ回路１０４は、ゲートドライバ１１８Ａと、別のゲートドライバ１１８Ｂとを含む。ゲートドライバ１１８Ａはオペアンプとして作用し、ゲートドライバ１１８ＢはＮＯＴゲートとして作用する。ハーフブリッジ回路１０８は、トランジスタ１１２Ａと、別のトランジスタ１１２Ｂとを含む。さらに、ハーフブリッジ回路１０８は、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ２とを含む。ダイオードＤ１は、トランジスタ１１２ＡのドレインＤ端子とソースＳ端子との間に結合され、ダイオードＤ２は、トランジスタ１１２ＢのドレインＤ端子とソースＳ端子との間に結合される。電流プローブ１１０の一例は、大きさおよび位相を有する複素電流などの電流を測定する電流センサである。電流プローブ１１０は、複素電圧／電流センサではない。例えば、電流プローブ１１０は、ハーフブリッジ回路１０８の出力Ｏ１１において複素電圧を測定することができず、さらに、出力Ｏ１１において複素電圧／電流を測定することができない。電流は、ハーフブリッジ回路１０８の出力Ｏ１１において測定される。
システム１００は、さらにリアクタンス回路１３０とプラズマ負荷１１６を含む。リアクタンス回路１３０の一例は、可変コンデンサ１２０である。リアクタンス回路１３０の別の例は、固定コンデンサである。リアクタンス回路１３０のさらに別の例としては、互いに直列結合、並列結合、もしくはそれらを組み合わせて結合された複数のコンデンサおよび／または複数のインダクタが挙げられる。一部のコンデンサは可変であり、残りのコンデンサは固定である。別の例では、すべてのコンデンサが可変または固定である。同様に、一部のインダクタは可変であり、残りのインダクタは固定である。別の例では、すべてのインダクタが可変または固定である。
プラズマ負荷１１６の一例は、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）プラズマチャンバである。プラズマ負荷１１６は、変圧器ＴＣＰコイルなどの電極１２２と、点火時のプラズマとを含む。無整合プラズマ源１０３は、接続１１３、リアクタンス回路１３０、および接続１２６を介して電極１２２に結合される。接続１１３または接続１２６などの接続の一例は、導体、またはＲＦストラップ、またはシリンダ、またはブリッジ導体、またはそれらの組み合わせである。接続１１３は、出力Ｏ１１をリアクタンス回路１２０に結合する。プラズマ負荷１１６は、抵抗（ここでは抵抗器によって表される）を有する。接続１２６は、リアクタンス回路１３０をプラズマ負荷１１６の電極１２２に結合する。
信号発生器１１４は、ゲートドライバ１１８Ａの入力に結合され、ゲートドライバ１１８Ｂの入力にも結合される。さらに、ゲートドライバ１１８Ａの出力は、トランジスタ１１２Ａの入力ゲート端子に結合され、ゲートドライバ１１８Ｂの出力は、トランジスタ１１２Ｂの入力ゲート端子に結合される。トランジスタ１１２Ａのドレイン端子Ｄは、直流（ＤＣ）電圧源Ｖｄｃに結合され、トランジスタ１１２Ｂのソース端子Ｓは、接地電位に結合される。出力Ｏ１１は、トランジスタ１１２Ａおよび１１２Ｂのソース端子に結合され、電流プローブ１１０の入力にも結合される。出力Ｏ１１および電流プローブ１１０の入力は、リアクタンス回路１３０に結合される。電流プローブ１１０の出力は、信号発生器１１４の入力に結合される。
無整合プラズマ源１０３は、インピーダンス整合ネットワークまたはインピーダンス整合回路などのインピーダンス整合を除外する。さらに、いくつかの実施形態では、無整合プラズマ源１０３をインピーダンス整合回路に結合するＲＦケーブルがない。例えば、インピーダンス整合は、無整合プラズマ源１０３の（またはハーフブリッジ回路１０８の）出力Ｏ１１とプラズマ負荷１１６の電極１２２との間に結合されない。インピーダンス整合は、複数の回路構成要素（インダクタおよびコンデンサなど）を含み、インピーダンス整合の出力に結合された負荷（プラズマチャンバなど）のインピーダンスを、インピーダンス整合の入力に結合されたソース（ＲＦ発生器およびＲＦケーブルなど）のインピーダンスと整合させる。
無整合プラズマ源１０３によって生成された電力の大部分は、電極１２２に与えられる。例えば、無整合プラズマ源１０３と電極１２２の間にインピーダンス整合およびＲＦケーブルがないので、電力は、無整合プラズマ源１０３から電極１２２に効率的に供給される。
集積回路が表面に形成される基板１２８（ウエハなど）は、プラズマ負荷１１６内で、プラズマ負荷１１６の基板支持体（下部電極またはウエハプラテンまたはチャックなど）の上面に載置される。信号発生器１１４は、動作周波数ｆＲＦで動作し、無線周波数である周波数ｆＲＦを有するパルス信号１０２を生成する。例えば、周波数ｆＲＦの範囲は、５０キロヘルツ（ｋＨｚ）〜１００メガヘルツ（ＭＨｚ）である。パルス信号１０２は、無線周波数において、低レベル（論理レベル０または低電力レベルなど）と高レベル（論理レベル１または高電力レベルなど）との間でパルスを発する。例示すると、パルス信号１０２は、無線周波数で低レベルから高レベルに遷移し、高レベルから低レベルに遷移する。
パルス信号１０２は、信号発生器１１４からゲートドライバ１１８Ａ，１１８Ｂに供給される。ゲートドライバ１１８Ａは、パルス信号１０２を増幅し、ゲート駆動信号１０６Ａを生成する。また、ゲートドライバ１１８Ｂは、パルス信号１０２を増幅および反転し、ゲート駆動信号１０６Ｂを生成する。各ゲート駆動信号１０６Ａ，１０６Ｂは、周波数ｆＲＦを有するパルス信号（例えば、方形波信号またはクロック信号またはデジタル波形）である。
ゲート駆動信号１０６Ｂは、ゲート駆動信号１０６Ａと比較して逆パルスである。例えば、ゲート駆動信号１０６Ａが高レベル（高電力レベルなど）である時間中またはその時間間隔中、ゲート駆動信号１０６Ｂは低レベル（低電力レベルなど）である。さらに、ゲート駆動信号１０６Ａが低レベル（低電力レベルなど）である時間中またはその時間間隔中、ゲート駆動信号１０６Ｂは高レベル（高電力レベルなど）である。別の例として、ゲート駆動信号１０６Ａが低レベルから高レベルに遷移する時に、またはその時間間隔中に、ゲート駆動信号１０６Ｂは高レベルから低レベルに遷移する。同様に、ゲート駆動信号１０６Ａが高レベルから低レベルに遷移する時に、またはその時間間隔中に、ゲート駆動信号１０６Ｂは低レベルから高レベルに遷移する。
この逆同期により、トランジスタ１１２Ａ，１１２Ｂは、連続的にオンになり、連続的にオフになるなど、継続的に連続動作することが可能となる。トランジスタ１１２Ａおよび１１２Ｂは、トランジスタが同時にまたは同じ期間中にオンにならないように連続的に動作する。例えば、トランジスタ１１２Ａがオンになると、トランジスタ１１２Ｂがオフになり、トランジスタ１１２Ｂがオンになると、トランジスタ１１２Ａがオフになる。例示すると、トランジスタ１１２Ａがオンである時間間隔中、またはオンになる時に、トランジスタ１１２Ｂはオフになる。さらに、トランジスタ１１２Ｂがオンである時間間隔中、またはオンになる時に、トランジスタ１１２Ａはオフになる。
トランジスタ１１２Ａがオンになり、トランジスタ１１２Ｂがオフになると、トランジスタ１１２Ａの電圧は増加し、電圧がダイオードＤ１によって制限されるまで正になり続ける。同様に、トランジスタ１１２Ａがオフになり、トランジスタ１１２Ｂがオンになると、トランジスタ１１２Ｂの電圧は増加し、電圧がダイオードＤ２によって制限されるまで負になり続ける。したがって、ダイオードＤ１は、トランジスタ１１２Ａにおけるシュートスルーの可能性を低減または防止し、ダイオードＤ２は、トランジスタ１１２Ｂにおける電圧のシュートスルーの可能性を低減または防止する。
トランジスタ１１２Ａがオンのとき、電流は、電圧源Ｖｄｃからトランジスタ１１２Ａを介して出力Ｏ１１に流れ、出力Ｏ１１で電圧を生成する。このとき、トランジスタ１１２Ｂはオフである。トランジスタ１１２Ｂがオフのとき、出力Ｏ１１からトランジスタ１１２Ｂに結合された接地電位に流れる電流はなく、電流は出力Ｏ１１からリアクタンス回路１３０に流れる。電流は、トランジスタ１１２Ａがオンのときに電圧源Ｖｄｃからリアクタンス回路１３０に押し込まれる。さらに、トランジスタ１１２Ｂがオンのとき、トランジスタ１１２Ａはオフであり、トランジスタ１１２Ａがオン状態の間に出力Ｏ１１で生成された電圧が電流を生成する。生成された電流は、出力Ｏ１１から、トランジスタ１１２Ｂに結合された接地電位に流れる。電流は、トランジスタ１１２Ｂがオンのときに出力Ｏ１１から接地電位に引き込まれる。トランジスタ１１２Ａがオフである時間間隔中、またはオフの時、電圧源Ｖｄｃからトランジスタ１１２Ａを介して出力Ｏ１１に流れる電流はない。
トランジスタ１１２Ａおよび１１２Ｂの連続的なオンおよびオフは、出力Ｏ１１において正弦波電流波形を生成するために実施される。正弦波電流波形は無線周波数（周波数ｆＲＦなど）を有する。
電流プローブ１１０は、出力Ｏ１１で生成された正弦波電流波形の複素電流の大きさを測定してフィードバック信号１２４を生成し、このフィードバック信号１２４を信号発生器１１４に供給する。フィードバック信号１２４は、出力Ｏ１１で生成された正弦波電流波形の複素電流の大きさを含む。信号発生器１１４は、出力Ｏ１１で測定された複素電流の大きさが略最大であるかどうかを決定する。出力Ｏ１１で測定された複素電流の大きさが略最大ではないと決定すると、信号発生器１１４はパルス信号１０２の周波数を変更する。周波数が変更されたパルス信号１０２は、ゲートドライバ１１８Ａおよび１１８Ｂに供給される。ゲートドライバ１１８Ａ，１１８Ｂは、変更後の周波数を有するパルス信号１０２に従ってゲート駆動信号１０６Ａおよび１０６Ｂを修正する。例えば、ゲート駆動信号１０６Ａ，１０６Ｂの無線周波数は、パルス信号１０２の変更後の周波数と一致するように修正される。出力Ｏ１１で生成された正弦波電流波形は、修正後のゲート駆動信号１０６Ａ，１０６Ｂに基づいて修正される。一例として、正弦波電流波形の無線周波数は、ゲート駆動信号１０６Ａ，１０６Ｂの修正後の周波数と一致するように修正される。
電流プローブ１１０は、無線周波数修正後の正弦波電流波形の複素電流の大きさを測定し、その大きさを信号発生器１１４に提供する。無線周波数修正後の正弦波電流波形の複素電流の大きさが略最大であると信号発生器１１４が決定した場合、信号発生器１１４はパルス信号１０２の変更後の周波数を維持する。一方、無線周波数修正後の正弦波電流波形の複素電流の大きさが略最大ではないと決定すると、信号発生器１１４は、パルス信号１０２の変更後の周波数を変更する。出力Ｏ１１での正弦波電流波形の複素電流の大きさが略最大であるとき、所定量の電力が出力Ｏ１１からリアクタンス回路１３０を介して電極１２２に供給される。例えば、略最大量の電力が、出力Ｏ１１からリアクタンス回路１３０を介して電極１２２に供給される。略最大量の電力は、出力Ｏ１１において供給される正弦波電流波形の残りの電力量よりも大きい。ここで、残りの電力量とは、出力Ｏ１１における正弦波電流波形の複素電流の大きさが略最大ではない電力量のことである。
出力Ｏ１１で生成された正弦波電流波形は、無整合プラズマ源１０３からリアクタンス回路１３０に供給される。リアクタンス回路１３０は、正弦波電流波形の高次高調波を除去（例えば、フィルタ除去）し、基本周波数を有する整形された正弦波波形を生成する。整形された正弦波波形は整形された包絡線（エンベロープ）を有する。これについては以下でさらに説明する。
整形された正弦波波形は、基板１２８を処理するために、リアクタンス回路１３０から接続１２６を介して電極１２２に送られる。例えば、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、金属および誘電体堆積用の液体などの１つまたは複数のプロセス材料が、プラズマ負荷１１６に供給される。整形された正弦波波形およびプロセス材料を受け取ると、プラズマがプラズマ負荷１１６内で点火され、基板１２８を処理する。基板１２８の処理の例としては、基板１２８への材料の堆積、基板１２８のエッチング、基板１２８の洗浄、および基板１２８のスパッタリングが挙げられる。
各トランジスタ１１２Ａおよび１１２Ｂは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、本明細書で説明されるＦＥＴはｎ型である。いくつかの実施形態では、ｎ型ＦＥＴの代わりに、ｐ型ＦＥＴが使用される。
様々な実施形態において、ＦＥＴの代わりに、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、または接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）などの別のタイプのトランジスタを使用してもよい。
様々な実施形態において、電極１２２として使用されるＴＣＰコイルの代わりに、チャック、または容量結合型上部電極プレート、または基板支持体、またはシャワーヘッドの上部電極が使用される。
プラズマ負荷１１６の他の例には、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）チャンバ、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、プラズマエッチングチャンバ、プラズマ堆積チャンバ、またはプラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）チャンバが挙げられる。ＣＣＰチャンバは、上部電極および下部電極を有する。上部電極は下部電極に面する容量性プレートであり、下部電極も容量性プレートである。上部電極と下部電極との間には、ギャップが存在する。
いくつかの実施形態では、信号発生器１１４に加えて、プロセッサが使用される。プロセッサは信号発生器１１４に結合される。フィードバック信号１２４はプロセッサに供給され、信号発生器１１４によって行われるものとして本明細書で説明されるあらゆる決定が信号発生器１１４のプロセッサによって行われる。本明細書で使用する場合、プロセッサは、本明細書ではマイクロプロセッサ、または中央処理装置（ＣＰＵ）、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはプログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）と呼ばれることもある。
様々な実施形態において、電流プローブ１１０は、出力Ｏ１１とリアクタンス回路１３０との間の任意の点で結合される。例えば、電流プローブ１１０は、コンデンサ１２０の入力に結合される。コンデンサ１２０の入力は、出力Ｏ１１から正弦波電流波形を受け取る。別の例として、電流プローブ１１０は、接続１１３上の点に結合される。
図２は、システム２００の一実施形態の図であり、電流プローブ１１０を無整合プラズマ源２１５と共に使用することを例示するための図である。無整合プラズマ源２１５は、図１の無整合プラズマ源１０３の一例である。無整合プラズマ源２１５は、入力部２０１と出力部２０３とを含む。入力部２０１は、コントローラボード２０２と、ゲートドライバ２１１の一部とを含む。ゲートドライバ２１１は、図１のゲートドライバ回路１０４の一例である。ゲートドライバ２１１は、コントローラボード２０２に結合される。出力部２０４は、ゲートドライバ２１１の残りの部分と、ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８とを含む。ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８は、図１のハーフブリッジ回路１０８の一例である。ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８は、ゲートドライバ２１１に結合される。本明細書で説明されるハーフブリッジＦＥＴ回路は、本明細書では増幅回路と呼ばれることもある。
コントローラボード２０２は、コントローラ２０４と、信号発生器１１４と、周波数入力２０８とを含む。周波数入力２０８の例としては、コントローラおよびデジタル信号プロセッサが挙げられる。例えば、周波数入力２０８は、コントローラ２０４に結合された別のコントローラである。周波数入力２０８またはコントローラ２０４のように本明細書で説明される任意のコントローラの例としては、プロセッサおよびメモリデバイスが挙げられる。本明細書で説明される周波数入力２０８またはコントローラ２０４などのコントローラの他の例としては、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＣＰＵ、プロセッサ、またはＰＬＤ、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が挙げられる。メモリデバイスの例としては、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が挙げられる。本明細書で使用されるメモリデバイスの例は、フラッシュメモリまたはハードディスクまたはダイナミックＲＡＭまたはスタティックＲＡＭである。信号発生器１１４は、４００ｋＨｚ、または２ＭＨｚ、または１３．５６ＭＨｚ、または２７ＭＨｚ、または６０ＭＨｚなどの周波数ｆＲＦでパルス信号１０２を生成する。
ゲートドライバ２１１は、ゲートドライバの副部分２１０と、コンデンサ２１２と、抵抗器２１４と、変圧器２１６の一次巻線２１６Ａとを含む。コンデンサ２１２は、一次巻線２１６Ａのインダクタンスを減少させる（例えば、相殺する、または無しにする）静電容量を有する。一次巻線２１６Ａのインダクタンスの減少により、ゲート駆動信号１０６Ａ，１０６Ｂを方形状に生成することが容易になる。さらに、抵抗器２１４は、信号発生器１１４によって生成されたパルス信号１０２の振動を低減する。ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８の出力Ｏ３１からは、抵抗２２０が見える。出力Ｏ３１は、トランジスタ１１２Ａのソース端子Ｓとトランジスタ１１２Ｂのドレイン端子Ｄとの間に存在する。出力Ｏ３１は、接続１１３を介してリアクタンス回路１３０に結合される。抵抗２２０は、電極１２２における浮遊抵抗を含む。また、抵抗２２０は、プラズマチャンバ２１７内で点火されたときのプラズマにおける浮遊抵抗を含み、さらに接続１２６の浮遊抵抗を含む。プラズマチャンバ２１７は、図１のプラズマ負荷１１６の一例である。
ゲートドライバ２１１は、変圧器２１６の二次巻線２１６Ｂ，２１６Ｃを含む。ゲートドライバの副部分２１０は、複数のゲートドライバ２１０Ａ，２１０Ｂを含む。ゲートドライバ２１０Ａ，２１０Ｂの各々は、一端が正電圧源に結合され、他端が負電圧源に結合される。
ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８は、プッシュプル構成で互いに結合されたトランジスタ１１２Ａ，トランジスタ１１２Ｂを含む。ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８は、点線で囲まれた部分に例示されるＤＣレール２１３をさらに含む。ＤＣレール２１３は、電圧源Ｖｄｃと、各々が導体である複数の導電性要素２１９Ａ，２１９Ｂ，２１９Ｃとを含む。導電性要素２１９Ａは、トランジスタ１１２Ａのドレイン端子Ｄおよび電圧源Ｖｄｃに結合される。さらに、導電性要素２１９Ｂは、トランジスタ１１２Ａのソース端子Ｓおよびトランジスタ１１２Ｂのドレイン端子Ｄに結合される。また、導電性要素２１９Ｃは、トランジスタ１１２Ｂのソース端子Ｓおよび接地電位に結合される。
システム２００は、ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８の出力Ｏ３１に結合された電流プローブ１１０をさらに含む。出力Ｏ３１は、図１の出力Ｏ１１の一例である。出力Ｏ３１は、トランジスタ１１２Ａを介して電圧源Ｖｄｃに結合される。例えば、出力Ｏ３１がトランジスタ１１２Ａのソース端子Ｓに結合され、トランジスタ１１２Ａのドレイン端子Ｄが電圧源Ｖｄｃに結合される。
電圧／電流（ＶＩ）プローブは、出力Ｏ３１にも、出力Ｏ３１とリアクタンス回路１３０との間の接続１１３上のいかなる点にも結合されないことに留意されたい。ＶＩプローブは、出力Ｏ３１における複素電流、出力Ｏ３１における複素電圧、および複素電圧と複素電流の位相差を測定するセンサである。本明細書で説明される複素電圧は、大きさと位相を有する。同様に、本明細書で説明される複素電流は、大きさと位相を有する。さらに、電圧プローブは、出力Ｏ３１にも、出力Ｏ３１とリアクタンス回路１３０との間の接続１１３上のいかなる点にも結合されないことに留意されたい。電圧プローブは、出力Ｏ３１における複素電圧を測定するセンサである。電圧プローブは、出力Ｏ３１における複素電流を測定しない。電流プローブ１１０は、コントローラ２０４のプロセッサ２０５に結合され、フィードバック信号１２４を供給する。
コントローラ２０４のプロセッサ２０５は、周波数入力２０８を介して信号発生器１１４に結合される。周波数入力２０８は、動作周波数ｆＲＦの値を格納するメモリデバイスを有する。コントローラ２０４のプロセッサ２０５は、導体を介してＤＣレール２１３の電圧源Ｖｄｃにさらに結合される。さらに、信号発生器１１４の出力は、ゲートドライバ２１０Ａおよび２１０Ｂに結合される。ゲートドライバ２１０Ａはコンデンサ２１２に結合され、ゲートドライバ２１０Ｂは抵抗器２１４に結合される。コンデンサ２１２および抵抗器２１４は、変圧器２１６の一次巻線２１６Ａに結合される。
さらに、変圧器２１６の二次巻線２１６Ｂはトランジスタ１１２Ａの入力ゲート端子に結合され、変圧器２１６の二次巻線２１６Ｃはトランジスタ１１２Ｂの入力ゲート端子に結合される。ハーフブリッジＦＥＴ回路２１８の出力Ｏ３１はコンデンサ１２０に結合され、コンデンサ１２０は接続１２６を介して電極１２２のＴＣＰコイルに結合される。
プロセッサ２０５は、制御信号を生成し、その制御信号を周波数入力２０８に送信する。制御信号を受信すると、周波数入力２０８のプロセッサは、周波数入力２０８のメモリデバイスから動作周波数ｆＲＦの値を得て、その値を信号発生器１１４に供給する。周波数入力２０８は、動作周波数ｆＲＦの値（２ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚなど）を格納する。信号発生器１１４は、周波数入力２０８から動作周波数ｆＲＦの値を受信すると、動作周波数ｆＲＦを有するパルス信号１０２を生成する。ゲートドライバ２１０Ａおよび２１０Ｂは、パルス信号１０２を増幅して増幅ＲＦ電力を生成し、その増幅ＲＦ電力を変圧器２１６の一次巻線２１６Ａに供給する。
増幅ＲＦ電力の電流の流れの方向性に基づいて、二次巻線２１６Ｂまたは二次巻線２１６Ｃのいずれかが、閾値電圧を有するゲート駆動信号を生成する。例えば、増幅ＲＦ電力の電流が一次巻線２１６Ａの正に帯電した端子（黒丸で示す）から一次巻線２１６Ａの負に帯電した端子（黒丸なし）に流れるとき、二次巻線２１６Ｂはトランジスタ１１２Ａをオンにする閾値電圧を有するゲート駆動信号１０６Ａを生成し、二次巻線２１８Ｃは閾値電圧を生成せず、トランジスタ１１２Ｂはオフである。一方、増幅ＲＦ電力の電流が一次巻線２１６Ａの負に帯電した端子から一次巻線２１６Ａの正に帯電した端子に流れるとき、二次巻線２１６Ｃはトランジスタ１１２Ｂをオンにする閾値電圧を有するゲート駆動信号１０６Ｂを生成し、二次巻線２１８Ｂは閾値電圧を生成せず、トランジスタ１１２Ａはオフである。
トランジスタ１１２Ａがオンのとき、電流は、電圧源Ｖｄｃからトランジスタ１１２Ａを介して出力Ｏ３１に流れ、出力Ｏ３１で電圧を生成する。このとき、トランジスタ１１２Ｂはオフである。トランジスタ１１２Ａがオンで、トランジスタ１１２Ｂがオフのとき、出力Ｏ３１における電圧は正弦波電流波形の複素電流を生成し、電流はリアクタンス回路１３０に流れる。出力Ｏ３１における電圧は、以下でさらに説明される任意波形発生器２０９から受信された電圧値に従って生成される。例えば、電圧源Ｖｄｃの電圧値は、任意波形発生器２０９から電圧源Ｖｄｃに供給される。任意波形発生器２０９の一例は、コントローラである。任意波形発生器２０９の別の例は、デジタル信号プロセッサである。任意波形発生器２０９は、プロセッサ２０５の制御下で電圧値を電圧源Ｖｄｃに供給し、プロセッサ２０５に結合される。トランジスタ１１２Ｂがオフのとき、出力Ｏ３１からトランジスタ１１２Ｂに結合された接地電位に流れる電流はない。トランジスタ１１２Ｂがオンのとき、トランジスタ１１２Ａはオフであり、出力Ｏ３１で生成された電圧は、出力Ｏ３１からトランジスタ１１２Ｂを介してトランジスタ１１２Ｂに結合された接地電位に流れる電流を生成する。トランジスタ１１２Ａがオフで、トランジスタ１１２Ｂがオンのとき、出力Ｏ３１における電圧は正弦波電流波形の複素電流を生成し、電流はリアクタンス回路１３０に流れる。トランジスタ１１２Ａがオフのとき、電圧源Ｖｄｃから出力Ｏ３１に流れる電流はない。
さらに、任意波形発生器２０９は、電圧値を有する整形制御信号２１１を生成し、電圧源Ｖｄｃを任意波形発生器２０９に結合する導体を介して整形制御信号２１１を電圧源Ｖｄｃに供給する。電圧値は、例えば、０〜８０ボルトの範囲であり、したがって俊敏なＤＣレール２１３がその範囲で動作する。電圧値は、電圧源のＶｄｃによって生成された電圧信号の大きさであり、電圧信号の整形された包絡線を定義し、さらに、出力Ｏ３１における正弦波電流波形の整形された包絡線を定義する。例えば、出力Ｏ３１において連続波形を生成するために、電圧値は、連続波形のピークツーピークの大きさを提供する。ピークツーピークの大きさは、連続波形の整形された包絡線を定義する。別の例として、パルス形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形を出力Ｏ３１において生成するために、電圧値は、実質的に瞬時に（例えば、一度に、または事前設定された期間中に）変更され、それにより正弦波電流波形のピークツーピークの大きさは、第１のパラメータレベル（高レベルなど）から第２のパラメータレベル（低レベルなど）に変化するか、または第２のパラメータレベルから第１のパラメータレベルに変化する。電圧値は、パルス形状の整形された包絡線を達成するために定期的に変更される。さらに別の例として、任意形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形を出力Ｏ３１において生成するために、電圧値は、任意波形発生器２０９によって任意の方式で変更され、それにより正弦波電流波形のピークツーピークの大きさは、事前設定された方式で変化する。さらに別の例として、複数状態のパルス形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形を出力Ｏ３１において生成するために、電圧値は、実質的に瞬時に（例えば、一度に）変更され、それにより正弦波電流波形のピークツーピークの大きさは、高パラメータレベルから１つまたは複数の中間レベルに変化し、その後、その１つまたは複数の中間レベルから別のレベル（低パラメータレベルまたは高パラメータレベルなど）に変化する。複数状態のパルス形状の整形された包絡線を有する正弦波電流波形は、任意の数（例えば、２〜１０００の範囲）の状態を有することに留意されたい。
本明細書で使用されるパラメータレベルは、別のパラメータレベルの１つまたは複数のパラメータ値を含まない１つまたは複数のパラメータ値を含む。例えば、あるパラメータレベルにおける電力量は、異なるパラメータレベルにおける電力量よりも大きいか小さい。パラメータの例には、電流、電圧、および電力が含まれる。
ゲート駆動信号１０６Ａおよび１０６Ｂに基づいてトランジスタ１１２Ａおよび１１２Ｂを連続的に動作させ、電圧源Ｖｄｃを制御して電圧値を変更することによって、正弦波電流波形が出力Ｏ３１において生成される。正弦波電流波形は、整形された包絡線を有する。ＴＣＰコイルのインダクタンスと組み合わせられたコンデンサ１２０は、正弦波電流波形を受け取り、正弦波電流波形の高次高調波を低減（例えば、除去またはフィルタリング）し、基本周波数を有する整形された正弦波波形を生成する。整形された正弦波波形も、整形された包絡線を有する。整形された正弦波波形は、コンデンサ１２０の出力から接続１２６を介して電極１２２のＴＣＰコイルに供給され、プラズマチャンバ２１７内のプラズマを点火または維持する。プラズマは、基板１２８を処理するために使用される。
電流プローブ１１０は、出力Ｏ３１における正弦波電流波形の複素電流を測定し、複素電流の大きさを含むフィードバック信号１２４をプロセッサ２０５に供給する。プロセッサ２０５は、出力Ｏ３１において測定された複素電流の大きさが略最大であるかどうかを決定する。出力Ｏ３１において測定された複素電流の大きさが略最大ではないと決定すると、プロセッサ２０５は、制御信号を周波数入力２０８に送信し、信号発生器１１４の動作周波数ｆＲＦの値を修正する。制御信号を受信すると、周波数入力２０８は、動作周波数ｆＲＦの値が修正された信号を生成して信号発生器１１４に送信する。周波数入力２０８から信号を受信すると、信号発生器は、動作周波数ｆＲＦの値が修正されたパルス信号１０２を生成する。したがって、出力Ｏ３１において測定された複素電流の大きさが略最大になるまで、プロセッサ２０５は、制御信号を周波数入力２０８に送信し続けて、信号発生器１１４の動作周波数ｆＲＦを修正する。出力Ｏ３１における複素電流の大きさが略最大であるとき、略最大量の電力が電極１２２に供給され、基板１２８の処理効率を改善する。
無整合プラズマ源１０３の構成要素（トランジスタなど）は電子的要素である。さらに、無整合プラズマ源１０３と電極１２２との間には、ＲＦ整合およびＲＦケーブルが存在しない。構成要素が電子的要素であること、およびＲＦ整合とＲＦケーブルが存在しないことにより、再現性および一貫性を促進して、高速プラズマ点火およびプラズマ持続性を促進する。
様々な実施形態において、電流プローブ１１０は、出力Ｏ３１とリアクタンス回路１３０の間の任意の点で結合される。例えば、電流プローブ１１０は、コンデンサ１２０の入力に結合される。コンデンサ１２０の入力は、出力Ｏ３１から正弦波電流波形を受け取る。別の例として、電流プローブ１１０は、出力Ｏ３１をリアクタンス回路１３０に結合する接続１１３上の点に結合される。
いくつかの実施形態では、プロセッサ２０５、任意波形発生器２０９、および周波数入力２０８によって実施されるものとして本明細書で説明される機能は、１つまたは複数のコントローラによって、または１つまたは複数のプロセッサによって実施される。
様々な実施形態において、プロセッサ２０５および任意波形発生器２０９によって実施されるものとして本明細書で説明される機能は、１つまたは複数のコントローラによって、または１つまたは複数のプロセッサによって実施される。例えば、任意波形発生器２０９は、プロセッサ２０５の一部である。例示すると、任意波形発生器２０９によって実施されるものとして本明細書で説明される機能は、プロセッサ２０５によって実施される。
いくつかの実施形態では、プロセッサ２０５および周波数入力２０８によって実施されるものとして本明細書で説明される機能は、１つまたは複数のコントローラによって、または１つまたは複数のプロセッサによって実施される。例えば、周波数入力２０８は、プロセッサ２０５の一部である。例示すると、周波数入力２０８によって実施されるものとして本明細書で説明される機能は、プロセッサ２０５によって実施される。
いくつかの実施形態では、任意波形発生器２０９および周波数入力２０８によって実施されるものとして本明細書で説明される機能は、１つまたは複数のコントローラによって、または１つまたは複数のプロセッサによって実施される。
いくつかの実施形態では、変圧器２１６をゲートドライバ２１１の一部として使用する代わりに、ＦＥＴまたはＩＧＢＴまたはＭＥＳＦＥＴまたはＪＦＥＴなどのトランジスタを互いに結合してゲートドライバ２１１の一部を形成する。
様々な実施形態において、無整合プラズマ源２１５は、抵抗器２１４、またはコンデンサ２１２、またはコンデンサ２１２と抵抗器２１４の両方を含まない。
いくつかの実施形態では、無整合プラズマ源２１５は、図１のダイオードＤ１およびＤ２を含む。
図３は、本明細書で説明される、ハーフブリッジ回路の出力（図１の出力Ｏ１１または図２の出力Ｏ３１など）における正弦波電流波形の複素電流の略最大の大きさを決定する方法を例示するグラフ３００の一実施形態である。グラフ３００は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさを周波数ｆＲＦに対してプロットしている。プロセッサ２０５（図２）は、周波数分解能Δｆと、動作周波数ｆＲＦの所定の範囲とをメモリデバイス２０７（図２）内に格納する。所定の範囲の一例は、５０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲である。所定の範囲の別の例は、１００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの範囲である。所定の範囲は、メモリデバイス２０７に格納される。ハーフブリッジ回路の出力において、動作周波数ｆＲＦが開始値ｆnであり、電流の大きさが｜ｉ｜nである時に、またはそのような状態である所定の期間中に、プロセッサ２０５は、動作周波数ｆＲＦをｆnからｆn+1へ周波数増加方向３０２に向けてインクリメントし、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の対応する電流の大きさ｜ｉ｜n+1を見つける。ここで、ｆn+1＝ｆn＋Δｆである。同様に、ハーフブリッジ回路の出力において、動作周波数ｆＲＦが開始値ｆmであり、電流の大きさが｜ｉ｜mである時に、またはそのような状態である所定の期間中に、プロセッサ２０５は、動作周波数ｆＲＦをｆmからｆm+1へ周波数増加方向３０２に向けてインクリメントし、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の対応する電流の大きさ｜ｉ｜m+1を見つける。ここで、ｆm+1＝ｆm＋Δｆである。
プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜nと｜ｉ｜n+1、または大きさ｜ｉ｜m+1と｜ｉ｜mを比較する。ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさが周波数探索方向に増加している場合（例えば、｜ｉ｜nと｜ｉ｜n+1を比較する場合）、プロセッサ２０５は、信号発生器１１４の動作周波数ｆＲＦの次の値ｆn+1まで周波数増加方向３０２に進み続ける。また、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさが周波数探索方向に減少している場合（例えば、｜ｉ｜mと｜ｉ｜m+1を比較する場合）、プロセッサ２０５は、周波数探索方向を逆にして、値ｆmをｆm-1に減少させ、周波数増加方向３０２とは反対の周波数減少方向３０４に探索する。すなわち、グラフ３００によって表される｜ｉ｜−ｆ曲線が、ある動作周波数ｆＲＦの値で正の勾配を有する場合、プロセッサ２０５はその値を増加させる。一方、グラフ３００によって表される｜ｉ｜−ｆ曲線が、ある動作周波数ｆＲＦの値で負の勾配を有する場合、プロセッサ２０５はその値を減少させる。
動作周波数ｆＲＦが周波数増加方向３０２または周波数減少方向３０４から動作周波数ｆＲＦの値ｆcに達すると、ここでは、動作周波数ｆＲＦの値ｆc+1における｜ｉ｜−ｆ曲線の勾配が負であり、値ｆc-1における｜ｉ｜−ｆ曲線の勾配が正である。この時点で、プロセッサ２０５は探索プロセスを完了し、周波数ｆＲＦは、プロセッサ２０５によって、略最大の大きさ（電流の最大の大きさ｜ｉ｜maxなど）を達成する値に同調される。
いくつかの実施形態では、値ｆcの精度および同調速度を高めるため、周波数分解能Δｆはプロセッサ２０５によって調整可能である。周波数分解能Δｆは、周波数探索方向が値ｆcに近づくほど（例えば、値ｆcから事前設定された範囲内にあるときに）小さくなる。周波数分解能Δｆは、周波数探索方向が値ｆcから遠いほど大きくなる。
周波数探索方向は、周波数増加方向３０２または周波数減少方向３０４のいずれかであることに留意されたい。
図４は、図３を参照して例示された方法を詳細に説明する方法４００のフローチャートについての一実施形態である。以下、このフローチャートについて一般的に説明する。周波数分解能をΔｆと仮定する。
動作４０１において、電流の大きさ｜ｉ｜nまたは｜ｉ｜mと対応する開始周波数は、ｆnまたはｆmである。動作４０２において、信号発生器１１４の動作周波数は、対応する電流の大きさ｜ｉ｜n+1または｜ｉ｜m+1を見つけるため、ｆn+1またはｆm+1へ周波数増加方向に向けてインクリメントされる。ここで、ｆn+1＝ｆn＋Δｆまたはｆm+1＝ｆm＋Δｆである。
動作４０４において、大きさ｜ｉ｜nを｜ｉ｜n+1と比較するか、または大きさ｜ｉ｜mを｜ｉ｜m+1と比較する。電流の大きさが周波数探索方向に増加している場合（例えば、｜ｉ｜nと｜ｉ｜n+1を比較する場合）、動作周波数は、動作４０６において周波数探索方向にｆn+1まで増加する。しかし、電流の大きさが周波数探索方向に減少している場合（例えば、｜ｉ｜mと｜ｉ｜m+1の場合）、動作４１２において周波数探索方向が逆になり、動作４１４において周波数ｆmがｆm-1に減少する。すなわち、図３のグラフ３００によって表される｜ｉ｜−ｆ曲線が信号発生器１１３の現在の動作周波数で正の勾配を有する場合、動作周波数を増加させる。｜ｉ｜−ｆ曲線が信号発生器１１４の現在の動作周波数で負の勾配を有する場合、動作周波数を減少させる。
次に、動作４０８、４１６、４１０、および４１８を実施する。信号発生器１１４の動作周波数がｆcに達すると、ここでは、ｆc+1におけるグラフ３００の勾配が負であり、ｆc-1におけるグラフ３００の勾配が正である。この時点で、信号発生器１１３の動作周波数探索プロセスが完了し、動作周波数は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の略最大の大きさを達成する値に同調される。動作周波数がハーフブリッジ回路の出力における複素電流の略最大の大きさを達成する値に同調されると、動作４２０において動作周波数が最適化される。動作４２２に続いて、信号発生器１１３の動作周波数の同調の次のサイクルが行われる。例えば、方法４００が繰り返される。
いくつかの実施形態では、ｆcの精度および同調速度を高めるため、周波数分解能Δｆは調整可能である。周波数分解能Δｆは、信号発生器１１４の動作周波数がｆcに近づくほど、またはｆcの少し近くにあるときほど小さくなる。周波数分解能Δｆは、信号発生器１１４の動作周波数がｆcから遠いほど大きくなる。
次に、方法４００のフローチャートを詳細に説明する。動作４０１において、プロセッサ２０５は、信号発生器１１３を動作周波数ｆnまたはｆmで動作させる。例えば、プロセッサ２０５は、信号発生器１１３を値ｆnまたはｆmで動作させるため、制御信号を周波数入力２０８（図２）に送信する。周波数入力２０８は、制御信号を受信すると、値ｆnまたはｆmを信号発生器１１４に提供する。信号発生器１１４は、値ｆnまたはｆmを受信すると、周波数ｆnまたはｆmを有するパルス信号１０２を生成する。
動作４０２において、プロセッサ２０５は、信号発生器１１４の動作周波数を周波数探索方向に増加させる。例えば、プロセッサ２０５は、値ｆnを別の値ｆn+1（＝ｆn＋Δｆ）に変更するため、制御信号を周波数入力２０８（図２）に送信する。この例では、周波数分解能Δｆは増分であることに留意されたい。周波数入力２０８は、制御信号を受信すると、動作周波数ｆＲＦの値をｆnからｆn+1に変更し、値ｆn+1を信号発生器１１４に提供する。信号発生器１１４は、値ｆn+1を受信すると、周波数ｆn+1を有するパルス信号１０２を生成する。別の例として、プロセッサ２０５は、値ｆmを別の値ｆm+1（＝ｆm＋Δｆ）に変更するため、制御信号を周波数入力２０８（図２）に送信する。この例では、分解能Δｆは増分である。周波数入力２０８は、制御信号を受信すると、信号発生器１１４の動作周波数の値をｆmからｆm+1に変更し、値ｆm+1を信号発生器１１４に提供する。信号発生器１１４は、値ｆm+1を受信すると、周波数ｆm+1を有するパルス信号１０２を生成する。
プロセッサ２０５は、動作４０４において、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の電流の大きさが周波数探索方向に増加しているか減少しているかを決定する。すなわち、プロセッサ２０５は、動作４０４において、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさの間の勾配が正か負かを決定する。例えば、プロセッサ２０５は、グラフ３００の勾配が大きさ｜ｉ｜n+1と｜ｉ｜nの間で正であるかどうかを決定する。この勾配は、大きさ｜ｉ｜n+1と｜ｉ｜nの差と、値ｆn+1とｆnの差の比として、プロセッサ２０５により計算される。信号発生器１１４の動作周波数がｆnであるとき、電流プローブ１１０は、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさ｜ｉ｜nを測定し、その大きさ｜ｉ｜nをプロセッサ２０５に送信する。電流プローブ１１０は、動作周波数ｆＲＦの値がｆn+1であるハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさ｜ｉ｜n+1を測定し、その大きさ｜ｉ｜n+1をプロセッサ２０５に送信する。別の例として、プロセッサ２０５は、グラフ３００の勾配が大きさ｜ｉ｜m+1と｜ｉ｜mの間で正であるかどうかを決定する。この勾配は、大きさ｜ｉ｜m+1と｜ｉ｜mの差と、値ｆm+1とｆmの差の比として、プロセッサ２０５により計算される。周波数ｆＲＦがｆmであるとき、電流プローブ１１０は、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさ｜ｉ｜mを測定し、その大きさ｜ｉ｜mをプロセッサ２０５に送信する。電流プローブ１１０は、動作周波数ｆＲＦの値がｆm+1であるハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさ｜ｉ｜m+1を測定し、その大きさ｜ｉ｜m+1をプロセッサ２０５に送信する。さらに別の例として、プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜n+1が大きさ｜ｉ｜nよりも大きいかどうかを決定するか、または大きさ｜ｉ｜m+1が大きさ｜ｉ｜mよりも大きいかどうかを決定する。大きさ｜ｉ｜n+1が大きさ｜ｉ｜nよりも大きい、または大きさ｜ｉ｜m+1が大きさ｜ｉ｜mよりも大きいと決定すると、プロセッサ２０５は、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の電流の大きさが周波数探索方向に増加していると決定する。
ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の電流の大きさが周波数探索方向に増加していると決定すると、プロセッサ２０５は、動作４０６において、信号発生器１１４の動作周波数を周波数探索方向に増加し続ける。すなわち、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさの勾配が正であると決定すると、プロセッサ２０５は、動作４０６において、信号発生器１１４の動作周波数を勾配が正である周波数探索方向に増加し続ける。
このようにして、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の電流の大きさが動作４０８において周波数探索方向に減少し始めるまで、プロセッサ２０５は、動作４０６において、信号発生器１１４の動作周波数をインクリメントし続ける。すなわち、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさの勾配が動作４０８において負になるまで、プロセッサ２０５は、動作４０６において信号発生器１１４の動作周波数をインクリメントし続ける。例えば、プロセッサ２０５は、周波数をｆn+1からｆc-1に増加させ続け、さらに動作周波数ｆＲＦをｆc-1からｆcにインクリメントし、そしてさらに動作周波数ｆＲＦをｆcからｆc+1にインクリメントする。値ｆc-1とｆcの差はΔｆに等しく、値ｆc+1とｆcの差はΔｆに等しいことに留意されたい。この例において、プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜cが大きさ｜ｉ｜c-1よりも大きいこと、および大きさ｜ｉ｜c+1が大きさ｜ｉ｜cよりも小さいことを決定して、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが動作周波数ｆＲＦの増加に伴って増加していないことを決定する。例を続けると、値ｆc-1に対して、電流プローブ１１０によって測定されるハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさは｜ｉ｜c-1である。そして、値ｆcに対して、電流プローブ１１０によって測定されるハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさは｜ｉ｜cである。また、例を続けると、動作周波数ｆＲＦの値ｆc+1に対して、電流プローブ１１０によって測定されるハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさは｜ｉ｜c+1である。
別の例として、プロセッサ２０５は、ハーフブリッジ回路の出力におけるグラフ３００の勾配が負になるまで、動作周波数ｆＲＦをｆn+1からｆc-1に、ｆc-1からｆcに、そしてｆcからｆc+1にインクリメントし続ける。この例では、プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c-1に対するグラフ３００の勾配が正であり、かつ、大きさ｜ｉ｜c+1および｜ｉ｜cに対するグラフ３００の勾配が負であるかどうかを決定する。大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c-1に対する勾配は、大きさ｜ｉ｜cと｜ｉ｜c-1の差と、値ｆcとｆc-1の差の比として、プロセッサ２０５により計算される。大きさ｜ｉ｜c+1および｜ｉ｜cに対する勾配は、大きさ｜ｉ｜c+1と｜ｉ｜cの差と、値ｆc+1とｆcの差の比として、プロセッサ２０５により計算される。プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c-1に対するグラフ３００の勾配が、動作周波数ｆＲＦのｆc-1からｆcへのインクリメントを伴う正の勾配であること、かつ、大きさ｜ｉ｜c+1および｜ｉ｜cに対するグラフ３００の勾配が負であり、動作周波数ｆＲＦのｆcからｆc+1へのインクリメントを伴う負の勾配であることを決定して、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが信号発生器１１４の動作周波数の増加に伴って減少していることを決定する。
動作４０８において、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが信号発生器１１４の動作周波数の増加に伴って減少し始めたと決定すると、プロセッサ２０５は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流が略最大である値ｆcで信号発生器１１４を動作させるため、動作４１０において、周波数値ｆc+1をｆcにデクリメントする制御信号を周波数入力２０８に送信する。すなわち、動作４０８において、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の勾配が信号発生器１１４の動作周波数の増加に伴って負になったと決定すると、プロセッサ２０５は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流が略最大である値ｆcで信号発生器１１４を動作させるため、動作４１０において、周波数値ｆc+1をｆcにデクリメントする制御信号を周波数入力２０８に送信する。プロセッサ２０５から制御信号を受信すると、周波数入力２０８は信号発生器１１４に値ｆcを供給する。信号発生器１１４は、周波数入力２０８から値ｆcを受信すると、値ｆcを有するパルス信号１０２を生成する。
一方、動作４０４において、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の電流の大きさが周波数探索方向に減少していると決定すると、プロセッサ２０５は、動作４１２において、周波数探索方向を周波数探索方向と反対の方向に変更する。すなわち、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさの勾配が負であると決定すると、プロセッサ２０５は、動作４１２において、周波数探索方向を反対方向に変更し、信号発生器１１４の動作周波数を減少させる。例えば、プロセッサ２０５は、値ｆmを別の値ｆm-1（＝ｆm−Δｆ）に変更するため、動作４１２において、制御信号を周波数入力２０８（図２）に送信する。この例では、分解能Δｆは減分である。周波数入力２０８は、制御信号を受信すると、信号発生器１１４の動作周波数の値をｆmからｆm-1に変更し、値ｆm-1を信号発生器１１４に提供する。信号発生器１１４は、値ｆm-1を受信すると、周波数ｆm-1を有するパルス信号１０２を生成する。
ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが動作周波数の減少に伴って減少することが別の動作４１６において決定されるまで、プロセッサ２０５は、動作４１４において、信号発生器１１４の動作周波数を減少させ続ける。すなわち、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさの勾配が正になることが動作４１６において決定されるまで、プロセッサ２０５は、動作４１４において動作周波数を減少させ続ける。例えば、プロセッサ２０５は、信号発生器１１４の動作周波数をｆm-1からｆc+1にデクリメントし続け、さらに動作周波数ｆＲＦをｆc+1からｆcにデクリメントし、そしてさらに動作周波数ｆＲＦをｆcからｆc-1にデクリメントする。この例において、プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜cが大きさ｜ｉ｜c+1よりも大きいこと、および大きさ｜ｉ｜c-1が大きさ｜ｉ｜cよりも小さいことを決定して、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが信号発生器１１４の動作周波数の減少に伴って減少することを決定する。別の例として、プロセッサ２０５は、ハーフブリッジ回路の出力におけるグラフ３００の勾配が正になるまで、動作周波数ｆＲＦをｆm-1からｆc+1に減少させ続け、さらに動作周波数ｆＲＦをｆc+1からｆcにデクリメントし、そしてさらに動作周波数ｆＲＦをｆcからｆc-1にデクリメントする。この例では、プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜c+1および｜ｉ｜cに対するグラフ３００の勾配が負であり、かつ、大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c-1に対するグラフ３００の勾配が正であると決定する。
ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが信号発生器１１３の動作周波数の減少に伴って減少していると決定すると、プロセッサ２０５は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流が略最大である値ｆcで信号発生器１１４を動作させるため、動作４１８において、周波数値ｆc-1をｆcにインクリメントする制御信号を周波数入力２０８に送信する。すなわち、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさの勾配が正になったと決定すると、プロセッサ２０５は、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流が略最大である値ｆcで信号発生器１１４を動作させるため、動作４１８において、周波数値ｆc-1をｆcにインクリメントする制御信号を周波数入力２０８に送信する。動作４２０によって表されるように、動作周波数の値がｆcであるとき、動作周波数が最適化される。
いくつかの実施形態では、本明細書で使用されるハーフブリッジ回路の出力は、出力Ｏ１１（図１）であるか、または出力Ｏ１１とリアクタンス回路１３０の間の任意の点である。例示すると、ハーフブリッジ回路の出力は、出力Ｏ１１をリアクタンス回路１３０の入力に結合する接続１１３上の点である。
様々な実施形態において、本明細書で使用されるハーフブリッジ回路の出力は、出力Ｏ３１（図２）であるか、または出力Ｏ３１とリアクタンス回路１３０の間の任意の点である。例示すると、ハーフブリッジ回路の出力は、出力Ｏ３１をリアクタンス回路１３０の入力に結合する接続１１３上の点である。
いくつかの実施形態では、プロセッサは、周波数探索方向が値ｆcに近づくにつれ（例えば、値ｆcから事前設定された範囲内にあるときに）周波数分解能Δｆを増加させる。例えば、プロセッサ２０５は、値ｆnと値ｆn-1の差または値ｆn+1と値ｆnの差と比較して、値ｆcと値ｆc-1の差を小さくする。別の例として、プロセッサ２０５は、値ｆnと値ｆn-1の差または値ｆn+1と値ｆnの差と比較して、値ｆc+1と値ｆcの差を小さくする。別の例として、プロセッサ２０５は、値ｆm-1と値ｆmの差または値ｆm+1と値ｆmの差と比較して、値ｆcと値ｆc-1の差を小さくする。別の例として、プロセッサ２０５は、値ｆm-1と値ｆmの差または値ｆm+1と値ｆmの差と比較して値ｆc+1と値ｆcの差を小さくする。
これらの実施形態では、周波数探索方向が値ｆcに近づいていることを決定するために、プロセッサ２０５は、グラフ３００の勾配がゼロから事前定義された範囲内にあるかどうかを決定する。例えば、動作周波数ｆＲＦが値ｆc-1にあるとき、プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c-1に対する勾配がゼロから事前定義された範囲内にあると決定する。大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c-1に対する勾配がゼロから事前定義された範囲内にあると決定すると、プロセッサ２０５は、値ｆcと値ｆc-1の差Δｆを、値ｆn+1と値ｆnまたは値ｆm-1と値ｆmの差Δｆと比較して小さくする。別の例として、動作周波数ｆＲＦが値ｆc+1にあるとき、プロセッサ２０５は、大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c+1に対する勾配がゼロから事前定義された範囲内にあると計算する。大きさ｜ｉ｜cおよび｜ｉ｜c+1に対する勾配がゼロから事前定義された範囲内にあると決定すると、プロセッサ２０５は、値ｆcと値ｆc+1の差Δｆを、値ｆm-1と値ｆmまたは値ｆm+1と値ｆmの差Δｆと比較して小さくする。
いくつかの実施形態では、プロセッサ２０５は、メモリデバイス２０７内に、動作周波数ｆＲＦのすべての値およびハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流のすべての大きさを格納する。プロセッサ２０５は、メモリデバイス２０７からの動作周波数ｆＲＦの値にアクセスし、動作周波数ｆＲＦで動作するように信号発生器１１４を制御する。
いくつかの実施形態では、略最大の大きさの一例は、値ｆn-1、ｆn、ｆn+1、ｆc-1、ｆc、ｆc+1、ｆm-1、ｆm、およびｆm+1のように動作周波数値に対して測定された複素電流のすべての大きさの中で最大の大きさ｜ｉ｜maxである複素電流の大きさであることに留意されたい。略最大の大きさの別の例は、最大の大きさではないが、最大の大きさ｜ｉ｜maxから事前定義された範囲内にある複素電流の大きさである。事前定義された範囲は、メモリデバイス２０７に格納され、プロセッサ２０５によってアクセスされる。例示すると、略最大の大きさは、グラフ３００の勾配がゼロである最大の大きさ｜ｉ｜maxから事前定義された範囲内にある複素電流の大きさである。様々な実施形態において、事前定義された範囲は、大きさ｜ｉ｜c+1と｜ｉ｜cの差または大きさ｜ｉ｜cと｜ｉ｜c-1の差よりも小さい。
図５Ａは、ハーフブリッジ回路の出力における電圧波形５０２がハーフブリッジ回路の出力における電流信号の基本波形５０４と同相であり、電極１２２（図１）に供給される電力を最大化することを例示するグラフ５００の一実施形態である。グラフ５００は、電圧波形５０２および基本波形５０４を時間ｔに対してプロットしている。電圧波形５０２は、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の電圧値を表す。さらに、基本波形５０４は、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさを表す。電圧波形５０２が基本波形５０４と同相であるとき、略最大量の電力が電極１２２に供給されていることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、ＶＩプローブがハーフブリッジ回路の出力に結合され、電圧波形５０２の電圧値およびハーフブリッジ回路の出力における電流信号の値を測定する。ＶＩプローブは、電圧波形５０２と基本波形５０４の位相差を測定し、その位相差をプロセッサ（図示せず）に送信する。プロセッサ（図示せず）は、電圧波形５０２が基本波形５０４と同相であるかどうかを決定する。例えば、プロセッサ（図示せず）は、位相差が実質的にゼロ（例えば、ゼロ）であるか、またはゼロから事前設定された範囲内にあるかどうかを決定する。プロセッサ（図示せず）は、位相差が実質的にゼロになるまで動作周波数ｆＲＦを変更する。図１のシステム１００および図２のシステム２００では、そのようなＶＩプローブは使用されない。例えば、ＶＩプローブは、ハーフブリッジ回路の出力に、または出力とリアクタンス回路１３０との間に結合されていない。むしろ、電流プローブ１１０が、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさを測定するために使用されている。
図５Ｂは、位相差が実質的にゼロであるかどうかの決定が困難であることを例示するグラフ５２０の一実施形態である。グラフ５２０は、ハーフブリッジ回路の出力における電圧信号５２２および基本波形５０４を時間ｔに対してプロットしている。図５Ｂに例示されるように、電圧信号５２２は完全な方形ではない。むしろ、電圧信号５２２は、ある状態から別の状態への電圧信号５２２の各遷移中、リップルなどの振動を有する。電圧信号５２２の振動は、電圧信号５２２の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの直後に発生する。したがって、位相差が実質的にゼロである動作周波数ｆＲＦをプロセッサ（図示せず）が決定することは困難である。このような振動のため、位相差を実質的にゼロにすることが達成すべき移動目標となる。また、振動のピークの大きさまたは振動数は、プラズマチャンバの状態の変化に伴って変化する（例えば、増減する）。プラズマチャンバの状態の例には、プラズマチャンバの上部電極と下部電極との間のギャップ、プラズマチャンバ内の圧力、プラズマチャンバ内の温度、プラズマチャンバ内で使用されるプロセス材料のタイプ、またはそれらの２つ以上の組み合わせが挙げられる。プラズマチャンバの状態が変化するたびに、動作周波数ｆＲＦなどの設定値は、位相差を実質的にゼロとするよう手動で調整される。手動調整には、誤差が存在する。振動の変化により、位相差をゼロにすることがより困難になる。これに対し、プロセッサ２０５（図２）は、ハーフブリッジ回路の出力における正弦波電流波形の複素電流の大きさが略最大になる動作周波数ｆＲＦの値を決定する。位相差を実質的にゼロにするように動作周波数ｆＲＦを同調する代わりに、動作周波数ｆＲＦは、ハーフブリッジ回路の出力において複素電流の略最大の大きさを達成するように同調される。電圧源Ｖｄｃの電圧について略最大の大きさが達成されると、信号発生器１１４（図１）の動作周波数ｆＲＦが同調される。
いくつかの実施形態では、略最大の大きさが達成される動作周波数ｆＲＦは、プラズマチャンバ２１７（図１）の状態の変化に関係なく同じである。例えば、プラズマチャンバ２１７内の圧力が第１のレベルから別のレベルに変化すると、略最大の大きさが達成される動作周波数ＲＦはｆcである。別の例として、プラズマチャンバ２１７（図２）内の温度が第１のレベルから別のレベルに変化すると、略最大の大きさが達成される動作周波数ＲＦはｆcである。したがって、プラズマチャンバ２１７の状態に変化があるとき、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさを測定する必要はない。さらに、プラズマチャンバ２１７の状態に変化があるとき、ハーフブリッジ回路の出力における複素電流の大きさが略最大であるかどうかを決定する必要はない。
いくつかの実施形態において、「〜よりも大きくない」という用語は、本明細書では「〜以下である」と呼ばれることもあり、これらの用語は本明細書では互換的に使用されることに留意されたい。
本明細書で説明される実施形態は、ハンドヘルドハードウェアユニット、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサを使用した家電またはプログラム可能な家電、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含む様々なコンピュータシステム構成で実施され得る。本明細書で説明される実施形態はまた、コンピュータネットワークを介してリンクされるリモート処理ハードウェアユニットによってタスクが実施される分散型コンピューティング環境で実施することもできる。
いくつかの実施形態では、コントローラ（例えば、ホストシステム）はシステムの一部であり、そのようなシステムは上述した例の一部であってもよい。システムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含む。システムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化される。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれ、システムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされる。そのようなプロセスとしては、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、ＲＦ発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ツールに対するウエハの搬入と搬出、ならびに、システムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックに対するウエハの搬入と搬出が含まれる。
広義には、多様な実施形態において、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、論理、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義される。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣとして定義されたチップ、ＰＬＤ、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含む。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに通信される命令であって、プロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に実行するための動作パラメータを定義する。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部である。
コントローラは、いくつかの実施形態では、システムと統合または結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であるか、またはそのようなコンピュータに結合されるか、またはそれらの組み合わせである。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあるか、ファブホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部であり、これによりウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コントローラは、システムへのリモートアクセスを可能にして製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始する。
いくつかの実施形態では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、コンピュータネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供する。そのようなコンピュータネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含む。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含み、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは、ウエハを処理するための設定の形式で命令を受信する。設定は、ウエハに対して実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラが連動または制御するツールのタイプに特有のものであることを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書で説明されるプロセスの履行など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを含むことによって分散される。このような目的のための分散型コントローラの一例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられる。
限定はしないが、様々な実施形態において、システムは、プラズマエッチングチャンバ、堆積チャンバ、スピンリンスチャンバ、金属めっきチャンバ、洗浄チャンバ、ベベルエッジエッチングチャンバ、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバ、イオン注入チャンバ、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか使用される任意の他の半導体処理チャンバを含む。
さらに、上述の動作は、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）リアクタを参照して説明されているが、いくつかの実施形態では、上述の動作は、他のタイプのプラズマチャンバ、例えば、導体ツールなどに適用されることに留意されたい。
上述のように、ツールによって実施されるプロセス動作に応じて、コントローラは、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信する。
上記の実施形態を念頭に置いて、実施形態のいくつかは、コンピュータシステムに格納されたデータを伴う様々なコンピュータ実装動作を用いることを理解されたい。これらのコンピュータ実装動作は、物理量を操作する動作である。
実施形態のいくつかはまた、これらの動作を実施するためのハードウェアユニットまたは装置に関する。装置は、専用コンピュータ用に特別に構築されている。専用コンピュータとして定義されるとき、コンピュータは、その専用の目的のために動作可能でありつつ、専用の目的の一部ではない他の処理、プログラム実行、またはルーチンを実施する。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される動作は、選択的にアクティブ化されるコンピュータによって実施されるか、コンピュータメモリに格納された１つまたは複数のコンピュータプログラムによって構成されるか、またはコンピュータネットワークを介して取得される。コンピュータネットワークを介してデータが取得される場合、そのデータは、コンピュータネットワーク上の他のコンピュータ（例えば、計算資源のクラウド）によって処理されてもよい。
本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態は、非一時的コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして製作することもできる。非一時的コンピュータ可読媒体は、データを格納する任意のデータストレージハードウェアユニット（例えば、メモリデバイスなど）であり、データはその後コンピュータシステムによって読み取られる。非一時的コンピュータ可読媒体の例は、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、ＣＤレコーダブル（ＣＤ−Ｒ）、ＣＤリライタブル（ＣＤ−ＲＷ）、磁気テープ、ならびに他の光学および非光学データストレージハードウェアユニットを含む。いくつかの実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードが分散方式で格納および実行されるように、ネットワーク結合コンピュータシステム上に分散されたコンピュータ可読有形媒体を含む。
上記のいくつかの方法動作は特定の順序で提示されたが、様々な実施形態において、各方法動作間に他のハウスキーピング動作が実施されるか、または各方法動作がわずかに異なる時間に発生するように調整されるか、または各方法動作を様々な間隔で発生可能にするシステムに分散されるか、または上述の順序とは異なる順序で実施されることを理解されたい。
さらに、一実施形態では、本開示で説明される様々な実施形態で説明される範囲から逸脱することなく、上述の任意の実施形態の１つまたは複数の特徴が他の任意の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わされることに留意されたい。
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳しく説明されているが、一定の変更および修正を添付の特許請求の範囲の範囲内で実施できることは明らかであろう。したがって、本実施形態は、限定ではなく例示と見なされるべきであり、実施形態は本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲および均等物内で修正することができる。

Claims (21)

  1. 信号発生器を含む無整合プラズマ源の電力出力を最適化するための方法であって、
    前記信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように、前記信号発生器を制御することと、
    前記正弦波電流波形の電流の大きさを測定することと、
    前記電流の大きさを測定し続けている間に前記動作周波数を調整することと、
    前記調整中に、略最大の大きさの電流を生成する目標周波数を識別することと
    を含む、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記目標周波数は、前記信号発生器の動作のためのものである、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、
    前記動作周波数を調整することは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の増分量だけインクリメントすることを含む、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、
    前記動作周波数を調整することは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の減分量だけデクリメントすることを含む、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    前記電流の大きさが増幅回路の出力において測定され、前記増幅回路がゲートドライバ回路に結合され、前記ゲートドライバ回路が前記信号発生器に結合される、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、
    前記電流の大きさを前記測定することは、電圧／電流センサまたは電圧センサによって実施されない、方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、
    前記略最大の大きさは、前記動作周波数が調整される電流のすべての値の中の最大値である、方法。
  8. 無整合プラズマ源の電力出力を最適化するためのシステムであって、
    信号発生器と、
    前記信号発生器に結合されたゲートドライバ回路と、
    前記ゲートドライバ回路に結合された増幅回路と、
    前記信号発生器に結合されたコントローラであって、前記信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように前記信号発生器を制御するよう構成されるコントローラと、
    前記増幅回路の出力に結合された電流プローブであって、前記電流プローブは、前記正弦波電流波形の電流の大きさを測定するように構成される電流プローブと
    を備え、
    前記コントローラは、前記電流の大きさの測定中に前記動作周波数を調整するように構成され、
    前記コントローラは、前記動作周波数の前記調整中に、略最大の大きさの電流を生成する目標周波数を識別するように構成される、
    システム。
  9. 請求項８に記載のシステムであって、
    前記目標周波数は、前記信号発生器の動作のためのものである、システム。
  10. 請求項８に記載のシステムであって、
    前記コントローラは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の増分量だけインクリメントすることによって前記動作周波数を調整するように構成される、システム。
  11. 請求項８に記載のシステムであって、
    前記コントローラは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の減分量だけデクリメントすることによって前記動作周波数を調整するように構成される、システム。
  12. 請求項８に記載のシステムであって、
    前記電流の大きさが前記増幅回路の前記出力において測定される、システム。
  13. 請求項８に記載のシステムであって、
    前記電流の大きさは電圧／電流センサまたは電圧センサによって測定されない、システム。
  14. 請求項８に記載のシステムであって、
    前記略最大の大きさは、前記動作周波数が調整される電流のすべての値の中の最大値である、システム。
  15. 信号発生器を含む無整合プラズマ源の電力出力を最適化するためのコントローラであって、
    前記コントローラは、プロセッサと、前記プロセッサに結合されたメモリデバイスとを備えており、
    前記プロセッサは、前記信号発生器が動作周波数で動作し、正弦波電流波形を発生させるために使用されるパルス信号を生成するように前記信号発生器を制御するよう構成され、
    前記プロセッサは、前記正弦波電流波形の電流の大きさを受信するように構成され、
    前記プロセッサは、前記電流の大きさの測定中に前記動作周波数を調整するように構成され、
    前記プロセッサは、前記動作周波数の前記調整中に、略最大の大きさの電流を生成する目標周波数を識別するように構成されており、
    前記メモリデバイスは、前記目標周波数を格納するように構成されている、コントローラ。
  16. 請求項１５に記載のコントローラであって、
    前記目標周波数は、前記信号発生器の動作のためのものである、コントローラ。
  17. 請求項１５に記載のコントローラであって、
    前記動作周波数を調整するために、前記プロセッサは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の増分量だけインクリメントするように構成される、コントローラ。
  18. 請求項１５に記載のコントローラであって、
    前記動作周波数を調整するために、前記プロセッサは、前記電流の大きさが減少し始めるまで、前記動作周波数を所定の減分量だけデクリメントするように構成される、コントローラ。
  19. 請求項１５に記載のコントローラであって、
    前記電流の大きさは増幅回路の出力において測定される、コントローラ。
  20. 請求項１５に記載のコントローラであって、
    前記電流は、電流プローブによって測定され、電圧／電流センサまたは電圧センサによって測定されない、コントローラ。
  21. 請求項１５に記載のコントローラであって、
    前記略最大値は、前記動作周波数が調整される電流のすべての値の中の最大値である、コントローラ。
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