JP2021527379A - 基板処理システムのための直接駆動ｒｆ回路 - Google Patents

基板処理システムのための直接駆動ｒｆ回路 Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】基板処理システムの構成要素にＲＦ電力を提供するための直接駆動回路が、第１周波数のクロック信号を生成するためのクロック発生器と、クロック信号を受信するためのゲートドライバと、ハーフブリッジ回路と、を備える。ハーフブリッジ回路は：ゲートドライバに接続された制御端子、第１端子、および、第２端子を備えた第１スイッチと；ゲートドライバに接続された制御端子、第１スイッチの第２端子と出力ノードとに接続された第１端子、および、第２端子を備えた第２スイッチと；第１スイッチの第１端子に第１電位を供給するための第１ＤＣ電源と；第２スイッチの第２端子に第２電位を供給するための第２ＤＣ電源と、を備える。第１電位および第２電位は、反対の極性を有し、ほぼ等しい大きさである。
【選択図】図４、図５

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１８年６月１３日出願の米国特許出願第１６／００７，４８１号に基づく優先権を主張する。上記の出願の開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
本開示は、基板処理システムに関し、特に、基板処理システム内でＲＦプラズマ電力またはＲＦバイアスを供給するための駆動回路に関する。
本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。
半導体ウエハなどの基板上の薄膜をエッチングするために、通例は、基板処理システムが用いられる。エッチングは、通常、ウェット化学エッチングまたはドライエッチングのいずれかを含む。ドライエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって生成されたプラズマを用いて実行されうる。誘導結合プラズマは、処理チャンバの外側に誘電体窓と隣接して配置されたコイルによって生成されうる。プラズマを生成するために、処理チャンバの内部に流れる処理ガスに点火される。いくつかの応用例において、ＲＦプラズマ電力が、処理チャンバの外側に配置された１または複数の誘導コイルに出力される。ＲＦバイアス電力も、基板支持体内の電極に供給されうる。
ＲＦプラズマ電力またはＲＦプラズマ電力またはバイアス電力の周波数は、さらなる処理制御を提供するために変更されうる。さらに、ＲＦプラズマ電力またはＲＦバイアス電力の大きさまたはレベルは、さらなる処理制御を提供するために処理中に変更されうる。ＲＦプラズマ電力またはレベルならびに／もしくはＲＦバイアス電力またはレベルにおける変化は、駆動回路から見たインピーダンスの変化を引き起こしうる。負荷と駆動回路との間にインピーダンス不整合が生じると、電力が反射されるため、非効率的である。
基板処理システムの構成要素にＲＦ電力を提供するための直接駆動回路が、第１周波数のクロック信号を生成するためのクロック発生器と、クロック信号を受信するためのゲートドライバと、ハーフブリッジ回路と、を備える。ハーフブリッジ回路は：ゲートドライバに接続された制御端子、第１端子、および、第２端子を備えた第１スイッチと；ゲートドライバに接続された制御端子、第１スイッチの第２端子と出力ノードとに接続された第１端子、および、第２端子を備えた第２スイッチと；第１スイッチの第１端子に第１電位を供給するための第１ＤＣ電源と；第２スイッチの第２端子に第２電位を供給するための第２ＤＣ電源と、を備える。第１電位および第２電位は、反対の極性を有し、ほぼ等しい大きさである。
別の特徴において、電流センサが、出力ノードでの電流を検知して、電流信号を生成する。電圧センサが、出力ノードでの電圧を検知して、電圧信号を生成する。コントローラが、電圧信号と電流信号との間の位相オフセットを計算するための位相オフセット計算器と、位相オフセットに基づいて第１周波数を調整するためのクロック調整器と、を備える。
別の特徴において、クロック調整器は、電流が電圧よりも先行した場合に第１周波数を上げ、電圧が電流よりも先行した場合に第１周波数を下げる。第１回路が、出力ノードを基板処理システムの構成要素に接続する。第１回路は、出力ノードに接続された第１キャパシタと、第１キャパシタと直列に接続された第１インダクタと、を備える。
別の特徴において、第１回路は、さらに、出力ノードに接続された第１端子を有する第２インダクタと、第２インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３インダクタと、第２インダクタと並列に接続された第２キャパシタと、第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３キャパシタと、を備える。
デュアル周波数駆動回路が、上記の直接駆動回路と、基板処理システムの構成要素に接続され、第１周波数とは異なる第２周波数で動作するさらなる駆動回路と、を備える。
別の特徴において、さらなる駆動回路は、直接駆動回路の第２回路を備える。
別の特徴において、さらなる駆動回路は、第２周波数のＲＦ信号を生成するＲＦ発生器を備える。さらなる駆動回路は、さらに、ＲＦ発生器のインピーダンスを構成要素に整合させるための整合回路を備えた出力回路を備える。出力回路は、ＲＦ発生器の出力に接続された第１インダクタと、第２インダクタと、出力に接続された第１端子および第２インダクタに接続された第２端子を有する第１可変キャパシタと、を備える。
別の特徴において、出力回路は、さらに、出力に接続された第１端子を有する第３インダクタと、第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第２可変キャパシタと、第２可変キャパシタの第２端子に接続された第１端子を有する第４インダクタと、第４インダクタの第２端子に接続された第１端子および構成要素に接続された第２端子を有する第１キャパシタと、を備える。
基板処理システムの構成要素にＲＦ電力を提供するための駆動回路が、基板処理システムの構成要素に接続された第１直接駆動回路であって、第１周波数の第１クロック信号を生成するための第１クロック発生器と、第１クロック信号を受信するための第１ゲートドライバと、を備えた第１直接駆動回路を備える。第１ハーフブリッジ回路が、第１ゲートドライバと第１出力ノードとの間に接続されている。第１ハーフブリッジ回路は、第１ＤＣ電源および第２ＤＣ電源によってバイアスされる。第１ＤＣ電源によって供給される第１電位および第２ＤＣ電源によって供給される第２電位は、反対の極性を有し、ほぼ等しい大きさである。第１遮断回路が、第１出力ノードを基板処理システムの構成要素に接続しており、第１周波数とは異なる第２周波数を遮断する。第２駆動回路が、基板処理システムの構成要素に接続されており、第２周波数で動作する。
別の特徴において、電流センサが、第１出力ノードでの電流を検知して、電流信号を生成する。電圧センサが、第１出力ノードでの電圧を検知して、電圧信号を生成する。コントローラが、電圧信号と電流信号との間の位相オフセットを計算するための位相オフセット計算器と、位相オフセットに基づいて第１周波数を調整するためのクロック調整器と、を備える。
別の特徴において、クロック調整器は、電流が電圧よりも先行した場合に第１周波数を上げ、電圧が電流よりも先行した場合に第１周波数を下げる。第１遮断回路は、第１出力ノードに接続された第１キャパシタと、第１キャパシタと直列に接続された第１インダクタと、を備える。
別の特徴において、第１遮断回路は、さらに、第１出力ノードに接続された第１端子を有する第２インダクタと、第２インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３インダクタと、第２インダクタと並列に接続された第２キャパシタと、第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３キャパシタと、を備える。
別の特徴において、第２駆動回路は、第２周波数のＲＦ信号を生成するためのＲＦ発生器を備える。第２駆動回路は、さらに、ＲＦ発生器のインピーダンスを構成要素に整合させるための調整可能な整合回路を備えた第１出力回路を備える。第１出力回路は、ＲＦ発生器に接続された第１インダクタと、第２インダクタと、ＲＦ発生器に接続された第１端子および第２インダクタに接続された第２端子を有する第１可変キャパシタと、を備える。
別の特徴において、第１出力回路は、さらに、ＲＦ発生器に接続された第１端子を有する第３インダクタと、第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第２可変キャパシタと、第２可変キャパシタの第２端子に接続された第１端子を有する第４インダクタと、第４インダクタの第２端子に接続された第１端子および構成要素に接続された第２端子を有する第１キャパシタと、を備える。
別の特徴において、第２駆動回路は、第２周波数の第２クロック信号を生成するための第２クロック発生器と、第２クロック信号を受信するための第２ゲートドライバと、第２ゲートドライバと第２出力ノードとの間に接続された第２ハーフブリッジ回路を備えた第２ハーフブリッジ回路であって、第２ハーフブリッジ回路は、第３ＤＣ電源および第４ＤＣ電源によってバイアスされ、第３ＤＣ電源によって供給される第１電位および第４ＤＣ電源によって供給される第２電位は、反対の極性を有し、ほぼ等しい大きさである、第２ハーフブリッジ回路と、第２出力ノードを基板処理システムの構成要素に接続すると共に、第１周波数を遮断するための第２遮断回路と、を備える。
詳細な説明、特許請求の範囲、および、図面から、本開示を適用可能なさらなる領域が明らかになる。詳細な説明および具体的な例は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定するものではない。
本開示は、詳細な説明および以下に説明する添付図面から、より十分に理解できる。
基板処理システムの一例を示す機能ブロック図。
駆動回路の一例を示す機能ブロック図。
図２の駆動回路について、時間の関数としてＤＣ電圧を示すグラフ。
本開示に従って、直接駆動回路の一例を示す機能ブロック図。
図４の駆動回路について、時間の関数としてＤＣ電圧を示すグラフ。
本開示に従って、ハイブリッドデュアル周波数駆動回路の一例を示す機能ブロック図。
本開示に従って、デュアル周波数駆動回路の一例を示す機能ブロック図。
本開示に従って、位相オフセットに基づいてクロック発生器の周波数を調整するための方法例を示すフローチャート。 本開示に従って、位相オフセットに基づいてクロック発生器の周波数を調整するための方法例を示すフローチャート。
図面において、同様および／または同一の要素を特定するために、同じ符号を用いる場合がある。
いくつかの応用例において、ＩＣＰコイルへ供給されるＲＦソース電力および／または基板支持体内の電極へのＲＦバイアスの周波数が、２以上の周波数の間および／または２以上のパルスレベルの間で切り替えられる。２以上の周波数および／または２以上のレベルでのＲＦパルシングが、同一出願人による米国特許第９，２３９３，３５２号「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｕｌｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｔｕｎｉｎｇ」で図示および説明されており、この特許は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
これらのシステムでは、ＲＦ発生器のインピーダンスが、負荷（誘導コイルおよびプラズマ、もしくは、電極およびプラズマ、など）に整合される。しかしながら、プラズマ条件が変化すると、パルスレベルが変化すると、および／または、様々なその他の要因により、負荷のインピーダンスは変化する。インピーダンス不整合が生じると、電力が、負荷によって反射されるため、非効率的である。可変キャパシタを用いた回路の同調は、周波数の変化および／またはレベルからレベルへの変化の間の切り替え期間に比べて、キャパシタの値を変化させるのに必要な時間があることによって困難である。
本開示に従ったシステムおよび方法は、直接駆動回路と、直接駆動回路およびデュアル周波数直接駆動回路を備えたデュアル周波数ハイブリッド回路と、に関する。本開示に従った直接駆動回路は、反対極性で、かつ、所望のＤＣの大きさの半分で動作する２つのＤＣ電源を用いて、ハーフブリッジ回路内のＤＣバイアスを除去する。本開示に従った直接駆動回路は、低インピーダンスでも動作し、これにより、上述した整合の問題を解決する。デュアル周波数ハイブリッド回路は、直接駆動回路を、より高い周波数かつより高いインピーダンス（５０オームなど）で動作する駆動回路と組み合わせる。デュアル周波数直接駆動回路は、２つの異なる周波数で動作する２つの直接駆動回路を組み合わせる。
ここで、図１を参照すると、本開示に従った基板処理システム１０の一例が示されている。基板処理システム１０は、コイル駆動回路１１を備える。パルス化回路１４が、ＲＦ電力をオンおよびオフにパルス化するため、もしくは、ＲＦ電力の大きさまたはレベルを変化させるために用いられてよい。同調回路１３は、１または複数の誘導コイル１６に直接接続されてよい。同調回路１３は、ＲＦ源１２の出力を所望の周波数および／または所望の位相に同調させ、コイル１６のインピーダンスを整合して、コイル１６の間で電力を分割する。いくつかの例において、コイル駆動回路１１は、ＲＦバイアスの制御に関連して後に詳述する駆動回路の１つに置き換えられる。
いくつかの例において、プレナム２０が、温風および／または冷風の流れで誘電体窓２４の温度を制御するために、コイル１６と誘電体窓２４との間に配置される。誘電体窓２４は、処理チャンバ２８の片側に沿って配置される。処理チャンバ２８は、さらに、基板支持体（すなわち、ペデスタル）３２を備える。基板支持体３２は、静電チャック（ＥＳＣ）、機械式チャック、または、その他のタイプのチャックを含みうる。処理ガスが、処理チャンバ２８に供給され、プラズマ４０が、処理チャンバ２８の内部で生成される。プラズマ４０は、基板３４の露出面をエッチングする。駆動回路５２（後に記載する回路の内の１つなど）が、動作中に基板支持体３２内の電極へＲＦバイアスを供給するために用いられてよい。
ガス供給システム５６が、処理チャンバ２８に処理ガス混合物を供給するために用いられてよい。ガス供給システム５６は、処理ガス／不活性ガス源５７と、ガス計量システム５８（バルブおよびマスフローコントローラなど）と、マニホルド５９とを備えてよい。ガス供給システム６０が、バルブ６１を介してガス６２をプレナム２０へ供給するために用いられてよい。ガスは、コイル１６および誘電体窓２４を冷却するために用いられる冷却ガス（空気）を含みうる。ヒータ／クーラ６４が、所定の温度まで基板支持体３２を加熱／冷却するために用いられてよい。排気システム６５が、バルブ６６およびポンプ６７を備え、パージまたは排出によって処理チャンバ２８から反応物質を除去する。
コントローラ５４が、エッチング処理を制御するために用いられてよい。コントローラ５４は、システムパラメータを監視し、ガス混合物の供給、プラズマの点火、維持、および、消火、反応物質の除去、冷却ガスの供給などを制御する。さらに、後に詳述するように、コントローラ５４は、コイル駆動回路１１および駆動回路５２の様々な側面を制御してよい。
ここで、図２を参照すると、ＲＦバイアス（またはＲＦプラズマ電力）を供給するための駆動回路５２の一例が示されている。駆動回路５２は、１または複数の選択されたＲＦ周波数で動作するクロック１２０を備える。クロック１２０によって出力されたクロック信号は、ゲート駆動回路１２２に入力される。いくつかの例において、ゲート駆動回路１２２は、クロック１２０に接続されたそれぞれの入力を有する増幅器１４４および反転増幅器１４６を備える。
ゲート駆動回路１２２の出力は、ハーフブリッジ回路１３８に入力される。いくつかの例において、ハーフブリッジ回路１３８は、第１スイッチ１４０および第２スイッチ１４２を備える。いくつかの例において、第１スイッチ１４０および第２スイッチ１４２は、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を備える。第１スイッチ１４０および第２スイッチ１４２は各々、制御端子と、第１および第２端子とを備える。ゲート駆動回路１２２の増幅器１４４の出力は、第１スイッチ１４０の制御端子に入力される。ゲート駆動回路１２２の反転増幅器１４６の出力は、第２スイッチ１４２の制御端子に入力される。
出力ノード１３０が、第１スイッチ１４０の第２端子と、第２スイッチ１４２の第１端子とに接続されている。第１スイッチ１４０の第１端子は、ＤＣ電源１２６に接続されている。第２スイッチ１４２の第２端子は、基準電位（接地など）に接続されている。
出力ノード１３０は、インダクタ１３２によってカソード１３４へ接続されている。いくつかの例において、抵抗Ｒｐと直列のキャパシタンスＣｐが、駆動回路５２から見たインピーダンスをモデル化するために用いられてよい（例えば、プラズマキャパシタンスおよび抵抗、基板支持体内の電極（または別の構成要素）のキャパシタンスおよび抵抗、ならびに／もしくは、その他の漂遊または寄生キャパシタンスおよび抵抗）。
図２の駆動回路は、ＥＳＣのベースプレート上に望ましくないＤＣ電圧／成分を生み出しうる単一のＤＣ電源１２６を用いる。このＤＣ成分は、独立制御されると期待されるベースプレート上のＥＳＣ ＤＣバイアスに影響を与えることによって、ウエハチャッキング／デチャッキング性能を低下させうる。
ここで、図３を参照すると、図２のハーフブリッジ回路１３８の出力１３０での電圧波形のフーリエ変換が、以下の式で表されうる：
Figure 2021527379
 ここで、Ｔ＝１／ｆＲＦであり、ｆＲＦはＲＦ周波数である。式の右辺の高調波が、ローパスフィルタを用いてフィルタリングされると、ｆＲＦの基本周波数およびＶＤＣ／２のＤＣ成分が残る。
ここで、図４を参照すると、ベースプレート上の望ましくないＤＣ電圧を解消するために、本開示に従った駆動回路５２は、デュアルＤＣ電源を利用する。駆動回路５２は、＋ＶＤＣ／２で動作する第１ＤＣ電源４１０と、−ＶＤＣ／２で動作する第２ＤＣ電源４２０と、を備える。同じ出力ＲＦ電力を達成するために、第１および第２ＤＣ電源４１０、４２０は両方とも、図２の単一のＤＣ電源の半分の電圧で動作する。いくつかの例において、第１ＤＣ電源４１０および第２ＤＣ電源４２０は、ほぼ同じ大きさかつ反対極性で動作する。本明細書で用いられているように、「ほぼ同じ」とは、第１ＤＣ電源４１０および第２ＤＣ電源４２０によって出力されるＤＣ電圧の大きさの間の差が、１０％、５％、または、１％未満であることである。第１ＤＣ電源４１０は、第１スイッチ１４０の第１端子に接続されている。第２ＤＣ電源４２０は、第２スイッチ１４２の第２端子に接続されている。
ここで、図５を参照すると、図４の駆動回路５２によって出力される電圧波形は、以下のフーリエ変換によりＤＣ成分を持たない：
Figure 2021527379
 ここで、Ｔ＝１／ｆＲＦであり、ｆＲＦはＲＦ周波数である。したがって、図２の回路のようなＤＣ成分がなく、それに関連する問題が解消される。
ここで、図６を参照すると、駆動回路５２は、第１周波数で動作する直接駆動回路６５０と、より高いインピーダンス、かつ、第１周波数とは異なる第２周波数で動作する駆動回路６５２と、を備える。駆動回路５２は、以前の設計よりも比較的低コストでデュアル周波数ＲＦバイアスを提供する。いくつかの例において、直接駆動回路６５０は、１ＭＨｚで動作し、駆動回路６５２は、１３．５６ＭＨｚ（５０オーム）で動作するが、その他の周波数が利用されてもよい。
直接駆動回路６５０は、上述のように、クロック１２０、ゲート駆動回路１２２、ハーフブリッジ回路１３８、第１ＤＣ電源４１０、および、第２ＤＣ電源４２０を備える。出力ノード１３０は、キャパシタＣ７の第１端子と直列に接続された第１および第２インダクタＬ６およびＬ８によって接続されている。キャパシタＣ７の第２端子は、カソード１３４に接続されている。キャパシタＣ４が、インダクタＬ５と直列に出力ノード１３０に接続されている。キャパシタＣ５が、インダクタＬ６と並列に接続されている。
いくつかの例において、キャパシタＣ４およびインダクタＬ５のキャパシタンスおよびインダクタンスの値は、第２周波数で共振するように選択される。いくつかの例において、キャパシタＣ５およびインダクタＬ６のキャパシタンスおよびインダクタンスの値は、駆動回路６５２の第２周波数で共振するように選択される。第２周波数を遮断またはフィルタアウトするため、および／または、出力ノード１３０の向こう側の回路を保護するために、共振回路Ｃ４／Ｌ５および／またはＣ５／Ｌ６の一方または両方を利用できる。いくつかの例において、共振回路Ｃ４／Ｌ５および／またはＣ５／Ｌ６の一方または両方が省略される。インダクタンスＬ６およびＬ８と、キャパシタＣｐとの組み合わせが、駆動回路６５０の第１周波数で共振する共振回路を形成する。
第２周波数のＲＦバイアスを供給するために、駆動回路６５２は、インダクタＬ１の１つの端子に接続されたＲＦ発生器６２０を備える。インダクタＬ１の第２端子は、接地などの基準電位に接続されている。インダクタＬ１の第１端子は、共振回路６２４と、インダクタＬ３の第１端子と、に接続されている。共振回路６２４は、インダクタＬ２と直列に接続された可変キャパシタＣ１を備える。インダクタＬ２の第２端子は、接地などの基準電位に接続されている。
インダクタＬ３の第２端子は、可変キャパシタＣ２の第１端子に接続されている。第１可変キャパシタＣ１および第２可変キャパシタＣ２は、整合回路６５４として機能する。可変キャパシタＣ２の第２端子は、インダクタＬ４によってキャパシタＣ３の第１端子に接続されている。キャパシタＣ３の第２端子は、カソード１３４に接続されている。ＲＦ発生器６２０によって供給されたＲＦバイアスの第１パルスレベルが、可変キャパシタＣ１およびＣ２を用いてインピーダンス（５０Ωなど）に整合される。しかしながら、可変キャパシタＣ１およびＣ２が、重複するシリンダを備える物理キャパシタである場合、ＲＦ発生器６２０の周波数を変更することによって、その他のパルスレベルへの整合がなされる。利用時に、可変キャパシタＣ１およびＣ２のキャパシタンスは、重複量を調節するモータを用いて調節される。しかしながら、これらのキャパシタは、一般に、レベルからレベルへのパルシングにとって十分迅速には調節できない。
電流センサ６４０が、出力ノード１３０に接続されている。同様に、電圧センサ６４２が、出力ノード１３０に接続されている。電流センサ６４０によって出力された検知電流および電圧センサ６４２によって出力された検知電圧は、位相オフセット計算器６４６およびクロック周波数調整器６４８を備えたコントローラ６４４に入力される。
位相オフセット計算器６４６は、電圧と電流との間の位相オフセットを決定する。位相オフセット計算器６４６は、位相オフセットをクロック周波数調整器６４８に出力する。電圧が電流よりも先行する場合、クロック周波数調整器６４８は、クロック１２０の周波数を下げる。電流が電圧よりも先行する場合、クロック周波数調整器６４８は、クロック１２０の周波数を上げる。いくつかの例において、ヒステリシスが用いられてもよい。いくつかの例において、クロック周波数調整器６４８は、電圧が所定の第１閾値ＴＨ１だけ電流よりも先行した場合に、クロック１２０の周波数を下げる。いくつかの例において、クロック周波数調整器６４８は、電圧が所定の第２閾値ＴＨ２だけ電流よりも先行した場合に、クロック１２０の周波数を下げる。
ここで、図７を参照すると、駆動回路の両方が、６５０−１および６５０−２で示すように、直接駆動回路であってもよい。直接駆動回路６５０−１は、上述のように動作する。直接駆動回路６５０−２は、図６の直接駆動回路６５０と同様である。
いくつかの例において、直接駆動回路６５０−２のキャパシタＣ４およびインダクタＬ５のキャパシタンスおよびインダクタンスの値は、第１周波数で共振するように選択される。いくつかの例において、直接駆動回路６５０−２のキャパシタＣ５およびインダクタＬ６のキャパシタンスおよびインダクタンスの値は、第１周波数で共振するように選択される。第１周波数を遮断またはフィルタアウトするため、および／または、直接駆動回路６５０−２の出力ノード１３０の向こう側の回路を保護するために、直接駆動回路６５０−２の共振回路Ｃ４／Ｌ５および／またはＣ５／Ｌ６の一方または両方を利用できる。いくつかの例において、共振回路Ｃ４／Ｌ５および／またはＣ５／Ｌ６の一方または両方が省略される。直接駆動回路６５０−２のインダクタンスＬ６およびＬ８と、キャパシタＣｐとの組み合わせが、第２周波数で共振する共振回路を形成する。
電流センサ６４０が、直接駆動回路６５０−１および６５０−２の出力ノード１３０に接続されている。同様に、電圧センサ６４２が、直接駆動回路６５０−１および６５０−２の出力ノード１３０に接続されている。電流センサ６４０によって出力された検知電流および電圧センサ６４２によって出力された検知電圧は、位相オフセット計算器６４６およびクロック周波数調整器６４８を備えたコントローラ６４４に入力される。直接駆動回路６５０−１および６５０−２のクロック１２０のクロック周波数は、個別に、上述のように調整される。単一のコントローラ６４４が図示されているが、直接駆動回路６５０−１および６５０−２の各々に専用のコントローラが用いられてもよい。
ここで、図８を参照すると、直接駆動回路を制御するための方法８００が示されている。工程８１０で、電流および電圧の波形が、出力ノードまたは別の位置で検知される。工程８１４で、電圧波形と電流波形との間の位相オフセットが決定される。例えば、電流および電圧のゼロ交差が監視されうる。ゼロ交差のタイミングの差を用いて、位相オフセットを決定できる。工程８２０で、クロックの周波数が、電圧と電流との間の位相オフセットを低減するように調整される。
ここで、図９を参照すると、クロックの周波数を調整するための方法９００が示されている。工程９１０で決定されたように電圧が電流に先行する場合、工程９２０で周波数が下げられる。いくつかの例において、電圧は、周波数が下げられる前、第１閾値ＴＨ１より大きく電流に先行する必要がある。工程９３０で決定されたように電流が電圧に先行する場合、工程９４０で周波数が上げられる。いくつかの例において、電流は、周波数が上げられる前、第２閾値ＴＨ２より大きく電圧に先行する必要がある。他の例では、ヒステリシスが用いられない。
上述の記載は、本質的に例示に過ぎず、本開示、応用例、または、利用法を限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施されうる。したがって、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を研究すれば他の変形例が明らかになるため、本開示の真の範囲は、それらの例には限定されない。方法に含まれる１以上の工程が、本開示の原理を改変することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、特定の特徴を有するものとして記載されているが、本開示の任意の実施形態に関して記載された特徴の内の任意の１または複数の特徴を、他の実施形態のいずれかに実装することができる、および／または、組み合わせが明確に記載されていないとしても、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることができる。換言すると、上述の実施形態は互いに排他的ではなく、１または複数の実施形態を互いに置き換えることは本開示の範囲内にある。
要素の間（例えば、モジュールの間、回路要素の間、半導体層の間）の空間的関係および機能的関係性が、「接続される」、「係合される」、「結合される」、「隣接する」、「近接する」、「の上部に」、「上方に」、「下方に」、および、「配置される」など、様々な用語を用いて記載されている。第１および第２要素の間の関係性を本開示で記載する時に、「直接」であると明確に記載されていない限り、その関係性は、他に介在する要素が第１および第２の要素の間に存在しない直接的な関係性でありうるが、１または複数の介在する要素が第１および第２の要素の間に（空間的または機能的に）存在する間接的な関係性でもありうる。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、および、Ｃの少なくとも１つ」という意味であると解釈されるべきではない。
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１以上の処理ツール、１以上のチャンバ、処理のための１以上のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。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、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、高周波（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、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、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てよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１以上のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。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）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１以上の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力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備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。一部の例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１以上の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１以上の集積回路と通信するチャンバ上の１以上の集積回路である。
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、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、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。

Claims (22)

  1. 基板処理システムの構成要素にＲＦ電力を提供するための直接駆動回路であって、
    第１周波数のクロック信号を生成するためのクロック発生器と、
    前記クロック信号を受信するためのゲートドライバと、
    ハーフブリッジ回路であって、
    前記ゲートドライバに接続された制御端子、第１端子、および、第２端子を備えた第１スイッチと、
    前記ゲートドライバに接続された制御端子、前記第１スイッチの前記第２端子と出力ノードとに接続された第１端子、および、第２端子を備えた第２スイッチと、を備える、ハーフブリッジ回路と、
    前記第１スイッチの前記第１端子に第１電位を供給するための第１ＤＣ電源と、
    前記第２スイッチの前記第２端子に第２電位を供給するための第２ＤＣ電源であって、前記第１電位および前記第２電位は、反対の極性を有し、ほぼ等しい大きさである、第２ＤＣ電源と、
    を備える、直接駆動回路。
  2. 請求項１に記載の直接駆動回路であって、さらに、
    前記出力ノードでの電流を検知して、電流信号を生成するための電流センサと、
    前記出力ノードでの電圧を検知して、電圧信号を生成するための電圧センサと、
    コントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    前記電圧信号と前記電流信号との間の位相オフセットを計算するための位相オフセット計算器と、
    前記位相オフセットに基づいて前記第１周波数を調整するためのクロック調整器と、
    を備える、直接駆動回路。
  3. 請求項２に記載の直接駆動回路であって、前記クロック調整器は、前記電流が前記電圧よりも先行した場合に前記第１周波数を上げ、前記電圧が前記電流よりも先行した場合に前記第１周波数を下げる、直接駆動回路。
  4. 請求項１に記載の直接駆動であって、さらに、前記出力ノードを前記基板処理システムの前記構成要素に接続する第１回路を備える、直接駆動。
  5. 請求項４に記載の直接駆動であって、前記第１回路は、
    前記出力ノードに接続された第１キャパシタと、
    前記第１キャパシタと直列に接続された第１インダクタと、
    を備える、直接駆動。
  6. 請求項５に記載の直接駆動であって、前記第１回路は、さらに、
    前記出力ノードに接続された第１端子を有する第２インダクタと、
    前記第２インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３インダクタと、
    前記第２インダクタと並列に接続された第２キャパシタと、
    前記第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３キャパシタと、
    を備える、直接駆動。
  7. デュアル周波数駆動回路であって、
    請求項４の前記直接駆動回路と、
    前記基板処理システムの前記構成要素に接続され、前記第１周波数とは異なる第２周波数で動作するさらなる駆動回路と、
    を備える、デュアル周波数駆動回路。
  8. 請求項７に記載のデュアル周波数駆動回路であって、前記さらなる駆動回路は、請求項４の前記直接駆動回路の第２回路を備える、デュアル周波数駆動回路。
  9. 請求項７に記載のデュアル周波数駆動回路であって、前記さらなる駆動回路は、前記第２周波数のＲＦ信号を生成するＲＦ発生器を備える、デュアル周波数駆動回路。
  10. 請求項９に記載のデュアル周波数駆動回路であって、前記さらなる駆動回路は、さらに、前記ＲＦ発生器のインピーダンスを前記構成要素に整合させるための整合回路を備えた出力回路を備える、デュアル周波数駆動回路。
  11. 請求項１０に記載のデュアル周波数駆動回路であって、前記出力回路は、
    前記ＲＦ発生器の出力に接続された第１インダクタと、
    第２インダクタと、
    前記出力に接続された第１端子および前記第２インダクタに接続された第２端子を有する第１可変キャパシタと、
    を備える、デュアル周波数駆動回路。
  12. 請求項１１に記載のデュアル周波数駆動回路であって、前記出力回路は、さらに、
    前記出力に接続された第１端子を有する第３インダクタと、
    前記第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第２可変キャパシタと、
    前記第２可変キャパシタの第２端子に接続された第１端子を有する第４インダクタと、
    前記第４インダクタの第２端子に接続された第１端子および前記構成要素に接続された第２端子を有する第１キャパシタと、
    を備える、デュアル周波数駆動回路。
  13. 基板処理システムの構成要素にＲＦ電力を提供するための駆動回路であって、
    前記基板処理システムの前記構成要素に接続された第１直接駆動回路であって、
    第１周波数の第１クロック信号を生成するための第１クロック発生器と、
    前記第１クロック信号を受信するための第１ゲートドライバと、
    前記第１ゲートドライバと第１出力ノードとの間に接続された第１ハーフブリッジ回路であって、前記第１ハーフブリッジ回路は、第１ＤＣ電源および第２ＤＣ電源によってバイアスされ、前記第１ＤＣ電源によって供給される第１電位および前記第２ＤＣ電源によって供給される第２電位は、反対の極性を有し、ほぼ等しい大きさである、第１ハーフブリッジ回路と、
    前記第１出力ノードを前記基板処理システムの前記構成要素に接続すると共に、前記第１周波数とは異なる第２周波数を遮断するための第１遮断回路と、を備える、第１直接駆動回路と、
    前記基板処理システムの前記構成要素に接続され、前記第２周波数で動作する第２駆動回路と、
    を備える、駆動回路。
  14. 請求項１３に記載の駆動回路であって、さらに、
    前記第１出力ノードでの電流を検知して、電流信号を生成するための電流センサと、
    前記第１出力ノードでの電圧を検知して、電圧信号を生成するための電圧センサと、
    コントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    前記電圧信号と前記電流信号との間の位相オフセットを計算するための位相オフセット計算器と、
    前記位相オフセットに基づいて前記第１周波数を調整するためのクロック調整器と、
    を備える、駆動回路。
  15. 請求項１４に記載の駆動回路であって、前記クロック調整器は、前記電流が前記電圧よりも先行した場合に前記第１周波数を上げ、前記電圧が前記電流よりも先行した場合に前記第１周波数を下げる、駆動回路。
  16. 請求項１３に記載の駆動回路であって、前記第１遮断回路は、
    前記第１出力ノードに接続された第１キャパシタと、
    前記第１キャパシタと直列に接続された第１インダクタと、
    を備える、駆動回路。
  17. 請求項１６に記載の駆動回路であって、前記第１遮断回路は、さらに、
    前記第１出力ノードに接続された第１端子を有する第２インダクタと、
    前記第２インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３インダクタと、
    前記第２インダクタと並列に接続された第２キャパシタと、
    前記第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第３キャパシタと、
    を備える、駆動回路。
  18. 請求項１３に記載の駆動回路であって、前記第２駆動回路は、前記第２周波数のＲＦ信号を生成するためのＲＦ発生器を備える、駆動回路。
  19. 請求項１８に記載の駆動回路であって、前記第２駆動回路は、さらに、前記ＲＦ発生器のインピーダンスを前記構成要素に整合させるための調整可能な整合回路を備えた第１出力回路を備える、駆動回路。
  20. 請求項１９に記載の駆動回路であって、前記第１出力回路は、
    前記ＲＦ発生器に接続された第１インダクタと、
    第２インダクタと、
    前記ＲＦ発生器に接続された第１端子および前記第２インダクタに接続された第２端子を有する第１可変キャパシタと、
    を備える、駆動回路。
  21. 請求項２０に記載の駆動回路であって、前記第１出力回路は、さらに、
    前記ＲＦ発生器に接続された第１端子を有する第３インダクタと、
    前記第３インダクタの第２端子に接続された第１端子を有する第２可変キャパシタと、
    前記第２可変キャパシタの第２端子に接続された第１端子を有する第４インダクタと、
    前記第４インダクタの第２端子に接続された第１端子および前記構成要素に接続された第２端子を有する第１キャパシタと、
    を備える、駆動回路。
  22. 請求項１４に記載の駆動回路であって、前記第２駆動回路は、
    前記第２周波数の第２クロック信号を生成するための第２クロック発生器と、
    前記第２クロック信号を受信するための第２ゲートドライバと、
    前記第２ゲートドライバと第２出力ノードとの間に接続された第２ハーフブリッジ回路を備えた第２ハーフブリッジ回路であって、前記第２ハーフブリッジ回路は、第３ＤＣ電源および第４ＤＣ電源によってバイアスされ、前記第３ＤＣ電源によって供給される第１電位および前記第４ＤＣ電源によって供給される第２電位は、反対の極性を有し、ほぼ等しい大きさである、第２ハーフブリッジ回路と、
    前記第２出力ノードを前記基板処理システムの前記構成要素に接続すると共に、前記第１周波数を遮断するための第２遮断回路と、
    を備える、駆動回路。
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