JP2023075173A - プラズマ処理源および基板バイアスの同期パルス化 - Google Patents

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Abstract

【課題】少なくとも１つのプラズマ電源および少なくとも１つのバイアス供給源のパルス化を同期させるプラズマ処理システム、方法及び装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つのプラズマ電源および少なくとも１つのバイアス供給源のパルス化を同期させる方法であって、第１のステップＴＳ１、ＴＢ１の間に、電力をプラズマ処理チャンバに印加し、第１のステップの間に基板とプラズマとの間に第１のプラズマシース電圧ＶＢ１を発生させる。第２の処理ステップＴＢ２の間、電力がプラズマ処理チャンバに印加され、異なるプラズマシース電圧ＶＢ２が、基板とプラズマとの間に印加される。【選択図】図１４

Description

（第３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９号に基づく優先権の主張）
特許に関する本願は、「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ Ｐｕｌｓｉｎｇ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｂｉａｓ」と題され、２０１７年１１月１７日に出願され、本願の譲受人に譲渡され、本明細書を参照することによって本明細書に明確に組み込まれる、仮出願第６２／５８８，１８７号の優先権を主張する。
本開示は、概して、プラズマ処理に関する。特に、限定としてではないが、本開示は、少なくとも１つのプラズマ電源および少なくとも１つのバイアス供給源のパルス化を同期させるためのシステム、方法、および装置に関する。
プラズマ処理システムでは、基板（例えば、半導体ウエハ）が、静電チャック（ＥＳＣ）または機械的ウエハクランプを具備するチャック等のＲＦバイアス基板保持器上に設置され、基板は、プラズマからのイオンに暴露される。従来のアプローチは、イオン密度が、通常、独立したプラズマ源の制御によって制御される間、ＲＦバイアス電力レベルを変動させることによって基板に入射する（プラズマからの）イオンのエネルギーを制御するように試みる。プラズマ源は、例えば、誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）源、別のＲＦ周波数でバイアスされる二次上部電極を有する二重容量結合プラズマ源（ＣＣＰ）、ヘリコンプラズマ源、マイクロ波プラズマ源、マグネトロン、またはある他の独立して動作されるプラズマエネルギー源であり得る。
ある側面は、プラズマ処理のための方法として特徴付けられ得る。本方法は、第１の処理ステップの間に電力をプラズマ処理チャンバに印加するステップと、第１の処理ステップの間に非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に第１のプラズマシース電圧を生じるステップとを含む。本方法はまた、第１の処理ステップに続く第２の処理ステップの間に電力をプラズマ処理チャンバに印加するステップと、第２の処理ステップの間に異なる非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に異なるプラズマシース電圧を生じるステップとを含む。
別の側面は、プラズマ処理システムとして特徴付けられ得る。本システムは、プラズマ処理チャンバと、電力をプラズマ処理チャンバに印加し、プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生じるように構成される、励起源とを含む。バイアス供給源が、基板支持体への非対称周期電圧波形を印加および修正し、プラズマ処理チャンバ内でプラズマと基板との間のシース電圧を修正するように構成され、少なくとも１つのコントローラが、複数の処理ステップのそれぞれの間に、励起源およびバイアス供給源の動作を同期させるように構成される。
さらに別の側面は、プロセッサによる実行のために、またはフィールドプログラマブルゲートアレイを構成するために、プラズマ処理を実施するためのその上に記憶される命令を備える、非一過性コンピュータ可読媒体である。命令は、第１の処理ステップの間に電力をプラズマ処理チャンバに印加し、第１の処理ステップの間に非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に第１のプラズマシース電圧を生じるための命令を含む。加えて、命令は、第２の処理ステップの間に電力をプラズマ処理チャンバに印加し、また、第２の処理ステップの間に異なる非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に異なるプラズマシース電圧を生じるための命令を含む。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
プラズマ処理のための方法であって、前記方法は、
第１の処理ステップの間に電力をプラズマ処理チャンバに印加するステップと、
前記第１の処理ステップの間に非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に第１のプラズマシース電圧を生じるステップと、
第２の処理ステップの間に電力を前記プラズマ処理チャンバに印加するステップであって、前記第２の処理ステップは、前記第１の処理ステップに続く、ステップと、
前記第２の処理ステップの間に異なる非対称周期電圧波形を前記基板支持体に印加し、前記基板と前記プラズマとの間に異なるプラズマシース電圧を生じるステップと
を含む、方法。
（項目２）
前記第１の処理ステップの間の前記電力は、連続波電力であり、
前記第２の処理ステップの間の前記電力は、パルス化電力であり、
前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさは、前記第１の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさを上回る、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第２の処理ステップの間の前記電力の電圧は、前記第１の処理ステップの間の前記電力の電圧よりも低い、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記第２の処理ステップの間に前記異なるプラズマシース電圧を発生させるステップは、前記第２の処理ステップの間にある範囲のシース電圧を発生させるステップを含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記ある範囲のシース電圧を発生させるステップは、前記基板の表面に衝突するイオンのイオン電流を上回るか、または下回るかの少なくとも１つである電流を前記基板のための支持体に提供するステップを含む、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記第１の処理ステップの間の前記電力は、第１のデューティサイクルを伴うパルス化電力であり、
前記第２の処理ステップの間の前記電力は、第２のデューティサイクルを伴うパルス化電力であり、
前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさは、前記第１の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさと異なる、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記第１のデューティサイクルは、前記第２のデューティサイクルよりも長く、前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさは、前記第１の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさを下回る、項目６に記載の方法。
（項目８）
プラズマ処理システムであって、前記システムは、
プラズマ処理チャンバと、
励起源であって、前記励起源は、電力を前記プラズマ処理チャンバに印加し、前記プラズマ処理チャンバ内にプラズマを生じるように構成される、励起源と、
バイアス供給源であって、前記バイアス供給源は、基板支持体への非対称周期電圧波形を印加および修正し、前記プラズマ処理チャンバ内で前記プラズマと基板との間のシース電圧を修正するように構成される、バイアス供給源と、
少なくとも１つのコントローラであって、前記少なくとも１つのコントローラは、複数の処理ステップのそれぞれの間に、前記励起源および前記バイアス供給源の動作を同期させるように構成される、少なくとも１つのコントローラと
を備える、システム。
（項目９）
前記少なくとも１つのコントローラは、
連続波電力として第１の処理ステップの間に電力を印加するように前記励起源を制御することと、
パルス化電力として第２の処理ステップの間に電力を印加するように前記励起源を制御することと、
前記第１の処理ステップの間のシース電圧の大きさを上回る前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧を生じるように前記バイアス供給源を制御することと
を行うように構成される、項目８に記載のプラズマ処理システム。
（項目１０）
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の処理ステップの間の前記電力の電圧よりも低いレベルにおける前記第２の処理ステップの間の前記電力の電圧を印加するように前記励起源を制御するように構成される、項目９に記載のプラズマ処理システム。
（項目１１）
前記少なくとも１つのコントローラは、第２の処理ステップの間にある範囲のシース電圧を生じるように前記バイアス供給源を制御するように構成される、項目８に記載のプラズマ処理システム。
（項目１２）
前記少なくとも１つのコントローラは、前記基板の表面に衝突するイオンのイオン電流を上回るか、または下回るかの少なくとも１つである電流を前記基板のための支持体に提供し、前記ある範囲のシース電圧を生じるように前記バイアス供給源を制御するように構成される、項目１１に記載のプラズマ処理システム。
（項目１３）
前記少なくとも１つのコントローラは、
第１のデューティサイクルを伴うパルス化電力として第１の処理ステップの間にＲＦ電力を生じるように前記励起源を制御することと、
第２のデューティサイクルを伴うパルス化電力として第２の処理ステップの間に電力を生じるように前記励起源を制御することと、
前記第１の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさと異なる前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさを生じるように前記バイアス供給源を制御することと
を行うように構成される、項目８に記載のプラズマ処理システム。
（項目１４）
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１のデューティサイクルが前記第２のデューティサイクルよりも長く、前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさが前記第１の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさを下回るように前記励起源を制御するように構成される、項目１３に記載のプラズマ処理システム。
（項目１５）
前記少なくとも１つのコントローラは、プロセッサまたはフィールドプログラマブルゲートアレイのうちの少なくとも１つを含み、前記少なくとも１つのコントローラは、非一過性コンピュータ可読媒体を含み、前記非一過性コンピュータ可読媒体は、その上に記憶される命令を備え、前記命令は、前記プロセッサによる実行のために、または前記フィールドプログラマブルゲートアレイを構成するために、
連続波電力として第１の処理ステップの間に電力を印加するように前記励起源を制御することと、
パルス化電力として第２の処理ステップの間に電力を印加するように前記励起源を制御することと、
前記第１の処理ステップの間のシース電圧の大きさを上回る前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧を生じるように前記バイアス供給源を制御することと
を行う、項目８に記載のプラズマ処理システム。
（項目１６）
非一過性コンピュータ可読媒体であって、前記非一過性コンピュータ可読媒体は、その上に記憶される命令を備え、前記命令は、プロセッサによる実行のために、またはフィールドプログラマブルゲートアレイを構成するために、プラズマ処理を実施し、前記命令は、
第１の処理ステップの間に電力をプラズマ処理チャンバに印加することと、
前記第１の処理ステップの間に非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に第１のプラズマシース電圧を生じることと、
第２の処理ステップの間に電力を前記プラズマ処理チャンバに印加することであって、前記第２の処理ステップは、前記第１の処理ステップに続く、ことと、
前記第２の処理ステップの間に異なる非対称周期電圧波形を前記基板支持体に印加し、前記基板と前記プラズマとの間に異なるプラズマシース電圧を生じることと
を行うための命令を含む、非一過性コンピュータ可読媒体。
図１Ａは、単一の高周波数ＲＦ励起源を伴うプラズマ処理システムを描写する。
図１Ｂは、２つのＲＦ励起源を伴うプラズマ処理システムを描写する。
図１Ｃは、誘導ＲＦ励起源を伴うプラズマ処理システムを描写する。
図１Ｄは、３つのＲＦ励起源を伴うプラズマ処理システムを描写する。
図１Ｅは、誘導ＲＦ励起源を含む３つのＲＦ励起源を伴うプラズマ処理システムを描写する。
図２は、図１Ｄおよび１Ｅに示されるプラズマ処理システムの実装を描写する。
図３は、図１Ａ－１Ｅに描写されるプラズマ処理システムと関連付けられるイオンエネルギー分布を描写する。
図４は、ＲＦ励起がプラズマ処理チャンバから除去される前後のイオン密度および電子密度を描写する、グラフである。
図５Ａは、プラズマの光学発光スペクトルを描写する、グラフであり、図１Ｃまたは１Ｅに示されるもの等の誘導源がＣ２Ｆ６またはＣ４Ｆ６等のフッ化炭素、アルゴン、および酸素と併用される場合を図示する。図５Ｂは、図１Ｃまたは１Ｅに示されるもの等の誘導源がＣ２Ｆ６またはＣ４Ｆ６等のフッ化炭素、アルゴン、および酸素でパルス化される、プラズマの光学発光スペクトルを描写する、グラフである。
図６Ａは、バイアス供給源によってプラズマシース中にバイアス電圧を生成するためのＲＦ励起源の交換を図示する。
図７Ａは、経時的に例示的シース電圧を描写する、グラフである。
図７Ｂは、図７Ａに描写されるシース電圧を達成するために基板支持体に印加され得る周期電圧波形を描写する、グラフである。
図８Ａは、経時的に別の例示的シース電圧を描写する、グラフである。
図８Ｂは、図８Ａに描写されるシース電圧を達成するために基板支持体に印加され得る別の周期電圧波形を描写する、グラフである。
図９Ａは、さらに別のシース電圧および結果として生じるイオンフラックス対イオンエネルギーを描写する。図９Ｂは、図９Ａに描写されるシース電圧を生じ得る周期電圧波形を描写する、グラフである。
図１０Ａは、さらに別のシース電圧および結果として生じるイオンフラックス対イオンエネルギーを描写する。図１０Ｂは、図１０Ａに描写されるシース電圧を生じ得る周期電圧波形を描写する、グラフである。
図１１は、例示的プラズマ処理システムの側面を描写する、略図である。
図１２は、図１１に描写されるプラズマ処理システムと関連して使用され得るコントローラの側面を描写する、ブロック図である。
図１３は、本明細書に開示される実施形態と関連して考察され得る方法を描写する、フローチャートである。
図１４は、例示的ＲＦ電圧および例示的シース電圧を描写する。
図１５は、別の例示的ＲＦ電圧および例示的シース電圧を描写する。
図１６は、さらに別の例示的ＲＦ電圧および例示的シース電圧を描写する。
図１７は、別の例示的ＲＦ電圧および例示的シース電圧を描写する。
図１８は、本明細書に開示される制御側面を実装するために利用され得るコンポーネントを図示する、ブロック図である。
図１９は、例示的バイアス供給源の側面を描写する、略図である。
図２０は、バイアス供給源からの電圧波形出力のグラフ、対応するシース電圧のグラフ、および対応するスイッチタイミング図を含む。
図２１は、例示的バイアス供給波形および例示的電圧値を描写する、グラフである。
図２２Ａは、図１９に描写されるバイアス供給源に電圧を提供するために２つの電圧源を使用する実装を描写する。図２２Ｂは、図１９に描写されるバイアス供給源に電圧を提供するために２つの電圧源を使用する別の実装を描写する。図２２Ｃは、図１９に描写されるバイアス供給源に電圧を提供するために２つの電圧源を使用するさらに別の実装を描写する。
図２３Ａは、図１９に描写されるバイアス供給源に電圧を提供するために３つの電圧源を使用する実装を描写する。図２３Ｂは、図１９に描写されるバイアス供給源に電圧を提供するために３つの電圧源を使用する別の実装を描写する。図２３Ｃは、図１９に描写されるバイアス供給源に電圧を提供するために３つの電圧源を使用するさらに別の実装を描写する。
図２４は、例示的バイアス供給源を描写する。
単語「例示的」は、「ある実施例、事例、または例証としての役割を果たすこと」を意味するように本明細書に使用される。「例示的」として本明細書に説明される任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましい、または有利として解釈されるものではない。
前置き：以下の図におけるフローチャートおよびブロック図は、本発明の種々の実施形態による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能性として考えられる実装のアーキテクチャ、機能性、および動作を図示する。この点で、これらのフローチャートまたはブロック図におけるいくつかのブロックは、規定された論理機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を備える、コードのモジュール、セグメント、または一部を表し得る。また、いくつかの代替実装では、ブロックに記述される機能は、図に記述される順序以外で起こり得ることに留意されたい。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に並行して実行されてもよい、またはブロックは、時として、関与する機能性に応じて、逆の順序で実行されてもよい。また、ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、およびブロック図および／またはフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、規定された機能または行為を実施する専用ハードウェアベースシステムまたは専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせによって実装され得ることに留意されたい。
以下の開示は、概して、ウエハプラズマ処理を指すが、実装は、プラズマチャンバ内での任意の基板処理を含むことができる。いくつかの事例では、基板以外の物体が、本明細書に開示されるシステム、方法、および装置を使用して処理されることができる。言い換えると、本開示は、物理的または化学的手段による表面変化、表面下変化、堆積、または除去をもたらすために、低大気圧プラズマ処理チャンバ内での任意の物体のプラズマ処理に適用される。
本開示は、以下のバイアス供給源関連特許、すなわち、第ＵＳ９２８７０９２号、第ＵＳ９２８７０８６号、第ＵＳ９４３５０２９号、第ＵＳ９３０９５９４号、第ＵＳ９７６７９８８号、第ＵＳ９３６２０８９号、第ＵＳ９１０５４４７号、第ＵＳ９６８５２９７号、第ＵＳ９２１０７９０号に開示されるようなプラズマ処理および基板バイアス技法を利用してもよい。これらの特許の全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる。
本開示の目的のために、「励起源」、「源発生器」、「ＲＦ発生器」、および「ＲＦ源」は、そのエネルギーが、主として、プラズマの発生および持続を対象とするものである一方、「バイアス供給源」は、そのエネルギーが、主として、プラズマからイオンおよび電子を誘引するための表面電位の発生を対象とするものである。
図１Ａ－１Ｅは、プラズマ処理チャンバ内のプラズマの無線周波数（ＲＦ）励起のための励起および正弦波バイアス組み合わせの種々のバージョンを図示する。異なるＲＦ励起周波数範囲が、ＬＦ（低周波数＜３ＭＨｚ）、ＭＦ（中間周波数＞３ＭＨｚ－＜３０Ｍｈｚ）、およびＶＨＦ（超高周波数＞３０ＭＨｚ）として列挙される。例示的周波数範囲が図１Ａ－１Ｅに示されるが、当業者は、他の周波数範囲および周波数範囲の組み合わせもまた、実装され得ることを理解するであろう。
図１Ａは、単一の高周波数ＲＦ励起源２０（例えば、ＲＦ発生器またはＲＦ発生器および整合）が、その上に基板（例えば、ウエハ）が位置し、処理される、電極２５に接続されるシステムを図示する。残りのチャンバ本体１０は、接地電位にある。離散コンポーネントであるか、または電極２５の構築によって形成されるかのいずれかのＲＦ励起源２０とプラズマ１５との間のコンデンサの存在は、ウエハの上方のプラズマシース中にＤＣ電圧バイアスを形成させる。本明細書に使用されるように、シース電圧は、処理チャンバ内の基板（本明細書では、ワークピースとも称される）の表面とプラズマ１５との間の電位差を意味する。
図１Ｂは、図１Ａと類似するが、図１Ａの源２０よりも高い周波数であり得る、第２のＲＦ励起源の追加を伴う。例えば、本第２のＲＦ励起源は、ＶＨＦ源であり得る。第２の源は、第１の電極２５と対向し得る第２の電極３５に接続され得る。第１および第２の源の両方は、シース電圧、したがって、基板に到達するイオンエネルギーに寄与するが、第２の源は、主として、プラズマの形成および維持を対象とする。この２源システムは、（全てではないが）いくつかの事例では、図１Ａの単一源システムよりも高いプラズマイオン密度を達成することができる。より高いプラズマイオン密度は、より速い処理につながり、これは、加工産業における費用を削減する。
図１Ｃは、第２の源（容量源）が誘導源と置換される、図１Ｂに描写される設計の代替を図示する。例えば、第２の源は、ＲＦ源によって駆動される伝導性コイル４０を含むことができる。本誘導源は、図１Ｂの容量源よりも低い周波数で駆動され得る。例えば、高周波数駆動電圧が、使用され得る。本源は、エネルギーをプラズマに誘導的に結合し、プラズマを発生させ、維持する。再び、両方の源は、シース電圧、したがって、イオンエネルギーに寄与するが、誘導源は、主として、プラズマの発生および維持を対象とする。
図１Ｄおよび１Ｅは、３つのＲＦ励起源を使用するプラズマ処理チャンバを図示する。示されるように、１つの源は、チャンバの上部（但し、他の位置もまた可能である）に示される第１の電極を介してプラズマに結合され得る一方、他の２つのＲＦ励起源は、基板支持電極に接続される。源の本組み合わせは、基板バイアスプロファイルを制御する際に付加的柔軟性を可能にする。例えば、基板電極に結合される源のうちの一方は、パルス化電圧波形を提供し得る一方、他方は、ＤＣ電流を提供する。
図２は、３つのＲＦ励起源を含む、図１Ｄおよび１Ｅに示されるプラズマ処理チャンバの１つの実装を示す。示されるように、源はそれぞれ、計測アセンブリ１００を含むことができる。源および計測１００は、それぞれ、それぞれ整合および計測アセンブリ８０および７０を介して、電極アセンブリ３５および６０に接続されることができる。電極３５および６０は、絶縁体３７および６７によってチャンバ本体１０から絶縁されることができる。ワークピース５０が、下側電極アセンブリ６０上に位置する。高電圧電力供給源９０が、下側電極アセンブリ６０に接続され、例えば、ヘリウム裏側冷却が利用されるとき、ワークピース５０の静電チャックを提供する。これは、以前の世代のプラズマ処理チャンバと比較して、より複雑かつ費用のかかる配列であることが明白である。この増大する費用および複雑性は、そのようなプラズマ処理機器の購入者にとって有意な問題である。
図３は、基板をバイアスし、それによって、基板バイアス電圧を制御するために第２のＲＦ励起源を使用する影響を図示する。図１Ａ－１Ｃのプラズマ処理配列は、矢印１３によって示されるようなイオンエネルギーのツインピーク分布１３を生じる。第２のＲＦ励起源が基板をバイアスするために追加されると、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）は、矢印１７によって示されるように修正される。基板をバイアスする２つのＲＦ発生器に関する電流の比率を調節することは、ＩＥＤＦ関数を修正することができるが、２つのピークは、持続する。
２つのピークの存在は、問題となり得るが、他の使用事例では、２つのイオンエネルギーピークは、有益であり得る。例えば、半導体ウエハ加工における接点等の深い孔のエッチングの間、孔の断面積における対応する成長を伴わずに孔深さが深くなる、異方性エッチング結果が、要求される（例えば、側壁エッチングの速度に対して、孔の底部をエッチングする速度を最大限にすることが、所望され得る）。これは、垂直エッチングが（例えば、プラズマ化学の酸化成分を用いて）孔を深くし続ける間、孔の側壁上にポリマーを堆積させ、したがって、エッチングから側壁を保護するプラズマエッチング化学を利用することによって達成されることができる。
図３では、２つのピークのより高いエネルギーは、主に垂直方向における材料のエッチングを支援するイオンに対応する一方、２つのピークのより低いものは、主に側壁ポリマー堆積を支援するイオンに対応する。プラズマ化学のエッチングおよび重合成分の平衡は、ＲＦ励起源の電力および周波数、プラズマに給送されるガスの量および比率、動作圧力、ウエハ温度、レジストタイプおよび関連付けられるハードマスク等のパターン化の選択肢、および他の因子の最適化を伴い得る複雑なタスクである。したがって、図３のピークのイオンエネルギー、および相互に対するこれらのピークの振幅を制御する改良された方法の必要性が当技術分野にある。
近年、高度なプラズマ処理システムは、いくつかの理由からパルス化プラズマを使用することに頼っている。１つの事例では、ウエハに付与される平均エネルギーを低減させる。例えば、エッチング特徴の所望のエッチング速度または深さを達成するために、１０以上のキロワットのバイアス電力等の高電力が、使用されてもよい。残念ながら、そのような高電力の連続的印加は、ウエハまたはプロセスハードウェアに損傷を及ぼし得るため、パルス化が、デューティサイクルを低減させることによって送達される平均電力を低減させるために使用される。別の事例では、パルス化は、プラズマ中の電子温度を制御するために使用される。
図４は、プラズマがオフにされた後、プラズマ中の電子エネルギー／温度がイオン崩壊の速度よりもはるかに速く崩壊する効果の実施例を示す。プラズマをパルス化することによって、電子温度は、イオンの適度な密度を維持しながら低減されることができる。プラズマ中の電子の温度は、プラズマ内の化学的解離のレベルを決定し、したがって、パルス化は、プラズマ内の化学種組成を変化させるために使用されることができる。
図５Ａは、プラズマの光学発光スペクトルを示し、図１Ｃまたは１Ｅに示されるもの等の誘導源がＣ２Ｆ６またはＣ４Ｆ６等のフッ化炭素、アルゴン、および酸素と併用され、高解離度を生成し、過剰なフッ素イオンを遊離させ、したがって、ちょうど５００ｎｍ波長にわたってＣ２ピークを引き起こすために十分に給電される場合を図示する。本プラズマ化学は、高エッチング速度を有するが、重合化学に対するエッチング化学の非理想的な平衡に起因して、不良な異方性エッチングプロファイルを有するであろう。
図５Ｂは、図５Ａにおけるものと同一の化学およびＲＦ電力条件が使用されるが、ＲＦ電力が、この場合、約１ｋＨｚおよび５０％デューティサイクルにおいてパルス化される状況を示す。本プロファイルは、いかなるＣ２ピークも示さず、異方性エッチングに関する平衡したプラズマ化学の特性である、より多い量の結合したフッ素を４００ｎｍ波長を下回って示す。
多くのバイアス供給源は、対称（例えば、正弦波）出力で動作する（例えば、波形の最初の半サイクルは、波形の最後の半サイクルにおける対応する対称成分を有する）。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い分布を誘発し、これは、所望のエッチングプロファイルを実行するプラズマプロセスの能力を限定する。
図６Ａは、「バイアス供給源」２００によってプラズマシース中にバイアス電圧を生成するための（例えば、対称波形を印加する）ＲＦ源の交換を図示する。バイアス供給源２００は、本明細書に前述で列挙されるバイアス供給源関連特許に開示されるバイアス供給源によって実現され、それと一貫して動作されてもよい。加えて、本開示は、図１９－２４を参照して、本明細書にさらに例示的バイアス供給源の詳細を含む。
図６Ｂでは、バイアス供給源２００は、単一のエネルギーピークを達成するために使用される一方、図６Ｃは、バイアス供給源２００がまた、二重エネルギーピーク結果を生じるようにプログラムされ得ることを図示する。イオンエネルギー分布関数の実際の形状は、調整可能である。これは、非常に有利であり、所望のプロセス結果を達成するためのプラズマプロセスレシピの開発を大いに簡略化する。同時に、バイアス供給源バイアス電圧プロファイルは、定位置にウエハを保持するために要求される静電電圧が維持されることを確実にするように制御されることができる。言い換えると、バイアス供給源２００は、シース電圧およびイオン密度を制御し、バイアス電圧のパルス化を制御し、また、ウエハの静電チャックを維持することができる。
次に図７Ａおよび７Ｂを参照すると、示されるものは、それぞれ、例示的シース電圧およびシース電圧を達成するための周期電圧波形の描写である。より具体的には、図７Ａは、図６Ｂに描写される分布と類似するイオンエネルギー分布を生じるために発生され得るシース電圧の一般的描写である。当業者が理解するように、バイアス供給源２００に結合される電極は、プラズマに容量結合され得、プラズマシースの非線形性質は、ワークピースの表面とプラズマとの間に電位差をもたらす。プラズマシースを横断する本電圧降下は、基板に向かって加速されるプラズマイオンの平均エネルギーを決定し、結果として、シース電圧は、イオンによって実施されるエッチングに影響を及ぼす。
図７Ａに示されるように、シース電圧の周期的上昇（例えば、時間ｔ２の間に描写される）は別として、シース電圧は、略一定（例えば、時間ｔ１の間に描写される）であり、イオンエネルギーの略単一エネルギー分布を生じる。シース電圧の各周期的上昇の間、基板電位は、プラズマ電位に到達し、シースは、一時的に圧潰するが、ｔ１は、サイクル（ｔ１＋ｔ２）の６５％～９５％であり得、例示的実装では、ｔ１は、サイクルの８０％である。また、シース電圧は、４００ｋＨｚの周波数で変動し得、したがって、ｔ１＋ｔ２（周期Ｔとして描写される）は、２．５マイクロ秒であり得る（但し、当然ながら、シース電圧が異なる周波数で変動し得ることが検討される）。ｔ１の間の略一定のシース電圧は、イオンエネルギー分布関数を決定する。
当業者はまた、図７Ａに描写されるシース電圧の周期的上昇が、ワークピースの表面上に衝突するイオン電流が基板の表面上の正電荷の量を増加させるため、変動しないＤＣ電圧は、基板支持体に単純に印加されることができないという事実に起因して、意図的であることを理解する。
結果として、図７Ｂに示されるように、印加された電圧が、チャック、基板、およびシース静電容量の間で分割されることをもたらす、周期電圧波形が、基板電極に印加される。本アプローチは、イオン電流の補償を可能にし、シース電圧および基板電圧が、各バイアス電圧サイクルの高いパーセンテージ（例えば、７５％～９０％）の間に一定のままであることを可能にする。示されるように、周期電圧波形は、非対称であり、したがって、電圧波形の最初の半サイクルは、電圧波形の最後の半サイクルの間の対応する対称成分を有していない。示されるように、周期電圧波形は、基板上に蓄積された余分な電荷を除去するための（時間ｔ２の間の）正のジャンプと、シース電圧を確立するための（ｔ２の終了時の）負の電圧スイングと、イオン電流を補償するための（時間ｔ１の間にシース電圧を一定に保つための）負の電圧ランプとを含む。要求されないが、周期電圧波形は、４００ｋＨｚであり得、該当する場合、それぞれ、ｔ１は、１．９～２．２５マイクロ秒であり得、ｔ２は、０．６～０．２５マイクロ秒であり得る。
次に図８Ａおよび８Ｂを参照すると、示されるものは、例示的（変動する）シース電圧および変動するシース電圧を達成するための対応する非対称周期電圧波形である。図８Ａに描写されるシース電圧は、図６Ｃに描写されるものと類似するイオンエネルギー分布関数を生じるために使用されてもよい。より具体的には、図８Ａに描写されるシース電圧は、より高い電圧（ＶＳ１）とより低いシース電圧（ＶＳ２）との間で交互になり、これは、２ピークイオンエネルギー分布関数をもたらす。図８Ａは、低シース電圧毎に１つの高シース電圧（１：１比）を描写するが、図６Ｃに示されるより低いエネルギーのより低い確率を達成するために、ＶＳ１における高エネルギーシース電圧パルスの数は、ＶＳ２におけるより低い電圧パルスの数に対して増加されてもよい。
図９Ａおよび９Ｂを参照すると、示されるものは、補償不足のイオン電流と関連付けられる（バイアス供給源によって出力される）シース電圧、イオンフラックス、および周期非対称電圧波形の側面である。図９Ａに示されるように、イオン電流が補償不足であるとき、シース電圧は、ランプ様様式で負になりにくくなり、これは、イオンエネルギーのより広い広がり９７２を生じる。図９Ｂに示されるものは、図９Ａに描写されるシース電圧をもたらすために基板支持体に印加され得る周期電圧である。示されるように、周期電圧波形の負のランプ様部分は、イオン電流が基板支持体に提供される補償電流に等しくなるようにイオン電流を補償する（破線として示される）周期電圧波形のランプ様部分よりも低い勾配で降下する。
図１０Ａおよび１０Ｂは、補償過剰のイオン電流と関連付けられる（バイアス供給源によって出力される）シース電圧、イオンフラックス、および周期非対称電圧波形の側面を描写する。図１０Ａに示されるように、イオン電流が補償過剰であるとき、シース電圧は、ランプ様様式で負になりやすくなり、これもまた、イオンエネルギーのより広い広がり１０７４を生じる。図１０Ｂに示されるものは、図１０Ａに描写されるシース電圧をもたらすために基板支持体に印加され得る周期電圧波形である。示されるように、周期電圧関数の負のランプ様部分は、（破線として示される）イオン電流を補償する周期電圧波形のランプ様部分を上回る速度で降下する。
図１１を参照すると、示されるものは、以前の実践と比較してプラズマ処理を有意に簡略化するプラズマ処理システムである。プラズマチャンバ１０は、ＲＦ励起（例えば、ＶＨＦ）によって生成されるプラズマ１５とともに示される一方、ワークピース５０に印加されるバイアスは、計測アセンブリを含む場合とそうではない場合がある、バイアス供給源２１０によって提供される。本実施形態では、プロセスチャンバ１０からある程度の距離に位置し得る、単一のＤＣ電力供給源ユニット２２０が、それぞれ、ケーブル２４５および２４０によってバイアス供給源２１０およびＲＦ励起源２３０（ＶＨＦ ＲＦ／計測／整合アセンブリを含む場合とそうではない場合がある）に接続されることができる。電力制御およびデータ信号が、通信ケーブル２５０によって送達および受信されてもよい。電気励起とバイアス電圧との間の非常に高速の同期が、ケーブル２６０によって提供される。図示される静電容量結合ＶＨＦ ＲＦ励起源は、ＲＦ励起源がバイアス供給源２１０によって置換される図１Ｅに示されるような誘導源を用いて代用されることができる。代替として、マイクロ波スリットまたは類似するプラズマ励起源、および種々の他の励起源が、使用されることができる。「ＲＦ」励起が多数の実施例において本明細書に言及されるが、比較的に低い周波数が、いくつかの実施形態では、プラズマを励起および維持するために利用され得ることを認識されたい。
図１２は、例示的コントローラ１２１６の機能的コンポーネントを描写する、ブロック図である。示されるように、コントローラ１２１６は、ユーザインターフェースコンポーネント１２５０と、同期モジュール１２５２と、電力制御モジュール１２５４とを含んでもよい。コントローラ１２１６の描写されるコンポーネントは、バイアス供給源２１０および励起源の両方を制御するように配置および制御されるツールコントローラにおいて中心に位置し、実装されてもよい。代替として、コントローラ１２１６のコンポーネントは、バイアス供給源２１０および励起源のそれぞれにおいて複製され、実装されてもよい。さらに、コントローラ１２１６のコンポーネントは、コンポーネントのうちの１つ以上のもの（例えば、ユーザインターフェース１２５０および電力制御モジュール１２５４）がツールコントローラにおいて中心に位置し、コンポーネントのうちの１つ以上のものがバイアス供給源２１０および励起源と密接に関連して実装されるように分散されてもよい。
図１３は、本明細書に開示される実施形態と関連して考察され得る方法を描写する、フローチャートである。示されるように、ＲＦ励起源２３０は、第１の処理ステップ（ブロック１３００）の間に電力を処理チャンバ１０に印加するために使用され、バイアス供給源２１０は、第１の処理ステップ（ブロック１３０２）の間に非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板５０とプラズマ１５との間に所望のシース電圧を生じるために使用される。したがって、ＲＦ励起源２３０およびバイアス供給源２１０への電力の印加は、同期される。加えて、ＲＦ励起源２３０およびバイアス供給源２１０は、第１の処理ステップに続く第２の処理ステップの間に同期される。より具体的には、励起電力（例えば、ＲＦ電力）が、第２の処理ステップ１３０４（ブロック１３０４）の間に処理チャンバ１０に印加され、異なる非対称周期電圧波形が、第２の処理ステップ（ブロック１３０６）の間に基板支持体に（バイアス供給源２１０によって）印加され、基板とプラズマとの間に第２のプラズマシース電圧を生じる。図１３に描写される２つのステップは、単に、同期され得る一連の複数の処理ステップのうちのいずれか２つの例示であることを認識されたい。
次に図１４－１７を参照すると、示されるものは、ＲＦ励起源２３０によって印加され得る例示的源電圧およびバイアス供給源２１０によって生じ得る例示的シース電圧（バイアス電圧とも称される）である。より具体的には、図１４－１７のそれぞれに示されるものは、第１の処理ステップおよび第２の処理ステップの間に生じ得る励起源電圧およびシース電圧である。図１４－１７の励起源およびシース電圧の描写される組み合わせは、例示にすぎず、図１４－１７の描写される源電圧のうちのいずれか１つが、図１４－１７に描写されるシース電圧のうちのいずれか１つと同期して、第１のステップまたは第２のステップのうちのいずれか１つ以上のものの間に印加され得ることを認識されたい。また、２つの処理ステップは、概して、固定される、または変動するデューティサイクルで経時的に繰り返され得る２つ以上の処理ステップを描写することを認識されたい。対称電圧（例えば、正弦波）電圧を基板に印加し、イオンエネルギーを修正する（制御できない時変シース電圧をもたらす）従来のアプローチと対照的に、（例えば、図７Ｂ、８Ｂ、９Ｂ、および１０Ｂに示されるようなバイアス供給源２１０から出力される）周期非対称電圧関数の印加は、一定のシース電圧および／または所定の所望される様式で変動する非一定のシース電圧を可能にする。
第１のステップの間、第２のステップの間、または第１のステップおよび第２のステップの両方の間にバイアス供給源によって出力される周期電圧波形は、所望のシース電圧、したがって、イオンエネルギーの所望の分布を取得するために、経時的に修正され得ることを認識されたい。例えば、処理ステップのうちの一方または両方の間、具体的振幅におけるシース電圧パルスの相対数は、具体的振幅に対応するイオンエネルギーにおける相対的イオン分率を決定するであろう。これは、２つのイオンエネルギーピークをもたらす、１：１比の異なる振幅のシース電圧パルスが存在する、図８Ａおよび６Ｃを参照して上記に説明される。さらに、ウエハ電圧（シース電圧とも称される）は、（２つのエネルギーピークにおいて所望のイオン分率を生じるために、いくつかのより低い振幅のシースパルスに対してより高い振幅においてより大きい数のシースパルスを印加するプロセスを詳述する）第ＵＳ９，２８７，０８６号の図９Ａ－９Ｃを参照して説明されるように、異なる振幅を伴う１つを上回るエネルギーピークを有するイオンエネルギー分布関数を生成するために、異なる振幅において変調されることができる。第ＵＳ９，２８７，０８６号は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
別の実施例（図１４－１７を参照して本明細書にさらに説明される）として、（バイアス供給源２１０によって出力される）周期電圧関数の負の電圧ランプは、基板の表面上に衝突するイオン電流を補償不足にする、補償する、または補償過剰にするために、第１および第２の処理ステップのそれぞれの間（および／またはその中で）、（図９Ａ－１０Ｂを参照して説明されるように）修正されてもよい。図９Ａおよび１０Ａに描写されるように、バイアス供給源がイオン電流を補償不足にするか、または補償過剰にするかのいずれかである場合、シース電圧は、イオンエネルギー値の比較的に広い分布をもたらす値の範囲を有するであろう。図１４－１７では、潜在的シース電圧の範囲は、第１のステップおよび第２のステップにおいて、それぞれ、シース電圧範囲１４２０および１４２２として描写される。ある範囲のシース電圧を付与することは、要求されないが、いくつかの処理ステップでは、主イオンエネルギーを中心として配置されるある範囲のイオンエネルギーでイオンを基板上に衝突させることが、望ましく、したがって、いくつかの実装では、イオン電流は、図９Ａおよび１０Ａに示されるように、補償過剰（または不足）にされる。複数のシース電圧（範囲１４２０および１４２２内に示されるような）を達成することに対する別のアプローチは、例えば、図８Ｂに示されるように、基板支持体に印加される周期電圧波形の負の電圧スイングを変調することである。さらに、任意のイオンエネルギーにおけるイオンのフラックスは、プラズマの密度、したがって、イオンフラックスを低減させるために、ＲＦ励起源をパルス化することによって修正されてもよい。
図１４を参照すると、示されるものは、ＲＦ励起源２３０によって印加され得る源電圧（図１４の上部に示される）およびバイアス供給源２１０によってもたらされ得るシース電圧（図１４の底部に示される）のタイミングチャートであり、ＲＦ励起源２３０のパルス化が、ピーク間シース電圧の変化とともに使用される。図１４（および図１５－１７）の時間スケールは、図７Ａ－８Ｂの時間スケールと異なることを認識されたい。例えば、図７Ａおよび８Ａのシース電圧（およびバイアス供給源から出力される図７Ｂおよび８Ｂの対応する電圧）は、２．５マイクロ秒のサイクル時間で繰り返され得る。また、対照的に、第１および第２のステップ（およびＴＳ１、ＴＢ１、およびＴＢ２）は、０．１以上のミリ秒（例えば、０．１～２０ミリ秒）であり得、したがって、図１４のシース電圧は、第１のステップおよび第２のステップのそれぞれの間（およびＴＳ１、ＴＢ１、およびＴＢ２の間）、４００以上の回数（例えば、２５０～８，０００回）循環し得る。しかし、明確化のために、変動するシース波形（図７Ａおよび８Ａに示される）の詳細は、図１４－１７のシース電圧に示されない。代わりに、シース電圧が、時間の６５％～９５％（例えば、時間の８０％）に存在する際、シース電圧（ＶＢ１およびＶＢ２）が、図１４－１７に描写され、すなわち、シース電圧において周期的上昇（図７Ａおよび８Ａの時間ｔ２の間に描写される）を伴わない。
図１４に描写される例示的動作モードでは、シース電圧プロファイルは、短い介在時間ＴＢ３を伴う、２つのピーク電圧振幅、すなわち、周期ＴＢ１にわたるＶＢ１および周期ＴＢ２にわたるＶＢ２の間に段階的に示される。描写される介在時間ＴＢ３の間のシース電圧の大きさの降下は、第１および第２の処理ステップの間の遷移の間に実行され得る随意の降下である。例えば、処理ステップ１および２の間の（プラズマ処理チャンバ１０に提供される）ガスが変更される場合、バイアス供給源によって印加される電力を低減または除去することが、望ましくあり得るが、これは、要求されず、描写される時間ＴＢ３は、シース電圧がＶＢ１からＶＢ２に直接変化するように、長さがゼロ秒であってもよい。第１のステップおよび第２のステップの時間は、ほぼ同一であるように描写されるが、これは、必ずしも要求されず、いくつかの事例では、他方の処理ステップよりも実質的に短い一方の処理ステップを有することが、有益であることを認識されたい。
図１４に描写される実施例に示されるように、源電圧は、第２のステップの間にＶＢ２サイクルと同期してパルス化され、第１のステップのＶＢ１サイクルの間に連続的である。ＶＢ２サイクルの間、プラズマ化学は、イオン、ラジカル、および中性原子または分子を含む対応するプラズマ化学を伴うプラズマチャンバ１０の動作条件によって決定されるレベルまでイオン化されるであろう。ＶＢ２サイクルは、ＶＢ１サイクルの間よりも低い（基板とプラズマとの間の）シース電圧を確認し、結果として、ＶＢ２サイクルは、ＶＢ１サイクルにおいて確認されるものを上回るイオンと電子との比率を確認する化学に対応し得る（バイアス電圧がオフにされるか、または低下されるかのいずれかであるとき、イオン密度および電子温度が異なる速度で崩壊するであろう図４に再び目を向けられたい）。源パルス化は、ＴＳ２のオン周期と、ＴＳ３のオフ周期とを有する。第２のステップの間、プラズマの電子温度は、より低く、これは、プラズマ内の化学の破壊をあまりもたらさない。
図１４に描写される源およびバイアス電圧に関する実践的実施例は、ＶＢ１サイクルの間にフッ化炭素ＣｘＦｙ、Ａｒ、およびＯ２を使用することを含み、プラズマ化学は、フッ素がより豊富である。より高いシース電圧（ＶＢ１）と組み合わせられると、より速いエッチング速度が、第１のステップの間にもたらされる。シース電圧ＶＢ１は、エッチングするとき、実施され得るエッチングのタイプに応じて、変動し得る。概して、シース電圧ＶＢ１の大きさは、１，０００Ｖを上回り（例えば、１，５００Ｖ）、これは、いくつかの導体エッチング用途に関して典型的であり得る一方、いくつかの導体エッチングはまた、より高い、またはより低い値を要求し得る。誘電エッチングのいくつかの用途に関して、ＶＢ１は、６，０００Ｖまたはそれよりも高くあり得る。しかし、シース電圧ＶＢ１が、２０，０００Ｖまたはそれよりも高くあり得ることが検討される。ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）および類似するフィルムのために使用されるもの等の堆積プロセスは、典型的には、実施例として、２００～５００ボルトの１，０００ボルト未満のシース電圧を要求する。他のＤＬＣプロセスおよび他のフィルムタイプに関するものは、これらの値よりも高いまたは低いシース電圧を要求してもよい。
第２のステップのＶＢ２サイクルでは、ＣｘＦｙ、Ａｒ、およびＯ２実施例において、化学は、より重合し、ＣｚＦ２が豊富であり得、より低いシース電圧ＶＢ２と組み合わせられ、より多くの側壁ポリマー堆積が、もたらされる。重合の間、シース電圧ＶＢ２は、１，０００Ｖまたはそれ未満（例えば、５００Ｖ～１，０００Ｖ）であり得、いくつかの用途では、ＶＢ２は、５００Ｖまたはそれ未満（例えば、１００Ｖ～５００Ｖ）であり得、さらに他の用途では、ＶＢ２は、１５Ｖ～１００Ｖ（例えば、２０Ｖ）であり得る。これらのサイクルは、示されるように交互になる。位相タイミングおよびシース電圧の選択肢は、（高バイアス電圧から）基板またはプロセスハードウェアを過熱しないように要求されるデューティサイクルと、最適なエッチング速度およびエッチング特徴プロファイルとの間の平衡に基づいてもよい。ウエハに印加されるバイアス電力に対する約５０％デューティサイクルに関するタイミングおよびバイアス電圧の実施例は、ＴＢ３および第１および第２のステップに関して１０ミリ秒であり得、ＴＢ３は、５マイクロ秒未満であり得、ＶＢ１は、１，５００Ｖにあり得、ＶＢ２は、２０Ｖにあり得、ＴＳ２およびＴＳ３は、それぞれ、１ミリ秒においてほぼ等しくあり得る。異なる化学およびプロセス結果は、ＴＢ１およびＴＢ２の比が、それぞれ、５：９５から９５：５に変動することを認め得る。引用されるＣｘＦｙ、Ａｒ、およびＯ２実施例は、異方性エッチングのためのものであるが、本技法は、他のエッチングプロファイルおよび化学システムに適用され、また、シース電圧を用いて大いに解離されるプラズマ化学およびより低いシース電圧を用いてあまり解離されないプラズマ化学の周期的処理ステップを所望する、堆積および表面処理のために使用されることができる。
別の言い方をすれば、ＶＢ１およびＶＢ２のサイクルは、シース電圧の変化を示すが、いかなる「オフ」タイムフレームも存在せず、むしろ、バイアス電圧ＶＢ２がＶＢ１未満であるが、非ゼロであるタイムフレームが存在する。したがって、処理ステップを変化させることは、シース電圧の完全電源オフを要求せず、シース電圧のいかなる低下も、プラマ化学に影響を及ぼすであろう。さらに、シース電圧は、処理ステップ毎に変化するが、いくつかの実施形態では、２つ以上の連続的処理ステップが、ＲＦ励起がパルス化される前に実行されてもよい。別の「ノブ」は、所与のシース電圧におけるいくつかの連続的パルス対別のシース電圧におけるいくつかの連続的パルスを調節することを含む。代替として、他のパルスパターンが、使用されることができるが、化学は、ＶＢ１対ＶＢ２においてパルスが存在する平均時間量を制御することによって制御される。同時に、これらの変形例は全て、源のパルス化と同期されることができる。例えば、ＲＦ励起源は、シース電圧がＶＢ２にあるときは常にパルス化されてもよく、バイアスパルスがＶＢ１にあるときは常に連続的であってもよい。
源発生器（例えば、ＲＦ発生器）をパルス化し、より重合するプラズマ化学を発生させ、接点の側壁およびウエハ上にエッチングされているトレンチの保護を補助することが、有利であり得ることが説明された。バイアス供給源２１０を利用する側壁重合のためのさらなる強化は、重合モードにおいて（例えば、図１４の第２のステップの間に）２つのシース電圧ピークを生じ、図６Ｃに図示されるようなイオンエネルギーの分布における２つのピークを生じるようにバイアス供給源２１０をプログラムすることである。図８Ａおよび８Ｂを参照して議論されるように、イオンエネルギーの分布における２つのピーク（およびシース電圧における対応するピーク）を生じるために、（バイアス供給源によって印加される）周期電圧関数の負の電圧スイングの大きさが、（図８Ｂに示されるような）２つのレベルの間で交互になり得る。例えば、第２のステップの間に（バイアス供給源２１０によって出力される）周期電圧関数の１，０００サイクルが存在する場合、５００サイクルは、より小さい負の電圧スイングを有し得、５００の他のサイクルは、より大きい負の電圧スイングを有し得る。結果として生じる異なるエネルギーのイオンは、相互に衝突し、接触孔またはトレンチ等のエッチング特徴の側壁上に散乱するより高い確率を有するであろう。
また、２つのピークのうちの一方（または両方）が、（単一エネルギーピークと対照的に）特定の範囲のイオンエネルギーを有することが有益であることが検討される。上記に議論されるように、これは、もたらされたイオンエネルギーに対応する周期電圧波形のサイクルの（負の電圧ランプの勾配を変化させることによって）イオン電流を補償不足または補償過剰にすることによって達成され得る。
図１５は、別の「ノブ」が源電圧の形態において導入される変形例を図示する。パルス化の間、ＲＦ電圧は、低減される。代替として、低ＲＦ電圧が、シース電圧がより低いＶＢ２電圧にあるときは常に印加され得る。
図１６は、源のパルス化がより高いシース電圧の間に起こる（例えば、ＲＦ励起源がＶＢ１サイクルの間にパルス化される）さらに別の変形例を図示する。
図１７は、ＲＦ励起源がＶＢ１サイクルおよびＶＢ２サイクルの両方の間にパルス化されるが、それらの処理ステップ毎に異なるデューティを伴う、本開示の代替実施形態を図示する。具体的には、ＲＦ励起源は、ＶＢ１サイクルの間により長いデューティサイクルでパルス化され、ＶＢ２サイクルの間により短いデューティサイクルでパルス化される。しかし、逆の対応物もまた、実装され得る。さらに、本パルスパターンは、バイアスパルスパターンに同期される源電圧の変化と組み合わせられ得る。
本開示の実施形態は、複数のバイアス供給源および／または複数のＲＦ源を含むシステム、方法、および装置と組み合わせられてもよく、これらの源はそれぞれ、明確に異なる電極をバイアスする。例えば、第１のバイアス供給源は、基板の下の基板電極をバイアスし得る一方、第２のバイアス供給源は、基板電極と接触しないが、その周囲に同心円状に配列されるリング電極をバイアスする。別の実施例では、２つのＲＦ源が、使用され得、それぞれ、チャンバの上部（または基板から対向するチャンバの側）の近傍に配列される独立した電極にＲＦ電力を提供する。ある場合には、バイアス供給源および対応する電極の２つ以上の対、およびＲＦ源および対応する電極の２つ以上の対が、実装されてもよい。これらのシナリオのうちのいずれかでは、１つ以上のＲＦ源および１つ以上のバイアス供給源のパルス化、およびパルス間の電圧の変化が、同期されることができる。いくつかの実施形態では、第１のバイアス供給源および第１のＲＦ源が、同期され得る一方、第２のバイアス供給源および第２のＲＦ源が、同期される。別の事例では、第１のバイアス供給源が、第１および第２のＲＦ源と同期されることができる。さらに別の事例では、第１のＲＦ源が、第１および第２のバイアス供給源と同期されることができる。しかし、これらの概念は、２つのバイアス供給源またはＲＦ源に限定されない。むしろ、多くの源が、使用されることができ、例えば、プラズマ密度の複雑な領域特有の制御（例えば、プラズマ密度均一性を達成する目的のため）が、所望される。また、源の数は、電極の数と合致する必要はないことを理解されたい。例えば、２つの非限定的実施例を与えるために、４つのＲＦ源が、３つの電極を駆動することができる、または２つのＲＦ源が、５つの電極を駆動することができる。さらに、各源は、対応する整合ネットワークを有してもよい、または単一の整合ネットワークが、２つ以上の源に結合され、それをインピーダンス整合してもよい。２つ以上の電極が１つ以上のバイアス供給源に結合される場合、これらの電極は、対称（例えば、同心リング）または非対称（例えば、基板および／またはチャンバにおける非対称性を考慮するため）であり得る。
さらに、２つ以上のバイアス供給源が実装される場合、各バイアス供給源は、局在化イオン電流（したがって、イオンエネルギーおよびイオン密度）および局在化シース静電容量を決定するために使用されることができる。
イオン電流Ｉ１が、以下として与えられ得る。
Figure 2023075173000002
シース静電容量Ｃ２が、以下として与えられ得る。
Figure 2023075173000003
複数のバイアス供給源およびチャンバ内の異なる場所におけるイオン電流、したがって、イオン密度を測定するそれらの対応する能力は、バイアス供給源および／またはＲＦ源のためのフィードバックとして利用されることができる。代替として、または加えて、本フィードバックは、処理チャンバまたは源の任意の電気的および／または機械的特徴を制御するために使用されることができる。代替として、または加えて、本フィードバックは、以下のうちのいずれか１つ以上のもの、すなわち、処理チャンバの磁石（例えば、プラズマを閉じ込める、または成形するために使用される磁石、またはマイクロ波プラズマ源を介して発生されたイオンを指向するために使用される磁石）、圧力制御（例えば、圧力弁）、質量流量制御、ガス流量制御、ガス化学制御、およびチャンバまたはその中のコンポーネントの物理的幾何学形状（例えば、接地されたシリコンキャップまたは蓋の垂直移動）を制御するために使用されることができる。種々の公知のＲＦ源（例えば、容量、誘導、マイクロ波等）の詳細な説明は、これらが当技術分野で周知であるため、ここでは適切ではないことをさらに理解されたい。しかし、本明細書に説明されるフィードバックおよび同期は、任意の公知のＲＦ源に適用可能である。
２つ以上のバイアス供給源が実装されるいくつかの実施形態では、これらのバイアス供給源によってバイアスされる電極のうちの１つ以上のものは、基板の下に、またはその近位に配列され、それによって、主として、基板上に所望のバイアスをもたらし得る一方、１つ以上の付加的バイアス供給源によってバイアスされる１つ以上の付加的電極は、基板から離れるように配列され得、したがって、それらは、局部的プラズマ密度に影響を及ぼすが、存在する場合、基板バイアスに対してあまり影響を及ぼさない。
ＲＦ源とバイアス供給源との間の同期は、バイアス供給源によって出力される所与のパルス（図７Ｂおよび８Ｂに描写されるパルス等）の終了時に電圧を低下させる、または電圧を遮断することを伴い得る。言い換えると、バイアス供給源パルスの最中にパルスを終了することを回避することが、望ましくあり得る。代替として、電圧のパルス化または周期的低減は、異なるパルスを別にして、バイアス供給源パルスにおける同一の点／位相において開始および終了してもよい。言い換えると、エンベロープパルスが個々のバイアス供給源パルスの開始または終了と同位相であるかどうかにかかわらず、整数のバイアス供給源パルスに等しい長さのパルスを設定することが、望ましくあり得る。
ある実施形態では、基板をバイアスするために、基板の下または近傍に配列される２つの電極が、複数のバイアス供給源から駆動されてもよいが、２つ以上のバイアス供給源は、単一のＤＣ供給源から電力を受け取る。ある実施形態では、１つ以上のバイアス供給源が、チャンバ内の基準基板を用いて、またはいかなる基板も伴わず、イオン密度、シース静電容量、または他のチャンバパラメータを測定するために使用され得る。１つ以上の処理工程が、実行され得、次いで、測定は、繰り返されることができる。このように、チャンバの変化が、監視されることができる。
前述で説明される実施形態は、他の使用事例の中でもとりわけ、積層フィルムを生成するための新規かつ非自明なシステムおよび方法を提供する。プラズマ処理を用いて堆積されると、フィルムの剥離をもたらし得る非常に高い応力を有する、ダイヤモンド様炭素等の実施例が、ここで、フィルム全体が、依然として、より低い応力においてもダイヤモンド様炭素性質を呈するように、低応力黒鉛または無定形炭素層を組み込むように処理されることができる。いくつかのフィルムでは、１つの周期においてフィルムを堆積させ、プラズマ化学がパルス化制御によって修正され、高バイアスがフィルムを高密度化するために印加される周期が続くことが、望ましくあり得る。本明細書に開示される実施形態は、前述で例証されるように、各個別の周期においてパルス化およびバイアス電圧制御を組み合わせることによって生じる異なる光学性質を伴う代替層を含む、ナノレベル「ブラッグ」構造の生産を可能にする。換言すると、第１の化学が、第１の層を堆積させるための第１の処理ステップにわたって（例えば、第１の時間周期の間に）達成されることができ、次いで、第２の化学が、第２の層を堆積させるための第２の処理ステップの間に（第２の時間周期にわたって）達成されることができる。これは、「ブラッグ」構造を達成するために複数回繰り返されることができる。異なる化学が、シース電圧、２つ以上のバイアス電圧のデューティサイクル、シース電圧のタイミングの改変、ＴＢ１、ＴＢ２、およびＴＢ３、ＲＦ源パルス化、源パルス化のデューティサイクル、源電圧、および組み合わせにおける源電圧およびパルス化のうちの１つ以上のものの変動によって達成されることができる。
本明細書に開示される実施形態と関連して説明される方法は、ハードウェアによって、非一過性有形プロセッサ可読記憶媒体内でエンコードされるプロセッサ実行可能コードにおいて、または２つの組み合わせにおいて実装されてもよい。例えば、図１８を参照すると、示されるものは、例示的実施形態による、上記に説明されるＤＣ電力供給源ユニット（例えば、２２０）、バイアス供給源（例えば、バイアス供給源２１０）、および／またはＲＦ源（例えば、ＲＦ励起源２３０）を（部分的に）実現するために利用され得る物理的コンポーネントを描写する、ブロック図である。示されるように、本実施形態では、ディスプレイ部分１８１２および不揮発性メモリ１８２０が、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）１８２４、処理部分（Ｎ個の処理コンポーネントを含む）１８２６、随意のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１８２７、およびＮ個の送受信機を含む送受信機コンポーネント１８２８にもまた結合される、バス１８２２に結合される。図１８に描写されるコンポーネントは、物理的コンポーネントを表すが、図１８は、詳細なハードウェア図であることを意図しておらず、したがって、図１８に描写されるコンポーネントの多くは、共通構造によって実現される、または付加的物理的コンポーネントの間で分散されてもよい。さらに、他の既存および未開発の物理的コンポーネントおよびアーキテクチャも、図１８を参照して説明される機能的コンポーネントを実装するために利用され得ることが検討される。
本ディスプレイ部分１８１２は、概して、ユーザのためのユーザインターフェースを提供するように動作し、いくつかの実装では、ディスプレイは、タッチスクリーンディスプレイによって実現される。一般に、不揮発性メモリ１８２０は、データおよび（本明細書に説明される方法をもたらすことと関連付けられる実行可能コードを含む）プロセッサ実行可能コードを記憶する（例えば、持続的に記憶する）ように機能する、非一過性メモリである。例えば、いくつかの実施形態では、不揮発性メモリ１８２０は、ブートローダコード、オペレーティングシステムコード、ファイルシステムコード、および励起源をバイアス供給源の周期非対称電圧波形と同期してパルス化する方法の実行を促進するための非一過性プロセッサ実行可能コードを含む。例えば、図１３に描写される制御方法（および図１４－１７を参照して説明される変形例）は、部分的に、不揮発性メモリ１８２０内に記憶されるプロセッサ実行可能コードによって実装されてもよい。
多くの実装では、不揮発性メモリ１８２０は、フラッシュメモリ（例えば、ＮＡＮＤまたはＯＮＥＮＡＮＤメモリ）によって実現されるが、他のメモリタイプも、同様に利用され得ることが検討される。不揮発性メモリ１８２０からのコードを実行することが可能であり得るが、不揮発性メモリ内の実行可能コードは、典型的には、ＲＡＭ１８２４にロードされ、処理部分１８２６内のＮ個の処理コンポーネントのうちの１つ以上のものによって実行される。
ＲＡＭ１８２４と関連するＮ個の処理コンポーネントは、概して、不揮発性メモリ１８２０内に記憶される命令を実行し、励起源およびバイアス供給源の同期パルス化を可能にするように動作する。例えば、励起源出力およびバイアス供給源出力の１つ以上の特性を同期してパルス化し、変化させる方法をもたらすための非一過性プロセッサ実行可能コードは、不揮発性メモリ１８２０内に持続的に記憶され、ＲＡＭ１８２４と関連してＮ個の処理コンポーネントによって実行されてもよい。当業者が理解するであろうように、処理部分１８２６は、ビデオプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロコントローラ、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、または他のハードウェア処理コンポーネントまたはハードウェアおよびソフトウェア処理コンポーネントの組み合わせ（例えば、ＦＰＧＡまたはデジタル論理処理部分を含むＦＰＧＡ）を含んでもよい。
加えて、または代替では、処理部分１８２６は、本明細書に説明される方法論（例えば、励起およびシース電圧の電力の側面を同期してパルス化し、変化させる方法）の１つ以上の側面をもたらすように構成されてもよい。例えば、非一過性プロセッサ可読命令は、不揮発性メモリ１８２０内またはＲＡＭ１８２４内に記憶され、処理部分１８２６上で実行されると、処理部分１８２６に、励起およびバイアス供給源の電力（例えば、電圧および／または電流）の側面を同期してパルス化し、変化させる方法を実施させてもよい。代替として、非一過性ＦＰＧＡ構成命令は、不揮発性メモリ１８２０内に持続的に記憶され、本明細書に開示される機能（例えば、本明細書にさらに説明されるコントローラ１２１６およびコントローラ２４６０の機能）をもたらすように処理部分１８２６のハードウェア構成可能部分を構成するために（例えば、起動の間に）処理部分１８２６によってアクセスされてもよい。
入力コンポーネント１８３０は、励起源とバイアス供給源との間の同期された制御の１つ以上の側面を示す信号（例えば、ケーブル２６０上の同期信号または通信ケーブル２５０上の電力制御およびデータ信号）を受信するように動作する。入力コンポーネントにおいて受信される信号は、例えば、ケーブル２６０上の同期信号、通信ケーブル２５０上の電力制御およびデータ信号、またはユーザインターフェースからの制御信号を含んでもよい。出力コンポーネントは、概して、１つ以上のアナログまたはデジタル信号を提供し、ＲＦ源とバイアス供給源との間の同期の動作側面をもたらすように動作する。例えば、出力部分１８３２は、図１１を参照して説明されるバイアス供給源２１０とＲＦ源２３０との間の同期信号を提供してもよい。
描写される送受信機コンポーネント１８２８は、無線または有線ネットワークを介して外部デバイスと通信するために使用され得る、Ｎ個の送受信機チェーンを含む。Ｎ個の送受信機チェーンはそれぞれ、特定の通信スキーム（例えば、ＷｉＦｉ、イーサネット（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等）と関連付けられる送受信機を表してもよい。
次に図１９を参照すると、示されるものは、バイアス供給源２１０を実現するために使用され得る例示的バイアス供給源１９０２の一般的表現である。示されるように、バイアス供給源１９０２は、３つの電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を利用する。明確化のために示されないが、２つのスイッチＳ１およびＳ２は、下記に開示されるように、スイッチコントローラがスイッチＳ１、Ｓ２を開および閉にすることを可能にするために、電気または光学接続を介してスイッチコントローラによって制御され得る。描写されるスイッチＳ１、Ｓ２は、単極、単投、常時開スイッチによって実現されてもよく、非限定的実施例として、スイッチＳ１、Ｓ２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）によって実現されてもよい。
本実装では、電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３は、ＤＣ源電圧であってもよい。示されるように、第１のスイッチＳ１は、第１の電圧Ｖ１を（Ｓ１およびＳ２に共通である）共通ノード１９７０に切替可能に接続するように配置され、第２のスイッチＳ２は、第２の電圧Ｖ２を共通ノード１９７０に切替可能に結合するように配置される。加えて、第１の誘導要素Ｌ１が、共通ノードと出力ノードＶｏｕｔとの間に配置される。
図１９を参照しながら、１）Ｖｏｕｔにおいて出力されるバイアス供給源８０２の非対称電圧波形、２）対応するシース電圧、および３）スイッチＳ１およびＳ２の対応するスイッチ位置を描写する、図２０が、同時に参照される。動作時、第１のスイッチＳ１は、電圧波形の第１の部分２０６０（電圧Ｖ０とＶａとの間）に沿って、出力ノードＶｏｕｔにおける電圧のレベルを、波形の第２の部分２０６２に沿って維持される第１の電圧レベルＶａまで増加させるために閉にされ、次いで、第１のスイッチＳ１は、開にされる。第２のスイッチＳ２は、次いで、波形の第３の部分２０６４に沿って、出力ノードＶｏｕｔにおける電圧波形のレベルを、第２の電圧レベルＶｂまで減少させるために閉にされ、次いで、第２のスイッチＳ２は、開にされ、したがって、Ｓ１およびＳ２は、開である。示されるように、第３の部分２０６４に沿った負の電圧スイングは、シース電圧（Ｖｓｈｅａｔｈ）に影響を及ぼし、したがって、Ｖｂの大きさは、Ｖｏｕｔに結合される電極面に近接近するシース電圧に影響を及ぼすように制御され得る。これに関して当業者は、ＶｂがＶ１を制御することによって制御可能であるが、ＶｂがインダクタＬ１の影響によってＶ１に等しくないことを理解するであろう。
本実施形態では、第１および第２のスイッチＳ１、Ｓ２が開である間、第３の電圧Ｖ３は、第２の誘導要素Ｌ２を通して出力ノードＶｏｕｔに印加され、電圧波形の第４の部分２０６６に沿って、出力ノードにおける電圧のレベルをさらに減少させる。図２０に示されるように、第４の部分２０６６に沿った負の電圧ランプは、基板に衝突するイオンを補償することによって、シース電圧を維持するために確立され得る。
したがって、Ｓ１は、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第１の電圧Ｖ１を出力Ｖｏｕｔに瞬間的に接続し、次いで、接続解除し、ある時間周期後、Ｓ２は、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第２の電圧（例えば、接地）を出力Ｖｏｕｔに接続し、次いで、接続解除する。第３の電圧Ｖ３は、第２の誘導要素Ｌ２を通して、出力Ｖｏｕｔに結合される。本実装では、第１の電圧Ｖ１は、第３の電圧Ｖ３よりも高くあり得、出力Ｖｏｕｔへの第１の電圧Ｖ１の瞬間的接続および接続解除は、出力Ｖｏｕｔの電圧を、電圧波形の第１の部分２０６０に沿って、第１の電圧レベルＶａまで増加させ、第１の電圧レベルＶａは、波形２０６２の第２の部分に沿って持続される。第１の電圧レベルＶａは、第１の電圧Ｖ１を上回り得、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）は、第１の電圧レベルＶａ未満であり得る。第２の電圧Ｖ２の瞬間的接続、次いで、接続解除は、出力の電圧を、第３の部分８６４において、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）を下回る第２の電圧レベルＶｂまで減少させる。
実施例として、図２１に示されるように、Ｖ１は、－２，０００ＶＤＣであり得、Ｖ２は、接地であり得、Ｖ３は、－５，０００ＶＤＣであり得、Ｖ０は、－７，０００ＶＤＣであり得、Ｖｂは、－３，０００ＶＤＣであり得、Ｖａは、３，０００ＶＤＣであり得る。しかし、これらの電圧は、単に、図１９および２０を参照して説明される電圧の相対的大きさおよび極性に文脈を提供するための例示である。
次に図２２Ａ－２２Ｃを参照すると、示されるものは、図１９に描写される電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を提供するための２つのＤＣ電圧源の可能性として考えられる配列である。図２２Ａでは、Ｖ２は、接地され、２つのＤＣ電圧源の間の共通ノードを形成する。図２２Ｂでは、Ｖ１は、接地され、Ｖ２は、ＤＣ電圧源の間の共通ノードを形成する。また、図２２Ｃでは、Ｖ１は、接地され、２つのＤＣ電圧源のそれぞれの間の共通ノードを形成する。
いくつかの実施形態では、図２３Ａ、２３Ｂ、および２３Ｃに示されるように、３つのＤＣ電圧源は、３つの電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を印加するために利用されてもよい。図２３Ａに示されるように、３つのＤＣ電圧源はそれぞれ、接地に結合されてもよく、３つのＤＣ電圧源はそれぞれ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のうちの対応するものを提供する。図２３Ｂでは、ＤＣ電圧源のうちの１つは、接地され、３つのＤＣ電圧源は、直列に配列される。図２３Ｃでは、ＤＣ電圧源のうちの１つは、接地とＶ２との間に配置され、ＤＣ電圧源はそれぞれ、Ｖ２に結合される。
次に図２４を参照すると、示されるものは、バイアス供給源２１０、７０２を実現するために使用され得る例示的バイアス供給源２４０２である。示されるように、バイアス供給源２４０２は、第１の電圧Ｖ１、第２の電圧Ｖ２、および第３の電圧Ｖ３を提供するために、スイッチコントローラ２４０４と、２つの電圧源とを含む。明確化のために示されないが、２つのスイッチＳ１およびＳ２は、下記に開示されるように、スイッチコントローラ２４０４がスイッチＳ１、Ｓ２を開および閉にすることを可能にするために、（例えば、電気または光学接続を介して）スイッチコントローラ２４０４に結合される。描写されるスイッチＳ１、Ｓ２は、電気または光学信号によって制御可能である単極、単投、常時開スイッチによって実現されてもよい。非限定的実施例として、スイッチＳ１、Ｓ２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）によって実現されてもよい。
また、示されるものは、各バイアス供給源の筐体内で実現され得る、または集中ツールコントローラの一部として実現され得る、例示的コントローラ２４６０である。示されるように、コントローラ２４６０は、バイアス供給源の出力Ｖｏｕｔにおけるバイアス供給源２４０２によって印加される電力を示す情報（例えば、電圧および／または電流情報）を受信するために結合される。示されるように、コントローラ２４６０はまた、コントローラ１２６０がバイアス供給源２４０２を制御すること（例えば、バイアス電極に近接するプラズマシースを制御すること）を可能にするために、スイッチコントローラ２４０４および２つのＤＣ電圧源に結合される。
加えて、コントローラ２４６０は、バイアス供給源２４０２によって印加される電力の少なくとも１つの特性を測定するための監視回路２４７０と、監視回路２４７０から取得された電力の測定される特性に基づいて、プラズマ処理チャンバ１００内の環境の特性を計算するように構成される、チャンバ分析コンポーネント２４７２とを含む。また、コントローラ２４６０内に示されるものは、バイアス供給源２４０２によって印加される電力を調節し、バイアス電極に近接するプラズマシースを制御するための制御回路２４７４である。図２４では、コントローラ２４６０およびスイッチコントローラ２４０４は、別個の構造として描写されるが、コントローラ２４６０およびスイッチコントローラ２４０４は、統合される、および／または共通基礎コンポーネントを共有し得ることを認識されたい。例えば、コントローラ２４６０およびスイッチコントローラ２４０４は、同一のプリント回路基板上に並置されてもよい。別の実施例として、コントローラ２４６０およびスイッチコントローラは、図１８に描写されるコンピューティングデバイスと類似する、または同一のアーキテクチャを含むシステムによって実現されてもよい。
監視回路２４７０は、指向性結合器、Ｖ－Ｉセンサ、位相および利得センサ、電圧センサ、および電流センサ等の１つ以上のセンサを含んでもよい。当業者は、電力の測定される特性が、電圧、電流、位相、および電力を含み得ることを理解するであろう。加えて、監視回路２４７０は、センサからのアナログ信号を電力の測定される特性のデジタル表現に変換するために、アナログ／デジタル変換コンポーネントを含んでもよい。他の実装では、センサは、コントローラ２４６０と別個であり、監視回路２４７０は、センサからのアナログ信号を電力の測定される特性のデジタル表現に変換するために、アナログ／デジタル変換コンポーネントを含む。さらに他の実装では、センサは、感知要素と、アナログ／デジタル変換コンポーネントとを含み、監視回路２４７０は、電力の特性のデジタル表現を受信してもよい。プラズマ処理チャンバの環境の１つ以上の特性の監視は、少なくとも１つのバイアス供給源によって印加される電力の少なくとも１つの特性を（監視回路２４７０を用いて）測定することを含んでもよい。
チャンバ分析コンポーネント２４７２は、概して、監視回路２４７０から取得された電力の測定される特性に基づいて、プラズマ処理チャンバ内の環境の特性を決定するように構成される。電力が、プラズマ処理チャンバ１００の外部である場所において（監視回路２４７０によって）測定され得るが、測定される電力特性は、プラズマ処理チャンバ１００内の環境の特性を計算するために使用されてもよい。例えば、方程式１を使用して、バイアス区域に近接する領域内のイオン電流が、Ｃ１と関連するＶｏｕｔにおける電圧の測定値を使用して計算されてもよい。別の実施例として、方程式２を使用して、バイアス区域に近接する領域内のシース静電容量が、計算されてもよい。
制御回路２４７４は、概して、バイアス供給源によって印加される電力を調節し、プラズマ処理チャンバ１００内の環境の側面を調節するように動作する。例えば、（バイアス供給源２４０２によって確立される）ある区域に近接するプラズマシースが、調節されてもよい、および／またはイオン電流もまた、調節されてもよい。示されるように、コントローラ２４６０は、ＤＣ電圧源およびスイッチコントローラ２４０４に結合されてもよく、したがって、図２０を参照すると、コントローラ２４６０は、電圧Ｖａ、電圧Ｖｂ、ｔ１、Ｔ、および第４の部分２０６６の勾配を調節するために使用されてもよい。図２０を参照して議論されるように、バイアス供給源２４０２と関連付けられるバイアス区域に近接するプラズマシースの電圧は、調節されてもよい。
再び図２４を参照すると、（図２２Ａに描写される実施形態を組み込む）本実装では、第２の電圧Ｖ２は、２つのＤＣ電圧源に結合され、接地に結合されるノードにおいて提供されるが、（例えば、図２２Ｂおよび２２Ｃを参照して上記に説明される）他の実装では、第２の電圧Ｖ２は、接地される必要はない。示されるように、第１のスイッチＳ１は、第１の電圧Ｖ１を（Ｓ１およびＳ２に共通である）共通ノード７７０に切替可能に接続するように配置され、第２のスイッチＳ２は、第２の電圧Ｖ２を共通ノード１９７０に切替可能に結合するように配置される。加えて、第１の誘導要素Ｌ１が、共通ノードと出力ノードＶｏｕｔとの間に配置される。
動作時、スイッチコントローラ２４０４は、電圧波形の第１の部分２０６０（電圧Ｖ０とＶａとの間）に沿って、出力ノードＶｏｕｔにおける電圧のレベルを、波形の第２の部分２０６２に沿って維持される第１の電圧レベルＶａまで増加させるために、第１のスイッチＳ１を閉にするように構成され、次いで、第１のスイッチＳ１は、開にされる。スイッチコントローラ２４０４は、次いで、波形の第３の部分８６４に沿って、出力ノードＶｏｕｔにおける電圧波形のレベルを、第２の電圧レベルＶｂまで減少させるために、第２のスイッチＳ２を閉にし、次いで、スイッチコントローラ７０４は、第２のスイッチＳ２を開にし、したがって、Ｓ１およびＳ２は、開である。示されるように、第３の部分８６４に沿った負の電圧スイングは、シース電圧（Ｖｓｈｅａｔｈ）に影響を及ぼし、したがって、Ｖｂの大きさは、Ｖｏｕｔに結合される電極面に近接近するシース電圧に影響を及ぼすように制御され得る。当業者は、本実装では、ＶｂがＶ１を制御することによって制御可能であるが、ＶｂがインダクタＬ１の影響によってＶ１に等しくないことを理解するであろう。
本実施形態では、第２の電圧源は、少なくとも第１および第２のスイッチＳ１、Ｓ２が開である間、第３の電圧Ｖ３を、第２の誘導要素Ｌ２を通して出力ノードＶｏｕｔに印加し、電圧波形の第４の部分８６６に沿って、出力ノードにおける電圧波形のレベルをさらに減少させるためのイオン補償コンポーネントとして機能する。図２０に示されるように、第４の部分２０６６に沿った負の電圧ランプは、基板に衝突するイオンを補償することによって、シース電圧を維持するために確立され得る。
したがって、Ｓ１は、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第１の電圧Ｖ１を出力Ｖｏｕｔに瞬間的に接続し、次いで、接続解除し、ある時間周期後、Ｓ２は、第１の誘導要素Ｌ１を通して、第２の電圧（例えば、接地）を出力Ｖｏｕｔに接続し、次いで、接続解除する。第３の電圧Ｖ３は、第２の誘導要素Ｌ２を通して、出力Ｖｏｕｔに結合される。本実装では、第１の電圧Ｖ１は、第３の電圧Ｖ３よりも高くあり得、出力Ｖｏｕｔへの第１の電圧Ｖ１の瞬間的接続および接続解除は、出力Ｖｏｕｔの電圧を、電圧波形の第１の部分８６０に沿って、第１の電圧レベルＶａまで増加させ、第１の電圧レベルＶａは、波形２０６２の第２の部分に沿って持続される。第１の電圧レベルＶａは、第１の電圧Ｖ１を上回り得、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）は、第１の電圧レベルＶａ未満であり得る。第２の電圧Ｖ２の瞬間的接続、次いで、接続解除は、出力の電圧を、第３の部分２０６４において、第２の電圧Ｖ２（例えば、接地）を下回る第２の電圧レベルＶｂまで減少させる。
当業者によって理解されるであろうように、本発明の側面は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化されてもよい。故に、本発明の側面は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、または全て、概して、本明細書では「回路」、「モジュール」、または「システム」と称され得るソフトウェアおよびハードウェア側面を組み合わせる実施形態の形態をとってもよい。さらに、本発明の側面は、その上で具現化されるコンピュータ可読プログラムコードを有する１つ以上のコンピュータ可読媒体において具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとってもよい。
本明細書に使用されるように、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」の列挙は、「Ａ、Ｂ、Ｃのいずれか、またはＡ、Ｂ、およびＣの任意の組み合わせ」を意味することを意図している。開示される実施形態の前述の説明は、当業者が本開示を作製または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態の種々の修正が、当業者に容易に明白となり、本明細書に定義される一般的原理は、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図しておらず、本明細書に開示される原理および新規の特徴と一貫する最も広い範囲を与えられるものである。

Claims (15)

  1. プラズマ処理のための方法であって、前記方法は、
    第１の処理ステップの間に励起源を用いて第１のデューティサイクルでパルス化電力をプラズマ処理チャンバに印加することと、
    前記第１の処理ステップの間にバイアス供給源を用いて非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に第１のプラズマシース電圧を生じることと、
    第２の処理ステップの間に前記励起源を用いて第２のデューティサイクルでパルス化電力を前記プラズマ処理チャンバに印加することであって、前記第２の処理ステップは、前記第１の処理ステップに続き、前記第２のデューティサイクルは、前記第１のデューティサイクルとは異なる、ことと、
    前記第２の処理ステップの間に前記バイアス供給源を用いて異なる非対称周期電圧波形を前記基板支持体に印加し、前記基板と前記プラズマとの間に異なるプラズマシース電圧を生じることと
    を含む、方法。
  2. 前記第１のデューティサイクルは、前記第２のデューティサイクルよりも長く、
    前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさは、前記第１の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさよりも小さい、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２の処理ステップの間の前記パルス化電力の電圧は、前記第１の処理ステップの間の前記パルス化電力の電圧よりも低い、請求項１に記載の方法。
  4. 前記処理ステップのうちの一方または両方の間に前記異なるプラズマシース電圧波形を発生させることは、ある範囲のシース電圧を発生させることを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記範囲のシース電圧を発生させることは、前記基板の表面に衝突するイオンのイオン電流を上回るか、または下回るかの少なくとも一方である電流を前記基板のための支持体に提供することを含む、請求項４に記載の方法。
  6. プラズマ処理システムであって、前記プラズマ処理システムは、
    バイアス供給源であって、前記バイアス供給源は、基板支持体への非対称周期電圧波形を印加および修正し、プラズマ処理チャンバ内で前記プラズマと基板との間のプラズマシース電圧を修正するように構成される、バイアス供給源と、
    少なくとも１つのコントローラであって、前記少なくとも１つのコントローラは、
    前記励起源が第１のデューティサイクルでパルス化電力を生じているときに、第１の処理ステップの間に前記バイアス供給源を励起源と同期させることにより、プラズマシース電圧を生じることと、
    前記励起源が第２のデューティサイクルでパルス化電力を生じているときに、第２の処理ステップの間に前記バイアス供給源を前記励起源と同期させ、前記非対称周期電圧波形を印加することにより、前記第２の処理ステップの間に異なる大きさの前記プラズマシース電圧を生じることと
    を行うように構成される、少なくとも１つのコントローラと
    を備える、プラズマ処理システム。
  7. 前記少なくとも１つのコントローラは、
    前記第１のデューティサイクルが前記第２のデューティサイクルよりも長いように前記励起源を制御することと、
    前記第２の処理ステップの間の前記プラズマシース電圧の大きさが前記第１の処理ステップの間の前記プラズマシース電圧の大きさよりも小さいように前記バイアス供給源を制御することと
    を行うように構成される、請求項６に記載のプラズマ処理システム。
  8. 前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１および第２の処理ステップのうちの一方または両方の間に、ある範囲のプラズマシース電圧を生じるように前記バイアス供給源を制御するように構成される、請求項６に記載のプラズマ処理システム。
  9. 前記少なくとも１つのコントローラは、前記基板の表面に衝突するイオンのイオン電流を上回るか、または下回るかの少なくとも一方である電流を前記基板のための支持体に提供し、前記範囲のプラズマシース電圧を生じるように前記バイアス供給源を制御するように構成される、請求項８に記載のプラズマ処理システム。
  10. 前記少なくとも１つのコントローラは、プロセッサまたはフィールドプログラマブルゲートアレイのうちの少なくとも１つを含み、前記少なくとも１つのコントローラは、非一過性コンピュータ可読媒体を含み、前記非一過性コンピュータ可読媒体は、前記プロセッサによる実行のために、または前記フィールドプログラマブルゲートアレイを構成するために、前記バイアス供給源を制御するためのその上に記憶される命令を備える、請求項６に記載のプラズマ処理システム。
  11. 非一過性コンピュータ可読媒体であって、前記非一過性コンピュータ可読媒体は、プロセッサによる実行のために、またはフィールドプログラマブルゲートアレイを構成するために、プラズマ処理を実施するためのその上に記憶される命令を備え、前記命令は、
    第１の処理ステップの間に励起源を用いて第１のデューティサイクルでパルス化電力をプラズマ処理チャンバに印加することと、
    前記第１の処理ステップの間に非対称周期電圧波形を基板支持体に印加し、基板とプラズマとの間に第１のプラズマシース電圧を生じることと、
    第２の処理ステップの間に前記励起源を用いて第２のデューティサイクルでパルス化電力を前記プラズマ処理チャンバに印加することであって、前記第２の処理ステップは、前記第１の処理ステップに続く、ことと、
    前記第２の処理ステップの間に異なる非対称周期電圧波形を前記基板支持体に印加し、前記基板と前記プラズマとの間に異なるプラズマシース電圧を生じることと
    を行うための命令を含む、非一過性コンピュータ可読媒体。
  12. 前記第１のデューティサイクルは、前記第２のデューティサイクルよりも長く、
    前記第２の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさは、前記第１の処理ステップの間の前記シース電圧の大きさよりも小さい、請求項１１に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  13. 前記第２の処理ステップの間の前記パルス化電力の電圧は、前記第１の処理ステップの間の前記パルス化電力の電圧よりも低い、請求項１１に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  14. 前記処理ステップのうちの一方または両方の間に前記異なるプラズマシース電圧を発生させることは、ある範囲のシース電圧を発生させることを含む、請求項１１に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
  15. 前記範囲のシース電圧を発生させることは、前記基板の表面に衝突するイオンのイオン電流を上回るか、または下回るかの少なくとも一方である電流を前記基板のための支持体に提供することを含む、請求項１４に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
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