JP2023120191A - プラズマシステム用ナノ秒パルサｒｆ絶縁 - Google Patents

プラズマシステム用ナノ秒パルサｒｆ絶縁 Download PDF

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Abstract

【課題】プラズマシステム用ナノ秒パルサＲＦ絶縁に関し、従来の技術における課題を解決するためになされたものである。【解決手段】本発明の実施形態はプラズマシステムを含む。プラズマシステムは、プラズマチャンバと、プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動するように構成されたＲＦドライバと、プラズマチャンバに入るパルスを、ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するように構成されたナノ秒パルサと、ＲＦドライバとプラズマチャンバとの間に配置されたハイパスフィルタと、ナノ秒パルサとプラズマチャンバとの間に配置されたローパスフィルタと、を含む。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、プラズマシステム用ナノ秒パルサＲＦ絶縁に関する。
半導体デバイス製造プロセスでは、半導体デバイスを製造する為に、様々なステージにおいてプラズマ処理を行う。このような半導体デバイスとして、プロセッサ、メモリ、集積回路、及び他のタイプの集積回路及びデバイスがあってよい。他の様々なプロセスでもプラズマ処理を利用する。プラズマ処理は、ガス混合物にＲＦ（無線周波数）エネルギを導入してガス分子にエネルギを付与することによってガス混合物を励起することを含む。このガス混合物は、典型的には、プラズマチャンバと呼ばれる真空チャンバに収容され、ＲＦエネルギは、典型的には、電極を通してプラズマチャンバに導入される。
典型的なプラズマプロセスでは、ＲＦ発生器は無線周波数で電力を発生させ（無線周波数は、３ｋＨｚ～３００ＧＨｚの範囲内であると広く理解されている）、この電力は、ＲＦケーブル及びＲＦネットワークを通してプラズマチャンバに送られる。ＲＦ発生器からプラズマチャンバへの効率的な電力伝送を実現する為に、中間回路を使用して、ＲＦ発生器の固定インピーダンスとプラズマチャンバの可変インピーダンスとのマッチングが行われる。そのような中間回路は、一般に、ＲＦインピーダンスマッチングネットワーク、又はよりシンプルにマッチングネットワークと呼ばれる。
本発明は、上記従来の技術における課題を解決するためになされたものである。
本発明の幾つかの実施形態はプラズマシステムを含む。プラズマシステムは、プラズマチャンバと、プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動するように構成されたＲＦドライバと、プラズマチャンバに入るパルスを、ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するように構成されたナノ秒パルサと、ＲＦドライバとプラズマチャンバとの間に配置されたハイパスフィルタと、ナノ秒パルサとプラズマチャンバとの間に配置されたローパスフィルタと、を含む。
幾つかの実施形態では、ハイパスフィルタはキャパシタを含んでよい。幾つかの実施形態では、ローパスフィルタはインダクタを含んでよい。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバはナノ秒パルサを含んでよい。
本発明の幾つかの実施形態はプラズマシステムを含む。プラズマシステムはプラズマチャンバを含み、プラズマチャンバは複数の壁とウェーハ支持物とを含んでよい。プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、プラズマと複数の壁のうちの少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、プラズマと、ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成される。壁－プラズマシースのキャパシタンスは、ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約１０倍の大きさである。ＲＦドライバが、プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動する。ナノ秒パルサが、プラズマチャンバに入るパルスを、ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動する。第１のフィルタが、ＲＦドライバとプラズマチャンバとの間に配置されている。第２のフィルタが、ナノ秒パルサとプラズマチャンバとの間に配置されている。
幾つかの実施形態では、ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスは約１ｎＦより小さい。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバは、約１ｋＶより高いピーク電圧で、且つ約１ＭＨｚより高い周波数でバーストを駆動する。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサは、約１ｋＶより高いピーク電圧で、且つ、ＲＦ発生器が発生させるバーストの周波数より低い周波数でパルスを駆動する。幾つかの実施形態では、第１のフィルタはハイパスフィルタを含み、第２のフィルタはローパスフィルタを含む。幾つかの実施形態では、第２のフィルタは、接地されたキャパシタを含む。幾つかの実施形態では、このキャパシタは、キャパシタンスが約５００ｐＦより小さい。
本発明の幾つかの実施形態はプラズマシステムを含む。プラズマシステムは、プラズマチャンバと、プラズマチャンバと電気的に結合されて、プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動するＲＦドライバと、プラズマチャンバと電気的に結合されて、プラズマチャンバに入るパルスを、ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するナノ秒パルサと、ＲＦドライバとプラズマチャンバとの間に配置されたキャパシタと、ナノ秒パルサとプラズマチャンバとの間に配置されたインダクタと、を含んでよい。
幾つかの実施形態では、キャパシタはキャパシタンスが約１００ｐＦより小さい。幾つかの実施形態では、インダクタはインダクタンスが約１０ｎＨより小さい。幾つかの実施形態では、インダクタは浮遊キャパシタンスが約５ｐＦより小さい。
幾つかの実施形態では、プラズマチャンバは複数の壁とウェーハ支持物とを含み、プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、プラズマと複数の壁のうちの少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、プラズマと、ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、壁－プラズマシースのキャパシタンスは、ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約１０倍の大きさである。
幾つかの実施形態では、プラズマチャンバは複数の壁とウェーハ支持物とを含み、プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、プラズマと複数の壁のうちの少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、プラズマと、ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、壁－プラズマシースのキャパシタンスは、ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約５０倍の大きさである。
本発明の幾つかの実施形態はプラズマシステムを含む。プラズマシステムは、プラズマチャンバと、プラズマチャンバに入るパルスを、約２００ｋＨｚより高いＲＦ周波数と、１ｋＶより高いピーク電圧と、で駆動するように構成されたＲＦドライバと、プラズマチャンバと電気的に結合されたエネルギシンク回路と、プラズマチャンバとＲＦドライバとの間に電気的に結合された整流ダイオードであって、ＲＦドライバが発生させた波形を整流する整流ダイオードと、直列に配置されたドループ制御インダクタ及びドループ制御抵抗であって、ドループ制御インダクタ及びドループ制御抵抗の直列結合は整流ダイオードと並列に配置される、ドループ制御インダクタ及びドループ制御抵抗と、を含んでよい。
幾つかの実施形態では、エネルギシンク回路は抵抗出力段回路を含む。幾つかの実施形態では、エネルギシンク回路はエネルギ回収回路を含む。幾つかの実施形態では、ドループ制御インダクタはインダクタンスが約１０ｍＨより小さい。幾つかの実施形態では、ドループ制御抵抗は約５００Ωより小さい。
これらの実施形態は、本開示を限定又は定義する為でなく、それらの理解を助ける実施例を提供する為に記載されている。「発明を実施するための形態」では更なる実施形態について論じており、そこではより詳細な説明を行っている。本明細書を精査することにより、或いは、提示されている１つ以上の実施形態を実施することにより、様々な実施形態のうちの１つ以上によって提供される利点がより深く理解されよう。
本開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利点については、添付図面を参照しながら以下の「発明を実施するための形態」を読むことでよりよく理解される。
幾つかの実施形態によるナノ秒パルサからのパルスを示す。 幾つかの実施形態によるナノ秒パルサからのパルスのバーストを示す。 幾つかの実施形態によるＲＦドライバからのバーストを示す。 幾つかの実施形態によるＲＦドライバからの複数のバーストを示す。 幾つかの実施形態によるプラズマシステムの概略図である。 幾つかの実施形態によるプラズマシステムの概略図である。 幾つかの実施形態によるプラズマシステムの概略図である。 幾つかの実施形態によるプラズマシステムの概略図である。 幾つかの実施形態による、フィルタリングされるＲＦドライバ及びナノ秒パルサの回路図の一例である。 幾つかの実施形態による、フィルタリングされるＲＦドライバ及びナノ秒パルサの回路図の一例である。 幾つかの実施形態による、フィルタリングされるＲＦドライバ及びナノ秒パルサの回路図の一例である。 幾つかの実施形態による、フィルタリングされるＲＦドライバ及びナノ秒パルサの回路図の一例である。 幾つかの実施形態による、フィルタリングされるＲＦドライバ及びナノ秒パルサの回路図の一例である。 幾つかの実施形態による、フィルタリングされるＲＦドライバの回路図の一例である。 ＲＦドライバが発生させる波形を示す。 ＲＦドライバが発生させる波形を示す。 幾つかの実施形態による、フィルタリングされるＲＦドライバの回路図の一例である。
プラズマシステムを開示する。プラズマシステムは、プラズマチャンバと、プラズマチャンバに入るＲＦバーストをＲＦ周波数で駆動するように構成されたＲＦドライバと、プラズマチャンバに入るパルスを、ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するように構成されたナノ秒パルサと、ＲＦドライバとプラズマチャンバとの間に配置されたハイパスフィルタと、ナノ秒パルサとプラズマチャンバとの間に配置されたローパスフィルタと、を含む。
図１Ａは、ナノ秒パルサからのパルスの一例を示す。図１Ｂは、ナノ秒パルサからのパルスのバーストを示す。バーストは、短時間フレーム内に複数のパルスを含んでよい。ナノ秒パルサからのバーストは、パルス繰り返し周波数が約１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等であってよい。
図２Ａは、幾つかの実施形態によるＲＦドライバからのバーストの一例を示す。図２Ｂは、幾つかの実施形態によるＲＦドライバからの複数のバーストの一例を示す。各バーストは、２００ｋＨｚ及び８００ＭＨｚ（例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、及び８０ＭＨｚ等）のＲＦ周波数を有する正弦波バーストを含んでよい。幾つかの実施形態では、バースト繰り返し周波数（例えば、バーストの周波数）は、約１０ｋＨｚ、５０Ｈｚ、１００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等（例えば、４００ｋＨｚ等）であってよい。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバは、連続正弦波バーストを供給してよい。
図３は、プラズマシステム３００の概略図である。幾つかの実施形態では、プラズマシステム３００はプラズマチャンバ１１０を含んでよく、プラズマチャンバ１１０は、幾つかの実施形態によれば、ＲＦドライバ１０５及びナノ秒パルサ１１５を有する。ＲＦドライバ１０５は、プラズマチャンバ１１０内にある電極１２０と結合されてよい。ナノ秒パルサ１１５は、プラズマチャンバ１１０の内側又は外側にある電極１２０と結合されてよい。幾つかの実施形態では、電極１２０は、静電チャックの一部であってよく、又は静電チャックと結合されてよい。
幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ１１０は真空ポンプを含んでよく、真空ポンプはプラズマチャンバ１１０内の真空状態を維持する。真空ポンプは、例えば、特殊なホース又はステンレス綱配管でプラズマチャンバ１１０に接続されてよい。真空ポンプは、手動制御されてよく、又は機械によって、機械のリレー又はパススループラグで自動制御されてよい。幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ１１０は、半導体処理チャンバ（例えば、プラズマ蒸着システム、半導体組立システム、プラズマスパッタリングシステム等）の理想的又は実効的な回路で表されてよい。
幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ１１０は入力ガス源を含んでよく、入力ガス源は、ＲＦ電力が供給される前、供給された後、又は供給されているときにガス（又は入力ガスの混合物）をチャンバに導入してよい。ガス中のイオンがプラズマを発生させ、ガスは真空ポンプを通って排気される。
幾つかの実施形態では、プラズマシステムは、プラズマ蒸着システム、プラズマエッチングシステム、又はプラズマスパッタリングシステムを含んでよい。幾つかの実施形態では、電極（又はチャック）とウェーハとの間のキャパシタンスが、約１０００ｎＦ、５００ｎＦ、２００ｎＦ、１００ｎＦ、５０ｎＦ、１０ｎＦ、５０００ｐＦ、１０００ｐＦ、１００ｐＦ等より小さくてよい。
ＲＦドライバ１０５は、電極１２０に印加されるＲＦ電力を発生させる任意のタイプの装置を含んでよい。ＲＦドライバ１０５は、例えば、ナノ秒パルサ、ハーフブリッジ回路又はフルブリッジ回路で駆動される共振系、ＲＦ増幅器、非線形伝送線、ＲＦプラズマ発生器等を含んでよい。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、マッチングネットワークを含んでよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、異なる複数のＲＦ周波数（例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、及び８０ＭＨｚ等）を有するＲＦ電力信号を発生させることが可能な１つ以上のＲＦドライバを含んでよい。典型的なＲＦ周波数は、例えば、２００ｋＨｚ～８００ＭＨｚの周波数を含んでよい。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、プラズマチャンバ１１０内でプラズマを生成して維持することが可能である。ＲＦドライバ１０５は、例えば、チャンバ内で様々なガス及び／又はイオンを励起してプラズマを生成する為に、電極１２０（及び／又はアンテナ１８０（後述））にＲＦ信号を供給する。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、図８に示したＲＦドライバ８００、及び／又は図９に示したＲＦドライバ９００のいずれかの部分又は全ての部分を含んでよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、インピーダンスマッチング回路と結合されてよく、又はインピーダンスマッチング回路を含んでよく、インピーダンスマッチング回路は、ＲＦドライバ１０５の出力インピーダンスを、５０Ω同軸ケーブル又は任意のケーブルの業界標準の特性インピーダンスとマッチングさせることが可能である。
ナノ秒パルサ１１５は、１つ以上のナノ秒パルサを含んでよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、あらゆる目的の為に本開示に組み込まれている米国特許出願第１４／５４２，４８７号、件名「高電圧ナノ秒パルサ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｐｕｌｓｅｒ）」に記載の任意の装置の全ての部分又は任意の部分、又はあらゆる目的の為に本開示に組み込まれている米国特許出願第１４／６３５，９９１号、件名「直流的に絶縁された出力可変パルス発生器の開示（Ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｏｕｔｐｕｔ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ」に記載の任意の装置の全ての部分又は任意の部分、又はあらゆる目的の為に本開示に組み込まれている米国特許出願第１４／７９８，１５４号、件名「パルス幅及びパルス繰り返し周波数が可変である高電圧ナノ秒パルサ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｐｕｌｓｅｒ Ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ ａｎｄ Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」に記載の任意の装置の全ての部分又は任意の部分、又はあらゆる目的の為に本開示に組み込まれている米国特許出願第１６／６９７，１７３号、件名「可変出力インピーダンスＲＦ発生器（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ＲＦ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」に記載の任意の装置の全ての部分又は任意の部分を含んでよい。
ナノ秒パルサ１１５は、例えば、ナノ秒パルサ１１００又はナノ秒パルサ１０００を含んでよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、振幅が約１～４０ｋＶのパルス電圧を発生させてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、最大約２，０００ｋＨｚのパルス繰り返し周波数でスイッチングしてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサは、約４００ｋＨｚのパルス繰り返し周波数でスイッチングしてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、パルス幅が約２０００ｎｓから約１ｎｓにかけて変化する単発パルスを供給してよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、約１０ｋＨｚより高いパルス繰り返し周波数でスイッチングしてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、約４００ｎｓより短い、負荷での立ち上がり時間で動作することが可能である。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、２ｋＶより大きい電圧と、約４００ｎｓより短い、負荷での立ち上がり時間と、約１０ｋＨｚより高いパルス繰り返し周波数とで、電源からパルスを発生させることが可能である。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、１つ以上のソリッドステートスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ接合トランジスタ、ＦＥＴ、ＳｉＣスイッチ、ＧａＮスイッチ、光伝導スイッチ等のソリッドステートスイッチ）、１つ以上のスナバ抵抗、１つ以上のスナバダイオード、１つ以上のスナバキャパシタ、及び／又は１つ以上のフリーホイールダイオードを含んでよい。これらの１つ以上のスイッチ及び／又は回路は、並列又は直列に並べられてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５を形成する為に、１つ以上のナノ秒パルサが、直列又は並列にグループにまとめられてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５を形成する為に、複数の高電圧スイッチが、直列又は並列にグループにまとめられてよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、短い時間スケールで容量性負荷から電荷を除去する回路（例えば、抵抗出力段、シンク、又はエネルギ回収回路等）を含んでよい。幾つかの実施形態では、電荷除去回路は、負荷から電荷を消散することを、例えば、短い時間スケール（例えば、１ｎｓ、１０ｎｓ、５０ｎｓ、１００ｎｓ、２５０ｎ、５００ｎｓ、１，０００ｎｓ等の時間スケール）で行ってよい。
幾つかの実施形態では、電極１２０に出力電圧を正バイアス又は負バイアスする為に、ＤＣバイアス電源段が含まれてよい。幾つかの実施形態では、電荷除去回路又は他の回路要素からＤＣバイアス電圧を絶縁／分離する為に、キャパシタが使用されてよい。これは又、回路の１つの部分から別の部分への電位シフトを可能にできる。幾つかの適用例では、電位シフトは、ウェーハを定位置に保持する為に行われてよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスのパルス繰り返し周波数より高いＲＦ周波数でバーストを発生させてよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５と電極１２０との間にキャパシタ１３０が（例えば、直列に）配置されてよい。キャパシタ１３０は、例えば、ナノ秒パルサ１１５からの低周波信号をフィルタリングする為に使用されてよい。これらの低周波信号は、例えば、周波数（例えば、大部分のスペクトル成分）が約１００ｋＨｚ及び１０ＭＨｚ（例えば、約１０ＭＨｚ等）であってよい。キャパシタ１３０は、例えば、値が約１ｐＦ～１ｎＦであってよく、例えば、約１００ｐＦより小さくてよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５と電極１２０との間にインダクタ１３５が（例えば、直列に）配置されてよい。インダクタ１３５は、例えば、ＲＦドライバ１０５からの高周波信号をフィルタリングする為に使用されてよい。これらの高周波信号は、例えば、周波数が約１ＭＨｚ～２００ＭＨｚであってよく、例えば、約１ＭＨｚ～１０ＭＨｚより高くてよい。インダクタ１３５は、例えば、値が約１０ｎＨ～１０μＨであってよく、例えば、約１μＨより大きくてよい。幾つかの実施形態では、インダクタ１３５は、両端の結合キャパシタンスが低くてよい。幾つかの実施形態では、結合キャパシタンスは１ｎＦより小さくてよい。
幾つかの実施形態では、キャパシタ１３０及びインダクタ１３５の一方又は両方が、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。例えば、キャパシタ１３０は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスを、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。インダクタ１３５は、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。
図４は、プラズマシステム４００の概略図である。幾つかの実施形態によれば、プラズマシステム４００はプラズマチャンバ１１０を含み、プラズマチャンバ１１０は、ＲＦドライバ１０５と、フィルタリングされるナノ秒パルサ１１５と、を有する。プラズマシステム４００の一部は、図３のプラズマシステム３００と似ていてよい。この実施形態では、フィルタ１４０がキャパシタ１３０の代わりであってよく、且つ／又はフィルタ１４５がインダクタ１３５の代わりであってよい。これらのフィルタは、ＲＦドライバを、ＮＳＰバイアス発生器が発生させるパルスから、そして、ナノ秒パルサを、ＲＦドライバが発生させるＲＦから、交互に保護する。これを達成する為に多様なフィルタが使用されてよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、ナノ秒パルサ１１５が発生させる各バーストのパルス繰り返し周波数より高いＲＦ周波数（ｆｐ）でバーストを発生させてよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５と電極１２０との間にフィルタ１４０が（例えば、直列に）配置されてよい。フィルタ１４０は、周波数が約１ＭＨｚ～２００ＭＨｚ（例えば、約１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ等）である高周波パルスを通すハイパスフィルタであってよい。フィルタ１４０は、例えば、これらの高周波信号を通すことが可能な任意のタイプのフィルタを含んでよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５と電極１２０との間にフィルタ１４５が（例えば、直列に）配置されてよい。フィルタ１４５は、周波数が約１００ｋＨｚ及び１０ＭＨｚ（例えば、約１０ＭＨｚ等）より低い低周波パルスを通すローパスフィルタであってよい。フィルタ１４５は、例えば、これらの低周波信号を通すことが可能な任意のタイプのフィルタを含んでよい。
幾つかの実施形態では、フィルタ１４０及びフィルタ１４５の一方又は両方が、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。例えば、フィルタ１４０は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスを、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。フィルタ１４５は、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。
図５は、プラズマシステム５００の概略図である。プラズマシステム５００はプラズマチャンバ１１０を含んでよく、プラズマチャンバ１１０は、幾つかの実施形態によれば、ＲＦドライバ１０５及びナノ秒パルサ１１５を有する。
ＲＦドライバ１０５は、アンテナ１８０に印加されるＲＦ電力を発生させる任意のタイプの装置を含んでよい。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、異なる複数のＲＦ周波数（例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、及び６０ＭＨｚ等）を有するＲＦ電力信号を発生させることが可能な１つ以上のＲＦドライバを含んでよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、インピーダンスマッチング回路と結合されてよく、又はインピーダンスマッチング回路を含んでよく、インピーダンスマッチング回路は、ＲＦドライバ１０５の出力インピーダンス（典型的には５０Ω）を、プラズマ負荷の可変インピーダンス（典型的にはずっと小さく、リアクタンス性であってよい）とマッチングさせることが可能である。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、１つ以上のナノ秒パルサを含んでよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５は、図１との関連で示される。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１０００が図１０に示され、又はナノ秒パルサ１１００が図１１に示される。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスのパルス繰り返し周波数より高いＲＦ周波数でパルスを発生させてよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５とアンテナ１８０との間にキャパシタ１５０が（例えば、直列に）配置されてよい。キャパシタ１５０は、例えば、ナノ秒パルサ１１５からの低周波信号をフィルタリングする為に使用されてよい。これらの低周波信号は、例えば、周波数が約１００ｋＨｚ及び１０ＭＨｚ（例えば、約１０ＭＨｚ等）より低くてよい。キャパシタ１５０は、例えば、値が約１ｐＦ～１ｎＦであってよく、例えば、約１００ｐＦより小さくてよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５と電極１２０との間にインダクタ１５５が（例えば、直列に）配置されてよい。インダクタ１３５は、例えば、ＲＦドライバ１０５からの高周波信号をフィルタリングする為に使用されてよい。これらの高周波信号は、例えば、周波数が約１ＭＨｚ～２００ＭＨｚより高くてよく、例えば、約１ＭＨｚ～１０ＭＨｚより高くてよい。インダクタ１５５は、例えば、値が約１０ｎＨ～１０μＨより小さくてよく、例えば、約１μＨより大きくてよい。幾つかの実施形態では、インダクタ１５５は、両端の結合キャパシタンスが低くてよい。
幾つかの実施形態では、キャパシタ１５０及びインダクタ１５５の一方又は両方が、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。例えば、キャパシタ１５０は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスを、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。インダクタ１５５は、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。
図６は、幾つかの実施形態による、ＲＦドライバ１０５及びナノ秒パルサ１１５を有するプラズマシステム６００の概略図である。ＲＦドライバ１０５は、任意のタイプのＲＦドライバを含んでよい。プラズマシステム６００の一部は、図５のプラズマシステム５００と似ていてよい。フィルタ１４０がキャパシタ１５０の代わりであってよく、且つ／又はフィルタ１４５が、図５で使用されているインダクタ１３５の代わりであってよい。
プラズマシステム６００は、プラズマチャンバ７２５を含む。ＲＦドライバ１０５及び／又はナノ秒パルサ１１５は、プラズマチャンバ７２５内でプラズマを駆動するバースト及び／又はパルスを発生させる。プラズマチャンバ７２５は、プラズマ及びプラズマチャンバの理想的且つ／又は実効的な回路表現である。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスのパルス繰り返し周波数より高いＲＦ周波数でバーストを発生させてよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５と電極１２０との間にフィルタ１４０が（例えば、直列に）配置されてよい。フィルタ１４０は、周波数が約１ＭＨｚ～２００ＭＨｚより高い、例えば、約１ＭＨｚ～１０ＭＨｚより高い高周波パルスを通すハイパスフィルタであってよい。フィルタ１４０は、例えば、これらの高周波信号を通すことが可能な任意のタイプのフィルタを含んでよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１１５と電極１２０との間にフィルタ１４５が（例えば、直列に）配置されてよい。フィルタ１４５は、周波数が約１００ｋＨｚ及び１０ＭＨｚ（例えば、約１０ＭＨｚ等）より低い低周波パルスを通すローパスフィルタであってよい。フィルタ１４５は、例えば、これらの低周波信号を通すことが可能な任意のタイプのフィルタを含んでよい。
幾つかの実施形態では、フィルタ１４０及びフィルタ１４５の一方又は両方が、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能であり、且つ／又は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスを、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。例えば、フィルタ１４０は、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスを、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。フィルタ１４５は、ＲＦドライバ１０５が発生させるパルスを、ナノ秒パルサ１１５が発生させるパルスから絶縁することが可能である。
図７は、幾つかの実施形態による、プラズマチャンバ７２５内でプラズマを駆動するＲＦドライバ１０５及びナノ秒パルサ１１５の回路図の一例７００である。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、約６０ＭＨｚの周波数で動作してよい。
幾つかの実施形態では、インピーダンスフィルタ１４０は、ナノ秒パルサ７２０の出力からＲＦドライバ１０５を保護するハイパスフィルタとして働くことも可能である。例えば、キャパシタ７２０は、ナノ秒パルサ７２０の出力をフィルタリングしてよい。ＲＦドライバ１０５は、例えば、１ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１，０００ＭＨｚ等より高い周波数で動作してよい。インピーダンスマッチングネットワークは、例えば、ハイパスフィルタとして働きうる任意のタイプのインピーダンスマッチングネットワークを含んでよい。幾つかの実施形態では、インピーダンスマッチングネットワークは又、ハイパスフィルタ（例えば、フィルタ１４０）として働くことも可能であり、直列キャパシタンスが１０ｎＦ、１ｎＦ、１００ｐＦ、１０ｐＦ、１ｐＦより低い場合にそのように働くことが可能である。
プラズマチャンバ１１０は、実効的な（又は理想的な）プラズマチャンバ７２５内に示された幾つかの等価回路要素で表されてよい。
幾つかの実施形態では、プラズマチャンバ７２５は、半導体処理チャンバ（例えば、プラズマ蒸着システム、半導体組立システム、プラズマスパッタリングシステム等）の理想的又は実効的な回路で表されてよい。キャパシタ７３０は、例えば、ウェーハが設置されてよいチャックのキャパシタンスを表してよい。チャックは、例えば、誘電体材料を含んでよい。例えば、キャパシタ７３０は、キャパシタンスが小さくてよい（例えば、約１０ｐＦ、１００ｐＦ、５００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等であってよい）。
プラズマチャンバ内にプラズマシースが形成されてよく、これは、電子損失及びイオン損失をバランスさせる非中性領域を含んでよい。ウェーハシースキャパシタ７４０は、プラズマとウェーハ上面との間に形成されうるプラズマシースのキャパシタンスを表す。抵抗７５０は、例えば、プラズマ及びウェーハのシース抵抗を表してよい。インダクタ７４５は、例えば、プラズマとウェーハとの間のシースインダクタンスを表してよい。電流源７６０は、例えば、シースを通るイオン電流を表してよい。例えば、ウェーハシースキャパシタ７４０は、キャパシタンスが小さくてよい（例えば、約１０ｐＦ、１００ｐＦ、５００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等であってよい）。
壁シースキャパシタ７３５は、プラズマと、プラズマチャンバの壁のうちの１つ以上の壁との間に形成されうる壁シースのキャパシタンスを表す。抵抗７５０は、例えば、処理チャンバ壁のプラズマとプラズマとの間の抵抗を表してよい。電流源７５５は、例えば、プラズマ中のイオン電流を表してよい。例えば、壁シースキャパシタンスＣ１（例えば、壁シースキャパシタ７３５のキャパシタンス）は、キャパシタンスが小さくてよい（例えば、約１０ｐＦ、１００ｐＦ、５００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等であってよい）。
他の様々なプラズマシースが、チャンバ又は電極の一部とプラズマとの間で形成されてよい。
シースキャパシタンスは、チャイルド－ラングミュア（Ｃｈｉｌｄ－Ｌａｎｇｍｕｉｒ）シースから推定することが可能である。チャイルド－ラングミュアシースは、次式から計算できる。
Figure 2023120191000002
 但し、λＤはデバイ長であり、ｓはシース長であり、Ｔｅは電子の温度であり、－Ｖ０は境界上のバイアス電圧であり、αｅは、シースエッジにおける電子密度減少係数である。そしてシースキャパシタンスは次式から計算できる。
Figure 2023120191000003
 但し、Ａはシース境界の面積であり、ε０は自由空間の誘電率である。
幾つかの実施形態では、壁シースキャパシタンスＣ１（例えば、キャパシタ７３５のキャパシタンス）は、ウェーハシースキャパシタンスＣ３（例えば、キャパシタ７４０のキャパシタンス）より大きくてよい（Ｃ１＞Ｃ３）。例えば、壁シースキャパシタンスＣ１をウェーハシースキャパシタンスＣ３で割った比は、１０より大きくてよい（Ｃ１／Ｃ３＞１０）。別の例として、壁シースキャパシタンスＣ１は、ウェーハシースキャパシタンスＣ３の１０倍であるべきである（Ｃ１＞１０×Ｃ３）。
別の例として、壁シースキャパシタンスＣ１をシースキャパシタンスＣ３で割った比は、５０より大きくてよい（Ｃ１／Ｃ３＞５０）。別の例として、壁シースキャパシタンスＣ１は、シースキャパシタンスＣ３の５０倍であるべきである（Ｃ１＞５０×Ｃ３）。
ＲＦドライバ１０５は、プラズマチャンバ７２５内の電極に印加されるＲＦ電力を発生させる任意のタイプの装置を含んでよい。ＲＦドライバ１０５は、例えば、ナノ秒パルサ、ハーフブリッジ回路又はフルブリッジ回路で駆動される共振系、ＲＦ増幅器、非線形伝送線、ＲＦプラズマ発生器等を含んでよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、異なる複数のＲＦ周波数（例えば、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、及び８０ＭＨｚ等）を有するＲＦ電力信号を発生させることが可能な１つ以上のＲＦドライバを含んでよい。典型的なＲＦ周波数は、例えば、２００ｋＨｚ～８００ＭＨｚの周波数を含んでよい。幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、プラズマチャンバ７２５内でプラズマを生成して維持することが可能である。ＲＦドライバ１０５は、例えば、チャンバ内で様々なガス及び／又はイオンを励起してプラズマを生成する為に、電極（及び／又はアンテナ（後述））にＲＦ信号を供給してよい。
幾つかの実施形態では、ＲＦドライバ１０５は、マッチングネットワークと結合されてよく、又はマッチングネットワークを含んでよく、マッチングネットワークは、ＲＦドライバ１０５の出力インピーダンス（典型的には５０Ω）を、プラズマ負荷の可変インピーダンス（典型的にはずっと小さく、リアクタンス性であってよい）とマッチングさせることが可能である。
ナノ秒パルサ７２０は、１つ以上のナノ秒パルサを含んでよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、あらゆる目的の為に本開示に組み込まれている米国特許出願第１４／５４２，４８７号、件名「高電圧ナノ秒パルサ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｐｕｌｓｅｒ）」に記載の任意の装置の全ての部分又は任意の部分、又はあらゆる目的の為に本開示に組み込まれている米国特許出願第１４／６３５，９９１号、件名「直流的に絶縁された出力可変パルス発生器の開示（Ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｏｕｔｐｕｔ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ」に記載の任意の装置の全ての部分又は任意の部分、又はあらゆる目的の為に本開示に組み込まれている米国特許出願第１４／７９８，１５４号、件名「パルス幅及びパルス繰り返し周波数が可変である高電圧ナノ秒パルサ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｐｕｌｓｅｒ Ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ ａｎｄ Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」に記載の任意の装置の全ての部分又は任意の部分を含んでよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、振幅が約１～４０ｋＶのパルス電圧を発生させてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、最大約２，０００ｋＨｚのパルス繰り返し周波数でスイッチングしてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサは、約４００ｋＨｚのパルス繰り返し周波数でスイッチングしてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、パルス幅が約２０００ｎｓから約１ｎｓにかけて変化する単発パルスを供給してよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、約１０ｋＨｚより高いパルス繰り返し周波数でスイッチングしてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、約４００ｎｓより短い、負荷での立ち上がり時間で動作することが可能である。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、２ｋＶより大きい電圧と、約８０ｎｓより短い立ち上がり時間と、約１０ｋＨｚより高いパルス繰り返し周波数とで、電源からパルスを発生させることが可能である。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、１つ以上のソリッドステートスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ接合トランジスタ、ＦＥＴ、ＳｉＣスイッチ、ＧａＮスイッチ、光伝導スイッチ等のソリッドステートスイッチ）、１つ以上のスナバ抵抗、１つ以上のスナバダイオード、１つ以上のスナバキャパシタ、及び／又は１つ以上のフリーホイールダイオードを含んでよい。これらの１つ以上のスイッチ及び／又は回路は、並列又は直列に並べられてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０を形成する為に、１つ以上のナノ秒パルサが、直列又は並列にグループにまとめられてよい。幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０を形成する為に、複数の高電圧スイッチが、直列又は並列にグループにまとめられてよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ７２０は、短い時間スケールで容量性負荷から電荷を除去する回路（例えば、抵抗出力段、シンク、又はエネルギ回収回路等）を含んでよい。幾つかの実施形態では、電荷除去回路は、負荷から電荷を消散することを、例えば、短い時間スケール（例えば、１ｎｓ、１０ｎｓ、５０ｎｓ、１００ｎｓ、２５０ｎ、５００ｎｓ、１，０００ｎｓ等の時間スケール）で行ってよい。
図８は、幾つかの実施形態による、プラズマチャンバ７２５内でプラズマを駆動するＲＦドライバの一例８００の回路図である。この例では、ＲＦドライバ８００は、ＲＦドライバ１０５の一例である。ＲＦドライバ８００は、ナノ秒パルサ１１５及びフィルタ１４５と結合されてよい。
この例では、ＲＦドライバ８００は、ＲＦ源８０５、共振回路８１０、半波整流器８１５、抵抗出力段８２０、及び／又はバイアス補償回路８２５を含んでよい。ＲＦ源８０５は、フルブリッジドライバ（又はハーフブリッジドライバ）であってよい。ＲＦ源８０５は、入力電圧源８０７を含んでよく、これはＤＣ電圧源（例えば、容量性ソース、ＡＣ－ＤＣコンバータ等）であってよい。幾つかの実施形態では、ＲＦ源８０５は、４つのスイッチ８６１、８６２、８６３、８６４を含んでよい。幾つかの実施形態では、ＲＦ源８０５は、複数のスイッチ８６１、８６２、８６３、及び８６４を直列又は並列に含んでよい。これらのスイッチ８６１、８６２、８６３、８６４は、例えば、任意のタイプのソリッドステートスイッチを含んでよく、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ接合トランジスタ、ＦＥＴ、ＳｉＣスイッチ、ＧａＮスイッチ、光伝導スイッチ等を含んでよい。これらのスイッチ８６１、８６２、８６３、及び８６４は、高い周波数でスイッチングされてよく、且つ／又は高電圧パルスを発生させてよい。これらの周波数は、例えば、約４００ｋＨｚ、０．５ＭＨｚ、２．０ＭＨｚ、４．０ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、５０ＭＨｚ等の周波数を含んでよい。
スイッチ８６１、８６２、８６３、８６４の各スイッチは、それぞれのダイオード８７１、８７２、８７３、及び／又は８７４と並列に結合されてよく、インダクタ８５１、８５２、８５３、及び８５４で表された浮遊インダクタンスを含んでよい。幾つかの実施形態では、インダクタ８５１、８５２、８５３、及び８５４のインダクタンスは同一でありうる。幾つかの実施形態では、インダクタ８５１、８５２、８５３、及び８５４のインダクタンスは、約５０ｎＨ、１００ｎＨ、１５０ｎＨ、５００ｎＨ、１，０００ｎＨ等より小さいことがありうる。スイッチ（８６１、８６２、８６３、又は８６４））とそれぞれのダイオード（８７１、８７２、８７３、及び／又は８７４）との組み合わせは、それぞれのインダクタ（８５１、８５２、８５３、又は８５４）と直列に結合されてよい。インダクタ８５３及び８５４は接地されてよい。インダクタ８５１は、スイッチ８６４及び共振回路８１０につながっている。そしてインダクタ８５２は、スイッチ８６３、及び共振回路８１０の反対側につながっている。
幾つかの実施形態では、ＲＦ源８０５は、共振回路８１０と結合されてよい。共振回路８１０は、共振インダクタ８１１及び／又は共振キャパシタ８１２が変圧器８１４と結合されていてよい。共振回路８１０は共振抵抗８１３を含んでよく、例えば、共振抵抗８１３は、ＲＦドライバ８０５と、共振回路８１０、及び／又は共振回路８１０内の任意の部品（例えば、共振キャパシタ８１２、共振抵抗８１３、及び／又は共振インダクタ８１１等）との間の全てのリードの浮遊抵抗を含んでよい。幾つかの実施形態では、共振抵抗８１３は、電線、パターン、又は回路素子の浮遊抵抗だけを含んでよい。他の回路素子のインダクタンス及び／又はキャパシタンスが駆動周波数に影響する場合があるものの、駆動周波数は、共振インダクタ８１１及び／又は共振キャパシタ８１２の選択によってほぼ設定可能である。浮遊インダクタンス又は浮遊キャパシタンスを考慮して適切な駆動周波数を発生させる為には、更なる洗練及び／又はチューニングが必要になる場合がある。更に、変圧器８１４の両端の立ち上がり時間は、次式が成り立てば、共振インダクタ８１１（Ｌ）及び／又は共振キャパシタ８１２（Ｃ）を変化させることにより調節可能である。
Figure 2023120191000004
幾つかの実施形態では、共振インダクタ８１１のインダクタンス値を大きくすることにより、立ち上がり時間を遅くする又は短くすることが可能である。これらの値は又、バーストエンベロープに影響を及ぼしうる。各バーストは、過渡状態パルス及び定常状態パルスを含んでよい。各バースト内の過渡パルスは、定常状態パルス中にフル電圧に達するまで、共振インダクタ８１１及び／又は系のＱによって設定されてよい。
ＲＦ源８０５内のスイッチが共振周波数（ｆｒｅｓｏｎａｎｔ）でスイッチングされると、変圧器８１４における出力電圧が増幅される。幾つかの実施形態では、共振周波数は、約４００ｋＨｚ、０．５ＭＨｚ、２．０ＭＨｚ、４．０ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、５０ＭＨｚ等であってよい。
幾つかの実施形態では、共振キャパシタは、変圧器８１４の浮遊キャパシタンス、及び／又は物理的キャパシタを含んでよい。幾つかの実施形態では、共振キャパシタは、キャパシタンスが約１０μＦ、１μＦ、１００ｎＦ、１０ｎＦ等であってよい。幾つかの実施形態では、共振インダクタ８１１は、変圧器８１４の浮遊インダクタンス、及び／又は物理的インダクタを含んでよい。幾つかの実施形態では、共振インダクタ８１１は、インダクタンスが約５０ｎＨ、１００ｎＨ、１５０ｎＨ、５００ｎＨ、１，０００ｎＨ等であってよい。幾つかの実施形態では、共振抵抗８１３は、抵抗が約１０Ω、２５Ω、５０Ω、１００Ω、１５０Ω、５００Ω等であってよい。
幾つかの実施形態では、変圧器８１４は任意選択であってよい。幾つかの実施形態では、抵抗８１３、共振インダクタ８１１、及び／又は共振キャパシタ８１２のうちの１つ以上が、変圧器８１４の二次側に配置されてよい。
幾つかの実施形態では、共振抵抗８１３は、物理的な回路内の電線、パターン、及び／又は変圧器巻線の浮遊抵抗を表してよい。幾つかの実施形態では、共振抵抗８１３は、抵抗が約１０ｍΩ、５０ｍΩ、１００ｍΩ、２００ｍΩ、５００ｍΩ等であってよい。
幾つかの実施形態では、変圧器８１４は、あらゆる目的の為に本文書に組み込まれている米国特許出願第１５／３６５，０９４号、件名「高電圧変圧器（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）」で開示されているような変圧器を含んでよい。幾つかの実施形態では、共振回路８１０の出力電圧は、スイッチ８６１、８６２、８６３、及び／又は８６４のデューティサイクル（例えば、スイッチが「オン」の時間、即ちスイッチが導通している時間）を変更することによって変更可能である。例えば、デューティサイクルが長くなるほど出力電圧は高くなり、デューティサイクルが短くなるほど出力電圧は低くなる。幾つかの実施形態では、共振回路８１０の出力電圧は、ＲＦ源８０５におけるスイッチングのデューティサイクルを調節することにより変更又はチューニングが可能である。
例えば、スイッチのデューティサイクルの調節は、スイッチ８６１を開閉する信号Ｓｉｇ１のデューティサイクルを変更すること、スイッチ８６２を開閉する信号Ｓｉｇ２のデューティサイクルを変更すること、スイッチ８６３を開閉する信号Ｓｉｇ３のデューティサイクルを変更すること、及びスイッチ８６４を開閉する信号Ｓｉｇ４のデューティサイクルを変更することによって可能である。例えば、スイッチ８６１、８６２、８６３、又は８６４のデューティサイクルを調節することにより、共振回路８１０の出力電圧、又は負荷における電圧をリアルタイムで制御することが可能である。
幾つかの実施形態では、ＲＦ源８０５の各スイッチ８６１、８６２、８６３、又は８６４は、互いに独立にスイッチングされてよく、又は他のスイッチのうちの１つ以上のスイッチと連動してスイッチングされてよい。例えば、信号Ｓｉｇ１は、信号Ｓｉｇ３と同じ信号であってよい。別の例として、信号Ｓｉｇ２は、信号Ｓｉｇ４と同じ信号であってよい。別の例として、各信号は、互いに独立であってよく、各スイッチ８６１、８６２、８６３、又は８６４を互いに独立に又は別々に制御してよい。
幾つかの実施形態では、共振回路８１０は、半波整流器８１５と結合されてよく、半波整流器８１５は整流ダイオード８１６を含んでよい。
幾つかの実施形態では、半波整流器８１５は抵抗出力段８２０と結合されてよい。抵抗出力段８２０は、当該技術分野において知られている任意の抵抗出力段を含んでよい。例えば、抵抗出力段８２０は、あらゆる目的の為に完全な形で本開示に組み込まれている米国特許出願第１６／１７８，５３８号、件名「高電圧抵抗出力段回路（ＨＩＧＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＲＥＳＩＳＴＩＶＥ ＯＵＴＰＵＴ ＳＴＡＧＥ ＣＩＲＣＵＩＴ）」に記載の任意の抵抗出力段を含んでよい。
例えば、抵抗出力段８２０は、インダクタ８２１、抵抗８２２、抵抗８２３、及びキャパシタ８２４を含んでよい。幾つかの実施形態では、インダクタ８２１は、インダクタンスが約５～２５μＨであってよい。幾つかの実施形態では、抵抗８２３は、抵抗が約５０～２５０Ωであってよい。幾つかの実施形態では、抵抗８２２は、抵抗出力段８２０の浮遊抵抗を含んでよい。
幾つかの実施形態では、抵抗８２３は、直列及び／又は並列に並んだ複数の抵抗を含んでよい。キャパシタ８２４は、抵抗８２３の浮遊キャパシタンスを表してよく、これは、直列及び／又は並列の抵抗の並びのキャパシタンスを含む。浮遊キャパシタ８２４のキャパシタンスは、例えば、５００ｐＦ、２５０ｐＦ、１００ｐＦ、５０ｐＦ、１０ｐＦ、１ｐＦ等より小さくてよい。浮遊キャパシタ８２４のキャパシタンスは、例えば、負荷キャパシタンスより小さい場合があり、例えば、キャパシタ７３５、キャパシタ７３０、及び／又はキャパシタ７４０等のキャパシタンスより小さい場合がある。
幾つかの実施形態では、抵抗８２３は負荷（例えば、プラズマシースキャパシタンス）を放電してよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、各パルス周期の間の平均電力で約１キロワット超を、且つ／又は各パルス周期におけるエネルギで１ジュール以下を放出するように構成されてよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０の抵抗８２３の抵抗は２００Ωより小さくてよい。幾つかの実施形態では、抵抗８２３は、直列又は並列に並んだ複数の抵抗を含んでよく、それらの結合キャパシタンス（例えば、キャパシタ８２４）は約２００ｐＦより小さい。
幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、負荷上の電圧波形の形状を制御することに使用可能な回路素子の集合体を含んでよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、受動素子のみ（例えば、抵抗、キャパシタ、インダクタ等）を含んでよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、受動回路素子だけでなく能動回路素子（例えば、スイッチ）を含んでよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、例えば、波形の電圧立ち上がり時間及び／又は波形の電圧立ち下がり時間を制御することに使用されてよい。
幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、容量性負荷（例えば、ウェーハ及び／又はプラズマ）を放電してよい。例えば、これらの容量性負荷はキャパシタンスが小さくてよい（例えば、約１０ｐＦ、１００ｐＦ、５００ｐＦ、１ｎＦ、１０ｎＦ、１００ｎＦ等であってよい）。
幾つかの実施形態では、抵抗出力段は、パルスのパルス電圧が高く（例えば、１ｋＶ、１０ｋＶ、２０ｋＶ、５０ｋＶ、１００ｋＶ等より高い電圧であり）、且つ／又はパルスの周波数が高く（例えば、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等より高い周波数であり）、且つ／又はパルスの周波数が約４００ｋＨｚ、０．５ＭＨｚ、２．０ＭＨｚ、４．０ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、５０ ＭＨｚ等である回路で使用されてよい。
幾つかの実施形態では、抵抗出力段は、高い平均電力、高いピーク電力、速い立ち上がり時間、及び／又は速い立ち下がり時間をハンドリングするように選択されてよい。例えば、平均電力定格は、約０．５ｋＷ、１．０ｋＷ、１０ｋＷ、２５ｋＷ等より大きくてよく、且つ／又は、ピーク電力定格は、約１ｋＷ、１０ｋＷ、１００ｋＷ、１ＭＷ等より大きくてよい。
幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、受動部品の直列又は並列のネットワークを含んでよい。例えば、抵抗出力段８２０は、直列の抵抗、キャパシタ、及びインダクタを含んでよい。別の例として、抵抗出力段８２０は、キャパシタとインダクタの並列の組み合わせに抵抗が直列につながったものを含んでよい。例えば、インダクタ８２１は、整流器からの出力電圧があるときに抵抗出力段に有意のエネルギが注入されないようにするのに十分な大きさが選択されてよい。抵抗８２２及び抵抗８２３の値は、Ｌ／Ｒ時間で負荷中のしかるべきキャパシタがＲＦ周波数より速く放電することが可能であるように選択されてよい。
幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０は、バイアス補償回路８２５と結合されてよい。バイアス補償回路８２５は、当該技術分野において知られている任意のバイアス回路及び／又はバイアス補償回路を含んでよい。例えば、バイアス補償回路８２５は、あらゆる目的の為に完全な形で本開示に組み込まれている米国特許出願第１６／５２３，８４０号、件名「ナノ秒パルサバイアス補償（ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＥＲ ＢＩＡＳ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮ）」に記載の任意のバイアス回路及び／又はバイアス補償回路を含んでよい。幾つかの実施形態では、抵抗出力段８２０及び／又はバイアス補償回路８２５は任意選択であってよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサは、抵抗出力段８２０に似た抵抗出力段を含んでよい。
幾つかの実施形態では、バイアス補償回路８２５は、バイアスキャパシタ８２６、ブロッキングキャパシタ８２６、ブロッキングダイオード８２７、スイッチ８２８ （例えば、高電圧スイッチ）、オフセット供給電圧８３０、抵抗８３１、及び／又は抵抗８２９を含んでよい。幾つかの実施形態では、スイッチ８２８は、あらゆる目的の為に完全な形で本開示に組み込まれている米国特許出願第８２／７１７，６３７号、件名「ナノ秒パルシング用高電圧スイッチ（ＨＩＧＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＷＩＴＣＨ ＦＯＲ ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＩＮＧ）」、及び／又は米国特許出願第１６／１７８，５６５号、件名「ナノ秒パルシング用高電圧スイッチ（ＨＩＧＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＷＩＴＣＨ ＦＯＲ ＮＡＮＯＳＥＣＯＮＤ ＰＵＬＳＩＮＧ）」に記載の高電圧スイッチを含む。
幾つかの実施形態では、オフセット供給電圧８３０は、出力電圧を正バイアス又は負バイアスすることが可能なＤＣ電圧源を含んでよい。幾つかの実施形態では、ブロッキングキャパシタ８２６は、オフセット供給電圧８３０を、抵抗出力段８２０及び／又は他の回路素子から絶縁／分離することが可能である。幾つかの実施形態では、バイアス補償回路８２５は、回路の１つの部分から別の部分への電力の電位シフトを可能にできる。幾つかの実施形態では、バイアス補償回路８２５は、チャンバ内で高電圧パルスがアクティブであるときにウェーハを定位置に保持することに使用されてよい。抵抗８３１は、ＤＣバイアス電源をドライバから保護／絶縁することが可能である。
幾つかの実施形態では、スイッチ８２８は、ＲＦドライバ８０５がパルシングしている間は開いてよく、ＲＦドライバ８０５がパルシングしていない間は閉じてよい。スイッチ８２８は、閉じている間は、例えば、ブロッキングダイオード８２７の両端で電流を短絡させることが可能である。この電流を短絡させることにより、ウェーハとチャックとの間のバイアスを２ｋＶより小さくすることを可能にでき、これは許容範囲内でありうる。
図９は、幾つかの実施形態による、プラズマチャンバ７２５内でプラズマを駆動するＲＦドライバ回路９００の回路図である。この例では、ＲＦドライバ９００は、ＲＦドライバ１０５の一例である。ＲＦドライバ回路９００は、ナノ秒パルサ１１５及びフィルタ１４５と結合されてよい。
この例では、ＲＦドライバ回路９００は、ＲＦ源８０５、共振回路８１０、半波整流器８１５、エネルギ回収回路９０５、及び／又はバイアス補償回路８２５を含んでよい。ＲＦ源８０５は、フルブリッジドライバ（又はハーフブリッジドライバ）であってよい。
ＲＦドライバ９００は、ＲＦドライバ８００と似ており、抵抗出力段８２０がエネルギ回収回路９０５に置き換えられている。抵抗出力段８２０及びエネルギ回収回路９０５は、エネルギシンク回路と呼ばれてよい。幾つかの実施形態では、エネルギ回収回路９０５及び／又はバイアス補償回路８２５は任意選択であってよい。
この例では、エネルギ回収回路９０５は、変圧器８１４の二次側に配置されてよく、又は二次側と電気的に結合されてよい。エネルギ回収回路９０５は、例えば、変圧器８１４の二次側の両端にダイオード９３０（例えば、クロウバーダイオード）を含んでよい。エネルギ回収回路９０５は、例えば、（直列に並んだ）ダイオード９１５及びインダクタ９１０を含んでよく、これにより、電流が変圧器８１４の二次側から流れて電源８０６を充電することと、電流がプラズマチャンバ７２５に流れることと、を可能にできる。ダイオード９１５及びインダクタ９１０は、変圧器８１４の二次側に電気的に接続され、電源８０６と結合されてよい。幾つかの実施形態では、エネルギ回収回路９０５は、変圧器８１４の二次側と電気的に結合されたダイオード９２０及び／又はインダクタ９２５を含んでよい。インダクタ９１０は、浮遊インダクタンスを表してよく、且つ／又は変圧器８１４の浮遊インダクタンスを含んでよい。
パルサ段１０１０がオンになると（パルシングを行うと）、電流がプラズマチャンバ７２５を充電する（例えば、キャパシタ７３５、キャパシタ７３０、又はキャパシタ７４０を充電する）ことが可能である。例えば、変圧器８１４の二次側の電圧が電源８０６の充電電圧より高くなると、幾らかの電流がインダクタ９１０を流れることが可能である。ナノ秒パルサがオフになると、電流がプラズマチャンバ７２５内のキャパシタからインダクタ９１０を通って流れて、インダクタ９１０の両端の電圧がゼロになるまで電源８０６を充電することが可能である。ダイオード９３０は、プラズマチャンバ７２５内のキャパシタが、プラズマチャンバ７２５又はバイアス補償回路８２５のインダクタンスとリンギングを起こすのを防ぐことが可能である。
ダイオード９１５は、例えば、電源８０６からプラズマチャンバ７２５内のキャパシタへ電荷が流れるのを防ぐことが可能である。
インダクタ９１０の値は、電流の立ち下がり時間を制御する為に選択されてよい。幾つかの実施形態では、インダクタ９１０は、インダクタンスの値が１～５００μＨであってよい。
幾つかの実施形態では、エネルギ回収回路９０５は、インダクタ９１０を通る電流の流れを制御する為に使用可能なスイッチを含んでよい。このスイッチは、例えば、インダクタ９１０と直列に配置されてよい。
エネルギ回収回路９０５内のスイッチは、例えば、２０１８年１１月１日に出願された米国特許出願第１６／１７８，５６５号、件名「電力が絶縁されている高電圧スイッチ（ＨＩＧＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＷＩＴＣＨ ＷＩＴＨ ＩＳＯＬＡＴＥＤ ＰＯＷＥＲ）」（これは、２０１８年８月１０日に出願された米国特許仮出願第６２／７１７，６３７号の優先権を主張するものであり、これらは両方とも参照によって完全な形で組み込まれている）で開示されている高電圧スイッチのような高電圧スイッチを含んでよい。幾つかの実施形態では、ＲＦ源８０５は、ＲＦ源８０５内に示された様々な部品の代わりに又はそれらの部品に加えて高電圧スイッチを含んでよい。
図１０は、幾つかの実施形態による、プラズマチャンバ７２５内でプラズマを駆動するナノ秒パルサ１０００の回路図である。この例では、ナノ秒パルサ１０００は、ナノ秒パルサ１１５の一例である。ナノ秒パルサ１０００は、ＲＦドライバ１０５及びフィルタ１４０と結合されてよい。この例では、ナノ秒パルサ１０００は、パルサ段１０１０、抵抗出力段８２０、及び／又はバイアス補償回路８２５を含んでよい。
幾つかの実施形態では、ナノ秒パルサ１０００（即ちパルサ段１０１０）は、電圧が１ｋＶ、１０ｋＶ、２０ｋＶ、５０ｋＶ、１００ｋＶ、１，０００ｋＶ等より高く、立ち上がり時間が約１ｎｓ、１０ｎｓ、５０ｎｓ、１００ｎｓ、２５０ｎｓ、５００ｎｓ、１，０００ｎｓ等より短く、立ち下がり時間が約１ｎｓ、１０ｎｓ、５０ｎｓ、１００ｎｓ、２５０ｎｓ、５００ｎｓ、１，０００ｎｓ等より短く、周波数が約１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等より高いパルスを負荷段に投入してよい。
幾つかの実施形態では、パルサ段１０１０は、例えば、５００Ｖ超であるか、ピーク電流が１０アンペア超であるか、パルス幅が約１０，０００ｎｓ、１，０００ｎｓ、１００ｎｓ、１０ｎｓ等より短いパルスを発生させることが可能な任意のデバイスを含んでよい。別の例として、パルサ段１０１０は、振幅が１ｋＶ、５ｋＶ、１０ｋＶ、５０ｋＶ、２００ｋＶ等より大きいパルスを発生させてよい。別の例として、パルサ段１０１０は、立ち上がり時間又は立ち下がり時間が約５ｎｓ、５０ｎｓ、又は３００ｎｓ等より短いパルスを発生させてよい。
幾つかの実施形態では、パルサ段１０１０は、複数の高電圧バーストを発生させてよい。各バーストは、例えば、立ち上がり時間が速く立ち下がり時間が速い複数の高電圧パルスを含んでよい。複数の高電圧バーストは、例えば、バースト繰り返し周波数が約１０Ｈｚ～１０ｋＨｚであってよい。より具体的には、例えば、複数の高電圧バーストのバースト繰り返し周波数が約１０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、５．０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ等であってよい。
複数の高電圧バーストの各バーストにおいては、高電圧パルスのパルス繰り返し周波数が約１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ等であってよい。
幾つかの実施形態では、バースト繰り返し周波数によって１つのバーストから次のバーストまでの時間が決まる。バイアス補償スイッチが動作する周波数。
幾つかの実施形態では、パルサ段１０１０は、電圧源１０２０と結合された１つ以上のソリッドステートスイッチ１０２５（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ接合トランジスタ、ＦＥＴ、ＳｉＣスイッチ、ＧａＮスイッチ、光導電性スイッチ等のようなソリッドステートスイッチ）を含んでよい。幾つかの実施形態では、パルサ段１０１０は、１つ以上の源スナバ抵抗１０３０、１つ以上の源スナバダイオード１０３７、１つ以上の源スナバキャパシタ１０３５、又は１つ以上の源フリーホイールダイオード１０４０を含んでよい。１つ以上のスイッチ及び／又は回路が並列又は直列に配置されてよい。
幾つかの実施形態では、パルサ段１０１０は、複数の高電圧パルスを、高い周波数、速い立ち上がり時間、速い立ち下がり時間、高い頻度等で発生させてよい。パルサ段１０１０は、１つ以上のナノ秒パルサを含んでよい。
幾つかの実施形態では、パルサ段１０１０は、高電圧パルシング電源を含んでよい。
パルサ段１０１０は、例えば、あらゆる目的の為に完全な形で本開示に組み込まれている米国特許出願第１４／５４２，４８７号、件名「高電圧ナノ秒パルサ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｐｕｌｓｅｒ）」に記載の任意のパルサを含んでよい。パルサ段１０１０は、例えば、あらゆる目的の為に完全な形で本開示に組み込まれている米国特許第９，６０１，２８３号、件名「効率的なＩＧＢＴスイッチング（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＩＧＢＴ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）」に記載の任意のパルサを含んでよい。パルサ段１０１０は、例えば、あらゆる目的の為に完全な形で本開示に組み込まれている米国特許出願第１５／３６５，０９４号、件名「高電圧変圧器（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）」に記載の任意のパルサを含んでよい。
パルサ段１０１０は、例えば、高電圧スイッチを含んでよい。別の例として、パルサ段１０１０は、例えば、あらゆる目的の為に完全な形で本開示に組み込まれている、２０１８年１１月１日に出願された米国特許出願第１６／１７８，５６５号、件名「絶縁電源を有する高電圧スイッチ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）」に記載の任意のスイッチを含んでよい。
幾つかの実施形態では、パルサ段１０１０は変圧器８１４を含んでよい。変圧器８１４は、変圧器コア（例えば、トロイドコア又は非トロイドコア）と、１回以下の巻数で変圧器コアに巻かれた少なくとも１つの一次巻線と、複数回の巻数で変圧器コアに巻かれた二次巻線と、を含んでよい。
幾つかの実施形態では、変圧器８１４は、変圧器コアに巻かれた１回巻き一次巻線及び複数回巻き二次巻線を含んでよい。１回巻き一次巻線は、例えば、１回以下の巻数で変圧器コアに巻かれた１つ以上の電線を含んでよい。１回巻き一次巻線は、例えば、個別の１回巻き一次巻線を２個、１０個、２０個、５０個、１００個、２５０個、１２００個等より多く含んでよい。幾つかの実施形態では、一次巻線は導電性シートを含んでよい。
複数回巻き二次巻線は、例えば、複数回の巻数で変圧器コアに巻かれた単線を含んでよい。複数回巻き二次巻線は、例えば、２回、１０回、２５回、５０回、１００回、２５０回、５００回等より多い巻数で変圧器コアに巻かれてよい。幾つかの実施形態では、複数の複数回巻き二次巻線が変圧器コアに巻かれてよい。幾つかの実施形態では、二次巻線は導電性シートを含んでよい。
幾つかの実施形態では、高電圧変圧器は、１，０００ボルトを超える電圧を、１５０ナノ秒未満又は５０ナノ秒未満又は５ナノ秒未満の速い立ち上がり時間で出力するように使用されてよい。
幾つかの実施形態では、高電圧変圧器は、低インピーダンス及び／又は低キャパシタンスであってよい。例えば、高電圧変圧器は、一次側で測定される浮遊インダクタンスが１００ｎＨ、５０ｎＨ、３０ｎＨ、２０ｎＨ、１０ｎＨ、２ｎＨ、１００ｐＨより小さく、且つ／又は、二次側で測定される浮遊キャパシタンスが１００ｐＦ、３０ｐＦ、１０ｐＦ、１ｐＦより小さい。
変圧器８１４は、あらゆる目的の為に本文書に組み込まれている米国特許出願第１５／３６５，０９４号、件名「高電圧変圧器（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）」に開示のような変圧器を含んでよい。
図１１は、幾つかの実施形態による、プラズマチャンバ７２５内でプラズマを駆動するナノ秒パルサ１１００の回路図である。この例では、ナノ秒パルサ１０００は、ナノ秒パルサ１１５の一例である。ナノ秒パルサ１１００は、ＲＦドライバ１０５及びフィルタ１４０と結合されてよい。この例では、ナノ秒パルサ１１００は、パルサ段１０１０、エネルギ回収回路９０５、及び／又はバイアス補償回路８２５を含んでよい。他の様々な回路素子が含まれてよい。他の様々な回路素子が含まれてよい。
ナノ秒パルサ１１００は、ナノ秒パルサ１０００と似ているが、抵抗出力段８２０がなく、エネルギ回収回路９０５を含む。幾つかの実施形態では、エネルギ回収回路９０５及び／又はバイアス補償回路８２５は任意選択であってよい。
この例では、エネルギ回収回路９０５は、変圧器８１４の二次側に配置されてよく、又は二次側と電気的に結合されてよい。エネルギ回収回路９０５は、例えば、変圧器８１４の二次側の両端にダイオード９３０（例えば、クロウバーダイオード）を含んでよい。エネルギ回収回路９０５は、例えば、（直列に並んだ）ダイオード９１５及びインダクタ９１０を含んでよく、これにより、電流が変圧器８１４の二次側から流れて電源８０６を充電することと、電流がプラズマチャンバ７２５に流れることと、を可能にできる。ダイオード９１５及びインダクタ９１０は、変圧器８１４の二次側に電気的に接続され、電源８０６と結合されてよい。ダイオード９１５とインダクタ９１０は、任意の順序で配置されてよい。幾つかの実施形態では、エネルギ回収回路９０５は、変圧器８１４の二次側と電気的に結合されたダイオード９２０及び／又はインダクタ９２５を含んでよい。インダクタ９１０は、浮遊インダクタンスを表してよく、且つ／又は変圧器８１４の浮遊インダクタンスを含んでよい。
ＲＦ源８０５がオンになると、電流がプラズマチャンバ７２５を充電する（例えば、キャパシタ７３５、キャパシタ７３０、又はキャパシタ７４０を充電する）ことが可能である。例えば、変圧器８１４の二次側の電圧が電源８０６の充電電圧より高くなると、幾らかの電流がインダクタ９１０を流れることが可能である。ナノ秒パルサがオフになると、電流がプラズマチャンバ７２５内のキャパシタからインダクタ９１０を通って流れて、インダクタ９１０の両端の電圧がゼロになるまで電源８０６を充電することが可能である。ダイオード９３０は、プラズマチャンバ７２５内のキャパシタンスが、プラズマチャンバ７２５又はバイアス補償回路８２５のインダクタンスとリンギングを起こすのを防ぐことが可能である。
ダイオード９１５は、例えば、電源８０６からプラズマチャンバ７２５内のキャパシタへ電荷が流れるのを防ぐことが可能である。
インダクタ９１０のインダクタンス値は、電流の立ち下がり時間を制御する為に選択されてよい。幾つかの実施形態では、インダクタ９１０は、インダクタンスの値が１～５００μＨであってよい。
幾つかの実施形態では、エネルギ回収回路９０５は、インダクタ９１０を通る電流の流れを制御する為に使用可能なスイッチを含んでよい。このスイッチは、例えば、インダクタ９１０と直列に配置されてよい。
エネルギ回収回路９０５内のスイッチは、例えば、２０１８年１１月１日に出願された米国特許出願第１６／１７８，５６５号、件名「電力が絶縁されている高電圧スイッチ（ＨＩＧＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＷＩＴＣＨ ＷＩＴＨ ＩＳＯＬＡＴＥＤ ＰＯＷＥＲ）」（これは、２０１８年８月１０日に出願された米国特許仮出願第６２／７１７，６３７号の優先権を主張するものであり、これらは両方とも参照によって完全な形で組み込まれている）で開示されている高電圧スイッチのような高電圧スイッチを含んでよい。
図１２は、幾つかの実施形態による、プラズマチャンバ７２５を駆動するＲＦドライバ回路１２００の回路図である。ＲＦドライバ回路１２００は、ＲＦドライバ８００と似ている。変圧器８１４は除去されているが、変圧器は使用可能である。
ＲＦ源８０５は、共振インダクタ８１１、共振キャパシタ８１２、及び／又は共振抵抗８１３の共振周波数で共振回路８１０を駆動することが可能である。
整流ダイオード８１６は（ドループ制御インダクタ８１７及びドループ制御抵抗８１８を伴わずに）、ＲＦ源８０５及び共振回路８１０が発生させる正弦波形を、図１３の波形１３１０で示すように整流することが可能であり、図１３は、点１２１０において経時測定された電圧を示す。ウェーハ上での結果を波形１３１５で示しており、これは、点１２１５において経時測定された電圧を示す。ＲＦ源８０５及び共振回路８１０が発生させる電圧は、波形１３０５で示している。波形１３１５の平坦部分は、幾らかの負方向ドループを有する。ドループは、プラズマ中のイオン電流に起因する、波形の非平坦部分である。この例では、ドループは、波形１３１５の一部の、およそ８ｋＶから５ｋＶまでの傾斜として示された上方傾斜である。幾つかの実施形態では、波形１３１０のこの部分がほぼ一定の電圧にとどまることが有利でありうる。それは、これが、ウェーハ表面に収まるイオンエネルギと直接相関する為である。
ＲＦ周波数、ＲＦ電圧、及びウェーハへのイオン電流に基づいてドループ制御インダクタ８１７及びドループ制御抵抗８１８を適切に選択することにより、波形１３１５中のドループを補償することが可能である。ドループ制御インダクタ８１７及びドループ制御抵抗８１８は、共振正弦波の負部分の一部が点１２１０に流れて、イオン電流が点１２１５に流れたことによるキャパシタ７３０の損失電荷に取って代わることを可能にできる。ドループ制御インダクタ８１７又はドループ制御抵抗８１８はドループ制御キャパシタで置き換えられてよく、又はドループ制御キャパシタが追加されてよい。ドループ制御抵抗８１８は、回路全体にわたる浮遊抵抗を包含するか含んでよい。ドループ制御インダクタ８１７及びドループ制御抵抗８１８の値は、共振周波数、（例えば、波形１３０５の）出力共振電圧振幅、及び／又は共振回路８１０のウェーハ表面のイオン電流の振幅に基づいて選択されてよい。
幾つかの実施形態では、ドループ制御インダクタ８１７、ドループ制御抵抗８１８、及び／又はドループ制御キャパシタは、あらかじめ決められてよく、又はリアルタイムで制御されてよい。例えば、ドループ制御インダクタ８１７は可変インダクタを含んでよく、ドループ制御抵抗８１８は可変抵抗を含んでよく、且つ／又はドループ制御キャパシタは可変キャパシタを含んでよい。
幾つかの実施形態では、ドループ制御抵抗８１８及び／又はドループ制御インダクタ８１７のいずれかの、所与の周波数及び電圧におけるインピーダンスは、キャパシタ７３０の放電率とつり合う為に必要なインピーダンス以下であってよい。
図１４の波形１４１５で示すように、ウェーハ上でのドループは、ドループ制御インダクタ８１７及びドループ制御抵抗８１８を含むことにより除去できる。ドループ制御インダクタ８１７及びドループ制御抵抗８１８は、電流が回路を通って戻ることによって、波形１４１０の一部に示すような負方向整流を引き起こすことを可能にでき、その部分は平坦であるべきであるが、そうでなければ下方傾斜している。幾つかの実施形態では、波形１４１０のこの部分がほぼ一定の電圧にとどまることが有利でありうる。それは、これが、ウェーハ表面に収まるイオンエネルギと直接相関する為である。
幾つかの実施形態では、ドループ制御インダクタ８１７は、インダクタンスが約１００ｍＨ、５０ｍＨ、１０ｍＨ、５ｍＨ等より小さくてよい。幾つかの実施形態では、ドループ制御インダクタ８１７は、インダクタンスが約０．１ｍＨ、０．５ｍＨ、１ｍＨ、５ｍＨ、１０ｍＨ等より小さくてよい。
幾つかの実施形態では、ドループ制御抵抗８１８は、抵抗又は浮遊抵抗が約１０ｍΩ、５０ｍΩ、１００ｍΩ、２５０ｍΩ、５００ｍΩ等より小さくてよい。幾つかの実施形態では、ドループ制御抵抗８１８は、抵抗又は浮遊抵抗が約１０Ω、５０Ω、１００Ω、２５０Ω、５００Ω等より小さくてよい。
図１５は、幾つかの実施形態による、プラズマチャンバ７２５を駆動するＲＦドライバ回路１５００の回路図である。ＲＦドライバ回路１５００は、ＲＦドライバ回路１２００と似ており、抵抗出力段８２０がエネルギ回収回路９０５に置き換えられている。抵抗出力段８２０及びエネルギ回収回路９０５は、エネルギシンク回路と呼ばれてよい。ドループ制御インダクタ８１７及びドループ制御抵抗８１８は、回路内のあらゆるドループを補正することが可能である。
特に断らない限り、「ほぼ（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という語は、言及された値の５～１０％以内、又は製造公差以内であることを意味する。特に断らない限り、「約（ａｂｏｕｔ）」という語は、言及された値の５～１０％以内、又は製造公差以内であることを意味する。
「又は（ｏｒ）」という語は包含的である。
本明細書では、特許請求対象の十分な理解が得られるように、多数の具体的詳細を説明している。しかしながら、当業者であれば理解されるように、それらの具体的詳細がなくても本特許請求対象を実施することは可能である。又、場合によっては、本特許請求対象が曖昧にならないように、当業者にはよく知られているであろう方法、装置、又はシステムについては詳細に説明していない。
幾つかの部分が、コンピューティングシステムメモリ（例えば、コンピュータメモリ）に記憶されているデータビット又はバイナリデジタル信号に対する動作のアルゴリズム又はシンボリック表現として示されている。これらのアルゴリズム的な記述又は表現は、データ処理技術分野の当業者が自分の仕事の内容を他の当業者に伝える場合に用いられる手法の例である。アルゴリズムは、所望の結果につながる動作又は同様の処理の首尾一貫したシーケンスである。この文脈では、動作又は処理は、物理量の物理的マニピュレーションを伴う。典型的には、必ずではないが、そのような量は、記憶、転送、結合、比較、又は他のマニピュレーションが可能な電気信号又は磁気信号の形をとりうる。そのような信号を、主に共通使用の為に、ビット、データ、値、要素、シンボル、文字、項、数値、数字等として参照することが時には便利であることがわかっている。しかしながら、当然のこととして、これら及び同様の用語は全て、しかるべき物理量に関連付けられるべきものであり、便利なラベルに過ぎない。特に断らない限り、本明細書の議論の全体を通して、「処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「コンピューティング（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「判断（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、識別（ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ）」等の用語を利用することは、コンピューティングプラットフォームのメモリ、レジスタ、又は他の情報格納装置、伝送装置、又はディスプレイ装置内で実際の電子的又は磁気的な量として表されたデータをマニピュレート又は変換する、コンピューティング装置（例えば、１つ以上のコンピュータ又は同様の電子コンピューティング装置）のアクション又はプロセスを参照するものであると理解されたい。
本明細書に記載の１つ以上のシステムは、いかなる特定のハードウェアアーキテクチャ又はハードウェア構成にも限定されない。コンピューティング装置は、１つ以上の入力に対して条件付けられた結果を出力する任意の適切なコンポーネント構成を包含しうる。適切なコンピューティング装置は、汎用コンピューティング装置から、本発明対象の１つ以上の実施形態を実施する専用コンピューティング装置までのコンピューティングシステムをプログラム又は構成する記憶されたソフトウェアにアクセスする、多目的マイクロプロセッサベースのコンピュータシステムを含む。本明細書に含まれる教示を、コンピューティング装置をプログラム又は構成することに使用されるソフトウェアの形で実施する為に、任意の適切なプログラミング言語、スクリプト言語、又は他のタイプの言語、又は言語の組み合わせが使用されてよい。
本明細書に開示の方法の実施形態は、そのようなコンピューティング装置の動作において実施されてよい。上記の実施例において示されたブロックの順序は変更されてよく、例えば、ブロックの順序を変更したり、ブロック同士を結合したり、且つ／又はブロックをサブブロックに分割したりしてよい。幾つかのブロック又はプロセスが並行して実施されてよい。
本明細書での「ように適合された（ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ）」又は「ように構成された（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ）」の使用は、追加のタスク又はステップを実施するように適合又は構成された装置を排除しない、開放的且つ包含的な言い回しを意図している。更に、「基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」の使用は、１つ以上の記載された条件又は値に「基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」プロセス、ステップ、計算、又は他のアクションが、実際には、それらの記載された条件又は値を超える追加の条件又は値に基づいてよいという点で開放的且つ包含的であることを意図されている。本明細書に含まれる見出し、リスト、及び番号付けは、説明を容易にする為のものに過ぎず、限定の意図はない。
本発明対象を、その特定の実施形態に関して詳細に説明してきたが、当然のことながら、当業者であれば、上述の内容を理解すれば、そのような実施形態の変更物、変形物、及び等価物を容易に生成可能である。従って、当然のことながら、本開示は、限定ではなく例示を目的として示されており、当業者であれば容易に明らかであろうように、本発明対象に対するそのような修正、変形、及び／又は追加を包含することを排除しない。
本発明対象を、その特定の実施形態に関して詳細に説明してきたが、当然のことながら、当業者であれば、上述の内容を理解すれば、そのような実施形態の変更物、変形物、及び等価物を容易に生成可能である。従って、当然のことながら、本開示は、限定ではなく例示を目的として示されており、当業者であれば容易に明らかであろうように、本発明対象に対するそのような修正、変形、及び／又は追加を包含することを排除しない。
〔付記１〕
複数の壁とウェーハ支持物とを含むプラズマチャンバであって、前記プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、前記プラズマと前記複数の壁のうちの前記少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、前記プラズマと、前記ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、前記壁－プラズマシースのキャパシタンスは、前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約１０倍の大きさである、前記プラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動するＲＦドライバと、
前記プラズマチャンバに入るパルスを、前記ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するナノ秒パルサと、
前記ＲＦドライバと前記プラズマチャンバとの間に配置された第１のフィルタと、
前記ナノ秒パルサと前記プラズマチャンバとの間に配置された第２のフィルタと、
を含むプラズマシステム。
〔付記２〕
前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスは約１ｎＦより小さい、付記１に記載のプラズマシステム。
〔付記３〕
前記ＲＦドライバは、約１ｋＶより高いピーク電圧で、且つ約１ＭＨｚより高い周波数でバーストを駆動する、付記１に記載のプラズマシステム。
〔付記４〕
前記ナノ秒パルサは、約１ｋＶより高いピーク電圧で、且つ、前記ＲＦ発生器が発生させる前記バーストの周波数より低い周波数でパルスを駆動する、付記１に記載のプラズマシステム。
〔付記５〕
前記第１のフィルタはハイパスフィルタを含み、前記第２のフィルタはローパスフィルタを含む、付記１に記載のプラズマシステム。
〔付記６〕
前記第２のフィルタは、接地されたキャパシタを含む、付記１に記載のプラズマシステム。
〔付記７〕
前記キャパシタはキャパシタンスが約５００ｐＦより小さい、付記６に記載のプラズマシステム。
〔付記８〕
プラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバと電気的に結合されて、前記プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動するＲＦドライバと、
前記プラズマチャンバと電気的に結合されて、前記プラズマチャンバに入るパルスを、前記ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するナノ秒パルサと、
前記ＲＦドライバと前記プラズマチャンバとの間に配置されたキャパシタと、
前記ナノ秒パルサと前記プラズマチャンバとの間に配置されたインダクタと、
を含むプラズマシステム。
〔付記９〕
前記キャパシタはキャパシタンスが約１００ｐＦより小さい、付記８に記載のプラズマシステム。
〔付記１０〕
前記インダクタはインダクタンスが約１０ｎＨより小さい、付記８に記載のプラズマシステム。
〔付記１１〕
前記インダクタは浮遊キャパシタンスが約５ｐＦより小さい、付記８に記載のプラズマシステム。
〔付記１２〕
前記プラズマチャンバは複数の壁とウェーハ支持物とを含み、前記プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、前記プラズマと前記複数の壁のうちの前記少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、前記プラズマと、前記ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、前記壁－プラズマシースのキャパシタンスは、前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約１０倍の大きさである、付記８に記載のプラズマシステム。
〔付記１３〕
前記プラズマチャンバは複数の壁とウェーハ支持物とを含み、前記プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、前記プラズマと前記複数の壁のうちの前記少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、前記プラズマと、前記ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、前記壁－プラズマシースのキャパシタンスは、前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約５０倍の大きさである、付記８に記載のプラズマシステム。
〔付記１４〕
プラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバに入るパルスを、約２００ｋＨｚより高いＲＦ周波数と、１ｋＶより高いピーク電圧と、で駆動するように構成されたＲＦドライバと、
前記プラズマチャンバと電気的に結合されたエネルギシンク回路と、
前記プラズマチャンバと前記ＲＦドライバとの間に電気的に結合された整流ダイオードであって、前記ＲＦドライバが発生させた波形を整流する前記整流ダイオードと、
直列に配置されたドループ制御インダクタ及びドループ制御抵抗であって、前記ドループ制御インダクタ及び前記ドループ制御抵抗の前記直列結合は前記整流ダイオードと並列に配置される、前記ドループ制御インダクタ及び前記ドループ制御抵抗と、
を含むプラズマシステム。
〔付記１５〕
前記エネルギシンク回路は抵抗出力段回路を含む、付記１４に記載のプラズマシステム。
〔付記１６〕
前記エネルギシンク回路はエネルギ回収回路を含む、付記１４に記載のプラズマシステム。
〔付記１７〕
前記ドループ制御インダクタはインダクタンスが約１０ｍＨより小さい、付記１４に記載のプラズマシステム。
〔付記１８〕
前記ドループ制御抵抗は約５００Ωより小さい、付記１４に記載のプラズマシステム。

Claims (18)

  1. 複数の壁とウェーハ支持物とを含むプラズマチャンバであって、前記プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、前記プラズマと前記複数の壁のうちの前記少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、前記プラズマと、前記ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、前記壁－プラズマシースのキャパシタンスは、前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約１０倍の大きさである、前記プラズマチャンバと、
    前記プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動するＲＦドライバと、
    前記プラズマチャンバに入るパルスを、前記ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するナノ秒パルサと、
    前記ＲＦドライバと前記プラズマチャンバとの間に配置された第１のフィルタと、
    前記ナノ秒パルサと前記プラズマチャンバとの間に配置された第２のフィルタと、
    を含むプラズマシステム。
  2. 前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスは約１ｎＦより小さい、請求項１に記載のプラズマシステム。
  3. 前記ＲＦドライバは、約１ｋＶより高いピーク電圧で、且つ約１ＭＨｚより高い周波数でバーストを駆動する、請求項１に記載のプラズマシステム。
  4. 前記ナノ秒パルサは、約１ｋＶより高いピーク電圧で、且つ、前記ＲＦ発生器が発生させる前記バーストの周波数より低い周波数でパルスを駆動する、請求項１に記載のプラズマシステム。
  5. 前記第１のフィルタはハイパスフィルタを含み、前記第２のフィルタはローパスフィルタを含む、請求項１に記載のプラズマシステム。
  6. 前記第２のフィルタは、接地されたキャパシタを含む、請求項１に記載のプラズマシステム。
  7. 前記キャパシタはキャパシタンスが約５００ｐＦより小さい、請求項６に記載のプラズマシステム。
  8. プラズマチャンバと、
    前記プラズマチャンバと電気的に結合されて、前記プラズマチャンバに入るバーストをＲＦ周波数で駆動するＲＦドライバと、
    前記プラズマチャンバと電気的に結合されて、前記プラズマチャンバに入るパルスを、前記ＲＦ周波数より低いパルス繰り返し周波数で駆動するナノ秒パルサと、
    前記ＲＦドライバと前記プラズマチャンバとの間に配置されたキャパシタと、
    前記ナノ秒パルサと前記プラズマチャンバとの間に配置されたインダクタと、
    を含むプラズマシステム。
  9. 前記キャパシタはキャパシタンスが約１００ｐＦより小さい、請求項８に記載のプラズマシステム。
  10. 前記インダクタはインダクタンスが約１０ｎＨより小さい、請求項８に記載のプラズマシステム。
  11. 前記インダクタは浮遊キャパシタンスが約５ｐＦより小さい、請求項８に記載のプラズマシステム。
  12. 前記プラズマチャンバは複数の壁とウェーハ支持物とを含み、前記プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、前記プラズマと前記複数の壁のうちの前記少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、前記プラズマと、前記ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、前記壁－プラズマシースのキャパシタンスは、前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約１０倍の大きさである、請求項８に記載のプラズマシステム。
  13. 前記プラズマチャンバは複数の壁とウェーハ支持物とを含み、前記プラズマチャンバ内でプラズマが生成されると、前記プラズマと前記複数の壁のうちの前記少なくとも１つの壁との間に壁－プラズマシースが形成され、前記プラズマと、前記ウェーハ支持物上に配置されたウェーハと、の間にウェーハ－プラズマシースが形成され、前記壁－プラズマシースのキャパシタンスは、前記ウェーハ－プラズマシースのキャパシタンスの少なくとも約５０倍の大きさである、請求項８に記載のプラズマシステム。
  14. プラズマチャンバと、
    前記プラズマチャンバに入るパルスを、約２００ｋＨｚより高いＲＦ周波数と、１ｋＶより高いピーク電圧と、で駆動するように構成されたＲＦドライバと、
    前記プラズマチャンバと電気的に結合されたエネルギシンク回路と、
    前記プラズマチャンバと前記ＲＦドライバとの間に電気的に結合された整流ダイオードであって、前記ＲＦドライバが発生させた波形を整流する前記整流ダイオードと、
    直列に配置されたドループ制御インダクタ及びドループ制御抵抗であって、前記ドループ制御インダクタ及び前記ドループ制御抵抗の前記直列結合は前記整流ダイオードと並列に配置される、前記ドループ制御インダクタ及び前記ドループ制御抵抗と、
    を含むプラズマシステム。
  15. 前記エネルギシンク回路は抵抗出力段回路を含む、請求項１４に記載のプラズマシステム。
  16. 前記エネルギシンク回路はエネルギ回収回路を含む、請求項１４に記載のプラズマシステム。
  17. 前記ドループ制御インダクタはインダクタンスが約１０ｍＨより小さい、請求項１４に記載のプラズマシステム。
  18. 前記ドループ制御抵抗は約５００Ωより小さい、請求項１４に記載のプラズマシステム。
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