JP2023545445A - マルチメッシュ処理チャンバ用プッシュプル電源 - Google Patents
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Abstract
処理チャンバの多電極カソード用の高周波(RF)電源回路は、RF源と、RF源に導電結合された1又は複数の誘導素子とを含み得る。第1の誘導素子は、1又は複数の誘導素子に誘導結合されていてよく、第1の誘導素子は、RF源から発信されるRF電力の第1の部分を受信し、RF電力の第1の部分を処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成され得る。第2の誘導素子も、1又は複数の誘導素子に誘導結合されていてよく、第2の誘導素子は、RF源から発信されるRF電力の第2の部分を1又は複数の誘導素子を通して受信し、RF電力の第2の部分を第2のペデスタル電極に供給するように構成され得る。【選択図】図5
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2020年10月13日出願の「PUSH-PULL POWER SUPPLY FOR MULTI-MESH PROCESSING CHAMBERS」と題された米国非仮出願第17/068,994号の利益及び優先権を主張するものであり、その内容を全て、参照により本明細書に援用する。
本出願は、2020年10月13日出願の「PUSH-PULL POWER SUPPLY FOR MULTI-MESH PROCESSING CHAMBERS」と題された米国非仮出願第17/068,994号の利益及び優先権を主張するものであり、その内容を全て、参照により本明細書に援用する。
本開示は、概して、半導体基板製造プロセスにおいてプラズマを調整するためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本開示は、プラズマを均一に制御するために、ペデスタルの異なる導電性メッシュに印加される個々の高周波(RF)電圧を制御するシステム及び方法について説明する。
集積回路及びその他の電子デバイスの製造では、様々な材料層の堆積又はエッチングにプラズマプロセスが使用されることが多い。プラズマ化学気相堆積(PECVD)プロセスは、少なくとも1つの前駆体ガス又は前駆体蒸気に電磁エネルギーを印加して前駆体を反応性プラズマに変換する化学プロセスである。プラズマは、処理チャンバの内部、すなわちインシトゥで生成され得る、又は処理チャンバから遠隔に位置決めされた遠隔プラズマジェネレータで生成され得る。このプロセスは、高品質で高性能な半導体デバイスを製造するために、基板上に材料を堆積させるのに広く使用されている。
トランジスタ構造は、特徴サイズが縮小するにつれ、ますます複雑で困難になってきている。処理の要求に応えるためには、コストを抑制し、基板及びダイの歩留まりを最大限に高めるための高度な処理制御技法が有用である。通常、プラズマが基板の表面積全体で均一に制御されていないと、基板の特定の場所にあるダイは歩留まりの問題に晒される。基板処理レベルでは、プラズマを制御する際に、基板全体にわたる包括的な処理調整だけでなく、微細で局所的な処理調整を可能にする、プロセスの均一性制御の進歩が求められる。したがって、基板の全体にわたって微細で局所的なプロセス調整を可能にする方法及び装置が必要である。
[0005]幾つかの実施形態では、処理チャンバの多電極カソード用の高周波(RF)電源回路は、RF源と、RF源に導電結合された1又は複数の誘導素子と、1又は複数の誘導素子に誘導結合された第1の誘導素子とを含み得る。第1の誘導素子は、RF源から発信されるRF電力の第1の部分を1又は複数の誘導素子を通して受信し、RF源から発信されるRF電力の第1の部分を処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成され得る。電源回路は、1又は複数の誘導素子に誘導結合された第2の誘導素子も含み得る。第2の誘導素子は、RF源から発信されるRF電力の第2の部分を1又は複数の誘導素子を通して受信し、RF源から発信されるRF電力の第2の部分を処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給するように構成され得る。
[0006]幾つかの実施形態では、処理チャンバの多電極カソード用のRF電源回路は、RF源と、RF源から発信されるRF電力の第1の部分を受信し、RF源から発信されるRF電力の第1の部分を処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成され得る第1の誘導素子とを含み得る。電源回路は、RF源から発信されるRF電力の第2の部分を受信し、RF源から発信されるRF電力の第2の部分を処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給するように構成され得る第2の誘導素子も含み得る。電源回路は、第1の誘導素子を第2の誘導素子から分離し得る容量素子も含み得る。
[0007]幾つかの実施形態では、処理チャンバの多電極カソードに電力供給する方法は、RF源を用いてRF電力を生成することと、RF源に導電結合された1又は複数の誘導素子を通してRF電力を伝送することと、RF電力の第1の部分を1又は複数の誘導素子から第1の誘導素子に誘導結合させることと、RF電力の第1の部分を第1の誘導素子から処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給することと、RF電力の第2の部分を1又は複数の誘導素子から第2の誘導素子に誘導結合させることと、RF電力の第2の部分を第2の誘導素子から処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給することとを含み得る。
[0008]任意の実施形態では、以下の特徴のいずれか及び/又は全てが、任意の組み合わせで、制限なく含まれ得る。1又は複数の誘導素子は、第3の誘導素子と第4の誘導素子とを含んでいてよく、第3の誘導素子は第1の誘導素子に誘導結合されていてよく、第4の誘導素子は第2の誘導素子に誘導結合されていてよい。電源回路はまた、第1の誘導素子に導電結合された第1のDC源と、第2の誘導素子に導電結合された第2のDC源とを含んでいてよく、容量素子は第1のDC源を第2のDC源から絶縁し得る。第1のDC源と第2のDC源との間の電圧差は、処理チャンバで基板をペデスタルに保持するバイポーラチャック電圧を表し得る。電源回路は、第1のペデスタル電極に供給される電力が第2のペデスタル電極に供給される電力とは異なったものとなるように、RF電力の一部を吸い上げるように構成された同調回路も含み得る。同調回路は、寄生インダクタを含み得る。同調回路は、寄生キャパシタを含み得る。第1のペデスタル電極は、ワイヤメッシュを含み得る。RF源と第2のRF源との間の位相差は、処理チャンバのプラズマに伝達されるエネルギーを回転させ得る。第1のペデスタル電極、第2のペデスタル電極、第3のペデスタル電極、及び第4のペデスタル電極は、処理チャンバのペデスタルの別々の象限に位置し得る。第1のペデスタル電極は、ペデスタルの中心部に円形メッシュを含んでいてよく、第2のペデスタル電極は、ペデスタルの外周部にリングメッシュを含み得る。第1の誘導素子は、約1μHの誘導値を含み得る。
[0009]
任意の実施形態では、電源回路はまた、第2のRF源と、RF源に導電結合された第2の1又は複数の誘導素子と、第2の1又は複数の誘導素子に誘導結合され得る第3の誘導素子とを含んでいてよく、第3の誘導素子は、第2のRF源から発信されるRF電力の第1の部分を第2の1又は複数の誘導素子を通して受信し、第2のRF源から発信されるRF電力の第1の部分を処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成され得る。電源回路は、第2の1又は複数の誘導素子に誘導結合され得る第4の誘導素子を更に含んでいてよく、第4の誘導素子は、第2のRF源から発信されるRF電力の第2の部分を第2の1又は複数の誘導素子を通して受信し、第2のRF源から発信されるRF電力の第2の部分を処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給するように構成され得る。第3の誘導素子及び第4の誘導素子は、同じインダクタンスを有し得る。第3の誘導素子及び第4の誘導素子は、RF源から発信されるRF電力を遮断するように構成され得る。第1の誘導素子及び第2の誘導素子は、第2のRF源から発信されるRF電力を遮断するように構成され得る。RF源は約13MHzの周波数を有し得、第2のRF源は約40MHzの周波数を有し得る。
任意の実施形態では、電源回路はまた、第2のRF源と、RF源に導電結合された第2の1又は複数の誘導素子と、第2の1又は複数の誘導素子に誘導結合され得る第3の誘導素子とを含んでいてよく、第3の誘導素子は、第2のRF源から発信されるRF電力の第1の部分を第2の1又は複数の誘導素子を通して受信し、第2のRF源から発信されるRF電力の第1の部分を処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成され得る。電源回路は、第2の1又は複数の誘導素子に誘導結合され得る第4の誘導素子を更に含んでいてよく、第4の誘導素子は、第2のRF源から発信されるRF電力の第2の部分を第2の1又は複数の誘導素子を通して受信し、第2のRF源から発信されるRF電力の第2の部分を処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給するように構成され得る。第3の誘導素子及び第4の誘導素子は、同じインダクタンスを有し得る。第3の誘導素子及び第4の誘導素子は、RF源から発信されるRF電力を遮断するように構成され得る。第1の誘導素子及び第2の誘導素子は、第2のRF源から発信されるRF電力を遮断するように構成され得る。RF源は約13MHzの周波数を有し得、第2のRF源は約40MHzの周波数を有し得る。
[0010]
開示された技術の性質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって得ることができ、同様の参照番号は、同様の構成要素を参照する幾つかの図面にわたって使用されている。幾つかの例では、複数の類似の構成要素のうちの1つを示すために、サブラベルが参照番号に関連付けられている。既存のサブラベルを指定せずに参照数字に言及する場合、そのような複数の類似の構成要素のすべてを参照することが意図される。
開示された技術の性質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって得ることができ、同様の参照番号は、同様の構成要素を参照する幾つかの図面にわたって使用されている。幾つかの例では、複数の類似の構成要素のうちの1つを示すために、サブラベルが参照番号に関連付けられている。既存のサブラベルを指定せずに参照数字に言及する場合、そのような複数の類似の構成要素のすべてを参照することが意図される。
[0022]本明細書では、基板の表面積全体でプラズマを制御するための実施形態を説明する。本開示は、静電チャックとしても機能する基板支持体又はペデスタルに埋め込まれた複数のメッシュに対するRF電力の分布を調整するための高周波(RF)回路及び方法を提供する。本明細書に記載の方法及びシステムは、埋め込まれたメッシュがRF電力の供給源(例えば、1つの電極又は複数の電極)であるか、又はメッシュがRF電力の供給先(例えば、グラウンド)であるかにかかわらず適用され得る。本明細書に開示される実施形態は、基板の上方のプラズマプロファイルの均一性を変調することを可能にする。プラズマ分布を変化させることで、例えば、堆積速度、膜応力、屈折率、ならびに他のパラメータを含む基板上の膜パラメータに改善された均一性がもたらされる。
[0023]図1は、幾つかの実施形態に係る処理チャンバ100を示す断面図である。図示したように、処理チャンバ100は、基板154をエッチングするのに適したエッチングチャンバであってよい。本明細書に記載の実施形態の恩恵を受けるように適合され得る処理チャンバの例としては、カリフォルニア州サンタクララに位置するアプライドマテリアルズ社から市販されているProducer(登録商標)Etch Processing Chamber、及びPrecision(商標)Processing Chamberが挙げられ得る。他の製造業者からのものを含む他の処理チャンバが、これらの実施形態から利益を得るように適合され得ると考えられる。
[0024]処理チャンバ100は、様々なプラズマプロセスに使用することができる。例えば、処理チャンバ100は、1又は複数のエッチング剤を用いたドライエッチングを実行するために使用され得る。処理チャンバは、前駆体CxFy(x及びyは既知の化合物の値を表す)、O2、NF3、又はそれらの組み合わせからのプラズマ点火に使用することができる。別の例では、処理チャンバ100は、1又は複数の前駆体を用いたプラズマ化学気相堆積(PECVD)プロセスに使用され得る。
[0025]処理チャンバ100は、チャンバ本体102と、リッドアセンブリ106と、支持アセンブリ104とを含み得る。リッドアセンブリ106は、チャンバ本体102の上端部に位置決めされる。支持アセンブリ104は、チャンバ本体102内に配置されていてよく、リッドアセンブリ106は、チャンバ本体102に結合され、支持アセンブリ104を処理領域120に封入し得る。チャンバ本体102は、チャンバ本体102の側壁に形成されたスリットバルブを含み得る移送ポート126を含み得る。移送ポート126は、基板移送のための基板ハンドリングロボット(図示せず)による処理領域120の内部へのアクセスを可能にするために、選択的に開閉され得る。
[0026]電極108は、リッドアセンブリ106の一部として設けることができる。電極108は、プロセスガスを処理領域120内に受け入れるための複数の開口部118を有するガス分配プレート112としても機能し得る。プロセスガスは、導管114を介して処理チャンバ100に供給することができ、プロセスガスは、開口部118を通って流れる前に、ガス混合領域116に入り得る。電極108は、RFジェネレータ、DC電力、パルスDC電力、パルスRF等の電力源に結合され得る。アイソレータ110は、電極108に接触し、電極108をチャンバ本体102から電気的及び熱的に分離させることができる。アイソレータ110は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及び/又は他のセラミック又は金属酸化物等の誘電体材料を用いて構築され得る。ヒータ119は、ガス分配プレート112に結合され得る。ヒータ119はまた、AC電源にも結合され得る。
[0027]支持アセンブリ104は、チャンバ本体102の底面を通って延在するシャフト144を介してリフト機構に結合され得る。リフト機構は、シャフト144の周囲からの真空漏れを防止するベローズによってチャンバ本体102に柔軟に密閉され得る。リフト機構は、基板154を電極108に近接して載置するために、チャンバ本体102内において移送位置と多数のプロセス位置との間で支持アセンブリ104を垂直に移動させることを可能にし得る。
[0028]支持アセンブリ104は、金属材料又はセラミック材料から形成されていてよい。例えば、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム/窒化物混合物等の金属酸化物、窒化物、又は酸化物/窒化物混合物、及び/又は他の同様の材料を使用することができる。典型的な実装態様では、支持アセンブリ104に1又は複数のペデスタル電極が含まれていてよい。1又は複数のペデスタル電極は、処理領域120のプラズマにRFエネルギーを供給するように構成され得る。例えば、支持アセンブリ104の1又は複数のペデスタル電極にRFエネルギーを供給するために、RF源160がチャンバ本体102の外側に設けられていてよい。RFエネルギーは、1又は複数のペデスタル電極を通して、ガス分配プレート112(「シャワーヘッド」とも称される)を通して堆積される処理領域120のガスに伝達され、プラズマを生成し得る。プラズマは、基板154上に材料の層を堆積させるために、基板154の上方に維持され得る。基板154上に材料を均一に堆積させるために、プラズマに伝達されるエネルギーは、基板154の表面積にわたって均一に維持されるべきである。
[0029]多くの技術的課題により、この均一なプラズマの維持において困難が生じる可能性がある。第1の技術的課題は、プラズマに印加されるRFエネルギーの波長の大きさに関連する基板154の大きさを含む。RF源160は、約13MHz等の典型的な電圧で動作し得る。基板154が約2.0mから2.5mである場合、13MHzにおける波長の大きさは、基板154の直径のかなりの割合であり得る。プラズマ環境の内部では、その波長は、効果的に2分の1又は3分の1に縮小し得る。例えば、1/4波長が最小電圧と最大電圧との間で振動すると、エネルギーがチャンバ本体102のプラズマに伝達されるときに、基板154の表面全体に定在波が形成され得る。これにより、プラズマに著しい不均一性が生じ、基板154への材料の堆積が不均一になる場合がある。この効果は、全波長が基板154のサイズに匹敵し得る40MHz等の高電圧で更に顕著になる。波が振動すると、プラズマの電圧が最大の領域と、電圧がゼロの領域とが存在し、非常に不均一なプロセスとなり得る。したがって、ペデスタル電極によって生成された定在波が回転したとき、又は他の方法で経時的に移動したときに、不均一性が経時的に平均化され得るように、複数のペデスタル電極にわたってRF電圧を変調するための解決策が必要である。以下に説明するように、RF信号は、支持アセンブリ104の複数のポイントで複数の電極に印加され得る、及び/又は、定在波の形状は、異なる電極に印加される異なるRF信号の位相を調整することによって変調され得る。定在波パターンがプラズマを横切って素早く移動すると、不均一性が経時的に平均化され、プラズマが特定の結晶屈折を維持して、アモルファスの状態が保たれ得る。
[0030]第2の技術的課題は、複数のペデスタル電極の各々に供給されるRF信号が等しくなるようにすることを含む。例えば、図1では、第1のペデスタル電極172と第2のペデスタル電極174とを用いたバイポーラチャッキングとして知られる方法が使用されている。バイポーラチャッキングは、第1のペデスタル電極172と第2のペデスタル電極174との間にDC電圧差を印加する方法である。この静電差は、基板154を支持アセンブリ104に保持する役割を果たす。これは、単一のペデスタル電極のみが使用される、又は単一のペデスタル電極にのみDC電圧が印加されるモノポーラチャッキングと対比され得る。モノポーラチャッキングは、回路を完成させるためにプラズマにエネルギーが印加されたときにのみ有効になる。バイポーラチャッキングは、RF源160から第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174の各々への2つの別々の電気経路を用いる。図1の例では、第1のDC電圧源162が、第1のペデスタル電極172の第1の電気経路に適用される。第2のDC電圧源164は、第2のペデスタル電極174の第2の電気経路に適用される。第1の電気経路は、DC電圧源162、164を互いに絶縁するために、第1のキャパシタ166を含んでいてよく、第2の電気経路は、第2のキャパシタ168を含んでいてよい。幾つかの実施形態では、各キャパシタ166、168は、DC電圧を遮断するために、50nF等の比較的大きいものであってよい。しかしながら、RF源160の出力を2つの電気経路に分割すると、各ペデスタル電極172、174に伝送されるRFエネルギーの量が異なることがある。したがって、2つのペデスタル電極172,174間のプッシュプル等化を確保しつつ、絶縁を維持するための解決策が必要である。
[0031]第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174は、支持アセンブリ104に設けることができる。第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174は、支持アセンブリ104内に埋め込まれ得る、及び/又は支持アセンブリ104の表面に結合され得る。第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174は、プレート、有孔プレート、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は任意の他の分散型導電性配置であってよい。図1に2つのペデスタル電極のみを図示したが、他の実施形態では、以下に詳細に説明するように、支持アセンブリ104において異なる形状寸法及び/又は配置を有する2つより多いペデスタル電極を使用することができる。
[0032]図2は、幾つかの実施形態に係る2つのペデスタル電極の構成を示す図である。この例では、第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174は、支持アセンブリ104を半分に分割していてよく、ペデスタル電極172、174は各々、実質的に支持アセンブリ104の約半分を占めるように配置される。例えば、各ペデスタル電極172、174は、支持アセンブリ104の面積のほぼ半分を占める「D」又は半円の形状であってよい。支持アセンブリ104の中心において2つのペデスタル電極172、174間に間隙が維持されていてよく、これにより、ペデスタル電極172、174が支持アセンブリ104内で互いに電気的に絶縁されたままになり得る。
[0033]図2は、各ペデスタル電極172、174を、矩形パターンに形成されたワイヤメッシュとして図示している。例えば、ワイヤメッシュは、支持アセンブリ104に使用される材料と同様の熱膨張係数を有するモリブデン等の材料から形成されていてよい。これにより、処理チャンバが動作しているときに熱が支持アセンブリ104及び基板154に加わると、支持アセンブリ104及びペデスタル電極172、174が均一に膨張及び収縮する。幾つかの実施形態では、ペデスタル電極172、174によって形成されるメッシュ矩形パターンは、厚さ約0.05mmのワイヤを有する約1.0mmピッチの正矩形パターンを含み得る。
[0034]図3は、幾つかの実施形態に係る複数のペデスタル電極の代替構成を示す図である。この例では、支持アセンブリ104は、支持アセンブリ104の象限に配置された4つのペデスタル電極302、304、306、308を含み得る。各電極302、304、306、308は、上述したように、ワイヤメッシュを用いて形成され得る。ワイヤメッシュは、支持アセンブリ104の象限を実質的に満たすパイ型形状寸法を形成するように配置され得る。図3に図示した4つのペデスタル電極302、304、306、308は、例示としてのみ提供されるものであり、限定するものではないことに留意されたい。他の実施形態では、支持アセンブリ104の形状寸法を任意の数の小区画に分割することによって、より多くの又はより少ないペデスタル電極を使用することができる。例えば、支持アセンブリ104を8つの八分体に分割することによって8つのペデスタル電極を使用することができ、ペデスタル電極は、結果として生じる8つの各八分体を実質的に満たすように形成され得る。
[0035]図4は、幾つかの実施形態に係る支持アセンブリ104の中心部分と支持アセンブリ104の外側部分との間でRFエネルギーのバランスをとるために使用されるペデスタル電極構成を示す図である。この例では、第1のペデスタル電極404は、支持アセンブリ104の中央部分をほぼ占める円形メッシュとして、第1の円形形状を形成し得る。第2のペデスタル電極402は、第1のペデスタル電極404の周囲にリングを形成して、支持アセンブリ104の外側エッジと第1のペデスタル電極404の外側境界との間に残る空間を実質的に占めるリングメッシュを形成し得る。第2のペデスタル電極402は、第1のペデスタル電極404の周囲に同心円状のリングを形成し得る。この形状寸法により、中央の第1のペデスタル電極404に第1のRF信号を印加し、第2のペデスタル電極402に第2のRF信号を印加することができる。これら2つのRF信号間の相対的な位相の調整を使用して、支持アセンブリ104の中央部分と支持アセンブリ104の外側部分との間でプラズマに発生するエネルギーの形状を振動させることができる。
[0036]図5は、幾つかの実施形態に係る2つのペデスタル電極間の等化プッシュプル信号を維持しながら、誘導結合を使用して異なるペデスタル電極間の電気経路を絶縁するRF電源回路570の構成を示す図である。RF電源回路570は、RF源502を含み得る。RF源には、ローエンドの350kHzから超高周波(VHF)範囲の周波数まで、様々な周波数が使用され得る。例えば、幾つかの実施形態では、13.56MHz、27.12MHz、又は40.68MHz等の周波数が使用され得る。RF源502は、RF電力を伝播し、RF源502から発信されるものとして説明されるRF信号を生成し得る。RF源502は、1又は複数の誘導素子と直列に結合され得る。例えば、図5は、誘導素子504及び別の誘導素子506を図示する。幾つかの実施形態では、誘導素子504、506の値は、約1μH等の値とほぼ等しく、約0.1μHから約10μHの範囲であってよい。RF源502、誘導素子504、及び誘導素子506は、電源回路570において「第1の」回路経路と称され得る連続的な回路経路を形成し得る。1又は複数の誘導素子は、誘導素子504及び誘導素子506等の2つの離散誘導素子を含み得る。また、1又は複数の誘導素子は、2つより多い又は2つより少ない誘導素子を含み得る。また、1又は複数の誘導素子は、図5に示すように、導電又は有線経路を通してRF源502に導電結合されていてよく、これは、従来の誘導結合と対比され得る。
[0037]電源回路570はまた、第1の回路経路から導電的に絶縁され得る第2の回路経路を含み得る。直接的な導電経路を有する代わりに、第2の回路経路は、第1の回路経路に誘導結合されていてよい。例えば、第2の回路経路は、誘導素子508と別の誘導素子510とを含み得る。これらの誘導素子508、510は、RF源502から供給されるRF信号が誘導素子504、506から誘導素子508、510に伝達されるように誘導素子504、506に誘導結合され得る。幾つかの実施形態では、誘導素子504及び誘導素子508は、誘導素子504、508間の誘導結合を最大限に高めるために、トロイド構成でインターリーブされ得る。誘導素子506及び誘導素子510も、同様の方法で配置され得る。
[0038]誘導素子508及び誘導素子510は、容量素子512によって分離され得る。容量素子512は、約50nF以上等の比較的大きい容量値を有するキャパシタを使用して実装され得る。容量素子512の容量値は、RF源502からのRF信号に低インピーダンスを提供し、そうでなければ誘導素子508と誘導素子510との間を通過するであろう全てのDC信号を遮断するのに十分に大きいものとなるように、比較的大きくてよい。誘導素子504及び誘導素子506を「1又は複数の誘導素子」と呼ぶ場合、誘導素子508及び誘導素子510は、それぞれ第1/第2の誘導素子と呼ばれ得ることに留意されたい。
[0039]電源回路570はまた、第1のDC電圧源162及び第2のDC電圧源164を含み得る。第1のDC電圧源162は、誘導素子508に導電結合されていてよく、第2のDC電圧源164は、素子510に導電結合されていてよい。第1のDC電圧源162及び第2のDC電圧源164は、第1のDC電圧源162と第2のDC電圧源164との間に電圧差が確立し得るように構成され得る。容量素子512は、RF電源回路570において、第1のDC電圧源162からのDC信号を第2のDC電圧源164からのDC信号から絶縁し得る。これらのDC電圧源162,164間の電圧差は、容量素子512全体で確立され得る。
[0040]第1のDC電圧源162に導電結合された誘導素子508の出力は、第1のペデスタル電極172に結合され得る。同様に、第2のDC電圧源164に導電結合された誘導素子510の出力も、第2のペデスタル電極174に導電結合され得る。これらのRF信号は、ペデスタル電極172、174への電気経路を提供する2つのロッドを通過し得る。この配置により、第1のDC電圧源162と第2のDC電圧源164との間の電圧差によって、基板154を支持アセンブリ104上に保持するためにバイポーラチャッキングを使用することが可能になる。したがって、誘導素子508は、1又は複数の誘導素子(例えば、誘導素子508、510)に誘導結合され、RF源から発信されるRF電力の第1の部分を1又は複数の誘導素子を通して受信し、RF源から発信されるRF電力の第1の部分を処理チャンバ120の第1のペデスタル電極172に供給するよう構成された「第1の」誘導素子とみなすことができる。同様に、誘導素子510は、1又は複数の誘導素子(例えば、誘導素子508、510)に誘導結合され、RF源から発信されるRF電力の第2の部分を1又は複数の誘導素子を通して受信し、RF源から発信されるRF電力の第2の部分を処理チャンバ120の第2のペデスタル電極174に供給するように構成された「第2の」誘導素子とみなすことができる。
[0041]容量素子512は、2つのペデスタル電極172、174の間にDC絶縁を提供するためのブロッキングキャパシタとして機能し得る。これにより、バイポーラチャッキングが可能になり、RFが容量素子512を通過することができる。この配置はまた、第1のペデスタル電極172に結合されたRF信号と第2のペデスタル電極174に結合されたRF信号との間にプッシュプル関係を確立する。これにより、各ペデスタル電極172,174において信号が同じになる。プッシュプル関係を有するペデスタル電極172,174によってRF信号が支持アセンブリ104に供給される場合、2つの電極位置は各々、約180°位相がずれていてよい。
[0042]一実装態様では、第2のペデスタル電極174は、第1のペデスタル電極172よりも大きい表面積を有し得る。一実装態様では、第2のペデスタル電極174は、第1のペデスタル電極172よりも大きい直径を有し得る。第2のペデスタル電極174は、第1のペデスタル電極172を囲んでいてよい。一実装態様では、第1のペデスタル電極172は、第1のRF電極として機能しつつ、チャック電極として機能し得る。第2のペデスタル電極174は、第1のペデスタル電極172と共にプラズマを調整する第2のRF電極であってよい。第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174は、同じ周波数で電力を印加し得る、又は異なる周波数で電力を印加し得る。プラズマを調整するために、第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174の一方又は両方へのRF電力を変化させることが可能である。例えば、第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174の一方又は両方からのRFエネルギーを監視するために、センサ(図示せず)が使用され得る。センサデバイスからのデータは、伝達され、第1のペデスタル電極172のRF源及び/又は第2のペデスタル電極174のRF源502に印加される電力を変化させるために利用され得る。
[0043]本明細書で使用する第1、第2、第3、第4、第5等の用語は、単に同様の回路素子の異なる例を区別するために使用される。例えば、「第1の」誘導素子508は、「第2の」誘導素子510と区別され得る。この用語は、これらの素子の順序、優先順位、重要性、又はその他任意の実質的な特性を意味するものではなく、1つの素子を他の素子から区別するためにのみ使用される。また、これにより、第1/第2ラベルが任意の2つの素子を区別するために使用され得ることに留意されたい。したがって、これらのラベルは絶対的なものではなく、相対的なものである。
[0044]図6は、幾つかの実施形態に係る2つの異なるRF信号をペデスタル電極に注入し得る電源回路670を示す図である。この例では、第2のRF源602が、電源回路670に追加され得る。幾つかの実施形態では、RF源502に13.56MHzの周波数を使用し、第2のRF源602に40.68MHzの信号を使用し得る。第2のRF源602の周波数は、RF源502の周波数とは異なっていてよい。第2のRF源602は、RF源502の第1の回路経路について上述したように配置された誘導素子604、606を含む第3の回路経路を形成し得る。第3の回路経路は、容量素子612によって分離された誘導素子608、610を用いて第2の回路経路に誘導結合され得る。容量素子612は、容量素子512と同様であってよく、約50nF以上等の比較的大きい容量値を有し、これにより、第1のDC電圧源162が第2のDC電圧源164から絶縁された状態が保たれる。場合によっては、第1及び第3の回路経路間の誘導素子604、606、608、610の値は、第1及び第2の回路経路間の誘導素子504、506、508、510に用いられる値と異なっていてよい。例えば、誘導素子604、606、608、610は、RF源502からのRF信号を遮断しながら第2のRF源602からのRF信号を通過させるインダクタンス値で構成され得る。同様に、誘導素子504、506、508、510は、第2のRF源602からのRF信号を遮断しながらRF源502からのRF信号を通過させるインダクタンス値を有するように構成され得る。
[0045]この配置により、2つの異なる周波数をペデスタル電極172、174に同時に注入することができる。2つのペデスタル電極172、174の使用は、例示のためにのみ提供され、限定するものではないことに留意されたい。他の実施形態では、図6に示す回路素子を複製することによって、任意の数のペデスタル電極を使用することができる。同様に、2つの異なる周波数の使用は、例示のためにのみ提供され、限定することを意味するものではない。他の実施形態では、異なる周波数及び対応するインダクタンス値を有するRF源を用いて図6に示す回路経路を複製することによって、任意の数の異なる周波数をペデスタル電極に注入することができる。
[0046]図7は、幾つかの実施形態に係る各ペデスタル電極172、174に送られるRF信号の均一性をスキューするための同調回路を含む電源回路770を示す図である。図7の電源回路770は、同調回路が第1のペデスタル電極172の入力に追加されていることを除いて、図5のRF電源回路570と同様である。同調回路は、第1のペデスタル電極172に供給される前にRF信号から電流を吸い上げるための寄生インダクタ702及び/又は寄生キャパシタ704を含み得る。その結果、これにより、第1のペデスタル電極172及び第2のペデスタル電極174によって送られるRF信号が非対称になる。これは、処理チャンバの不規則性を補償するために使用され得る。理想的な処理チャンバは、純粋に対称的なRF出力から利益を得ることができるが、多くの処理チャンバ(特に、小さいチャンバ)は、処理チャンバの電気的及び/又は物理的特性に基づいてプラズマに固有の異常が発生することがある。同調回路を使用して、電源回路772の一方の側の出力を調整することで、処理チャンバの異常を補償することができる。例えば、寄生キャパシタ704及び/又は寄生インダクタ702を用いた第1のペデスタル電極172のRF出力の調整を使用することで、プラズマで生成されるRF波形を一方から他方にスキューすることができる。
[0047]図8は、幾つかの実施形態に係る同調回路を有する支持アセンブリ104における同心円状配置のペデスタル電極802、804を示す図である。図8の電源回路770は、図7の電源回路770と同じであってよい。しかしながら、第1のペデスタル電極802は、支持アセンブリ104の中央部に円形のワイヤメッシュを形成し、第2のペデスタル電極804は、支持アセンブリ104の外周部に同心のリングを形成し得る。例えば、第1のペデスタル電極802及び第2のペデスタル電極804は、図4に示すように配置され得る。同調回路を上記のように使用して、処理チャンバに起因する中心からエッジまでの不均一性に対してプラズマで生成されるRF波形をスキューすることによって、処理チャンバの異常を補償することができる。
[0048]図9は、幾つかの実施形態に係る4象限の実装態様のための電源回路970を示す図である。第1のペデスタル電極910及び第2のペデスタル電極916は、図4に示すように、支持アセンブリ104の対向する象限を占めていてよい。同様に、第3のペデスタル電極912及び第4のペデスタル電極914もまた、対向する象限を占めていてよい。第1/第2のペデスタル電極910、916を駆動する電源回路970の回路(例えば、RF源502、誘導素子504、506、508、510、容量素子512等)は、第3/第4のペデスタル電極912、914(例えば、RF源902、誘導素子904、906、908、910、容量素子913、同調回路キャパシタ915及び同調インダクタ999)に個別に電力供給するために複製することができる。
[0049]この構成は、プラズマ周囲で振動フィールドを円形に回転させる回転プッシュプル回路を生成する。幾つかの実施形態では、RF源502とRF源902との間の周波数差により、フィールドがプラズマにおいて回転する速度が制御され得る。例えば、周波数差は、約1kHzから約100kHzであってよい。1kHzの差では、プラズマ周囲の回転は約1ミリ秒かかる場合があり、100kHzの差では、プラズマ周囲の回転は約10マイクロ秒かかる場合がある。一般に、プラズマにおけるフィールドの移動が、経時的に全ての瞬間的不均一性を平均化するのに十分であるためには、この範囲内の回転速度が望ましい。幾つかの実施形態では、周波数差は、RF源502が安定した電力を生成することを困難にし得る反射電力変動に関する問題を回避するために、5kHz以上に保たれ得る。
[0050]図10は、幾つかの実施形態に係る図9に示す4電極構成における回転RFフィールドの効果を示す一連の図である。この例では、メッシュは、支持アセンブリ104上の4つの対になった象限に細分化され得る。プッシュプル駆動構成で動作する場合、定在波は、プラズマ周囲を振動及び回転の両方が可能である。プッシュプル対がわずかに異なる周波数で動作すると、プラズマの直径にわたる全体的なプッシュプルは、周波数差に等しい速度で滑らかに回転し、異なるメッシュの組み合わせの間を行ったり来たりし得る。図9に示すように同調素子を追加することができる、又は180度からずれたプッシュプル位相差を導入して、同じく回転する中心-エッジ成分を追加することができる。
[0051]図11は、幾つかの実施形態に係る処理チャンバの多電極カソードに電力供給するための方法を示すフロー図1100である。本方法は、RF源を用いてRF電力を生成する(1102)ことを含み得る。RF源は、上述の周波数のいずれかを使用することができ、上述の図5~9のRF源502によって示すように、電源回路に統合され得る。
[0052]本方法は、RF源に導電結合された1又は複数の誘導素子を通してRF電力を伝送すること(1104)も含み得る。1又は複数の誘導素子は、上記の図5~図9に示す誘導素子504、506等の1又は複数のインダクタを含み得る。単一の誘導素子が使用され得る、又は異なる実施形態では2つ以上の誘導素子が使用され得ることに留意されたい。
[0053]本方法は、RF電力の第1の部分を1又は複数の誘導素子から第1の誘導素子に誘導結合させること(1106)を追加的に含み得る。例えば、RF電力の第1の部分は、RF源502からのRF電力のうち、上記の図5~図9において誘導素子504から誘導素子508に誘導結合される部分であってよい。
[0054]本方法は更に、RF電力の第1の部分を第1の誘導素子から処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給すること(1108)を含み得る。例えば、RF電力のこの第1の部分は、上記の図5~図9に示すように、誘導素子508から第1のペデスタル電極172に供給され得る。
[0055]本方法は、RF電力の第2の部分を1又は複数の誘導素子から第2の誘導素子に誘導結合させること(1110)も含み得る。例えば、RF電力の第2の部分は、RF源502からのRF電力のうち、上記の図5~図9において誘導素子506から誘導素子510に誘導結合される部分であってよい。
[0056]本方法は、RF電力の第2の部分を第2の誘導素子から処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給すること(1112)を追加的に含み得る。例えば、RF電力のこの第2の部分は、上記の図5~図9に示すように、誘導素子510から第2のペデスタル電極174に供給され得る。
[0057]図11に示す具体的なステップは、様々な実施形態に係る処理チャンバの多電極カソードに電力供給する特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他の順序も、代替的な実施形態により実行され得る。例えば、代替的な実施形態は、上記に概説したステップを異なる順序で実行することができる。更に、図11に示す個々のステップは、個々のステップに適した様々な順序で実行され得る複数のサブステップを含み得る。更に、特定の用途に応じて、更なるステップを追加又は削除することができる。多くの変形、修正、及び代替案もまた、本開示の範囲内にある。
[0058]本開示全体における用語「約」は、記載された値の-15%から+15%の範囲内で発生する値を説明するために使用され得る。例えば、約100nFの容量は、85nFから115nFの範囲内に入り得る。
[0059]上記の記述では、説明の目的で、様々な実施形態を十分に理解できるように、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、幾つかの実施形態は、これらの具体的な詳細の一部がなくても実施され得ることが当業者には明らかとなろう。他の例では、周知の構造及びデバイスがブロック図の形態で示されている。
[0060]前述の説明は、例示的な実施形態のみを提供するものであり、本開示の範囲、適用性、又は構成を限定することを意図していない。むしろ、さまざまな実施形態の前述の説明は、当業者に、少なくとも1つの実施形態を実装するための可能な開示を提供するものである。添付の特許請求の範囲に明記されるような幾つかの実施形態の主旨及び範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置に様々な変更を加えることができることを理解されたい。
[0061]前述の説明では、実施形態を十分に理解するために、具体的な詳細を示している。しかしながら、当業者であれば、実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが理解されよう。例えば、回路、システム、ネットワーク、プロセス、及び他の構成要素は、不必要な詳細で実施形態を不明瞭にしないために、ブロック図の形態で構成要素として示されている場合がある。他の例では、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、及び技法が、実施形態を不明瞭にしないために、不必要な詳細なしに示されている場合がある。
[0062]また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として図示したプロセスとして説明されている場合があることに留意されたい。フローチャートは、工程を連続的なプロセスとして描写している場合があるが、工程の多くは並行して又は同時に実行することができる。更に、工程の順序を入れ替えることも可能である。プロセスは、その工程が完了した時点で終了するが、図に含まれない追加のステップを有することもあり得る。プロセスは、方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応し得る。プロセスが機能に対応する場合、その終了は、呼び出し機能又は主機能に機能が戻ることに対応し得る。
[0063]前述の明細書において、特徴をその具体的な実施形態を参照して説明したが、すべての実施形態がそれに限定されないことを認識すべきである。幾つかの実施形態の様々な特徴及び態様が、個別に又は共同で使用され得る。更に、実施形態は、本明細書のより広い主旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されたものを超える任意の数の環境及び用途で利用され得る。したがって、本明細書及び図面は、限定的なものではなく、例示的なものとみなされる。
Claims (20)
- 処理チャンバの多電極カソード用の高周波(RF)電源回路であって、
RF源と、
前記RF源に導電結合された1又は複数の誘導素子と、
前記1又は複数の誘導素子に誘導結合された第1の誘導素子であって、前記RF源から発信されるRF電力の第1の部分を前記1又は複数の誘導素子を通して受信し、前記RF源から発信されるRF電力の第1の部分を前記処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成された第1の誘導素子と、
前記1又は複数の誘導素子に誘導結合された第2の誘導素子であって、前記RF源から発信されるRF電力の第2の部分を前記1又は複数の誘導素子を通して受信し、前記RF源から発信されるRF電力の第2の部分を前記処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給するように構成された第2の誘導素子と
を備える、RF電源回路。 - 前記1又は複数の誘導素子は、第3の誘導素子と第4の誘導素子とを含み、前記第3の誘導素子は前記第1の誘導素子に誘導結合され、前記第4の誘導素子は前記第2の誘導素子に誘導結合される、請求項1に記載のRF電源回路。
- 第2のRF源と、
前記RF源に導電結合された第2の1又は複数の誘導素子と、
前記第2の1又は複数の誘導素子に誘導結合された第3の誘導素子であって、前記第2のRF源から発信されるRF電力の第1の部分を前記第2の1又は複数の誘導素子を通して受信し、前記第2のRF源から発信されるRF電力の第1の部分を前記処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成された第3の誘導素子と、
前記第2の1又は複数の誘導素子に誘導結合された第4の誘導素子であって、前記第2のRF源から発信されるRF電力の第2の部分を前記第2の1又は複数の誘導素子を通して受信し、前記第2のRF源から発信されるRF電力の第2の部分を前記処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給するように構成された第4の誘導素子と
を更に備える、請求項1に記載のRF電源回路。 - 前記第3の誘導素子及び前記第4の誘導素子は、同じインダクタンスを有する、請求項3に記載のRF電源回路。
- 前記第3の誘導素子及び前記第4の誘導素子は、前記RF源から発信されるRF電力を遮断するように構成される、請求項3に記載のRF電源回路。
- 第1の誘導素子及び第2の誘導素子は、第2のRF源から発信されるRF電力を遮断するように構成される、請求項5に記載のRF電源回路。
- 前記RF源は約13MHzの周波数を有し、前記第2のRF源は約40MHzの周波数を有する、請求項3に記載のRF電源回路。
- 処理チャンバの多電極カソード用のRF電源回路であって、
RF源と、
前記RF源から発信されるRF電力の第1の部分を受信し、前記RF源から発信されるRF電力の第1の部分を前記処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給するように構成された第1の誘導素子と、
前記RF源から発信されるRF電力の第2の部分を受信し、前記RF源から発信されるRF電力の第2の部分を前記処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給するように構成された第2の誘導素子と、
前記第1の誘導素子を前記第2の誘導素子から分離する容量素子と
を備える、RF電源回路。 - 前記第1の誘導素子に導電結合された第1のDC源と、
前記第2の誘導素子に導電結合された第2のDC源と
を更に備え、前記容量素子は、前記第1のDC源を前記第2のDC源から絶縁する、請求項8に記載のRF電源回路。 - 前記第1のDC源と前記第2のDC源との間の電圧差は、処理チャンバで基板をペデスタルに保持するバイポーラチャック電圧を表す、請求項9に記載のRF電源回路。
- 前記第1のペデスタル電極に供給される電力が前記第2のペデスタル電極に供給される電力とは異なったものとなるように、前記RF電力の一部を吸い上げるように構成された同調回路
を更に備える、請求項8に記載のRF電源回路。 - 前記同調回路は、寄生インダクタを含む、請求項11に記載のRF電源回路。
- 前記同調回路は、寄生キャパシタを含む、請求項11に記載のRF電源回路。
- 前記第1のペデスタル電極は、ワイヤメッシュを含む、請求項8に記載のRF電源回路。
- 処理チャンバの多電極カソードに電力供給する方法であって、
RF源を用いてRF電力を生成することと、
前記RF源に導電結合された1又は複数の誘導素子を通してRF電力を伝送することと、
前記RF電力の第1の部分を前記1又は複数の誘導素子から第1の誘導素子に誘導結合させることと、
前記RF電力の第1の部分を前記第1の誘導素子から前記処理チャンバの第1のペデスタル電極に供給することと、
前記RF電力の第2の部分を前記1又は複数の誘導素子から第2の誘導素子に誘導結合させることと、
前記RF電力の第2の部分を前記第2の誘導素子から前記処理チャンバの第2のペデスタル電極に供給することと
を含む方法。 - 第2のRF源を用いて第2のRF電力を生成することと、
前記第2のRF源に導電結合された第2の1又は複数の誘導素子を通して前記第2のRF電力を伝送することと、
前記第2のRF電力の第1の部分を前記第2の1又は複数の誘導素子から第3の誘導素子に誘導結合させることと、
前記RF電力の第1の部分を前記第3の誘導素子から前記処理チャンバの第3のペデスタル電極に供給することと、
前記第2のRF電力の第2の部分を前記第2の1又は複数の誘導素子から第4の誘導素子に誘導結合させることと、
前記第2のRF電力の第2の部分を前記第4の誘導素子から前記処理チャンバの第4のペデスタル電極に供給することと
を更に含む、請求項15に記載の方法。 - RF源と前記第2のRF源との間の位相差は、前記処理チャンバのプラズマに伝達されるエネルギーを回転させる、請求項16に記載の方法。
- 第1のペデスタル電極、第2のペデスタル電極、前記第3のペデスタル電極、及び前記第4のペデスタル電極は各々、前記処理チャンバのペデスタルの別々の象限に位置する、請求項16に記載の方法。
- 前記第1のペデスタル電極は、ペデスタルの中心部に円形メッシュを含み、前記第2のペデスタル電極は、前記ペデスタルの外周部にリングメッシュを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の誘導素子は、約1μHの誘導値を含む、請求項15に記載の方法。
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