JP5877873B2 - プラズマプロセスを実行するシステムをチューニングするための方法 - Google Patents

プラズマプロセスを実行するシステムをチューニングするための方法 Download PDF

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Description

背景
（分野）
本発明の実施形態は概して半導体基板処理システム、より具体的にはパルス化プラズマ
を使用した基板の処理方法及び装置に関する。
（関連技術の説明）
半導体集積回路（ＩＣ）製造において、コンポーネントとしてのトランジスタ等の素子
は、典型的にはシリコンから成る半導体ウェハ基板上に形成される。製造プロセス中、様
々な材料を異なる層上に堆積することによって所望の集積回路を構築する又は形成する。
これら各種の層が、金属線によって相互接続される素子を形作る。素子及び金属線を既に
搭載したウェハ（当該分野においては基板とも称される）に行う特定のプラズマ支援プロ
セスの間、かなりの量の電荷がウェハ表面上に蓄積されることがある。この電荷の蓄積が
ウェハ全体で均一になるとは限らない。このため、電荷の蓄積によって、一部の金属化材
料においては破壊電流が生じてしまう及び／又は誘電体層においてアーク放電が生じてし
まう場合がある。電流及び／又はアーク放電によって、ウェハ上に事前に形成されていた
特定の素子が破壊されたり損傷を受けたりする可能性があるプラズマ支援。電荷による作
用を軽減し、電荷による損傷を回避するために、プラズマ支援リアクタ内のプラズマに供
給する電力をパルス化する場合がある。このため、プラズマに結合させる電流は、プラズ
マ支援プロセス全体を通じて又はその一部においてパルス化される。エッチリアクタで使
用するためのこのような技法の一例が、２００１年７月３日に発行された米国特許第６２
５５２２１号に開示されている。
パルス化プラズマエッチリアクタの使用における１つの難点が、ＲＦジェネレータ又は
ＲＦソースからの電流を、動的にチューニングされたマッチングネットワーク（マッチユ
ニットとも称される）を通して、プラズマリアクタ内のアンテナ又は電極に結合させなく
てはならないことである。パルス化電力は、アンテナ又は電極からリアクタ内のプロセス
ガスに結合され、エッチングプロセスに使用するためのプラズマが形成される。マッチン
グネットワークによって、ＲＦソースの出力がプラズマに効率的に結合され、プラズマに
結合されるエネルギーの量が最大となる。マッチングネットワークは、典型的には、５０
オーム〜複素インピーダンスのプラズマをマッチさせる。処理中のプラズマ特性の変化に
合わせたダイナミックマッチングを促進するために、マッチングネットワークは連続的に
調節可能であり、処理を通じてのマッチの達成及びその維持が確保される。
一般に、プロセスレシピを実行するコントローラがマッチングネットワークを制御する
。コントローラは、マッチングネットワークからの反射電力の監視も行う。マッチングネ
ットワークからの反射電力が増大すると、コントローラが、マッチングネットワークのキ
ャパシタンス又はインダクタンスを調節することによってＲＦソースをチャンバ内に存在
しているプラズマにより高くマッチさせる。高電力ＲＦエネルギーをプラズマに結合する
ためのマッチングネットワークは、一般に、機械的にチューニング可能な要素（即ち、キ
ャパシタ及び／又はインダクタ）を備えることから、チューニングプロセスが、プラズマ
に結合させるのが所望のＲＦパルスのパルス幅と比べて遅くなる場合がある。このため、
ネットワークとしてのマッチングネットワークへのパルス電力をパルス毎に調節する場合
、反射電力が散発的又は実際の反射電力と一致しなくなり、コントローラによるマッチン
グネットワークの調節が不十分又は過剰なものになってしまう場合がある。このような連
続的な調節は、過剰な反射電力及びプラズマ電力結合効率の低下を引き起こす可能性があ
る。
従って、パルス化電力を使用してプラズマ支援半導体ウェハ処理を実行するための改善
された方法及び装置が当該分野において必要とされている。
概要
本発明の実施形態は、概して、広いプロセスウィンドウのパルス化プラズマ処理のため
の方法及び装置を提供する。一部の実施形態において、装置は、周波数チューニングを行
うＲＦ電源及びこのＲＦ電源に連結されたマッチングネットワークを含み、ＲＦ電源及び
マッチングネットワークは、ＲＦ電源に反射した反射ＲＦ電力を読み取るための共通セン
サを共有する。一部の実施形態において、装置は、周波数チューニングを行うＲＦ電源及
びこのＲＦ電源に連結されたマッチングネットワークを含み、ＲＦ電源及びマッチングネ
ットワークは、ＲＦ電源に反射した反射ＲＦ電力を読み取るための共通センサ並びにＲＦ
電源及びマッチングネットワークのそれぞれのチューニングを行うための共通コントロー
ラを共有する。
一部の実施形態において、広い範囲のプロセスレシピ又はパラメータに亘ってパルス化
プラズマ処理を可能にするためのチューニング手順が提供される。一部の実施形態におい
て、このチューニング手順は、ソース及びバイアスジェネレータを固定周波数、マッチン
グネットワークを自動モードにおきながら、連続波（ＣＷ）モードでプラズマに点火する
ことを含む。ソース及びバイアスの両方からの最小反射電力がマッチングネットワークの
調節によって一旦確保されたら（約２〜３秒）、ソースマッチングネットワークパラメー
タを一定に維持し、一方、バイアス側を自動モードで維持する。続いて、ソースジェネレ
ータについて周波数チューニングをＯＮにし、バイアスジェネレータについては周波数チ
ューニングをＯＦＦのままにする。約１秒後、パルシングモードがＯＮにされ、続いてバ
イアスジェネレータについて周波数チューニングをＯＮにし、ソースマッチングネットワ
ークを自動モードに戻す。システムが安定し、最小反射電力が達成されるまでには更に２
〜４秒かかる（マッチングネットワークの事前設定及びレシピのパラメータに依存する）
。
一部の実施形態において、それぞれが周波数チューニング可能であり且つソースマッチ
ングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを介して処理チャンバに連結され
たマスター／スレーブ構成のソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用してプラズマプ
ロセスを実行するシステムをチューニングするための方法が提供される。本方法は、連続
波モード及び固定周波数モードにそれぞれ設定されたソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電
源を使用し、ソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークがそれ
ぞれ自動チューニングモードに設定された状態で、まず処理チャンバにおいてプラズマに
点火することを含む。次に、ソース及びバイアスＲＦジェネレータの両方からの反射電力
が低減されるようにマッチングネットワークが調節を行った後に、バイアスマッチングネ
ットワークを自動モードで維持しながらソースマッチングネットワークをホールドモード
に変更する。ソースＲＦ電源について周波数チューニングをＯＮにし、一方、バイアスジ
ェネレータについては周波数チューニングをＯＦＦのままにすることが可能である。パル
シングモードをソースＲＦ電源及び／又はバイアスＲＦ電源についてＯＮにすることが可
能である。次に、バイアスＲＦ電源を周波数チューニングモードにすることが可能である
。
一部の実施形態において、チューニング手順は、ジェネレータを所望のパルシング周波
数のパルシングモードに設定することを含む（ただし、デューティサイクルは約９０％）
。バイアス及びソースの両方について周波数チューニングをＯＮにし、マッチングネット
ワークを自動モードに設定する。その後、ＲＦジェネレータをＯＮにする。システムの安
定化及び最小反射電力とするための自己調節には約２〜３秒かかる。その後、ジェネレー
タが依然としてＯＮの間に、デューティサイクルを約９０％から所望のデューティサイク
ルへとオペレーションウィンドウ内で変更する。システムの自己チューニングには更に２
〜３秒かかり、その後、所望のパルシングモードでのオペレーションの準備が整う。
一部の実施形態において、それぞれが周波数チューニング可能であり且つソースマッチ
ングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを介して処理チャンバに連結され
たマスター／スレーブ構成のソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用してプラズマプ
ロセスを実行するシステムをチューニングするための方法が提供される。本方法は、（ａ
）ＲＦ電力を、所望のパルシング周波数、約８５〜約９５％の初期デューティサイクルの
周波数チューニングモードのソースＲＦ電源及び／又はバイアスＲＦ電源から、ソースマ
ッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを自動チューニングモードの
状態で供給することによって、処理チャンバ内でプラズマを形成し、（ｂ）ソース及びバ
イアスＲＦジェネレータの両方からの反射電力を低減するようにマッチングネットワーク
が調節された後に、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源が依然としてＯＮの間に、初期
デューティサイクルを所望のデューティサイクルに変更することを含む。
一部の実施形態において、それぞれが周波数チューニング可能であり且つソースマッチ
ングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを介して処理チャンバに連結され
たソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用して、時間分解方式でプラズマプロセスを
実行するシステムをチューニングするための方法が提供される。本方法は、連続波モード
又はパルシングモードのいずれかから選択された第１オペレーションモード及び固定周波
数モード又は周波数チューニングモードのいずれかから選択された第１チューニングモー
ドにそれぞれ独立して設定されたソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用し、ソース
マッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークが自動チューニングモード
又はホールドモードのいずれかから選択された第１マッチモードにそれぞれ独立して設定
された状態で、処理チャンバ内のプラズマに点火することを含む。第１時間の経過後、ソ
ースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の一方又は両方の第１オペレーションモードは切り換
えられる。第２時間の経過後、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の一方又は両方の第
１チューニングモードが切り換えられる。第３時間の経過後、ソースマッチングネットワ
ーク及びバイアスマッチングネットワークの一方又は両方の第１マッチモードが切り換え
られる。第１、第２及び第３時間は、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源に反射する反
射電力を低減するように選択される。
その他及び更なる実施形態を、以下の詳細な説明で挙げる。
本発明の上記の構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約した本発明のより具
体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態の一部は添付図面に図示されている。し
かしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他
の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を制限すると解釈されない
ことに留意すべきである。
本発明の一部の実施形態による半導体ウェハ処理システムの概略図である。 本発明の一部の実施形態によるマッチングネットワーク及びＲＦジェネレータの独立タイミング特徴を示す概略チャートである。 本発明の一部の実施形態に関連しての使用に適した例示的なマッチ回路を示す図である。 本発明の一部の実施形態に関連しての使用に適した例示的なマッチ回路を示す図である。
詳細な説明
本発明は、パルス化プラズマを使用して基板を処理するための方法及び装置を提供する
。一部の実施形態において、ウェハレベルでの損傷が少なくトレンチ形成、ノッチ形成問
題が軽減され、パフォーマンスを高める（より高いエッチ均一性及び選択性）バイアス及
びソースの一方又は両方のためのプラズマパルシングプロセスが提供される。本発明の実
施形態は、周波数チューニング（周波数掃引とも称される）を行うＲＦジェネレータをダ
イナミックマッチングネットワークと組み合わせて使用する、パルシングモードのための
安定したオペレーションウィンドウを可能にする手順を提供することである。システムを
チューニングするのに必要な時間がエッチプロセスでは重要であり、またこれらの手順の
１つの利点がパルス化を行いながら約６秒未満でチューニング可能なことであることから
、ウェハを不安定なプラズマに曝露する時間が最小限に抑えられる。以下の説明では特定
のプロセス、ＲＦ周波数、ＲＦ電力について言及しているが、本明細書の開示は、一般に
、その他のプロセス、その他の周波数及びその他の電力レベルに関して利するように使用
される。
図１は、一実施形態において半導体ウェハ１２２（又はその他の基板及びワークピース
）のエッチングに使用されるプラズマ支援半導体ウェハ処理システム１００である。本発
明の開示実施形態をエッチリアクタ及びプロセスと関連させて説明するが、本発明は、プ
ラズマ支援プロセス中にパルス化電力を使用するいずれの形態のプラズマプロセスにも応
用可能である。このようなリアクタには、プラズマアニーリング、プラズマ支援化学気相
蒸着、物理気相蒸着及びプラズマ洗浄等が含まれる。
この実例としてのシステム１００は、エッチリアクタ１０１、プロセスガス供給源１２
６、コントローラ１１４、第１ＲＦ電源１１２、第２ＲＦ電源１１６、第１マッチングネ
ットワーク１１０及び第２マッチングネットワーク１１８を備える。第１及び第２ＲＦ電
源１１２、１１６の一方又は両方は、高速周波数チューニング用に構成される（例えば、
ソースは、反射電力を最小限に抑えるために、検出された反射電力測定値に応答して周波
数を約±５％で変更可能である）。このような周波数チューニングは、所定の定常状態に
おいて、プラズマからの反射電力を最小限に抑えるために約１００マイクロ秒又はそれよ
りずっと少ない秒数を必要とする。各ＲＦ電源（１１２、１１６）は連続波（ＣＷ）又は
パルス化モードで動作可能である。パルスモードにある場合、いずれかの電源（１１２、
１１６）が、最高約１００ｋＨｚ（一部の実施形態においては約１００Ｈｚ〜約１００ｋ
Ｈｚ）のパルス周波数でパルス化される。いずれかの電源（１１２、１１６）が、約１０
％〜約９０％のデューティサイクル（例えば、所定のサイクルにおけるＯＮ時間とＯＦＦ
時間全体に対するＯＮ時間の割合）で動作させられる。
エッチリアクタ１０１は、ウェハ１２２のための台座部を構成するカソード台座部１２
０を収容する真空容器１０２を備える。処理チャンバの屋根部又は蓋部１０３は、屋根部
１０３に近接した少なくとも１つのアンテナアセンブリ１０４を有する。このアンテナア
センブリ１０４は、本発明の一部の実施形態において、一対のアンテナ１０６、１０８を
備える。本発明のその他の実施形態においては１つ以上のアンテナを使用し、或いはアン
テナの代わりに電極を使用してＲＦエネルギーをプラズマに結合させる。この実例となる
特定の実施形態において、アンテナ１０６、１０８は、エネルギーを、プロセスガス供給
源１２６によって容器１０２の内部に供給されたプロセスガスに誘導結合する。アンテナ
１０６、１０８によって供給されたＲＦエネルギーをプロセスガスに誘導結合し、ウェハ
１２２上の反応区域内でプラズマ１２４を形成する。反応ガスが、ウェハ１２２上の材料
をエッチングする。
一部の実施形態においては、アンテナアセンブリ１０４への電力によってプラズマ１２
４に点火し、カソード台座部１２０に結合された電力がプラズマ１２４を制御する。この
ため、ＲＦエネルギーは、アンテナアセンブリ１０４及びカソード台座部１２０の両方に
結合される。第１ＲＦ電源１１２（ソースＲＦ電源とも称される）はエネルギーを第１マ
ッチングネットワーク１１０に供給し、このマッチングネットワークが次にエネルギーを
アンテナアセンブリ１０４に結合する。同様に、第２ＲＦ電源１１６（バイアスＲＦ電源
とも称される）は、エネルギーを第２マッチングネットワーク１１８に結合し、このマッ
チングネットワークがエネルギーをカソード台座部１２０に結合する。コントローラ１１
４は、ＲＦ電源１１２、１１６の起動及び終了のタイミング並びに第１及び第２マッチン
グネットワーク１１０、１１８のチューニングを制御する。アンテナアセンブリ１０４に
結合される電力はソース電力として知られ、カソード台座部１２０に結合される電力はバ
イアス電力として知られる。本発明の実施形態において、ソース電力、バイアス電力の一
方又は両方は、連続波（ＣＷ）モード又はパルス化モードのいずれかで動作可能である。
一部の実施形態においては、リンク１４０を設置して第１ＲＦ電源１１２と第２ＲＦ電
源１１６とを連結することによって、一方の電源のオペレーションのもう一方への同期を
促進する。いずれかのＲＦソースがリード又はマスターＲＦジェネレータとなり、もう一
方のジェネレータが従う、即ちスレーブとなる。リンク１４０は更に、完璧に同期した又
は所望のオフセット又は位相差での第１及び第２ＲＦ電源１１２、１１６のオペレーショ
ンを促進する。
第１インジケータデバイス、即ちセンサ１５０及び第２インジケータデバイス、即ちセ
ンサ１５２を使用して、マッチングネットワーク１１０、１１８によるプラズマ１２４へ
の整合能の有効性を求める。一部の実施形態において、インジケータデバイス１５０、１
５２は、各マッチングネットワーク１１０、１１８で反射した反射電力を監視する。これ
らのデバイスは、一般に、マッチングネットワーク１１０、１１８又は電源１１２、１１
５に組み込まれる。しかしながら、説明の便宜上、これらのデバイスは、図においてはマ
ッチングネットワーク１１０、１１８とは別のものとして図示される。反射電力を標識と
して使用する場合、デバイス１５０、１５２は、電源１１２、１１６とマッチングネット
ワーク１１０、１１８との間に連結される。反射電力を示す信号を生成するために、デバ
イス１５０、１５２はＲＦ検出装置に連結された方向性結合器であり、整合有効性指標信
号は反射電力の強度を表す電圧である。大きな反射電力はマッチしていない状態を表す。
デバイス１５０、１５２によって生成された信号は、コントローラ１１４に結合される。
指標信号に応答して、コントローラ１１４は、マッチングネットワーク１１０、１１８に
結合されるチューニング信号（マッチングネットワーク制御信号）を生成する。この信号
を使用して、マッチングネットワーク１１０、１１８内のキャパシタ又はインジケータを
チューニングする。チューニングプロセスによって、例えば指標信号によって表される反
射電力を最小限に抑えること又は特定のレベルの反射電力を達成することに努める。マッ
チングネットワーク１１０、１１８は、典型的には、所定の定常状態において、プラズマ
からの反射電力を最小限に抑えるために約１００マイクロ秒〜約数ミリ秒を必要とする。
図３は、例えば第１ＲＦマッチングネットワーク１１０として使用される、実例となる
マッチングネットワークの概略図である。この特定の実施形態は、単一入力４００及びデ
ュアル出力（即ち、主出力４０２及び補助出力４０４）を有する。各出力を使用して２つ
のアンテナの一方を駆動する。マッチ回路４０６は、Ｃ１、Ｃ２及びＬ１によって形成さ
れ、容量性電力分割器４０８は、Ｃ３及びＣ４によって形成される。容量性分割器の値は
、特定の量の電力が各アンテナに供給されるように設定される。キャパシタＣ１、Ｃ２の
値は機械的にチューニングされてネットワーク１１０のマッチが調節される。Ｃ１、Ｃ２
のいずれか又は両方をチューニングしてネットワークのオペレーションを調節することが
できる。低電力システムにおいて、キャパシタは、機械的にではなく電子的にチューニン
グされる。その他の実施形態のマッチングネットワークは、チューニング可能なインダク
タを有する。このソース電源は、パルス又はＣＷモードで動作させることができる。ネッ
トワーク１１０によってマッチされるソース電力は約１３．５６ＭＨｚであり、最高約３
０００ワットの電力レベルを有する。このようなマッチングネットワークは、コロラド州
フォートコリンズのＡＥ，Ｉｎｃ．からモデルＮＡＶＩＧＡＴＯＲ ３０１３−ＩＣＰ８
５として入手可能である。その他様々な構成のマッチネットワークも、本明細書に記載の
教示に従って利用することができる。
図４は、例えば第２ＲＦマッチングネットワーク１１８として使用される、実例となる
マッチングネットワークの一実施形態の概略図である。この特定の実施形態は、単一入力
５００及び単一出力５０２を有する。この出力を使用して台座部を駆動する。マッチング
ネットワークは、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｌ１、Ｌ２を備える。キャパシタＣ２、
Ｃ３の値は機械的にチューニングされてネットワーク１１６のマッチが調節される。Ｃ２
、Ｃ３のいずれか又は両方をチューニングしてネットワークのオペレーションを調節する
ことができる。低電力システムにおいて、キャパシタは、機械的にではなく電子的にチュ
ーニングされる。その他の実施形態のマッチングネットワークは、チューニング可能なイ
ンダクタを有する。このバイアス電源１１６は、パルス又はＣＷモードで動作させること
ができる。パルスモードにおいて、パルスは、周波数１００Ｈｚ〜１００ＫＨｚ、デュー
ティサイクル１０〜９０％で発生可能である。一実施形態において、バイアス電力は周波
数約１３．５６ＭＨｚを有し、電力レベル約１５００ワットを有する。このようなマッチ
ングネットワークは、コロラド州フォートコリンズのＡＥ，Ｉｎｃ．からモデルＮＡＶＩ
ＧＡＴＯＲ １０１３−Ｌ３５Ｚとして入手可能である。その他様々な構成のマッチネッ
トワークも、本明細書に記載の教示に従って利用することができる。
コントローラ１１４は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０、メモリ１３２及びサポート回
路１３４を備える。コントローラ１１４は、システム１００の様々なコンポーネントに連
結されてエッチプロセスの制御を促進する。コントローラ１１４は、アナログ、デジタル
、ワイヤ、ワイヤレス、光学及び光ファイバーインターフェースと様々に称されるインタ
ーフェースを介してチャンバ内での処理を調節し、監視する。下記のようにチャンバの制
御を円滑に進めるために、ＣＰＵ１３０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサの制御の
ために工業環境で使用可能ないずれの形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであって
もよい。メモリ１３２は、ＣＰＵ１３０に連結される。メモリ１３２、即ちコンピュータ
可読性媒体は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピーディスク、ハ
ードディスク、その他いずれの形式のローカル又はリモートデジタルストレージ等の容易
に入手可能なメモリデバイスの１種以上である。サポート回路１３４は慣用のやり方でプ
ロセッサをサポートするためにＣＰＵ１３０に連結される。これらの回路はキャッシュ、
電力供給源、クロック回路、入力／出力回路、関連するサブシステム等を含む。
エッチング又はその他のプロセス命令は通常、典型的にはレシピとして知られるソフト
ウェアルーチンとしてメモリ１３２に保存される。ソフトウェアルーチンを、ＣＰＵ１３
０によって制御されるハードウェアとは離れて位置する第２ＣＰＵ（図示せず）で保存す
る及び／又は実行してもよい。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１３０によって実行され
ると、汎用コンピュータを特殊用途コンピュータ（コントローラ）１１４に変え、この特
殊用途コンピュータが、システムオペレーション（エッチプロセス中にプラズマを制御す
るためのシステムオペレーション等）を制御する。本発明のプロセスをソフトウェアルー
チンとしてインプリメントすることが可能であるが、本明細書で開示の方法ステップの一
部を、ソフトウェアコントローラと同様にハードウェアで実行することもできる。このた
め、本発明の実施形態は、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェア、アプリケ
ーション特化集積回路としてのハードウェア、その他のタイプのハードウェアインプリメ
ンテーション又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせでインプリメントすることが
できる。
慣用のマッチングネットワーク及びジェネレータにはそれぞれ、典型的には、独立した
それぞれのシステムのチューニングに使用される制御アルゴリズムが入っている。従って
、各アルゴリズムは、時間又は方式に関して（両方共、ジェネレータへの反射電力を低減
することを目的とすべきである）互いにリンクされていない。このようなリンクの欠落は
、２つのチューニングアルゴリズム間に著しい競合を生じさせて、システムが不安定にな
る場合がある。この問題を解決するために、本発明の一部の実施形態においては、集積マ
ッチングネットワークが、周波数チューニング能を備えたＲＦジェネレータ内に埋め込ま
れ（例えば、第１及び第２ＲＦ電源１１２、１１６）、マッチングネットワーク及びＲＦ
サイクルでの周波数のチューニングに使用されるアルゴリズムは共にジェネレータ出力で
測定した場合の同じ読み取り値に基づいて制御される（例えば、共有センサを使用する）
。これによって、２つの独立したアルゴリズム間の競合が排除され、パルス化プラズマ系
リアクタに関するオペレーションウィンドウが拡大する。一部の実施形態において、第１
ＲＦソース１１２及び第１マッチングネットワーク１１０（及び／又は第２ＲＦソース１
１６及び第２マッチングネットワーク１１８）は物理的に統合される又は単に、これらの
デバイス対のためのチューニングプロセスを指揮してこれら２つの間でのチューニング競
合を排除し且つシステム全体のチューニング効率を最大化するコントローラを共有する。
一部の実施形態において、第１ＲＦソース１１２及び第１マッチングネットワーク１１０
（及び／又は第２ＲＦソース１１６及び第２マッチングネットワーク１１８）は反射電力
を読み取るための共通センサを共有しているだけであり、少なくともチューニングするこ
とによって同じ読み取り値での反射電力を最小限に抑える。
図２は、プラズマのインピーダンスのＲＦソースのインピーダンスへのマッチングを広
い範囲のパルス化プラズマプロセスに亘って促進するための、時間の経過に伴って独立し
て制御され得る変数の図である。図２は、ソースジェネレータ、ソースマッチ、バイアス
ジェネレータ及びバイアスマッチのそれぞれについての時間非依存性オペレーションパラ
メータを示す。これらのパラメータは分離されており、独立して制御することができる。
ソース及びバイアスジェネレータは、固定周波数モード又は周波数掃引（又は周波数チュ
ーニング）モードで動作させることができる。加えて、ソース及びバイアスジェネレータ
を、連続波ＲＦモード又はパルシングＲＦモードで動作させることができる。各ジェネレ
ータはオペレーションモード間を所望の時間で独立して切り替えられ、また一緒に動作す
るように同期される又は所望の量でオフセットされ、ソースＲＦがＯＮの時間とバイアス
ＲＦがＯＮの時間との間のソース／バイアス遅延によって示される通りである。このよう
な同期又は制御された位相外れオペレーションは、ジェネレータのいずれのオペレーショ
ンモードのオペレーションにも適用することができる（例えば、両方がパルシングＲＦモ
ードの場合）。
ソース及びバイアスマッチングネットワーク（例えば、図２のソースマッチ及びバイア
スマッチ）は、自動チューニングモード又はホールドモードでそれぞれ独立して動作可能
である（マッチングネットワークはマッチ内のコンポーネントの値を固定し、チューニン
グにより反射電力を最小限に抑えることがない）。これらのモード間での切り替えを独立
して制御することによって、以下でより詳細に説明するように、反射電力の最小限化及び
広い範囲のプロセスウィンドウに亘ってのパルス化プラズマプロセス中のプラズマプロセ
スの安定化を促進することが可能である。このため、パルス化プラズマプロセスの場合、
以下の制御「ノブ（ｋｎｏｂ）」を設定して、広い範囲のプロセスに亘る効率的なオペレ
ーションを促進することができる：各マッチネットワークは自動チューニング又はホール
ドモードで独立して動作する；各ＲＦジェネレータの周波数チューニングはＯＮ又はＯＦ
Ｆである；時間Ａ（約９０％又はＣＷで開始。次に時間Ａ後にパルシングに切り替わる）
；時間Ｂ（周波数チューニングＯＦＦで開始され、次に時間Ｂ後にＯＮに切り替わる）；
時間Ｃ（マッチネットワークは最初は自動チューニングモードだが、時間Ｃ後に固定され
る又は最小限に抑えられたＲＦ電力反射の位置を見つける）。加えて、「タイムアウト」
又はモード間の切り替えを行う時間を、切り替えが起こらないように設定する（例えば、
切り換え時間を、プロセスを実行する持続時間より長く設定する）又は切り換えモードが
即時オペレーションモードとなるように設定することができる（例えば、切り換え時間を
ゼロに設定する）。これらのノブの時間のそれぞれは独立しているため、各パラメータの
制御を利用して広い範囲のプロセスに亘ってパルス化プラズマオペレーションを円滑にす
る。このようなことから、以下でより詳細に説明するように、広い範囲のプロセス化学反
応、圧力、電力レベル等に亘って安定したパルス化プラズマ処理を可能にする、ＲＦ電力
供給のための時間分解チューニング手順が本明細書において提供される。このようなスキ
ームの時間分解特性によって、多種多様なプラズマ系プロセスに関して、パルス化プラズ
マオペレーション中のＲＦ供給を最適化するための異なるノブのオペレーションシーケン
スの決定が可能になる。
上記の「タイムアウト」を使用し、システム１００を、上記の変数の制御によって時間
分解方式でチューニングされる様々なＲＦモードで動作させることができる。例えば、一
部の実施形態において、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源（それぞれ周波数チューニ
ング可能であり且つソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワーク
を介して処理チャンバに連結されている）を使用して時間分解方式でプラズマプロセスを
実行するシステムをチューニングするための方法が提供される。この方法は、ソースＲＦ
電源及びバイアスＲＦ電源を使用して処理チャンバ内のプラズマに点火することを含み、
ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源は連続波モード又はパルシングモードから選択され
た第１オペレーションモード、固定周波数モード又は周波数チューニングモードから選択
された第１チューニングモードに独立して設定され、ソースマッチングネットワーク及び
バイアスマッチングネットワークは、自動チューニングモード又はホールドモードから選
択された第１マッチモードにそれぞれ独立して設定される。第１時間の経過後、ソースＲ
Ｆ電源及びバイアスＲＦ電源の一方又は両方の第１オペレーションモードが切り替えられ
る。第２時間の経過後、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の一方又は両方の第１チュ
ーニングモードが切り替えられる。第３時間の経過後、ソースマッチングネットワーク及
びバイアスマッチングネットワークの一方又は両方の第１マッチモードが切り替えられる
。第１、第２、第３時間は、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源に反射する反射電力を
低減するように選択される。
例えば、上記の「タイムアウト」を使用して、システム１００を、上記の変数の制御に
応じて様々なＲＦモードで動作させる。一部の実施形態において、システム１００は、い
ずれかのＲＦジェネレータ（例えば、ＲＦ電源１１２、１１６）をＣＷモードにして動作
させられる。このようなモードにおいて、それぞれのジェネレータは固定モード、ＣＷモ
ード又はマスターモードにある。このモードは、ソース及びバイアスジェネレータの両方
に当てはまり、それぞれは独立して動作する。
一部の実施形態において、システム１００は、いずれかのＲＦジェネレータをＣＷ−パ
ルスモードにして動作させられる。このようなモードにおいて、各ジェネレータは固定モ
ード及びマスターモードにある。各ジェネレータは、設定可能なタイムアウト「ＣＷ／パ
ルス時間」に亘ってＣＷモードにあり、このタイムアウト後にパルシングモードに切り替
わる。このモードは、ソース及びバイアスジェネレータの両方に当てはまり、それぞれは
独立して動作する。
一部の実施形態において、システム１００は、いずれかのＲＦジェネレータをＣＷ−周
波数モードにして動作させられる。このようなモードにおいて、各ジェネレータは、ＣＷ
モード及びマスターモードにある。このジェネレータは、設定可能なタイムアウト「固定
周波数時間」に亘って固定モードにあり、このタイムアウト後に周波数チューニングをＯ
Ｎにする。このモードは、ソース及びバイアスジェネレータの両方に当てはまり、それぞ
れは独立して動作する。
一部の実施形態において、システム１００は、いずれかのＲＦジェネレータをＣＷ−周
波数−パルスモードにして動作させられる。このようなモードにおいて、各ジェネレータ
は、設定可能なタイムアウト「ＣＷ／パルス時間」に亘ってＣＷモードにあり、このタイ
ムアウト後にパルシングモードに切り替わる。また、ジェネレータは、設定可能なタイム
アウト「固定周波数時間」に亘って固定モードにあり、このタイムアウト後に周波数チュ
ーニングをＯＮにする。ジェネレータはマスターモードにあるため、独立して動作する。
このモードは、ソース及びバイアスジェネレータの両方に当てはまる。
一部の実施形態において、システム１００は、いずれかのＲＦジェネレータをパルス−
周波数−パルスモードにして動作させられる。このようなモードにおいて、各ジェネレー
タは、設定可能なタイムアウト「ＣＷ／パルス時間」に亘ってパルシングモード（例えば
９０％の高デューティサイクル）にあり、このタイムアウト後に所望のパルスパラメータ
に切り替わる。また、このジェネレータは、設定可能なタイムアウト「固定周波数時間」
に亘って固定モードにあり、このタイムアウト後に周波数チューニングをＯＮにする。ジ
ェネレータはマスターモードにあるため、独立して動作する。このモードは、ソース及び
バイアスジェネレータの両方に当てはまる。
一部の実施形態において、システム１００は、ＣＷ−周波数−シンクパルス（Ｓｙｎｃ
Ｐｕｌｓｅ）モードにして動作させられる。このようなモードにおいて、ソースジェネレ
ータはマスターモードにあり、バイアスジェネレータはスレーブモードにある。ソースジ
ェネレータは、設定可能なタイムアウト「ＣＷ／パルスタイム」に亘ってＣＷモードにあ
り、このタイムアウト後にパルシングモードに切り替わる。ソースジェネレータは、設定
可能なタイムアウト「固定周波数時間」に亘って固定モードにあり、このタイムアウト後
に周波数チューニングをＯＮにする。バイアスジェネレータは、ソースジェネレータと同
じパルス周波数及びディーティサイクルでパルシングする。ソース及びバイアスは完全に
同期させられ、一方、マスター／スレーブ遅延は初期はゼロに設定される。パルス間の遅
延は、設定可能なタイムアウト「スレーブバイアスＲＦについてのパルシング遅延」によ
って制御され、最高で３６０度の位相制御がなされる。マスター／スレーブ遅延は、特定
のレシピの全ての同期されたパルシングステップに当てはまり得る。
一部の実施形態において、システム１００は、ＣＷ−周波数−シンクパルスモードで動
作させられる。このようなモードにおいて、ソースジェネレータはマスターモードにあり
、バイアスジェネレータはスレーブモードにある。ソースジェネレータは、設定可能なタ
イムアウト「ＣＷ／パルス時間」に亘ってパルシングモード（９０％のデューティサイク
ル）にあり、このタイムアウト後に所望のパルスパラメータに切り替わる。ソースジェネ
レータは、設定可能なタイムアウト「固定周波数時間」に亘って固定モードにあり、この
タイムアウト後に周波数チューニングをＯＮにする。バイアスジェネレータは、ソースジ
ェネレータと同じパルシング周波数及びディーティサイクルでパルシングする。ソース及
びバイアスジェネレータは完全に同期させられ、一方、マスター／スレーブ遅延は初期は
ゼロに設定される。パルス間の遅延は、設定可能なタイムアウト「スレーブバイアスＲＦ
についてのパルシング遅延」によって制御され、最高で３６０度の位相制御がなされる。
マスター／スレーブ遅延は、特定のレシピの全ての同期されたパルシングステップに当て
はまり得る。
一部の実施形態において、マッチングネットワークのオペレーションを正しく制御する
と、反射電力が考えられ得る限り最小となる。ＣＷ／パルス化モードのオペレーションの
場合、マッチは、２つの主要モード、即ち自動モード又はホールドモードのいずれかにあ
る。パルス化モード中に自動モードだけで動作させることは推奨されないが、これはパル
ス周波数が極めて低くない限り、マッチが典型的にはパルス内の速い変化についていけな
いからであり、できたとしてもチューニングが不良となるからである。一部の実施形態に
おいて、マッチは、周波数チューニングと一緒にシステムをチューニングするために追加
のノブが絶対的に必要でない限り、システムがパルス化モードにある場合は常にホールド
モードで動作させられる。
一部の実施形態においては、所定のパルス周波数の場合の９０％のデューティサイクル
はＣＷモードと同様に挙動することが観察されている。このため、システムのチューニン
グは比較的簡単である。しかしながら、パルス化モードシステムも依然として有益である
。従って、特定の条件の場合、パルス−周波数−パルス又はパルス−周波数−シンクパル
スモードは、ＣＷ−周波数−パルス又はＣＷ−周波数−シンクパルスモードより低い反射
電力を達成し得る。パルスパラメータ（パルス周波数及びディーティサイクル）のいずれ
か一方をゼロに設定すると、ジェネレータはＣＷモードで動作する。
パルス化モードは異なる条件下で利用されることがあるため（圧力／電力レベル／化学
反応）、典型的なタイムアウトが推奨されるが、新しいレシピ毎に若干の最適化が最小反
射電力での安定したプラズマの確保に必要とされる。以下では、パルス化モードでの典型
的な推奨オペレーションモード、即ちソースパルシング＆バイアスＣＷ、バイアスパルシ
ング＆ソースＣＷ又は同期化ソース及びバイアスパルシングを挙げる。しかしながら、ア
プリケーションに応じてその他のモードが適用される場合もある。プロセスパラメータ（
プロセス化学反応、チャンバ圧、ＲＦ電力レベル、分割器キャップ設定、パルスパラメー
タ）を変更する際、タイムアウト設定の変更が必要な場合がある。
実例として、一部の実施形態において、システム１００は、ソースジェネレータをパル
シングモード、バイアスジェネレータをＣＷモードにして動作させられる。このような実
施形態において、ソースジェネレータは、ＣＷ−周波数−パルスモードに設定される。Ｃ
Ｗ／パルス時間を選択して、ジェネレータがどのぐらいＣＷモードにあるかを制御するこ
とができる（例えば、６秒）。この時間を４秒以上に短縮することによって、パルシング
モードに切り換える前にシステムをＣＷモードでチューニングすることができる。固定／
周波数時間を選択することによって、周波数チューニングをＯＮに切り換える前にどのぐ
らいジェネレータが固定モードにあるかを制御することができる（例えば、約５秒）。一
部の実施形態において、周波数チューニングは、パルシングモード開始の約１秒前／後に
ＯＮにされる（対応するマッチがホールドにあるとして）。一部の実施形態において、マ
ッチは、周波数チューニングと並んで自動モードにあるべきではないため、マッチは、周
波数チューニングをＯＮにする前にホールドモードにおかれる。短時間に亘って（例えば
、５秒以下）オーバーラップが起こり、パルス化プラズマオペレーションにとって最適な
チューニング位置が確保される場合もある。
バイアスジェネレータはＣＷ−周波数に設定される。従って、バイアスマッチは自動−
ホールドモードに設定される。ホールド時間を選択することによって、「ホールド」への
切り換え前にどのぐらいの間マッチが「自動」モードにあるかを制御することができる。
一部の実施形態において、マッチ時間は、ジェネレータＣＷ／パルス時間及び固定−周波
数時間より少なくとも１秒短い。マッチホールド時間は、システムがチューニングに十分
な時間を有するのを防止する適切な値（例えば、約３秒）を下回るべきではない。
一部の実施形態において、使用する化学反応によっては、ＣＷモードからパルシングモ
ードへの移行はプラズマ負荷の観点から極めてはっきりとしたものになる。このような場
合、パルス−周波数−パルスモードを効果的にソースパルシングに利用する。一旦、シス
テムが９０％のデューティサイクルでチューニングされたら、所望のデューティサイクル
（例えば、５０％）への移行はＣＷからの切り替えより円滑になる。一部の実施形態にお
いては、この技法を低圧（例えば、１０ｍＴｏｒｒ未満）で行うプロセスに利用する。
或いは、一部の実施形態において、システム１００を、パルシングしているバイアスジ
ェネレータと固定したソースジェネレータでもって動作させる。バイアスジェネレータを
ＣＷ−周波数−パルスモードに設定する。ＣＷ／パルス時間を選択して、どのぐらいジェ
ネレータがＣＷモードにあるかを制御することができる（例えば、６秒）。この時間を４
秒以上に短縮することによって、パルシングモードに切り換える前にシステムをＣＷモー
ドでチューニングすることができる。固定／周波数時間を選択することによって、周波数
チューニングをＯＮに切り換える前にどのぐらいジェネレータが固定モードにあるかを制
御することができる（例えば、約５秒）。一部の実施形態において、周波数チューニング
は、パルシングモード開始の約１秒前／後にＯＮにされる（対応するマッチがホールドに
あるとして）。一部の実施形態において、マッチは、周波数チューニングと並んで自動モ
ードにあるべきではないため、マッチは、周波数チューニングをＯＮにする前にホールド
モードにおかれる。短時間に亘って（例えば、５秒以下）オーバーラップが起こり、パル
ス化プラズマオペレーションにとって最適なチューニング位置が確保される場合がある。
このようなオペレーションモードにおいて、ソースジェネレータは、ＣＷモード又はＣ
Ｗ−周波数モードに置かれる。ソースジェネレータがＣＷモードにあって周波数チューニ
ングしていない場合、その対応するマッチは自動−ホールドモードにある。しかしながら
、ある時間（例えば、約８秒）が過ぎてマッチがホールドに切り替わり、バイアスジェネ
レータがパルスモードに切り替わった後のソースによるチューニングが可能になる場合が
ある。一部の実施形態において、ソースジェネレータは、ＣＷモードではなくＣＷ−周波
数モードに設定される。従って、ソースマッチは自動−ホールドモードに設定される。ホ
ールド時間は、典型的には、全ての考えられ得る競合を回避するために固定−周波数時間
より短い。マッチホールド時間は、ジェネレータＣＷ／パルス時間及び固定−周波数時間
より少なくとも約１秒短い。マッチ自動−ホールド時間は、システムがチューニングする
ための十分な時間を得られるように十分な持続時間であるべきである（例えば、約３秒よ
り長い）。
一部の実施形態においては、使用する化学反応によっては、ＣＷモードからパルシング
モードへの移行がプラズマ負荷の観点から極めてはっきりとしたものになる。このような
場合、パルス−周波数−パルスモードを効果的にソースパルシングに利用することができ
る。一旦、システムが９０％のデューティサイクルでチューニングされたら、所望のデュ
ーティサイクル（例えば、３０％）への移行はＣＷからの切り替えより円滑になる。一部
の実施形態においては、この技法を低圧（例えば、１０ｍＴｏｒｒ未満）で行うプロセス
に利用する。
或いは、一部の実施形態において、システム１００は、同期パルシングモードで動作さ
せられる。このようなモードにおいては、ソース及びバイアスジェネレータの両方が同じ
ＲＦモード及びマスター／スレーブ構成にあるべきである。スレーブジェネレータが同期
信号を受信できるように、スレーブ遅延を、パルス持続時間より短くすることができる。
ソース及びバイアスパルシングの場合、システムがパルス化モード、同期方式、９０％
のデューティサイクルで動作を開始し、次に所望のデューティサイクルに切り替わるパル
ス−周波数−シンクパルスが使用可能である。これは主に低圧プロセスで推奨される（例
えば、約１０ｍＴｏｒｒ未満）。
或いは、一部の実施形態において、システム１００は、逆並列ＲＦパルシングモードで
動作させられ、パルス周波数及び／又はデューティサイクルは、処理中に変更される。こ
のようなモードにおいて、第１ステップは、安定化ステップとして利用される。第２ステ
ップは、本明細書において同じ考慮事項でもって論じられたものと同様の同期化パルシン
グステップである。両方のジェネレータでの周波数チューニングは、第２ステップにおい
てＲＦをＯＮにしてから５秒後にＯＮに切り替わる。６秒後、システムは３ｋＨｚ及び６
０％のデューティサイクルでのパルシングを開始する。システムが一旦その定常状態に達
したら（即ち、チューニングが達成される）、周波数チューニングがＯＮであることから
ソース及び／又はバイアスジェネレータの実際の周波数は公称値（例えば、１３．５６Ｍ
Ｈｚ）とは異なり得る。第３ステップにおいて、チューニングされたシステムの同じ状態
を、ジェネレータのデューティサイクルを別の値に切り換えながら維持する。周波数チュ
ーニングを失わないように、ＲＦは、第２ステップの終わりまでＯＮに維持される（ＲＦ
をＯＦＦにし、プロセスを新しく開始することと比較して）。第３ステップにおいて、第
２ステップと同じＲＦモードが選択される。しかしながら、ジェネレータをパルスモード
及び周波数チューニングモードに維持するために、「ＣＷ／パルス」及び「固定／周波数
」のためのタイムアウトはソース及びバイアスジェネレータの両方においてゼロに設定さ
れる。こうすることによって、第２ステップで達成された周波数チューニングが維持され
、システムはその定常状態に第３ステップでＲＦ電力を供給するジェネレータ及びシステ
ムをチューニングせずに開始した場合より速く到達する。マッチが第２ステップの最後ま
でホールドにあった場合は、第３ステップにおいてもホールドモードにあるべきである。
一部の実施形態において、本明細書に記載のいずれのパルシングモードにも適用可能で
あるが、埋め込みパルシングの特殊ケースが利用される。埋め込みパルシングモードにお
いては、１つのＲＦパルスが別のＲＦパルスに時間的に埋め込まれる。言い換えると、第
１ＲＦ電源は第１ＯＮ時間を有し、第２ＲＦ電源は、第１ＯＮ時間以下の第２ＯＮ時間を
有し得る。第２ＯＮ時間は、第２ＲＦ電源のＯＮ時間が第１ＲＦ電源のＯＦＦ時間と絶対
にオーバーラップしないように第１ＯＮ時間に対して時間的に位置づけされる。このため
、あるＲＦ電源のパルスについてのより短い（又は等しい）ＯＮ時間は、もう一方のＲＦ
電源のパルスについてのより長い（又は等しい）ＯＮ時間と完全にオーバーラップする。
例えば、ソースＲＦ電源が５秒のＯＮ時間及び５秒のＯＦＦ時間を有する場合（５０％の
デューティサイクル）、バイアスＲＦ電源は、５秒以下であり且つソースＲＦ電源がＯＦ
Ｆの場合にバイアスＲＦ電源が絶対にＯＮにならないように時間的に整列されたＯＮ時間
を有する。
パルス化プラズマ処理に関して以下で説明するプロセスは、ソース電力、バイアス電力
又は両方に関してのマッチングネットワークに適用可能である。パルス化ＲＦ電力をプラ
ズマリアクタ内のプラズマに効率的に印加するために、本発明の一部の実施形態の技法を
使用して、いずれのチューニング可能なマッチングネットワーク及びチューニング可能な
周波数ジェネレータを動作させることも可能である。このため、マッチングネットワーク
及びＲＦ電源は、ＲＦ電源のインピーダンスを広いウィンドウのパルス化プラズマプロセ
ス中にマッチングネットワークに連結されたアンテナ又は電極によって駆動されるプラズ
マのインピーダンスにマッチさせることができる。
ＲＦパルシング手順（具体的で非限定的な実施例）
上述したように、ウェハ上で行われる特定のプラズマ支援プロセス中、かなりの量の電
荷がウェハ表面上に蓄積される場合がある。このような蓄積はウェハを大きく損傷する可
能性がある。帯電作用を軽減し、それによる損傷を回避するために、プラズマ支援リアク
タ内のプラズマに供給される電力をパルス化する場合がある。プラズマプロセスにＲＦパ
ルシングを利用することによって、ＲＦパルス化ジェネレータからのプラズマに結合され
るエネルギーの量を最大化するためにダイナミックチューニングシステムが導入されるべ
きである。
慣用のプラズマプロセスにおいては、連続波（ＣＷ）ＲＦ電力がプラズマリアクタに供
給される。ダイナミックマッチングネットワークによって、ＲＦソースの出力が効率的に
プラズマに結合され、即ち反射してジェネレータに戻る電力が最小限に抑えられる。処理
中にプラズマ特性は変化することから、マッチングネットワークは、マッチが達成され且
つ処理を通じて維持されるように連続的に調節可能であり、従ってマッチングネットワー
クは自動モードにある。一般に、プロセスレシピを実行するコントローラがマッチングネ
ットワークを制御し、またマッチングネットワークのキャパシタンス及び／又はインダク
タンスを調節してよりよいマッチ、即ちより少ない反射電力を達成する。キャパシタンス
及び／又はインダクタンスの調節は、キャパシタ及び／又はインダクタの機械的なチュー
ニングによって達成される。プラズマリアクタに供給されるＲＦ電力が一旦パルス化され
ると、慣用のマッチングネットワークではシステムを妥当な低反射電力へとチューニング
することができない。これはＲＦパルス持続時間と比較してチューニングプロセスが遅い
からである。このため、パルス化ＲＦ信号をマッチングネットワークに適用すると、プロ
セス中のプラズマインピーダンスにおける変化についていくことができず、結果的に、連
続的な調節が過剰な反射電力とプラズマ電力結合効率の低下を引き起こしてしまう可能性
がある。このため、プラズマ支援半導体ウェハ処理システムにおける効率的なオペレーシ
ョンを確保するために、パルス化ＲＦ信号をプラズマリアクタに適用する際のマッチング
技法及び手順が絶対的に必要とされる。マッチング問題は、電力を供給しながらＲＦパル
シングをソース及びバイアスジェネレータの両方に適用しようとする際に、デカップルド
プラズマソースリアクタにおいて重要になる。
本明細書で開示の本発明の一部の実施形態は、パルス化ＲＦジェネレータに適用された
追加の構成を利用しており、高速周波数チューニングが行われる。この構成の導入の主な
目的は、主要ＲＦオペレーション周波数の所定の範囲内（〜５％）でのチューニング及び
それによるプラズママッチングのためのダイナミックレンジの拡大によってジェネレータ
に反射される電力を低減することである。しかしながら、その主要マッチングシステムと
してマッチングネットワークを使用するプラズマリアクタの場合、この周波数チューニン
グのダイナミックレンジは狭く、従って、ＣＷモードで動作させる場合に慣用のマッチン
グネットワークの代わりとしては使用できない。更に、自動調節可能なマッチングネット
ワークと同時にＲＦジェネレータにおける周波数チューニングを可能にすることによって
２つのチューニング手順間で競合が起こり、その結果、ＣＷモードでの動作中、プラズマ
に結合されるＲＦ電力が低減される。
パルス化ＲＦが一旦プラズマリアクタに適用されたら、低反射電力を達成するために周
波数チューニング構成をマッチングネットワークと協働させて、効率的なパルス化プラズ
マプロセスを可能にすることができる。本明細書において開示の本発明の一部の実施形態
は、時間分解チューニングスキームに基づいたＲＦパルシング中のプラズマインピーダン
スマッチングのための効率的な手順を導入する。これらの手順によって広いオペレーショ
ンウィンドウ内で安定したパルス化プラズマがシステム内で余分な装置を利用する必要な
く得られる。しかしながら、特定のレシピでは、これらの手順の１つが、もう一方よりは
るかに速くチューニングされた状態におかれるため、短時間プロセスによるプラズマパル
シングが利用可能になる。
Ｖａｌｅｎｔｉｎ Ｔｏｄｏｒｏｗらによる米国特許第６８１８５６２号においてはプ
ラズマをＣＷモードで点火することが提案されており、プラズマが一旦点火されたら、マ
ッチングネットワークが自動的に自己調節を行って最小限の反射電力を確保する。所望の
マッチングが一旦達成されたら、マッチングネットワークチューニングパラメータを一定
に維持し、システムはパルスモードに切り換えられ、ＲＦ電力はパルス化される。しかし
ながら、この技法によって明らかとなったオペレーションウィンドウは狭く、プラズマリ
アクタ内でソース及びバイアスの両方を周波数チューニングを利用せずにパルス化しよう
とする場合、安定したパルスオペレーションを達成することはほとんど不可能である。
以下に、幾つかの手順を紹介する。それぞれの手順は、パルス化しながら安定したオペ
レーションを促進する、従うべき一連のステップを有する。これらの手順を利用すること
によって、パルシングモードのための安定したオペレーションウィンドウを大きく強化す
ることができ、より多くのプラズマ系プロセスによるプラズマパルシングレジームの利用
への道筋がつけられる。本明細書で開示の手順は主に、ソース及びバイアスジェネレータ
の両方がパルシングモードにあるプラズマパルシングに適用される。しかしながら、パル
ス化プラズマオペレーションに関して時間分解方式で動作するダイナミックマッチングネ
ットワークに高速周波数チューニングを組み合わせる主要コンセプトは、様々な用途にお
いて実践することができる。例えば、時間分解チューニングスキームは、以下のＲＦレジ
ーム：（１）パルシングしているソース及びＣＷモードのバイアス、（２）パルシングし
ているバイアス及びＣＷモードのソース、（３）非同期方式でパルシングしているソース
及びバイアス両方、（４）完全同期方式で又は位相制御されてパルシングしているソース
及びバイアス両方の全てで適用可能である。
パルシングをソース及びバイアスの両方に適用する際、以下の２つの例示的な手順をチ
ューニングに使用することができる。以下の２つの手順は時間分解コンセプトの特殊なケ
ースであり、また特定の用途のための効率的な手順の例として挙げるものである。本明細
書に記載の様々な手順は、様々なパラメータ（例えば、化学反応、圧力、電力レベル等）
を有するプロセスに利用することができる。例えば、上記のプロセスを逆にしたり、ステ
ップを異なるシーケンスで実行したりすることによって低反射電力を得る及び／又は維持
することができる。
手順１：ＣＷからパルス
この手順においては、プラズマをＣＷモードで点火し、一方、ソース及びバイアスジェ
ネレータを固定周波数（例えば、約１３．５６ＭＨｚ）とし、マッチングネットワークを
自動モードにする。ソース及びバイアスの両方からの反射電力が最小限に抑えられるよう
にマッチングネットワークが一旦調節を行ったら（このプロセスは約２〜３秒かかる）、
ソースマッチングネットワークパラメータを一定に維持し、一方、バイアスマッチングネ
ットワークを自動モードに維持する。続いてソースジェネレータについて周波数チューニ
ングをＯＮにし、バイアスジェネレータについては周波数チューニングをＯＦＦのままに
する。約１秒後、パルシングモードをＯＮにし、続いてバイアスジェネレータについて周
波数チューニングをＯＮにし、ソースマッチングネットワークを自動モードに戻す。シス
テムの安定化及び最小限の反射電力の達成には更に約２〜４秒かかる（マッチングネット
ワークの事前設定及びレシピのパラメータに依存する）。ここでシステムは、パルシング
モードで動作する準備が整う。
要約すると、
１．ジェネレータをマスター／スレーブモードに設定して同期化パルシングモードを可
能にする。
２．ジェネレータを固定周波数に設定する。
３．ソースジェネレータのパルス周波数又はデューティサイクルの一方をゼロに設定す
る。
４．マッチングネットワークを自動モードに設定する。
５．ＣＷオペレーションのためにジェネレータをＯＮにする。
６．ＣＷモードのチューニングに伴い、ソースマッチネットワークをホールドにし、バ
イアスを自動モードで維持する。
７．ソースジェネレータで周波数チューニングをＯＮにする。
８．パルシングモードをＯＮにする（ソースジェネレータでパルシング周波数及びデュ
ーティサイクルの両方にゼロ以外の数値を適用することによって）。
９．バイアスジェネレータで周波数チューニングをＯＮにする。
１０．ソースマッチングネットワークを自動モードに戻す。
１１．システムはパルシングオペレーションの準備が整う。
１２．システムが一旦チューニングされたら、マッチングネットワークをホールドモー
ドに切り換える。特定の条件下ではステップ１０をスキップし、ステップ６で設定された
ようにソースマッチングネットワークをホールドモードで維持する場合がある。例えば、
高圧プロセスの場合（例えば、約１０ｍＴｏｒｒより高い）及び一部の低圧プロセスの場
合、ステップ１０をスキップする。
この手順の使用で、発明者はまだ、ジェネレータ側での周波数チューニング及びマッチ
ングネットワーク側での自動モードがＣＷモード中に同時に動作し、従って不安定さを引
き起こす可能性のあるチューニングアルゴリズムの競合が回避される状況に遭遇していな
い。バイアスに対してのソースのチューニングにおける違いは、慣用のデカップルドプラ
ズマソースリアクタにおいては、バイアスについてのマッチングネットワークがソースよ
りも低い反射電力を達成することを原因とし、実際には、バイアスからの反射電力は等し
くゼロである。従って、バイアスマッチングネットワークをホールド位置に切り替えるこ
とによって、またシステムがＣＷモードの間に周波数チューニングを起動することによっ
てゼロ反射電力が変化するが、これはジェネレータが不可能にも関わらずより良好なチュ
ーニングを達成しようとするからであり、不安定さが生じる可能性がある。後者は、主に
低圧プロセスで顕著である。この問題はソースでは起こらないが、これはマッチングネッ
トワークによって達成される反射電力が小さいからである。しかしながら全く同じように
ゼロではないため、ＣＷモードであってもマッチングネットワークがホールドの間に高速
周波数チューニングを適用することによって低反射電力を達成する余地がある。
手順２：パルスからパルス
この手順は主に、ソース及びバイアスの両方に関してデューティサイクル約９０％（又
は約８５〜９５％）、ほぼどのパルシング周波数でパルシングを適用しても（使用される
典型的な周波数は１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの範囲）ＣＷモードに極めて近い挙動をすると
の観察結果に基づくことから、ＣＷモードで実行可能な同じレシピについて低反射電力を
達成することは極めて簡単である。しかしながら、主な違いは、ジェネレータがパルシン
グモードで動作していることであり、従って競合レジームを招くことなく自動モードのマ
ッチングネットワークをジェネレータにおける周波数チューニングと共存させることが可
能である。この手順で従うべきステップのシーケンスは以下の通りである。所望のパルシ
ング周波数、ただし約９０％のデューティサイクル（又は約８５〜９５％）のパルシング
モードにジェネレータを設定する。バイアス及びソースの両方について周波数チューニン
グをＯＮにし、マッチングネットワークを自動モードに設定する。この後、ジェネレータ
をＯＮにする。システムが安定し、最低反射電力となるように自己調節するまで約２〜３
秒かかる。その後、ジェネレータが依然としてＯＮの間に、デューティサイクルを約９０
％から所望のデューティサイクルへとオペレーションウィンドウ内で変更する。システム
による自己チューニングには更に２〜３秒かかり、この後、システムは所望のパルシング
モードでのオペレーションの準備が整う。
要約すると、
１．ジェネレータをマスター／スレーブモードに設定して同期化パルシングモードを可
能にする。
２．ジェネレータを周波数掃引に設定する。
３．ソースジェネレータのデューティサイクルを約９０％（又は約８５〜９５％）、パ
ルシング周波数を所望のオペレーション周波数に設定する。
４．マッチングネットワークを自動モードに設定する。
５．パルシングモードのためにジェネレータをＯＮにする。
６．チューニングされたら、デューティサイクルを所望のデューティサイクルに切り換
える。
７．システムはパルシングオペレーションでの動作の準備が整う。
８．システムが一旦チューニングされたら（ステップ７から２〜３秒後）、マッチング
ネットワークをホールドモードに切り換える。特定の条件下では、ステップ６でシステム
をチューニングした後、ただしデューティサイクルを所望の値に切り換える前に、マッチ
ングネットワークをホールドモードに切り換えることが推奨される。このような状況にお
いて、ステップ８は不要であり、省略することができる。
上記の両方の手順において、パルシング中、ソース及びバイアスパルスは完全に同期さ
せることができる（例えば、パルス間の位相の包絡線はいかなる場合もゼロである）。パ
ルスを同期させないと、ソースとバイアスを同時にパルス化しながら低反射電力を達成す
ることがより困難になる。しかしながら、上で提示した時間分解手順に基づいて、パルス
間の位相がゼロでなくとも低反射電力を得ることが可能である。
加えて、ここで紹介した手順によって、プラズマインピーダンスマッチングのためのダ
イナミックレンジは拡大される。しかしながら、これらの手順は、プラズマパルシングの
ためのオペレーションウィンドウを大幅に向上させることから、より多くのプロセスによ
るこのレジームの活用が可能になる。ダイナミックレンジは、主に２つの特徴によって決
定される。第１の特徴は、マッチングネットワークのキャパシタ／インダクタのダイナミ
ックレンジである。第２の特徴は、ジェネレータにおける周波数チューニング範囲である
。これら２つの特徴を変化させることによって、パルシングモードのための効果的なオペ
レーションウィンドウの変更が可能になる。
上記の手順のどちらを使用するかを決定する実行レシピを特徴づける主なパラメータは
、圧力設定点である。２種類のオペレーションを区別することができる。第１のオペレー
ションは低圧オペレーション（例えば、Ｓｉエッチングの場合、約１０ｍＴｏｒｒ未満）
であり、第２のオペレーションは高圧オペレーションである。上記の手順の両方が、安定
したオペレーションウィンドウ内でパルシングモードで動作させながらのシステムの安定
したチューニングを可能にする。高圧オペレーションの場合、両方の方法が同様の結果を
同じ時間フレーム内で示す。しかしながら、低圧オペレーションの場合、第２方法のほう
が速い（３〜４秒対６秒）。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱すること
なく本発明のその他及び更に別の実施形態を創作することができる。

Claims (8)

  1. それぞれが周波数チューニング可能であり且つソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを介して処理チャンバに連結されたソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用してプラズマプロセスを実行するシステムをチューニングするための方法であって、
    連続波モード及び固定周波数モードにそれぞれ設定されたソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用し、ソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークがそれぞれ自動チューニングモードに設定された状態で、処理チャンバにおいてプラズマに点火し、
    ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の両方からの反射電力が低減されるようにマッチングネットワークが調節を行った後、バイアスマッチングネットワークを自動モードで維持しながらソースマッチングネットワークをホールドモードに変更し、
    ソースＲＦ電源について周波数チューニングをＯＮにし、一方、バイアスＲＦ電源については周波数チューニングをＯＦＦのままにし、
    パルシングモードをソースＲＦ電源及び／又はバイアスＲＦ電源についてＯＮにし、
    バイアスＲＦ電源を周波数チューニングモードにすることを含む方法。
  2. バイアスＲＦ電源を周波数チューニングモードにおいて後、ソースマッチングネットワークを自動モードに戻すことを更に含む、請求項１記載の方法。
  3. ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源がマスター／スレーブ構成にあって、同期若しくは埋め込み同期パルシングがもたらされる、又はソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源がそれぞれマスターモードにあって、ソースＲＦ電源をパルシングモード、バイアスＲＦ電源を連続波モード、若しくはバイアスＲＦ電源をパルシングモード、ソースＲＦ電源を連続波モードで動作させる、請求項１記載の方法。
  4. それぞれが周波数チューニング可能であり且つソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを介して処理チャンバにそれぞれ連結されたソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用してプラズマプロセスを実行するシステムをチューニングするための方法であって、
    （ａ）ＲＦ電力を、所望のパルシング周波数、約８５〜約９５％の初期デューティサイクルの周波数チューニングモードのソースＲＦ電源又はバイアスＲＦ電源のうちの少なくとも１つから、ソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを自動チューニングモードにして供給することによって、処理チャンバ内でプラズマを形成し、
    （ｂ）ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の両方からの反射電力を低減するようにソースマッチングネットワーク又はバイアスマッチングネットワークのうちの少なくとも１つが調節された後、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源が依然としてＯＮの間に、ソースＲＦ電源又はバイアスＲＦ電源のうちの少なくとも１つによって提供される初期デューティサイクルを所望のデューティサイクルに変更することを含む方法。
  5. （ｃ）ソースＲＦ電源又はバイアスＲＦ電源のうちの少なくとも１つによって提供される初期デューティサイクルを所望のデューティサイクルに変更した後、ソースマッチングネットワーク又はバイアスマッチングネットワークのうちの少なくとも１つをホールドモードに切り換えることを更に含む、請求項４記載の方法。
  6. （ｃ）ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の両方からの反射電力を低減するようにソースマッチングネットワーク又はバイアスマッチングネットワークのうちの少なくとも１つが調節された後、ただしソースＲＦ電源又はバイアスＲＦ電源のうちの少なくとも１つによって提供される初期デューティサイクルを所望のデューティサイクルに変更する前に、ソースマッチングネットワーク又はバイアスマッチングネットワークのうちの少なくとも１つをホールドモードに切り換えることを更に含む、請求項４記載の方法。
  7. ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源がマスター／スレーブ構成にあって、同期若しくは埋め込み同期パルシングがもたらされる、又はソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源がそれぞれマスターモードにあって、ソースＲＦ電源をパルシングモード、バイアスＲＦ電源を連続波モード、若しくはバイアスＲＦ電源をパルシングモード、ソースＲＦ電源を連続波モードで動作させる、請求項４記載の方法。
  8. それぞれが周波数チューニング可能であり且つソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークを介して処理チャンバにそれぞれ連結されたソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用して時間分割方式でプラズマプロセスを実行するシステムをチューニングするための方法であって、
    連続波モード又はパルシングモードのいずれかから選択された第１オペレーションモード及び固定周波数モード又は周波数チューニングモードのいずれかから選択された第１チューニングモードにそれぞれ独立して設定されたソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源を使用し、ソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークが自動チューニングモード又はホールドモードのいずれかから選択された第１マッチモードにそれぞれ独立して設定された状態で、処理チャンバ内のプラズマに点火し、
    第１時間の経過後、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の一方又は両方の第１オペレーションモードを切り換え、
    第２時間の経過後、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源の一方又は両方の第１チューニングモードを切り換え、
    第３時間の経過後、ソースマッチングネットワーク及びバイアスマッチングネットワークの一方又は両方の第１マッチモードを切り換えることを含み、
    第１、第２及び第３時間は、ソースＲＦ電源及びバイアスＲＦ電源に反射する反射電力を低減するように選択される方法。
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