JP6329543B2 - Method for controlling a switched-mode ion energy distribution system - Google Patents

Method for controlling a switched-mode ion energy distribution system Download PDF

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Description

(関連出願および優先権)
本願は、米国特許出願第13/193,299号(2011年7月28日出願)の一部継続出願であり、米国非仮特許出願第12/870,837号(2010年4月29日出願)の一部継続出願である。出願第13/193,299号、第12/870,837号の詳細は、あらゆる目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に引用される。
(Related applications and priority)
This application is a continuation-in-part of US Patent Application No. 13 / 193,299 (filed on July 28, 2011), and US Non-Provisional Patent Application No. 12 / 870,837 (filed on April 29, 2010). ) Part continuation application. The details of applications 13 / 193,299, 12 / 870,837 are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

(技術分野)
本発明は、概して、プラズマ処理に関する。特に、制限するものではないが、本発明は、プラズマ支援エッチング、蒸着、および/または他のプラズマ支援プロセスのための方法ならびに装置に関する。
(Technical field)
The present invention generally relates to plasma processing. In particular, but not exclusively, the present invention relates to methods and apparatus for plasma assisted etching, deposition, and / or other plasma assisted processes.

多くの種類の半導体デバイスは、プラズマ系エッチング技術を使用して加工される。エッチングされるものが導体である場合、基板導体の表面全体にわたって実質的に均一な負の電圧を生成するように、接地に対して負の電圧が伝導性基板に印加され、負の電圧が、正に帯電されたイオンを導体に向かって引きつけ、その結果、導体に影響を及ぼす正イオンが、実質的に同一エネルギーを有する。   Many types of semiconductor devices are processed using plasma-based etching techniques. If what is etched is a conductor, a negative voltage is applied to the conductive substrate relative to ground to produce a substantially uniform negative voltage across the surface of the substrate conductor, and the negative voltage is The positive ions that attract positively charged ions toward the conductor so that they affect the conductor have substantially the same energy.

しかしながら、基板が、誘電性である場合、不変電圧は、基板の表面全体にわたる電圧をかけるために効果的ではない。しかし、AC場が、基板の表面上に電圧を誘発するように、AC電圧(例えば、高周波)が、伝導性プレート(または、チャック)に印加され得る。正のAC半サイクル中、基板は、正イオンの質量と比較して軽い電子を引きつける。したがって、多くの電子は、正のサイクル部分中、基板の表面に引きつけられるであろう。その結果、基板の表面は、負に帯電され、イオンが負に帯電された表面に向かって引きつけられることをもたらすであろう。また、イオンが基板の表面に衝突すると、衝突は、材料を基板の表面から除去し、すなわち、エッチングをもたらす。   However, if the substrate is dielectric, the invariant voltage is not effective for applying a voltage across the surface of the substrate. However, an AC voltage (eg, high frequency) can be applied to the conductive plate (or chuck) such that the AC field induces a voltage on the surface of the substrate. During the positive AC half cycle, the substrate attracts light electrons compared to the mass of positive ions. Thus, many electrons will be attracted to the surface of the substrate during the positive cycle portion. As a result, the surface of the substrate will be negatively charged, causing ions to be attracted towards the negatively charged surface. Also, when the ions collide with the surface of the substrate, the collision removes material from the surface of the substrate, ie, results in etching.

多くの事例では、狭域イオンエネルギー分布を有することが望ましいが、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域分布を誘発し、イオンエネルギーの広域分布は、所望のエッチング断面をもたらすためのプラズマプロセスの能力を制限する。狭域イオンエネルギー分布を達成するための公知の技術は、高価、非効率、かつ制御が困難であり、プラズマ密度に悪影響を及ぼし得る。その結果、これらの公知の技術は、商業用として採用されていない。故に、現在の技術の欠点を解決し、他の新しく、かつ革新的特徴を提供する、システムおよび方法が必要とされる。   In many cases, it is desirable to have a narrow ion energy distribution, but applying a sinusoidal waveform to the substrate induces a wide distribution of ion energy, which results in the desired etch profile. Limit the ability of the plasma process. Known techniques for achieving narrow ion energy distribution are expensive, inefficient, difficult to control, and can adversely affect plasma density. As a result, these known techniques have not been adopted for commercial use. Therefore, there is a need for systems and methods that overcome the shortcomings of current technology and provide other new and innovative features.

図面に示される、本発明の例証的実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の項により完全に説明される。しかしながら、本発明の開示または発明を実施するための形態に説明される形態に本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者は、請求項に明示される発明の精神および範囲内に該当する、多数の修正、均等物、および代替構造が存在することを認識し得る。   Illustrative embodiments of the invention shown in the drawings are summarized below. These and other embodiments are fully described in the Detailed Description section. It should be understood, however, that the intention is not to limit the invention to the form described in the disclosure or the detailed description. Those skilled in the art may recognize that there are numerous modifications, equivalents, and alternative constructions that fall within the spirit and scope of the invention as defined in the claims.

一実施形態によると、本発明は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供するための装置として特徴付けられ得、電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成される。本装置は、電力供給部と、イオン電流補償構成要素と、コントローラとを含むことができる。電力供給部は、周期的電圧関数を電気ノードに提供することができ、周期的電圧関数は、パルスおよびパルス間の部分を有する。イオン電流補償構成要素は、パルス間の部分の傾きを修正し、したがって、修正された周期的電圧関数を形成するように、イオン電流補償を提供することができる。コントローラは、スイッチモード電力供給部およびイオン電流補償構成要素と通信し、電気ノードに提供された場合、基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、イオン電流補償の値を識別するように構成されることができる。   According to one embodiment, the present invention may be characterized as an apparatus for providing a modified periodic voltage function to an electrical node, the electrical node configured to couple to a substrate support of a plasma processing chamber. The The apparatus can include a power supply, an ionic current compensation component, and a controller. The power supply can provide a periodic voltage function to the electrical node, the periodic voltage function having a pulse and a portion between pulses. The ion current compensation component can provide ion current compensation to modify the slope of the portion between the pulses and thus form a modified periodic voltage function. The controller communicates with the switch mode power supply and the ion current compensation component to provide a defined ion energy distribution function for the ions that reach the surface of the substrate when provided to the electrical node. Can be configured to identify a value of.

別の実施形態によると、本発明は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供する方法として説明され得、電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に電気的に結合するために構成される。本方法は、イオン電流補償Iを電気ノードに提供することを含むことができる。本方法はさらに、周期的電圧関数を電気ノードに提供することであって、周期的電圧関数は、修正された周期的電圧関数を形成するようにイオン電流補償Iによって修正される、ことを含み得る。本方法はまた、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供することであって、修正された周期的電圧関数は、パルスおよびパルス間の部分を有する、ことを含むことができる。本方法はまた、少なくとも基板支持部の容量を表す有効容量値Cにアクセスすることを含み得る。同時に、本方法は、修正された周期的電圧関数のパルス間の部分の傾きdV/dtを決定することを含むことができる。最終的に、本方法は、基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、イオン電流補償Icの値を識別することであって、識別は、有効容量Cとパルス間の部分の傾きdV/dtとの関数である、ことを含むことができる。 According to another embodiment, the present invention may be described as a method for providing a modified periodic voltage function to an electrical node, the electrical node configured to be electrically coupled to a substrate support of a plasma processing chamber. Is done. The method may include providing an ion current compensation I C into an electrical node. The method further comprises providing a periodic voltage function to the electrical node, periodic voltage function is modified by ion current compensation I C to form a periodic voltage function that has been modified, that May be included. The method may also include providing a modified periodic voltage function to the electrical node, the modified periodic voltage function having a pulse and a portion between pulses. The method may also include accessing the effective capacity value C 1 which represents a capacity of at least the substrate supporting unit. At the same time, the method can include determining the slope dV 0 / dt of the portion between pulses of the modified periodic voltage function. Finally, the method is to identify the value of the ion current compensation Ic that will result in a defined ion energy distribution function of the ions that reach the surface of the substrate, the identification being the effective capacity C 1 And the slope dV 0 / dt of the portion between the pulses.

さらに別の実施形態によると、本発明は、印加することと、サンプリングすることと、推定することと、調節することとを含む、方法として特徴付けられ得る。一例として、本方法は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに印加することを含み得、修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償によって修正された周期的電圧関数を備えている。電気ノードは、プラズマ処理チャンバ内の基板に結合されている基板支持部に結合するために構成されることができる。本方法はまた、電圧データ点を生成するように、修正された周期的電圧関数の少なくとも1つのサイクルをサンプリングすることを含み得る。本方法はさらに、基板の表面に到達するイオンの第1のイオンエネルギーの値を推定することであって、推定することは、電圧データ点に基づく、ことを含み得る。最後に、本方法は、第1のイオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、修正された周期的電圧関数を調節することを含むことができる。   According to yet another embodiment, the present invention may be characterized as a method that includes applying, sampling, estimating, and adjusting. As an example, the method may include applying a modified periodic voltage function to the electrical node, the modified periodic voltage function comprising a periodic voltage function modified by ion current compensation. The electrical node can be configured to couple to a substrate support that is coupled to a substrate in the plasma processing chamber. The method may also include sampling at least one cycle of the modified periodic voltage function to generate voltage data points. The method can further include estimating a value of a first ion energy of ions that reach the surface of the substrate, wherein the estimating can be based on voltage data points. Finally, the method can include adjusting the modified periodic voltage function until the first ion energy is equal to the defined ion energy.

本開示の別の側面は、提供する、サンプリングする、計算する、比較する、および調節する動作を含む、方法として特徴付けられることができる。第1に、本方法は、修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供することができ、電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成される。本方法はまた、第1の時間および第2の時間において、修正された周期的電圧関数から少なくとも2つの電圧をサンプリングする。したがって、本方法は、少なくとも2つの電圧の傾きをdV/dtとして計算し得る。本方法はまた、傾きをイオンエネルギー分布関数幅に対応することが分かっている基準傾きと比較し得る。最終的に、本方法は、傾きが基準傾きに接近するように、修正された周期的電圧関数を調節し得る。   Another aspect of the present disclosure can be characterized as a method that includes providing, sampling, calculating, comparing, and adjusting operations. First, the method can provide a modified periodic voltage function to an electrical node, the electrical node configured to couple to a substrate support of a plasma processing chamber. The method also samples at least two voltages from the modified periodic voltage function at the first time and the second time. Thus, the method can calculate the slope of at least two voltages as dV / dt. The method can also compare the slope to a reference slope that is known to correspond to the ion energy distribution function width. Finally, the method can adjust the modified periodic voltage function so that the slope approaches the reference slope.

本開示の別の側面は、定義されたイオン電流補償Iを識別する方法を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体として特徴付けられることができる。本方法は、第1の値を有するイオン電流補償Iを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることを含み得る。本方法はさらに、第2の値を有するイオン電流補償Iを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることを含み得る。また、本方法は、プラズマ処理チャンバの有効容量値Cにアクセスすることを含み得る。本方法はさらに、第1および第2のサンプリングに基づいて、修正された周期的電圧関数の傾きdV/dtを決定することを含み得る。最後に、本方法は、以下の方程式を真にするイオン電流補償Iの第3の値を計算することを含み得る。 Another aspect of the present disclosure, characterized as a non-transitory tangible computer-readable storage medium encoded with processor readable instructions for performing the method of identifying a defined ionic current compensation I C Can be done. The method may include sampling the modified periodic voltage function given ion current compensation I C having a first value. The method may further include sampling the modified periodic voltage function given ion current compensation I C having a second value. Further, the method may include accessing the effective capacity value C 1 of the plasma processing chamber. The method may further include determining a slope dV 0 / dt of the modified periodic voltage function based on the first and second samplings. Finally, the method may include calculating a third value of ion current compensation I C that makes the following equation true:

これらおよび他の実施形態が、本明細書でさらに詳細に説明される。
例えば、本発明は、以下のものを提供する。
(項目1)
修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供するための装置であって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成され、前記装置は、
周期的電圧関数を前記電気ノードに提供する電力供給部であって、前記周期的電圧関数は、パルスと前記パルス間の部分とを有する、電力供給部と、
イオン電流補償を提供することにより、前記パルス間の前記部分の傾きを修正し、したがって、修正された周期的電圧関数を形成するイオン電流補償構成要素と、
前記スイッチモード電力供給部および前記イオン電流補償構成要素と通信しているコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記電気ノードに提供された場合、前記基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償の値を識別するように構成されている、装置。
(項目2)
前記電力供給部は、スイッチモード電力供給部である、項目1に記載の装置。
(項目3)
前記スイッチモード電力供給部は、1つ以上の切り替え構成要素を含む、項目2に記載の装置。
(項目4)
前記コントローラは、前記修正された周期的電圧関数から2つ以上の電圧をサンプリングし、前記2つ以上の電圧の傾きdV /dtを計算する、項目1に記載のシステム。
(項目5)
前記傾きdV /dtは、前記修正された周期的電圧関数のパルス間の前記修正された周期的電圧関数の部分からサンプリングされる2つ以上の電圧に基づいて計算される、項目4に記載のシステム。
(項目6)
前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの第1のセットの平均イオンエネルギーを確立するために、1度目に前記スイッチモード電力供給部電圧を調節するように構成されている、項目5に記載のシステム。
(項目7)
前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの第2のセットの平均イオンエネルギーを確立するために、2度目に前記スイッチモード電力供給部電圧を調節するように構成されている、項目6に記載のシステム。
(項目8)
前記スイッチモード電力供給部は、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記第1のセットの前記平均イオンエネルギーを確立するために、前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを調節するように構成されている、項目5に記載のシステム。
(項目9)
前記スイッチモード電力供給部は、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記第1のセットの前記平均イオンエネルギーを確立するために、前記修正された周期的電圧関数のピーク間電圧を調節するように構成されている、項目5に記載のシステム。
(項目10)
前記1つ以上の切り替え構成要素の切り替えは、前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記修正された周期的電圧関数の前記部分の前記傾きに影響を及ぼすように、時間決定される、項目5に記載のシステム。
(項目11)
前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記定義されたイオンエネルギー分布関数が達成されるまで、前記イオン電流補償の振幅を調節する、項目1に記載の装置。
(項目12)
修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供する方法であって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に電気的に結合するために構成され、前記方法は、
イオン電流補償I を前記電気ノードに提供することと、
周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することであって、前記周期的電圧関数は、前記イオン電流補償I によって修正され、前記修正された周期的電圧関数を形成する、ことと、
前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することであって、前記修正された周期的電圧関数は、パルスと前記パルス間の部分とを有する、ことと、
少なくとも前記基板支持部の容量を表す有効容量値C にアクセスすることと、
前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の傾きdV /dtを決定することと、
前記基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償Icの値を識別することであって、前記識別することは、前記有効容量C と前記パルス間の前記部分の前記傾きdV /dtとの関数である、ことと
を含む、方法。
(項目13)
前記定義されたイオンエネルギー分布は、狭小イオンエネルギー分布である、項目12に記載の方法。
(項目14)
前記基板の前記表面に到達するイオンの前記定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償Icの前記値は、以下のように関数fを満たす値である、
(数11)


項目12に記載の方法。
(項目15)
前記イオン電流補償Icを第1の値に設定することと、
前記関数fの符号を決定することと、
前記関数fの符号が正である場合、前記イオン電流補償Icを増加させ、前記関数fの符号が負である場合、前記イオン電流補償Icを減少させることと
をさらに含む、項目14に記載の方法。
(項目16)
前記識別することは、2つ以上の時間に前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の電圧をサンプリングすることを含む、項目12に記載の方法。
(項目17)
前記識別することは、前記2つ以上の時間にサンプリングされた前記電圧から、前記傾きdV /dtを計算することを含む、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記識別することは、前記修正された周期的電圧関数の2つ以上のサイクルに対して前記傾きdV /dtを計算することを含み、前記2つ以上のサイクルの各々は、前記イオン電流補償Icの異なる値に関連付けられている、項目17に記載の方法。
(項目19)
前記識別することは、第1のサイクル中および第2のサイクル中に、前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の電圧をサンプリングすることと、少なくともこれらのサンプリングされた電圧から前記傾きdV /dtを計算することとを含む、項目16に記載の方法。
(項目20)
前記イオン電流補償Icは、前記プラズマ処理チャンバ内で形成されるプラズマのプラズマシースを横切るイオン電流I に直線的に関連している、項目12に記載の方法。
(項目21)
前記イオン電流補償Icは、以下の方程式に従って、前記イオン電流I に直線的に関連し、
(数12)


は、前記プラズマチャンバの有効容量であり、C stray は、前記プラズマチャンバの累積浮遊容量である、項目10に記載の方法。
(項目22)
前記有効容量C は、時間で変動する、項目21に記載の方法。
(項目23)
前記イオン電流補償Icは、時間で変動する、項目21に記載の方法。
(項目24)
イオンが第1のイオンエネルギーを伴って前記基板の前記表面に到達するように、前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することをさらに含む、項目12に記載の方法。
(項目25)
前記修正された周期的電圧関数は、前記第1のイオンエネルギーに対応する第1の電圧ステップを有する、項目24に記載の方法。
(項目26)
前記イオン電流補償Icの第2の値を伴う前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供し、前記イオンエネルギー分布関数を拡大することをさらに含む、項目25に記載の方法。
(項目27)
前記第1の電圧ステップおよび前記第2の電圧ステップは、前記修正された周期的電圧関数の隣接したサイクルにおいて提供される、項目25に記載の方法。
(項目28)
前記提供することは、前記プラズマの密度に無視可能な影響を及ぼす、項目24に記載の方法。
(項目29)
修正された周期的電圧関数を電気ノードに印加することであって、前記修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償によって修正された周期的電圧関数を備え、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバ内の基板に結合されている基板支持部に結合するために構成されている、ことと、
前記修正された周期的電圧関数の少なくとも1つのサイクルをサンプリングし、電圧データ点を生成することと、
前記基板の表面に到達するイオンの第1のイオンエネルギーの値を推定することであって、前記推定することは、前記電圧データ点に基づく、ことと、
前記第1のイオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、前記修正された周期的電圧関数を調節することと
を含む、方法。
(項目30)
前記調節の各電圧増分後、前記修正された周期的電圧関数の少なくとも1つのサイクルをサンプリングして、前記第1のイオンエネルギーの前記値を推定することをさらに含む、項目29に記載の方法。
(項目31)
前記推定することは、イオン電流の関数である、項目29に記載の方法。
(項目32)
前記イオン電流は、前記イオン電流補償の関数である、項目31に記載の方法。
(項目33)
以下の方程式は、前記第1のイオンエネルギーの値を推定することにおいて使用され、
(数13)


ΔVは、前記修正された周期的電圧関数の各サイクルの電圧ステップであり、C は、前記チャンバの有効容量であり、C sheath は、プラズマシースのシース容量であり、C sheath は、前記イオン電流に依存する、項目32に記載の方法。
(項目34)
前記調節することは、前記第1のイオンエネルギーが前記定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、前記修正された周期的電圧関数の前記ステップ電圧ΔVを調節することを含む、項目33に記載の方法。
(項目35)
前記イオン電流補償の第1の値を第2の値に変化させ、前記イオンエネルギーの分布の幅を拡大することをさらに含む、項目29に記載の方法。
(項目36)
前記調節することは、前記第1のイオンエネルギーが前記定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、バイアス供給部電圧を調節することを含む、項目29に記載の方法。
(項目37)
修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供することであって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成されている、ことと、
第1の時間および第2の時間において、前記修正された周期的電圧関数から少なくとも2つの電圧をサンプリングすることと、
前記少なくとも2つの電圧の傾きをdV/dtとして計算することと、
前記傾きをイオンエネルギー分布関数幅に対応することが分かっている基準傾きと比較することと、
前記傾きが前記基準傾きに接近するように、前記修正された周期的電圧関数を調節することと
を含む、方法。
(項目38)
前記第1の時間は、前記修正された周期的電圧関数の第1のサイクルの間に起こり、前記第2の時間は、前記修正された周期的電圧関数の第2のサイクルの間に起こる、項目37に記載の方法。
(項目39)
前記第1および第2の時間は、前記修正された周期的電圧関数の同一のサイクルの間に起こる、項目37に記載の方法。
(項目40)
前記サンプリングすることは、少なくとも400kHzのサンプリングレートで行われる、項目37に記載の方法。
(項目41)
定義されたイオン電流補償I を識別する方法を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記方法は、
第1の値を有する前記イオン電流補償I を与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることと、
第2の値を有する前記イオン電流補償I を与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることと、
前記プラズマ処理チャンバの有効容量値C にアクセスすることと、
前記第1および第2のサンプリングに基づいて、前記修正された周期的電圧関数の傾きdV /dtを決定することと、
以下の方程式を真にする前記イオン電流補償I の第3の値を計算することと
(数14)


を含む、非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
(項目42)
前記プラズマ処理チャンバのプラズマのプラズマシースにわたるシース電圧を計算することをさらに含む、項目41に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
These and other embodiments are described in further detail herein.
For example, the present invention provides the following.
(Item 1)
An apparatus for providing a modified periodic voltage function to an electrical node, wherein the electrical node is configured to couple to a substrate support of a plasma processing chamber, the apparatus comprising:
A power supply for providing a periodic voltage function to the electrical node, wherein the periodic voltage function comprises a pulse and a portion between the pulses;
An ionic current compensation component that modifies the slope of the portion between the pulses by providing ionic current compensation and thus forms a modified periodic voltage function;
A controller in communication with the switch mode power supply and the ion current compensation component;
With
The controller is configured to identify a value of the ion current compensation that, when provided to the electrical node, will result in a defined ion energy distribution function of ions that reach the surface of the substrate. ,apparatus.
(Item 2)
The apparatus according to item 1, wherein the power supply unit is a switch mode power supply unit.
(Item 3)
The apparatus of claim 2, wherein the switch mode power supply includes one or more switching components.
(Item 4)
The system of claim 1, wherein the controller samples two or more voltages from the modified periodic voltage function and calculates a slope dV 0 / dt of the two or more voltages .
(Item 5)
Item 5. The slope dV 0 / dt is calculated based on two or more voltages sampled from a portion of the modified periodic voltage function between pulses of the modified periodic voltage function. System.
(Item 6)
The controller is configured to adjust the switch mode power supply voltage a first time to establish an average ion energy of a first set of ions that reach the surface of the substrate. The system described in.
(Item 7)
The controller is configured to adjust the switch mode power supply voltage a second time to establish an average ion energy of a second set of ions that reach the surface of the substrate. The system described in.
(Item 8)
The switch mode power supply is configured to adjust a voltage step of the modified periodic voltage function to establish the average ion energy of the first set of ions reaching the surface of the substrate. 6. The system according to item 5, being configured.
(Item 9)
The switch mode power supply is configured to adjust a peak-to-peak voltage of the modified periodic voltage function to establish the average ion energy of the first set of ions reaching the surface of the substrate. 6. The system according to item 5, wherein the system is configured.
(Item 10)
Switching of the one or more switching components is timed to affect the slope of the portion of the modified periodic voltage function between the pulses of the modified periodic voltage function. The system according to item 5.
(Item 11)
The apparatus of claim 1, wherein the controller adjusts the amplitude of the ion current compensation until the defined ion energy distribution function of ions arriving at the surface of the substrate is achieved.
(Item 12)
A method of providing a modified periodic voltage function to an electrical node, wherein the electrical node is configured to be electrically coupled to a substrate support of a plasma processing chamber, the method comprising:
Providing a ion current compensation I C to the electrical node,
The method comprising: providing a periodic voltage function to the electrical node, the periodic voltage function is modified by the ion current compensation I C, to form the modified periodic voltage function, and that,
Providing the modified periodic voltage function to the electrical node, the modified periodic voltage function comprising a pulse and a portion between the pulses;
Accessing at least an effective capacitance value C 1 representing the capacitance of the substrate support ;
Determining a slope dV 0 / dt of the portion between the pulses of the modified periodic voltage function ;
Identifying a value of the ion current compensation Ic that would result in a defined ion energy distribution function of ions reaching the surface of the substrate, the identifying comprising identifying the effective capacitance C 1 and the Is a function of the slope dV 0 / dt of the portion between pulses ;
Including a method.
(Item 13)
13. The method of item 12, wherein the defined ion energy distribution is a narrow ion energy distribution.
(Item 14)
The value of the ion current compensation Ic that will result in the defined ion energy distribution function of ions reaching the surface of the substrate is a value that satisfies the function f as follows:
(Equation 11)


13. The method according to item 12.
(Item 15)
Setting the ion current compensation Ic to a first value;
Determining the sign of the function f;
Increasing the ion current compensation Ic if the sign of the function f is positive, and decreasing the ion current compensation Ic if the sign of the function f is negative;
The method according to item 14, further comprising:
(Item 16)
13. The method of item 12, wherein the identifying comprises sampling the voltage of the portion between the pulses of the modified periodic voltage function at two or more times.
(Item 17)
17. The method of item 16, wherein the identifying includes calculating the slope dV 0 / dt from the voltages sampled at the two or more times .
(Item 18)
The identifying includes calculating the slope dV 0 / dt for two or more cycles of the modified periodic voltage function , each of the two or more cycles comprising the ion current compensation 18. A method according to item 17, associated with different values of Ic.
(Item 19)
The identifying includes sampling a voltage of the portion between the pulses of the modified periodic voltage function during a first cycle and a second cycle, and at least from these sampled voltages The method according to item 16, comprising calculating the slope dV 0 / dt.
(Item 20)
13. A method according to item 12, wherein the ion current compensation Ic is linearly related to an ion current I I across a plasma sheath of plasma formed in the plasma processing chamber .
(Item 21)
The ion current compensation Ic is linearly related to the ion current I I according to the following equation:
(Equation 12)


C 1 is the effective volume of the plasma chamber, C stray is the cumulative stray capacitance of the plasma chamber, the method of claim 10.
(Item 22)
The effective capacitance C 1 varies in time, The method of claim 21.
(Item 23)
Item 22. The method according to Item 21, wherein the ion current compensation Ic varies with time.
(Item 24)
13. The method of item 12, further comprising providing the modified periodic voltage function to the electrical node such that ions reach the surface of the substrate with a first ion energy.
(Item 25)
25. A method according to item 24, wherein the modified periodic voltage function comprises a first voltage step corresponding to the first ion energy.
(Item 26)
26. The method of item 25, further comprising: providing the modified periodic voltage function with a second value of the ion current compensation Ic to the electrical node to expand the ion energy distribution function.
(Item 27)
26. The method of item 25, wherein the first voltage step and the second voltage step are provided in adjacent cycles of the modified periodic voltage function.
(Item 28)
25. A method according to item 24, wherein the providing has a negligible effect on the density of the plasma.
(Item 29)
Applying a modified periodic voltage function to an electrical node, the modified periodic voltage function comprising a periodic voltage function modified by ion current compensation, wherein the electrical node comprises a plasma processing chamber Configured to couple to a substrate support coupled to an inner substrate; and
Sampling at least one cycle of the modified periodic voltage function to generate voltage data points;
Estimating a value of a first ion energy of ions reaching the surface of the substrate, wherein the estimating is based on the voltage data points;
Adjusting the modified periodic voltage function until the first ion energy is equal to a defined ion energy;
Including a method.
(Item 30)
30. The method of item 29, further comprising sampling at least one cycle of the modified periodic voltage function after each voltage increment of the adjustment to estimate the value of the first ion energy.
(Item 31)
30. The method of item 29, wherein the estimating is a function of ion current.
(Item 32)
32. A method according to item 31, wherein the ion current is a function of the ion current compensation.
(Item 33)
The following equation is used in estimating the value of the first ion energy:
(Equation 13)


ΔV is the voltage step of each cycle of the modified periodic voltage function, C 1 is the effective capacity of the chamber, C sheath is the sheath capacity of the plasma sheath, and C sheath is the ion 33. A method according to item 32, which depends on current.
(Item 34)
34. The method of item 33, wherein the adjusting includes adjusting the step voltage ΔV of the modified periodic voltage function until the first ion energy is equal to the defined ion energy. .
(Item 35)
30. The method according to item 29, further comprising changing a first value of the ion current compensation to a second value and expanding a width of the distribution of the ion energy.
(Item 36)
30. The method of item 29, wherein the adjusting includes adjusting a bias supply voltage until the first ion energy is equal to the defined ion energy.
(Item 37)
Providing a modified periodic voltage function to an electrical node, wherein the electrical node is configured to couple to a substrate support of a plasma processing chamber;
Sampling at least two voltages from the modified periodic voltage function at a first time and a second time;
Calculating the slope of the at least two voltages as dV / dt;
Comparing the slope to a reference slope known to correspond to the ion energy distribution function width;
Adjusting the modified periodic voltage function such that the slope approaches the reference slope;
Including a method.
(Item 38)
The first time occurs during a first cycle of the modified periodic voltage function and the second time occurs during a second cycle of the modified periodic voltage function; 38. The method according to item 37.
(Item 39)
38. The method of item 37, wherein the first and second times occur during the same cycle of the modified periodic voltage function.
(Item 40)
38. The method of item 37, wherein the sampling is performed at a sampling rate of at least 400 kHz.
(Item 41)
A non-transitory tangible computer-readable storage medium encoded with processor readable instructions for performing a method for identifying a defined ionic current compensation I C, the method comprising:
And sampling said ion current compensation I modified periodic voltage function given C having a first value,
And sampling said ion current compensation I modified periodic voltage function given C having a second value,
Accessing the effective capacity value C 1 of the plasma processing chamber ;
Determining a slope dV 0 / dt of the modified periodic voltage function based on the first and second samplings ;
Calculating a third value of the ion current compensation I C that makes the following equation true:
(Equation 14)


A non-transitory tangible computer-readable storage medium.
(Item 42)
42. A non-transitory tangible computer readable storage medium according to item 41, further comprising calculating a sheath voltage across a plasma sheath of plasma in the plasma processing chamber.

本発明の種々の目的および利点ならびにより完全なる理解は、いくつかの図面を通して同様または類似の要素が同一の参照数字によって表される添付図面と併せて考慮されるときに、以下の発明を実施するための形態および添付の請求項を参照することによって、明白であり、かつ容易に理解される。   Various objects and advantages and a more complete understanding of the present invention will become apparent from the following description when taken in conjunction with the accompanying drawings in which like or similar elements are represented by the same reference numerals throughout the several views. It will be clear and readily understood by reference to the detailed description and appended claims.

図1は、本発明の一実装による、プラズマ処理システムのブロック図を例証する。FIG. 1 illustrates a block diagram of a plasma processing system according to one implementation of the present invention. 図2は、図1に描写されるスイッチモード電力システムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram depicting an exemplary embodiment of the switch mode power system depicted in FIG. 図3は、図2を参照して説明されるスイッチモードバイアス供給部を実現するように利用され得る、構成要素の略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of components that can be utilized to implement the switch mode bias supply described with reference to FIG. 図4は、2つの駆動信号波形を描写する、タイミング略図である。FIG. 4 is a timing diagram depicting two drive signal waveforms. 図5は、特定のイオンエネルギーに集中するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給部を動作させる単一モードのグラフ表示である。FIG. 5 is a single mode graphical representation of operating a switch mode bias supply that provides an ion energy distribution that is concentrated at a particular ion energy. 図6は、イオンエネルギー分布における2つの別個のピークが生成される、動作の二峰性モードを描写するグラフである。FIG. 6 is a graph depicting a bimodal mode of operation in which two distinct peaks in the ion energy distribution are generated. 図7Aおよび7Bは、プラズマ中で行われる、実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフである。Figures 7A and 7B are graphs depicting actual direct ion energy measurements made in a plasma. 図8は、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 8 is a block diagram depicting another embodiment of the present invention. 図9Aは、正弦波変調関数によって変調される、例示的周期的電圧関数を描写する、グラフである。図9Bは、図9Aに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。図9Cは、時間平均に基づく、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。FIG. 9A is a graph depicting an exemplary periodic voltage function modulated by a sinusoidal modulation function. FIG. 9B is an exploded view of a portion of the periodic voltage function depicted in FIG. 9A. FIG. 9C depicts the resulting distribution of ion energy resulting from a sinusoidal modulation of the periodic voltage function based on a time average. 図9Dは、周期的電圧関数が、正弦波変調関数によって変調される場合の結果として生じる時間平均IEDFのプラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。FIG. 9D depicts the actual direct ion energy measurements made in a time-averaged IEDF plasma that results when the periodic voltage function is modulated by a sinusoidal modulation function. 図10Aは、周期的電圧関数が、鋸歯状波変調関数によって変調されることを描写する。図10Bは、図10Aに描写される、周期的電圧関数の一部の分解図である。図10Cは、図10Aおよび10Bにおける周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する、グラフである。FIG. 10A depicts that the periodic voltage function is modulated by a sawtooth modulation function. FIG. 10B is an exploded view of a portion of the periodic voltage function depicted in FIG. 10A. FIG. 10C is a graph depicting the resulting distribution of ion energy based on the time average resulting from the sinusoidal modulation of the periodic voltage function in FIGS. 10A and 10B. 図11は、右欄にIEDF関数および左欄に関連付けられた変調関数を示す、グラフである。FIG. 11 is a graph showing the IEDF function in the right column and the modulation function associated with the left column. 図12は、イオン電流補償構成要素が、プラズマチャンバ内のイオン電流を補償する、実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 12 is a block diagram depicting an embodiment in which an ion current compensation component compensates for ion current in a plasma chamber. 図13は、例示的イオン電流補償構成要素を描写する、略図である。FIG. 13 is a schematic diagram depicting exemplary ion current compensation components. 図14は、図13に描写される、ノードVoにおける例示的電圧を描写する、グラフである。FIG. 14 is a graph depicting an exemplary voltage at node Vo depicted in FIG. 図15A−15Cは、補償電流に応答して、基板の表面またはウエハに現れる、電圧波形である。15A-15C are voltage waveforms that appear on the surface of the substrate or wafer in response to the compensation current. 図16は、図13を参照して説明される電流源を実現するように実装され得る、電流源の例示的実施形態である。FIG. 16 is an exemplary embodiment of a current source that may be implemented to implement the current source described with reference to FIG. 図17Aおよび17Bは、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図である。17A and 17B are block diagrams depicting other embodiments of the present invention. 図18は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 18 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図19は、本発明のなおも別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 19 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図20は、図1−19を参照して説明される実施形態に関連して利用され得る、ブロック図入力パラメータおよび制御出力である。FIG. 20 is a block diagram input parameter and control output that may be utilized in connection with the embodiment described with reference to FIGS. 1-19. 図21は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 21 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図22は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 22 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図23は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 23 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図24は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 24 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図25は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 25 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図26は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 26 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図27は、本発明のさらに別の実施形態を描写する、ブロック図である。FIG. 27 is a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention. 図28は、本開示のある実施形態による、方法を図示する。FIG. 28 illustrates a method according to an embodiment of the present disclosure. 図29は、本開示のある実施形態による、別の方法を図示する。FIG. 29 illustrates another method according to certain embodiments of the present disclosure. 図30は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。FIG. 30 illustrates one embodiment of a method for controlling the ion energy distribution of ions that affect the surface of the substrate. 図31はIEDFおよびイオンエネルギーを設定する方法を図示する。FIG. 31 illustrates a method for setting IEDF and ion energy. 図32は、本開示の一実施形態による、基板支持部に送達される2つの修正された周期的電圧関数波形を図示する。FIG. 32 illustrates two modified periodic voltage function waveforms delivered to a substrate support, according to one embodiment of the present disclosure. 図33は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化を示すことができる、イオン電流波形を図示する。FIG. 33 illustrates ion current waveforms that can indicate plasma source instability or changes in plasma density. 図34は、非周期的形状を有する、修正された周期的電圧関数波形のイオン電流Iを図示する。FIG. 34 illustrates an ion current I I of a modified periodic voltage function waveform having an aperiodic shape. 図35は、バイアス供給部内の故障を示すことができる、修正された周期的電圧関数波形を図示する。FIG. 35 illustrates a modified periodic voltage function waveform that can indicate a fault in the bias supply. 図36は、システム容量の動的変化を示すことができる、修正された周期的電圧関数波形を図示する。FIG. 36 illustrates a modified periodic voltage function waveform that can show dynamic changes in system capacity. 図37は、プラズマ密度の変化を示し得る、修正された周期的電圧関数波形を図示する。FIG. 37 illustrates a modified periodic voltage function waveform that may show a change in plasma density. 図38は、イオン電流のドリフトがシステムドリフトを示すことができる、異なるプロセス実行のためのイオン電流のサンプリングを図示する。FIG. 38 illustrates ion current sampling for different process runs where ion current drift can indicate system drift. 図39は、異なるプロセスパラメータのためのイオン電流のサンプリングを図示する。FIG. 39 illustrates ion current sampling for different process parameters. 図40は、チャンバ内にプラズマを伴わずに監視された2つのバイアス波形を図示する。FIG. 40 illustrates two bias waveforms that were monitored without plasma in the chamber. 図41は、プラズマプロセスの正当性を立証するために使用することができる、2つのバイアス波形を図示する。FIG. 41 illustrates two bias waveforms that can be used to validate the plasma process. 図42は、電力供給部電圧とイオンエネルギーとの間の関係を示す、いくつかの電力供給部電圧およびイオンエネルギーのプロットを図示する。FIG. 42 illustrates several power supply voltage and ion energy plots showing the relationship between power supply voltage and ion energy. 図43は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。FIG. 43 illustrates one embodiment of a method for controlling the ion energy distribution of ions affecting the surface of a substrate. 図44は、本明細書で開示されるシステムにおける異なる点での種々の波形を図示する。FIG. 44 illustrates various waveforms at different points in the system disclosed herein. 図45は、イオン電流Iに一致させるために、イオン電流補償Icの最終漸進的変化を生じることの効果を図示する。FIG. 45 illustrates the effect of producing a final gradual change of the ionic current compensation Ic to match the ionic current I I. 図46は、イオンエネルギーの選択を図示する。FIG. 46 illustrates the selection of ion energy. 図47は、イオンエネルギー分布関数幅の選択および拡張を図示する。FIG. 47 illustrates the selection and expansion of the ion energy distribution function width. 図48は、各イオンエネルギーレベルが狭小IEDF幅を有する、1つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧VPSの1つのパターンを図示する。FIG. 48 illustrates one pattern of power supply voltage V PS that can be used to achieve more than one ion energy level, with each ion energy level having a narrow IEDF width. 図49は、各イオンエネルギーレベルが狭小IEDF幅を有する、1つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧VPSの別のパターンを図示する。FIG. 49 illustrates another pattern of power supply voltage V PS that can be used to achieve more than one ion energy level, with each ion energy level having a narrow IEDF width. 図50は、定義されたIEDFを生成するために使用されることができる電力供給部電圧VPSおよびイオン電流補償Iの1つの組み合わせを図示する。FIG. 50 illustrates one combination of power supply voltage V PS and ion current compensation I C that can be used to generate a defined IEDF.

プラズマ処理システムの例示的実施形態は、概して、図1に示される。描写されるように、プラズマ電力供給部102は、プラズマ処理チャンバ104に結合され、スイッチモード電力供給部106は、チャンバ104内において、その上に基板110が置かれている支持部108に結合される。また、スイッチモード電力供給部106に結合される、コントローラ112も示される。   An exemplary embodiment of a plasma processing system is generally shown in FIG. As depicted, the plasma power supply 102 is coupled to the plasma processing chamber 104 and the switch mode power supply 106 is coupled within the chamber 104 to a support 108 on which the substrate 110 is placed. The Also shown is a controller 112 that is coupled to the switch mode power supply 106.

この例示的実施形態では、プラズマ処理チャンバ104は、実質的に従来の構造のチャンバ(例えば、ポンプまたは複数のポンプ(図示せず)によって真空にされる、真空封入体を含む)によって実現され得る。また、当業者が理解するように、チャンバ104内のプラズマ励起は、例えば、ヘリコン型プラズマ源等の種々の源のうちの任意の1つによるものであり得、種々の源は、反応炉内でプラズマ114を点火し、持続させるための磁気コイルおよびアンテナを含み、ガス注入口がチャンバ104内にガスを導入するために提供され得る。   In this exemplary embodiment, the plasma processing chamber 104 may be realized by a chamber of substantially conventional structure (eg, including a vacuum enclosure that is evacuated by a pump or pumps (not shown)). . Also, as will be appreciated by those skilled in the art, the plasma excitation in the chamber 104 can be from any one of a variety of sources, such as, for example, a helicon type plasma source, and the various sources can be within the reactor. Including a magnetic coil and antenna for igniting and sustaining the plasma 114, a gas inlet may be provided to introduce gas into the chamber 104.

描写されるように、例示的プラズマチャンバ104は、基板110のエネルギーイオン衝撃および他のプラズマ処理(例えば、プラズマ蒸着およびプラズマ支援イオン注入)を利用して、材料のプラズマ支援エッチングを行うように配列および構成される。本実施形態におけるプラズマ電力供給部102は、プラズマ114を点火し、持続させるように、1つ以上の周波数(例えば、13.56MHz)において、整合回路(図示せず))を介して、チャンバ104に電力(例えば、RF電力)を印加するように構成される。本発明は、チャンバ104に電力を結合するための任意の特定の種類のプラズマ電力供給部102または源に限定されるものではなく、種々の周波数および電力レベルが、プラズマ114に容量的または誘導的に結合され得ることを理解されたい。   As depicted, the exemplary plasma chamber 104 is arranged to perform plasma assisted etching of the material utilizing energetic ion bombardment and other plasma processing (eg, plasma deposition and plasma assisted ion implantation) of the substrate 110. And composed. The plasma power supply 102 in this embodiment is configured to chamber 104 via a matching circuit (not shown) at one or more frequencies (eg, 13.56 MHz) to ignite and sustain the plasma 114. Configured to apply power (e.g., RF power). The present invention is not limited to any particular type of plasma power supply 102 or source for coupling power to the chamber 104, and various frequencies and power levels are capacitively or inductively coupled to the plasma 114. It should be understood that these can be combined.

描写されるように、処理される誘電性基板110(例えば、半導体ウエハ)は、従来のウエハチャック(例えば、半導体ウエハ処理のため)の一部を含み得る支持部108によって、少なくとも部分的に支持される。支持部108は、支持部108と基板110との間に絶縁層を有し、基板110は、プラットフォームに容量的に結合されるように形成され得るが、支持部108と異なる電圧で浮動し得る。   As depicted, a dielectric substrate 110 to be processed (eg, a semiconductor wafer) is at least partially supported by a support 108 that may include a portion of a conventional wafer chuck (eg, for semiconductor wafer processing). Is done. The support 108 has an insulating layer between the support 108 and the substrate 110, and the substrate 110 may be formed to be capacitively coupled to the platform, but may float at a different voltage than the support 108. .

前述のように、基板110および支持部108が、導体である場合、支持部108に不変電圧を印加することが可能であり、基板110を通しての電気伝導の結果、支持部108に印加される電圧は、基板110の表面にも印加される。   As described above, when the substrate 110 and the support portion 108 are conductors, an invariable voltage can be applied to the support portion 108, and the voltage applied to the support portion 108 as a result of electrical conduction through the substrate 110. Is also applied to the surface of the substrate 110.

しかしながら、基板110が、誘電性である場合、支持部108への不変電圧の印加は、処理される基板110の表面全体にわたる電圧をかけるために有効ではない。その結果、例示的スイッチモード電力供給部106は、基板110の制御されたエッチングおよび/または蒸着および/または他のプラズマ支援プロセスを行うように、プラズマ114内でイオンを引きつけて基板110と衝突させることが可能である電圧を基板110の表面上にもたらすように制御されるように構成される。   However, if the substrate 110 is dielectric, application of a constant voltage to the support 108 is not effective to apply a voltage across the surface of the substrate 110 being processed. As a result, the exemplary switch mode power supply 106 attracts ions to collide with the substrate 110 in the plasma 114 so as to perform a controlled etching and / or deposition and / or other plasma assisted process of the substrate 110. It is configured to be controlled to provide a voltage on the surface of the substrate 110 that is possible.

さらに、本明細書でさらに論じられるように、スイッチモード電力供給部106の実施形態は、プラズマ電力供給部102によって(プラズマ114に)印加される電力と、スイッチモード電力供給部106によって基板110に印加される電力との間にごくわずかな相互作用があるように動作するように構成される。スイッチモード電力供給部106によって印加される電力は、例えば、プラズマ114の密度に実質的に影響を及ぼすことなく、イオンエネルギーの制御を可能にするように制御可能である。   Further, as further discussed herein, embodiments of the switch mode power supply 106 include power applied by the plasma power supply 102 (to the plasma 114) and the substrate 110 by the switch mode power supply 106. It is configured to operate such that there is very little interaction with the applied power. The power applied by the switch mode power supply 106 can be controlled to allow control of ion energy without substantially affecting the density of the plasma 114, for example.

さらに、図1に描写される例示的スイッチモード電力供給部106の多くの実施形態は、比較的に単純な制御アルゴリズムによって制御され得る、比較的に安価な構成要素によって実現される。また、従来技術のアプローチと比較して、スイッチモード電力供給部106の多くの実施形態は、はるかに効率的である。つまり、エネルギーコストと、過剰な熱エネルギーを除去することに関連付けられる高価な材料とを削減する。   Further, many embodiments of the exemplary switch mode power supply 106 depicted in FIG. 1 are implemented with relatively inexpensive components that can be controlled by a relatively simple control algorithm. Also, compared to prior art approaches, many embodiments of the switch mode power supply 106 are much more efficient. That is, it reduces energy costs and expensive materials associated with removing excess thermal energy.

誘電性基板に電圧を印加するための公知の技術の1つは、基板の表面において電圧を誘発する、基板支持部への電力を印加するための複雑な制御方式とともに、高出力線形増幅器を利用する。しかしながら、この技術は、コスト効率的ではなく、または十分に管理可能ではないことが分かっているため、商業用事業体によって採用されていない。特に、利用される線形増幅器は、典型的には、大型、非常に高価、非効率的、かつ制御が困難である。さらに、線形増幅器は、本質的に、AC結合(例えば、阻止コンデンサ)と、チャッキングのような補助機能とを要求し、チャッキングのような補助機能は、並列給電回路によって達成され、並列給電回路は、チャックとともに、源に対するシステムのACスペクトル純度を害する。   One known technique for applying a voltage to a dielectric substrate utilizes a high power linear amplifier along with a complex control scheme for applying power to the substrate support that induces a voltage at the surface of the substrate. To do. However, this technology has not been adopted by commercial entities because it has been found to be not cost effective or well manageable. In particular, the utilized linear amplifiers are typically large, very expensive, inefficient, and difficult to control. Furthermore, linear amplifiers essentially require AC coupling (eg, blocking capacitors) and auxiliary functions such as chucking, which auxiliary functions such as chucking are achieved by a parallel power supply circuit. The circuit, along with the chuck, compromises the AC spectral purity of the system relative to the source.

検討されている別の技術は、(例えば、1つ以上の線形増幅器によって)基板に高周波電力を印加することである。しかしながら、基板に印加される高周波電力は、プラズマ密度に影響を及ぼすため、この技術は、プラズマ密度に悪影響を及ぼすことが分かっている。   Another technique that has been considered is to apply high frequency power to the substrate (eg, by one or more linear amplifiers). However, it has been found that this technique adversely affects the plasma density because the high frequency power applied to the substrate affects the plasma density.

いくつかの実施形態では、図1に描写されるスイッチモード電力供給部106は、降圧、昇圧、および/または降圧−昇圧型電力技術によって実現され得る。これらの実施形態では、スイッチモード電力供給部106は、可変レベルのパルス電力を印加し、基板110の表面上に電位を誘発するように制御され得る。   In some embodiments, the switch mode power supply 106 depicted in FIG. 1 may be implemented with buck, boost, and / or buck-boost power technologies. In these embodiments, the switch mode power supply 106 may be controlled to apply a variable level of pulsed power and induce a potential on the surface of the substrate 110.

他の実施形態では、スイッチモード電力供給部106は、他のより高度なスイッチモード電力および制御技術によって実現される。次に、図2を参照すると、例えば、図1を参照して説明されるスイッチモード電力供給部は、基板110に電力を印加し、基板110に衝突するイオンの1つ以上の所望のエネルギーをもたらすために利用される、スイッチモードバイアス供給部206によって実現される。また、イオンエネルギー制御構成要素220、アーク検出構成要素222、ならびにスイッチモードバイアス供給部206および波形メモリ224の両方に結合されるコントローラ212も示される。   In other embodiments, the switch mode power supply 106 is implemented with other more advanced switch mode power and control techniques. Referring now to FIG. 2, for example, the switch mode power supply described with reference to FIG. 1 applies power to the substrate 110 and produces one or more desired energies of ions that impact the substrate 110. Implemented by a switch mode bias supply 206 that is utilized to provide. Also shown is a controller 212 coupled to the ion energy control component 220, the arc detection component 222, and both the switch mode bias supply 206 and the waveform memory 224.

これらの構成要素の例証される配列は、論理的である。したがって、構成要素は、実際の実装では、組み合わされるか、またはさらに分離されることが可能であり、構成要素は、システムの基本動作を変更せずに、種々の方法で接続可能である。いくつかの実施形態では、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得るコントローラ212は、電力供給部202およびスイッチモードバイアス供給部206の両方を制御するために利用され得る。しかしながら、代替実施形態では、電力供給部202およびスイッチモードバイアス供給部206は、完全に分離された機能的ユニットによって実現される。さらなる実施例として、コントローラ212、波形メモリ224、イオンエネルギー制御部分220、およびスイッチモードバイアス供給部206は、単一構成要素に統合され得(例えば、共通筐体内に常駐する)、または個別的な構成要素間に分散され得る。   The illustrated arrangement of these components is logical. Thus, the components can be combined or further separated in actual implementations, and the components can be connected in various ways without changing the basic operation of the system. In some embodiments, a controller 212, which can be implemented, for example, by hardware, software, firmware, or a combination thereof, can be utilized to control both the power supply 202 and the switch mode bias supply 206. However, in an alternative embodiment, the power supply 202 and the switch mode bias supply 206 are implemented by completely separated functional units. As a further example, the controller 212, waveform memory 224, ion energy control portion 220, and switch mode bias supply 206 can be integrated into a single component (eg, residing in a common housing) or individual. It can be distributed among the components.

本実施形態におけるスイッチモードバイアス供給部206は、概して、基板の表面に衝突するイオンのエネルギーの所望の(または定義された)分布をもたらすように、制御可能な様式で、支持部208に電圧を印加するように構成される。より具体的には、スイッチモードバイアス供給部206は、特定の電力レベルにおいて、基板に1つ以上の特定の波形を印加することによって、イオンエネルギーの所望の(または定義された)分布をもたらすように構成される。さらにより具体的には、イオンエネルギー制御部分220からの入力に応答して、スイッチモードバイアス供給部206は、特定の電力レベルを印加することにより、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ224内の波形データによって定義される1つ以上の電圧波形を使用して、特定の電力レベルを印加する。その結果、1つ以上の特定のイオン衝撃エネルギーが、基板の制御されたエッチング(または他の形態のプラズマ処理)を実行するように、イオン制御部分によって選択され得る。   The switch mode bias supply 206 in this embodiment generally applies a voltage to the support 208 in a controllable manner to provide a desired (or defined) distribution of the energy of ions impinging on the surface of the substrate. Configured to apply. More specifically, the switch mode bias supply 206 provides a desired (or defined) distribution of ion energy by applying one or more specific waveforms to the substrate at specific power levels. Configured. Even more specifically, in response to an input from the ion energy control portion 220, the switch mode bias supply 206 provides a specific ion energy by applying a specific power level, within the waveform memory 224. One or more voltage waveforms defined by the waveform data are used to apply a particular power level. As a result, one or more specific ion bombardment energies can be selected by the ion control portion to perform a controlled etch (or other form of plasma processing) of the substrate.

描写されるように、スイッチモード電力供給部206は、対応する駆動構成要素228’、228’’からの駆動信号に応答して、基板210の支持部208への電力を切り替えるように適合されるスイッチ構成要素226’、226’’(例えば、高出力電界効果トランジスタ)を含む。また、駆動構成要素228’、228’’によって生成される駆動信号230’、230’’は、波形メモリ224の内容によって定義されるタイミングに基づいて、コントローラ212によって制御される。例えば、多くの実施形態におけるコントローラ212は、波形メモリの内容を解釈し、駆動制御信号232’、232’’を生成するように適合され、駆動制御信号232’、232’は、切り替え構成要素226’、226’’への駆動信号230’、230’’を制御するために、駆動構成要素228’、228’’によって利用される。ハーフブリッジ構成に配列され得る、2つのスイッチ構成要素226’、226’’が、例示的目的のために描写されるが、当然ながら、より少ないまたは追加スイッチ構成要素が、種々のアーキテクチャ(例えば、H−ブリッジ構成)内で実装され得ることが想定される。   As depicted, switch mode power supply 206 is adapted to switch power to support 208 of substrate 210 in response to drive signals from corresponding drive components 228 ', 228' '. It includes switch components 226 ′, 226 ″ (eg, high power field effect transistors). Also, the drive signals 230 ′, 230 ″ generated by the drive components 228 ′, 228 ″ are controlled by the controller 212 based on the timing defined by the contents of the waveform memory 224. For example, the controller 212 in many embodiments is adapted to interpret the contents of the waveform memory and generate the drive control signals 232 ′, 232 ″, which are switched components 226. Used by drive components 228 ', 228 "to control drive signals 230', 230" to '226'. Two switch components 226 ', 226' ', which can be arranged in a half-bridge configuration, are depicted for illustrative purposes, but it will be appreciated that fewer or additional switch components may be used in various architectures (e.g., It is envisioned that it may be implemented within an H-bridge configuration.

多くの動作モードでは、コントローラ212(例えば、波形データを使用する)は、基板210の支持部208において所望の波形をもたらすように、駆動制御信号232’、232’’のタイミングを変調する。加えて、スイッチモードバイアス供給部206は、DC信号または時変波形であり得る、イオンエネルギー制御信号234に基づいて、基板210に電力を供給するように適合される。したがって、本実施形態は、切り替え構成要素へのタイミング信号を制御し、切り替え構成要素226’、226’’によって印加される、(イオンエネルギー制御構成要素220によって制御される)電力を制御することによって、イオン分布エネルギーの制御を可能にする。   In many modes of operation, the controller 212 (eg, using waveform data) modulates the timing of the drive control signals 232 ′, 232 ″ to provide the desired waveform at the support 208 of the substrate 210. In addition, the switch mode bias supply 206 is adapted to supply power to the substrate 210 based on the ion energy control signal 234, which can be a DC signal or a time-varying waveform. Thus, this embodiment controls the timing signal to the switching component and by controlling the power (controlled by the ion energy control component 220) applied by the switching component 226 ′, 226 ″. Allows control of ion distribution energy.

加えて、本実施形態におけるコントローラ212は、アーク検出構成要素222によって検出される、プラズマチャンバ204内のアークに応答して、アーク管理機能を行うように構成される。いくつかの実施形態では、アークが検出されると、コントローラ212は、スイッチモードバイアス供給部206の出力236において印加される波形が、プラズマ214内のアークを消すように、駆動制御信号232’、232’’を変更する。他の実施形態では、スイッチモードバイアス供給部206の出力236における電力の印加が中断されるように、コントローラ212は、駆動制御信号232’、232’’の印加を単に中断することによって、アークを消す。   In addition, the controller 212 in this embodiment is configured to perform an arc management function in response to an arc in the plasma chamber 204 detected by the arc detection component 222. In some embodiments, once an arc is detected, the controller 212 may control the drive control signal 232 ′, such that the waveform applied at the output 236 of the switch mode bias supply 206 extinguishes the arc in the plasma 214. Change 232 ″. In other embodiments, the controller 212 may interrupt the arc by simply interrupting the application of the drive control signals 232 ′, 232 ″ so that application of power at the output 236 of the switch mode bias supply 206 is interrupted. Turn off.

次に、図3を参照すると、これは、図2を参照して説明されるスイッチモードバイアス供給部206を実現するために利用され得る、構成要素の略図である。示されるように、本実施形態における切り替え構成要素T1およびT2は、ハーフブリッジ(また、トーテムポールとも称される)型トポロジにおいて配列される。集合的に、R2、R3、C1、およびC2は、プラズマ負荷を表し、C10は、有効容量(本明細書では直列容量またはチャック容量とも称される)であり、C3は、基板の表面上に誘発される電圧または静電チャック(図示せず)の電圧からのDC電流が、回路を通して流動するのを防止するための任意の物理的コンデンサである。C10は、基板支持部および静電チャック(またはEチャック)の直列容量(チャック容量とも称される)、ならびに絶縁および基板等のバイアスの印加に固有の他の容量を含むため、有効容量と称される。描写されるように、L1は、漂遊インダクタンス(例えば、負荷に電力を給電する導体の自然インダクタンス)である。また、本実施形態では、3つの入力:Vbus、V2、およびV4が存在する。   Reference is now made to FIG. 3, which is a schematic illustration of components that can be utilized to implement the switch mode bias supply 206 described with reference to FIG. As shown, the switching components T1 and T2 in this embodiment are arranged in a half-bridge (also referred to as totem pole) topology. Collectively, R2, R3, C1, and C2 represent plasma loads, C10 is the effective capacity (also referred to herein as series capacity or chuck capacity), and C3 is on the surface of the substrate. Any physical capacitor to prevent DC current from the induced voltage or the electrostatic chuck (not shown) voltage from flowing through the circuit. C10 includes a series capacity (also referred to as a chuck capacity) of the substrate support and the electrostatic chuck (or E chuck), and other capacity inherent to the application of bias such as insulation and the substrate, and hence is referred to as an effective capacity. Is done. As depicted, L1 is the stray inductance (eg, the natural inductance of the conductor that powers the load). Also, in this embodiment, there are three inputs: Vbus, V2, and V4.

V2およびV4は、駆動信号(例えば、図2を参照して説明される駆動構成要素228’、228’’によって出力される、駆動信号230’、230’’)を表し、本実施形態では、V2およびV4は、T1およびT2の閉鎖が変調され、基板支持部に印加される、Voutでの電圧出力の形状を制御し得るように、タイミングをとられることが可能である(例えば、パルスの長さおよび/または相互遅延)。多くの実装では、切り替え構成要素T1およびT2を実現するために使用されるトランジスタは、理想的スイッチではなく、したがって、所望の波形に到達するために、トランジスタ特有の特性が考慮される。多くの動作モードでは、単に、V2およびV4のタイミングを変更することが、Voutでの所望の波形の印加を可能にする。   V2 and V4 represent drive signals (eg, drive signals 230 ′, 230 ″ output by drive components 228 ′, 228 ″ described with reference to FIG. 2), and in this embodiment, V2 and V4 can be timed so that the closure of T1 and T2 can be modulated and control the shape of the voltage output at Vout applied to the substrate support (eg, the pulse Length and / or mutual delay). In many implementations, the transistors used to implement the switching components T1 and T2 are not ideal switches, and therefore transistor-specific characteristics are considered in order to reach the desired waveform. In many modes of operation, simply changing the timing of V2 and V4 allows the application of the desired waveform at Vout.

例えば、スイッチT1、T2は、基板110、210の表面における電圧が、概して負であり、周期的電圧パルスが、正電圧基準に接近し、および/またはそれを若干超えるように動作され得る。基板110、210の表面における電圧の値は、イオンのエネルギーを定義するものであり、それは、イオンエネルギー分布関数(IEDF)の観点から特徴付けられ得る。基板110、210の表面において所望の電圧をもたらすために、Voutでのパルスは、基板110、210の表面に十分な電子を引きつけ、所望の電圧および対応するイオンエネルギーを達成するように、概して矩形であり、基板110、210の表面において短時間の正電圧を誘発するために十分な長さの幅を有し得る。   For example, the switches T1, T2 can be operated so that the voltage at the surface of the substrate 110, 210 is generally negative and the periodic voltage pulse approaches and / or slightly exceeds the positive voltage reference. The value of the voltage at the surface of the substrate 110, 210 defines the energy of the ions, which can be characterized in terms of the ion energy distribution function (IEDF). To provide the desired voltage at the surface of the substrate 110, 210, the pulse at Vout attracts enough electrons to the surface of the substrate 110, 210 to achieve a desired voltage and corresponding ion energy, generally rectangular. And may have a width long enough to induce a short positive voltage at the surface of the substrate 110, 210.

正電圧基準に接近する、および/またはそれを若干超える周期的電圧パルスは、スイッチT1、T2の切り替え能力によって限定される最小時間を有し得る。電圧がスイッチを損傷するレベルまで蓄積しない限り、電圧の概して負の部分が延長することができる。同時に、電圧の負の部分の長さは、イオン転移時間を超えるべきである。   Periodic voltage pulses approaching and / or slightly exceeding the positive voltage reference may have a minimum time limited by the switching capability of the switches T1, T2. As long as the voltage does not accumulate to a level that damages the switch, the generally negative portion of the voltage can be extended. At the same time, the length of the negative part of the voltage should exceed the ion transition time.

本実施形態におけるVbusは、Voutで測定されるパルスの振幅を定義し、パルスの振幅は、基板の表面における電圧、その結果、イオンエネルギーを定義する。再び、図2を簡単に参照すると、Vbusは、イオンエネルギー制御部分に結合され得、イオンエネルギー制御部分は、VbusにDC信号または時変波形を印加するように適合されるDC電力供給部によって実現され得る。   Vbus in this embodiment defines the amplitude of the pulse measured at Vout, which defines the voltage at the surface of the substrate and consequently the ion energy. Again, referring briefly to FIG. 2, the Vbus can be coupled to an ion energy control portion, which is realized by a DC power supply adapted to apply a DC signal or time-varying waveform to the Vbus. Can be done.

パルス幅、パルス形状、および/または2つの信号V2、V4の相互遅延は、Vout(本明細書では修正された周期的電圧関数とも称される)において、所望の波形に到達するように変調され得、Vbusに印加される電圧は、パルスの特性に影響を及ぼし得る。言い換えると、電圧Vbusは、パルス幅、パルス形状、および/または信号V2、V4の相対的位相に影響を及ぼし得る。図4を簡単に参照すると、例えば、図4に描写されるように、Voutにおいて周期的電圧関数を生成するように、T1およびT2に印加され得る2つの駆動信号波形(V2およびV4として)を描写するタイミング略図が示される。Voutでのパルスの形状を変調するために(例えば、Voutにおいて、パルスの最小時間を達成するが、パルスのピーク値に到達するために)、2つのゲート駆動信号V2、V4のタイミングが、制御され得る。   The pulse width, pulse shape, and / or the mutual delay of the two signals V2, V4 is modulated to reach the desired waveform at Vout (also referred to herein as a modified periodic voltage function). In addition, the voltage applied to Vbus can affect the characteristics of the pulse. In other words, the voltage Vbus can affect the pulse width, the pulse shape, and / or the relative phase of the signals V2, V4. Referring briefly to FIG. 4, for example, as depicted in FIG. 4, two drive signal waveforms (as V2 and V4) that can be applied to T1 and T2 to generate a periodic voltage function at Vout. A timing diagram depicting is shown. In order to modulate the shape of the pulse at Vout (eg, to achieve a minimum pulse time at Vout but to reach the peak value of the pulse), the timing of the two gate drive signals V2, V4 is controlled. Can be done.

例えば、パルスの各々が、Voutで印加される時間が、パルス間の時間Tと比較して短いが、基板110、210の表面において、正電圧を誘発し、基板110、210の表面に電子を引きつけるために十分に長くなり得るように、2つのゲート駆動信号V2、V4が、切り替え構成要素T1、T2に印加され得る。さらに、パルス間のゲート電圧レベルを変更することによって、パルス間でVoutに印加される電圧の勾配を制御可能であることが分かっている(例えば、パルス間で、基板の表面において、実質的に一定の電圧を達成するために)。いくつかの動作モードでは、ゲートパルスの反復速度は、約400kHzであるが、この速度は、当然ながら、印加毎に変化し得る。   For example, the time that each pulse is applied at Vout is short compared to the time T between pulses, but induces a positive voltage at the surface of the substrate 110, 210, causing electrons on the substrate 110, 210 surface. Two gate drive signals V2, V4 can be applied to the switching components T1, T2 so that they can be long enough to attract. Furthermore, it has been found that by changing the gate voltage level between pulses, the slope of the voltage applied to Vout between pulses can be controlled (eg, substantially between the pulses at the surface of the substrate). To achieve constant voltage). In some modes of operation, the repetition rate of the gate pulse is about 400 kHz, but this rate can of course vary from application to application.

必須ではないが、実際は、実際の実装のモデル化および改良に基づいて、所望の(または定義された)イオンエネルギー分布を生成するために使用され得る波形が、定義され得、波形は、(例えば、電圧レベルの連続として、図1を参照して説明される波形メモリ部分内に)記憶可能である。加えて、多くの実装では、波形は、直接生成可能である(例えば、Voutからのフィードバックを伴わずに)。したがって、フィードバック制御システムの望ましくない側面を回避する(例えば、整定時間)。   Although not required, in practice, a waveform that can be used to generate a desired (or defined) ion energy distribution can be defined based on modeling and refinement of the actual implementation, and the waveform can be defined (e.g., Can be stored as a series of voltage levels (in the waveform memory portion described with reference to FIG. 1). In addition, in many implementations, the waveform can be generated directly (eg, without feedback from Vout). Thus, undesirable aspects of the feedback control system are avoided (eg, settling time).

再び、図3を参照すると、Vbusは、イオンのエネルギーを制御するために変調可能であり、記憶された波形が、ゲート駆動信号V2、V4を制御し、Voutにおける所望のパルス振幅を達成する一方、パルス幅を最小限にするために使用され得る。再び、これは、モデル化または実装され、実験的に確立され得るトランジスタの特定の特性に従って行われる。図5を参照すると、例えば、Vbus対時間、基板110、210の表面における電圧対時間、および対応するイオンエネルギー分布を描写するグラフが示される。   Referring again to FIG. 3, Vbus can be modulated to control the energy of the ions, while the stored waveform controls the gate drive signals V2, V4 to achieve the desired pulse amplitude at Vout. Can be used to minimize the pulse width. Again, this is done according to the specific characteristics of the transistor that can be modeled or implemented and established experimentally. Referring to FIG. 5, a graph depicting, for example, Vbus vs. time, voltage at the surface of the substrate 110, 210 vs. time, and corresponding ion energy distribution is shown.

図5のグラフは、特定のイオンエネルギーに集中するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給部106、206を動作させる単一モードを描写する。描写されるように、この実施例におけるイオンエネルギーの単一集中をもたらすために、Vbusに印加される電圧は、一定に維持される一方、V2およびV4に印加される電圧は、図5に示される対応するイオンエネルギー分布をもたらす、スイッチモードバイアス供給部106、206の出力におけるパルスを生成するように制御される(例えば、図3に描写される駆動信号を使用して)。   The graph of FIG. 5 depicts a single mode of operating the switch mode bias supply 106, 206 resulting in an ion energy distribution that is concentrated at a particular ion energy. As depicted, to provide a single concentration of ion energy in this example, the voltage applied to Vbus remains constant while the voltages applied to V2 and V4 are shown in FIG. Controlled to generate pulses at the output of the switch mode bias supplies 106, 206, resulting in corresponding ion energy distributions (eg, using the drive signals depicted in FIG. 3).

図5に描写されるように、基板110、210の表面における電位は、概して、負であり、基板110、210の表面に衝突し、エッチングするイオンを引きつける。基板110、210に印加される周期的短パルス(パルスをVoutに印加することによって)は、Vbusに印加される電位によって定義される規模を有し、これらのパルスは、基板110、210の電位に短時間の変化を生じさせ(例えば、正に近いまたは弱正電位)、電位の短時間の変化は、基板110、210の表面に沿って、概して、負の電位を達成するように、基板の表面に電子を引きつける。図5に描写されるように、Vbusに印加される一定電圧は、特定のイオンエネルギーにおける単一集中のイオンフラックスをもたらす。したがって、特定のイオン衝撃エネルギーは、特定の電位にVbusを単に設定することによって選択され得る。他の動作モードでは、イオンエネルギーの2つ以上の別個の集中が生成され得る(例えば、図49参照)。   As depicted in FIG. 5, the potential at the surface of the substrate 110, 210 is generally negative and strikes the surface of the substrate 110, 210 and attracts ions to etch. Periodic short pulses (by applying a pulse to Vout) applied to the substrates 110, 210 have a scale defined by the potential applied to Vbus, which is the potential of the substrates 110, 210. A short time change (eg, near positive or weakly positive potential), and the short time change in potential generally achieves a negative potential along the surface of the substrate 110, 210. Attracts electrons to the surface. As depicted in FIG. 5, a constant voltage applied to Vbus results in a single concentrated ion flux at a particular ion energy. Thus, a specific ion bombardment energy can be selected by simply setting Vbus to a specific potential. In other modes of operation, two or more separate concentrations of ion energy may be generated (see, eg, FIG. 49).

当業者であれば、電力供給部は、スイッチモード電力供給部に限定される必要もなく、したがって、あるイオンエネルギーを達成するために、電力供給部の出力も制御されることができることを認識するであろう。したがって、電力供給部の出力は、スイッチモードであろうと別様のモードであろうと、イオン電流補償またはイオン電流と組み合わせられることなく考慮されるとき、電力供給部電圧VPSと称されることもできる。 One skilled in the art will recognize that the power supply need not be limited to a switch mode power supply, and therefore, the power supply output can also be controlled to achieve some ion energy. Will. Therefore, the power supply output, whether in switch mode or otherwise, is also referred to as power supply voltage V PS when considered without being combined with ion current compensation or ion current. it can.

次に、図6を参照すると、例えば、イオンエネルギー分布において2つの別個のピークが生成される、動作の二峰性モードを描写するグラフが示される。示されるように、この動作モードでは、基板は、2つの異なるレベルの電圧および周期的パルスを被り、その結果、イオンエネルギーの2つの別個の集中が生成される。描写されるように、2つの異なるイオンエネルギー集中をもたらすために、Vbusで印加される電圧は、2つのレベル間を交互し、各レベルは、2つのイオンエネルギー集中のエネルギーレベルを定義する。   Referring now to FIG. 6, a graph depicting a bimodal mode of operation is shown, for example, where two distinct peaks are generated in the ion energy distribution. As shown, in this mode of operation, the substrate experiences two different levels of voltage and periodic pulses, resulting in two separate concentrations of ion energy. As depicted, to provide two different ion energy concentrations, the voltage applied at Vbus alternates between the two levels, each level defining the energy level of the two ion energy concentrations.

図6は、各パルス後(例えば、図48)に交互するように、基板110、210における2つの電圧を描写するが、これは、必ずしも、必要ではない。他の動作モードでは、例えば、V2およびV4に印加される電圧は、基板の表面で誘発される電圧が、2つ以上のパルス後(例えば、図49)に、第1の電圧から第2の電圧(逆も然り)に交互するように、Voutに印加される電圧に対して切り替えられる(例えば、図3に描写される駆動信号を使用して)。   Although FIG. 6 depicts the two voltages at the substrates 110, 210 to alternate after each pulse (eg, FIG. 48), this is not necessary. In other modes of operation, for example, the voltage applied to V2 and V4 is such that the voltage induced at the surface of the substrate is changed from the first voltage to the second after two or more pulses (eg, FIG. 49). It is switched (eg, using the drive signal depicted in FIG. 3) for the voltage applied to Vout to alternate with the voltage (and vice versa).

従来技術では、多重イオンエネルギーをもたらすために、線形増幅器に2つの波形(波形発生器によって生成される)の組み合わせを印加し、基板に増幅された2つ以上の波形の組み合わせを印加することが試みられている。しかしながら、このアプローチは、図6を参照して説明されるアプローチはより非常に複雑となり、したがって、高価な線形増幅器および波形発生器を要求する。   In the prior art, a combination of two waveforms (generated by a waveform generator) is applied to a linear amplifier and a combination of two or more amplified waveforms is applied to a substrate to provide multiple ion energy. Has been tried. However, this approach is much more complex than the approach described with reference to FIG. 6 and therefore requires expensive linear amplifiers and waveform generators.

次に、図7Aおよび7Bを参照すると、それぞれ、Vbusに印加されるDC電圧の単一エネルギー調整および二重レベル調整に対応する、プラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する、グラフが示される。図7Aに描写されるように、イオンエネルギー分布は、Vbusへの電圧の不変印加に応答して、約80eVに集中する(例えば、図5に描写されるように)。また、図7Bでは、イオンエネルギーの2つの別個の集中が、Vbusの二重レベル調整に応答して、約85eVおよび115eVに存在する(例えば、図6に描写されるように)。   Referring now to FIGS. 7A and 7B, depict actual direct ion energy measurements made in the plasma, corresponding to single energy adjustment and dual level adjustment of the DC voltage applied to Vbus, respectively. A graph is shown. As depicted in FIG. 7A, the ion energy distribution is concentrated to about 80 eV in response to a constant application of voltage to Vbus (eg, as depicted in FIG. 5). Also in FIG. 7B, two distinct concentrations of ion energy are present at about 85 eV and 115 eV in response to the dual level adjustment of Vbus (eg, as depicted in FIG. 6).

次に、図8を参照すると、本発明の別の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。描写されるように、スイッチモード電力供給部806は、コントローラ812、イオンエネルギー制御構成要素820、およびアーク検出構成要素822を介する基板支持部808に結合される。コントローラ812、スイッチモード供給部806、およびイオンエネルギー制御構成要素820は、集合的に、時間平均に基づいて、基板810の表面において、所望の(または定義された)イオンエネルギー分布をもたらすように、電力を基板支持部808にもたらすように動作する。   Referring now to FIG. 8, a block diagram depicting another embodiment of the present invention is shown. As depicted, switch mode power supply 806 is coupled to substrate support 808 via controller 812, ion energy control component 820, and arc detection component 822. The controller 812, switch mode supply 806, and ion energy control component 820 collectively provide a desired (or defined) ion energy distribution at the surface of the substrate 810 based on a time average. Operate to provide power to the substrate support 808.

例えば、図9Aを簡単に参照すると、約400kHzの周波数を伴う周期的電圧関数が示され、周期的電圧関数は、周期的電圧関数の複数のサイクルにわたって約5kHzの正弦波変調関数によって変調される。図9Bは、図9Aにおいて丸で囲まれる、周期的電圧関数の部分の分解図であり、図9Cは、周期的電圧関数の正弦波変調から生じる、時間平均に基づく、イオンエネルギーの結果として生じる分布を描写する。また、図9Dは、周期的電圧関数が、正弦波変調関数によって変調される場合に結果として生じる時間平均IEDFの、プラズマ中で行われた実際の直接イオンエネルギー測定を描写する。さらに本明細書に論じられるように、時間平均に基づく所望の(または定義された)イオンエネルギー分布を達成することは、周期的電圧に印加される、変調関数を単に変化させることによって、達成され得る。   For example, referring briefly to FIG. 9A, a periodic voltage function with a frequency of about 400 kHz is shown, which is modulated by a sinusoidal modulation function of about 5 kHz over multiple cycles of the periodic voltage function. . FIG. 9B is an exploded view of the portion of the periodic voltage function circled in FIG. 9A, and FIG. 9C results from the ion energy based on the time average resulting from the sinusoidal modulation of the periodic voltage function. Describe the distribution. FIG. 9D also depicts the actual direct ion energy measurements made in the plasma of the resulting time average IEDF when the periodic voltage function is modulated by a sinusoidal modulation function. As further discussed herein, achieving a desired (or defined) ion energy distribution based on a time average is accomplished by simply changing the modulation function applied to the periodic voltage. obtain.

別の実施例として、図10Aおよび10Bを参照すると、400kHzの周期的電圧関数は、時間平均に基づく、図10Cに描写されるイオンエネルギーの分布を達成するように、約5kHzの鋸歯状波変調関数によって変調される。描写されるように、図10に関連して利用される周期的電圧関数は、図9におけるものと同一であるが、図10における周期的電圧関数は、正弦波関数の代わりに、鋸歯状波関数によって変調される。   As another example, referring to FIGS. 10A and 10B, a 400 kHz periodic voltage function is based on a time average to achieve a distribution of ion energy depicted in FIG. 10C at about 5 kHz sawtooth modulation. Modulated by function. As depicted, the periodic voltage function utilized in connection with FIG. 10 is the same as in FIG. 9, but the periodic voltage function in FIG. 10 is a sawtooth wave instead of a sinusoidal function. Modulated by function.

図9Cおよび10Cに描写されるイオンエネルギー分布関数は、基板810の表面におけるイオンエネルギーの瞬間的分布を表さないが、代わりに、イオンエネルギーの時間平均を表すことを認識されたい。図9Cを参照すると、例えば、特定の時間的瞬間において、イオンエネルギーの分布は、変調関数の1サイクルの過程にわたって存在する、描写されるイオンエネルギーの分布の部分集合であろう。   It should be appreciated that the ion energy distribution function depicted in FIGS. 9C and 10C does not represent the instantaneous distribution of ion energy at the surface of the substrate 810, but instead represents the time average of ion energy. Referring to FIG. 9C, for example, at a particular time instant, the distribution of ion energy would be a subset of the depicted distribution of ion energy that exists over the course of one cycle of the modulation function.

また、変調関数は、固定関数または固定周波数である必要はないことを認識されたい。例えば、いくつかの事例では、特定の変調関数の1つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、特定の時間平均イオンエネルギー分布をもたらし、次いで、別の変調関数の1つ以上のサイクルによって、周期的電圧関数を変調し、別の時間平均イオンエネルギー分布をもたらすことが望ましいことがある。そのような変調関数(周期的電圧関数を変調する)への変更は、多くの事例において、有益となり得る。例えば、特定のイオンエネルギーの分布が、特定の幾何学的構造をエッチングするために、または特定の材料を通してエッチングするために必要である場合、第1の変調関数が使用され、次いで、続いて、別の変調関数が、異なるエッチング幾何学形状をもたらすために、または別の材料を通してエッチングするために使用され得る。   It should also be appreciated that the modulation function need not be a fixed function or a fixed frequency. For example, in some cases, a periodic voltage function is modulated by one or more cycles of a particular modulation function, resulting in a particular time average ion energy distribution, and then one or more cycles of another modulation function It may be desirable to modulate the periodic voltage function resulting in another time-averaged ion energy distribution. Changes to such a modulation function (which modulates the periodic voltage function) can be beneficial in many cases. For example, if a specific ion energy distribution is required to etch a specific geometric structure or to etch through a specific material, a first modulation function is used, then subsequently Different modulation functions can be used to produce different etching geometries or to etch through different materials.

同様に、周期的電圧関数(例えば、図9A、9B、10A、および10Bにおける400kHz成分、ならびに図4におけるVout)は、厳密に固定される必要はない(例えば、周期的電圧関数の形状および周波数は、変動し得る)が、概して、その周波数は、チャンバ内のイオンが、基板810に印加される電圧によって影響を受けるように、チャンバ内のイオンの経過時間によって確立される。   Similarly, the periodic voltage function (eg, the 400 kHz component in FIGS. 9A, 9B, 10A, and 10B, and Vout in FIG. 4) need not be strictly fixed (eg, the shape and frequency of the periodic voltage function). However, in general, the frequency is established by the elapsed time of the ions in the chamber so that the ions in the chamber are affected by the voltage applied to the substrate 810.

図8に戻って参照すると、コントローラ812は、スイッチモード供給部806が、周期的電圧関数を生成するように、駆動制御信号832’、832’’をスイッチモード供給部806に提供する。スイッチモード供給部806は、図3に描写される構成要素によって実現され得る(例えば、図4に描写される周期的電圧関数を作成するために)が、他の切り替えアーキテクチャが利用され得ることは、当然、想起される。   Referring back to FIG. 8, the controller 812 provides the drive control signals 832 ′ and 832 ″ to the switch mode supply unit 806 so that the switch mode supply unit 806 generates a periodic voltage function. The switch mode supply 806 can be implemented by the components depicted in FIG. 3 (eg, to create the periodic voltage function depicted in FIG. 4), although other switching architectures can be utilized. Of course, recalled.

一般に、イオンエネルギー制御構成要素820は、変調関数を周期的電圧関数(スイッチモード電力供給部806と関連して、コントローラ812によって生成される)に印加するように機能する。図8に示されるように、イオンエネルギー制御構成要素820は、カスタムIEDF部分850、IEDF関数メモリ848、ユーザインターフェース846、および電力構成要素844と通信する変調コントローラ840を含む。これらの構成要素の描写は、実際には、共通または別個の構成要素によってもたらされ得る、機能的構成要素を伝えることを意図することを認識されたい。   In general, the ion energy control component 820 functions to apply a modulation function to a periodic voltage function (generated by the controller 812 in connection with the switch mode power supply 806). As shown in FIG. 8, the ion energy control component 820 includes a custom IEDF portion 850, an IEDF function memory 848, a user interface 846, and a modulation controller 840 that communicates with the power component 844. It should be appreciated that the depiction of these components is actually intended to convey functional components that may be provided by common or separate components.

本実施形態における変調コントローラ840は、概して、変調関数を定義するデータに基づいて、電力構成要素844(ひいては、その出力834)を制御し、電力構成要素844は、スイッチモード供給部806によって生成される、周期的電圧関数に印加される変調関数834(変調コントローラ840からの制御信号842に基づく)を生成する。本実施形態におけるユーザインターフェース846は、ユーザが、IEDF関数メモリ848内に記憶される、所定のIEDF関数を選択すること、またはカスタムIEDF構成要素850と関連して、カスタムIEDFを定義することを可能にするように構成される。   Modulation controller 840 in this embodiment generally controls power component 844 (and thus its output 834) based on data defining a modulation function, which is generated by switch mode supply 806. A modulation function 834 (based on a control signal 842 from the modulation controller 840) applied to the periodic voltage function. The user interface 846 in this embodiment allows the user to select a predetermined IEDF function that is stored in the IEDF function memory 848 or to define a custom IEDF in connection with the custom IEDF component 850. Configured to be.

多くの実装では、電力構成要素844は、変調関数(例えば、可変DC電圧)をスイッチモード電力供給部(例えば、図3に描写されるスイッチモード電力供給部のVbus)に印加するDC電力供給部(例えば、DCスイッチモード電力供給部または線形増幅器)を含む。これらの実装では、変調コントローラ840は、電力構成要素844が、変調関数に一致する電圧を印加するように、電力構成要素844によって出力される、電圧レベルを制御する。   In many implementations, the power component 844 is a DC power supply that applies a modulation function (eg, a variable DC voltage) to a switch mode power supply (eg, Vbus of the switch mode power supply depicted in FIG. 3). (Eg, DC switch mode power supply or linear amplifier). In these implementations, the modulation controller 840 controls the voltage level output by the power component 844 such that the power component 844 applies a voltage that matches the modulation function.

いくつかの実装では、IEDF関数メモリ848は、複数のIEDF分布関数の各々に対応する、複数のデータセットを含み、ユーザインターフェース846は、ユーザが、所望の(または定義された)IEDF関数を選択することを可能にする。例えば、図11を参照すると、右欄に、ユーザが選択するために利用可能であり得る、例示的IEDF関数が、示される。また、左欄は、変調コントローラ840が、電力構成要素844と関連して、周期的電圧関数に印加し、対応するIEDF関数をもたらすであろう、関連付けられた変調関数を描写する。図11に描写されるIEDF関数は、例示にすぎず、他のIEDF関数も、選択のために利用可能であり得ることを認識されたい。   In some implementations, IEDF function memory 848 includes a plurality of data sets corresponding to each of a plurality of IEDF distribution functions, and user interface 846 allows a user to select a desired (or defined) IEDF function. Make it possible to do. For example, referring to FIG. 11, an exemplary IEDF function that may be available for a user to select is shown in the right column. The left column also depicts the associated modulation function that the modulation controller 840 will apply to the periodic voltage function in conjunction with the power component 844, resulting in a corresponding IEDF function. It should be appreciated that the IEDF function depicted in FIG. 11 is exemplary only, and other IEDF functions may be available for selection.

カスタムIEDF構成要素850は、概して、ユーザが、ユーザインターフェース846を介して、所望の(または定義された)イオンエネルギー分布関数を定義することを可能にするように機能する。例えば、いくつかの実装では、カスタムIEDF構成要素850は、ユーザが、イオンエネルギーの分布を定義する、特定のパラメータのための値を確立することを可能にする。   Custom IEDF component 850 generally functions to allow a user to define a desired (or defined) ion energy distribution function via user interface 846. For example, in some implementations, the custom IEDF component 850 allows the user to establish values for specific parameters that define the distribution of ion energy.

例えば、カスタムIEDF構成要素850は、フラックスの相対的レベルに関して(例えば、高レベル(IF−high)、中間レベル(IF−mid)、および低レベル(IF−low)におけるフラックスの割合に関して)、これらのエネルギーレベル間のIEDFを定義する関数と関連して、IEDF関数が定義されることを可能にし得る。多くの事例では、IF−high、IF−low、およびこれらのレベル間のIEDF関数のみでも、IEDF関数を定義するために十分である。具体的実施例として、ユーザは、20%寄与率レベル(全体的IEDFに対する寄与率)において1200eV、30%寄与率レベルにおいて700eVを、これらの2つのレベル間の正弦波IEDFとともに要求し得る。   For example, the custom IEDF component 850 can be used with respect to the relative levels of flux (eg, with respect to the percentage of flux at high levels (IF-high), intermediate levels (IF-mid), and low levels (IF-low)). In conjunction with a function that defines an IEDF between different energy levels, an IEDF function may be defined. In many cases, only IF-high, IF-low, and IEDF functions between these levels are sufficient to define the IEDF function. As a specific example, a user may request 1200 eV at a 20% contribution level (contribution to the overall IEDF) and 700 eV at a 30% contribution level, along with a sinusoidal IEDF between these two levels.

また、カスタムIEDF部分850は、ユーザが、1つ以上の(例えば、複数の)エネルギーレベルと、IEDFに対する各エネルギーレベルの対応する割合寄与率とのリストを伴う表を作ることを可能にし得ることが想起される。また、さらなる代替実施形態では、カスタムIEDF構成要素850は、ユーザインターフェース846と関連して、ユーザに、ユーザが所望の(または定義された)IEDFを描くことを可能にする、グラフィカルツールを提示することによって、ユーザが、所望の(または定義された)IEDFをグラフィック的に生成することを可能にすることが想起される。   Custom IEDF portion 850 may also allow the user to create a table with a list of one or more (eg, multiple) energy levels and the corresponding percentage contribution of each energy level to IEDF. Is recalled. Also, in a further alternative embodiment, custom IEDF component 850 presents a graphical tool associated with user interface 846 that allows the user to draw a desired (or defined) IEDF. It is recalled that this allows the user to graphically generate the desired (or defined) IEDF.

加えて、また、IEDF関数メモリ848およびカスタムIEDF構成要素850は、ユーザが、所定のIEDF関数を選択し、次いで、所定のIEDF関数から導出される、カスタムIEDF関数を生み出すように、所定のIEDF関数を改変することを可能にするように、相互動作し得ることが想起される。   In addition, the IEDF function memory 848 and the custom IEDF component 850 also allow the user to select a predetermined IEDF function and then generate a custom IEDF function that is derived from the predetermined IEDF function. It is recalled that they can interact to allow the function to be modified.

IEDF関数が定義されると、変調コントローラ840は、所望の(または定義された)IEDF関数を定義するデータを、電力構成要素844が所望の(または定義された)IEDFに対応する変調関数をもたらすように、電力構成要素844を制御する制御信号842に変換する。例えば、制御信号842は、電力構成要素844が変調関数によって定義される電圧を出力するように、電力構成要素844を制御する。   Once the IEDF function is defined, the modulation controller 840 provides data defining the desired (or defined) IEDF function and the power component 844 provides a modulation function corresponding to the desired (or defined) IEDF. Thus, the power component 844 is converted into a control signal 842 for controlling. For example, the control signal 842 controls the power component 844 such that the power component 844 outputs a voltage defined by the modulation function.

次に、図12を参照すると、イオン電流補償構成要素1260が、プラズマチャンバ1204内のイオン電流を補償する、実施形態のブロック図が、描写される。本出願人は、高いエネルギーレベルでは、チャンバ内のイオン電流の高いレベルが、基板の表面における電圧に影響を及ぼし、結果として、イオンエネルギー分布もまた、影響を受けることを見出した。例えば、図15A−15Cを簡単に参照すると、基板1210またはウエハの表面に現れるような電圧波形と、IEDFに対するそれらの関係が、示される。   Referring now to FIG. 12, a block diagram of an embodiment in which the ion current compensation component 1260 compensates for ion current in the plasma chamber 1204 is depicted. Applicants have found that at high energy levels, the high level of ion current in the chamber affects the voltage at the surface of the substrate, and as a result, the ion energy distribution is also affected. For example, referring briefly to FIGS. 15A-15C, voltage waveforms as they appear on the surface of the substrate 1210 or wafer and their relationship to the IEDF are shown.

より具体的には、図15Aは、イオン電流Iが、補償電流Icに等しい場合の基板1210の表面における周期的電圧関数を描写し、図15Bは、イオン電流Iが、補償電流Icを上回る場合の基板1210の表面における電圧波形を描写し、図15Cは、イオン電流が、補償電流Ic未満である場合の基板の表面における電圧波形を描写する。 More specifically, FIG. 15A depicts a periodic voltage function at the surface of the substrate 1210 when the ionic current I I is equal to the compensation current Ic, and FIG. 15B illustrates that the ionic current I I FIG. 15C depicts the voltage waveform at the surface of the substrate 1210 when the ion current is less than the compensation current Ic.

図15Aに描写される、I=Icの場合、イオンエネルギー1470の広がりは、図15Bに描写される、I>Icの場合のイオンエネルギーの均一広がり1472、または図15Cに描写される、I<Icの場合のイオンエネルギーの均一広がり1474と比較して、比較的に狭い。したがって、イオン電流補償構成要素1260は、イオン電流が高い場合、イオンエネルギーの狭広がりを可能にし(例えば、イオン電流の影響を補償することによって)、また、均一イオンエネルギーの広がり1572、1574の幅を制御可能にする(例えば、イオンエネルギーの広がりを有することが望ましい場合)。 When I I = Ic, depicted in FIG. 15A, the spread of ion energy 1470 is depicted in FIG. 15B, the uniform spread of ion energy 1472 when I I > Ic, or depicted in FIG. 15C. Compared with the uniform spread 1474 of ion energy when I I <Ic, it is relatively narrow. Accordingly, the ion current compensation component 1260 allows a narrow spread of ion energy (eg, by compensating for the effects of ion current) when the ion current is high, and the width of the uniform ion energy spread 1572, 1574. Is controllable (eg, where it is desirable to have a spread of ion energy).

図15Bに描写されるように、イオン電流補償を伴わない場合(I>Icの場合)、周期的電圧関数の正の部分間の基板の表面における電圧は、漸次的により絶対値の小さい負値になり、イオンエネルギーのより広い広がり1572を生み出す。同様に、イオン電流補償が、図15Cに描写されるように、補償電流のレベルをイオン電流を超えるレベル(I<Ic)に上昇させるために利用される場合、基板の表面における電圧は、周期的電圧関数の正の部分間において、漸次的により絶対値の大きい負値になり、均一イオンエネルギーのより広い広がり1574が、生み出される。 As depicted in FIG. 15B, without ion current compensation (if I I > Ic), the voltage at the surface of the substrate between the positive portions of the periodic voltage function is progressively less negative with a smaller absolute value. Value, creating a wider spread 1572 of ion energy. Similarly, when ion current compensation is utilized to raise the level of compensation current to a level above the ion current (I I <Ic), as depicted in FIG. 15C, the voltage at the surface of the substrate is During the positive part of the periodic voltage function, progressively more absolute negative values and a wider spread 1574 of uniform ion energy is created.

図12に戻って参照すると、イオン電流補償構成要素1260は、随意に、スイッチモード電力供給部1206およびコントローラ1212に追加され得る、別個の付属として実現され得る。他の実施形態では(例えば、図13に描写されるように)、イオン電流補償構成要素1260は、共通筐体1366を本明細書に説明される他の構成要素(例えば、スイッチモード電力供給部106、206、806、1206およびイオンエネルギー制御220、820構成要素)と共有し得る。本実施形態では、プラズマチャンバ1204に提供される周期的電圧関数は、イオン電流補償構成要素1260からのイオン電流補償によって修正される周期的電圧関数を備えているので、修正された周期的電圧関数と称することができる。コントローラ1212は、スイッチモード電力供給部1206の出力とイオン電流補償1260の出力とが合体する、電気ノードにおいて、異なる時間に電圧をサンプリングすることができる。   Referring back to FIG. 12, the ion current compensation component 1260 can optionally be implemented as a separate appendage that can be added to the switch mode power supply 1206 and the controller 1212. In other embodiments (eg, as depicted in FIG. 13), the ionic current compensation component 1260 may be connected to the common housing 1366 with other components described herein (eg, switch mode power supplies). 106, 206, 806, 1206 and ion energy control 220, 820 components). In this embodiment, the periodic voltage function provided to the plasma chamber 1204 comprises a periodic voltage function that is modified by ion current compensation from the ion current compensation component 1260, so that the modified periodic voltage function It can be called. The controller 1212 can sample the voltage at different times at the electrical node where the output of the switch mode power supply 1206 and the output of the ionic current compensation 1260 merge.

図13に描写されるように、スイッチモード供給部の出力1336に結合される、電流源1364と、電流源1364および出力1336の両方に結合される、電流コントローラ1362とを含む、例示的イオン電流補償構成要素1360が、示される。また、図13には、プラズマチャンバ1304が、描写され、プラズマチャンバ内には、容量要素C、C、およびイオン電流Iがある。描写されるように、Cは、絶縁、基板、基板支持部、および静電チャックを含み得るが、それらに限定されない、チャンバ1304に関連付けられた構成要素の固有容量(本明細書では有効容量とも称される)を表し、Cは、シース容量および浮遊容量を表す。本実施形態では、プラズマチャンバ1304に提供され、Vで測定可能である周期的電圧関数は、イオン電流補償Icによって修正される周期的電圧関数を備えているため、修正された周期的電圧関数と称されることができる。 An exemplary ion current comprising a current source 1364 coupled to the output 1336 of the switch mode supply and a current controller 1362 coupled to both the current source 1364 and the output 1336, as depicted in FIG. A compensation component 1360 is shown. Also depicted in FIG. 13 is a plasma chamber 1304, in which there are capacitive elements C 1 , C 2 , and ion current I I. As depicted, C 1 may include insulation, substrate, substrate support, and electrostatic chuck, including, but not limited to, the intrinsic capacity of components associated with chamber 1304 (effective capacity herein). also referred) represents, C 2 represents the sheath capacitance and stray capacitance. In this embodiment, the periodic voltage function provided to the plasma chamber 1304 and measurable at V 0 comprises a periodic voltage function that is modified by the ion current compensation Ic, so the modified periodic voltage function. Can be called.

シース(本明細書ではプラズマシースとも称される)は、基板表面、および、おそらくプラズマ処理チャンバの壁の近くのプラズマの層であり、正イオンの高い密度、したがって全体的に過剰な正電荷を伴う。シースが接触している表面は、典型的には、圧倒的多数の負電荷を有する。シースは、正イオンより速い電子の速度により生じ、したがって、電子の大部分が基板表面または壁に到達することをもたらし、したがって、シースを電子が奪われたままにする。シースの厚さλsheathは、プラズマ密度およびプラズマ温度等のプラズマ特性の関数である。 A sheath (also referred to herein as a plasma sheath) is a layer of plasma that is near the substrate surface, and possibly near the walls of the plasma processing chamber, that has a high density of positive ions, and thus an overall excess of positive charge. Accompany. The surface with which the sheath is in contact typically has an overwhelming number of negative charges. The sheath is caused by a velocity of electrons that is faster than the positive ions, thus causing the majority of the electrons to reach the substrate surface or wall, thus leaving the sheath deprived of electrons. The sheath thickness λ sheath is a function of plasma properties such as plasma density and plasma temperature.

本実施形態におけるCは、チャンバ1304に関連付けられた構成要素の固有の(本明細書では有効とも称される)容量であるので、処理の制御を得るために追加される、アクセス可能容量ではないことに留意されたい。例えば、線形増幅器を利用するいくつかの従来技術アプローチは、基板へのバイアス電力を阻止コンデンサと結合し、次いで、その線形増幅器を制御するためのフィードバックとして、阻止コンデンサの監視電圧を利用する。コンデンサが、本明細書に開示される実施形態の多くにおいて、スイッチモード電力供給部を基板支持部に結合し得るが、阻止コンデンサを使用するフィードバック制御は、本発明のいくつかの実施形態では、要求されないため、そのように行うことは、不必要である。 Since C 1 in this embodiment is the inherent (also referred to herein as effective) capacity of the component associated with chamber 1304, it is the accessible capacity that is added to gain control of the process. Note that there is no. For example, some prior art approaches that utilize linear amplifiers couple bias power to the substrate with a blocking capacitor, and then use the monitoring voltage of the blocking capacitor as feedback to control the linear amplifier. While a capacitor may couple the switch mode power supply to the substrate support in many of the embodiments disclosed herein, feedback control using a blocking capacitor is, in some embodiments of the invention, It is unnecessary to do so because it is not required.

図13を参照しながら、図13に描写されるVoにおける例示的電圧(例えば、修正された周期的電圧関数)を描写するグラフである図14も同時に参照する。動作において、電流コントローラ1362は、Voにおける電圧を監視し、イオン電流が、以下のように、間隔t(図14に描写される)にわたって計算される。   With reference to FIG. 13, simultaneously refer to FIG. 14, which is a graph depicting an exemplary voltage (eg, a modified periodic voltage function) at Vo depicted in FIG. 13. In operation, the current controller 1362 monitors the voltage at Vo and the ionic current is calculated over the interval t (depicted in FIG. 14) as follows.

イオン電流Iおよび固有容量C(有効容量とも称される)のいずれかまたは両方は、時間的に変化することができる。Cは、実質的に、所与のツールに対する定数であり、測定可能であるので、Voのみ、補償電流の継続的制御を可能にするために監視される必要がある。前述のように、イオンエネルギーのより単一エネルギー的分布(例えば、図15Aに描写されるように)を得るために、電流コントローラは、Icが、実質的に、Iと同一である(または代替案では、方程式2に関係付けられる)ように、電流源1364を制御する。このように、イオンエネルギーの狭広がりは、イオン電流が、基板の表面において、電圧に影響を及ぼすレベルに到達する場合にも、維持され得る。また、加えて、所望に応じて、イオンエネルギーの広がりは、追加のイオンエネルギーが、基板の表面において実現されるように、図15Bおよび15Cに描写されるように、制御され得る。 Either or both of the ionic current I I and the specific capacity C 1 (also referred to as effective capacity) can change over time. Since C 1 is substantially a constant for a given tool and is measurable, only Vo needs to be monitored to allow continuous control of the compensation current. As described above, to obtain a more monoenergetic distribution of ion energy (eg, as depicted in FIG. 15A), the current controller is such that Ic is substantially the same as I I (or In the alternative, the current source 1364 is controlled as related to Equation 2). In this way, the narrow spread of ion energy can be maintained even when the ion current reaches a level that affects the voltage at the surface of the substrate. In addition, if desired, the spread of ion energy can be controlled as depicted in FIGS. 15B and 15C such that additional ion energy is realized at the surface of the substrate.

また、図13には、イオンエネルギー分布の制御に関連して利用され得るフィードバックライン1370が描写される。例えば、図14に描写されるΔVの値(本明細書では電圧ステップまたは第3の部分1406とも称される)は、瞬間的イオンエネルギーを示し、フィードバック制御ループの一部として、多くの実施形態において使用され得る。一実施形態では、電圧ステップΔVは、方程式4に従ってイオンエネルギーに関係付けられる。他の実施形態では、ピーク間電圧VPPは、瞬間的イオンエネルギーに関係付けることができる。代替として、ピーク間電圧VPPと、第4の部分1408の傾きdV/dtと時間tとの積との間の差は、瞬間的イオンエネルギーに関連付けられることができる(例えば、VPP−dV/dt・t)。 Also depicted in FIG. 13 is a feedback line 1370 that may be utilized in connection with controlling ion energy distribution. For example, the value of ΔV depicted in FIG. 14 (also referred to herein as a voltage step or third portion 1406) indicates the instantaneous ion energy and as part of a feedback control loop, many embodiments Can be used. In one embodiment, the voltage step ΔV is related to ion energy according to Equation 4. In other embodiments, the peak-to-peak voltage V PP can be related to the instantaneous ion energy. Alternatively, the difference between the peak-to-peak voltage V PP and the product of the slope dV 0 / dt of the fourth portion 1408 and time t can be related to the instantaneous ion energy (eg, V PP − dV 0 / dt · t).

次に、図16を参照すると、図13を参照して説明される、電流源1364を実現するために実装され得る電流源1664の例示的実施形態が示される。本実施形態では、制御可能負DC電圧源は、直列インダクタL2と関連して、電流源として機能するが、当業者は、本明細書に照らして、電流源が、他の構成要素および/または構成によって実現され得ることを理解するであろう。   Referring now to FIG. 16, there is shown an exemplary embodiment of a current source 1664 that can be implemented to implement the current source 1364 described with reference to FIG. In this embodiment, the controllable negative DC voltage source functions as a current source in connection with the series inductor L2, but those skilled in the art will recognize, in light of this specification, that the current source may be other components and / or It will be understood that it can be realized by configuration.

図43は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の一実施形態を図示する。方法4300は、修正された周期的電圧関数4302(図44の修正された周期的電圧関数4402参照)を、プラズマ処理チャンバ内の基板を支持する基板支持部に適用することから始まる。修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償I(図44のI4404参照)および電力供給部電圧VPS(図44の電力供給部電圧4406参照)等の少なくとも2つの「ノブ」を介して制御されることができる。電力供給部電圧を生成するための例示的構成要素は、図1のスイッチモード電力供給部106である。電力供給部電圧VPSを説明することに役立つために、これは、イオン電流およびイオン電流補償に結合することなく測定された場合として本明細書で図示される。次いで、修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償I4304の第1および第2の値においてサンプリングされる。修正された周期的電圧関数の電圧の少なくとも2つのサンプルが、イオン電流補償Iの各値について得られる。サンプリング4304は、イオン電流Iおよびシース容量Csheath4306の計算4306(または決定)を可能にするために行われる。そのような決定は、基板支持部に印加された場合に(または基板支持部に印加されると)狭小(例えば、最小)イオンエネルギー分布関数(IEDF)幅を生成するであろう、イオン電流補償Iを見出すことを伴い得る。計算4306はまた、随意に、修正された周期的電圧関数の波形のサンプリング4304に基づいて、電圧ステップΔV(修正された周期的電圧関数1406の第3の部分としても知られている)を決定することを含むこともできる。電圧ステップΔVは、基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーに関係付けることができる。最初にイオン電流Iを見出すとき、電圧ステップΔVを無視することができる。サンプリング4304および計算4306の詳細を、以下の図30の議論で提供する。 FIG. 43 illustrates one embodiment of a method for controlling the ion energy distribution of ions affecting the surface of a substrate. The method 4300 begins by applying a modified periodic voltage function 4302 (see modified periodic voltage function 4402 in FIG. 44) to a substrate support that supports a substrate in a plasma processing chamber. The modified periodic voltage function includes at least two “knobs” such as ion current compensation I C (see I C 4404 in FIG. 44) and power supply voltage V PS (see power supply voltage 4406 in FIG. 44). Can be controlled via. An exemplary component for generating the power supply voltage is the switch mode power supply 106 of FIG. To help explain the power supply voltage V PS , this is illustrated herein as measured without coupling to ionic current and ionic current compensation. The modified periodic voltage function is then sampled at the first and second values of ion current compensation I C 4304. At least two samples of the modified periodic voltage function of the voltage is obtained for each value of the ion current compensation I C. Sampling 4304 is performed to allow calculation 4306 (or determination) of ionic current I I and sheath capacitance C sheath 4306. Such a determination would produce a narrow (eg, minimum) ion energy distribution function (IEDF) width when applied to the substrate support (or when applied to the substrate support). It may involve finding the I C. The calculation 4306 also optionally determines a voltage step ΔV (also known as the third part of the modified periodic voltage function 1406) based on a sampling 4304 of the waveform of the modified periodic voltage function. Can also include. The voltage step ΔV can be related to the ion energy of the ions that reach the surface of the substrate. When first finding the ion current I I , the voltage step ΔV can be ignored. Details of sampling 4304 and calculation 4306 are provided in the discussion of FIG. 30 below.

いったんイオン電流Iおよびシース容量Csheathが把握されると、方法4300は、イオンエネルギーおよびIEDFの形状(例えば、幅)を設定し、監視することを伴う、図31の方法3100へ移動し得る。例えば、図46は、どのようにして電力供給部電圧の変化がイオンエネルギーの変化をもたらすことができるかを図示する。特に、図示した電力供給部電圧の規模が減少させられ、イオンエネルギーの規模の減少をもたらす。加えて、図47は、狭小IEDF4714を考慮すると、イオン電流補償Iを調節することによってIEDFを拡大できることを図示する。代替として、または並行して、方法4300は、イオン電流I、シース容量Csheath、および修正された周期的電圧関数の波形の他の側面を利用する、図32−41を参照して説明されるように、種々の測定法を行うことができる。 Once the ionic current I I and the sheath capacity C sheath are known, the method 4300 may move to the method 3100 of FIG. 31, which involves setting and monitoring the ion energy and shape (eg, width) of the IEDF. . For example, FIG. 46 illustrates how a change in power supply voltage can result in a change in ion energy. In particular, the magnitude of the illustrated power supply voltage is reduced, resulting in a reduction in the magnitude of ion energy. In addition, FIG. 47, considering the narrow IEDF4714, illustrates that can enlarge the IEDF by adjusting the ionic current compensation I C. Alternatively or in parallel, the method 4300 is described with reference to FIGS. 32-41 that utilize other aspects of the waveform of the ionic current I I , sheath capacitance C sheath , and the modified periodic voltage function. As described above, various measurement methods can be performed.

イオンエネルギーおよび/またはIEDF幅を設定することに加えて、方法4300は、イオンエネルギーおよびIEDF幅を維持するために、修正された周期的電圧関数4308を調節し得る。特に、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償Iの調節および電力供給部電圧の調節が、行われ得る4308。いくつかの実施形態では、電力供給部電圧は、電力供給部のバス電圧Vbus(例えば、図3のバス電圧Vbus)によって制御されることができる。イオン電流補償Iは、IEDF幅を制御し、電力供給部電圧は、イオンエネルギーを制御する。 In addition to setting the ion energy and / or IEDF width, the method 4300 may adjust the modified periodic voltage function 4308 to maintain the ion energy and IEDF width. In particular, adjustment of ion current compensation I C provided by the ion current compensation component and adjustment of power supply voltage may be performed 4308. In some embodiments, the power supply voltage may be controlled by the power supply bus voltage V bus (eg, the bus voltage V bus of FIG. 3). Ion current compensation I C controls the IEDF width, the power supply unit voltage controls the ion energy.

これらの調節4308の後、修正された周期的電圧関数を再度サンプリングすることができ4304、イオン電流I、シース容量Csheath、および電圧ステップΔVの計算を再度行うことができる4306。イオン電流Iまたは電圧ステップΔVが定義された値(または代替案では所望の値)以外である場合、イオン電流補償Iおよび/または電力供給部電圧を調節することができる4308。サンプリング4304、計算4306、および調節4308のループが、イオンエネルギーeV、および/またはIEDF幅を維持するために起こり得る。 After these adjustments 4308, the modified periodic voltage function can be resampled 4304, and the calculation of ion current I I , sheath capacitance C sheath , and voltage step ΔV can be performed 4306 again. If the ionic current I I or voltage step ΔV is other than a defined value (or an alternative desired value), the ionic current compensation I C and / or power supply voltage can be adjusted 4308. A loop of sampling 4304, calculation 4306, and adjustment 4308 may occur to maintain ion energy eV and / or IEDF width.

図30は、基板の表面に影響を及ぼすイオンのイオンエネルギー分布を制御する方法の別の実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、上記で議論されるように、狭小IEDF幅(例えば、最小IEDF幅または代替案では約6%半値全幅)を達成することが望ましくあり得る。したがって、方法3000は、一定の基板電圧、したがって、シース電圧が、基板の表面に存在するように、修正された周期的電圧関数をチャンバおよび基板支持部に提供することができる。これは、順に、実質的に一定の電圧でシースにわたってイオンを加速し、したがって、イオンが実質的に同一のイオンエネルギーで基板に影響を及ぼすことを可能にし、順に、狭小IEDF幅を提供する。例えば、図45では、イオン電流補償Iを調節することが、パルス間の基板電圧Vsubに一定または実質的に一定の電圧を持たせ、したがって、IEDFを狭くさせることができることが分かる。 FIG. 30 illustrates another embodiment of a method for controlling the ion energy distribution of ions that affect the surface of the substrate. In some embodiments, as discussed above, it may be desirable to achieve a narrow IEDF width (eg, a minimum IEDF width or about 6% full width at half maximum in the alternative). Thus, the method 3000 can provide a modified periodic voltage function to the chamber and substrate support such that a constant substrate voltage, and thus a sheath voltage, is present at the surface of the substrate. This in turn accelerates the ions across the sheath with a substantially constant voltage, thus allowing the ions to affect the substrate with substantially the same ion energy, which in turn provides a narrow IEDF width. For example, in FIG. 45, it can be seen that adjusting the ionic current compensation I C can cause the substrate voltage V sub between pulses to have a constant or substantially constant voltage, thus narrowing the IEDF.

そのような修正された周期的電圧関数は、いかなる浮遊容量も仮定せず、イオン電流補償Iがイオン電流Iに等しいときに達成される(図45の周期的電圧関数(V)の最後の5つのサイクルを参照)。浮遊容量Cstrayが考慮される代替案では、イオン電流補償Iは、方程式2に従って、イオン電流Iに関係付けられる。 Such a modified periodic voltage function does not assume any stray capacitance and is achieved when the ion current compensation I C is equal to the ion current I I (of the periodic voltage function (V 0 ) of FIG. 45). See last 5 cycles). In an alternative where the stray capacitance C strain is considered, the ionic current compensation I C is related to the ionic current I I according to Equation 2.

式中、Cは、有効容量(例えば、図3および13を参照して説明される固有容量)である。有効容量Cは、時間変動し得るか、または一定であり得る。本開示の目的で、狭小IEDF幅は、I=Iであるとき、または代替案では、方程式2が満たされるときのいずれかで存在することができる。図45−50は、具体的には、I=Iを使用するが、これらの等式は、方程式2の単純化にすぎず、したがって、方程式2は、図45−50で使用される等式の代わりになり得ることを理解されたい。浮遊容量Cstrayは、電力供給部によって見られるようなプラズマチャンバの累積容量である。図45で図示される8つのサイクルがある。 In the formula, C 1 is an effective capacity (for example, a specific capacity described with reference to FIGS. 3 and 13). Effective capacity C 1 may be either be time varying, or constant. For purposes of this disclosure, a narrow IEDF width can exist either when I I = I C , or alternatively when Equation 2 is satisfied. FIGS. 45-50 specifically use I I = I C , but these equations are only simplifications of Equation 2, and therefore Equation 2 is used in FIGS. 45-50. It should be understood that an equation can be substituted. The stray capacitance C strain is the cumulative volume of the plasma chamber as seen by the power supply. There are eight cycles illustrated in FIG.

方法3000は、基板支持部3002(例えば、図1の基板支持部108)への修正された周期的電圧関数(例えば、図14で描写される修正された周期的電圧関数または図44の修正された周期的電圧関数4402)の適用から始まることができる。修正された周期的電圧関数の電圧を2回以上サンプリングすることができ3004、このサンプリングから、修正された周期的電圧関数のサイクルの少なくとも一部分に対する傾きdV/dtを計算することができる3006(例えば、パルスの間の一部分または第4の部分1408の傾き)。決定3010前のある時点で、有効容量C(例えば、図13の固有容量Cおよび図3の固有容量C10)の以前に決定された値に(例えば、メモリから、またはユーザ入力から)アクセスすることができる3008。傾きdV/dt、有効容量C、およびイオン電流補償Iに基づいて、関数f(方程式3)が、以下のように、イオン電流補償Iの各値について評価されることができる。 The method 3000 may include a modified periodic voltage function (eg, the modified periodic voltage function depicted in FIG. 14 or the modified FIG. 44) to the substrate support 3002 (eg, the substrate support 108 of FIG. 1). Application of the periodic voltage function 4402). The voltage of the modified periodic voltage function can be sampled more than once 3004, from which a slope dV 0 / dt for at least a portion of the modified periodic voltage function cycle can be calculated 3006 ( For example, the slope of the portion or the fourth portion 1408 during the pulse). At some point before decision 3010, access to previously determined values (eg, from memory or from user input) of effective capacity C 1 (eg, specific capacity C 1 in FIG. 13 and specific capacity C 10 in FIG. 3). Can be 3008. Based on the slope dV 0 / dt, effective capacity C 1 , and ion current compensation I C , the function f (Equation 3) can be evaluated for each value of the ion current compensation I C as follows.

関数fが真である場合、イオン電流補償Iは、イオン電流Iに等しく、または代替案では、方程式2を真にし、狭小IEDF幅が達成されている3010(例えば、図45参照)。関数fが真ではない場合、関数fが真になるまで、イオン電流補償Iをさらに調節することができる3012。これの別の見方としては、イオン電流Iに合致するまで(または代替案では方程式2の関係を満たすまで)イオン電流補償Iを調節することができ、その時点で狭小IEDF幅が存在するであろう。イオン電流補償Icへのそのような調節およびIEDFの結果として生じる狭小化を図45で見ることができる。イオン電流Iおよび対応するイオン電流補償Icを、記憶動作3014で(例えば、メモリに)記憶することができる。イオン電流Iは、有効容量Cと同様に、時間変動し得る。 If the function f is true, the ion current compensation I C is equal to the ion current I I , or alternatively, Equation 2 is true and a narrow IEDF width is achieved 3010 (see, eg, FIG. 45). If the function f is not true, until the function f is true, it is possible to further adjust the ionic current compensation I C 3012. Another way of looking at this, until matching the ion current I I (or, in alternative to satisfy the relationship of Equation 2) can modulate ion current compensation I C, narrow IEDF width is present at that time Will. Such adjustment to ion current compensation Ic and the narrowing that results from IEDF can be seen in FIG. The ionic current I I and the corresponding ionic current compensation Ic can be stored (eg, in a memory) at a storage operation 3014. The ionic current I C can be time-varying, similar to the effective capacity C 1 .

方程式3が満たされると、(I=Iであるため、または方程式2が真であるためのいずれかで)イオン電流Iが把握される。したがって、方法3000は、プラズマに影響を及ぼすことなく、リアルタイムでイオン電流Iの遠隔かつ非侵襲的測定を可能にする。これは、図32−41を参照して説明されるであろうもの等のいくつかの新規の測定基準につながる(例えば、プラズマ密度の遠隔監視およびプラズマ源の遠隔故障検出)。 When equation 3 is satisfied, the ionic current I I is known (either because I C = I I or because equation 2 is true). Thus, the method 3000 allows remote and non-invasive measurement of the ionic current I I in real time without affecting the plasma. This leads to several new metrics such as those that will be described with reference to FIGS. 32-41 (eg, remote monitoring of plasma density and remote failure detection of the plasma source).

補償電流Iを調節している間に3012、イオンエネルギーは、デルタ関数より広くなる可能性が高く、イオンエネルギーは、図15B、15C、または44のいずれかのものに類似するであろう。しかしながら、いったん方程式2を満たす補償電流Iが見出されると、IEDFが、図15Aまたは図45の右部分で図示されるように、狭小IEDF幅(例えば、最小IEDF幅)を有するものとして現れるであろう。これは、I=Iであるときに(または代替として、方程式2が真であるときに)、修正された周期的電圧関数のパルス間の電圧が、実質的に一定のシースまたは基板電圧、したがって、イオンエネルギーを引き起こすためである。図46では、基板電圧4608は、定電圧部分の間のパルスを含む。これらのパルスは、非常に短い持続時間を有するため、イオンエネルギーおよびIEDFへのそれらの影響は、ごくわずかであり、したがって、基板電圧4608は、実質的に一定と称される。 While adjusting the compensation current I C 3012, the ion energy is likely to be wider than the delta function, and the ion energy will be similar to that of either FIG. 15B, 15 C, or 44. However, once the compensation current I C that satisfies the equation 2 is found, IEDF is, as illustrated in the right portion of FIG. 15A or FIG. 45, narrowing IEDF width (e.g., minimum IEDF width) emerge as having I will. This is because when I C = I I (or alternatively, when Equation 2 is true), the voltage between pulses of the modified periodic voltage function is substantially constant sheath or substrate voltage. Therefore, it is for causing ion energy. In FIG. 46, the substrate voltage 4608 includes pulses during the constant voltage portion. Since these pulses have a very short duration, their impact on ion energy and IEDF is negligible, and thus the substrate voltage 4608 is referred to as substantially constant.

以下は、図30で図示される方法ステップの各々についてのさらなる詳細を提供する。一実施形態では、修正された周期的電圧関数は、図14で図示されるもののような波形を有することができ、第1の部分(例えば、第1の部分1402)、第2の部分(例えば、1404)、第3の部分(例えば、第3の部分1406)、および第4の部分(例えば、第4の部分1408)を含むことができ、第3の部分は、電圧ステップΔVを有することができ、第4の部分は、傾きdV/dtを有することができる。傾きdV/dtは、正、負、またはゼロであり得る。修正された周期的電圧関数1400はまた、第1の部分1402、第2の部分1404、および第3の部分1406、ならびにパルス間の部分(第4の部分1408)を備えている、パルスを有するものとして表すことができる。 The following provides further details about each of the method steps illustrated in FIG. In one embodiment, the modified periodic voltage function can have a waveform such as that illustrated in FIG. 14 and includes a first portion (eg, first portion 1402), a second portion (eg, 1404), a third portion (eg, third portion 1406), and a fourth portion (eg, fourth portion 1408), where the third portion has a voltage step ΔV. And the fourth portion can have a slope dV 0 / dt. The slope dV 0 / dt can be positive, negative, or zero. The modified periodic voltage function 1400 also has a pulse comprising a first portion 1402, a second portion 1404, and a third portion 1406, and a portion between pulses (fourth portion 1408). Can be expressed as a thing.

修正された周期的電圧関数は、図3ではVとして測定することができ、図44では修正された周期的電圧関数4402として現れることができる。修正された周期電圧関数4402は、電力供給部電圧4406(周期的電圧関数として知られている)をイオン電流補償4404と組み合わせることによって生成される。電力供給部電圧4406は、大部分が、修正された周期的電圧関数4402のパルスを生成して成形することに関与し、イオン電流補償4404は、大部分が、多くの場合は、真っ直ぐな傾き電圧である、パルス間の部分を生成して成形することに関与する。イオン電流補償Icを増加させることは、図45で見られるように、パルス間の部分の傾きの規模の減少を引き起こす。電力供給部電圧4606の規模を減少させることは、図46で見られるように、修正された周期的電圧関数4602のパルスおよびピーク間電圧の振幅の規模の減少を引き起こす。 The modified periodic voltage function can be measured as V 0 in FIG. 3 and can appear as a modified periodic voltage function 4402 in FIG. A modified periodic voltage function 4402 is generated by combining a power supply voltage 4406 (known as a periodic voltage function) with ion current compensation 4404. The power supply voltage 4406 is largely responsible for generating and shaping pulses of the modified periodic voltage function 4402, and the ionic current compensation 4404 is mostly a straight slope. It is involved in generating and shaping the part between pulses, which is the voltage. Increasing the ion current compensation Ic causes a decrease in the magnitude of the slope of the portion between pulses, as seen in FIG. Decreasing the magnitude of the power supply voltage 4606 causes a reduction in the magnitude of the amplitude of the pulse and peak-to-peak voltage of the modified periodic voltage function 4602, as seen in FIG.

電力供給部がスイッチモード電力供給部である場合において、第1のスイッチT1および第2のスイッチT2の切り替え図4410が適用されることができる。例えば、第1のスイッチT1は、図3でスイッチT1として実装されることができ、第2のスイッチT2は、図3で第2のスイッチT2として実装されることができる。2つのスイッチは、同一の切り替え時間を有するが、180°位相がずれているものとして図示される。他の実施形態では、スイッチは、図4で図示されるもの等のわずかな位相オフセットを有し得る。第1のスイッチT1がオンであるとき、電力供給部が負のバス電圧を有するため、電力供給部電圧は、図44の負の値である、最大規模に引き込まれる。第2のスイッチT2は、電力供給部電圧4406が接地から隔離されるように、この期間中にオフにされる。スイッチが逆転するとき、電力供給部電圧4406は、接地に接近し、わずかに通過する。図示した実施形態では、2つのパルス幅があるが、これは必要とはされない。他の実施形態では、パルス幅は、全てのサイクルについて同一であり得る。他の実施形態では、パルス幅は、時間を変動または変調させることができる。   When the power supply unit is a switch mode power supply unit, the switching diagram 4410 of the first switch T1 and the second switch T2 can be applied. For example, the first switch T1 can be implemented as the switch T1 in FIG. 3, and the second switch T2 can be implemented as the second switch T2 in FIG. The two switches have the same switching time but are illustrated as being 180 ° out of phase. In other embodiments, the switch may have a slight phase offset such as that illustrated in FIG. When the first switch T1 is on, since the power supply has a negative bus voltage, the power supply voltage is drawn to the maximum scale, which is the negative value of FIG. The second switch T2 is turned off during this period so that the power supply voltage 4406 is isolated from ground. When the switch reverses, the power supply voltage 4406 approaches ground and passes slightly. In the illustrated embodiment, there are two pulse widths, but this is not required. In other embodiments, the pulse width may be the same for all cycles. In other embodiments, the pulse width can be varied or modulated in time.

修正された周期的電圧関数を基板支持部3002に適用し、修正された周期的電圧関数が(例えば、スイッチモード電力供給部と有効容量との間の)基板支持部に到達する前に、最後のアクセス可能な点でVとしてサンプリングすることができる3004。修正されていない周期的電圧関数(または図44の電力供給部電圧)は、図12のスイッチモード電力供給部1206等の電力供給部から供給されることができる。図44のイオン電流補償4404は、図12のイオン電流補償構成要素1260または図13の1360等の電流源から供給されることができる。 A modified periodic voltage function is applied to the substrate support 3002 and the modified periodic voltage function is finally reached before it reaches the substrate support (eg, between the switch mode power supply and the effective capacity). 3004 can be sampled as V 0 at the point of access. An unmodified periodic voltage function (or power supply voltage of FIG. 44) can be supplied from a power supply such as switch mode power supply 1206 of FIG. The ion current compensation 4404 of FIG. 44 can be supplied from a current source such as the ion current compensation component 1260 of FIG. 12 or 1360 of FIG.

修正された周期的電圧関数の一部分または全体をサンプリングすることができる3004。例えば、第4の部分(例えば、第4の部分1408)をサンプリングすることができる。サンプリング3004は、電力供給部と基板支持部との間で行われることができる。例えば、図1では、サンプリング3004は、スイッチモード電力供給部106と支持部108との間で行われることができる。図3では、サンプリング3004は、インダクタL1と固有容量C10との間で行うことができる。一実施形態では、サンプリング3004は、容量C3と固有容量C10との間のVで行われることができる。固有容量C10、およびプラズマを表す要素(R2、R3、C1、およびC2)がリアルタイム測定のためにアクセス可能ではないため、サンプリング3004は、典型的には、図3の固有容量C10の左側で行われる。固有容量C10は、典型的には、処理中に測定されないが、典型的には、既知の定数であり、したがって、製造中に設定されることができる。同時に、場合によっては、固有容量C10は経時的に変動し得る。 A portion or all of the modified periodic voltage function can be sampled 3004. For example, a fourth portion (eg, the fourth portion 1408) can be sampled. Sampling 3004 can be performed between the power supply unit and the substrate support unit. For example, in FIG. 1, the sampling 3004 can be performed between the switch mode power supply unit 106 and the support unit 108. In FIG. 3, the sampling 3004 can be performed between the inductor L1 and the specific capacitance C10. In one embodiment, sampling 3004 can be performed at V 0 between capacitance C3 and specific capacitance C10. Sampling 3004 is typically performed on the left side of specific capacity C10 in FIG. 3 because specific capacity C10 and the elements representing plasma (R2, R3, C1, and C2) are not accessible for real-time measurement. Is called. The specific capacitance C10 is typically not measured during processing, but is typically a known constant and can therefore be set during manufacturing. At the same time, in some cases, the specific capacity C10 may vary over time.

いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の2つだけのサンプルが必要とされるが、他の実施形態では、何百、何千、または何万個ものサンプルを修正された周期的電圧関数の各サイクルについて得ることができる。例えば、サンプリングレートは、400kHzより大きくあり得る。これらのサンプリングレートは、修正された周期的電圧関数およびその形状のより正確かつ詳細な監視を可能にする。同様に、周期的電圧関数のより詳細な監視は、サイクル間、異なるプロセス条件間、異なるプロセス間、異なるチャンバ間、異なるソース間等での波形のより正確な比較を可能にする。例えば、これらのサンプリングレートで、図14で図示される周期的電圧関数の第1、第2、第3、および第4の部分1402、1404、1406、1408を区別することができ、これは、従来のサンプリングレートでは可能ではない場合がある。いくつかの実施形態では、より高いサンプリングレートが、従来技術では可能ではない、電圧ステップΔVおよび傾きdV/dtの解決を可能にする。いくつかの実施形態では、修正された周期的電圧関数の一部分をサンプリングすることができる一方で、他の部分はサンプリングされない。 In some embodiments, only two samples of a modified periodic voltage function are required, while in other embodiments hundreds, thousands, or tens of thousands of samples are modified periods. For each cycle of the dynamic voltage function. For example, the sampling rate can be greater than 400 kHz. These sampling rates allow for a more accurate and detailed monitoring of the modified periodic voltage function and its shape. Similarly, more detailed monitoring of the periodic voltage function allows for a more accurate comparison of waveforms between cycles, between different process conditions, between different processes, between different chambers, between different sources, etc. For example, at these sampling rates, the first, second, third, and fourth portions 1402, 1404, 1406, 1408 of the periodic voltage function illustrated in FIG. It may not be possible with conventional sampling rates. In some embodiments, a higher sampling rate allows for a resolution of voltage step ΔV and slope dV 0 / dt that is not possible with the prior art. In some embodiments, a portion of the modified periodic voltage function can be sampled while other portions are not sampled.

傾きdV/dtの計算3006は、時間t(例えば、第4の部分1408)の間に得られる複数のV測定値に基づき得る。例えば、線をV値に適合させるように、線形適合を行うことができ、線の傾きは、傾きdV/dtを生じる。別の事例では、図14の時間t(例えば、第4の部分1408)の始めおよび終わりのV値が解明されることができ、dV/dtとして求められる線の傾きを用いてこれらの2つの点の間で線が適合させられることができる。これらは、パルス間の部分の傾きdV/dtを計算することができる、多数の方法のうちの2つにすぎない。 The slope dV 0 / dt calculation 3006 may be based on a plurality of V 0 measurements obtained during time t (eg, fourth portion 1408). For example, a linear fit can be performed to fit the line to the V 0 value, and the slope of the line results in a slope dV o / dt. In another case, the time t (e.g., a fourth portion 1408) of Figure 14 can be V 0 value at the beginning and end is resolved, these using a slope of the line obtained as dV o / dt A line can be fitted between two points. These are just two of the many ways in which the slope dV o / dt of the part between pulses can be calculated.

決定3010は、IEDFを狭小幅(例えば、最小幅、または代替案では6%半値全幅)に調節するために使用される、反復ループの一部であり得る。方程式3は、イオン電流補償Icがイオン電流Iに等しい(または代替案では方程式2に従ってIに関係付けられる)場合のみ当てはまり、これは、一定の基板電圧、したがって、一定かつ実質的に単数のイオンエネルギー(狭小IEDF幅)がある場合のみ起こる。一定の基板電圧4608(Vsub)を図46で見ることができる。したがって、イオン電流Iまたは代替としてイオン電流補償Icのいずれか一方を方程式3で使用することができる。 The decision 3010 may be part of an iterative loop that is used to adjust the IEDF to a narrow width (eg, minimum width, or alternatively 6% full width at half maximum). Equation 3 applies only if the ion current compensation Ic is equal to the ion current I I (or alternatively is related to I I according to equation 2), which is a constant substrate voltage, and therefore constant and substantially singular. Occurs only when there is a large ion energy (narrow IEDF width). A constant substrate voltage 4608 (V sub ) can be seen in FIG. Thus, either ion current I I or alternatively ion current compensation Ic can be used in Equation 3.

代替として、第4の部分1408(パルス間の部分とも称される)に沿った2つの値を、第1のサイクルおよび第2のサイクルについてサンプリングすることができ、それぞれ、第1および第2の傾きを各サイクルについて決定することができる。これら2つの傾きから、第3のまだ測定されていない傾きに対して方程式3を真にすることを期待されるイオン電流補償Icを決定することができる。したがって、狭小IEDF幅に対応することが予測されるイオン電流Iを推定することができる。これらは、狭小IEDF幅を決定することができる多くの方法のうちの2つにすぎず、対応するイオン電流補償Icおよび/または対応するイオン電流Iを見出すことができる。 Alternatively, two values along the fourth portion 1408 (also referred to as the portion between the pulses) can be sampled for the first cycle and the second cycle, respectively, The slope can be determined for each cycle. From these two slopes, the ionic current compensation Ic expected to make equation 3 true for the third unmeasured slope can be determined. Therefore, it is possible to estimate the ion current I I that is predicted to correspond to the narrow IEDF width. These are only two of the many ways in which the narrow IEDF width can be determined, and the corresponding ion current compensation Ic and / or the corresponding ion current I I can be found.

イオン電流補償Icへの調節3012は、イオン電流補償Icの増加または減少のいずれか一方を伴うことができ、各調節のためのステップサイズには制限がない。いくつかの実施形態では、イオン電流補償を増加または減少させるかどうかを決定するために、方程式3における関数fの符号を使用することができる。符号が負である場合、イオン電流補償Icを減少させることができる一方で、正符号は、イオン電流補償Icを増加させる必要性を示すことができる。   Adjustment 3012 to ion current compensation Ic can involve either increasing or decreasing ion current compensation Ic, and there is no limit on the step size for each adjustment. In some embodiments, the sign of function f in Equation 3 can be used to determine whether to increase or decrease ion current compensation. If the sign is negative, the ion current compensation Ic can be decreased, while the positive sign can indicate the need to increase the ion current compensation Ic.

いったんイオン電流Iに等しい(または代替案では方程式2に従ってそれに関係付けられる)イオン電流補償Icが識別されると、方法3000は、さらなる設定点動作(図31参照)または遠隔チャンバおよびソース監視動作(図32−34参照)へ前進することができる。さらなる設定点動作は、イオンエネルギー(図46も参照)およびイオンエネルギーの分布またはIEDF幅(図47も参照)を設定することを含むことができる。ソースおよびチャンバ監視は、プラズマ密度、ソース供給部異常、プラズマアーク放電、およびその他を監視することを含むことができる。 Once the ion current I (in or alternative are related to it according to equation 2) equal to the I ion current compensation Ic is identified, the method 3000 may further set point operation (see FIG. 31) or remote chamber and a source monitoring operation (See FIGS. 32-34). Further set point operations can include setting ion energy (see also FIG. 46) and ion energy distribution or IEDF width (see also FIG. 47). Source and chamber monitoring can include monitoring plasma density, source supply anomalies, plasma arcing, and the like.

さらに、方法3000は、随意に、連続的に(または代替案として周期的に)イオン電流補償Icを更新するためにサンプリング3004に戻ることができる。例えば、サンプリング3004、計算3006、決定3010、および調節3012は、方程式3が満たされ続けることを確実にするために、電流イオン電流補償Icを考慮して周期的に行うことができる。同時に、方程式3を満たすイオン電流補償Icが更新される場合、イオン電流Iも更新されることができ、更新された値は、記憶されることができる3014。 Further, the method 3000 can optionally return to sampling 3004 to update the ionic current compensation Ic continuously (or alternatively, periodically). For example, sampling 3004, calculation 3006, decision 3010, and adjustment 3012 can be performed periodically taking into account current ion current compensation Ic to ensure that Equation 3 continues to be satisfied. At the same time, if the ion current compensation Ic that satisfies Equation 3 is updated, the ion current I I can also be updated, and the updated value can be stored 3014.

方法3000は、イオン電流Iに等しいように、または代替案では方程式2を満たすように、イオン電流補償Icを見出して設定することができるが、狭小IEDF幅を達成するために必要とされるイオン電流補償Icの値は、イオン電流Iをその値に設定することなく(または代替案ではその前に)決定されることができる。例えば、第1のサイクルについて第1のイオン電流補償Icを適用し、パルス間の電圧の第1の傾きdV01/dtを測定し、かつ、第2のサイクルについて第2のイオン電流補償Icを適用し、パルス間の電圧の第2の傾きdV02/dtを測定することによって、方程式3が真であることが期待される、第3のイオン電流補償Icに関連付けられる第3の傾きdV03/dtが決定されることができる。第3のイオン電流補償Icは、適用された場合に狭小IEDF幅をもたらすであろうものであり得る。したがって、イオン電流補償の単一の調節のみを用いて、方程式3を満たし、したがって、イオン電流Iに対応するイオン電流補償Icを決定することができる。次いで、方法3000は、イオン電流Iを、狭小IEDF幅を達成するために必要とされる値に設定することさえなく、図31および/または図32−41で説明される方法へ移動することができる。そのような実施形態は、調節速度を増加させるために実行され得る。 The method 3000 can find and set the ion current compensation Ic to be equal to the ion current I I or, alternatively, satisfy Equation 2, but is required to achieve a narrow IEDF width. the value of the ion current compensation Ic is (before that in or alternative) without setting the ion current I C to that value can be determined. For example, the first ion current compensation Ic 1 is applied for the first cycle, the first slope dV 01 / dt of the voltage between pulses is measured, and the second ion current compensation Ic for the second cycle By applying 2 and measuring the second slope dV 02 / dt of the voltage between pulses, a third ion current compensation Ic 3 associated with the third ion current compensation Ic 3 is expected to be true. The slope dV 03 / dt can be determined. The third ion current compensation Ic 3 may be one that would result in a narrow IEDF width when applied. Thus, only a single adjustment of ion current compensation can be used to satisfy Equation 3 and thus determine the ion current compensation Ic corresponding to the ion current I I. Then, the method 3000, the ion current I C, without even be set to a value that is required to achieve a narrow IEDF width, be moved to the method described in FIGS. 31 and / or Figure 32-41 Can do. Such an embodiment may be implemented to increase the adjustment rate.

図31は、IEDF幅およびイオンエネルギーを設定する方法を図示する。本方法は、図30で図示される方法3000が起源であり、それぞれ、IEDF幅およびイオンエネルギーの設定を伴う、左の経路3100(IEDF分岐とも称される)または右の経路3101(イオンエネルギー分岐とも称される)のいずれか一方をとることができる。イオンエネルギーeVは、電圧ステップΔVまたは図14の修正された周期的電圧関数1400の第3の部分1406に比例する。イオンエネルギーeVと電圧ステップΔVとの間の関係は、方程式4として表されることができる。   FIG. 31 illustrates a method for setting the IEDF width and ion energy. The method originates from the method 3000 illustrated in FIG. 30 and includes a left path 3100 (also referred to as an IEDF branch) or a right path 3101 (ion energy branch), with IEDF width and ion energy settings, respectively. (Also referred to as). The ion energy eV is proportional to the voltage step ΔV or the third portion 1406 of the modified periodic voltage function 1400 of FIG. The relationship between ion energy eV and voltage step ΔV can be expressed as Equation 4.

式中、Cは、有効容量(例えば、チャック容量、図3の固有容量C10、または図13の固有容量C1)であり、Cは、シース容量(例えば、図3のシース容量C4、または図13のシース容量C2)である。シース容量Cは、浮遊容量を含み得、イオン電流Iに依存する。電圧ステップΔVは、修正された周期的電圧関数1400の第2の部分1404と第4の部分1408との間の電圧の変化として測定されることができる。電圧ステップΔV(電力供給部電圧または図3のバス電圧Vbus等のバス電圧の関数である)を制御および監視することによって、イオンエネルギーeVを制御し、把握することができる。 Where C 1 is the effective capacity (eg, chuck capacity, specific capacity C 10 of FIG. 3 or specific capacity C 1 of FIG. 13), and C 2 is the sheath capacity (eg, sheath capacity C 4 of FIG. 3, or This is the sheath capacity C2) of FIG. Sheath capacitance C 2 may include a stray capacitance depends on the ion current I I. The voltage step ΔV can be measured as a change in voltage between the second portion 1404 and the fourth portion 1408 of the modified periodic voltage function 1400. By controlling and monitoring the voltage step ΔV (which is a function of the power supply voltage or bus voltage such as the bus voltage V bus in FIG. 3), the ion energy eV can be controlled and grasped.

同時に、IEDF幅を方程式5に従って概算することができる。   At the same time, the IEDF width can be estimated according to Equation 5.

式中、Iは、CがCseriesである場合Iであり、CがCeffectiveである場合Iである。時間tは、パルス間の時間であり、VPPは、ピーク間電圧であり、ΔVは、電圧ステップである。 Where I is I I when C is C series and I C when C is C effective . Time t is the time between pulses, V PP is the peak-to-peak voltage, and ΔV is the voltage step.

加えて、シース容量Cは、種々の計算および監視動作で使用されることができる。例えば、デバイシース距離λsheathを以下のように推定することができる。 In addition, the sheath capacitance C 2 can be used in various calculation and monitoring operations. For example, the Debye sheath distance λ sheath can be estimated as follows.

式中、εは、真空誘電率であり、Aは、基板の面積(または代替案では基板支持部の表面積)である。いくつかの高電圧用途では、方程式6は、方程式7として表される。   Where ε is the vacuum dielectric constant and A is the area of the substrate (or alternatively the surface area of the substrate support). For some high voltage applications, Equation 6 is expressed as Equation 7.

加えて、シース内の電場を、シース容量C、シース距離λsheath、およびイオンエネルギーeVの関数として推定することができる。シース容量Cは、イオン電流Iとともに、方程式8(単独にイオン化されたプラズマに対して飽和電流Isatが補償電流Iに直線的に関係付けられる)から、プラズマ密度nを決定するために使用されることもできる。 In addition, the electric field in the sheath can be estimated as a function of the sheath capacitance C 2 , the sheath distance λ shear , and the ion energy eV. Sheath capacitance C 2, along with the ion current I I, from Equation 8 (alone saturation current I sat against ionized plasma is linearly is related to the compensation current I C in), to determine the plasma density n e Can also be used.

シース容量Cおよび飽和電流Isatを使用して、基板表面におけるイオンの有効質量を計算することができる。プラズマ密度n、シース内の電場、イオンエネルギーeV、イオンの有効質量、および基板のDC電位VDCは、典型的には、当技術分野で間接的手段を介してのみ監視される、基本的プラズマパラメータである。本開示は、これらのパラメータの直接測定を可能にし、したがって、リアルタイムでプラズマ特性のより正確な監視を可能にする。 Using the sheath capacitance C 2 and the saturation current I sat , the effective mass of ions at the substrate surface can be calculated. The plasma density n e , the electric field in the sheath, the ion energy eV, the effective mass of the ions, and the DC potential V DC of the substrate are typically monitored only via indirect means in the art. It is a plasma parameter. The present disclosure allows for direct measurement of these parameters and thus allows more accurate monitoring of plasma properties in real time.

方程式4で見られるように、シース容量Cはまた、図31のイオンエネルギー分岐3101で図示されるように、イオンエネルギーeVを監視して制御するために使用することもできる。イオンエネルギー分岐3101は、イオンエネルギーのユーザ選択を受信することによって開始する3102。次いで、イオンエネルギー分岐3101は、周期的電圧関数を供給するスイッチモード電力供給部のための初期電力供給部電圧を設定することができる3104。周期的電圧サンプリング動作3108前のある時点で、イオン電流がアクセスされる(例えば、メモリからアクセスされる)こともできる3106。周期的電圧がサンプリングされることができ3108、修正された周期的電圧関数の第3の部分の測定値を測定することができる3110。イオンエネルギーIは、修正された周期的電圧関数の電圧ステップΔV(第3の部分(例えば、第3の部分1406)とも称される)から計算されることができる3112。次いで、イオンエネルギー分岐3101は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しいかどうかを決定することができ3114、もしそうであれば、イオンエネルギーは所望の設定点にあり、イオンエネルギー分岐3101は終了することができる。イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくない場合、イオンエネルギー分岐3101は、電力供給部電圧を調節し3116、再度、周期的電圧をサンプリングすることができる3108。次いで、イオンエネルギー分岐3101は、イオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、サンプリング3108、測定3110、計算3112、決定3114、および設定3116を循環することができる。 As seen in Equation 4, the sheath capacitance C 2 is also as illustrated in ion energy branch 3101 in FIG. 31, can also be used to monitor and control the ion energy eV. The ion energy branch 3101 begins 3102 by receiving a user selection of ion energy. The ion energy branch 3101 may then set 3104 an initial power supply voltage for the switch mode power supply that provides the periodic voltage function. At some point prior to the periodic voltage sampling operation 3108, ion current may also be accessed 3106 (eg, accessed from memory). A periodic voltage can be sampled 3108 and a measurement of a third portion of the modified periodic voltage function can be measured 3110. The ion energy I I can be calculated 3112 from a voltage step ΔV (also referred to as a third portion (eg, third portion 1406)) of the modified periodic voltage function. The ion energy branch 3101 can then determine if the ion energy is equal to the defined ion energy 3114, if so, the ion energy is at the desired set point and the ion energy branch 3101 ends. can do. If the ion energy is not equal to the defined ion energy, the ion energy branch 3101 can adjust the power supply voltage 3116 and again sample the periodic voltage 3108. The ion energy branch 3101 can then cycle through the sampling 3108, measurement 3110, calculation 3112, decision 3114, and setting 3116 until the ion energy is equal to the defined ion energy.

IEDF幅を監視して制御する方法が、図31のIEDF分岐3100で図示されている。IEDF分岐3100は、IEDF幅のユーザ選択を受信し3150、電流IEDF幅をサンプリングすること3152を含む。次いで、決定3154は、定義されたIEDF幅が電流IEDF幅に等しいかどうかを決定し、決定3152が満たされる場合、IEDF幅は所望される(または定義される)通りであり、IEDF分岐3100は終了することができる。しかしながら、電流IEDF幅が定義されたIEDF幅に等しくない場合、イオン電流補償Icを調節することができる3156。この決定3154および調節3156は、電流IEDF幅が定義されたIEDF幅に等しくなるまで、循環様式で継続されることができる。   A method for monitoring and controlling the IEDF width is illustrated by the IEDF branch 3100 of FIG. IEDF branch 3100 includes receiving 3150 a user selection of IEDF width and sampling 3152 of current IEDF width. Decision 3154 then determines whether the defined IEDF width is equal to the current IEDF width, and if decision 3152 is satisfied, the IEDF width is as desired (or defined) and the IEDF branch 3100 is Can be terminated. However, if the current IEDF width is not equal to the defined IEDF width, the ion current compensation Ic can be adjusted 3156. This determination 3154 and adjustment 3156 can be continued in a cyclic fashion until the current IEDF width is equal to the defined IEDF width.

いくつかの実施形態では、IEDF分岐3100はまた、所望のIEDF形状を確保するように実装されることもできる。種々のIEDF形状が生成されることができ、各々は、異なるイオンエネルギーおよびIEDF幅に関連付けられることができる。例えば、第1のIEDF形状が、デルタ関数であり得る一方で、第2のIEDF形状は、二乗関数であり得る。他のIEDF形状は、カップ状であり得る。種々のIEDF形状の実施例を図11で見ることができる。   In some embodiments, the IEDF branch 3100 can also be implemented to ensure a desired IEDF shape. Various IEDF shapes can be generated, each of which can be associated with a different ion energy and IEDF width. For example, the first IEDF shape can be a delta function, while the second IEDF shape can be a square function. Other IEDF shapes can be cup-shaped. Examples of various IEDF shapes can be seen in FIG.

イオン電流Iおよび電圧ステップΔVの知識を用いて、方程式4をイオンエネルギーeVについて解くことができる。電圧ステップΔVは、電力供給部電圧を変化させることによって制御されることができ、そして、電力供給部電圧を変化させることは、電圧ステップΔVを変化させる。より大きい電力供給部電圧は、電圧ステップΔVの増加を引き起こし、電力供給部電圧の減少は、電圧ステップΔVの減少を引き起こす。言い換えると、電力供給部電圧を増加させることにより、より大きいイオンエネルギーeVをもたらす。 Using knowledge of ion current I I and voltage step ΔV, equation 4 can be solved for ion energy eV. The voltage step ΔV can be controlled by changing the power supply voltage, and changing the power supply voltage changes the voltage step ΔV. A larger power supply voltage causes an increase in voltage step ΔV, and a decrease in power supply voltage causes a decrease in voltage step ΔV. In other words, increasing the power supply voltage results in greater ion energy eV.

さらに、上記システムおよび方法が連続的に変化するフィードバックループ上で動作するので、プラズマ源またはチャンバ条件に対する変動または意図的な調節による、プラズマの変化にもかかわらず、所望の(または定義された)イオンエネルギーおよびIEDF幅を維持することができる。   Further, since the system and method operate on a continuously changing feedback loop, it is desirable (or defined) despite plasma changes due to variations or intentional adjustments to the plasma source or chamber conditions. Ion energy and IEDF width can be maintained.

図30−41は、単一のイオンエネルギーに関して説明されているが、当業者であれば、所望の(または定義された)IEDF幅(またはIEDF形状)およびイオンエネルギーを生成して監視するこれらの方法はさらに、各々が各自のIEDF幅(またはIEDF形状)を有する2つ以上のイオンエネルギーを産生して監視するために利用できることを認識するであろう。例えば、第1、第3、および第5のサイクルで第1の電力供給部電圧VPS、第2、第4、および第6のサイクルで第2の電力供給部電圧を提供することによって、基板の表面に到達するイオンについて、2つの異なる狭小イオンエネルギーを達成することができる(例えば、図42A)。3つの異なる電力供給部電圧を使用することは、3つの異なるイオンエネルギーをもたらす(例えば、図42B)。複数の電力供給部電圧の各々が印加される時間または各電力供給部電圧レベルが印加されるサイクルの数を変化させることによって、異なるイオンエネルギーのイオンフラックスが制御されることができる(例えば、図42C)。 30-41 are described with respect to a single ion energy, those skilled in the art will be able to generate and monitor the desired (or defined) IEDF width (or IEDF shape) and ion energy. It will be further appreciated that the method can be used to produce and monitor more than one ion energy, each having its own IEDF width (or IEDF shape). For example, by providing a first power supply voltage V PS in first, third, and fifth cycles, and a second power supply voltage in second, fourth, and sixth cycles, Two different narrow ion energies can be achieved for ions arriving at the surface (eg, FIG. 42A). Using three different power supply voltages results in three different ion energies (eg, FIG. 42B). By varying the time at which each of the plurality of power supply voltages is applied or the number of cycles in which each power supply voltage level is applied, the ion flux of different ion energies can be controlled (e.g., FIG. 42C).

上記の議論は、プラズマ処理中に基板の表面に到達するイオンのイオンエネルギーならびにIEDF幅および/またはIEDF形状を制御するために、電力供給部によって提供される周期的電圧関数を、イオン電流補償構成要素によって提供されるイオン電流補償と組み合わせることがどのように使用されることができるかを示している。   The above discussion describes the periodic voltage function provided by the power supply to control the ion energy and the IEDF width and / or IEDF shape of the ions that reach the surface of the substrate during plasma processing. Fig. 2 shows how a combination with ion current compensation provided by the element can be used.

これまで記述された制御のうちのいくつかは、(1)固定波形(波形の連続サイクルが同一である)、(2)イオンエネルギーおよびIEDFに比例する少なくとも2つの部分(例えば、図14で図示される第3および第4の部分1406および1408)を有する波形、および(3)波形の異なる特徴の正確な監視を可能にする高いサンプリングレート(例えば、125MHz)のいくつかの組み合わせを使用することによって、可能にされる。例えば、線形増幅器等の従来技術が、修正された周期的電圧関数に類似する波形を基板に送信する場合、サイクル間の望ましくない変動が、イオンエネルギーまたはIEDF幅(またはIEDF形状)を特徴付けるために、これらの従来技術の波形を使用することを困難にする。   Some of the controls described thus far include (1) a fixed waveform (the continuous cycle of the waveform is the same), (2) at least two parts proportional to ion energy and IEDF (eg, illustrated in FIG. 14). Using several combinations of waveforms having third and fourth portions 1406 and 1408), and (3) a high sampling rate (eg, 125 MHz) that allows accurate monitoring of the different features of the waveform Enabled by. For example, if a prior art such as a linear amplifier transmits a waveform to the substrate that resembles a modified periodic voltage function, undesirable variations between cycles may characterize ion energy or IEDF width (or IEDF shape). Making it difficult to use these prior art waveforms.

線形増幅器が基板支持部にバイアスをかけるために使用されている場合、波形がサイクル毎に一貫しておらず、したがって、波形の特徴(例えば、パルス間の部分の傾き)が典型的には有用な情報を提供しないであろうため、高い割合でサンプリングする必要性が認められていない。本開示および関連開示で見られるような、そのような有用な情報は、固定波形が使用されるとき、生じない。   If a linear amplifier is used to bias the substrate support, the waveform is not consistent from cycle to cycle, so waveform features (eg, slope of the portion between pulses) are typically useful The need to sample at a high rate is not recognized. Such useful information, as found in this disclosure and related disclosures, does not occur when fixed waveforms are used.

本明細書で開示された固定波形および高いサンプリングレートはさらに、より正確な統計観察を可能にさせる。この増加した精度により、修正された周期的電圧関数の種々の特性を監視することを介して、プラズマ源およびチャンバ内のプラズマの動作および処理特性を監視することができる。例えば、修正された周期的電圧関数の測定は、シース容量およびイオン電流の遠隔監視を可能にし、チャンバプロセスまたは他のチャンバ詳細の知識を伴わずに監視されることができる。いくつかの実施例が、続き、ソースおよびチャンバの非侵襲的監視および故障検出のために、これまで記述されたシステムおよび方法を使用されることができる、多数の方法のうちのいくつかのみを例証する。   The fixed waveforms and high sampling rates disclosed herein further allow for more accurate statistical observation. With this increased accuracy, the operating and processing characteristics of the plasma source and the plasma in the chamber can be monitored through monitoring various characteristics of the modified periodic voltage function. For example, a modified periodic voltage function measurement allows remote monitoring of sheath volume and ion current and can be monitored without knowledge of chamber processes or other chamber details. Some examples follow, and only a few of the many methods that can be used with the systems and methods described so far for non-invasive monitoring and fault detection of sources and chambers. Illustrate.

監視の実施例として、図14を参照すると、波形1400のDCオフセットは、プラズマ源(以降では「ソース」と称される)の健全性を表すことができる。別の実施例では、修正された周期的電圧関数のパルスの最上部分1404(第2の部分)の傾きは、ソース内の減衰効果に関連させられることができる。(0に等しい傾きを有するものとして図示される)水平からの最上部分1404の傾きの標準偏差は、波形1400のある側面に基づいてソースの健全性を監視する別の方法である。別の側面は、修正された周期的電圧関数の第4の部分1408に沿ってサンプリングされたV点の標準偏差を測定し、標準偏差をチャンバ共鳴に関連させることを伴う。例えば、この標準偏差が連続パルスの間で監視され、標準偏差が経時的に増加する場合、これは、チャンバ内、例えば、静電チャック内に共鳴があることを示し得る。共鳴は、チャンバへの、またはチャンバ内の不良な電気接続の兆候、あるいは付加的な不要インダクタンスまたは容量の兆候であり得る。 As an example of monitoring, referring to FIG. 14, the DC offset of waveform 1400 may represent the health of the plasma source (hereinafter referred to as “source”). In another example, the slope of the top portion 1404 (second portion) of the pulse of the modified periodic voltage function can be related to the attenuation effect in the source. The standard deviation of the slope of the top portion 1404 from horizontal (shown as having a slope equal to 0) is another way to monitor the health of the source based on certain aspects of the waveform 1400. Another aspect involves measuring the standard deviation of the V 0 sampled along the fourth portion 1408 of the modified periodic voltage function and relating the standard deviation to the chamber resonance. For example, if this standard deviation is monitored between successive pulses and the standard deviation increases over time, this may indicate that there is resonance in the chamber, eg, in the electrostatic chuck. Resonance can be a sign of poor electrical connection to or in the chamber, or a sign of additional unwanted inductance or capacity.

図32は、本開示の一実施形態による、基板支持部に送達される2つの修正された周期的電圧関数波形を図示する。比較されたとき、2つの修正された周期的電圧関数は、チャンバ整合、または原位置異常あるいは故障検出に使用されることができる。例えば、2つの修正された周期的電圧関数のうちの1つは、基準波形であり得、第2の関数は、較正中にプラズマ処理チャンバから得ることができる。2つの修正された周期的電圧関数の間の差(例えば、ピーク間電圧VPPの差)は、プラズマ処理チャンバを較正するために使用されることができる。代替として、第2の修正された周期的電圧関数が、処理中に基準波形と比較されることができ、波形特性の任意の差(例えば、シフト)は、故障を示すことができる(例えば、修正された周期的電圧関数の第4の部分3202の傾きの差)。 FIG. 32 illustrates two modified periodic voltage function waveforms delivered to a substrate support, according to one embodiment of the present disclosure. When compared, the two modified periodic voltage functions can be used for chamber alignment or in-situ or fault detection. For example, one of the two modified periodic voltage functions can be a reference waveform and the second function can be obtained from a plasma processing chamber during calibration. The difference between the two modified periodic voltage functions (eg, the difference in peak-to-peak voltage V PP ) can be used to calibrate the plasma processing chamber. Alternatively, the second modified periodic voltage function can be compared to a reference waveform during processing, and any difference in waveform characteristics (eg, shift) can indicate a fault (eg, The slope difference of the fourth portion 3202 of the modified periodic voltage function).

図33は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化を示すことができる、イオン電流波形を図示する。本システムの故障および異常を識別するために、図33で図示されるもの等のイオン電流Iの変動が分析されることができる。例えば、図33の周期的変動は、プラズマ源(例えば、プラズマ電力供給部102)における低周波数不安定性を示し得る。そのようなイオン電流Iの変動はまた、プラズマ密度の周期的変化を示すこともできる。この指標およびそれが示し得る可能性として考えられる故障または異常は、特に有利にイオン電流Iの遠隔監視が使用されることができる多くの方法のうちの1つにすぎない。 FIG. 33 illustrates ion current waveforms that can indicate plasma source instability or changes in plasma density. To identify faults and anomalies in the system, variations in ion current I I such as that illustrated in FIG. 33 can be analyzed. For example, the periodic variation in FIG. 33 may indicate low frequency instability in the plasma source (eg, plasma power supply 102). Such variations in ion current I I can also indicate a periodic change in plasma density. This indication and the possible failure or anomaly it may indicate is only one of many ways in which remote monitoring of the ionic current I I can be used particularly advantageously.

図34は、非周期的形状を有する、修正された周期的電圧関数波形のイオン電流Iを図示する。イオン電流Iの本実施例は、プラズマ源の不安定性またはプラズマ密度の変化等の非周期的変動を示すことができる。そのような変動はまた、アーク放電、寄生プラズマの形成、またはプラズマ密度のドリフト等の種々のプラズマの不安定性を示し得る。 FIG. 34 illustrates an ion current I I of a modified periodic voltage function waveform having an aperiodic shape. This embodiment of the ionic current I I can exhibit non-periodic variations such as plasma source instability or changes in plasma density. Such fluctuations may also indicate various plasma instabilities such as arcing, parasitic plasma formation, or plasma density drift.

図35は、バイアス供給部内の故障を示すことができる修正された周期的電圧関数波形を図示する。第3の図示したサイクルの最上部分(第2の部分とも称される)は、バイアス供給部(例えば、図12の電力供給部1206)内の共鳴を示し得る異常挙動を示す。この共鳴は、バイアス供給部内の故障の指示であり得る。共鳴のさらなる分析は、電力システム内の故障を識別することに役立つ特性を識別し得る。   FIG. 35 illustrates a modified periodic voltage function waveform that can indicate a failure in the bias supply. The uppermost portion of the third illustrated cycle (also referred to as the second portion) exhibits anomalous behavior that may indicate resonance in a bias supply (eg, power supply 1206 in FIG. 12). This resonance can be an indication of a failure in the bias supply. Further analysis of the resonance may identify characteristics that help identify faults in the power system.

図36は、システムの容量の動的(または非線形)変化を示すことができる修正された周期的電圧関数波形を図示する。例えば、電圧に非線形に依存する浮遊容量が、そのような修正された周期的電圧関数をもたらし得る。別の実施例では、チャックにおけるプラズマ破壊または故障もまた、そのような修正された周期的電圧関数をもたらし得る。3つの図示したサイクルの各々では、各サイクルの第4の部分3602における非線形性が、システム容量の動的変化を示すことができる。例えば、システム容量の他の構成要素は、大部分が固定されるため、非線形性が、シース容量の変化を示すことができる。   FIG. 36 illustrates a modified periodic voltage function waveform that can show a dynamic (or non-linear) change in system capacity. For example, stray capacitance that is nonlinearly dependent on voltage can provide such a modified periodic voltage function. In another example, plasma breakdown or failure in the chuck can also result in such a modified periodic voltage function. In each of the three illustrated cycles, the non-linearity in the fourth portion 3602 of each cycle can indicate a dynamic change in system capacity. For example, because other components of the system capacity are largely fixed, non-linearity can indicate a change in sheath capacity.

図37は、プラズマ密度の変化を示し得る修正された周期的電圧関数波形を図示する。図示した修正された周期的電圧関数は、プラズマ密度の変化を示すことができる、傾きdV/dtの単調なシフトを示す。これらの単調なシフトは、プロセスエッチング終点等の予測事象の直接指示を提供することができる。他の実施形態では、これらの単調なシフトは、いかなる予測事象も存在しない場合、プロセスの故障を示すことができる。 FIG. 37 illustrates a modified periodic voltage function waveform that may indicate a change in plasma density. The modified periodic voltage function shown shows a monotonic shift of the slope dV 0 / dt that can indicate a change in plasma density. These monotonic shifts can provide a direct indication of predictive events such as process etch endpoints. In other embodiments, these monotonic shifts may indicate a process failure if no predictive event is present.

図38は、異なるプロセス実行に対するイオン電流のサンプリングを図示し、イオン電流のドリフトは、システムドリフトを示すことができる。各データ点は、所与の実行に対するイオン電流を表すことができ、許容限界は、許容イオン電流を定義するユーザ定義または自動限界である。イオン電流を許容限界の上方に徐々に押し上げる、イオン電流のドリフトは、基板損傷が起こり得ることを示し得る。このタイプの監視はまた、光学的発光厚さ測定等の任意の数の他の従来のモニタと組み合わせられることもできる。イオン電流ドリフトを監視することに加えて、これらの従来のタイプのモニタは、既存の監視および統計制御を増進することができる。   FIG. 38 illustrates ion current sampling for different process runs, and ion current drift can indicate system drift. Each data point can represent an ion current for a given run, and the tolerance limit is a user-defined or automatic limit that defines the tolerance ion current. Ion current drift, which gradually pushes the ion current above acceptable limits, may indicate that substrate damage may occur. This type of monitoring can also be combined with any number of other conventional monitors, such as optical emission thickness measurements. In addition to monitoring ion current drift, these conventional types of monitors can enhance existing monitoring and statistical control.

図39は、異なるプロセスパラメータに対するイオン電流のサンプリングを図示する。この説明図では、イオン電流は、異なるプロセスおよび異なるプロセス特性を区別するための性能指数として使用されることができる。そのようなデータは、プラズマレシピおよびプロセスの開発で使用されることができる。例えば、11個の図示したイオン電流データ点をもたらす11個のプロセス条件が試験されることができ、理想的なプロセスとして、または代替案では好ましいプロセスとして、好ましいイオン電流をもたらすプロセスが選択されることができる。例えば、最低イオン電流が理想的なプロセスとして選択され得、その後、プロセスが好ましいプロセス条件を用いて実行されているかどうかを判断するために、好ましいプロセスに関連付けられるイオン電流を測定基準として使用することができる。この性能指数は、いくつか非限定的な実施例を挙げると、割合、選択性、およびプロファイル角度等の類似する従来の測定基準特性に加えて、またはその代替案として、使用することができる。   FIG. 39 illustrates ion current sampling for different process parameters. In this illustration, the ionic current can be used as a figure of merit to distinguish different processes and different process characteristics. Such data can be used in the development of plasma recipes and processes. For example, eleven process conditions that yield eleven illustrated ion current data points can be tested, and the process that yields the preferred ion current is selected as an ideal process or, alternatively, as a preferred process. be able to. For example, the lowest ion current can be selected as an ideal process, and then using the ion current associated with the preferred process as a metric to determine whether the process is being performed using the preferred process conditions Can do. This figure of merit can be used in addition to, or as an alternative to, similar conventional metric characteristics such as percentage, selectivity, and profile angle, to name a few non-limiting examples.

図40は、チャンバ内にプラズマを伴わずに監視された、2つの修正された周期的電圧関数を図示する。これら2つの修正された周期的電圧関は、プラズマチャンバを特徴付けるために比較され、使用されることができる。実施形態では、第1の修正された周期的電圧関数が、基準波形であり得る一方で、第2の修正された周期的電圧関数は、現在監視されている波形であり得る。これらの波形は、処理チャンバ内にプラズマを伴わずに、例えば、チャンバ清掃または予防保守後に得られることができ、したがって、第2の波形は、産生への(または産生へ戻す)チャンバの解放に先立って、チャンバの電気的状態の検証を提供するために使用されることができる。   FIG. 40 illustrates two modified periodic voltage functions monitored without plasma in the chamber. These two modified periodic voltage functions can be compared and used to characterize the plasma chamber. In an embodiment, the first modified periodic voltage function may be a reference waveform, while the second modified periodic voltage function may be a currently monitored waveform. These waveforms can be obtained without plasma in the processing chamber, for example after chamber cleaning or preventive maintenance, so the second waveform is for the release of the chamber to production (or back to production). Prior to that, it can be used to provide verification of the electrical state of the chamber.

図41は、プラズマプロセスの正当性を立証するために使用されることができる2つの修正された周期的電圧関数を図示する。第1の修正された周期的電圧関数が、基準波形であり得る一方で、第2の修正された周期的電圧関数は、現在監視されている波形であり得る。現在監視されている波形は、基準波形と比較されることができ、任意の差は、別様に従来の監視方法を使用して検出可能ではない、寄生および/または非寄生インピーダンス問題を示し得る。例えば、図35の波形上で見られる共鳴が検出され得、それは、電力供給部内の共鳴を表すことができる。   FIG. 41 illustrates two modified periodic voltage functions that can be used to validate the plasma process. The first modified periodic voltage function can be a reference waveform, while the second modified periodic voltage function can be a waveform that is currently being monitored. The currently monitored waveform can be compared to a reference waveform, and any difference may indicate parasitic and / or non-parasitic impedance problems that are otherwise not detectable using conventional monitoring methods. . For example, a resonance seen on the waveform of FIG. 35 can be detected, which can represent a resonance in the power supply.

イオン電流補償Ic、イオン電流I、および/またはシース容量Csheathを更新するために方法3000が循環している間、図32−41で図示される測定基準のうちのいずれかを監視することができる。例えば、各イオン電流Iサンプルが図38で得られた後、方法3000は、更新されたイオン電流Iを決定するためにサンプリング3004に戻ることができる。別の実施例では、監視動作の結果として、イオン電流I、イオンエネルギーeV、またはIEDF幅の補正が所望され得る。対応する補正を行うことができ、方法3000は、方程式3を満たす新しいイオン電流補償Icを見出すためにサンプリング3004に戻ることができる。 Monitoring any of the metrics illustrated in FIGS. 32-41 while the method 3000 is cycled to update the ion current compensation Ic, ion current I I , and / or sheath capacitance C sheath Can do. For example, after each ion current I I sample is obtained in FIG. 38, the method 3000 can return to sampling 3004 to determine an updated ion current I I. In another example, correction of ion current I I , ion energy eV, or IEDF width may be desired as a result of the monitoring operation. Corresponding corrections can be made and method 3000 can return to sampling 3004 to find a new ion current compensation Ic that satisfies Equation 3.

当業者であれば、図30、31、および43で図示される方法が、いかなる特定の、または説明された動作順も必要とせず、または図によって図示される、あるいは図中で示唆されるいかなる順番にも限定されないことを認識するであろう。例えば、測定基準(図32−41)は、IEDF幅および/またはイオンエネルギーeVを設定し、監視する前、間、または後に監視されることができる。   A person skilled in the art does not require any particular or illustrated operating order, or any of the methods illustrated in or suggested by the figures, as illustrated in FIGS. 30, 31, and 43. It will be appreciated that the order is not limited. For example, the metric (FIGS. 32-41) can be monitored before, during, or after setting and monitoring the IEDF width and / or ion energy eV.

図44は、本明細書で開示されるシステムにおける異なる点での種々の波形を図示する。スイッチモード電力供給部の切り替え構成要素に対する図示した切り替えパターン4410、電力供給部電圧VPS4406(本明細書では周期的電圧関数とも称される)、イオン電流補償Ic4404、修正された周期的電圧関数4402、および基板電圧Vsub4412を考慮すると、IEDFは、図示した幅4414(一定の縮尺で描かれない場合がある)またはIEDF形状4414を有する。この幅は、本開示が「狭小幅」と称しているものより広い。示されるように、イオン電流補償Ic4404がイオン電流Iより大きいとき、基板電圧Vsub4412は一定ではない。IEDF幅4414は、基板電圧Vsub4412のパルス間の傾き部分の電圧差に比例する。 FIG. 44 illustrates various waveforms at different points in the system disclosed herein. Illustrated switching pattern 4410, power supply voltage V PS 4406 (also referred to herein as a periodic voltage function), ion current compensation Ic 4404, modified periodic voltage function for switching components of the switch mode power supply Considering 4402 and the substrate voltage V sub 4412, the IEDF has the illustrated width 4414 (which may not be drawn to scale) or the IEDF shape 4414. This width is wider than what this disclosure refers to as “narrow width”. As shown, the substrate voltage V sub 4412 is not constant when the ion current compensation Ic 4404 is greater than the ion current I I. The IEDF width 4414 is proportional to the voltage difference of the slope portion between the pulses of the substrate voltage V sub 4412.

この非狭小IEDF幅4414を考慮すると、本明細書で開示される方法は、I=Iとなる(または代替案では方程式2に従って関係付けられる)まで、イオン電流補償Icが調節されることを要求する。図45は、イオン電流Iに一致させるために、イオン電流補償Icの最終増加的変化を生じることの効果を図示する。I=Iであるとき、基板電圧Vsub4512は、実質的に一定になり、IEDF幅4514は、非狭小幅から狭くなる。 Considering this non-narrow IEDF width 4414, the method disclosed herein is such that the ionic current compensation Ic is adjusted until I C = I I (or alternatively related according to Equation 2). Request. FIG. 45 illustrates the effect of producing a final incremental change in ion current compensation Ic to match the ion current I I. When I C = I I , the substrate voltage V sub 4512 becomes substantially constant, and the IEDF width 4514 decreases from a non-narrow width.

いったん狭小IEDFが達成されると、図46で図示されるように、イオンエネルギーを所望の値または定義された値に調節することができる。ここで、電力供給部電圧(または代替案ではスイッチモード電力供給部のバス電圧Vbus)の規模が減少させられる(例えば、電力供給部電圧4606のパルスの最大負振幅が低減させられる)。結果として、ΔVは、ピーク間電圧がVPP1からVPP2まで減少するように、ΔVまで減少する。その結果として、実質的に一定の基板電圧Vsub4608の規模が減少し、したがって、狭小IEDF幅を維持しながら、イオンエネルギーの規模を4615から4614へ減少させる。 Once the narrow IEDF is achieved, the ion energy can be adjusted to a desired or defined value, as illustrated in FIG. Here, the magnitude of the power supply voltage (or alternatively the switch mode power supply bus voltage V bus ) is reduced (eg, the maximum negative amplitude of the pulse of the power supply voltage 4606 is reduced). As a result, ΔV 1 decreases to ΔV 2 so that the peak-to-peak voltage decreases from V PP1 to V PP2 . As a result, the magnitude of the substantially constant substrate voltage V sub 4608 is reduced, thus reducing the magnitude of the ion energy from 4615 to 4614 while maintaining a narrow IEDF width.

イオンエネルギーが調節されようとされまいと、図47に示されるように狭小IEDF幅が達成された後に、IEDF幅を広げることができる。ここで、I=I(または代替案では、IとIとの間の関係を生じる方程式2)を考慮して、Iを調節することができ、したがって、修正された周期的電圧関数4702のパルス間の部分の傾きを変化させる。イオン電流補償Icおよびイオン電流Iが等しくないことの結果として、基板電圧は、実質的に一定から非一定に移動する。さらなる結果は、IEDF幅4714が狭小IEDF4714から非狭小IEDF4702まで拡張することである。IがIから離れて調節されるほど、IEDF4714幅が大きくなる。 Whether or not the ion energy is adjusted, the IEDF width can be increased after the narrow IEDF width is achieved as shown in FIG. Here, I C can be adjusted to take into account I I = I C (or, in the alternative, the equation 2 that yields the relationship between I I and I C ), and thus modified periodic The slope of the part between the pulses of the voltage function 4702 is changed. As a result of unequal ion current compensation Ic and ion current I I , the substrate voltage moves from substantially constant to non-constant. A further result is that the IEDF width 4714 extends from a narrow IEDF 4714 to a non-narrow IEDF 4702. The more I C is adjusted away from I I , the greater the IEDF 4714 width.

図48は、各イオンエネルギーレベルが狭小IEDF4814幅を有する、1つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる電力供給部電圧の1つのパターンを図示する。電力供給部電圧4806の規模が、各サイクルで交互する。これは、修正された周期的電圧関数4802の各サイクルに対して交互するΔVおよびピーク間電圧をもたらす。基板電圧4812は、順に、基板電圧のパルス間で交互する2つの実質的に一定の電圧を有する。これは、各々が狭小IEDF4814幅を有する、2つの異なるイオンエネルギーをもたらす。   FIG. 48 illustrates one pattern of power supply voltages that can be used to achieve more than one ion energy level, with each ion energy level having a narrow IEDF 4814 width. The magnitude of the power supply voltage 4806 alternates with each cycle. This results in alternating ΔV and peak-to-peak voltages for each cycle of the modified periodic voltage function 4802. The substrate voltage 4812 in turn has two substantially constant voltages that alternate between pulses of the substrate voltage. This results in two different ion energies, each having a narrow IEDF 4814 width.

図49は、各イオンエネルギーレベルが狭小IEDF4914幅を有する、1つより多くのイオンエネルギーレベルを達成するために使用されることができる、電力供給部電圧の別のパターンを図示する。ここで、電力供給部電圧4906は、2つの異なる規模の間で交互するが、交互する前の2つのサイクルに対して1度にそのようにする。示されるように、平均イオンエネルギーは、VPS4906がサイクル毎に交互させられた場合と同一である。これは、同一のイオンエネルギーを達成するために、VPS4906の種々の他のパターンがどのようにして使用されることができるかの一実施例のみを示す。 FIG. 49 illustrates another pattern of power supply voltages that can be used to achieve more than one ion energy level, with each ion energy level having a narrow IEDF 4914 width. Here, the power supply voltage 4906 alternates between two different magnitudes, but does so once for the two previous cycles. As shown, the average ion energy is the same as when V PS 4906 is alternated from cycle to cycle. This shows only one example of how various other patterns of V PS 4906 can be used to achieve the same ion energy.

図50は、定義されたIEDF5014を生成するために使用されることができる電力供給部電圧VPS5006およびイオン電流補償I5004の1つの組み合わせを図示する。ここで、交互する電力供給部電圧5006が、2つの異なるイオンエネルギーをもたらす。加えて、イオン電流Iから離してイオン電流補償5004を調節することによって、各イオンエネルギーのIEDF5014幅を拡張することができる。イオンエネルギーが、図示した実施形態のように十分に近い場合、両方のイオンエネルギーのIEDF5014が重なり、1つの大きいIEDF5014をもたらすであろう。他の実施例が可能であるが、本実施例は、定義されたイオンエネルギーおよび定義されたIEDF5014を達成するために、VPS5006およびI5004への調節の組み合わせをどのようにして使用することができるかを示すように意図されている。 FIG. 50 illustrates one combination of power supply voltage V PS 5006 and ion current compensation I C 5004 that can be used to generate a defined IEDF 5014. Here, alternating power supply voltages 5006 result in two different ion energies. In addition, the IEDF 5014 width of each ion energy can be expanded by adjusting the ion current compensation 5004 away from the ion current I I. If the ion energy is close enough as in the illustrated embodiment, IEDF 5014 of both ion energies will overlap, resulting in one large IEDF 5014. While other embodiments are possible, this embodiment uses a combination of adjustments to V PS 5006 and I C 5004 to achieve a defined ion energy and a defined IEDF 5014. Is intended to show what can be done.

次に、図17Aおよび17Bを参照すると、本発明の他の実施形態を描写する、ブロック図が、示される。示されるように、これらの実施形態における基板支持部1708は、静電チャック1782を含み、静電チャック供給部1780は、電力を静電チャック1782に印加するために利用される。いくつかの変形例では、図17Aに描写されるように、静電チャック供給部1780は、電力を直接基板支持部1708に印加するように位置付けられ、他の変形例では、静電チャック供給部1780は、スイッチモード電力供給部と関連して、電力を印加するように位置付けられる。直列チャッキングは、別個の供給部によって、またはコントローラの使用によって行われることができ、正味DCチャッキング関数をもたらすことに留意されたい。このDC結合された(例えば、阻止コンデンサなし)直列チャッキング機能では、他のRF源との望ましくない干渉を最小限にすることができる。   Referring now to FIGS. 17A and 17B, a block diagram depicting another embodiment of the present invention is shown. As shown, the substrate support 1708 in these embodiments includes an electrostatic chuck 1782 and the electrostatic chuck supply 1780 is utilized to apply power to the electrostatic chuck 1782. In some variations, as depicted in FIG. 17A, the electrostatic chuck supply 1780 is positioned to apply power directly to the substrate support 1708; in other variations, the electrostatic chuck supply 1780 The 1780 is positioned to apply power in conjunction with the switch mode power supply. Note that serial chucking can be done by a separate supply or by the use of a controller, resulting in a net DC chucking function. This DC coupled (eg, no blocking capacitor) series chucking function can minimize undesired interference with other RF sources.

図18には、概して、プラズマ密度を生成するように機能するプラズマ電力供給部1884も、スイッチモード電力供給部1806および静電チャック供給部1880とともに、基板支持部1808を駆動するように構成されている本発明のさらに別の実施形態を描写するブロック図が示される。この実装では、プラズマ電力供給部1884、静電チャック供給部1880、およびスイッチモード電力供給部1806の各々は、別個のアセンブリ内に常駐し得るか、または供給部1806、1880、1884のうちの2つ以上は、同一物理的アセンブリ内に常駐するように構築され得る。有利には、図18に描写される実施形態は、上部電極1886(例えば、シャワーヘッド)を電気的に接地させ、電気的対称性とより少ないアーク放電事象による低減された損傷レベルとを得ることを可能にする。   In FIG. 18, the plasma power supply 1884 that generally functions to generate plasma density is also configured to drive the substrate support 1808 along with the switch mode power supply 1806 and the electrostatic chuck supply 1880. A block diagram depicting yet another embodiment of the present invention is shown. In this implementation, each of plasma power supply 1884, electrostatic chuck supply 1880, and switch mode power supply 1806 can reside in separate assemblies or two of supplies 1806, 1880, 1884. One or more can be constructed to reside in the same physical assembly. Advantageously, the embodiment depicted in FIG. 18 electrically grounds the top electrode 1886 (eg, showerhead) to obtain electrical symmetry and reduced damage levels due to fewer arcing events. Enable.

図19を参照すると、本発明のなおも別の実施形態を描写するブロック図が示される。描写されるように、本実施形態におけるスイッチモード電力供給部1906は、追加のプラズマ電力供給部の必要性なく(例えば、プラズマ電力供給部102、202、1202、1702、1884を伴わずに)、基板にバイアスをかけ、プラズマを点火(および、持続)するように電力を基板支持部およびチャンバ1904に印加するよう構成される。例えば、スイッチモード電力供給部1806は、プラズマを点火し、持続させる一方、バイアスを基板支持部に提供するために十分である、デューティサイクルで動作され得る。   Referring to FIG. 19, a block diagram depicting yet another embodiment of the present invention is shown. As depicted, the switch mode power supply 1906 in this embodiment does not require an additional plasma power supply (eg, without the plasma power supplies 102, 202, 1202, 1702, 1884), Power is applied to the substrate support and chamber 1904 to bias the substrate and ignite (and sustain) the plasma. For example, the switch mode power supply 1806 can be operated with a duty cycle that is sufficient to ignite and sustain the plasma while providing a bias to the substrate support.

次に、図20を参照すると、図1−19を参照して説明された実施形態に関連して利用され得る、制御部分の入力パラメータおよび制御出力のブロック図が、描写される。制御部分の描写は、本明細書で論じられる実施形態に関連して利用され得る、例示的制御入力および出力の簡略化された描写を提供することが意図される。すなわち、ハードウェア略図であることは、意図されない。実際の実装では、描写される制御部分は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実現され得る、いくつかの個別的な構成要素間に分散され得る。   Referring now to FIG. 20, a block diagram of the control portion input parameters and control output that may be utilized in connection with the embodiment described with reference to FIGS. 1-19 is depicted. The depiction of the control portion is intended to provide a simplified depiction of exemplary control inputs and outputs that may be utilized in connection with the embodiments discussed herein. That is, it is not intended to be a hardware schematic. In an actual implementation, the depicted control portion may be distributed among several individual components that may be realized by hardware, software, firmware, or a combination thereof.

本明細書で以前に論じられる実施形態を参照すると、図20に描写されるコントローラは、図1を参照して説明される、コントローラ112、図2を参照して説明される、コントローラ212およびイオンエネルギー制御220構成要素、図8を参照して説明される、コントローラ812およびイオンエネルギー制御部分820、図12を参照して説明される、イオン電流補償構成要素1260、図13を参照して説明される、電流コントローラ1362、図16に描写される、Icc制御、それぞれ、図17Aおよび17Bに描写される、コントローラ1712A、1712B、ならびにそれぞれ、図18および19に描写される、コントローラ1812、1912のうちの1つ以上の機能性を提供し得る。   Referring to the embodiments previously discussed herein, the controller depicted in FIG. 20 is the controller 112, described with reference to FIG. 1, the controller 212, described with reference to FIG. Energy control 220 component, described with reference to FIG. 8, controller 812 and ion energy control portion 820, described with reference to FIG. 12, ion current compensation component 1260, described with reference to FIG. Current controller 1362, depicted in FIG. 16, Icc control, depicted in FIGS. 17A and 17B, controllers 1712A, 1712B, and controllers 1812, 1912, respectively, depicted in FIGS. 18 and 19, respectively. One or more functionalities may be provided.

示されるように、制御部分への入力として利用され得る、パラメータは、図13および14を参照してより詳細に説明される、dVo/dtおよびΔVを含む。論じられるように、dVo/dtは、イオンエネルギー分布広がり入力ΔEと関連して利用され、図12、13、14、15A−C、および図16を参照して説明されるように、イオンエネルギー分布広がりの幅を制御する制御信号Iccを提供し得る。加えて、イオンエネルギー制御入力(Ei)は、随意のフィードバックΔVに関連して利用され、図1−11を参照してより詳細に説明されるように、イオンエネルギー制御信号(例えば、図3に描写されるVbusに影響を及ぼす)を生成し、所望の(定義された)イオンエネルギー分布をもたらし得る。また、多くの静電チャッキング実施形態と関連して利用され得る、別のパラメータは、効率的熱制御のために、静電力を提供し、ウエハをチャックに保持する、DCオフセット入力である。   As shown, parameters that can be utilized as inputs to the control portion include dVo / dt and ΔV, which are described in more detail with reference to FIGS. As discussed, dVo / dt is utilized in conjunction with the ion energy distribution spread input ΔE and as described with reference to FIGS. 12, 13, 14, 15A-C, and FIG. 16, ion energy distribution. A control signal Icc that controls the width of the spread may be provided. In addition, the ion energy control input (Ei) is utilized in connection with optional feedback ΔV and, as will be described in more detail with reference to FIGS. Can affect the depicted Vbus), resulting in the desired (defined) ion energy distribution. Another parameter that may be utilized in connection with many electrostatic chucking embodiments is a DC offset input that provides electrostatic force and holds the wafer to the chuck for efficient thermal control.

図21は、本開示のある実施形態による、プラズマ処理システム2100を図示する。システム2100は、基板2106(および他のプラズマプロセス)の上部表面2118をエッチングするために、プラズマ2104を封入する、プラズマ処理チャンバ2102を含む。プラズマは、プラズマ電力供給部2122によって給電されるプラズマ源2112によって生成される(例えば、原位置で、または遠隔で、または投射される)。プラズマ2104と基板2106の上部表面2118との間で測定されたプラズマシース電圧Vsheathは、プラズマ2104から、プラズマシース2115を横断するイオンを加速し、加速されたイオンを基板2106(または、フォトレジストによって保護されていない基板2106の一部)の上部表面2118に衝突させ、基板2106をエッチングさせる。プラズマ2104は、接地(例えば、プラズマ処理チャンバ2102壁)に対して、プラズマ電位Vにある。基板2106は、底部表面2120を有し、底部表面2120は、静電チャック2111と、静電チャック2111の上部表面2121と基板2106との間のチャッキング電位Vchuckとを介して、支持部2108に静電的に保持される。基板2106は、誘電性であり、したがって、上部表面2118の第1の電位Vと、底部表面2120の第2の電位Vとを有し得る。静電チャック2121の上部表面は、基板の底部表面2120と接触し、したがって、これらの2つの表面2120、2121は、同一の電位Vである。第1の電位V、チャッキング電位Vchuck、および第2の電位Vは、スイッチモード電力供給部2130によって生成され、第1の導体2124を介して、静電チャック2111に提供される、DCバイアスまたはオフセットを伴うAC波形を介して制御される。随意に、AC波形は、第1の導体2124を介して提供され、DC波形は、随意の第2の導体2125を介して提供される。スイッチモード電力供給部2130のACおよびDC出力は、同様に、スイッチモード電力供給部2130の種々の側面を制御するように構成されているコントローラ2132を介して、制御されることができる。 FIG. 21 illustrates a plasma processing system 2100 according to an embodiment of the present disclosure. System 2100 includes a plasma processing chamber 2102 that encloses plasma 2104 to etch an upper surface 2118 of substrate 2106 (and other plasma processes). The plasma is generated by a plasma source 2112 powered by a plasma power supply 2122 (eg, in situ, remotely, or projected). The plasma sheath voltage V sheath measured between the plasma 2104 and the top surface 2118 of the substrate 2106 accelerates ions from the plasma 2104 across the plasma sheath 2115 and causes the accelerated ions to move to the substrate 2106 (or photoresist). The upper surface 2118 of a portion of the substrate 2106 that is not protected by the substrate 2106, and the substrate 2106 is etched. Plasma 2104 is at a plasma potential V 3 with respect to ground (eg, plasma processing chamber 2102 wall). The substrate 2106 has a bottom surface 2120, and the bottom surface 2120 supports the support 2108 via an electrostatic chuck 2111 and a chucking potential V chuck between the top surface 2121 of the electrostatic chuck 2111 and the substrate 2106. Is held electrostatically. The substrate 2106 is dielectric and thus may have a first potential V 1 on the top surface 2118 and a second potential V 2 on the bottom surface 2120. The top surface of the electrostatic chuck 2121 is in contact with the bottom surface 2120 of the substrate, thus, these two surfaces 2120,2121 are identical potential V 2. The first potential V 1 , chucking potential V chuck , and second potential V 2 are generated by the switch mode power supply unit 2130 and provided to the electrostatic chuck 2111 via the first conductor 2124. Controlled via AC waveform with DC bias or offset. Optionally, the AC waveform is provided via first conductor 2124 and the DC waveform is provided via optional second conductor 2125. The AC and DC outputs of the switch mode power supply 2130 can similarly be controlled via a controller 2132 that is configured to control various aspects of the switch mode power supply 2130.

イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布は、第1の電位Vの関数である。スイッチモード電力供給部2130は、所望の(または定義された)イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布を生成することが分かっている所望の第1の電位Vをもたらすように調整されたAC波形を提供する。AC波形は、RFであり、図5、6、11、14、15a、15b、および15cに図示されるもの等の非正弦波波形を有することができる。第1の電位Vは、図14に図示される電圧ΔVの変化に比例し得る。第1の電位Vはまた、プラズマ電圧Vからプラズマシース電圧Vsheathを引いたものに等しい。しかし、プラズマ電圧Vは、多くの場合、プラズマシース電圧Vsheath(例えば、50V−2000V)と比較して、小さい(例えば、20V未満)ので、第1の電位Vおよびプラズマシース電圧Vsheathは、ほぼ等しく、実装の目的のため、等しいとして処理され得る。したがって、プラズマシース電圧Vsheathは、イオンエネルギーを左右するので、第1の電位Vは、イオンエネルギー分布に比例する。一定の第1の電位Vを維持することによって、プラズマシース電圧Vsheathは、一定であり、したがって、実質的に、全イオンが、同一のエネルギーを介して加速され、故に、狭域イオンエネルギー分布が、達成される。プラズマ電圧Vは、プラズマ源2112を介して、プラズマ2104に与えられるエネルギーから生じる。 Ion energy and ion energy distribution is a first function of the potential V 1. The switch mode power supply 2130 provides an AC waveform that is tuned to provide a desired first potential V 1 that is known to produce a desired (or defined) ion energy and ion energy distribution. . The AC waveform is RF and can have non-sinusoidal waveforms such as those illustrated in FIGS. 5, 6, 11, 14, 15a, 15b, and 15c. First potential V 1 was, be proportional to the change in voltage ΔV illustrated in Figure 14. The first potential V 1 is also equal to the plasma voltage V 3 minus the plasma sheath voltage V shear . However, the plasma voltage V 3 is often the plasma sheath voltage V sheath (e.g., 50 V-2000V) compared to a small (e.g., less than 20V), so the first potential V 1 and plasma sheath voltage V sheath Can be treated as being approximately equal and equal for implementation purposes. Therefore, since the plasma sheath voltage V sheath affects the ion energy, the first potential V 1 is proportional to the ion energy distribution. By maintaining a constant first potential V 1 , the plasma sheath voltage V shear is constant, so that substantially all ions are accelerated through the same energy, and thus narrow ion energy. Distribution is achieved. Plasma voltage V 3 arises from energy applied to plasma 2104 via plasma source 2112.

基板2106の上部表面2118における第1の電位Vは、静電チャック2111からの容量性充電とシース2115を通過する電子およびイオンからの電荷蓄積との組み合わせを介して形成される。スイッチモード電力供給部2130からのAC波形は、第1の電位Vが、実質的に一定のままであるように、シース2115を通るイオンおよび電子移動の影響と、基板2106の上部表面2118において結果として生じる電荷蓄積をオフセットするように調整される。 The first potential V 1 at the upper surface 2118 of the substrate 2106 is formed through a combination of capacitive charging from the electrostatic chuck 2111 and charge accumulation from electrons and ions passing through the sheath 2115. The AC waveform from the switch mode power supply 2130 shows the effects of ion and electron movement through the sheath 2115 and the upper surface 2118 of the substrate 2106 so that the first potential V 1 remains substantially constant. The resulting charge accumulation is adjusted to offset.

基板2106を静電チャック2111に保持するチャッキング力は、チャッキング電位Vchuckの関数である。スイッチモード電力供給部2130は、第2の電位Vが、第1の電位Vと異なる電位にあるように、DCバイアス、すなわち、DCオフセットをAC波形に提供する。この電位差は、チャッキング電圧Vchuckを生じさせる。チャッキング電圧Vchuckは、静電チャック2111の上部表面2221から基板2106の内側の基準層まで測定され得、基準層は、基板2106の底部表面2120を除く、基板の内側の任意の高度を含む(基準層の基板2106内の正確な場所は、変動し得る)。したがって、チャッキングは、第2の電位Vによって制御され、それに比例する。 The chucking force that holds the substrate 2106 on the electrostatic chuck 2111 is a function of the chucking potential V chuck . The switch mode power supply unit 2130 provides a DC bias, that is, a DC offset, to the AC waveform so that the second potential V 2 is at a potential different from the first potential V 1 . This potential difference generates a chucking voltage V chuck . The chucking voltage V chuck can be measured from the top surface 2221 of the electrostatic chuck 2111 to a reference layer inside the substrate 2106, which includes any elevation inside the substrate except the bottom surface 2120 of the substrate 2106. (The exact location of the reference layer in the substrate 2106 may vary). Therefore, chucking is controlled by the second electric potential V 2, proportional thereto.

ある実施形態では、第2の電位Vは、AC波形によって修正される、スイッチモード電力供給部2130のDCオフセットに等しい(言い換えると、DCオフセットを伴うAC波形であり、DCオフセットは、AC波形のピーク間電圧を上回る)。DCオフセットは、スイッチモード電力供給部2130出力のDC成分が、第2の電位V2を支配し、AC成分が、除外または無視され得るように、実質的に、AC波形より大きくあり得る。 In some embodiments, the second electric potential V 2 is modified by the AC waveform is equal to the DC offset of the switch mode power supply unit 2130 (in other words, an AC waveform with a DC offset, DC offset, the AC waveform Exceeding the peak-to-peak voltage). The DC offset may be substantially larger than the AC waveform so that the DC component of the switch mode power supply 2130 output dominates the second potential V2 and the AC component can be excluded or ignored.

基板2106内の電位は、第1および第2の電位V、V間で変動する。チャッキング電位Vchuck極性にかかわらず、基板2106と静電チャック2111との間のクーロン引力が存在するので、チャッキング電位Vchuckは、正または負(例えば、V>VまたはV<V)であり得る。 The potential in the substrate 2106 varies between the first and second potentials V 1 and V 2 . Regardless chucking voltage V chuck polarity, Coulomb attraction between the substrate 2106 and the electrostatic chuck 2111 is present, the chucking voltage V chuck is positive or negative (e.g., V 1> V 2 or V 1 < V 2 ).

スイッチモード電力供給部2130は、コントローラ2132とともに、決定論的に、かつセンサを伴わずに、種々の電圧を監視することができる。特に、イオンエネルギー(例えば、平均エネルギーおよびイオンエネルギー分布)は、AC波形のパラメータ(例えば、勾配および段階)に基づいて、決定論的に監視される。例えば、プラズマ電圧V、イオンエネルギー、およびイオンエネルギー分布は、スイッチモード電力供給部2130によって生み出されるAC波形のパラメータに比例する。特に、AC波形の立ち下がりエッジのΔV(例えば、図14参照)は、第1の電位V、したがって、イオンエネルギーに比例する。第1の電位Vを一定に維持することによって、イオンエネルギー分布は、狭域に維持される。 The switch mode power supply unit 2130 can monitor various voltages together with the controller 2132 deterministically and without a sensor. In particular, ion energy (eg, average energy and ion energy distribution) is deterministically monitored based on AC waveform parameters (eg, slope and stage). For example, the plasma voltage V 3 , ion energy, and ion energy distribution are proportional to the parameters of the AC waveform produced by the switch mode power supply 2130. In particular, the ΔV (eg, see FIG. 14) of the falling edge of the AC waveform is proportional to the first potential V 1 and hence the ion energy. By maintaining the first potential V 1 constant, the ion energy distribution is maintained in a narrow region.

第1の電位Vは、直接、測定されることができず、スイッチモード電力供給部出力と第1の電圧Vとの間の相関は、基板2106の静電容量および処理パラメータに基づいて、変動し得るが、ΔVと第1の電位Vとの間の比例定数は、短い処理時間の経過後、実験的に決定されることができる。例えば、AC波形の立ち下がりエッジΔVが、50Vであって、比例定数が、所与の基板およびプロセスに対して、2であることが実験的に見出される場合、第1の電位V1は、100Vであることが予期され得る。ステップ電圧ΔVと第1の電位V(したがって、イオンエネルギーeV)との間の比例は、方程式4によって表される。したがって、イオンエネルギーおよびイオンエネルギー分布とともに、第1の電位Vは、プラズマ処理チャンバ2102の内側に任意のセンサを伴わずに、スイッチモード電力供給部のAC波形の知識に基づいて、決定されることができる。加えて、スイッチモード電力供給部2130は、コントローラ2132とともに、チャッキングが生じているかどうか(例えば、基板2106が、チャッキング電位Vchuckを介して、静電チャック2111に保持されているかどうか)を監視することができる。 The first potential V 1 cannot be measured directly, and the correlation between the switch mode power supply output and the first voltage V 1 is based on the capacitance of the substrate 2106 and the processing parameters. The proportionality constant between ΔV and the first potential V 1 can be determined empirically after a short processing time. For example, if the AC waveform falling edge ΔV is 50V and the proportionality constant is experimentally found to be 2 for a given substrate and process, the first potential V1 is 100V Can be expected. The proportionality between the step voltage ΔV and the first potential V 1 (hence the ion energy eV) is represented by Equation 4. Thus, along with the ion energy and ion energy distribution, the first potential V 1 is determined based on the knowledge of the AC waveform of the switch mode power supply without any sensors inside the plasma processing chamber 2102. be able to. In addition, the switch mode power supply unit 2130, together with the controller 2132, determines whether or not chucking has occurred (for example, whether or not the substrate 2106 is held by the electrostatic chuck 2111 via the chucking potential V chuck ). Can be monitored.

デチャッキングは、チャッキング電位Vchuckを排除または低下させることによって行なわれる。これは、第2の電位Vを第1の電位Vに等しく設定することによって行なわれることができる。言い換えると、DCオフセットおよびAC波形は、チャッキング電圧Vchuckを0Vに近づかせるために、調節されることができる。従来のデチャッキング方法と比較して、システム2100は、DCオフセットおよびAC波形の両方が、デチャッキングを達成するように調節されることができるため、より高速のデチャッキング、したがって、より多くの処理量を達成する。また、DCおよびAC電源が、スイッチモード電力供給部2130内にあるとき、それらの回路は、より統合され、より一緒に近接し、単一コントローラ2132を介して制御され(DCおよびAC電源の典型的並列配列と比較して)、出力をより高速で変化させることができる。本明細書に開示される実施形態によって可能にされるデチャッキングの速度はまた、プラズマ2104が消弧された後、または少なくともプラズマ源2112からの電力がオフにされた後、デチャッキングを可能にする。 Dechucking is performed by eliminating or reducing the chucking potential V chuck . This can be done by setting equal the second potential V 2 to the first potential V 1. In other words, the DC offset and AC waveform can be adjusted to bring the chucking voltage V chuck close to 0V. Compared to conventional dechucking methods, the system 2100 achieves faster dechucking and therefore more throughput because both DC offset and AC waveform can be adjusted to achieve dechucking. To do. Also, when DC and AC power supplies are in the switch mode power supply 2130, their circuits are more integrated, closer together, and controlled via a single controller 2132 (typical of DC and AC power supplies). The output can be changed at a higher speed compared to a parallel array. The rate of dechucking enabled by the embodiments disclosed herein also allows dechucking after the plasma 2104 is extinguished or at least after power from the plasma source 2112 is turned off.

プラズマ源2112は、種々の形態をとることができる。例えば、ある実施形態では、プラズマ源2112は、プラズマ処理チャンバ2102の内側に電極を含み、電極は、プラズマ2104の点火および持続の両方を行なうチャンバ2102内のRF場を確立する。別の実施形態では、プラズマ源2112は、イオン化電磁場を遠隔で生成し、イオン化電磁場を処理チャンバ2102内に投射または延長し、イオン化電磁場を使用して、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ2104の点火および持続の両方を行なう、遠隔投射されるプラズマ源を含む。さらに、遠隔投射されるプラズマ源はまた、イオン化電磁場が、プラズマ処理チャンバ2102へ向かう途中に通過する、場伝達部分(例えば、導電管)を含み、その間、イオン化電磁場は、減衰され、プラズマ処理チャンバ2102内の場強度は、場が最初に遠隔投射されるプラズマ源内に生成されたときの場強度のわずか10分の1、または100分の1、または1,000分の1、またはさらに小さい割合となる。プラズマ源2112は、正確な縮尺で描かれていない。   The plasma source 2112 can take a variety of forms. For example, in one embodiment, the plasma source 2112 includes an electrode inside the plasma processing chamber 2102 that establishes an RF field within the chamber 2102 that both ignites and sustains the plasma 2104. In another embodiment, the plasma source 2112 remotely generates an ionized electromagnetic field, projects or extends the ionized electromagnetic field into the processing chamber 2102, and uses the ionized electromagnetic field to ignite and sustain the plasma 2104 in the plasma processing chamber. Including a remotely projected plasma source. Further, the remotely projected plasma source also includes a field transfer portion (eg, a conductive tube) through which the ionized electromagnetic field passes on its way to the plasma processing chamber 2102, while the ionized electromagnetic field is attenuated and the plasma processing chamber The field strength in 2102 is only a tenth, or a hundredth, or a thousandth, or even a fraction of the field strength when the field is first generated in a remotely projected plasma source It becomes. The plasma source 2112 is not drawn to scale.

スイッチモード電力供給部2130は、浮動することができ、したがって、接地とスイッチモード電力供給部2130との間に直列に接続されるDC電源(図示せず)によって、任意のDCオフセットでバイアスされることができる。スイッチモード電力供給部2130は、スイッチモード電力供給部2130の内部のACおよびDC電源を介して(例えば、図22、23、26参照)、またはスイッチモード電力供給部2130の内部のAC電源およびスイッチモード電力供給部2130の外部のDC電力供給部を介して(例えば、図24、27参照)のいずれかによって、DCオフセットを伴うAC波形を提供することができる。ある実施形態では、スイッチモード電力供給部2130は、接地され、スイッチモード電力供給部2130と静電チャック2111との間に直列に結合された浮動DC電源に直列に結合されることができる。   Switch mode power supply 2130 can float and is therefore biased at any DC offset by a DC power supply (not shown) connected in series between ground and switch mode power supply 2130. be able to. The switch mode power supply unit 2130 is connected to the AC and DC power supplies inside the switch mode power supply unit 2130 (see, for example, FIGS. An AC waveform with a DC offset can be provided either via a DC power supply external to the mode power supply 2130 (see, eg, FIGS. 24 and 27). In some embodiments, the switch mode power supply 2130 can be coupled in series to a floating DC power source that is grounded and coupled in series between the switch mode power supply 2130 and the electrostatic chuck 2111.

コントローラ2132は、スイッチモード電力供給部2130が、ACおよびDC電源の両方を含むとき、スイッチモード電力供給部のACおよびDC出力を制御することができる。スイッチモード電力供給部2130が、DC電源と直列に接続される場合、コントローラ2132は、スイッチモード電力供給部2130のAC出力のみ制御し得る。代替実施形態では、コントローラ2130は、スイッチモード電力供給部2130に結合されたDC電力供給部と、スイッチモード電力供給部2130の両方を制御することができる。当業者は、単一コントローラ2132が図示されるが、他のコントローラもまた、静電チャック2111に提供されるAC波形およびDCオフセットを制御するために実装されることができることを認識するであろう。   The controller 2132 can control the AC and DC outputs of the switch mode power supply when the switch mode power supply 2130 includes both AC and DC power. When the switch mode power supply unit 2130 is connected in series with the DC power supply, the controller 2132 can control only the AC output of the switch mode power supply unit 2130. In an alternative embodiment, the controller 2130 can control both the DC power supply coupled to the switch mode power supply 2130 and the switch mode power supply 2130. One skilled in the art will recognize that although a single controller 2132 is illustrated, other controllers can also be implemented to control the AC waveform and DC offset provided to the electrostatic chuck 2111. .

静電チャック2111は、誘電性(例えば、セラミック)であり、したがって、実質的に、DC電圧の通過を遮断することができるか、または、それは、ドープされたセラミック等の半伝導性材料であることができる。いずれの場合も、静電チャック2111は、電圧を基板2106の上部表面2118(通常、誘電性)に容量結合し、第1の電圧Vを形成する、静電チャック2111の上部表面2121上の第2の電圧Vを有することができる。 The electrostatic chuck 2111 is dielectric (eg, ceramic) and therefore can substantially block the passage of DC voltage, or it is a semiconductive material such as a doped ceramic. be able to. In either case, the electrostatic chuck 2111 capacitively couples a voltage to the upper surface 2118 (usually dielectric) of the substrate 2106 to form a first voltage V1 on the upper surface 2121 of the electrostatic chuck 2111. It can have a second voltage V2.

プラズマ2104の形状およびサイズは、必ずしも、正確な縮尺で描かれていない。例えば、プラズマ2104のエッジは、あるプラズマ密度によって定義されることができるが、その場合、図示されるプラズマ2104は、どんな特定のプラズマ密度も考慮に入れて描かれていない。同様に、少なくともいくつかのプラズマ密度は、図示されるプラズマ2104の形状にかかわらず、プラズマ処理チャンバ2102全体を充填する。図示されるプラズマ2104の形状は、主に、実質的に、プラズマ2104より小さいプラズマ密度を有する、シース2115を示すように意図される。   The shape and size of the plasma 2104 are not necessarily drawn to scale. For example, the edge of the plasma 2104 can be defined by a certain plasma density, in which case the illustrated plasma 2104 is not drawn taking into account any particular plasma density. Similarly, at least some plasma densities fill the entire plasma processing chamber 2102 regardless of the shape of the plasma 2104 shown. The illustrated plasma 2104 shape is primarily intended to show a sheath 2115 having a plasma density substantially less than the plasma 2104.

図22は、プラズマ処理システム2200の別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給部2230は、直列に接続されたDC電源2234およびAC電源2236を含む。コントローラ2232は、AC電源2236波形およびDC電源2234バイアスまたはオフセットの両方を制御することによって、スイッチモード電力供給部2230のDCオフセット出力を伴うAC波形を制御するように構成される。本実施形態はまた、チャック2211内に埋め込まれたグリッドまたはメッシュ電極2210を有する静電チャック2211を含む。スイッチモード電力供給部2230は、ACおよびDCバイアスの両方をグリッド電極2210に提供する。実質的にDCバイアスより小さく、したがって無視され得るAC成分を伴うDCバイアスは、グリッド電極2210上に第3の電位Vを確立する。第3の電位Vが、基板2206内のいずれかの場所の基準層(基板2206の底部表面2220を除く)における電位と異なるとき、チャッキング電位Vchuckおよびクーロンチャッキング力が、確立され、基板2206を静電チャック2211に保持する。基準層は、グリッド電極2210に平行な仮想平面である。AC波形は、グリッド電極2210から、静電チャック2211の一部を通して、かつ基板2206を通して容量結合し、基板2206の上部表面2218上の第1の電位Vを制御する。プラズマ電位Vは、プラズマシース電圧Vsheathに対して無視可能であるため、第1の電位Vおよびプラズマシース電圧Vsheathは、ほぼ等しく、実践的目的のために、等しいと見なされる。したがって、第1の電位Vは、シース2215を通してイオンを加速するために使用される、電位に等しい。 FIG. 22 illustrates another embodiment of a plasma processing system 2200. In the illustrated embodiment, the switch mode power supply 2230 includes a DC power source 2234 and an AC power source 2236 connected in series. The controller 2232 is configured to control the AC waveform with the DC offset output of the switch mode power supply 2230 by controlling both the AC power supply 2236 waveform and the DC power supply 2234 bias or offset. This embodiment also includes an electrostatic chuck 2211 having a grid or mesh electrode 2210 embedded within the chuck 2211. Switch mode power supply 2230 provides both AC and DC bias to grid electrode 2210. A DC bias with an AC component that is substantially less than the DC bias and thus negligible establishes a third potential V 4 on the grid electrode 2210. When the third potential V 4 is different from the potential at the reference layer anywhere in the substrate 2206 (except the bottom surface 2220 of the substrate 2206), the chucking potential V chuck and the Coulomb chucking force are established, The substrate 2206 is held on the electrostatic chuck 2211. The reference layer is a virtual plane parallel to the grid electrode 2210. The AC waveform is capacitively coupled from the grid electrode 2210 through a portion of the electrostatic chuck 2211 and through the substrate 2206 to control the first potential V 1 on the upper surface 2218 of the substrate 2206. Since the plasma potential V 3 is negligible with respect to the plasma sheath voltage V shear , the first potential V 1 and the plasma sheath voltage V shear are approximately equal and are considered equal for practical purposes. Thus, the first potential V 1 is equal to the potential used to accelerate ions through the sheath 2215.

ある実施形態では、静電チャック2211は、チャック2211の本体を通してかなる電位差も無視可能であるよう十分に伝導性であるようにドープされ得、したがって、グリッドまたはメッシュ電極2210は、実質的に、第2の電位Vと同一の電圧であり得る。 In certain embodiments, the electrostatic chuck 2211 can be doped so as to be sufficiently conductive through the body of the chuck 2211 such that significant potential differences are negligible, so that the grid or mesh electrode 2210 is substantially It may be a second potential V 2 equal to the voltage.

グリッド電極2210は、静電チャック2211内に埋め込まれ、基板2206に平行であり、スイッチモード電力供給部2230によってバイアスされ、チャッキング電位Vchuckを確立するように構成される任意の伝導性平面デバイスであることができる。グリッド電極2210は、静電チャック2211の下側部分に埋め込まれるように図示されるが、グリッド電極2210は、基板2206からより近くまたはより遠くに位置することができる。グリッド電極2210はまた、グリッドパターンを有する必要はない。ある実施形態では、グリッド電極2210は、固体電極であるか、または非グリッド形状(例えば、チェッカー盤パターン)を伴う非固体構造を有することができる。ある実施形態では、静電チャック2211は、セラミックまたは他の誘電体であり、したがって、グリッド電極2210上の第3の電位Vは、静電チャック2211の上部表面2221上の第1の電位Vと等しくない。別の実施形態では、静電チャック2211は、若干伝導性である、ドープされたセラミックであり、したがって、グリッド電極2210上の第3の電位Vは、静電チャック2211の上部表面2221上の第2の電位Vに等しくあり得る。 Grid electrode 2210 is embedded in electrostatic chuck 2211, parallel to substrate 2206, biased by switch mode power supply 2230, and any conductive planar device configured to establish a chucking potential V chuck. Can be. Although the grid electrode 2210 is illustrated as being embedded in the lower portion of the electrostatic chuck 2211, the grid electrode 2210 can be located closer or further from the substrate 2206. The grid electrode 2210 need not also have a grid pattern. In some embodiments, the grid electrode 2210 can be a solid electrode or have a non-solid structure with a non-grid shape (eg, a checkerboard pattern). In certain embodiments, the electrostatic chuck 2211 is a ceramic or other dielectric, and therefore the third potential V 4 on the grid electrode 2210 is the first potential V on the upper surface 2221 of the electrostatic chuck 2211. Not equal to 1 . In another embodiment, the electrostatic chuck 2211 is a slightly conductive, doped ceramic, so the third potential V 4 on the grid electrode 2210 is on the upper surface 2221 of the electrostatic chuck 2211. the second may be equal to the potential V 2.

スイッチモード電力供給部2230は、非正弦波であり得るAC出力を生成する。スイッチモード電力供給部2230は、DC電源2234がAC伝導性であり、AC電源2236がDC伝導性であるため、DCおよびAC源2234、2236を直列に動作させることが可能である。DC伝導性ではない例示的AC電源は、ある線形増幅器であり、それは、DC電圧または電流が提供されると、損傷され得る。AC伝導性およびDC伝導性電源の使用は、スイッチモード電力供給部2230内で使用される構成要素の数を低減させる。例えば、DC電源2234がAC遮断を行なう場合、ACバイパスまたはDC遮断構成要素(例えば、コンデンサ)が、DC電源2234と並列に配列される必要があり得る。AC電源2236がDC遮断を行なう場合、DCバイパスまたはAC遮断構成要素(例えば、インダクタ)が、AC電源2236と並列に配列される必要があり得る。   Switch mode power supply 2230 generates an AC output that can be non-sinusoidal. In the switch mode power supply unit 2230, the DC power source 2234 is AC conductive and the AC power source 2236 is DC conductive, so that the DC and AC sources 2234 and 2236 can be operated in series. An exemplary AC power supply that is not DC conductive is a linear amplifier that can be damaged if a DC voltage or current is provided. The use of AC conductive and DC conductive power supplies reduces the number of components used in the switch mode power supply 2230. For example, if the DC power source 2234 provides AC blocking, an AC bypass or DC blocking component (eg, a capacitor) may need to be arranged in parallel with the DC power source 2234. If the AC power source 2236 provides DC blocking, a DC bypass or AC blocking component (eg, an inductor) may need to be arranged in parallel with the AC power source 2236.

本実施形態では、AC電源2238は、概して、基板2206の上部表面2218に衝打するイオンのための所望の(定義された)イオンエネルギー分布をもたらすように、制御可能な様式において、電圧バイアスを静電チャック2211に印加するように構成される。より具体的には、AC電源2236は、特定の電力レベルにおける1つ以上の特定の波形をグリッド電極2210に印加することによって、所望の(定義された)イオンエネルギー分布をもたらすように構成される。また、より具体的には、AC電源2236は、特定の電力レベルを印加し、特定のイオンエネルギーをもたらし、波形メモリ(図示せず)内に記憶された波形データによって定義される1つ以上の電圧波形を使用して、特定の電力レベルを印加する。その結果、1つ以上の特定のイオン衝打エネルギーが、基板2206(または他のプラズマ支援プロセス)の制御されたエッチングを実施するように選択され得る。一実施形態では、AC電源2236は、切り替え式モード構成を利用することができる(例えば、図25−27参照)。スイッチモード電力供給部2230、特に、AC電源2236は、本開示の種々の実施形態に説明されるようなAC波形を生み出すことができる。   In this embodiment, the AC power source 2238 generally provides a voltage bias in a controllable manner to provide a desired (defined) ion energy distribution for ions striking the top surface 2218 of the substrate 2206. It is configured to apply to the electrostatic chuck 2211. More specifically, the AC power source 2236 is configured to provide a desired (defined) ion energy distribution by applying one or more specific waveforms at specific power levels to the grid electrode 2210. . Also more specifically, the AC power source 2236 applies a specific power level, provides a specific ion energy, and is defined by one or more waveform data stored in a waveform memory (not shown). A voltage waveform is used to apply a specific power level. As a result, one or more specific ion strike energies may be selected to perform a controlled etch of the substrate 2206 (or other plasma assisted process). In one embodiment, the AC power source 2236 can utilize a switched mode configuration (see, eg, FIGS. 25-27). The switch mode power supply 2230, in particular the AC power source 2236, can produce an AC waveform as described in various embodiments of the present disclosure.

当業者は、グリッド電極2210が必要ではなく、他の実施形態も、グリッド電極2210を伴わずに実装されることができることを認識するであろう。当業者はまた、グリッド電極2210が、チャッキング電位Vchuckを確立するために使用されることができる、多数のデバイスの一実施例にすぎないことを認識するであろう。 One skilled in the art will recognize that the grid electrode 2210 is not necessary and that other embodiments can be implemented without the grid electrode 2210. Those skilled in the art will also recognize that the grid electrode 2210 is just one example of a number of devices that can be used to establish a chucking potential V chuck .

図23は、プラズマ処理システム2300の別の実施形態を図示する。図示される実施形態は、AC波形およびDCバイアスを静電チャック2311に提供するためのスイッチモード電力供給部2330を含む。スイッチモード電力供給部2330は、DC電源2334およびAC電源2336を含み、両方とも、接地され得る。AC電源2336は、第1の導体2324を介して、静電チャック2311内に埋め込まれる第1のグリッドまたはメッシュ電極2310に提供される、AC波形を生成する。AC電源2336は、第1のグリッドまたはメッシュ電極2310上に電位Vを確立する。DC電源2334は、第2の導体2325を介して、静電チャック2311内に埋め込まれる第2のグリッドまたはメッシュ電極2312に提供される、DCバイアスを生成する。DC電源2334は、第2のグリッドまたはメッシュ電極2312上に電位Vを確立する。電位VおよびVは、それぞれ、ACおよびDC電源2336、2334を介して、独立して、制御されることができる。しかしながら、第1および第2のグリッドまたはメッシュ電極2310、2312はまた、容量結合されることができるか、および/または静電チャック2311の一部を介して、グリッドまたはメッシュ電極2310、2312間に、DC結合が存在し得る。ACまたはDC結合のいずれかが存在する場合、電位VおよびVは、結合され得る。当業者は、第1および第2のグリッド電極2310、2312が、第1のグリッド電極2310を第2のグリッド電極2312より基板2306に近接して配列することを含め、静電チャック2311全体を通して、種々の場所に配列されることができることを認識するであろう。 FIG. 23 illustrates another embodiment of a plasma processing system 2300. The illustrated embodiment includes a switch mode power supply 2330 for providing an AC waveform and a DC bias to the electrostatic chuck 2311. Switch mode power supply 2330 includes a DC power supply 2334 and an AC power supply 2336, both of which can be grounded. The AC power source 2336 generates an AC waveform that is provided to the first grid or mesh electrode 2310 embedded in the electrostatic chuck 2311 via the first conductor 2324. The AC power source 2336 establishes a potential V 4 on the first grid or mesh electrode 2310. The DC power source 2334 generates a DC bias that is provided to the second grid or mesh electrode 2312 embedded in the electrostatic chuck 2311 via the second conductor 2325. A DC power source 2334 establishes a potential V 5 on the second grid or mesh electrode 2312. Potential V 4 and V 5 are each, via the AC and DC power 2336,2334 can be independently controlled. However, the first and second grid or mesh electrodes 2310, 2312 can also be capacitively coupled and / or between the grid or mesh electrodes 2310, 2312 via a portion of the electrostatic chuck 2311. DC coupling may exist. If either AC or DC coupling is present, the potentials V 4 and V 5 can be coupled. Those skilled in the art will recognize that the first and second grid electrodes 2310, 2312 may be arranged throughout the electrostatic chuck 2311, including arranging the first grid electrode 2310 closer to the substrate 2306 than the second grid electrode 2312. It will be appreciated that they can be arranged in various locations.

図24は、プラズマ処理システム2400の別の実施形態を図示する。本実施形態では、スイッチモード電力供給部2430は、AC波形を静電チャック2411に提供し、スイッチモード電力供給部2430出力は、DC電力供給部2434によって提供されるDCバイアスによってオフセットされる。スイッチモード電力供給部2430のAC波形は、基板2406に、狭域イオンエネルギー分布を有するプラズマ2404からのイオンを衝打させるために、コントローラ2435によって選択される波形を有する。AC波形は、非正弦波(例えば、矩形波またはパルス状)であることができ、スイッチモード電力供給部2430のAC電源2436を介して生成されることができる。チャッキングは、コントローラ2433によって制御される、DC電力供給部2434からのDCオフセットを介して制御される。DC電力供給部2434は、接地とスイッチモード電力供給部2430との間に直列に結合されることができる。スイッチモード電力供給部2430は、そのDCバイアスがDC電力供給部2434によって設定され得るように、浮動している。   FIG. 24 illustrates another embodiment of a plasma processing system 2400. In this embodiment, the switch mode power supply unit 2430 provides an AC waveform to the electrostatic chuck 2411 and the output of the switch mode power supply unit 2430 is offset by a DC bias provided by the DC power supply unit 2434. The AC waveform of switch mode power supply 2430 has a waveform selected by controller 2435 to cause substrate 2406 to strike ions from plasma 2404 having a narrow ion energy distribution. The AC waveform may be a non-sinusoidal wave (eg, a square wave or a pulse) and may be generated via the AC power supply 2436 of the switch mode power supply 2430. Chucking is controlled via a DC offset from a DC power supply 2434 controlled by the controller 2433. The DC power supply 2434 may be coupled in series between the ground and the switch mode power supply 2430. Switch mode power supply 2430 is floating such that its DC bias can be set by DC power supply 2434.

当業者は、図示される実施形態が、2つの独立コントローラ2433、2435を示すが、これらが、随意のコントローラ2432等の単一機能ユニット、デバイス、またはシステム内に組み合わせられ得ることを認識するであろう。加えて、コントローラ2433および2435は、互に通信し、処理リソースを共有するように結合されることができる。   One skilled in the art will recognize that although the illustrated embodiment shows two independent controllers 2433, 2435, they can be combined in a single functional unit, device, or system, such as optional controller 2432. I will. In addition, controllers 2433 and 2435 can be coupled to communicate with each other and share processing resources.

図25は、プラズマ処理システム2500のさらなる実施形態を図示する。図示される実施形態は、DC電力供給部(図示せず)によって提供されるDCオフセットを有し得るAC波形を生み出す、スイッチモード電力供給部2530を含む。スイッチモード電力供給部は、電圧および電流コントローラ2537、2539を包含する、随意のコントローラ2535を介して、制御されることができる。スイッチモード電力供給部2530は、電圧コントローラ2537によって制御される電圧出力を有する、制御可能電圧源2538と、電流コントローラ2539によって制御される電流出力を有する、制御可能電流源2540とを含むことができる。制御可能電圧および電流源2538、2540は、並列配列であることができる。制御可能電流源2540は、プラズマ2504と基板2506との間のイオン電流を補償するように構成される。   FIG. 25 illustrates a further embodiment of a plasma processing system 2500. The illustrated embodiment includes a switch mode power supply 2530 that produces an AC waveform that may have a DC offset provided by a DC power supply (not shown). The switch mode power supply can be controlled via an optional controller 2535, including voltage and current controllers 2537, 2539. The switch mode power supply 2530 can include a controllable voltage source 2538 having a voltage output controlled by a voltage controller 2537 and a controllable current source 2540 having a current output controlled by a current controller 2539. . The controllable voltage and current sources 2538, 2540 can be in a parallel arrangement. Controllable current source 2540 is configured to compensate for ion current between plasma 2504 and substrate 2506.

電圧および電流コントローラ2537、2539は、互に結合され、通信することができる。電圧コントローラ2537はまた、制御可能電圧源2538の切り替え式出力2539を制御することができる。切り替え式出力2539は、図示されるように、2つのスイッチを並列に含むことができるか、または制御可能電圧源2538の出力を所望のAC波形(例えば、非正弦波)に変換する、任意の回路を含むことができる。2つのスイッチを介して、制御可能電圧源2538からの制御された電圧またはAC波形は、制御可能電流源2540の制御された電流出力と組み合わせられ、スイッチモード電力供給部2530のAC波形出力を生成することができる。   Voltage and current controllers 2537, 2539 can be coupled to and communicate with each other. The voltage controller 2537 can also control the switchable output 2539 of the controllable voltage source 2538. Switchable output 2539 can include two switches in parallel, as shown, or any output that converts the output of controllable voltage source 2538 to the desired AC waveform (eg, non-sinusoidal). Circuitry can be included. Via two switches, the controlled voltage or AC waveform from controllable voltage source 2538 is combined with the controlled current output of controllable current source 2540 to generate the AC waveform output of switch mode power supply 2530. can do.

制御可能電圧源2538は、所与の極性を有するように図示されるが、当業者は、反対極性も、図示されるものに相当することを認識するであろう。随意に、制御可能電圧および電流源2538、2540は、切り替え式出力2539とともに、AC電源2536の一部であることができ、AC電源2536は、スイッチモード電力供給部2530の内側または外側にあるDC電源(図示せず)と直列に配列されることができる。   Although controllable voltage source 2538 is illustrated as having a given polarity, those skilled in the art will recognize that the opposite polarity also corresponds to that illustrated. Optionally, the controllable voltage and current sources 2538, 2540 can be part of an AC power source 2536 with a switchable output 2539, the AC power source 2536 being a DC that is inside or outside the switch mode power supply 2530. It can be arranged in series with a power source (not shown).

図26は、プラズマ処理システム2600のさらに別の実施形態を図示する。図示される実施形態では、スイッチモード電力供給部2630は、DCオフセットを有するAC波形を静電チャック2611に提供する。波形のAC成分は、切り替え式出力2639を通して互に接続された制御可能電圧源2638および制御可能電流源2640の並列組み合わせを介して、生成される。DCオフセットは、接地と制御可能電圧源2638との間に直列に結合されるDC電源2634によって生成される。ある実施形態では、DC電源2634は、接地されるのではなく、浮動していることができる。同様に、スイッチモード電力供給部2630も、浮動しているか、または接地されることができる。   FIG. 26 illustrates yet another embodiment of the plasma processing system 2600. In the illustrated embodiment, the switch mode power supply 2630 provides the electrostatic chuck 2611 with an AC waveform having a DC offset. The AC component of the waveform is generated through a parallel combination of a controllable voltage source 2638 and a controllable current source 2640 that are connected together through a switchable output 2639. The DC offset is generated by a DC power source 2634 that is coupled in series between ground and a controllable voltage source 2638. In some embodiments, the DC power source 2634 can be floating rather than grounded. Similarly, the switch mode power supply 2630 can be floating or grounded.

システム2600は、スイッチモード電力供給部2630の出力を制御するための1つ以上のコントローラを含むことができる。第1のコントローラ2632は、例えば、第2のコントローラ2633および第3のコントローラ2635を介して、スイッチモード電力供給部2630の出力を制御することができる。第2のコントローラ2633は、DC電源2634によって生成されるようなスイッチモード電力供給部2630のDCオフセットを制御することができる。第3のコントローラ2635は、制御可能電圧源2638および制御可能電流源2640を制御することによって、スイッチモード電力供給部2630のAC波形を制御することができる。ある実施形態では、電圧コントローラ2637は、制御可能電圧源2638の電圧出力を制御し、電流コントローラ2639は、制御可能電流源2640の電流を制御する。電圧および電流コントローラ2637、2639は、互に通信することができ、第3のコントローラ2635の一部であることができる。   System 2600 can include one or more controllers for controlling the output of switch mode power supply 2630. For example, the first controller 2632 can control the output of the switch mode power supply unit 2630 via the second controller 2633 and the third controller 2635. The second controller 2633 can control the DC offset of the switch mode power supply 2630 as generated by the DC power source 2634. The third controller 2635 can control the AC waveform of the switch mode power supply 2630 by controlling the controllable voltage source 2638 and the controllable current source 2640. In some embodiments, voltage controller 2637 controls the voltage output of controllable voltage source 2638 and current controller 2639 controls the current of controllable current source 2640. The voltage and current controllers 2637, 2639 can communicate with each other and can be part of the third controller 2635.

当業者は、電源2634、2638、2640に対するコントローラの種々の構成を説明する、前述の実施形態が、限定ではなく、種々の他の構成もまた、本開示から逸脱することなく、実装されることができることを認識するであろう。例えば、第3のコントローラ2635または電圧コントローラ2637は、制御可能電圧源2638と制御可能電流源2640との間の切り替え式出力2639を制御することができる。別の実施例として、第2および第3のコントローラ2633、2635は、互に通信することができる(そのように図示されないが)。また、制御可能電圧および電流源2638、2640の極性は、例証にすぎず、限定を意味するものではないことも理解されたい。   Those skilled in the art will appreciate the various configurations of the controller for power supplies 2634, 2638, 2640, and the foregoing embodiments are not limiting, and various other configurations may also be implemented without departing from this disclosure. You will recognize that you can. For example, the third controller 2635 or voltage controller 2637 can control a switchable output 2639 between a controllable voltage source 2638 and a controllable current source 2640. As another example, the second and third controllers 2633, 2635 can communicate with each other (not shown as such). It should also be understood that the polarities of controllable voltage and current sources 2638, 2640 are illustrative only and are not meant to be limiting.

切り替え式出力2639は、AC波形を成形するために、2つの並列スイッチを交互に切り替えることによって、動作することができる。切り替え式出力2639は、限定されないが、MOSFETおよびBJTを含む、任意の種々のスイッチを含むことができる。一変形例では、DC電源2634は、制御可能電流源2640と静電チャック2611との間に配列されることができ(言い換えると、DC電源2634は、浮動することができる)、スイッチモード電力供給部2630は、接地されることができる。   Switchable output 2639 can operate by alternately switching two parallel switches to shape an AC waveform. The switchable output 2639 can include any of a variety of switches including, but not limited to, MOSFETs and BJTs. In one variation, the DC power source 2634 can be arranged between the controllable current source 2640 and the electrostatic chuck 2611 (in other words, the DC power source 2634 can float) and switch mode power supply. Part 2630 can be grounded.

図27は、プラズマ処理システム2700の別の実施形態を図示する。本変形例では、スイッチモード電力供給部2734は、再び、接地されるが、スイッチモード電力供給部2730に統合される代わりに、ここでは、DC電源2734は、別個の構成要素であり、スイッチモード電力供給部2730内の構成要素だけではなく、スイッチモード電力供給部2730全体に、DCオフセットを提供する。   FIG. 27 illustrates another embodiment of a plasma processing system 2700. In this variation, the switch mode power supply 2734 is again grounded, but instead of being integrated into the switch mode power supply 2730, here the DC power source 2734 is a separate component and the switch mode power supply 2734 is The DC offset is provided not only to the components in the power supply unit 2730 but also to the entire switch mode power supply unit 2730.

図28は、本開示のある実施形態による、方法2800を図示する。方法2800は、基板をプラズマチャンバ内に載置する動作2802を含む。方法2800はさらに、プラズマをプラズマチャンバ内で形成する動作2804を含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法2800はまた、スイッチ電力動作2806を含む。スイッチ電力動作2806は、周期的電圧関数を基板に印加するように、基板に対する電力を制御可能に切り替えることを伴う。周期的電圧関数は、パルス状波形(例えば、矩形波)またはAC波形と見なされ、スイッチモード電力供給部と直列のDC電源によって生成されるDCオフセットを含み得る。ある実施形態では、DC電源は、スイッチモード電力供給部に組み込まれ、したがって、スイッチモード電力供給部のAC電源と直列であることができる。DCオフセットは、静電チャックの上部表面と基板内の基準層との間に電位差を生成し、この電位差は、チャッキング電位と称される。静電チャックと基板との間のチャッキング電位は、基板を静電チャックに保持し、したがって、処理の間、基板が移動することを防止する。方法2800はさらに、周期的電圧関数が複数のサイクルにわたって変調される、変調する動作2808を含む。変調は、時間平均に基づく所望の(または定義された)イオンエネルギー分布をもたらすように、基板の表面における所望の(または定義された)イオンエネルギー分布に応答する。   FIG. 28 illustrates a method 2800 according to an embodiment of the present disclosure. The method 2800 includes an operation 2802 of placing a substrate in a plasma chamber. The method 2800 further includes an operation 2804 of forming a plasma in the plasma chamber. Such a plasma can be formed in situ or via a remote projection source. Method 2800 also includes switch power operation 2806. Switched power operation 2806 involves controllably switching power to the substrate to apply a periodic voltage function to the substrate. The periodic voltage function is considered a pulsed waveform (eg, a square wave) or an AC waveform, and may include a DC offset generated by a DC power supply in series with the switch mode power supply. In certain embodiments, the DC power source is incorporated into the switch mode power supply and can therefore be in series with the AC power of the switch mode power supply. The DC offset creates a potential difference between the upper surface of the electrostatic chuck and the reference layer in the substrate, and this potential difference is referred to as the chucking potential. The chucking potential between the electrostatic chuck and the substrate holds the substrate to the electrostatic chuck and thus prevents the substrate from moving during processing. Method 2800 further includes a modulating operation 2808 in which the periodic voltage function is modulated over a plurality of cycles. The modulation is responsive to a desired (or defined) ion energy distribution at the surface of the substrate to provide a desired (or defined) ion energy distribution based on a time average.

図29は、本開示のある実施形態による、別の方法2900を図示する。方法2900は、基板をプラズマチャンバ内に載置する動作2902を含む。方法2900はさらに、プラズマをプラズマチャンバ内で形成する動作2904を含む。そのようなプラズマは、原位置で、または遠隔投射源を介して、形成されることができる。方法2900はまた、少なくとも1つのイオンエネルギー分布設定を受信する動作2906を含む。受信動作2906において受信された設定は、基板の表面における1つ以上のイオンエネルギーを示し得る。方法2900はさらに、基板に対する電力が、(1)時間平均に基づくイオンエネルギーの所望の(または定義された)分布、および(2)時間平均に基づく所望のチャッキング電位をもたらすように、制御可能に切り替えられる、スイッチ電力動作2908を含む。電力は、AC波形およびDCオフセットを有することができる。   FIG. 29 illustrates another method 2900 according to an embodiment of the present disclosure. The method 2900 includes an act 2902 of placing a substrate in a plasma chamber. The method 2900 further includes an operation 2904 of forming a plasma in the plasma chamber. Such a plasma can be formed in situ or via a remote projection source. The method 2900 also includes an operation 2906 that receives at least one ion energy distribution setting. The settings received in receive operation 2906 may indicate one or more ion energies at the surface of the substrate. The method 2900 is further controllable such that the power to the substrate provides (1) a desired (or defined) distribution of ion energy based on the time average, and (2) a desired chucking potential based on the time average. Switch power operation 2908, which is switched to The power can have an AC waveform and a DC offset.

結論として、本発明は、とりわけ、スイッチモード電力供給部を使用して、所望の(または定義された)イオンエネルギーを選択的に生成する方法および装置を提供する。当業者であれば、本明細書で説明される実施形態によって達成されるものと実質的に同一の結果を達成するように、本発明、その使用、およびその構成に多数の変形例および置換が行われ得ることを容易に認識することができる。したがって、本発明を開示された例示的形態に限定する意図はない。多くの変形例、修正、および代替的な構造が、開示された発明の範囲および精神内に入る。   In conclusion, the present invention provides, among other things, a method and apparatus for selectively generating desired (or defined) ion energy using a switch mode power supply. Those skilled in the art will recognize that the present invention, its use, and its construction have many variations and permutations so as to achieve substantially the same results as those achieved by the embodiments described herein. It can be easily recognized what can be done. Accordingly, there is no intention to limit the invention to the disclosed exemplary forms. Many variations, modifications, and alternative constructions fall within the scope and spirit of the disclosed invention.

Claims (42)

修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供するための装置であって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成され、前記装置は、
周期的電圧関数を前記電気ノードに提供する電力供給部であって、前記周期的電圧関数は、パルスと前記パルス間の部分とを有する、電力供給部と、
イオン電流補償を提供することにより、前記パルス間の前記部分の傾きを修正し、これにより、修正された周期的電圧関数を形成するイオン電流補償構成要素と、
前記電力供給部および前記イオン電流補償構成要素と通信可能なコントローラと
を備え、
前記コントローラは
前記電気ノードに提供された場合、前記基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償の値を識別することと、
イオンエネルギーのユーザ選択を受信することと、
初期の電力供給電圧を設定することと、
前記電気ノードにおいて、前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを測定することと、
前記電圧ステップに基づいて現在のイオンエネルギーを計算することと、
前記現在のイオンエネルギーがイオンエネルギーの前記ユーザ選択に等しくない場合、新しい電力供給電圧を設定することと
を行うように構成されている、装置。
An apparatus for providing a modified periodic voltage function to an electrical node, wherein the electrical node is configured to couple to a substrate support of a plasma processing chamber, the apparatus comprising:
A power supply for providing a periodic voltage function to the electrical node, wherein the periodic voltage function comprises a pulse and a portion between the pulses;
An ion current compensation component that modifies the slope of the portion between the pulses by providing ion current compensation, thereby forming a modified periodic voltage function;
A communicable controller and the power supply and the ion current compensation component,
Wherein the controller,
Identifying a value of the ion current compensation that, when provided to the electrical node, will result in a defined ion energy distribution function of ions reaching the surface of the substrate ;
Receiving a user selection of ion energy;
Setting an initial power supply voltage;
Measuring a voltage step of the modified periodic voltage function at the electrical node;
Calculating a current ion energy based on the voltage step;
If the current ion energy is not equal to the user selection of ion energy, setting a new power supply voltage;
Configured to do the device.
前記電力供給部は、スイッチモード電力供給部である、請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the power supply unit is a switch mode power supply unit. 前記スイッチモード電力供給部は、1つ以上の切り替え構成要素を含む、請求項2に記載の装置。   The apparatus of claim 2, wherein the switch mode power supply includes one or more switching components. 前記コントローラは、前記修正された周期的電圧関数から2つ以上の電圧をサンプリングし、前記2つ以上の電圧の傾きdV/dtを計算する、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the controller samples two or more voltages from the modified periodic voltage function and calculates a slope dV 0 / dt of the two or more voltages. 前記傾きdV/dtは、前記修正された周期的電圧関数のパルス間の前記修正された周期的電圧関数の部分からサンプリングされる2つ以上の電圧に基づいて計算される、請求項4に記載のシステム。 5. The slope dV 0 / dt is calculated based on two or more voltages sampled from a portion of the modified periodic voltage function between pulses of the modified periodic voltage function. The system described. 前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの第1のセットの平均イオンエネルギーを確立するために、前記電力供給部電圧を調節するように構成されている、請求項5に記載のシステム。 It said controller, in order to establish an average ion energy of the first set of ions reaching the surface of the substrate, is configured to regulate the voltage of the power supply unit, according to claim 5 system. 前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの第2のセットの平均イオンエネルギーを確立するために、前記電力供給部電圧をさらに調節するように構成されている、請求項6に記載のシステム。 It said controller, in order to establish an average ion energy of the second set of ions reaching the surface of the substrate, is configured to further adjust the voltage of the power supply unit, according to claim 6 System. 前記電力供給部は、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記第1のセットの前記平均イオンエネルギーを確立するために、前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを調節するように構成されている、請求項5に記載のシステム。 The power supply is configured to adjust a voltage step of the modified periodic voltage function to establish the average ion energy of the first set of ions reaching the surface of the substrate. The system of claim 5. 前記電力供給部は、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記第1のセットの前記平均イオンエネルギーを確立するために、前記修正された周期的電圧関数のピーク間電圧を調節するように構成されている、請求項5に記載のシステム。 The power supply is configured to adjust a peak-to-peak voltage of the modified periodic voltage function to establish the average ion energy of the first set of ions that reach the surface of the substrate. 6. The system of claim 5, wherein: 前記1つ以上の切り替え構成要素の切り替えは、前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記修正された周期的電圧関数の前記部分の前記傾きに影響を及ぼすように、時間決定される、請求項5に記載のシステム。   Switching of the one or more switching components is timed to affect the slope of the portion of the modified periodic voltage function between the pulses of the modified periodic voltage function. The system according to claim 5. 前記コントローラは、前記基板の前記表面に到達するイオンの前記定義されたイオンエネルギー分布関数が達成されるまで、前記イオン電流補償の振幅を調節する、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the controller adjusts an amplitude of the ion current compensation until the defined ion energy distribution function of ions reaching the surface of the substrate is achieved. 修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供する方法であって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に電気的に結合するために構成され、前記方法は、
イオン電流補償Iを前記電気ノードに提供することと、
周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することであって、前記周期的電圧関数は、前記イオン電流補償Iによって修正され、前記修正された周期的電圧関数を形成する、ことと、
前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することであって、前記修正された周期的電圧関数は、パルスと前記パルス間の部分とを有する、ことと、
少なくとも前記基板支持部の容量を表す有効容量値Cにアクセスすることと、
前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の傾きdV/dtを決定することと、
前記基板の表面に到達するイオンの定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償Icの値を識別することであって、前記識別することは、前記有効容量Cと前記パルス間の前記部分の前記傾きdV/dtとの関数である、ことと
イオンエネルギーのユーザ選択を受信することと、
初期の電力供給電圧を設定することと、
前記電気ノードにおいて、前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを測定することと、
前記電圧ステップに基づいて現在のイオンエネルギーを計算することと、
前記現在のイオンエネルギーがイオンエネルギーの前記ユーザ選択に等しくない場合、新しい電力供給電圧を設定することと
を含む、方法。
A method of providing a modified periodic voltage function to an electrical node, wherein the electrical node is configured to be electrically coupled to a substrate support of a plasma processing chamber, the method comprising:
Providing a ion current compensation I C to the electrical node,
The method comprising: providing a periodic voltage function to the electrical node, the periodic voltage function is modified by the ion current compensation I C, to form the modified periodic voltage function, and that,
Providing the modified periodic voltage function to the electrical node, the modified periodic voltage function comprising a pulse and a portion between the pulses;
Accessing at least an effective capacitance value C 1 representing the capacitance of the substrate support;
Determining a slope dV 0 / dt of the portion between the pulses of the modified periodic voltage function;
Identifying a value of the ion current compensation Ic that will result in a defined ion energy distribution function of ions arriving at the surface of the substrate, the identifying comprising identifying the effective capacitance C 1 and the Is a function of the slope dV 0 / dt of the portion between pulses ;
Receiving a user selection of ion energy;
Setting an initial power supply voltage;
Measuring a voltage step of the modified periodic voltage function at the electrical node;
Calculating a current ion energy based on the voltage step;
Setting a new power supply voltage if the current ion energy is not equal to the user selection of ion energy .
前記定義されたイオンエネルギー分布は、狭小イオンエネルギー分布である、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the defined ion energy distribution is a narrow ion energy distribution. 前記基板の前記表面に到達するイオンの前記定義されたイオンエネルギー分布関数をもたらすであろう、前記イオン電流補償Icの前記値は、以下のように関数fを満たす値である、
請求項12に記載の方法。
The value of the ion current compensation Ic that will result in the defined ion energy distribution function of ions reaching the surface of the substrate is a value that satisfies the function f as follows:
The method of claim 12.
前記イオン電流補償Icを第1の値に設定することと、
前記関数fの符号を決定することと、
前記関数fの符号が正である場合、前記イオン電流補償Icを増加させ、前記関数fの符号が負である場合、前記イオン電流補償Icを減少させることと
をさらに含む、請求項14に記載の方法。
Setting the ion current compensation Ic to a first value;
Determining the sign of the function f;
15. The method of claim 14, further comprising: increasing the ion current compensation Ic if the sign of the function f is positive and decreasing the ion current compensation Ic if the sign of the function f is negative. the method of.
前記識別することは、2つ以上の時間に前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の電圧をサンプリングすることを含む、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the identifying comprises sampling the voltage of the portion between the pulses of the modified periodic voltage function at two or more times. 前記識別することは、前記2つ以上の時間にサンプリングされた前記電圧から、前記傾きdV/dtを計算することを含む、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the identifying comprises calculating the slope dV 0 / dt from the voltages sampled at the two or more times. 前記識別することは、前記修正された周期的電圧関数の2つ以上のサイクルに対して前記傾きdV/dtを計算することを含み、前記2つ以上のサイクルの各々は、前記イオン電流補償Icの異なる値に関連付けられている、請求項17に記載の方法。 The identifying includes calculating the slope dV 0 / dt for two or more cycles of the modified periodic voltage function, each of the two or more cycles comprising the ion current compensation The method of claim 17, wherein the method is associated with different values of Ic. 前記識別することは、第1のサイクル中および第2のサイクル中に、前記修正された周期的電圧関数の前記パルス間の前記部分の電圧をサンプリングすることと、少なくともこれらのサンプリングされた電圧から前記傾きdV/dtを計算することとを含む、請求項16に記載の方法。 The identifying includes sampling a voltage of the portion between the pulses of the modified periodic voltage function during a first cycle and a second cycle, and at least from these sampled voltages The method of claim 16, comprising calculating the slope dV 0 / dt. 前記イオン電流補償Icは、前記プラズマ処理チャンバ内で形成されるプラズマのプラズマシースを横切るイオン電流Iに直線的に関連している、請求項12に記載の方法。 The method of claim 12, wherein the ion current compensation Ic is linearly related to an ion current I I across a plasma sheath of plasma formed in the plasma processing chamber. 前記イオン電流補償Icは、以下の方程式に従って、前記イオン電流Iに直線的に関連し、
は、前記プラズマチャンバの有効容量であり、Cstrayは、前記プラズマチャンバの累積浮遊容量である、請求項10に記載の方法。
The ion current compensation Ic is linearly related to the ion current I I according to the following equation:
The method of claim 10, wherein C 1 is an effective volume of the plasma chamber and C strain is a cumulative stray volume of the plasma chamber.
前記有効容量Cは、時間で変動する、請求項21に記載の方法。 The method of claim 21, wherein the effective capacity C 1 varies with time. 前記イオン電流補償Icは、時間で変動する、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the ion current compensation Ic varies with time. イオンが第1のイオンエネルギーを伴って前記基板の前記表面に到達するように、前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供することをさらに含む、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, further comprising providing the modified periodic voltage function to the electrical node such that ions reach the surface of the substrate with a first ion energy. 前記修正された周期的電圧関数は、前記第1のイオンエネルギーに対応する第1の電圧ステップを有する、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, wherein the modified periodic voltage function comprises a first voltage step corresponding to the first ion energy. 前記イオン電流補償Icの第2の値を伴う前記修正された周期的電圧関数を前記電気ノードに提供し、前記イオンエネルギー分布関数を拡大することをさらに含む、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, further comprising: providing the modified periodic voltage function with a second value of the ion current compensation Ic to the electrical node to expand the ion energy distribution function. 前記第1の電圧ステップおよび前記第2の電圧ステップは、前記修正された周期的電圧関数の隣接したサイクルにおいて提供される、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the first voltage step and the second voltage step are provided in adjacent cycles of the modified periodic voltage function. 前記提供することは、前記プラズマの密度に無視可能な影響を及ぼす、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, wherein the providing has a negligible effect on the density of the plasma. 修正された周期的電圧関数を電気ノードに印加することであって、前記修正された周期的電圧関数は、イオン電流補償によって修正された周期的電圧関数を備え、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバ内の基板に結合されている基板支持部に結合するために構成されている、ことと、
前記修正された周期的電圧関数の少なくとも1つのサイクルをサンプリングし、電圧データ点を生成することと、
前記基板の表面に到達するイオンの第1のイオンエネルギーの値を推定することであって、前記推定することは、前記電圧データ点に基づく、ことと、
前記第1のイオンエネルギーが定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、前記修正された周期的電圧関数を調節することと
イオンエネルギーのユーザ選択を受信することと、
初期の電力供給電圧を設定することと、
前記電気ノードにおいて、前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを測定することと、
前記電圧ステップに基づいて現在のイオンエネルギーを計算することと、
前記現在のイオンエネルギーがイオンエネルギーの前記ユーザ選択に等しくない場合、新しい電力供給電圧を設定することと
を含む、方法。
Applying a modified periodic voltage function to an electrical node, the modified periodic voltage function comprising a periodic voltage function modified by ion current compensation, wherein the electrical node comprises a plasma processing chamber Configured to couple to a substrate support coupled to an inner substrate; and
Sampling at least one cycle of the modified periodic voltage function to generate voltage data points;
Estimating a value of a first ion energy of ions reaching the surface of the substrate, wherein the estimating is based on the voltage data points;
Adjusting the modified periodic voltage function until the first ion energy is equal to a defined ion energy ;
Receiving a user selection of ion energy;
Setting an initial power supply voltage;
Measuring a voltage step of the modified periodic voltage function at the electrical node;
Calculating a current ion energy based on the voltage step;
Setting a new power supply voltage if the current ion energy is not equal to the user selection of ion energy .
前記調節の各電圧増分後、前記修正された周期的電圧関数の少なくとも1つのサイクルをサンプリングして、前記第1のイオンエネルギーの前記値を推定することをさらに含む、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, further comprising sampling at least one cycle of the modified periodic voltage function after each voltage increment of the adjustment to estimate the value of the first ion energy. . 前記推定することは、イオン電流の関数である、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, wherein the estimating is a function of ion current. 前記イオン電流は、前記イオン電流補償の関数である、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the ion current is a function of the ion current compensation. 以下の方程式は、前記第1のイオンエネルギーの値を推定することにおいて使用され、
ΔVは、前記修正された周期的電圧関数の各サイクルの電圧ステップであり、Cは、前記チャンバの有効容量であり、Csheathは、プラズマシースのシース容量であり、Csheathは、前記イオン電流に依存する、請求項32に記載の方法。
The following equation is used in estimating the value of the first ion energy:
ΔV is the voltage step of each cycle of the modified periodic voltage function, C 1 is the effective capacity of the chamber, C sheath is the sheath capacity of the plasma sheath, and C sheath is the ion 35. The method of claim 32, wherein the method is dependent on current.
前記調節することは、前記第1のイオンエネルギーが前記定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、前記修正された周期的電圧関数の前記ステップ電圧ΔVを調節することを含む、請求項33に記載の方法。   34. The adjusting of claim 33, wherein the adjusting comprises adjusting the step voltage ΔV of the modified periodic voltage function until the first ion energy is equal to the defined ion energy. Method. 前記イオン電流補償の第1の値を第2の値に変化させ、前記イオンエネルギーの分布の幅を拡大することをさらに含む、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, further comprising changing the first value of the ion current compensation to a second value to expand the width of the ion energy distribution. 前記調節することは、前記第1のイオンエネルギーが前記定義されたイオンエネルギーに等しくなるまで、バイアス供給部電圧を調節することを含む、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, wherein the adjusting comprises adjusting a bias supply voltage until the first ion energy is equal to the defined ion energy. 修正された周期的電圧関数を電気ノードに提供することであって、前記電気ノードは、プラズマ処理チャンバの基板支持部に結合するために構成されている、ことと、
第1の時間および第2の時間において、前記修正された周期的電圧関数から少なくとも2つの電圧をサンプリングすることと、
前記少なくとも2つの電圧の傾きをdV/dtとして計算することと、
前記傾きをイオンエネルギー分布関数幅に対応することが分かっている基準傾きと比較することと、
前記傾きが前記基準傾きに接近するように、前記修正された周期的電圧関数を調節することと
イオンエネルギーのユーザ選択を受信することと、
初期の電力供給電圧を設定することと、
前記電気ノードにおいて、前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを測定することと、
前記電圧ステップに基づいて現在のイオンエネルギーを計算することと、
前記現在のイオンエネルギーがイオンエネルギーの前記ユーザ選択に等しくない場合、新しい電力供給電圧を設定することと
を含む、方法。
Providing a modified periodic voltage function to an electrical node, wherein the electrical node is configured to couple to a substrate support of a plasma processing chamber;
Sampling at least two voltages from the modified periodic voltage function at a first time and a second time;
Calculating the slope of the at least two voltages as dV / dt;
Comparing the slope to a reference slope known to correspond to the ion energy distribution function width;
Adjusting the modified periodic voltage function such that the slope approaches the reference slope ;
Receiving a user selection of ion energy;
Setting an initial power supply voltage;
Measuring a voltage step of the modified periodic voltage function at the electrical node;
Calculating a current ion energy based on the voltage step;
Setting a new power supply voltage if the current ion energy is not equal to the user selection of ion energy .
前記第1の時間は、前記修正された周期的電圧関数の第1のサイクルの間に起こり、前記第2の時間は、前記修正された周期的電圧関数の第2のサイクルの間に起こる、請求項37に記載の方法。   The first time occurs during a first cycle of the modified periodic voltage function and the second time occurs during a second cycle of the modified periodic voltage function; 38. The method of claim 37. 前記第1および第2の時間は、前記修正された周期的電圧関数の同一のサイクルの間に起こる、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein the first and second times occur during the same cycle of the modified periodic voltage function. 前記サンプリングすることは、少なくとも400kHzのサンプリングレートで行われる、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein the sampling is performed at a sampling rate of at least 400 kHz. 定義されたイオン電流補償Iを識別する方法を行うためのプロセッサ読み取り可能な命令で符号化されている非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記方法は、
第1の値を有する前記イオン電流補償Iを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることと、
第2の値を有する前記イオン電流補償Iを与えられた修正された周期的電圧関数をサンプリングすることと、
前記プラズマ処理チャンバの有効容量値Cにアクセスすることと、
前記第1および第2のサンプリングに基づいて、前記修正された周期的電圧関数の傾きdV/dtを決定することと、
以下の方程式を真にする前記イオン電流補償Iの第3の値を計算することと
イオンエネルギーのユーザ選択を受信することと、
初期の電力供給電圧を設定することと、
前記修正された周期的電圧関数の電圧ステップを測定することと、
前記電圧ステップに基づいて現在のイオンエネルギーを計算することと、
前記現在のイオンエネルギーがイオンエネルギーの前記ユーザ選択に等しくない場合、新しい電力供給電圧を設定することと
を含む、非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
A non-transitory tangible computer-readable storage medium encoded with processor readable instructions for performing a method for identifying a defined ionic current compensation I C, the method comprising:
And sampling said ion current compensation I modified periodic voltage function given C having a first value,
And sampling said ion current compensation I modified periodic voltage function given C having a second value,
Accessing the effective capacity value C 1 of the plasma processing chamber;
Determining a slope dV 0 / dt of the modified periodic voltage function based on the first and second samplings;
Calculating a third value of the ion current compensation I C that makes the following equation true :
Receiving a user selection of ion energy;
Setting an initial power supply voltage;
Measuring a voltage step of the modified periodic voltage function;
Calculating a current ion energy based on the voltage step;
A non-transitory tangible computer readable storage medium comprising setting a new power supply voltage if the current ion energy is not equal to the user selection of ion energy .
前記プラズマ処理チャンバのプラズマのプラズマシースにわたるシース電圧を計算することをさらに含む、請求項41に記載の非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
42. The non-transitory tangible computer readable storage medium of claim 41, further comprising calculating a sheath voltage across a plasma sheath of plasma in the plasma processing chamber.
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