JP7286666B2 - 高電力回路からの切り離しを伴わない静電容量測定 - Google Patents
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Description
本出願は、“CAPACITANCE MEASUREMENT WITHOUT DISCONNECTING FROM HIGH POWER CIRCUIT”という名称で2018年2月23日に出願された米国仮特許出願第62/634,730号の優先権および利益を主張するものであり、この文献は、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (31)
- 処理チェンバ内の複数のステーションにおけるプラズマアシストによる半導体処理の方法であって、前記方法は、
(a)前記複数のステーションの各々において基板を提供することと、
(b)ステーション間のばらつきを低減するように構成されたRF電力パラメータに従って、第1のターゲット周波数を含むRF電力を複数のステーションに分配することであって、これにより前記ステーション内でプラズマを生成することと、
(c)前記複数のステーションに含まれる第1のステーションのためのインピーダンス整合回路を調整することであって、前記第1のステーションにRF電力を分配しつつ、
(i)前記インピーダンス整合回路のコンデンサの静電容量を、前記インピーダンス整合回路から前記コンデンサを切り離すことなく測定して、
(ii)前記工程(i)で測定した前記静電容量および前記RF電力パラメータに従って、前記コンデンサの静電容量を調整することにより、インピーダンス整合回路を調整することと、
(d)各ステーションにおいて前記基板上で半導体処理オペレーションを実行することと、を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記半導体処理オペレーションは、薄膜の堆積、エッチング、剥離、または除去のうちのいずれか1つである、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記工程(i)は、
(aa)分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数よりも高い第1の周波数を含む第1の信号を生成することと、
(bb)少なくとも前記第1の信号および分配される前記RF電力に応答して生成される前記コンデンサにおける信号をフィルタリングすることと、
(cc)前記フィルタリング後の信号を測定することと、
(dd)前記測定されたフィルタリング後の信号を前記コンデンサの静電容量測定値に変換することと、を含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、前記フィルタリングは、前記第1のターゲット周波数の10次高調波周波数よりも高い周波数を中心とする通過帯域を含むとともに、前記フィルタリングは、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数を含む阻止帯域を含む、方法。
- 請求項4に記載の方法であって、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数は、約13.56、27、40、60、または100MHzである、方法。
- 請求項4に記載の方法であって、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数は、約400kHzである、方法。
- 請求項3に記載の方法であって、
前記工程(aa)は、前記第1の周波数(ω)で構成された固定周波数発振器であって、前記固定周波数発振器の出力は、前記コンデンサと直列である抵抗(R)に結合されている固定周波数発振器を用いて、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記抵抗(R)、前記第1の周波数(ω)、および前記交流電圧(Vin)に一部基づいて、Vout/Vin=1/(1+jωRC)として、前記測定されたフィルタリング後の信号(Vout)を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記工程(aa)は、前記コンデンサとインダクタンスの共振周波数(fo=ωo/2π)を含む周波数範囲を走査するように構成された可変周波数発振器であって、前記可変周波数発振器の出力は、前記コンデンサと直列である前記インダクタンス(L)に結合されている可変周波数発振器を用いて、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記共振周波数を特定するために、前記測定されたフィルタリング後の信号を用いることを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記共振周波数(fo=ωo/2π)および前記インダクタンス(L)に一部基づいて、fo=ωo/2π=1/{2π sqrt(LC)}として、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記工程(aa)は、発振器の出力が、前記コンデンサとそれぞれ直列である少なくとも第1のインピーダンス(z1)および第2のインピーダンス(z2)を介して前記コンデンサの第1の端子に結合されているとともに、前記発振器の出力が、前記コンデンサと直列である少なくとも第3のインピーダンス(z3)を介して前記コンデンサの第2の端子に結合されている発振器を用いて、前記第1の周波数(ω)で、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記第1のインピーダンス(z1)および前記第2のインピーダンス(z2)を含む第1の合成インピーダンスと前記第3のインピーダンス(z3)および前記コンデンサのインピーダンス(zC)を含む第2の合成インピーダンスとの間のアンバランスを表す、前記測定されたフィルタリング後の信号として、前記第1のインピーダンス(z1)、前記第2のインピーダンス(z2)、および前記第3のインピーダンス(z3)を結合するノードにおける電流または電圧を測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、比z1/z2=z3/zCに一部基づいて、zC=1/jωCとして、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記工程(aa)は、発振器の出力が、基準コンデンサ(CREF)に結合されている発振器を用いて、前記第1の周波数(ω)で、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することと、前記交流電圧で前記基準コンデンサを基準電圧(VREF)に充電するときに、前記基準コンデンサを前記コンデンサと電気的に並列接続することと、を含み、
前記工程(cc)は、前記第1の周波数(ω)での前記基準コンデンサと前記コンデンサとの電気的に並列な合成における電荷に対応した電圧を、前記測定されたフィルタリング後の信号として測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、C=CREF{(VREF/Vout)-1}に一部基づいて、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記工程(aa)は、電流源の出力が、電圧(V)を測定するための電圧測定インタフェースに結合されている電流源を用いて、前記コンデンサの第1の端子において前記第1の周波数(ω)で、前記第1の信号として交流電流(Iin)を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記コンデンサの第2の端子における電流に対応したフィルタリング後の電流(I)を、前記測定されたフィルタリング後の信号として測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記フィルタリング後の電流(I)および前記電圧測定インタフェースにおける測定電圧の変化率(dV/dt)に一部基づいて、I=C(dV/dt)として、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記工程(aa)は、第1の抵抗(R1)、第2の抵抗(R2)、および前記コンデンサの前記静電容量(C)を用いてタイマ周波数(F)が構成されたタイマ回路を用いて、タイマ信号を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記タイマ周波数(F)を特定するために、時間周期内のタイマパルスカウントを、前記測定されたフィルタリング後の信号として測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記特定されたタイマ周波数に一部基づいて、F=1/{C×(R1+2×R2)×ln2}として、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、前記第1の周波数(ω)での前記コンデンサの両端の電圧降下を測定するために、オシロスコープを使用する、方法。
- 請求項3に記載の方法であって、前記第1の周波数(ω)での前記コンデンサの前記静電容量を測定するために、インダクタンス(L)・静電容量(C)・抵抗(R)メータ(LCRメータ)を使用するか、または前記第1の周波数(ω)での前記コンデンサのインピーダンスを測定するために、ベクトルネットワークアナライザを使用する、方法。
- プラズマアシストによる半導体処理のための装置であって、前記装置は、
ステーションの各々が、少なくとも1つのウェハサポートを含むとともに、少なくとも1つの基板を受容するように構成された、複数のステーションであって、処理チェンバ内にある複数のステーションと、
静電容量センサと、
1つ以上のコントローラと、を備え、前記1つ以上のコントローラと前記静電容量センサは通信接続されており、かつ前記コントローラは、
(a)前記複数のステーションの各々において基板を提供し、
(b)ステーション間のばらつきを低減するように構成されたRF電力パラメータに従って、第1のターゲット周波数を含むRF電力を複数のステーションに分配することにより、前記ステーション内でプラズマを生成し、
(c)前記複数のステーションに含まれる第1のステーションのためのインピーダンス整合回路を調整し、このとき、前記第1のステーションにRF電力を分配しつつ、
(i)前記静電容量センサを用いて、前記インピーダンス整合回路のコンデンサの静電容量を、前記インピーダンス整合回路から前記コンデンサを切り離すことなく測定して、
(ii)前記工程(i)で測定した前記静電容量および前記RF電力パラメータに従って、前記コンデンサの静電容量を調整することにより、インピーダンス整合回路を調整し、さらに、
(d)各ステーションにおいて前記基板上で半導体処理オペレーションを実行する、ように構成されている、装置。 - 請求項15に記載の装置であって、前記半導体処理オペレーションは、薄膜の堆積、エッチング、剥離、または除去のうちのいずれか1つである、装置。
- 請求項16に記載の装置であって、前記工程(i)は、
(aa)分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数よりも高い第1の周波数を含む第1の信号を生成することと、
(bb)少なくとも前記第1の信号および分配される前記RF電力に応答して生成される前記コンデンサにおける信号をフィルタでフィルタリングすることと、
(cc)前記フィルタリング後の信号を測定することと、
(dd)前記測定されたフィルタリング後の信号を前記コンデンサの静電容量測定値に変換することと、を含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、前記フィルタは、前記第1のターゲット周波数の10次高調波周波数よりも高い周波数を中心とする通過帯域を含むとともに、前記フィルタは、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数を含む阻止帯域を含む、装置。
- 請求項18に記載の装置であって、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数は、約13.56、27、40、60、または100MHzである、装置。
- 請求項18に記載の装置であって、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数は、約400kHzである、装置。
- 請求項17に記載の装置であって、
前記工程(aa)は、前記第1の周波数(ω)で構成された固定周波数発振器であって、前記固定周波数発振器の出力は、前記コンデンサと直列である抵抗(R)に結合されている固定周波数発振器を用いて、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記抵抗(R)、前記第1の周波数(ω)、および前記交流電圧(Vin)に一部基づいて、Vout/Vin=1/(1+jωRC)として、前記測定されたフィルタリング後の信号(Vout)を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、
前記工程(aa)は、前記コンデンサとインダクタンスの共振周波数(fo=ωo/2π)を含む周波数範囲を走査するように構成された可変周波数発振器であって、前記可変周波数発振器の出力は、前記コンデンサと直列である前記インダクタンス(L)に結合されている可変周波数発振器を用いて、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記共振周波数を特定するために、前記測定されたフィルタリング後の信号を用いることを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記共振周波数(fo=ωo/2π)および前記インダクタンス(L)に一部基づいて、fo=ωo/2π=1/{2π sqrt(LC)}として、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、
前記工程(aa)は、発振器の出力が、前記コンデンサとそれぞれ直列である少なくとも第1のインピーダンス(z1)および第2のインピーダンス(z2)を介して前記コンデンサの第1の端子に結合されているとともに、前記発振器の出力が、前記コンデンサと直列である少なくとも第3のインピーダンス(z3)を介して前記コンデンサの第2の端子に結合されている発振器を用いて、前記第1の周波数(ω)で、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記第1のインピーダンス(z1)および前記第2のインピーダンス(z2)を含む第1の合成インピーダンスと前記第3のインピーダンス(z3)および前記コンデンサのインピーダンス(zC)を含む第2の合成インピーダンスとの間のアンバランスを表す、前記測定されたフィルタリング後の信号として、前記第1のインピーダンス(z1)、前記第2のインピーダンス(z2)、および前記第3のインピーダンス(z3)を結合するノードにおける電流または電圧を測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、比z1/z2=z3/zCに一部基づいて、zC=1/jωCとして、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、
前記工程(aa)は、発振器の出力が、基準コンデンサ(CREF)に結合されている発振器を用いて、前記第1の周波数(ω)で、前記第1の信号として交流電圧(Vin)を生成することと、前記交流電圧で前記基準コンデンサを基準電圧(VREF)に充電するときに、前記基準コンデンサを前記コンデンサと電気的に並列接続することと、を含み、
前記工程(cc)は、前記第1の周波数(ω)での前記基準コンデンサと前記コンデンサとの電気的に並列な合成における電荷に対応した電圧を、前記測定されたフィルタリング後の信号として測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、C=CREF{(VREF/Vout)-1}に一部基づいて、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、
前記工程(aa)は、電流源の出力が、電圧(V)を測定するための電圧測定インタフェースに結合されている電流源を用いて、前記コンデンサの第1の端子において前記第1の周波数(ω)で、前記第1の信号として交流電流(Iin)を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記コンデンサの第2の端子における電流に対応したフィルタリング後の電流(I)を、前記測定されたフィルタリング後の信号として測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記フィルタリング後の電流(I)および前記電圧測定インタフェースにおける測定電圧の変化率(dV/dt)に一部基づいて、I=C(dV/dt)として、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、
前記工程(aa)は、第1の抵抗(R1)、第2の抵抗(R2)、および前記コンデンサの静電容量(C)を用いてタイマ周波数(F)が構成されたタイマ回路を用いて、タイマ信号を生成することを含み、
前記工程(cc)は、前記タイマ周波数(F)を特定するために、時間周期内のタイマパルスカウントを、前記測定されたフィルタリング後の信号として測定することを含み、かつ、
前記工程(dd)は、前記特定されたタイマ周波数に一部基づいて、F=1/{C×(R1+2×R2)×ln2}として、前記測定されたフィルタリング後の信号を前記静電容量測定値(C)に変換することを含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、前記第1の周波数(ω)での前記コンデンサの両端の電圧降下を測定するために、オシロスコープを使用する、装置。
- 請求項17に記載の装置であって、前記第1の周波数(ω)での前記コンデンサの前記静電容量を測定するために、インダクタンス(L)・静電容量(C)・抵抗(R)メータ(LCRメータ)を使用するか、または前記第1の周波数(ω)での前記コンデンサのインピーダンスを測定するために、ベクトルネットワークアナライザを使用する、装置。
- 第1のターゲット周波数でRF電力を分配するための回路からコンデンサを切り離すことなく、前記コンデンサの静電容量を測定するためのデバイスであって、前記デバイスは、
前記第1のターゲット周波数の10次高調波周波数よりも高い第1の周波数を含む通過帯域を有するとともに前記第1のターゲット周波数を含む阻止帯域を有するフィルタと、
前記第1の周波数(ω)で交流電圧(Vin)を生成するための発振器と、
抵抗(R)の第1の端子に前記発振器の出力が結合されているとともに前記抵抗(R)の第2の端子は前記コンデンサと電気的に直列結合された前記フィルタに結合されている抵抗(R)と、
前記抵抗(R)の前記第2の端子においてフィルタリング後の信号(Vout)を測定するための電圧測定インタフェースと、を備え、前記コンデンサの静電容量測定値(C)は、Vout/Vin=1/(1+jωRC)として、前記抵抗(R)、前記第1の周波数(ω)、および前記交流電圧(Vin)に一部基づいている、デバイス。 - 請求項29に記載のデバイスであって、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数は、約13.56、27、40、60、または100MHzである、デバイス。
- 請求項29に記載のデバイスであって、分配される前記RF電力における前記第1のターゲット周波数は、約400kHzである、デバイス。
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