JP7369896B2 - プラズマ処理のための制御のシステム及び方法 - Google Patents

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本願は、２０１８年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／７１８，４５４号、及び２０１８年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２４，８７９号、及び２０１８年１２月１７日に出願された米国非仮特許出願第１６／２２１，９７１号の優先権を主張し、該出願は、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、概してプラズマ処理に関し、特定の実施形態において、プラズマ処理のための制御のシステム及び方法に関する。

マイクロエレクトロニクス加工対象物（workpieces：ワークピース）内のデバイス形成は、基板上の多くの材料層の形成、パターニング、及び除去を含む一連の製造技術に関わり得る。現在の及び次世代の半導体デバイスの物理的及び電気的仕様を達成するためには、構造的完全性を維持しつつ加工寸法を減少させることを可能にする処理フローが、様々なパターニングプロセスには望ましい。

プラズマプロセスは、一般にマイクロエレクトロニクス加工対象物においてデバイスを形成するために使用される。例えば、プラズマエッチング及びプラズマ蒸着は、半導体デバイス製作中の共通プロセス工程である。ソース電力及びバイアス電力の組み合わせは、プラズマ処理の間にプラズマを生成し、方向付けするために使用され得る。図１８は、プラズマ処理中のソース電力及びバイアス電力の印加のための従来のタイミング図を示す。一番上の図には、ソース電力又はバイアス電力についてのはっきりしたパルスが存在しない。中央の図では、連続的なバイアス電力がパルスなしで印加される一方、ソースパルスが印加される。一番下の図では、連続的なソース電力がパルスなしで印加される一方、バイアスパルスが印加される。

本発明の実施形態によれば、プラズマ処理の方法は、ソース電力パルスの第１のシーケンスを生成することと、バイアス電力パルスの第２のシーケンスを生成することと、第２のシーケンスのバイアス電力パルスを第１のシーケンスのソース電力パルスと組み合わせて、交互のソース電力パルス及びバイアス電力パルスの組み合わせシーケンスを形成することと、組み合わせシーケンスを用いて、イオンを含むプラズマを生成すること、及び基板の主面にイオンを放出することによって基板を処理することと、を含む。

別の実施形態によれば、プラズマ処理の方法は、プラズマを生成するためにソース電力をプラズマ処理チャンバに提供することを含む。ソース電力は、複数のソース電力パルスを含む。方法は、複数のバイアス電力パルスを含むバイアス電力をプラズマ処理チャンバに提供することをさらに含む。複数のソース電力パルス及び複数のバイアス電力パルスが、組み合わされてパルスシーケンスを形成する。パルスシーケンスの各パルスは、複数のソース電力パルスのうちのソース電力パルス、複数のバイアス電力パルスのうちのバイアス電力パルス、及びＳＰパルスの一部又はＢＰパルスの一部のいずれかが高振幅状態にある時間間隔を含む。

本発明のさらに別の実施形態によれば、プラズマ処理システムは、ソース電力パルスの第１のシーケンス及びバイアス電力パルスの第２のシーケンスを生成するように構成されるコントローラを含む。コントローラは、第２のシーケンスのバイアス電力パルスを第１のシーケンスのソース電力パルスと組み合わせて、交互のソース電力パルス及びバイアス電力パルスの組み合わせシーケンスを形成するようにさらに構成される。プラズマ処理システムは、コントローラに結合され、組み合わせシーケンスを用いて生成されたイオンを含むプラズマを生成するように構成される、プラズマ処理チャンバをさらに含む。プラズマ処理チャンバは、生成されたイオンを受け取るための基板を支持するように構成される。

本発明のより完全な理解及びその利点について、添付図面と併せて用いられる以下の説明に対して参照が行われる。

本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法のパルスシーケンスの概略タイミング図及び対応する定性グラフを示す。 本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。 本発明の実施形態による、非同期バイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、高周波数無線周波数（ＲＦ）ソース電力パルス及び低周波数ＲＦバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、高周波数ＲＦソース電力パルス及び低周波数矩形波バイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、高周波数ＲＦソース電力パルス及びパルス化ＤＣバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、高周波数ＲＦソース電力パルス及び交互極性パルス化ＤＣバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路に加えてプラズマ電位結合要素を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。 本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスに加えて電位制御電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路に加えて電子ビーム源を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。 本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスに加えて電子ビーム電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路に加えて導電グリッドを含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。 本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスに加えてグリッド制御パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。 本発明の実施形態による、プラズマ処理中のイオン角度分布関数の能動制御に使用可能な制御法則を生成する例としての方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による、プラズマプロセスのフィードフォワード制御の例としての方法のフローチャートを示す。 本発明の実施形態による、プラズマ処理中の制御の例としての方法を示す。 本発明の実施形態による、プラズマ処理の例としての方法を示す。 ソース電力及びバイアス電力を含む複数の従来のタイミング図を示す。

異なる図面における対応する数字及び記号は、概して、特段指示のない限り、対応する部分を参照する。図面は、実施形態の関連態様を明瞭に示すように描かれ、必ずしも縮尺通りに描かれていない。図面に描かれるフィーチャ（features：特徴）の端部は、フィーチャの範囲の終端を必ずしも示していない。

様々な実施形態を作成すること及び使用することについて、以下に詳述される。しかしながら、本明細書に説明される様々な実施形態が、多種多様な具体的文脈において適用可能であると理解されるべきである。述べられた具体的実施形態は、様々な実施形態を作成及び使用する具体的なやり方を単に例示するものであり、限定された範囲において解釈されるべきではない。

イオンエネルギー及びイオン角度は、多様なプラズマプロセスについての品質、均一性、選択性、及び予測性に影響を及ぼし得る。例えば、高アスペクト比フィーチャの異方性エッチングを実現するために、完全に一方向性の、垂直なイオンビームの生成が望ましい場合がある。さらに、イオンの操作された角度分布を用いてこれらの指向性イオンを調整、補正、及び制御する能力も、望ましい場合がある。このような操作された角度イオン分布は、例えば、コンタクト、フィン、ゲート配線の形成、他のフロントエンド又はバックエンド処理、及び一般的なパターニングステップ、並びに他のプロセスに有用であり得る。

しかしながら、プラズマ処理中にマイクロエレクトロニクスデバイスのトポグラフィカルフィーチャに対するイオン入射角度を制御するための能動的な制御メカニズムは当技術分野において存在しないということが広く受け入れられている。完全に垂直なイオン又は略垂直なイオンを基板表面に放出することは有益であり得る。加えて、パターン化構造の側壁上での散乱について考慮及び／又は補正しつつ、構造内に放出されるイオンビーム角度を制御することも有益であり得る。例えば、このイオン分布角度の制御は、高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）型エッチング及びパターニング適用、並びに他のエッチング／蒸着プロセスに役立ち得る。

本明細書で説明されるように、マイクロエレクトロニクス加工対象物（又は基板）のプラズマ処理のためにイオン角度分布を制御する実施形態が、提供される。開示される実施形態は、プラズマ処理中にマイクロエレクトロニクス加工対象物（例えば、半導体ウェハ）に対する交流（ＡＣ）電力の印加及び／又はパルス化直流（ＤＣ）電力の印加を制御する。これらの技術を通して、開示される実施形態は、マイクロエレクトロニクス加工対象物に放出されるイオンについての角度分布の制御を含む、様々な利点をもたらし得る。追加の実施及び利点も、以下の説明を考慮すると当業者には明らかであり得る。

様々な実施形態では、マイクロエレクトロニクス加工対象物を処理する方法は、プラズマを生成するためにソース電力をプラズマ処理チャンバに提供することを含む。プラズマは、例えば、エッチング、蒸着、洗浄、灰化などのプラズマプロセスに使用され得る。プラズマ処理チャンバに提供されるソース電力は、パルス化される。具体的には、プラズマ処理チャンバへの電力をパルス化することは、電力をオン状態及びオフ状態の間で交互に替え、それによって、一連の一時的に別個のパルスを形成することを含み得る。方法は、バイアス電力をプラズマ処理チャンバに提供することをさらに含む。バイアス電力は、プラズマ処理チャンバ内に配置されるマイクロエレクトロニクス加工対処物に向かって、生成されたプラズマ内の荷電粒子を加速し得る。プラズマ処理チャンバに提供されるバイアス電力も、パルス化される。しかしながら、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスは、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない。

本明細書で説明される様々な実施形態は、反応性イオンエッチング又はプラズマ蒸着などにおけるプラズマ処理のために、表面に対するイオン放出のためのイオン角度分布及びイオンエネルギーを制御するシステム及び方法を提供する。イオン角度分布についてのこれらの制御技術も、原子層エッチング（ＡＬＥ）及び原子層蒸着（ＡＬＤ）、並びに空間的ＡＬＥ／ＡＬＤ及び／又は他のプロセスに有用であり得る。本明細書で説明される様々な実施形態は、逆位相の、非同期の、及び／又は位相がずれたソース電力及びバイアス電力のパルス化を提供する。加えて、これらの技術は、プラズマ電位を制御するための１つ又は複数の追加のメカニズムを取り入れることによって、さらに拡張され得る。これらの追加のメカニズムも、ソースプラズマから遅延して、又はソースプラズマと同時に、パルス化され得る。イオン温度（Ｔ_ｉ）、電子温度（Ｔ_ｅ）、電子密度（ｎ_ｅ）、シース電圧降下（Ｖ_Ｓ）などの様々なプラズマ特性が、本明細書で説明される実施形態を用いて変調及び制御され得る。

以下で与えられる実施形態は、プラズマ処理システムを動作させる様々なシステム及び方法、特に、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の方法を説明する。以下の記述は、実施形態を説明する。ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御方法の実施形態の例としての概略タイミング図及び定性グラフが、図１を用いて説明される。ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路を含むプラズマ処理システムの実施形態が、図２を用いて説明される。非同期バイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御方法の実施形態の２つの例としての概略タイミング図が、図３を用いて説明される。１つのソース電力パルス及び１つのバイアス電力パルスを含む単一サイクルを示すプラズマ処理のための制御方法の実施形態の複数の例としての概略的タイミング図が、図４～図７を用いて説明される。プラズマ電位結合要素を含むプラズマ処理システムの実施形態及び対応する方法の実施形態の概略タイミング図が、図８及び図９を用いて説明される。電子ビーム源を含むプラズマ処理システムの実施形態及び対応する方法の実施形態の概略的タイミング図が、図１０及び図１１を用いて説明される。導電グリッドを含むプラズマ処理システムの実施形態及び対応する方法の実施形態の概略的タイミング図が、図１２及び図１３を用いて説明される。プラズマ処理中にイオン角度分布関数（ＩＡＤＦ）を能動的に制御するために使用可能な制御法則を生成する方法の実施形態の例としてのフローチャートが、図１４を用いて説明される。プラズマプロセスのフィードフォワード制御の方法の実施形態の例としてのフローチャートが、図１５を用いて説明される。２つの方法の実施形態が、図１６及び図１７を用いて説明される。

図１は、本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法のパルスシーケンスの概略タイミング図及び対応する定性グラフを示す。ソース電力は、プラズマ処理システムのプラズマ処理チャンバに結合され、マイクロエレクトロニクス加工対象物の処理のためのプラズマを生成するために使用される。バイアス電力も、プラズマ処理チャンバに結合され、他の機能に加えてマイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に向かってイオンを加速するために使用され得る。

図１を参照すると、タイミング図１００は、イオンを生成してマイクロエレクトロニクス加工対象物（例えば、半導体ウェハ）に放出するためにパルス化された、ソース電力１及びバイアス電力２を含む。具体的には、タイミング図１００は、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない、１つ又は複数のソース電力（ＳＰ）パルス１１及びバイアス電力（ＢＰ）パルス１２を有するパルスシーケンスを含む。例えば、ソース電力１は、ＳＰパルス１１を生成するようにオン状態とオフ状態との間で切り替えられるＡＣ電力であってもよい（ＡＣ電力の周波数はＳＰパルス１１の周波数より高い）。同様に、バイアス電力２も、ＡＣ電力であってもよい。例えば、バイアス電力２は、ＲＦ電力として実施されてもよく、ＤＣセルフバイアスを有してもよい。代替として、ソース電力１及びバイアス電力２のうちの１つ又は両方が、ＤＣ電力であってもよい。

様々な実施形態において、パルスシーケンスは、パルス変調周期５で周期的であり、複数のＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２を含む。しかしながら、場合によっては、パルスシーケンスは、単一のＳＰパルス及び単一のＢＰパルスを指してもよい。さらに、周期性は有益であり得るが、パルスシーケンスが周期的であるか、又はＳＰパルスがＢＰパルスと同一の周期を有するという厳密な要件はない。

グラフ１０２に示されるように、生成されたプラズマの温度曲線３１及び密度曲線３２は、タイミング図１００の印加ソース電力１に従って変化する。ＳＰパルス１１は、電子密度ｎ_ｅ、電子温度Ｔ_ｅ、及びイオン温度Ｔ_ｉなどの様々なプラズマパラメータの増加によって特徴付けられるプラズマグロー位相を生じる。ＳＰパルス１１の最初の印加は、プラズマ温度（例えばＴ_ｅ及びＴ_ｉ）におけるスパイク２１をもたらし得る。スパイク２１は緩和して残りのＳＰパルスの間、偽平衡状態２３になる。ＳＰパルスが終了した後、プラズマは、イオン及び電子が冷却してその結果Ｔ_ｅ、Ｔ_ｉの低下をもたらし得る、アフタグロー位相に入る。電子及びイオンが、両極性拡散によって壁に拡散してｎ_ｅの低下をもたらす。様々な実施形態では、アフタグロー位相の間、ＢＰパルスが、イオンをマイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に向かって加速するように印加される。

グラフ１０２に示されるように、Ｔ_ｅ及びＴ_ｉは、アフタグロー位相においてｎ_ｅよりも急速に低下し得る。電子密度ｎ_ｅは利用可能なイオンと相関するため、アフタグロー位相の間のＢＰパルスの印加は、マイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に低温イオンを加速するために特に有効であり得る。アフタグロー位相の間、プラズマ電流も減少し得る。バイアス電力が（例えば、ＢＰパルスを用いて）印加されるときに、この電流降下が、アフタグロー位相におけるプラズマシースＶ_ＤＣ（ＲＦ ＤＣ自己バイアス電圧）にわたる大きな電位差Ｖ_Ｐを見込み得る。より低いイオン温度と共に増加した電位差Ｖ_Ｐ及び時間平均ＤＣ電圧降下Ｖ_ＤＣは、イオンの流動の指向性を改善し得る。

したがって、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない。様々な実施形態では、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、タイミング図１００に示されるように、完全に位相が異なる。他の実施形態では、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、部分的にオーバラップしてもよい。したがって、方法の実施形態は、バイアス電力２がソース電力１無しで印加される非ゼロ時間間隔を含むのと同様に、ソース電力１がバイアス電力２無しで印加される非ゼロ時間間隔の両方を含む。

いくつかの場合に、略垂直なイオンを処理中の表面に放出することは、有利であると考えられ得る。表面におけるイオンの入射角の平均偏差は、角度広がりと呼ばれ得る。角度広がりは、プラズマシースにおいてイオンが散乱することにより、及び表面に対するプラズマシースを通したイオン加速前のプラズマ内のイオンのランダムな熱運動により、生じ得る。角度広がりを狭めることは、プラズマシースに存在する電界から引き出される有向性によって実現され得るが、ランダムな熱運動は、角度広がりを広げることをもたらし得る。プラズマシースにおいて電界を発生させる１つの方法は、バイアス電力を印加することであり得る。概して、所与のイオン角度分布についての角度広がり＜θ＞は、以下の比例方程式によって記述され得る。

方程式（１）から分かるように、イオン温度Ｔ_ｉが上昇するにつれて、角度広がり＜θ＞が増大して、垂直イオンの減少をもたらす。同様に、方程式（１）によれば、バイアス電圧Ｖ_ＤＣが上昇するにつれて、角度広がり＜θ＞が減少して、垂直イオンの増加をもたらす。したがって、加工対象物の表面におけるイオンの垂直度を増大させるために、Ｔ_ｉが比較的低いときにバイアス電力２をプラズマ処理チャンバに印加することが有利であり得る。方程式１において、イオン温度Ｔ_ｉが、典型的には電子ボルト（ｅＶ）で表され、バイアス電圧Ｖ_ＤＣは、ボルト（Ｖ）で表され、それによって、イオンの電荷（＋１）が方程式（１）の分母から省略されることが便宜的に可能となることに留意すべきである。

図１をさらに参照すると、タイミング図１００のパルスシーケンスは、パルス変調プロセスパラメータによって定義され得る。パルス変調プロセスパラメータは、ソース電力１のシーケンスに対応するＳＰパルス幅３及びＳＰパルス振幅４、並びにバイアス電力２のシーケンスに対応する前縁バイアスオフセット６、ＢＰパルス幅７、ＢＰパルス振幅８、及び後縁バイアスオフセット９を含み得る。特に、各ＳＰパルス１１は、ＳＰパルス幅３及びＳＰパルス振幅４を含み、各ＢＰパルス１２は、ＢＰパルス幅７及びＢＰパルス振幅８を含む。特段断りのない限り、本明細書で使用される振幅は、所与のパルスの平均頂点間振幅を指すことに言及されるべきである。

図１に示されるように、ＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２は、時間的に完全にオーバラップしなくてもよい。この特定の場合において、ＳＰパルス幅３は、ソース電力１がバイアス電力２無しのＳＰパルスとして印加される時間間隔であり、ＢＰパルス幅７は、バイアス電力２がソース電力１無しのＢＰパルスとして印加される時間間隔である。ＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２が部分的にオーバラップしない実施形態では、オーバラップしない時間間隔が、ＳＰパルス幅３及び／又はＢＰパルス幅７の一部を含み得る。

ＳＰパルス１１及びＢＰパルス１２の両方について、所与のパルス変調周期５についてのデューティサイクル（％）を選ぶことによって、特定のパルス幅が実施され得る。例えば、パルス変調周期が１５０μｓに設定される場合、５６％のソース電力デューティサイクル（％）及び２８％のバイアス電力デューティサイクル（％）は、８４μｓのＳＰパルス幅及び４２μｓのＢＰパルス幅をもたらす。一実施形態では、ソース電力１及びバイアス電力２は、同一のパルス変調周期を有する。代替として、ソース電力１及びバイアス電力２が、別々のパルス変調周期で動作してもよい。

マイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に対するイオン及び／又は他のラジカルの流動が、ＳＰパルス１１のオフタイムを用いて有利に制御され得る。例えば、発明者は、ＳＰオフタイム（６／７／９）が、Ｌ^２／ｓＤ未満に設定されるときに一定のラジカル流動が維持され得ることを発見した。ここで、Ｌは、プラズマ処理チャンバの臨界寸法であり、Ｄは、一定の流動が維持される種の拡散係数であり、ｓは、種の付着係数である。例えば、Ｌは、イオン／ラジカルが生成される場所と最も近い壁との間の距離であってもよい。一実施形態では、Ｌは、ソース領域（即ち、イオン／ラジカルが生じる場所）とＳＰ結合要素との間の距離である。多様な実施形態では、ＳＰオフタイムの調整は、加工対象物の表面に対するイオン及び／又は他のラジカルの流動を増加又は減少させ得る。

図１に示されるように、ＳＰパルス１１とＢＰパルス１２との間の遅延は、前縁バイアスオフセット６と呼ばれ得る。前縁バイアスオフセット６は、パルス変調周期５のパーセンテージとして実施され得る。例えば、前縁バイアスオフセットは、パルス変調周期５の－１０％～＋１０％の間で変動し得る。代替として、前縁バイアスオフセット６は、特定の時間値として設定してもよい。例えば、ソース電力１及びバイアス電力２が１５０μｓに設定された同一のパルス変調周期を有する上記の場合を続けると、１０％の前縁バイアスオフセットが、ＳＰパルスの後縁とＢＰパルスとの間に１５μｓの遅延をもたらす。前述の例では、前縁バイアスオフセット６は、正に設定される。しかしながら、前縁バイアスオフセット６は、また、０又は負であってもよい。

同様に、ＢＰパルス１２とＳＰパルス１１との間の遅延は、後縁バイアスオフセット９と呼ばれてもよく、ＳＰパルス幅３、前縁バイアスオフセット６、及びＢＰパルス幅７の組み合わせを通して実施され得る。上記の例を続けると、５６％のソース電力デューティサイクル（％）、１０％の前縁バイアスオフセット、及び２８％のバイアス電力デューティサイクル（％）は、完全なパルス変調周期の９４％を占める。したがって、この具体例では、ＢＰパルスの後縁とＳＰパルスの前縁との間にパルス変調周期の６％に等しい遅延が存在する。パルス変調周期は１５０μｓであるため、後縁バイアスオフセット９であるこの遅延は、９μｓに等しい。前縁バイアスオフセット６と同様に、後縁バイアスオフセット９は、正である必要はなく、０又は負であってもよい。

パルス振幅は、対応する高振幅状態及び低振幅状態によって定義され得る。例えば、高振幅及び低振幅は、電圧レベルであってもよい。具体的には、ＳＰパルス１１のそれぞれが、ＳＰ低振幅状態１３とＳＰ高振幅状態１４との間で振動してもよく、ＢＰパルス１２のそれぞれが、ＢＰ低振幅状態１７とＢＰ高振幅状態１８との間で振動してもよい。それぞれの高振幅及び低振幅が望ましいレベルになるように、正又は負のＤＣバイアスは、ソース電力１又はバイアス電力２の１つ又は両方に印加され得る。

温度曲線３１及び密度曲線３２の両方は本来定性的であることに言及されるべきである。したがって、その両方が、Ｔ_ｅ、Ｔ_ｉ、及びｎ_ｅなどのプラズマパラメータに対するパルスシーケンスの効果に関連する重要な現象を示し得るが、いずれも、特定のスケールで描かれるように意図されず、又は定性的に正確であるように意図されない。さらに、明確化のために簡略化されていてもよい。例えば、電子温度Ｔ_ｅ及びイオン温度Ｔ_ｉは、グラフ１０２において単一の曲線として表されているが、これは、Ｔ_ｅが冷プラズマにおいて少なくともＴ_ｉよりも大きな規模であっても曲線の形状は類似であるためである。

図２は、本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。図２のプラズマ処理システムは、例えば図１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかを実行するために使用され得る。

図２を参照すると、プラズマ処理システム２００は、プラズマ処理チャンバ２１０に結合されるＳＰ結合要素１５を含む。ＳＰ結合要素は、プラズマ処理チャンバ２１０へのソース電力の印加を可能にして、プラズマ６０の生成をもたらし得る。様々な実施形態では、ＳＰ結合要素１５は、プラズマ処理チャンバ２１０の周りに位置する導電コイルであり、一実施形態では１／４波長螺旋共振器である。別の実施形態では、ＳＰ結合要素１５は、プラズマ処理チャンバ２１０の上に位置する平面渦巻型コイルとして実施され得る半波螺旋共振器である。代替として、他のＳＰ結合要素は、例としてアンテナ、平板電極、又は導波管などが使用されてもよい。

プラズマ処理システム２００は、プラズマ処理チャンバ２０５に結合されるＢＰ結合要素１９をさらに含む。ＢＰ結合要素１９は、処理中のマイクロエレクトロニクス加工対象物へのバイアス電力の印加を可能にし得る。様々な実施形態では、ＢＰ結合要素１９は、基板ホルダであり、一実施形態では静電チャックである。

ソース電力は、ＳＰパルス変調回路５１を含むＳＰ制御経路２０１を用いてプラズマ処理チャンバ２１０に結合され得る。ＳＰパルス変調回路５１は、ＳＰ高振幅状態１４とＳＰ低振幅状態１３との間でソース信号を変調し得る。例えば、変調ソース信号は、図１を参照して説明されたような、ＳＰパルス１１に対応し得る。変調ソース信号は、変調ソース信号上に波形を重畳し得るＳＰ関数発生器２０によって受信され得る。ＳＰ関数発生器２０は、変調ソース信号の振幅を増大させるように構成される増幅回路も任意選択で含んでもよい。

重畳された波形の周波数は、パルス変調周波数より高くてもよい。様々な実施形態では、重畳された波形の周波数は、ＲＦ周波数であってもよく、一実施形態では約１３．５６ＭＨｚである。結果として、結果となるＳＰパルスのそれぞれが、重畳された波形の複数のサイクルを含み得る。波形形状は、正弦波、矩形波、鋸波などの周期波形を含み得る。代替として、波形形状は、任意波形形状を生成するように、様々な周波数の複数の正弦波の重畳などの非周期波を含んでもよい。

ＳＰ制御経路２０１は、任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５を含み得る。ＳＰ関数発生器２０によって生成されるＳＰパルスは、ＳＰ結合要素１５によってプラズマ処理チャンバ２１０に結合される前に、任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５を通過し得る。任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５は、ＳＰ結合要素１５がプラズマ６０に誘導結合される共振構造であるときなど、あるプラズマ処理システムにおいて省略されてもよい。逆に、任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５は、ＳＰ結合要素１５が非共振であるときに含まれてもよい。任意選択のＳＰインピーダンス整合ネットワーク２５は、負荷のインピーダンスを供給のインピーダンスと整合させることによってソース電力がプラズマ６０に有効に結合されることを保証するために使用され得る。

図２をさらに参照して、バイアス電力が、ＢＰ制御経路２０２を用いてプラズマ処理チャンバ２１０に結合され得る。ＢＰ制御経路２０２は、パルス変調タイミング回路２５２を通してＳＰ制御経路２０１に結合され得る。パルス変調タイミング回路２５２は、ＳＰ制御経路２０１によって生成されるＳＰパルスのタイミングに対するＢＰパルスのタイミングを判断し得る。パルス変調タイミング回路２５２は、ＳＰパルス変調回路５１から信号を受信し、ＳＰパルスの前縁又は後縁のいずれかによってトリガされる遅延を導入し得る。例えば、前縁バイアスオフセットパラメータがパルス変調周期の８％に設定される場合に、パルス変調タイミング回路２５２は、ＳＰパルスの後縁によってトリガされた後でパルス変調周期の８％に等しい遅延を導入し得る。代替として、パルス変調タイミング回路２５２が、ＳＰパルスの前縁によってトリガされるように構成される場合に、パルス変調期間＋ソース電力デューティサイクル（％）の８％の遅延が、パルス変調タイミング回路２５２によって導入され得る。代替として、パルス変調タイミング回路２５２は、ＢＰ制御経路２０２によって生成されるＢＰパルスのタイミングに対するＳＰパルスのタイミングを判断し得る。

ＳＰ制御経路２０１と同様に、ＢＰ制御経路２０２は、パルス変調タイミング回路２５２によってトリガされる任意選択のＢＰパルス変調回路５３を含み得る。任意選択のＢＰパルス変調回路５３は、ＢＰ高振幅状態とＢＰ低振幅状態との間でバイアス信号を変調し得る。例えば、変調バイアス信号は、図１を参照して説明されたように、ＢＰパルス１２に対応し得る。代替として、任意選択のＢＰパルス変調回路５３は省略されてもよく、遅延された変調ソース信号は、ＢＰパルスに対応してもよい。

変調バイアス信号は、任意選択のＢＰ関数発生器３０によって受信され得る。任意選択のＢＰ関数発生器３０は、変調バイアス信号上に波形を重畳し得る。波形は、変調ソース信号上に重畳された波形に類似してもよく、又は異なってもよく、前述のような任意の所望の波形形状を有してもよい。任意選択のＢＰ関数発生器３０は、変調バイアス信号の振幅を増大させるために、任意選択で増幅回路も含んでもよい。一実施形態では、プラズマ処理チャンバ２１０に放出されるバイアス電力は、ＤＣ電力である。この場合、任意選択のＢＰ関数発生器３０は、省略されてもよい。増幅が必要とされるが関数発生は必要とされないいくつかの場合において、増幅回路が、任意選択のＢＰ関数発生器３０の代わりに含まれてもよい。

ＢＰインピーダンス整合ネットワーク３５も、任意選択のＢＰ関数発生器３０とＢＰ結合要素１９との間のＢＰ制御経路２０２に含まれる。ＢＰインピーダンス整合ネットワークは、負荷のインピーダンスを供給のインピーダンスに整合させることによってバイアス電力がプラズマ処理チャンバ２１０に有効に結合されることを保証するために使用され得る。

上述された要素のうちの１つ又は複数が、コントローラに含まれ得る。例えば、図２に示されるように、ＳＰパルス変調回路５１、パルス変調タイミング回路２５２、及び任意選択のＢＰパルス変調回路５３が、コントローラ２５０に含まれ得る。コントローラ２５０は、プラズマ処理チャンバ２１０に対してローカルに位置し得る。代替として、コントローラ２５０は、プラズマ処理チャンバ２１０に対してリモートに位置してもよい。コントローラ２５０は、ＳＰ制御経路２０１及びＢＰ制御経路２０２に含まれる要素のうちの１つ又は複数とデータを交換することが可能であり得る。インピーダンス整合ネットワークのそれぞれが、コントローラ２５０によって制御されてもよく、又は個々のコントローラを含んでもよい。

コントローラ２５０は、プラズマを生成すること、及びイオンをマイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に放出することに関連する様々な制御パラメータを設定し、モニタリングし、及び／又は制御するように構成され得る。制御パラメータは、バイアスオフセットパーセンテージと同様にソース電力及びバイアス電力の両方についての電力レベル、周波数、及びデューティサイクル（％）を含んでもよいが、それらに限定されない。他の制御パラメータセットも使用され得る。例えば、ＳＰパルス及びＢＰパルスのパルス幅、並びにバイアスオフセットが、パルス変調周期のデューティサイクル（％）として定義されるのではなく、直接入力されてもよい。

図３は、本発明の実施形態による、非同期バイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図３のタイミング図は、例えば、図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図３を参照すると、タイミング図３００は、イオンを生成し、マイクロエレクトロニクス加工対象に放出するためにパルス化された、ソース電力１及びバイアス電力２を含む。具体的には、タイミング図３００は、一連の５０％のＳＰパルス３１１及び５０％のＢＰパルス３１２についての共有パルス変調周期３０５を有する周期性パルスシーケンスを含む。５０％のＳＰパルス３１１及び５０％のＢＰパルス３１２の両方が、１００％のデューティサイクル（％）に対応する共有パルス変調周期３０５の半分の間パルス化される。即ち、５０％のＳＰパルス３１１は、５０％のデューティサイクル（％）を有する５０％のＳＰパルス幅３０３を有し、５０％のＢＰパルス３１２は、５０％のデューティサイクル（％）を有する５０％のＢＰパルス幅３０７を有する。

一実施形態では、共有パルス変調周期３０５は、約２００μｓである。したがって、本実施形態では、５０％のＳＰパルス幅３０３は、約１００μｓであり、５０％のＢＰパルス幅３０７は、約１００μｓである。他の実施形態では、共有パルス変調周期３０５は、任意の所望の長さであってもよい。例えば、共有パルス変調周期３０５は、２００μｓ未満であってもよく、又は２００μｓより大きくてもよい。様々な実施形態では、共有パルス変調周期３０５は、マイクロ秒（μｓ）のオーダである。他の実施形態では、共有パルス変調周期３０５は、ミリ秒（ｍｓ）又は秒（ｓ）のオーダであってもよい。一実施形態では、共有パルス変調周期３０５は、約１ｓである。

図３をさらに参照すると、タイミング図３２０は、共有パルス変調周期３０５でパルス化されるソース電力１及びバイアス電力２を含むタイミング図３００に類似である。しかしながら、タイミング図３２０において、非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６が、５０％のＳＰパルス３１１と５０％未満のＢＰパルス３２２との間に含まれる。５０％のＳＰパルス３１１のオフタイムが５０％のデューティサイクル（％）と等しいため、５０％未満のＢＰパルス３２２が、５０％未満のデューティサイクル（％）に等しい５０％未満のＢＰパルス幅３２７を有する。具体的には、５０％未満のＢＰパルス幅３２７は、５０％のデューティサイクル（％）－非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６と等しい。

一実施形態では、共有パルス変調周期３０５が、約２００μｓであり、非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６が、約２０μｓであり、５０％未満のＢＰパルス幅３２７は、約８０μｓである。したがって、５０％ＳＰパルス幅３０３は、本実施形態では約１００μｓである。これは、約１０％のデューティサイクル（％）の非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６、及び約４０％のデューティサイクル（％）の５０％未満のＢＰパルス幅３２７に対応する。他の実施形態では、非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６は、共有パルス変調周期３０５より小さい任意の所望の長さであってもよい。例えば、非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６は、２０μｓ未満であってもよく、又は２０μｓより大きくてもよい。

５０％のＳＰパルス３１１及び５０％のＢＰパルス３１２は、時間的に完全にオーバラップせず、且つ共有パルス変調周期３０５を共有するため、５０％のＳＰパルス３１１及び５０％のＢＰパルス３１２は非同期である。即ち、５０％のＢＰパルス３１２が低振幅状態にあるときに、５０％のＳＰパルス３１１は、高振幅状態にのみあるため、５０％のＳＰパルス３１１は、５０％のＢＰパルス３１２と位相が異なる。さらに、５０％のＳＰパルス３１１及び５０％のＢＰパルス３１２は、それらが同一変調周期を共有するという意味において同期している。このような位相外れの同期関係は、非同期関係と呼ばれ得る。同様に、５０％のＳＰパルス３１１及び５０％未満のＢＰパルス３２２もまた、互いに非同期である。

非同期ＢＰパルスをプラズマ処理チャンバに放出することは、ＢＰパルスの有効性を有益に増大させ得る。例えば、ＳＰパルスの高振幅状態の間、エネルギーは、プラズマに結合されて、イオンを生成する。熱運動を増大させ得るイオンの熱エネルギーが増大している。平均的に、イオンのランダムな熱運動は、バイアス電力によって加えられる垂直速度に水平速度成分を導入し得る。加えて、ＳＰパルスの高振幅状態の間、処理中の基板に対する電流が大きくなり、それによって、電力が固定であるとき基板に対する電圧が低下し得る。したがって、ＳＰパルスの高振幅状態の間にバイアス電力を印加することは、ＳＰパルスの低振幅状態の間もＢＰパルスを印加することよりも、垂直又は垂直に近いイオンを生成する効果を低下させ得る。

非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６は、他の要因に加えてプラズマの冷却率に基づいて判断され得る。例えば、ソース電力１は、ＳＰパルス及びＢＰパルス間の遅延の間オフであるため、生成されたプラズマは、電力及び荷電粒子温度を失い、密度が低下し得る。したがって、非ゼロ前縁バイアスオフセット３２６は、イオン温度Ｔ_ｉが、続くＢＰパルスによって誘発されるシース電圧Ｖ_Ｓと比較して低くなることを有利に可能にし得る。

タイミング図３００及びタイミング図３２０は、前述の通り、タイミング図１００の特定の場合である。例えば、タイミング図３００は、ＳＰパルス幅３が５０％のデューティサイクル（％）に等しく、前縁バイアスオフセット６及び後縁バイアスオフセット９の両方がゼロに等しいシナリオに対応する。同様に、タイミング図３２０は、ＳＰパルス幅３が５０％のデューティサイクル（％）に等しく、前縁バイアスオフセット６が非ゼロ且つ正であり、後縁バイアスオフセット９がゼロに等しいシナリオに対応する。本明細書で説明される実施形態の観点でパルス変調プロセスパラメータを変化させることによって、多くの他のタイミング図が当業者に明らかとなるであろう。即ち、異なるオフセット、パルス幅、及びパルス変調周期も、本明細書で説明される技術を依然として利用しながら使用され得る。

図４は、本発明の実施形態による、高周波数ＲＦソース電力パルス及び低周波数ＲＦバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図４のタイミング図は、例として、図１のタイミング図１００又は図３のタイミング図３２０などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図４を参照すると、タイミング図４００は、イオンを生成し、マイクロエレクトロニクス加工対象物に放出するためにパルス化された、ソース電力１及びバイアス電力２を含む。具体的には、タイミング図４００は、ＳＰパルス幅３、前縁バイアスオフセット６、及びＢＰパルス幅７を有する１つ又は複数のＳＰパルス１１及び１つ又は複数のＢＰパルス１２を有するパルス変調周期５を含む。ＳＰパルス１１のそれぞれが、関数発生器によってＳＰパルス１１上に重畳され得る、ＳＰ周波数ｆ_ＳＰを有する周期波形を含む。一実施形態では、周期波形は、正弦波であってもよく、ソース電力は、ＡＣ電力であってもよい。しかしながら、前述の通り、他の波形も可能である。ＢＰパルス１２のそれぞれも、ＢＰ周波数ｆ_ＢＰを有する周期波形を含んでもよく、それは、ＳＰパルス１１の周期波形と類似であってもよく、又は異なっていてもよい。

発明者は、いくつかの事例において、アフタグロー位相における高周波数パルスの印加が、望ましくない電子加熱及びプラズマ生成（例えば、ハロゲンプラズマにおける）をもたらし得る。それは、本明細書で説明されるように、パルスシーケンスの有効性を潜在的に減少させ、及び／又は除去し得る。この潜在的な問題は、アフタグロー位相の間、低周波数ＡＣ電力、ＤＣ電力、又は交互極性のＤＣ電圧を印加することによって軽減され得る。前述の通り、アフタグロー期間は、ソース電力が低振幅状態にあるときに始まり得る。したがって、低周波数のＡＣ電力、ＤＣ電力、又は交互極性のＤＣ電圧を含むＢＰパルスが、アフタグロー位相において望ましくない電子加熱及びプラズマ生成を有利に減少させ、又は除去し得る。

したがって、様々な実施形態では、ｆ_ＢＰは、ｆ_ＳＰより小さい。一実施形態では、ｆ_ＢＰは、２０ＭＨｚ未満である。別の実施形態では、ｆ_ＢＰは、４００ｋＨｚ未満である。一実施形態では、ｆ_ＳＰは、約１３．５６ＭＨｚであり、ｆ_ＢＰは、４００ｋＨｚ未満である。ＳＰ周波数ｆ_ＳＰは、ＲＦ、超短波（ＶＨＦ）、マイクロ波（ＭＷ）などの任意の周波数である。一実施形態では、ｆ_ＳＰは、１０ＭＨｚより大きく、ｆ_ＢＰは、５ＭＨｚ未満である。別の実施形態では、ｆ_ＳＰは、５０ＭＨｚより大きく、ｆ_ＢＰは、５ＭＨｚ未満である。さらに別の実施形態では、ｆ_ＳＰは、約５０ＭＨｚ～約１５０ＭＨｚであり、ｆ_ＢＰは、約１ＭＨｚ～約５ＭＨｚである。

図５は、本発明の実施形態による、高周波数ＲＦソース電力パルス及び低周波数矩形波バイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図５のタイミング図は、例として、図１のタイミング図１００又は図３のタイミング図３２０などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図５を参照すると、タイミング図５００は、イオンを生成し、マイクロエレクトロニクス加工対象物に放出するためにパルス化された、ソース電力１及びバイアス電力２を含む。具体的には、タイミング図４００は、ＳＰパルス幅３、前縁バイアスオフセット６、及びＢＰパルス幅７を有する１つ又は複数のＳＰパルス１１及び１つ又は複数のＢＰパルス１２を有するパルス変調周期５を含む。タイミング図５００は、ＢＰパルス１２のそれぞれが、矩形波周波数ｆ_ＳＷ及び矩形波パルス幅５１７を有する周期矩形波を含むということを除いて、図４のタイミング図４００に類似である。矩形波周波数ｆ_ＳＷは、ｆ_ＳＰより小さくてもよく、前述の通り、タイミング図４００のＢＰ周波数ｆ_ＢＰに大きさが類似であってもよい。様々な実施形態では、周期矩形波は、関数発生器により高調波の正弦波形の重畳から生成され得る。

図６は、本発明の実施形態による、高周波数ＲＦソース電力パルス及びパルス化ＤＣバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図６のタイミング図は、例として、図１のタイミング図１００又は図３のタイミング図３２０などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図６を参照すると、タイミング図６００は、イオンを生成し、マイクロエレクトロニクス加工対象物に放出するためにパルス化された、ソース電力１及びバイアス電力２を含む。具体的には、タイミング図４００は、ＳＰパルス幅３、前縁バイアスオフセット６、及びＢＰパルス幅７を有する１つ又は複数のＳＰパルス１１及び１つ又は複数のＢＰパルス１２を有するパルス変調周期５を含む。タイミング図６００は、ＢＰパルス１２のそれぞれがＤＣ周波数ｆ_ＤＣ及びＤＣパルス幅６１７を有する１つ又は複数のＤＣパルス６１２を含むことを除いて、図４のタイミング図４００に類似である。ＤＣ周波数ｆ_ＤＣは、各ＤＣパルス６１２がＤＣ電圧をオフ及びオンに調節することによって生成され得ることを除いて、矩形波周波数ｆ_ＳＷに類似である。ＤＣ周波数ｆ_ＤＣは、ｆ_ＳＰより小さくてもよく、前述の通り、タイミング図４００のＢＰ周波数ｆ_ＢＰに大きさが類似であってもよい。

ＳＰパルス１１は、プラズマ生成のためのＡＣ電力を含んでもよく、処理中のマイクロエレクトロニクス加工対象物（例えば、ウェハ）が、ＤＣ電圧を含むＢＰパルス１２でパルス化されてもよい。ＢＰパルス１２のそれぞれに含まれるＤＣパルス６１２の数は、比較的小さくてもよい。その結果、様々な実施形態では、ＤＣ周波数ｆ_ＤＣが、ＳＰ周波数ｆ_ＳＰよりもはるかに小さい。例えば、一実施形態では、ＢＰパルス１２のそれぞれが、連続するＤＣパルス６１２を１つだけ含み得る。代替として、５未満のＤＣパルス６１２が、ＢＰパルス１２のそれぞれに含まれてもよい。しかしながら、任意の適当な数のＤＣパルス６１２が、ＢＰパルス１２のそれぞれに含まれてもよい。

図７は、本発明の実施形態による、高周波数ＲＦソース電力パルス及び交互極性のパルス化ＤＣバイアス電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図７のタイミング図は、例として、図１のタイミング図１００又は図３のタイミング図３２０などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図７を参照すると、タイミング図７００は、イオンを生成し、マイクロエレクトロニクス加工対象物に放出するためにパルス化された、ソース電力１及びバイアス電力２を含む。具体的には、タイミング図４００は、ＳＰパルス幅３、前縁バイアスオフセット６、及びＢＰパルス幅７を有する１つ又は複数のＳＰパルス１１及び１つ又は複数のＢＰパルス１２を有するパルス変調周期５を含む。タイミング図７００は、ＢＰパルス１２のそれぞれがＡＰ周波数ｆ_ＡＰを有する交互極性（ＡＰ）のＤＣパルス７１２を含むことを除いて、図６のタイミング図６００に類似である。ＡＰ ＤＣパルス７１２は、ＡＰのＤＣパルス７１２が、基準電位に対して正の電圧レベルと負の電圧レベルとの間で交互になるように構成されることを除いて、図６のＤＣパルス６１２に類似である。

交互極性のＤＣ電圧は、例えば、処理中の基板がチャージアップし得る誘電層を含み、それによって望ましくないアーク発生がもたらされ得るときに有用である。いくつかの実施形態では、正のＡＰのＤＣパルス７１２の幅及び高さは、負のＡＰのＤＣパルス７１２の幅及び高さとは異なり得る。例えば、正のＤＣパルスは、加工対象物の表面にイオンを引き付け得る。しかしながら、続く負のＤＣパルスは、表面からイオンを跳ね返し得る。したがって、より長い正のＤＣパルス及びより大きな負のＤＣパルスを実施することが有利であり得る。一実施形態では、正のＤＣパルスの幅が、負のＤＣパルスの幅よりも大きい。

一実施形態では、正のＤＣパルスの高さが、負のＤＣパルスの高さよりも小さい。一実施形態では、正のＤＣパルスの幅が、負のＤＣパルスの幅よりも大きく、且つ正のＤＣパルスの高さが、負のＤＣパルスの高さよりも小さい。他の実施形態では、正及び負のＤＣパルスの高さ及び又は幅は、同じであってもよい。様々な実施形態では、ＢＰパルス１２のそれぞれは、単一の正のＡＰのＤＣパルス及び単一の負のＡＰのＤＣパルスを含む。一実施形態では、単一の正のＡＰのＤＣパルスは、ソース電力がオフ（即ち、低振幅状態）である間に発生し、単一の負のＡＰのＤＣパルスは、ソース電力がオンである（即ち、続くＳＰパルスの高振幅状態と時間的にオーバラップしている）間に発生する。

図８は、本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路に加えてプラズマ電位結合要素を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。図８のプラズマ処理システムは、例えば図２のプラズマ処理システム２００などの他の実施形態のプラズマ処理システムの具体的実施であり得る。図８のプラズマ処理システムは、例えば図９の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかを実行するために使用され得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図８を参照すると、プラズマ処理システム８００は、ソース電力及びバイアス電力をプラズマ処理チャンバ８１０に提供する、ＢＰタイミング回路５２を用いてＳＰ制御経路８０１に結合されるＢＰ制御経路８０２を含む。ＳＰ制御経路８０１及びＢＰ制御経路８０２は、図２のＳＰ制御経路２０１及びＢＰ制御経路２０２に類似であってもよい。加えて、プラズマ処理システム８００は、電位制御電力（ＰＣＰ）制御経路８０３も含む。ＰＣＰ制御経路８０３は、プラズマ電位結合要素８１６を用いてプラズマ６０に電力を結合する。一実施形態では、プラズマ電位結合要素８１６は、平板電極である。しかしながら、前述した結合要素のいずれかが使用されてもよい。

ＰＣＰ制御経路８０３は、任意選択のＰＣＰタイミング回路８５４を通してＳＰ制御経路８０１に結合され得る。任意選択のＰＣＰタイミング回路８５４は、ＳＰパルス変調回路５１及び／又はＢＰタイミング回路５２に結合され得る。ＢＰタイミング回路５２と同様に、任意選択のＰＣＰタイミング回路８５４は、ＳＰ制御経路８０１及びＢＰ制御経路８０２によって放出されるＳＰパルス及び／又はＢＰパルスに対して、プラズマ処理チャンバ８１０への電位制御電力の印加のタイミングを制御し得る。ＰＣＰ制御経路８０３は、任意選択のＰＣＰパルス変調回路８５５を通してプラズマ電位結合要素８１６にＰＣＰパルスを提供し得る。

様々な実施形態では、ＳＰパルス変調回路５１、ＢＰタイミング回路５２、任意選択のＢＰパルス変調回路５３、任意選択のＰＣＰタイミング回路８５４、及び任意選択のＰＣＰパルス変調回路８５５のうちの１つ又は複数が、コントローラ８５０に含まれ得る。前述したコントローラと同様に、コントローラ８５０は、プラズマ処理チャンバ８１０に対してローカル又はリモートに配置され得る。

プラズマ電位結合要素８１６を用いてプラズマに結合される電力は、ＳＰパルスの高振幅状態の間、プラズマの電位を有利に低下させ得る。一実施形態では、負のＤＣ（－Ｖ_ＰＣＰ）パルスは、ＳＰパルスの間に提供される。この場合、－Ｖ_ＰＣＰは、プラズマ６０のバルク電位を低下させ得る。例えば、プラズマ電位結合要素８１６における負の電位は、プラズマシースからプラズマバルク内に電子を跳ね返し得る。この負の電荷注入は、バルク電位を低下させ得る。バルク電位は、その後プラズマ温度（例えばＴ_ｅ及びＴ_ｉ）を低下させ得る。したがって、プラズマ生成期間中の負のＤＣ電位のプラズマへの印加は、印加されたソース電力のみを用いたプラズマ生成と比較すると、プラズマ温度増加の低下を伴うプラズマ生成を有利に可能にし得る。

プラズマ電位結合要素８１６を用いてプラズマに結合される電力は、ＢＰパルスの間マイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に対するイオン速度が上昇する、追加の恩恵をもたらし得る。一実施形態では、正のＤＣ（＋Ｖ_ＰＣＰ）パルスは、ＢＰパルスの間に提供される。＋Ｖ_ＰＣＰパルスは、加工対象物に向かってイオンを跳ね返してもよく、それによって、加工対象物表面に対するイオンの垂直速度を上昇させる。したがって、ＢＰパルスの高振幅状態の間のプラズマへの正のＤＣ電位の印加が、イオンの垂直性及び加工対象物表面に対するイオンエネルギーを有利に増大させ得る。－Ｖ_ＰＣＰ及び＋Ｖ_ＰＣＰパルスは、同一パルスシーケンスにおいて利用され得るが、そのいずれか又は両方が、いくつかの実施形態において省略され得ることに留意されるべきである。

図９は、本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスに加えて電位制御電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図９のタイミング図は、例えば、図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図９を参照すると、タイミング図９００は、イオンを生成及びマイクロエレクトロニクス加工対象物に放出するためにパルス化される、ソース電力１、バイアス電力２、及び電位制御電力９０３を含む。タイミング図９００は、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１及び＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２を含む追加のパルスシーケンスを含む。ＢＰパルス１２と同様に、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１及び＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２は、様々なオフセットパラメータを用いてＳＰパルス１１に対して遅延される。例えば、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１は、前縁－ＰＣＰオフセット９１６、－Ｖ_ＰＣＰパルス幅９１７、及び後縁－ＰＣＰオフセット９１８を含み、それらは、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１のタイミング及び期間に対する制御を可能にする。同様に、＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２は、前縁＋ＰＣＰオフセット９２６、＋Ｖ_ＰＣＰパルス幅９２７、及び後縁＋ＰＣＰオフセット９２８を含み、それらは、＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２のタイミング及び期間に対する制御を可能にする。

前述したパルスと同様に、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１及び＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２は、加工対象物表面のプラズマ処理中、生成されたプラズマに対して所望の制御を及ぼすために必要に応じて任意の適当なパルス幅及びオフセットを含んでもよい。しかしながら、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１及び＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２は、時間的に非オーバラップでなければならない。－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１及び＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２の両方のパルス高さもまた、制御され得る。一実施形態では、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１及び＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２のパルス高さの大きさは、実質的に等しい。しかしながら、他の実施形態では、－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１及び＋Ｖ_ＰＣＰパルス９１２のパルス高さの大きさが、異なっていてもよい。

図１０は、本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路に加えて電子ビーム源を含む例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。図１０のプラズマ処理システムは、例えば図２のプラズマ処理システム２００などの他の実施形態のプラズマ処理システムの具体的実施であり得る。図１０のプラズマ処理システムは、例えば図１１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかを実行するために使用され得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図１０を参照すると、プラズマ処理システム１０００は、ソース電力及びバイアス電力をプラズマ処理チャンバ１０１０に提供する、ＢＰタイミング回路５２を用いてＳＰ制御経路１００１に結合されるＢＰ制御経路１００２を含む。ＳＰ制御経路１００１及びＢＰ制御経路１００２は、図２のＳＰ制御経路２０１及びＢＰ制御経路２０２に類似であってもよい。さらに、プラズマ処理システム１０００は、電子ビーム（ｅビーム）制御電力（ｅＣＰ）制御経路１００４も含む。ｅＣＰ制御経路１００４は、電子１０６５を生成し、プラズマ６０において又はプラズマ６０付近で、電子ビーム源１０１７を用いて電子１０６５をプラズマ処理チャンバ１０１０内に導入する。様々な実施形態では、電子ビーム源１０１７は、電子の指向性ストリームを生成する。一実施形態では、電子ビーム源１０１７によって生成された電子の指向性ストリームは、例えば、イオン流動方向に垂直な方向に内向きに、プラズマ６０の方に向けられる。

ｅＣＰ制御経路１００４は、任意選択のｅＣＰタイミング回路１０５６を通してＳＰ制御経路１００１に結合され得る。任意選択のｅＣＰタイミング回路１０５６は、ＳＰパルス変調回路５１及び／又はＢＰタイミング回路５２に結合され得る。ＢＰタイミング回路５２と同様に、任意選択のｅＣＰタイミング回路１０５６は、ＳＰ制御経路１００１及びＢＰ制御経路１００２によって放出されるＳＰパルス及び／又はＢＰパルスに対して、タイミング電子ビーム制御電力を制御し得る。ｅＣＰ制御経路１００４は、任意選択のｅＣＰタイミング回路１０５６から受信した信号を用いて任意選択のｅＣＰパルス変調回路１０５７を通してオン状態とオフ状態との間で電子ビーム源１０１７を交互にし得る。

様々な実施形態では、ＳＰパルス変調回路５１、ＢＰタイミング回路５２、任意選択のＢＰパルス変調回路５３、任意選択のｅＣＰタイミング回路１０５６、及び任意選択のｅＣＰパルス変調回路１０５７のうちの１つ又は複数が、コントローラ１０５０に含まれ得る。前述したコントローラと同様に、コントローラ１０５０は、プラズマ処理チャンバ１０１０に対してローカル又はリモートに配置され得る。

図８及び図９を参照して上述した－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１と同様に、電子１０６５によってプラズマ６０内に注入される負電荷は、プラズマ６０のバルク電位及び温度を有利に低下させ得る。電子１０６５は、プラズマ処理チャンバ１０１０内のプラズマ６０に直接提供されるため、ｅＣＰ制御経路１００４は、他の方法に対して拡張されたＴ_ｅ及びＴ_ｉに対する制御を有利に可能にし得る。電子１０６５は、ＳＰパルス及び／又はＢＰパルスの間に提供され得る。一実施形態では、電子１０６５は、ＳＰパルスの間に提供される。多様な実施形態では、電子１０６５は、ＳＰパルス及びＢＰパルスの間に提供され得る。代替として、電子１０６５は、それらがＳＰパルスの後縁の小領域のみとオーバラップし、ＢＰパルスとはオーバラップしないように、パルス化されてもよい。

図１１は、本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスに加えて電子ビーム電力パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図１１のタイミング図は、例えば、図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図１１を参照すると、タイミング図１１００は、イオンを生成及びマイクロエレクトロニクス加工対象物に放出するためにパルス化される、ソース電力１、バイアス電力２、及び電子ビーム制御電力１１０４を含む。タイミング図１１００は、ｅＣＰパルス１１１１を含む追加のパルスシーケンスを含む。ＢＰパルス１２と同様に、ｅＣＰパルス１１１１は、様々なオフセットパラメータを用いてＳＰパルス１１に対して遅延される。例えば、ｅＣＰパルス１１１１は、前縁ｅＣＰオフセット１１１６、ｅＣＰパルス幅１１１７、及び後縁ｅＣＰオフセット１１１８を含み、それらは、ｅＣＰパルス１１１１のタイミング及び期間に対する制御を可能にする。前述したパルスと同様に、ｅＣＰパルス１１１１は、加工対象物表面のプラズマ処理中に生成されたプラズマに対して所望の制御を及ぼすために必要に応じて任意の適当なパルス幅及びオフセットを含んでもよい。タイミング図１１００は、同期ｅＣＰパルス１１１１を示しているが、非同期ｅＣＰパルスもまた、同期パルスの代わりに、又は同期パルスに加えて、印加されてもよい。

図１２は、本発明の実施形態による、ソースパルス変調回路及びパルス変調タイミング回路に加えて導電グリッドを含む、例としてのプラズマ処理システムのブロック図を示す。図１２のプラズマ処理システムは、例えば図２のプラズマ処理システム２００などの他の実施形態のプラズマ処理システムの具体的実施であり得る。図１２のプラズマ処理システムは、例えば図１３の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかを実行するために使用され得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図１２を参照すると、プラズマ処理システム１２００は、ソース電力及びバイアス電力をプラズマ処理チャンバ１２１０に提供する、ＢＰタイミング回路５２を用いてＳＰ制御経路１２０１に結合されるＢＰ制御経路１２０２を含む。ＳＰ制御経路１２０１及びＢＰ制御経路１２０２は、図２のＳＰ制御経路２０１及びＢＰ制御経路２０２に類似であってもよい。加えて、プラズマ処理システム１２００は、グリッド制御電力（ＧＣＰ）制御経路１２０５も含む。ＧＣＰ制御経路１２０５は、導電グリッド１２１８を用いてプラズマ６０に電力を提供する。

一実施形態では、導電グリッド１２１８は、処理されるべき加工対象物の表面に略垂直な主面を有する導電プレートのネットワークである。一実施形態では、導電グリッド１２１８は、加工対象物の表面に放出されるイオンの垂直性を増大させるように構成される。いくつかの実施形態では、導電グリッドは、オリフィスプレート、荷電粒子フィルタ、又は電線管であってもよい。いくつかの実施形態では、導電グリッド１２１８は、リモートプラズマの荷電粒子をフィルタで除去するように構成される。

ＧＣＰ制御経路１２０５は、任意選択のＧＣＰタイミング回路１２５８を通してＳＰ制御経路１２０１に結合され得る。任意選択のＧＣＰタイミング回路１２５８は、ＳＰパルス変調回路５１及び／又はＢＰタイミング回路５２に結合され得る。ＢＰタイミング回路５２と同様に、任意選択のＧＣＰタイミング回路１２５８は、ＳＰ制御経路１２０１及びＢＰ制御経路１２０２によって放出されるＳＰパルス及び／又はＢＰパルスに対する、プラズマ処理チャンバ１２１０へのグリッド制御電力の印加のタイミングを制御し得る。ＧＣＰ制御経路１２０５は、任意選択のＧＣＰパルス変調回路１２５９を通して導電グリッド１２１８にＧＣＰパルスを提供し得る。

様々な実施形態では、ＳＰパルス変調回路５１、ＢＰタイミング回路５２、任意選択のＢＰパルス変調回路５３、任意選択のＧＣＰタイミング回路１２５８、及び任意選択のＧＣＰパルス変調回路１２５９のうちの１つ又は複数が、コントローラ１２５０に含まれ得る。前述したコントローラと同様に、コントローラ１２５０は、プラズマ処理チャンバ１２１０に対してローカル又はリモートに配置され得る。

図８及び図９を参照して上述した－Ｖ_ＰＣＰパルス９１１と同様に、プラズマ６０に近接する負の電位は、プラズマ６０のバルク電位及び温度を有利に低下させ得る。図８のプラズマ電位結合要素８１６とは対照的に、導電グリッド１２１８は、プラズマ６０と加工対象物の表面との間に配置され得る。したがって、イオン上の支配的な力が加工対象物の表面に向かうように、ＢＰパルスの間に導電グリッド１２１８に印加されるいかなる電位もＢＰ結合要素１９の電位と比較して小さく保たれ得る。

図１３は、本発明の実施形態による、ソース電力パルス及びバイアス電力パルスに加えてグリッド制御パルスを含むプラズマ処理のための制御の例としての方法の概略タイミング図を示す。図１３のタイミング図は、例えば、図１のタイミング図１００などの他の実施形態のタイミング図の具体的実施であり得る。同様に、ラベルが付与された要素は、前述の通りであってもよい。

図１３を参照すると、タイミング図１３００は、イオンを生成し、マイクロエレクトロニクス加工対象物に放出するためにパルス化される、ソース電力１、バイアス電力２、及びグリッド制御電力１３０５を含む。タイミング図１３００は、ＳＰ ＧＣＰパルス１３１１及びＢＰ ＧＣＰパルス１３１２を含む追加のパルスシーケンスを含む。ＢＰパルス１２と同様に、ＳＰ ＧＣＰパルス１３１１及びＢＰ ＧＣＰパルス１３１２は、様々なオフセットパラメータを用いてＳＰパルス１１に対して遅延される。例えば、ＳＰ ＧＣＰパルス１３１１は、前縁ＳＰ ＧＣＰオフセット１３１６、ＳＰ ＧＣＰパルス幅１３１７、及び後縁ＳＰ ＧＣＰオフセット１３１８を含み、それらは、ＳＰ ＧＣＰパルス１３１１のタイミング及び期間に対する制御を可能にする。同様に、ＢＰ ＧＣＰパルス１３１２は、前縁ＢＰ ＧＣＰオフセット１３２６、ＢＰ ＧＣＰパルス幅１３２７、及び後縁ＢＰ ＧＣＰオフセット１３２８を含み、それらは、ＢＰ ＧＣＰパルス１３１２のタイミング及び期間に対する制御を可能にする。

ＳＰ ＧＣＰパルス１３１１は、ＳＰ ＧＣＰパルス振幅１３０４を含み、ＢＰ ＧＣＰパルス１３１２は、ＢＰ ＧＣＰパルス振幅１３１４を含む。ＳＰ ＧＣＰパルス振幅１３０４及びＢＰ ＧＣＰパルス振幅１３１４は、基準電位に対して正又は負であってもよい。一実施形態では、ＳＰ ＧＣＰパルス振幅１３０４及びＢＰ ＧＣＰパルス振幅１３１４は、両方とも負である。代替として、ＳＰ ＧＣＰパルス振幅１３０４は負であり、ＢＰ ＧＣＰパルス振幅１３１４が正である。

ＳＰ ＧＣＰパルス振幅１３０４がＢＰ ＧＣＰパルス振幅１３１４よりも大きいことが有利であり得る。例えば、ＳＰパルスの間、ＳＰ ＧＣＰパルスは、プラズマのバルク電位を低下させるために使用され得る。したがって、ＳＰ ＧＣＰパルス振幅１３０４は、プラズマのバルクに影響を及ぼすように十分大きくされてもよい。これに対して、ＢＰパルスの間、ＢＰ ＧＣＰパルスは、導電グリッドを通過して加工対象物の表面に対して垂直方向に向かうイオンの速度に小さな調整を行うために使用され得る。したがって、ＢＰ ＧＣＰパルス振幅１３１４は、プラズマに向かってイオンが反射しないように十分小さくされてもよい。一実施形態では、ＳＰ ＧＣＰパルス振幅１３０４は、ＢＰ ＧＣＰパルス振幅１３１４よりも大きく、符号が逆である。

前述したパルスと同様に、ＳＰ ＧＣＰパルス１３１１及びＢＰ ＧＣＰパルス１３１２が、加工対象物表面のプラズマ処理中に生成されたプラズマに対して所望の制御を及ぼすために必要に応じて任意の適当なパルス幅及びオフセットを含んでもよい。

図１４は、本発明の実施形態による、プラズマ処理中のイオン角度分布関数の能動制御に使用可能な制御法則を生成する例としての方法のフローチャートを示す。図１４の方法は、例えば、プラズマ処理中に所望の角度広がりを実現するために、図１の方法などの本明細書で説明される方法の実施形態において使用する適当な遅延及び／又はオフセットを判断するために使用され得る。インライン制御は、イオン角度分布関数（ＩＡＤＦ）を測定する際の困難性に起因して、不適当な解決策であり得る。その代わりに、ＩＡＤＦのモデルベース制御は、ＩＡＤＦの能動制御を可能にするための解決策として実施され得る。

図１４を参照すると、制御法則を生成するためのフローチャート１４００は、パルス変調プロセスパラメータの入力アレイを判断することを含むステップ１４０１を含む。例えば、入力アレイは、様々な遅延、電力、パルス幅、デューティサイクルなどを含んでもよい。入力パラメータアレイは、所与のプラズマ処理システムのための入力パラメータアレイの経験的結果を判断するために実験が行われ得るステップ１４０２において、使用され得る。様々なプラズマパラメータは、ステップ１４０３において測定され得る。例えば、プラズマパラメータは、プラズマ処理チャンバ内の１つ又は複数の位置における、プラズマ種の最大、最小、及び平均エネルギー、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）、イオン角度分布関数（ＩＡＤＦ）、イオン角度分布の最大半量値における全幅（δθ_ｆｗｈｍ）、現像される臨界寸法（ＤＣＤ）、エッチングされる臨界寸法（ＥＣＤ）などを含み得る。測定は、実際のプロセス条件の最良近似を求めるためにテストウェハを導入することによって行われてもよい。

入力パラメータアレイもまた、ステップ１４０４において、プラズマモデルで使用され得る。例えば、プラズマモデルは、入力パラメータのセットを与えられたプラズマパラメータを予測するために、プラズマ処理システムに特有の１次元（１Ｄ）モデルであってもよい。プラズマモデルは、また、場合によっては多次元モデルであってもよい。プラズマモデルは、統計上のものであってもよく、及び／又はプラズマチャンバ内のプラズマの物理学ベースのモデルを含んでもよい。測定されたプラズマパラメータに対応する、シミュレートされたプラズマパラメータのセットは、ステップ１４０５においてプラズマモデルを用いて計算され得る。

ステップ１４０６において、計算されたプラズマパラメータ及び測定されたプラズマパラメータが、プラズマモデルの精度を判断するために比較され得る。例えば、ある事前選択パラメータが所定の範囲内にある場合に、計算されたパラメータと測定されたパラメータとの間で合致が判断され得る。事前選択パラメータ及び事前判断された範囲の識別は、プラズマプロセスの具体的な設計詳細に依存し得る。計算されたパラメータ及び測定されたパラメータが、ステップ１４０６において合致しないと判断される場合、プラズマモデルは、ステップ１４０７において改訂され得る。モデル改訂は、比例定数の調整、境界条件の変更、及び回帰分析、並びに単純モデルのより複雑なモデルとの置換を含み得る。プラズマモデルが改訂された後、方法は、ステップ１４０４に戻る。

測定されたプラズマパラメータ及び計算されたプラズマパラメータが、合致していると分かる場合、制御法則が、ステップ１４０８において生成され得る。制御法則は、イオン角度分布δθ_ｆｗｈｍの変化（Δδθ_ｆｗｈｍと示される）の間の関係性を、１つ又は複数の遅延パラメータの変化の関数ｆ（Δｔ_{ｄｅｌａｙ}）として定義し得る。具体的には、制御法則は、１つ又は複数の遅延パラメータの所与の変化についてのイオン分布の角度広がりの変化の正確な予測を有利に可能にし得る。

図１５は、本発明の実施形態による、プラズマプロセスのフィードフォワード制御の例としての方法のフローチャートを示す。例えば、図１５の方法は、例えば、図１４の方法によって判断され得るように、制御法則を実施することによってフィードフォワード方式でプラズマプロセスを制御するためにプラズマ処理システムによって実行され得る。フィードフォワード制御方法は、例えば、臨界寸法（ＣＤ）の変量、角度分布などの所望の値から予期される、及び／又は測定される変量に基づいて、新たなパルス遅延を判断することによって、プラズマ処理システムの制御を可能にし得る。

図１５を参照すると、フィードフォワード制御の方法についてのフローチャート１５００が、臨界寸法の変量ΔＣＤを測定するステップ１５０１を含む。例えば、ＣＤは、特定のプラズマプロセスのＤＣＤのＥＣＤであってもよい。いくつかの実施形態では、ステップ１５０１は、複数のΔＣＤを測定してもよく、又はステップ１５０１は、省略されてもよい。ステップ１５０２は、角度分布の変量Δδθ_ｆｗｈｍを測定することを含む。ステップ１５０１と同様に、複数の種についての角度分布の変量は、いくつかの実施形態ではステップ１５０２において測定され得る。代替として、ステップ１５０２は省略されてもよい。

ステップ１５０３において、補正モデルが、制御法則を用いて適用され得る。一実施形態では、補正モデルは、線形補正モデルである。例えば、制御法則は、例として図１４の方法などの適当な方法を用いて事前判断され得る。線形補正モデルの結果に基づいて、１つ又は複数の新たは遅延パラメータｔ_{ｄｅｌａｙ}が、判断され得る。

図１６は、本発明の実施形態による、プラズマ処理中の制御の例としての方法を示す。図１４及び図１５のフローチャートはイベントの特定の順序を示すように意図されるが、図１６に示される方法は、方法のステップを特定の順序に限定するように意図されないことに留意されたい。したがって、以下の方法のステップは、当業者に明らかであり得るような任意の適当な順序で実行され得る。

プラズマ処理中の制御の方法１６００のステップ１６０１は、ＳＰパルスの第１のシーケンスを生成することを含む。ステップ１６０２は、ＢＰパルスの第２のシーケンスを生成することを含む。ＳＰパルス及びＢＰパルスは、例えば図１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかに従って、様々なパルス変調パラメータを用いて生成され得る。さらに、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、例えば図２のシステムなどの、本明細書で説明されるシステムの実施形態のいずれかを用いて形成され得る。一実施形態では、ＳＰパルスが、パルス変調回路を用いて生成される。パルス変調回路は、コントローラ内に含まれ得る。

プラズマ処理中の制御の方法１６００のステップ１６０３は、第１のシーケンスのＳＰパルスに対して第２のシーケンスのＢＰパルスを遅延させて、交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの組み合わせシーケンスを形成することを含む。例えば、各ＳＰパルスの後にＢＰパルスが続いてもよいが、各ＢＰパルスの後にＳＰパルスが続く。一実施形態では、ＢＰパルスが、タイミング回路を用いて遅延される。タイミング回路は、コントローラ内に含まれ得る。

ステップ１６０４は、組み合わせシーケンスを用いてイオン含有プラズマを生成することを含み、ステップ１６０５は、組み合わせシーケンスを用いて加工対象物の表面にイオンを放出することを含む。組み合わせシーケンスは、プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成するために使用され得る。プラズマは、イオンを含んでもよく、組み合わせシーケンスは、加工対象物の表面にイオンを放出するためにさらに用いられてもよい。

図１７は、本発明の実施形態による、プラズマ処理の例としての方法を示す。図１４及び図１５のフローチャートはイベントの特定の順序を示すように意図されるが、図１７に示される方法は、方法のステップを特定の順序に限定するように意図されないことに留意されたい。したがって、以下の方法のステップは、当業者に明らかであり得るような任意の適当な順序で実行され得る。

プラズマ処理の方法１７００のステップ１７０１は、プラズマを生成するためにソース電力をプラズマ処理チャンバに提供することを含む。ソース電力は、複数のソース電力パルスを含む。ＳＰパルスは、例えば図１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかに従って、様々なパルス変調パラメータを用いて生成され得る。さらに、ＳＰパルスは、例えば図２のシステムなどの、本明細書で説明されるシステムの実施形態のいずれかを用いて形成され得る。

プラズマ処理の方法１７００のステップ１７０２は、バイアス電力をプラズマ処理チャンバに提供することを含む。バイアス電力は、時間的に少なくとも部分的にオーバラップしない複数のＢＰパルスを含む。様々な実施形態では、ＳＰパルス及びＢＰパルスは、時間的に完全にオーバラップしない。ＢＰパルスは、例えば図１の方法などの、本明細書で説明される方法の実施形態のいずれかに従って、様々なパルス変調パラメータを用いて生成され得る。さらに、ＢＰパルスは、例えば図２のシステムなどの、本明細書で説明されるシステムの実施形態のいずれかを用いて形成され得る。

本明細書で説明される実施形態は、ソースパルスとバイアスパルスとの間のタイミングを制御することによって、マイクロエレクトロニクス加工対象物の表面におけるイオンの入射角を有利に制御し得る。例えば、マイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に到達する所与のイオンの入射角は、バイアス電力によってイオンに分け与えられる略垂直速度とイオンの温度に起因するランダム速度との組み合わせである。イオンの温度は、プラズマ生成中にソース電力と共に上昇し、ソース電力がオフにされる場合に低下する。実施形態は、また、略垂直速度が上昇してランダム速度が低下するように、プラズマ処理チャンバへのソース電力及びバイアス電力の印加の柔軟性を有益に可能にし得る。

本明細書で説明される実施形態は、また、プラズマ生成を特定の期間に限定することの恩恵を提供し得る。例えば、高周波数をプラズマアフタグロー位相に適用することは、プラズマ生成だけでなく電子及びイオン加熱をもたらし得る。さらに、実施形態は、ソース電力がオフの間のバイアス電力パルスを有利に可能にしてもよく、それによって、イオンは、追加のプラズマ生成又は加熱なしに、アフタグロー位相において加速される。これは、イオンの角度分布を制御することに加えて、イオンエネルギーに対する制御を増大させるという結果を有益にもたらし得る。

説明される実施形態のさらなる利点は、例として、低周波数ＲＦ電力（例えば、４００ｋＨｚ未満）を含むバイアス電力、ＤＣ電力パルス、又は交互極性のＤＣ電圧パルスの柔軟な印加であってもよい。低周波数のバイアス電力パルス及び／又はＤＣパイアス電力パルスは、ソース電力をオフにした結果として増大した有効性を有し得る。交互極性のＤＣパルスは、電荷が処理中の基板上に蓄積されることを有利に防止し得る。例えば、マイクロエレクトロニクス加工対象物の基板が、誘電体層を含む場合、交互極性のＤＣバイアス電力パルスは、基板上の望ましくない電荷を減少させ、又は除去し得る。

説明される実施形態の別の考えられる恩恵は、一定の粒子流動をマイクロエレクトロニクス加工対象物の方に向けて維持することである。例えば、ソース電力パルスのオフタイムは、イオン及びラジカルなどの他の望ましい粒子がマイクロエレクトロニクス加工対象物の表面に一定速度で到達するように、選択され得る。ソース電力のオフタイムを選択するとき、特に特定の種の拡散係数及び付着係数、並びにプラズマ処理チャンバの臨界寸法を含む、複数のパラメータが考慮され得る。

本発明の例としての実施形態が、ここに要約されている。他の実施形態もまた、明細書全体及び本明細書で出願される特許請求の範囲から理解され得る。

実施例１．プラズマ処理の方法であって、ソース電力（ＳＰ）パルスの第１のシーケンスを生成することと、バイアス電力（ＢＰ）パルスの第２のシーケンスを生成することと、第２のシーケンスのＢＰパルスを第１のシーケンスのＳＰパルスと組み合わせて、交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの組み合わせシーケンスを形成することと、組み合わせシーケンスを用いて、イオンを含むプラズマを生成すること、及び基板の主面にイオンを放出することによって基板を処理することと、を含む、方法。

実施例２．ＳＰパルスの後縁とＢＰパルスの前縁との間のオフセット期間を調整することをさらに含む、実施例１の方法。

実施例３．第２のシーケンスのＢＰパルスのパルス幅期間を調整することをさらに含む、実施例１及び２のうちの１つの方法。

実施例４．第１のシーケンスのＳＰパルス間のオフタイム期間を調整することをさらに含む、実施例１～３のうちの１つの方法。

実施例５．電位制御電力（ＰＣＰ）パルスの第３のシーケンスを生成することであって、第３のシーケンスのＰＣＰパルスが、組み合わせシーケンスの交互のＳＰパルス及びＢＰパルスと時間的にオーバラップする、第３のシーケンスを生成することをさらに含む、実施例１～４のうちの１つの方法。

実施例６．ＰＣＰパルスが、負の直流（ＤＣ）パルスを含み、負のＤＣパルスが、ＳＰパルスの間プラズマに提供される、実施例５の方法。

実施例７．ＰＣＰパルスが、正の直流（ＤＣ）パルスを含み、正のＤＣパルスが、ＢＰパルスの間プラズマに提供される、実施例５の方法。

実施例８．組み合わせシーケンスの交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの間、電子の流れをプラズマにおいて提供することをさらに含む、実施例１～７のうちの１つの方法。

実施例９．プラズマ処理の方法であって、プラズマを生成するためにソース電力（ＳＰ）をプラズマ処理チャンバに提供することであって、ＳＰが、複数のＳＰパルスを含む、ＳＰを提供することと、複数のＢＰパルスを含むバイアス電力（ＢＰ）をプラズマ処理チャンバに提供することであって、複数のＳＰパルス及び複数のＢＰパルスが、組み合わされてパルスシーケンスを形成し、パルスシーケンスの各パルスが、複数のＳＰパルスのうちのＳＰパルス及び複数のＢＰパルスのうちのＢＰパルス、並びにＳＰパルスの一部又はＢＰパルスの一部のいずれかが高振幅状態にある時間間隔を含む、ＢＰを提供することと、を含む、方法。

実施例１０．ＳＰが、第１の周波数の交流（ＡＣ）電力を含み、ＢＰが、第２の周波数のＡＣ電力を含み、第２の周波数が、第１の周波数よりも小さい、実施例９の方法。

実施例１１．第１の周波数が、約１０ＭＨｚより大きく、第２の周波数が、約５ＭＨｚ未満である、実施例１０の方法。

実施例１２．第２の周波数が、約４００ｋＨｚ未満である、実施例１０の方法。

実施例１３．ＳＰが、交流（ＡＣ）電力を含み、ＢＰが、直流（ＤＣ）電力を含む、実施例９の方法。

実施例１４．ＳＰ及びＢＰをプラズマ処理チャンバに提供することが、複数のＳＰパルスのうちのＳＰパルスを複数のＢＰパルスのうちのＢＰパルスと交互にすることを含み、複数のＢＰパルスのそれぞれが、単一のＤＣパルスを含む、実施例１３の方法。

実施例１５．複数のＢＰパルスのそれぞれが、交互極性のＤＣパルスを含む、実施例１３の方法。

実施例１６．パルスシーケンスが、周期シーケンスであり、ＳＰ及びＢＰをプラズマ処理チャンバに提供することが、複数のＳＰパルス及び複数のＢＰパルスを含む周期シーケンスをプラズマ処理チャンバに放出することを含み、周期シーケンスの各サイクルが、複数のＳＰパルスのうちの正確に１つのＳＰパルスを含み、複数のＳＰパルスのそれぞれのデューティサイクルが、約５０％である、実施例９～１５のうちの１つの方法。

実施例１７．周期シーケンスの各サイクルが、複数のＢＰパルスのうちの正確に１つのＢＰパルスを含み、ＳＰ及びＢＰをプラズマ処理チャンバに提供することが、複数のＢＰパルスのそれぞれのデューティサイクルが５０％未満であるように複数のＢＰパルスのそれぞれを遅延させることを含む、実施例１６の方法。

実施例１８．プラズマ処理システムであって、ソース電力（ＳＰ）パルスの第１のシーケンス及びバイアス電力（ＢＰ）パルスの第２のシーケンスを生成し、第２のシーケンスのＢＰパルスを第１のシーケンスのＳＰパルスと組み合わせて、交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの組み合わせシーケンスを形成するように構成される、コントローラと、コントローラに結合され、組み合わせシーケンスを用いて生成されたイオンを含むプラズマを生成するように構成される、プラズマ処理チャンバであって、生成されたイオンを受け取るための基板を支持するように構成される、プラズマ処理チャンバと、を含む、システム。

実施例１９．コントローラが、ＳＰパルスの後縁とＢＰパルスの前縁との間のオフセット期間を調整し、第２のシーケンスのＢＰパルスのパルス幅期間を調整するか、又は第１のシーケンスのＳＰパルス間のオフタイム期間を調整するようにさらに構成される、実施例１８のシステム。

実施例２０．コントローラが、電位制御電力（ＰＣＰ）パルスの第３のシーケンスを生成するようにさらに構成され、第３のシーケンスのＰＣＰパルスが、組み合わせシーケンスの交互のＳＰパルス及びＢＰパルスと時間的にオーバラップする、実施例１８及び１９のうちの１つのシステム。

本明細書で説明される電力制御技術は、コントローラによって制御され得る。コントローラが、本明細書で説明される機能性を提供するようにプログラムされた１つ又は複数のプログラム可能な集積回路を用いて実施され得ることにも留意されたい。例えば、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置など）、プログラマブルロジックデバイス（例えば、ＣＰＬＤ（コンプレックスプログラマブルロジックデバイス）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）など）、及び／又は他のプログラム可能な集積回路は、本明細書で説明される機能性のいずれかを実施するようにソフトウェア又は他のプログラミング命令でプログラムされ得る。ソフトウェア又は他のプログラミング命令が、１つ又は複数の非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリストレージデバイス、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭメモリ、再プログラム可能なストレージデバイス、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭなど）に記憶され得ること、並びにソフトウェア又は他のプログラミング命令が、プログラム可能な集積回路によって実行されると、本明細書で説明されるプロセス、機能、及び／又は能力をプログラム可能な集積回路に実行させることにさらに留意されたい。上記の他の変形も実施され得る。

１つ又は複数の蒸着処理は、本明細書で説明される材料層を形成するために使用され得る。例えば、１つ又は複数の蒸着は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、物理的気相蒸着（ＰＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、及び／又は他の蒸着処理を用いて実施され得る。プラズマ蒸着処理に関し、炭化水素、過フッ化炭化水素、又は多様な圧力、電力、流れ、及び温度条件で１つ又は複数の希釈ガス（例えばアルゴン、窒素など）と組み合わせた炭化水素含有窒素を含むがこれらに限定されない、前駆体ガス混合物が使用され得る。フォトレジスト（ＰＲ）層に対するリソグラフィ処理は、光リソグラフィ、極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ、及び／又は他のリソグラフィ処理を使用して実施され得る。エッチング処理は、プラズマエッチング処理、放電エッチング処理、及び／又は他の所望のエッチング処理を使用して実施され得る。例えば、プラズマエッチング処理は、過フッ化炭化水素、酸素、窒素、水素、アルゴン、及び／又は他のガスを含むプラズマを使用して実施され得る。加えて、プロセス工程の動作変数は、ビアのＣＤ標的パラメータがビア形成中に達成されることを保証するように制御され得る。動作変数は、例えばチャンバ温度、チャンバ圧力、ガスの流量、プラズマの生成において電極アセンブリへ適用される周波数及び／又は電力、及び／又はプロセス工程のための他の動作変数を含み得る。上記の変形も、本明細書で説明される技術を依然として活用しつつ実施され得る。

本発明は、例示的実施形態を参照して説明されているが、この説明は、限定的な意味に解釈されるように意図されない。例示的実施形態の様々な修正及び組み合わせ、並びに本発明の他の実施形態は、説明の参照時に当業者に明らかであろう。例えば、図８、図１０、及び図１２の実施形態は、さらなる実施形態において組み合わされてもよい。同様に、図２～図７などの図２に関して説明される実施形態は、図９、図１１、又は図１３と組み合わされてもよい。したがって、添付の特許請求の範囲は、任意のそのような修正又は実施形態を包含することが意図される。

Claims (19)

1. プラズマ処理の方法であって、
   ソース電力（ＳＰ）パルスの第１のシーケンスを生成することと、
   バイアス電力（ＢＰ）パルスの第２のシーケンスを生成することと、
   前記第２のシーケンスの前記ＢＰパルスを前記第１のシーケンスの前記ＳＰパルスと組み合わせて、交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの組み合わせシーケンスを形成することと、
   前記組み合わせシーケンスを用いて、イオンを含むプラズマを生成することと、
   基板の主面に前記イオンを放出することによって前記基板を処理することと、
   電位制御電力（ＰＣＰ）パルスの第３のシーケンスを生成することと、を含み、
   前記第３のシーケンスの前記ＰＣＰパルスが、前記組み合わせシーケンスの前記交互のＳＰパルス及びＢＰパルスと時間的にオーバラップする、
   方法。
2. プラズマ処理の方法であって、
   ソース電力（ＳＰ）パルスの第１のシーケンスを生成することと、
   バイアス電力（ＢＰ）パルスの第２のシーケンスを生成することと、
   プラズマ処理システムのコントローラにおいて、前記第１のシーケンスの前記ＳＰパルスによってトリガされる複数のオフセット期間を生成して、前記ＳＰパルスに対して前記ＢＰパルスを遅延させ、交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの組み合わせシーケンスを形成することであって、各オフセット期間が、前記第１のシーケンスの１つのＳＰパルスの後縁と、前記第２のシーケンスの対応するＢＰパルスの前縁との間の期間である、ことと、
   前記組み合わせシーケンスの前記ＳＰパルスを用いて、イオンを含むプラズマを生成することと、
   前記組み合わせシーケンスの前記ＢＰパルスを用いて、基板の主面に前記イオンを放出することによって前記プラズマ処理システム内の前記基板を処理することと、を含み、
   前記ＢＰパルス中にパルス処理システムにソース電力が供給されない、
   方法。
3. 前記ＳＰパルスの後縁と前記ＢＰパルスの前縁との間のオフセット期間を調整することをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第２のシーケンスの前記ＢＰパルスのパルス幅期間を調整することをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記第１のシーケンスのＳＰパルス間のオフタイム期間を調整することをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
6. 前記ＰＣＰパルスが、負の直流（ＤＣ）パルスを含み、前記負のＤＣパルスが、前記ＳＰパルスの間に前記プラズマに提供される、請求項１に記載の方法。
7. 前記ＰＣＰパルスが、正の直流（ＤＣ）パルスを含み、前記正のＤＣパルスが、前記ＢＰパルスの間に前記プラズマに提供される、請求項１に記載の方法。
8. 前記組み合わせシーケンスの前記交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの間、電子の流れを前記プラズマにおいて提供することをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
9. プラズマ処理の方法であって、
   プラズマを生成するためにソース電力（ＳＰ）をプラズマ処理チャンバに提供することであって、前記ＳＰには複数のＳＰパルスが含まれる、ことと、
   複数のバイアス電力（ＢＰ）パルスを含むバイアス電力（ＢＰ）を前記プラズマ処理チャンバに提供することであって、前記複数のＳＰパルス及び前記複数のＢＰパルスを組み合わせてパルスシーケンスを形成し、前記パルスシーケンスの各パルスには、前記複数のＳＰパルスのうちのＳＰパルス及び前記複数のＢＰパルスのうちのＢＰパルス、並びに前記ＳＰパルスの一部又は前記ＢＰパルスの一部のいずれかが高振幅状態にある時間間隔が含まれる、ことと、
   電位制御電力（ＰＣＰ）パルスの第３のシーケンスを生成することと、を含み、
   前記第３のシーケンスの前記ＰＣＰパルスが、前記組み合わせシーケンスの交互のＳＰパルス及びＢＰパルスと時間的にオーバラップする、
   方法。
10. 前記ＳＰが、第１の周波数の交流（ＡＣ）電力を含み、
    前記ＢＰが、第２の周波数のＡＣ電力を含み、
    前記第２の周波数が、前記第１の周波数よりも小さい、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の周波数が、約１０ＭＨｚより大きく、前記第２の周波数が、約５ＭＨｚ未満である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の周波数が、約４００ｋＨｚ未満である、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ＳＰが、交流（ＡＣ）電力を含み、
    前記ＢＰが、直流（ＤＣ）電力を含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記ＳＰ及びＢＰを前記プラズマ処理チャンバに提供することには、前記複数のＳＰパルスのうちの前記ＳＰパルスを前記複数のＢＰパルスのうちの前記ＢＰパルスと交互にすることが含まれ、前記複数のＢＰパルスのそれぞれが、単一のＤＣパルスを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記複数のＢＰパルスのそれぞれが、交互極性のＤＣパルスを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記パルスシーケンスが、周期シーケンスであり、
    前記ＳＰ及び前記ＢＰを前記プラズマ処理チャンバに提供することには、前記複数のＳＰパルス及び前記複数のＢＰパルスを含む前記周期シーケンスを前記プラズマ処理チャンバに放出することが含まれ、
    前記周期シーケンスの各サイクルが、前記複数のＳＰパルスのうちの正確に１つのＳＰパルスを含み、
    前記複数のＳＰパルスのそれぞれのデューティサイクルが、約５０％である、請求項９に記載の方法。
17. 前記周期シーケンスの各サイクルが、前記複数のＢＰパルスのうちの正確に１つのＢＰパルスを含み、
    前記ＳＰ及び前記ＢＰを前記プラズマ処理チャンバに提供することには、前記複数のＢＰパルスのそれぞれのデューティサイクルが５０％未満であるように前記複数のＢＰパルスのそれぞれを遅延させることが含まれる、請求項１６に記載の方法。
18. プラズマ処理システムであって、
    ソース電力（ＳＰ）パルスの第１のシーケンス及びバイアス電力（ＢＰ）パルスの第２のシーケンスを生成し、
    前記第２のシーケンスの前記ＢＰパルスを前記第１のシーケンスの前記ＳＰパルスと組み合わせて、交互のＳＰパルス及びＢＰパルスの組み合わせシーケンスを形成するように構成される、コントローラと、
    前記コントローラに結合され、前記組み合わせシーケンスを用いて生成されたイオンを含むプラズマを生成するように構成されるプラズマ処理チャンバであって、前記生成されたイオンを受け取るための基板を支持するように構成されるプラズマ処理チャンバと、
    を備え、
    前記コントローラが、電位制御電力（ＰＣＰ）パルスの第３のシーケンスを生成するようにさらに構成され、前記第３のシーケンスの前記ＰＣＰパルスが、前記組み合わせシーケンスの前記交互のＳＰパルス及びＢＰパルスと時間的にオーバラップする、
    システム。
19. 前記コントローラが、
    前記ＳＰパルスの後縁と前記ＢＰパルスの前縁との間のオフセット期間を調整し、
    前記第２のシーケンスの前記ＢＰパルスのパルス幅期間を調整するか、又は
    前記第１のシーケンスのＳＰパルス間のオフタイム期間を調整するようにさらに構成される、請求項１８に記載のシステム。

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