JP7522538B2 - モジュール型の高周波源 - Google Patents

Description

実施形態は、高周波発出源（ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ）の分野に関し、ある特定の実施形態では、高周波発出モジュールのアレイを含むモジュール型高周波発出源であって、各高周波発出モジュールが、増幅モジュールに連結された発振モジュールと、アプリケータとを備えている、モジュール型高周波発出源に関する。

関連技術についての説明
高周波放射システムの、プラズマ処理に使用するためのものを含む用途は、数多くの異なるテクノロジー（例えば半導体産業、ディスプレイテクノロジー、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）におけるものなど）の製造において、広範囲に使用されている。現在、単一アンテナを有する無線周波数（ＲＦ）放射システムが、最もよく使用されている。しかし、より高い（マイクロ波周波数を含む）周波数でプラズマが生成される場合、プラズマ密度が高いプラズマ、及び／又は中性励起種の濃度が高いプラズマが、形成される。残念ながら、単一アンテナにより作り出される高周波放射システム（例えば、プラズマを形成するために使用されるもの）は、それらに固有の欠点に悩まされる。

典型的な高周波放射システム（例えばマイクロ波プラズマを形成するためのもの）では、単体の大型の高周波又はマイクロ波の放射源（マグネトロンなど）と、マグネトロンから処理チャンバにマイクロ波放射を誘導するための伝送路とが使用される。例えば、半導体産業における典型的な大電力マイクロ波応用では、伝送路はマイクロ波導波管である。マイクロ波源の特定の周波数を搬送するよう設計された導波管の外部では、マイクロ波電力が距離と共に急速に減衰するので、導波管が使用される。マイクロ波放射を処理チャンバに伝送するには、更なる構成要素（例えばチューナ、カプラ、モード変換器など）も必要になる。これらの構成要素により、システムの構築が大型の（すなわち、少なくとも導波管と関連構成要素とを合わせたのと同等の大きさの）ものに制限され、かつ、その設計も大幅に制限される。これにより、プラズマを形成するために使用されうる高周波放射電磁界（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ）の形状寸法も制約を受ける。高周波放射電磁界の形状寸法は導波管の形状に類似するからである。

したがって、高周波放射電磁界の形状寸法と処理されている基板の形状寸法とを合致させることは困難である。詳細には、プラズマを形成することと基板を放射に曝露することのいずれのためであっても、プロセスが基板（例えば、２００ｍｍの、３００ｍｍの、又はそれを上回る直径の、シリコンウエハ、ディスプレイ産業で使用されるガラス基板、又は、ロールツーロール製造で使用される連続基板など）の全面積に均一に実施される場合には、マイクロ波周波数の高周波放射電磁界を作り出すことは困難である。マイクロ波で生成されたプラズマの一部は、大表面全体にマイクロ波のエネルギーが広がることを可能にするために、スロットラインアンテナを使用しうる。しかし、かかるシステムは、複雑なものであり、特定の形状寸法を必要とし、かつ、プラズマに結合されうる電力密度に制限される。

更に、高周波放射システムは、典型的には、非常に均一というわけではなく、かつ／又は空間的にチューニング可能な濃度を有しえない、放射電磁界及び／又はプラズマを生成する。処理される基板のサイズが大きくなり続けるにつれて、エッジ効果に対応することは、ますます困難になっている。加えて、放射電磁界及び／又はプラズマのチューニングが不可能であることは、入ってくる基板の不均一性に対応して処理レシピを改変し、設計的な補償を行うために不均一性が必要とされる処理システム（例えば、いくつかの処理チャンバにおける、回転するウエハの不均一な半径方向速度に適応するために不均一性が必要とされる処理システム）について放射電磁界密度及び／又はプラズマ密度を調整する能力を制限する。

実施形態は、モジュール型高周波発出源を含む。一実施形態では、モジュール型高周波発出源は、複数の高周波発出モジュールであって、各々が発振モジュールと、増幅モジュールと、アプリケータとを備える、複数の高周波発出モジュールを含む。一実施形態では、発振モジュールは、電圧制御回路と電圧被制御発振器とを備える。一実施形態では、増幅モジュールが発振モジュールに連結される。一実施形態では、アプリケータが増幅モジュールに連結される。一実施形態では、各高周波発出モジュールは別個の発振モジュールを含む。

実施形態は、モジュール型高周波発出源を含む。一実施形態では、モジュール型高周波発出源は、複数の高周波発出モジュールであって、各々が発振モジュールと、増幅モジュールと、アプリケータとを備える、複数の高周波発出モジュールを備える。一実施形態では、発振モジュールは、電圧制御回路と電圧被制御発振器とを備える。一実施形態では、出力される高周波電磁放射を生成するために、電圧制御回路からの出力電圧が、電圧被制御発振器の発振を駆動する。一実施形態では、増幅モジュールが発振モジュールに連結される。一実施形態では、増幅モジュールは、電圧被制御発振器から出力された高周波電磁放射を増幅させる。一実施形態では、アプリケータが増幅モジュールに連結される。

実施形態は、処理チャンバとモジュール型高周波発出源とを備える、処理ツールを含む。一実施形態では、各高周波発出モジュールは、発振モジュールと、増幅モジュールと、アプリケータとを備える。一実施形態では、発振モジュールは、電圧制御回路と電圧被制御発振器とを備える。一実施形態では、増幅モジュールが発振モジュールに連結される。一実施形態では、アプリケータが増幅モジュールに連結される。一実施形態では、アプリケータは、処理チャンバ内のチャック（その上で一又は複数の基板が処理される）に対向して配置される。

上記の要約は、全ての実施形態の網羅的なリストを含むものではない。上記で要約した様々な実施形態の全ての好適な組合せにより実践可能なものだけでなく、以下の「発明を実施するための形態」において開示されている、特に、本出願と共に提出される特許請求の範囲において指摘されている、全てのシステム及び方法が含まれると、想定される。かかる組み合わせは、上記の要約において具体的に列挙されていない特定の利点も有する。

一実施形態による、モジュール型高周波発出源を含む処理ツールの概略図である。 一実施形態による、固体状態の高周波発出モジュールの概略ブロック図である。 一実施形態による、複数の発振モジュールとフィードバック制御とを含むモジュール型高周波発出源を有する処理ツールの、電子機器の一部分の概略ブロック図である。 一実施形態による、複数の発振モジュールを含むモジュール型高周波発出源を有する処理ツールの、電子機器の一部分の概略ブロック図である。 一実施形態による、１つの発振モジュールを共有する複数の高周波発出モジュールを含むモジュール型高周波発出源を有する処理ツールの、電子機器の一部分の概略ブロック図である。 一実施形態による、マイクロ波放射と処理チャンバとを連結するために使用されうる、アプリケータの断面図である。 一実施形態による、処理チャンバの一部である誘電体シートの上に配置された、アプリケータのアレイの断面図である。 一実施形態による、高周波放射と処理チャンバとを連結するために使用されうる、アプリケータのアレイの平面図である。 一実施形態による、高周波放射と処理チャンバとを連結するために使用されうる、アプリケータのアレイの平面図である。 一実施形態による、アプリケータのアレイ、並びに、放射電磁界及び／又はプラズマの状態を検出するための複数のセンサの平面図である。 一実施形態による、多ゾーン処理ツールの２つのゾーン内に形成されている、アプリケータのアレイの平面図である。 一実施形態による、モジュール型マイクロ波放射源と併せて使用されうる、例示的なコンピュータシステムのブロック図を示す。

本書に記載の実施形態によるデバイスは、高周波発出モジュールであって、各モジュールが、発振モジュールと、増幅モジュールと、アプリケータとを備える、高周波発出モジュールのアレイを備える、モジュール型高周波発出源を含む。以下の説明では、実施形態の網羅的な理解を提供するために、多数の具体的な詳細事項が明記される。当業者には、これらの具体的な詳細がなくとも実施形態は実践可能であることが、自明となろう。他の事例では、実施形態が不必要に不明瞭にならないように、周知の態様については詳しく説明しない。更に、添付の図面に示す様々な実施形態は例示的な表現であり、必ずしも縮尺どおりには描かれていないことを、理解されたい。

実施形態は、高周波発出モジュールのアレイを備えるモジュール型高周波発出源を含む。本書で使用される場合、「高周波（ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」電磁放射は、無線周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）放射、超高周波放射、極超高周波放射、及びマイクロ波放射を含む。「高周波」とは、０．１ＭＨｚ～３００ＧＨｚの周波数のことでありうる。一実施形態によれば、各高周波発出モジュールは、発振モジュールと、増幅モジュールと、アプリケータとを備える。一実施形態では、発振モジュール及び増幅モジュールは、全て固体状態電子部品である複数の電気部品を備える。

例えば、マグネトロンの代わりに固体状態電子機器を使用することで、高周波放射源のサイズ及び複雑性を大幅に低減することが可能になる。詳細には、固体状態部品は、上述のマグネトロンハードウェアよりもずっと小型である。加えて、固体状態部品を使用することで、高周波放射を処理チャンバに伝送するのに必要な、場所を取る導波管をなくすことが可能になる。その代わりに、高周波放射は、同軸配線を用いて伝送されうる。導波管をなくすことで、大面積のモジュール型高周波発出源を構築することも可能になり、この場合、形成されるプラズマのサイズが導波管のサイズによって制限されなくなる。代わりに、高周波発出モジュールのアレイは、いかなる基板形状にも合致する、思い通りに大きな（かつ思い通りの形状の）プラズマの形成を可能にする、所与のパターンに構築されうる。更に、アプリケータの断面形状は、アプリケータのアレイが、可能な限り密に、ひとまとめにパッキングされうるように選ばれうる（すなわち最密アレイ）。

高周波発出モジュールのアレイを使用することで、各高周波発出モジュール向けの増幅モジュールの電力設定を個別に変更することによって放射電磁界及び／又はプラズマ密度を局所的に変更する能力における、より大きなフレキシビリティも提供される。これにより、放射電磁界曝露及び／又はプラズマ処理における均一性の最適化（例えば、ウエハエッジ効果に関して行われる調整、入ってくるウエハの不均一性に関して行われる調整など）が可能となり、また、設計的な補償を行うために不均一性が必要とされる処理システム（例えば、いくつかの処理チャンバにおいて回転するウエハの不均一な半径方向速度に適応するために不均一性が必要とされる処理システム）について放射電磁界曝露及び／又はプラズマ密度を調整する能力が可能になる。

更なる実施形態は、放射電磁界及び／又はプラズマをモニタする一又は複数のセンサも含みうる。かかる実施形態により、プラズマの密度、電界強度、又は他の任意のプラズマ特性若しくは放射電磁界特性を各アプリケータによって局所的に測定するため、及び、この測定をフィードバックループの一部として使用して各高周波発出モジュールに印加される電力を制御するための、方策がもたらされる。したがって、各高周波発出モジュールが個別のフィードバックを有しうる。又は、アレイの中の高周波発出モジュールのサブセットが、制御ゾーンごとにグループ化されてよく、この場合、フィードバックループは、ゾーン内の高周波発出モジュールのサブセットを制御する。

高周波発出モジュールを個別に使用することで、放射電磁界及び／又はプラズマのチューニング可能性が強化されることに加えて、既存の放射源及び／又はプラズマ源において現在使用可能なものよりも高い、電力密度が提供される。例えば、高周波発出モジュールにより、典型的なＲＦプラズマ処理システムのおよそ５倍かそれを上回る、電力密度が可能になりうる。例えば、プラズマ化学気相堆積プロセスでの典型的な電力は、およそ３，０００Ｗであり、３００ｍｍ直径のウエハにおよそ４Ｗ／ｃｍ^２の電力密度を提供する。これに対して、実施形態による高周波発出モジュールは、およそ１のアプリケータパッキング密度でおよそ２４Ｗ／ｃｍ^２の電力密度を提供するために、３００Ｗの電力増幅器を、４ｃｍ直径のアプリケータと共に使用しうる。１／３のアプリケータパッキング密度で、かつ１０００Ｗの電力増幅器を使用すると、２７Ｗ／ｃｍ^２の電力密度が提供される。１のアプリケータパッキング密度で、かつ１０００Ｗの電力増幅器を使用すると、８０Ｗ／ｃｍ^２の電力密度が提供される。

高周波放射源及び／又はプラズマ（マイクロ波プラズマなど）を作り出すための一般的なアプローチは、単一の発振モジュール、並びに、高周波エネルギーと基板とを結合するため、及び／又は、プラズマを形成する場合には高周波エネルギーとプロセスガスとを結合するための、単一の電極又はアプリケータの使用を伴う。しかし、複数の電極／アプリケータ構造体を、この複数の電極／アプリケータの各々に電力供給するために分岐している単一の発振モジュールと共に使用することには、欠点がある。詳細には、電磁放射が単一の発振モジュールによって生成されることにより、各アプリケータが発出する電磁放射が互いに同じ周波数に、かつ決まった位相になるので、干渉縞が必然的に生じることになる。この干渉縞により、不均一な放射電磁界及び／又はプラズマをもたらす、局所的な最大値及び最小値が発生する。

したがって、実施形態は高周波発出モジュールのアレイを含み、各高周波発出モジュールは専用の発振モジュールを有する。複数の発振モジュールが使用される場合、第１発振モジュールによって生成される電磁放射は、第２発振モジュールによって生成される電磁放射に干渉しないことがある。なぜなら、第１と第２の発振モジュールは、同じ周波数であるわけでもなく、それらの間に制御された位相差があるわけでもないことがあるからである。プラズマが形成される実施形態では、干渉縞は存在しないので、プラズマの均一性が向上する。同様に、プラズマが形成されない（例えばマイクロ波加熱又はマイクロ波硬化の）場合、干渉縞は回避され、一実施形態では、基板のより均一な加熱又は硬化が得られる。更なる一実施形態では、単一の発振モジュールが、２つ以上の（ただし全てではない）高周波発出モジュールの間で共有されうる。かかる実施形態では、同一の発振モジュールを共有する複数の高周波発出モジュールは、位相ロック型（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｅｄ）高周波発出モジュールと称されうる。

ここで図１を参照するに、一実施形態による、処理ツール１００の断面図が示されている。一部の実施形態では、処理ツール１００は、放射電磁界及び／又はプラズマを使用する任意の種類の処理工程に適した処理ツールでありうる。例えば、処理ツール１００は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、エッチング及び選択的除去のプロセス、並びにプラズマ洗浄に使用される、処理ツールでありうる。本書で詳しく説明している実施形態はプラズマ処理ツールを対象としているが、更なる実施形態は、高周波電磁放射を利用する任意のツールを含む処理ツール１００を含みうることを、認識されたい。例えば、プラズマを形成せずに高周波電磁放射を利用する処理ツール１００は、産業上の加熱、脱ガス、表面活性化、及び／又は硬化を行う処理ツール１００を含みうる。

通常、実施形態は、チャンバ１７８を含む処理ツール１００を含む。処理ツール１００では、チャンバ１７８は真空チャンバでありうる。真空チャンバは、チャンバからガスを除去して望ましい減圧を提供するための、ポンプ（図示せず）を含みうる。更なる実施形態は、チャンバ１７８内に処理ガスを提供するための一又は複数のガスライン１７０と、チャンバ１７８から副生成物を除去するための排気ライン１７２とを含む、チャンバ１７８を含みうる。更なる一実施形態では、チャンバ１７８は、圧力を１気圧以上に維持するための、圧力容器でありうる。図示していないが、処理ツール１００は、処理ガスを基板１７４全体に均一に分配するためのシャワーヘッドを含みうることを、認識されたい。一部の実施形態では、処理ツール１００は、オプションで、チャンバを含まないことがある（すなわち、処理ツール１００は無チャンバ型処理ツールでありうる）。

一実施形態では、基板１７４は、チャック１７６上に支持されうる。例えば、チャック１７６は、静電チャックなどの任意の好適なチャックでありうる。このチャックは、処理中に基板１７４の温度制御を行うための、冷却ライン及び／又はヒータも含みうる。本書に記載の高周波発出モジュールがモジュール型構成であることにより、実施形態は、処理ツール１００が任意のサイズの基板１７４に適応することを可能にする。例えば、基板１７４は、半導体ウエハ（例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍ以上）でありうる。代替的な実施形態は、半導体ウエハ以外の基板１７４も含む。例えば、実施形態は、（例えばディスプレイテクノロジー向けの）ガラス基板を処理するよう構成された、処理ツール１００を含みうる。

一実施形態によれば、処理ツール１００は、モジュール型高周波発出源１０４を含む。モジュール型高周波発出源１０４は、高周波発出モジュール１０５のアレイを備えうる。一実施形態では、各高周波発出モジュール１０５は、発振モジュール１０６と、増幅モジュール１３０と、アプリケータ１４２とを含みうる。一実施形態では、発振モジュール１０６及び増幅モジュール１３０は、固体状態電気部品である電気部品を備えうる。一実施形態では、複数の発振モジュール１０６の各々は、別個の増幅モジュール１３０に通信可能に連結されうる。一部の実施形態では、発振モジュール１０６と増幅モジュール１３０との間には１：１の比率がありうる。例えば、各発振モジュール１０６は、単一の増幅モジュール１３０に電気的に連結されうる。一実施形態では、複数の発振モジュール１０６は、１を上回る数の周波数における、制御された位相関係を有さない電磁放射を生成しうる。したがって、チャンバ１７８内で誘起される電磁放射が、望ましくない干渉縞をもたらす様態で相互作用することはない。

一実施形態では、各発振モジュール１０６は電磁放射を生成し、この電磁放射が増幅モジュール１３０に伝送される。電磁放射は、増幅モジュール１３０によって処理された後に、アプリケータ１４２に伝送される。一実施形態によれば、アプリケータ１４２のアレイ１４０がチャンバ１７８に連結され、その各々は、チャンバ１７８内に電磁放射を発出する。一部の実施形態では、アプリケータ１４２は、プラズマを発生させるために、チャンバ１７８内で電磁放射と処理ガスとを結合させる。

ここで図２Ａを参照するに、一実施形態による、モジュール型高周波発出源１０４の高周波発出モジュール１０５における電子機器の概略ブロック図が示されている。一実施形態では、各発振モジュール１０６は、望ましい周波数の高周波電磁放射を発生させるように電圧被制御発振器１２０に入力電圧を提供するための、電圧制御回路１１０を含む。実施形態は、およそ１Ｖ～１０ＶＤＣの入力電圧を含みうる。電圧被制御発振器１２０は電子発振器であり、その発振周波数は入力電圧によって制御される。一実施形態によれば、電圧制御回路１１０からの入力電圧により、電圧被制御発振器１２０は望ましい周波数で発振することになる。一実施形態では、高周波電磁放射は、およそ０．１ＭＨｚ～３０ＭＨｚの周波数を有しうる。一実施形態では、高周波電磁放射は、およそ３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚの周波数を有しうる。一実施形態では、高周波電磁放射は、およそ３００ＭＨｚ～１ＧＨｚの周波数を有しうる。一実施形態では、高周波電磁放射は、およそ１ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数を有しうる。一実施形態では、複数の発振モジュール１０６のうちの一又は複数は、別の周波数で電磁放射を発出しうる。

一実施形態によれば、電磁放射は、電圧被制御発振器１２０から増幅モジュール１３０に伝送される。増幅モジュール１３０は、ドライバ／前置増幅器２３４と、主電力増幅器２３６であって、その各々が電力供給源２３９に連結されている主電力増幅器２３６とを含みうる。一実施形態によれば、増幅モジュール１３０はパルスモードで動作しうる。例えば、増幅モジュール１３０は、１％～９９％のデューティサイクルを有しうる。より詳細な実施形態では、増幅モジュール１３０は、およそ１５％～５０％のデューティサイクルを有しうる。

一実施形態では、電磁放射は、増幅モジュール１３０によって処理された後に、アプリケータ１４２に伝送されうる。しかし、出力インピーダンスの不整合により、アプリケータ１４２に伝送される電力の一部が反射されうる。したがって、一部の実施形態は、順方向電力２８３及び反射電力２８２のレベルを感知し、制御回路モジュール２２１にフィードバックすることを可能にする、検出モジュール２８１を含む。検出モジュール２８１は、システム内の一又は複数の別々の場所に配置されうることを、認識されたい。一実施形態では、制御回路モジュール２２１は、順方向電力２８３及び反射電力２８２をインタープリット（ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｓ）し、かつ、発振モジュール１０６と通信可能に連結されている制御信号２８５のレベル、及び、増幅モジュール１３０と通信可能に連結されている制御信号２８６のレベルを決定する。一実施形態では、制御信号２８５は、増幅モジュール１３０に結合される高周波放射を最適化するよう、発振モジュール１０６を調整する。一実施形態では、制御信号２８６は、アプリケータ１４２に連結される出力電力を最適化するよう、増幅モジュール１３０を調整する。一実施形態では、発振モジュール１０６及び増幅モジュール１３０のフィードバック制御により、反射電力のレベルが順方向電力のおよそ５％を下回ることが可能になりうる。一部の実施形態では、発振モジュール１０６及び増幅モジュール１３０のフィードバック制御により、反射電力のレベルが順方向電力のおよそ２％を下回ることも可能になりうる。

したがって、実施形態により、処理チャンバ１７８内に連結される順方向電力のパーセンテージの増大、及び、プラズマに結合される使用可能電力の増大が、可能になる。更に、フィードバック制御を使用するインピーダンスチューニングは、典型的なスロットプレートアンテナにおけるインピーダンスチューニングよりも優れている。スロットプレートアンテナでは、インピーダンスチューニングは、アプリケータ内に形成された２つの誘電体スラグを移動させることを伴う。これはアプリケータ内の２つの別個の構成要素の機械的運動を伴い、これにより、アプリケータの複雑性が増大する。更に、この機械的運動は、電圧被制御発振器２２０によって提供されうる周波数の変化ほどには精密ではないことがある。

ここで図２Ｂを参照するに、一実施形態による、高周波発出モジュール１０５のアレイを有する、モジュール型高周波発出源１０４の固体状態電子機器の一部分の概略図が示されている。図示している実施形態では、各高周波発出モジュール１０５は、別個の増幅モジュール１３０に通信可能に連結されている、１つの発振モジュール１０６を含む。増幅モジュール１３０の各々は、別々のアプリケータ１４２に連結されうる。一実施形態では、制御回路２２１は、発振モジュール１０６及び増幅モジュール１３０に通信可能に連結されうる。

図示している実施形態では、発振モジュール１０６及び増幅モジュール１３０の各々は、単一の基板２９０（プリント基板（ＰＣＢ）など）上に形成される。しかし、発振モジュール１０６及び増幅モジュール１３０は、２つ以上の別々の基板２９０の上にも形成されうることを、認識されたい。図示している実施形態では、４つの高周波発出モジュール１０５が示されている。しかし、モジュール型高周波発出源１０４は、２つ以上の高周波発出モジュール１０５を含みうることを、認識されたい。例えば、モジュール型高周波発出源１０４は、２つ以上の高周波発出モジュール、５つ以上の高周波発出モジュール、１０以上の高周波発出モジュール、又は２５以上の高周波発出モジュールを含みうる。

ここで図２Ｃを参照するに、一実施形態による、高周波発出モジュール１０５のアレイを有する、モジュール型高周波発出源１０４の固体状態電子機器の一部分の概略図が示されている。図２Ｃは、制御回路が省略されていることを除けば、図２Ｂに示したシステムと実質的に類似している。詳細には、一部の実施形態では、検出器によって提供されるフィードバック制御、及び制御回路は必要ではないことがある。

ここで図２Ｄを参照するに、一実施形態による、高周波発出モジュール１０５であって、そのうちのいくつかが位相ロックする高周波発出モジュール１０５のアレイを有する、モジュール型高周波発出源１０４の固体状態電子機器の一部分の概略図が示されている。図２Ｄでは、複数の発振モジュール１０６であって、その各々１０６_１及び１０６_２が１を上回る数の高周波発出モジュール１０５によって共有されている、複数の発振モジュール１０６が示されている。例えば、高周波発出モジュール１０５_Ａ及び１０５_Ｂが発振モジュール１０６_１を共有し、高周波発出モジュール１０５_Ｃ及び１０５_Ｄが発振モジュール１０６_２を共有する。詳細には、発振モジュール１０６_１は増幅モジュール１３０_Ａ及び１３０_Ｂに通信可能に連結され、発振モジュール１０６_２は増幅モジュール１３０_Ｃ及び１３０_Ｄに通信可能に連結される。かかる実施形態では、同じ発振モジュール１０６を共有する複数の高周波発出モジュール１０５は、位相ロックすると見なされうる。例えば、高周波発出モジュール１０５_Ａと１０５_Ｂとは、この両方が発振モジュール１０６_１を共有しているので、互いに位相ロックし、かつ、高周波発出モジュール１０５_Ｃと１０５_Ｄとは、この両方が発振モジュール１０６_２を共有しているので、互いに位相ロックする。高周波発出モジュール１０５_Ａと１０５_Ｂとは互いに位相ロックするが、これらは、発振モジュール１０６_２に連結された高周波発出モジュール１０５_Ｃ及び１０５_Ｄによって生成される高周波放射とは異なる周波数の高周波放射を生成しうることを、認識されたい。加えて、高周波発出モジュール１０５_Ａ及び１０５_Ｂによって生成される高周波放射は、高周波発出モジュール１０５_Ｃ及び１０５_Ｄによって生成される高周波放射とは、いかなる協調的位相関係も有さないことがある。

更に、図２Ｄは位相ロックしている２つの高周波発出モジュール１０５を示しているが、同じ発振モジュール１０６を共有することによって、任意の数の高周波発出モジュール１０５が位相ロックされうる。ただし、モジュール型高周波発出源１０４におけるマイクロ波増幅回路ブロック１３０の全てが位相ロックされるわけではない。例えば、発振モジュール１０６と高周波発出モジュールとの比率は、１：２、１：３、１：４、１：５などでありうる。加えて、実施形態は、フィードバック制御（例えば、図２Ａに関連して上述したものに類似した、検出モジュールと制御回路とを含むフィードバック制御）を含む、位相ロックされた複数の高周波発出モジュール１０５を含みうることを、認識されたい。

ここで図３を参照するに、一実施形態による、アプリケータ１４２の切り欠き図が示されている。一実施形態では、電磁放射は、アプリケータ１４２を通って軸方向に延在する単極子３５７に連結している同軸ケーブル３５１によって、アプリケータ１４２に伝送される。電磁放射がマイクロ波放射である一実施形態では、単極子３５７は、誘電体共振キャビティ３５３の中央内部に形成されたチャネル３５８内に延在していることもある。誘電体共振キャビティ３５３は、誘電体材料（例えば石英、酸化アルミニウム、酸化チタンなど）でありうる。更なる実施形態は、材料を含まない共振キャビティ３５３を含むこともある（すなわち、誘電体共振キャビティ３５３は空気又は真空でありうる）。一実施形態によれば、この誘電体共振器は、マイクロ波放射の共振をサポートするように寸法設定される。通常、誘電体共振キャビティ３５３のサイズは、誘電体共振キャビティ３５３を形成するのに使用される材料の誘電率、及びマイクロ波放射の周波数に依拠する。例えば、誘電率が高い材料であれば、形成される共振キャビティ３５３の小型化が可能になる。誘電体共振キャビティ３５３が円形断面を含む一実施形態では、誘電体共振キャビティ３５３の直径は、およそ１ｃｍ～１５ｃｍになりうる。一実施形態では、単極子３５７に対して垂直な平面に沿った誘電体共振キャビティ３５３の断面は、誘電体共振キャビティ３５３が共振をサポートするよう寸法設定されている限り、任意の形状でありうる。図示している実施形態では、単極子３５７に対して垂直な平面に沿った断面は円形であるが、多角形（例えば三角形や長方形など）、対称多角形（例えば正方形、五角形、六角形など）、楕円形等といった、他の形状も使用されうる。

一実施形態では、誘電体共振キャビティ３５３の断面は、単極子３５７に対して垂直な全ての平面において同じではないことがある。例えば、アプリケータハウジング３５５の開放端部に近い底部拡張部の断面は、チャネル３５８に近い誘電体共振キャビティの断面よりも広くなる。誘電体共振キャビティ３５３は、種々の寸法の断面を有することに加えて、種々の形状の断面を有しうる。例えば、誘電体共振キャビティ３５３のチャネル３５８に近い部分が円形形状の断面を有しうる一方で、誘電体共振キャビティ３５３のアプリケータハウジング３５５の開放端部に近い部分は、対称多角形（例えば五角形や六角形など）でありうる。しかし、実施形態は、単極子３５７に対して垂直な全ての平面において均一な断面を有する誘電体共振キャビティ３５３も含みうることを、認識されたい。

一実施形態によれば、アプリケータ３５３は、インピーダンスチューニングバックショート３５６も含みうる。バックショート３５６は、アプリケータハウジング３５５の外表面上で摺動する、変位可能型包囲体（ｄｉｓｐｌａｃｅａｂｌｅ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）でありうる。インピーダンスの調整が行われる必要がある場合、アクチュエータ（図示せず）が、バックショート３５６の表面と誘電体共振キャビティ３５３の上面との間の距離Ｄを変化させるよう、アプリケータハウジング３５５の外表面に沿ってバックショート３５６を摺動させうる。これにより、実施形態は、システム内のインピーダンスを調整するための、１を上回る数の方策を提供する。一実施形態によれば、インピーダンスチューニングバックショート３５６は、インピーダンス不整合に対応するために、上述したフィードバックプロセスと併せて使用されうる。あるいは、インピーダンス不整合を調整するために、フィードバックプロセス又はインピーダンスチューニングバックショート３５６が独立的に使用されうる。

一実施形態によれば、アプリケータ１４２は、マイクロ波電磁界を処理チャンバ１７８内に直接連結させる、誘電体アンテナとして機能する。誘電体共振キャビティ３５３に入っている単極子３５７の特定の軸方向配置により、ＴＭ０１δモード励起が発生しうる。しかし、種々のアプリケータ構成により、種々のモードの励起が可能になりうる。例えば、図３ではある軸方向配置を図示しているが、単極子３５７は、それ以外の配向からも誘電体共振キャビティ３５３に入りうることを、認識されたい。かかる一実施形態では、単極子３５７は、誘電体共振キャビティ３５３に横方向に（すなわち、誘電体共振キャビティ３５３の側壁を通って）入りうる。

図３に示しているアプリケータ１４２は本来例示的なものであり、実施形態は説明されている設計に限定されるわけではないことを、認識されたい。例えば、図３のアプリケータ１４２は、マイクロ波放射を発出することに特に適している。しかし、実施形態は、任意の高周波電磁放射を発出するよう構成されている、任意のアプリケータ設計を含みうる。

ここで図４を参照するに、一実施形態による、処理ツール１００の、チャンバ１７８に連結されたアプリケータ１４２のアレイ１４０を有する部分の図が示されている。図示している実施形態では、アプリケータ１４２からの高周波電磁放射は、誘電体プレート４５０の近くに配置されることによって、チャンバ１７８内に連結される。アプリケータ１４２が誘電体プレート４５０の近くにあることによって、誘電体共振キャビティ３５３（図４には図示していない）内で共振する高周波放射が誘電体プレート４５０と連結することが可能になる。高周波放射は次いでチャンバ内の処理ガスと結合して、プラズマが生成されうる。プラズマが誘起されない一部の実施形態では、高周波放射は、放射電磁界を生成するためにチャンバ空間内に結合される。一実施形態では、誘電体共振キャビティ３５３は、誘電体プレート４５０に直接接触していることがある。更なる一実施形態では、誘電体共振キャビティ３５３は、マイクロ波放射が誘電体プレート４５０に伝送されうる限り、誘電体プレート４５０の表面から離間していてもよい。更なる実施形態では、アプリケータ１４２が、誘電体プレート４５０内のキャビティの中に設置されうる。また更なる実施形態では、誘電体共振キャビティ３５３がチャンバ１７８の内部に露出するように、アプリケータ１４２が誘電体プレート４５０を通過していることもある。

一実施形態では、アプリケータ１４２は、任意の周波数の高周波電磁放射を発出するよう構成されている、任意のアンテナ設計を含みうる。一実施形態では、アプリケータのアレイ１４０は、１を上回る数のアプリケータ１４２の設計を含みうる。例えば、アプリケータ１４２のアレイ１４０は、第１高周波放射を発出するための第１アプリケータと、第１高周波放射とは異なる第２高周波放射を発出するための第２アプリケータとを、含みうる。

一実施形態によれば、アプリケータ１４２のアレイ１４０は、チャンバ１７８から誘電体プレート４５０を取り外すことを必要とせずに、（例えば、メンテナンスのため、寸法が異なる基板に適応するようアプリケータのアレイを再配置するため、又は他の任意の理由のために、）誘電体プレート４５０から取り外し可能でありうる。したがって、アプリケータ１４２は、チャンバ１７８内の真空を開放することを必要とせずに、処理ツール１００から取り外されうる。更なる一実施形態によれば、誘電体プレート４５０は、ガス注入プレート又はシャワーヘッドとしても機能しうる。

上述したように、アプリケータ１４２のアレイ１４０は、任意に成形された基板１７４に対応するように配置されうる。図５Ａは、円形基板１７４に合致するパターンに配置されている、アプリケータ１４２のアレイ１４０の平面図である。複数のアプリケータ１４２を基板１７４の形状にほぼ合致するパターンに形成することによって、放射電磁界及び／又はプラズマが、基板１７４の表面全体に対してチューニング可能になる。例えば、基板１７４の表面全体にわたってプラズマ密度が均一なプラズマが形成され、かつ／又は、基板１７４の表面全体にわたって均一な放射電磁界が形成されるように、アプリケータ１４２の各々が制御されうる。あるいは、基板１７４の表面全体において変動可能なプラズマ密度を提供するよう、アプリケータ１４２のうちの一又は複数が個別に制御されうる。これにより、基板上にもたらされる不均一性が補正されうる。例えば、基板１７４の外周に近いアプリケータ１４２は、基板１７４の中心に近いアプリケータとは異なる電力密度を有するよう、制御されうる。更に、複数の高周波発出モジュール１０５を使用することにより、定在波（ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅｓ）及び／又は望ましくない干渉縞の存在をなくすために、別々の周波数における、制御された位相関係を有さない電磁放射が発出されることを、認識されたい。

図５Ａでは、アレイ１４０のアプリケータ１４２は、基板１７４の中心から外側に延在している一連の同心リング状に、ひとまとめにパッキングされている。しかし、実施形態はかかる構成に限定されるわけではなく、処理ツール１００の必要性に応じて、任意の好適な間隔及び／又はパターンが使用されうる。更に、実施形態により、上述したような、任意の対称断面を有するアプリケータ１４２が可能になる。したがって、アプリケータ向けに選ばれる断面形状は、パッキング効率を向上させるよう選ばれうる。

ここで図５Ｂを参照するに、一実施形態による、非円形断面を有するアプリケータ１４２のアレイ１４０の平面図が示されている。図示している実施形態は、六角形の断面を有するアプリケータ１４２を含む。かかるアプリケータを使用することで、パッキング効率の向上が可能になりうる。各アプリケータ１４２の周縁が、隣り合ったアプリケータ１４２とほぼ完全に接合しうるからである。したがって、アプリケータ１４２の各々同士の間の間隔が最小化されうることから、プラズマの均一性がより一層向上しうる。図５Ｂは、側壁面を共有している隣り合った複数のアプリケータ１４２を示しているが、実施形態は、隣り合ったアプリケータ１４２同士の間に間隔を含む、対称的に成形された非円形のアプリケータも含みうることを、認識されたい。

ここで図５Ｃを参照するに、一実施形態による、アプリケータ１４２のアレイ１４０の更なる平面図が示されている。図５Ｃのアレイ１４０は、複数のセンサ５９０も含まれていることを除けば、図５Ａに関連して上述したアレイ１４０に実質的に類似している。複数のセンサにより、モジュール型マイクロ波源１０４の各々の更なるフィードバック制御を提供するために使用されうる、プロセスモニタ能力が向上する。一実施形態では、センサ５９０は、一又は複数の異なるセンサタイプ５９０（例えばプラズマ密度センサ、プラズマ発出センサ、放射電磁界密度センサ、放射発出センサなど）を含みうる。センサを基板１７４の表面全体にわたるように配置することで、処理チャンバ１７８の所与の場所における放射電磁界及び／又はプラズマの特性をモニタすることが可能になる。

一実施形態によれば、全部のアプリケータ１４２が、別個のセンサ５９０と対にされうる。かかる実施形態では、各センサ４９０からの出力が、そのセンサ５９０が対にされているアプリケータ１４２のそれぞれにフィードバック制御を提供するために使用されうる。更なる実施形態は、各センサ５９０と複数のアプリケータ１４２とを対にすることを含みうる。例えば、各センサ５９０は、そのセンサ５９０の近くに配置されている複数のアプリケータ１４２に、フィードバック制御を提供しうる。更に別の実施形態では、複数のセンサ５９０からのフィードバックが、多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御システムの一部として使用されうる。かかる一実施形態では、各アプリケータ１４２は、複数のセンサ５９０からのフィードバックに基づいて調整されうる。例えば、第１アプリケータ１４２の直近にある第１センサ４９０は、第１センサ４９０よりも第１アプリケータ１４２から遠くに配置されている第２センサ４９０が第１アプリケータ１４２に作用させる制御作動力（ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｏｒｔ）を上回る制御作動力を、第１アプリケータ１４２に提供するよう、重み付けされうる。

ここで図５Ｄを参照するに、一実施形態による、多ゾーン処理ツール１００内に配置されたアプリケータ１４２のアレイ１４０の更なる平面図が示されている。一実施形態では、多ゾーン処理ツール１００は任意の数のゾーンを含みうる。例えば、図示している実施形態はゾーン５７５_１～５７５_ｎを含む。各ゾーン５７５は、種々のゾーン５７５を通って回転する基板１７４に、別々の処理動作を実施するよう構成されうる。図示しているように、第１アレイ１４０_２はゾーン５７５_２内に配置され、第２アレイ１４０_ｎはゾーン５７５_ｎ内に配置されている。しかし、実施形態は、デバイスの必要性に応じて種々のゾーン５７５のうちの一又は複数にアプリケータ１４２のアレイ１４０を有する、多ゾーン処理ツール１００を含みうる。実施形態によって提供される、空間的にチューニング可能なプラズマ及び／又は放射電磁界の密度により、回転する基板１７４が種々のゾーン５７５を通過する際の、基板１７４の不均一な径方向速度に適応することが可能になる。

一実施形態では、発振モジュール１０６とアプリケータ１４２との比率は１：１でありうる（すなわち、全部のアプリケータ１４２が別個の発振モジュール１０６に連結される）。更なる実施形態では、発振モジュール１０６とアプリケータ１４２との比率は、１：２、１：３、１：４などでありうる。例えば、アプリケータの２つのアレイ１４０_２及び１４０_ｎを含む実施形態では、各発振モジュール１０６が、第１アレイ１４０_２の第１アプリケータ１４２、及び第２アレイ１４０_ｎの第２アプリケータ１４２に連結されうる。

ここで図６を参照するに、一実施形態による、処理ツール１００の例示的なコンピュータシステム６６０のブロック図が示されている。一実施形態では、コンピュータシステム６６０は、処理ツール１００に連結され、かつ、処理ツール１００における処理を制御する。コンピュータシステム６６０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネットにおいて、他の機械に接続（例えば、他の機械とネットワーク化）されうる。コンピュータシステム６６０は、クライアント－サーバネットワーク環境においてはサーバ若しくはクライアントマシンの役割で、又は、ピアツーピア（若しくは分散型）ネットワーク環境においてはピアマシンとして、動作しうる。コンピュータシステム６６０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジでありうるか、又は、任意の機械であって、その機械によって行われるアクションを特定する（連続した又は別様な）命令セットを実行可能な機械でありうる。更に、コンピュータシステム６６０として単一の機械のみを示しているが、「機械（ｍａｃｈｉｎｅ）」という語は、本書に記載の方法のうちの一又は複数の任意のものを実施するために、命令セット（又は複数の命令セット）を個別に又は連携的に実行する機械（コンピュータなど）の任意の集合体を含むとも、解釈すべきである。

コンピュータシステム６６０は、命令が記憶されている非一過性の機械可読媒体を有する、コンピュータプログラム製品又はソフトウェア６２２を含んでよく、命令は、実施形態によるプロセスを実施するコンピュータシステム６６０（又はその他の電子デバイス）をプログラムするために使用されうる。機械可読媒体は、機械（コンピュータなど）が可読な形態で情報を記憶又は伝送するための、任意の機構を含む。例えば、機械可読（例えばコンピュータ可読）媒体は、機械（コンピュータなど）が可読な記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなど）や、機械（コンピュータなど）が可読な伝送媒体（電気的形態、光学的形態、音響的形態、又はその他の形態の、例えば赤外信号やデジタル信号といった伝播信号）等を、含む。

一実施形態では、コンピュータシステム６６０は、バス６３０を介して互いに通信する、システムプロセッサ６０２と、メインメモリ６０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）といったダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など）と、スタティックメモリ６０６（例えばフラッシュメモリやスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）と、二次メモリ６１８（データ記憶デバイスなど）とを、含む。

システムプロセッサ６０２は、一又は複数の汎用処理デバイス（例えばマイクロシステムプロセッサや中央処理装置など）のことである。より詳細には、システムプロセッサは、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セット演算（ＲＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロシステムプロセッサ、その他の命令セットを実装するシステムプロセッサ、又は、命令セットの組み合わせを実装するシステムプロセッサでありうる。システムプロセッサ６０２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号システムプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークシステムプロセッサなどといった、一又は複数の特殊用途処理デバイスでもありうる。システムプロセッサ６０２は、本書に記載の動作を実施するための処理論理６２６を実行するよう設定される。

コンピュータシステム６６０は、その他のデバイス又は機械と通信するためのシステムネットワークインターフェースデバイス６０８を、更に含みうる。コンピュータシステム６６０は、ビデオディスプレイユニット６１０（液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、又は陰極線管（ＣＲＴ）など）、英数字入力デバイス６１２（キーボードなど）、カーソル制御デバイス６１４（マウスなど）、及び信号生成デバイス６１６（スピーカなど）も含みうる。

二次メモリ６１８は、本書に記載の方法又は機能のうちの一又は複数の任意ものを具現化する、一又は複数の命令セット（例えばソフトウェア６２２）が記憶されている、機械アクセス可能記憶媒体６３１（又は、より具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）を含みうる。ソフトウェア６２２は、コンピュータシステム６６０によって実行されている間、完全に又は少なくとも部分的に、メインメモリ６０４及び／又はシステムプロセッサ６０２内に常駐していてもよく、メインメモリ６０４及びシステムプロセッサ６０２は更に、機械可読記憶媒体を構成する。ソフトウェア６２２は更に、システムネットワークインターフェースデバイス６０８を介して、ネットワーク６２０経由で送信又は受信されうる。

例示的な一実施形態では、機械アクセス可能記憶媒体６３１を単一の媒体として示しているが、「機械可読記憶媒体（ｍａｃｈｉｎｅ－ｒｅａｄａｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）」という語は、一又は複数の命令セットを記憶する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中データベース若しくは分散データベース、並びに／又は、関連のキャッシュ及びサーバ）を含むと、解釈すべきである。「機械可読記憶媒体」という語は、機械によって実行される命令セットを記憶すること又は符号化することが可能であり、かつ、方法のうちの一又は複数の任意のものを機械に実施させる、任意の媒体を含むとも、解釈すべきである。したがって、「機械可読記憶媒体」という語は、固体状態メモリと、光媒体及び磁気媒体とを含むがそれらに限定されるわけではないと、解釈すべきである。

前述の明細書において、特定の例示的な実施形態について説明してきた。以下の特許請求の範囲から逸脱しなければ、かかる実施形態に様々な改変が加えられうることが、自明となろう。したがって、本明細書及び図面は、限定を意味するのではなく、例示を意味すると見なすべきである。

Claims (11)

1. 複数の高周波発出モジュールを備える、モジュール型高周波発出源であって、
   各高周波発出モジュールが、
   電圧制御回路及び電圧被制御発振器を備える発振モジュールと、
   前記発振モジュールに連結された増幅モジュールと、
   前記増幅モジュールに連結されたアプリケータと、
   前記増幅モジュールと前記アプリケータの間に連結された検出モジュールと、
   前記検出モジュールに連結された制御回路と、を備え、
   前記検出モジュールが反射電力の測定値および順方向電力の測定値を前記制御回路に提供し、前記制御回路が、前記順方向電力および前記反射電力を解釈し、第１の制御信号を前記発振モジュールに提供するとともに第２の制御信号を前記増幅モジュールに提供し、
   前記複数の高周波発出モジュールの前記発振モジュールはそれぞれ、１を上回る数の周波数における、制御された位相関係を有さない電磁放射を生成するよう構成される、
   モジュール型高周波発出源。
2. 各高周波発出モジュールが別個の発振モジュールを含む、請求項１に記載のモジュール型高周波発出源。
3. 前記高周波発出モジュールのうちの２つ以上が１つの発振モジュールを共有する、請求項１に記載のモジュール型高周波発出源。
4. 高周波がマイクロ波周波数である、請求項１に記載のモジュール型高周波発出源。
5. 前記アプリケータから発出される高周波電磁放射がプラズマを励起する、請求項１に記載のモジュール型高周波発出源。
6. 処理チャンバと、
   モジュール型高周波発出源と、
   を備える、処理ツールであって、
   前記モジュール型高周波発出源が、
   複数の高周波発出モジュールを備え、各高周波発出モジュールが、
   電圧制御回路及び電圧被制御発振器を備える発振モジュールと、
   前記発振モジュールに連結された増幅モジュールと、
   前記増幅モジュールに連結されたアプリケータであって、一又は複数の基板が処理される前記処理チャンバ内のチャックに対向して配置されたアプリケータと、
   前記増幅モジュールおよび前記アプリケータの間に連結された検出モジュールと、
   前記検出モジュールに連結された制御回路と、を備え、
   前記検出モジュールが反射電力の測定値および順方向電力の測定値を前記制御回路に提供し、前記制御回路が、前記順方向電力および前記反射電力を解釈し、第１の制御信号を前記発振モジュールに提供するとともに第２の制御信号を前記増幅モジュールに提供し、
   前記複数の高周波発出モジュールの前記発振モジュールはそれぞれ、１を上回る数の周波数における、制御された位相関係を有さない電磁放射を生成するよう構成される、
   処理ツール。
7. 各高周波発出モジュールが別個の発振モジュールを含む、請求項６に記載の処理ツール。
8. 前記高周波発出モジュールのうちの２つ以上が１つの発振モジュールを共有する、請求項６に記載の処理ツール。
9. 高周波がマイクロ波周波数である、請求項６に記載の処理ツール。
10. 前記アプリケータから発出される高周波電磁放射がプラズマを励起する、請求項６に記載の処理ツール。
11. 高周波が０．１ＭＨｚ～３００ＧＨｚである、請求項６に記載の処理ツール。

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