JPH10241894A - 周波数サーボ及び電力、電圧、電流又はｄＩ／ｄｔのコントロールを用いた高周波プラズマリアクタのための高周波同調方法 - Google Patents
周波数サーボ及び電力、電圧、電流又はｄＩ／ｄｔのコントロールを用いた高周波プラズマリアクタのための高周波同調方法Info
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- JPH10241894A JPH10241894A JP9339248A JP33924897A JPH10241894A JP H10241894 A JPH10241894 A JP H10241894A JP 9339248 A JP9339248 A JP 9339248A JP 33924897 A JP33924897 A JP 33924897A JP H10241894 A JPH10241894 A JP H10241894A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 好適な高周波同調方法を提供する。
【解決手段】 プロセスガス入口を有するリアクタチャ
ンバ、被処理体支持具、チャンバの内部の一部に面する
ＲＦ信号アプリケータ、および制御可能なＲＦ周波数と
ＲＦ信号アプリケータの入口に結合されたＲＦ信号出力
とを有するＲＦ信号発生器を含んだＲＦプラズマリアク
タにおいて、本発明は、ＲＦ信号発生器またはＲＦ信号
アプリケータでＲＦパラメタを検知し、次いでパラメタ
が最適になるようにＲＦ信号発生器の周波数を調整する
ことにより、ＲＦ信号発生器をプラズマ負荷ＲＦ信号ア
プリケータに同調させる。本発明はさらに、同じＲＦパ
ラメタまたは別のＲＦパラメタの値を最適化することに
より、ＲＦ信号発生器出力の大きさ（電力、電流または
電圧）を制御する。このリアクタは、ＲＦ信号発生器と
ＲＦ信号アプリケータとの間に固定同調回路を含むこと
が望ましい。
ンバ、被処理体支持具、チャンバの内部の一部に面する
ＲＦ信号アプリケータ、および制御可能なＲＦ周波数と
ＲＦ信号アプリケータの入口に結合されたＲＦ信号出力
とを有するＲＦ信号発生器を含んだＲＦプラズマリアク
タにおいて、本発明は、ＲＦ信号発生器またはＲＦ信号
アプリケータでＲＦパラメタを検知し、次いでパラメタ
が最適になるようにＲＦ信号発生器の周波数を調整する
ことにより、ＲＦ信号発生器をプラズマ負荷ＲＦ信号ア
プリケータに同調させる。本発明はさらに、同じＲＦパ
ラメタまたは別のＲＦパラメタの値を最適化することに
より、ＲＦ信号発生器出力の大きさ（電力、電流または
電圧）を制御する。このリアクタは、ＲＦ信号発生器と
ＲＦ信号アプリケータとの間に固定同調回路を含むこと
が望ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、選択されたパラメタの
値、例えば供給電流、供給電圧、供給電力など、が固定
同調回路を用いて最適化されるように、ＲＦ周波数をサ
ーボ制御することによってＲＦ信号発生器をプラズマリ
アクタのプラズマ負荷ＲＦ信号アプリケータ、例えばア
ンテナや電極、に同調させることに関する。固定同調回
路は、予想される同調範囲に応じて、幾つかの変圧器の
中から選択された一つに切り換えることができる。
値、例えば供給電流、供給電圧、供給電力など、が固定
同調回路を用いて最適化されるように、ＲＦ周波数をサ
ーボ制御することによってＲＦ信号発生器をプラズマリ
アクタのプラズマ負荷ＲＦ信号アプリケータ、例えばア
ンテナや電極、に同調させることに関する。固定同調回
路は、予想される同調範囲に応じて、幾つかの変圧器の
中から選択された一つに切り換えることができる。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェーハの処理に使用されるタイ
プのＲＦプラズマリアクタは、真空チャンバ内にプラズ
マを維持するために大量のＲＦ電力を必要とする。通常
は、数メガヘルツのオーダのＲＦ周波数で１０００Ｗの
オーダの電力を必要とする。高密度のプラズマを維持す
るため、ＲＦ電力は、上部に位置するコイルアンテナに
よりチャンバ内に最適に誘導結合され、処理される半導
体ウェーハに加わる電圧を制御することによってプラズ
マイオンエネルギを制御することができる。通常、ＲＦ
信号源は、リアクタンスが実質的に存在せず出力インピ
ーダンスが５０ΩのＲＦ発生器である。プラズマ負荷コ
イルアンテナによって与えられる入力インピーダンス
は、通常５０Ωでなく、また実質的なリアクタンスを有
しているので、実質的なインピーダンス不整合が存在す
る。例えば、コイルアンテナの長さは、通常、ＲＦ信号
の４分の１波長よりもかなり短いので、コイルアンテナ
が提供するインピーダンスは、ＲＦ発生器（通常５０
Ω）よりもかなり小さな実部を有し、かつ非常に高い誘
導リアクタンスを有する。こうした不整合のためＲＦ電
力がプラズマに供給されずにＲＦ発生器への反射に浪費
されるので、プラズマに供給されるＲＦ電力の量を制御
することは困難である。この結果、プロセス制御が困難
になる。この問題の１つの解決策は、ＲＦ電圧と電流と
の間のゼロ位相角が維持されるように、集中リアクタン
ス素子を持つ固定ＲＦ整合回路を設けることである。更
にまた、オプションとして変圧器を使用することによ
り、出力及び入力インピーダンスの大きさの間に整合を
設けることができる。
プのＲＦプラズマリアクタは、真空チャンバ内にプラズ
マを維持するために大量のＲＦ電力を必要とする。通常
は、数メガヘルツのオーダのＲＦ周波数で１０００Ｗの
オーダの電力を必要とする。高密度のプラズマを維持す
るため、ＲＦ電力は、上部に位置するコイルアンテナに
よりチャンバ内に最適に誘導結合され、処理される半導
体ウェーハに加わる電圧を制御することによってプラズ
マイオンエネルギを制御することができる。通常、ＲＦ
信号源は、リアクタンスが実質的に存在せず出力インピ
ーダンスが５０ΩのＲＦ発生器である。プラズマ負荷コ
イルアンテナによって与えられる入力インピーダンス
は、通常５０Ωでなく、また実質的なリアクタンスを有
しているので、実質的なインピーダンス不整合が存在す
る。例えば、コイルアンテナの長さは、通常、ＲＦ信号
の４分の１波長よりもかなり短いので、コイルアンテナ
が提供するインピーダンスは、ＲＦ発生器（通常５０
Ω）よりもかなり小さな実部を有し、かつ非常に高い誘
導リアクタンスを有する。こうした不整合のためＲＦ電
力がプラズマに供給されずにＲＦ発生器への反射に浪費
されるので、プラズマに供給されるＲＦ電力の量を制御
することは困難である。この結果、プロセス制御が困難
になる。この問題の１つの解決策は、ＲＦ電圧と電流と
の間のゼロ位相角が維持されるように、集中リアクタン
ス素子を持つ固定ＲＦ整合回路を設けることである。更
にまた、オプションとして変圧器を使用することによ
り、出力及び入力インピーダンスの大きさの間に整合を
設けることができる。
【０００３】このような固定整合回路の問題点は、リア
クタチャンバ内部のプロセス状態の変化に伴ってプラズ
マ負荷コイルアンテナの入力インピーダンスが変化する
ことである。したがって、プラズマの状態の変化がプラ
ズマ負荷アンテナのインピーダンスを変化させると、整
合回路はその機能を果たすことができなくなり、プラズ
マに供給されるＲＦ電力が低下する。供給ＲＦ電力のこ
うした低下は、通常、ウェーハのプラズマプロセスをゆ
がめることになり、多くの場合、許容することができな
い。したがって、最善の技術的解決策は、アンテナのプ
ラズマ負荷インピーダンスの変化に応答してインピーダ
ンス整合を調整するＲＦインピーダンス整合装置を設け
ることである。
クタチャンバ内部のプロセス状態の変化に伴ってプラズ
マ負荷コイルアンテナの入力インピーダンスが変化する
ことである。したがって、プラズマの状態の変化がプラ
ズマ負荷アンテナのインピーダンスを変化させると、整
合回路はその機能を果たすことができなくなり、プラズ
マに供給されるＲＦ電力が低下する。供給ＲＦ電力のこ
うした低下は、通常、ウェーハのプラズマプロセスをゆ
がめることになり、多くの場合、許容することができな
い。したがって、最善の技術的解決策は、アンテナのプ
ラズマ負荷インピーダンスの変化に応答してインピーダ
ンス整合を調整するＲＦインピーダンス整合装置を設け
ることである。
【０００４】こうした可変ＲＦインピーダンス整合回路
を有する従来のプラズマリアクタを図１Ａに示す。この
プラズマリアクタは、ポンプ１０５によって真空排気さ
れるリアクタチャンバ１００と、ウェーハ１１５を載置
できるウェーハ支持ペデスタル１１０と、オーバヘッド
コイルアンテナ１２０と、プロセスガス供給源１３０に
結合されたチャンバ内へのガス入口１２５と、を含む。
ＲＦプラズマソース信号発生器１４０は、ＲＦインピー
ダンス整合箱１５０を介して接続され、ＲＦバイアス信
号発生器１６０は、別のＲＦインピーダンス整合箱１７
０を介してウェーハペデスタル１１０に接続されてい
る。プラズマソース信号発生器１４０によって印加され
る電力は、チャンバ１００内のプラズマのイオン密度を
制御し、バイアス信号発生器１６０によって印加される
電力は、ウェーハ１１５付近のプラズマイオンエネルギ
を制御する。場合によっては、コイル１２０の両端を、
図１Ａに破線で示すそれぞれのコンデンサを介してグラ
ウンドに接続することもできる。
を有する従来のプラズマリアクタを図１Ａに示す。この
プラズマリアクタは、ポンプ１０５によって真空排気さ
れるリアクタチャンバ１００と、ウェーハ１１５を載置
できるウェーハ支持ペデスタル１１０と、オーバヘッド
コイルアンテナ１２０と、プロセスガス供給源１３０に
結合されたチャンバ内へのガス入口１２５と、を含む。
ＲＦプラズマソース信号発生器１４０は、ＲＦインピー
ダンス整合箱１５０を介して接続され、ＲＦバイアス信
号発生器１６０は、別のＲＦインピーダンス整合箱１７
０を介してウェーハペデスタル１１０に接続されてい
る。プラズマソース信号発生器１４０によって印加され
る電力は、チャンバ１００内のプラズマのイオン密度を
制御し、バイアス信号発生器１６０によって印加される
電力は、ウェーハ１１５付近のプラズマイオンエネルギ
を制御する。場合によっては、コイル１２０の両端を、
図１Ａに破線で示すそれぞれのコンデンサを介してグラ
ウンドに接続することもできる。
【０００５】ＲＦインピーダンス整合箱１５０及び１７
０は一般に同一であるので、ＲＦインピーダンス整合箱
１５０に関して説明を行う。インピーダンス整合は、直
列インダクタ１９０の両側に位置する一対の並列コンデ
ンサ１８０、１８５（これらは実際にはコンデンサ回路
である）から成る従来の「パイ形回路網（pi-networ
k）」によって達成される。コンデンサ回路１８０、１
８５は、インピーダンス整合制御器２００によって制御
される。制御器２００は、従来の方向性結合器２１０を
介してＲＦ入力１５０ａにおける順電圧、逆電圧および
電流／電圧位相角を監視し、これら３つのパラメタか
ら、回路網モデル２２０を使用して各可変コンデンサ回
路１８０、１８５の静電容量の補正値を計算する。制御
器２００は、その制御出力２００ａ、２００ｂで可変コ
ンデンサ１８０、１８５に制御信号を出し、それぞれの
容量値に必要な補正を実行する。可変コンデンサ１８
０、１８５の各々は、機械可変コンデンサまたは図に示
すような電気可変コンデンサ回路のどちらでもよいが、
後者を選択する方が望ましい。図１Ａは後者の場合の一
例を示しており、ここで各可変コンデンサ回路１８０、
１８５は、固定コンデンサ２４０に並列に接続された電
気可変インダクタ２３０から構成されている。この可変
インダクタ２３０は、一次巻線２３２と、透磁性磁心２
３４と、可変電流源２３８に接続された小型制御巻線２
３６と、からなる可飽和リアクトルである。制御出力２
００ａ、２００ｂのうちの対応する一つは、電流源２３
８の入力に接続されている。制御器２００は、制御巻線
２３６を流れる直流電流または低周波電流を増大させる
ことによって、可変コンデンサ１８０の容量を低減する
ことができる。この結果、（磁心の磁区が一次巻線２３
２の磁界の変動に追従することを抑制することにより）
磁心２３０の透磁率が低下し、したがって一次巻線２３
２によって与えられるインダクタンスが低下し、これに
より固定コンデンサ１８０によって与えられる容量性リ
アクタンスの誘導性リアクタンスに対する優位性が低下
する。こうした変化は、可変コンデンサ１８０の容量の
効率の良い低下を表す。逆のプロセスでは、容量が増加
することになる。
０は一般に同一であるので、ＲＦインピーダンス整合箱
１５０に関して説明を行う。インピーダンス整合は、直
列インダクタ１９０の両側に位置する一対の並列コンデ
ンサ１８０、１８５（これらは実際にはコンデンサ回路
である）から成る従来の「パイ形回路網（pi-networ
k）」によって達成される。コンデンサ回路１８０、１
８５は、インピーダンス整合制御器２００によって制御
される。制御器２００は、従来の方向性結合器２１０を
介してＲＦ入力１５０ａにおける順電圧、逆電圧および
電流／電圧位相角を監視し、これら３つのパラメタか
ら、回路網モデル２２０を使用して各可変コンデンサ回
路１８０、１８５の静電容量の補正値を計算する。制御
器２００は、その制御出力２００ａ、２００ｂで可変コ
ンデンサ１８０、１８５に制御信号を出し、それぞれの
容量値に必要な補正を実行する。可変コンデンサ１８
０、１８５の各々は、機械可変コンデンサまたは図に示
すような電気可変コンデンサ回路のどちらでもよいが、
後者を選択する方が望ましい。図１Ａは後者の場合の一
例を示しており、ここで各可変コンデンサ回路１８０、
１８５は、固定コンデンサ２４０に並列に接続された電
気可変インダクタ２３０から構成されている。この可変
インダクタ２３０は、一次巻線２３２と、透磁性磁心２
３４と、可変電流源２３８に接続された小型制御巻線２
３６と、からなる可飽和リアクトルである。制御出力２
００ａ、２００ｂのうちの対応する一つは、電流源２３
８の入力に接続されている。制御器２００は、制御巻線
２３６を流れる直流電流または低周波電流を増大させる
ことによって、可変コンデンサ１８０の容量を低減する
ことができる。この結果、（磁心の磁区が一次巻線２３
２の磁界の変動に追従することを抑制することにより）
磁心２３０の透磁率が低下し、したがって一次巻線２３
２によって与えられるインダクタンスが低下し、これに
より固定コンデンサ１８０によって与えられる容量性リ
アクタンスの誘導性リアクタンスに対する優位性が低下
する。こうした変化は、可変コンデンサ１８０の容量の
効率の良い低下を表す。逆のプロセスでは、容量が増加
することになる。
【０００６】このような装置の１つの欠点は、順電圧お
よび反射電圧ならびにそれらの間の位相の測定、または
電流および電圧ならびにそれらの間の位相の測定が必要
なことである。別の欠点は、装置がかさばり、しかも高
価なことである。さらに別の重要な欠点は、負荷インピ
ーダンスの変化に伴って変化するヒステリシス損失が各
磁心２３４に存在することである。図１Ｂに示されるよ
うに、（制御巻線２３６から）加えられる磁界Ｈが増加
し、次いで減少すると、磁心磁区の極性を固定する誘導
磁界Ｂが異なる率で変化するので、誘導磁界の各サイク
ルごとにエネルギの実損が生じる。図１Ｃを参照する
と、整合回路網の複素インピーダンス平面は、同調空間
３００を含んでいる。この同調空間３００内では、イン
ピーダンス整合制御器によってインピーダンス整合の問
題に理論的に完全な解決法がもたらされる。信号発生器
の出力インピーダンスが純抵抗性の５０Ωであると仮定
すると、制御器２００が制御巻線２３６を流れる制御電
流をより高い電流に指示する場合、パイ形回路網１８
０、１８５、１９０によって与えられるインピーダンス
は、制御空間の領域３１０内のより低いインピーダンス
に移行する。この場合、磁心２３４は、図１Ｂのヒステ
リシスループの原点付近で変動し、損失はわずかであ
る。一方、制御器２００がより低い制御電流を指示する
と、その結果生じるインピーダンスは制御平面内のより
高い抵抗の領域３２０内で発見される可能性があり、磁
心２３４の変動は、図１Ｂのヒステリシスループの外端
に達することがある。この場合、磁心２３４内の損失は
非常に高くなる。したがって、コイルアンテナ１２０の
プラズマ負荷インピーダンスが変化すると、コイルアン
テナ１２０に供給される電力は必然的に変化することに
なり、大きな欠点となる。
よび反射電圧ならびにそれらの間の位相の測定、または
電流および電圧ならびにそれらの間の位相の測定が必要
なことである。別の欠点は、装置がかさばり、しかも高
価なことである。さらに別の重要な欠点は、負荷インピ
ーダンスの変化に伴って変化するヒステリシス損失が各
磁心２３４に存在することである。図１Ｂに示されるよ
うに、（制御巻線２３６から）加えられる磁界Ｈが増加
し、次いで減少すると、磁心磁区の極性を固定する誘導
磁界Ｂが異なる率で変化するので、誘導磁界の各サイク
ルごとにエネルギの実損が生じる。図１Ｃを参照する
と、整合回路網の複素インピーダンス平面は、同調空間
３００を含んでいる。この同調空間３００内では、イン
ピーダンス整合制御器によってインピーダンス整合の問
題に理論的に完全な解決法がもたらされる。信号発生器
の出力インピーダンスが純抵抗性の５０Ωであると仮定
すると、制御器２００が制御巻線２３６を流れる制御電
流をより高い電流に指示する場合、パイ形回路網１８
０、１８５、１９０によって与えられるインピーダンス
は、制御空間の領域３１０内のより低いインピーダンス
に移行する。この場合、磁心２３４は、図１Ｂのヒステ
リシスループの原点付近で変動し、損失はわずかであ
る。一方、制御器２００がより低い制御電流を指示する
と、その結果生じるインピーダンスは制御平面内のより
高い抵抗の領域３２０内で発見される可能性があり、磁
心２３４の変動は、図１Ｂのヒステリシスループの外端
に達することがある。この場合、磁心２３４内の損失は
非常に高くなる。したがって、コイルアンテナ１２０の
プラズマ負荷インピーダンスが変化すると、コイルアン
テナ１２０に供給される電力は必然的に変化することに
なり、大きな欠点となる。
【０００７】上記以外にも様々なインピーダンス整合技
術が知られている。例えば、可飽和リアクトル磁心中の
負荷依存性損失の問題を回避するために、可飽和リアク
トルの代わりに機械可変コンデンサを用いてもよい。し
かし、こうした機械的に同調可能な装置は、比較的遅
く、また機械的に故障することがある。周波数同調は、
ＲＦ発生器の周波数をプラズマ負荷アンテナの共振周波
数に追従するように変化させる技術である。この技術の
主要な欠点は、負荷インピーダンスをリアクタンスがほ
とんど無い状態に維持する際には成功するが、インピー
ダンスの大きさの不整合のために、ＲＦ発生器の周波数
が変化すると供給ＲＦ電力も変動することである。別の
技術としては、供給される電力の量を監視し、供給電力
がほぼ一定レベルに維持されるように必要に応じてＲＦ
発生器電力を変化させる負荷電力サーボ制御がある。こ
の技術の欠点は、ＲＦ電力生成システムに課せられる電
力および熱放散の要件が大幅に拡大され、結果的に費用
および大きさが増大することである。別の欠点は、電力
の測定が必要となることである。電力の測定には、電
圧、電流、およびそれらの間の位相の測定が必要にな
る。供給電力サーボ制御技術は、周波数サーボ制御技術
に付随する幾つかの利点と組み合わせることができる。
術が知られている。例えば、可飽和リアクトル磁心中の
負荷依存性損失の問題を回避するために、可飽和リアク
トルの代わりに機械可変コンデンサを用いてもよい。し
かし、こうした機械的に同調可能な装置は、比較的遅
く、また機械的に故障することがある。周波数同調は、
ＲＦ発生器の周波数をプラズマ負荷アンテナの共振周波
数に追従するように変化させる技術である。この技術の
主要な欠点は、負荷インピーダンスをリアクタンスがほ
とんど無い状態に維持する際には成功するが、インピー
ダンスの大きさの不整合のために、ＲＦ発生器の周波数
が変化すると供給ＲＦ電力も変動することである。別の
技術としては、供給される電力の量を監視し、供給電力
がほぼ一定レベルに維持されるように必要に応じてＲＦ
発生器電力を変化させる負荷電力サーボ制御がある。こ
の技術の欠点は、ＲＦ電力生成システムに課せられる電
力および熱放散の要件が大幅に拡大され、結果的に費用
および大きさが増大することである。別の欠点は、電力
の測定が必要となることである。電力の測定には、電
圧、電流、およびそれらの間の位相の測定が必要にな
る。供給電力サーボ制御技術は、周波数サーボ制御技術
に付随する幾つかの利点と組み合わせることができる。
【０００８】上記の従来技術の全てに内在するより基本
的な問題点は、これらの制御パラメタ（例えば共振周波
数、供給電力等）が、ＲＦ発生器が接続される対象物
（オーバヘッドコイルアンテナ、電極、またはウェーハ
ペデスタルのいずれか）によって制御されるプラズマの
特性に直接影響を及ぼすパラメタではない、ということ
である。具体的には、プラズマ密度を主に制御するのは
コイルアンテナ中の電流の時間変化率であり、またウェ
ーハにおけるイオンエネルギを主に制御するのはウェー
ハの電圧である。したがって、上記の従来技術は、均一
または一定のプロセスプロファイルを間接的に維持する
にすぎない、という欠点がある。
的な問題点は、これらの制御パラメタ（例えば共振周波
数、供給電力等）が、ＲＦ発生器が接続される対象物
（オーバヘッドコイルアンテナ、電極、またはウェーハ
ペデスタルのいずれか）によって制御されるプラズマの
特性に直接影響を及ぼすパラメタではない、ということ
である。具体的には、プラズマ密度を主に制御するのは
コイルアンテナ中の電流の時間変化率であり、またウェ
ーハにおけるイオンエネルギを主に制御するのはウェー
ハの電圧である。したがって、上記の従来技術は、均一
または一定のプロセスプロファイルを間接的に維持する
にすぎない、という欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題点を回避しながら、ＲＦ発生器出力をプラズマ負
荷コイルアンテナ入力（負荷）に同調させることであ
る。具体的に述べると、回避すべき問題点は、機械的に
調整可能なリアクタンス素子（機械的故障を起こしやす
い）、負荷に依存する効率の変動、可飽和リアクトルな
どのかさばる磁気要素、負荷インピーダンスの変化に伴
う供給電力の変動、３つのパラメタ（例えば、順電圧、
逆電圧、及び位相、並びに／又は電流、電圧、及び位
相）を測定する必要性などである。
の問題点を回避しながら、ＲＦ発生器出力をプラズマ負
荷コイルアンテナ入力（負荷）に同調させることであ
る。具体的に述べると、回避すべき問題点は、機械的に
調整可能なリアクタンス素子（機械的故障を起こしやす
い）、負荷に依存する効率の変動、可飽和リアクトルな
どのかさばる磁気要素、負荷インピーダンスの変化に伴
う供給電力の変動、３つのパラメタ（例えば、順電圧、
逆電圧、及び位相、並びに／又は電流、電圧、及び位
相）を測定する必要性などである。
【００１０】本発明の別の目的は、ウェーハ表面におけ
るプラズマイオン密度やウェーハ表面におけるプラズマ
イオンエネルギを含む最も重要なプラズマ特性を直接制
御するパラメタに関して上記の同調機能を提供すること
である。
るプラズマイオン密度やウェーハ表面におけるプラズマ
イオンエネルギを含む最も重要なプラズマ特性を直接制
御するパラメタに関して上記の同調機能を提供すること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】プロセスガス入口を有す
るリアクタチャンバと、被処理体支持具と、リアクタチ
ャンバの内部の一定部分に面するＲＦ信号アプリケータ
（例えば、プラズマソース信号を放射するコイルアンテ
ナや、プラズマソース信号もしくはプラズマバイアス信
号を放射する電極や、プラズマバイアス信号をウェーハ
に結合させるウェーハ支持具）と、制御可能なＲＦ周波
数およびＲＦ信号アプリケータの入力に結合されたＲＦ
信号出力を有するＲＦ信号発生器と、を含んだＲＦプラ
ズマリアクタ中で、本発明は、プラズマイオン密度に関
連するパラメタ（例えば信号アプリケータがプラズマソ
ース電力を与える場合）、またはイオンエネルギに関連
するパラメタ（例えば信号アプリケータがプラズマバイ
アス電力を与える場合）を検出することにより、ＲＦ信
号発生器をプラズマ負荷ＲＦ信号アプリケータに同調さ
せ、パラメタを求めて最適な（例えば、最大または最小
の）レベルに維持するようにＲＦ信号発生器の周波数を
所定の周波数範囲内に調整する。このリアクタは、ＲＦ
信号発生器とＲＦ信号アプリケータとの間に固定同調回
路を含んでいることが望ましい。
るリアクタチャンバと、被処理体支持具と、リアクタチ
ャンバの内部の一定部分に面するＲＦ信号アプリケータ
（例えば、プラズマソース信号を放射するコイルアンテ
ナや、プラズマソース信号もしくはプラズマバイアス信
号を放射する電極や、プラズマバイアス信号をウェーハ
に結合させるウェーハ支持具）と、制御可能なＲＦ周波
数およびＲＦ信号アプリケータの入力に結合されたＲＦ
信号出力を有するＲＦ信号発生器と、を含んだＲＦプラ
ズマリアクタ中で、本発明は、プラズマイオン密度に関
連するパラメタ（例えば信号アプリケータがプラズマソ
ース電力を与える場合）、またはイオンエネルギに関連
するパラメタ（例えば信号アプリケータがプラズマバイ
アス電力を与える場合）を検出することにより、ＲＦ信
号発生器をプラズマ負荷ＲＦ信号アプリケータに同調さ
せ、パラメタを求めて最適な（例えば、最大または最小
の）レベルに維持するようにＲＦ信号発生器の周波数を
所定の周波数範囲内に調整する。このリアクタは、ＲＦ
信号発生器とＲＦ信号アプリケータとの間に固定同調回
路を含んでいることが望ましい。
【００１２】上記のパラメタは、信号発生器における反
射電力、信号アプリケータに供給される電力、信号アプ
リケータを流れる電流、信号アプリケータを流れる電流
の時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）の大きさ、信号アプリケー
タを流れる電流と周波数の積、信号発生器における反射
電圧、信号アプリケータに供給される電圧、またはＲＦ
信号アプリケータに印加される電圧もしくはＲＦ信号ア
プリケータを通過する電流のフーリエ成分もしくは別の
関数とすることができる。誘導結合放射器（例えば、プ
ラズマソース電力を供給するコイルアンテナ）または容
量結合信号アプリケータ（例えば、プラズマソース電力
を供給する電極やバイアス電力を供給するウェーハペデ
スタル）のいずれかの場合には、反射電力または供給電
力をパラメタとして選択することができる。誘導結合信
号アプリケータの場合は、電流または電流の時間変化率
をパラメタとして選択することができる。容量結合信号
アプリケータの場合は、反射電圧、供給電圧、または電
圧のフーリエ成分をパラメタとして選択することができ
る。
射電力、信号アプリケータに供給される電力、信号アプ
リケータを流れる電流、信号アプリケータを流れる電流
の時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）の大きさ、信号アプリケー
タを流れる電流と周波数の積、信号発生器における反射
電圧、信号アプリケータに供給される電圧、またはＲＦ
信号アプリケータに印加される電圧もしくはＲＦ信号ア
プリケータを通過する電流のフーリエ成分もしくは別の
関数とすることができる。誘導結合放射器（例えば、プ
ラズマソース電力を供給するコイルアンテナ）または容
量結合信号アプリケータ（例えば、プラズマソース電力
を供給する電極やバイアス電力を供給するウェーハペデ
スタル）のいずれかの場合には、反射電力または供給電
力をパラメタとして選択することができる。誘導結合信
号アプリケータの場合は、電流または電流の時間変化率
をパラメタとして選択することができる。容量結合信号
アプリケータの場合は、反射電圧、供給電圧、または電
圧のフーリエ成分をパラメタとして選択することができ
る。
【００１３】選択された周波数同調パラメタがＲＦ信号
アプリケータに供給される電力の場合、ＲＦ信号アプリ
ケータに対するＲＦ信号発生器の上記同調は、ＲＦ信号
アプリケータの負荷インピーダンスに対するＲＦ信号発
生器出力インピーダンスのインピーダンス整合を構成す
る。
アプリケータに供給される電力の場合、ＲＦ信号アプリ
ケータに対するＲＦ信号発生器の上記同調は、ＲＦ信号
アプリケータの負荷インピーダンスに対するＲＦ信号発
生器出力インピーダンスのインピーダンス整合を構成す
る。
【００１４】パラメタの大きさが少なくとも最適に近い
状態となる周波数に達すると、選択されたパラメタ（例
えば、ＲＦ信号アプリケータに供給されるＲＦ電力）の
所望の目標値に対する大きさを検知し、選択パラメタが
目標値に設定され維持されるように信号発生器のＲＦ信
号出力レベルを変化させることにより、さらなる補償が
達成される。この機能は、上述の周波数サーボ制御によ
って出力インピーダンスの大きさと負荷インピーダンス
の大きさとの間に理想的な整合が達成されない場合に特
に有利である。
状態となる周波数に達すると、選択されたパラメタ（例
えば、ＲＦ信号アプリケータに供給されるＲＦ電力）の
所望の目標値に対する大きさを検知し、選択パラメタが
目標値に設定され維持されるように信号発生器のＲＦ信
号出力レベルを変化させることにより、さらなる補償が
達成される。この機能は、上述の周波数サーボ制御によ
って出力インピーダンスの大きさと負荷インピーダンス
の大きさとの間に理想的な整合が達成されない場合に特
に有利である。
【００１５】出力インピーダンスの大きさと負荷インピ
ーダンスの大きさとの間の不整合を補償する上記の電力
サーボ制御に加えて、またはその代わりに、ＲＦ信号発
生器とＲＦ信号アプリケータとの間に変圧器を設けるこ
ともできる。この変圧器は、予想される出力／負荷イン
ピーダンス大きさ比（または予想される比の範囲内の平
均比）に対応する変圧比を有している。（このような比
は、プラズマ負荷信号アプリケータの負荷インピーダン
スの大きさとＲＦ信号発生器の出力インピーダンスとの
比である。）あるいは、変圧器は、ＲＦ信号発生器とＲ
Ｆ信号アプリケータとの間に複数の選択可能な変圧比を
有している。この場合、本発明は、これらの比のうち、
予想される負荷／出力インピーダンス大きさ比に最もよ
く対応する一つを選択する方法を含んでいる。
ーダンスの大きさとの間の不整合を補償する上記の電力
サーボ制御に加えて、またはその代わりに、ＲＦ信号発
生器とＲＦ信号アプリケータとの間に変圧器を設けるこ
ともできる。この変圧器は、予想される出力／負荷イン
ピーダンス大きさ比（または予想される比の範囲内の平
均比）に対応する変圧比を有している。（このような比
は、プラズマ負荷信号アプリケータの負荷インピーダン
スの大きさとＲＦ信号発生器の出力インピーダンスとの
比である。）あるいは、変圧器は、ＲＦ信号発生器とＲ
Ｆ信号アプリケータとの間に複数の選択可能な変圧比を
有している。この場合、本発明は、これらの比のうち、
予想される負荷／出力インピーダンス大きさ比に最もよ
く対応する一つを選択する方法を含んでいる。
【００１６】変圧器は、複数の変圧比のそれぞれに対応
する複数の変圧器巻線、および変圧器巻線のそれぞれを
ＲＦ信号アプリケータに接続する複数のスイッチを含ん
でいても良い。スイッチは自動制御にすることができ、
ＲＦスイッチ、機械スイッチ、または電気スイッチとす
ることができる。ある態様では、複数の変圧器巻線は２
次巻線であり、変圧装置はＲＦ信号発生器に結合された
１次巻線をさらに含んでいる。しかしながら、複数の変
圧器巻線は、マルチファイラ伝送線路変圧器（multi-fi
lar transmission line transformer）内にあることが
望ましい。
する複数の変圧器巻線、および変圧器巻線のそれぞれを
ＲＦ信号アプリケータに接続する複数のスイッチを含ん
でいても良い。スイッチは自動制御にすることができ、
ＲＦスイッチ、機械スイッチ、または電気スイッチとす
ることができる。ある態様では、複数の変圧器巻線は２
次巻線であり、変圧装置はＲＦ信号発生器に結合された
１次巻線をさらに含んでいる。しかしながら、複数の変
圧器巻線は、マルチファイラ伝送線路変圧器（multi-fi
lar transmission line transformer）内にあることが
望ましい。
【００１７】
序論 本発明は、プラズマの特性、例えばウェーハにおけるプ
ラズマイオン密度やイオンエネルギ、が最適化されるよ
うに、ＲＦ周波数をサーボ制御することによってＲＦ発
生器出力を信号アプリケータ負荷に同調させる。本発明
は、最適化するプラズマ特性に直接関係する測定パラメ
タ（電力、電圧または電流）に合わせて周波数をサーボ
制御することにより、上記の同調を達成する。周波数は
ある範囲内で、パラメタの大きさが最適値（パラメタに
応じて、その周波数範囲内の最小値または最大値のいず
れか）に達するまでサーボ制御される。本発明はまた、
同じＲＦパラメタがさらに最適化されるか、または別の
ＲＦパラメタが最適化されるように、ＲＦ信号発生器の
出力の大きさ（例えば、出力電力、出力電流または出力
電圧）も制御する。誘導結合信号アプリケータ（例えば
コイルアンテナ）の場合、最適化すべきプラズマ特性
は、通常、プラズマイオン密度であり、関連パラメタ
（単数または複数）は、発生器出力での反射電力（これ
は最小のときに最適である）、または供給電力、もしく
は信号アプリケータを流れる電流（Ｉ）もしくは電流の
時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）、もしくは電流と周波数の積
（これらはどれも最大のときに最適である）とすること
ができる。容量結合信号アプリケータ（例えば電極）の
場合、最適化すべきプラズマ特性は、プラズマイオン密
度（電極がプラズマソース電力を放射する場合）か、あ
るいはイオン密度（ウェーハペデスタル電極のように、
電極がバイアス電力を放射する場合）のいずれかとする
ことができる。この場合、関連パラメタ（単数または複
数）は、反射電力、供給電力、反射電圧もしくは供給電
圧、または電圧もしくは電流のフーリエ成分もしくは他
の関数とすることができる。周波数制御のために選択さ
れたパラメタが供給電力である場合、上記同調プロセス
は、インピーダンス整合を構成する。
ラズマイオン密度やイオンエネルギ、が最適化されるよ
うに、ＲＦ周波数をサーボ制御することによってＲＦ発
生器出力を信号アプリケータ負荷に同調させる。本発明
は、最適化するプラズマ特性に直接関係する測定パラメ
タ（電力、電圧または電流）に合わせて周波数をサーボ
制御することにより、上記の同調を達成する。周波数は
ある範囲内で、パラメタの大きさが最適値（パラメタに
応じて、その周波数範囲内の最小値または最大値のいず
れか）に達するまでサーボ制御される。本発明はまた、
同じＲＦパラメタがさらに最適化されるか、または別の
ＲＦパラメタが最適化されるように、ＲＦ信号発生器の
出力の大きさ（例えば、出力電力、出力電流または出力
電圧）も制御する。誘導結合信号アプリケータ（例えば
コイルアンテナ）の場合、最適化すべきプラズマ特性
は、通常、プラズマイオン密度であり、関連パラメタ
（単数または複数）は、発生器出力での反射電力（これ
は最小のときに最適である）、または供給電力、もしく
は信号アプリケータを流れる電流（Ｉ）もしくは電流の
時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）、もしくは電流と周波数の積
（これらはどれも最大のときに最適である）とすること
ができる。容量結合信号アプリケータ（例えば電極）の
場合、最適化すべきプラズマ特性は、プラズマイオン密
度（電極がプラズマソース電力を放射する場合）か、あ
るいはイオン密度（ウェーハペデスタル電極のように、
電極がバイアス電力を放射する場合）のいずれかとする
ことができる。この場合、関連パラメタ（単数または複
数）は、反射電力、供給電力、反射電圧もしくは供給電
圧、または電圧もしくは電流のフーリエ成分もしくは他
の関数とすることができる。周波数制御のために選択さ
れたパラメタが供給電力である場合、上記同調プロセス
は、インピーダンス整合を構成する。
【００１８】動作中は、周波数サーボ制御ループおよび
発生器出力大きさ（電力、電圧、または電流）サーボ制
御ループが使用される。最初に、周波数制御ループは、
パラメタ（例えば、パラメタｄＩ／ｄｔ、すなわち誘導
プラズマソース信号アプリケータを通る電流の時間変化
率）が指定周波数範囲内の極大値に達するＲＦ発生器出
力周波数を求めることにより、非常に大きな初期インピ
ーダンス不整合を克服する。これが達成され、あるいは
少なくとも達成に近づくと、周波数制御ループを動作し
続けながら、他方の制御ループの動作を開始させること
ができる。これら２つの制御ループは協同して、ＲＦ信
号アプリケータ上の負荷状態の変化にもかかわらず、所
望のプラズマ特性を最適化する。このような変化する負
荷状態は、通常、リアクタチャンバ内の微妙な変化（例
えば、チャンバ壁などで進行する材料の堆積）に起因す
る。
発生器出力大きさ（電力、電圧、または電流）サーボ制
御ループが使用される。最初に、周波数制御ループは、
パラメタ（例えば、パラメタｄＩ／ｄｔ、すなわち誘導
プラズマソース信号アプリケータを通る電流の時間変化
率）が指定周波数範囲内の極大値に達するＲＦ発生器出
力周波数を求めることにより、非常に大きな初期インピ
ーダンス不整合を克服する。これが達成され、あるいは
少なくとも達成に近づくと、周波数制御ループを動作し
続けながら、他方の制御ループの動作を開始させること
ができる。これら２つの制御ループは協同して、ＲＦ信
号アプリケータ上の負荷状態の変化にもかかわらず、所
望のプラズマ特性を最適化する。このような変化する負
荷状態は、通常、リアクタチャンバ内の微妙な変化（例
えば、チャンバ壁などで進行する材料の堆積）に起因す
る。
【００１９】このような周波数同調では、選択されたパ
ラメタを完全に最適化することができない場合がある。
例えば、最適な周波数に達した後でさえも、負荷インピ
ーダンスの大きさと出力インピーダンスの大きさとの間
に不整合が残ることがある。したがって、信号発生器出
力の大きさ（出力電力、出力電流、または出力電圧）を
管理するサーボ制御ループ−−これは２次制御ループと
呼ぶことができる−−によって、さらなる最適化が実行
される。好ましくは、この２次制御ループは、ＲＦ発生
器の出力電力を調整して、選択されたパラメタ（または
別のパラメタ）を所望の設定値または大きさに設定し、
維持する。
ラメタを完全に最適化することができない場合がある。
例えば、最適な周波数に達した後でさえも、負荷インピ
ーダンスの大きさと出力インピーダンスの大きさとの間
に不整合が残ることがある。したがって、信号発生器出
力の大きさ（出力電力、出力電流、または出力電圧）を
管理するサーボ制御ループ−−これは２次制御ループと
呼ぶことができる−−によって、さらなる最適化が実行
される。好ましくは、この２次制御ループは、ＲＦ発生
器の出力電力を調整して、選択されたパラメタ（または
別のパラメタ）を所望の設定値または大きさに設定し、
維持する。
【００２０】本発明は、制御すべきプラズマ特性が調整
されるように周波数を同調させる。例えば、１つのプラ
ズマ特性としてプラズマイオン密度を例に取って説明す
る。プラズマイオン密度は、次の測定可能なパラメタの
関数である。この測定可能パラメタとはすなわち、プラ
ズマソース信号発生器の出力におけるプラズマソース電
力（つまり、反射電力の逆関数および供給電力の関数）
と、誘導性信号アプリケータ中の電流の時間変化率（ｄ
Ｉ／ｄｔ）、または正弦波形に対する同等物として電流
（Ｉ）と周波数の積である。本発明は、これらのパラメ
タが最適化されるように周波数をサーボ制御するので、
所望のプラズマ特性（例えばプラズマイオン密度）を直
接制御することになり、極めて有利である。
されるように周波数を同調させる。例えば、１つのプラ
ズマ特性としてプラズマイオン密度を例に取って説明す
る。プラズマイオン密度は、次の測定可能なパラメタの
関数である。この測定可能パラメタとはすなわち、プラ
ズマソース信号発生器の出力におけるプラズマソース電
力（つまり、反射電力の逆関数および供給電力の関数）
と、誘導性信号アプリケータ中の電流の時間変化率（ｄ
Ｉ／ｄｔ）、または正弦波形に対する同等物として電流
（Ｉ）と周波数の積である。本発明は、これらのパラメ
タが最適化されるように周波数をサーボ制御するので、
所望のプラズマ特性（例えばプラズマイオン密度）を直
接制御することになり、極めて有利である。
【００２１】同様の分析は、別のプラズマ特性、すなわ
ちウェーハにおけるイオンエネルギについても当てはま
る。ウェーハにおけるイオンエネルギは、次の測定可能
なパラメタの関数である。その測定可能パラメタとはす
なわち、バイアス電力（バイアス信号発生器の出力にお
ける反射電力の逆関数および供給電力の関数）と、ウェ
ーハ電圧（これは、通常、静電ウェーハチャックの両端
におけるＡＣ結合測定で検知される）である。ウェーハ
電圧自体は、バイアス発生器出力における供給電圧の関
数であり、バイアス発生器出力における反射電圧の逆関
数である。本発明はこれらの後者のパラメタが最適化さ
れるように周波数をサーボ制御するので、所望のプラズ
マ特性（例えばイオンエネルギ）を直接制御することに
なり、極めて有利である。
ちウェーハにおけるイオンエネルギについても当てはま
る。ウェーハにおけるイオンエネルギは、次の測定可能
なパラメタの関数である。その測定可能パラメタとはす
なわち、バイアス電力（バイアス信号発生器の出力にお
ける反射電力の逆関数および供給電力の関数）と、ウェ
ーハ電圧（これは、通常、静電ウェーハチャックの両端
におけるＡＣ結合測定で検知される）である。ウェーハ
電圧自体は、バイアス発生器出力における供給電圧の関
数であり、バイアス発生器出力における反射電圧の逆関
数である。本発明はこれらの後者のパラメタが最適化さ
れるように周波数をサーボ制御するので、所望のプラズ
マ特性（例えばイオンエネルギ）を直接制御することに
なり、極めて有利である。
【００２２】プラズマソース電力の周波数サーボ制御 図２Ａに示されるように、図中のＲＦプラズマソース信
号アプリケータ１２０はコイルアンテナまたはソレノイ
ドの形態の誘導性アプリケータであるが、これは本発明
に特に密接に関係するものではない。というのも、本発
明は、特定のコイルアンテナにもコイルアンテナ一般に
も限定されず、プラズマソース信号アプリケータとして
電極を使用するリアクタにも同様に適用することができ
るからである。ＲＦプラズマソース信号発生器１４０
は、可変周波数または制御可能な周波数を有しており、
固定同調回路網４００を介してコイルアンテナ１２０に
接続されている。この固定同調回路網は、（任意選択的
に）直列コンデンサ４０２、並列コンデンサ４０４、お
よび／または直列コンデンサ４０６などのリアクタンス
素子から構成されている。但し、任意の固定同調回路を
使用することが可能である。これらの容量性素子は、誘
導コイルアンテナ１２０と共にＬＣ同調回路網を形成す
る。電流センサ４１０は、コイルアンテナ１２０へのＲ
Ｆ電流を監視する。周波数サーボ４２０は、電流センサ
４１０によって検知されるコイルアンテナ電流を定期的
にサンプリングし、その情報を使用してＲＦソース信号
発生器１４０の周波数を制御する。周波数サーボ４２０
は、一定の制御方法を実現するように設計することがで
きる。例えば、周波数サーボ４２０は、特定の制御方法
を実行するようにプログラムされた集積回路マイクロプ
ロセッサを備えていても良い。当業者は、アンテナを平
衡させるために、図２Ａに示されるもの以外の多くの適
切な回路配置の中から選択することができる。
号アプリケータ１２０はコイルアンテナまたはソレノイ
ドの形態の誘導性アプリケータであるが、これは本発明
に特に密接に関係するものではない。というのも、本発
明は、特定のコイルアンテナにもコイルアンテナ一般に
も限定されず、プラズマソース信号アプリケータとして
電極を使用するリアクタにも同様に適用することができ
るからである。ＲＦプラズマソース信号発生器１４０
は、可変周波数または制御可能な周波数を有しており、
固定同調回路網４００を介してコイルアンテナ１２０に
接続されている。この固定同調回路網は、（任意選択的
に）直列コンデンサ４０２、並列コンデンサ４０４、お
よび／または直列コンデンサ４０６などのリアクタンス
素子から構成されている。但し、任意の固定同調回路を
使用することが可能である。これらの容量性素子は、誘
導コイルアンテナ１２０と共にＬＣ同調回路網を形成す
る。電流センサ４１０は、コイルアンテナ１２０へのＲ
Ｆ電流を監視する。周波数サーボ４２０は、電流センサ
４１０によって検知されるコイルアンテナ電流を定期的
にサンプリングし、その情報を使用してＲＦソース信号
発生器１４０の周波数を制御する。周波数サーボ４２０
は、一定の制御方法を実現するように設計することがで
きる。例えば、周波数サーボ４２０は、特定の制御方法
を実行するようにプログラムされた集積回路マイクロプ
ロセッサを備えていても良い。当業者は、アンテナを平
衡させるために、図２Ａに示されるもの以外の多くの適
切な回路配置の中から選択することができる。
【００２３】一般に、この制御方法は、プラズマソース
電力によって主に制御される１つのプラズマ特性、すな
わちプラズマイオン密度、が最適化されるようにＲＦソ
ース信号周波数をサーボ制御するものである。一般に、
プラズマイオン密度は、コイルアンテナ中の電流
（Ｉ）、特にコイルアンテナ電流の時間変化率（ｄＩ／
ｄｔ）の大きさによって影響を受ける。したがって、こ
のプロセスは、コイルアンテナ電流が最適化されるよう
に、あるいはより好ましくはコイルアンテナ電流の時間
変化率（ｄＩ／ｄｔ）の大きさ又は電流（Ｉ）とＲＦ周
波数との積が最適化されるように、プラズマソース信号
周波数を制御する。
電力によって主に制御される１つのプラズマ特性、すな
わちプラズマイオン密度、が最適化されるようにＲＦソ
ース信号周波数をサーボ制御するものである。一般に、
プラズマイオン密度は、コイルアンテナ中の電流
（Ｉ）、特にコイルアンテナ電流の時間変化率（ｄＩ／
ｄｔ）の大きさによって影響を受ける。したがって、こ
のプロセスは、コイルアンテナ電流が最適化されるよう
に、あるいはより好ましくはコイルアンテナ電流の時間
変化率（ｄＩ／ｄｔ）の大きさ又は電流（Ｉ）とＲＦ周
波数との積が最適化されるように、プラズマソース信号
周波数を制御する。
【００２４】このプロセスの第１の実施形態では、低周
波から高周波までの範囲内の周波数に対してコイルアン
テナ電流が最大になり、その後、負荷インピーダンスの
微妙で緩やかな変化にもかかわらずこの最適状態が維持
されるように、周波数サーボ機構４２０が、コイルアン
テナ電流の変化に応答して発生器１４０の周波数を変化
させる。このような変化は、（例えば、チャンバ壁にお
けるポリマおよび／または他の材料の堆積や除去から生
じる）プラズマプロセス状態の比較的緩やかな変化によ
って引き起こされる。
波から高周波までの範囲内の周波数に対してコイルアン
テナ電流が最大になり、その後、負荷インピーダンスの
微妙で緩やかな変化にもかかわらずこの最適状態が維持
されるように、周波数サーボ機構４２０が、コイルアン
テナ電流の変化に応答して発生器１４０の周波数を変化
させる。このような変化は、（例えば、チャンバ壁にお
けるポリマおよび／または他の材料の堆積や除去から生
じる）プラズマプロセス状態の比較的緩やかな変化によ
って引き起こされる。
【００２５】このプロセスの第２の実施形態では、低周
波から高周波までの周波数範囲内の周波数に対してコイ
ルアンテナ電流の時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）が最適化さ
れるように、周波数サーボ機構４２０が、コイルアンテ
ナ電流の変化に応答して発生器１４０の周波数を変化さ
せる。この実施形態の一態様では、周波数サーボ４２０
は、低周波から高周波までの周波数範囲内の周波数に対
してコイルアンテナ電流（Ｉ）にＲＦ周波数（ｆ）を掛
けた積が最大になるように周波数を変化させる。コイル
電流は一般に正弦波形を有しているので、積Ｉ・ｆはｄ
Ｉ／ｄｔの少なくとも良好な近似である。
波から高周波までの周波数範囲内の周波数に対してコイ
ルアンテナ電流の時間変化率（ｄＩ／ｄｔ）が最適化さ
れるように、周波数サーボ機構４２０が、コイルアンテ
ナ電流の変化に応答して発生器１４０の周波数を変化さ
せる。この実施形態の一態様では、周波数サーボ４２０
は、低周波から高周波までの周波数範囲内の周波数に対
してコイルアンテナ電流（Ｉ）にＲＦ周波数（ｆ）を掛
けた積が最大になるように周波数を変化させる。コイル
電流は一般に正弦波形を有しているので、積Ｉ・ｆはｄ
Ｉ／ｄｔの少なくとも良好な近似である。
【００２６】このプロセスの第３の実施形態では、周波
数サーボ４２０は、低周波から高周波までの範囲内で、
供給電力が最大になるように、あるいは反射電力が最小
になるように、供給電力または反射電力（これらは、発
生器１４０の信号出力において測定される）の変化に応
答して発生器１４０の周波数を変化させる。
数サーボ４２０は、低周波から高周波までの範囲内で、
供給電力が最大になるように、あるいは反射電力が最小
になるように、供給電力または反射電力（これらは、発
生器１４０の信号出力において測定される）の変化に応
答して発生器１４０の周波数を変化させる。
【００２７】図２Ｃは、コイルアンテナ１２０のインダ
クタンスＬ、並列コンデンサ４０４の静電容量ＣS、お
よびコイルアンテナ１２０の接地端における直列コンデ
ンサ４０６の静電容量ＣLを含んだ一般的な同調回路を
示す。静電容量ＣS及びＣLは、チャン天井に最も近い巻
線の電圧が最低になるように選択される。本発明を実施
するにあたっては、上記の回路構成だけでなく、多くの
異なる回路構成を使用することができる。
クタンスＬ、並列コンデンサ４０４の静電容量ＣS、お
よびコイルアンテナ１２０の接地端における直列コンデ
ンサ４０６の静電容量ＣLを含んだ一般的な同調回路を
示す。静電容量ＣS及びＣLは、チャン天井に最も近い巻
線の電圧が最低になるように選択される。本発明を実施
するにあたっては、上記の回路構成だけでなく、多くの
異なる回路構成を使用することができる。
【００２８】プラズマソース電力の電力サーボ制御 本明細書で先に開示した通り、周波数サーボ制御では、
負荷インピーダンスの大きさと出力インピーダンスの大
きさとの間に不整合が残り、多少の反射電力を生じるこ
とがある。そうした反射電力損失を補償するために、発
生器１４０の信号出力レベルを制御する図２Ａの電力サ
ーボ４３０は、方向性結合器４４０を介してソース信号
発生器１４０の出力で検知される順ＲＦ電圧および反射
ＲＦ電圧（それぞれＶFおよびＶR）を監視し、供給電力
を求める。電力サーボ４３０は、上述の測定パラメタ
（例えば、供給ＲＦ電力、電流、電流の時間変化率、電
流×周波数の積）の一つが所望の設定値またはその付近
に維持されるように、発生器１４０の出力電力を変化さ
せる。電力サーボ４３０は、この機能を実行するように
プログラムされた集積回路マイクロプロセッサを備えて
いても良い。
負荷インピーダンスの大きさと出力インピーダンスの大
きさとの間に不整合が残り、多少の反射電力を生じるこ
とがある。そうした反射電力損失を補償するために、発
生器１４０の信号出力レベルを制御する図２Ａの電力サ
ーボ４３０は、方向性結合器４４０を介してソース信号
発生器１４０の出力で検知される順ＲＦ電圧および反射
ＲＦ電圧（それぞれＶFおよびＶR）を監視し、供給電力
を求める。電力サーボ４３０は、上述の測定パラメタ
（例えば、供給ＲＦ電力、電流、電流の時間変化率、電
流×周波数の積）の一つが所望の設定値またはその付近
に維持されるように、発生器１４０の出力電力を変化さ
せる。電力サーボ４３０は、この機能を実行するように
プログラムされた集積回路マイクロプロセッサを備えて
いても良い。
【００２９】図２Ｂは、選択パラメタの大きさ対周波数
のグラフであり、最大にすべき選択パラメタ（例えば、
供給電力や誘導性コイル電流変化率）の振る舞いを実線
で表している。制限された周波数範囲内で、このパラメ
タは、周波数サーボ４２０が求める極大を示している。
このグラフはまた、最小にすべき別のパラメタ（反射電
力など）の振る舞いを破線で表している。制限された周
波数範囲内で、この別のパラメタは、周波数サーボ４２
０が求める極小を示している。
のグラフであり、最大にすべき選択パラメタ（例えば、
供給電力や誘導性コイル電流変化率）の振る舞いを実線
で表している。制限された周波数範囲内で、このパラメ
タは、周波数サーボ４２０が求める極大を示している。
このグラフはまた、最小にすべき別のパラメタ（反射電
力など）の振る舞いを破線で表している。制限された周
波数範囲内で、この別のパラメタは、周波数サーボ４２
０が求める極小を示している。
【００３０】電力サーボ４３０による無用な電力調整を
最小限に抑えるために、周波数サーボ４２０が選択パラ
メタを所定のしきい最大レベル内（あるいは、パラメタ
の種類によっては最小レベル内）にサーボ制御するま
で、電力サーボ４３０を動作不能してもよい。これによ
り、非常に大きい同調はずれの状態あるいは不整合が存
在するとき（例えばシステムに初めて電源を投入したと
きなど）、電力サーボ４３０がＲＦ電力を増加して残留
インピーダンスの大きさの不整合を補償する前に、周波
数サーボ４２０が単独で動作して近似的な初期同調状態
または整合を確実に求めることになる。これにより、電
力サーボ４３０がＲＦ電力を増加する初期量が低減され
る。当業者は、この機能を様々な方法で容易に実現する
ことができる。例えば、このシステムは、周波数サーボ
４２０が選択パラメタの大きさにおいて初期の大きさか
ら所定のパーセンテージの改善（例えば増加）を達成す
るまで電力サーボ４３０を動作可能にしないようにプロ
グラムされていても良い。
最小限に抑えるために、周波数サーボ４２０が選択パラ
メタを所定のしきい最大レベル内（あるいは、パラメタ
の種類によっては最小レベル内）にサーボ制御するま
で、電力サーボ４３０を動作不能してもよい。これによ
り、非常に大きい同調はずれの状態あるいは不整合が存
在するとき（例えばシステムに初めて電源を投入したと
きなど）、電力サーボ４３０がＲＦ電力を増加して残留
インピーダンスの大きさの不整合を補償する前に、周波
数サーボ４２０が単独で動作して近似的な初期同調状態
または整合を確実に求めることになる。これにより、電
力サーボ４３０がＲＦ電力を増加する初期量が低減され
る。当業者は、この機能を様々な方法で容易に実現する
ことができる。例えば、このシステムは、周波数サーボ
４２０が選択パラメタの大きさにおいて初期の大きさか
ら所定のパーセンテージの改善（例えば増加）を達成す
るまで電力サーボ４３０を動作可能にしないようにプロ
グラムされていても良い。
【００３１】バイアス電力の周波数サーボ制御 再び図２Ａを参照すると、バイアス信号発生器１６０
は、コンデンサおよび／またはインダクタ等のリアクタ
ンス素子から成る固定バイアス同調回路４４５を介し
て、バイアス信号アプリケータ（通常は、ウェーハペデ
スタル１１０）に接続されている。ペデスタル１６０と
回路４４５との間には、ＤＣ阻止コンデンサ（破線で示
す）を接続することができる。理想的には、ペデスタル
１１０に印加されるバイアス電力によって主に制御され
る１つのプラズマパラメタ、すなわちウェーハ電圧が最
適化されるように、ウェーハペデスタル１１０を駆動す
るＲＦバイアス信号発生器１６０の周波数をサーボ制御
する。しかし、静電チャックの存在がウェーハ電圧の直
接（ＤＣ結合）測定を妨げることがあるので、真のウェ
ーハ電圧の指標を得るために、ウェーハ電圧のＡＣ結合
測定の何らかの成分を測定しても良い。例えば、ウェー
ハペデスタルで測定された電圧のフーリエ成分（例え
ば、第１または第２高調波）をパラメタとすることがで
きる。この場合、低周波から高周波までの周波数範囲に
わたる周波数に関して、ＤＣバイアス電圧（これは場合
によっては直接測定できないことがある）に関係する数
量、例えば（ＡＣ結合を介して測定された）ペデスタル
電圧の選択された成分、が最大になるようにバイアス電
力周波数がサーボ制御される。この成分は、例えば電圧
の高調波（例えば、第２高調波）とすることができる。
上述の通り、ペデスタルのバイアス電圧はＡＣ結合を介
さなければ測定できないので、バイアス電圧を直接測定
することはできない。しかしながら、ペデスタル（また
は半導体被処理体もしくはウェーハ）のＤＣバイアス電
圧は、この技術分野で周知の技術を用いて推定すること
ができる。図３および図４に関して後述するように、ペ
デスタル電圧の波形は半波整流波形に類似しており、良
く知られているように半波整流正弦波形のＤＣバイアス
レベルは、半波整流正弦波形の特定のフーリエ成分から
計算することができる。本例の場合、ペデスタルまたは
ウェーハの電圧が半波整流波形に類似する範囲内で、そ
のＤＣバイアスはそのフーリエ成分から推定することが
できる。
は、コンデンサおよび／またはインダクタ等のリアクタ
ンス素子から成る固定バイアス同調回路４４５を介し
て、バイアス信号アプリケータ（通常は、ウェーハペデ
スタル１１０）に接続されている。ペデスタル１６０と
回路４４５との間には、ＤＣ阻止コンデンサ（破線で示
す）を接続することができる。理想的には、ペデスタル
１１０に印加されるバイアス電力によって主に制御され
る１つのプラズマパラメタ、すなわちウェーハ電圧が最
適化されるように、ウェーハペデスタル１１０を駆動す
るＲＦバイアス信号発生器１６０の周波数をサーボ制御
する。しかし、静電チャックの存在がウェーハ電圧の直
接（ＤＣ結合）測定を妨げることがあるので、真のウェ
ーハ電圧の指標を得るために、ウェーハ電圧のＡＣ結合
測定の何らかの成分を測定しても良い。例えば、ウェー
ハペデスタルで測定された電圧のフーリエ成分（例え
ば、第１または第２高調波）をパラメタとすることがで
きる。この場合、低周波から高周波までの周波数範囲に
わたる周波数に関して、ＤＣバイアス電圧（これは場合
によっては直接測定できないことがある）に関係する数
量、例えば（ＡＣ結合を介して測定された）ペデスタル
電圧の選択された成分、が最大になるようにバイアス電
力周波数がサーボ制御される。この成分は、例えば電圧
の高調波（例えば、第２高調波）とすることができる。
上述の通り、ペデスタルのバイアス電圧はＡＣ結合を介
さなければ測定できないので、バイアス電圧を直接測定
することはできない。しかしながら、ペデスタル（また
は半導体被処理体もしくはウェーハ）のＤＣバイアス電
圧は、この技術分野で周知の技術を用いて推定すること
ができる。図３および図４に関して後述するように、ペ
デスタル電圧の波形は半波整流波形に類似しており、良
く知られているように半波整流正弦波形のＤＣバイアス
レベルは、半波整流正弦波形の特定のフーリエ成分から
計算することができる。本例の場合、ペデスタルまたは
ウェーハの電圧が半波整流波形に類似する範囲内で、そ
のＤＣバイアスはそのフーリエ成分から推定することが
できる。
【００３２】他の実施形態では、低周波から高周波まで
の周波数範囲内で（バイアス信号発生器１６０の信号出
力で測定された）供給電力が最大になるか、あるいは反
射電力が最小になるように、ウェーハペデスタル１１０
を駆動するＲＦバイアス信号発生器１６０の周波数がサ
ーボ制御される。
の周波数範囲内で（バイアス信号発生器１６０の信号出
力で測定された）供給電力が最大になるか、あるいは反
射電力が最小になるように、ウェーハペデスタル１１０
を駆動するＲＦバイアス信号発生器１６０の周波数がサ
ーボ制御される。
【００３３】好適なプロセスを実行する際、ＲＦバイア
ス信号発生器１６０の出力周波数を制御するバイアス電
力周波数サーボ４５０は、ウェーハペデスタル１１０に
接続された電圧センサ４６０の出力に応答する。バイア
ス電力周波数サーボ４５０は、ウェーハ電圧を特定の成
分に分解し、その成分が最大になるようにバイアス周波
数をサーボ制御する処理を実行する。バイアス周波数サ
ーボ４５０は、こうした処理を実行するようにプログラ
ムされた集積回路マイクロプロセッサを備えていても良
い。
ス信号発生器１６０の出力周波数を制御するバイアス電
力周波数サーボ４５０は、ウェーハペデスタル１１０に
接続された電圧センサ４６０の出力に応答する。バイア
ス電力周波数サーボ４５０は、ウェーハ電圧を特定の成
分に分解し、その成分が最大になるようにバイアス周波
数をサーボ制御する処理を実行する。バイアス周波数サ
ーボ４５０は、こうした処理を実行するようにプログラ
ムされた集積回路マイクロプロセッサを備えていても良
い。
【００３４】固定バイアス同調回路４４５は、一般に、
Ｌ形回路網とすることができ、また（図示のように）直
列インダクタ４４８の各側に接続された一対の並列コン
デンサ４４６、４４７から成るパイ形回路網とすること
もできる。図２Ｄは、プラズマ負荷コイルアンテナ１２
０によって与えられる入力インピーダンスの大きさがＲ
Ｆバイアス発生器１６０の出力インピーダンスの大きさ
より低い場合に、コンデンサ４４７を除去できることを
示している。図２Ｅは、負荷インピーダンスの大きさが
発生器１６０のそれより大きい場合に、コンデンサ４４
６を除去できることを示している。図２Ｆは、図２Ｅの
回路を逆にしても同じ結果が得られることを示してい
る。プラズマ負荷アンテナ入力インピーダンスが発生器
の出力インピーダンスに対して上下に変化する場合は、
図２Ａのパイ形回路網４４５が望ましい。一般に、本発
明を実施する際には、任意の適切な同調回路配置を使用
することができる。
Ｌ形回路網とすることができ、また（図示のように）直
列インダクタ４４８の各側に接続された一対の並列コン
デンサ４４６、４４７から成るパイ形回路網とすること
もできる。図２Ｄは、プラズマ負荷コイルアンテナ１２
０によって与えられる入力インピーダンスの大きさがＲ
Ｆバイアス発生器１６０の出力インピーダンスの大きさ
より低い場合に、コンデンサ４４７を除去できることを
示している。図２Ｅは、負荷インピーダンスの大きさが
発生器１６０のそれより大きい場合に、コンデンサ４４
６を除去できることを示している。図２Ｆは、図２Ｅの
回路を逆にしても同じ結果が得られることを示してい
る。プラズマ負荷アンテナ入力インピーダンスが発生器
の出力インピーダンスに対して上下に変化する場合は、
図２Ａのパイ形回路網４４５が望ましい。一般に、本発
明を実施する際には、任意の適切な同調回路配置を使用
することができる。
【００３５】図３はプラズマイオンエネルギの分布を示
しており、ここで、縦軸はイオン数、横軸はイオンエネ
ルギである。二つのピークがあり、一つは低イオンエネ
ルギ、一つは高イオンエネルギの位置にある。図３に示
される分布の形状は、ＲＦバイアス電力周波数を含む様
々な条件とともに変化する傾向がある。図３は、プラズ
マイオンの大部分が単一のＲＦサイクルにシースを横断
するほど十分に低いＲＦバイアス周波数で（薄いプラズ
マシース用の）低い電子温度の高密度プラズマに関し
て、陰極と陽極が異なる実効面積を有する場合の典型で
ある。図４は、プラズマ侵入ウェーハの電圧の振る舞い
を示しており、この電圧は、半波整流正弦電圧にある程
度類似した波形を有している。ウェーハ表面付近のプラ
ズマイオンエネルギを主に制御するのは、高電圧ピーク
である。言い換えると、図３のプラズマイオンエネルギ
分布は、図４のウェーハ電圧、特に高ピーク電圧の影響
を受ける。バイアス電力周波数を制御して図４のウェー
ハ電圧波形（またはその成分）のピークを制御すること
により、図３のイオンエネルギ分布が制御され、これに
よりプラズマイオンエネルギが制御される。より高いＲ
Ｆバイアス周波数を使用するなど、特定の応用例では、
ピーク電圧よりもＤＣバイアス電圧を制御する方が良い
場合もある。
しており、ここで、縦軸はイオン数、横軸はイオンエネ
ルギである。二つのピークがあり、一つは低イオンエネ
ルギ、一つは高イオンエネルギの位置にある。図３に示
される分布の形状は、ＲＦバイアス電力周波数を含む様
々な条件とともに変化する傾向がある。図３は、プラズ
マイオンの大部分が単一のＲＦサイクルにシースを横断
するほど十分に低いＲＦバイアス周波数で（薄いプラズ
マシース用の）低い電子温度の高密度プラズマに関し
て、陰極と陽極が異なる実効面積を有する場合の典型で
ある。図４は、プラズマ侵入ウェーハの電圧の振る舞い
を示しており、この電圧は、半波整流正弦電圧にある程
度類似した波形を有している。ウェーハ表面付近のプラ
ズマイオンエネルギを主に制御するのは、高電圧ピーク
である。言い換えると、図３のプラズマイオンエネルギ
分布は、図４のウェーハ電圧、特に高ピーク電圧の影響
を受ける。バイアス電力周波数を制御して図４のウェー
ハ電圧波形（またはその成分）のピークを制御すること
により、図３のイオンエネルギ分布が制御され、これに
よりプラズマイオンエネルギが制御される。より高いＲ
Ｆバイアス周波数を使用するなど、特定の応用例では、
ピーク電圧よりもＤＣバイアス電圧を制御する方が良い
場合もある。
【００３６】バイアス電力の電力サーボ制御 ソース電力周波数サーボ４２０に関連して述べたよう
に、周波数サーボでインピーダンスの大きさの不整合は
補償されないが、これはバイアス信号発生器１６０の周
波数サーボ制御の場合にも当てはまる。バイアス信号発
生器１６０の場合、そうした補償を行なうために、バイ
アス電力サーボ４７０は、発生器の出力に直列に接続さ
れた方向性結合器４８０から、発生器の出力において順
電圧および反射電圧を受け取る。電力サーボ４７０は、
選択パラメタ（例えば、ウェーハ電圧や供給バイアス電
力）が所望の設定値に設定され維持されるように、バイ
アス発生器１６０の出力電力を変化させる。サーボ４７
０は必ずしも発生器電力をサーボ制御する必要はなく、
代わりに電力以外の発生器出力パラメタ、例えば出力電
流や出力電圧、をサーボ制御することもでき、したがっ
て、電力サーボではなく、発生器電流サーボや発生器電
圧サーボとすることができる。
に、周波数サーボでインピーダンスの大きさの不整合は
補償されないが、これはバイアス信号発生器１６０の周
波数サーボ制御の場合にも当てはまる。バイアス信号発
生器１６０の場合、そうした補償を行なうために、バイ
アス電力サーボ４７０は、発生器の出力に直列に接続さ
れた方向性結合器４８０から、発生器の出力において順
電圧および反射電圧を受け取る。電力サーボ４７０は、
選択パラメタ（例えば、ウェーハ電圧や供給バイアス電
力）が所望の設定値に設定され維持されるように、バイ
アス発生器１６０の出力電力を変化させる。サーボ４７
０は必ずしも発生器電力をサーボ制御する必要はなく、
代わりに電力以外の発生器出力パラメタ、例えば出力電
流や出力電圧、をサーボ制御することもでき、したがっ
て、電力サーボではなく、発生器電流サーボや発生器電
圧サーボとすることができる。
【００３７】スイッチおよび多重変圧器による電力サー
ボ制御 プラズマソース電力サーボ４３０によって行なわれるイ
ンピーダンス大きさ不整合の補償を促進するために、抵
抗の不整合を補償するのに適した変圧比を有するＲＦ変
圧器をソース信号発生器１４０とコイルアンテナ１２０
との間に直列に接続することができる。例えば、変圧比
は、特定のプラズマプロセスに対して同調回路網４００
およびプラズマ負荷コイルアンテナ１２０によって与え
られる負荷インピーダンスと発生器１４０との間の抵抗
不整合の予想される範囲の中央値に対応させることがで
きる。図５はこの概念を示している。図５では、ソース
信号発生器１４０が変圧器５０５の１次変圧器巻線に接
続されており、コイルアンテナ１２０は、異なる変圧比
を与える幾つかの２次巻線５１０のなかの任意の一つ
に、対応するＲＦスイッチ５２０を介して接続すること
ができる。各２次巻線は、リアクタを使用可能な特定の
プラズマプロセスに適した比を与える。次に実行するプ
ロセスの内容に応じて、ＲＦスイッチ５２０のなかの適
切な一つを閉じ、他のスイッチは開いたままにしてお
く。この他に、スイッチ５２０の組合せを閉じることに
より、２n通りの抵抗整合範囲の選択が可能になる。こ
こで、ｎは２次巻線および２次巻線用のスイッチの数で
ある。ＲＦスイッチ５２０の各々は、ＰＩＮダイオード
や、可飽和リアクトルや、機械式スイッチまたは継電器
とすることができる。但し、これらは、この技術分野で
周知の例を幾つか挙げたに過ぎない。
ボ制御 プラズマソース電力サーボ４３０によって行なわれるイ
ンピーダンス大きさ不整合の補償を促進するために、抵
抗の不整合を補償するのに適した変圧比を有するＲＦ変
圧器をソース信号発生器１４０とコイルアンテナ１２０
との間に直列に接続することができる。例えば、変圧比
は、特定のプラズマプロセスに対して同調回路網４００
およびプラズマ負荷コイルアンテナ１２０によって与え
られる負荷インピーダンスと発生器１４０との間の抵抗
不整合の予想される範囲の中央値に対応させることがで
きる。図５はこの概念を示している。図５では、ソース
信号発生器１４０が変圧器５０５の１次変圧器巻線に接
続されており、コイルアンテナ１２０は、異なる変圧比
を与える幾つかの２次巻線５１０のなかの任意の一つ
に、対応するＲＦスイッチ５２０を介して接続すること
ができる。各２次巻線は、リアクタを使用可能な特定の
プラズマプロセスに適した比を与える。次に実行するプ
ロセスの内容に応じて、ＲＦスイッチ５２０のなかの適
切な一つを閉じ、他のスイッチは開いたままにしてお
く。この他に、スイッチ５２０の組合せを閉じることに
より、２n通りの抵抗整合範囲の選択が可能になる。こ
こで、ｎは２次巻線および２次巻線用のスイッチの数で
ある。ＲＦスイッチ５２０の各々は、ＰＩＮダイオード
や、可飽和リアクトルや、機械式スイッチまたは継電器
とすることができる。但し、これらは、この技術分野で
周知の例を幾つか挙げたに過ぎない。
【００３８】種々の誘導性素子および容量性素子（例え
ば、コンデンサ４０４、４０６や、同調回路４４５の個
々の容量性および／または誘導性素子）は固定してもよ
いし、個別に切り換えたり可変にする（例えば電動式に
する）こともできる。これらの素子が可変であったとし
ても、これらの素子は所定のプロセスステップの持続時
間中に固定されたまま維持される特定の値に設定される
ので、これらの素子が与える同調は固定同調である。し
たがって、例えば、同調回路４４５は、与えられたプロ
セスステップに対しては固定同調回路である。一般に、
特定の周波数範囲内の様々な位置における近似または近
ＲＦ同調状態（またはインピーダンス整合）に対するそ
の周波数範囲内での近似共振のために、様々な誘導性素
子および容量性素子が選択される。この後、プラズマ負
荷状態が変化すると、周波数サーボループ（例えば４５
０）および大きさ（すなわち、電力、電圧または電流）
サーボループ（例えば４７０）が近ＲＦ同調状態を維持
する。同様に、プラズマ処理条件の特定の一組に対し、
プラズマ処理の全時間中、スイッチ５２０を最適な設定
にすることができ、システムは、この後、周波数サーボ
ループおよび大きさサーボループ（４５０および４７
０）によってプラズマ負荷状態の変化を補償する。
ば、コンデンサ４０４、４０６や、同調回路４４５の個
々の容量性および／または誘導性素子）は固定してもよ
いし、個別に切り換えたり可変にする（例えば電動式に
する）こともできる。これらの素子が可変であったとし
ても、これらの素子は所定のプロセスステップの持続時
間中に固定されたまま維持される特定の値に設定される
ので、これらの素子が与える同調は固定同調である。し
たがって、例えば、同調回路４４５は、与えられたプロ
セスステップに対しては固定同調回路である。一般に、
特定の周波数範囲内の様々な位置における近似または近
ＲＦ同調状態（またはインピーダンス整合）に対するそ
の周波数範囲内での近似共振のために、様々な誘導性素
子および容量性素子が選択される。この後、プラズマ負
荷状態が変化すると、周波数サーボループ（例えば４５
０）および大きさ（すなわち、電力、電圧または電流）
サーボループ（例えば４７０）が近ＲＦ同調状態を維持
する。同様に、プラズマ処理条件の特定の一組に対し、
プラズマ処理の全時間中、スイッチ５２０を最適な設定
にすることができ、システムは、この後、周波数サーボ
ループおよび大きさサーボループ（４５０および４７
０）によってプラズマ負荷状態の変化を補償する。
【００３９】図５は、複数のＲＦスイッチを有する同種
の多重比変圧器を同じ方式で使用して、バイアスＲＦ信
号発生器とウェーハペデスタルとの間に複数の選択可能
な変圧比を形成する方法を示している。
の多重比変圧器を同じ方式で使用して、バイアスＲＦ信
号発生器とウェーハペデスタルとの間に複数の選択可能
な変圧比を形成する方法を示している。
【００４０】図６は、この概念の好適な実施を示すもの
である。ここでは、同一のマルチファイラ伝送線路変圧
器（「バラン」）の異なる巻線によって異なる変圧比が
形成される。こうして、各変圧器５０５、５０５′は、
複数の巻線を有する従来のマルチファイラ伝送線路変圧
器６００、６００′に置き換えられる。オプションとし
て、図６に破線で示すように、直列コンデンサを追加す
ることもできる。図６は、マルチファイラ伝送線路変圧
器６００、６００′の従来の配置を概略的に示してい
る。これは、この技術分野で周知であるから、本明細書
でこれ以上説明する必要はない。
である。ここでは、同一のマルチファイラ伝送線路変圧
器（「バラン」）の異なる巻線によって異なる変圧比が
形成される。こうして、各変圧器５０５、５０５′は、
複数の巻線を有する従来のマルチファイラ伝送線路変圧
器６００、６００′に置き換えられる。オプションとし
て、図６に破線で示すように、直列コンデンサを追加す
ることもできる。図６は、マルチファイラ伝送線路変圧
器６００、６００′の従来の配置を概略的に示してい
る。これは、この技術分野で周知であるから、本明細書
でこれ以上説明する必要はない。
【００４１】図６はまた、複数のＲＦスイッチ５２０″
を備えた同一のマルチファイラ伝送線路変圧器６００′
を同様に使用して、バイアス信号発生器１６０とウェー
ハペデスタル１１０との間に選択可能な変圧比を形成す
る方法を示している。図６は、スイッチ５２０″および
変圧器６００″が固定同調回路４４５の出力側に接続さ
れる実施形態を示しているが、この代わりにスイッチ５
２０″および変圧器６００″を固定同調回路の入力側
（すなわち、固定同調回路４４５と発生器１６０との
間）に接続することもできる。さらにまた、スイッチ５
２０″および変圧器６００″は、固定同調回路４４５の
誘導性素子を構成していてもよい。
を備えた同一のマルチファイラ伝送線路変圧器６００′
を同様に使用して、バイアス信号発生器１６０とウェー
ハペデスタル１１０との間に選択可能な変圧比を形成す
る方法を示している。図６は、スイッチ５２０″および
変圧器６００″が固定同調回路４４５の出力側に接続さ
れる実施形態を示しているが、この代わりにスイッチ５
２０″および変圧器６００″を固定同調回路の入力側
（すなわち、固定同調回路４４５と発生器１６０との
間）に接続することもできる。さらにまた、スイッチ５
２０″および変圧器６００″は、固定同調回路４４５の
誘導性素子を構成していてもよい。
【００４２】同調コンデンサ４０４は、スイッチ５２０
のスイッチングにより共振点が移動しないように、変圧
器６００の出力側に配置されていることが望ましい。
のスイッチングにより共振点が移動しないように、変圧
器６００の出力側に配置されていることが望ましい。
【００４３】図５に示されるように、コイルアンテナ１
２０によって同軸的に取り囲まれた第２のコイルアンテ
ナ１２０′を設け、自身の整合回路／変圧器５００′、
５０５′、５１０′、４０４′、４０６′、４１０′、
４２０′、４３０′、４４０′を介して自身の独立ソー
ス電源１４０′に接続することができる。ソース信号発
生器１４０、１４０′の周波数Ｆ１、Ｆ２の範囲は相互
に排他的であることが好ましく、かつバイアス信号発生
器１６０の周波数範囲とも排他的であることが好まし
い。したがって、好適な実施形態では、本発明は、信号
発生器１４０、１４０′および１６０の各々に一つずつ
の、３つの相互に排他的な周波数範囲を使用する。ある
実施形態では、バイアス信号発生器１６０の範囲は１．
５〜１．９ＭＨｚであり、ソース信号発生器１４０の範
囲は１．９〜２．１ＭＨｚであり、ソース信号発生器１
４０′の範囲は２．２〜２．４ＭＨｚである。
２０によって同軸的に取り囲まれた第２のコイルアンテ
ナ１２０′を設け、自身の整合回路／変圧器５００′、
５０５′、５１０′、４０４′、４０６′、４１０′、
４２０′、４３０′、４４０′を介して自身の独立ソー
ス電源１４０′に接続することができる。ソース信号発
生器１４０、１４０′の周波数Ｆ１、Ｆ２の範囲は相互
に排他的であることが好ましく、かつバイアス信号発生
器１６０の周波数範囲とも排他的であることが好まし
い。したがって、好適な実施形態では、本発明は、信号
発生器１４０、１４０′および１６０の各々に一つずつ
の、３つの相互に排他的な周波数範囲を使用する。ある
実施形態では、バイアス信号発生器１６０の範囲は１．
５〜１．９ＭＨｚであり、ソース信号発生器１４０の範
囲は１．９〜２．１ＭＨｚであり、ソース信号発生器１
４０′の範囲は２．２〜２．４ＭＨｚである。
【００４４】周波数サーボ制御アルゴリズム 図７は、本発明の動作の基本概念を示す流れ図である。
この動作の第１ステップ（図７のブロック６５０）で
は、ＲＦ発生器出力を初期電力レベルおよび周波数に設
定する。次のステップ（ブロック６６０）では、選択さ
れたパラメタの大きさをサンプリングする。上述の通
り、このパラメタは、発生器の出力で測定されたもの、
例えば、反射電力、供給電力、反射電圧もしくは順電圧
もしくはこれらの間の位相角、反射電流、順電流もしく
はこれらの間の位相角、または電圧および電流ならびに
これらの間の位相角もしくは電圧もしくは電流のフーリ
エ成分、とすることができる。あるいはこのパラメタ
は、他の箇所で測定されたもの、例えば、誘導コイルア
ンテナを流れる電流もしくはその時間変化率もしくはＲ
Ｆ周波数との積、またはウェーハペデスタルの電圧もし
くはペデスタル電圧のフーリエ成分、とすることもでき
る。次のステップ（ブロック６７０）では、これらのパ
ラメタの一つが最適化されるように周波数を調整する。
例えばごく一部の例を挙げると、２つの関連パラメタ
（例えば電流と電圧）間の位相差を最小にしたり、反射
電力を最小にしたり、供給電力または電圧を最大にする
ことなどが可能である。第２ステップの所望の目標が少
なくともほぼ達成されると、最終ステップ（ブロック６
８０）として、発生器の信号出力レベルを調整し、同じ
パラメタまたは上記で列挙したパラメタのなかの別のパ
ラメタの大きさを所望の設定値に維持する。この後、イ
ンピーダンス（例えば位相）の不整合が存在する場合
（ブロック６８５）には、ブロック６７０のステップが
繰り返され、また選択されたパラメタの大きさが所望の
設定値からずれている場合（ブロック６９０）には、ブ
ロック６８０のステップが繰り返される。
この動作の第１ステップ（図７のブロック６５０）で
は、ＲＦ発生器出力を初期電力レベルおよび周波数に設
定する。次のステップ（ブロック６６０）では、選択さ
れたパラメタの大きさをサンプリングする。上述の通
り、このパラメタは、発生器の出力で測定されたもの、
例えば、反射電力、供給電力、反射電圧もしくは順電圧
もしくはこれらの間の位相角、反射電流、順電流もしく
はこれらの間の位相角、または電圧および電流ならびに
これらの間の位相角もしくは電圧もしくは電流のフーリ
エ成分、とすることができる。あるいはこのパラメタ
は、他の箇所で測定されたもの、例えば、誘導コイルア
ンテナを流れる電流もしくはその時間変化率もしくはＲ
Ｆ周波数との積、またはウェーハペデスタルの電圧もし
くはペデスタル電圧のフーリエ成分、とすることもでき
る。次のステップ（ブロック６７０）では、これらのパ
ラメタの一つが最適化されるように周波数を調整する。
例えばごく一部の例を挙げると、２つの関連パラメタ
（例えば電流と電圧）間の位相差を最小にしたり、反射
電力を最小にしたり、供給電力または電圧を最大にする
ことなどが可能である。第２ステップの所望の目標が少
なくともほぼ達成されると、最終ステップ（ブロック６
８０）として、発生器の信号出力レベルを調整し、同じ
パラメタまたは上記で列挙したパラメタのなかの別のパ
ラメタの大きさを所望の設定値に維持する。この後、イ
ンピーダンス（例えば位相）の不整合が存在する場合
（ブロック６８５）には、ブロック６７０のステップが
繰り返され、また選択されたパラメタの大きさが所望の
設定値からずれている場合（ブロック６９０）には、ブ
ロック６８０のステップが繰り返される。
【００４５】図８および図９は、ソース電力周波数サー
ボ４２０およびバイアス電力周波数サーボ４５０によっ
て実行されるプロセスをそれぞれ示す流れ図である。図
８を参照すると、ソース電力周波数サーボは、定期的に
特定のパラメタをサンプリングして記憶する（ブロック
７００）。このパラメタは、以下の例では、電流センサ
によって検知されるＲＦ電流のピーク値である。（選択
パラメタは、本明細書中で先に列記したパラメタの中の
どれでもよい。）ソース電力周波数サーボは、同時に発
生器のＲＦ周波数の対応する（現在の）値を記憶し、電
流−周波数積を計算して記憶する（ブロック７０５）。
この後、サーボは、ｎ回のサンプリング時にわたって所
定の差分のしきい値を超える増加または減少の傾向が電
流−周波数積に存在するか否かを最後のｎ個の電流−周
波数積から判定する（ブロック７１０）。このような傾
向が検出されると（ブロック７１０のＹＥＳ分枝）、サ
ーボはその傾向の方向（時間と共に積が増加するか、そ
れとも減少するか）に注意し、均一の刻みでＲＦ周波数
を増分し始める（ブロック７２０）。次にサーボは、所
定の回数ｍ回のサンプリングの後、周波数積が増加また
は減少する傾向が緩和（または逆転）したか否かを判定
する（ブロック７３０）。そうであれば（ブロック７３
０のＹＥＳ分枝）、サーボは、周波数−電流積が所望の
値の所定の許容範囲内に戻るまでＲＦ周波数を増分し続
ける（ブロック７４０）。ブロック７３０に戻って、検
出された傾向がＲＦ周波数の増分によって緩和されない
場合（ブロック７３０のＮＯ分枝）、サーボは、周波数
−電流積が所望の値の所定の許容範囲内に戻るまで、Ｒ
Ｆ周波数を減分し始める（ブロック７５０）。
ボ４２０およびバイアス電力周波数サーボ４５０によっ
て実行されるプロセスをそれぞれ示す流れ図である。図
８を参照すると、ソース電力周波数サーボは、定期的に
特定のパラメタをサンプリングして記憶する（ブロック
７００）。このパラメタは、以下の例では、電流センサ
によって検知されるＲＦ電流のピーク値である。（選択
パラメタは、本明細書中で先に列記したパラメタの中の
どれでもよい。）ソース電力周波数サーボは、同時に発
生器のＲＦ周波数の対応する（現在の）値を記憶し、電
流−周波数積を計算して記憶する（ブロック７０５）。
この後、サーボは、ｎ回のサンプリング時にわたって所
定の差分のしきい値を超える増加または減少の傾向が電
流−周波数積に存在するか否かを最後のｎ個の電流−周
波数積から判定する（ブロック７１０）。このような傾
向が検出されると（ブロック７１０のＹＥＳ分枝）、サ
ーボはその傾向の方向（時間と共に積が増加するか、そ
れとも減少するか）に注意し、均一の刻みでＲＦ周波数
を増分し始める（ブロック７２０）。次にサーボは、所
定の回数ｍ回のサンプリングの後、周波数積が増加また
は減少する傾向が緩和（または逆転）したか否かを判定
する（ブロック７３０）。そうであれば（ブロック７３
０のＹＥＳ分枝）、サーボは、周波数−電流積が所望の
値の所定の許容範囲内に戻るまでＲＦ周波数を増分し続
ける（ブロック７４０）。ブロック７３０に戻って、検
出された傾向がＲＦ周波数の増分によって緩和されない
場合（ブロック７３０のＮＯ分枝）、サーボは、周波数
−電流積が所望の値の所定の許容範囲内に戻るまで、Ｒ
Ｆ周波数を減分し始める（ブロック７５０）。
【００４６】図９を参照すると、バイアス電力周波数サ
ーボは、定期的に特定のパラメタをサンプリングし、記
憶する（ブロック８００）。このパラメタは、以下の例
では、電圧センサによって検知されるウェーハ電圧の大
きさである。この後、バイアス電力周波数サーボは、そ
の制御の基礎を関連パラメタにおく。この関連パラメタ
は、以下の例では、選択されたウェーハ電圧のフーリエ
成分である。（図８の例と同様に、図９の選択パラメタ
は、本明細書で先に列記したパラメタのなかの任意のも
のとすることができ、制御は、そのパラメタ自体に基づ
いて、あるいはそのパラメタの選択された関数、例えば
フーリエ成分、に基づいて実行することができる。）周
波数サーボは、同時に、バイアス発生器のＲＦ周波数の
対応する（現在の）値を検知し、記憶する（ブロック８
０５）。次に、サーボは、現在のサンプリング時に、以
前に記憶されたｋ個のサンプルに基づいてウェーハ電圧
のフーリエ成分を導出する（ブロック８０８）。この
後、サーボは、ｎ回のサンプリング時にわたって所定の
差分のしきい値を超える増加または減少の傾向がフーリ
エ成分に存在するか否かを最後のｎ回のサンプリング時
のフーリエ成分から判定する（ブロック８１０）。この
ような傾向が検出されると（ブロック８１０のＹＥＳ分
枝）、サーボは、その傾向の方向（時間と共にフーリエ
成分のサンプルが増加するか、それとも減少するか）に
注意し、均一の刻みでＲＦ周波数を増分し始める（ブロ
ック８２０）。次に、サーボは、所定の回数ｍ回のサン
プリングの後、サンプルの増加または減少の傾向が緩和
（または逆転）したか否かを判定する（ブロック８３
０）。そうであれば（ブロック８３０のＹＥＳ分枝）、
サーボは、フーリエ成分が所望の値の所定の許容範囲内
に戻るまでＲＦ周波数を増分し続ける（ブロック８４
０）。ブロック８３０に戻って、検出された傾向がＲＦ
周波数の増分によって緩和されない場合（ブロック８３
０のＮＯ分枝）、サーボは、フーリエ成分が所望の値の
所定の許容範囲内に戻るまでＲＦ周波数を減分し始める
（ブロック８５０）。
ーボは、定期的に特定のパラメタをサンプリングし、記
憶する（ブロック８００）。このパラメタは、以下の例
では、電圧センサによって検知されるウェーハ電圧の大
きさである。この後、バイアス電力周波数サーボは、そ
の制御の基礎を関連パラメタにおく。この関連パラメタ
は、以下の例では、選択されたウェーハ電圧のフーリエ
成分である。（図８の例と同様に、図９の選択パラメタ
は、本明細書で先に列記したパラメタのなかの任意のも
のとすることができ、制御は、そのパラメタ自体に基づ
いて、あるいはそのパラメタの選択された関数、例えば
フーリエ成分、に基づいて実行することができる。）周
波数サーボは、同時に、バイアス発生器のＲＦ周波数の
対応する（現在の）値を検知し、記憶する（ブロック８
０５）。次に、サーボは、現在のサンプリング時に、以
前に記憶されたｋ個のサンプルに基づいてウェーハ電圧
のフーリエ成分を導出する（ブロック８０８）。この
後、サーボは、ｎ回のサンプリング時にわたって所定の
差分のしきい値を超える増加または減少の傾向がフーリ
エ成分に存在するか否かを最後のｎ回のサンプリング時
のフーリエ成分から判定する（ブロック８１０）。この
ような傾向が検出されると（ブロック８１０のＹＥＳ分
枝）、サーボは、その傾向の方向（時間と共にフーリエ
成分のサンプルが増加するか、それとも減少するか）に
注意し、均一の刻みでＲＦ周波数を増分し始める（ブロ
ック８２０）。次に、サーボは、所定の回数ｍ回のサン
プリングの後、サンプルの増加または減少の傾向が緩和
（または逆転）したか否かを判定する（ブロック８３
０）。そうであれば（ブロック８３０のＹＥＳ分枝）、
サーボは、フーリエ成分が所望の値の所定の許容範囲内
に戻るまでＲＦ周波数を増分し続ける（ブロック８４
０）。ブロック８３０に戻って、検出された傾向がＲＦ
周波数の増分によって緩和されない場合（ブロック８３
０のＮＯ分枝）、サーボは、フーリエ成分が所望の値の
所定の許容範囲内に戻るまでＲＦ周波数を減分し始める
（ブロック８５０）。
【００４７】図８および図９の方法またはアルゴリズム
は、パラメタの連続するサンプル間の大きさの変化の極
性を用いて周波数の変化の必要な方向を推定するが、適
用例によっては、この代わりに、位相角の符号、例えば
発生器出力での電圧と電流との間の位相角の符号から、
周波数の必要な変化の方向を推定することもできる。
は、パラメタの連続するサンプル間の大きさの変化の極
性を用いて周波数の変化の必要な方向を推定するが、適
用例によっては、この代わりに、位相角の符号、例えば
発生器出力での電圧と電流との間の位相角の符号から、
周波数の必要な変化の方向を推定することもできる。
【００４８】同調回路４００中のリアクタンスや変圧器
６００の比などの固定要素の値は、実行されるプロセス
の典型的な動作条件で理想的な整合が達成されるように
選択することが望ましい。通常、例えばコイルアンテナ
のプラズマ負荷インピーダンスは、与えられたプロセス
に対して十分に予測可能なので、インピーダンス整合が
ほぼ達成されるように固定値を選択することは容易であ
る。ウェーハペデスタル上のバイアスＲＦ電力を使用し
てプラズマを点火し、弱い容量結合プラズマを生成する
ことが望ましい。プラズマの点火後、コイルアンテナに
ソース電力が印加され、これにより、プラズマイオン密
度は、アンテナでのプラズマ負荷インピーダンスが整合
回路の設計に考慮された正常な動作条件に近づき始める
レベルまで増加する。正常なプラズマイオン密度に達す
ると、プラズマ負荷アンテナインピーダンスと固定成分
の整合条件との差は比較的小さくなり、周波数サーボの
動作によって容易に補償される。
６００の比などの固定要素の値は、実行されるプロセス
の典型的な動作条件で理想的な整合が達成されるように
選択することが望ましい。通常、例えばコイルアンテナ
のプラズマ負荷インピーダンスは、与えられたプロセス
に対して十分に予測可能なので、インピーダンス整合が
ほぼ達成されるように固定値を選択することは容易であ
る。ウェーハペデスタル上のバイアスＲＦ電力を使用し
てプラズマを点火し、弱い容量結合プラズマを生成する
ことが望ましい。プラズマの点火後、コイルアンテナに
ソース電力が印加され、これにより、プラズマイオン密
度は、アンテナでのプラズマ負荷インピーダンスが整合
回路の設計に考慮された正常な動作条件に近づき始める
レベルまで増加する。正常なプラズマイオン密度に達す
ると、プラズマ負荷アンテナインピーダンスと固定成分
の整合条件との差は比較的小さくなり、周波数サーボの
動作によって容易に補償される。
【００４９】図１０に示されるように、市販されている
タイプの単一のＲＦ発生システム１０００内には、外側
および内側ソレノイドならびにウェーハペデスタルにそ
れぞれ接続された対応する出力周波数Ｆ１、Ｆ２及びＦ
３のＲＦ信号発生器１４０、１４０′及び１６０を設け
ることができる。プラズマソース電力周波数サーボ４２
０、４２０′、バイアス電力周波数サーボ４５０、プラ
ズマソース電力サーボ４３０、４３０′、およびバイア
ス電力サーボ４７０は、ＲＦ発生システム１０００内の
ソフトウェアモジュールとしてプログラムされている。
内側および外側コイル１２０′、１２０は、コンデンサ
対４０４ａ、４０４ｂ及び４０４ａ′、４０４ｂ′によ
ってそれぞれ形成される容量性パイ形回路網を介して発
生器出力に接続されている。ウェーハペデスタル電圧セ
ンサ４６０からの電圧センサ出力は高速フーリエ変換回
路１０１０で処理され、上述の通り、ペデスタル電圧の
選択フーリエ成分が得られる。図１０の形態で本発明を
実行するにあたっては、多くの異なるパラメタを選択す
ることができる。これは、この市販の発生システムが、
各ＲＦ出力に対して、発生器の出力で測定される以下の
複数のパラメタセット、すなわち順電力および逆電力、
負荷電圧、負荷電流およびこれらの間の位相角、ならび
に順電圧、逆電圧およびこれらの間の位相角、のうちの
少なくとも一つを測定できる方向性結合器またはセンサ
を有しているからである。
タイプの単一のＲＦ発生システム１０００内には、外側
および内側ソレノイドならびにウェーハペデスタルにそ
れぞれ接続された対応する出力周波数Ｆ１、Ｆ２及びＦ
３のＲＦ信号発生器１４０、１４０′及び１６０を設け
ることができる。プラズマソース電力周波数サーボ４２
０、４２０′、バイアス電力周波数サーボ４５０、プラ
ズマソース電力サーボ４３０、４３０′、およびバイア
ス電力サーボ４７０は、ＲＦ発生システム１０００内の
ソフトウェアモジュールとしてプログラムされている。
内側および外側コイル１２０′、１２０は、コンデンサ
対４０４ａ、４０４ｂ及び４０４ａ′、４０４ｂ′によ
ってそれぞれ形成される容量性パイ形回路網を介して発
生器出力に接続されている。ウェーハペデスタル電圧セ
ンサ４６０からの電圧センサ出力は高速フーリエ変換回
路１０１０で処理され、上述の通り、ペデスタル電圧の
選択フーリエ成分が得られる。図１０の形態で本発明を
実行するにあたっては、多くの異なるパラメタを選択す
ることができる。これは、この市販の発生システムが、
各ＲＦ出力に対して、発生器の出力で測定される以下の
複数のパラメタセット、すなわち順電力および逆電力、
負荷電圧、負荷電流およびこれらの間の位相角、ならび
に順電圧、逆電圧およびこれらの間の位相角、のうちの
少なくとも一つを測定できる方向性結合器またはセンサ
を有しているからである。
【００５０】本発明は、ソースまたはバイアスＲＦ信号
発生器周波数を調整して、発生器出力またはＲＦ電力ア
プリケータにおいて測定される選択ＲＦ発生器パラメタ
を最適化する。本発明はまた、周波数以外のＲＦ発生器
パラメタ（これは選択ＲＦ発生器パラメタであってもよ
いし、別のＲＦ発生器パラメタであってもよい）を調整
して、同じ又は別のＲＦ発生器パラメタを最適化する。
「ＲＦ発生器パラメタ」という用語には、ＲＦ信号発生
器出力またはＲＦ信号アプリケータ（コイルアンテナ、
ウェーハペデスタル、または電極）、あるいはこれらの
間の伝送線路に沿った任意の位置で測定することができ
る供給電圧、供給電流、供給電力、反射電力、電流の時
間変化率、電流と周波数の積、電圧または電流のフーリ
エ成分、電圧と電流の間の位相角、または他の任意の２
つのパラメタ間の位相角が含まれる。これを全て、二つ
以上の信号アプリケータ、例えばバイアスＲＦ信号アプ
リケータ（例えばウェーハペデスタル）やソースＲＦ信
号アプリケータ（例えばコイルアンテナ）で同時に行な
うことができる。
発生器周波数を調整して、発生器出力またはＲＦ電力ア
プリケータにおいて測定される選択ＲＦ発生器パラメタ
を最適化する。本発明はまた、周波数以外のＲＦ発生器
パラメタ（これは選択ＲＦ発生器パラメタであってもよ
いし、別のＲＦ発生器パラメタであってもよい）を調整
して、同じ又は別のＲＦ発生器パラメタを最適化する。
「ＲＦ発生器パラメタ」という用語には、ＲＦ信号発生
器出力またはＲＦ信号アプリケータ（コイルアンテナ、
ウェーハペデスタル、または電極）、あるいはこれらの
間の伝送線路に沿った任意の位置で測定することができ
る供給電圧、供給電流、供給電力、反射電力、電流の時
間変化率、電流と周波数の積、電圧または電流のフーリ
エ成分、電圧と電流の間の位相角、または他の任意の２
つのパラメタ間の位相角が含まれる。これを全て、二つ
以上の信号アプリケータ、例えばバイアスＲＦ信号アプ
リケータ（例えばウェーハペデスタル）やソースＲＦ信
号アプリケータ（例えばコイルアンテナ）で同時に行な
うことができる。
【００５１】場合によっては、周波数サーボを除去する
か、あるいはその役割を少なくとも軽減することができ
る。例えば、必要なプラズマ処理条件の予想される範囲
にわたって信号アプリケータのプラズマ負荷インピーダ
ンスがほとんど変化しない場合には、周波数サーボルー
プが動作する周波数範囲を狭めることができる。実際、
固定同調回路と信号アプリケータの組合せが共振または
近共振からはずれないようにプラズマ処理条件がほとん
ど変化しなければ、周波数範囲を零まで減少することが
できる。このために、当業者は、プラズマ負荷信号アプ
リケータとの組合せにおいて選択周波数を中心とする比
較的広い共振帯域を有する固定同調回路を選択すること
ができる。本明細書で先に述べた通り、固定同調回路
は、集中誘導性および／または容量性素子（回路または
離散素子として）、または分散誘導性および／または容
量性素子（伝送線路として）のいずれかから構成するこ
とができる。固定同調回路の誘導性値および／または容
量性値は、固定同調回路とプラズマ負荷信号アプリケー
タの組合せが選択されたＲＦ周波数で共振状態または近
共振状態で動作するように選択される。周波数サーボを
除去できる理想的な例では、この共振または近共振がプ
ラズマ処理条件の全範囲にわたって得られる。動作が十
分に共振に近いかどうかは、（ａ）関心のある電力レベ
ルで信号発生器のＶＳＷＲ制限を超えるかどうか、
（ｂ）信号アプリケータの電圧または電流の制限を超え
るかどうか、など多数の条件に照らして評価することが
できる。後者の条件は、導体間のアーク放電やプラズマ
との容量結合による過剰スパッタリング損傷の原因にな
る高電圧が信号アプリケータに誘導されることに起因し
て生じる場合がある。また、後者の条件は、Ｉ2Ｒ損失
の原因になる高電流が信号アプリケータに誘導されるこ
とに起因して生じることもある。
か、あるいはその役割を少なくとも軽減することができ
る。例えば、必要なプラズマ処理条件の予想される範囲
にわたって信号アプリケータのプラズマ負荷インピーダ
ンスがほとんど変化しない場合には、周波数サーボルー
プが動作する周波数範囲を狭めることができる。実際、
固定同調回路と信号アプリケータの組合せが共振または
近共振からはずれないようにプラズマ処理条件がほとん
ど変化しなければ、周波数範囲を零まで減少することが
できる。このために、当業者は、プラズマ負荷信号アプ
リケータとの組合せにおいて選択周波数を中心とする比
較的広い共振帯域を有する固定同調回路を選択すること
ができる。本明細書で先に述べた通り、固定同調回路
は、集中誘導性および／または容量性素子（回路または
離散素子として）、または分散誘導性および／または容
量性素子（伝送線路として）のいずれかから構成するこ
とができる。固定同調回路の誘導性値および／または容
量性値は、固定同調回路とプラズマ負荷信号アプリケー
タの組合せが選択されたＲＦ周波数で共振状態または近
共振状態で動作するように選択される。周波数サーボを
除去できる理想的な例では、この共振または近共振がプ
ラズマ処理条件の全範囲にわたって得られる。動作が十
分に共振に近いかどうかは、（ａ）関心のある電力レベ
ルで信号発生器のＶＳＷＲ制限を超えるかどうか、
（ｂ）信号アプリケータの電圧または電流の制限を超え
るかどうか、など多数の条件に照らして評価することが
できる。後者の条件は、導体間のアーク放電やプラズマ
との容量結合による過剰スパッタリング損傷の原因にな
る高電圧が信号アプリケータに誘導されることに起因し
て生じる場合がある。また、後者の条件は、Ｉ2Ｒ損失
の原因になる高電流が信号アプリケータに誘導されるこ
とに起因して生じることもある。
【００５２】以上、好適な実施形態を特に参照しながら
本発明を詳しく説明したが、本発明の真の趣旨と範囲か
ら逸脱することなく変更例や変形例を作成することが可
能である。
本発明を詳しく説明したが、本発明の真の趣旨と範囲か
ら逸脱することなく変更例や変形例を作成することが可
能である。
【図１Ａ】先行技術のＲＦインピーダンス整合箱を含ん
だプラズマリアクタの概略図である。
だプラズマリアクタの概略図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＲＦインピーダンス整合箱の可飽和
リアクトルの磁気ヒステリシス損を示す図であり、横軸
は印加磁界Ｈを、縦軸は誘導磁界Ｂを表している。
リアクトルの磁気ヒステリシス損を示す図であり、横軸
は印加磁界Ｈを、縦軸は誘導磁界Ｂを表している。
【図１Ｃ】ＲＦインピーダンス整合回路のインピーダン
スの複素平面を示す図であり、横軸はインピーダンスの
実部、縦軸は虚部を表わしている。
スの複素平面を示す図であり、横軸はインピーダンスの
実部、縦軸は虚部を表わしている。
【図２Ａ】本発明の同調プロセスを実行可能な本発明の
第１の実施形態を示す図である。
第１の実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】選択された測定可能パラメタ（供給電力な
ど）の大きさ対ＲＦ発生器周波数のグラフである。
ど）の大きさ対ＲＦ発生器周波数のグラフである。
【図２Ｃ】リアクタのコイルアンテナおよび集中同調素
子によって形成される共振回路を示す図である。
子によって形成される共振回路を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ａのリアクタ内のウェーハペデスタルを
駆動する様々な同調回路を示す第１の図である。
駆動する様々な同調回路を示す第１の図である。
【図２Ｅ】図２Ａのリアクタ内のウェーハペデスタルを
駆動する様々な同調回路を示す第２の図である。
駆動する様々な同調回路を示す第２の図である。
【図２Ｆ】図２Ａのリアクタ内のウェーハペデスタルを
駆動する様々な同調回路を示す第３の図である。
駆動する様々な同調回路を示す第３の図である。
【図３】プラズマイオンエネルギの分布を示すグラフで
あり、横軸はイオンエネルギを、縦軸はイオン固体数を
表している。
あり、横軸はイオンエネルギを、縦軸はイオン固体数を
表している。
【図４】図２Ａのリアクタ内のウェーハ電圧の波形を示
すグラフである。
すグラフである。
【図５】多切換え巻線を備えた変圧器を使用する本発明
の第２の実施形態を示す図である。
の第２の実施形態を示す図である。
【図６】多切換え出力を備えたマルチファイラ変圧器を
使用する本発明の第３の実施形態を示す図である。
使用する本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の基本モードの動作概念を示すブロック
流れ図である。
流れ図である。
【図８】ソース信号周波数サーボによって実行されるプ
ロセスの一形態を示すブロック流れ図である。
ロセスの一形態を示すブロック流れ図である。
【図９】バイアス信号によって実行されるプロセスの一
形態を示すブロック流れ図である。
形態を示すブロック流れ図である。
【図１０】本発明の好適な実施形態の概略図である。
１１０…ウェーハペデスタル、１４０…ＲＦ信号発生
器、１５０…ＲＦインピーダンス整合箱、１６０…ＲＦ
バイアス信号発生器、１８０及び１８５…可変コンデン
サ、２００…インピーダンス整合制御器、４２０…周波
数サーボ、４３０…電力サーボ、４４５…パイ形回路
網、４５０…バイアス電力周波数サーボ。
器、１５０…ＲＦインピーダンス整合箱、１６０…ＲＦ
バイアス信号発生器、１８０及び１８５…可変コンデン
サ、２００…インピーダンス整合制御器、４２０…周波
数サーボ、４３０…電力サーボ、４４５…パイ形回路
網、４５０…バイアス電力周波数サーボ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレイグ ロデリック アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， パインヴュー ドライヴ 776 (72)発明者 ダグラス ブクバーガー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， トレーシー， ジャーニー ストリート 421 (72)発明者 ジヨン トロー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ナイツヘイヴン ウエイ 162 (72)発明者 ヴィクター シェル アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ミルピタス， ベイヴュー パーク ドラ イヴ 505
Claims (88)
- 【請求項１】 プロセスガス入口を有するリアクタチャ
ンバと、被処理体支持具と、前記チャンバの内部の一定
部分に面するＲＦ信号アプリケータと、制御可能なＲＦ
周波数および前記ＲＦ信号アプリケータの入力に結合さ
れたＲＦ信号出力を有するＲＦ信号発生器と、を備える
ＲＦプラズマリアクタ中で、 （ａ）前記発生器の出力と（ｂ）前記信号アプリケータ
との間、又はどちらかの付近で、前記リアクタ内のプラ
ズマイオン密度を制御するパラメタを測定するステップ
と、 前記パラメタが特定の周波数範囲内で最大値または最小
値のいずれか一方に少なくともほぼ最適化されるよう
に、前記周波数範囲内で前記ＲＦ信号発生器の前記周波
数を調整するステップと、を備える同調方法。 - 【請求項２】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号アプ
リケータとの間に同調回路を設けるステップを更に備え
る請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記パラメタは、前記ＲＦ信号アプリケ
ータへのＲＦ電流の大きさのフーリエ成分を含んでい
る、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記フーリエ成分は、（ａ）第１高調
波、（ｂ）第２高調波、の一方を含んでいる、請求項３
記載の方法。 - 【請求項５】 前記パラメタは、前記ＲＦ信号アプリケ
ータ中のＲＦ電流の時間変化率の大きさを含んでいる、
請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記パラメタは、前記ＲＦ周波数に前記
ＲＦ電流を掛けた積を含んでいる、請求項５記載の方
法。 - 【請求項７】 前記ＲＦ信号アプリケータは、前記リア
クタチャンバに隣接する誘導コイルアンテナを含んでお
り、前記ＲＦ信号発生器がＲＦプラズマソース信号を供
給する、請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記ＲＦ信号アプリケータは、前記リア
クタチャンバに隣接する容量性電極を含んでおり、前記
ＲＦ信号発生器がＲＦプラズマソース信号を供給する、
請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記ＲＦ信号発生器は、調整可能なＲＦ
信号出力レベルを有しており、 前記パラメタが少なくとも所望の設定値付近に設定され
維持されるように前記ＲＦ信号出力レベルを変化させる
ステップを更に備える請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 前記リアクタは、制御可能なＲＦバイ
アス周波数と前記被処理体支持具に結合されたバイアス
信号出力とを有するバイアスＲＦ信号発生器を更に備え
ており、 前記被処理体支持具の付近で、前記被処理体の電圧に関
連するバイアス信号パラメタを測定するステップと、 前記バイアス信号パラメタが最大値または最小値のいず
れか一方に少なくともほぼ最適化されるように、第２の
周波数範囲内で前記バイアスＲＦ信号発生器の前記周波
数を調整するステップと、を更に備える請求項１記載の
方法。 - 【請求項１１】 前記バイアスＲＦ信号発生器と前記ウ
ェーハ支持具との間に固定同調回路を設けるステップを
更に備える請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記バイアス信号パラメタは、前記被
処理体の電圧のフーリエ成分を含んでいる、請求項１０
記載の方法。 - 【請求項１３】 前記フーリエ成分は、（ａ）第１高調
波、（ｂ）第２高調波、（ｃ）ＤＣ成分、のうちの一つ
を含んでいる、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記バイアスＲＦ信号発生器は、調整
可能なバイアスＲＦ信号出力レベルを有しており、 前記バイアス信号パラメタが少なくとも所望の設定値付
近に設定され維持されるように前記バイアスＲＦ信号出
力レベルを変化させるステップを更に備える請求項１０
記載の方法。 - 【請求項１５】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に変圧器を設けるステップを更に備え
る請求項１記載の方法。 - 【請求項１６】 前記変圧器は、前記ＲＦ信号アプリケ
ータの前記入力における前記負荷インピーダンスの大き
さと前記ＲＦ信号発生器の前記出力インピーダンスの大
きさとの間の予想比に対応する変圧比を有している、請
求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に複数の選択可能な変圧比を有する変
圧装置を設けるステップと、 前記ＲＦ信号アプリケータの前記入力における前記負荷
インピーダンスの大きさと前記ＲＦ信号発生器の前記出
力インピーダンスの大きさとの間の予想比に最もよく対
応する前記比のなかから一つを選択するステップと、を
更に備える請求項１記載の方法。 - 【請求項１８】 前記バイアスＲＦ信号発生器と前記ウ
ェーハ支持具との間にバイアス変圧器を設けるステップ
を更に備える請求項１０記載の方法。 - 【請求項１９】 前記バイアス変圧器は、前記ウェーハ
支持具における前記バイアス負荷インピーダンスの大き
さと前記バイアスＲＦ信号発生器の前記出力インピーダ
ンスの大きさとの間の予想比に対応するバイアス変圧比
を有している、請求項１８記載の方法。 - 【請求項２０】 前記バイアスＲＦ信号発生器と前記ウ
ェーハ支持具との間に複数の選択可能なバイアス変圧比
を有するバイアス変圧装置を設けるステップと、 前記ウェーハ支持具における前記バイアス負荷インピー
ダンスの大きさと前記バイアスＲＦ信号発生器の前記出
力インピーダンスの大きさとの間の予想比に最もよく対
応する前記バイアス比のなかから一つを選択するステッ
プと、を更に備える請求項１０記載の方法。 - 【請求項２１】 プロセスガス入口を有し、処理すべき
被処理体を収容するリアクタチャンバと、前記チャンバ
の内部の一定部分に面するＲＦ信号アプリケータと、制
御可能なＲＦ周波数および前記ＲＦ信号アプリケータの
入力に結合されたＲＦ信号出力を有するＲＦ信号発生器
と、を備えるＲＦプラズマリアクタ中で、 前記被処理体のＲＦ電圧に関連するパラメタを検知する
ステップと、 前記パラメタが一定の周波数範囲内で最大値または最小
値のいずれか一方に最適化されるように、前記周波数範
囲内で前記ＲＦ信号発生器の前記周波数を調整するステ
ップと、を備える同調方法。 - 【請求項２２】 前記ＲＦ信号アプリケータは、容量性
電極である、請求項２１記載の方法。 - 【請求項２３】 前記リアクタは、前記チャンバの内側
に被処理体支持具を更に備えており、前記ＲＦ信号発生
器は、前記被処理体支持具に結合されており、これによ
り、前記ＲＦ信号アプリケータは、前記被処理体支持具
を含んでいる、請求項２１記載の方法。 - 【請求項２４】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に固定同調回路を設けるステップを更
に備える請求項２１記載の方法。 - 【請求項２５】 前記パラメタは、前記ＲＦ信号アプリ
ケータのＲＦ電圧のフーリエ成分を含んでいる、請求項
２１記載の方法。 - 【請求項２６】 前記フーリエ成分は、（ａ）第１高調
波、（ｂ）第２高調波、（ｃ）ＤＣ成分、のうちの一つ
を含んでいる、請求項２５記載の方法。 - 【請求項２７】 前記バイアスＲＦ信号発生器は、調整
可能なバイアスＲＦ信号出力レベルを有しており、 前記パラメタの大きさが少なくとも所望の設定値付近に
設定され維持されるように前記ＲＦ信号出力レベルを変
化させるステップを更に備える請求項２１記載の方法。 - 【請求項２８】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に変圧器を設けるステップを更に備え
る請求項２１記載の方法。 - 【請求項２９】 前記変圧器は、前記ＲＦ信号アプリケ
ータの前記入力における前記負荷インピーダンスの大き
さと前記ＲＦ信号発生器の前記出力インピーダンスの大
きさとの間の予想比に対応する変圧比を有している、請
求項２８記載の方法。 - 【請求項３０】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に複数の選択可能な変圧比を有する変
圧装置を設けるステップと、 前記ＲＦ信号アプリケータの前記入力における前記負荷
インピーダンスの大きさと前記ＲＦ信号発生器の前記出
力インピーダンスの大きさとの間の予想比に最もよく対
応する前記比のなかから一つを選択するステップと、を
更に備える請求項２１記載の方法。 - 【請求項３１】 プロセスガス入口を有するリアクタチ
ャンバと、 前記チャンバの内側に配置された被処理体支持具と、 前記支持具の上方に位置し、前記チャンバの内部の一定
部分に面するＲＦ信号アプリケータと、 周波数制御入力および前記ＲＦ信号アプリケータの入力
に結合されたＲＦ信号出力を有するＲＦ信号発生器と、 前記ＲＦ信号アプリケータへの電流路に結合されたセン
サであって、前記ＲＦ信号アプリケータ中のＲＦ電流に
関連するパラメタに応答するセンサと、 前記周波数制御入力に接続された周波数サーボであっ
て、一定の周波数範囲内で前記ＲＦ信号発生器の前記周
波数を調整して前記パラメタを前記周波数範囲内で最大
値または最小値のいずれか一方に少なくともほぼ最適化
するようにプログラムされた前記周波数サーボと、を備
えるＲＦプラズマリアクタ。 - 【請求項３２】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に固定同調回路を更に備える請求項３
１記載のリアクタ。 - 【請求項３３】 前記パラメタは、前記ＲＦ信号アプリ
ケータへのＲＦ電流の大きさのフーリエ成分を含んでい
る、請求項３１記載のリアクタ。 - 【請求項３４】 前記フーリエ成分は、（ａ）第１高調
波、（ｂ）第２高調波、の一方を含んでいる、請求項３
３記載のリアクタ。 - 【請求項３５】 前記パラメタは、前記ＲＦ信号アプリ
ケータへのＲＦ電流の時間変化率の大きさを含んでい
る、請求項３１記載のリアクタ。 - 【請求項３６】 前記パラメタは、前記ＲＦ周波数に前
記ＲＦ電流を掛けた積を含んでいる、請求項３５記載の
リアクタ。 - 【請求項３７】 前記ＲＦ信号アプリケータは、前記リ
アクタチャンバに隣接した誘導性コイルアンテナを含ん
でおり、前記ＲＦ信号発生器がＲＦプラズマソース信号
を供給する、請求項３１記載のリアクタ。 - 【請求項３８】 前記ＲＦ信号アプリケータは、前記リ
アクタチャンバに隣接する容量性電極を含んでおり、前
記ＲＦ信号発生器がＲＦプラズマソース信号を供給す
る、請求項３１記載のリアクタ。 - 【請求項３９】 前記ＲＦ信号発生器は、ＲＦ信号レベ
ル制御入力を備えており、 前記ＲＦ信号出力レベルを変化させて前記パラメタの値
を少なくとも所望の設定値付近に設定し維持するように
プログラムされたＲＦ信号サーボを更に備える請求項３
１記載のリアクタ。 - 【請求項４０】 ＲＦバイアス周波数制御入力および前
記被処理体支持具に結合されたバイアス信号出力を有す
るバイアスＲＦ信号発生器と、 ＲＦグラウンドに対する前記被処理体の電圧に関連する
バイアス信号パラメタに応答するセンサと、 前記バイアスＲＦ信号発生器のバイアス周波数範囲内で
前記周波数を調整して前記バイアス信号パラメタを前記
バイアス周波数範囲内で最大値または最小値のいずれか
一方に最適化するようにプログラムされたバイアス周波
数サーボと、を更に備える請求項３１記載のリアクタ。 - 【請求項４１】 前記バイアスＲＦ信号発生器と前記ウ
ェーハ支持具との間に固定同調回路を更に備える請求項
４０記載のリアクタ。 - 【請求項４２】 前記バイアス信号パラメタは、前記被
処理体の電圧のフーリエ成分を含んでいる、請求項４０
記載のリアクタ。 - 【請求項４３】 前記フーリエ成分は、（ａ）第１高調
波、（ｂ）第２高調波、（ｃ）ＤＣ成分、のうちの一つ
を含んでいる、請求項４２記載のリアクタ。 - 【請求項４４】 前記バイアスＲＦ信号発生器は、バイ
アスＲＦ信号レベル制御入力を備えており、 前記センサに接続され、前記バイアスＲＦ信号出力レベ
ルを変化させて前記バイアスパラメタを少なくとも所望
の設定値付近に設定するようにプログラムされたバイア
ス信号サーボを更に備える請求項４０記載のリアクタ。 - 【請求項４５】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に変圧器を備える請求項３１記載のリ
アクタ。 - 【請求項４６】 前記変圧器は、前記ＲＦ信号アプリケ
ータの前記入力における前記負荷インピーダンスの大き
さと前記ＲＦ信号発生器の前記出力インピーダンスの大
きさとの間の予想比に対応する変圧比を有している、請
求項４５記載のリアクタ。 - 【請求項４７】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に複数の選択可能な変圧比を有する変
圧装置と、 前記ＲＦ信号アプリケータの前記入力における前記負荷
インピーダンスの大きさと前記ＲＦ信号発生器の前記出
力インピーダンスの大きさとの間の予想比に最もよく対
応する前記比のなかの少なくとも一つと、を更に備える
請求項３１記載のリアクタ。 - 【請求項４８】 前記バイアスＲＦ信号発生器と前記ウ
ェーハ支持具との間にバイアス変圧器を更に備える請求
項４０記載のリアクタ。 - 【請求項４９】 前記バイアス変圧器は、前記ウェーハ
支持具における前記バイアス負荷インピーダンスの大き
さと前記バイアスＲＦ信号発生器の前記出力インピーダ
ンスの大きさとの間の予想比に対応するバイアス変圧比
を有している、請求項４８記載のリアクタ。 - 【請求項５０】 前記バイアスＲＦ信号発生器と前記ウ
ェーハ支持具との間に複数の選択可能なバイアス変圧比
を有するバイアス変圧装置と、 前記ウェーハ支持具における前記バイアス負荷インピー
ダンスの大きさと前記バイアスＲＦ信号発生器の前記出
力インピーダンスの大きさとの間の予想比に最もよく対
応する前記バイアス比のなかの少なくとも一つと、を更
に備える請求項４０記載のリアクタ。 - 【請求項５１】 前記変圧装置は、 前記複数の変圧比の各々に対応する複数の変圧器巻線
と、 前記変圧器巻線の各々を前記ＲＦ信号アプリケータに接
続する複数のＲＦスイッチと、を備えている、請求項４
７記載のリアクタ。 - 【請求項５２】 前記複数の変圧器巻線は２次巻線であ
り、前記変圧装置は、前記ＲＦ信号発生器に結合された
１次巻線を更に備えている、請求項５１記載のリアク
タ。 - 【請求項５３】 前記複数の変圧器巻線は、マルチファ
イラ伝送線路変圧器を備えている、請求項５１記載のリ
アクタ。 - 【請求項５４】 前記バイアス変圧装置は、 前記複数のバイアス変圧比の各々に対応する複数のバイ
アス変圧器巻線と、 前記変圧器巻線の各々を前記被処理体支持具に接続する
複数のバイアスＲＦスイッチと、を備えている、請求項
４０記載のリアクタ。 - 【請求項５５】 前記複数のバイアス変圧器巻線は２次
バイアス巻線であり、前記バイアス変圧装置は、前記バ
イアスＲＦ信号発生器に結合された１次バイアス巻線を
更に備えている、請求項５４記載のリアクタ。 - 【請求項５６】 前記複数のバイアス変圧器巻線は、マ
ルチファイラ伝送線路バイアス変圧器を備えている、請
求項５４記載のリアクタ。 - 【請求項５７】 プロセスガス入口を有し、処理すべき
被処理体を収容するリアクタチャンバと、 前記チャンバの内部の一定部分に面するＲＦ信号アプリ
ケータと、 ＲＦ周波数制御入力および前記ＲＦ信号アプリケータの
入力に結合されたＲＦ信号出力を有するＲＦ信号発生器
と、 前記ＲＦ信号アプリケータに結合され、前記ＲＦ信号ア
プリケータのＲＦ電圧に関連するパラメタに応答するセ
ンサと、 前記センサに応答する周波数サーボであって、一定の周
波数範囲内で前記ＲＦ信号発生器の前記周波数を調整し
て前記パラメタを前記周波数範囲内で最大値または最小
値のいずれか一方に最適化するようにプログラムされた
周波数サーボと、を備えるＲＦプラズマリアクタ。 - 【請求項５８】 前記ＲＦ信号アプリケータは、容量性
電極である、請求項５７記載のリアクタ。 - 【請求項５９】 前記リアクタは、前記チャンバの内側
に被処理体支持具を備えており、前記ＲＦ信号発生器
は、前記被処理体支持具に結合されており、これによ
り、前記ＲＦ信号アプリケータは、前記被処理体を含ん
でいる、請求項５７記載のリアクタ。 - 【請求項６０】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に固定同調回路を更に備える請求項５
７記載のリアクタ。 - 【請求項６１】 前記パラメタは、前記ＲＦ信号アプリ
ケータのＲＦ電圧のフーリエ成分を含んでいる、請求項
５７記載のリアクタ。 - 【請求項６２】 前記フーリエ成分は、（ａ）第１高調
波、（ｂ）第２高調波、（ｃ）ＤＣ成分、のうちの一つ
を含んでいる、請求項６１記載のリアクタ。 - 【請求項６３】 前記バイアスＲＦ信号発生器は、ＲＦ
信号レベル制御入力を有しており、 前記信号制御入力に接続され、前記ＲＦ信号出力レベル
を変化させて前記パラメタを少なくとも所望の設定値付
近に設定し維持するようにプログラムされた信号サーボ
を更に備える請求項５７記載のリアクタ。 - 【請求項６４】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に変圧器を更に備える請求項５７記載
のリアクタ。 - 【請求項６５】 前記変圧器は、前記ＲＦ信号アプリケ
ータの前記入力における前記負荷インピーダンスの大き
さと前記ＲＦ信号発生器の前記出力インピーダンスの大
きさとの間の予想比に対応する変圧比を有している、請
求項６４記載のリアクタ。 - 【請求項６６】 前記ＲＦ信号発生器と前記ＲＦ信号ア
プリケータとの間に 複数の選択可能な変圧比を有する変圧装置と、前記ＲＦ
信号アプリケータの前記入力における前記負荷インピー
ダンスの大きさと前記ＲＦ信号発生器の前記出力インピ
ーダンスの大きさとの間の予想比に最もよく対応する前
記比のなかの少なくとも一つと、を更に備える請求項５
７記載のリアクタ。 - 【請求項６７】 プロセスガス入口を有するリアクタチ
ャンバと、被処理体支持具と、前記チャンバの内部の一
定部分に面するＲＦ信号アプリケータと、制御可能なＲ
Ｆ周波数および前記ＲＦ信号アプリケータの入力に結合
されたＲＦ信号出力を有するＲＦ信号発生器と、を備え
るＲＦプラズマリアクタ中で、前記ＲＦ信号発生器を前
記ＲＦ信号アプリケータに同調させる方法であって、 （ａ）前記信号発生器の出力と（ｂ）前記信号アプリケ
ータとの間、又はどちらかの付近で、第１のＲＦ発生器
パラメタを測定するステップと、 前記ＲＦ発生器パラメタが特定の周波数範囲内で最大値
または最小値のいずれか一方に少なくともほぼ最適化さ
れるように、前記周波数範囲内で前記ＲＦ信号発生器の
前記周波数を調整するステップと、を備える方法。 - 【請求項６８】 （ａ）前記信号発生器の出力と（ｂ）
前記信号アプリケータとの間、又はどちらかの付近で、
第２および第３のＲＦ発生器パラメタを測定するステッ
プと、 前記第３ＲＦ発生器パラメタがその所望の値に対して少
なくともほぼ最適化されるように、前記第２ＲＦ発生器
パラメタを調整するステップと、を更に備える請求項６
７記載の方法。 - 【請求項６９】 前記第１、第２および第３ＲＦ発生器
パラメタが同一のＲＦ発生器パラメタである、請求項６
８記載の方法。 - 【請求項７０】 前記第１、第２および第３ＲＦ発生器
パラメタの少なくとも１つが他の２つと異なっている、
請求項６８記載の方法。 - 【請求項７１】 前記第１、第２および第３ＲＦ発生器
パラメタの各々が相互に異なっている、請求項６８記載
の方法。 - 【請求項７２】 前記第１、第２および第３ＲＦ発生器
パラメタは、 供給電圧、供給電流、供給電力、反射電力、電流の時間
変化率、電圧のフーリエ成分、電圧と電流の間の位相
角、任意の二つのＲＦ発生器パラメタ間の位相角、のな
かからそれぞれ選択されたものである、請求項６８記載
の方法。 - 【請求項７３】 前記信号アプリケータは、ＲＦソース
信号アプリケータを備えている、請求項６７記載の方
法。 - 【請求項７４】 前記信号アプリケータは、ＲＦバイア
ス信号アプリケータを備えている、請求項６７記載の方
法。 - 【請求項７５】 前記リアクタは、バイアス信号アプリ
ケータと、前記バイアス信号アプリケータに結合された
バイアスＲＦ信号発生器と、を更に備えており、 （ａ）前記バイアス信号発生器の出力と（ｂ）前記バイ
アス信号アプリケータとの間、又はどちらかの付近で、
第４のＲＦ発生器パラメタを測定するステップと、 前記第４ＲＦ発生器パラメタが特定の周波数範囲内で最
大値または最小値のいずれか一方に少なくともほぼ最適
化されるように、前記周波数範囲内で前記バイアス信号
発生器の前記周波数を調整するステップと、を更に備え
る請求項７３記載の方法。 - 【請求項７６】 （ａ）前記バイアス信号発生器の出力
と（ｂ）前記バイアス信号アプリケータとの間、又はど
ちらかの付近で、第５および第６のＲＦ発生器パラメタ
を測定するステップと、 前記第６ＲＦ発生器パラメタがその所望の値に対して少
なくともほぼ最適化されるように前記バイアス信号発生
器の前記第５ＲＦ発生器パラメタを調整するステップ
と、を更に備える請求項７５記載の方法。 - 【請求項７７】 前記第４、第５および第６ＲＦ発生器
パラメタが同一のＲＦ発生器パラメタである、請求項７
６記載の方法。 - 【請求項７８】 前記第４、第５および第６ＲＦ発生器
パラメタの少なくとも１つが他の２つと異なっている、
請求項７６記載の方法。 - 【請求項７９】 前記第４、第５および第６ＲＦ発生器
パラメタの各々が相互に異なっている、請求項７６記載
の方法。 - 【請求項８０】 前記第４、第５および第６ＲＦ発生器
パラメタは、 供給電圧、供給電流、供給電力、反射電力、電流の時間
変化率、電圧のフーリエ成分、電圧と電流の間の位相
角、任意の二つのＲＦ発生器パラメタ間の位相角、のな
かからそれぞれ選択されたものである、請求項７６記載
の方法。 - 【請求項８１】 プロセスガス入口を有し、処理すべき
被処理体を収容するリアクタチャンバと、 前記チャンバの内部の一定部分に面するＲＦ信号アプリ
ケータと、 ＲＦ周波数制御入力およびＲＦ信号が生成されるＲＦ信
号出力を有するＲＦ信号発生器と、 前記ＲＦ信号出力と前記ＲＦ信号アプリケータとの間に
接続された固定同調回路と、 （ａ）前記ＲＦ信号アプリケータと（ｂ）前記ＲＦ信号
出力との間、又は少なくとも一方に結合されたセンサで
あって、（ａ）前記ＲＦ信号アプリケータと（ｂ）前記
ＲＦ信号出力との間、又はどちらかの付近で測定可能な
ＲＦパラメタに応答するセンサと、 前記センサに応答するＲＦ信号大きさサーボであって、
前記パラメタが所望の値に最適化されるように、前記Ｒ
Ｆ信号発生器の前記ＲＦ信号出力で生成される前記ＲＦ
信号の大きさを調整するＲＦ信号大きさサーボと、を備
えるＲＦプラズマリアクタ。 - 【請求項８２】 前記パラメタの前記所望の値は、最大
値または最小値のいずれか一方である、請求項８１記載
のリアクタ。 - 【請求項８３】 前記ＲＦ信号大きさサーボは、供給電
圧、供給電流、供給電力、反射電力、電流の時間変化
率、電流と電圧の積、電圧のフーリエ成分、電圧と電流
の間の位相角、任意の２つのＲＦ発生器パラメタ間の位
相角、という発生器パラメタのなかの一つの大きさを調
整する、請求項８１記載のリアクタ。 - 【請求項８４】 前記パラメタは、供給電圧、供給電
流、供給電力、反射電力、電流の時間変化率、電流と電
圧の積、電圧のフーリエ成分、電圧と電流の間の位相
角、任意の二つのＲＦ発生器パラメタ間の位相角、とい
う信号パラメタのなかの一つを含んでいる、請求項８１
記載のリアクタ。 - 【請求項８５】 プロセスガス入口を有し、処理すべき
被処理体を収容するリアクタチャンバと、前記チャンバ
の内部の一定部分に面するＲＦ信号アプリケータと、Ｒ
Ｆ周波数制御入力およびＲＦ信号が生成されるＲＦ信号
出力を有するＲＦ信号発生器と、を備えるＲＦプラズマ
リアクタ中で、前記ＲＦ信号出力を前記ＲＦ信号アプリ
ケータに同調させる方法であって、 前記ＲＦ信号出力と前記ＲＦ信号アプリケータとの間に
接続された固定同調回路を設けるステップと、 （ａ）前記ＲＦ信号アプリケータと（ｂ）前記ＲＦ信号
出力との間、又はどちらかの付近で測定可能なＲＦパラ
メタを検知するステップと、 前記パラメタが前記センサによって検知される所望の値
に最適化されるように、前記センサに応答して、前記Ｒ
Ｆ信号発生器の前記ＲＦ信号出力で生成される前記ＲＦ
信号の大きさを調整するステップと、を備える方法。 - 【請求項８６】 前記パラメタの前記所望の値は、最大
値または最小値のいずれか一方である、請求項８５記載
の方法。 - 【請求項８７】 前記調整ステップは、供給電圧、供給
電流、供給電力、反射電力、電流の時間変化率、電流と
電圧の積、電圧のフーリエ成分、電圧と電流の間の位相
角、任意の二つのＲＦ発生器パラメタ間の位相角、とい
う発生器パラメタのなかの一つの大きさを調整する、請
求項８５記載の方法。 - 【請求項８８】 前記パラメタは、供給電圧、供給電
流、供給電力、反射電力、電流の時間変化率、電流と電
圧の積、電圧のフーリエ成分、電圧と電流の間の位相
角、任意の二つのＲＦ発生器パラメタ間の位相角、とい
う信号パラメタのなかの一つを含んでいる、請求項８５
記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/743,059 US6252354B1 (en) | 1996-11-04 | 1996-11-04 | RF tuning method for an RF plasma reactor using frequency servoing and power, voltage, current or DI/DT control |
| US08/743059 | 1997-04-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10241894A true JPH10241894A (ja) | 1998-09-11 |
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Family Applications (1)
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