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JP2025524798A - Precise feedback control of bias voltage regulated waveform for plasma etching process - Google Patents

Precise feedback control of bias voltage regulated waveform for plasma etching process

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JP2025524798A
JP2025524798A JP2025501546A JP2025501546A JP2025524798A JP 2025524798 A JP2025524798 A JP 2025524798A JP 2025501546 A JP2025501546 A JP 2025501546A JP 2025501546 A JP2025501546 A JP 2025501546A JP 2025524798 A JP2025524798 A JP 2025524798A
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JP
Japan
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voltage
edge ring
electrode
bias
substrate
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JP2025501546A
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Japanese (ja)
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チョイ・ミョン・ヨル
ウー・イン
パターソン・アレクサンダー・ミラー
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Lam Research Corp
Original Assignee
Lam Research Corp
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Publication date
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Abstract

【解決手段】バイアス電極と中層電極が基板支持体内に配置される。基板支持体の下部が、バイアス電極と中層電極との間に存在する。基板支持体の上部が、中層電極と基板支持体の上面との間に存在する。電圧供給システムが、バイアス電圧調整済無線周波波形をバイアス電極に供給する。電圧測定システムが、バイアス電極上の第1電圧および中層電極上の第2電圧を測定する。コントローラが、第1電圧、第2電圧、基板支持体下部のキャパシタンス、および基板支持体上部のキャパシタンスを使用して、基板支持体の上面に存在する基板の上面の電圧を決定する。コントローラは、基板の上面上の電圧を電圧供給システムに伝達する。
【選択図】図3A

A bias electrode and a middle electrode are disposed within the substrate support. A lower portion of the substrate support is between the bias electrode and the middle electrode. An upper portion of the substrate support is between the middle electrode and the top surface of the substrate support. A voltage supply system supplies a bias voltage regulated radio frequency waveform to the bias electrode. A voltage measurement system measures a first voltage on the bias electrode and a second voltage on the middle electrode. A controller uses the first voltage, the second voltage, the capacitance of the lower portion of the substrate support, and the capacitance of the top portion of the substrate support to determine a voltage on a top surface of a substrate that is on the top surface of the substrate support. The controller communicates the voltage on the top surface of the substrate to the voltage supply system.
[Selected Figure] Figure 3A

Description

プラズマ処理システムは、半導体ウエハ上に半導体デバイス(例えばチップ/ダイ)を製造するために使用される。プラズマ処理システムでは、半導体ウエハを様々な種類のプラズマに曝すことによって、例えば材料堆積および/または材料除去および/または材料注入および/または材料改質等を通じて、半導体ウエハの状態に所定の変化を生じさせる。半導体ウエハのプラズマ処理中、無線周波(RF)電力がチャンバ内のプロセスガスを通して伝送され、プロセスガスを半導体ウエハへの曝露時にプラズマに変換する。ラジカルやイオン等のプラズマの反応性成分は、半導体ウエハ上の材料と相互作用し、半導体ウエハ上に所定の効果をもたらす。いくつかのプラズマ処理システムでは、バイアス電圧を半導体ウエハの階層で印加し、プラズマ内の帯電成分を半導体ウエハに引き寄せる。 Plasma processing systems are used to fabricate semiconductor devices (e.g., chips/dies) on semiconductor wafers. In plasma processing systems, semiconductor wafers are exposed to various types of plasma to produce desired changes in the state of the semiconductor wafer, such as material deposition and/or material removal and/or material implantation and/or material modification. During plasma processing of semiconductor wafers, radio frequency (RF) power is transmitted through process gases in a chamber, converting the process gases into plasma upon exposure to the semiconductor wafer. Reactive components of the plasma, such as radicals and ions, interact with materials on the semiconductor wafer, producing desired effects on the semiconductor wafer. In some plasma processing systems, a bias voltage is applied at the level of the semiconductor wafer to attract charged components in the plasma to the semiconductor wafer.

半導体業界がチップサイズの縮小とチップ性能の向上を引き続き推進するなかで、チップ上のトランジスタを定義するために、より高密度かつ高アスペクト比のフィーチャを使用する必要があり、これにより、トランジスタは製造プロセスのばらつきに対してより敏感になる。チップ上のフィーチャサイズの縮小に伴い、いくつかの製造プロセスのわずか数原子のばらつきによって、エッチング均一性制御を向上させる必要が生じる場合がある。半導体ウエハ全体にわたるイオンフラックス、イオンエネルギー、およびイオン角度分布の均一性は、マイクロエレクトロニクス製造のためのプラズマエッチングと堆積に要求される要件である。また、半導体ウエハの縁において、実質的に均一なイオンフラックス、イオンエネルギー、およびイオン角度分布を達成することは有意義な課題である。なぜならば、基板上のダイの約10%が、半導体ウエハの外周縁から半径方向に約5mmの距離内で生じる製造プロセスの結果によって影響を受けるためである。本明細書に記載する様々な実施形態が生じるのは、このような背景からである。 As the semiconductor industry continues to drive chip size reduction and chip performance improvement, denser and higher aspect ratio features must be used to define the transistors on a chip, making them more sensitive to manufacturing process variations. As feature sizes on chips shrink, variations of just a few atoms in some manufacturing processes can necessitate improved etch uniformity control. Uniformity of ion flux, ion energy, and ion angular distribution across a semiconductor wafer is a requirement for plasma etching and deposition for microelectronics manufacturing. Furthermore, achieving substantially uniform ion flux, ion energy, and ion angular distribution at the edge of a semiconductor wafer is a significant challenge, since approximately 10% of the dies on a substrate are affected by the results of manufacturing processes occurring within a radial distance of approximately 5 mm from the outer periphery of the semiconductor wafer. It is against this background that the various embodiments described herein arise.

例示的な実施形態では、システムは、基板支持体内に配置されたバイアス電極を含む。基板支持体は、基板を支持するように構成された上面を有する。本システムはまた、基板支持体内に配置された中層電極を含み、それによって、バイアス電極と中層電極との間に基板支持体の下部が存在し、中層電極と基板支持体の上面との間に基板支持体の上部が存在するようになっている。本システムはまた、バイアス電極にバイアス電圧調整済無線周波波形を供給するように接続された電圧供給システムも含む。本システムはまた、バイアス電極上の第1電圧および中層電極上の第2電圧を測定するために接続された電圧測定システムも含む。本システムはまた、測定された第1電圧、測定された第2電圧、基板支持体の下部のキャパシタンス、および基板支持体の上部のキャパシタンスを使用して、基板支持体の上面上に存在するときの基板の上面上の電圧を決定するように構成されたコントローラも含む。コントローラは、基板の上面上の電圧に関連する情報を電圧供給システムに伝達するように構成されている。 In an exemplary embodiment, a system includes a bias electrode disposed within a substrate support. The substrate support has an upper surface configured to support a substrate. The system also includes a middle electrode disposed within the substrate support, such that a lower portion of the substrate support is between the bias electrode and the middle electrode and an upper portion of the substrate support is between the middle electrode and the upper surface of the substrate support. The system also includes a voltage supply system connected to supply a bias voltage regulated radio frequency waveform to the bias electrode. The system also includes a voltage measurement system connected to measure a first voltage on the bias electrode and a second voltage on the middle electrode. The system also includes a controller configured to determine a voltage on the upper surface of the substrate when present on the upper surface of the substrate support using the measured first voltage, the measured second voltage, the capacitance of the lower portion of the substrate support, and the capacitance of the upper portion of the substrate support. The controller is configured to communicate information related to the voltage on the upper surface of the substrate to the voltage supply system.

例示的な実施形態では、プラズマ処理システム用の基板支持システムが開示されている。基板支持システムは、基板を支持するように構成された上面を有する基板支持体を含む。基板支持システムはまた、基板支持体内に配置されたバイアス電極も含む。バイアス電極は、基板の上面上の電圧を制御するように構成されている。バイアス電極は、電圧供給システムからバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように接続されている。バイアス電極は、バイアス電極上の第1電圧を測定するために、第1コネクタを電気的に受け入れるように構成されている。本基板支持システムはまた、基板支持体内に配置された中層電極も含み、それによって、バイアス電極と中層電極との間に基板支持体の下部が存在し、中層電極と基板支持体の上面との間に基板支持体の上部が存在するようになっている。中層電極は、中層電極の第2電圧を測定するために、第2コネクタを電気的に受け入れるように構成されている。 In an exemplary embodiment, a substrate support system for a plasma processing system is disclosed. The substrate support system includes a substrate support having an upper surface configured to support a substrate. The substrate support system also includes a bias electrode disposed within the substrate support. The bias electrode is configured to control a voltage on the upper surface of the substrate. The bias electrode is connected to receive a bias voltage regulated radio frequency waveform from a voltage supply system. The bias electrode is configured to electrically receive a first connector for measuring a first voltage on the bias electrode. The substrate support system also includes a middle layer electrode disposed within the substrate support such that a lower portion of the substrate support is between the bias electrode and the middle layer electrode and an upper portion of the substrate support is between the middle layer electrode and the upper surface of the substrate support. The middle layer electrode is configured to electrically receive a second connector for measuring a second voltage of the middle layer electrode.

例示的な実施形態では、プラズマ処理システム用のエッジリングシステムが開示されている。エッジリングシステムは、基板支持体に外接するように構成されたエッジリングを含む。エッジリングシステムはまた、エッジリング内に配置されたエッジリング電極も含む。エッジリング電極は、エッジリングの上面上の電圧を制御するように構成されている。エッジリング電極は、電圧供給システムからバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように接続されている。エッジリング電極は、エッジリング電極上の第1電圧を測定するために、第1コネクタを電気的に受け入れるように構成されている。エッジリングシステムはまた、エッジリング内に配置されたエッジリング中層電極も含み、これによって、エッジリングの下部がエッジリング電極とエッジリング中層電極との間に存在し、エッジリングの上部がエッジリング中層電極とエッジリングの上面との間に存在するようになっている。エッジリング中層電極は、エッジリング中層電極上の第2電圧を測定するために、第2コネクタを電気的に受け入れるように構成されている。 In an exemplary embodiment, an edge ring system for a plasma processing system is disclosed. The edge ring system includes an edge ring configured to circumscribe a substrate support. The edge ring system also includes an edge ring electrode disposed within the edge ring. The edge ring electrode is configured to control a voltage on an upper surface of the edge ring. The edge ring electrode is connected to receive a bias voltage regulated radio frequency waveform from a voltage supply system. The edge ring electrode is configured to electrically receive a first connector to measure a first voltage on the edge ring electrode. The edge ring system also includes an edge ring middle electrode disposed within the edge ring such that a lower portion of the edge ring is between the edge ring electrode and the edge ring middle electrode and an upper portion of the edge ring is between the edge ring middle electrode and the upper surface of the edge ring. The edge ring middle electrode is configured to electrically receive a second connector to measure a second voltage on the edge ring middle electrode.

例示的な実施形態では、基板上の電圧を制御する方法が開示されている。本方法は、電圧供給システムを操作することによって、基板支持体内のバイアス電極にバイアス電圧調整済無線周波波形を供給することを含む。本方法はまた、所与の時間にバイアス電極上の第1電圧を測定することも含む。本方法はまた、所与の時間に中層電極上の第2電圧を測定することも含む。中層電極は基板支持体内に配置され、それによって、バイアス電極と中層電極との間に基板支持体の下部が存在し、中層電極と基板支持体の上面との間に基板支持体の上部が存在するようになっている。本方法はまた、測定された第1電圧、測定された第2電圧、基板支持体の下部のキャパシタンス、および基板支持体の上部のキャパシタンスを使用して、基板支持体の上面上に存在するときの基板の上面上の電圧を、所与の時間に決定することも含む。 In an exemplary embodiment, a method for controlling a voltage on a substrate is disclosed. The method includes supplying a bias voltage-regulated radio frequency waveform to a bias electrode in a substrate support by operating a voltage supply system. The method also includes measuring a first voltage on the bias electrode at a given time. The method also includes measuring a second voltage on a middle layer electrode at a given time. The middle layer electrode is positioned within the substrate support such that a lower portion of the substrate support is between the bias electrode and the middle layer electrode and an upper portion of the substrate support is between the middle layer electrode and a top surface of the substrate support. The method also includes determining, at a given time, a voltage on a top surface of the substrate when present on the top surface of the substrate support using the measured first voltage, the measured second voltage, the capacitance of the lower portion of the substrate support, and the capacitance of the upper portion of the substrate support.

本明細書に開示した実施形態の他の態様および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面から、より明らかになるだろう。 Other aspects and advantages of the embodiments disclosed herein will become more apparent from the following detailed description and accompanying drawings.

図1Aは、いくつかの実施形態に従った、プラズマ処理システムの垂直断面図である。FIG. 1A is a side cross-sectional view of a plasma processing system according to some embodiments.

図1Bは、いくつかの実施形態に従った、基板支持体上に配置された基板の上面図であり、図1AのA-A視点として参照される。FIG. 1B is a top view of a substrate disposed on a substrate support, according to some embodiments, and is referenced as view AA of FIG. 1A.

図2は、いくつかの実施形態に従った、バイアスRF発生器によるバイアス電極への一定振幅のRF電圧の供給に応じた基板の上面上の電圧を、基板の上面において存在する2つの異なるイオンフラックス条件とともに示す。FIG. 2 illustrates the voltage on the top surface of the substrate in response to a bias RF generator supplying a constant amplitude RF voltage to a bias electrode, with two different ion flux conditions present at the top surface of the substrate, according to some embodiments.

図3Aは、いくつかの実施形態に従った、プラズマ処理システムの垂直断面図である。FIG. 3A is a side cross-sectional view of a plasma processing system according to some embodiments.

図3Bは、いくつかの実施形態に従った、エッジリングが基板支持体を囲んだ状態で基板支持体上に配置された基板の上面図であり、図3AのA-A視点として参照される。FIG. 3B is a top view of a substrate disposed on a substrate support with an edge ring surrounding the substrate support, according to some embodiments, and is referenced as view AA of FIG. 3A.

図3Cは、いくつかの実施形態に従った、基板支持体内の中層電極およびエッジリング内のエッジリング中層電極の上面図であり、図3AのB-B視点として参照される。FIG. 3C is a top view of a middle layer electrode in a substrate support and an edge ring middle layer electrode in an edge ring, according to some embodiments, and is referenced as view BB of FIG. 3A.

図3Dは、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システムの実施例であるバイアス電圧供給システムを示す。FIG. 3D illustrates a bias voltage supply system that is an example of the bias voltage supply system of FIG. 3A, according to some embodiments.

図3Eは、いくつかの実施形態に従った、図3Dのバイアス電圧供給システム内の電圧供給システムの実施例を示す。FIG. 3E illustrates an example of a voltage supply system within the bias voltage supply system of FIG. 3D, according to some embodiments.

図3Fは、いくつかの実施形態に従った、図3Eの電圧供給システムによって生成されたバイアス電圧調整済波形の例と、基板の上面上の対応するバイアス電圧波形と、エッジリングの上面上の対応するバイアス電圧波形とを示す。FIG. 3F shows an example of a bias voltage adjusted waveform generated by the voltage supply system of FIG. 3E, along with the corresponding bias voltage waveform on the top surface of the substrate and the corresponding bias voltage waveform on the top surface of the edge ring, according to some embodiments.

図3Gは、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システムの実施例であるバイアス電圧供給システムを示す。FIG. 3G illustrates a bias voltage supply system that is an example of the bias voltage supply system of FIG. 3A, according to some embodiments.

図4は、いくつかの実施形態に従った、コントローラの例示図である。FIG. 4 is an illustrative diagram of a controller, according to some embodiments.

図5は、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システムによってバイアス電極に供給されるバイアス電圧調整済波形および基板の上面上に生じる対応する電圧波形の例を示す。FIG. 5 shows an example of a bias voltage adjusted waveform supplied to the bias electrode by the bias voltage supply system of FIG. 3A and the corresponding voltage waveform resulting on the top surface of the substrate, according to some embodiments.

図6は、いくつかの実施形態に従った、図5に示すようなバイアス電圧供給システムによってバイアス電極に供給されるバイアス電圧調整済波形に対応する、基板支持体内の中層電極上の電圧波形を示す。FIG. 6 illustrates a voltage waveform on a middle layer electrode in a substrate support that corresponds to a bias voltage adjusted waveform supplied to the bias electrode by a bias voltage supply system such as that shown in FIG. 5, according to some embodiments.

図7は、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システムによってバイアス電極に供給されるバイアス電圧調整済波形および基板の上面上に生じる対応する電圧波形の例を示す。FIG. 7 shows an example of a bias voltage adjusted waveform supplied to the bias electrode by the bias voltage supply system of FIG. 3A and the corresponding voltage waveform resulting on the top surface of the substrate, according to some embodiments.

図8は、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システムによってバイアス電極に供給されるフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形および基板の上面上に生じる対応する電圧波形を示す。FIG. 8 illustrates a feedback-controlled bias voltage regulated waveform supplied to the bias electrode by the bias voltage supply system of FIG. 3A and the corresponding voltage waveform resulting on the top surface of the substrate, according to some embodiments.

図9は、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システムによってバイアス電極に供給される別のフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形および基板の上面上に生じる対応する電圧波形を示す。FIG. 9 illustrates another feedback-controlled bias voltage regulated waveform supplied to the bias electrode by the bias voltage supply system of FIG. 3A and the corresponding voltage waveform resulting on the top surface of the substrate, according to some embodiments.

図10Aは、いくつかの実施形態に従った、基板上の電圧を制御する方法のフローチャートを示す。FIG. 10A shows a flowchart of a method for controlling voltage on a substrate, according to some embodiments.

図10Bは、いくつかの実施形態に従った、基板上の電圧を制御するための図10Aの方法の任意選択の延長のフローチャートを示す。FIG. 10B shows a flowchart of an optional extension of the method of FIG. 10A for controlling voltage on a substrate, according to some embodiments.

図10Cは、いくつかの実施形態に従った、図10Aまたは図10Bのいずれかの方法の任意選択の延長のフローチャートを示す。FIG. 10C shows a flowchart of an optional extension of the method of either FIG. 10A or FIG. 10B, according to some embodiments.

図10Dは、いくつかの実施形態に従った、エッジリング上の電圧を制御するための図10Cの方法の任意選択の延長のフローチャートを示す。FIG. 10D shows a flowchart of an optional extension of the method of FIG. 10C for controlling the voltage on the edge ring, according to some embodiments.

以下の説明では、本開示を完全に理解できるように、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、当業者にとっては、これらの具体的な詳細の一部またはすべてが欠けている場合も本開示の実施形態を実施し得ることは自明であろう。他の例では、本開示を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセス操作を詳細には説明していない。 In the following description, numerous specific details are set forth to provide a thorough understanding of the present disclosure. However, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that embodiments of the present disclosure may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well-known process operations have not been described in detail in order to avoid unnecessarily obscuring the present disclosure.

図1Aは、いくつかの実施形態に従った、プラズマ処理システム100の垂直断面図である。プラズマ処理システム100はチャンバ101を含む。コイル109がチャンバ101のウィンドウ107の上方に配置されている。様々な実施形態において、ウィンドウ107は、石英または他の類似の材料等の誘電体材料であって、RF電力をコイル109からウィンドウ107を通してチャンバ101内のプラズマ処理領域102に伝送できるようにする誘電体材料から形成されている。チャンバ101は基準接地電位104に電気的に接続されている。プラズマ処理システム100は、接続115が示すように、インピーダンス整合ネットワーク111を通じてコイル109にRF電力を送るように接続されたTCP(変圧器結合プラズマ)RF発生器113を含む。 1A is a vertical cross-sectional view of a plasma processing system 100 according to some embodiments. The plasma processing system 100 includes a chamber 101. A coil 109 is disposed above a window 107 of the chamber 101. In various embodiments, the window 107 is formed from a dielectric material, such as quartz or another similar material, that allows RF power to be transmitted from the coil 109 through the window 107 to a plasma processing region 102 within the chamber 101. The chamber 101 is electrically connected to a reference ground potential 104. The plasma processing system 100 includes a TCP (transformer coupled plasma) RF generator 113 connected to transmit RF power to the coil 109 through an impedance match network 111, as shown by connection 115.

プラズマ処理システム100はまた、矢印117が示すように、プラズマ処理領域102にプロセスガスまたはプロセスガス混合物の制御された流れをもたらすように搭載される。RF電力がプラズマ処理領域102内に伝送され、プラズマ処理領域102を通ると、RF電力は、プロセスガス/混合物を、チャンバ101内の基板支持体103上に支持された基板105への曝露時に、プラズマ処理領域102内でプラズマ119に変換する。基板支持体103は上面103Tを有し、この上面103Tは、基板支持体103の上方に生成されたプラズマ119によって基板105の上面105Tを処理する間、基板105を支持するように構成されている。いくつかの実施形態では、基板支持体103は、基板105を基板支持体103の上面103Tに対して保持する静電力を発生させるように構成された静電チャックである。 The plasma processing system 100 is also mounted to provide a controlled flow of a process gas or process gas mixture to the plasma processing region 102, as indicated by arrow 117. When RF power is transmitted into and through the plasma processing region 102, the RF power converts the process gas/mixture into a plasma 119 within the plasma processing region 102 upon exposure to a substrate 105 supported on a substrate support 103 within the chamber 101. The substrate support 103 has an upper surface 103T configured to support the substrate 105 while the upper surface 105T of the substrate 105 is processed by a plasma 119 generated above the substrate support 103. In some embodiments, the substrate support 103 is an electrostatic chuck configured to generate an electrostatic force that holds the substrate 105 against the upper surface 103T of the substrate support 103.

様々な実施形態において、プラズマ119が生成されることにより、制御された方法で基板105に変化を引き起こす。様々な製造プロセスにおいて、基板105に対する変化は、基板105上の材料または表面状態の変化とすることができる。例えば、様々な製造プロセスにおいて、基板105への変化は、基板105からの材料のエッチング、基板105上への材料の堆積、基板105への材料の注入、および/または基板105上に存在する材料の改質、のうちの1つまたは複数を含むことができる。また、いくつかの実施形態では、プラズマ119は、チャンバ101のクリーニングを提供するために、基板105が存在しないプラズマ処理領域102において生成される。プラズマ処理システム100は、RF電力がプラズマ処理領域102内のプロセスガス/混合物に伝送されて、基板支持体103の上面103T上に支持された基板105の上にプラズマ119を発生させる任意の種類のプラズマ処理システムとすることができると理解されたい。プラズマ処理システム100はまた、矢印121が示すように、排気システムを通じてプラズマ処理領域102からガスおよび処理副生成物を除去するように搭載される。 In various embodiments, the plasma 119 is generated to cause a change to the substrate 105 in a controlled manner. In various manufacturing processes, the change to the substrate 105 can be a change to the material or surface state on the substrate 105. For example, in various manufacturing processes, the change to the substrate 105 can include one or more of etching material from the substrate 105, depositing material onto the substrate 105, implanting material into the substrate 105, and/or modifying material present on the substrate 105. Also, in some embodiments, the plasma 119 is generated in the plasma processing region 102, where the substrate 105 is not present, to provide cleaning of the chamber 101. It should be understood that the plasma processing system 100 can be any type of plasma processing system in which RF power is delivered to a process gas/mixture in the plasma processing region 102 to generate the plasma 119 above the substrate 105 supported on the upper surface 103T of the substrate support 103. The plasma processing system 100 is also configured to remove gases and processing by-products from the plasma processing region 102 through an exhaust system, as indicated by arrow 121.

図1Bは、いくつかの実施形態に従った、基板支持体103上に配置された基板105の上面図であり、図1AのA-A視点として参照される。いくつかの実施形態では、基板105は、製造工程にかけられている半導体ウエハである。しかし、様々な実施形態において、基板105を、プラズマベースの製造プロセスに供される本質的に任意の種類の基板とすることが可能だと理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、基板105は、ケイ素、サファイア、GaN、GaAs、またはSiC、および/または他の基板材料から形成され、ガラスパネル/基板、金属箔、金属シート、ポリマー材料等を含むことができる。さらに、様々な実装形態において、基板105は、形態、形状、および/またはサイズが異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、基板105は、外径が200mm、300mm、450mm、または他のサイズの半導体ウエハである。また、いくつかの実施形態では、基板105は、他の形状の中でもとりわけ、フラットパネルディスプレイ用の長方形基板等の非円形基板である。 FIG. 1B is a top view of a substrate 105 disposed on a substrate support 103, according to some embodiments, and is referenced as the A-A view of FIG. 1A. In some embodiments, the substrate 105 is a semiconductor wafer undergoing a manufacturing process. However, it should be understood that in various embodiments, the substrate 105 can be essentially any type of substrate that is subjected to a plasma-based manufacturing process. For example, in some embodiments, the substrate 105 is formed from silicon, sapphire, GaN, GaAs, or SiC, and/or other substrate materials, and can include glass panels/substrates, metal foils, metal sheets, polymeric materials, etc. Additionally, in various implementations, the substrate 105 can vary in form, shape, and/or size. For example, in some embodiments, the substrate 105 is a semiconductor wafer having an outer diameter of 200 mm, 300 mm, 450 mm, or other sizes. Also, in some embodiments, the substrate 105 is a non-circular substrate, such as a rectangular substrate for a flat panel display, among other shapes.

図1Aに示すように、いくつかの実施形態では、バイアス電極123が基板支持体103の上面103Tの下方で基板支持体103内に配置される。いくつかの実施形態では、基板支持体103はセラミック材料またはその他の種類の誘電体材料等の誘電体材料から形成され、バイアス電極123は導電性材料から形成されている。いくつかの実施形態では、プラズマ処理システム100は、接続129が示すように、インピーダンス整合ネットワーク127を通じてバイアス電極123にバイアスRF電力を送るように接続されたバイアスRF発生器125を含む。バイアス電極123は、基板105の上面105Tにバイアス電圧を印加して、プラズマ119の帯電成分を基板105に向けて引き寄せる、または基板105から引き離すように構成されている。 1A, in some embodiments, the bias electrode 123 is disposed within the substrate support 103 below the upper surface 103T of the substrate support 103. In some embodiments, the substrate support 103 is formed from a dielectric material, such as a ceramic material or other type of dielectric material, and the bias electrode 123 is formed from a conductive material. In some embodiments, the plasma processing system 100 includes a bias RF generator 125 connected to deliver bias RF power to the bias electrode 123 through an impedance match network 127, as shown by connection 129. The bias electrode 123 is configured to apply a bias voltage to the upper surface 105T of the substrate 105 to attract charged components of the plasma 119 toward or away from the substrate 105.

様々な実施形態において、プラズマ処理システム100の動作は、他の追加の動作の中でもとりわけ、基板105の温度を制御すること、および/または基板支持体103内に配置された1つまたは複数の電極に追加のRF電力を印加して追加のプラズマを発生させること等の、他の多くの追加の動作を含むことができると理解されたい。また、様々な実施形態において、プラズマ処理システム100は、プラズマ処理システム100の動作に本質的に関連する他のあらゆるプロセスパラメータの中でもとりわけ、プラズマ処理領域102へのプロセスガス(複数可)の供給、プラズマ処理領域102内の圧力および温度、コイル109へのRF電力の供給、バイアス電極123へのバイアスRF電力の供給、のうちの1つまたは複数を制御するための時間的スケジュールを規定する所定のレシピに従って動作する。 It should be understood that in various embodiments, operation of the plasma processing system 100 can include many other additional operations, such as controlling the temperature of the substrate 105 and/or applying additional RF power to one or more electrodes disposed within the substrate support 103 to generate additional plasma, among other additional operations. Also, in various embodiments, the plasma processing system 100 operates according to a predetermined recipe that defines a time schedule for controlling one or more of the supply of process gas(es) to the plasma processing region 102, the pressure and temperature within the plasma processing region 102, the supply of RF power to the coil 109, and the supply of bias RF power to the bias electrode 123, among any other process parameters essentially related to the operation of the plasma processing system 100.

バイアスRF発生器125は、正弦波形の電圧で基板105の処理にバイアスをかけるために使用される。バイアス電極123にRF信号が供給されると、基板105の上面105T上の電圧が、RF信号の周波数で周期的に振動する。基板105にRFバイアス電圧を供給するこの手法では、基板105の上面105T上のフィーチャをエッチングするための衝突イオンエネルギーの分布が制御されない。いくつかの実施形態では、バイアスRF発生器125はRF電圧振幅の一次元制御ノブを有するため、バイアスRF発生器125は、基板105に入射するイオンフラックスを独立して制御できない。これらの実施形態では、基板105に入射するイオンフラックスは、TCPRF発生器113からコイル109に供給されるRF電力と、基板105の上面105Tに入射するイオンのエネルギーに直接影響を与える基板105の上面105T上のRFバイアス電圧の振幅とによって決定される。いくつかの実施形態では、バイアスRF発生器125は、電力規制モードまたは電圧規制モードのいずれかにおいて出力RF電力を規制可能である。 The bias RF generator 125 is used to bias the processing of the substrate 105 with a sinusoidal voltage. When an RF signal is supplied to the bias electrode 123, the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 oscillates periodically at the frequency of the RF signal. This approach to supplying an RF bias voltage to the substrate 105 does not control the distribution of impinging ion energy for etching features on the upper surface 105T of the substrate 105. In some embodiments, the bias RF generator 125 has a one-dimensional control knob for RF voltage amplitude, and therefore the bias RF generator 125 cannot independently control the ion flux incident on the substrate 105. In these embodiments, the ion flux incident on the substrate 105 is determined by the RF power supplied to the coil 109 from the TCPRF generator 113 and the amplitude of the RF bias voltage on the upper surface 105T of the substrate 105, which directly affects the energy of ions incident on the upper surface 105T of the substrate 105. In some embodiments, the bias RF generator 125 can regulate the output RF power in either a power regulation mode or a voltage regulation mode.

図2は、いくつかの実施形態に従って、バイアスRF発生器125によるバイアス電極123への一定振幅のRF電圧の供給に応じた基板105の上面105T上の電圧を、基板105の上面105Tにおいて存在する2つの異なるイオンフラックス条件とともに示す。曲線V(出力)201は、バイアスRF発生器125からバイアス電極123に供給される一定振幅のRF電圧を表す。曲線V(基板上面1アンペア)203は、基板105の上面105T上に1アンペアのイオン電流が存在する状態の、供給されたRFバイアス電圧V(出力)201に応じた基板105の上面105T上の電圧を表す。曲線V(基板上面0.5アンペア)205は、基板105の上面105T上に0.5アンペアのイオン電流が存在する状態の、供給されたRFバイアス電圧V(出力)201に応じた基板105の上面105T上の電圧を表す。図2は、バイアスRF発生器125によってバイアス電極123に供給された一定振幅のRFバイアス電圧を用いても、基板105の上面105T上の電圧は、プラズマ119の密度および基板105に入射するイオンフラックスによって変動する可能性があることを説明している。さらに、基板105の上面105T上の電圧挙動においてプラズマが誘発する変動は、ある処理チャンバから別の処理チャンバへの基板105の製造レシピの転送、および基板105の製造レシピの修正に関する課題を生じさせる。 2 illustrates the voltage on the top surface 105T of the substrate 105 in response to the supply of a constant amplitude RF voltage to the bias electrode 123 by the bias RF generator 125, with two different ion flux conditions present at the top surface 105T of the substrate 105, according to some embodiments. Curve V(output) 201 represents the constant amplitude RF voltage supplied to the bias electrode 123 by the bias RF generator 125. Curve V(substrate top surface 1 ampere) 203 represents the voltage on the top surface 105T of the substrate 105 in response to the supplied RF bias voltage V(output) 201, with an ion current of 1 ampere present on the top surface 105T of the substrate 105. Curve V(substrate top surface 0.5 amperes) 205 represents the voltage on the top surface 105T of the substrate 105 in response to the supplied RF bias voltage V(output) 201, with an ion current of 0.5 amperes present on the top surface 105T of the substrate 105. 2 illustrates that even with a constant amplitude RF bias voltage supplied to the bias electrode 123 by the bias RF generator 125, the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 can vary depending on the density of the plasma 119 and the ion flux incident on the substrate 105. Furthermore, plasma-induced variations in the voltage behavior on the upper surface 105T of the substrate 105 create challenges for transferring the fabrication recipe for the substrate 105 from one processing chamber to another, and for modifying the fabrication recipe for the substrate 105.

図3Aは、いくつかの実施形態に従った、プラズマ処理システム300の垂直断面図である。プラズマ処理システム300は、図1Aのプラズマ処理システム100の修正形態である。プラズマ処理システム300は、チャンバ101、ウィンドウ107、およびチャンバ101内のプラズマ処理領域102を含む。プラズマ処理システム300はまた、TCPRF発生器113、インピーダンス整合ネットワーク111、接続115、およびウィンドウ107の上方に配置されたコイル109を含む。プラズマ処理チャンバ300はまた、矢印117が示すように、プラズマ処理領域102内へのプロセスガスの供給、および矢印121が示すように、プラズマ処理領域102からのプロセスガスおよび副生成物の除去を提供する。TCPRF発生器113からコイル109およびRF透過ウィンドウ107を経由してプラズマ処理領域102に供給されるRF電力は、プロセスガスを、基板105への曝露時にプラズマ処理領域102内でプラズマ119に変換する。 Figure 3A is a vertical cross-sectional view of a plasma processing system 300 according to some embodiments. The plasma processing system 300 is a modification of the plasma processing system 100 of Figure 1A. The plasma processing system 300 includes a chamber 101, a window 107, and a plasma processing region 102 within the chamber 101. The plasma processing system 300 also includes a TCPRF generator 113, an impedance match network 111, connections 115, and a coil 109 positioned above the window 107. The plasma processing chamber 300 also provides for the delivery of process gas into the plasma processing region 102, as indicated by arrow 117, and the removal of process gas and by-products from the plasma processing region 102, as indicated by arrow 121. RF power supplied from the TCPRF generator 113 to the plasma processing region 102 via the coil 109 and the RF-transparent window 107 converts the process gas into a plasma 119 within the plasma processing region 102 upon exposure to the substrate 105.

プラズマ処理システム300は、図1Aに関して説明した基板支持体103の修正形態である基板支持体301を含む。基板支持体301は、処理中に基板105を支持するように構成された上面301Tを有する。いくつかの実施形態では、基板支持体301は、基板105を基板支持体301の上面301Tに対して保持する静電力を発生させるように構成された静電チャックである。基板支持体301はまた、基板支持体301の上面301Tの下方で基板支持体301内に配置されたバイアス電極123を含む。いくつかの実施形態では、基板支持体301はセラミック材料またはその他の種類の誘電体材料等の誘電体材料から形成され、バイアス電極123は導電性材料から形成されている。基板支持体301において、バイアス電極123は、基板105の上面105Tにバイアス電圧を印加して、プラズマ119の帯電成分を基板105に向けて引き寄せる、または基板105から引き離すように構成されている。 The plasma processing system 300 includes a substrate support 301 that is a modification of the substrate support 103 described with respect to FIG. 1A. The substrate support 301 has an upper surface 301T configured to support the substrate 105 during processing. In some embodiments, the substrate support 301 is an electrostatic chuck configured to generate an electrostatic force that holds the substrate 105 against the upper surface 301T of the substrate support 301. The substrate support 301 also includes a bias electrode 123 disposed within the substrate support 301 below the upper surface 301T of the substrate support 301. In some embodiments, the substrate support 301 is formed from a dielectric material, such as a ceramic material or other type of dielectric material, and the bias electrode 123 is formed from a conductive material. In the substrate support 301, the bias electrode 123 is configured to apply a bias voltage to the upper surface 105T of the substrate 105 to attract charged components of the plasma 119 toward or away from the substrate 105.

プラズマ処理システム300では、エッジリング315が基板支持体301を囲み、基板支持体301の上面301Tがエッジリング315に外接されるようになっている。図3Bは、いくつかの実施形態に従った、エッジリング315が基板支持体301を囲んだ状態で基板支持体301上に配置された基板105の上面図であり、図3AのA-A視点として参照される。エッジリング電極323は、エッジリング315内に配置されている。いくつかの実施形態では、エッジリング315は誘電体材料から形成され、エッジリング電極323は導電性材料から形成される。いくつかの実施形態では、基板支持体301がエッジリング315の下方で半径方向外側に延びることによって、基板支持体301の外径部分が支持構造を提供し、その上にエッジリング315が配置される。しかし、エッジリング315がどのような方法で垂直に支持されるかを問わず、エッジリング315は基板支持体301の上面301Tに外接していると理解されたい。 In the plasma processing system 300, an edge ring 315 surrounds the substrate support 301 such that the top surface 301T of the substrate support 301 is circumscribed by the edge ring 315. FIG. 3B is a top view of a substrate 105 disposed on the substrate support 301 with the edge ring 315 surrounding the substrate support 301, according to some embodiments, and is referenced as the A-A view of FIG. 3A. An edge ring electrode 323 is disposed within the edge ring 315. In some embodiments, the edge ring 315 is formed from a dielectric material, and the edge ring electrode 323 is formed from a conductive material. In some embodiments, the substrate support 301 extends radially outward below the edge ring 315, such that the outer diameter of the substrate support 301 provides a support structure upon which the edge ring 315 is disposed. However, it should be understood that the edge ring 315 circumscribes the top surface 301T of the substrate support 301 regardless of how the edge ring 315 is vertically supported.

バイアス電極123は、接続335が示すように、バイアス電圧供給システム333に電気的に接続されている。エッジリング電極323もまた、接続337が示すように、バイアス電圧供給システム333に電気的に接続されている。バイアス電圧供給システム333は、バイアス電極123上の電圧およびエッジリング電極323上の電圧を制御するように構成されている。バイアス電極123は、基板105が基板支持体301の上面301T上に存在するときに基板105の上面105T上の電圧を制御するように構成されている。バイアス電極123に印加される電圧は、バイアス電極123と基板105の上面105Tとの間に存在する様々な材料、例えばバイアス電極123の上方の基板支持体301内に存在する誘電体材料および他の材料と基板105自体の材料との組み合わせ等を理由として、基板105の上面105T上の対応する電圧とは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、バイアス電極123と基板105の上面105Tとの間に存在する材料は、実質的に固定されたキャパシタンスとして電気的に表すことができる。電圧測定装置311が、接続313で示すように、バイアス電極123上の電圧を測定するために接続されている。 The bias electrode 123 is electrically connected to a bias voltage supply system 333, as indicated by connection 335. The edge ring electrode 323 is also electrically connected to the bias voltage supply system 333, as indicated by connection 337. The bias voltage supply system 333 is configured to control the voltage on the bias electrode 123 and the voltage on the edge ring electrode 323. The bias electrode 123 is configured to control the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 when the substrate 105 resides on the upper surface 301T of the substrate support 301. The voltage applied to the bias electrode 123 may be different from the corresponding voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 due to various materials present between the bias electrode 123 and the upper surface 105T of the substrate 105, such as the material of the substrate 105 itself combined with dielectric materials and other materials present in the substrate support 301 above the bias electrode 123. In some embodiments, the material present between bias electrode 123 and top surface 105T of substrate 105 can be represented electrically as a substantially fixed capacitance. A voltage measurement device 311 is connected to measure the voltage on bias electrode 123, as shown by connection 313.

バイアス電極123に加えて、基板支持体301は中層電極302も含む。中層電極302は、基板支持体301の下部303がバイアス電極123と中層電極302との間に存在し、かつ基板支持体301の上部305が中層電極302と基板支持体301の上面301Tとの間に存在するように、基板支持体301内に配置される。いくつかの実施形態では、中層電極302は、基板105を基板支持体301上に保持するためにクランプ電圧が印加される場所の近くに配置される。様々な実施形態において、中層電極302は様々な方法で構成できる。例えば、いくつかの実施形態では、中層電極302は実質的に円盤形状である。いくつかの実施形態では、中層電極302は格子形状を有する。いくつかの実施形態では、中層電極302はスポークの付いた形状を有する。いくつかの実施形態では、中層電極302は、同心円状に離隔した環状リングのセットとして構成されている。中層電極302は本質的にいかなる方法でも構成できるが、中層電極302上で測定される電圧が、基板支持体301内の中層電極302の垂直位置において基板支持体301を横切って/貫いて存在する電圧を代表していなければならないと理解されたい。いくつかの実施形態では、基板支持体301内に配置された1つまたは複数のクランプ電極を中層電極302として使用し、そこで周知のクランプ電圧が1つまたは複数のクランプ電極に印加されて、基板105を基板支持体301上に保持する静電引力を発生させる。電圧測定装置307が、接続309で示すように、中層電極302の電圧を測定するために接続されている。 In addition to the bias electrode 123, the substrate support 301 also includes a middle layer electrode 302. The middle layer electrode 302 is positioned within the substrate support 301 such that a lower portion 303 of the substrate support 301 is between the bias electrode 123 and the middle layer electrode 302, and an upper portion 305 of the substrate support 301 is between the middle layer electrode 302 and the top surface 301T of the substrate support 301. In some embodiments, the middle layer electrode 302 is positioned near where a clamping voltage is applied to hold the substrate 105 on the substrate support 301. In various embodiments, the middle layer electrode 302 can be configured in various ways. For example, in some embodiments, the middle layer electrode 302 is substantially disk-shaped. In some embodiments, the middle layer electrode 302 has a lattice shape. In some embodiments, the middle layer electrode 302 has a spoked shape. In some embodiments, the middle layer electrode 302 is configured as a set of concentrically spaced annular rings. The mid-layer electrode 302 can be configured in essentially any manner, but it should be understood that the voltage measured on the mid-layer electrode 302 should be representative of the voltage that exists across/through the substrate support 301 at the vertical location of the mid-layer electrode 302 within the substrate support 301. In some embodiments, one or more clamp electrodes disposed within the substrate support 301 are used as the mid-layer electrode 302, where a known clamp voltage is applied to the one or more clamp electrodes to generate an attractive electrostatic force that holds the substrate 105 onto the substrate support 301. A voltage measurement device 307 is connected to measure the voltage on the mid-layer electrode 302, as shown by connection 309.

エッジリング電極323は、エッジリング315の上面315T上の電圧を制御するように構成されている。エッジリング電極323に印加される電圧は、エッジリング電極323の上方のエッジリング315内に存在する誘電体材料および他の材料を理由として、エッジリング315の上面315T上の対応する電圧とは異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、エッジリング電極323とエッジリング315の上面315Tとの間に存在する材料は、実質的に固定されたキャパシタンスとして電気的に表すことができる。電圧測定装置325が、接続327で示すように、エッジリング電極323の電圧を測定するために接続されている。 The edge ring electrode 323 is configured to control the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315. The voltage applied to the edge ring electrode 323 may be different from the corresponding voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 due to dielectric and other materials present in the edge ring 315 above the edge ring electrode 323. In some embodiments, the material present between the edge ring electrode 323 and the top surface 315T of the edge ring 315 can be electrically represented as a substantially fixed capacitance. A voltage measurement device 325 is connected to measure the voltage on the edge ring electrode 323, as shown by connection 327.

エッジリング電極323に加えて、エッジリング315はエッジリング中層電極317も含む。エッジリング中層電極317は、エッジリング315の下部319がエッジリング電極323とエッジリング中層電極317との間に存在し、かつエッジリング315の上部321がエッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの間に存在するように、エッジリング315内に配置される。電圧測定装置329が、接続331で示すように、エッジリング中層電極317の電圧を測定するために接続されている。様々な実施形態において、エッジリング中層電極317は様々な方法で構成できる。例えば、いくつかの実施形態では、エッジリング中層電極317は環状リングとして成形される。いくつかの実施形態では、エッジリング中層電極317は、1つまたは複数の環状リングが、離隔し半径方向を向いた格子/スポーク構造のセットに電気的に接続された格子/スポーク付き形状を有する。いくつかの実施形態では、エッジリング中層電極317は、同心円状に離隔した環状リングのセットとして構成されている。エッジリング中層電極317は本質的にいかなる方法でも構成できるが、エッジリング中層電極317上で測定される電圧が、エッジリング315内のエッジリング中層電極317の垂直位置においてエッジリング315を横切って/貫いて存在する電圧を代表していなければならないと理解されたい。 In addition to the edge ring electrode 323, the edge ring 315 also includes an edge ring middle layer electrode 317. The edge ring middle layer electrode 317 is positioned within the edge ring 315 such that the lower portion 319 of the edge ring 315 is between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle layer electrode 317, and the upper portion 321 of the edge ring 315 is between the edge ring middle layer electrode 317 and the top surface 315T of the edge ring 315. A voltage measurement device 329 is connected to measure the voltage of the edge ring middle layer electrode 317, as shown by connection 331. In various embodiments, the edge ring middle layer electrode 317 can be configured in various ways. For example, in some embodiments, the edge ring middle layer electrode 317 is shaped as an annular ring. In some embodiments, the edge ring middle layer electrode 317 has a lattice/spoke shape in which one or more annular rings are electrically connected to a set of spaced, radially oriented lattice/spoke structures. In some embodiments, the edge ring middle electrode 317 is configured as a set of concentrically spaced annular rings. The edge ring middle electrode 317 can be configured in essentially any manner, but it should be understood that the voltage measured on the edge ring middle electrode 317 should be representative of the voltage that exists across/through the edge ring 315 at the vertical location of the edge ring middle electrode 317 within the edge ring 315.

図3Cは、いくつかの実施形態に従った、基板支持体301内の中層電極302およびエッジリング315内のエッジリング中層電極317の上面図であり、図3AのB-B視点として参照される。いくつかの実施形態では、電圧測定装置311、325、307、および329と、それぞれに関連付けられた接続313、327、309、および331は、バイアス電圧供給システム333の電圧測定システムの一部である。いくつかの実施形態では、基板支持体301内の中層電極302とエッジリング315内のエッジリング中層電極317とは、図3Aに描かれたように、プラズマ処理システム300内で実質的に等しい垂直高さにある。しかし、いくつかの実施形態では、基板支持体301内の中層電極302とエッジリング315内のエッジリング中層電極317とは、プラズマ処理システム300内で異なる垂直高さにある。 Figure 3C is a top view of the middle electrode 302 in the substrate support 301 and the edge ring middle electrode 317 in the edge ring 315, referenced as the B-B perspective of Figure 3A, according to some embodiments. In some embodiments, the voltage measurement devices 311, 325, 307, and 329 and their associated connections 313, 327, 309, and 331 are part of a voltage measurement system of a bias voltage supply system 333. In some embodiments, the middle electrode 302 in the substrate support 301 and the edge ring middle electrode 317 in the edge ring 315 are at substantially equal vertical heights within the plasma processing system 300, as depicted in Figure 3A. However, in some embodiments, the middle electrode 302 in the substrate support 301 and the edge ring middle electrode 317 in the edge ring 315 are at different vertical heights within the plasma processing system 300.

図3Dは、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システム333の実施例であるバイアス電圧供給システム333Aを示す。バイアス電極123およびエッジリング電極323は、それらにそれぞれ関連付けられた電気接続335および337とともに、バイアス電圧供給システム333Aの構成要素とみなすことができる。バイアス電圧供給システム333Aは、接続347および349で示すように、フィルタ343を通してバイアス電圧供給ノード345に電気的に接続された出力を有する電圧供給システム341を含む。電圧供給システム341は、バイアス電圧供給ノード345上に時間の関数として所定のバイアス電圧調整済波形342を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、所定のバイアス電圧調整済波形342は、バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aおよび時間的に変化するバイアス電圧部分(dV/dT)342Bを含む。いくつかの実施形態では、所定のバイアス電圧調整済波形342は、進行中の一連のパルスサイクルとして定められ、各パルスサイクルはON期間とOFF期間を含む。電圧供給システム341は、コントローラ351と双方向データ/信号通信して接続されており、このコントローラ351は、基板105上の特定のプラズマ処理動作に必要とされる、本質的に任意の形の所定のバイアス電圧調整済波形342を生成するように、電圧供給システム341の動作を指示するようにプログラム可能である。 3D illustrates bias voltage supply system 333A, an example of bias voltage supply system 333 of FIG. 3A, according to some embodiments. Bias electrode 123 and edge ring electrode 323, along with their associated electrical connections 335 and 337, respectively, can be considered components of bias voltage supply system 333A. Bias voltage supply system 333A includes voltage supply system 341 having an output electrically connected to bias voltage supply node 345 through filter 343, as shown by connections 347 and 349. Voltage supply system 341 is configured to generate a predetermined bias voltage regulated waveform 342 on bias voltage supply node 345 as a function of time. In some embodiments, predetermined bias voltage regulated waveform 342 includes a bias voltage step portion (Vstep) 342A and a time-varying bias voltage portion (dV/dT) 342B. In some embodiments, the predetermined bias voltage adjusted waveform 342 is defined as an ongoing series of pulse cycles, each pulse cycle including an ON period and an OFF period. The voltage supply system 341 is connected in two-way data/signal communication with a controller 351, which is programmable to direct operation of the voltage supply system 341 to generate essentially any form of predetermined bias voltage adjusted waveform 342 required for a particular plasma processing operation on the substrate 105.

図3Eは、いくつかの実施形態に従った、電圧供給システム341の実施例を示す。電圧供給システム341は、第1電圧源344Aおよび第2電圧源344Bを含み、これらは、互いに電気的に直列に接続されることによって、その出力電圧が合計される。いくつかの実施形態では、第1電圧源344Aおよび第2電圧源344Bのそれぞれが直流電圧源である。第1電圧源344Aは、所定のバイアス電圧調整済波形342に対応する所定のパルススケジュールに従って、時間的に一定の電圧の大きさを生成するように構成されている。例えば、図3Eは、第1電圧源344Aによって生成および出力されるパルス電圧波形385の例を示し、このパルス電圧波形385は、最終的に所定のバイアス電圧調整済波形342のバイアス電圧段差部分(Vstep)342Aとなる。第1電圧源344Aの出力は、電気接続383で示すように、第2電圧源344Bの入力に電気的に接続されている。第2電圧源344Bの出力は、電気接続347で示すように、電圧供給システム341の出力に電気的に接続されている。第2電圧源344Bは、時間的に変化するパルス電圧波形387を生成するように構成されており、このパルス電圧波形387は、最終的に所定のバイアス電圧調整済波形342の時間的に変化するバイアス電圧部分(dV/dT)342Bとなる。いくつかの実施形態では、時間的に変化するパルス電圧波形387は、各パルスサイクルのON期間の間、時間の関数として実質的に線形に変化する。また、いくつかの実施形態では、時間的に変化するパルス電圧波形387は、各パルスサイクルのON期間の間、時間の関数として実質的に線形に大きさが増加する。第2電圧源344Bの出力において、パルス電圧波形385は、時間的に変化するパルス電圧波形387と組み合わされて、所定のバイアス電圧調整済波形342を生成する。このように、電圧供給システム341によってバイアス電圧供給ノード345に供給される出力電圧は、第1電圧源344Aによって生成されたパルス電圧波形385と、第2電圧源344Bによって生成されたパルス電圧波形387との組み合わせとなる。第1電圧源344Aおよび第2電圧源344Bはそれぞれ、コントローラ351と双方向データ/信号通信して接続されており、コントローラ351は、所定のバイアス電圧調整済波形342を生成するために、第1電圧源344Aおよび第2電圧源344Bの動作を指示して、パルス電圧波形385および387の位相およびデューティサイクルを同期させる。 FIG. 3E illustrates an example of a voltage supply system 341, according to some embodiments. The voltage supply system 341 includes a first voltage source 344A and a second voltage source 344B, which are electrically connected in series with each other such that their output voltages are summed. In some embodiments, each of the first voltage source 344A and the second voltage source 344B is a DC voltage source. The first voltage source 344A is configured to generate a constant voltage magnitude over time according to a predetermined pulse schedule corresponding to the predetermined bias voltage adjusted waveform 342. For example, FIG. 3E illustrates an example of a pulse voltage waveform 385 generated and output by the first voltage source 344A, which ultimately results in a bias voltage step portion (Vstep) 342A of the predetermined bias voltage adjusted waveform 342. The output of the first voltage source 344A is electrically connected to the input of the second voltage source 344B, as indicated by electrical connection 383. The output of second voltage source 344B is electrically connected to the output of voltage supply system 341, as indicated by electrical connection 347. Second voltage source 344B is configured to generate a time-varying pulsed voltage waveform 387, which ultimately results in a time-varying bias voltage portion (dV/dT) 342B of predetermined bias voltage adjusted waveform 342. In some embodiments, time-varying pulsed voltage waveform 387 varies substantially linearly as a function of time during the ON period of each pulse cycle. Also, in some embodiments, time-varying pulsed voltage waveform 387 increases in magnitude substantially linearly as a function of time during the ON period of each pulse cycle. At the output of second voltage source 344B, pulsed voltage waveform 385 is combined with time-varying pulsed voltage waveform 387 to generate predetermined bias voltage adjusted waveform 342. Thus, the output voltage provided by voltage supply system 341 to bias voltage supply node 345 is a combination of pulsed voltage waveform 385 generated by first voltage source 344A and pulsed voltage waveform 387 generated by second voltage source 344B. First voltage source 344A and second voltage source 344B are each connected in two-way data/signal communication with controller 351, which directs operation of first voltage source 344A and second voltage source 344B to synchronize the phase and duty cycle of pulsed voltage waveforms 385 and 387 to generate predetermined bias voltage regulated waveform 342.

再び図3Dを参照すると、バイアス電圧供給システム333Aは、バイアス電圧供給ノード345上に存在する電圧を、制御された方法でバイアス電極123およびエッジリング電極323のそれぞれに印加するように構成された分割回路353を含む。分割回路353は、第1分岐回路355および第2分岐回路357を含む。第1分岐回路355は、バイアス電圧供給ノード345とバイアス電極123との間に電気的に接続されている。第1分岐回路355は、直列コンデンサ359および分路コンデンサ361を含む。いくつかの実施形態では、直列コンデンサ359と分路コンデンサ361のそれぞれは、分割回路353と双方向データ/信号通信するコントローラ351によって、そのキャパシタンス設定をリモート制御できる各自の可変コンデンサである。いくつかの実施形態では、第1分岐回路355が、直列コンデンサ359を迂回できるように実装された切替装置360を含むことによって、バイアス電圧供給ノード345を、電気接続335を経由して、直列コンデンサ359の入力端子に、またはバイアス電極123に直接、切り替え可能に電気的に接続できる。このようにして、切替装置360を制御することにより、直列コンデンサ359をバイアス電圧供給ノード345とバイアス電極123との間に直列に電気的に接続させるか、または直列コンデンサ359がバイアス電圧供給ノード345とバイアス電極123との間に配置されないように効果的に電気的に除去する。また、いくつかの実施形態では、第1分岐回路355は、分路コンデンサ361が、第1分岐回路355の出力からバイアス電極123に延びる電気接続335に電気的に接続可能なように、または電気接続335から切り離し可能なように実装された切替装置362を含む。このようにして、切替装置362を制御することにより、バイアス電極123と基準接地電位367との間に分路コンデンサ361を電気的に接続するか、または分路コンデンサ361を第1分岐回路355から効果的に電気的に除去する。 3D , bias voltage supply system 333A includes a splitter circuit 353 configured to apply the voltage present on bias voltage supply node 345 to each of bias electrode 123 and edge ring electrode 323 in a controlled manner. Splitter circuit 353 includes a first branch circuit 355 and a second branch circuit 357. First branch circuit 355 is electrically connected between bias voltage supply node 345 and bias electrode 123. First branch circuit 355 includes a series capacitor 359 and a shunt capacitor 361. In some embodiments, each of series capacitor 359 and shunt capacitor 361 is a respective variable capacitor whose capacitance setting can be remotely controlled by controller 351 in bidirectional data/signal communication with splitter circuit 353. In some embodiments, first branch circuit 355 includes a switching device 360 implemented to bypass series capacitor 359, thereby switchably electrically connecting bias voltage supply node 345 to the input terminal of series capacitor 359 or directly to bias electrode 123 via electrical connection 335. In this manner, controlling switching device 360 either electrically connects series capacitor 359 in series between bias voltage supply node 345 and bias electrode 123, or effectively electrically removes series capacitor 359 from being disposed between bias voltage supply node 345 and bias electrode 123. Also, in some embodiments, first branch circuit 355 includes a switching device 362 implemented to electrically connect or disconnect shunt capacitor 361 to electrical connection 335 extending from the output of first branch circuit 355 to bias electrode 123. In this manner, by controlling the switching device 362, the shunt capacitor 361 is either electrically connected between the bias electrode 123 and the reference ground potential 367, or the shunt capacitor 361 is effectively electrically removed from the first branch circuit 355.

第2分岐回路357は、バイアス電圧供給ノード345とエッジリング電極323との間に電気的に接続されている。第2分岐回路357は、直列コンデンサ363および分路コンデンサ365を含む。いくつかの実施形態では、直列コンデンサ363と分路コンデンサ365のそれぞれは、分割回路353と双方向データ/信号通信するコントローラ351によって、そのキャパシタンス設定をリモート制御できる各自の可変コンデンサである。いくつかの実施形態では、第2分岐回路357が、直列コンデンサ363を迂回できるように実装された切替装置369を含むことによって、バイアス電圧供給ノード345を、電気接続337を経由して、直列コンデンサ363の入力端子に、またはバイアス電極323に直接、切り替え可能に電気的に接続できる。このようにして、切替装置369を制御することにより、直列コンデンサ363をバイアス電圧供給ノード345とエッジリング電極323との間に直列に電気的に接続させるか、または直列コンデンサ363がバイアス電圧供給ノード345とエッジリング電極323との間に配置されないように効果的に電気的に除去する。また、いくつかの実施形態では、第2分岐回路357は、分路コンデンサ365が、第2分岐回路357の出力からエッジリング電極323に延びる電気接続337に電気的に接続可能なように、または電気接続337から切り離し可能なように実装された切替装置371を含む。このようにして、切替装置371を制御することにより、エッジリング電極323と基準接地電位367との間に分路コンデンサ365を電気的に接続するか、または分路コンデンサ365を第2分岐回路357から効果的に電気的に除去する。 The second branch circuit 357 is electrically connected between the bias voltage supply node 345 and the edge ring electrode 323. The second branch circuit 357 includes a series capacitor 363 and a shunt capacitor 365. In some embodiments, the series capacitor 363 and the shunt capacitor 365 are each individual variable capacitors whose capacitance settings can be remotely controlled by a controller 351 in bidirectional data/signal communication with the divider circuit 353. In some embodiments, the second branch circuit 357 includes a switching device 369 implemented to bypass the series capacitor 363, thereby switchably electrically connecting the bias voltage supply node 345 to the input terminal of the series capacitor 363 or directly to the bias electrode 323 via the electrical connection 337. In this manner, controlling the switching device 369 either electrically connects the series capacitor 363 in series between the bias voltage supply node 345 and the edge ring electrode 323, or effectively electrically removes the series capacitor 363 from being disposed between the bias voltage supply node 345 and the edge ring electrode 323. Additionally, in some embodiments, the second branch circuit 357 includes a switching device 371 mounted such that the shunt capacitor 365 can be electrically connected to or disconnected from the electrical connection 337 extending from the output of the second branch circuit 357 to the edge ring electrode 323. In this manner, controlling the switching device 371 either electrically connects the shunt capacitor 365 between the edge ring electrode 323 and the reference ground potential 367, or effectively electrically removes the shunt capacitor 365 from the second branch circuit 357.

いくつかの実施形態では、第1分岐回路355は、直列コンデンサ359と分路コンデンサ361とが連結を解かれるように構成され、第2分岐回路357は、直列コンデンサ363と分路コンデンサ365とが連結するように構成されている。より具体的には、これらの実施形態において、切替装置360および362は、バイアス電圧供給ノード345がバイアス電極123に直接電気的に接続されるように設定され、切替装置369および371は、バイアス電圧供給ノード345からエッジリング電極323に伝達されるバイアス電圧が直列コンデンサ363および分路コンデンサ365によって制御されるように設定される。したがって、これらの実施形態では、電圧供給システム341が出力するバイアス電圧調整済波形342がバイアス電極123に供給され、電圧供給システム341が出力するバイアス電圧調整済波形342の修正バージョンがエッジリング電極323に供給される。 In some embodiments, the first branch circuit 355 is configured to decouple the series capacitor 359 from the shunt capacitor 361, and the second branch circuit 357 is configured to couple the series capacitor 363 to the shunt capacitor 365. More specifically, in these embodiments, the switching devices 360 and 362 are configured to electrically connect the bias voltage supply node 345 directly to the bias electrode 123, and the switching devices 369 and 371 are configured to control the bias voltage transmitted from the bias voltage supply node 345 to the edge ring electrode 323 by the series capacitor 363 and the shunt capacitor 365. Thus, in these embodiments, the bias voltage adjusted waveform 342 output by the voltage supply system 341 is supplied to the bias electrode 123, and a modified version of the bias voltage adjusted waveform 342 output by the voltage supply system 341 is supplied to the edge ring electrode 323.

いくつかの実施形態では、第1分岐回路355は、直列コンデンサ359と分路コンデンサ361とが連結するように構成され、第2分岐回路357は、直列コンデンサ363と分路コンデンサ365とが連結するように構成されている。より具体的には、これらの実施形態において、切替装置360および362は、バイアス電圧供給ノード345からバイアス電極123に伝達されるバイアス電圧が直列コンデンサ359および分路コンデンサ361によって制御されるように設定され、切替装置369および371は、バイアス電圧供給ノード345からエッジリング電極323に伝達されるバイアス電圧が直列コンデンサ363および分路コンデンサ365によって制御されるように設定される。したがって、これらの実施形態では、電圧供給システム341が出力するバイアス電圧調整済波形342の第1修正バージョンがバイアス電極123に供給され、電圧供給システム341が出力するバイアス電圧調整済波形342の第2修正バージョンがエッジリング電極323に供給される。 In some embodiments, the first branch circuit 355 is configured to couple the series capacitor 359 and the shunt capacitor 361, and the second branch circuit 357 is configured to couple the series capacitor 363 and the shunt capacitor 365. More specifically, in these embodiments, the switching devices 360 and 362 are configured such that the bias voltage transmitted from the bias voltage supply node 345 to the bias electrode 123 is controlled by the series capacitor 359 and the shunt capacitor 361, and the switching devices 369 and 371 are configured such that the bias voltage transmitted from the bias voltage supply node 345 to the edge ring electrode 323 is controlled by the series capacitor 363 and the shunt capacitor 365. Thus, in these embodiments, a first modified version of the bias voltage adjusted waveform 342 output by the voltage supply system 341 is supplied to the bias electrode 123, and a second modified version of the bias voltage adjusted waveform 342 output by the voltage supply system 341 is supplied to the edge ring electrode 323.

さらに、いくつかの実施形態では、直列コンデンサ359を、分路コンデンサ361の連結が解かれた状態で、第1分岐回路355に連結できる。いくつかの実施形態では、分路コンデンサ361を、直列コンデンサ359の連結が解かれた状態で、第1分岐回路355に連結できる。また、いくつかの実施形態では、直列コンデンサ363を、分路コンデンサ365の連結が解かれた状態で、第2分岐回路357に連結できる。いくつかの実施形態では、分路コンデンサ365は、直列コンデンサ363の連結が解かれた状態で、第2分岐回路357に連結できる。 Furthermore, in some embodiments, the series capacitor 359 can be coupled to the first branch circuit 355 with the shunt capacitor 361 disconnected. In some embodiments, the shunt capacitor 361 can be coupled to the first branch circuit 355 with the series capacitor 359 disconnected. Also, in some embodiments, the series capacitor 363 can be coupled to the second branch circuit 357 with the shunt capacitor 365 disconnected. In some embodiments, the shunt capacitor 365 can be coupled to the second branch circuit 357 with the series capacitor 363 disconnected.

いくつかの実施形態では、電圧センサ373、例えば電圧/電流センサ(VIセンサ)が接続されて、バイアス電圧供給ノード345上のリアルタイム電圧を測定し、この測定された電圧に関連する情報をコントローラ351に伝達する。いくつかの実施形態では、電圧センサ375、例えば電圧/電流センサ(VIセンサ)が接続され、第1分岐回路355の出力におけるリアルタイム電圧を測定し、この測定された電圧に関連する情報をコントローラ351に伝達する。いくつかの実施形態では、電圧センサ377、例えば電圧/電流センサ(VIセンサ)が接続され、第2分岐回路357の出力におけるリアルタイム電圧を測定し、この測定された電圧に関連する情報をコントローラ351に伝達する。様々な実施形態において、コントローラ351は、電圧センサ373、375、および377のうちの1つまたは複数によって測定された電圧を、電圧供給システム341ならびに、直列コンデンサ359、分路コンデンサ361、直列コンデンサ363、および分路コンデンサ365のうちの1つまたは複数の動作を制御するためのフィードバック信号(複数可)として使用するように構成されている。 In some embodiments, a voltage sensor 373, e.g., a voltage/current sensor (VI sensor), is connected to measure the real-time voltage on the bias voltage supply node 345 and communicate information related to the measured voltage to the controller 351. In some embodiments, a voltage sensor 375, e.g., a voltage/current sensor (VI sensor), is connected to measure the real-time voltage at the output of the first branch circuit 355 and communicate information related to the measured voltage to the controller 351. In some embodiments, a voltage sensor 377, e.g., a voltage/current sensor (VI sensor), is connected to measure the real-time voltage at the output of the second branch circuit 357 and communicate information related to the measured voltage to the controller 351. In various embodiments, the controller 351 is configured to use the voltages measured by one or more of the voltage sensors 373, 375, and 377 as feedback signal(s) to control the operation of the voltage supply system 341 and one or more of the series capacitor 359, the shunt capacitor 361, the series capacitor 363, and the shunt capacitor 365.

また、いくつかの実施形態では、バイアス電圧供給システム333Aは、ある数(N)(Nは1以上である)のRF発生器379-1~379-Nを含み、これらは、各自のインピーダンス整合ネットワーク381-1~381-Nによってバイアス電圧供給ノード345にRFバイアス電圧を供給するように接続されている。RF発生器379-1~379-Nのそれぞれは、コントローラ351と双方向データ/信号通信して接続されている。バイアス電圧供給ノード345において、RF発生器379-1~379-Nが出力したRF電圧信号(複数可)が、電圧供給システム341が出力したバイアス電圧調整済波形342と組み合わされる。RF発生器379-1~379-Nおよび対応するインピーダンス整合ネットワーク381-1~381-Nは、バイアス電圧供給システム333Aのいくつかの実施形態において実装される。しかし、バイアス電圧供給システム333Aの他の実施形態では、RF発生器379-1~379-Nおよび対応するインピーダンス整合ネットワーク381-1~381-Nは実装されない。 Also, in some embodiments, bias voltage supply system 333A includes a number (N) (N is 1 or greater) of RF generators 379-1 through 379-N, which are connected to supply RF bias voltages to bias voltage supply node 345 via respective impedance matching networks 381-1 through 381-N. Each of RF generators 379-1 through 379-N is connected in bidirectional data/signal communication with controller 351. At bias voltage supply node 345, the RF voltage signal(s) output by RF generators 379-1 through 379-N are combined with bias voltage regulated waveform 342 output by voltage supply system 341. RF generators 379-1 through 379-N and corresponding impedance matching networks 381-1 through 381-N are implemented in some embodiments of bias voltage supply system 333A. However, in other embodiments of the bias voltage supply system 333A, the RF generators 379-1 to 379-N and corresponding impedance matching networks 381-1 to 381-N are not implemented.

図3Fは、いくつかの実施形態に従った、電圧供給システム341によって生成された例示的なバイアス電圧調整済波形342と、基板105の上面105T上の対応するバイアス電圧波形372と、エッジリング315の上面315T上の対応するバイアス電圧波形374とを示す。バイアス電圧調整済波形342は、バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aおよび時間的に変化するバイアス電圧部分(dV/dT)342Bを含む。バイアス電圧調整済波形342は、バイアス電圧供給ノード345上で生成される。そのため、基板105の上面105T上のバイアス電圧波形372は、第1分岐回路355によって修正されたバイアス電圧調整済波形342に基づいている。同様に、エッジリング315の上面315T上のバイアス電圧波形374は、第2分岐回路357によって修正されたバイアス電圧調整済波形342に基づいている。バイアス電圧波形372は、段差部分372Aおよび傾斜部分372Bを含む。バイアス電圧波形374は、段差部分374Aおよび傾斜部分374Bを含む。 3F illustrates an exemplary bias voltage adjusted waveform 342 generated by voltage supply system 341, a corresponding bias voltage waveform 372 on the top surface 105T of substrate 105, and a corresponding bias voltage waveform 374 on the top surface 315T of edge ring 315, according to some embodiments. Bias voltage adjusted waveform 342 includes a bias voltage step portion (Vstep) 342A and a time-varying bias voltage portion (dV/dT) 342B. Bias voltage adjusted waveform 342 is generated on bias voltage supply node 345. Thus, bias voltage waveform 372 on the top surface 105T of substrate 105 is based on bias voltage adjusted waveform 342 as modified by first branch circuit 355. Similarly, bias voltage waveform 374 on the top surface 315T of edge ring 315 is based on bias voltage adjusted waveform 342 as modified by second branch circuit 357. Bias voltage waveform 372 includes a step portion 372A and a slope portion 372B. Bias voltage waveform 374 includes a step portion 374A and a slope portion 374B.

第1分岐回路355の分路コンデンサ361は、基板105の上面105T上のバイアス電圧波形372の段差部分372Aの大きさを制御する。具体的には、分路コンデンサ361のキャパシタンス設定を制御して、段差部分372Aの大きさを、バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aの大きさの割合(0~100%)に設定できる。第1分岐回路355において分路コンデンサ361が連結を解かれた(または存在しない)場合、段差部分372Aの大きさは、バイアス電極123と基板105の上面105Tとの間に存在する基板支持体301および基板105の材料の固有のキャパシタンス効果に応じて、バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aの大きさの固定の割合となる。バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aの大きさの上記固定の割合は、電圧供給システム341の出力と基板105の上面105Tとの間の構造に依存する。例えば、フィルタ343、インピーダンス整合ネットワーク381-1~381-N、ならびに電気接続347、349、345、および335等の構造においては、浮遊分路キャパシタンスが存在してもよい。また、バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aの立ち上がり時間が、プラズマシースを通るイオン移動時間と比べて比較的長い場合、電圧供給システム341の出力と基板105の上面105Tとの間の直列キャパシタンスによって、Vstep342Aの立ち上がり時間中のイオンフラックスを理由とするVstep342Aの大きさの上記固定の割合を低減できる。例えば、いくつかの実施形態では、様々な直列キャパシタンスを、フィルタ343、基板支持体301、基板105、および/または電気接続347、349、345、および335において、何らかの目的で挿入してもよい。Vstep342Aの立ち上がり時間を、例えばVstep<<1マイクロ秒など、比較的短くすることにより、直列キャパシタンスを理由とするVstep342Aの大きさの上記固定の割合の減少を、大部分解消できる。 The shunt capacitor 361 of the first branch circuit 355 controls the magnitude of the step portion 372A of the bias voltage waveform 372 on the top surface 105T of the substrate 105. Specifically, the capacitance setting of the shunt capacitor 361 can be controlled to set the magnitude of the step portion 372A to a percentage (0-100%) of the magnitude of the bias voltage step portion (Vstep) 342A. When the shunt capacitor 361 is disconnected (or not present) in the first branch circuit 355, the magnitude of the step portion 372A becomes a fixed percentage of the magnitude of the bias voltage step portion (Vstep) 342A, depending on the inherent capacitance effects of the substrate support 301 and the substrate 105 material present between the bias electrode 123 and the top surface 105T of the substrate 105. This fixed percentage of the magnitude of the bias voltage step portion (Vstep) 342A depends on the structure between the output of the voltage supply system 341 and the top surface 105T of the substrate 105. For example, stray shunt capacitance may be present in structures such as filter 343, impedance matching networks 381-1 through 381-N, and electrical connections 347, 349, 345, and 335. Also, if the rise time of bias voltage step (Vstep) 342A is relatively long compared to the ion transit time through the plasma sheath, series capacitance between the output of voltage supply system 341 and top surface 105T of substrate 105 can reduce the fixed percentage of Vstep 342A magnitude due to ion flux during the rise time of Vstep 342A. For example, in some embodiments, various series capacitances may be inserted for some purpose in filter 343, substrate support 301, substrate 105, and/or electrical connections 347, 349, 345, and 335. By making the rise time of Vstep 342A relatively short, e.g., Vstep<<1 microsecond, the fixed percentage reduction in the magnitude of Vstep 342A due to series capacitance can be largely eliminated.

第1分岐回路355の直列コンデンサ359は、基板105の上面105T上のバイアス電圧波形372の傾斜部分372Bの傾斜(時間に対する電圧の変化)を制御する。バイアス電極123に電圧が印加されるとき、プラズマ119から基板105の上面105Tに向かうイオン電流が存在し、これによって基板105の上面105T上の負電荷が放電され、それに応じて基板105の上面105T上の負電圧の大きさが時間と共に減少する。このイオンが誘発する基板105の上面105T上の負電圧の大きさの減少を補償するために、バイアス電圧調整済波形342の時間的に変化するバイアス電圧部分(dV/dT)342Bが、バイアス電圧を時間とともに増加させる。直列コンデンサ359のキャパシタンス設定を制御して、基板105の上面105T上の時間の関数としてのバイアス電圧の変化を調整することによって、基板105の上面105T上の負電荷の、イオンが誘発する放電を補償する。いくつかの実施形態では、直列コンデンサ359のキャパシタンス設定を制御して、バイアス電圧調整済波形342のON期間の間に基板105の上面105T上で実質的に一定の電圧を維持する。しかし、他の実施形態では、直列コンデンサ359のキャパシタンス設定を制御して、バイアス電圧調整済波形342のON期間の間、基板105の上面105T上の時間の関数としての電圧の所望の変化(正のdV/dTおよび/または負のdV/dT)を達成する。直列コンデンサ359が第1分岐回路355において連結を解かれる/迂回される(または存在しない)場合、バイアス電圧調整済波形342のON期間の間の基板105の上面105T上の時間の関数(dV/dT)としての電圧の変化は、バイアス電圧調整済波形342の時間的に変化するバイアス電圧部分(dV/dT)342Bに従うことになり、バイアス電極123と基板105の上面105Tとの間に存在する基板支持体301および基板105の材料の固有のキャパシタンス効果に基づく固定電圧の大きさが相殺される。いくつかの実施形態では、上記の固定された電圧の大きさの相殺は、電圧供給システム341の出力と基板105の上面105Tとの間の固有の直列キャパシタンスにも基づいてよい。いくつかの実施形態では、上記固有の直列キャパシタンスは、フィルタ343、基板支持体301、基板105、および/または電気接続347、349、345、および335に何らかの目的で挿入された様々な直列キャパシタンスに相当する。 The series capacitor 359 of the first branch circuit 355 controls the slope (change in voltage over time) of the sloped portion 372B of the bias voltage waveform 372 on the upper surface 105T of the substrate 105. When a voltage is applied to the bias electrode 123, an ion current exists from the plasma 119 toward the upper surface 105T of the substrate 105, which discharges the negative charge on the upper surface 105T of the substrate 105, and the magnitude of the negative voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 correspondingly decreases over time. To compensate for this ion-induced decrease in the magnitude of the negative voltage on the upper surface 105T of the substrate 105, the time-varying bias voltage portion (dV/dT) 342B of the bias voltage adjusted waveform 342 increases the bias voltage over time. Controlling the capacitance setting of the series capacitor 359 adjusts the change in bias voltage as a function of time on the upper surface 105T of the substrate 105, thereby compensating for the ion-induced discharge of the negative charge on the upper surface 105T of the substrate 105. In some embodiments, the capacitance setting of the series capacitor 359 is controlled to maintain a substantially constant voltage on the top surface 105T of the substrate 105 during the ON period of the bias voltage adjusted waveform 342. However, in other embodiments, the capacitance setting of the series capacitor 359 is controlled to achieve a desired change in voltage as a function of time (positive dV/dT and/or negative dV/dT) on the top surface 105T of the substrate 105 during the ON period of the bias voltage adjusted waveform 342. If the series capacitor 359 is disconnected/bypassed (or not present) in the first branch circuit 355, the change in voltage as a function of time (dV/dT) on the top surface 105T of the substrate 105 during the ON period of the bias voltage adjusted waveform 342 will follow the time-varying bias voltage portion (dV/dT) 342B of the bias voltage adjusted waveform 342, canceling out the fixed voltage magnitude due to the inherent capacitance effect of the substrate support 301 and substrate 105 materials present between the bias electrode 123 and the top surface 105T of the substrate 105. In some embodiments, this fixed voltage magnitude cancellation may also be based on the inherent series capacitance between the output of the voltage supply system 341 and the top surface 105T of the substrate 105. In some embodiments, this inherent series capacitance corresponds to various series capacitances inserted for some purpose in the filter 343, the substrate support 301, the substrate 105, and/or the electrical connections 347, 349, 345, and 335.

第2分岐回路357の分路コンデンサ365は、エッジリング315の上面315T上のバイアス電圧波形374の段差部分374Aの大きさを制御する。具体的には、分路コンデンサ365のキャパシタンス設定を制御して、段差部分374Aの大きさを、バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aの大きさの割合(0~100%)に設定できる。第2分岐回路357において分路コンデンサ365が連結を解かれた(または存在しない)場合、段差部分374Aの大きさは、エッジリング電極323とエッジリング315の上面315Tとの間に存在するエッジリング315の材料の固有のキャパシタンス効果に応じて、バイアス電圧段差部分(Vstep)342Aの大きさの固定された割合となる。いくつかの実施形態では、段差部分374Aの大きさは、電圧供給システム341の出力とエッジリング315の上面315Tとの間の固有の直列キャパシタンスにも基づくことができる。いくつかの実施形態では、上記固有の直列キャパシタンスは、フィルタ343、エッジリング315、および/または電気接続347、349、345、および337に何らかの目的で挿入された様々な直列キャパシタンスに相当する。 The shunt capacitor 365 of the second branch circuit 357 controls the magnitude of the step portion 374A of the bias voltage waveform 374 on the top surface 315T of the edge ring 315. Specifically, the capacitance setting of the shunt capacitor 365 can be controlled to set the magnitude of the step portion 374A to a percentage (0-100%) of the magnitude of the bias voltage step portion (Vstep) 342A. When the shunt capacitor 365 is disconnected (or not present) in the second branch circuit 357, the magnitude of the step portion 374A is a fixed percentage of the magnitude of the bias voltage step portion (Vstep) 342A, depending on the inherent capacitance effect of the material of the edge ring 315 that exists between the edge ring electrode 323 and the top surface 315T of the edge ring 315. In some embodiments, the magnitude of the step portion 374A can also be based on the inherent series capacitance between the output of the voltage supply system 341 and the top surface 315T of the edge ring 315. In some embodiments, the inherent series capacitance corresponds to various series capacitances inserted for some purpose in the filter 343, the edge ring 315, and/or the electrical connections 347, 349, 345, and 337.

第2分岐回路357の直列コンデンサ363は、エッジリング315の上面315T上のバイアス電圧波形374の傾斜部分374Bの傾斜(時間に対する電圧の変化)を制御する。エッジリング電極323に電圧が印加されるとき、プラズマ119からエッジリング315の上面315Tに向かうイオン電流が存在し、これはエッジリング315の上面315T上で負電荷を放電し、それに応じてエッジリング315の上面315T上の負電圧の大きさが時間と共に減少する。このイオンが誘発するエッジリング315の上面315T上の負電圧の大きさの減少を補償するために、バイアス電圧調整済波形342の時間的に変化するバイアス電圧部分(dV/dT)342Bが、バイアス電圧を時間とともに増加させる。直列コンデンサ363のキャパシタンス設定を制御して、エッジリング315の上面315T上の時間の関数としてのバイアス電圧の変化を調整することによって、エッジリング315の上面315T上の負電荷の、イオンが誘発する放電を補償する。いくつかの実施形態では、直列コンデンサ363のキャパシタンス設定を制御して、バイアス電圧調整済波形342のON期間の間、エッジリング315の上面315T上で実質的に一定の電圧を維持する。しかし、他の実施形態では、直列コンデンサ363のキャパシタンス設定を制御して、バイアス電圧調整済波形342のON期間の間、エッジリング315の上面315T上で、時間の関数としての電圧の所望の変化(正のdV/dTおよび/または負のdV/dT)を達成する。直列コンデンサ363が第2分岐回路357において連結を解かれる/迂回される(または存在しない)場合、バイアス電圧調整済波形342のON期間の間のエッジリング315の上面315T上の時間の関数(dV/dT)としての電圧の変化は、バイアス電圧調整済波形342の時間的に変化するバイアス電圧部分(dV/dT)342Bに従うことになり、エッジリング電極323とエッジリング315の上面315Tとの間に存在するエッジリング315の材料の固有のキャパシタンス効果に基づく固定電圧の大きさが相殺される。いくつかの実施形態では、上記の固定された電圧の大きさの相殺は、電圧供給システム341の出力とエッジリング315の上面315Tとの間の固有の直列キャパシタンスにも基づいてよい。いくつかの実施形態では、上記固有の直列キャパシタンスは、フィルタ343、エッジリング315、および/または電気接続347、349、345、および337に何らかの目的で挿入された様々な直列キャパシタンスに相当する。 The series capacitor 363 of the second branch circuit 357 controls the slope (change in voltage over time) of the sloped portion 374B of the bias voltage waveform 374 on the upper surface 315T of the edge ring 315. When a voltage is applied to the edge ring electrode 323, an ion current exists from the plasma 119 toward the upper surface 315T of the edge ring 315, which discharges negative charge on the upper surface 315T of the edge ring 315, and the magnitude of the negative voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315 correspondingly decreases over time. To compensate for this ion-induced decrease in the magnitude of the negative voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315, the time-varying bias voltage portion (dV/dT) 342B of the bias voltage adjusted waveform 342 increases the bias voltage over time. The capacitance setting of the series capacitor 363 is controlled to adjust the change in bias voltage as a function of time on the top surface 315T of the edge ring 315, thereby compensating for ion-induced discharge of negative charge on the top surface 315T of the edge ring 315. In some embodiments, the capacitance setting of the series capacitor 363 is controlled to maintain a substantially constant voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 during the ON period of the bias voltage adjusted waveform 342. However, in other embodiments, the capacitance setting of the series capacitor 363 is controlled to achieve a desired change in voltage as a function of time (positive dV/dT and/or negative dV/dT) on the top surface 315T of the edge ring 315 during the ON period of the bias voltage adjusted waveform 342. If the series capacitor 363 is disconnected/bypassed (or not present) in the second branch circuit 357, the change in voltage as a function of time (dV/dT) on the top surface 315T of the edge ring 315 during the ON period of the bias voltage adjusted waveform 342 will follow the time-varying bias voltage portion (dV/dT) 342B of the bias voltage adjusted waveform 342, canceling the fixed voltage magnitude due to the inherent capacitance effect of the material of the edge ring 315 that exists between the edge ring electrode 323 and the top surface 315T of the edge ring 315. In some embodiments, this fixed voltage magnitude cancellation may also be based on the inherent series capacitance between the output of the voltage supply system 341 and the top surface 315T of the edge ring 315. In some embodiments, this inherent series capacitance corresponds to various series capacitances inserted for some purpose in the filter 343, the edge ring 315, and/or the electrical connections 347, 349, 345, and 337.

図3Gは、いくつかの実施形態に従った、図3Aのバイアス電圧供給システム333の実施例であるバイアス電圧供給システム333Bを示す。バイアス電圧供給システム333Bは、第1電圧供給システム390および第2電圧供給システム395を含む。第1電圧供給システム390は、フィルタ392および電気接続335を経由してバイアス電極123に接続された出力を有する電圧供給システム391を含む。電圧供給システム391は、電圧供給システム341と同じように構成されている。そのため、電圧供給システム391は、所定のバイアス電圧調整済波形342-1を生成してバイアス電極123に供給する。所定のバイアス電圧調整済波形342-1は、段差部分342A1および傾斜部分342B1を含む。フィルタ392は、RF信号が電圧供給システム391に入るのを防ぐように構成されている。様々な実施形態において、フィルタ392はローパスフィルタまたはノッチフィルタである。 FIG. 3G shows bias voltage supply system 333B, an example of bias voltage supply system 333 of FIG. 3A, according to some embodiments. Bias voltage supply system 333B includes first voltage supply system 390 and second voltage supply system 395. First voltage supply system 390 includes voltage supply system 391 having an output connected to bias electrode 123 via filter 392 and electrical connection 335. Voltage supply system 391 is configured similarly to voltage supply system 341. As such, voltage supply system 391 generates and supplies predetermined bias voltage adjusted waveform 342-1 to bias electrode 123. Predetermined bias voltage adjusted waveform 342-1 includes step portion 342A1 and slope portion 342B1. Filter 392 is configured to prevent RF signals from entering voltage supply system 391. In various embodiments, filter 392 is a low-pass filter or a notch filter.

第1電圧供給システム390はまた、任意選択で、ある数(N)(Nは1以上である)のRF発生器393-1~393-Nを含み、これらは、各自のインピーダンス整合ネットワーク394-1~394-Nによってバイアス電極123にRFバイアス電圧を供給するように接続されている。RF発生器393-1~393-Nのそれぞれは、コントローラ351と双方向データ/信号通信して接続されている。コントローラ351は、電圧供給システム391およびRF発生器393-1~393-Nのそれぞれが出力するバイアス電圧波形を同期させるように動作する。RF発生器393-1~393-Nが出力したRF電圧信号(複数可)は、電圧供給システム391が出力したバイアス電圧調整済波形342-1と電気接続335上で組み合わされる。RF発生器393-1~393-Nおよび対応するインピーダンス整合ネットワーク394-1~394-Nは、第1電圧供給システム390のいくつかの実施形態において実装される。しかし、いくつかの実施形態では、RF発生器393-1~393-Nおよび対応するインピーダンス整合ネットワーク394-1~394-Nは、第1電圧供給システム390には実装されない。 The first voltage supply system 390 also optionally includes a number (N) (N is 1 or greater) of RF generators 393-1 through 393-N, which are connected to supply RF bias voltages to the bias electrodes 123 via respective impedance match networks 394-1 through 394-N. Each of the RF generators 393-1 through 393-N is connected in bidirectional data/signal communication with a controller 351. The controller 351 operates to synchronize the bias voltage waveforms output by the voltage supply system 391 and each of the RF generators 393-1 through 393-N. The RF voltage signal(s) output by the RF generators 393-1 through 393-N are combined over electrical connection 335 with the bias voltage regulated waveform 342-1 output by the voltage supply system 391. In some embodiments, RF generators 393-1 to 393-N and corresponding impedance matching networks 394-1 to 394-N are implemented in the first voltage supply system 390. However, in some embodiments, RF generators 393-1 to 393-N and corresponding impedance matching networks 394-1 to 394-N are not implemented in the first voltage supply system 390.

第2電圧供給システム395は、フィルタ397および電気接続337を経由してエッジリング電極323に接続された出力を有する電圧供給システム396を含む。電圧供給システム396は、電圧供給システム341と同じように構成されている。そのため、電圧供給システム396は、所定のバイアス電圧調整済波形342-2を生成してエッジリング電極323に供給する。所定のバイアス電圧調整済波形342-2は、段差部分342A2および傾斜部分342B2を含む。フィルタ397は、RF信号が電圧供給システム396に入るのを防ぐように構成されている。様々な実施形態において、フィルタ397はローパスフィルタまたはノッチフィルタである。 The second voltage supply system 395 includes a voltage supply system 396 having an output connected to the edge ring electrode 323 via a filter 397 and an electrical connection 337. The voltage supply system 396 is configured similarly to the voltage supply system 341. As such, the voltage supply system 396 generates and supplies a predetermined bias voltage adjusted waveform 342-2 to the edge ring electrode 323. The predetermined bias voltage adjusted waveform 342-2 includes a step portion 342A2 and a slope portion 342B2. The filter 397 is configured to prevent RF signals from entering the voltage supply system 396. In various embodiments, the filter 397 is a low-pass filter or a notch filter.

第2電圧供給システム395はまた、任意選択で、ある数(N)(Nは1以上である)のRF発生器398-1~398-Nを含み、これらは、各自のインピーダンス整合ネットワーク399-1~399-Nによってエッジリング電極323にRFバイアス電圧を供給するように接続されている。RF発生器398-1~398-Nのそれぞれは、コントローラ351と双方向データ/信号通信して接続されている。コントローラ351は、電圧供給システム396およびRF発生器398-1~398-Nのそれぞれが出力するバイアス電圧波形を同期させるように動作する。RF発生器398-1~398-Nが出力したRF電圧信号(複数可)は、電圧供給システム396が出力したバイアス電圧調整済波形342-2と電気接続337上で組み合わされる。RF発生器398-1~398-Nおよび対応するインピーダンス整合ネットワーク399-1~399-Nは、第2電圧供給システム395のいくつかの実施形態において実装される。しかし、いくつかの実施形態では、RF発生器398-1~398-Nおよび対応するインピーダンス整合ネットワーク399-1~399-Nは、第2電圧供給システム395には実装されない。 The second voltage supply system 395 also optionally includes a number (N) (N is 1 or greater) of RF generators 398-1 through 398-N, which are connected to supply RF bias voltages to the edge ring electrode 323 via respective impedance match networks 399-1 through 399-N. Each of the RF generators 398-1 through 398-N is connected in bidirectional data/signal communication with a controller 351. The controller 351 operates to synchronize the bias voltage waveforms output by the voltage supply system 396 and each of the RF generators 398-1 through 398-N. The RF voltage signal(s) output by the RF generators 398-1 through 398-N are combined over electrical connection 337 with the bias voltage regulated waveform 342-2 output by the voltage supply system 396. In some embodiments, RF generators 398-1 to 398-N and corresponding impedance matching networks 399-1 to 399-N are implemented in the second voltage supply system 395. However, in some embodiments, RF generators 398-1 to 398-N and corresponding impedance matching networks 399-1 to 399-N are not implemented in the second voltage supply system 395.

いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形342-1は、バイアス電圧調整済波形342-1内の各パルスサイクルのON期間の間、基板105の上面105T上で実質的に一定の電圧を維持するように生成され、バイアス電圧調整済波形342-2は、バイアス電圧調整済波形342-2内の各パルスサイクルのON期間の間、エッジリング315の上面315T上で実質的に一定の電圧を維持するように生成され、これによって、実質的に一定の電圧差がバイアス電圧調整済波形342-1および342-2のパルスサイクルのON期間の間に維持されるようにし、この場合、基板105とエッジリング315との移行部分にわたって実質的に平坦なプラズマシース境界を維持するように、実施的に一定の電圧差が定められる。いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形342-1の段差部分342A1およびバイアス電圧調整済波形342-2の段差部分342A2を同期制御して、基板105の上面105Tとエッジリング315の上面315Tとの間で所定の電圧差を達成する。また、いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形342-1の傾斜部分342B1を制御して、バイアス電圧調整済波形342-1の各パルスサイクルのON期間にわたって基板105の上面105T上の負電荷の、イオンが誘発する放電を補償し、これによって、基板105の上面105T上の電圧が、バイアス電圧調整済波形342-1の各パルスサイクルのON期間にわたって実質的に一定のままとなるようにする。また、いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形342-2の傾斜部分342B2を制御して、バイアス電圧調整済波形342-2の各パルスサイクルのON期間にわたってエッジリング315の上面315T上の負電荷の、イオンが誘発する放電を補償し、これによって、エッジリング315の上面315T上の電圧が、バイアス電圧調整済波形342-2の各パルスサイクルのON期間にわたって実質的に一定のままとなるようにする。 In some embodiments, the bias voltage adjusted waveform 342-1 is generated to maintain a substantially constant voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 during the ON period of each pulse cycle in the bias voltage adjusted waveform 342-1, and the bias voltage adjusted waveform 342-2 is generated to maintain a substantially constant voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315 during the ON period of each pulse cycle in the bias voltage adjusted waveform 342-2, thereby causing a substantially constant voltage difference to be maintained during the ON periods of the pulse cycles of the bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2, where the substantially constant voltage difference is defined to maintain a substantially flat plasma sheath boundary across the transition between the substrate 105 and the edge ring 315. In some embodiments, step portion 342A1 of bias voltage adjusted waveform 342-1 and step portion 342A2 of bias voltage adjusted waveform 342-2 are synchronously controlled to achieve a predetermined voltage difference between the top surface 105T of substrate 105 and the top surface 315T of edge ring 315. Also, in some embodiments, slope portion 342B1 of bias voltage adjusted waveform 342-1 is controlled to compensate for ion-induced discharge of negative charge on the top surface 105T of substrate 105 during the ON period of each pulse cycle of bias voltage adjusted waveform 342-1, such that the voltage on the top surface 105T of substrate 105 remains substantially constant during the ON period of each pulse cycle of bias voltage adjusted waveform 342-1. Additionally, in some embodiments, the sloped portion 342B2 of the bias voltage adjusted waveform 342-2 is controlled to compensate for ion-induced discharge of negative charge on the top surface 315T of the edge ring 315 during the ON period of each pulse cycle of the bias voltage adjusted waveform 342-2, such that the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 remains substantially constant during the ON period of each pulse cycle of the bias voltage adjusted waveform 342-2.

いくつかの実施形態では、コントローラ351は、バイアス電圧調整済波形342-1および342-2の位相を同期させるように動作する。いくつかの実施形態では、コントローラ351は、バイアス電圧調整済波形342-1および342-2の位相およびデューティサイクルの両方を同期させるように動作する。いくつかの実施形態では、コントローラ351は、バイアス電圧調整済波形342-1と342-2との間で所定の位相シフトを実施するように動作する。いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形342-1および342-2は、互いに対して異なる位相および/または異なるデューティサイクルを有するように定められる。また、いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形342-1および342-2の一方または両方が、所定のレベルごとのパルシングスキームを実施するように定められる。バイアス電圧調整済波形342-1および342-2は、互いに対して別々に独立して制御可能であると理解されたい。 In some embodiments, controller 351 operates to synchronize the phases of bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2. In some embodiments, controller 351 operates to synchronize both the phase and duty cycle of bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2. In some embodiments, controller 351 operates to implement a predetermined phase shift between bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2. In some embodiments, bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2 are defined to have different phases and/or different duty cycles relative to one another. Also, in some embodiments, one or both of bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2 are defined to implement a predetermined level-by-level pulsing scheme. It should be understood that bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2 are separately and independently controllable relative to one another.

さらに、様々な実施形態では、任意の数の電圧センサ、例えば、電圧/電流センサ(VIセンサ)をバイアス電圧供給システム333B内に接続して、特定の位置におけるリアルタイムの電圧を測定し、この測定されたリアルタイム電圧に関連する情報をコントローラ351に伝達できる。いくつかの実施形態では、コントローラ351は、第1電圧供給システム390および/または第2電圧供給システム395内のリアルタイム電圧測定値を使用して、電圧供給システム391、RF発生器393-1~393-N、電圧供給システム396、およびRF発生器398-1~398-Nのいずれか1つまたは複数の動作を制御するように構成されている。 Furthermore, in various embodiments, any number of voltage sensors, e.g., voltage/current sensors (VI sensors), can be connected within bias voltage supply system 333B to measure real-time voltages at specific locations and communicate information related to the measured real-time voltages to controller 351. In some embodiments, controller 351 is configured to use real-time voltage measurements within first voltage supply system 390 and/or second voltage supply system 395 to control the operation of one or more of voltage supply system 391, RF generators 393-1 through 393-N, voltage supply system 396, and RF generators 398-1 through 398-N.

図4は、いくつかの実施形態に従った、コントローラ351の例示図である。いくつかの実施形態では、コントローラ351は、プロセッサ409、ストレージハードウェアユニット(HU)411(例えば、メモリ)、入力HU401、出力HU405、入力/出力(I/O)インターフェース403、I/Oインターフェース407、ネットワークインターフェースコントローラ(NIC)415、およびデータ通信バス413を含む。プロセッサ409、ストレージHU411、入力HU401、出力HU405、I/Oインターフェース403、I/Oインターフェース407、およびNIC415は、データ通信バス413を介して互いにデータ通信する。入力HU401の例としては、マウス、キーボード、タッチペン、データ取得システム、データ取得カード等が挙げられる。出力HU405の例としては、ディスプレイ、スピーカー、デバイスコントローラ等が挙げられる。NIC415の例としては、ネットワークインターフェースカード、ネットワークアダプタ等が挙げられる。様々な実施形態において、NIC415は、とりわけイーサネットおよび/またはEtherCAT等の、1つまたは複数の通信プロトコルおよび関連付けれられた物理層に従って動作するように構成されている。I/Oインターフェース403および407はそれぞれ、I/Oインターフェースに結合された別々のハードウェアユニット間の互換性を提供するように定義される。例えば、I/Oインターフェース403は、入力HU401から受信した信号を、データ通信バス413と互換性のある形式、振幅、および/または速度に変換するように定義できる。また、I/Oインターフェース407は、データ通信バス413から受信した信号を、出力HU405と互換性のある形式、振幅、および/または速度に変換するように定義できる。本明細書に記載した様々な操作はコントローラ351のプロセッサ409によって実施されるが、いくつかの実施形態では、様々な操作を、コントローラ351の複数のプロセッサ、および/またはコントローラ351に接続された複数のコンピューティングシステムの複数のプロセッサによって実施できると理解されたい。 Figure 4 is an illustrative diagram of controller 351, according to some embodiments. In some embodiments, controller 351 includes a processor 409, a storage hardware unit (HU) 411 (e.g., memory), an input HU 401, an output HU 405, an input/output (I/O) interface 403, an I/O interface 407, a network interface controller (NIC) 415, and a data communication bus 413. The processor 409, storage HU 411, input HU 401, output HU 405, I/O interface 403, I/O interface 407, and NIC 415 communicate data with each other via data communication bus 413. Examples of input HUs 401 include a mouse, keyboard, touch pen, data acquisition system, data acquisition card, etc. Examples of output HUs 405 include a display, speaker, device controller, etc. Examples of NICs 415 include a network interface card, network adapter, etc. In various embodiments, NIC 415 is configured to operate according to one or more communication protocols and associated physical layers, such as Ethernet and/or EtherCAT, among others. I/O interfaces 403 and 407 are each defined to provide compatibility between separate hardware units coupled to the I/O interface. For example, I/O interface 403 can be defined to convert signals received from input HU 401 to a format, amplitude, and/or rate compatible with data communication bus 413. I/O interface 407 can also be defined to convert signals received from data communication bus 413 to a format, amplitude, and/or rate compatible with output HU 405. While various operations described herein are performed by processor 409 of controller 351, it should be understood that in some embodiments, various operations can be performed by multiple processors of controller 351 and/or multiple processors of multiple computing systems connected to controller 351.

様々な実施形態において、プラズマ処理システム300は、基板105の処理前、処理中、および処理後の動作を制御するための電子機器と一体化され、電子機器は、バイアス電圧供給システム333を含むプラズマ処理システム300の様々な構成要素および/または副部品を制御するように構成および接続されたコントローラ351内に実装される。基板105の処理要件および/またはプラズマ処理システム300の特定の構成に応じて、コントローラ351は、本明細書に開示された任意のプロセスおよび/または構成要素を制御するようにプログラムされる。例えば、プロセスガス(複数可)の送出、温度設定(例えば、加熱および/または冷却)、圧力設定、真空設定、電力設定、RF電力供給システムの設定、電気信号周波数の設定、ガス流量設定、流体送出設定、位置設定および動作設定、バイアス電圧供給システム333の設定、基板105のプラズマ処理システム300への搬入出および/またはプラズマ処理システム300に接続またはインターフェースされたロードロックへの搬入出をとりわけ含む。 In various embodiments, the plasma processing system 300 is integrated with electronics for controlling operations before, during, and after processing of the substrate 105, implemented in a controller 351 configured and connected to control various components and/or subcomponents of the plasma processing system 300, including the bias voltage supply system 333. Depending on the processing requirements of the substrate 105 and/or the particular configuration of the plasma processing system 300, the controller 351 is programmed to control any of the processes and/or components disclosed herein, including, for example, delivery of process gas(es), temperature settings (e.g., heating and/or cooling), pressure settings, vacuum settings, power settings, RF power supply system settings, electrical signal frequency settings, gas flow rate settings, fluid delivery settings, position and operation settings, bias voltage supply system 333 settings, and loading and unloading of the substrate 105 into and/or from a load lock connected or interfaced to the plasma processing system 300, among others.

様々な実施形態において、コントローラ351は、例えば、命令の受信、命令の発出、装置動作の制御、クリーニング動作の有効化、エンドポイント計測の有効化、(例えば光学的、熱的、電気的な)計測測定の有効化等の様々なタスク/操作を指示し、制御する各種集積回路、ロジック、メモリ、および/またはソフトウェアを有する電子機器として定義される。いくつかの実施形態では、コントローラ351内の集積回路は、他のコンピューティングデバイスの中でもとりわけ、プログラム命令を格納する1つまたは複数のファームウェア、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)チップ、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、1つまたは複数のマイクロプロセッサ、および/またはプログラム命令(例えば、ソフトウェア)を実行する1つまたは複数のマイクロコントローラを含む。いくつかの実施形態では、プログラム命令が、様々な個別設定(またはプログラムファイル)の形でコントローラ351に伝達され、プラズマ処理システム300内の基板105上に特定のプロセスを実行する操作パラメータを定める。いくつかの実施形態では、操作パラメータは、基板105上の1つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および/またはダイの製造の際の1つまたは複数の処理ステップを達成するためにプロセスエンジニアによって定められるレシピに含まれる。 In various embodiments, controller 351 is defined as electronic equipment having various integrated circuits, logic, memory, and/or software that direct and control various tasks/operations, such as receiving instructions, issuing instructions, controlling equipment operations, enabling cleaning operations, enabling endpoint metrology, enabling metrology measurements (e.g., optical, thermal, electrical), etc. In some embodiments, the integrated circuits in controller 351 include, among other computing devices, one or more firmware that stores program instructions, digital signal processors (DSPs), application specific integrated circuit (ASIC) chips, programmable logic devices (PLDs), one or more microprocessors, and/or one or more microcontrollers that execute the program instructions (e.g., software). In some embodiments, the program instructions are communicated to controller 351 in the form of various personalized settings (or program files) that define the operational parameters for performing a particular process on a substrate 105 in plasma processing system 300. In some embodiments, the operational parameters are included in a recipe defined by a process engineer to accomplish one or more processing steps in the fabrication of one or more layers, materials, metals, oxides, silicon, silicon dioxide, surfaces, circuits, and/or dies on the substrate 105.

いくつかの実施形態では、コントローラ351は、プラズマ処理システム300に一体化されるか、接続されるか、そうでなければネットワーク接続されたコンピュータの一部であるか、またはそのようなコンピュータに接続されるか、またはそれらの組み合わせである。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ351は、「クラウド」内、または、プラズマ処理システム300による基板105の処理の制御のためのリモートアクセスを可能とする製造工場のホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部に実装される。コントローラ351は、プラズマ処理システム300へのリモートアクセスを可能とすることで、製造動作の現在の進行を監視し、過去の製造動作の履歴を検証し、複数の製造動作から傾向または性能基準を検証し、処理パラメータを変更し、後続の処理ステップを設定し、RF電力供給システムの動作パラメータを指定し、バイアス電圧供給システム333の動作パラメータを指定し、かつ/または新しい基板製造プロセスを開始する。 In some embodiments, the controller 351 is integrated into, connected to, or otherwise networked with the plasma processing system 300, is part of, or is connected to such a computer, or is a combination thereof. For example, in some embodiments, the controller 351 is implemented in the "cloud" or in all or part of a host computer system at a fab that allows remote access for control of the processing of substrates 105 by the plasma processing system 300. The controller 351 provides remote access to the plasma processing system 300 to monitor the current progress of a manufacturing operation, review the history of past manufacturing operations, review trends or performance criteria from multiple manufacturing operations, modify process parameters, set subsequent processing steps, specify operating parameters for the RF power supply system, specify operating parameters for the bias voltage supply system 333, and/or initiate a new substrate manufacturing process.

いくつかの実施形態では、例えばサーバコンピュータシステム等のリモートコンピュータが、ローカルネットワークおよび/またはインターネットを含むコンピュータネットワークを通じてコントローラ351にプロセスレシピを提供する。リモートコンピュータは、パラメータおよび/または設定の入力またはプログラミングを可能とするユーザインターフェイスを含み、パラメータおよび/または設定は次にリモートコンピュータからコントローラ351に伝えられる。いくつかの例では、コントローラ351は、プラズマ処理システム300内の基板105を処理するための設定の形で命令を受信する。なお、設定は、基板105に実施されるプロセスの種類、およびコントローラ351がインターフェースまたは制御するツール/デバイス/コンポーネントの種類に特有であると理解されたい。いくつかの実施形態では、コントローラ351は、互いにネットワーク接続されて、プラズマ処理システム300を操作して基板105に所定のプロセスを実施することなどの共通の目的に向かって働くように同期された、1つまたは複数の個別のコントローラ(複数可)351を含むことなどにより、分散される。そのような目的のために分散されたコントローラ351の例としては、チャンバ内でのプロセスを制御するために組み合わされて、リモート配置(例えばプラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として)された1つまたは複数の集積回路と通信する、チャンバ上の1つまたは複数の集積回路が挙げられる。 In some embodiments, a remote computer, such as a server computer system, provides the process recipe to the controller 351 over a computer network, including a local network and/or the Internet. The remote computer includes a user interface that allows for entry or programming of parameters and/or settings, which are then communicated from the remote computer to the controller 351. In some examples, the controller 351 receives instructions in the form of settings for processing the substrate 105 in the plasma processing system 300. It should be understood that the settings are specific to the type of process being performed on the substrate 105 and the type of tools/devices/components that the controller 351 interfaces with or controls. In some embodiments, the controller 351 is distributed, such as by including one or more individual controller(s) 351 networked together and synchronized to work toward a common goal, such as operating the plasma processing system 300 to perform a predetermined process on the substrate 105. An example of a distributed controller 351 for such purposes includes one or more integrated circuits on the chamber that communicate with one or more integrated circuits located remotely (e.g., at the platform level or as part of a remote computer) that are combined to control the process in the chamber.

図5は、いくつかの実施形態に従った、バイアス電圧供給システム333(例えば333Aまたは333B)によってバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形501および基板105の上面105T上に生じる対応する電圧波形503の例を示す。バイアス電圧調整済波形501は、図3Fに関して説明した所定のバイアス電圧調整済波形342と同様である。また、基板105の上面105T上で得られた電圧波形503は、図3Fに関して説明したバイアス電圧波形372と同様である。バイアス電圧調整済波形501は、RFレジーム内で周期的な周波数を有するパルス形状を有する。バイアス電圧調整済波形501は、非正弦波RF波形であると理解されたい。様々な実施形態において、バイアス電圧調整済波形501は、基板105の上面105Tから上方に延びる電気的影響の範囲内で、プラズマ119中のイオンのイオンエネルギー分布関数(IEDF)を制御するように構成されている。例えば、図5において、バイアス電圧調整済波形501は、プラズマ119中のイオンのIEDFを制御して、基板105の上面105Tにおいて実質的に単一エネルギーのイオンエネルギー分布を達成するように構成されている。バイアス電圧調整済波形501は、電圧波形503が示すように、基板105の上面105T上に実質的に一定の負電圧を発生させ、これによって、プラズマ119内のイオンが基板105の上面105Tに向かって引き寄せられるにつれて実質的に同じエネルギーレベルまで加速されるようにする。 5 illustrates an example of a bias voltage adjusted waveform 501 supplied to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333 (e.g., 333A or 333B) and a corresponding voltage waveform 503 resulting on the upper surface 105T of the substrate 105, according to some embodiments. The bias voltage adjusted waveform 501 is similar to the predetermined bias voltage adjusted waveform 342 described with reference to FIG. 3F. The resulting voltage waveform 503 on the upper surface 105T of the substrate 105 is similar to the bias voltage waveform 372 described with reference to FIG. 3F. The bias voltage adjusted waveform 501 has a pulse shape with a periodic frequency within the RF regime. It should be understood that the bias voltage adjusted waveform 501 is a non-sinusoidal RF waveform. In various embodiments, the bias voltage adjusted waveform 501 is configured to control the ion energy distribution function (IEDF) of ions in the plasma 119 within a range of electrical influence extending upward from the upper surface 105T of the substrate 105. For example, in FIG. 5 , bias voltage adjusted waveform 501 is configured to control the IEDF of ions in plasma 119 to achieve a substantially monoenergetic ion energy distribution at the top surface 105T of substrate 105. Bias voltage adjusted waveform 501 generates a substantially constant negative voltage on the top surface 105T of substrate 105, as shown by voltage waveform 503, which causes ions in plasma 119 to be accelerated to substantially the same energy level as they are attracted toward the top surface 105T of substrate 105.

バイアス電圧供給システム333を操作してバイアス電圧調整済波形501を生成し、バイアス電極123にバイアス電圧調整済波形501を供給することによって、狭いIEDFを達成でき、さらに基板105の上面105Tにおけるイオンエネルギーおよびイオンフラックスを独立制御できる。しかし、基板105の上面105TにおけるIEDFおよびイオンフラックスの制御には、基板105の上面105TにおけるIEDFとイオンフラックスのリアルタイムのその場測定を行わないために、課題が残る。所望のIEDFを達成し維持するには、基板105の上面105TにおけるIEDFまたは電圧のいずれかを検出する必要がある。IEDFは基板105の上面105Tにおける電圧に依存するため、基板105の上面105TにおけるリアルタイムIEDFは、基板105の上面105Tにおけるリアルタイム電圧を知ることによって決定できる。しかし、基板105の上面105TにおけるIEDFまたは電圧を直接測定するには、基板105上に物理センサまたはプローブを配備する必要があるが、これは、基板105の処理を妨害する。例えば、他の問題の中でもとりわけ、基板105全体にわたるプラズマ119の均一性を悪化させ、それに応じて半導体チップの製造歩留まりを低下させる。非正弦波バイアス電圧調整済波形501を使用して基板105上の電圧および電流を制御することは、基板105の上面105T上のリアルタイム電圧を知ることに依存する。 By operating the bias voltage supply system 333 to generate the bias voltage regulated waveform 501 and supplying the bias voltage regulated waveform 501 to the bias electrode 123, a narrow IEDF can be achieved, and further, ion energy and ion flux at the top surface 105T of the substrate 105 can be independently controlled. However, control of the IEDF and ion flux at the top surface 105T of the substrate 105 remains challenging due to the lack of real-time, in-situ measurements of the IEDF and ion flux at the top surface 105T of the substrate 105. To achieve and maintain the desired IEDF, it is necessary to sense either the IEDF or the voltage at the top surface 105T of the substrate 105. Because the IEDF is dependent on the voltage at the top surface 105T of the substrate 105, the real-time IEDF at the top surface 105T of the substrate 105 can be determined by knowing the real-time voltage at the top surface 105T of the substrate 105. However, directly measuring the IEDF or voltage at the top surface 105T of the substrate 105 requires the deployment of a physical sensor or probe on the substrate 105, which disrupts the processing of the substrate 105. For example, it can degrade the uniformity of the plasma 119 across the substrate 105, among other problems, and correspondingly reduce the manufacturing yield of semiconductor chips. Controlling the voltage and current on the substrate 105 using the non-sinusoidal bias voltage regulated waveform 501 relies on knowing the real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105.

本明細書には、基板105の上面105T上で所定の電圧を達成および維持し、それに応じて基板105の上面105TにおけるIEDFを制御するために、基板105の上面105T上の電圧をリアルタイムで間接的に測定することによって、非正弦波バイアス電圧調整済波形342、342-1、501のリアルタイム閉ループフィードバック制御を可能にするための様々な実施形態が開示されている。基板105の上面105T上の電圧を効率的かつ正確に検出することは、プラズマ119の密度が短時間(例えば、1ミリ秒よりもはるかに短い)で動的に変化するパルシング動作を含む、プラズマベースの基板105製造プロセスにとって、特に重要である。また、本明細書には、エッジリング315の上面315T上で所定の電圧を達成および維持し、それに応じてエッジリング315の上面315TにおけるIEDFを制御するために、エッジリング315の上面315T上の電圧をリアルタイムで間接的に測定することによって、非正弦波バイアス電圧調整済波形342、342-2のリアルタイム閉ループフィードバック制御を可能にするための様々な実施形態が開示されている。 Various embodiments are disclosed herein for enabling real-time closed-loop feedback control of non-sinusoidal bias voltage regulated waveforms 342, 342-1, 501 by indirectly measuring the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 in real time to achieve and maintain a predetermined voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 and control the IEDF at the upper surface 105T of the substrate 105 accordingly. Efficient and accurate detection of the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 is particularly important for plasma-based substrate 105 manufacturing processes that involve pulsing operations where the density of the plasma 119 changes dynamically over short periods of time (e.g., much less than 1 millisecond). Also disclosed herein are various embodiments for enabling real-time closed-loop feedback control of the non-sinusoidal bias voltage regulated waveforms 342, 342-2 by indirectly measuring the voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315 in real time to achieve and maintain a predetermined voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315 and control the IEDF at the upper surface 315T of the edge ring 315 accordingly.

図6は、いくつかの実施形態に従った、図5に示すようなバイアス電圧供給システム333によってバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形501に対応する、基板支持体301内の中層電極302上の電圧波形601を示す。図6はまた、図5に示すようなバイアス電圧供給システム333によるバイアス電極123へのバイアス電圧調整済波形501の供給によって基板105の上面105Tに生じた電圧波形503も示している。バイアス電極123の電圧は、バイアス電圧供給システム333によってバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形342、342-1、501によって制御される。基板105の上面105T上の電圧は、バイアス電圧供給システム333によってバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形342、342-1、501と、基板105の上面105Tに入射するプラズマ119からの電子およびイオンとの両方によって制御される。基板支持体301内に配置された、バイアス電極123と基板支持体301の上面301Tとの間の電気的に隔離された中層電極302は、基板105の上面105T上のバイアス電圧調整済波形342、342-1、501と電圧波形503との間の電圧波形601を捕捉する。 6 shows a voltage waveform 601 on the middle electrode 302 in the substrate support 301 corresponding to the bias voltage adjusted waveform 501 supplied to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333 as shown in FIG. 5, according to some embodiments. FIG. 6 also shows a voltage waveform 503 produced on the upper surface 105T of the substrate 105 by the supply of the bias voltage adjusted waveform 501 to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333 as shown in FIG. 5. The voltage on the bias electrode 123 is controlled by the bias voltage adjusted waveforms 342, 342-1, 501 supplied to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333. The voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 is controlled by both the bias voltage adjusted waveforms 342, 342-1, 501 supplied to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333 and electrons and ions from the plasma 119 incident on the upper surface 105T of the substrate 105. An electrically isolated intermediate layer electrode 302 disposed within the substrate support 301 between the bias electrode 123 and the upper surface 301T of the substrate support 301 captures a voltage waveform 601 between the bias voltage adjusted waveforms 342, 342-1, 501 and the voltage waveform 503 on the upper surface 105T of the substrate 105.

バイアス電極123と中層電極302との電圧差は、バイアス電極123と中層電極302との間のインピーダンスに比例する。同様に、中層電極302と基板105の上面105Tとの電圧差は、中層電極302と基板105の上面105Tとの間のインピーダンスに比例する。バイアス電極123と中層電極302との間のインピーダンスは、(1/jωCmidlevel-to-biaselectrode)によって求められ、ここで、Cmidlevel-to-biaselectrodeは、バイアス電極123と中層電極302との間の、基板支持体301の下部303のキャパシタンスである。中層電極302と基板105の上面105Tとの間のインピーダンスは、(1/jωCsubstrate-to-midlevel)によって求められ、ここで、Csubstrate-to-midlevelは、中層電極302と基板支持体301の上面301Tとの間の、基板支持体301の上部305のキャパシタンスである。これは、中層電極302と基板105の上面105Tとの間のインピーダンスに対する基板105の影響を無視できるものと仮定している。そのため、電気的に隔離された中層電極302は、式1に示す電圧をピックアップする容量性分圧器を形成する。式中、Vmidlevelは中層電極302上の電圧であり、Vbiaselectrodeはバイアス電極123上の電圧であり、Vsubstrateは基板105の上面105T上の電圧である。式1から、中層電極302上の電圧を、式2に示すように表すことができる。また、式1から、基板105の上面105T上の電圧を、式3に示すように表すことができる。そのため、基板105の上面105T上のリアルタイム電圧(Vsubstrate)は、式3を使用して、バイアス電極123と中層電極302との間の基板支持体301の下部303の周知のキャパシタンス(Cmidlevel-to-biaselectrode)と、中層電極302と基板支持体301の上面301Tとの間の基板支持体301の上部305の周知のキャパシタンス(Csubstrate-to-midlevel)と、中層電極302上の電圧(Vmidlevel)およびバイアス電極123上の電圧(Vbiaselectrode)の直接的なリアルタイム測定値とを用いて、間接的に決定される。 The voltage difference between the bias electrode 123 and the middle-layer electrode 302 is proportional to the impedance between the bias electrode 123 and the middle-layer electrode 302. Similarly, the voltage difference between the middle-layer electrode 302 and the top surface 105T of the substrate 105 is proportional to the impedance between the middle-layer electrode 302 and the top surface 105T of the substrate 105. The impedance between the bias electrode 123 and the middle-layer electrode 302 is given by (1/jωC midlevel-to-biaselectrode ), where C midlevel-to-biaselectrode is the capacitance of the bottom 303 of the substrate support 301 between the bias electrode 123 and the middle-layer electrode 302. The impedance between the middle-layer electrode 302 and the top surface 105T of the substrate 105 is given by (1/jωC substrate-to-midlevel ), where C substrate-to-midlevel is the capacitance of the top 305 of the substrate support 301 between the middle-layer electrode 302 and the top surface 301T of the substrate support 301. This assumes that the effect of the substrate 105 on the impedance between the middle-layer electrode 302 and the top surface 105T of the substrate 105 is negligible. Therefore, the electrically isolated middle-layer electrode 302 forms a capacitive voltage divider that picks up the voltage shown in Equation 1, where V midlevel is the voltage on the middle-layer electrode 302, V biaselectrode is the voltage on the bias electrode 123, and V substrate is the voltage on the top surface 105T of the substrate 105. From Equation 1, the voltage on the middle-layer electrode 302 can be expressed as shown in Equation 2. Also, from Equation 1, the voltage on the top surface 105T of the substrate 105 can be expressed as shown in Equation 3. Therefore, the real-time voltage (V substrate ) on the top surface 105T of the substrate 105 is indirectly determined using Equation 3, using the known capacitance (C midlevel-to-biaselectrode ) of the bottom 303 of the substrate support 301 between the bias electrode 123 and the middle electrode 302, the known capacitance (C substrate-to-midlevel ) of the top 305 of the substrate support 301 between the middle electrode 302 and the top surface 301T of the substrate support 301, and direct real-time measurements of the voltage on the middle electrode 302 (V midlevel ) and the voltage on the bias electrode 123 (V biaselectrode ).

エッジリング電極323およびエッジリング中層電極317のそれぞれの直接的なリアルタイム電圧測定値を使用することによってエッジリング315の上面315T上の電圧を間接的に決定するために、式1~式3に示すのと同じ関係をエッジリング315に適用可能である。 The same relationships shown in Equations 1-3 can be applied to the edge ring 315 to indirectly determine the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 by using direct real-time voltage measurements of the edge ring electrode 323 and the edge ring mid-layer electrode 317, respectively.

エッジリング電極323の電圧は、バイアス電圧供給システム333によってエッジリング電極323に供給されるバイアス電圧調整済波形342、342-2によって制御される。エッジリング315の上面315T上の電圧は、バイアス電圧供給システム333によってエッジリング電極323に供給されるバイアス電圧調整済波形342、342-2によって制御されるだけでなく、エッジリング315の上面315Tに入射するプラズマ119からの電子およびイオンによっても制御される。エッジリング315内に配置された、エッジリング電極323とエッジリング315の上面315Tとの間の電気的に隔離されたエッジリング中層電極317は、バイアス電圧調整済波形342、342-2とエッジリング315の上面315T上の電圧波形との間の電圧波形を捕捉する。 The voltage of the edge ring electrode 323 is controlled by bias voltage adjusted waveforms 342, 342-2 supplied to the edge ring electrode 323 by the bias voltage supply system 333. The voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315 is controlled not only by the bias voltage adjusted waveforms 342, 342-2 supplied to the edge ring electrode 323 by the bias voltage supply system 333, but also by electrons and ions from the plasma 119 incident on the upper surface 315T of the edge ring 315. An electrically isolated edge ring mid-layer electrode 317 disposed within the edge ring 315 and between the edge ring electrode 323 and the upper surface 315T of the edge ring 315 captures the voltage waveform between the bias voltage adjusted waveforms 342, 342-2 and the voltage waveform on the upper surface 315T of the edge ring 315.

エッジリング電極323とエッジリング中層電極317との電圧差は、エッジリング電極323とエッジリング中層電極317との間のインピーダンスに比例する。同様に、エッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの電圧差は、エッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの間のインピーダンスに比例する。エッジリング電極323とエッジリング中層電極317との間のインピーダンスは、(1/jωCERmidlevel-to-ERelectrode)によって求められ、ここで、CERmidlevel-to-ERelectrodeは、エッジリング電極323とエッジリング中層電極317との間のエッジリング315の下部319のキャパシタンスである。エッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの間のインピーダンスは、(1/jωCERtop-to-ERmidlevel)によって求められ、ここで、CERtop-to-ERmidlevelは、エッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの間のエッジリング315の上部321のキャパシタンスである。そのため、電気的に隔離されたエッジリング中層電極317は、式4に示す電圧をピックアップする容量性分圧器を形成する。式中、VERmidlevelはエッジリング中層電極317上の電圧であり、VERelectrodeはエッジリング電極323上の電圧であり、VERtopはエッジリング315の上面315T上の電圧である。式4から、エッジリング中層電極317上の電圧を、式5に示すように表すことができる。また、式4から、エッジリング315の上面315T上の電圧を、式6に示すように表すことができる。そのため、エッジリング315の上面315T上のリアルタイム電圧(VERtop)は、式6を使用して、エッジリング電極323とエッジリング中層電極317との間のエッジリング315の下部319の周知のキャパシタンス(CERmidlevel-to-ERelectrode)と、エッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの間のエッジリング315の上部321の周知のキャパシタンス(CERtop-to-ERmidlevel)と、エッジリング中層電極317上の電圧(VERmidlevel)およびエッジリング電極323上の電圧(VERelectrode)の直接的なリアルタイム測定値とを用いて、間接的に決定される。 The voltage difference between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle electrode 317 is proportional to the impedance between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle electrode 317. Similarly, the voltage difference between the edge ring middle electrode 317 and the top surface 315T of the edge ring 315 is proportional to the impedance between the edge ring middle electrode 317 and the top surface 315T of the edge ring 315. The impedance between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle electrode 317 is given by (1/jωC ERmidlevel-to-ERelectrode ), where C ERmidlevel-to-ERelectrode is the capacitance of the lower part 319 of the edge ring 315 between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle electrode 317. The impedance between the edge ring middle electrode 317 and the top surface 315T of the edge ring 315 is given by (1/jωC ERtop-to-ERmidlevel ), where C ERtop-to-ERmidlevel is the capacitance of the top 321 of the edge ring 315 between the edge ring middle electrode 317 and the top surface 315T of the edge ring 315. Therefore, the electrically isolated edge ring middle electrode 317 forms a capacitive voltage divider that picks up the voltage shown in Equation 4, where V ERmidlevel is the voltage on the edge ring middle electrode 317, V ERelectrode is the voltage on the edge ring electrode 323, and V ERtop is the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315. From Equation 4, the voltage on the edge ring middle electrode 317 can be expressed as shown in Equation 5. From Equation 4, the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 can also be expressed as shown in Equation 6. Therefore, the real-time voltage (V ERtop ) on the top surface 315T of the edge ring 315 is indirectly determined using Equation 6 using the known capacitance (C ERmidlevel-to-ERelectrode ) of the bottom 319 of the edge ring 315 between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle electrode 317, the known capacitance (C ERtop-to- ERmidlevel ) of the top 321 of the edge ring 315 between the edge ring middle electrode 317 and the top surface 315T of the edge ring 315, and direct real-time measurements of the voltage (V ERmidlevel ) on the edge ring middle electrode 317 and the voltage (V ERelectrode ) on the edge ring electrode 323.

図7は、いくつかの実施形態に従った、バイアス電圧供給システム333によってバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形701および基板105の上面105T上に生成される対応する電圧波形703の例を示す。図7はまた、TCP電圧波形705も示し、これはTCPRF発生器113によるコイル109へのTCPRF電力の供給から生じるコイル109上の電圧を表す。図7の例では、RF電力は、パルス状にTCPコイル109に供給され、これによって、TCPRF電力の連続するONパルスがTCPRF電力のOFFパルスによって分離される。TCPRF電力のONパルスとOFFパルスのデューティサイクル、すなわちOFFの期間に対するONパルスの期間は、プラズマ処理レシピに規定されている。バイアス電極123へのバイアス電圧調整済波形701の供給は、TCPコイル109に供給されるTCPRF電力の各ONパルスと一致するように同期される。 FIG. 7 shows an example of a bias voltage adjusted waveform 701 supplied to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333 and a corresponding voltage waveform 703 generated on the upper surface 105T of the substrate 105, according to some embodiments. FIG. 7 also shows a TCP voltage waveform 705, which represents the voltage on the coil 109 resulting from the supply of TCP RF power to the coil 109 by the TCP RF generator 113. In the example of FIG. 7, RF power is supplied to the TCP coil 109 in pulses, whereby successive ON pulses of TCP RF power are separated by OFF pulses of TCP RF power. The duty cycle of the ON and OFF pulses of TCP RF power, i.e., the duration of the ON pulse relative to the OFF duration, is specified in the plasma processing recipe. The supply of the bias voltage adjusted waveform 701 to the bias electrode 123 is synchronized to coincide with each ON pulse of TCP RF power supplied to the TCP coil 109.

図7に示すような単一レベルTCPRF電力パルシングによって、プラズマ119は、密度の変化等の各パルシング状態の動的な変化を経験する。そのため、バイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形701が、TCPRF電力のONパルスの期間にわたって基板105の上面105T上の電圧波形703に一貫したパルスパターンを生成するはずの一貫したパルスパターンを有していたとしても、プラズマ119の動的な変化は、領域707が示すように、バイアス電圧調整済波形701がバイアス電極123に供給されるときに基板105の上面105T上の電圧波形703に初期整定時間を持たせる。具体的には、基板105の上面105Tに電圧波形703を発生させるために、TCPRF電力のONパルスの開始時にバイアス電極123にバイアス電圧調整済波形701を最初に供給するとき、プラズマ119密度は比較的低く、基板105に入射するイオンフラックスもそれに応じて低い。したがって、TCPRF電力のONパルスの開始時には、基板105へのイオンの入射フラックスは、基板105の上面105Tの一定の設定点電圧711を達成するために基板105の上面105Tの負電圧を電気的に中和するにはまだ十分ではない。TCPRF電力のONパルスが進むにつれて、プラズマ119密度は増加して定常状態に達し、基板105に入射するイオンフラックスもそれに応じて増加して定常状態に達し、それによって、電圧波形703の領域709が示すように、基板105の上面105T上で一定の設定点電圧711が達成されるまで、基板105の上面105T上の負電圧が、より多く電気的に中和される。 With single-level TCPRF power pulsing as shown in FIG. 7 , the plasma 119 experiences dynamic changes, such as density changes, with each pulsing state. Therefore, even if the bias voltage adjusted waveform 701 supplied to the bias electrode 123 has a consistent pulse pattern that should produce a consistent pulse pattern in the voltage waveform 703 on the upper surface 105T of the substrate 105 over the duration of the TCPRF power ON pulse, the dynamic changes in the plasma 119 cause the voltage waveform 703 on the upper surface 105T of the substrate 105 to have an initial settling time, as shown by region 707, when the bias voltage adjusted waveform 701 is supplied to the bias electrode 123. Specifically, when the bias voltage adjusted waveform 701 is initially supplied to the bias electrode 123 at the beginning of the TCPRF power ON pulse to generate the voltage waveform 703 on the upper surface 105T of the substrate 105, the plasma 119 density is relatively low, and the ion flux incident on the substrate 105 is correspondingly low. Thus, at the beginning of the ON pulse of TCPRF power, the incident flux of ions to the substrate 105 is not yet sufficient to electrically neutralize the negative voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 to achieve a constant set point voltage 711 on the upper surface 105T of the substrate 105. As the ON pulse of TCPRF power progresses, the plasma 119 density increases and reaches a steady state, and the ion flux incident on the substrate 105 correspondingly increases and reaches a steady state, thereby electrically neutralizing more of the negative voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 until a constant set point voltage 711 on the upper surface 105T of the substrate 105 is achieved, as shown by region 709 of the voltage waveform 703.

重要なのは、領域707が示すように、電圧波形103の初期整定時間を最小化するやり方で、基板105の上面105T上に電圧波形703を生成するように、バイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形701を制御することである。言い換えると、重要なのは、TCPRF電力のONパルス中にプラズマ119密度が定常状態まで増加するにつれて、基板105の上面105T上の一定の設定点電圧711が達成され維持されるように、バイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形701を制御することである。上述のやり方でバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済波形701を制御するためには、バイアス電圧供給システム333へのフィードバック制御信号として、基板105の上面105T上の電圧をリアルタイムに決定する必要がある。式1~式3に関して上述した手法を使用して、リアルタイムのバイアス電極123の電圧(Vbiaselectrode)の直接測定およびリアルタイムの中層電極302の電圧(Vmidlevel)の直接測定を通じて、リアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)を決定する。決定されたリアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)を、TCPRF電力の各ONパルスの開始後に可能な限り迅速に、基板105の上面105T上の一定の設定点電圧711を達成し維持するために、電圧波形103の初期整定時間を最小化するやり方で基板105の上面105T上に電圧波形703を生成するように、バイアス電圧調整済波形701の生成を制御するための閉ループフィードバック制御信号として使用する。 The key is to control the bias voltage adjusted waveform 701 supplied to the bias electrode 123 to produce a voltage waveform 703 on the upper surface 105T of the substrate 105 in a manner that minimizes the initial settling time of the voltage waveform 103, as indicated by region 707. In other words, the key is to control the bias voltage adjusted waveform 701 supplied to the bias electrode 123 so that a constant set point voltage 711 on the upper surface 105T of the substrate 105 is achieved and maintained as the plasma 119 density increases to a steady state during the ON pulse of TCPRF power. In order to control the bias voltage adjusted waveform 701 supplied to the bias electrode 123 in the above manner, the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 must be determined in real time as a feedback control signal to the bias voltage supply system 333. Using the techniques described above with respect to Equations 1-3, the real-time voltage (V substrate ) on the top surface 105T of the substrate 105 is determined through direct measurement of the real-time bias electrode 123 voltage (V biaselectrode ) and direct measurement of the real-time middle electrode 302 voltage (V midlevel ). The determined real-time voltage (V substrate ) on the top surface 105T of the substrate 105 is used as a closed-loop feedback control signal to control the generation of the bias voltage adjusted waveform 701 to generate a voltage waveform 703 on the top surface 105T of the substrate 105 in a manner that minimizes the initial settling time of the voltage waveform 103 in order to achieve and maintain a constant set-point voltage 711 on the top surface 105T of the substrate 105 as quickly as possible after the start of each ON pulse of TCPRF power.

いくつかの実施形態では、リアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)は、所定のバイアス電圧調整済波形342の次のパルスにおいて実施される所定のバイアス電圧調整済波形342の調節を決定する際に使用するために、コントローラ351によって、バイアス電圧供給システム333に提供される。フィードバック信号、すなわちリアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)と、一定の設定点電圧711との差を最小化するために、必要に応じて所定のバイアス電圧調整済波形342の本質的にあらゆる側面を調節できると理解されたい。例えば、初期負電圧(Vstep)、負電圧傾斜(dV/dT)、およびデューティサイクル(所与のパルス内の負電圧の期間)等の所定のバイアス電圧調整済波形342のパラメータを制御して、決定されたリアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)と一定の設定点電圧711との差を最小化できる。 In some embodiments, the real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105 (V substrate ) is provided by the controller 351 to the bias voltage supply system 333 for use in determining adjustments to the predetermined bias voltage adjusted waveform 342 to be made on the next pulse of the predetermined bias voltage adjusted waveform 342. It should be understood that essentially any aspect of the predetermined bias voltage adjusted waveform 342 can be adjusted as needed to minimize the difference between the feedback signal, i.e., the real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105 (V substrate ), and the constant setpoint voltage 711. For example, parameters of the predetermined bias voltage adjusted waveform 342, such as the initial negative voltage (Vstep), the negative voltage slope (dV/dT), and the duty cycle (duration of the negative voltage within a given pulse), can be controlled to minimize the difference between the determined real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105 (V substrate ) and the constant setpoint voltage 711.

図7に関して説明した基板105の上面105T上で発生する電圧の閉ループフィードバック制御方法は、エッジリング315の上面315T上で発生する電圧の制御にも同様に適用できると理解されたい。具体的には、式4~式6に関して上述した手法を使用して、リアルタイムのエッジリング電極323の電圧(VERelectrode)の直接測定およびリアルタイムのエッジリング中層電極317の電圧(VERmidlevel)の直接測定を通じて、リアルタイムのエッジリング315の上面315Tの電圧(VERtop)を決定する。決定されたリアルタイムのエッジリング315の上面315Tの電圧(VERtop)は、TCPRF電力の各ONパルスの開始後に可能な限り迅速に、エッジリング315の上面315T上の一定の設定点電圧を達成し維持するために、電圧波形の初期整定時間を最小化するやり方でエッジリング315の上面315T上の電圧波形を生成するように、エッジリング電極323に適用されるバイアス電圧調整済波形の生成を制御するための閉ループフィードバック制御信号として使用される。 It should be understood that the closed-loop feedback control method for the voltage developed on the top surface 105T of the substrate 105 described with respect to Figure 7 is equally applicable to controlling the voltage developed on the top surface 315T of the edge ring 315. Specifically, the techniques described above with respect to Equations 4-6 are used to determine the real-time voltage (V ERtop ) on the top surface 315T of the edge ring 315 through direct measurement of the real-time voltage (V ERelectrode ) on the edge ring electrode 323 and direct measurement of the real-time voltage (V ERmidlevel ) on the edge ring mid-layer electrode 317. The determined real-time voltage (V ERtop ) on the top surface 315T of the edge ring 315 is used as a closed-loop feedback control signal to control the generation of a bias voltage adjusted waveform applied to the edge ring electrode 323 to generate a voltage waveform on the top surface 315T of the edge ring 315 in a manner that minimizes the initial settling time of the voltage waveform in order to achieve and maintain a constant setpoint voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 as quickly as possible after the start of each ON pulse of TCPRF power.

いくつかの実施形態では、リアルタイムのエッジリング315の上面315Tの電圧(VERtop)は、所定のバイアス電圧調整済波形342、342-2の次のパルスにおいて実施される所定のバイアス電圧調整済波形342、342-2の調節を決定する際に使用するために、コントローラ351によって、バイアス電圧供給システム333に提供される。フィードバック信号、すなわちリアルタイムのエッジリング315の上面315Tの電圧(VERtop)と、一定の設定点電圧との差を最小化するために、必要に応じて所定のバイアス電圧調整済波形342、342-2の本質的にあらゆる側面を調節できると理解されたい。例えば、初期負電圧(Vstep)、負電圧傾斜(dV/dT)、およびデューティサイクル(所与のパルス内の負電圧の期間)等の所定のバイアス電圧調整済波形342、342-2のパラメータを制御して、決定されたリアルタイムのエッジリング315の上面315Tの電圧(VERtop)と一定の設定点電圧との差を最小化できる。 In some embodiments, the real-time voltage (V ERtop ) at the top surface 315T of the edge ring 315 is provided by the controller 351 to the bias voltage supply system 333 for use in determining the adjustment of the predetermined bias voltage adjusted waveform 342, 342-2 to be made at the next pulse of the predetermined bias voltage adjusted waveform 342, 342-2. It should be understood that essentially any aspect of the predetermined bias voltage adjusted waveform 342, 342-2 can be adjusted as needed to minimize the difference between the feedback signal, i.e., the real-time voltage (V ERtop ) at the top surface 315T of the edge ring 315, and a constant setpoint voltage. For example, parameters of the predetermined bias voltage adjusted waveforms 342, 342-2, such as the initial negative voltage (Vstep), negative voltage slope (dV/dT), and duty cycle (duration of negative voltage within a given pulse), can be controlled to minimize the difference between the determined real-time voltage (V ERtop ) at the top surface 315T of the edge ring 315 and a constant set point voltage.

いくつかの実施形態では、エッジリング315の上面315T上の電圧(VERtop)を使用して、基板105の縁付近に均一なプラズマ119シースを形成し、衝突するイオンの分布関数(IADF)を最小化する。いくつかの実施形態では、IADFが小さいほど、基板105の縁付近のエッチングプロファイルに対する傾斜効果が低減されるため、製造歩留まりが増加する。いくつかの実施形態では、エッジリング315の上面315T上の電圧(VERtop)を、基板105の上面105T上の電圧(Vsubstrate)と比較して、基板105の上面105Tとエッジリング315の上面315Tとの電圧差を低減するのに使用するためのフィードバック制御信号を、電圧差がIADFにおいて不利に上昇する場合に生成する。 In some embodiments, the voltage (V ERtop ) on the top surface 315T of the edge ring 315 is used to form a uniform plasma 119 sheath near the edge of the substrate 105 and minimize the impinging ion distribution function (IADF). In some embodiments, a smaller IADF increases manufacturing yields by reducing the tilt effect on the etch profile near the edge of the substrate 105. In some embodiments, the voltage (V ERtop ) on the top surface 315T of the edge ring 315 is compared to the voltage (V substrate ) on the top surface 105T of the substrate 105 to generate a feedback control signal for use in reducing the voltage difference between the top surface 105T of the substrate 105 and the top surface 315T of the edge ring 315 if the voltage difference increases adversely in the IADF.

図8は、いくつかの実施形態に従った、バイアス電圧供給システム333によってバイアス電極123に供給されるフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形801と、基板105の上面105T上に生成される対応する電圧波形803とを示す。図8はまた、TCP電圧波形805も示し、これはTCPRF発生器113によるコイル109へのTCPRF電力の供給から生じるコイル109上の電圧を表す。また、比較のために、図8は、バイアス電極123に供給されるフィードバック制御されていないバイアス電圧調整済波形701と、基板105の上面105T上に発生する、図7による対応する電圧波形703とを示す。図8は、決定されたリアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)をフィードバック信号として使用して、基板105の上面105T上に一定の設定点電圧811を達成することによって、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形801の傾斜(dV/dT)を、TCPRF電力のONパルスの間にプラズマ119密度が定常状態に達するまで、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形801の連続するパルス間で徐々に増加させることを示している。 Figure 8 shows a feedback-controlled bias voltage regulated waveform 801 supplied to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333 and a corresponding voltage waveform 803 generated on the top surface 105T of the substrate 105, according to some embodiments. Figure 8 also shows a TCP voltage waveform 805, which represents the voltage on the coil 109 resulting from the supply of TCPRF power to the coil 109 by the TCPRF generator 113. For comparison, Figure 8 also shows a non-feedback-controlled bias voltage regulated waveform 701 supplied to the bias electrode 123 and the corresponding voltage waveform 703 according to Figure 7 generated on the top surface 105T of the substrate 105. FIG. 8 shows that by using the determined real-time voltage (V substrate ) on the top surface 105T of the substrate 105 as a feedback signal to achieve a constant set-point voltage 811 on the top surface 105T of the substrate 105, the slope (dV/dT) of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 801 is gradually increased between successive pulses of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 801 until the plasma 119 density reaches a steady state during the ON pulse of TCPRF power.

図8に関して説明した基板105の上面105T上に発生する電圧の閉ループフィードバック制御方法は、エッジリング315の上面315T上に発生する電圧の制御にも同様に適用できると理解されたい。具体的には、決定されたリアルタイムのエッジリング315の上面315Tの電圧(VERtop)をフィードバック信号として使用して、エッジリング315の上面315T上の一定の設定点電圧を達成することによって、エッジリング電極323に供給されるフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形の傾斜(dV/dT)を、TCPRF電力のONパルスの間にプラズマ119密度が定常状態に達するまで、エッジリング電極323に供給されるフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形の連続するパルス間で徐々に増加させる。 It should be appreciated that the closed-loop feedback control method for the voltage generated on the top surface 105T of the substrate 105 described with respect to Figure 8 is equally applicable to controlling the voltage generated on the top surface 315T of the edge ring 315. Specifically, by using the determined real-time voltage (V ERtop ) on the top surface 315T of the edge ring 315 as a feedback signal to achieve a constant setpoint voltage on the top surface 315T of the edge ring 315, the slope (dV/dT) of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform supplied to the edge ring electrode 323 is gradually increased between successive pulses of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform supplied to the edge ring electrode 323 until the plasma 119 density reaches a steady state during the ON pulse of TCPRF power.

図9は、いくつかの実施形態に従った、バイアス電圧供給システム333によってバイアス電極123に供給されるフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901と、基板105の上面105T上に生成される対応する電圧波形903とを示す。図9はまた、TCP電圧波形905も示し、これはTCPRF発生器113によるコイル109へのTCPRF電力の供給から生じるコイル109上の電圧を表す。また、比較のために、図9は、バイアス電極123に供給されるフィードバック制御されていないバイアス電圧調整済波形701と、基板105の上面105T上に発生する、図7による対応する電圧波形703とを示す。図9は、決定されたリアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)をフィードバック信号として使用して、基板105の上面105T上の一定の設定点電圧911を達成することによって、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形801のデューティサイクルを、TCPRF電力のONパルスの間にプラズマ119密度が定常状態に達するまで、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901の連続するパルス間で徐々に増加させることを示している。フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901のデューティサイクルは、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901の所与のパルスのうち、負電圧が印加されるパルスの割合として定められる。フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901のデューティサイクルは、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901のパルスごとに異ならせることができる。図9に示したようないくつかの実施形態では、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901の傾斜(dV/dT)は、パルス中に適用されるデューティサイクルにかかわらず、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901の各パルスの負電圧部分の間、実質的に一定である。しかし、いくつかの実施形態では、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901の各パルスの負電圧部分の間における傾斜(dV/dT)は、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901のパルスごとに調節される。 Figure 9 shows a feedback-controlled bias voltage regulated waveform 901 supplied to the bias electrode 123 by the bias voltage supply system 333 and a corresponding voltage waveform 903 generated on the top surface 105T of the substrate 105, according to some embodiments. Figure 9 also shows a TCP voltage waveform 905, which represents the voltage on the coil 109 resulting from the supply of TCPRF power to the coil 109 by the TCPRF generator 113. For comparison, Figure 9 also shows a non-feedback-controlled bias voltage regulated waveform 701 supplied to the bias electrode 123 and the corresponding voltage waveform 703 according to Figure 7 generated on the top surface 105T of the substrate 105. 9 shows that the duty cycle of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 801 is gradually increased between successive pulses of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901 until the plasma 119 density reaches a steady state during the ON pulse of TCPRF power, by using the determined real-time voltage (V substrate ) on the top surface 105T of the substrate 105 as a feedback signal to achieve a constant setpoint voltage 911 on the top surface 105T of the substrate 105. The duty cycle of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901 is defined as the percentage of a given pulse of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901 that is negatively biased. The duty cycle of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901 can be varied from pulse to pulse of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901. 9, the slope (dV/dT) of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901 is substantially constant during the negative voltage portion of each pulse of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901, regardless of the duty cycle applied during the pulse. However, in some embodiments, the slope (dV/dT) during the negative voltage portion of each pulse of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901 is adjusted for each pulse of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901.

いくつかの実施形態では、リアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)は、リアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)と設定点電圧911との差が所定の閾値を超えたときにリアルタイムで検出可能であるように、十分に高いサンプリング/測定速度で決定される。これらの実施形態では、リアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)と設定点電圧911との差が所定の閾値を超えるたびに、フィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形901の電流パルスの負電圧部分が自動的に終了するが、これはバイアス電圧調整済波形901のデューティサイクルの自動閉ループフィードバック制御に相当する。 In some embodiments, the real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105 (V substrate ) is determined at a sufficiently high sampling/measurement rate so as to be detectable in real time when the difference between the real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105 (V substrate ) and the setpoint voltage 911 exceeds a predetermined threshold. In these embodiments, the negative voltage portion of the current pulse of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform 901 is automatically terminated whenever the difference between the real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105 (V substrate ) and the setpoint voltage 911 exceeds a predetermined threshold, which corresponds to automatic closed-loop feedback control of the duty cycle of the bias voltage adjusted waveform 901.

いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形901のデューティサイクルを制御することによって、上方電圧境界と下方電圧境界との間に延びる範囲内でバイアス電圧調整済波形901を制限する。また、いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形901のデューティサイクルを制御することによって、制御アルゴリズムに従って電圧サージから保護する。さらに、バイアス電圧調整済波形901のデューティサイクルを制御することによって、その場でのイオンエネルギーに即時に影響を与える。様々な実施形態において、バイアス電圧調整済波形901のいずれか1つまたは複数のパラメータをフィードバック制御して、決定されたリアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)と、基板105の上面105T上で達成され維持される一定の設定点電圧911との差を最小化できる。例えば、いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済波形901の正の周期、バイアス電圧調整済波形901の負の周期、およびバイアス電圧調整済波形901の周波数、のうちの1つまたは複数を、基板105の上面105T上の一定の設定点電圧911を達成し維持するために、決定されたリアルタイムの基板105の上面105Tの電圧(Vsubstrate)をフィードバック制御信号として用いてフィードバック制御する。 In some embodiments, controlling the duty cycle of the bias voltage adjusted waveform 901 limits the bias voltage adjusted waveform 901 within a range extending between an upper voltage boundary and a lower voltage boundary. Also, in some embodiments, controlling the duty cycle of the bias voltage adjusted waveform 901 protects against voltage surges according to a control algorithm. Furthermore, controlling the duty cycle of the bias voltage adjusted waveform 901 immediately affects the in situ ion energy. In various embodiments, any one or more parameters of the bias voltage adjusted waveform 901 can be feedback controlled to minimize the difference between a determined real-time voltage at the top surface 105T of the substrate 105 (V substrate ) and a constant setpoint voltage 911 achieved and maintained on the top surface 105T of the substrate 105. For example, in some embodiments, one or more of the positive period of the bias voltage adjusted waveform 901, the negative period of the bias voltage adjusted waveform 901, and the frequency of the bias voltage adjusted waveform 901 are feedback controlled using the determined real-time voltage (V substrate ) of the upper surface 105T of the substrate 105 as a feedback control signal to achieve and maintain a constant set point voltage 911 on the upper surface 105T of the substrate 105.

図9に関して説明した基板105の上面105T上に発生する電圧の閉ループフィードバック制御方法は、特に図3Gのバイアス電圧供給システム333Bが実装される場合に、エッジリング315の上面315T上に発生する電圧の制御にも同様に適用できると理解されたい。具体的には、決定されたリアルタイムのエッジリング315の上面315Tの電圧(VERtop)をフィードバック信号として使用して、エッジリング315の上面315T上で一定の設定点電圧を達成することによって、エッジリング電極323に供給されるフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形のデューティサイクルを、TCPRF電力のONパルス中にプラズマ119密度が定常状態に達するまで、エッジリング電極323に供給されるフィードバック制御されたバイアス電圧調整済波形の連続するパルス間で徐々に増加させる。 It should be appreciated that the closed-loop feedback control method for the voltage generated on the top surface 105T of the substrate 105 described with respect to Figure 9 is equally applicable to controlling the voltage generated on the top surface 315T of the edge ring 315, particularly when the bias voltage supply system 333B of Figure 3G is implemented. Specifically, by using the determined real-time voltage (V ERtop ) on the top surface 315T of the edge ring 315 as a feedback signal to achieve a constant setpoint voltage on the top surface 315T of the edge ring 315, the duty cycle of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform supplied to the edge ring electrode 323 is gradually increased between successive pulses of the feedback-controlled bias voltage adjusted waveform supplied to the edge ring electrode 323 until the plasma 119 density reaches a steady state during the ON pulse of TCPRF power.

TCPRF電力をパルシングしながら小さなIADFを維持することは、基板支持体301とエッジリング315との間のキャパシタンス差が理由で困難である可能性がある。エッジリング315の表面積は典型的には基板支持体301よりも小さいため、エッジリング315のキャパシタンスは基板支持体301よりも小さい。エッジリング315のキャパシタンスが小さいほど、エッジリング315の上面315T上の電圧が大きく変動する。電圧振幅のフィードバック制御は、典型的には、目標電圧からの誤差が大きいほど、調整のための時間をより多く必要とする。したがって、エッジリング315のキャパシタンスは基板支持体301よりも小さいため、エッジリング315は基板支持体301よりも高速なフィードバック制御を必要とする。基板105の上面105Tの電圧またはエッジリング315の上面315Tの電圧のいずれかがフィードバック制御されなくなると、基板105の上面105Tとエッジリング315の上面315Tとの間に大きな電圧差が生じ、大きなIADFとそれに応じた不利なエッチング傾斜を生じさせる可能性がある。いくつかの実施形態では、図3Dのバイアス電圧供給システム333Aが実装される場合、バイアス電圧調整済波形342のデューティサイクルの閉ループフィードバック制御によって、基板105の縁付近で小さなIADFを維持するように、基板105の上面105Tとエッジリング315の上面315Tとの電圧差を制限する。いくつかの実施形態では、図3Gのバイアス電圧供給システム333Bが実装される場合、バイアス電圧調整済波形342-1および342-2それぞれの独立した閉ループフィードバック制御によって、基板105の縁付近で小さなIADFを維持するように、基板105の上面105Tとエッジリング315の上面315Tとの電圧差を制限する。 Maintaining a small IADF while pulsing TCPRF power can be difficult due to capacitance differences between the substrate support 301 and the edge ring 315. Because the surface area of the edge ring 315 is typically smaller than that of the substrate support 301, the capacitance of the edge ring 315 is smaller than that of the substrate support 301. The smaller the capacitance of the edge ring 315, the larger the fluctuation in voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315. Feedback control of the voltage amplitude typically requires more time for adjustment the larger the error from the target voltage. Therefore, because the capacitance of the edge ring 315 is smaller than that of the substrate support 301, the edge ring 315 requires faster feedback control than the substrate support 301. If either the voltage on the top surface 105T of the substrate 105 or the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 were to be lost to feedback control, a large voltage difference would occur between the top surface 105T of the substrate 105 and the top surface 315T of the edge ring 315, potentially resulting in a large IADF and a corresponding adverse etch slope. In some embodiments, when the bias voltage supply system 333A of FIG. 3D is implemented, closed-loop feedback control of the duty cycle of the bias voltage regulated waveform 342 limits the voltage difference between the top surface 105T of the substrate 105 and the top surface 315T of the edge ring 315 to maintain a small IADF near the edge of the substrate 105. In some embodiments, when the bias voltage supply system 333B of FIG. 3G is implemented, independent closed-loop feedback control of each of the bias voltage adjusted waveforms 342-1 and 342-2 limits the voltage difference between the top surface 105T of the substrate 105 and the top surface 315T of the edge ring 315 to maintain a small IADF near the edge of the substrate 105.

いくつかの実施形態では、バイアス電圧供給システム333は、基板支持体301内に配置されたバイアス電極123と基板支持体301内に配置された中層電極302とを含み、これによって、基板支持体301の下部303がバイアス電極123と中層電極302との間に存在し、基板支持体301の上部305が中層電極302と基板支持体301の上面301Tとの間に存在するようになっている。バイアス電圧供給システム333はまた、バイアス電極123にバイアス電圧調整済無線周波波形を供給するために接続された電圧供給システム341、391も含む。いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済無線周波波形は、進行中の一連のパルスサイクルとして定められ、各パルスサイクルは、バイアス電圧調整済無線周波波形が負の電圧を有するON期間と、バイアス電圧調整済無線周波波形が正の電圧を有するOFF期間とを含む。バイアス電圧供給システム333はまた、バイアス電極123上の第1電圧および中層電極302上の第2電圧を測定するように接続された電圧測定システムも含む。バイアス電圧供給システム333はまた、測定された第1電圧、測定された第2電圧、基板支持体301の下部303のキャパシタンス、および基板支持体301の上部305のキャパシタンスを使用して、基板支持体301の上面301T上に存在する基板105の上面105T上の電圧を決定するように構成されたコントローラ351(またはその一部)も含む。コントローラ315は、基板105の上面105T上の電圧を電圧供給システム341、391に伝達するように構成されている。 In some embodiments, the bias voltage supply system 333 includes a bias electrode 123 disposed within the substrate support 301 and a middle layer electrode 302 disposed within the substrate support 301, such that the lower portion 303 of the substrate support 301 is between the bias electrode 123 and the middle layer electrode 302, and the upper portion 305 of the substrate support 301 is between the middle layer electrode 302 and the top surface 301T of the substrate support 301. The bias voltage supply system 333 also includes voltage supply systems 341, 391 connected to supply a bias voltage regulated radio frequency waveform to the bias electrode 123. In some embodiments, the bias voltage regulated radio frequency waveform is defined as an ongoing series of pulse cycles, each pulse cycle including an ON period during which the bias voltage regulated radio frequency waveform has a negative voltage and an OFF period during which the bias voltage regulated radio frequency waveform has a positive voltage. The bias voltage supply system 333 also includes a voltage measurement system connected to measure the first voltage on the bias electrode 123 and the second voltage on the middle electrode 302. The bias voltage supply system 333 also includes a controller 351 (or a portion thereof) configured to determine a voltage on the top surface 105T of the substrate 105 residing on the top surface 301T of the substrate support 301 using the measured first voltage, the measured second voltage, the capacitance of the lower portion 303 of the substrate support 301, and the capacitance of the upper portion 305 of the substrate support 301. The controller 315 is configured to communicate the voltage on the top surface 105T of the substrate 105 to the voltage supply systems 341, 391.

いくつかの実施形態では、電圧供給システム341、391は、バイアス電圧調整済無線周波波形を、設定点電圧と基板105の上面105T上の電圧との差を最小化するために調節するように構成されている。いくつかの実施形態では、電圧供給システム341、391は、バイアス電圧調整済無線周波波形の1パルスサイクル内でバイアス電圧調整済無線周波波形を調節するように構成されている。いくつかの実施形態では、コントローラ351は、第1項と第2項との和を計算することによって基板105の上面105T上の電圧を決定するように構成され、ここで、第1項は中層電極302上の第2電圧に等しく、第2項は定数と差動電圧との積に等しく、定数は、基板支持体301の上部305のキャパシタンスに対する基板支持体301の下部303のキャパシタンスの比に等しく、差動電圧は、中層電極302上の第2電圧からバイアス電極123上の第1電圧を引いたものに等しい。 In some embodiments, the voltage supply system 341, 391 is configured to adjust the bias voltage adjusted radio frequency waveform to minimize the difference between the setpoint voltage and the voltage on the top surface 105T of the substrate 105. In some embodiments, the voltage supply system 341, 391 is configured to adjust the bias voltage adjusted radio frequency waveform within one pulse cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform. In some embodiments, the controller 351 is configured to determine the voltage on the top surface 105T of the substrate 105 by calculating the sum of a first term and a second term, where the first term is equal to the second voltage on the middle layer electrode 302, the second term is equal to the product of a constant and a differential voltage, the constant is equal to the ratio of the capacitance of the lower portion 303 of the substrate support 301 to the capacitance of the upper portion 305 of the substrate support 301, and the differential voltage is equal to the second voltage on the middle layer electrode 302 minus the first voltage on the bias electrode 123.

いくつかの実施形態では、バイアス電圧供給システム333はまた、基板支持体301に外接するように構成されたエッジリング315内に配置されたエッジリング電極323も含む。エッジリング電極323は、エッジリング315の上面315T上の電圧を制御するように構成されている。基板支持体301内のバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済無線周波波形は、第1のバイアス電圧調整済無線周波波形である。エッジリング電極323は、電圧供給システム341、396から第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように接続されている。いくつかの実施形態では、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形は、進行中の一連のパルスサイクルとして定められ、各パルスサイクルは、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形が負の電圧を有するON期間と、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形が正の電圧を有するOFF期間とを含む。バイアス電圧供給システム333はまた、エッジリング315内に配置されたエッジリング中層電極317を含み、これによって、エッジリング315の下部319がエッジリング電極323とエッジリング中層電極317との間に存在し、エッジリング315の上部321がエッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの間に存在するようになっている。 In some embodiments, the bias voltage supply system 333 also includes an edge ring electrode 323 disposed within an edge ring 315 configured to circumscribe the substrate support 301. The edge ring electrode 323 is configured to control the voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315. The bias voltage regulated radio frequency waveform supplied to the bias electrode 123 within the substrate support 301 is a first bias voltage regulated radio frequency waveform. The edge ring electrode 323 is connected to receive a second bias voltage regulated radio frequency waveform from the voltage supply system 341, 396. In some embodiments, the second bias voltage regulated radio frequency waveform is defined as an ongoing series of pulse cycles, each pulse cycle including an ON period during which the second bias voltage regulated radio frequency waveform has a negative voltage and an OFF period during which the second bias voltage regulated radio frequency waveform has a positive voltage. The bias voltage supply system 333 also includes an edge ring middle layer electrode 317 disposed within the edge ring 315, such that the lower portion 319 of the edge ring 315 is between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle layer electrode 317, and the upper portion 321 of the edge ring 315 is between the edge ring middle layer electrode 317 and the upper surface 315T of the edge ring 315.

電圧測定システムが、エッジリング電極323上の第3電圧およびエッジリング中層電極317上の第4電圧を測定するように接続されている。コントローラ315は、エッジリング電極323上の測定された第3電圧、エッジリング中層電極317上の測定された第4電圧、エッジリング315の下部319のキャパシタンス、およびエッジリング315の上部321のキャパシタンスを使用して、エッジリング315の上面315T上の電圧を決定するように構成されている。いくつかの実施形態では、コントローラ351は、第1項と第2項との和を計算することによってエッジリング315の上面315T上の電圧を決定するように構成され、ここで、第1項はエッジリング中層電極317上の第4電圧に等しく、第2項は定数と差動電圧との積に等しく、定数は、エッジリング315の上部321のキャパシタンスに対するエッジリング315の下部319のキャパシタンスの比に等しく、差動電圧は、エッジリング中層電極317上の第4電圧からエッジリング電極323上の第3電圧を引いたものに等しい。コントローラ315は、エッジリング315の上面315T上の電圧を電圧供給システムに伝達するように構成されている。 A voltage measurement system is connected to measure a third voltage on the edge ring electrode 323 and a fourth voltage on the edge ring middle electrode 317. The controller 315 is configured to determine a voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 using the measured third voltage on the edge ring electrode 323, the measured fourth voltage on the edge ring middle electrode 317, the capacitance of the lower portion 319 of the edge ring 315, and the capacitance of the upper portion 321 of the edge ring 315. In some embodiments, the controller 351 is configured to determine the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 by calculating the sum of a first term and a second term, where the first term is equal to the fourth voltage on the edge ring middle electrode 317, the second term is equal to the product of a constant and the differential voltage, where the constant is equal to the ratio of the capacitance of the bottom portion 319 of the edge ring 315 to the capacitance of the top portion 321 of the edge ring 315, and the differential voltage is equal to the fourth voltage on the edge ring middle electrode 317 minus the third voltage on the edge ring electrode 323. The controller 315 is configured to communicate the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 to a voltage supply system.

いくつかの実施形態では、バイアス電圧供給システム333は可変コンデンサ359、361、363、365を含み、これは、バイアス電極123に供給される第1のバイアス電圧調整済無線周波波形に対して、エッジリング電極323に供給される第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を個別に制御するように配置されている。いくつかの実施形態では、電圧供給システム341、396は、エッジリング電極323に供給される第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を、設定点電圧とエッジリング315の上面315T上の電圧との差を最小化するために調節するように構成されている。いくつかの実施形態では、電圧供給システム341、396は、エッジリング電極323に供給される第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の1パルスサイクル内で調節するように構成されている。 In some embodiments, the bias voltage supply system 333 includes variable capacitors 359, 361, 363, 365 arranged to independently control the second bias voltage regulated radio frequency waveform supplied to the edge ring electrode 323 relative to the first bias voltage regulated radio frequency waveform supplied to the bias electrode 123. In some embodiments, the voltage supply systems 341, 396 are configured to adjust the second bias voltage regulated radio frequency waveform supplied to the edge ring electrode 323 to minimize the difference between the setpoint voltage and the voltage on the upper surface 315T of the edge ring 315. In some embodiments, the voltage supply systems 341, 396 are configured to adjust the second bias voltage regulated radio frequency waveform supplied to the edge ring electrode 323 within one pulse cycle of the second bias voltage regulated radio frequency waveform.

いくつかの実施形態では、基板支持システムがプラズマ処理システム300用に開示されている。基板支持システムは、基板105を支持するように構成された上面301Tを有する基板支持体301を含む。基板支持システムは、基板支持体301内に配置されたバイアス電極123を含む。バイアス電極123は、基板105の上面105T上の電圧を制御するように構成されている。バイアス電極123は、電圧供給システム341、391からバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように接続されている。基板支持システムはまた、基板支持体301内に配置された中層電極302を含み、これによって、基板支持体301の下部303がバイアス電極123と中層電極302との間に存在し、基板支持体301の上部305が中層電極302と基板支持体301の上面301Tとの間に存在するようになっている。基板支持システムはまた、バイアス電極123の第1リアルタイム電圧を測定するために、バイアス電極123に電気的に接続された第1コネクタ313を含む。バイアス電極123は、バイアス電極123上の第1リアルタイム電圧を測定するために、第1コネクタ313を電気的に受け入れるように構成されている。基板支持システムはまた、中層電極302上の第2リアルタイム電圧を測定するために、中層電極302に電気的に接続された第2コネクタ309も含む。中層電極302は、中層電極302上の第2リアルタイム電圧を測定するために、第2コネクタ309を電気的に受け入れるように構成されている。基板支持システムはまた、コントローラ315も含み、これは、バイアス電極123上の測定された第1リアルタイム電圧、中層電極302上の測定された第2リアルタイム電圧、基板支持体301の下部303のキャパシタンス、および基板支持体301の上部305のキャパシタンスを使用して、基板105の上面105T上のリアルタイム電圧を決定するように構成されている。 In some embodiments, a substrate support system is disclosed for a plasma processing system 300. The substrate support system includes a substrate support 301 having a top surface 301T configured to support a substrate 105. The substrate support system includes a bias electrode 123 disposed within the substrate support 301. The bias electrode 123 is configured to control a voltage on the top surface 105T of the substrate 105. The bias electrode 123 is connected to receive a bias voltage regulated radio frequency waveform from a voltage supply system 341, 391. The substrate support system also includes a middle electrode 302 disposed within the substrate support 301 such that a lower portion 303 of the substrate support 301 is between the bias electrode 123 and the middle electrode 302, and an upper portion 305 of the substrate support 301 is between the middle electrode 302 and the top surface 301T of the substrate support 301. The substrate support system also includes a first connector 313 electrically connected to the bias electrode 123 for measuring a first real-time voltage of the bias electrode 123. The bias electrode 123 is configured to electrically receive a first connector 313 for measuring a first real-time voltage on the bias electrode 123. The substrate support system also includes a second connector 309 electrically connected to the middle layer electrode 302 for measuring a second real-time voltage on the middle layer electrode 302. The middle layer electrode 302 is configured to electrically receive the second connector 309 for measuring the second real-time voltage on the middle layer electrode 302. The substrate support system also includes a controller 315, which is configured to determine a real-time voltage on the top surface 105T of the substrate 105 using the measured first real-time voltage on the bias electrode 123, the measured second real-time voltage on the middle layer electrode 302, the capacitance of the lower portion 303 of the substrate support 301, and the capacitance of the upper portion 305 of the substrate support 301.

いくつかの実施形態では、エッジリングシステムがプラズマ処理システム300用に開示されている。エッジリングシステムは、基板支持体301に外接するように構成されたエッジリング315を含む。エッジリングシステムはまた、エッジリング315内に配置されたエッジリング電極323も含む。エッジリング電極323は、エッジリング315の上面315T上の電圧を制御するように構成されている。エッジリング電極323は、電圧供給システム341、396からバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように接続されている。エッジリングシステムはまた、エッジリング315内に配置されたエッジリング中層電極317も含み、これによって、エッジリング315の下部319がエッジリング電極323とエッジリング中層電極317との間に存在し、エッジリング315の上部321がエッジリング中層電極317とエッジリング315の上面315Tとの間に存在するようになっている。エッジリングシステムはまた、エッジリング電極323上の第1リアルタイム電圧を測定するために、エッジリング電極323に電気的に接続された第1コネクタ327も含む。エッジリング電極323は、エッジリング電極323上の第1リアルタイム電圧を測定するために、第1コネクタ327を電気的に受け入れるように構成されている。エッジリングシステムはまた、エッジリング中層電極317上の第2リアルタイム電圧を測定するために、エッジリング中層電極317に電気的に接続された第2コネクタ331も含む。エッジリング中層電極317は、エッジリング中層電極317上の第2リアルタイム電圧を測定するために、第2コネクタ331を電気的に受け入れるように構成されている。コントローラ315は、エッジリング電極323上の測定された第1リアルタイム電圧、エッジリング中層電極317上の測定された第2リアルタイム電圧、エッジリング315の下部319のキャパシタンス、およびエッジリング315の上部321のキャパシタンスを使用して、エッジリング315の上面315T上のリアルタイム電圧を決定するように構成されている。 In some embodiments, an edge ring system is disclosed for a plasma processing system 300. The edge ring system includes an edge ring 315 configured to circumscribe the substrate support 301. The edge ring system also includes an edge ring electrode 323 disposed within the edge ring 315. The edge ring electrode 323 is configured to control a voltage on the top surface 315T of the edge ring 315. The edge ring electrode 323 is connected to receive a bias voltage regulated radio frequency waveform from a voltage supply system 341, 396. The edge ring system also includes an edge ring middle electrode 317 disposed within the edge ring 315 such that a lower portion 319 of the edge ring 315 resides between the edge ring electrode 323 and the edge ring middle electrode 317, and an upper portion 321 of the edge ring 315 resides between the edge ring middle electrode 317 and the top surface 315T of the edge ring 315. The edge ring system also includes a first connector 327 electrically connected to the edge ring electrode 323 for measuring a first real-time voltage on the edge ring electrode 323. The edge ring electrode 323 is configured to electrically receive the first connector 327 for measuring the first real-time voltage on the edge ring electrode 323. The edge ring system also includes a second connector 331 electrically connected to the edge ring middle electrode 317 for measuring a second real-time voltage on the edge ring middle electrode 317. The edge ring middle electrode 317 is configured to electrically receive the second connector 331 for measuring the second real-time voltage on the edge ring middle electrode 317. The controller 315 is configured to determine a real-time voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 using the measured first real-time voltage on the edge ring electrode 323, the measured second real-time voltage on the edge ring middle electrode 317, the capacitance of the bottom portion 319 of the edge ring 315, and the capacitance of the top portion 321 of the edge ring 315.

図10Aは、いくつかの実施形態に従った、基板105上の電圧を制御する方法のフローチャートを示す。本方法は、電圧供給システム341、391を操作して、基板支持体301内のバイアス電極123にバイアス電圧調整済無線周波波形を供給するための操作1001を含む。本方法はまた、所与の時間にバイアス電極123上の第1電圧を測定するための操作1003も含む。電圧等の様々な電気パラメータは、他の関連パラメータ、例えばV=IR(Vは電圧であり、Iは電流であり、Rは抵抗である)を用いて決定/計算できることを理解されたい。そのため、本明細書において言及する様々な電圧測定は、直接的な電圧測定または間接的な電圧測定のいずれによっても行うことができ、間接的な電圧測定は、測定対象の電圧に関連する1つまたは複数のパラメータを決定/測定することと、それに続いて、測定対象の電圧に関連する1つまたは複数のパラメータを使用して、測定対象の電圧を決定/計算することとを含むと理解されたい。本方法はまた、所与の時間に中層電極302上の第2電圧を測定するための操作1005も含む。本方法はまた、所与の時間におけるバイアス電極123上の測定された第1電圧、所与の時間における中層電極302上の測定された第2電圧、基板支持体301の下部303のキャパシタンス、および基板支持体301の上部305のキャパシタンスを使用して、所与の時間における基板支持体301の上面301T上に存在する基板105の上面105T上の電圧を決定するための、操作1007も含む。 FIG. 10A shows a flowchart of a method for controlling a voltage on a substrate 105, according to some embodiments. The method includes operation 1001 for operating a voltage supply system 341, 391 to supply a bias voltage-regulated radio frequency waveform to a bias electrode 123 in a substrate support 301. The method also includes operation 1003 for measuring a first voltage on the bias electrode 123 at a given time. It should be understood that various electrical parameters, such as voltage, can be determined/calculated using other related parameters, e.g., V=IR (where V is voltage, I is current, and R is resistance). As such, it should be understood that the various voltage measurements referred to herein can be made by either direct voltage measurements or indirect voltage measurements, and that indirect voltage measurements include determining/measuring one or more parameters related to the voltage being measured and subsequently determining/calculating the voltage being measured using the one or more parameters related to the voltage being measured. The method also includes operation 1005 for measuring a second voltage on the middle layer electrode 302 at a given time. The method also includes operation 1007 for determining a voltage on the top surface 105T of the substrate 105 residing on the top surface 301T of the substrate support 301 at a given time using the measured first voltage on the bias electrode 123 at a given time, the measured second voltage on the middle electrode 302 at a given time, the capacitance of the lower portion 303 of the substrate support 301, and the capacitance of the upper portion 305 of the substrate support 301.

図10Bは、いくつかの実施形態に従った、基板105上の電圧を制御するための図10Aの方法の任意選択の延長のフローチャートを示す。本方法は、所与の時間における基板105の上面105T上の電圧と設定点電圧との差を決定するための操作1009を含む。本方法はまた、所与の時間における基板105の上面105T上の電圧と設定点電圧との差を減少させる、バイアス電圧調整済無線周波波形の調節を決定するための操作1011も含む。本方法はまた、電圧供給システム341、391を操作して、バイアス電圧調整済無線周波波形の調節を実施するための操作1013も含む。 FIG. 10B shows a flowchart of an optional extension of the method of FIG. 10A for controlling the voltage on the substrate 105, according to some embodiments. The method includes operation 1009 for determining a difference between the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 and a setpoint voltage at a given time. The method also includes operation 1011 for determining an adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform that reduces the difference between the voltage on the upper surface 105T of the substrate 105 and the setpoint voltage at a given time. The method also includes operation 1013 for operating the voltage supply system 341, 391 to implement the adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform.

いくつかの実施形態では、所与の時間は、バイアス電圧調整済無線周波波形のサイクルの負の部分の間に生じ、操作1013は、バイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の間にバイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節を実施するために行われる。いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節は、バイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の間における、時間の関数としての電圧の変化である。いくつかの実施形態では、バイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節は、バイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の期間の変更である。 In some embodiments, the given time occurs during the negative portion of a cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform, and operation 1013 is performed to make an adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform during the negative portion of the next cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform. In some embodiments, the adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in voltage as a function of time during the negative portion of the next cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform. In some embodiments, the adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in the duration of the negative portion of the next cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform.

図10Cは、いくつかの実施形態に従った、図10Aまたは図10Bのいずれかの方法の任意選択の延長のフローチャートを示す。本方法は、電圧供給システム341、396を操作して、基板支持体301に外接するエッジリング315内のエッジリング電極323に第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を供給するための操作1015を含む。本実施形態では、基板支持体301内のバイアス電極123に供給されるバイアス電圧調整済無線周波波形を、第1のバイアス電圧調整済無線周波波形と称する。本方法はまた、所与の時間にエッジリング電極323上の第3電圧を測定するための操作1017も含む。本方法はまた、所与の時間にエッジリング中層電極317の第4電圧を測定するための操作1019も含む。本方法はまた、所与の時間におけるエッジリング電極323上の測定された第3電圧、所与の時間におけるエッジリング中層電極317上の測定された第4電圧、エッジリング315の下部319のキャパシタンス、およびエッジリング315の上部321のキャパシタンスを使用して、所与の時間におけるエッジリング315の上面315T上の電圧を決定するための操作1021も含む。 10C shows a flowchart of an optional extension of the method of either FIG. 10A or FIG. 10B , according to some embodiments. The method includes operation 1015 for operating the voltage supply system 341, 396 to supply a second bias voltage-adjusted radio frequency waveform to the edge ring electrode 323 in the edge ring 315 circumscribing the substrate support 301. In this embodiment, the bias voltage-adjusted radio frequency waveform supplied to the bias electrode 123 in the substrate support 301 is referred to as the first bias voltage-adjusted radio frequency waveform. The method also includes operation 1017 for measuring a third voltage on the edge ring electrode 323 at a given time. The method also includes operation 1019 for measuring a fourth voltage on the edge ring middle electrode 317 at a given time. The method also includes operation 1021 for determining a voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 at a given time using the measured third voltage on the edge ring electrode 323 at a given time, the measured fourth voltage on the edge ring middle electrode 317 at a given time, the capacitance of the bottom portion 319 of the edge ring 315, and the capacitance of the top portion 321 of the edge ring 315.

図10Dは、いくつかの実施形態に従った、エッジリング315上の電圧を制御するための図10Cの方法の任意選択の延長のフローチャートを示す。本方法は、所与の時間におけるエッジリング315の上面315T上の電圧と設定点電圧との差を決定するための操作1023を含む。本方法はまた、所与の時間におけるエッジリング315の上面315T上の電圧と設定点電圧との差を減少させる、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の調節を決定するための操作1025も含む。本方法はまた、電圧供給システム341、396を操作して、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節を実施するための操作1027も含む。いくつかの実施形態では、所与の時間は、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形のサイクルの負の部分の間に生じ、操作1027は、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の間に第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節を実施するために行われる。いくつかの実施形態では、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節は、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の間における、時間の関数としての電圧の変化である。いくつかの実施形態では、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節は、第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の期間の変更である。 FIG. 10D shows a flowchart of an optional extension of the method of FIG. 10C for controlling the voltage on the edge ring 315, according to some embodiments. The method includes operation 1023 for determining a difference between the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 and a setpoint voltage at a given time. The method also includes operation 1025 for determining an adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform that reduces the difference between the voltage on the top surface 315T of the edge ring 315 and the setpoint voltage at the given time. The method also includes operation 1027 for operating the voltage supply system 341, 396 to implement the adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform. In some embodiments, the given time occurs during a negative portion of a cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform, and operation 1027 is performed to implement the adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform during a negative portion of a next cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform. In some embodiments, the adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in voltage as a function of time during the negative portion of the next cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform. In some embodiments, the adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in the duration of the negative portion of the next cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform.

本明細書に記載した様々な実施形態は、ハンドヘルドハードウェアユニット、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースの、またはプログラム可能な家電、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ等を含む、様々なコンピュータシステム構成と併用して実施してよい。本明細書に記載した様々な実施形態はまた、コンピュータネットワークを介してリンクされたリモート処理ハードウェアユニットによってタスクが実施される分散コンピューティング環境と併用しても実施可能である。また、本明細書に開示された様々な実施形態には、コンピュータシステムに格納されたデータを含む様々なコンピュータ実装操作の実施が含まれると理解されたい。これらのコンピュータ実装操作は、物理量を操作する。様々な実施形態において、コンピュータ実装操作は、汎用コンピュータまたは特別用途コンピュータのいずれかによって実施される。いくつかの実施形態では、コンピュータ実装操作は、選択的に起動されたコンピュータによって実施され、かつ/またはコンピュータメモリに格納されるか、コンピュータネットワークを介して取得された1つまたは複数のコンピュータプログラムによって指示される。コンピュータプログラムおよび/またはデジタルデータがコンピュータネットワークを介して取得されるとき、このデジタルデータは、コンピュータネットワーク上の他のコンピュータ、例えば、コンピューティングリソースのクラウドによって処理されてもよい。コンピュータプログラムおよびデジタルデータは、非一次的なコンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして格納される。非一次的なコンピュータ可読媒体は、データを格納するデータ格納ハードウェアユニット(例えばメモリデバイス等)であり、その後にコンピュータシステムによって読み取り可能である。非一次的なコンピュータ可読媒体の例としては、ハードドライバ、ネットワーク接続ストレージ(NAS)、ROM、RAM、コンパクトディスク-ROM(CD-ROMs)、書き込み可能なCD(CD-Rs)、書き換え可能なCD(CD-RWs)、デジタルビデオ/多目的ディスク(DVD)、磁気テープ、ならびにその他の光学および非光学のデータ格納ハードウェアユニットが挙げられる。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムおよび/またはデジタルデータは、コンピュータプログラムおよび/またはデジタルデータが分散して実行および/または格納されるように、結合されたコンピュータシステムのネットワーク内の異なるコンピュータシステムに配置された複数のコンピュータ可読媒体間で分散される。 The various embodiments described herein may be implemented in conjunction with a variety of computer system configurations, including handheld hardware units, microprocessor systems, microprocessor-based or programmable consumer electronics, minicomputers, mainframe computers, and the like. The various embodiments described herein may also be implemented in conjunction with distributed computing environments in which tasks are performed by remote processing hardware units linked through a computer network. It should also be understood that the various embodiments disclosed herein include the performance of various computer-implemented operations involving data stored in computer systems. These computer-implemented operations manipulate physical quantities. In various embodiments, the computer-implemented operations are performed by either general-purpose or special-purpose computers. In some embodiments, the computer-implemented operations are performed by a selectively activated computer and/or are directed by one or more computer programs stored in computer memory or retrieved over a computer network. When computer programs and/or digital data are retrieved over a computer network, the digital data may be processed by other computers on the computer network, e.g., a cloud of computing resources. The computer programs and digital data are stored as computer-readable code on non-primary computer-readable media. A non-primary computer-readable medium is a data storage hardware unit (e.g., a memory device) that stores data that can then be read by a computer system. Examples of non-primary computer-readable media include hard drives, network-attached storage (NAS), ROM, RAM, compact disc-ROMs (CD-ROMs), recordable CDs (CD-Rs), rewritable CDs (CD-RWs), digital video/versatile discs (DVDs), magnetic tape, and other optical and non-optical data storage hardware units. In some embodiments, computer programs and/or digital data are distributed across multiple computer-readable media located on different computer systems within a network of coupled computer systems, such that the computer programs and/or digital data are executed and/or stored in a distributed manner.

前述の実施形態は、理解を明確にするための詳細をある程度含むが、添付の請求項の範囲内で特定の変更および修正が実施され得ることは明らかであろう。例えば、本明細書に開示した任意の実施形態からの1つまたは特徴を、本明細書に開示した任意の他の実施形態の1つまたは複数の特徴と組み合わせてもよいと理解されたい。したがって、本実施形態は例示であって制限的なものではないと考えられ、特許請求の範囲は本明細書に示された詳細に限定されず、添付の実施形態の範囲およびその均等物内で修正してよい。 While the foregoing embodiments include certain details for clarity of understanding, it will be apparent that certain changes and modifications may be practiced within the scope of the appended claims. For example, it should be understood that one or more features from any embodiment disclosed herein may be combined with one or more features of any other embodiment disclosed herein. Accordingly, the present embodiments are to be considered illustrative and not restrictive, and the claims are not to be limited to the details set forth herein, but may be modified within the scope of the appended embodiments and their equivalents.

Claims (25)

システムであって、
基板を支持するように構成された上面を有する基板支持体内に配置されたバイアス電極と、
前記基板支持体内に配置された中層電極であって、前記バイアス電極と前記中層電極との間に前記基板支持体の下部が存在し、かつ前記中層電極と前記基板支持体の前記上面との間に前記基板支持体の上部が存在するように配置された中層電極と、
前記バイアス電極にバイアス電圧調整済無線周波波形を供給するように接続された電圧供給システムと、
前記バイアス電極上の第1電圧および前記中層電極上の第2電圧を測定するように接続された電圧測定システムと、
コントローラであって、測定された前記第1電圧、測定された前記第2電圧、前記基板支持体の前記下部のキャパシタンス、および前記基板支持体の前記上部のキャパシタンスを使用して、前記基板支持体の前記上面上に存在するときの前記基板の上面上の電圧を決定するように構成され、前記基板の前記上面上の前記電圧に関連する情報を前記電圧供給システムに伝達するように構成されたコントローラと、を含む、システム。
1. A system comprising:
a bias electrode disposed within a substrate support having an upper surface configured to support a substrate;
a middle layer electrode disposed within the substrate support such that a lower portion of the substrate support is between the bias electrode and the middle layer electrode, and an upper portion of the substrate support is between the middle layer electrode and the upper surface of the substrate support;
a voltage supply system connected to supply a bias voltage regulated radio frequency waveform to the bias electrode;
a voltage measurement system connected to measure a first voltage on the bias electrode and a second voltage on the middle electrode;
a controller configured to determine a voltage on a top surface of the substrate when present on the top surface of the substrate support using the measured first voltage, the measured second voltage, a capacitance of the bottom of the substrate support, and a capacitance of the top of the substrate support, and the controller configured to communicate information related to the voltage on the top surface of the substrate to the voltage supply system.
請求項1に記載のシステムであって、
前記バイアス電圧調整済無線周波波形が、進行中の一連のパルスサイクルとして定められ、
前記パルスサイクルのそれぞれが、
前記バイアス電圧調整済無線周波波形が負の電圧を有するON期間と、
前記バイアス電圧調整済無線周波波形が正の電圧を有するOFF期間とを含む、システム。
10. The system of claim 1,
the bias voltage adjusted radio frequency waveform is defined as an ongoing series of pulse cycles;
Each of the pulse cycles comprises:
an ON period during which the bias voltage adjusted radio frequency waveform has a negative voltage;
and an OFF period during which the bias voltage adjusted radio frequency waveform has a positive voltage.
請求項2に記載のシステムであって、
前記電圧供給システムが、設定点電圧と前記基板の前記上面上の前記電圧との差を最小化するために前記バイアス電圧調整済無線周波波形を調節するように構成されている、システム。
3. The system of claim 2,
The voltage supply system is configured to adjust the bias voltage regulated radio frequency waveform to minimize a difference between a set point voltage and the voltage on the top surface of the substrate.
請求項3に記載のシステムであって、
前記電圧供給システムが、前記バイアス電圧調整済無線周波波形の1パルスサイクル内で前記バイアス電圧調整済無線周波波形を調節するように構成されている、システム。
4. The system of claim 3,
The system, wherein the voltage supply system is configured to adjust the bias voltage regulated radio frequency waveform within one pulse cycle of the bias voltage regulated radio frequency waveform.
請求項1に記載のシステムであって、
前記コントローラが、第1項と第2項との和を計算することによって前記基板の前記上面上の前記電圧を決定するように構成され、
前記第1項が前記第2電圧に等しく、
前記第2項が定数と差動電圧との積に等しく、
前記定数が、前記基板支持体の前記上部の前記キャパシタンスに対する前記基板支持体の前記下部の前記キャパシタンスの比に等しく、
前記差動電圧が、前記第2電圧から前記第1電圧を引いたものに等しい、システム。
10. The system of claim 1,
the controller is configured to determine the voltage on the top surface of the substrate by calculating the sum of a first term and a second term;
the first term is equal to the second voltage;
the second term is equal to a constant times the differential voltage,
the constant is equal to a ratio of the capacitance of the lower portion of the substrate support to the capacitance of the upper portion of the substrate support;
The system wherein the differential voltage is equal to the second voltage minus the first voltage.
請求項1に記載のシステムであって、前記システムが、
エッジリング電極であって、
前記基板支持体に外接するように構成されたエッジリング内に配置され、
前記エッジリングの上面上の電圧を制御するように構成され、
前記基板支持体内の前記バイアス電極に供給される前記バイアス電圧調整済無線周波波形が第1のバイアス電圧調整済無線周波波形であり、
前記電圧供給システムから第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように接続されているエッジリング電極と、
エッジリング中層電極であって、
前記エッジリングの下部が前記エッジリング電極と前記エッジリング中層電極との間に存在し、前記エッジリングの上部が前記エッジリング中層電極と前記エッジリングの前記上面との間に存在するように、前記エッジリング内に配置され、
前記電圧測定システムが前記エッジリング電極上の第3電圧および前記エッジリング中層電極上の第4電圧を測定するように接続されているエッジリング中層電極と、を含み、
前記コントローラが、測定された前記第3電圧、測定された前記第4電圧、前記エッジリングの前記下部のキャパシタンス、および前記エッジリングの前記上部のキャパシタンスを使用して、前記エッジリングの前記上面上の電圧を決定するように構成され、前記コントローラが、前記エッジリングの前記上面上の前記電圧に関連する情報を前記電圧供給システムに伝達するように構成されている、システム。
10. The system of claim 1, wherein the system comprises:
An edge ring electrode,
disposed within an edge ring configured to circumscribe the substrate support;
configured to control a voltage on a top surface of the edge ring;
the bias voltage-adjusted radio frequency waveform supplied to the bias electrode in the substrate support is a first bias voltage-adjusted radio frequency waveform;
an edge ring electrode connected to receive a second bias voltage regulated radio frequency waveform from the voltage supply system;
An edge ring middle layer electrode,
the edge ring is disposed within the edge ring such that a lower portion of the edge ring is between the edge ring electrode and the edge ring middle electrode, and an upper portion of the edge ring is between the edge ring middle electrode and the upper surface of the edge ring;
an edge ring middle layer electrode, the voltage measurement system connected to measure a third voltage on the edge ring electrode and a fourth voltage on the edge ring middle layer electrode;
the controller is configured to determine a voltage on the top surface of the edge ring using the measured third voltage, the measured fourth voltage, a capacitance of the bottom of the edge ring, and a capacitance of the top of the edge ring, and the controller is configured to communicate information related to the voltage on the top surface of the edge ring to the voltage supply system.
請求項6に記載のシステムであって、
前記第1のバイアス電圧調整済無線周波波形に対して前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を個別に制御するように配置された可変コンデンサをさらに含む、システム。
7. The system of claim 6,
The system further includes a variable capacitor positioned to independently control the second bias voltage adjusted radio frequency waveform relative to the first bias voltage adjusted radio frequency waveform.
請求項6に記載のシステムであって、
前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形が、進行中の一連のパルスサイクルとして定められ、
前記パルスサイクルのそれぞれが、
前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形が負の電圧を有するON期間と、
前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形が正の電圧を有するOFF期間とを含む、システム。
7. The system of claim 6,
the second bias voltage adjusted radio frequency waveform is defined as an ongoing series of pulse cycles;
Each of the pulse cycles comprises:
an ON period during which the second bias voltage adjusted radio frequency waveform has a negative voltage;
an OFF period during which the second bias voltage adjusted radio frequency waveform has a positive voltage.
請求項8に記載のシステムであって、
前記電圧供給システムが、設定点電圧と前記エッジリングの前記上面上の前記電圧との差を最小化するために前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を調節するように構成されている、システム。
9. The system of claim 8,
the voltage supply system is configured to adjust the second bias voltage regulated radio frequency waveform to minimize a difference between a set point voltage and the voltage on the top surface of the edge ring.
請求項9に記載のシステムであって、
前記電圧供給システムが、前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の1パルスサイクル内で前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を調節するように構成されている、システム。
10. The system of claim 9,
The system, wherein the voltage supply system is configured to adjust the second bias voltage regulated radio frequency waveform within one pulse cycle of the second bias voltage regulated radio frequency waveform.
請求項7に記載のシステムであって、
前記コントローラが、第1項と第2項との和を計算することによって前記エッジリングの前記上面上の前記電圧を決定するように構成され、
前記第1項が前記第4電圧に等しく、
前記第2項が定数と差動電圧との積に等しく、
前記定数が、前記エッジリングの前記上部の前記キャパシタンスに対する前記エッジリングの前記下部の前記キャパシタンスの比に等しく、
前記差動電圧が、前記第4電圧から前記第3電圧を引いたものに等しい、システム。
8. The system of claim 7,
the controller is configured to determine the voltage on the top surface of the edge ring by calculating the sum of a first term and a second term;
the first term is equal to the fourth voltage;
the second term is equal to a constant times the differential voltage,
the constant is equal to a ratio of the capacitance of the lower portion of the edge ring to the capacitance of the upper portion of the edge ring;
The system wherein the differential voltage is equal to the fourth voltage minus the third voltage.
プラズマ処理システム用の基板支持システムであって、
基板を支持するように構成された上面を有する基板支持体と、
前記基板支持体内に配置されたバイアス電極であって、
前記基板の上面上の電圧を制御するように構成され、
電圧供給システムからバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように接続され、
前記バイアス電極上の第1電圧を測定するために、第1コネクタを電気的に受け入れるように構成された、バイアス電極と、
中層電極であって、
前記バイアス電極と前記中層電極との間に前記基板支持体の下部が存在し、かつ前記中層電極と前記基板支持体の前記上面との間に前記基板支持体の上部が存在するように、前記基板支持体内に配置され、
前記中層電極上の第2電圧を測定するために、第2コネクタを電気的に受け入れるように構成された中層電極と、を含む、基板支持システム。
1. A substrate support system for a plasma processing system, comprising:
a substrate support having an upper surface configured to support a substrate;
a bias electrode disposed within the substrate support,
configured to control a voltage on a top surface of the substrate;
connected to receive a bias voltage regulated radio frequency waveform from the voltage supply system;
a bias electrode configured to electrically receive a first connector for measuring a first voltage on the bias electrode;
A middle layer electrode,
positioned within the substrate support such that a lower portion of the substrate support is between the bias electrode and the middle layer electrode, and an upper portion of the substrate support is between the middle layer electrode and the upper surface of the substrate support;
a middle layer electrode configured to electrically receive a second connector for measuring a second voltage on the middle layer electrode.
請求項12に記載の、プラズマ処理システム用の基板支持システムであって、
測定された前記第1電圧、測定された前記第2電圧、前記基板支持体の前記下部のキャパシタンス、および前記基板支持体の前記上部のキャパシタンスを使用して、前記基板の前記上面上の前記電圧を決定するように構成されたコントローラをさらに含む、基板支持システム。
13. A substrate support system for a plasma processing system according to claim 12, comprising:
a controller configured to determine the voltage on the top surface of the substrate using the measured first voltage, the measured second voltage, a capacitance of the bottom of the substrate support, and a capacitance of the top of the substrate support.
プラズマ処理システム用のエッジリングシステムであって、
基板支持体に外接するように構成されたエッジリングと、
前記エッジリング内に配置されたエッジリング電極であって、
前記エッジリングの上面上の電圧を制御し、電圧供給システムからバイアス電圧調整済無線周波波形を受信するように構成され、
前記エッジリング電極上の第1電圧を測定するために、第1コネクタを電気的に受け入れるように構成されたエッジリング電極と、
エッジリング中層電極であって、
前記エッジリングの下部が前記エッジリング電極と前記エッジリング中層電極との間に存在し、かつ前記エッジリングの上部が前記エッジリング中層電極と前記エッジリングの前記上面との間に存在するように、前記エッジリング内に配置され、
前記エッジリング中層電極上の第2電圧を測定するために、第2コネクタを電気的に受け入れるように構成されたエッジリング中層電極と、を含む、エッジリングシステム。
1. An edge ring system for a plasma processing system, comprising:
an edge ring configured to circumscribe the substrate support;
an edge ring electrode disposed within the edge ring,
configured to control a voltage on a top surface of the edge ring and to receive a bias voltage regulated radio frequency waveform from a voltage supply system;
an edge ring electrode configured to electrically receive a first connector for measuring a first voltage on the edge ring electrode;
An edge ring middle layer electrode,
the edge ring is disposed within the edge ring such that a lower portion of the edge ring is between the edge ring electrode and the edge ring middle electrode, and an upper portion of the edge ring is between the edge ring middle electrode and the upper surface of the edge ring;
an edge ring mid-layer electrode configured to electrically receive a second connector for measuring a second voltage on the edge ring mid-layer electrode.
請求項14に記載の、プラズマ処理システム用のエッジリングシステムであって、
測定された前記第1電圧、測定された前記第2電圧、前記エッジリングの前記下部のキャパシタンス、および前記エッジリングの前記上部のキャパシタンスを使用して、前記エッジリングの前記上面上の前記電圧を決定するように構成されたコントローラをさらに含む、エッジリングシステム。
15. An edge ring system for a plasma processing system according to claim 14, comprising:
an edge ring system further including a controller configured to determine the voltage on the top surface of the edge ring using the measured first voltage, the measured second voltage, a capacitance of the bottom of the edge ring, and a capacitance of the top of the edge ring.
基板上の電圧を制御する方法であって、
電圧供給システムを操作することによって基板支持体内のバイアス電極にバイアス電圧調整済無線周波波形を供給することと、
所与の時間に前記バイアス電極上の第1電圧を測定することと、
前記バイアス電極と中層電極との間に前記基板支持体の下部が存在し、かつ前記中層電極と前記基板支持体の前記上面との間に前記基板支持体の上部が存在するように前記基板支持体内に配置された前記中層電極上の第2電圧を、前記所与の時間に測定することと、
測定された前記第1電圧、測定された前記第2電圧、前記基板支持体の前記下部のキャパシタンス、および前記基板支持体の前記上部のキャパシタンスを使用して、前記基板支持体の上面上に存在するときの基板の上面上の電圧を、前記所与の時間に決定することと、を含む、方法。
1. A method for controlling a voltage on a substrate, comprising:
supplying a bias voltage regulated radio frequency waveform to a bias electrode within the substrate support by operating a voltage supply system;
measuring a first voltage on the bias electrode at a given time;
measuring a second voltage on the middle layer electrode at the given time, the middle layer electrode being positioned within the substrate support such that a lower portion of the substrate support is between the bias electrode and the middle layer electrode and an upper portion of the substrate support is between the middle layer electrode and the top surface of the substrate support;
and determining, at the given time, a voltage on the top surface of the substrate when present on the top surface of the substrate support using the measured first voltage, the measured second voltage, a capacitance of the bottom of the substrate support, and a capacitance of the top of the substrate support.
請求項16に記載の方法であって、
前記所与の時間における前記基板の前記上面上の前記電圧と設定点電圧との差を決定することと、
前記所与の時間における前記基板の前記上面上の前記電圧と前記設定点電圧との前記差を減少させる、前記バイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節を決定することと、
前記電圧供給システムを操作することによって、前記バイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節を実施することと、を含む、方法。
17. The method of claim 16,
determining a difference between the voltage on the top surface of the substrate at the given time and a set point voltage;
determining an adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform that reduces the difference between the voltage on the top surface of the substrate and the setpoint voltage at the given time;
and performing the adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform by manipulating the voltage supply system.
請求項17に記載の方法であって、
前記所与の時間が、前記バイアス電圧調整済無線周波波形のサイクルの負の部分の間に生じ、
前記バイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節が、前記バイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の間に実施される、方法。
18. The method of claim 17,
the given time occurs during a negative portion of a cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform;
The method, wherein the adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform is performed during a negative portion of a next cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform.
請求項18に記載の方法であって、
前記バイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節が、前記バイアス電圧調整済無線周波波形の前記次のサイクルの前記負の部分の間における、時間の関数としての電圧の変化である、方法。
20. The method of claim 18,
The method of claim 1, wherein the adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in voltage as a function of time during the negative portion of the next cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform.
請求項18に記載の方法であって、前記バイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節が、前記バイアス電圧調整済無線周波波形の前記次のサイクルの前記負の部分の期間の変更である、方法。 19. The method of claim 18, wherein the adjustment to the bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in the duration of the negative portion of the next cycle of the bias voltage adjusted radio frequency waveform. 請求項16に記載の方法であって、
前記電圧供給システムを操作することによって、前記基板支持体内の前記バイアス電極に供給される前記バイアス電圧調整済無線周波波形を第1のバイアス電圧調整済無線周波波形として、前記基板支持体に外接するエッジリング内のエッジリング電極に第2のバイアス電圧調整済無線周波波形を供給することと、
前記所与の時間に前記エッジリング電極上の第3電圧を測定することと、
前記エッジリング電極とエッジリング中層電極との間に前記エッジリングの下部が存在し、かつ前記エッジリング中層電極と前記エッジリングの上面との間に前記エッジリングの上部が存在するように前記エッジリング内に配置された前記エッジリング中層電極上の第4電圧を、前記所与の時間に測定することと、
測定された前記第3電圧、測定された前記第4電圧、前記エッジリングの前記下部のキャパシタンス、および前記エッジリングの前記上部のキャパシタンスを使用して、前記所与の時間における前記エッジリングの前記上面上の電圧を決定することと、をさらに含む、方法。
17. The method of claim 16,
operating the voltage supply system to supply the bias voltage regulated radio frequency waveform supplied to the bias electrode in the substrate support as a first bias voltage regulated radio frequency waveform and to supply a second bias voltage regulated radio frequency waveform to an edge ring electrode in an edge ring circumscribing the substrate support;
measuring a third voltage on the edge ring electrode at the given time;
measuring, at the given time, a fourth voltage on the edge ring middle electrode disposed within the edge ring such that a lower portion of the edge ring is between the edge ring electrode and the edge ring middle electrode and an upper portion of the edge ring is between the edge ring middle electrode and the upper surface of the edge ring;
determining a voltage on the top surface of the edge ring at the given time using the measured third voltage, the measured fourth voltage, a capacitance of the bottom of the edge ring, and a capacitance of the top of the edge ring.
請求項21に記載の方法であって、
前記所与の時間における前記エッジリングの前記上面上の前記電圧と設定点電圧との差を決定することと、
前記所与の時間における前記エッジリングの前記上面上の前記電圧と前記設定点電圧との前記差を減少させる、前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する調節を決定することと、
前記電圧供給システムを操作することによって、前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節を実施することと、を含む、方法。
22. The method of claim 21,
determining a difference between the voltage on the top surface of the edge ring at the given time and a set point voltage;
determining an adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform that reduces the difference between the voltage on the top surface of the edge ring and the setpoint voltage at the given time;
and performing the adjustment to the second bias voltage regulated radio frequency waveform by manipulating the voltage supply system.
請求項22に記載の方法であって、
前記所与の時間が、前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形のサイクルの負の部分の間に生じ、
前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節が、前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の次のサイクルの負の部分の間に実施される、方法。
23. The method of claim 22,
the given time occurs during a negative portion of a cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform;
The method, wherein the adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform is performed during a negative portion of a next cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform.
請求項23に記載の方法であって、
前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節が、前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の前記次のサイクルの前記負の部分の間における、時間の関数としての電圧の変化である、方法。
24. The method of claim 23,
the adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in voltage as a function of time during the negative portion of the next cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform.
請求項23に記載の方法であって、
前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形に対する前記調節が、前記第2のバイアス電圧調整済無線周波波形の前記次のサイクルの前記負の部分の期間の変更である、方法。
24. The method of claim 23,
The method of claim 1, wherein the adjustment to the second bias voltage adjusted radio frequency waveform is a change in the duration of the negative portion of the next cycle of the second bias voltage adjusted radio frequency waveform.
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