JP2011523495A - 整合ネットワークを制御するための装置、システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

プラズマ負荷のインピーダンスが発電機と整合されることを可能にする、装置、システムおよび方法について記載する。いくつかの実施形態において、該装置は、プラズマを励起するために利用される電力を印加するように適合される電力出力と、電力サンプルを得るよう、電力出力において印加される電力をサンプリングするように適合されるセンサと、発電機の出力およびインピーダンス制御出力に接続されるインピーダンス整合ネットワークが、インピーダンス制御信号に応答して、プラズマのインピーダンスを、発電機の動作インピーダンスと整合させることを可能にする、インピーダンス制御信号を、電力サンプルに応答して提供するように構成されるインピーダンス制御出力と、を含む。

Description

優先権
本願は、２００８年５月７日に出願された米国仮出願第６１／０５１，１９６号（名称「ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ−ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ ＭＡＴＣＨＩＮＧ ＮＥＴＷＯＲＫ」）の優先権を主張し、この仮出願はその全体が本明細書において参照により援用される。

本発明は、概して、プラズマ処理に関する電力伝達システムの装置および方法に関し、より詳細には、負荷の可変インピーダンスを整合させるための装置および方法に関する。

半導体またはフラットパネルディスプレイの製造等のプラズマ処理の用途において、ＲＦ発電機は、プラズマチャンバ内の負荷に電圧を印加し、広範囲の周波数で動作してもよい。処理するプラズマのインピーダンスは、この印加された電圧の周波数、チャンバの圧力、気体の組成、およびターゲットまたは基板の物質によって変動する可能性がある。このため、反応インピーダンス整合ネットワークは、典型的には、チャンバのインピーダンスを、発電機（例えば、ＲＦ発電機）の理想的な負荷に変換するために利用される。

本発明の例示的な実施形態を、図面に示し、以下に概要する。これらおよび他の実施形態を、「発明を実施するための形態」項により完全に説明する。しかしながら、本発明を、この「発明の概要」または「発明を実施するための形態」に説明される形態に制限することは意図されないことが理解される。当業者は、特許請求の範囲に説明される、本発明の趣旨および範囲内の多数の修正、同等物、ならびに代替構成が存在することを認識することができる。

一実施形態では、本発明を、プラズマ処理のための発電機として特徴付けてもよい。この実施形態における発電機は、プラズマを励起するために利用される電力を印加するように適合される電力出力と、電力サンプルを得るよう、電力出力に印加される電力をサンプリングするように適合されるセンサと、発電機の出力とインピーダンス制御出力とに接続されるインピーダンス整合ネットワークが、インピーダンス制御信号に応答して、プラズマのインピーダンスを、発電機の動作インピーダンスと整合させることを可能にする、インピーダンス制御信号を、電力サンプルに応答して提供するように構成される、インピーダンス制御出力と、を含む。

別の実施形態では、本発明を、プラズマ負荷へ電力を伝達するための方法として特徴付けてもよい。この実施形態における方法は、発電機において電力を生成するステップであって、電力は、プラズマを励起するために利用される、ステップと、発電機の電力出力に電力を提供するステップであって、電力出力は、発電機をインピーダンス整合ネットワークに結合するように構成される、ステップと、電力サンプルを得るよう、電力をサンプリングするステップと、インピーダンス制御出力に結合されるインピーダンス整合ネットワークが、信号によって制御されることが可能になるよう、電力サンプルに応答して、インピーダンス制御信号をインピーダンス制御出力に提供するステップと、を含む。

さらに別の実施形態では、本発明を、プラズマ処理のためのＲＦ電力伝達システムとして特徴付けてもよい。この実施形態におけるシステムは、電力出力と、電力出力によって伝達される電力のパラメータを測定するためのセンサと、測定されたパラメータの値に応答して、出力を提供するように構成されるインピーダンス制御出力と、ＲＦ発電機の出力とＲＦ発電機のインピーダンス制御出力とに接続されるインピーダンス整合ネットワークであって、インピーダンス整合ネットワークは、プラズマのインピーダンスをＲＦ発電機の動作インピーダンスに整合させることにより、インピーダンス制御信号に応答して、ＲＦ発電機からプラズマ処理チャンバ内のプラズマへ効率的な電力の伝達を提供するように構成される、インピーダンス整合ネットワークと、を含んでもよい。

上述のように、上記に記載した実施形態および実装は、単に例として示される。以下の記載および特許請求の範囲から、本発明の多数の他の実施形態、実施例、および詳細が当業者には容易に認識される。

本発明の様々な目的および利点、ならびにより完全な理解は、以下の「発明を実施するための形態」および添付の特許請求の範囲を添付の図面と併せて参照することによって明らかとなり、より容易に理解され、図面は、以下の通りである。
図１は、本発明のいくつかの実施形態が実施されるプラズマ処理の環境を示す、ブロック図である。 図２は、図１を参照して記載される発電機の例示的な実施形態を示す、ブロック図である。 図３は、図１を参照して記載される整合ネットワークの例示的な実施形態を示す、ブロック図である。 図４は、発電機のプラズマ負荷のインピーダンスを整合させるための例示的な方法を示す、フローチャートである。

次に、いくつかの図内における類似または同様の要素は同一の参照数字で示される図面を参照し、また、特に図１を参照し、本発明のいくつかの実施形態が実施されるプラズマ処理環境１００を示すブロック図を示す。図示されるように、発電機１０２（例えば、中間または無線周波数（ＲＦ）発電機）は、インピーダンス整合ネットワーク１０６を介してプラズマチャンバ１０４に結合され、発電機１０２は、長さＬのケーブル１０８およびインピーダンス制御信号１１０の両方を介して、整合ネットワーク１０６に結合される。

発電機１０２は、概して、プラズマ処理のために、チャンバ１０４内のプラズマ１０３を発火（ｉｇｎｉｔｅ）および持続させるために、電力（例えば、ＲＦ電力）をプラズマチャンバ１０４に提供する。多くの実施形態において、発電機１０２は、２つ以上の発電機の集合によって実現され、各発電機は、異なる周波数で電力を提供してもよいが、必ずしもこの通りでなくてもよい。

この実施形態における整合ネットワーク１０６は、概して、この印加された電圧、チャンバ圧力、気体の組成、およびターゲットまたは基板の材料によって変化可能なチャンバインピーダンスを、発電機１０２の通常の負荷（例えば、５０Ｏｈｍｓ）に変換するように構成されている。当業者は、種々の異なる整合ネットワーク技術（例えば、容量的および誘導的技術）をこの目的に利用してもよいことを理解されよう。

しかし、典型的なプラズマ処理システムとは異なり、例示的な実施形態における発電機１０２は、（例えば、シリアル通信ケーブルを介して）インピーダンス制御信号１１０を受信するように構成されるインピーダンス制御信号１１０を整合ネットワーク１０６に提供し、かつ、チャンバ１０４内のプラズマ１０３のインピーダンスを発電機１０２の動作中のインピーダンスと整合させるために、インピーダンス制御信号１１０を利用するように、構成される。

例えば、多くの実施形態において、発電機１０２は、発電機１０２が（例えば、ケーブル１０８が発電機１０２と結合する場所に非常に近接する）発電機１０２の出力においてインピーダンスを計算することを可能にし、かつ、計算されたインピーダンスに応答してインピーダンス制御信号１１０を生成する計測システム（例えば、図２を参照して本明細書中にさらに記載されているセンサおよび関連付けられたサンプリングおよび処理コンポーネント）を含む。

さらなる実施例として、いくつかの実施形態では、発電機はケーブル１０８についての情報（例えば、長さＬ）を取得し、このケーブル１０８についての情報を用いて、発電機１０２はケーブル１１０のインピーダンス変換が考慮されるように、インピーダンス制御信号１１０を生成できる。整合ネットワーク１１０は、このようにして、発電機１０２の出力におけるインピーダンスが発電機１０２（例えば、５０Ｏｈｍｓ）の公称のインピーダンスとなるように、制御信号１１０に応答してそのインピーダンスを調整することができる。

この結果、例示的な実施形態における整合ネットワーク１０６は、整合ネットワークで典型的に利用される計測システムおよび関連付けられた処理がなくても実施できるため、整合ネットワークを作成する際に通常生じる大幅なコストが不要になる。

次に図２を参照し、図１を参照して記載される発電機１０２の例示的な実施形態を図示するブロック図２００を示す。図示されるように、この実施形態における発電機２００は、（例えば、ケーブル１０８を介して）整合ネットワーク（例えば、整合ネットワーク１０６）に結合されてもよい電力出力２２２への電力（例えば、４００ｋＨｚから６０ＭＨｚの周波数範囲の電力）に、入力電力（例えば、４８０ＶＡＣ）を変換することが当該技術において公知であるコンポーネントを含む、変換部分２２０を含む。

さらに、インピーダンス制御部分２２６に結合されるセンサ２２４を示し、通信リンク２３６（例えば、イーサネット（登録商標））を介してインピーダンス制御部分２２６に結合されるユーザインターフェース２２８を示す。加えて、インピーダンス制御部分２２６は、メモリ２３０、インピーダンス制御論理２３２、およびインピーダンス制御出力２３４を含む。

これらのコンポーネントの図示される配設は、論理的なものであり、実際のハードウェア図であることは意味されない。したがって、コンポーネントは、実際の実現において、組み合わせる、またはさらに分離することができる。例えば、インピーダンス制御論理２３２の機能性を、ハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアコンポーネントの間で分散してもよい。また、１つ以上のセンサ２２４を、インピーダンス制御論理２３２に関連して利用されるコンポーネントと共に実施してもよい。さらに、図２に含まれるコンポーネントは例示的な実施例を示し、他の実施形態では、本明細書中にさらに記載されるように、いくつかのコンポーネントを省略してもよいまたは他のコンポーネントを追加してもよい（あるいはこの両方を行ってもよい）ことを認識されたい。

この実施形態におけるセンサ２２４は、概して、発電機２００の出力におけるインピーダンスを示す情報を取得するために、出力２２２に印加される電力をサンプリングするように構成される。例えば、センサ２２４は（例えば、順電圧および反射電圧を提供する）方向性結合器または電圧および電流（ＶＩ）センサによって実施されてもよい。しかし、センサ２２４は、結合器と同様に機能する４ポートのネットワークを含んでもよいことが考えられる。図示されるように、インピーダンス制御部分２２６は、サンプリングされた情報を受信し、サンプリングされた情報に応答して、通信リンク（例えば、有線またはワイヤレス通信リンク）を利用して整合ネットワーク（例えば、整合ネットワーク１０６）にインピーダンス制御信号２３４を提供するように配置されている。

多くの実施形態では、インピーダンス制御論理２３２は、発電機の出力２２２における負荷のインピーダンスを決定するためにセンサ２２４からの電力サンプルを利用し、メモリ２３０に記憶されるケーブル情報は、整合ネットワークにおけるインピーダンスを計算できるようにケーブル（例えば、ケーブル１０８）のインピーダンス変換を補うために利用される。このように、インピーダンス制御信号２３４を、インピーダンス制御信号２３４が、整合ネットワークにおけるインピーダンスを制御するために整合ネットワークによって利用できるように、電力サンプルおよびケーブル情報の両方に応答して生成してもよい。

本明細書中に記載する場合、「サンプル」は、サンプリングされている情報に対する情報の取得を意味し、「サンプリング」は、（例えば、デジタル信号処理に関連して通常行われるのと同様に）適切な時期に個別のサンプルを取ることを意味する必要はない。換言すると、本明細書中に記載される「サンプリングされた」信号または数量は、時間および価値において持続的であってもよい。

図２に記載される実施形態のいくつかの変形において、ユーザは、ユーザインターフェース２２８を介してケーブル情報（例えば、ケーブルの長さＬ）を入力してもよく、ユーザによって入力されたケーブル情報は、メモリ２３０に記憶される。他の変形では、インピーダンス制御論理２３２は、センサ２２４によって受信される情報を利用してケーブル情報を決定するための論理を含んでもよく、メモリ２３０は、計算されたケーブル情報（例えば、ケーブル長さＬ）を記憶するように利用されてもよい。より正確な計算を行うために、ケーブル長さに加えて、ケーブル損失も記憶および利用し得る。

いくつかの実施形態では、インピーダンス制御論理２３２は、発電機２００および整合ネットワークの間のケーブルの長さを自動的に決定する。例えば、多くの場合において、整合ネットワーク内の可変要素は、整合ネットワークの発電機側のインピーダンスの５０ｏｈｍに対する反射率が１に近い大きさとなるように設定可能にでき、かつ、可変要素をこのように設定した場合、整合の発電機側のインピーダンスがわかるように、プラズマインピーダンスの非常に弱い関数となっている。

プラズマによってインピーダンス整合ネットワークに示されるインピーダンスは、電力をわずかしか印加しないため、プラズマは発火されない状態を保持することで、さらに制御可能である。インピーダンス整合ネットワークの発電機側のインピーダンスが明らかであるため、この明らかであるインピーダンスおよび発電機で測定されたインピーダンスから、ケーブルの長さが容易に決定される。ケーブルの長さをより良く予測するために、インピーダンス整合ネットワーク内の可変要素の２つ以上の設定を利用することも可能である。

具体的に、電力がわずかしか印加されないでいるためにプラズマが発火されないでいる場合には、プラズマインピーダンスは、可変要素の３つの異なる設定の間で同じままであると想定することができ、一定のプラズマインピーダンスの３つの設定を有する発電機において測定されたインピーダンスにより、ケーブルの長さの決定が可能になる。可変周波数は、さらに、インピーダンス整合ネットワークの発電機側のインピーダンスが周波数において公知であるとの前提で、ケーブルの長さを予測するために利用可能である、または、インピーダンス整合ネットワーク内の可変コンポーネントの２つ以上の設定と組み合わせることができる。

次に図３を参照し、図１を参照して記載される整合ネットワーク１０６の例示的な実施形態を示すブロック図を示す。図示するように、この実施形態における整合ネットワーク３００は、発電機（例えば、発電機１０２、２００）およびチューニング論理３４２に結合されるケーブル３０８に結合されるチューニング可能な要素３４０を含む。図示されるように、チューニング論理３４２は、さらに、（例えば、発電機１０２、２００から）インピーダンス制御信号３３４を受信するように適合される。

この実施形態におけるチューニング論理３４２は、インピーダンス制御信号３３４の受信に応答して、チューニング可能な要素３４０を調整するためにチューニング信号３４４を生成するように適合される。例えば、いくつかの実施形態では、チューニング論理３４２は、１つの通信プロトコル（例えば、シリアルバスプロトコル）からインピーダンス制御信号３３４を変換するための論理を含んでもよく、必要な場合には、インピーダンス制御信号３３４の内容およびチューニング可能な要素３４０が応答する信号の種類の間の差を受け入れるために、インピーダンス制御信号３３４をさらに変換してもよい。当業者は理解されるように、これらのコンポーネントの図示された構成は論理的なものであり、実際のハードウェアの図であるように意図されたものではないため、実際の実施例において、コンポーネントを組み合わせる、またはさらに分けることができる。実施例では、チューニング論理３４２の機能性を、ハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアコンポーネントの間で分散してもよい。

この実施形態におけるチューニング要素３４０は、当該技術において公知であるように、調整可能な、容量的および誘導的な要素を含んでもよい。この実施形態では、チューニング可能な要素は、発電機に示される負荷のインピーダンスを変更できるように、チューニング論理３４２からのチューニング信号３４４に応答して調整される。

図示されるように、この実施形態における整合ネットワーク３００は、チューニング要素３４０を調整する目的でインピーダンスを計測するために、計測システムまたは計測システムで必要ないずれかの処理コンポーネントを含まない。このため、この実施形態における整合ネットワークの複雑性およびコストは大幅に低下する。

次に図４を参照し、プラズマ負荷のインピーダンスを発電機と整合させるための方法を示すフローチャート４００を示す。例を示すために、図１、２および３に図示される実施形態が参照されているが、図４に図示される方法は、これらの特定の実施形態に必ずしも制限されないことを理解されたい。

図４に図示するように、最初に、発電機およびインピーダンス整合ネットワークの間で結合されるケーブルを特徴付ける情報が受信される。例えば、多くの実施形態で、情報は、発電機（例えば、発電機１０２、２００）を整合されたネットワーク（例えば、整合されたネットワーク１０６、３００）に結合させるケーブル（例えば、ケーブル１０８、３０８）の長さを含む。また、これらの実施形態のいくつかの変形において、（例えば、ユーザインターフェース２２８を介して）ユーザによって情報が入力され、他の変形では、発電機は、有用なケーブル情報を決定することができる。図示されるように、ケーブル情報は、将来の参照のために（ブロック４０２、４０４）、発電機のメモリ（例えば、メモリ２３０）に参照のために記憶されてもよい。

図示されるように、発電機によって生成される電力は、電力サンプル（ブロック４０６、４０８）を取得するために（例えば、発電機の出力２２２において）サンプリングされ、電力サンプルに応答してインピーダンス制御信号（例えば、インピーダンス制御信号１１０、２３４、３３４）が生成される（ブロック４１０）。インピーダンス制御信号は、次に、整合ネットワークが（例えば、発電機の好適なインピーダンスへ）インピーダンス（ブロック４１２、４１４）をチューニングできるように、（例えば、シリアルケーブルを介して）整合ネットワークに提供される。

最後に、本発明は、特に、プラズマ負荷の可変インピーダンスを発電機に整合させるための装置、システムおよび方法を提供する。当業者は、本明細書に説明される実施形態と実質的に同一の結果を達成するために、本発明の実施形態、その用途、およびその構成において、多数の変形および置換が行われ得ることを容易に認識することができる。したがって、本発明を開示される例示的な形態に制限することは意図されない。多くの変形、修正、および代替構成は、特許請求の範囲に説明される、開示される本発明の範囲および趣旨内である。

Claims (20)

1. プラズマ処理のための発電機であって、
   プラズマを励起するために利用される電力を印加するように適合される電力出力と、
   電力サンプルを得るよう、該電力出力に印加される電力をサンプリングするように適合されるセンサと、
   インピーダンス制御出力であって、該インピーダンス制御出力は、該インピーダンス制御信号を、該電力サンプルに応答して提供するように構成され、該インピーダンス制御信号は、該発電機の出力と該インピーダンス制御出力とに接続されるインピーダンス整合ネットワークが、インピーダンス制御信号に応答して、該プラズマのインピーダンスを、該発電機の動作インピーダンスと整合させることを可能にする、インピーダンス制御出力と
   を備える、発電機。
2. 前記発電機を前記インピーダンス整合ネットワークに結合するケーブルを特徴付ける情報を記憶するように構成されるメモリを含み、該発電機は、該ケーブルを特徴付ける情報に応答して、前記インピーダンス制御信号を提供するように構成される、請求項１に記載の発電機。
3. ユーザが前記ケーブルを特徴付ける情報の少なくとも一部を入力することを可能にするように構成されるユーザインターフェースを含む、請求項２に記載の発電機。
4. 前記ケーブルを特徴付ける情報は、前記ケーブルの長さを含む、請求項２に記載の発電機。
5. 前記ケーブルの長さを計算するように構成される論理を含む、請求項３に記載の発電機。
6. 前記ケーブルの長さおよび前記電力サンプルに応答して、前記インピーダンス制御信号の内容を生成するように構成される、インピーダンス制御論理部分を含む、請求項３に記載の発電機。
7. 前記センサは、電圧電流センサおよび方向性結合器から成る群より選択されるセンサを含む、請求項１に記載の発電機。
8. 前記電力出力は、ＲＦ電力を印加するように適合される、請求項１に記載の発電機。
9. プラズマ負荷に電力を伝達するための方法であって、
   発電機において電力を生成することであって、該電力は、プラズマを励起するために利用される、ことと、
   該発電機の電力出力に該電力を提供することであって、該電力出力は、該発電機をインピーダンス整合ネットワークに結合するように構成される、ことと、
   電力サンプルを得るよう、該電力をサンプリングすることと、
   該電力サンプルに応答して、インピーダンス制御出力に結合される該インピーダンス整合ネットワークが、信号によって制御されることが可能になるように、インピーダンス制御信号を該インピーダンス制御出力に提供することと
   を含む、方法。
10. 前記発電機のメモリ内に、該発電機を前記インピーダンス整合ネットワークに結合するケーブルを特徴付ける情報を記憶することを含み、該発電機は、該ケーブルを特徴付ける情報に応答して、前記インピーダンス制御信号を提供するように構成される、請求項９に記載の方法。
11. ユーザインターフェースを介して、ユーザから前記ケーブルを特徴付ける情報の少なくとも一部を受信することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ケーブルを特徴付ける情報は、前記ケーブルの長さを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ケーブルの前記長さおよび前記電力サンプルに応答して、前記インピーダンス制御信号の内容を生成することを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記ケーブルの前記長さを計算することを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記電力サンプルは、順電圧および逆電圧の情報を示す情報を含む、請求項９に記載の方法。
16. プラズマ処理のための電力伝達システムであって、
    電力出力と、該電力出力によって伝達される電力のパラメータを測定するためのセンサと、該測定されたパラメータの値に応答して、インピーダンス制御信号を提供するように構成されるインピーダンス制御出力とを含む、発電機と、
    該発電機の該出力と該発電機の該インピーダンス制御出力とに接続されるインピーダンス整合ネットワークであって、該インピーダンス整合ネットワークは、プラズマのインピーダンスを該発電機の動作インピーダンスに整合させることにより、該インピーダンス制御信号に応答して、該発電機からプラズマ処理チャンバ内のプラズマへ効率的な電力の伝達を提供するように構成される、インピーダンス整合ネットワークと
    を備える、システム。
17. 前記発電機は、前記発電機を前記インピーダンス整合ネットワークに結合するケーブルを特徴付ける情報を記憶するように構成されるメモリを含み、前記発電機は、前記ケーブルを特徴付ける情報に応答して、前記インピーダンス制御信号を提供するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記発電機は、ユーザが前記ケーブルを特徴付ける情報の少なくとも一部を入力できるように構成される、ユーザインターフェースを含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記ケーブルを特徴付ける情報は、前記ケーブルの長さを含む、請求項１７に記載のシステム。
20. 前記発電機は、前記ケーブルの長さを計算するように構成される論理を含む、請求項１７に記載のシステム。