(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理中にプラズマ処理システムの処理チャンバ内の付着膜を特徴付けるための方法であって、
測定コンデンサが第１の容量値に設定された状態で、プローブヘッドについての電圧電流特性を決定することと、
前記測定コンデンサが前記第１の容量値よりも大きい第２の容量値に設定された状態で、前記プローブヘッドに高周波（ＲＦ）パルス列を印加し、それによって前記測定コンデンサを充電させることと、
前記付着膜についての初期抵抗値及び前記付着膜についての初期容量値を提供することと、
前記初期抵抗値、前記初期容量値、及び前記電圧電流特性を利用して第１の疑似電圧時間曲線を生成することと、
一ＲＦパルス列の間における前記付着膜を通した電位降下を表わす第１の測定電圧時間曲線を決定することと、
前記第１の疑似電圧時間曲線を前記第１の測定電圧時間曲線と比較し、前記第１の疑似電圧時間曲線と前記第１の測定電圧時間曲線との間の差が所定の閾値未満である場合に、前記付着膜を特徴付けるために前記初期抵抗値及び前記初期容量値を利用することと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記第１の疑似電圧時間曲線と前記第１の測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値よりも大きい場合に、非線形最小二乗曲線アルゴリズムを適用して第２の抵抗値及び第２の容量値を生成することと、
前記第２の抵抗値、前記第２の容量値、及び前記電圧電流特性を利用して第２の疑似電圧時間曲線を生成することと、
第２の測定電圧時間曲線を決定することと、
前記第２の疑似電圧時間曲線を前記第２の測定電圧時間曲線と比較することと、
を備え、
前記第２の疑似電圧時間曲線を前記第２の測定電圧時間曲線と比較することは、
前記第２の疑似電圧時間曲線と前記第２の測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値未満である場合に、前記付着膜を特徴付けるために前記第２の抵抗値及び前記第２の容量値を利用することと、
前記第２の疑似電圧時間曲線と前記第２の測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記非線形最小二乗曲線アルゴリズムを適用して第３の抵抗値及び第３の容量値を生成することと、
を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、更に、
疑似電圧時間曲線及び測定電圧時間曲線を計算することと、
前記疑似電圧時間曲線と前記測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値未満になるまで前記疑似電圧時間曲線を前記測定電圧時間曲線と照らして比較することと、
を備える方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記電圧電流特性は、
前記測定コンデンサの両端の電位を測定して電位変化率を決定することと、
前記測定コンデンサの両端の電流を測定してコンデンサ電流放電率を決定することと、
によって生成される、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記初期抵抗値及び前記初期容量値は、実験的に計算される、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、
前記初期抵抗値及び前記初期容量値は、理論的に計算される、方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法であって、
前記付着膜の抵抗値は、前記付着膜の化学組成に関係し、前記抵抗値は、膜抵抗率、距離、及び前記プローブヘッドの面積の関数である、方法。
【請求項８】
請求項４に記載の方法であって、
前記付着膜の容量値は、少なくとも前記付着膜の厚さ及び比誘電率に関係し、前記容量値は、自由空間の誘電率、膜の誘電体材料の比誘電率、前記プローブヘッドの表面積、及び膜の厚さの関数である、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記測定コンデンサは、それぞれ異なる容量値を有する複数のコンデンサを有し、コンデンサを切り替え可能な構成である、方法。
【請求項１０】
基板処理中にプラズマ処理システムの処理チャンバ内の付着膜を特徴付けるように構成されたコンピュータ可読コードを盛り込まれたプログラム格納媒体であって、前記コンピュータ可読コードは、コンピュータに、
測定コンデンサが第１の容量値に設定された状態で、プローブヘッドについての電圧電流特性を決定させるためのコードと、
前記測定コンデンサが前記第１の容量値よりも大きい第２の容量値に設定された状態で、前記プローブヘッドに高周波（ＲＦ）パルス列を印加し、それによって前記測定コンデンサを充電させるためのコードと、
前記付着膜についての初期抵抗値及び前記付着膜についての初期容量値を提供させるためのコードと、
前記初期抵抗値、前記初期容量値、及び前記電圧電流特性を利用して第１の疑似電圧時間曲線を生成させるためのコードと、
一ＲＦパルス列の間における前記付着膜を通した電位降下を表わす第１の測定電圧時間曲線を決定させるためのコードと、
前記第１の疑似電圧時間曲線を前記第１の測定電圧時間曲線と比較し、もし前記第１の疑似電圧時間曲線と前記第１の測定電圧時間曲線との間の差が所定の閾値未満である場合に、前記付着膜を特徴付けるために前記初期抵抗値及び前記初期容量値を利用させるためのコードと、
を備えるプログラム格納媒体。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプログラム格納媒体であって、更に、コンピュータに、
前記第１の疑似電圧時間曲線と前記第１の測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値よりも大きい場合に、非線形最小二乗曲線アルゴリズムを適用して第２の抵抗値及び第２の容量値を生成させるためのコードと、
前記第２の抵抗値、前記第２の容量値、及び前記電圧電流特性を利用して第２の疑似電圧時間曲線を生成させるるためのコードと、
第２の測定電圧時間曲線を決定させるためのコードと、
前記第２の疑似電圧時間曲線を前記第２の測定電圧時間曲線と比較させるためのコードであって、
前記第２の疑似電圧時間曲線と前記第２の測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値未満である場合に、前記付着膜を特徴付けるために前記第２の抵抗値及び前記第２の容量値を利用させるためのコードと、
前記第２の疑似電圧時間曲線と前記第２の測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記非線形最小二乗曲線アルゴリズムを適用して第３の抵抗値及び第３の容量値を生成させるためのコードと、
を含む、コードと、
を備えるプログラム格納媒体。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプログラム格納媒体であって、更に、コンピュータに、
疑似電圧時間曲線及び測定電圧時間曲線を計算させるためのコードと、
前記疑似電圧時間曲線と前記測定電圧時間曲線との間の差が前記所定の閾値未満になるまで前記疑似電圧時間曲線を前記測定電圧時間曲線と照らして比較させるためのコードと、
を備えるプログラム格納媒体。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラム格納媒体であって、
前記電圧電流特性は、
前記測定コンデンサの両端の電位を測定して電位変化率を決定するためのコードと、
前記測定コンデンサの両端の電流を測定してコンデンサ電流放電率を決定するためのコードと、
によって生成される、プログラム格納媒体。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプログラム格納媒体であって、
前記初期抵抗値及び前記初期容量値は、実験的に計算される、プログラム格納媒体。
【請求項１５】
請求項１３に記載のプログラム格納媒体であって、
前記付着膜の抵抗値は、前記付着膜の化学組成に関係し、前記抵抗値は、膜抵抗率、距離、及び前記プローブヘッドの面積の関数である、プログラム格納媒体。
【請求項１６】
請求項１３に記載のプログラム格納媒体であって、
前記付着膜の容量値は、少なくとも前記付着膜の厚さ及び比誘電率に関係し、前記容量値は、自由空間の誘電率、膜の誘電体材料の比誘電率、前記プローブヘッドの表面積、及び膜の厚さの関数である、プログラム格納媒体。
【請求項１７】
請求項１０に記載のプログラム格納媒体であって、
前記測定コンデンサは、それぞれ異なる容量値を有する複数のコンデンサを有し、コンデンサを切り替え可能な構成である、プログラム格納媒体。
【請求項１８】
基板処理中にプラズマ処理システムの処理チャンバ内の付着膜を特徴付けるための構成であって、前記付着膜はコンデンサに並列の抵抗器を含む抵抗器−コンデンサ回路でモデル化され、前記構成は、
少なくとも、１つのプラズマプロセスパラメータを測定するように構成され、
伝導性材料で作成されるプラズマ対向センサと、
２つ又は３つ以上の値の間で切り替えられるように構成された測定コンデンサと、
を含み、前記プラズマ対向センサは、前記測定コンデンサの第１の板に接続される、プローブ構成と、
前記測定コンデンサの第２の板に接続され、前記プラズマ対向センサにＲＦ振動パルス列を提供するように構成された高周波（ＲＦ）電圧源と、
前記測定コンデンサと前記ＲＦ電圧源との間に直列に配され、前記測定コンデンサの電流放電率を検出するように構成された電流測定器と、
前記測定コンデンサの第１の板とアースとの間に配され、前記プラズマ対向センサの電位を測定するように構成された電圧測定器と、
前記電流放電率及び前記プラズマ対向センサの前記電位を解析して前記プラズマ対向センサについての電圧電流特性を決定するように構成された信号プロセッサと、
を備える構成。
【請求項１９】
請求項１８に記載の構成であって、
前記プラズマ対向センサは、前記処理チャンバのチャンバ壁上に配され、前記チャンバ壁と実質的に同一平面上にある、構成。
【請求項２０】
請求項１８に記載の構成であって、
前記プラズマ対向センサは、高周波バイアス（ＲＦＢ）容量結合静電（ＣＣＥ）プローブヘッドである、構成。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
プラズマ処理チャンバ内における基板の処理において、満足のいく結果を得るには、多くの場合、プロセスパラメータの厳格な管理が必要とされる。これは、最新の高密度集積回路を製造するために用いられる蒸着、エッチング、洗浄などのプロセスの場合に特に当てはまる。（バイアス電圧、ＲＦ電力、イオン束、プラズマ密度、圧力などの）プロセスパラメータが狭い所定の窓を超えると、プロセス逸脱が生じると言われている。これらのプロセス逸脱は、望ましくない処理結果（例えばエッチングプロフィールが劣る、感度が低いなど）をしばしばもたらす望ましくない事象を表わす。したがって、プロセス逸脱の検出、特性化、及び回避は、集積回路の製造に携わるプロセスの技術者にとって重要な任務である。
【０００２】
プロセス逸脱の検出は、多くの場合、種々のプロセスパラメータを監視することを通じて実施される。プロセスパラメータには、直接的に測定されえるもの（バイアス電圧、反射電力など）と、測定されたパラメータから推測されえるものとがある。
【０００３】
例えばプラズマエッチングプロセスなどのプラズマ処理中は、ポリマの付着がしばしば生じる。このポリマの付着は、結果として、チャンバ内の部品表面上に膜の層を付着させる。付着された膜は、後続のエッチングプロセスに影響を及ぼし、微粒子汚染の可能性を高め、頻繁なチャンバの洗浄を余儀なくさせる。更に、もし十分に厚い付着層がチャンバ内に存在している場合は、センサヘッドがポリマで覆われ、センサ信号を誤った値にする恐れがある。その他のプロセスでは、膜の付着は、意図的なこともあるが、それでもなお、同様にセンサの読み取り値に影響を及ぼすと考えられる。
【０００４】
したがって、チャンバ表面上の付着膜の特徴付けは、プロセス結果及びプロセス歩留まりを向上させるための並びに基板及び／又はチャンバ部品に対する損傷を回避するための、ツール制御、診断、及び／又はレシピ調整の目的にとって望ましいものである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、一実施形態では、基板処理中にプラズマ処理システムの処理チャンバ内の付着膜を特徴付けるための方法に関する。方法は、測定コンデンサが第１の容量値に設定された状態で、プローブヘッドについての電圧電流特性を決定することを含む。方法は、また、測定コンデンサが第１の容量値よりも大きい第２の容量値に設定された状態で、プローブヘッドに高周波（ＲＦ）パルス列を印加し、それによって測定コンデンサを充電させることを含む。方法は、更に、付着膜についての初期抵抗値及び付着膜についての初期容量値を提供することを含む。方法は、尚もまた、初期抵抗値、初期容量値、及び電圧電流特性を利用して第１の疑似電圧時間曲線を生成することを含む。方法は、尚も更に、一ＲＦパルス列の間における付着膜を通した電位降下を表わす第１の測定電圧時間曲線を決定することを含む。方法は、そのうえ、第１の疑似電圧時間曲線を第１の測定電圧時間曲線と比較し、もし第１の疑似電圧時間曲線と第１の測定電圧時間曲線との間の差が所定の閾値未満である場合に、付着膜を特徴付けるために初期抵抗値及び初期容量値を利用することを含む。
【０００６】
上記の概要は、本明細書において開示される発明の多くの実施形態の１つに関するに過ぎず、特許請求の範囲において定められる発明の範囲を限定することを意図しない。本発明のこれらの及びその他の特徴は、発明の詳細な説明において以下の図面との関連のもとで更に詳しく下記に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、添付の図面において限定としてではなく例として示され、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
【０００８】
【図１】ＲＦＢ−ＣＣＥプローブ構成の一例を示している。
【０００９】
【図２】本発明の一実施形態にしたがった、付着膜のモデルを含むＲＦＢ−ＣＣＥプローブ構成の回路モデルを示している。
【００１０】
【図３】等価の回路を示している。
【００１１】
【図４】本発明の一実施形態にしたがった、Ｒfilm及びＣfilmを計算するための反復技術を示している。
【００１２】
【図５】Ｒfilm及びＣfilmについて解くための連立微分方程式を示している。
【００１３】
【図６】Ｃｍの容量値が小さい場合の特性ＶＩ特性曲線と、容量値が大きい（例えば１００ｎＦ以上）場合の観測ＶＩ曲線とを示している。
【００１４】
【図７Ａ】本発明の一実施形態にしたがった、膜のＣfilmと厚さ（ｄ）との間の相対的関係を示している。
【００１５】
【図７Ｂ】本発明の一実施形態にしたがった、抵抗値Ｒfilmのための計算を示している。
【００１６】
【図８】モデル化されたＶ（ｔ）曲線を示している。
【００１７】
【図９−Ａ】プラズマを発生させるために高周波（ＲＦ）源をリアクタチャンバに容量結合されたプラズマシステムの一部分の簡単な配線図を示している。
【００１８】
【図９−Ｂ１】ＲＦ充電後における電圧対時間のグラフを示している。
【００１９】
【図９−Ｂ２】ＲＦ充電後における収集された電流データのグラフを示している。
【００２０】
【図９−Ｃ】ＲＦバースト間の一時間区間について簡単な電流対電圧グラフを示している。
【００２１】
【図９−Ｄ】発明の一実施形態における、基板処理中にプラズマを自動的に特徴付けるための全工程を説明した簡単なフローチャートを示している。
【００２２】
【図９−Ｅ】発明の一実施形態における、関連性範囲及びシード値を決定するための簡単なアルゴリズムを示している。
【００２３】
【図９−Ｆ１】ＲＦバースト後における電流対時間の一例を示している。
【００２４】
【図９−Ｆ２】ＲＦバースト後における電圧対時間の一例を示している。
【００２５】
【図９−Ｆ３】変曲点の一例を示している。
【００２６】
【図９−Ｆ４】電流対電圧グラフに適用される曲線適合の一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付の図面に例示される幾つかの実施形態を参照にして、本発明が詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部又は全部の詳細を特定しなくても実施されえる。また、本発明が不必要に不明瞭にされないように、周知のプロセス工程及び／又は構造は詳細に説明されていない。
【００２８】
発明の実施形態は、プラズマ処理チャンバ内の付着膜を特徴付けるためにＲＦバイアス容量結合静電（ＲＦＢ−ＣＣＥ）プローブ構成を使用することに関する。背景として、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブは、長い間、イオン束、電子温度、浮遊電位、薄膜厚さなどのプラズマプロセスパラメータを測定するために利用されてきた。ＲＦＢ−ＣＣＥプローブは、当該分野において既知であり、その詳細は、例えば引用によって本明細書に組み込まれる「Method and Device For Measuring An Ion Flow In A Plasma（プラズマ内のイオン流動を測定するための方法及び装置）」（１９９９年８月１０日）と題された米国特許第５，９３６，４１３号を含む、公表されている文献から得ることができる。
【００２９】
ＲＦＢ−ＣＣＥプローブは、例えば検出感度が向上される、センサのサイズが小さいゆえにプラズマに対する摂動が最小である、チャンバ壁への取り付けが容易である、センサヘッド上のポリマの付着に反応しにくいなどを含む、多くの利点を提供する。更に、センサのプラズマ対向表面は、多くの場合、周辺のチャンバ壁と同じ材料で作成することができるので、それによって、プラズマに対する摂動を更に最小にすることができる。これらの利点は、ＰＦＢ−ＣＣＥプローブを、プロセスパラメータの感知における使用にとって非常に望ましいものにする。
【００３０】
概して、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブ構成は、測定コンデンサの一方の板につながれるプラズマ対向センサを伴う。測定用センサのもう一方の板は、ＲＦ電圧源に接続される。ＲＦ電圧源は、ＲＦ振動列を周期的に供給し、測定コンデンサの両端では、各振動列の終わりの直後におけるコンデンサ電流放電率を決定するために測定が実施される。ＲＦＢ−ＣＣＥプローブの構成及び動作に関する詳細は、上記の米国特許第５，９３６，４１３号において論じられており、本明細書ではこれ以上論じないものとする。
【００３１】
ここで、発明者らは、測定コンデンサが比較的小さい容量値を有するときに、センサ電流信号（ＲＦ振動パルス列の間に測定コンデンサを通過する電流を反映している）が、センサヘッド上の付着膜の厚さに比較的反応しにくいことに気付いた。しかしながら、発明者らは、測定コンデンサが比較的大きい容量値を有する場合は、センサ電流信号が、膜厚に影響される程度が大きくなることにも気付いた。これらの観測をもとにして、付着膜を特徴付けるための方法及び構成が考案され、ここに開示される。
【００３２】
本発明の１つ又は複数の実施形態にしたがって、プローブセンサヘッド上の付着膜の厚さ及び質を特徴付けるための、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブを使用した革新的な方法及び構成が提案される。１つ又は複数の実施形態では、付着膜の厚さに反応しにくいことが望ましい場合は測定コンデンサに対して小さめの容量値が利用されるような、測定コンデンサを切り替え可能な構成が提供される。測定コンデンサが比較的小さい容量値を有する場合のＲＦＢ−ＣＣＥプローブ動作は、イオン飽和電流、浮遊電位、及び電子温度を決定するために使用できるプローブＶＩ特性を得る。プローブＶＩ特性は、引き続き、測定コンデンサがより大きい値を有するときに得られるセンサパラメータを使用した膜の容量及び膜の抵抗の計算を支援するために利用されえる。したがって、発明の１つ又は複数の実施形態は、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブの読み取り値をもとにして膜の容量及び膜の抵抗を導き出すための技術に関する。
【００３３】
本発明の実施形態の特徴及び利点は、以下の図面及び考察を参照にして、更によく理解されえる。概括的に言うと、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブ構成は、測定コンデンサの一方の端子につながれたプラズマ対向センサを伴う。ここで、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブ構成の一例が図１に示されている。図１では、測定コンデンサ１０４の一方の板１０４ａに、（チャンバ１３０の壁内に配されチャンバ壁と実質的に同一平面上にある）プラズマ対向センサ１０２が接続される。測定コンデンサ１０４のもう一方の板１０４ｂは、ＲＦ電圧源１０６に接続される。ＲＦ電圧源１０６は、ＲＦ振動列を周期的に供給し、測定コンデンサの両端では、ＲＦ振動列間におけるコンデンサ電流放電率を決定するために測定が実施される。コンデンサ電流放電率を決定するために、測定コンデンサ１０４とＲＦ電圧源１０６との間に電流測定器１２０が直列に配される。代替又は追加として、プローブヘッドの電位を測定するために、板１０４ａとアースとの間に電圧測定器１２２が接続される。ＲＦＢ−ＣＣＥプローブの構成及び動作に関する詳細は、上記の米国特許第５，９３６，４１３号において論じられており、本明細書ではこれ以上論じないものとする。
【００３４】
上記のように、チャンバの表面内に、伝導性材料で作成されたプローブヘッドが取り付けられる。プローブには、短いＲＦパルス列が印加され、これは、コンデンサ（Ｃｍ）を充電させるとともに、プローブの表面に負電位（地電位に対して数十ボルトの負である）を持たせる。ＲＦパルスの終わりに続いて、プローブの電位は、Ｃｍの放電とともに減衰して浮遊電位に戻る。電位が変化する率は、プラズマ特性によって決定される。この放電中、プローブＶｆの電位は、高インピーダンスの電圧測定器１２２によって測定され、プローブにそしてコンデンサＣｍを流れる電流は、電流測定器１２０によって測定される。時間をｔとして、曲線Ｖ（ｔ）及びＩ（ｔ）は、電流電圧特性ＶＩを構成するために使用され、該特性ＶＩは、次いで、信号プロセッサによって解析される。更なる詳細については、「Methods for Automatically Characterizing a Plasma（プラズマを自動的に特徴付けるための方法）」と題され、２００８年６月２６日付けで米国特許局に出願された同時係属出願（出願番号６１／０７５，９４８号）及び２００９年６月２日付けで米国特許庁に出願された同時係属出願（出願番号第１２／４７７，００７号）に見いだされ、本明細書における「考察」に含まれる。
【００３５】
図２は、本発明の一実施形態にしたがった、付着膜２０２のモデルを含むＲＦＢ−ＣＣＥプローブ構成の回路モデルを示している。付着膜は、通常は何らかのタイプのポリマであり、通常は不完全誘導体であるので、通常は漏れ電流があり、膜は、抵抗器ＲfilmをＣfilmに並列にしたＲＣ回路（参照符号２０４）によってモデル化されえる。Ｒfilmの抵抗値は、膜を通した抵抗に関係し、該抵抗は、付着膜の化学組成に関係する。Ｃfilmの容量値は、膜の厚さ及びその比誘電率εrに関係する。図２におけるＣMは、測定コンデンサを表わし、ＲＦ源によって充電される。付着膜の存在は、結果として、点２０６と膜２０２のプラズマ対向表面との間に電位降下を生じさせる。
【００３６】
図３には、等価の回路が示されており、ここで、Ｖxは、測定点２０６とアースとの間の電圧降下であり、Ｖfilmは、点２０６に対する膜を通した電圧降下である。Ｖfilmは、直接的に測定することはできないが、本明細書で論じられるように、ＲＣモデルをもとに推定されえる。
【００３７】
一実施形態では、最初、測定コンデンサＣｍ（図３を参照せよ）に対して比較的小さい容量値（例えば一実施形態では１〜５０ｎＦ）が利用される。この場合、各ＲＦ励起列に続くセンサの減衰電流信号及び減衰電圧信号は、膜の厚さによる影響を比較的受けにくい。Ｃｍの容量値が小さいと、図６の曲線６０２に見られるような、ＣＣＥプローブについてのＶＩ特性曲線が得られるであろう。このＶＩ曲線は、次いで、イオン飽和電流Ｉ0、電子温度Ｔe、浮遊電位Ｖf、及びＩＶ曲線の直線部分の傾きαの値を得るために、関数Ｉ＝Ｉ0・［１−α（Ｖ−Ｖf）−ｅｘｐ（（Ｖ−Ｖf）／Ｔe）］にあてはめられる。ＶＩ特性曲線に関する更なる詳細は、上記の特許出願第６１，０７５，９４８号で得られる。
【００３８】
次に、Ｒfilm及びＣfilmの計算を促すために、より大きい容量値（例えば１００ｎＦ以上）がＣｍに対して利用されてよい。この場合、観測されるＶＩ曲線は、図６の曲線６０４に見られるように、歪められる。図４は、発明の一実施形態にしたがった、Ｒfilm及びＣfilmを計算するための反復技術を示している。
【００３９】
工程４０２では、Ｒfilm及びＣfilmの初期推測値が提供される。初期推測値は、例えば、実験に基づいた、理論に基づいた、又はその他の経験データに基づいた、経験に基づく推測値を表わしてよい。工程４０４では、図５の連立微分方程式を解いて疑似電圧時間曲線Ｖs（ｔ）を生成するために、小さいＣｍ容量値の場合について事前に決定された値Ｉ0、Ｔe、Ｖf、及びαとともに、Ｒfilm及びＣfilmの初期値が利用される。
【００４０】
図５の連立微分方程式を解くための手法としては、マサチューセッツ州ナティックのマスワークス（The MathWorks, Inc.）による、マトラボ（Matlab）として知られるソフトウェアの使用を含む、多くの数学的手法がある。
【００４１】
結果は、電圧対時間の疑似曲線Ｖｓ（ｔ）である。このモデル化されたＶ（ｔ）曲線は、図８において曲線８０６として示される。図８は、Ｖ（ｔ）の、即ち図２の点２０６において一励起振動パルス列の間に測定された電圧対時間の実験的測定値を表わす曲線８０４も示している。差が突き止められ（工程４０６）、工程４０８において閾値と比較される。もし誤差が所定の閾値未満である場合は、膜を特徴付けるために、Ｒfilm及びＣfilmの値が利用される（４１２）。他方、もし誤差が所定の閾値を上回る場合は、Ｒfilm及びＣfilmの値を精緻化するために、レベンバーグ・マーカード（Levenberg-Marquardt）非線形最小二乗曲線適合アルゴリズムが利用される（４１０）。
【００４２】
図４の工程を通した反復を実行するために、工程４０４に、Ｒfilm及びＣfilmの新しい値がフィードバックされる。図４の工程は、誤差が所定の閾値を下回る時点まで、即ちＲfilm及びＣfilmの値が付着膜の特徴付けに対して許容可能であると見なされる時点まで（工程４０８を参照せよ）、反復して実行される。
【００４３】
図７Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、膜のＣfilmと厚さ（ｄ）との間の相対的関係を示している。図７Ａに見られるように、容量値Ｃfilmは、ｄが膜の厚さを表わし、εrが膜を構成する誘電体材料の比誘電率を表わし、Ａがプローブセンサヘッドの表面積を表わし、ε0が自由空間の誘電率を表わすときに、ε0とεrとＡとの積をｄで割ったものに等しい。式７Ａ−１を参照せよ。代数操作によって、ｄ／εrの比は、ε0とＡとの積を容量値Ｃfilmで割ったものに等しくなる。容量値Ｃfilmは、突き止めることができ（上記を参照せよ）、プローブセンサヘッドの表面積（Ａ）及び自由空間の誘電率ε0は、既知であるので、ｄ／εrの比は、容易に決定することができる。式７Ａ−２を参照せよ。
【００４４】
更に、εrの値（膜の比誘電率）は、膜について幾らかの知識を有するプロセス技術者によって、又は膜の容量を測定すること及び膜の厚さを独立して測定することによって、提供することができる。膜の厚さは、例えば偏光解析法を含む、任意の技術を使用して測定されてよい。εrの値（膜の比誘電率）を突き止めることができたら、そのεrの値（膜の比誘電率）は、プローブセンサヘッド面積Ａを有する特定のプローブセンサについて特定の容量値Ｃfilmの場合の厚さｄを見出すために使用することができる。
【００４５】
図７Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、抵抗値Ｒfilmのための計算を示している。図７Ｂに見られるように、Ｒfilmの値は、膜の抵抗率ρに距離（ｄ）をかけてプローブヘッドの面積Ａで割ったものに等しい。式７Ｂ−１を参照せよ。式の両辺に自由空間の誘電率ε0をかけることによって、次式が得られる。式７Ｂ−２を参照せよ。式７Ａ−２の比ｄ／εrの逆数を代入することによって、式７Ｂ−３が得られ、ここでは、膜の抵抗率ρにεrの値（膜の比誘電率）をかけた積が、抵抗値Ｒfilmと容量値Ｃfilmとの積を自由空間の誘電率ε0で割ったものに等しい。抵抗値Ｒfilm、容量値Ｃfilm、及び自由空間の誘電率ε0は既知であり、膜の比誘電率εrは提供することができるので、膜の化学組成を反映する膜の抵抗率を決定することができる。
【００４６】
一実施形態では、それぞれ異なる値を有する複数のコンデンサを伴うような、コンデンサを切り替え可能な構成が提供される。このようにすると、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブは、センサの読み取り値を膜の厚さに比較的反応しにくくするために、より小さい値の測定コンデンサで動作する。時折、Ｒfilm及びＣfilmの計算を促すために、より大きい値のコンデンサに切り替えられてよい。一実施形態では、より大きい容量値が測定コンデンサに使用される間に得られたＲfilm及びＣfilmの値が、次いで、ＶＩ曲線の測定結果に膜の厚さが及ぼす影響を計算するために利用される。Ｒfilm及びＣfilmの値は、次いで、プローブが清浄な場合に測定されたと考えられる値を測定値が反映するように、プローブプラズマパラメータ（例えばＩ0、Ｔｅ、Ｖｆ）の測定結果を膜の存在に対応して補正するために利用されてよい。
【００４７】
別の実施形態では、Ｒfilm及びＣfilmの値は、プロセス制御の目的のために処理工程中に意図的に付着された膜の厚さ及び抵抗率をオペレータ又はツールコントローラモジュールに知らせるために用いられてよい。センサヘッドを基板の近くに位置決めすることによって、例えば基板上に付着されている膜の厚さ及び質をある程度の正確さで突き止めることが可能である。
【００４８】
以上からわかるように、発明の実施形態は、付着膜の質及び厚さを計算するための、方法及び構成を提供する。計算されたこれらの抵抗値及び容量値（Ｒfilm及びＣfilm）は、次いで、時間の経過とともにセンサプローブヘッド表面上に膜が蓄積されるにつれてセンサの読み取り値の精度を向上させるために用いられてよい、又は代替若しくは追加として、プロセス制御若しくはメインテナンスの目的のために膜を特徴付けるために用いられてよい。ＲＦＢ−ＣＣＥプローブは、小さい傾向があり、プラズマ処理チャンバの周辺プラズマ対向構造と同一面になるように取り付けられ、チャンバのプラズマ対向部品と同じ材料で形成されるプラズマ対向プローブ表面を有することが可能であるゆえに、ＲＦＢ−ＣＣＥプローブが使用される場合は、プラズマに対する摂動が最小である。
【００４９】
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲内に入るものとして、代替形態、置換形態、及び均等物がある。例えば、Ｒfilm及びＣfilmの計算には、非線形最小二乗曲線適合アルゴリズムを用いた反復計算方法が利用されるが、もし所望であれば、図５のＶ（ｔ）曲線からＲfilm及びＣfilmの値を決定するために、近似技術が利用されてもよい。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替的手法があることも留意されるべきである。本明細書では、種々の例が提供されるが、これらの例は、例示的であって、発明に対して限定的であることを意図されない。
【００５０】
また、名称及び要約は、便宜のために本明細書に提供されており、特許請求の範囲の範囲を解釈するために用いられるべきでない。更に、要約は、極めて短縮された形で記載され、便宜のために本明細書に提供されており、したがって、特許請求の範囲に述べられた発明全体を解釈する又は制限するために用いられるべきでない。もし本明細書において「集合」という用語が用いられる場合は、このような用語は、ゼロ、１つ、又は２つ以上の要素を含む普通に理解される数学的意味を有することを意図される。また、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとしてこのようなあらゆる代替形態、置換形態、及び均等物を含むと解釈されることを意図される。
【００５１】
「考察」は、「Methods for Automatically Characterizing a Plasma（プラズマを自動的に特徴付けるための方法）」と題され、２００８年６月２６日付けで米国特許局に出願された同時係属出願（出願番号６１／０７５，９４８号）及び２００９年６月２日付けで米国特許庁に出願された同時係属出願（出願番号第１２／４７７，００７号）にも見いだされ、引用によって本明細書に組み込まれる。
【００５２】
「プラズマを自動的に特徴付けるための方法の考察」
【００５３】
プラズマ処理の進歩は、半導体産業の成長を導いてきた。標準的な一電子製品のチップを供給するには、幾百又は幾千の基板（半導体ウエハなど）が処理されると考えられる。競争力を有するために、メーカは、最短の処理時間で基板を処理して高品質の半導体素子に仕上げられる必要がある。
【００５４】
通常、プラズマ処理中は、基板に悪影響を及ぼす可能性がある問題が発生しえる。処理されている基板の品質を変える可能性がある重要な要因は、１つには、プラズマ自体である。プラズマを解析するのに十分なデータを得るためには、各基板に関する処理データを収集するためのセンサが用いられてよい。収集されたデータは、問題の原因を突き止めるために解析されてよい。
【００５５】
考察を進めるため、図９−Ａは、プラズマシステムＡ−１００の一部におけるデータ収集プローブの簡単な配線図を示している。プラズマシステムＡ−１００は、プラズマＡ−１０６を発生させるためにリアクタチャンバＡ−１０４に容量結合される、パルス状ＲＦ周波発生器などの高周波（ＲＦ）源Ａ−１０２を含んでよい。ＲＦ源Ａ−１０２がオンにされると、外部コンデンサＡ−１０８にバイアス電圧がかけられ、これは、約２６．２ナノファラッド（ｎＦ）でありえる。一例では、ＲＦ源Ａ−１０２は、数ミリ秒（例えば約５ミリ秒）ごとに小さな電力バースト（例えば１１．５メガヘルツ）を提供して外部コンデンサＡ−１０８を充電させてよい。ＲＦ源Ａ−１０２がオフにされると、外部コンデンサＡ−１０８には、極性を持つバイアス電圧が残るので、プローブＡ−１１０は、バイアスをかけられてイオンを収集する。バイアス電圧が減衰するにつれて、図９−Ｂ１、図９−Ｂ２、及び図９−Ｃに示されるような曲線が描かれると考えられる。
【００５６】
当業者ならば、プローブＡ−１１０が大抵は、リアクタチャンバＡ−１０４の壁を背にして位置決め可能な伝導性の平面を持つ電気プローブであることを承知している。プローブＡ−１１０は、したがって、リアクタチャンバＡ−１０４環境に直接曝される。プローブＡ−１１０によって収集された電流データ及び電圧データは、解析されてよい。レシピによっては、プローブＡ−１１０上に非伝導性の付着層Ａ−１１６を付着させる可能性があるので、全てのプローブが、信頼できる測定結果を収集できるとは限らない。しかしながら、当業者ならば、ＰＩＦ（平面イオン束）プローブが、測定の実施のために直流（ＤＣ）を引き込む必要がないその方式ゆえに、非伝導性の付着層にもかかわらずデータを収集可能であることを承知している。
【００５７】
プラズマシステムＡ−１００内における電流信号及び電圧信号は、他のセンサによって測定される。例において、ＲＦ源Ａ−１０２がオフに切り替えられると、電流及び電圧をそれぞれ測定するために、電流センサＡ−１１２及び高インピーダンス電圧センサＡ−１１４が用いられる。電流センサＡ−１１２及び電圧センサＡ−１１４から収集された測定データは、次いで、プロットされて電流グラフ及び電圧グラフに作成されえる。データは、手作業でプロットされてグラフに作成されてもよいし、又はソフトウェアプログラムに入力されてグラフに作成されてもよい。
【００５８】
図９−Ｂ１は、ＲＦ充電サイクル後における電圧対時間のグラフを示している。データ点Ｂ１−２０２において、ＲＦ源Ａ−１０２は、ＲＦ充電がなされた後にオフに切り替えられている（即ち、ＲＦバースト）。この例では、データ点Ｂ１−２０２において、プローブＡ−１１０にかかる電圧は、約マイナス５７ボルトである。プラズマシステムＡ−１００が、休止状態（データ点Ｂ１−２０４とＢ１−２０６との間の区間）に戻るにつれて、電圧は、大抵は浮遊電圧電位に達する。この例では、浮遊電圧電位は、約マイナス５７ボルトから約ゼロボルトに上昇する。しかしながら、浮遊電圧電位は、ゼロである必要はなく、マイナス又はプラスのバイアス電圧電位であってもよい。
【００５９】
同様に、図９−Ｂ２は、ＲＦ充電後における収集された電流データのグラフを示している。データ点Ｂ２−２５２において、ＲＦ源Ａ−１０２は、ＲＦ充電がなされた後にオフに切り替えられている。減衰期間Ｂ２−２５４中に、外部コンデンサＡ−１０８における戻り電流は、放電されるであろう。一例では、満充電のときに（データ点Ｂ２−２５２）、電流は、約０．８６ｍＡ／ｃｍ2である。しかしながら、電流は、完全に放電されたときに（データ点Ｂ２−２５６）、ゼロに戻っている。このグラフに基づくと、放電は、約７５ミリ秒かかる。データ点Ｂ２−２５６からデータ点Ｂ２−２５８までの間、コンデンサは、放電された状態にとどまる。
【００６０】
電流データ及び電圧データは、一定期間にわたって収集されるので、電流対電圧グラフは、時間で統合して時間変数を排除することによって作成されえる。換言すると、収集された電流データは、収集された電圧データに対応付けられてよい。図９−Ｃは、ＲＦバースト間の一時間区間に及ぶ簡単な電流対電圧グラフを示している。データ点Ｃ−３０２において、ＲＦ源Ａ−１０２は、ＲＦ充電がなされた後にオフに切り替えられている。
【００６１】
各ＲＦバースト中に収集されたデータに対して非線形適合を適用することによって、プラズマＡ−１０６が特徴付けされてよい。換言すると、プラズマＡ−１０６を特徴付けしえるパラメータ（例えば、イオン飽和、イオン飽和の傾き、電子温度、浮遊電圧電位など）が決定されてよい。プラズマＡ−１０６は、収集されたデータによって特徴付けされてよいが、パラメータを計算するプロセスは、人による介在を必要とする単調な手作業のプロセスである。一例では、各ＲＦバースト後（即ち、ＲＦ充電がなされ、次いでオフにされたとき）に収集されたデータを、ソフトウェア解析プログラムに取り込んでよい。ソフトウェア解析プログラムは、プラズマを特徴付けしえるパラメータを決定するために、非線形適合を実施してよい。プラズマを特徴付けることによって、技術者は、基板の低水準処理を最小限に抑えるためにどのようにレシピを調整すればよいかを決定できると考えられる。
【００６２】
あいにく、各ＲＦバーストについてデータを解析する先行技術の方法は、完了までに数秒の、又は数分もの時間を必要する可能性がある。解析されるべきＲＦバーストは、幾百万まではいかなくても通常幾千はあるので、レシピのためにプラズマを特徴付けるには、計算のために合計で幾時間も費やされると考えられる。ゆえに、先行技術の方法は、プロセス制御目的で時宜に即した関連データを提供するのに効果的な方法ではない。
【００６３】
添付の図面に例示される幾つかの実施形態を参照にして、本発明が詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部又は全部の詳細を特定しなくても実施されえる。また、本発明が不必要に不明瞭にされないように、周知のプロセス工程及び／又は構造は詳細に説明されていない。
【００６４】
以下では、方法及び技術を含む、種々の実施形態が説明される。発明は、発明技術の実施形態を実施するためのコンピュータ可読命令を格納されたコンピュータ可読媒体を含む製造品も対象としえることを、念頭に置かれるべきである。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードを格納するための、例えば半導体、磁気、光磁気、光、又はその他の形態のコンピュータ可読媒体を含みえる。更に、発明は、発明の実施形態を実施するための装置も対象としえる。このような装置は、発明の実施形態にかかわるタスクを実施するための、専用の及び／又はプログラム可能な回路を含みえる。このような装置の例は、適切にプログラムされたときの汎用コンピュータ及び／又は専用計算装置を含み、コンピュータ／計算装置と、発明の実施形態にかかわる種々のタスクに適応された専用の／プログラム可能な回路との組み合わせを含みえる。
【００６５】
上記のように、プラズマに関するデータを収集するためにＰＩＦプローブ法が用いられ、リアクタチャンバ環境内に位置決めされてよい。センサ（例えばＰＩＦプローブ）から収集されたデータは、リアクタチャンバ内のプラズマを特徴付けるために用いられてよい。また、センサは、図９−Ａに示されるように収集表面を用いるので、チャンバの表面に関するデータも決定されえる。先行技術では、ＰＳＤによって収集されたデータが、解析に利用可能な即座のデータ源を提供する。あいにく、収集されえるデータの甚大な量が、時宜に即したデータの解析を困難にしている。幾千の、又は幾百万ものデータ点が収集されえるので、プラズマを正確に特徴付けるために関連区間を測定する作業は、とりわけデータが大抵は手作業で解析されるゆえに、気の遠くなる作業になるであろう。結果的に、収集されたデータは、時宜に即したプラズマの特徴付けをプラズマ処理システムに提供するのに有用ではなかった。
【００６６】
しかしながら、もし、プラズマの特徴付けに必要とされる関連のデータ点が、収集されえる幾千／幾百万のデータ点から特定されるならば、プラズマの特徴付けに必要とされる時間は、大幅に短縮されるであろう。発明の実施形態にしたがって、比較的短期間でプラズマを自動的に特徴付けするための方法が提供される。本明細書において説明される発明の実施形態は、プラズマを特徴付けするための解析を必要としえるデータ点を減らすために関連性範囲を特定するためのアルゴリズムを提供する。本明細書において論じられるように、関連性範囲は、各ＲＦバースト間に収集されえる幾千又は幾百万のデータ点のなかの、より小さいデータ点の集合を言う。発明の実施形態は、更に、プラズマを特徴付けするための値を計算する数学モデルに適用されえるシード値を推定することも提供する。関連性範囲に対して曲線適合を実施することによって、プラズマを特徴付けするために利用されえるパラメータが計算されえる。
【００６７】
本発明の特徴及び利点は、以下の図面及び議論を参照にして更に良く理解されるであろう。
【００６８】
図９−Ｄは、発明の一実施形態における、基板処理中にプラズマを自動的に特徴付けるための工程を説明した簡単なフローチャートを示している。基板処理中にＲＦ充電が提供された状況を考える。
【００６９】
第１の工程Ｄ−４０２では、電流データ及び電圧データが収集される。一例では、ＲＦ源がオンにされた後に、ＲＦ充電（パルス）が提供される。ＲＦ充電がオフにされた後は、リアクタチャンバのチャンバ壁に取り付け可能な平面イオン束プローブなどのプローブでデータを収集するために、電流センサ及び電圧センサが用いられてよい。上記のように、センサによって収集されえるデータ点の数は、幾千又は幾百万に及ぶであろう。一部のケースでは、各ＲＦバースト間において幾千から幾万のデータ点が収集されることがあり、これは、先行技術によるリアルタイムに近い解析をほぼ不可能にする。
【００７０】
先行技術では、半導体基板処理中に収集される測定データを解析するために、数時間の時間が充てられることがある。ここで、発明の一態様では、発明者らは、プラズマの特徴付けのために各ＲＦバースト間における測定データを解析する必要はないことに気付いた。その代わりに、もし、データ集合の関連性範囲に対して曲線適合が適用されるならば、プラズマの特徴付けに利用されえるパラメータが決定されるであろう。
【００７１】
次の工程Ｄ−４０４では、関連性範囲が決定される。上記のように、関連性範囲は、各ＲＦバースト間に収集されたデータ集合のなかの小集合を言う。先行技術では、データは手作業で解析されているので、収集されたデータの甚大な量は、関連性範囲の計算を困難な作業にする。多くの場合、関連性範囲は、視覚的に推定されえる。関連性範囲を特定するにあたっては、データ集合のなかの小集合から、存在しえるノイズが実質的に排除されてよい。一例では、複雑な基板処理中に、プローブ上にポリマが蓄積され、収集されたデータの一部を歪曲させることがある。例えば、影響を受けるデータの一部は、コンデンサが完全に放電された時点で収集されえるデータである傾向がある。関連性範囲を特定するにあたっては、ポリマの蓄積に関連したデータが、解析から取り除かれてよい。換言すると、関連性範囲の決定は、プラズマの特徴付けが不規則ノイズに見舞われることなく行われることを可能にしえる。一例として、関連性範囲がどのように決定されえるかに関しては、下記の図９−Ｅの考察において論じられる。
【００７２】
関連性範囲を特定することに加えて、次の工程Ｄ−４０６では、シード値も決定されてよい。本明細書において論じられるように、シード値は、傾き、電子温度、イオン飽和値、浮遊電圧電位などの推定値を言う。例えばシード値がどのように推定されえるかに関しては、図９−Ｅの考察において提供される。
【００７３】
関連性範囲及びシード値は、曲線適合を実施するために用いられる。曲線適合は、次のＲＦバースト前に実施される必要があるので、関連性範囲及び／又はシード値を決定するために用いられる方法は、最小限のオーバーヘッドで最終適合値に近い値を生成することによって、急速な収束を達成するために必要とされえる曲線適合の反復回数を減らす必要がある。
【００７４】
関連性範囲及びシード値によって、次の工程Ｄ−４０８では、非線形適合（例えば曲線適合）が実施されることによって、高価な高性能のコンピュータを必要とすることなく短期間でプラズマが特徴付けされることを可能にしてよい。先行技術と異なり、この方法は、処理のために数分、又は数時間もの時間を必要とする代わりに、一ＲＦバーストに起因する減衰区間からの結果がおよそ２０ミリ秒内に特徴付けされることを可能にする。リアルタイムに近い解析能力によって、この方法は、自動制御システムの一部として適用されて、プラズマ処理中に技術者に関連データを提供しえる。
【００７５】
図９−Ｅは、発明の一実施形態における、関連性範囲及びシード値を決定するための簡単なアルゴリズムを示している。図９−Ｅは、図９−Ｆ１、図９−Ｆ２、図９−Ｆ３、及び図９−Ｆ４との関連で論じられる。
【００７６】
第１の工程Ｅ−５０２では、各ＲＦバースト中に収集されたデータが、自動的にプロットされる。一例では、電流センサによって収集される電流データがプロットされ、図９−Ｆ１に示されるような電流対時間グラフＦ１−６００に作成される。別の例では、収集された電圧データがプロットされ、図９−Ｆ２に示されるような電圧対時間グラフＦ２−６５０に作成されてよい。データは、先行技術の場合と同様のグラフを生じえるが、先行技術と異なり、収集されたデータは、人による介在を必要とすることなく自動的に解析プログラムに取り込まれる。或いは、収集された測定データは、プロットされる必要がなく、その代わりに、解析プログラムに直接取り込まれてよい。その代わりに、グラフは、アルゴリズムを説明するための視覚的な例として提供される。
【００７７】
先行技術と異なり、プラズマを特徴付けるためにデータ集合全体が解析されるのではなく、その代わりに、関連性範囲が決定される。関連性範囲を決定するために、次の工程Ｅ−５０４では、先ず、パーセント減衰点が決定されてよい。本明細書において論じられるように、パーセント減衰点は、初めの値がその一定のパーセントまで減衰したところのデータ点を言う。一実施形態では、パーセント減衰点は、解析されるべきデータ区間の終わりを表わしてよい。一例において、ＲＦ源がオフに切り換えられたとき、電流値は、約０．８６ｍＡ／ｃｍ2である。値は、図９−Ｆ１のグラフＦ１−６００上のデータ点Ｆ１−６０２によって表わされる。もしパーセント減衰点が、初めの値の１０パーセントに設定されるならば、パーセント減衰点は、データ点Ｆ１−６０４にあり、約０．０８６ｍＡ／ｃｍ2である。換言すると、パーセント減衰点は、ＲＦ源がオフに切り換えられシステムが平衡状態に戻っていくときの電荷の値である初めの値の所定のパーセントをとることによって決定されてよい。一実施形態では、パーセントは、実験的に決定される。一実施形態では、データ区間の終わりを決定するためにパーセント減衰点を用いる代わりに、各ＲＦバーストについて収集されたデータの一次微分のピークが計算されてよい。
【００７８】
次の工程Ｅ−５０６では、アルゴリズムは、初めの値と第２の減衰点との間のデータ小集合であるイオン飽和区間を決定してよい。本明細書において論じられるイオン飽和区間は、プローブへの電子束が無視できるようにプローブ電位が浮遊電位に対して十分に負であるような電流電圧（ＩＶ）曲線の領域を言う。この領域では、プローブへの電流は、電位の負の度合いが増すにつれて緩やかに線形に増加する。また、イオン飽和区間は、プローブがシステム内における利用可能イオンを全て収集できるようにバイアス電圧が浮遊電位に対して十分に負であるような領域である。換言すると、収集される電流は、バイアス電圧が十分高く上昇されるにつれて「飽和」する。また、本明細書において論じられるように、「利用可能イオン」は、「シース境界」に衝突するイオン束を言い、これは、バイアス電圧が更に増加されるにつれて拡大するであろう。
【００７９】
換言すると、イオン飽和区間は、図９−Ｆ１のデータ点Ｆ１−６０２からＦ１−６０６までの区間である。一実施形態では、第２の減衰点は、初めの値（即ち、データ点Ｆ１−６０２）のパーセントをとることによって決定されてよい。一例において、もし第２の減衰点が、初めの値の約９５パーセントであるならば、第２の減衰点は、約０．８１ｍＡ／ｃｍ2（即ち、データ点Ｆ１−６０６）である。したがって、イオン飽和区間は、初めの値（データ点Ｆ１−６０２）から第２の減衰点（データ点Ｆ１−６０６）までである。なお、第２の減衰点は、初めの値（データ点Ｆ１−６０２）とパーセント減衰点（データ点Ｆ１−６０４）との間であることがわかる。パーセント減衰点と同様に、第２の減衰点もまた、一実施形態では所定の閾値に基づいてよい。一実施形態では、パーセントは、実験的に決定される。
【００８０】
イオン飽和区間が決定されたら、次の工程Ｅ−５０８では、傾き（ｓ）及びイオン飽和（ｉ0）が推定されてよい。上記のように、傾き（ｓ）及びイオン飽和（ｉ0）は、プラズマを特徴付けるパラメータを決定するために数学モデル（下記の式２）に適用されえる４つのシード値のうちの２つである。一例では、傾き（ｓ）は、線形回帰を実施することによって決定されてよい。別の実施形態では、アルゴリズムは、データ点Ｆ１−６０２とＦ１−６０６との間のデータ値の平均をとることによってイオン飽和（ｉ0）も決定してよい。
【００８１】
次の工程Ｅ−５１０では、アルゴリズムは、二次微分が符号を変える点である変曲点を決定してよい。一実施形態では、変曲点は、パーセント減衰点と第２の減衰点との間の電流値の一次微分の最小値を特定することによって計算されてよい。説明のため、図９−Ｆ３は、電流信号Ｆ３−６６０のパーセント減衰点（Ｆ３−６６４）と初めの点（Ｆ３−６６２）との間の値の一次微分を示している。変曲点は、一次微分（Ｆ３−６７０）の最小データ点であり、（データ点Ｆ３−６６６によって示されるように）−０．０１２ｍＡ／ｃｍ2の値と２２６の指標値とを有する。変曲値を決定するために、指標値は、電流信号プロットＦ３−６６０に対してマッピングされている。この例において、一次微分の指標値が、電流信号Ｆ３−６６０に対してマッピングされているとき、変曲値は、データ点Ｆ３−６６８によって示されるように、０．４７１４ｍＡ／ｃｍ2である。
【００８２】
一実施形態では、関連性範囲は、初めの値と変曲点との間の範囲として定義される。その追加として又は代わりとして、変曲点を計算する代わりに（例えば３５パーセントの）パーセント減衰閾値が設定されてよい。一例において、経験的に決定されえる３５パーセントのパーセント減衰点を使用すると、関連性範囲は、図９−Ｆ１の点Ｆ１−６０２とＦ１−６０４との間に入るであろう。
【数１】
0005643198.tif 000002
【表１】
0005643198.tif 000003
【００８３】
変曲点を特定されたら、次の工程Ｅ−５１２では、電子温度が推定されてよい。電子温度は、上記の式１を用いて推定されてよい。電子温度を計算するために用いられる電流データ及び電圧データは、プローブが引き込む電流が大抵はイオン飽和電流よりも少ないときである推移区間内にある。一実施形態では、電流データ及び電圧データが測定される時刻は、変曲点に対応していてよい。或いは、電流電圧（Ｉ−Ｖ）曲線の変曲点が用いられてもよい。電子温度は、電流電圧曲線上の変曲点に対応する時刻における、一ＲＦバーストについて収集されたデータの一次微分（パーセント減衰点を計算するにあたって決定される）の率であるので、その数字を生成するために必要とされえる計算のオーバーヘッドは、最小限である。
【００８４】
次の工程Ｅ−５１４では、アルゴリズムは、浮遊電圧電位を決定してよい。浮遊電圧電位は、収集された電圧データに基づいて決定されるので、浮遊電圧電位は、工程Ｅ１−５０４〜Ｅ−５１２において計算されるような値を最初に決定する必要なく決定されえる。当業者ならば、浮遊電圧電位が、外部コンデンサが完全に放電された後にプローブが浮遊する電位であることを承知している。通常、浮遊電圧電位は、次のＲＦバーストの直前に生じる信号を見ることによって決定されてよい。しかしながら、ポリマの蓄積が歪みを引き起こす可能性ゆえに、誤ったデータ（即ち、ノイズ）が収集されることがあり、したがって、浮遊電圧電位は、収集期間の終わり頃に収集される電圧値を平均化することによって計算されてよい。一実施形態では、浮遊電圧電位は、図９−Ｆ２に示されるように、データ点Ｆ２−６５２（電圧がその浮遊電位に最初に到達するデータ点）からデータ点Ｆ２−６５４（次のＲＦバーストの直前のデータ点）にかけて計算されてよい。別の実施形態では、浮遊電圧電位は、図９−Ｆ２に示されるようにデータ点Ｆ２−６５２とＦ２−６５４との間に位置する窓Ｆ２−６５６内の電圧値に基づいてよい。一実施形態では、窓Ｆ２−６５６は、先のパルスが９９パーセントを超えて減衰する前に始まって次のパルスが始まる前に終わる限り、任意のサイズであってよい。一実施形態では、浮遊電圧電位は、標準偏差（誤差）の小さい平均値を提供する窓から決定されてよい。
【００８５】
以上からわかるように、関連性範囲及びシード値を決定するための方法は、電流、電圧、及び／又は電流電圧（Ｉ−Ｖ）曲線に生じえる異常を打ち消す。一例では、ＲＦバーストの終わりにポリマの蓄積が発生しえる。しかしながら、上記のアルゴリズムを適用することによって、関連性範囲及びシード値は、処理中に発生しえる予想外のアーチファクトに影響されなくなる。
【００８６】
関連性範囲が決定されシード値が計算されると、次の工程Ｅ−５１６では、図９−Ｆ４のグラフＦ４−６８０を作成するために、電流値が電圧値に対してプロットされ曲線適合が適用されてよい。一例では、曲線適合を実施するために、レベンバーグ・マーカード（Levenberg-Marquardt）アルゴリズムが適用されてよい。曲線適合グラフを作成すること、及び下記の式２のような数学モデルにシード値を適用することによって、プラズマを特徴付けるために利用されえる４つのパラメータが決定されえる。
【数２】
0005643198.tif 000004
【表２】
0005643198.tif 000005
【００８７】
本発明の１つ又は複数の実施形態からわかるように、プラズマ処理中にプラズマを特徴付けるための自動化された方法が提供される。関連性範囲及びシード値の集合を決定することによって、一ＲＦバースト後に大抵収集される幾千又は幾百万のデータ点を処理する必要なくプラズマの特徴付けが生じえる。自動化されたこの方法は、手作業によるこれまでの単調なプロセスを、迅速に且つ効率良く実施されえる自動的な作業に転換する。データ解析を数分（又は数時間）から数ミリ秒に大幅に短縮されたことによって、プラズマ特徴付けは、製造プロセス後の代わりにプラズマ処理中に実施されえる。したがって、関連性データは、現時点のプラズマ環境を明らかにすることによって、レシピ及び／又はツールの調整を行うこと並びに廃棄を最小限に抑えることを可能にしえる。
【００８８】
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲内に入るものとして、代替形態、置換形態、及び均等物がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替的手法があることも留意されるべきである。本明細書では、種々の例が提供されるが、これらの例は、例示的であって、発明に対して限定的であることを意図されない。
【００８９】
また、名称及び要約は、便宜のために本明細書に提供されており、特許請求の範囲の範囲を解釈するために用いられるべきでない。更に、要約は、極めて短縮された形で記載され、便宜のために本明細書に提供されており、したがって、特許請求の範囲に述べられた発明全体を解釈する又は制限するために用いられるべきでない。もし本明細書において、「集合」という用語が用いられる場合は、このような用語は、ゼロ、１つ、又は２つ以上の要素を含む普通に理解される数学的意味を有することを意図される。また、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとしてこのようなあらゆる代替形態、置換形態、及び均等物を含むと解釈されることを意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９−Ａ】
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【図９−Ｂ１】
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【図９−Ｂ２】
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【図９−Ｃ】
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【図９−Ｄ】
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【図９−Ｅ】
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【図９−Ｆ１】
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【図９−Ｆ２】
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【図９−Ｆ３】
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【図９−Ｆ４】
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