(57)【要約】  プラズマ処理チャンバ内のプラズマ非拘束状態を検出するように設計されている汎用プラズマ非拘束状態検出システムと方法とが開示されている。このシステムと方法は処理とは独立したレシピに依存する方法でプラズマ非拘束状態の存在を信頼性高く、正確に検出するように設計されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバ内のプラズマ非拘束状態を検出する方法であって、該プラズマ非拘束状態とは該プラズマ処理チャンバ内の設計プラズマ拘束容積部の外部に設定仕様を超える量のプラズマが存在する状態であり、本方法は前記チャンバ内の選択位置にセンサーを配置するステップを含んでおり、該選択位置はプラズマ処理中に前記プラズマが前記設計プラズマ拘束容積部内にて前記設定仕様範囲内で拘束されているなら第１レベルのリターンＲＦ電流を流し、前記プラズマ処理中に前記設計プラズマ拘束容積部の外部に前記プラズマが前記設定仕様範囲を超えて存在すれば第２レベルのリターンＲＦ電流を流すように設計されているプラズマ処理チャンバコンポーネントに近接して提供され、前記センサーと前記選択位置は第１状態と第２状態とを区別可能な差異を有した電気パラメータを提供するように設計されており、前記第１状態は前記第１レベルの前記リターンＲＦ電流の特徴を備え、前記第２状態は前記第２レベルの前記リターンＲＦ電流の特徴を備えており、本方法は、前記センサーにカップリングされているセンサーデータ処理構造を提供するステップをさらに含んでおり、該センサーデータ処理構造は前記電気パラメータに対応して、前記プラズマ処理チャンバが前記プラズマ非拘束状態を経験しているか否かを表すデータ信号を提供するように設計されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
選択位置はプラズマ処理チャンバコンポーネントには非接触状態であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
選択位置はプラズマ処理チャンバコンポーネントに近接していることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
センサーは電流検出コイルであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
センサーデータ構造は、電気パラメータから区別可能な電位差を発生させるように設計されている回路と、該電位差からデータ信号を発生させるように設計されているプログラム制御された信号発生器とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
回路は少なくとも１つのトランスフォーマとレジスタとを含んでいることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
センサーと選択位置は第１レベルのリターンＲＦ電流が第２レベルのリターンＲＦ電流よりも弱くなるように選択されることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
選択位置は設計プラズマ拘束容積部に対して直接的なラインオブサイトではない位置であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
プラズマ処理チャンバは容量結合プラズマ処理チャンバであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
プラズマ処理チャンバは誘導結合プラズマ処理チャンバであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
プラズマ処理チャンバはプラズマを内部発生させるためにマイクロ波エネルギーを利用するチャンバであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
プラズマ処理チャンバと、該プラズマ処理チャンバ内のプラズマ非拘束状態を検出するための装置とを含んだプラズマ処理システムであって、前記プラズマ非拘束状態とは前記プラズマ処理チャンバ内の設計プラズマ拘束容積部の外部に設定仕様範囲を超える量のプラズマが存在することであり、本システムは、前記チャンバ内の選択位置に設置されるセンサーを含んでおり、該選択位置は、プラズマ処理中に前記プラズマが前記設計プラズマ拘束容積部内にて前記設定仕様範囲内で拘束されているなら第１レベルのリターンＲＦ電流を流し、前記プラズマ処理中に前記設計プラズマ拘束容積部の外部に前記プラズマが前記設定仕様範囲を超えて存在すれば第２レベルのリターンＲＦ電流を流すように設計されているプラズマ処理チャンバコンポーネントに近接しており、前記センサーと前記選択位置は第１状態と第２状態とを区別可能な差異を有した電気パラメータを提供するように設計されており、前記第１状態は前記第１レベルの前記リターンＲＦ電流の特徴を備え、前記第２状態は前記第２レベルの前記リターンＲＦ電流の特徴を備えており、本システムは、前記センサーにカップリングされているセンサーデータ処理構造をさらに含んでおり、該センサーデータ処理構造は前記電気パラメータに対応して、前記プラズマ処理チャンバが前記プラズマ非拘束状態を経験しているか否かを表すデータ信号を提供するように設計されていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
選択位置はプラズマ処理チャンバコンポーネントには非接触状態であることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
選択位置はプラズマ処理チャンバコンポーネントに近接していることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
センサーは電流検出コイルであることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
センサーデータ構造は、電気パラメータから区別可能な電位差を発生させるように設計されている回路と、該電位差からデータ信号を発生させるように設計されているプログラム制御された信号発生器とをさらに含んでいることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【請求項１７】
回路は少なくとも１つのトランスフォーマとレジスタとを含んでいることを特徴とする請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
センサーと選択位置は第１レベルのリターンＲＦ電流が第２レベルのリターンＲＦ電流よりも弱くなるように選択されることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
選択位置は設計プラズマ拘束容積部に対して直接的なラインオブサイトではない位置であることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
プラズマ処理チャンバは容量結合プラズマ処理チャンバであることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【請求項２１】
プラズマ処理チャンバは誘導結合プラズマ処理チャンバであることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【請求項２２】
プラズマ処理チャンバはプラズマを内部発生させるためにマイクロ波エネルギーを利用するチャンバであることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に基板製造技術に関し、特には非磁気的に拘束されているプラズマを利用する処理技術に関する。さらには本発明はプラズマ処理チャンバ内での非拘束と称される拘束プラズマ維持の不成功を検出する方法と装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の処理、例えばフラットパネルディスプレーの製造に使用される半導体基板やガラス基板の処理にプラズマが多用される。例えばプラズマチャンバ内における基板の処理の一環として基板は複数のダイすなわち方形領域に分割される。ダイはそれぞれが集積回路となるものである。基板はその後に一連のステップで処理され、電気コンポーネントを搭載するために物質が基板上から選択的に除去（エッチング）あるいは基板上に堆積される。
【０００３】
一般的にプラズマチャンバはチャンバ壁との接触を最少に留めるために非磁性方法を利用（例えば水晶密閉リング等を使用）してプラズマを密封（拘束）する。この処理は汚染レベルの低減と記憶効果に貢献する。例えばプラズマチャンバ内では多数の表面が、基板に悪影響を及ぼす汚染物を増加させることなく表面磨耗を可能な限り抑えるようにプラズマ抵抗物質（例えばシリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、水晶、等々）により形成されている。しかしプラズマへの継続的な曝露によってそれら保護物質は磨耗し、頻繁に表面粒子による汚染が引き起こされ、基板の製造効率を下げる。
【０００４】
図１Ａは容量結合プラズマ（ＣＣＰ）処理システムの概略図である。図１Ａとその関連図である図１Ｂは簡略化された処理システムを図示しており、本発明には直接的に関与しない多数のコンポーネントは本発明必須の特徴の理解を助けるために省略されている。典型的なＣＣＰ形態では、短距離で分離されており、電気回路のキャパシタに原理的に類似した機能を果たす２つの電極が使用される。電極１０２は典型的にはチャックとして設計されており、伝達経路筒１１９内に配置されている伝達経路１１８によって一連のＲＦ発生器に連結されている。
【０００５】
電極１０２はさらにバイアス補整回路（図示せず）を含み、チャック１０２に基板１０４をクランプするために静電クランプ力を提供するように設計されている一連の陽極と一連の陰極とを含んでいる。例えばこれら電極にそれぞれ印加された一連の電圧＋３００Ｖと−３００Ｖはチャック１０２に基板１０４をクランプするのに十分な静電クランプ力を提供する。バイアス補整回路はバイアス補整電圧（Ｖｂ）を印加することでプラズマ処理中に基板に対する一貫したクランプ力の維持を助ける。
【０００６】
典型的には第２（別）接地電極１０６がプラズマ１２２の上方に配置される。ＲＦリターン経路は一般的に接地電極１０６からプラズマチャンバの上部の経路に続き、チャンバライナー１１４、接地延長部１１６を通過して伝達経路筒１１９の内面に沿って提供される。エッチングの適用形態によっては上方電極を低周波数ＲＦ信号（例えば２ＭＨｚ）に対して接地させることが必要となるであろう。別形態のエッチングの適用は上方電極を高周波数ＲＦ信号（例えば２７ＭＨｚ及び/又は６０ＭＨｚ）に対して接地させることを必要とするであろう。さらに別なエッチング適用は上部電極を全ＲＦ信号周波数（例えば２ＭＨｚ、２７ＭＨｚおよび６０ＭＨｚ）に対して接地させることが必要であろう。接地電極１０６はさらにプラズマガスをガス分配システムからプラズマチャンバ内へと通過させる孔質シリコンの保護層を含むことができる。さらに基板１０４は普通はチャック/ＲＦ供給電極１０２上のエッジリング１０３によって配置される。
【０００７】
一般的に値Ｖｂのバイアス補整電圧は接地表面積（通常は接地電極）と基板の表面積との比と比例する。
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式中、Ｎは典型的には１から４である。
【０００８】
加えて、密閉リングセット１１７はＣＣＰ源とプラズマチャンバ壁との間に設置でき、基板表面上でプラズマを隔離させる目的で必要に応じてさらに上下させることができる。典型的には密閉リングセット１１７は基板の水平周囲に位置する一連の水晶リングとして設計されており、垂直軸に沿って基板の上方に様々な距離で配置されている。一般的に各密閉リングの厚みと、２つの密閉リング間隔は、特定プラズマ処理を最良化し、プラズマ内の圧力を制御するように決定される。設計によっては密閉リングは異なる直径と厚みで提供される。例えば垂直軸に沿って基板近辺に位置する密閉リングは基板から離れた密閉リングよりも直径が小さい。一般的に密閉リングのセット、基板および作動状態の電極で形成される容積部はプラズマ処理システム内のプラズマ空間と呼称される。
【０００９】
基板サイズをさらに縮小し、新基板材料を減少させるための半導体産業の取り組みは現在の製造技術に非常に重要である。例えば大型基板（例えば３００ｍｍ以上）の均質性または処理結果の維持は益々困難になっている。実質的に垂直なエッチングと高アスペクト比を達成するにはさらに強力な処理電力とさらに低い圧力形成が必要である。従って得られるプラズマは拘束が困難であろう。プラズマが拘束されないと実質的に電圧の制御できない増加が起こり、処理基板およびプラズマチャンバに相当程度のダメージが発生するであろう。
【００１０】
非拘束プラズマによるダメージを最低限に保つために密封ケース内のウェハーの安定状態バイアス電圧と比例するバイアス電圧閾値が確立される。もしウェハーで測定されたバイアス電圧がその閾値を超えるとＲＦは切断され、プラズマは直ちに終了される。この切断法は電極面積比の変更によりプラズマが非拘束状態になるとＶｂが非常に増加するという事実を利用する。式１に従って非拘束プラズマ状態が発生すると接地面積は図１Ａの電極１０６の面積からプラズマリアクタの全内表面の面積にまで増加した。
【００１１】
しかし現行技術では正確な閾値電圧を設定することは困難である。なぜなら、安定状態または安全なＶｂ値の事前の知識が必要だからである。多くの場合、特に新レシピが開発されたときこの閾値の先行予測は非常に困難であり、バイアス電圧閾値が低く設定されすぎると“フォールスポジティブ”の検出となることが頻発し、このバイアス電圧閾値が高く設定されすぎるとプラズマチャンバのダメージが検出されないことが頻発するであろう。
【００１２】
よってプラズマ処理チャンバの非密封状態を検出する方法と装置とが所望されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はその１実施例においてプラズマ処理チャンバ内でのプラズマ非拘束状態を検出する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このプラズマ非拘束状態とはプラズマ処理チャンバ内で設計プラズマ拘束容積部の外側に設定仕様を超えたプラズマが存在することである。この方法はチャンバ内の選択位置にセンサーを設置することを含んでいる。この選択位置は、プラズマ処理中にプラズマが設計プラズマ拘束容積部内にて設定仕様内で拘束されているなら第１レベルのリターンＲＦ電流を流し、プラズマ処理中に設計プラズマ拘束容積部外にプラズマが設定仕様を超えて存在すれば第２レベルのリターンＲＦ電流を流すように設計されているプラズマ処理チャンバコンポーネントに隣接して提供される。これらセンサーと選択位置は第１状態と第２状態とを区別することが可能な差異を有した電気パラメータを提供するように設計される。この第１状態とは第１レベルのリターンＲＦ電流の特徴であり、この第２状態とは第２レベルのリターンＲＦ電流の特徴である。この方法はセンサーにカップリングされたセンサーデータ処理構造の提供をさらに含む。このセンサーデータ処理構造は電気パラメータに応じて、プラズマ処理チャンバがプラズマ非拘束状態を経験しているか否かを表すデータ信号を提供するように設計されている。
【００１５】
本発明のこれらおよび他の特徴を以下の添付図面を利用して以下においてさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以下の添付図面を利用して本発明の非限定的な例示を介して説明する。
【図１Ａ】図１Ａは拘束状態のリターンＲＦ電流を含んだ容量結合プラズマ処理チャンバの代表的な概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは非拘束状態のリターンＲＦ電流を含んだ図１Ａのプラズマ処理チャンバの代表的な概略図である。
【図２】図２は汎用プラズマ非拘束状態検出システムのためのセンサーを含んでいる本発明の１実施例による容量結合プラズマ処理チャンバの概略図である。
【図３】図３はセンサーとセンサーデータ処理構造を含んだ本発明の１実施例による例示的汎用プラズマ非拘束状態検出システムを図示している。
【図４】図４はセンサー/コイルと、高周波数トランスフォーマ、レジスタおよびトリガー信号発生器を含むセンサーデータ処理構造とを含む本発明の１実施例による例示的汎用プラズマ非拘束状態検出システムを図示している。
【図５】図５は本発明の１実施例に従った例示的な設置のための拘束状態と非拘束状態の入力ＲＦ電力の関数としてのセンサーコイル内の電圧プロットを示す。
【図６】図６は本発明の１実施例に従ったプラズマ処理チャンバ内のプラズマ非拘束状態検出ステップを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を添付図面に図示したいくつかの好適実施例を利用して解説する。本発明の完全な理解のために以下では様々な特定の詳細が解説されている。しかし本発明はそれらの幾つか、または全部を省略しても実施可能である。以下では良く知られている工程及び/又は構造は説明簡素化のために省略されている。
【００１８】
本発明の実施例ではプラズマ処理チャンバ内のプラズマ非高速状態を検出するように設計されている汎用プラズマ非高速状態検出システム（ＵＰＵＤＳ）が提供される。一般的にほぼ全部のプラズマ処理チャンバでは基板処理のためにプラズマが発生され、及び/又は維持されるように設計されたプラズマ拘束容積部（ＤＰＣＶ）が提供されている。例えばプラズマ処理システムによっては、発生したプラズマが一般的には上部電極、包囲焦点リングおよび底部電極（エッジリング利用または不利用）により形成されている容積部内に拘束されるように設計されている。プラズマが設計プラズマ拘束容積部（ＤＰＣＶ）内に拘束されているとプラズマは拘束状態である。この拘束状態では、プラズマ処理チャンバ内ではあるがこの設計プラズマ拘束容積部外であるプラズマ密度は非常に低く、あるいは実質的にゼロである。
【００１９】
プラズマが非拘束状態となると前述のように設計されたプラズマ拘束容積部外の様々な位置のプラズマ密度は設定仕様（プラズマ拘束状態時には非常に低いか実質ゼロ）を超える。前述の理由によるごとく非拘束状態は望ましくない。本発明の実施例はこの非拘束状態を検出するように設計される。
【００２０】
本発明者は拘束状態ではリターンＲＦ電流はチャンバに対して確立された経路をトラバースすると信じている。拘束状態のリターンＲＦ電流経路の図は図１Ａにて１５０が付されて図示されている。一方、非拘束状態では設計プラズマ拘束容積部（ＤＰＣＶ）外でのプラズマ増加は追加及び/又は別のリターンＲＦ電流経路を創出する。非拘束状態に対するリターンＲＦ電流経路は図１Ｂにて１６０と１７０が付されて図示されている。これら非拘束状態リターンＲＦ電流経路は非常に小さいか実質的にゼロであるリターンＲＦ電流を以前に経験したチャンバコンポーネントをトラバースする。これらチャンバコンポーネントを通じて非拘束プラズマ状態の特徴であるリターンＲＦ電流の存在を検出することでプラズマ非拘束状態の発生を検出するための信頼できる技術が実現される。
【００２１】
一般的には非拘束プラズマ状態に特徴的なリターンＲＦ電流の存在はチャンバ内の設定センサー位置に設置したセンサーを使用して検出できる。このセンサー位置はプラズマ拘束状態とプラズマ非拘束状態との間でセンサー信号の区別可能な差異を提供する位置となるように選択される。プラズマが拘束状態あるいは非拘束状態であることをセンサー信号から信号処理回路が区別することができるならセンサー信号の差異は“区別可能”であると言える。
【００２２】
信号処理分野の技術者であればセンサー信号からの状態検出はセンサー感度と信号処理回路の能力の一方または両方によることを容易に理解しよう。センサー感度は一般的にセンサーの適切な選択及び/又はプラズマチャンバ内でのセンサーの適切な配置による。例えば非常に高感度のセンサーであればセンサー信号内に区別可能な差異を発生させるのに最良である位置に必ずしも配置する必要はない。別例として、低感度のセンサーであっても、もしセンサーに自身の検出性能を最も効率的に利用させるようにセンサー位置が選択されるならセンサー信号内に区別可能な差異を発生させることができる。さらに別例として、センサー性能及び/又はセンサー位置の欠陥は、必ずしも最良状態ではないセンサー信号からでもプラズマが拘束状態であるか非拘束状態であるかを正確に決定する知的信号処理アルゴリズムによって対処できる。従って特定のセンサーとセンサー位置が他のセンサーとセンサー位置よりも好適であったとしても、ここの例で解説されている特定センサー及び/又は特定センサー位置により本発明の範囲が限定されることはない。
【００２３】
１実施例においては、通常では拘束状態である非常に小さいか実質的にゼロであるリターンＲＦ電流を経験するチャンバコンポーネントに非接触状態で近接してピックアップコイルが配置される。センサーの存在で導入される汚染のリスクを最低にし、及び/又は検出感度を最大にするためにセンサー位置をＤＰＣＶで形成される容積部の外側、及び/又はＤＰＣＶのラインオブサイトの外側とすることが好ましい（しかし必須ではない）。１実施例においてはリターンＲＦ電流測定のために選択されるチャンバコンポーネントは好適にはプラズマが非拘束状態であるときに形成される少なくとも１つの別及び/又は追加のリターンＲＦ電流経路に沿って配置される。プラズマ非拘束状態ではこのチャンバコンポーネントを通過する別及び/又は追加の電流経路の存在はピックアップコイルに電圧を誘導する。この誘導電圧はその後にプラズマ非拘束状態を検出するために処理できる（適当な変換、増幅及び/又はフィルタリング処理後）。
【００２４】
本発明の特徴と利点は添付図面を利用した以下の説明でさらによく理解されるであろう。図２は本発明の実施例を説明するために利用する容量結合プラズマ処理チャンバの代表的な概略図である。本発明の実施例は解説されるプラズマ処理チャンバの特定形態にも、プラズマ（容量結合、誘導結合、マイクロ波、等々）を発生/維持するのに採用される特定プラズマ結合技術にも限定されない。
【００２５】
図２には設計プラズマ拘束容積部（ＤＰＣＶ）２０４を有したプラズマ処理チャンバ２０２が図示されている。図２で示す例ではＤＰＣＶは一般的に上部電極２０６、一連の密封リング２０８および下部電極２１０/エッジリング２１２の構造で形成される容積部内に提供される。上部電極、密封リング、下部電極およびエッジリングは当産業で現在利用できるそれぞれの商業的に適したコンポーネントを代表する。
【００２６】
本例では上部電極２０６は接地されており、下部電極２１０はＲＦ発生システム２１４のＲＦ発生器にカップリングされている。ＲＦ発生システム２１４は、ウェハー２２２を処理（例えばエッチング、ストリッピング、デポジティング、等々）を実施するためにプラズマ雲２２０を発生させるようにＲＦ周波数を有したＲＦ信号を下部電極２１０に提供するように設計されている。
【００２７】
拘束状態ではほとんどの、または実質的に全部の発生プラズマは前記のＤＰＣＶ内に拘束される。プラズマが拘束状態であるときにはチャンバ内ではあるがＤＰＣＶ外部の他の位置（例えば２３０、２３２、２３４、２３６、２３８）は非常に少ない、または実質的にゼロであるプラズマ密度を経験する。拘束状態ではリターンＲＦ電流は確立されている拘束状態リターンＲＦ電流経路を通り、その１つは図２の例では伝達経路筒の表面に存在し、２４０で示されている。正確な電流経路は本発明の重要な特徴ではない。なぜなら異なるチャンバ設計は異なるコンポーネント及び/又は異なるコンポーネント構成を採用し、異なる拘束状態リターンＲＦ電流経路となるからである。重要な点は確立されたＲＦ電流経路が拘束状態で存在することである。
【００２８】
プラズマが非拘束状態であるときプラズマはＤＰＣＶの外部に存在する。非拘束プラズマは、そこをリターンＲＦ電流の一部が従う追加または別のリターンＲＦ電流経路を創設する。場合によっては、非拘束状態リターンＲＦ電流経路は非常に小さいか、実質ゼロであるリターンＲＦ電流を経験する。
【００２９】
その後に、影響を受けるチャンバ部分を通るリターンＲＦ電流レベルの変化を検出するためにセンサーが利用される。１実施例ではピックアップコイルがセンサーとして利用され、非拘束状態リターンＲＦ電流が流れるチャンバ部分の近辺に位置する。非拘束状態の高リターンＲＦ電流はコイルを介して高電圧を誘導する。コイルの誘導電圧の強度を測定することで、センサーコイルにより提供される誘導電圧値に基づいて拘束状態と非拘束状態とを区別することができるセンサー出力を利用することは可能である。１実施例ではこの区別化はプログラム可能コンピュータデバイスあるいは適した専用回路の利用で実行できる。
【００３０】
センサー位置２３４はチャンバコンポーネント２４４に近隣するように選択される。チャンバ汚染を防止及び/又はセンサーに対するプラズマ関連ダメージを最低限に抑えるためにセンサーを拘束プラズマ及び/又は非拘束プラズマから遮蔽することができる（例えばチャンバ構造物の背後または拘束状態と非拘束状態との間のリターンＲＦ電流レベルの変動を検出するセンサー性能をさほど妨害しないセンサー遮蔽を提供する他の構造物の背後）。
【００３１】
好適にはさらに、センサー位置２３４は拘束状態時にセンサーコイルに非常に弱いか実質的にゼロである誘導電圧を印加するような位置に選択される。一方、位置２３４もセンサーコイルにさらに強力な誘導電圧を非拘束状態で印加するような位置に選択される。拘束状態と非拘束状態との間の誘導電圧レベルの明確な変化はプラズマ非拘束状態を検出する精度及び/又は信頼性の向上に貢献する。
【００３２】
前述のようにセンサー位置２３４は非拘束状態のリターンＲＦ電流の高レベルを経験するチャンバ部分に近接（非接触状態）して配置される。例えばプラズマが非拘束状態であるときにリターンＲＦ電流の焦点として機能するチャンバ部分は非拘束状態でコイルを通過する高誘導電圧を経験し、拘束状態と非拘束状態とを区別する任務を単純化及び/又は正確にする。専門家であればプラズマ処理チャンバには多くの利用可能な候補センサー位置が存在することを理解するであろう。選択される正確な位置は特定プラズマ処理チャンバの設計、センサー性能、信号処理回路の性能、及び/又はアルゴリズム、等々による。
【００３３】
図３は本発明の１実施例による例示的汎用プラズマ非高速状態検出システム３００を図示する。このシステム３００はセンサー３０２とセンサーデータ処理構造３０４とを含む。センサー３０２は誘導コイル、容量センサーまたはイオンセンサーである。センサーデータ処理構造３０４は配線回路及び/又はプログラム可能な回路を含み、センサー３０２によって形成されるセンサー信号から非拘束状態を検出する。
【００３４】
図４は本発明の１実施例による例示的汎用プラズマ非拘束状態検出システム４００を図示する。このシステム４００はセンサー/コイル４０２と、高周波トランスフォーマ４０６、レジスタ４０８およびトリガー信号発生器４２０を含むセンサーデータ処理構造４０４とを含む。コイル４０２の電圧は図４の捩じれたコンダクタペア４２２のごとき適したコンダクタ通路を介してトランスフォーマ４０６の主コイルに伝達される。図１Ｂで示すように電流ピックアップコイルは１７４で示されており、捩じれたペアは１７２で示されている。また図１では磁界は１７６で示されている。
【００３５】
図４に戻って説明するとトランスフォーマ４０６の二次コイルの電圧はレジスタ４０８で検出される。１例ではプラズマ処理チャンバの下部電極は３つの別々のＲＦ周波数である２ＭＨｚ、２７ＭＨｚおよび６０ＭＨｚで電力供給される。この例ではセンサーコイル４０２の誘導係数は約０．３マイクロヘンリであり、レジスタ４０８は約４０オームである。トリガー信号発生器４２０はレジスタ４０８の電位差からの非拘束状態を検出するように設計されている。この電位差はセンサー４０２からのセンサー信値を反映する。
【００３６】
図５は本発明の１実施例による例示的構築のための拘束状態（５０６）と非拘束状態（５０８）のための入力ＲＦ電力の関数としてのセンサーコイル電圧プロットである。図５で図示するように非拘束状態（５０８ａ）のセンサーコイルの電圧と拘束状態（５０６ａ）のセンサーコイルの電圧との間の相違は底部ＲＦ電力である１００ワットで約８０ミリボルトである。これら２つの電圧（５０８ａと５０６ａ）の比較的に大きな電圧差は信頼性高く非拘束状態を検出するためのセンサー信号処理構造を提供する。この差は処理レシピが変化したときに比較的変化しない。従って本発明の実施例は汎用であると考えられ、非拘束状態の検出に処理レシピの事前知識を必要としない。
【００３７】
図５で示すセンサーコイル電圧の差は底部ＲＦ電力が増加すると好都合に増加する。よって３００ワットの底部ＲＦ電力で非拘束状態のセンサーコイル電圧（５０８ｂ）と拘束状態のセンサーコイル電圧（５０６ｂ）との差は約２８０ミリボルトである。５００ワットの電力では非拘束状態のセンサーコイル電圧（５０８ｃ）と拘束状態のセンサーコイル電圧（５０６ｃ）との差は約５１０ミリボルトである。従って本発明の実施例は異方性エッチング特性と高アスペクト比のエッチングを達成するために高処理電力レシピを採用するチャンバでの比拘束状態の検出に非常に好適である。
【００３８】
図６では本発明の１実施例によるプラズマ処理チャンバのプラズマ非拘束状態の検出方法を示す。ステップ６０２でセンサーはプラズマ拘束状態とプラズマ非拘束状態とを区別可能な差をセンサー信号に提供する。ステップ６０４でセンサーデータ処理構成が提供され、センサー信号を受領し、チャンバにプラズマ非拘束状態が存在する場合にはプラズマが非拘束状態であると示すデータ信号を発生させる。
【００３９】
以上の解説で理解されようが本発明の実施例はチャンバの特定処理状態を前もって知らなくてもプラズマ処理チャンバ内のプラズマ非拘束状態を迅速且つ信頼度高く検出できる。この検出の結果は、例えばプラズマ処理チャンバを自動切断し、チャンバコンポーネントへのさらなるダメージを回避することを含むプラズマ非拘束問題に対処するためのトリガー信号として利用される。
【００４０】
以上、本発明を幾つかの実施例を利用して説明したが、本発明の範囲内にはそれらの別形態、置換物および均等物が含まれる。例えば容量結合プラズマ処理チャンバを解説してきたが、本発明の実施例は誘導結合プラズマ処理チャンバおよびマイクロ波結合プラズマ処理チャンバ等の他タイプのプラズマ処理チャンバでも同様に有効である。さらに、解説した実施例は、プラズマ非拘束状態が存在するか否かを確認するためにチャンバの所定場所のリターンＲＦ電流増加を検出するピックアップコイルを使用するが、他タイプのセンサーでも利用が可能である。例えば容量センサーが採用できる。１実施例ではキャパシタがバイアアームに搭載され、１枚以上のプレートが接地部に密接に結合されている（例えばバイアアームを使用）。他のキャパシタプレートが設計プラズマ拘束容量部（ＤＰＣＶ）外部の空間に露出されるが非拘束状態でプラズマを維持することが知られている。高インピーダンスレジスタが拘束状態のチャージアップを回避するように提供できる。非拘束状態が発生するとプラズマは露出プレートに電荷を提供し、キャパシタの電圧を変える。キャパシタプレートのこの電圧変化はキャパシタプレートに接続された外部検出回路で検出できる。別例としてプラズマ非拘束状態時にチャンバの所定部分のプラズマ密度増加を検出するようにイオン密度検出器も利用できる。本発明の方法と装置の利用には数多くの別方法が存在する。よって「請求の範囲」は本発明の真の精神と範囲内のそのような変形、置換物および均等物を含むものと解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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