(57)【要約】工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置（１００）を提供する。センサ装置（１００）は、ベース（１１５）と、ベース（１１５）上又はベース（１１５）内に支持される情報プロセッサ（１３０）と、バス（１１５）上又はバス（１１５）内に支持される少なくとも１つのセンサ（１２０）とを含む。少なくとも１つのセンサ（１２０）はプラズマの電気特性を測定するように構成した少なくとも１つの感知素子（１２０Ａ）と、少なくとも１つの感知素子（１２０Ａ）に連結した少なくとも１つの変換器（１２０Ｂ）とを含む。変換器（１２０Ｂ）は感知素子（１２０Ａ）から信号を受信し、該信号を情報プロセッサ（１３０）に入力するための第２信号に変換するように構成する。
2009510699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する容量型センサと、前記容量型センサは、プラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を提供するための容量性感知素子を備えることとからなる、センサ装置。
【請求項２】
前記容量型センサが前記感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記ベースが直径１００ｍｍ〜４５０ｍｍのシリコンウエハからなり、前記センサ装置の厚さが０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記ベースがシリカ又は石英からなるリソグラフィマスク基板からなる、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記ベースがシリカ、石英、ガラス、又はポリマーからなるフラットパネルディスプレイ基板からなる、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記ベースが半導体ウエハ全体、フラットパネルディスプレイ基板全体、又はリソグラフィマスク全体を含む、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項７】
容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配列した前記容量性感知素子からなる複数の容量型センサを有する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項８】
容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配置し、前記容量性感知素子が面積０．１ｃｍ２から１０ｃｍ２になるように配列した前記容量性感知素子からなる複数の容量型センサを有する請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項９】
容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配置するとともに、前記容量性感知素子が厚さ１マイクロメートルから１００マイクロメートルの誘電性ポリマーからなる前記容量性感知素子を備える複数の容量型センサを有する請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配置し、前記容量性感知素子がポリイミド、ポリエステル、及びポリオリ(polyoly) −パラ−キシリレンからなる群から選択する誘電性ポリマーからなり、前記誘電性ポリマーが厚さ１マイクロメートルから１００マイクロメートルになるように配列した前記容量性感知素子を備える複数の容量型センサを有する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器がダイオード整流回路を有する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は、前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたＲF 電圧又は電流に比例するＤＣ電圧又は電流
を生成するダイオード整流回路を有する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１３】
前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器が電力検波回路を有し、前記電力検波回路が、
抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設した温度測定デバイスとを備える、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器が電力検波回路を有し、前記電力検波回路が、
抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設したサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１５】
前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は光学式変換器からなる、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１６】
前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は、前記感知素子からの前記信号に比例した光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを備えた光学式変換器からなる、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１７】
工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する誘導センサと、前記誘導センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成した誘導性感知素子を備えることとからなる、センサ装置。
【請求項１８】
前記誘導センサは前記感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換する、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項１９】
前記ベースは直径１００ｍｍ〜４５０ｍｍのシリコンウエハからなり、前記センサ装置の厚さは０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２０】
前記ベースは、半導体ウエハ全体、フラットパネルディスプレイ基板全体、又はリソグラフィマスク全体を含む、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２１】
前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器はダイオード整流回路を有する、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２２】
前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパス
フィルタとを有して、前記印加されたＲF 電圧又は電流に比例するＤＣ電圧又は電流を生成するダイオード整流回路を有する、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２３】
前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設した温度測定デバイスとを備える、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２４】
前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設したサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２５】
前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は光学式変換器からなる、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２６】
前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は、前記感知素子からの前記信号に比例した光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する光学式変換器からなる、請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項２７】
工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する静電荷センサと、前記静電荷センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成した静電荷感知素子からなることとを備える、センサ装置。
【請求項２８】
前記静電荷センサは前記感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換する、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項２９】
前記ベースは直径１００ｍｍ〜４５０ｍｍのシリコンウエハからなり、前記センサ装置の厚さは０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３０】
前記ベースは半導体ウエハ全体、フラットパネルディスプレイ基板全体、又はリソグラフィマスク全体を含む、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３１】
前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器はダイオード整流回路を有する、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３２】
前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し
、前記変換器は印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたＲF 電圧又は電流に比例するＤＣ電圧又は電流を生成するダイオード整流回路を有する、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３３】
前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設した温度測定デバイスとを備える、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３４】
前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設したサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３５】
前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は光学式変換器からなる、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３６】
前記静電荷センサが前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換し、前記変換器は、前記感知素子からの前記信号に比例した光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する光学式変換器からなる、請求項２７に記載のセンサ装置。
【請求項３７】
工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されるセンサであって、前記センサがプラズマの電気特性を測定するように構成する感知素子と、前記感知素子に連結するダイオード整流変換器とを有し、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換することとを備える、センサ装置。
【請求項３８】
前記変換器は、印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたＲＦ電圧又は電流に比例するＤＣ電圧又は電流を生成するダイオード整流回路を有する、請求項３７に記載のセンサ装置。
【請求項３９】
工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結するセンサと、前記情報プロセッサに連結するセンサが加工パラメータの測定値を表す電流及び電圧の出力を供給するように構成する感知素子と、電力変換器とを備え、前記電力変換器は前記感知素子からの電流及び電圧を受け取る抵抗性負荷と、前記抵抗性負荷の温度の変化を測定するように配列した温度計とを有することとを備える、センサ装置。
【請求項４０】
前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が１オームから１００００００オームの抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設するサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項３９に記載のセンサ装置。
【請求項４１】
工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されるセンサと、前記ベース内に支持されるセンサはプラズマの電気特性を測定するための感知素子と、少なくとも１つの感知素子に連結する光学式変換器とを有し、前記光学式変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第２信号に変換する、センサ装置。
【請求項４２】
前記光学式変換器は、前記感知素子からの信号に比例する光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する、請求項４１に記載のセンサ装置。
【請求項４３】
工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する光学センサと、前記光学センサはプラズマの電気特性に関係付けられるプラズマの光学特性を測定するための光学式感知素子と、前記感知素子に連結する変換器とを備えることと、前記変換器はダイオード変換器、電力変換器、及び光学式変換器からなる群から選択されることとを備える、センサ装置。
【請求項４４】
工作物を加工するための１以上のプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する容量型センサと、前記容量型センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成する容量性感知素子を備えることと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する誘導センサと、前記誘導センサは、前記センサがプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するための誘導性感知素子を備えることと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する静電荷センサと、前記静電荷センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するための静電荷感知素子を備えることとを有し、
前記容量型センサ、誘導センサ、及び静電荷センサがさらに、
（Ａ）印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたＲＦ電圧又は電流に比例するＤＣ電圧又は電流を生成するダイオード整流変換器、
（Ｂ）抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設するサーミスタ又は熱電対とを有する電力変換器、及び
（Ｃ）前記感知素子からの信号に比例する光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する光学式変換器からなる群から変換器を選択する、センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ加工システム内の電気パラメータを測定する方法及び装置に関する。より詳細には、半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ基板、及びリソグラフィマスクなどの工作物の表面処理及び改質、もしくは表面処理又は改質に使用するプラズマ加工に関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、発明者ランダル・エス・ムント、コスタス・ジェイ・スパノス、並びにメーソン・エル・フリードのために２００５年９月３０日に出願された米国特許出願番号第６０／７２２５５４号、及び発明者ランダル・エス・ムント、ポール・ディー・マクドナルド、アンドリュー・ビアーズ、メーソン・エル・フリード、並びにコスタス・ジェイ・スパノスのために２００５年１１月１６日に出願された米国特許出願番号第１１／２８１２３８号の利益を主張する。本出願は、２００５年９月３０日に出願の米国特許出願番号第６０／７２２５５４号、２００５年１１月１６日に出願の米国特許出願番号第１１／２８１２３８号、２０００年８月２２日に出願の米国特許第６，６９１，０６８号、２００1 年3 月２２日に出願の米国特許第６，５４２，８３５号、２００１年４月１９日に出願の米国特許出願第６０／２８５４３９号、並びに２００５年５月３日に出願の米国特許出願第６０／６７７５４５号に関連する。上記特許並びに出願のすべてをこの参照によりその全体をこれに組み込む。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ加工は半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ基板、及びリソグラフィマスクなどの工作物表面の改質又は処理に頻繁に使用される。プラズマ加工の条件はイオン、反応性化学種（遊離基）、及び高速中性種の複雑な混合気体を生成するように設計されて、これら物質の相互作用が工作物の表面に所望の効果を生む。例えば、半導体ウエハの表面から物質をエッチングで除去することにより複雑な電気素子及び電気回路を作るのにプラズマ加工を使用する。プラズマ加工の条件は所望のエッチングの方向性及び選択性を生じるべく慎重に制御する。
【特許文献１】米国特許出願第６，５４２，８３５号
【特許文献２】米国特許出願第６，７８９，０３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特定のプラズマが生み出す表面改質はプラズマ内の多数の基本パラメータに大幅に影響を受ける。これらパラメータには、化学種の濃度（部分的圧力）、温度（表面及びガス相ともに）及び電気的パラメータ（イオン束、イオンのエネルギー分布関数）などの変数が含まれる。多数のこれらパラメータ（例、ガス濃度及び圧力）は一般にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）及びサーボ駆動スロットルバルブなどの外部アクチュエータを使用して容易に制御することができる。他の重要なパラメータ（例、温度及び遊離基の濃度）はセンサシステム（例、熱電対及び発光分光分析装置（ＯＥＳ））を加工ツールに取り付けることで観察又は測定可能である。イオン束及びイオンエネルギーなどの残りの重要なパラメータの集合は、直接的に制御することも、監視することも、比較的に困難である。
【０００４】
これら重要な電気パラメータをプラズマ加工チャンバで測定することが困難である主な理由は、パラメータが印加する駆動力（ＲＦ電力）と加工チャンバ内の局所的な物理状態との複雑で非線形的な相互作用の結果に生じるためである。例えば、イオン濃度が局所的に高くなるとＲＦ電力流の局所的な増大を招くことがあり、さらにはそれによってイオン濃度が高まる。この相互作用とフィードバックのためにプラズマの条件がひどく不均一で
安定しないことになりうる。単独の局所的な測定でプラズマの状態を適切に特徴付けることは一般に不可能である。
【０００５】
プラズマの電気的パラメータは多様なセンサ及び方法で測定されている。このようなセンサ及び方法には、バイアスプローブ（電圧又は周波数掃引）、ウォールプローブ（掃引周波数）、発光法（光量測定及びドップラー）、マイクロ波吸収、及び受動電極（ＳＰＯＲＴ、ＣＨＡＲＭ）が含まれる。
【０００６】
これらセンサの種類及び方法論はそれぞれ、それをプラズマ加工のモニタリングに日常的に利用できなくする、より重大な欠点を少なくとも１つ有する。共通する欠点のいくつかは、センサが許容できないほど侵入的であること（局所的なプラズマの状態を過度に変えてしまう、又は局所的なプラズマの状態と過度に相互作用する）、又は空間分解能に乏しい総合的な測定しか提供できないことである。現在利用できる技術の一部で見受けられる別の欠点は、必要な計装が複雑で高感度であるためコストが高いことである。
【０００７】
半導体基板、フラットパネルディスプレイ基板、及びリソグラフィマスク基板など、これだけに限定されないが、こうした基板のプラズマ加工で使用されるようなプラズマ加工パラメータを測定する改良された方法及び装置の必要がある。より詳細には、プラズマ密度、プラズマの均一性、イオンエネルギー分布、電子エネルギー分布、イオン束、及びイオンエネルギーなどの加工パラメータを測定する改良された方法及び装置に対する需要がある。
【０００８】
本発明の目的は、工作物を加工するプラズマの電気特性の測定に関係する１以上の問題を克服できる方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によると、センサ装置を使用してプラズマの電気特性を測定する方法が提供される。測定値は加工及び加工ツールのモニタリング、制御並びに最適化などの用途に合ったデータを含む。本発明の別態様は、工作物を加工するプラズマの電気特性を測定するセンサ装置を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図面の要素は簡略化して分かりやすくするために図示されており、必ずしも縮尺どおりに描かれているわけではないことは当業者には理解される。例えば、図面の要素のいくつかの寸法を他の要素に比べて大きく描いて、本発明の実施例をよりよく理解できるようにしている。
【００１１】
本発明は、プラズマ加工を利用して工作物を加工するための加工パラメータの測定に関係する。本発明の実施例の作用を、主に、半導体ウエハ、リソグラフィマスク基板、又はフラットパネルディスプレイ基板の加工の状況において以下に記載する。しかし、本発明による実施例は、プラズマ加工条件及びプラズマ加工中に発生する加工条件、もしくはプラズマ加工条件又はプラズマ加工中に発生する加工条件の時間的及び空間的変動、もしくは時間的又は空間的変動を受ける可能性のある工作物に係わる基本的にあらゆるプラズマ加工工程のプラズマ加工特性の測定に利用できることは理解されるべきである。以下図面の説明において、図面に共通して実質的に同じ要素又はステップを呼ぶ場合、同じ参照番号を使用している。
【００１２】
ここで、本発明の一実施例によるセンサ装置１００のブロック図を示す図１を参照する。センサ装置１００は、工作物をプラズマ加工するための加工パラメータを測定するように構成する。センサ装置１００はさらに、情報を送受信するように構成する。説明のため
に、図１は本発明の実施例との通信に使用できる外部通信機器１６０も示す。
【００１３】
センサ装置１００はベース１１５と、センサ１２０、好適には複数のセンサ１２０と、情報プロセッサ１３０と、内部通信機器１４０と、電源１５０とを含む。センサ１２０、情報プロセッサ１３０、内部通信機器１４０、及び電源１５０はベース１１５上又はベース１１５内に支持する。センサ１２０は、センサ１２０が生成する信号を情報プロセッサ１３０への入力として供給できるように情報プロセッサ１３０と接続する。情報プロセッサ１３０は、情報プロセッサ１３０からの情報及びデータを内部通信機器１４０に転送できるように内部通信機器１４０と接続する。好適な実施例では、情報プロセッサ１３０は、情報プロセッサ１３０と内部通信機器１４０との間で双方向の情報転送ができるように内部通信機器１４０と接続する。
【００１４】
センサ１２０はベース１１５に装着する個別のセンサデバイスを含んでもよい。あるいは、センサ１２０はベース１１５の一部として製作してもよい。すなわち、ベース１１５の集積部としてセンサ１２０を製作するように、ベース１１５を加工してもよい。センサ１２０はプラズマ加工及び加工ツールを表す１以上のプラズマ加工パラメータに比例する電気信号を供給するように設計する。半導体加工及びフラットパネルディスプレイ加工などの用途に重要な加工パラメータの例は、高周波（ＲＦ）電磁界、プラズマ電位、イオン束、光などの電磁束、及び加工に利用するプラズマが影響するあらゆる加工パラメータを含む。代表的なセンサの種類の例は、プラズマ電位の測定及びイオン束測定用の規定領域プローブ、エッチングレート測定用のＶａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ４探針法、プラズマ電位測定用の絶縁型電界トランジスタ、並びにイオン束測定及びＲＦ電磁界測定用の電流ループを含む。センサの数と種類は具体的な用途及び加工の要件に基づいて選択する。
【００１５】
本発明の好適な実施例では、センサ１２０は感知素子１２０Ａと変換器１２０Ｂとを有する。感知素子１２０Ａは、測定する加工パラメータに反応して、感知素子１２０Ａが加工パラメータの大きさに比例する信号など、プラズマ加工パラメータに比例する信号を生成するように構成する。変換器１２０Ｂは感知素子１２０Ａと接続して、感知素子１２０Ａからの信号を受信する。変換器１２０Ｂは感知素子１２０Ａからの信号を、情報プロセッサ１３０が受信するように構成する信号に変換する。
【００１６】
本発明のさらに好適な実施例では、感知素子１２０Ａと変換器１２０Ｂは、センサの動作を改良するように構成する。感知素子は測定する加工パラメータにより効果的に適応するように構成し、変換器は感知素子からの信号を変換して、情報プロセッサの信号測定の要件に応じられるように構成する。本発明のいくつかの実施例では、センサ装置１００は工作物の加工に利用する重要なプラズマパラメータを実質的に侵害せずに測定するように構成する。かかる実施例では、センサ１２０は感知素子１２０Ａをプラズマに直接電気接続しなくてもいいように構成する。  本発明の実施例のいくつかの用途では、感知素子の出力をより簡単に又はより正確に測定できるような形に変換する必要がある、あるいはそうするのが望ましい。例えば、測定回路がＤＣ電圧の測定のため最適化されているのに、あるセンサの種類の出力（例、容量性電流）は交流ＲＦ電圧の場合がある。このような場合、本発明の一実施例は、感知素子の原出力を情報プロセッサが適応できる測定しやすい形に変換するのに使用する変換器を含む。本発明のいくつかの実施例では、変換器はセンサの出力を適切な測定範囲に応じて増減するためにも使用できる。適切な変換器回路の選択は、使用する感知素子と測定回路の両方に左右される。本発明のいくつかの実施例では、変換器回路をセンサに組み込むことができる。本発明のいくつかの実施例では、感知素子と変換方法及び変換コンポーネントを、ある加工パラメータの測定のため最適化した独立要素として扱う。
【００１７】
本発明の一実施例では、センサ装置１００はＲＦ電流又はＲＦ電圧を測定するように構
成した複数のセンサ１２０を含む。適したセンサの例は容量型センサである。より具体的には、センサ１２０は容量性素子を有する感知素子１２０Ａを含む。この実施例の場合、センサ１２０は、プラズマからプラズマシースを通りベース１１５に入る高周波電流の流れに直列となるようにセンサ装置１００の一部として構成する。容量性素子は、プラズマの摂動を最小限にするように相対的なリアクタンスを低く設計する。より具体的には、容量型センサの好適な実施例は、プラズマのインピーダンスの局所的な増加を最小限に抑えるように構成する。本発明の別の実施例の選択肢として、センサ装置１００は、２つの隣接する容量性素子をつないで局所的な高周波電圧を外挿するように形成した１以上の差動容量型センサを含む。
【００１８】
本発明の別の実施例では、センサ装置１００はＲＦ電流を測定するように構成した複数のセンサ１２０を含む。適したセンサの例は誘導センサである。より具体的には、センサ１２０は、感知コイルとして透磁性の材料の閉ループ、及び透磁性ループを環状に巻いた第２導電コイルなどの誘導コイルを有する感知素子１２０Ａを含む。すなわち、本発明の一実施例は芯が透磁性の材料の環状コイルを含む。透磁性の材料のループをベース１１５の表面に実質的に平行に向けることによって、プラズマからの高周波電流がループを通過する。高周波電流は透磁性の材料の閉ループ内に交流磁場を含む。交流磁場は感知コイル内に電流の流れを含む。第２導電ループ内の電流が変換器１２０Ｂに印加される。
【００１９】
本発明の別の実施例では、センサ装置１００は、静電荷を測定するように構成した複数のセンサ１２０、すなわち静電荷センサを含む。より具体的には、センサ１２０は静電荷に反応する感知素子１２０Ａを含む。ある構成では、感知素子１２０Ａは金属層などの導電体と半導体層などの半導体の層を含む。導電体は半導体の表面の近くにするが、電気的には半導体から絶縁する。一実施例の選択肢として、導電体と半導体は電気絶縁材料の層によって分離する。この構成では、導電体に集まる電荷が半導体の導電率を加減できる。変換器１２０Ｂは半導体の導電率を測定するように構成する。実施においては、加工パラメータを測定するプラズマに曝されると導電体に電荷が集まる。集まる電荷の大きさを判定するために半導体の導電率を測定する。本発明のいくつかの実施例の選択肢として、導電体と半導体の間に様々な厚さの誘電体をもつ半導体層に差動測定を行って、電荷と電位の推定値を出すことができる。
【００２０】
本発明のさらに別の実施例では、センサ装置１００はプラズマからの発光を測定するように構成した複数のセンサ１２０、すなわち、発光センサを含む。より具体的には、センサ１２０は発光強度に反応する感知素子１２０Ａを含む。感知素子１２０Ａは、プラズマからの発光に反応して抵抗の変化を受ける感光材料を含む。抵抗の変化は局所的なプラズマ密度及び局所的なイオン密度などのプラズマの特性に相関する。本発明のいくつかの実施例の選択肢として、感知素子１２０Ａはさらにプラズマからの光をフィルタリングして、問題の様々な波長を選択的に許可又は禁止する光学フィルタを含む。随意で、感光材料の特性は、感光材料の波長応答が可視スペクトルを越えるように選択してもよい。
【００２１】
本発明の好適な実施例は、センサ装置１００の各センサ位置で、もしくはその付近で、変換器１２０Ｂに次の変換器回路のうちの１以上を利用する。すなわち、ダイオード整流回路、電力検波回路、光学式変換回路、及び抵抗測定回路である。ダイオード整流回路の場合、前述したように、容量性もしくは誘導性感知素子に誘導される高周波電圧又は高周波電流を、ダイオードを通して高抵抗負荷などの高インピーダンスに接続して、ピーク間の高周波電位を測定する。あるいは、容量性感知素子又は誘導性感知素子で誘導される高周波電圧又は高周波電流を低インピーダンス負荷に接続して、局所的な高周波電流を測定する。別の実施例では、同一のセンサ素子を値の異なるインピーダンスに接続することにより、非線形のプラズマ電流・電圧特性を測定できるようにする。本発明の別の実施例の選択肢として、感知素子からの信号を抵抗性、誘導性、及び容量性の性質をもつ複合的な
負荷に印加して、周波数感度の測定を行えるようにしてもよい。
【００２２】
電力検波回路のために、変換器１２０Ｂは抵抗器と、サーミスタなどの温度測定デバイスが抵抗器の温度を測定できるように連結した温度測定デバイスとを含む。感知素子１２０Ａで誘導される高周波電流（ＲＦ又は直流のいずれか）を抵抗器に連結する。電流は抵抗器の加熱を引き起こし、これは電流の２乗に抵抗器の抵抗を掛けた積で求められる。また抵抗性素子の温度上昇を温度測定デバイスを使って検知する。好適には、温度測定デバイスは抵抗器から電気的に絶縁する。
【００２３】
変換器１２０Ｂが光学式変換回路を有する本発明の実施例は、変換回路が発光ダイオードを含むことが好ましい。感知素子１２０Ａから電流信号を受信するように、発光ダイオードを感知素子１２０Ａに接続する。発光ダイオードが放出する光の強度は発光ダイオードが受け取る電流に比例する。変換器１２０Ｂはさらにフォトレジスタ又はフォトダイオードなどの光検出デバイスを含む。光検出デバイスは、発光ダイオードが発する光を測定して、発光ダイオードが発する光に比例した電流を生成できるように構成する。光測定デバイスからの電流を前述したように情報プロセッサに印加する。
【００２４】
測定する性質に比例したインピーダンスを供給するように構成した感知素子１２０Ａを使用する本発明のいくつかの実施例では、変換器１２０Ｂをインピーダンス測定回路に組み込む。好適な実施例では、多数のセンサで測定するために、変換器１２０Ｂを、本発明者の所有する米国特許第６，５４２，８３５号及び米国特許第６，７８９，０３４号に説明するのと実質的に同じクロスポイントネットワークのノードとして構成する。米国特許第６，５４２，８３５号及び米国特許第６，７８９，０３４号の内容はこの参照によりその全体を本明細書に組み込む。  本発明の好適な実施例では、感知素子１２０Ａは電流、電圧、及びＲＦ電流などの出力信号を生成する。感知素子１２０Ａからの出力信号を変換器１２０Ｂに連結して、変換器１２０Ｂで感知素子１２０Ａからの出力信号を測定する加工パラメータに比例する電気抵抗の変化に変換する。変換器１２０Ｂは抵抗器のクロスポイントネットワークのノードとして組み込む。本発明者の所有する米国特許第６，５４２，８３５号及び米国特許第６，７８９，０３４号で説明するように、変換器１２０Ｂが生成する抵抗の変化は抵抗器のクロスポイントネットワークを使って測定する。さらに好適な実施例では、クロスポイントネットワークは値が分かっている基準抵抗器を含む。このようなクロスポイントネットワークの詳細は、本発明者の所有する米国特許第６，５４２，８３５号及び米国特許第６，７８９，０３４号に記載される。
【００２５】
センサ１２０の電気出力は情報プロセッサ１３０に印加して、そこで多数の方法でデジタル化してもよい。本発明の一実施例では、センサ１２０からの電気出力は直流電圧を有する。センサ装置１００は、ベース１１５の表面に分散する多数のセンサ１２０からのデータ取得を可能にするために使用するアナログ・マルチプレクサを含む。既知の抵抗の両端に発生する電圧をモニタリングすることによって、電流の流れを測定できる。別の実施例では、センサ装置１００は、センサ１２０に内蔵する、又はセンサ１２０のすぐ近くに配置する個別のＡ／Ｄ回路を含む。このような実施例では、測定するパラメータをデジタル形式で電子機器モジュール１３０に送信する。
【００２６】
測定するパラメータに反応して静電容量の変化を生じるセンサの場合、既知の電流源又はインピーダンスから充電する結果として確立される２つの電圧状態間の遷移に必要な時間を判定することによって、測定値を得ることができる。あるいは、既知の静電容量を使って作った容量分割器回路を既知の大きさの交流電圧で駆動し、分割された信号の大きさを使ってセンサの測定値を導くことができる。
【００２７】
電源１５０を情報プロセッサ１３０と接続して、情報プロセッサ１３０に電力を供給す
る。電源１５０を内部通信機器１４０と接続して、内部通信機器１４０に電力を供給する。本発明の実施例はセンサ１２０の作動に電力を要するセンサ１２０を含むことがある。これら実施例の場合、電源１５０をセンサ１２０と接続して、センサ１２０に電力を供給する。本発明のいくつかの実施例では、感知素子１２０Ａが作動させるのに電力を要することがあり、又は変換器１２０Ｂが作動させるのに電力を要することがある。代替実施例では、センサ１２０は電力を必要としない。そのため、かかる実施例には電源１５０との接続が必要ない。
【００２８】
情報プロセッサ１３０はコンピュータのような情報処理能力をもつ。情報プロセッサ１３０は好適には、中央処理装置、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、及びフィールド・プログラマブル・ゲートアレイなどの情報処理デバイスを含む。本発明の好適な実施例は、マイクロプロセッサを内蔵する情報プロセッサを有する。本発明の実施例で使用するのに適したマイクロプロセッサは多数ある。マイクロチップ・テクノロジー社は本発明の実施例に適した多数のマイクロプロセッサを製造している。市販されるマイクロプロセッサの一部は信号調整及び入力信号のアナログデジタル変換が可能である。
【００２９】
内部通信機器１４０は情報プロセッサ１３０から受信した情報及びデータを図１に示す外部通信機器１６０などの受信機に送信できる送信機である。好適には、内部通信機器１４０は、外部通信機器１６０に情報を無線で送信できるように構成する。情報プロセッサ１３０と内部通信機器１４０を双方向の情報転送をするように連結する実施例の場合、内部通信機器１４０は送信機からの情報を受信することに加えて、情報を受信機に送信できることが好ましい。
【００３０】
ここで、プラズマチャンバ１７０で使用する、本発明の一実施例によるセンサ装置１００を示す図２を参照する。センサ装置１００は工作物ホルダ１７５に支持する。プラズマ加工のプラズマ１８０に関連する加工パラメータの空間的及び時間的、もしくは空間的又は時間的測定をするために、センサ装置１００をプラズマ１８０に曝す。プラズマチャンバ１７０は、半導体ウエハ及びフラットパネルディスプレイ基板などの工作物の加工に通常使用する種類のプラズマチャンバと実質的に同じである。プラズマ１８０は工作物の加工に使用する代表的なプラズマ源を使用して生成できる。プラズマチャンバ１７０は工作物を装填及び取り出すためのロボットハンドラをそれに連動させるのが一般的である（図２ではロボットハンドラは図示せず）。好適な実施例では、センサ装置１００は、工作物を装填及び取り出すロボットハンドラを基本的に同じように使って、加工チャンバ１７０に装填し、加工チャンバ１７０から取り出せるように構成する。
【００３１】
ここで、本発明の一実施例によるセンサ装置２００の上面図を示す図３を参照する。センサ装置２００は工作物をプラズマ加工するためにパラメータデータを測定できるように構成する。センサ装置２００はベース１１７と、複数のセンサ１２０、例えば図３で示す９つのセンサと、電子機器モジュール２１０と、センサ１２０と電子機器モジュール２１０を接続する金属線２１５とを含む。センサ１２０と電子機器モジュール２１０はベース１１７上又はベース１１７内に支持する。
【００３２】
電子機器モジュール２１０は電子コンポーネントを含み、好適には印刷回路基板などの支持構造上に収容するか、又はハウジング内に収容する（図３では印刷回路基板とハウジングは図示せず）。好適な実施例では、電子機器モジュール２１０は情報プロセッサと情報プロセッサの動作に必要な追加電子コンポーネントとを収容する。一般的に、電子機器モジュール２１０は情報プロセッサと、情報プロセッサの電源と、内部通信機器とを収容するであろう。電子機器モジュール２１０の電子コンポーネントは図１で説明した実施例で説明するものと実質的に同じである。より具体的には、電子機器モジュール２１０は、例えば無線通信用のコンポーネントなど、情報を送受信するためのコンポーネントも収容
してもよい。センサ１２０を情報プロセッサと接続して、センサ１２０が生成する信号を情報プロセッサへの入力として供給できるようにする。
【００３３】
随意で、半導体加工用途向けの本発明のいくつかの実施例の場合、ベース１１７は半導体ウエハを有し、好適にはシリコンウエハ又はガリウムヒ素ウエハなどの実質的に完全な半導体ウエハを有する。同様に、フラットパネルディスプレイ用途の場合、ベース１１７はフラットパネルディスプレイ基板を有することができる。リソグラフィマスク用途の場合、ベース１１７はリソグラフィマスク基板を有することができる。好適な実施例では、ベース１１７は半導体ウエハ、リソグラフィマスク基板、及びフラットパネルディスプレイ基板などの構造である。一般的に、ベース１１７は工作物を実質的に似るように構成する。より具体的には、ベース１１７は工作物を有する。
【００３４】
本発明の別の実施例の上面図を示す図３Ａを参照しない。図３Ａに示す実施例は基本的に図３に示すものと基本的に同じであるが、図３Ａの実施例はセンサをクロスポイントネットワークに接続するように構成する金属線２２０及び２２５を含む点が異なる。より具体的には、センサの変換器をクロスポイントネットワークのノードとして接続する。適するクロスポイントネットワークの詳細は、本発明者の所有する米国特許第６，５４２，８３５号及び米国特許第６，７８９，０３４号に説明している。
次に、感知素子の例を製造する好適な方法の例と、本発明の実施例の好適な感知素子の構成例を提示していく。
【００３５】
容量性感知素子
ここで図４Ａを参照する。本発明による容量性感知素子の例示的な構成を断面図で図４Ａに示す。容量性感知素子は面積が分かっている平面導電性電極３００を含む。電極３００の材料と表面積は、測定する加工条件に適合するように選択する。導電性電極３００はプラズマに間接的に曝すか、又は好適な実施例では図４Ａに示すように薄い不活性の誘電材料３０２でプラズマから保護するかのいずれかでよい。誘電体３０２に適する材料の例はＫＡＰＴＯＮである。感知素子は電極３００とベース３２０の下に配設する第２の平面導電性電極３０４も含む。ベース３２０は電極３０４の支持体となる。ベース３２０と電極３０４は、それらが低インピーダンス接触をなすように連結する。好適には、ベース３２０は半導体ウエハからなる。本発明のいくつかの実施例では、電極３００は０．１ｃｍ２から１０ｃｍ２の範囲の面積を有する。０．１ｃｍ２から５ｃｍ２までの電極の面積が特に有用である。電極の形状はエッジ効果を最小限に抑えるために円形とするか、又はベースの特定の周囲で問題のパラメータを測定できるように細長くしてもよい。
【００３６】
感知素子は、導電性電極３００と導電性電極３０４の間に配置する特性の分かっている誘電材料３１０も含む。誘電材料３１０の厚さと材料は容量性リアクタンスを最小限に抑えながら、許容可能な電圧破壊値を備えるように選択する。ポリイミド、ポリエステル、及びｐｏｌｙｏｌｙ−パラ−キシリレンなど特徴が十分に分かっており制御されたポリマー材料が、誘電材料３１０に好ましい材料の例である。本発明のいくつかの実施例では、誘電材料の厚さは１マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲である。より好適には、誘電体の厚さの範囲は１０マイクロメートルから５０マイクロメートルである。この範囲が特に好ましい値である。
【００３７】
ここで、図４Ａに示す感知素子などの容量性感知素子３２２の電気接続図を示す図４Ｂを参照する。容量性感知素子３２２は変換器３２４と接続しているところが示されており、変換器３２４も電気接続図として提示される。変換器３２４は本発明の一実施例によるダイオード変換器の例を示す。図４Ｂは抵抗性負荷と、ダイオードと、コンデンサとを備える変換器３２４を示す。本発明の好適な実施例は、感知素子のインピーダンスにより生じるプラズマの摂動を、導電性電極とベース３２０の間に既知の抵抗を組み込むことによ
って最小限に抑える。この点は、本発明のいくつかの実施例の価値ある特徴である。並列抵抗の、抵抗の大きさは、プラズマの摂動を最小限に抑えながら、コンデンサで生成される電圧を測定回路に適した値に増減するように選択する。上記述べた寸法のセンサの場合、１０オームから１０００オームまでの抵抗値を使用することになろう。
【００３８】
ベースに低インピーダンス接続をすることによって、容量型センサの一貫性のある再現可能な動作を改善する。この低インピーダンス接続は、ベース３２０と導電性電極３００に対向して形成される導電性電極３０４の直接的な（オーム性）接触によるか、又は極薄誘電材料を使用することによって形成する容量性接続のいずれかによって作ることができる。オーム性接触は、ベースへのはんだ付け接続又は導電接着剤による接続を使用することによって形成できる。容量性接続はベースと電極に対向して形成される導電層の間に薄い（＜５マイクロメートル）安定した隙間を確保することによって形成できるであろう。
【００３９】
許容可能な測定値を提供するのに、電極の面積、形状、及び材料の特定の組み合わせを数多く利用できるであろう。同様に、幅広い範囲の誘電材料、厚さ、接続方法を利用できるであろう。本発明の好適な実施例では、これらの変数を次の設計基準のうちの１以上を満たすように選択する。基準とはすなわち、センサ近傍のプラズマの状態の摂動を最小限に抑えること。測定回路に適合した信号の振幅を提供すること。安定した再現性のある構造を作るとともに、半導体デバイス製造の清浄度標準に適合する材料及びプロセスを使用した製作が可能であること。
【００４０】
また、図４Ａ，４Ｂに説明するような容量性素子は本質的に、導電性電極３００と導電性電極３０４が形成するようなコンデンサの電極の表面に垂直なＲＦ（変位）電流に影響を受けやすいことは理解される。また、図４Ａ，４Ｂに説明するもののような容量性素子は本質的に、コンデンサの電極の表面に垂直なＲＦ電界に影響を受けやすいことは理解される。
【００４１】
本発明の別の実施例は、工作物を加工するためのプラズマ加工の１以上の方向依存性電気特性を測定するセンサ装置である。ここで、プラズマの１以上の特性を２以上の方向について測定するセンサ装置を示す図４Ｃを参照する。図４Ｃは、主にセンサ装置の上面の斜視図を示す。センサ装置はベース３４２と、ベース３４２上又はベース３４２内に支持される情報プロセッサ３４３と、ベース３４２上又はベース３４２内に支持されて、情報プロセッサ３４３に連結する複数の容量型センサとを有する。センサは、プラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成する１以上の容量性感知素子を備える。３つの容量型センサからなるグループの容量性感知素子３４６Ａ、３４６Ｂ、３４６Ｃは、各々が他の容量型センサ素子の各々の面に実質的に垂直な面に置かれるように向ける。さらに、容量性感知素子３４６Ａは、ベース３４２の表面に実質的に平行な面に置かれるように向ける。選択肢として、本発明の実施例は、３つのセンサからなる２以上のグループを含む。本発明の別の実施例は、１グループを２つのセンサだけにして、グループ内の２つだけの感知素子を互いに垂直に向けて配列してもよい。
【００４２】
電界などのプラズマ特性を測定するように構成した本発明の実施例の好適な配列では、容量型センサ又は少なくとも感知素子をベース上又はベース内に、ベースの表面と垂直な方向以外の方向の電界を測定できるように様々な向きで製作し取り付ける。同様に、容量型センサを使用して電流を測定するように構成した本発明の実施例では、容量型センサ又は少なくとも感知素子を、基板の表面に垂直な方向以外の方向の電流も測定できるように様々な向きで取り付ける。
【００４３】
本発明のいくつかの実施例の選択肢として、微小電気機械システム、表面実装、及びハイブリッドアセンブリに利用するような技術を使用して、３つの容量型センサからなるグ
ループを互いに非常に接近させて製作できる。好適には、グループ内の容量型センサの１つをベースの表面と実質的に同一平面になるように配列し、各グループの容量型センサをグループ内の他の２つの容量型センサに垂直にして、あらゆる方向の電界及び電流などのプラズマ特性を捕捉し、そのＸ、Ｙ、Ｚ成分から分析できるように配列する。
【００４４】
誘導性感知素子
ここで、本発明による誘導性感知素子の例示的な構成の断面図を示す図５Ａを参照する。誘導性感知素子は、透磁率の高い材料製のリング３５２又はループを含む。図５Ａではリング３５２の断面を示す。囲み面積と断面積で表されるリング３５２の寸法は、リング３５２を通過するＲＦ電流がリング３５２内に磁束を誘導するように選択する。すなわち、本発明の一実施例は、芯が０．１ｃｍ２から１０ｃｍ２までの面積を囲む透磁性材料の閉鎖リングを有する、誘導コイルを備える誘導性感知素子を含む。０．１ｃｍ２から５ｃｍ２までの好ましい囲み面積が一般的に許容可能な性能を提供する。リングの材料は通常鉄及びニッケル又はそれらの合金などの強磁性素子を利用する。これら磁性材料は金属ワイヤ又は金属箔どちらの形態でも使用でき、又はフェライト組成の酸化物として使用できる。
【００４５】
誘導性感知素子は、リング３５２の磁束を環状に取り囲む少なくとも１つのループを形成する導電性感知コイル３５４も含む。誘導リングで誘導される磁束の変化が、感知コイル３５４内の電流の流れを誘導する。そこでこの電流を、リング３５２で囲む面積を流れるＲＦ電流の流れの指標としてモニタリングする。図５Ａはリング３５２を支持するベース３５６と、リング３５２を実質的に覆う誘電体３５８の被覆も示す。
【００４６】
ここで、図５Ａに示すもののような誘導性感知素子３６０と、本発明の一実施例による変換器３７０の電気接続図を示す図５Ｂを参照する。変換器３７０はダイオード変換器を有する。図５Ｂはリング３５２と感知コイル３５４を示す。誘導センサの好適な実施例は、感知コイル内で誘導される電流に測定可能な電圧を生成させる抵抗性負荷素子も含む。リングの囲み面積、感知コイルの巻数、及び負荷抵抗値は、測定回路に適合する電圧を生成するように選択する。図５Ｂは抵抗性負荷、ダイオード、及びコンデンサを備える変換器３７０を示す。
【００４７】
誘導性素子は本質的に、コイルの電気ループの領域に垂直なＲＦ磁場に影響を受けやすい。このため、図５Ａに描く例は、ベースの表面に平行なコイルの面と同一平面のＲＦ磁場に影響を受けやすい。本発明の別の実施例は、ベースの表面に平行な方向以外の方向のかかる磁場をモニタリングするように配列したセンサ装置を有する。より具体的には、本発明の実施例は、ベース上又はベース内に様々な向きで製作及び取り付ける誘導性感知素子を含む。
【００４８】
ここで、プラズマの１以上の特性を２以上の方向について測定するセンサ装置を示す図５Ｃを参照する。図５Ｃは、主にセンサ装置の上面の斜視図を示す。センサ装置はベース３６５と、ベース３６５上又はベース３６５内に支持される情報プロセッサ３６５Ａと、ベース３６５上又はベース３６５内に支持されて、情報プロセッサ３６５Ａに連結する複数の誘導センサとを有する。センサは、プラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成した１以上の誘導性感知素子を備える。３つの誘導センサからなるグループの誘導性感知素子３６６Ａ，３６６Ｂ，３６６Ｃは、他の誘導センサ素子の各々の面と実質的に垂直な面に置かれるように向ける。さらに、誘導性感知素子３６６Ａは、ベース３６５の表面に実質的に平行な面に置かれるように向ける。選択肢として、本発明の好適な実施例は３つのセンサからなる２以上のグループを含む。本発明の別の実施例は、１グループ内のセンサを２つだけにして、グループ内の２つだけの感知素子を互いに垂直に向けるように配列してもよい。
【００４９】
本発明のいくつかの実施例の選択肢として、微小電気機械システム、表面実装、及びハイブリッドアセンブリで使用するもののような技術を利用して、３つの誘導センサからなるグループを互いに非常に接近させて製作することができる。好適には、グループ内の誘導センサの１つを、ベースの表面と実質的に同一平面になるように配列する。各グループ内の誘導センサは、各センサの感知素子をグループ内の他の２つの誘導センサに垂直にして、あらゆる方向のプラズマ特性を捕捉し、そのｘ，ｙ，ｚ成分から分析できるように配列する。
【００５０】
本発明の好適な実施例はベースと、情報プロセッサと、平面コイルを有する誘導センサとを含む。環状コイルではなく平面コイルを利用する利点は、製作の簡便性が高まることである。本発明の実施例のいくつかに関係する具体的な用途は、基板の表面と実質的に同一平面になるように配列し、基板の表面に垂直なＲＦ磁場成分を検知するように構成した平面コイルの利用を伴う。かかる磁場成分は通常望ましくないプラズマの不均一性及び漏れ磁場効果に関連する。別の実施例では、平面コイルはベースの表面と同一平面ではなく、平面コイルをベースの表面に実質的に平行な面に置く。
【００５１】
許容可能な測定値を提供するのに、囲み面積、形状、及び材料の特定の組み合わせが数多く利用できるであろう。同様に、幅広い範囲の導電性コイル材料、厚さ、及び数又は巻数を利用できるであろう。本発明の好適な実施例では、これらの変数は次の設計基準の１以上を満たすように選択する。基準とはすなわち、センサ近傍のプラズマの状態の摂動を最小限に抑えること。測定回路に適合した信号の振幅を提供すること。そして、安定した再現性のある構造を作るとともに、半導体デバイス製造の清浄度標準に適合する材料及びプロセスを使用した製作が可能であること。
【００５２】
静電荷感知素子
本発明による静電荷感知素子の例示的な構成は、電圧勾配など、印加される電界の存在下で測定可能な変化を受ける材料又は構造を含む。適した材料の例は、印加電界が材料内の可動電荷の動きを生じさせて皮相抵抗の変化を引き起こす半導体である。適切な感知素子の一例は、印加電界が弾性プレートの偏向を生じさせることのできる弾性プレート構造を有する。
【００５３】
ここで、本発明の一実施例による静電荷感知素子の断面図を示す図６Ａを参照する。図６Ａはプラズマも示す。電荷感知素子は１以上のプラズマのパラメータを測定するように配置する。静電荷感知素子は、弾性導電体３７２と、導電体３７３と、ベース３７４と、誘電体３７６とを含む。導電体３７３はベース３７４に固定して装着する。導電体３７２は、導電体３７２と導電体３７３の間に空隙３７８を形成するように、誘電体３７６の一部で導電体３７４と実質的に向かい合わせに支えて置く。この構成では、導電体３７２と導電体３７３の間に印加される電位により、導電体３７２は導電体３７３に対して偏向する。導電体３７２の偏向により、導電体３７２と導電体３７３の間の静電容量に測定可能な変化が生じることになる。随意で、導電体３７２は印加電界に反応して偏向を生じるだけの十分な弾性があるメタルシート、金属板、又は金属膜を有してもよい。導電体３７３はメタルシート、金属板、又は金属膜を有してもよい。
【００５４】
ここで、本発明の別の実施例による静電荷感知素子を示す図６Ｂを参照すると、感知素子は軽くドーピングした半導体基板４００上に間隔をあけた２つの電気接点３８０，３９０を含む。２つの電気接点の間の領域の誘電絶縁層４２０の上に分離した導電板４１０を置く。導電板４１０上に現れる電圧又は電位が下にある半導体基板４００に空乏又は反転を誘導して、この層の皮相抵抗に測定可能な変化を引き起こす。許容可能な結果を出すために、多様な材料及び構成方法を利用できる。
【００５５】
本発明のいくつかの実施例は導電板４１０を利用する必要がない。プラズマが絶縁層４２０の表面に電荷を誘導できるが、これは半導体基板４００の導電率の加減にも効果があるからである。
【００５６】
次に、変換器の例を製作する好適な方法の例と、本発明の実施例の好適な変換器の構成の例を提示していく。
ダイオード整流変換器
本発明の一実施例は、前述したように、図４Ｂの変換器３２４に示すダイオード整流回路及び図５Ｂの変換器３７０に示すダイオード整流回路などのダイオード整流回路を備える変換器を有するセンサ装置を含む。
【００５７】
ここで、変換器１２１Ｂを感知素子１２０Ａと情報プロセッサ１３０の間に連結する構成の図を示す図７を参照する。変換器１２１Ｂは、感知素子１２０Ａから印加されるＡＣ（ＲＦ）電圧又はＡＣ（ＲＦ）電流を整流して、整流電圧又は電流にするように構成した半導体接合ダイオード５００を含むダイオード整流回路を有する。変換器１２１Ｂはさらに単純なローパスフィルタ５１０を含む。整流電圧又は電流は単純なローパスフィルタ（例、ＲＣ）を通過すると、印加されたＲＦ電圧に比例するＤＣ電圧又は電流になる。この種の変換器は容量性感知素子及び誘導性感知素子などの多様な感知素子に適合し、測定する加工パラメータに比例する電流出力を供給する。ローパスフィルタする成分を適切に選択すれば、センサの皮相インピーダンスを制御する（例えば、局所プラズマ状態の摂動を最小限に抑える）とともに、変換した信号の振幅を情報プロセッサの測定回路に適合するように増減できる。本発明の別の実施例はダイオード整流回路を感知素子に容量結合する方法を採用して、ＤＣ電流路の損傷の可能性をなくす、又は測定回路を過剰な電圧から隔離する。
【００５８】
電力検波変換器
本発明の別の実施例は、前述したように、電力検波回路を備える変換器を有するセンサ装置を含む。ここで、変換器１２２Ｂを感知素子１２０Ａと情報プロセッサ１３０の間に連結する構成の図を示す図８を参照する。変換器１２２Ｂは、抵抗器などの抵抗性負荷５２０と、熱電対及びサーミスタ又は別のタイプの温度計などの温度測定デバイス５３０を含む電力検波回路を有する。抵抗性負荷５２０及び温度測定デバイス５３０は、抵抗性負荷５２０の温度を温度測定デバイス５３０で測定できるように構成する。
【００５９】
一実施例では、抵抗性負荷５２０と温度測定デバイス５３０は、熱伝導による温度測定の場合温度測定デバイス５３０が抵抗性負荷５２０に物理的に接触すると温度測定値が得られるように配列する。他の構成も可能であることは理解されるべきである。例えば、温度測定デバイス５３０は熱放射を利用して温度を測定できるように構成してもよい。図８はさらに好適な実施例を示し、変換器１２２Ｂがさらに伝熱電気絶縁体５２５を含み、負荷５２０からの熱流束（図８の矢印で示す）が絶縁体を通過して温度測定デバイス５３０に届くように、伝熱電気絶縁体５２５を負荷５２０と温度測定デバイス５３０との間に配置する。
【００６０】
電力検波回路は感知素子１２０Ａが捕捉した電力を抵抗性負荷５２０に繋ぐ。抵抗性負荷５２０内で散逸した電力が抵抗性負荷５２の温度上昇となる。この種の変換器を本発明の好適な実施例では高周波エネルギー及び高周波場の測定に使用するが、それは変換器の動作が比較的、周波数に無関係であるためである。
【００６１】
温度の測定は、感知素子から電気絶縁したコンポーネントを使って行うことができる。この構成は、感知素子に直接（又は容量性）電気接続する必要のあるタイプの変換器より
もローバストで雑音耐性のある測定が行える。本発明の好適な実施例は、抵抗が１０オームから１０００オームの範囲の抵抗性負荷５２０と、抵抗が１００００オームから５００００００オームの範囲の温度センサ５３０を含む。
【００６２】
光学式変換器
本発明の別の実施例は、前述したように、光学式変換回路を備える変換器を有するセンサ装置を含む。ここで、感知素子１２０Ａと情報プロセッサ１３０の間に連結した変換器１２３Ｂを示す図９を参照する。変換器１２３Ｂは光学式変換回路を有し、光学式変換回路は発光ダイオードなどの発光デバイス５４０とフォトレジスタ又はフォトダイオードなどの光検出デバイス５５０とを含む。発光デバイス５４０は、発光デバイス５４０が放出する光の強度が、発光デバイス５４０が受け取る電流に比例するように構成する。光検出デバイス５５０は、発光デバイス５４０が放出する光を測定して、発光デバイス５４０が出す光に比例した電流を生成できるように配列する。変換器１２３Ｂは感知素子１２０Ａからの電流を発光デバイス５４０に繋ぐことができるように構成する。変換器１２３Ｂはプラズマから電気絶縁するように構成できる。
【００６３】
さらに好適な実施例では、変換器１２３Ｂはさらに光透過性電気絶縁体５４５を含み、発光デバイス５４０からの光放出（図９では矢印で示す）が絶縁体５４５を通過して光検出デバイス５５０に届くように、光透過性電気絶縁体５４５を発光デバイス５４０と光検出デバイス５５０との間に配置する。本発明のいくつかの実施例では、光学式変換器は光信号を光ファイバーチャネルを介して測定回路に送信させることができる。すなわち、本発明のいくつかの実施例は光ファイバーを有する絶縁体５４５を備える。光ファイバーチャネルを使えば、信号雑音を低減できる。
【００６４】
本発明の別の実施例は、加工にプラズマを利用して工作物を加工する加工ツールを操作及び維持する方法を含む。方法は次のステップを有する。保管容器又は保管チャンバから工作物ホルダに工作物を移送するロボットを備える加工ツールを準備するステップ。１以上のプラズマのパラメータを測定するように構成したセンサ装置を準備するステップ。センサ装置は、工作物の寸法及び物理的特性と実質的に同じ寸法及び物理的特性をもつ。工作物を保管容器からホルダに移送するロボットを使用して加工を行い、工作物をホルダから保管容器に戻すステップ。センサ装置をホルダに移送するロボットを使用して加工を行うステップ。センサ装置を使用して加工中に少なくとも１つのプラズマ特性を測定し、ロボットを使用してセンサ装置をホルダから取り出すステップ。
【００６５】
開示する方法及び装置は、集積回路及びフラットパネルディスプレイなどの製品の製造で利用されるもののようなプラズマ加工環境における加工条件の高速且つコスト効果的な評価を可能にする。適切なシステムモデルと共同して、プラズマの状態を直接モニタリングできることで、プラズマの加工パラメータを最適な加工性能を達成できるように調整できる。
【００６６】
データ取得、データ保管、及びデータ通信技術に前述のように構成したもののようなセンサ装置を使用することによって、標準的な加工手順を実行するプロセスシステムに実質的に改造を加えないで、正確で分解能が高い測定を行える。本発明の実施例とは違い、同様なデータを取得する標準的技術の方法では、加工チャンバを改造する必要があり、また多くの場合加工条件を変更する必要がある。さらに、本発明の実施例により不活性な透過性シールドでプラズマ環境から隔離するように構成したセンサ装置を使用すると、加工システムが汚染する可能性を最小限に抑えられる。
【００６７】
本発明の一実施例は、プラズマ加工環境におけるプラズマ加工パラメータに反応する多数の感知素子を配置する方法を含む。本発明の一実施例による装置は容量性感知素子、誘
導性感知素子、静電荷感知素子、又は発光感知素子を有し、それを加工システムの標準的な機械式負荷能力を利用する加工システムに取り込めるベースに配列する。局所的なプラズマパラメータの分布の測定を利用して、プラズマの状態を推定し、測定値に基づいて推定した状態をプラズマの過去の状態などの基準状態と比較する。推定した電流の状態と基準状態の差を利用して、システムが最適になるようにプラズマのパラメータを調整できる。さらにこのデータは加工の最適化、加工のモニタリング、及び不具合検出／特定などの多様な目的に利用できる。
【００６８】
本発明の実施例は上記提示したもの以外のセンサを含むことができる。本発明の一実施例は、工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置を含む。センサ装置はベースと、ベース上又はベース内に支持される情報プロセッサとを有する。装置はさらにベース上又はベース内に支持されて、情報プロセッサに連結する光学センサを含む。センサは、プラズマの電気特性に関係付けられるプラズマの光学特性を測定するように構成された光学感知素子と、感知素子に連結する変換器を備え、変換器はダイオード変換器、電力変換器、及び光学式変換器からなる群から選択する。
【００６９】
本発明の別の実施例は、工作物を加工するための１以上のプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置である。センサ装置はベースと、ベース上又はベース内に支持される情報プロセッサと、ベース上又はベース内に支持される複数のセンサとを有する。好適な実施例は容量型センサ、誘導センサ、及び静電荷センサを含む。容量型センサ、誘導センサ、及び静電荷センサはさらに次の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）からなる群から選択する変換器を有する。（Ａ）印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有し、印加されたＲＦ電圧又は電流に比例したＤＣ電圧又は電流を生成するダイオード整流変換器、（Ｂ）抵抗が１オームから１００００００オームの範囲の抵抗性負荷と、抵抗性負荷の温度を測定するように配設するサーミスタ又は熱電対とを有する電力変換器、（Ｃ）感知素子からの信号に比例する光放出を供給するように構成した発光デバイスと、発光デバイスからの光放出を測定するように構成した光検出器とを有する光学式変換器。
【００７０】
本発明の好適な実施例では、センサ装置は薄型形状因子をもつように構成する。すなわち、センサ装置は工作物の厚さに近い厚さにする。センサ装置の設計は、センサ装置が測定中のプラズマ加工の摂動を最小にするように選択する。最も理想的な設計では、このことはシリコンウエハの厚さ、又はフラットパネルディスプレイ基板の厚さ、又はリソグラフィマスク基板の厚さにできるだけ近い厚さをもつことを意味する。
【００７１】
システムコンポーネントを統合しカプセル化するために採用される構成方法及び様式は、おそらくデバイス製造に使用するシリコンウエハの厚さにさらに近付けた、実質的により薄いセンサ装置を産出するようにさらに改造できることは理解されるべきである。このようなセンサ装置の実施例は、ハイブリッドな電子パッケージ技術と組み合わせてＭＥＭＳ集積化キャビティ及び光放射センサを取り入れて成しえるであろう。
【００７２】
上記明細書において、本発明は特定の実施例を参照しながら説明してきた。しかし、当業者には以下の請求項に記載される本発明の範囲を逸脱することなく様々な改造及び変更を行えることは理解される。従って、本明細書及び図面は制限的な意味ではなく例示的なものと考えるべきであり、かかる改良のすべてが本発明の範囲に含まれるように意図される。
【００７３】
長所、及び問題解決策を特定の実施例に関して上記説明してきた。しかし、長所、問題解決策、並びに何らかの長所、もしくは解決策を出現させうる、あるいはより顕著にさせうるあらゆる要素を、一部もしくはすべての請求項の不可欠な、必須の、又は本質的な特
徴もしくは要素と解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施例によるセンサ装置と外部通信機器のブロック図。
【図２】プラズマ加工チャンバで使用する本発明の一実施例によるセンサ装置の側面図。
【図３】本発明の一実施例を示す上面図。
【図３Ａ】本発明の一実施例を示す上面図。
【図４Ａ】本発明の一実施例による感知素子の側面図。
【図４Ｂ】図４Ａの感知素子の電気接続図及び本発明の一実施例による変換器の電気接続図。
【図４Ｃ】本発明の一実施例によるセンサ装置の斜視図。
【図５Ａ】本発明の一実施例による感知素子の側面図。
【図５Ｂ】図５Ａの感知素子の電気接続図及び本発明の一実施例による変換器の電気接続図。
【図５Ｃ】本発明の一実施例によるセンサ装置の斜視図。
【図６Ａ】本発明の一実施例による感知素子の側面図。
【図６Ｂ】本発明の一実施例による感知素子の側面図。
【図７】本発明の一実施例の略図。
【図８】本発明の一実施例の略図。
【図９】本発明の一実施例の略図。
【図１】
2009510699.tif 000003
【図２】
2009510699.tif 000004
【図３】
2009510699.tif 000005
【図３Ａ】
2009510699.tif 000006
【図４Ａ】
2009510699.tif 000007
【図４Ｂ】
2009510699.tif 000008
【図４Ｃ】
2009510699.tif 000009
【図５Ａ】
2009510699.tif 000010
【図５Ｂ】
2009510699.tif 000011
【図５Ｃ】
2009510699.tif 000012
【図６Ａ】
2009510699.tif 000013
【図６Ｂ】
2009510699.tif 000014
【図７】
2009510699.tif 000015
【図８】
2009510699.tif 000016
【図９】
2009510699.tif 000017
【国際調査報告】
2009510699.tif 000018