(57)【要約】材料を処理するために使用されるプラズマを制御する方法は、電気的陰性プラズマを形成するための電力を生成する工程、該プラズマのパラメータに関連する信号を検出する工程、および該信号の対応させて生成された電力を変調する工程とを含有する。材料を処理する電気的陰性プラズマを制御するための装置は、該プラズマのパラメータに関連する信号を検出する信号検出器と、該信号に応答させて該プラズマを形成する電力の変調を生じさせる電力変調器とを備える。
2005527096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を処理するために使用されるプラズマ制御方法であって、該方法は、
少なくとも１つの電気的陰性核種を含むプラズマを形成するための電力を生成する工程と、
該電気的陰性核種を含む該プラズマのパラメータに関連する信号を検出する工程と、
該プラズマの該パラメータに関連する該信号の対応させて生成された該電力を変調する工程であって、該変調によって該プラズマの該パラメータの不安定性を低減させる工程とを含有するプラズマ制御方法。
【請求項２】
前記不安定性は、前記パラメータの周期的変動を含む、請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項３】
前記不安定性は前記プラズマ内のイオン密度の変動を含む、請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項４】
さらに、前記電気的陰性核種を含む前記プラズマを供給する工程を包含する、請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項５】
前記電力変調は、前記パラメータに関連する前記信号の前記不安定性を低減させる、請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項６】
前記信号は、電圧信号、電流信号、および光学的放出信号からなる群より選択される請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項７】
前記信号は、イオン電流、イオン密度、電子電流、電子密度、プラズマ電位、およびプラズマバイアス電圧の内の少なくとも１つから生成される、請求項６に記載のプラズマ制御方法。
【請求項８】
前記電力変調は、前記電力の振幅変動を生じさせることを含む請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項９】
前記電力変調は、前記パラメータに関連する前記信号の振幅変動と同期した関係を有すべく前記電力の前記振幅変動を生じさせることを含む、請求項８に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１０】
前記電力変調は前記電力の前記振幅の周期的変動を生じさせることを含み、該周期的変動は０Ｈｚより大きくほぼ１ＭＨｚまでの範囲の周波数を含む、請求項８に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１１】
前記周波数は１００Ｈｚから１００ＫＨｚの範囲にある、請求項１０に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１２】
前記パラメータに関連する前記信号は光学的放出によって生成され、前記変調は該パラメータに関連する該信号の振幅に同調させて前記電力の振幅を増加させることを含む請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１３】
前記信号は、ほぼ１００Ｈｚからほぼ１００ＫＨｚの範囲内の周波数を含む振幅変動を有し、前記電力変調は該電力の振幅変動を生じさせることを含む、請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１４】
前記電力は振動性信号を含み、前記電力変調は該振動性信号の振幅変動を生じさせることを含む、請求項１に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１５】
前記振動性信号は無線周波数信号を含む、請求項１４に記載のプラズマ制御方法。
【請求項１６】
材料を処理するために使用される少なくとも１つの電気的陰性核種を含むプラズマを制御するための装置であって、該装置は、
該プラズマを形成する電力を発生する電力発生器と、
該プラズマのパラメータに関連する信号を検出する信号検出器と、
該信号に応答させて該プラズマを形成する電力の変調を生じさせる電力変調器であって、該変調が該プラズマの該パラメータの不安定性を低減させる電力変調器と、
を備える、装置。
【請求項１７】
前記パラメータはイオン密度を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記電力変調器は、ほぼ０Ｈｚからほぼ１００ＫＨｚ間の範囲内において前記電力の振幅を変動させることによって、該電力の前記変調を生じさせるように適合化されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記電源は、ほぼ０Ｈｚからほぼ１ＭＨｚ間の範囲内の周波数によって振幅変調された無線周波数信号を生成する、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
さらに、前記電力変調器および前記電力発生器を収納するハウジングを備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
さらに、前記プラズマのパラメータに関連する前記信号を処理する信号フィルタを備え、前記電力の前記変調を生じさせる前記電力変調器は、該処理された信号に応答して、該変調を生じさせるようにさらに適合化されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記信号フィルタはローパスフィルタを含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
さらに、前記プラズマのパラメータに関連する信号を増幅する前置増幅器を備え、前記電力の前記変調を生じさせる前記電力変調器は、該増幅され処理された信号に応答して、該変調を生じさせるようにさらに適合化されている、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記信号検出器は、電流プローブ、電圧プローブ、光学的放出検出器、およびワークピースに電気的に結合されたピーク電圧モニタからなる群より選択される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
さらに、前記少なくとも１つの電気的陰性核種を含む前記プラズマを生成するためのフィードガスを提供する電気的陰性のガス源を備える、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にプラズマ処理装置に関し、特に、電気的陰性核種を含むＲＦ電力供給されるプラズマの安定化に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波電源（以下「ＲＦ電源」）は、処理チャンバ内にプラズマを生成するための半導体および産業用プラズマ処理装置において広く使用されている。プラズマ処理は、基板からの材料のエッチング、基板への材料の堆積、基板表面の洗浄、および基板表面の改変等、幅広い応用に使用されている。プラズマ処理に使用される周波数は、およそ１０ＫＨｚから２．４５ＧＨｚまでと、広く異なる。また、プラズマ処理に使用される電力レベルも、およそ数ワットから１００ＫＷ以上までと、広く異なる。半導体処理応用にとって、現在、プラズマ処理装置において使用されている周波数および電力の範囲は、それぞれ、およそ１０ＫＨｚから２．４５ＧＨｚまで、および１０Ｗワットから３０ＫＷまでと、幾分狭い。
【０００３】
ＲＦ電源は、様々な方法によって電力をプラズマに付与することができる。例えば、ＲＦ電源は、アンテナ構造を介してプラズマと誘導的に結合されたり、プラズマと容量的に結合されたり、あるいは空洞共振器を励起する電波を放射することができる。従来のＲＦ電源は、一般的に負荷インピーダンスに対する適正なマッチングを要求する。アンテナは、典型的には、本来的に低抵抗成分を伴う誘導性負荷インピーダンスを有する。これと反対に、サンプルボルダあるいは「チャック」は、典型的には、本来的に容量性で低抵抗成分を有するインピーダンスを示す。ＲＦ電力は、多くの場合、従来のインピーダンス整合ネットワークを介してそれらの負荷に分配される。
【０００４】
電気的陰性ガスは、ドライエッチングおよび固体材料の他のプラズマ処理において広く使用されている。電気的陰性プラズマは、ＳＦ６，ＮＦ３，ＣＦ４、およびＯ２等の添加ガスを１つ以上含むレシピから生成される。
【０００５】
電気的陰性プラズマの働きおよび安定性は、一般に、実質的に電気的陽性プラズマ（アルゴンプラズマ等）のそれと異なる。これらガスに特有の不安定性は、「電気的陰性」あるいは「電子付着」不安定性と、称される。これらの不安定性は、プラズマパラメータ内の大きな振動として現れる。
【０００６】
重要なプラズマパラメータには、例えば、電子密度および温度、イオン密度および温度、およびプラズマ電位が含まれる。これらプラズマパラメータの不安定性は、パラメータに関連する検出可能な信号の変動として観察される。そのような信号には、プラズマ電流およびプラズマ光放出が含まれる。
【０００７】
プラズマ不安定性はプロセス制御の困難性を導き、それは、プロセス再現性を低減させる。プラズマ不安定性の制御は、一般に、非常に困難なことと考えられている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の種々の実施形態は、多くのＲＦ電力供給されるプラズマシステムにおいて遭遇する広い範囲の不安定性を低減あるいは実質的に削除する。本発明の特徴は、プラズマ変動あるいは不安定性を低減することによって、増大された処理再現性を有するプラズマシステムを提供できる。種々の実施形態において、プラズマ条件に関連した検出信号に応答して、電気的陰性プラズマを形成する電力振幅のフィードバック制御は、これら不安定性の量を削除あるいは低減できる。特に、実施形態の一部は、広範囲の周波数を示す周期的プラズマパラメータ変動として出現する変動の安定化を提供し得る。
【０００９】
第１の局面において、本発明は、材料を処理するために使用されるプラズマを制御するための方法を特徴とする。該方法は、電気的陰性プラズマを形成するための電力を生成する工程、該プラズマのパラメータに関連する信号を検出する工程、および該信号の対応させて生成された該電力を変調する工程を含有する。電力の変調は、該プラズマの該パラメータの不安定性を低減させる。
【００１０】
前記電力は、誘導性あるいは容量性結合を介してプラズマに供給されるＲＦ電力信号であり得る。例えば、ＲＦ電力は、コイルあるいは基板チャックを介してプラズマに供給され得る。プラズマのパラメータは、電子密度、イオン密度、およびプラズマ電位のうちの１つ以上であり得る。検出信号は、例えば、電流、電圧、あるいは光放出であり得る。不安定性は、周期的変動を有し得る。周期的変動は０Ｈｚより大きく１ＭＨｚ以上までの周波数を有し得る。
【００１１】
実施形態の一部において、前記電力は、プラズマのパラメータに関連した信号の不安定性を低減するために変調される。該信号は、イオン電流、イオン密度、電子電流、電子密度、プラズマ電位、およびプラズマバイアス電圧の内の少なくとも１つから生じる。
【００１２】
実施形態の一部において、ＲＦ電力は、プラズマ光放出あるいはイオン飽和電流が増加したとき、増加される。これは、一般的に理解されているフィードバック原理と反する。実施形態の一部において、基板チャックから信号が得られる。
【００１３】
電力の変調は、電力の振幅の変動を含み得る。電力の変調は電力の振幅の周期的変動を生じさせることを含み得る。周期的変動は０Ｈｚより大きくほぼ１ＭＨｚ以上までの範囲の周波数を有し得る。
【００１４】
第２の局面において、本発明は、材料を処理するために使用される電気的陰性プラズマを制御するための装置を特徴とする。該装置は、該プラズマのパラメータに関連する信号を検出する信号検出器を含む。該装置は、また、電力変調器を含む。該電力変調器は、該信号に応答させて該プラズマを形成する電力の変調を生じさせる。該変調は、該プラズマの該パラメータの不安定性を低減させる。
【００１５】
電力変調器は、電力の振幅を変更するために構成され得る。信号検出器は、電流プローブ、電圧プローブ、光学的放出検出器、およびワークピースホルダー電圧モニタの内の少なくとも１つを含み得る。前記装置は、さらに、電気的陰性材料の供給品を含み得る。該供給品は、少なくとも１つの電気的陰性核種を含む電気的陰性材料を伴うプラズマを供給し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（詳細な説明）
図１は、本発明の原理に従ったプラズマ処理システム１００のブロック図である。システム１００は、プラズマチャンバ１５０、電力発生器１１０、電力変調器１２０、および信号検出器１３０を含む。電力発生器１１０は、例えばＲＦ電力を、例えばアンテナあるいは容量性結合手段を介してプラズマチャンバ１５０に導き入れる。電力は、電気的陰性核種を含むようなプラズマの形成を可能にする。信号検出器１３０は、プラズマのパラメータに関連する信号をプラズマから収集し、プラズマのパラメータと特別な関係あるいは相関関係を有することができる。電力変調器１２０は、プラズマのパラメータの不安定性を低減するために、検出信号に応答して、電力発生器１１０によって生成された電力を変調することが出来る。電力変調器１２０は、例えば、電力発生器１１０によって生成されたＲＦ電力の振幅を変調することによって、電力を変調することができる。
【００１７】
プラズマチャンバ１５０は、好ましくは、電気的陰性核種を含むプラズマを収容する。そのようなプラズマは、例えば、フッ素、酸素、および／または臭化水素のようなハロゲン含有化合物より形成される。イオン密度および温度のような、プラズマ内の１つ以上の電気的陰性核種のパラメータは、電気的陰性核種の動きの態様に依存する応用を処理するために重要となる。パラメータの不安定性は、一定の予測可能な処理を実施するために不都合をなる。これらパラメータの不安定性は、例えば、プラズマの物理的特性、個々のプラズマシステムのデザインおよび構成、およびプラズマシステムの個々の運転条件から生じる変動であり得る。
【００１８】
プラズマのパラメータは、例えば、電子密度、電子温度、負イオン密度、負イオン温度、正イオン密度、および正イオン温度の内の少なくとも１つを含み得る。本明細書に記載されるように、本発明の原理は、１つ以上のプラズマパラメータの広範囲の不安定性の実質的な削減を可能とする。本明細書で使用される用語「電気的陰性プラズマ」は、少なくともその１部が、電気的陰性ガスを含む１つ以上の電気的陰性材料より形成されるプラズマを意味する。
【００１９】
信号検出器１３０は、プラズマおよびプラズマのパラメータの不安定性と相関関係にある変動から生じる信号を検出するための種々の手段の内の１つ以上を含み得る。本明細書において用語「収集する」と「検出する」とは、交換可能に使用される。収集された信号は、プラズマに関連する如何なる信号も含み得る。例えば、収集された信号は、電子電流、イオン電流、プラズマ電位、およびプラズマバイアス電圧、および／またはプラズマ光放出を含み得る。好ましい実施形態では、正イオン密度と相関関係のある信号が収集される。なぜなら、負イオン密度の判断は、電子密度および／または電子電流効果の解析を伴い得るからである。
【００２０】
システム１００の実施形態の一部は、ラングミュアプローブ、光学的放出検出器、容量性電圧プローブ（例えば、プラズマ電位を収集するために）、あるいは基板チャックバイアス電圧モニタを信号検出器１３０として含む。そのようなプローブおよび検出器は、半導体プラズマ処理分野の当業者には公知である。光学的放出検出器あるいはバイアス電圧モニタは、プラズマチャンバ１５０内のその設置場所を要求しないという利点があり得る。
【００２１】
電力変調器１２０は、プラズマから収集された信号を活用するために配置される。収集された信号は、場合によって、電力変調器１２０に送達される前に、処理されてもよい。例えば、ＲＦ周波数は、当初検出された信号の振幅変動に相関するフィルタリングされた制御信号を提供するために、例えばフィルタリングを介して検出信号から除去され得る。
【００２２】
図２は、プラズマ処理システム１００Ａの詳細な実施形態のブロック図である。システム１００Ａは、本発明の原理に従って、電気的陰性プラズマの不安定性の安定化を実証するために構成され、かつ操作される。
【００２３】
システム１００Ａは、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）コイルアンテナ２９０、インピーダンス整合システム（またはマッチングボックス）２６１、ＲＦ信号発生器２１１、ＲＦ電力変調器１２０Ａ、ＲＦ電力発生器１１０Ａ、電力計ユニット２７１、プラズマインピーダンスアナライザ２７２、ＲＦ電流−電圧モニタ２７３、およびオシロスコープ２７４を含む。システム１００Ａは、さらに、掃引ラングニュアプローブ１３０Ｂ、ＲＦフィルタ２４１、および信号前置増幅器２４２を含む。システム１００Ａは、また、サブマイクロセコンドの応答時間を有するホトダイオート検出器１３０Ａ、光学分光器１３０Ｃ（７０３．７ｎｍのフッ素原子の線に同調されたホト倍増管を含む）、およびプラズマＲＦスペクトラム測定のためのスペクトラムアナライザ２６０に接続されたピックアップコイルを含む。
【００２４】
電力変調器１２０Ａは、ＲＦ信号発生器２１１から供給されたＲＦ信号を変調してＲＦ電力発生器１１０Ａへ送る。ＲＦ電力発生器１１０ＡはＲＦ電力をプラズマに供給するためにＲＦ信号を増幅する。ＲＦ電力発生器１１０Ａの電力出力は、インピーダンスマッチングボックス２６１およびコイル２９０を介してプラズマに導かれる。ＲＦ電流−電圧モニタ２７３は、マッチングボックス２６１によってコイル２９０に出力される電流および電圧をモニタでき、オシロスコープ２７４はコイル２９０に到達するＲＦ電力をグラフ化できる。
【００２５】
電力計ユニット２７１は、ＲＦアンテナ伝送分野の当業者に公知なように、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の測定を介してアンテナマッチングの解析を補助する。アンテナマッチングは、ＲＦに基づくプラズマ処理システムの総合的な電力利用効率において重要な要素である。
【００２６】
掃引ラングニュアプローブ１３０Ｂは、ラングミュアプローブ分野の当業者に公知なように、電子温度および密度を測定するために配置された。ラングミュアプローブ１３０Ｂによって検出された信号は、そこからＲＦ成分を除去するために、ＲＦフィルタ２４１によってフィルタリングされる。フィルタリングされた信号は、ＲＦ電力変調器１２０Ａに供給される前に、前置増幅器２４２によって増幅される。
【００２７】
前置増幅器２４２およびＲＦフィルタ２４１は、例えば、単一のユニットに結合され、また、ＲＦ電力変調器１２０ＡおよびＲＦ電力発生器１１０Ａと共に、ハウジングに収納され得る。前置増幅器２４２は、例えば、該前置増幅器２４２の安定動作を促進する非反転増幅器であり得る。別の実施形態においては、ＲＦ電力変調器１２０Ａを介して提供されるフィードバックが、コンピュータユニットによって制御される。例えば、コンピュータユニットは、検出信号の不安定性が実質的に最小化されるまで、フィードバックゲインを調節することができる。別の実施形態は、デジタル制御およびデジタル信号処理用に構成される。
【００２８】
ある周波数レンジを有する光学的放出信号は、ホトダイオート検出器１３０Ａによってモニタされる。本実施形態において、光学分光器１３０Ｃは、電気的陰性プラズマ内のフッ素核種からの光放出を検出するために特化して配置される。
【００２９】
図３および図４を参照すると、システム１００Ａは、電気的陰性プラズマの不安定性の観察およびプラズマ不安定性の安定化を立証するために操作された。システム１１０Ａは、例えば、ＲＦ電力発生器１１０Ａによるコイル２９０へのＲＦ電力の供給を伴い、ＳＦ６およびＯ２により形成された電気的陰性プラズマの不安定性を観察するために操作された。観察された不安定性および不安定性の削減の具体例が以下に記載される。
【００３０】
図３ａ〜図３ｄは、ＳＦ６に基づくプラズマ（７．５ｍＴｏｒｒ、１０．８ＭＨｚ、４００Ｗ）を用いて操作されたときの、検出信号（上側の曲線）およびシステム１００Ａに対する制御信号（下側の曲線）のグラフである。ＲＦフィルタ２４１によるフィルタリングは、実質的に、検出信号の高周波（すなわちＲＦ）成分を取り除く。検出信号は、ここでは、６４Ｖのバイアス電圧によって操作されたラングミュアプローブ１３０Ｂを用いて検出されたイオン飽和電流であった。
【００３１】
図３ａは、検出信号において観察された１つの不安定性を示す。その不安定性は、ほぼ２００Ｈｚの振動周波数を伴う振動動作の観点から、ここでは、「Ｏ−モード」不安定性として言及される。Ｏ−モード不安定性の周波数は、操作条件の変更により、ほぼ１００Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲での変化が観察された。
【００３２】
図３ｂ、３ｃおよび３ｄは、検出信号によって示された不安定性による実証として、プラズマのパラメータの不安定性に対する制御を示す。３つのグラフの各々は、制御信号に応答して電力の変調量を変えて観察された。制御信号は、ＲＦ電力発生器１１０Ａからの電力出力の対応する変調（ＲＦ電力変調器１２０Ａによる）のためのフィードバック信号を提供する。
【００３３】
図３ｂは、ＲＦ電力変調器１２０Ａにより付与される中間レベルのフィードバックゲインを伴った場合の、検出信号の不安定性の適度な削減を示す。検出信号の曲線（イオン飽和電流の上側の曲線）および制御信号（フィルタリングされたイオン飽和電流の下側の曲線）は、不安定性の振幅の減少を示す（すなわち、制御信号の振動のピーク−ピーク振幅の減少）。この例において、フィードバックは、イオン飽和電流振幅の増加に同調してＲＦ振幅の増加を生じさせるように供給された。
【００３４】
図３ｃは、図３ｂに示される安定性程度を生成するために使用されたレベルより大きなフィードバックゲインのレベルの適用による、検出信号の不安定性の実質的な除去を示す。検出信号および制御信号の曲線は、Ｏ−モード不安定性の実質的な除去を示し、従って、間接的に、電気的陰性プラズマの対応する不安定性の実質的な除去を実証している。フィードバックゲインのレベルは、制御信号の変動が実質的に最小化されるまで調整された。
【００３５】
図３ｄは、Ｏ−モード不安定性の大きさが意図的に増加された場合の結果を示す。フィードバックの位相は、ここでは、正フィードバックを提供するために、図３ｂおよび図３ｃに示された場合に対して反転された。正フィードバックは、図３ａのようにフィードバックがされない場合に観察される検出信号の変動量と比較して、その変動量を増加させた。
【００３６】
図４ａ〜図４ｄを参照すると、システム１００Ａは酸素に基づくプラズマを用いて操作された。図４ａ〜図４ｄは、検出信号（中間の曲線は図４ａおよび４ｂのみ）、制御信号（上側の曲線、すなわちフィルタリングされた検出信号）、およびホトダイオート検出器１３０Ａによって検出された場合の光学的放出信号（下側の曲線）を示す。酸素に基づくプラズマは、６ｍＴｏｒｒ、２７０Ｗおよび１０．８ＭＨｚで操作された。検出信号は、６４Ｖのバイアス電圧によって操作されたラングミュアプローブ１３０Ｂを用いて検出されたイオン飽和電流であった。
【００３７】
図４ａ〜４ｄで示される操作条件のもとで、システム１００Ａは、ほぼ１マイクロ秒幅を有する短スパイクとして現れる光学的放出信号の比較的狭い（時間において）振幅バーストにより、ここでは、「Ｂ−モード」不安定性として言及される不安定性を示す。そのバーストは、比較的高い周波数、ほぼ２０ＫＨｚで発生した。バーストの時間間隔は、ほぼ２０マイクロ秒からほぼ１００マイクロ秒まで可変であった。スパイク周波数は、例えばガス圧および／またはＲＦ電力の変更により変更可能であった。
【００３８】
図４ａは、ＲＦ電力発生器１１０Ａから供給される電力の変調がない場合に観察された「Ｂ−モード」不安定性を示す。図４ｂは、光放出スパイクの形状をより鮮明に示すために図４ａの時間スケールを拡大したものである。
【００３９】
図４ｃは、ＲＦ電力変調器１２０Ａにより付与されるフィードバックゲインにより、ＲＦ電力発生器１１０Ａによって供給された電力の変調によって得られた、検出信号の「Ｂ−モード」不安定性の適度な削減を示す。制御信号（フィルタリングされた光放出信号）の曲線、および検出された光放出信号は、不安定性の振幅の減少、すなわち、バーストのピーク高さの低減を示す。この例において、フィードバックは、スパイクの光放出振幅に同調してＲＦ振幅の増加を生じさせるように供給された。
【００４０】
図４ｄは、図４ｃで使用された量に比べより大きなフィードバック量の適用による、検出信号および制御信号の不安定性の実質的な除去を示す。検出信号および制御信号の曲線は、Ｂ−モード不安定性の実質的な除去を示し、従って、間接的に、電気的陰性プラズマの対応する不安定性の実質的な除去を実証している。フィードバックゲインのレベルは、制御信号の変動が実質的に最小化されるまで調整された
結果として検出信号の短スパイクとなる不安定性は、より長い継続時間あるいはより緩やかな変化を示す不安定性に比べ、プラズマシステムの実行に対して不利益とはならない。例えば、上記したように、観察されたＢ−モード不安定性は、電子密度の短スパイクに著しく反応できないイオン密度のもとで、電子密度の変動に支配され得る。もし、電気的陰性イオン核種の密度が、電子密度の急激な変動中に比較的安定している場合、処理は比較的安定に留まり得る。
【００４１】
図４に示された操作条件の例として、光学的放出信号はホトダイオート検出器１３０Ａによって検出された。一般に、ホトダイオートは、放出光の全スペクトラム分析を提供する。あるいは、プラズマ光放出の狭周波数帯域は、例えば、特定の周波数信号を検出するために構成された光学的放出分光器１３０Ｃによって検出され得る。単一原子核種、例えばフッ素、によって放出された信号の検出は、本発明の種々の実施形態での使用のために、単一のフィルタリングされた制御信号を提供し得る。
【００４２】
図５を参照すると、システム１００Ａのための、プラズマパラメータ安定化のより詳細な例が示される。図５は、１２ｍＴｏｒｒ、７００Ｗおよび１０．７ＭＨｚの条件でのＳＦ６に基づくプラズマを用いて操作されたとき、システム１００Ａの異なる位置での光放出およびＲＦの態様を示すグラフである。グラフは、ホトダイオート検出器１３０Ａによって検出された光放出信号（上側の曲線）、マッチングボックス２６１内の容量性分割器を介して計測されたＲＦ電圧（中間の曲線）、およびＲＦ電力変調器１２０ＡからＲＦ電力発生器１１０Ａに供給された変調ＲＦ信号（下側の曲線）を示す。
【００４３】
この例において、コイル２６１に伝達された電力の位相は、検出された光放出信号から若干遅れる。遅延は、光放出信号の振幅最大値とマッチングボックス２６１におけるＲＦ電力の最大値との間に存在するほぼ２．０マイクロ秒のタイムラグに関係する。ほぼ０．５マイクロ秒の遅延が前置増幅器２４２に生じる。
【００４４】
図６を参照すると、広範囲の不安定性態様がシステム１００内に観察される。例えば、ある操作条件のもとに、サンプル処理システム１００ＡはＢ−モードおよびＣ−モード不安定性を示し得る。図６は、システム１００Ａが７．５ｍＴｏｒｒ、３２０Ｗおよび１０．８ＭＨｚの条件でのＳＦ６に基づくプラズマを用いて操作されたとき、ホトダイオート検出器１３０Ａによって検出された光放出信号（上側の曲線）のグラフである。図６は、また、システムが同条件で操作されたとき、ラングミュアプローブ１３０Ｂによって検出されたイオン飽和電流（下側の曲線）を示す。
【００４５】
イオン飽和電流の最小値は、プラズマの負イオン密度パラメータの最小値に対応する。イオン密度の落ち込みの開始は、光放出信号のバーストの発生に対応する。不安定性の周期性は、上記したＣ−モード態様の周期性に類似する。一方、イオン密度および光放出信号の早い変化は、上記したＢ−モード態様に類似する。
【００４６】
プラズマ処理システム１００の別の実施形態は、図４および５に関連して記載された手段と異なる手段により検出された信号を利用する。例えば、フローティング電位信号が、サンプルチャック（すなわち、「チャック（ｃｈｕｃｋ）」は半導体プラズマ処理分野の当業者に公知）によって検出され得る。チャックを介して検出された信号の利用は、プラズマとの接触が要求されないという利点を有する。プラズマと接触する検出器は、例えば、プラズマを汚染する。チャックを介する検出は、変更を伴う多くの既存のプラズマ処理チャンンバの利用を可能にするというさらなる利点を有する。
【００４７】
上記実施形態は、限定より例示を意図する。例えば、本発明の特徴は、電気的陰性核種を含まないプラズマの安定性化に適用し得る。また、例えば、従来のマッチングネットワークを要求しないプラズマ処理システムに適用し得る。例えば、従来のマッチングネットワークを要求しないプラズマ処理システムは、例えば、「Ｔｏｒｏｉｄａｌ  Ｌｏｗ-Ｆｉｅｌｄ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｇａｓ  Ｓｏｕｃｅ」と題された、Ｓｍｉｔｈらによる米国特許第６，１５０，６２８号に記載されている。
【００４８】
（等価物）
本発明は好ましい実施形態によって例示されたが、請求の範囲の趣旨から離脱しない範囲において、様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
上記および、さらなる本発明の利点は、添付の図面を参照した以下の記載を参照することによって、より理解されよう。各図において、同一の番号は同一の構成要素を示す。図面は、本発明の原理を示すために置かれることに代えて、スケーリングされ強調される必要はない。
【図１】図１は、プラズマ処理システムの一実施形態のブロック図である。
【図２】図２は、プラズマ処理システムの詳細な一実施形態のブロック図である。
【図３】図３ａは、図２に示されたシステムがＳＦ６に基づくプラズマを用いて操作されたときの、検出信号（上側の曲線）および制御信号（下側の曲線）のグラフである。図３ｂは、同じく検出信号（上側の曲線）および制御信号（下側の曲線）のグラフである。図３ｃは、同じく検出信号（上側の曲線）および制御信号（下側の曲線）のグラフである。図３ｄは、同じく検出信号（上側の曲線）および制御信号（下側の曲線）のグラフである。
【図４】図４ａは、図２に示されたシステムがＯ２に基づくプラズマを用いて操作されたときの、制御信号（上側の曲線）、検出信号（中間の曲線）および光学的放出信号（下側の曲線）のグラフである。図４ｂは、同じく制御信号（上側の曲線）、検出信号（中間の曲線）および光学的放出信号（下側の曲線）のグラフである。図４ｃは、同じく制御信号（上側の曲線）および光学的放出信号（下側の曲線）のグラフである。図４ｄは、同じく制御信号（上側の曲線）および光学的放出信号（下側の曲線）のグラフである。
【図５】図２に示されたシステムがＳＦ６に基づくプラズマを用いて操作されたときの、ホトダイオート検出器によって検出された光放出信号（上側の曲線）、マッチングボックス内で計測されたＲＦ電圧（中間の曲線）およびＲＦ電力変調器によって供給された変調ＲＦ信号（下側の曲線）のグラフである。
【図６】図２に示されたシステムがＳＦ６に基づくプラズマを用いて操作されたときの、ホトダイオート検出器によって検出された光放出信号（上側の曲線）およびラングミュアプローブによって検出されたイオン飽和電流（下側の曲線）グラフである。
【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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【国際調査報告】
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