(57)【要約】  プラズマ処理チャンバのＲＦ電源電極に達する直前のＲＦ電流を直接監視することによって、プラズマ処理中のアーク、マイクロアーク又は他のプラズマ不安定性などのプラズマエクスカーションを検出するためのシステム及び方法が提供される。監視されるＲＦ電流はＲＦ電圧に変換され、その後、一連のアナログフィルタ及び増幅器に通され、プラズマエクスカーション信号を与えることができる。プラズマエクスカーション信号は既定値と比較され、プラズマエクスカーション信号が既定値を超えた時点で、アラーム信号が生成される。その後、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止できるように、アラーム信号がシステムコントローラにフィードバックされる。一実施形態では、デジタルフィルタリング及び処理のために、ＲＦ電流は増幅され、デジタル信号に変換される。特定の実施形態では、単一の検出制御ユニットによって複数の処理領域を監視することができる。
2013543636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマチャンバ内のプラズマエクスカーションを検出するための方法であって、
プラズマ処理中に、高周波（ＲＦ）整合回路網と前記プラズマチャンバ内のＲＦ電源用電極との間の一箇所でＲＦ伝送ラインからＲＦ電流を直接検知することと、
前記ＲＦ電流を電圧信号に変換することと、
複数のフィルタを用いて前記電圧信号をフィルタリングして出力電圧信号を得ることと、
前記出力電圧信号を、プラズマエクスカーション事象を表す既定電圧値と比較することと、
前記出力電圧信号が前記既定電圧値を超える場合にアラーム信号を生成することと
を含む方法。
【請求項２】
前記電圧信号をフィルタリングすることは、約２５０Ｈｚ〜約５０ｋＨｚの周波数のみを通すように構成されたバンドパスフィルタに前記電圧信号を通すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電圧信号の前記フィルタリングの前に、前記電圧信号を周波数混合器に通すことを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電圧信号の前記フィルタリングの前に、前記電圧信号をデジタル信号に変換することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記比較の前に、検知された前記ＲＦ電流の大きさの絶対値を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記電圧信号をフィルタリングすることは、低域周波数通過フィルタと高域周波数通過フィルタとに前記電圧信号を連続的に通すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記低域周波数通過フィルタは、約５０ｋＨｚより低い周波数を通すように構成されており、前記高域周波数通過フィルタは、約２５０Ｈｚより高い周波数を通すように構成されている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
データ取得モジュールを用いて前記出力電圧信号を絶えず収集することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
アラーム信号が生成されるときにのみ、データ取得モジュールを用いて前記出力電圧信号を収集することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
プラズマチャンバ内のプラズマエクスカーションを検出するためのシステムであって、
１つ又は複数の電流プローブであって、各電流プローブが、プラズマ処理中にＲＦ整合回路網とプラズマチャンバ内のＲＦ電極との間の一箇所で伝送ラインからＲＦ電流を検知するように配置されており、更には前記ＲＦ電流を電圧信号に変換するように構成されている、１つ又は複数の電流プローブと、
プラズマエクスカーション検出ユニットと
を備えており、前記プラズマエクスカーション検出ユニットは、
１つ又は複数のエクスカーション検出モジュールであって、各エクスカーション検出モジュールが、前記１つ又は複数の電流プローブのうちの１つから前記電圧信号を受信するように構成されており、前記電圧信号をフィルタリングして出力電圧信号を得るように配置された複数のフィルタを備えており、更には、前記出力電圧信号を既定電圧信号と比較して、前記出力電圧信号が前記既定電圧信号を超える場合にアラーム信号を生成するように構成されたコンパレータを備えている、１つ又は複数のエクスカーション検出モジュールと、
ホストコントローラから前記既定電圧信号を受信するように構成されており、且つ前記ホストコントローラに前記アラーム信号を送信するように構成されている１つ又は複数の接続ポートと、
前記１つ又は複数のエクスカーション検出モジュールのそれぞれから前記出力電圧信号を収集し、データロギング及び診断システムに転送するように構成されたデータ取得モジュールと
を備えている、システム。
【請求項１１】
前記エクスカーション検出モジュールの各々は、約２５０Ｈｚ〜約５０ｋＨｚの周波数を通すように構成されたバンドパスフィルタを備えている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンパレータはデジタルコンパレータである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
各エクスカーション検出モジュールは周波数混合器を更に含んでいる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記エクスカーション検出モジュールの各々は低域周波数通過フィルタ及び高域周波数通過フィルタを備えており、前記低域周波数通過フィルタは約５０ｋＨｚより低い周波数を通すように構成されており、前記高域周波数通過フィルタは約２５０Ｈｚより高い周波数を通すように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムは別々の伝送ラインからのＲＦ電流を検知するように構成された少なくとも２つの電流プローブを備えている、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、プラズマ処理中に、アーク、マイクロアーク又は他のプラズマ不安定性などのプラズマエクスカーションを検出するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）又は物理的気相堆積（ＰＶＤ）など、基板のプラズマ処理中に、アーク、マイクロアーク又は他のプラズマ不安定性などのプラズマエクスカーションが散発的に、且つ予期せず生じる。さらに、特定の処理要件が電気絶縁破壊及びプラズマエクスカーションの確率を大きく高める。そのようなプラズマエクスカーションの結果として、プロセス結果のシフト、製造歩留りの減少、及びシステムダウンタイムの増加が生じる。したがって、プラズマエクスカーションが生じにくいプロセス条件を、より良好に規定し、制御するために、基板のプラズマ処理中にプラズマエクスカーションを検出することが望ましい。
【０００３】
アーク放電などのプラズマエクスカーションを検出する従来の試みは、処理チャンバから離れた高周波（ＲＦ）電源において、若しくはその付近において生成されるか、又はＲＦ電源と、ＲＦ電源と処理チャンバのプラズマ負荷との間に配置されるＲＦ整合回路網との間で生成されるＲＦ波形を測定することを含む。ＲＦ波形は通常、アナログ形式で測定され、デジタル化され、その後、デジタル信号処理される。そのような従来技術の方法は、ミリ秒範囲の総合サンプリングレートを有しており、数マイクロ秒内に生じるアーク及びマイクロアークを検出し、解消するにはあまりにも遅すぎることがわかっている。また、従来技術のプラズマエクスカーション検出方法は、遅延及び歪みの影響を受けやすく、結果として、かなりの量のプラズマ不安定性を認識し損なっていることもわかっている。それゆえ、従来技術の弱点を克服するために、改善されたプラズマエクスカーション検出装置及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
一実施形態では、プラズマチャンバ内のプラズマエクスカーションを検出するための方法は、プラズマ処理中にＲＦ整合回路網とプラズマチャンバ内のＲＦ電源用電極との間の一箇所でＲＦ伝送ラインから高周波（ＲＦ）電流を直接検知することと、ＲＦ電流を電圧信号に変換することと、複数のフィルタを用いて電圧信号をフィルタリングして、出力電圧信号を得ることと、出力電圧信号を、プラズマエクスカーション事象を表す既定電圧値と比較することと、出力電圧信号が既定電圧値を超える場合には、アラーム信号を生成することとを含む。
【０００５】
別の実施形態では、プラズマチャンバ内のプラズマエクスカーションを検出するためのシステムが、１つ又は複数の電流プローブと、１つ又は複数のエクスカーション検出モジュールを含むプラズマエクスカーション検出ユニットとを備える。各電流プローブは、プラズマ処理中にＲＦ整合回路網とプラズマチャンバ内のＲＦ電極との間の一箇所で伝送ラインからＲＦ電流を検知するように配置され、各電流プローブは、ＲＦ電流を電圧信号に変換するように更に構成されている。各エクスカーション検出モジュールは、１つ又は複数の電流プローブのうちの１つから電圧信号を受信するように構成されている。各エクスカーション検出モジュールは、電圧信号をフィルタリングして出力電圧信号を得るように配置された複数のフィルタを備える。各エクスカーションモジュールは、出力電圧信号を既定電圧信号と比較し、出力電圧信号が既定電圧信号を超える場合には、アラーム信号を生成するように構成されたコンパレータを更に備える。プラズマエクスカーション検出ユニットは、ホストコントローラから既定電圧信号を受信するように構成され、且つホストコントローラにアラーム信号を送信するように構成された１つ又は複数の接続ポートと、１つ又は複数のエクスカーション検出モジュールのそれぞれから出力電圧信号を収集し、データロギング及び診断システムに転送するように構成されたデータ取得モジュールとを更に備える。
【０００６】
本発明の先に記載された特徴を細部にわたって理解することができるように、複数の実施形態を参照することによって、先に簡単に要約された本発明の更に詳細な説明を行うことができ、それらの実施形態のうちの幾つかが添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、本発明は同等に実効的な他の実施形態も受け入れることができるので、それらの図面は本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明を用いることができるＰＥＣＶＤチャンバの概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路の概略的なブロック図である。
【図３】一実施形態による、プラズマエクスカーション検出システムの一実施形態の概略的なブロック図である。
【図４】Ａ〜Ｃは、図２の回路のコンパレータの機能のグラフ表現である。
【図５】別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路の概略的なブロック図である。
【図６】別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路の概略的なブロック図である。
【図７】別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路の概略的なブロック図である。
【図８】別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路の概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、プラズマ処理チャンバのＲＦ電源電極に達する直前のＲＦ電流を直接監視することによって、プラズマ処理中のアーク、マイクロアーク又は他のプラズマ不安定性などのプラズマエクスカーションを検出するためのシステム及び方法を提供する。監視されるＲＦ電流はＲＦ電圧に変換され、その後、一連のアナログフィルタ及び増幅器に通され、プラズマエクスカーション信号を与えることができる。プラズマエクスカーション信号は既定値と比較され、プラズマエクスカーション信号が既定値を超えた時点で、アラーム信号が生成される。その後、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止できるように、アラーム信号がシステムコントローラにフィードバックされる。一実施形態では、デジタルフィルタリング及び処理のために、ＲＦ電流は増幅され、デジタル信号に変換される。特定の実施形態では、単一の検出制御ユニットによって複数の処理領域を監視することができる。
【０００９】
図１は、本発明を用いることができるＰＥＣＶＤチャンバ１００の概略的な断面図である。ＰＥＣＶＤチャンバ１００は、側壁１０２と、底壁１０４と、チャンバ蓋１０６とを含み、それにより累積的に処理領域１０８を画定する。ガス分配システム１１０はチャンバ蓋１０６を貫通して配置され、処理領域１０８にガスを供給する。ガス分配システム１１０は、ガス注入口１１４を有するガスボックス１１２を含み、ガス注入口は前駆体源１１１から処理ガスを受け取り、処理ガスをガスボックス１１２、及びガスボックス１１２からの処理ガスを処理領域１０８に分配するための複数のガス通路１１８を有するシャワーヘッド１１６を含む。ガス分配システム１１０は、処理ガスを所望の温度まで加熱するために、環状の抵抗ヒータなどのガスボックスヒータ１２０も含むことができる。
【００１０】
シャワーヘッド１１６は、処理領域１０８内のプラズマ形成を容易にするために、シャワーヘッド１１６に電気エネルギーを供給するＲＦ電源１２２に結合される。したがって、シャワーヘッド１１６は、上側電源用電極としての役割を果たす。ＲＦ電源１２２とシャワーヘッド１１６との間に自動調整ＲＦ整合回路網１２４が配置される。一実施形態では、ＲＦ電力は約１３．５６ＭＨｚの周波数において供給される。
【００１１】
底壁１０４は、ペデスタルヒータ１３０を支持する心棒１２８のための通路１２６を画定する。ペデスタルヒータ１３０は、処理領域１０８において基板１０１を支持するように構成される。ペデスタルヒータ１３０は、その中に埋め込まれるグランドメッシュ１３２を含み、グランドメッシュはＲＦグランドに接続される。したがって、グランドメッシュ１３２は、シャワーヘッド１１６とペデスタルヒータ１３０との間の処理領域１０８においてプラズマ形成を容易にするグランド電極としての役割を果たす。また、ペデスタルヒータ１３０は、基板１０１を所望の処理温度まで加熱する、抵抗加熱素子などの１つ又は複数の加熱素子１３４も含む。
【００１２】
中央処理装置（ＣＰＵ）１５２、メモリ１５４、支持回路１５６を含む制御システム１５０が、チャンバ１００の種々の構成要素に結合され、チャンバ１００内の処理の制御を容易にする。メモリ１５４は、チャンバ１００又はＣＰＵ１５２に対してローカルに、又はリモートに配置される、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピィディスク、ハードディスク又は任意の他の形のデジタル記憶装置などの任意のコンピュータ可読媒体とすることができる。支持回路１５６は、従来通りにＣＰＵ１５２を支持するためにＣＰＵ１５２に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路及びサブシステム等を含む。ＣＰＵ１５２によって実行されるときに、メモリ１５４内に記憶されるソフトウェアルーチン又は一連のプログラム命令によって、チャンバ１００はその中でプラズマ処理を実行する。
【００１３】
本発明から恩恵を受けることができる堆積チャンバは、炭素をドープされた酸化シリコン、シリコン含有膜、アドバンスドパターンドフィルム（advanced pattered film：ＡＰＦ）を含む他の誘電体材料などの酸化物を堆積するように構成されるチャンバを含む。堆積チャンバの一例は、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されるＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）チャンバである。ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）チャンバは、炭素をドープされた酸化シリコン及び他の材料を堆積するために用いることができる２つの分離した処理領域を有するＰＥＣＶＤチャンバである。本発明のために有用な例示的なチャンバの更なる詳細は、米国特許第５，８５５，６８１号に記述されており、その特許は参照により本明細書に援用される。チャンバ１００は概略的にＰＥＣＶＤチャンバとして示されるが、本発明の使用は、プラズマエッチング又はＰＶＤチャンバなどの他のチャンバに関しても同じく有効である場合がある。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路２００の概略的なブロック図である。検出回路２００はＲＦ電流プローブ２０２を含み、ＲＦ電流プローブ２０２は、ＲＦ整合回路網１２４と、図１に示されるＰＥＣＶＤチャンバ１００内のシャワーヘッド１１６など、プラズマチャンバ２０６内の上側電源用電極２０４との間のＲＦ送電ライン２０１に結合される。好ましくは、ＲＦ電流プローブは、ＲＦ送電ライン２０１が電源用電極２０４に接続される直前に、ＲＦ送電ライン２０１に結合される。電源用電極２０４付近のＲＦ電流を直接検出することによって、先に論じられたような従来技術の技法である、ＲＦ電力発生器若しくはＲＦ整合回路網（図１）において、又はその付近において検出するのとは対照的に、プラズマエクスカーションをはるかに高感度に検出できるようになる。
【００１５】
ＲＦ電流プローブ２０２は、単ループ変流器又は複ループ変流器とすることができる。ＲＦ送電ライン２０１を通って流れるＲＦ電流は、ＲＦ送電ライン２０１の周囲に、経時的に変化する磁界を生成する。経時的に変化する磁界は更に、ＲＦ周波数における経時的に変化する電界を生成する。経時的に変化する電界は、１つ又は複数のループ及び電流プローブ２０２内の抵抗器を通って流れるＲＦ電流を誘導する。その結果として、後続の処理のために、ＲＦ電流がＲＦ電圧に変換される。
【００１６】
次に、ＲＦ電圧が、（例えば、約７０ｋＨｚを超える周波数をブロックする）デュアルＲＦフィルタ２０８によってフィルタリングされる。その後、結果として生成された電圧信号は、計測増幅器などの差動増幅器２１０によって増幅される。差動増幅器２１０において、差動増幅器２１０の非反転端子及び反転端子上に存在する場合がある同相雑音（例えば、ＲＦによって誘発された雑音）が除去される。差動増幅器２１０の後方に高速バッファ２１２が配置され、回路２００内の信号処理の次のステージのための分離及び信号中継バッファリングの両方を提供する。
【００１７】
一実施形態では、高速バッファ２１２からの電圧信号は、任意選択で１つ又は複数のノッチフィルタ２１４に通される。一実施形態では、ノッチフィルタ２１４は６０Ｈｚノッチフィルタである。一実施形態では、ノッチフィルタ２１４は５０Ｈｚノッチフィルタである。代替的には、ノッチフィルタ２１４は、６０Ｈｚノッチフィルタ及び５０Ｈｚノッチフィルタの両方を含むことができる。電源用電極２０４は大きな受信用アンテナのように動作するので、その電極は、図１のチャンバ１００内に示されるガスボックスヒータ１２０又はペデスタルヒータ１３０など、チャンバ２０６内に存在するヒータからの望ましくない６０Ｈｚ（北アメリカ）又は５０Ｈｚ（ヨーロッパ／日本）雑音を直接捕捉する。この望ましくない雑音は、電圧信号に渡され、１つ又は複数のノッチフィルタ２１４によって除去することができる。その後、フィルタリングされた電圧信号は、高速バッファ２２２に転送することができ、高速バッファは後続の信号処理のための分離及び信号バッファリングを提供する。
【００１８】
特定の実施形態では、電源用電極２０４へのＲＦ電流（すなわち、プラズマへの入力）が検知されるので、チャンバ２０６内に存在するプラズマ負荷及びヒータからの雑音は無視できるほどであると考えられる。そのような場合には、１つ又は複数のノッチフィルタ２１４を不要にすることができる。
【００１９】
一実施形態では、その後、電圧信号は、例えば約１０μｓ〜約１ｍｓの時間スケールで、高速プラズマエクスカーション事象を検出するために特に設計された通過帯域を有するアナログバンドパスフィルタ２３２を通る。例えば、バンドパスフィルタ２３２の通過帯域は、約２５０Ｈｚの低域カットオフ及び約５０ｋＨｚの高域カットオフを有することができる。その後、電圧信号はハイパスフィルタ２３４及び増幅器２３６を通って、エクスカーション出力信号２３８を与える。ハイパスフィルタ２３４は更なるＡＣカップリングを与え、増幅器２３６において増幅する前に任意のＤＣオフセットを除去する。このように、このエクスカーション出力信号２３８は、チャンバ２０６内のＡＣ雑音からの歪みを伴うことなく、ＤＣバイアス内の任意のスパイクが明瞭に検出可能であるように更にフィルタリングされた信号を与える。それゆえ、エクスカーション出力信号２３８を用いて、アーク又はマイクロアークなど、チャンバ２０６内の任意のエクスカーション、すなわち、プラズマ不安定性を検出することができる。
【００２０】
一実施形態では、エクスカーション出力信号２３８はコンパレータ２４０に給送され、コンパレータにおいて、エクスカーション出力信号２３８の値が、例えばユーザによって供給されるか又は制御システム１５０（図１）内にプログラミングされる値である、既定値２３９と比較される。エクスカーション出力信号２３８が非常に短い時間（例えば、１ｍｓ）内に既定値２３９を超える場合には、コンパレータ２４０は信号をアナログ／デジタルコンバータ２４２に渡し、スパイク又はプラズマエクスカーションを知らせるデジタルアラーム信号２４４が生成される。アラーム信号２４４は、制御システム１５０にフィードバックされ、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止することができる。
【００２１】
図３は、上記の検出回路２００を用いるプラズマエクスカーション検出システム３００の一実施形態の概略的なブロック図である。図３に示されるエクスカーション検出システム３００は、上記のＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）チャンバなど、２つの処理領域が監視されることになる実施形態とともに用いるためのものである。しかしながら、単一の処理領域の応用形態にも同じく適用可能である。
【００２２】
監視されることになる複数の処理領域を有する応用形態を処理する際に、チャンバ２０６の各処理領域内の電源用電極２０４に結合されるＲＦ送電ライン２０１が単一のＲＦ電流プローブ２０２によって別々に監視される。各ＲＦ電流プローブ２０２は、ケーブル３０２を介してデュアルＲＦフィルタ２０８に接続される。各ＲＦフィルタ２０８からの電圧信号は検出制御ユニット３０４に別々に給送され、検出制御ユニット３０４は、監視されることになるチャネル２０６の処理領域毎に別々の検出モジュール３０６を含む。検出モジュール３０６はそれぞれ、図２、図５、図６、図７及び図８内の枠２５０、５５０、６５０、７５０及び８５０によってそれぞれ囲まれる回路２００の構成要素の全てを含む。検出制御ユニット３０４は、１つ又は複数の既定値２３９を受信するための制御システム１５０への接続３０８と、各検出モジュール３０６と制御システム１５０との間のデジタルアラーム信号２４４の出力とを含む。さらに、検出制御ユニット３０４は、データ取得ユニットと、ＵＳＢポートなどのポート３０９とを含み、ポートはデータロギング及び診断ソフトウェアを有するパーソナルコンピュータ３１０に接続することができる。一実施形態では、コンピュータ３１０は、データ取得ポート３０９を通して、エクスカーション出力信号２３８を絶えず記録する。別の実施形態では、コンピュータ３１０は、エクスカーション出力信号２３８が既定値２３９を超え、対応する検出モジュール３０６からアラーム信号２４４が生成されるときに、診断のために、データ取得ポート３０９を通して、検出モジュール３０６のうちの１つからエクスカーション出力信号２３８を記録するだけである。この機能によって、プラズマ処理中に生成された任意のプラズマエクスカーションの大きさ及び持続時間に関して、自動ロギング及び診断を実行できるようになる。
【００２３】
図４Ａ〜図４Ｃは、図２の回路２００のコンパレータ２４０の機能のグラフ表現である。図４Ａは、０Ｖ〜１０Ｖの目盛における既定値２３９、すなわち、ユーザによってプログラミングされたトリガーレベルのグラフ表現である。この例では、２．５Ｖの既定値が規定される。この既定値はプロセスレシピに入れられ、システムに単一の正の２．５Ｖが入れられる場合であっても、±２．５Ｖの帯域制限として検出制御ユニット３０４によって解釈される。図４Ｂは、既定値２３９が重ねられたエクスカーション出力信号２３８のグラフ表現である。点４０５において表されるように、エクスカーション出力信号２３８は、幾つかの場所において既定値２３９によって画定される帯域制限を超える（すなわち、２．５Ｖより大きいか、又は−２．５Ｖより小さい）。図４Ｃは、エクスカーション出力信号２３８が、既定値２３９によって画定される帯域制限を超える点４０５に対応するアラーム信号２４４のグラフ表現である。
【００２４】
図５は、別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路５００の概略的なブロック図である。エクスカーション検出回路５００並びに後続の回路６００、７００及び８００の数多くの態様が、エクスカーション検出回路２００と同じであるか、又は類似している。したがって、回路間の同一の構成要素を参照する際に、同一のアイテム番号が用いられる。
【００２５】
検出回路５００は、ＲＦ送電ライン２０１が電源用電極２０４に接続される直前に、ＲＦ送電ライン２０１に結合されるＲＦ電流プローブ２０２を含む。ＲＦ電流プローブ２０２は、検出されたＲＦ電流をＲＦ電圧に変換する。その後、ＲＦ電圧は、デュアルＲＦフィルタ２０８によってフィルタリングされる。その後、結果として生成された電圧信号は、差動増幅器２１０によって増幅され、差動増幅器２１０の非反転端子及び反転端子上に存在する場合がある同相雑音が除去される。
【００２６】
結果として生成された電圧信号はハイパスフィルタ２３４を通り、ハイパスフィルタ２３４は電圧信号内の任意のＤＣオフセット又はドリフトを除去する。この時点で電圧信号内のＤＣ成分を除去することによって、後にＡＣ成分を処理するためのダイナミックレンジが大きく拡大することがわかった。ハイパスフィルタ２３４の後方に高速バッファ２１２が配置され、信号処理の次のステージのための分離及び信号中継バッファリングの両方を提供する。次に、高速バッファ２１２からの電圧信号は、図２に関して説明されたように、１つ又は複数のオプションのノッチフィルタ２１４に通すことができる。
【００２７】
その後、電圧信号は、（例えば、約５５ｋＨｚを超える周波数をブロックする）４次ローパスフィルタなどのローパスフィルタ５１６及び増幅器５１８に通され、フィルタリングされた電圧出力信号５２０が与えられる。フィルタリングされた電圧出力信号５２０は、元の電圧信号を可視化するための中間診断信号を与えることができる。
【００２８】
フィルタリングされた電圧出力信号５２０は高速バッファ２２２に転送され、高速バッファ２２２は後続の信号処理のための分離及び信号バッファリングを提供する。その後、フィルタリングされた電圧出力信号５２０は、（例えば、約２３０Ｈｚ未満の周波数をブロックする）４次ハイパスバンドフィルタなどのハイパスフィルタ５２４に通される。ローパスフィルタ５１６とハイパスフィルタ５２４との組み合わせは、エクスカーション検出回路２００において用いられるバンドパスフィルタ２３２よりも、阻止帯域における大きな注視と、低域カットオフ周波数（例えば、２３０Ｈｚ）及び高域カットオフ周波数（例えば、５５ｋＨｚ）の両方の周囲における急峻な遷移とを提供する。
【００２９】
その後、電圧信号は、ハイパスフィルタ５２４から１つ又は複数のノッチフィルタ５２８に通され、ＲＦ伝送ライン２０１からのＲＦ電流信号内の雑音を更にフィルタリングすることができる。例えば、処理中にガスボックスヒータ１２０をオン及びオフすることが、幾つかの異なる周波数における信号への雑音の一因となる場合がある。特定の周波数が特定されると、１つ又は複数のノッチフィルタ５２８を選択して、それらの特定の周波数を除去することができる。その後、フィルタリングされた信号は増幅器２３６において増幅され、エクスカーション出力信号５３８が与えられる。その後、エクスカーション出力信号５３８はコンパレータ２４０に給送され、コンパレータにおいて、エクスカーション出力５３８の値が既定値２３９と比較される。エクスカーション出力信号５３８が規定された時間内に既定値を超える場合には、コンパレータ２４０はアナログ／デジタルコンバータ２４２に信号を渡し、スパイク又はプラズマエクスカーションを知らせるデジタルアラーム信号２４４を生成する。アラーム信号２４４は制御システム１５０にフィードバックすることができ、それにより、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止することができる。
【００３０】
図６は、別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路６００の概略的なブロック図である。検出回路６００はＲＦ電流プローブ２０２を含み、ＲＦ電流プローブ２０２は、ＲＦ送電ライン２０１が電源用電極２０４に接続される直前に、ＲＦ送電ライン２０１に結合される。ＲＦ電流プローブ２０２は、検出されたＲＦ電流をＲＦ電圧に変換する。その後、電流プローブ２０２からのＲＦ電圧は、ＲＦ電流プローブ２０２と差動ＲＦ増幅器６１０との間に如何なるＲＦフィルタリングも用いることなく、差動ＲＦ増幅器６１０によって増幅される。結果として生成されたフィルタリングされていない信号は、１３．５６ＭＨｚなどのＲＦ駆動周波数（すなわち、ω０）及び雑音若しくはプラズマエクスカーションなどの他の周波数（すなわち、ωｎ）の両方を含む。このフィルタリングされていない信号（すなわち、ω０＋ωｎ）は、周波数混合器６１１の一方の入力に入力され、ＲＦ駆動周波数（すなわち、ω０）が周波数混合器６１１の他方の入力に入力される。
【００３１】
結果として生成された周波数混合器６１１の出力（すなわち、ωｎ、２ω０＋ωｎ）は、その後、約１０μｓ〜約１ｍｓの時間スケールにあるような、プラズマエクスカーション事象を検出するために特に設計された通過帯域を有するアナログバンドパスフィルタ２３２に通される。例えば、バンドパスフィルタ２３２の通過帯域は、約２５０Ｈｚの低域カットオフ及び約５０ｋＨｚの高域カットオフを有することができる。その後、その信号は、ハイパスフィルタ２３４を通り、ハイパスフィルタ２３４はＡＣカップリングを与え、任意のＤＣオフセットを除去する。その後、その信号は増幅器２３６に通され、エクスカーション出力信号６３８が与えられる。その後、エクスカーション出力信号６３８はコンパレータ２４０に給送され、コンパレータにおいて、エクスカーション出力信号６３８の値が既定値２３９と比較される。エクスカーション出力信号６３８が規定された時間内に既定値を超える場合には、コンパレータ２４０はアナログ／デジタルコンバータ２４２に信号を渡し、スパイク又はプラズマエクスカーションを知らせるデジタルアラーム信号２４４を生成する。アラーム信号２４４は制御システム１５０にフィードバックすることができ、それにより、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止することができる。
【００３２】
図７は、別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路７００の概略的なブロック図である。検出回路７００はＲＦ電流プローブ２０２を含み、ＲＦ電流プローブ２０２は、ＲＦ送電ライン２０１が電源用電極２０４に接続される直前に、ＲＦ送電ライン２０１に結合される。ＲＦ電流プローブ２０２は、検出されたＲＦ電流をＲＦ電圧に変換し、ＲＦ電圧は減衰器７０７に給送され、減衰器７０７は、ＲＦ電流プローブ２０２かの電圧信号を受信し、低減する。その後、電圧信号はバンドパスフィルタ７０９に通され、バンドパスフィルタ７０９は、減衰器７０７から電圧信号を受信し、フィルタリングする。バンドパスフィルタ７０９は、約１０ＭＨｚ〜約１６ＭＨｚの通過帯域を有することができる。その後、電圧信号は、Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡのＡｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓから市販されるＡＤ８３６３  ＴｒｕＰｗｔ  ＲＭＳ電力検出器などのＲＦ  ＲＭＳ検出器７１３に通される。その後、電圧信号は１つ又は複数のノッチフィルタ２１４に通され、フィルタリングされた出力電圧（Ｖ１）を与えることができる。その後、フィルタリングされた出力電圧（Ｖ１）は、ローパスフィルタ７１５（例えば、１００Ｈｚ未満のブロック周波数）及び増幅器７１７に通され、ＲＭＳ電圧信号７１９が与えられ、ＲＭＳ電圧信号７１９はＲＦ電流プローブ２０２によって測定されるＲＦ電流の大きさの絶対値を表す。
【００３３】
フィルタリングされた出力電圧（Ｖ１）は、約１０μｓ〜約１ｍｓの時間スケールにあるような、プラズマエクスカーション事象を検出するために特に設計された通過帯域を有するバンドパスフィルタ２３２にも通される。例えば、バンドパスフィルタ２３２の通過帯域は、約２５０Ｈｚの低域カットオフ及び約５０ｋＨｚの高域カットオフを有することができる。その後、その信号はハイパスフィルタ２３４を通り、ハイパスフィルタ２３４はＡＣカップリングを与え、任意のＤＣオフセットを除去する。その後、その信号は増幅器２３６に通され、エクスカーション出力信号７３８が与えられる。その後、エクスカーション出力信号７３８はコンパレータ２４０に給送され、コンパレータにおいて、エクスカーション出力信号７３８の値が既定値２３９と比較される。エクスカーション出力信号７３８が規定された時間内に既定値を超える場合には、コンパレータ２４０は信号をアナログ／デジタルコンバータ２４２に渡し、スパイク又はプラズマエクスカーションを知らせるデジタルアラーム信号２４４を生成する。アラーム信号２４４は制御システム１５０にフィードバックすることができ、それにより、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止することができる。それゆえ、検出回路７００は、プラズマ状態を監視し、制御するために、且つプラズマ安定性及びプラズマエクスカーション事象を監視するために用いることができる。
【００３４】
図８は、別の実施形態による、電流に基づくプラズマエクスカーション検出回路８００の概略的なブロック図である。検出回路８００はＲＦ電流プローブ２０２を含み、ＲＦ電流プローブ２０２は、ＲＦ送電ライン２０１が電源用電極２０４に接続される直前に、ＲＦ送電ライン２０１に結合される。ＲＦ電流プローブ２０２は検出されたＲＦ電流をＲＦ電圧に変換する。その後、電流プローブ２０２からのＲＦ電圧は、ＲＦ電流プローブ２０２と差動ＲＦ増幅器６１０との間に如何なるＲＦフィルタリングも用いることなく、差動ＲＦ増幅器６１０によって増幅される。その後、差動ＲＦ増幅器６１０からのＲＦ電圧は、高速アナログ／デジタルコンバータ８２０を介してデジタル信号に変換される。
【００３５】
その後、デジタルＲＦ信号は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）に基づく有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲ）などのバンドパスデジタルフィルタ８３２に通される。一実施形態では、バンドパスデジタルフィルタ８３２は、約１２ＭＨｚ〜約１４ＭＨｚの周波数を通過させるように構成されている。その後、フィルタリングされたＲＦ信号はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）８４０に渡され、デジタルシグナルプロセッサ８４０において、ＲＦ波形が抽出され、スペクトル分析が実行されて、駆動ＲＦ周波数、雑音、及びアーク又はプラズマ振動などの任意のエクスカーション信号を含む、全スペクトルが得られる。フィルタリングされたＲＦ信号はＤＳＰ８４０からデジタル／アナログコンバータ８４１に渡され、アナログエクスカーション出力信号８３８を生成することができる。既定値２３９がアナログ／デジタルコンバータ８３９においてデジタル信号に変換され、ＤＳＰ８４０内のフィルタリングされたＲＦ信号と比較される。フィルタリングされたＲＦ信号が規定された時間内に既定値２３９を超える場合には、スパイク又はプラズマエクスカーションを知らせるために、デジタルアラーム信号２４４が生成される。アラーム信号２４４は制御システム１５０にフィードバックすることができ、それにより、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止することができる。
【００３６】
このように、プラズマ処理チャンバのＲＦ電源電極に達する直前のＲＦ電流を直接監視することによって、プラズマ処理中のアーク、マイクロアーク又は他のプラズマ不安定性などのプラズマエクスカーションを検出するためのシステム及び方法が提供される。監視されるＲＦ電流はＲＦ電圧に変換され、その後、一連のアナログフィルタ及び増幅器に通され、プラズマエクスカーション信号を与えることができる。プラズマエクスカーション信号が既定値と比較され、プラズマエクスカーション信号が既定値を超えた時点において、アラーム信号が生成される。その後、操作者に警告することができ、且つ／又は処理システムを停止できるように、アラーム信号はシステムコントローラにフィードバックされる。一実施形態では、デジタルフィルタリング及び処理のために、ＲＦ電流は増幅され、デジタル信号に変換される。特定の実施形態では、単一の検出制御ユニットによって複数の処理領域を監視することができる。
【００３７】
上述の説明は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び更なる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ−４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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