(57)【要約】【解決手段】  ＲＦ駆動プラズマのＲＦ電圧信号を測定することによってウェハのバイアス電圧を補償するための方法および装置であって、少なくとも静電チャック（ＥＳＣ）、容量分圧器、信号処理および信号調節ネットワークを含むことを開示する。バイアス補償装置は、ＥＳＣのＲＦ電圧を検知する容量分圧器と、対象の特定のＲＦ信号をフィルタリングする目的のための信号調節ネットワークと、フィルタリングされたＲＦ信号からＤＣウェハ電位を計算するための信号処理部とを含む。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重ＲＦ周波数を使用してプラズマ処理システムの動作を制御するための方法であって、
高インピーダンス経路を介してＲＦ検出機構からＲＦ電圧信号を所得し、
前記多重ＲＦ周波数のそれぞれに対応する少なくとも個々の信号を含む複数の信号を取得するために、前記ＲＦ電圧信号を処理し、
前記複数の信号を伝達関数に入力し、
前記伝達関数の出力を制御信号として提供し、前記プラズマ処理システムの少なくとも１つのサブシステムを制御する
方法。
【請求項２】
前記ＲＦ検出機構は、前記ＲＦ電圧信号を得るために前記ＥＳＣサブシステムの非プラズマ曝露構成要素に十分近い請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非プラズマ曝露構成要素は基板である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＲＦ検出機構はＲＦロッドである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記高インピーダンス経路は、少なくとも容量分圧器ネットワークによって実装される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の信号は、前記ＲＦ電圧信号のフィルタリングされていない広帯域型に対応する少なくとも１つの信号も含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記処理は前記複数の信号を較正することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記伝達関数は線形伝達関数である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記線形伝達関数は多変数分析を使用して得られる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記伝達関数は非線形伝達関数である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記非線形関数は電力方程式を使用して得られる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理は少なくともアナログフィルタリングを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理は少なくともデジタル信号処理を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
静電チャック（ＥＳＣ）に配置される少なくとも１つのウェハを処理するように構成されるプラズマ処理システムであって、
ＲＦ電圧信号を得るために前記ＥＳＣの非プラズマ曝露構成要素に十分近く配置されたＲＦ検出機構と、
前記ＲＦ検出機構に接続され、前記プラズマ処理システムでプラズマを駆動するＲＦ電力の摂動を減少させて前記ＲＦ電圧信号の取得を容易にする高インピーダンス装置と、
前記ＲＦ電圧信号を受信し、伝達関数出力を取得するために、デジタルまたはアナログの前記ＲＦ電圧信号のいずれかを、伝達関数に適用するように構成される信号処理装置と、
前記少なくとも１つのウェハの処理時に、前記プラズマ処理システムを制御するためのフィードバック信号として、前記伝達関数出力を受信するように構成されるＥＳＣ電力供給サブシステムとを
備えたプラズマ処理システム。
【請求項１５】
前記非プラズマ曝露構成要素は基板である請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１６】
前記ＲＦ検出機構はＲＦロッドである請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１７】
前記高インピーダンス経路は、少なくとも容量分圧器ネットワークによって実装される請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１８】
前記ＲＦ電圧信号は、前記信号処理装置によって、前記ＲＦ電圧信号のフィルタリングされていない広帯域型に対応する少なくとも１つの信号を含む複数の信号に処理される請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１９】
前記処理は前記複数の信号を較正することを含む請求項１８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２０】
前記伝達関数は線形伝達関数である請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２１】
前記伝達関数は非線形伝達関数である請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体産業では、シリコンウェハを製造するためのＲＦ駆動プラズマチャンバの使用がよく見られる。このような用途では、シース電圧、特にどのようにシース電圧がウェハ自体のＤＣバイアス電位に関わるかを監視する必要性が一般に存在している。
【０００２】
現在、ウェハ電位ならびにシース電位およびバルクプラズマ電位を確認する技術がいくつか存在している。ウェハＤＣバイアス電位に関して、一監視方法は、ウェハと静電チャック（ＥＳＣ）との間のリーク電流を、印加されたＤＣ電圧がＥＳＣに変化する間に検知することによってウェハの自己バイアス電圧を測定することを含む。この技術が、いくつかの現行の生産環境内で使用される際、比較値はリーク電流の量に大きく依存し、リーク電流の量はシステムのＥＳＣの種類に連動する。また、ウェハを介したＥＳＣへのリーク電流を検知する方法は、さまざまな種類のウェハ裏面のフィルムに大きく依存する。
【０００３】
ウェハバイアス電位を確認するための別の方法は、ＥＳＣの外縁部に取り付けられ、プラズマに接触する炭化ケイ素ピンの使用によるものである。しかし、このようなピンは、消耗品であり、生産環境内で頻繁に取り替える必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
ウェハのＤＣバイアスを検知するための第３の方法は、ＥＳＣのＲＦ電圧プローブと、ピーク間ＲＦ電圧からウェハ電圧を計算する信号処理部とによる。この方法は、較正された利得オフセットの使用によってＥＳＣのＲＦ電圧をＤＣ値に合わせて調整することによって、プローブがプラズマに直接接触せずにウェハＤＣバイアス電圧を検知するための手段を備える。この方法は、ウェハのＲＦピーク間電圧とおよびＤＣ電位との純直線関係を前提とし、多周波数プラズマの場合とは異なる。図１は、ＲＦ  Ｖｐｐに対するウェハバイアスの相関性を示す。図１では、直線近似が適用される場合、Ｒの２乗値は１よりかなり小さくなる［たとえばＲ−ｓｑ：０．９０］。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【０００６】
添付の図面では、本発明を一例として示すが、限定することを目的とせず、同じ符号は同じ要素を示す。
【０００７】
【図１】ＲＦ  Ｖｐｐに対するウェハバイアスの相関性を示す図である。
【０００８】
【図２】開示するＲＦ電圧伝達関数の出力に対するウェハバイアスの相関性を示し、Ｒの２乗値が１にかなり近似していることを示す図である。
【０００９】
【図３】Ｓｉカーバイドピンによって見られるプラズマ電位と配線されたウェハ（ワイヤードウェハ）によって測定されるウェハ電位との関係を確認する試験を説明する図である。
【００１０】
【図４】Ｌａｍ  ＤＦＣ２３００  Ｆｌｅｘ４５プラットフォームで２ＭＨｚ、２７ＭＨｚおよび６０ＭＨｚを使用してＨＡＲＣ（高アスペクト比コンタクト）処理時にＳｉ  ＨＥＲ（ホットエッジリング）によって見られる電圧に対するＳｉカーバイドピンによって見られる電圧を示す図である。
【００１１】
【図５Ａ】３つのＲＦ発生器によるＥＳＣ電源から成るＲＦ駆動プラズマを有するシステムを示す図である。
【００１２】
【図５Ｂ】開示する発明の実施形態を示し、電圧プローブは容量分圧器ネットワークから成り、ＥＳＣ基板にごく接近しているＲＦロッドと、信号調節および信号処理装置とに取り付けられることを示す図である。
【００１３】
【図５Ｃ】デジタル信号処理部を有するアナログのＲＦ電圧信号調節ネットワークの実施形態を示す図である。
【００１４】
【図６】周波数依存性のＲＦ電圧信号に基づいてウェハ電位を計算するための高インピーダンスのＲＦ電圧プローブを示す図である。
【図７】周波数依存性のＲＦ電圧信号に基づいてウェハ電位を計算するための高インピーダンスのＲＦ電圧プローブを示す図である。
【図８】周波数依存性のＲＦ電圧信号に基づいてウェハ電位を計算するための高インピーダンスのＲＦ電圧プローブを示す図である。
【図９】周波数依存性のＲＦ電圧信号に基づいてウェハ電位を計算するための高インピーダンスのＲＦ電圧プローブを示す図である。
【図１０】周波数依存性のＲＦ電圧信号に基づいてウェハ電位を計算するための高インピーダンスのＲＦ電圧プローブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、本発明を、添付の図面に示すいくつかの実施形態を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の理解を深めるために多数の具体的な詳細を記載している。しかし、本発明はこれらの具体的な詳細の一部または全部がなくても実施することが可能であることは、当業者にとって明らかであろう。他の例では、本発明が不必要に曖昧とならないように、周知の処理工程および／または構造は詳細に説明していない。
【００１６】
方法および技術を含めてさまざまな実施形態を本願明細書の以下に説明する。本発明は、本発明の技術に関する実施形態を実施するためのコンピュータ可読命令を保存するコンピュータ可読媒体を含む製品に及ぶことにも留意する必要がある。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードを保存するために、たとえば、半導体、磁気、光磁気、光学またはその他の形態のコンピュータ可読媒体を含んでもよい。さらに、本発明は本発明の実施形態を実施するための装置にも及んでもよい。このような装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実施するための専用回路および／またはプログラマブル回路を含んでもよい。このような装置の例は、適切にプログラムされる場合、汎用計算機および／または専用計算機を含み、コンピュータ／計算機と、発明の実施形態に関するさまざまなタスクに適した専用／プログラマブル回路との組合せを含んでもよい。
【００１７】
開示する発明の実施形態は、ＥＳＣのＲＦ電圧を適切にフィルタリングして調整し、ウェハにバイアスをかける際に多重ＲＦ周波数の寄与を示す伝達関数を利用することによって、ウェハバイアス電位を測定する能力をエンドユーザに提供する。図２は、開示するＲＦ電圧伝達関数の出力に対するウェハバイアスの相関性を示し、Ｒの２乗値が１にかなり近似している［たとえばＲ−ｓｑ：０．９７］ことを示す。
【００１８】
本発明は、炭化ケイ素ピンでＤＣバイアス電位を測定する既存の方法を改善しようと試みる間に着想した。このピンの摩耗率およびピンを収容したクォーツ絶縁材の摩耗率は、製造スループットの制限因子であることがわかった。多周波数プラズマのＲＦ電圧とウェハ電位との間に非線形関係が存在したが、伝達関数はプラズマを駆動する個々の周波数それぞれの寄与に基づいてウェハ電位を誘導するために使用できたことがわかった。
【００１９】
図３に示すように、Ｓｉカーバイドピンによって見られるプラズマ電位とワイヤードウェハによって測定されるウェハ電位との関係を確認するために試験を実施した。そこで、開示する伝達関数は、既存のＳｉカーバイドピンによって見られる電圧信号との相関性が高いことを示した。
【００２０】
図４は、Ｌａｍ  ＤＦＣ２３００  Ｆｌｅｘ４５プラットフォーム（カリフォルニア州フレモント、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製）で２ＭＨｚ、２７ＭＨｚおよび６０ＭＨｚを使用してＨＡＲＣ（高アスペクト比コンタクト）処理時にＳｉ  ＨＥＲ（ホットエッジリング）によって見られる電圧に対するＳｉカーバイドピンによって見られる電圧を示す。ワイヤードウェハに対するＳｉカーバイドピンの上記の相関性を考慮すると、可換性は、プラズマを駆動する個々のＲＦ電圧に関わる伝達関数がウェハ界面のプラズマシース電圧も有効に表現するという意見に信頼性を与える。１または複数の実施形態では、伝達関数を誘導するためにＲＦ電圧に状態空間解析を実行してもよい。状態空間モデリングはよく知られており、本願明細書では詳しく説明しない。１または複数の実施形態は、頑健性を改善するために、知られている過度的な取扱技術を適用してもよい。
【００２１】
図面および以下の説明を参照して発明の実施形態の特徴および利点をさらに良く理解することができる。
【００２２】
一般的に言えば、ＲＦ駆動プラズマ内でプラズマシース電位のＤＣ成分を間接的に測定する能力は、ＥＳＣにごく接近しているＲＦロッドに接続される電圧プローブに依存する。図５Ａは、インピーダンス整合回路網５０６を介した３つのＲＦ発生器５０４Ａ、５０４Ｂおよび５０４ＣによるＥＳＣ５０２電源から成るＲＦ駆動プラズマを有するシステムを示す。これらのＲＦ発生器は、図に示すように異なるＲＦ周波数を提供し、周波数の数が用いられているが、用途に応じて、用いられる正確な周波数と用いられるＲＦ発生器の数とを変えてもよい。基板５０８（またはＥＳＣを伴う別の非プラズマ曝露要素）にごく近接する（すなわち、ＲＦ電圧を感知できるほど十分近い）ＲＦロッドまたは別の好適なＲＦ検出機構は、ＲＦ電圧を容量分圧器ネットワーク５３０に提供する。容量分圧器５３０は、図５Ｂと共に本願明細書にさらに詳細に説明する。次に、容量分圧器ネットワーク５３０の出力は、信号調整および処理ブロック５３２に提供され、図５Ｃと共に本願明細書の以下にさらに詳細に説明する。
【００２３】
図５Ｂは、開示する本発明の例示的実施形態を示し、電圧プローブは容量分圧器ネットワーク５３０を含み、ＥＳＣ基板にごく接近しているＲＦロッド（または他の好適なＲＦ感知機構）に連結され、信号調節および信号処理装置に連結されることを示す。図５Ｂの例では、キャパシタＣ１はキャパシタＣ２に直列であり、並列なキャパシタＣ３／Ｃ４と直列である。図５Ｂに示すように電圧信号が得られる。容量分圧器の電圧プローブは、プラズマを駆動するＲＦ電力を過度に摂動することなく、感知されるＲＦ電圧に対して高インピーダンス経路をもたらす。
【００２４】
容量分圧器の特定の性質は、プラズマを駆動するＲＦ発生器に依存し、最も周波数の高い高周波発生器が支配的要因である。また、容量分圧器は、信号調整および信号処理装置に電圧信号を伝達するのに関与する５０オームの同軸ケーブルと平行して、接地に低インピーダンス経路を提供することによって電圧信号を十分減衰させる。これらの値は、参照目的で例として与えられ、限定するものではないことに留意する。図５Ｂの例では、入力インピーダンスはかなり高く［Ｚ＝１／（ω＊Ｃ）であり、ω＝６０ＭＨｚ、Ｃ＝０．５ｐＦの場合、Ｚ≒３３Ｋオーム］、接地に対するインピーダンスは低い（６０Ｍｈｚで約３１オーム）。
【００２５】
そこで、ＲＦ電圧信号はアナログフィルタまたはデジタルフィルタのネットワークによって調整される。図５Ｃは図５Ａのブロック５３２で実装される種類のアナログＲＦ電圧信号調節ネットワークの例示的実施形態である。アナログＲＦ電圧信号調節ネットワークの入力では、信号は多くの別個のチャネル（図５Ｃの例では４つ）に分割され、プラズマの駆動に関与する特定のＲＦ周波数のＲＦフィルタリングを可能にする。この実施形態では、ＲＦ発生器の周波数は、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚである。１つのチャネルはフィルタリングされず、広帯域電圧の周波数スペクトルを維持する。この実施形態では、４つのチャネルはパッシブピーク検出器［たとえばＩＮ５７１１ダイオード］によってＤＣ信号に変換されるが、アクティブピーク検出器も使用可能である。
【００２６】
そこで、ＤＣ信号は、デジタル信号プロセッサによって処理されるようにデジタル信号に変換され、個々の信号は、ウェハバイアス伝達関数に較正され、入力される。その後、伝達関数の出力はバイアス補償ネットワークに戻る。開示するアナログ信号調節ネットワークは、デジタルドメイン内で完全に達成することが可能であることに留意する必要がある。この場合、単にアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）および信号処理部（ＤＳＰ、ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤなど）があれば、信号スプリッタまたはアナログフィルタは必要ではないと考えられ、信号処理部は、フィルタリング、ピーク検出、較正および伝達関数計算すべてに関与する。
【００２７】
１または複数の実施形態では、各電圧チャネルの較正は、各チャネルに利得およびオフセットを適用することによって実行される。各チャネル（図５Ａ〜５Ｃの例の２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよびフィルタリングされていない広帯域電圧）に対する利得オフセットは、所定のチャネルの信号応答とウェハバイアスとのその相関性とによって求められる。フィルタリングされたチャネルに関して、これは、所定のフィルタリングされたチャネルのその一意の単一周波数に対するウェハバイアスへの応答を特徴化することによって達成される。たとえば、２ＭＨｚのチャネルの応答は、２ＭＨｚ駆動のプラズマに対するウェハバイアスと相関し、次の利得オフセットは、このチャネルを較正するために使用されるということになる。これは、２７ＭＨｚおよび６０ＭＨｚに対して繰り返される。広帯域信号は、３つの周波数すべてと次の変化形（２ＭＨｚのみ、２ＭＨｚと２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚのみ、２７ＭＨｚと６０ＭＨｚなど）とによって駆動されるプラズマに対してウェハバイアスを相関させることによって較正される。
【００２８】
また、較正に考慮される重要な要素は、容量分圧器の電圧プローブ５３０の応答である。容量分圧器は、各周波数に対して特有の信号応答を有する傾向がある。提案する解決法として、容量分圧器の電圧センサの応答を特徴化するためにネットワーク分析器を使用できることから、この応答は、上記の較正係数を変更するために使用することができる。これは、正確かつ繰り返し可能な機器を製造する際の重要な要素である。
【００２９】
ウェハバイアスを計算するための伝達関数は４つの入力、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚおよび６０ＭＨｚに対して較正されたＤＣ電圧信号ならびにフィルタリングされていない広帯域信号で構成される。そこで、電圧信号は一連の係数を乗じる。各係数は、プラズマを駆動する所定の周波数の混合に依存する。係数は、たとえば、ウェハバイアスと４つの電圧信号（２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび広帯域）から成るマトリクスの主成分分析（ＰＣＡ）によって得られる。次に、係数を乗じた個々の結果が加算され、ウェハバイアス値を求める。また、条件命題および重み係数は、係数を最適化するために使用できることから、伝達関数の結果を最適化する。
【００３０】
さらに、図６〜１０は、周波数依存性のＲＦ電圧信号に基づいてウェハ電位を計算するための高インピーダンスのＲＦ電圧プローブを示す。図６では、線形伝達関数が生成され、例示的フローチャートは、どのようにこの線形伝達関数が用いられ、ウェハバイアス値を得ることができるかということを示す。図７は、ウェハバイアス値を得るための非線形伝達関数の使用を示すフローチャートである。非線形伝達関数は、大部分ではないとしても一部の状況でＲＦ電圧からウェハバイアス値にさらに近似させることがさらに良好にできると考えられている。図８、９および１０は、各方法（線形対非線形）の利点に関して詳細に説明している。これら両方の方法は、発明の実施形態に従って、特に多周波数の用途で、感知されたＲＦ電圧をウェハバイアス電圧に相関させる方法を提供する。したがって、ウェハバイアス電圧は、ＥＳＣ電源および／またはバイアス補償ネットワークおよび／またはプラズマ処理システムの他のサブシステムのフィードバック信号または制御信号として使用してもよい。
【００３１】
いくつかの好ましい実施形態に関して本発明を記載したが、変形例、置換例および均等物があり、これらは本発明の範囲内である。また、本発明の方法および装置を実装する多くの他の方法があることに留意する必要がある。本願明細書にさまざまな例を記載しているが、これらの例は説明目的であり、本発明に関して限定しないことを意図している。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013511814.tif 000013
【図１０】
2013511814.tif 000014
【国際調査報告】
2013511814.tif 000015
2013511814.tif 000016