(57)【要約】  本発明は、プラズマ処理チャンバのＲＦ電源電極上の直流（ＤＣ）バイアス電圧を直接監視することによって、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を提供する。監視されたＤＣバイアス電圧は、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供給する。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。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、その後、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。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。
2013545218.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、
プラズマ処理中に前記プラズマチャンバ内の高周波（ＲＦ）電源用電極からバイアス電圧を直接検知することと、
複数のアナログフィルタを用いて前記バイアス電圧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】
前記バイアス電圧のフィルタリングの前に、分圧器を用いて前記バイアス電圧を低減することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バイアス電圧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バイアス電圧を通すことを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記バイアス電圧をフィルタリングすることは、前記バイアス電圧を、低域周波数通過フィルタ及び高域周波数通過フィルタに連続的に通すことを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記低域周波数通過フィルタは約５５ｋＨｚ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２３０Ｈｚより高い周波数を通すように構成されている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記出力電圧信号を得る前に、前記バイアス電圧を複数のノッチフィルタ及びローパス周波数フィルタに通して、フィルタリングされた直流バイアス電圧信号を得ることを更に含み、前記ローパス周波数フィルタは５０ｋＨｚより低い周波数を通すように構成されている、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
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８】
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９】
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つ又は複数の電圧プローブであって、各電圧プローブが、プラズマチャンバ内の高周波電極に付着して、プラズマ処理中の前記高周波電極のバイアス電圧を検知するように構成されている、１つ又は複数の電圧プローブと、
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つ又は複数の電圧プローブのうちの１つから前記バイアス電圧を受け取るように構成され、前記バイアス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アナログフィルタを備え、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、
前記既定電圧信号をホストコントローラから受け取るように構成され、且つ前記アラーム信号を前記ホストコントローラに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、
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各々から前記出力電圧信号を収集するように構成され、且つ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１０】
前記１つ又は複数の電圧プローブの各々は、１６０℃までの温度に耐えるように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記１つ又は複数の電圧プローブの各々は、約１００：１の比まで前記バイアス電圧を低減するように構成された電圧低減器を備えている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
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９に記載のシステム。
【請求項１３】
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いる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
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おり、前記エクスカーション検出モジュールの各々は、前記出力電圧信号を得る前に、フィルタリングされた直流バイアス電圧信号を得るように構成された複数のノッチフィルタ及びローパス周波数フィルタを備えている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
別々の高周波電極に取り付けられた少なくとも２つの電圧プローブを備えている、請求項９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技術の試みは、高周波（ＲＦ）電源において、若しくはその付近において、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、プラズマ処理中にプラズマチャンバ内の高周波（ＲＦ）電源用電極からバイアス電圧を直接検知することと、複数のアナログフィルタを用いてバイアス電圧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、１つ又は複数の電圧プローブと、プラズマエクスカーション検出ユニットとを備える、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提供される。各電圧プローブは、プラズマチャンバ内の高周波電極に取り付けられ、プラズマ処理中に高周波電極のバイアス電圧を検知するように構成される。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と、１つ又は複数の接続ポートと、データ取得モジュールとを備える。各エクスカーション検出モジュールは、１つ又は複数の電圧プローブのうちの１つからバイアス電圧を受け取るように構成される。各エクスカーション検出モジュールは、バイアス電圧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アナログフィルタと、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とを備える。１つ又は複数の接続ポートは、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ている。データ取得モジュールは、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ている。
【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、電圧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】生のＤＣバイアスデータと比較される図２の回路から記録されるデータの一例を示す図である。
【図６】プラズマエクスカーションに対応する図５からの点の拡大図である。
【図７】別の実施形態による、電圧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電源電極上の直流（ＤＣ）バイアス電圧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ＤＣバイアス電圧は、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が与えられる。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。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に導入する。ガス分配システム１１０は、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も含む。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、電圧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は高電圧プローブ２０２を含み、高電圧プローブは、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に直接取り付けられる。電圧プローブ２０２は、チャンバ２０６内のプラズマ処理中に電源用電極２０４において電圧を直接検出するために、電源用電極２０４に直接結合される。電源用電極２０４において電圧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電力発生器又はＲＭ整合回路網（図１）において、又はその付近で検出するのとは対照的に、プラズマエクスカーション検出をはるかに高感度に検出できるようになる。例えば、電源用電極２０４は、その大きなサイズ、及びチャンバ２０６内のプラズマに対する位置のゆえに、従来のシステム及び方法を用いて通常検出できない、チャンバ２０６内のマイクロアークなどの非常に小さな電磁グリッチを捕捉する大きなアンテナのように動作する。
【００１５】
一実施形態では、電圧プローブ２０２は、電源用電極２０４における温度に耐えるために、約１６０℃まで、且つそれを超える温度に耐えるように適合される。電圧プローブ２０２は、電源用電極２０４において検出された高い電圧を下流の機器類において使用するのに適した±１５Ｖの範囲内に変換するために、１００：１分圧器などの分圧器を用いて構成することができる。次に、低減された電圧はＲＦフィルタ２０８（例えば、約７０ｋＨｚを超えるブロック周波数）によってフィルタリングされ、ＤＣバイアス信号が与えられ、その信号は数ＲＦサイクルにわたって平均された電圧プローブ２０２からの電圧と定義される。次に、ＤＣバイアス信号は、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の非反転端子はＤＣバイアス信号に接続され、差動増幅器２１０の反転端子は図２に示されるチャンバグランドに接続される。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。
【００１６】
次に、高速バッファ２１２からのＤＣバイアス信号は、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、ＤＣバイアス信号に渡され、１つ又は複数のノッチフィルタ２１４によって除去される。フィルタリングされたＤＣバイアス信号は、その後、４次ローパスフィルタ（約５０ｋＨｚを超えるブロック周波数）などのローパスフィルタ２１６及び増幅器２１８に通され、フィルタリングされたＤＣバイアス出力信号２２０を与えることができる。フィルタリングされたＤＣバイアス出力信号２２０は、元のＤＣバイアス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。
【００１７】
一実施形態では、１つ又は複数のノッチフィルタ２１４からのＤＣバイアス信号は高速バッファ２２２に転送することができ、その高速バッファは、後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、ＤＣバイアス信号は、４次ローパスフィルタなどのローパルフィルタ２２４に通され、そのローパスフィルタは、ローパスフィルタ２１６（例えば、約２５０Ｈｚを超えるブロック周波数）よりも著しく低く構成される。ローパスフィルタ２２４を通った後に、その信号は増幅器２２６によって増幅され、遅いＤＣバイアス出力信号２２８を与える。遅いＤＣバイアス出力信号２２８は、低速ドリフトＤＣバイアスレベル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。
【００１８】
アークなど、チャンバ２０６内のプラズマエクスカーションが、電源用電極２０４を通して電圧プローブ２０２によって受けられる。プラズマアークはＤＣバイアス信号内にスパイク（すなわち、交流（ＡＣ）成分）を生成する。チャンバ２０６内のプラズマ不安定性に対応するこれらのスパイクに関して、フィルタリングされたＤＣバイアス出力信号２２０を監視することができる。しかしながら、電源用電極２０４は、加熱素子のオン／オフ切替など、チャンバ２０６内で生成される他のＡＣ成分も捕捉する。したがって、生ＤＣバイアス内のこれらの付加的なＡＣ成分は、フィルタリングされたＤＣバイアス出力２２０内にも現れる場合があり、プラズマ不安定性の検出を見分けるのを難しくする。それゆえ、更に信頼の高いプラズマエクスカーション検出のためには更なるフィルタリングが必要とされる。
【００１９】
一実施形態では、１つ又は複数のノッチフィルタ２１４からのＤＣバイアス信号は、更なる信号処理の前に、分離及び信号バッファリングのために高速バッファ２３０に渡される。その後、ＤＣバイアス信号は、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、ＤＣバイアス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処理の応用形態では、各処理領域内の電源用電極２０４は単一の電圧プローブ２０２によって別々に監視される。各電圧プローブ２０２は、ケーブル３０２を介して、ＲＦフィルタ２０８に接続される。ＲＦフィルタ２０８それぞれ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、検出制御ユニットは、監視される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、（後述の）図２の枠２５０及び図７の枠７５０によって囲まれる回路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、フィルタリングされたＤＣバイアス出力信号２２０、低速ＤＣバイアス出力信号２２８及びエクスカーション出力信号２３８のうちの１つ又は複数を絶えず記録する。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つからフィルタリングされたＤＣバイアス出力信号２２０、低速ＤＣバイアス出力信号２２８及びエクスカーション出力信号２３８のうちの１つ又は複数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、アーク放電をシミュレートするように意図された処理条件中の生のＤＣバイアスデータと比較した、回路２００から記録されたデータの一例を示す。信号５０１は、如何なるフィルタリングも用いることなく、電源用電極２０４から直接取り出された生のＤＣバイアスデータである。信号５０２は、フィルタリングされたＤＣバイアス信号２２０から出力された対応するデータである。信号５０３は、エクスカーション出力信号２３８からの対応するデータである。信号５０４は、対応するアラーム信号２４４である。点５１０における単一のスパイクは、処理中のチャンバ内の物理的なプラズマアークと相関がある。図６は、図５からの点５１０の拡大図である。
【００２５】
図５及び図６を参照すると、生の信号５０１に関して明らかであるように、生のＤＣバイアス内の雑音レベルは高い。これは、先に論じられたように、電源用電極２０４によって捕捉されたＲＦ雑音及び他のＡＣ成分雑音の両方を含む。この雑音は著しい歪みを与え、プラズマエクスカーション又は不安定を正確且つ確実に検出するのを難しくする。信号５０２は、ＤＣバイアス信号がＲＦフィルタ２０８及びノッチフィルタ（複数の場合もある）２１４を通してフィルタリングされているので、歪みが著しく小さい。先に論じられたように、信号５０２において示されるように、ヒータオン／オフ信号などの他のＡＣ成分信号が、フィルタリングされたＤＣバイアス信号２２０上に存在する場合があり、プラズマエクスカーションを正確且つ確実に検出するのを難しくする場合もある。信号５０３、すなわち、エクスカーション出力信号２３８は概ね歪みがないので、点５１０におけるスパイクが容易に検出される。この例では、信号５０３は、約２０μｓ内に、１．０Ｖの既定値２３９を十分に超えた。それに応じて、点５１０において、検出されたプラズマエクスカーションを知らせるために、アラーム信号が生成された。さらに、図６に示されるように、各アラームパルスは一定のパルス幅を有する。したがって、延長された時間にわたってアーク放電が持続するとき、複数のアラーム信号をトリガーすることができる。
【００２６】
図７は、別の実施形態による、電圧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。エクスカーション検出回路７００の多くの態様が、エクスカーション検出回路２００の態様と同じ、又は類似である。したがって、２つの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ことになる。
【００２７】
検出回路７００は、電源用電極２０４に直接取り付けられる高電圧プローブ２０２を含む。電圧プローブ２０２は１００：１分圧器などの分圧器を用いて電圧を低減する。低減された電圧はＲＦフィルタ２０８によってフィルタリングされ、ＤＣバイアス信号が与えられる。ＤＣバイアス信号は差動増幅器２１０によって増幅される。差動増幅器２１０の非反転端子はＤＣバイアス信号に接続され、差動増幅器２１０の反転端子は図７に示されるようにチャンバグランドに接続される。差動増幅器２１０からのＤＣバイアス信号はハイパスフィルタ２３４を通り、ハイパスフィルタは、ＤＣバイアス信号内の任意のＤＣオフセット又はドリフトを除去する。この時点でＤＣバイアス内の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。
【００２８】
高速バッファ２１２は、ハイパスフィルタ２３４後方に配置され、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ＤＣバイアス信号は、図２に関して説明されたように、１つ又は複数のノッチフィルタ２１４に通される。その後、ＤＣバイアス信号は、４次ローパスフィルタ（例えば、約５５ｋＨｚを超えるブロック周波数）などのローパスフィルタ７１６及び増幅器２１８に通され、フィルタリングされたＤＣバイアス出力信号７２０が与えられる。
【００２９】
フィルタリングされたＤＣバイアス出力信号７２０は高速バッファ２２２に転送され、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。その後、フィルタリングされたＤＣバイアス出力信号７２０は４次ハイパスフィルタ（例えば、約２３０Ｈｚ未満のブロック周波数）などのハイパスフィルタ７２４に通される。ローパスフィルタ７１６とハイパスフィルタ７２４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。
【００３０】
その後、ＤＣバイアス信号を、ハイパスフィルタ７２４から１つ又は複数のノッチフィルタ７２８に通すことにより、チャンバからのＤＣバイアス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、ＤＣバイアス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７２８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。
【００３１】
このようにして、プラズマ処理チャンバのＲＦ電源電極上の直流（ＤＣ）バイアス電圧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。監視されたＤＣバイアス電圧は、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が与えられる。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。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。
【００３２】
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４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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