(57)【要約】【課題】  高周波プラズマ浸漬イオン注入リアクタのようなプラズマ処理チャンバにおいて精密な実時間ドーズ計測が必要とされる【解決手段】  本発明は、一般に、プラズマ処理中に実時間にてイオンドーズを制御する方法及び装置を提供する。一実施形態において、イオンドーズは、高周波プローブからの現場測定値と結合して質量分布センサからのプラズマの現場測定値を使用して制御することができる。【選択図】      図３
2008252078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための方法において、
プラズマ処理を行うように構成されたプラズマリアクタに上記基板を配置するステップと、
上記プラズマリアクタへ高周波バイアスを供給することにより上記プラズマ処理を開始するために上記プラズマリアクタにプラズマを生成するステップと、
上記プラズマリアクタに生成されたプラズマの少なくとも１つの属性を監視するように構成された第１のセンサを使用して上記プラズマにおける総ラジカルに亘る上記プラズマにおける１つ以上のイオン種の比率の値を得るステップと、
上記プラズマリアクタへ上記高周波バイアスを供給するように構成された高周波バイアス電力の少なくとも１つの属性を監視するように構成された第２のセンサを使用して上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値を得るステップと、
上記総ラジカルに亘る上記プラズマにおける上記１つ以上のイオン種の比率の値及び上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値から上記プラズマにおける１つ以上のイオン種の実時間ドーズ値を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
上記プラズマにおける上記１つ以上のイオン種の実時間ドーズ値に従って上記プラズマリアクタのパラメータを調整するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第１のセンサは、発光分光計、質量分光計及び残留ガス分析装置のうちの１つであり、上記第２のセンサは、高周波バイアス電力の供給点に接続された高周波電圧／電流プローブである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記プラズマにおける１つ以上のイオン種の実時間ドーズ値を決定するステップは、
上記第２のセンサによって測定された高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの値を使用して総電流の実時間値を決定する段階と、
上記プラズマにおける上記１つ以上のイオン種の比率と上記総電流とを乗算することにより上記１つ以上のイオン種の電流値を算出する段階と、
上記１つ以上のイオン種の電流値を時間で積分する段階と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記総電流の実時間値を決定する段階は、上記総電流を高周波バイアス電力供給点での値から上記基板の表面での値へと変換する手順を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記１つ以上のイオンは、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、フッ素（Ｆ）、シリコン（Ｓｉ）又はそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板を処理するための装置において、
処理空間を画成する処理チャンバと、
上記処理空間に配置された導電性支持ペデスタルと、
ガスパネルに接続され且つ上記導電性支持ペデスタルと平行に配置されたガス分配アセンブリであって、高周波プラズマバイアス電力供給装置が上記ガス分配アセンブリと上記導電性支持ペデスタルとの間に結合されるようなガス分配アセンブリと、
上記処理空間に生成されたプラズマの１つ以上の属性を監視するように構成された第１のセンサと、
上記高周波プラズマバイアス電力供給装置の１つ以上の属性を監視するように構成された第２のセンサと、
上記第１のセンサ及び上記第２のセンサに結合され、上記第１のセンサ及び上記第２のセンサからの信号を受け取り分析するように構成されたコントローラと、
を備える装置。
【請求項８】
上記第１のセンサは、発光分光計、質量分光計及び残留ガス分析装置のうちの１つである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第２のセンサは、上記高周波プラズマバイアス電力供給装置に接続された高周波電圧／電流プローブである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記コントローラは、上記第２のセンサからの測定値と結合される上記第１のセンサからの測定値を使用して、上記処理空間に生成されたプラズマにおける１つ以上のイオン種のドーズを監視するように構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
上記処理空間と流体連通するトロイダルプラズマ源を更に備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
基板へある物質の希望ドーズを注入するための方法において、
プラズマリアクタにプラズマを生成するように構成された高周波バイアス電力を有するプラズマリアクタに基板を配置するステップと、
上記高周波バイアス電力を使用して上記プラズマリアクタに上記物質を含むプラズマを生成するステップと、
上記プラズマリアクタにおける上記プラズマの属性を監視するように構成された第１のセンサを使用して上記プラズマにおける上記物質の比率の値を得るステップと、
上記高周波バイアス電力の少なくとも１つの属性を監視するように構成された第２のセンサを使用して上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値を得るステップと、
上記プラズマにおける上記物質の比率の値及び上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値を使用して上記物質の実時間ドーズ値を決定するステップと、
上記実時間ドーズ値が上記望むドーズの誤差範囲内に入るときに上記プラズマを終了させるステップと、
を備えた方法。
【請求項１３】
上記第１のセンサは、発光分光計、質量分光計及び残留ガス分析装置のうちの１つである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記第２のセンサは、上記高周波バイアス電力の電圧、電流及び位相を測定するように構成された高周波電圧／電流プローブである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性を、上記基板表面近くのイオン電流の少なくとも１つの属性へと変換するステップを更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般に、基板を処理するための方法及び装置に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体基板のプラズマ処理中に１つ以上の種のドーズを監視するための方法及び装置に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理、高濃度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰＣＶＤ）処理、プラズマ浸漬イオン注入処理（Ｐ３Ｉ）及びプラズマエッチング処理のようなプラズマ処理中にイオンドーズを制御することが重要である。集積回路製造におけるイオン注入処理は、特に、半導体基板上に対して希望のイオンドーズを達成するのに計測及び制御を必要としている。
【０００３】
[0003]イオン注入におけるドーズとは、一般的に、処理している基板の仮想表面を通過する単位面積当たりのイオンの総数を指している。注入されるイオンは、基板の体積に亘って分布する。注入されたイオン濃度（単位体積当たりのイオンの数）の主な変化は、イオンフラックスの方向、通常、基板表面に対して直角（垂直）方向に沿って生ずる。この垂直方向に沿ったイオン濃度（単位体積当たりのイオン）の分布は、イオン注入深さ方向プロファイルと称される。イオン注入ドーズ（単位面積当たりのイオン）を調整するための計測及び制御は、ドーズ計測とも称される。
【０００４】
[0004]イオン注入は、イオンビーム注入装置及びプラズマ浸漬イオン注入装置において行うことができる。基板の表面に亘ってラスタ走査されなければならない細いイオンビームを発生するイオンビーム注入装置は、典型的に、一度に１つの原子種しか注入しない。このような装置におけるイオン電流は、実際のドーズを算出するため、精密に測定され、時間で積分される。全イオンビームが基板に衝突し且つそのビームにおける原子種が知られているので、そのイオン注入ドーズを正確に決定することができる。このことは、イオンビーム注入装置において重要なことである。何故ならば、イオンビーム注入装置は、直流イオン源を使用しており、この直流イオン源は、その出力電流に相当のドリフトをこうむるものであり、このビーム注入マシンに使用される種々なグリッド及び電極も又ドリフト（直流源が構成部分表面上に堆積される物質の蓄積による影響を受け易いことによる）するからである。従って、精密なドーズ計測は、イオンビーム注入装置においては必須のことである。精密に監視されたイオンビーム電流は、瞬時電流注入ドーズを算出するため時間で積分され、そのドーズが所定のターゲット値に達するや否やその処理は停止される。
【０００５】
[0005]これと対照的に、プラズマ浸漬イオン注入リアクタは、ドーズ計測に難しい問題を有している。典型的に、基板に入射するイオンの原子重量は、精密には決定することができない。何故ならば、このようなリアクタは、望まれたイオン注入種並びに他の種を含む前駆体ガスを使用するからである。例えば、純粋なホウ素は室温で固体であるので、ホウ素のプラズマ浸漬イオン注入は、プラズマ前駆体としてＢ２Ｈ６のような多重種ガスを使用しなければならず、従って、ホウ素及び水素イオンの両方が基板に入射することになる。その結果として、測定電流からホウ素ドーズを決定するのは難しい。プラズマ浸漬イオン注入リアクタにおいてドーズ計測を行う場合の別の問題として、プラズマイオンが全基板に連続して衝突するので、基板の上方でその基板への総イオン電流を直接測定することは難しいということがある。代わりに、ドーズは、非常に小さな面積について取られた測定値から間接的に推定しなければならい。このことは、特に、高周波（無線周波数）プラズマ源電力又は高周波プラズマバイアス電力を使用するリアクタの場合にそうである。
【０００６】
[0006]直流（又はパルス化直流）プラズマ源電力を使用するプラズマ浸漬イオン注入リアクタは、内部リアクタ構成部分にプラズマからの物質が堆積するため、プラズマイオン電流がドリフトし易いものである。従って、このようなリアクタは、精密な実時間ドーズ計測を必要としている。この問題は、基板周辺の外側でウエハ支持ペデスタル又はカソードに小さなオリフィスを設けて、プラズマイオンがそこを通してそのカソードの内部空間へと通過するようにすることにより、解決されようとしていた。ファラデーカップと称されることもある電極をそのオリフィスに対面させて、そのオリフィスを通過するイオンを収集するようにその電極にバイアスを掛ける。そのカソードの内部は、そのオリフィスを通してのイオンの収集を効率よくするために、プラズマチャンバよりも僅かに低い圧力まで排気される。カソード内部の内側の電流センサにより、そのイオン収集電極とそのバイアス源との間に流れる電流が測定される。この電流は、ドーズ計測の基礎として使用することができる。このような測定の１つの問題は、その電流測定値が異なる原子種の間で区別できず、従って、問題としている種（例えば、ホウ素）の正確な測定値を与えることができないということである。別の問題として、カソード内部の内側の電流センサからの測定電流が、外部コントローラ又はプロセッサへ伝送される間に、プラズマリアクタの雑音の多い電磁環境によって歪まされてしまうということがある。
【０００７】
[0007]更に別の問題として、カソードのオリフィスは、理想的プラズマ環境を破壊してしまうということがある。何故ならば、オリフィスは、基板周辺の付近の電界を歪ませてしまうことがあるからである。更に又、そのオリフィスを通過するプラズマにより、そのオリフィス表面がスパッタリングされてしまったり又はオリフィス内部表面に堆積が生じてしまったりして、そのオリフィス内部を定期的に洗浄する必要が生じてしまうというような問題も生ずることがあるのである。
【０００８】
[0008]高周波プラズマ源電力を使用するプラズマ浸漬イオン注入リアクタにおいては、精密又は実時間ドーズ測定は、典型的には、クリティカルなものではなかった。これは、ある程度、直流プラズマ源を使用するリアクタに比較して、高周波プラズマが内部チャンバ構成部分上に物質を比較的に堆積させないものなので、ウエハ表面でイオンフラックスがそれほどドリフトしないということによるためである。また、このようなリアクタにおける実時間ドーズ測定は難しい。例えば、このようなリアクタの厳しい高周波環境は、カソードの内側で取られたイオン電流測定値を、それが外部コントローラ又はプロセッサへ伝送されるときに、歪ませてしまうであろう（前述したように）。このような問題を避けるため、注入ドーズは、ターゲット注入ドーズに達するに必要とされる予測又は推定時間に基づいて制御すると信頼性を上げることができる。しかしながら、半導体デバイスにおいて特徴部サイズがより小さくなるにつれて、実時間ドーズ制御を行う必要が増してくる。
【０００９】
[0009]従って、高周波プラズマ浸漬イオン注入リアクタのようなプラズマ処理チャンバにおいて精密な実時間ドーズ計測が必要とされている。
【発明の概要】
【００１０】
[0010]本発明は、一般的に、プラズマ処理中に実時間にてイオンドーズを制御するための方法及び装置を提供する。
【００１１】
[0011]本発明の１つの実施形態は、基板を処理するための方法において、プラズマ処理を行うように構成されたプラズマリアクタに上記基板を配置するステップと、上記プラズマリアクタへ高周波バイアスを供給することにより上記プラズマ処理を開始するため上記プラズマリアクタにプラズマを生成するステップと、上記プラズマリアクタに生成されたプラズマの少なくとも１つの属性を監視するように構成された第１のセンサを使用して上記プラズマの上記少なくとも１つの属性の値を得るステップと、上記プラズマリアクタへ上記高周波バイアスを供給するように構成された高周波バイアス電力の少なくとも１つの属性を監視するように構成された第２のセンサを使用して上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値を得るステップと、上記プラズマの上記少なくとも１つの属性の値及び上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値から上記プラズマにおける１つ以上のイオン種の実時間ドーズ値を決定するステップと、を備えた方法を提供する。
【００１２】
[0012]本発明の別の実施形態は、基板を処理するための装置において、処理空間を画成する処理チャンバと、上記処理空間に配置された導電性支持ペデスタルと、ガスパネルに接続され且つ上記導電性支持ペデスタルと平行に配置されたガス分配アセンブリであって、高周波プラズマバイアス電力供給装置が上記ガス分配アセンブリと上記導電性支持ペデスタルとの間に結合されるようなガス分配アセンブリと、上記処理空間に生成されたプラズマの１つ以上の属性を監視するように構成された第１のセンサと、上記高周波プラズマバイアス電力供給装置の１つ以上の属性を監視するように構成された第２のセンサと、上記第１のセンサ及び上記第２のセンサに結合され、上記第１のセンサ及び上記第２のセンサからの信号を受け取り分析するように構成されたコントローラと、を備える装置を提供する。
【００１３】
[0013]本発明の更に別の実施形態は、基板へある物質の希望ドーズを注入する方法において、プラズマリアクタにプラズマを生成するように構成された高周波バイアス電力を有するプラズマリアクタに基板を配置するステップと、上記高周波バイアス電力を使用して上記プラズマリアクタに上記物質を含むプラズマを生成するステップと、上記プラズマリアクタにおける上記プラズマの属性を監視するように構成された第１のセンサを使用して上記プラズマにおける上記物質の属性の値を得るステップと、上記高周波バイアス電力の少なくとも１つの属性を監視するように構成された第２のセンサを使用して上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値を得るステップと、上記物質の上記属性の値及び上記高周波バイアス電力の上記少なくとも１つの属性の値を使用して上記物質の実時間ドーズ値を決定するステップと、上記実時間ドーズ値が上記望むドーズの誤差範囲内に入るときに上記プラズマを終了させるステップと、を備えた方法を提供する。
【００１４】
[0014]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、概要について前述した本発明について、幾つかを図面に例示している実施形態を参照してより特定して以下説明する。しかしながら、それら図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示するものであり、従って、本発明の範囲をそれに限定しようとするものではなく、本発明としては、その他の均等の効果のある実施形態が種々あり得ることに注意されたい。
【詳細な説明】
【００１５】
[0020]本発明の実施形態は、プラズマ処理中に実時間でイオンドーズを制御するための方法及びこの方法を行うための装置を提供する。
【００１６】
[0021]図１は、本発明の１つの実施形態によるプラズマチャンバ１の断面斜視図を概略的に例示している。このプラズマチャンバ１は、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理、高濃度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰＣＶＤ）処理、イオン注入処理、エッチング処理及びその他のプラズマ処理用に構成することができる。
【００１７】
[0022]このプラズマチャンバ１は、このプラズマチャンバ１の本体３に結合されるトロイダルプラズマ源１００を備える。本体３は、蓋１０及び底部１５に結合された側壁部５を備えており、それらは、内部空間２０を定めている。プラズマチャンバ１の他の実施例としては、２００２年６月５日に出願され２００５年９月６日に発行された米国特許第６，９３９，４３４号明細書及び２００４年２月２４日に出願され２００５年５月１７日に発行された米国特許第６，８９３，９０７号明細書に開示されたものがあり、これら明細書は、ここにそのまま援用される。
【００１８】
[0023]内部空間２０は、ガス分配アセンブリ２００と基板支持体３００との間に形成された処理領域２５を含む。排気（pumping）領域３０が基板支持体３００の一部分を取り囲んでいる。この排気領域３０は、底部１５に形成されたポート４５に配設された弁３５を通して選択的に真空ポンプ４０と連通させられる。１つの実施形態では、弁３５は、内部空間４５からポート４５を通して真空ポンプ４０へのガス又は蒸気の流れを制御するように適応されたスロットル弁である。１つの実施形態では、弁３５は、Ｏリングを使用せずに動作するもので、これは、２００５年４月２５日に出願された米国特許出願公開第２００６/０２３７１３６号明細書に開示されており、この明細書は、ここにそのまま援用される。
【００１９】
[0024]トロイダルプラズマ源１００は、本体３の蓋１０の上に配設されている。１つの実施形態では、このトロイダルプラズマ源１００は、全体として「Ｕ」字形状を有する第１の導管１５０Ａ及び全体として「Ｍ」字形状を有する第２の導管１５０Ｂを備える。第１の導管１５０Ａ及び第２の導管１５０Ｂの各々は、それぞれ少なくとも１つのアンテナ１７０Ａ及び１７０Ｂを含む。これらアンテナ１７０Ａ及び１７０Ｂは、導管１５０Ａ／１５０Ｂの各々の内部領域１５５Ａ／１５５Ｂ内にそれぞれ誘導結合プラズマを形成するように構成されている。図２に示されるように、各アンテナ１７０Ａ／１７０Ｂは、高周波プラズマ電力源１７１Ａ／１７２Ａのような電力源に結合される巻線又はコイルであってよい。高周波インピーダンス整合システム１７１Ｂ／１７２Ｂを各アンテナ１７０Ａ／１７０Ｂに結合することもできる。ヘリウム、アルゴン及びその他のガスのような処理ガスが、導管１５０Ａ、１５０Ｂの各々の内部領域１５５Ａ、１５５Ｂへそれぞれ与えられる。１つの実施形態では、これら処理ガスは、各導管１５０Ａ／１５０Ｂの内部領域１５５Ａ／１５５Ｂへ供給されるドーパント含有ガスを含むことができる。１つの実施形態では、これら処理ガスは、ガスパネル１３０Ｂからトロイダルプラズマ源１００へ分配することができる。別の実施形態では、処理ガスは、プラズマチャンバ１の本体３に形成されたポート５５に接続されたガスパネル１３０Ａからガス分配アセンブリ２００を通して分配することができる。
【００２０】
[0025]１つの実施形態では、導管１５０Ａ／１５０Ｂの各反対側の端部は、プラズマチャンバ１の蓋に形成された各ポート５０Ａ−５０Ｄ（この図には５０Ａ及び５０Ｂのみが示されている）に結合されている。処理中には、処理ガスが導管１５０Ａ／１５０Ｂの各々の内部領域１５５Ａ／１５５Ｂへ供給され、高周波電力が各アンテナ１７０Ａ／１７０Ｂに加えられ、ポート５０Ａ−５０Ｄ及び処理領域２５を通して進む循環プラズマ路が生成されるようになる。特定すると、図１において、循環プラズマ路は、ガス分配アセンブリ２００と基板支持体３００との間の処理領域２５を通して、ポート５０Ａからポート５０Ｂへと、又はその逆に進行する。各導管１５０Ａ／１５０Ｂは、導管１５０Ａ／１５０Ｂの各端部とポート５０Ａ−５０Ｄとの間に結合されたプラズマチャネリング手段４００を備える。１つの実施形態では、このプラズマチャネリング手段４００は、導管１５０Ａ／１５０Ｂの各々内に形成されたプラズマ路を分割し広げるように構成されている。
【００２１】
[0026]ガス分配アセンブリ２００は、環状壁部２１０及び孔開きプレート２２０を備える。環状壁部２１０、孔開きプレート２２０及び蓋１０は、プレナム２３０を画成する。孔開きプレート２２０は、対称又は非対称パターンにおいて貫通形成された複数の開口２２１を含む。１つの実施形態では、ドーパント含有処理ガスは、ガスパネル１３０Ａに接続されたガス分配アセンブリ２００から処理領域２５へと分配することができる。ドーパント含有ガスのような処理ガスは、ポート５５からプレナム２３０へ与えることができる。一般的に、このドーパント含有ガスは、ホウ素（シリコンにおけるｐ型導電性不純物）又はリン（シリコンにおけるｎ型導電性不純物）のようなドーパント不純物原子及びフッ素及び／又は水素のような揮発性種からなる化学物質である。従って、ホウ素、リン又はヒ素、アンチモン等のような他のドーパント種のフッ化物及び／又は水素化物がドーパントガスでありうる。例えば、ホウ素ドーパントが使用される場合には、ドーパント含有ガスは、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）又はジボラン（Ｂ２Ｈ６）を含むことができる。これらガスは、開口２２１を通して孔開きプレート２２０の下の処理領域２５内へ流れる。１つの実施形態では、孔開きプレート２２０は、処理領域２５におけるプラズマの生成及び／又は維持を助成するため、高周波バイアスされる。
【００２２】
[0027]基板支持体３００は、上方プレート３１０及びカソードアセンブリ３２０を備える。上方プレート３１０は、基板を上に支持するように構成された滑らかな基板支持表面３１０Ｂを有する。この上方プレート３１０は、処理中に基板とこの上方プレート３１０の基板支持表面３１０Ｂとの間に静電吸引が生ずるようにするため直流電力源３０６に接続される埋め込み電極３１５を備える。１つの実施形態では、この埋め込み電極３１５は、処理領域２５へ容量性高周波エネルギーを与えるための電極としても使用することができる。この埋め込み電極３１５は、高周波インピーダンス整合回路３０５Ｂを介して高周波プラズマバイアス電力３０５Ａに結合することができる。
【００２３】
[0028]基板支持体３００は、上方プレート３１０の上方に基板を選択的にリフトし支持して、それらの間にロボットブレードが入ることができる間隔があけられるようにすることにより、１つ以上の基板を移送するように構成された複数のリフトピン５１０を含むリフトピンアセンブリ５００を含むこともできる。
【００２４】
[0029]図２は、図１に示したプラズマチャンバ１の上面斜視図を概略的に例示している。プラズマチャンバ１の側壁部５は、スリット弁（図示していない）によって選択的に密閉される基板ポート７を有している。処理ガスは、ポート５５に結合されたガスパネル１３０Ａによってガス分配アセンブリ２００へ供給される。１つ以上の処理ガスを、ガスパネル１３０Ｂによりトロイダル源１５０Ａ、１５０Ｂへ供給することができる。
【００２５】
[0030]プラズマチャンバ１は、更に、このプラズマチャンバ１において行われる処理を監視し制御するように構成されたコントローラ６００を備える。このコントローラ６００は、１つ以上のセンサと接続され、センサデータをサンプリングし、分析し、記憶するように構成することができる。１つの実施形態では、このコントローラ６００は、異なる処理のための制御タスクを行うことのできる能力を備えることもできる。このコントローラ６００は、プラズマチャンバ１の作動部に接続され、それら作動部へ制御信号を送ることもできる。このコントローラ６００は、希望の処理結果を達成するようにセンサデータに従って処理パラメータを調整することにより、閉ループ制御タスクを行うことができる。本発明の１つの実施形態では、このコントローラ６００は、１つ以上の種のドーズ制御、終点検知及びその他の制御タスクを行うように構成することができる。
【００２６】
[0031]１つの実施形態では、高周波プローブ６０６が高周波インピーダンス整合回路３０５Ｂと埋め込み電極３１５との間の供給点に配置される。この高周波プローブ６０６は、電圧／電流結合器又は方向性結合器であってよい。この高周波プローブ６０６は、電圧プローブ及び電流プローブのような個々の測定器に置き換えることができる。この高周波プローブ６０６は、同時に又はほぼ同時に、高周波電圧、高周波電流及び高周波電圧と高周波電流との間の瞬時インピーダンス角を測定することができる。
【００２７】
[0032]総電流又は電流の実部（総電流とインピーダンス角の余弦との積又はバイアス電圧に対する吸収バイアス電力の商）は、直接的に測定することができ又は高周波プローブ６０６からの間接測定値から算出することができる。測定された電流は、ＲＭＳ（二乗平均）、ピーク電流又はピークツーピーク電流でありうる。この測定された電流は、ドーズを制御し又は終点を決定するのに使用されるイオンドーズ割合及び／又はドーズを推定するのに使用することができる。この測定電流は、ドーズ割合を制御するのに使用することができる。
【００２８】
[0033]プラズマ処理中に、高周波プローブ６０６によって測定された高周波電流は、孔開きプレート２２０のような接地電極から埋め込み電極３１５のような高周波バイアス電極（又はこのバイアス電極上に載せられた基板）へ放射状に流れる総電流を実質的に反映している。１つの実施形態では、供給点６０７での高周波電圧／電流値を埋め込み電極３１５上に配置された基板での高周波電圧／電流値へと変換するための変換計算がなされる。このような変換については、図４に従って詳細に説明する。
【００２９】
[0034]１つの実施形態では、イオン電流は、最小高周波電圧値に対応する高周波電流値である。高周波電圧の最小値を使用してイオン電流値を決定することについての詳細な説明は、Journalof Applied Physics, Volume 90, No.6, pp.2660-2671, 2001におけるMark A. Sobolewski氏による論文「Measuringthe ion Current in High-density Plasma Using Radio Frequency Current andVoltage Measurements」においてなされている。
【００３０】
[0035]しかしながら、高周波プローブ６０６から得られる電流値は、通常は、プラズマ処理を行おうとしている１つ以上のイオン種の電流に等しくない。なぜなら、少なくともその理由の１つとして、そのプラズマには他のイオン種も含まれていることが挙げられるからである。例えば、ホウ素イオンを、プラズマ前駆体としてＢ２Ｈ６を使用したプラズマ注入中に基板内へ注入しようとしているとする。そのプラズマは、イオン種Ｂ３＋及びＨ＋を含むことがあり、ホウ素及び水素イオンの両方が基板に入射することがある。高周波プローブ６０６から得られる電流値は、ホウ素及び水素イオンの両者の電流を含むものとなることがある。ホウ素の望むドーズを得るためには、高周波プローブによって測定された総イオン電流に対するホウ素電流の比率を得ることが必要である。
【００３１】
[0036]本発明の１つの実施形態では、問題の１以上のイオン種の比率は、プラズマリアクタにおいて生成されたプラズマを監視するように構成された質量分布センサを使用して現場において得ることができる。この質量分布センサは、発光分光計、残留ガス分析装置、グランドサイド質量分光計又は任意の適当なセンサでよい。
【００３２】
[0037]１つの実施形態では、図１に示されるように、発光分光計６０１は、本体３に形成された石英窓６に隣接して配設される。この発光分光計６０１は、プラズマチャンバ１内に生成されたプラズマにおける励起された種からの光放出を定量的に測定するように構成されている。プラズマにおける励起された種は、その励起エネルギーレベルから放出光のより低いエネルギーレベルまで減衰する。その遷移は離散原子エネルギーレベルの間で行われるので、放出される光の波長は、その励起種を識別するのに使用することができる。１つの実施形態では、放出される光の強度は、１つ以上の種を含むプラズマにおける異なる種の濃度又は分布を反映する。プラズマは、一般に、光スペクトルにおける、即ち、約１８０ｎｍから約１１００ｎｍまでの波長を有する放出を含む電磁放射線を発生する。これらの放出の一部分は、発光分光計６０１のような分光計又は１つ以上のホトダイオードを備えたスペクトルフィルタのモノクロメーターのような他の適当な装置によって検出することができる。
【００３３】
[0038]この発光分光計（ＯＥＳ）６０１は、石英窓６に隣接して配設されるレンズ６０２を備えることができる。このレンズ６０２は、分光計６０４に接続された光ファイバケーブル６０３へ石英窓６を通して通過するように、プラズマの放射線をコリメートするように構成される。分光計６０４は、その放射線を波長に基づいてスペクトル分離し、１つ以上のスペクトル分離された波長についての検出信号を発生する。コントローラ６００におけるデータ取得装置は、分離された波長、従って、プラズマにおけるイオン種の特性を表すデータを、周期的サンプリング割合において収集するのに使用される。この収集されたデータは、処理パラメータ、例えば、圧力、電力強度、流量、処理持続時間を調整するため、高周波プラズマバイアス電力３０５Ａ、高周波プラズマ源電力１７１Ａ／１７２Ａ、ガスパネル１３０Ａ／１３０Ｂ、ポンプ４０又はプラズマチャンバ１の任意の他の制御可能な構成部分への制御信号を発生するように処理され分析される。
【００３４】
[0039]１つの実施形態では、図１に示されるように、残留ガス分析装置６０８は、側壁部５に配設することができる。この残留ガス分析装置６０８は、処理領域２５と流体連通しており、その処理領域２５における全ての種の量を分離し識別し測定することができるようになっている。この残留ガス分析装置６０８は、実時間プラズマ挙動を監視し、そのプラズマにおける異なるイオン種の比率を算出するためのデータを与えることができる。この残留ガス分析装置６０８は、コントローラ６００に接続され、このコントローラ６００は、この残留ガス分析装置６０８からの測定値を処理し分析して、高周波プラズマバイアス電力３０５Ａ、高周波プラズマ源電力１７１Ａ／１７２Ａ、ガスパネル１３０Ａ／１３０Ｂ、ポンプ４０又はプラズマチャンバ１の任意の他の制御できる構成部分への制御データを生成し、処理パラメータ、例えば、圧力、電力強度、流量又は処理持続時間を調整することができる。
【００３５】
[0040]別の実施形態では、プラズマにおける異なる種の分布を測定するように構成された質量分光計６０５を、ガス分配アセンブリ２００に配置することができる。残留ガス分析装置６０８又は発光分光計６０１と同様に、その質量分光計６０５は、実時間においてそのプラズマを監視し、プラズマ処理中に望む結果が得られるように閉ループ制御を行うコントローラ６００へ測定値を与えることができる。
【００３６】
[0041]本発明の１つの実施形態では、発光分光計６０１のような質量分布センサ、残留ガス分析装置６０８、質量分光計６０５又は任意の他の適当な装置は、問題の、１つ以上のイオン種の実時間ドーズを監視し、終点を検知し、又は望む処理結果を得るため、高周波プローブ６０６のようなプラズマ電流センサと関連させて使用することができる。図３は、電流センサに関連して質量分布センサを使用して実時間ドーズを監視するための典型的な方法７００を概略的に例示している。
【００３７】
[0042]図３に示されるように、基板７０３は、電極７０４と接地電極７０１との間に生成されたプラズマ７０２によって処理される。電極７０４は、供給点７１４でインピーダンス整合回路７０６を通してバイアス電力供給装置７０７と接続される。プラズマ７０２は、バイアス電力供給装置７０７により供給される高周波電力によって生成される。
【００３８】
[0043]高周波プローブ７０６は、供給点７１４で電極７０４に接続される。この高周波プローブ７０５は、電極７０４に供給される高周波バイアス電力の実時間電圧、電流及び位相を監視するように構成されている。質量分布センサ７１０は、プラズマにおける１つ以上のイオン種の実時間質量分布を監視するため配置されている。この質量分布センサ７１０は、発光分光計、残留ガス分析装置又は質量分光計のうちの１つであってよい。質量分布センサ７１０及び高周波プローブ７０５は、共に、この質量分布センサ７１０及び高周波プローブ７０５からの測定値に従って実時間においてドーズ値を算出するように構成されたプロセッサ７２０に接続されている。
【００３９】
[0044]１つの実施形態では、そのプロセッサ７２０は、イオン注入ドーズを推定するようにプログラムされている。これは、図３に示すプロセッサ７２０の内側にフロー図において例示したようにして達成することができる。プロセッサ７２０は、高周波プローブ７０５からの瞬時電流値の入来ストリームを追跡することができる。総イオン電流は、高周波プローブ７０５の入力からブロック７０９において算出される。この総イオン電流は、高周波センサ７０５からのインピーダンス角の余弦を各電流値に乗ずることにより得ることができる。より正確な性能とするために、高周波プローブ７０５の電圧、電流及びインピーダンス角測定値は、以下に説明する特徴に従って、ブロック７０８において供給点７１４での値から基板７０３の表面での値へと変換される。
【００４０】
[0045]同時に、質量分布データは、質量分布センサ７１０からプロセッサ７２０へと入力することができる。プラズマ７０２における問題の１つ以上のイオン種の瞬時比率は、質量分布センサ７１０の測定値からブロック７１１において算出される。
【００４１】
[0046]次いで、この総イオン電流のイオン比率は、図３のブロック７１２において、問題の１つ以上のイオン種の実際のイオン電流を得るために結合される。１つの実施形態では、１つのイオン種の実際のイオン電流は、イオン比率、総イオン電流、そのイオン種の電子電荷の逆数及び基板７０３の表面積の逆数を乗算することにより得ることができる。
【００４２】
[0047]問題のイオン種の実時間ドーズ値は、ブロック７１３において、実際のイオン電流を時間で積分することにより得ることができる。
【００４３】
[0048]図４は、電流／電圧値を供給点での値からプラズマに隣接した基板表面での値へと変換するための方法８００を概略的に例示している。この方法８００は、図３のブロック７０８において使用することができる。
【００４４】
[0049]図４に示されるように、供給点に配置された高周波プローブ８０２からの電圧／電流入力は、先ず、デジタイザ８０４において時間領域における離散値へと量子化される。電圧／電流測定値を周波数領域へと変換するため、高速フーリエ変換がステップ８０６において行われる。ステップ８０８において、高周波プローブに対する校正データ８１０を使用して、電圧／電流測定値に対して修正が加えられる。高周波プローブを校正することについての詳細な説明は、参考としてここに援用する２００４年１０月２３日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０/９７１，７７２号（代理人整理番号第９６１５号）に見られる。
【００４５】
[0050]ステップ８１２において、周波数領域における修正された電圧／電流測定値に対して、供給点−基板表面変換が行われる。ステップ８１４において、周波数領域におけるその変換された電圧／電流値に対して逆フーリエ変換が行われる。それから、時間領域における基板表面での瞬時電圧／電流値が、ステップ８１６において得られ、精密な処理監視及び制御に使用することができる。このような供給点−基板表面変換についての詳細な説明は、参考としてここに援用する２００４年１０月２３日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０/９７１，７７２号（代理人整理番号第９６１５号）に見られる。
【００４６】
[0051]図５は、本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理のための終点検知の方法９００のフローチャートを例示している。
【００４７】
[0052]ステップ９１０において、処理すべき基板がプラズマリアクタに配置される。
【００４８】
[0053]ステップ９２０において、プラズマ処理が開始される。このステップは、プラズマチャンバの排気、処理ガスの流入及び／又はプラズマの生成を含むことができる。
【００４９】
[0054]ステップ９３０において、プラズマリアクタにおけるプラズマの総イオン電流が、高周波プローブを使用して監視される。例えば、高周波プローブは、供給点近くで高周波バイアス電力供給装置に接続される。１つの実施形態では、基板表面近くの総イオン電流を得るため、供給点−基板表面変換が行われる。
【００５０】
[0055]ステップ９４０において、プラズマリアクタにおけるプラズマの質量分布が、発光分光計、残留ガス分析装置又は質量分光計のような質量分布センサを使用して監視される。問題の、１つ以上のイオン種の比率が、質量分布センサの測定値から瞬時に算出される。
【００５１】
[0056]ステップ９５０において、問題の、１つ以上のイオン種の実時間ドーズ値が、ステップ９４０において算出された１つ以上のイオン種の比率及びステップ９３０において算出された総イオン電流を使用して算出される。実時間ドーズ値の計算は、イオン種の実際のイオン電流を算出し、その実際のイオン電流を時間で積分することを含む。実際のイオン電流の計算は、イオン種の比率、総イオン電流、イオン種の電子電荷の逆数及び基板の表面積の逆数を乗算することを含む。
【００５２】
[0057]ステップ９６０において、実時間ドーズ値は、希望のドーズ値と比較される。もし、その実時間ドーズ値が希望のドーズ値の誤差限界内に入る場合には、ステップ９８０においてその処理は終了される。別の仕方として、その処理は、ステップ９３０、９４０、９５０及び９６０を繰り返すことにより継続することができる。１つの実施形態では、閉ループ制御を達成するため、実時間ドーズ値に従って動作パラメータを調整するステップ９７０を行うことができる。
【００５３】
[0058]本明細書ではホウ素（Ｂ）のイオン注入について説明しているのであるが、本発明の方法及び装置は、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、フッ素（Ｆ）、シリコン（Ｓｉ）及びプラズマ処理に使用される他の種のドーズを監視し制御するのにも使用できるものである。
【００５４】
[0059]本発明の方法及び装置をプラズマ浸漬イオン注入処理について説明したのであるが、当業者には、本発明の方法及び装置がプラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理、高濃度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰＣＶＤ）処理、イオン注入処理及びエッチング処理にも適用できるものであることは理解されよう。
【００５５】
[0060]本発明の種々な実施形態について説明してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の更なる実施形態を考えることができるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の１つの実施形態によるプラズマチャンバの断面斜視図を概略的に例示している。
【図２】図１のプラズマチャンバの上面斜視図を概略的に例示している。
【図３】電流センサに関連して質量分布センサを使用して実時間ドーズを監視するための典型的な方法を概略的に例示している。
【図４】電流／電圧値を基板表面での値からプラズマに隣接して配置された基板表面での値へと変換するための方法を概略的に例示している。
【図５】本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理のための終点検知の方法のフローチャートを例示している。
【符号の説明】
【００５７】
１…プラズマチャンバ、３…本体、５…側壁部、６…石英窓、７…基板ポート、１０…蓋、１５…底部、２０…内部空間、２５…処理領域、３０…排気領域、３５…弁、４０…真空ポンプ、４５…ポート、５０Ａ…ポート、５０Ｂ…ポート、５０Ｃ…ポート、５０Ｄ…ポート、５５…ポート、１００…トロイダルプラズマ源、１３０Ａ…ガスパネル、１３０Ｂ…ガスパネル、１５０Ａ…第１の導管、１５０Ｂ…第２の導管、１５５Ａ…内部領域、１５５Ｂ…内部領域、１７０Ａ…アンテナ、１７０Ｂ…アンテナ、１７１Ａ…高周波プラズマ源電力、１７１Ｂ…高周波インピーダンス整合システム、１７２Ａ…高周波プラズマ電力源、１７２Ｂ…高周波インピーダンス整合システム、２００…ガス分配アセンブリ、２１０…環状壁部、２２０…孔開きプレート、２２１…開口、２３０…プレナム、３００…基板支持体、３０５Ａ…高周波プラズマバイアス電力、３０５Ｂ…高周波インピーダンス整合回路、３０６…直流電力源、３１０…上方プレート、３１０Ｂ…基板支持表面、３１５…埋め込み電極、３２０…カソードアセンブリ、４００…プラズマチャネリング手段、５００…リフトピンアセンブリ、５１０…リフトピン、６００…コントローラ、６０１…発光分光計、６０２…レンズ、６０３…光ファイバケーブル、６０４…分光計、６０５…分光計、６０６…高周波プローブ、６０７…供給点、６０８…残留ガス分析装置、７００…典型的方法、７０１…接地電極、７０２…プラズマ、７０３…基板、７０４…電極、７０５…高周波プローブ、７０６…回路、７０７…バイアス電力供給装置、７０８…ブロック、７０９…ブロック、７１０…質量分布センサ、７１１…ブロック、７１２…ブロック、７１３…ブロック、７１４…供給点、７２０…プロセッサ、８００…方法、８０２…高周波プローブ、８０４…デジタイザ、８１０…校正データ
【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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【外国語明細書】
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