(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理するための高周波数ＲＦプラズマ反応器システムであって、
半導体基板とプロセスガスを内部に受容するに適したプラズマチャンバと、
該チャンバの内部のプロセスガスへＲＦエネルギーを結合させる結合デバイスと、
該プラズマチャンバに隣接するＲＦ電力発生器と、
を備え、
該ＲＦ電力発生器は、
少なくとも１ＭＨｚの周波数を有するＲＦエネルギーを発生させるＲＦ電力回路であって、前記結合デバイスから、前記周波数における波長の８分の１よりも実質的に小さい距離をもって配置された出力を有するＲＦ電力回路と、
該ＲＦ電力回路と該結合デバイスの間に接続され、固定インピーダンスを有する固定ＲＦインピーダンス整合回路と、
該ＲＦ電力回路と該結合デバイスの間で整合回路と直列に接続される電力感知カプラであって、該カプラを介して供給されるＲＦ電力の量を指示する測定出力を有する電力感知カプラと、
前記電力感知カプラの前記測定出力に結合され、前記ＲＦ電力回路に接続されて、該カプラによって測定される供給電力を所定のレベルに維持するように、前記ＲＦ電力回路により発生するＲＦ電力の量を制御する制御回路と
を含んでいる、高周波ＲＦプラズマ反応器システム。
【請求項２】
前記電力感知カプラが、双方向カプラであって、該双方向カプラの測定出力は、
該カプラを介して順方向に伝送される電力量を指示する順方向信号出力と、
該カプラを介して反射し返す電力の量を指示する反射信号出力と
を有しており、該順方向信号出力と該反射信号出力の差が、該カプラを介して供給されるＲＦ電力の量を指示する、請求項１に記載の反応器システム。
【請求項３】
前記電力感知カプラが前記ＲＦ電力回路と前記整合回路の間に直列に接続され、該カプラの前記測定出力が、該整合回路と前記チャンバへ供給される全ＲＦ電力を指示する、請求項１に記載の反応器システム。
【請求項４】
前記電力感知カプラが前記整合回路と前記チャンバの間に直列に接続され、該カプラの前記測定出力が、前記チャンバへ供給されるＲＦ電力を指示する、請求項１に記載の反応器システム。
【請求項５】
前記電力感知カプラが、双方向カプラであって、
前記ＲＦ電力発生器は、前記ＲＦ電力回路と前記双方向カプラの間に接続され、前記ＲＦ電力回路の出力インピーダンスを所定の出力インピーダンスに変換する出力ステージを更に有する、請求項３に記載の反応器システム。
【請求項６】
前記固定ＲＦ整合回路は、前記所定の出力インピーダンスと、前記反応器チャンバ内のプラズマにより与えられる負荷インピーダンスの範囲にある予想される負荷インピーダンスとの間にＲＦ整合を与えるリアクタンスを有する、請求項５に記載の反応器システム。
【請求項７】
前記固定ＲＦ整合回路が、前記ＲＦ電力回路の出力インピーダンスと、前記反応器チャンバ内のプラズマにより与えられる負荷インピーダンスの範囲にある予想される負荷インピーダンスとの間にＲＦ整合を与えるリアクタンスを有する、請求項４に記載の反応器システム。
【請求項８】
前記制御回路に接続されて、反射し返される前記電力が安定したレベルに到達したかどうかを、チャンバクリーニング操作中に感知して、前記反応器チャンバから汚染が完全に除去されたことを指示するセンサを更に備える請求項１に記載の反応器システム。
【請求項９】
ＲＦプラズマチャンバであって、該チャンバへＲＦ電力を結合させるＲＦ結合デバイスを有する前記ＲＦプラズマチャンバと、
前記ＲＦプラズマチャンバ上の高周波数ＲＦ電力発生器と、
を備えるプラズマ反応器システムであって、
前記高周波数ＲＦ電力発生器は、
１ＭＨｚよりも高い周波数のＲＦ信号を与えるＲＦ電力回路と、
前記ＲＦ電力回路と前記ＲＦ結合デバイスの間に接続された固定ＲＦ整合回路と、
前記ＲＦ電力回路により供給されるＲＦ電力の量を感知し、前記ＲＦ電力回路を制御して、供給される前記ＲＦ電力を所望のレベルに維持する、感知及び制御手段と、
を有し、前記ＲＦ結合デバイスから前記高周波数における波長の８分の１よりも小さい距離をもって配置されている、プラズマ反応器システム。
【請求項１０】
前記高周波数が、１３ＭＨｚのオーダである請求項９に記載のプラズマ反応器システム。
【請求項１１】
前記感知及び制御手段が、
前記固定ＲＦ整合回路で順方向電力と反射電力とを感知するための手段と、
供給されるＲＦ電力を前記順方向電力と前記反射電力との間の差として計算するための手段と、
前記供給された電力を所望の電力レベルと比較して誤差信号を生じさせ、前記ＲＦ電力回路により生じた電力を、前記誤差信号がゼロとなるように変化させる、比較のための手段と、
を有している請求項９に記載のプラズマ反応器システム。
【請求項１２】
前記感知するための手段が、前記固定ＲＦ整合回路のＲＦ入力に接続されている、請求項１１に記載のプラズマ反応器システム。
【請求項１３】
前記感知するための手段が、前記固定ＲＦ整合回路のＲＦ出力に接続されている、請求項１１に記載のプラズマ反応器システム。
【請求項１４】
前記固定ＲＦ整合回路が、前記ＲＦ電力回路の出力インピーダンスと前記反応器チャンバの前記ＲＦ結合デバイスでの公称インピーダンスとの間のおよそのＲＦ整合を与える、請求項９に記載のプラズマ反応器システム。
【請求項１５】
前記公称インピーダンスが、前記反応器チャンバ内部のプラズマにより与えられる負荷インピーダンスであり、前記反応器チャンバの異なる操作条件群において前記プラズマにより与えられる負荷インピーダンスの範囲にある、請求項１４に記載のプラズマ反応器システム。
【請求項１６】
前記範囲が、約３：１を越えない順方向電力と反射電力の間の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）に対応する、請求項１５に記載のプラズマ反応器システム。
【請求項１７】
前記制御回路に接続され、チャンバクリーニングの操作中に、反射し返される前記電力が安定したレベルに達して、前記反応器チャンバからの汚染物の除去が完結したことを指示するかどうかを感知するセンサを更に有する請求項１１に記載のプラズマ反応器システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハのための高周波容量結合した高周波（ＲＦ）プラズマ反応器に関し、特に、チャンバクリーニング操作において、ＲＦソースパワーレベルの制御性を改善しウエハペデスタルを損傷から保護することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１（ａ）に示されるように、高いＲＦ周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）で動作するプラズマチャンバ１０は半導体ウエハないし基板を保持し（図示されず）、プラズマエッチング、プラズマ励起化学気相堆積又はスパッタリング等の所望のプロセスをウエハに対して行う。チャンバ１０内にプラズマを維持するためには、従来からの１３．５６ＭＨｚＲＦ発生器１２により、伝達ライン１４（５０オーム同軸ケーブル等）とＲＦ整合回路１６を介して、チャンバ１０に供給される。従来からのＲＦ発生器１２は、１３．５６ＭＨｚＲＦ電力ソース１２ａ、出力ステージ１２ｂ及び従来からの双方向性カプラ１２ｃを有している。出力ステージ１２ｂは、ＲＦ電力回路１２ａの非標準的な出力インピーダンスを５０オームの同軸ケーブルの産業上標準的特性インピーダンスに整合させる。双方向性カプラ１２ｃは、出力ステージ１２ｂの出力において順方向及び反射方向のＲＦ電力を指示する出力１８ａ及び１８ｂを与える。従来からのフィードバック制御回路２０は、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）を最小にする方法、即ち双方向カプラの反射電力出力１８ｂで検知される反射電力を最小にするような方法で、ＲＦ整合回路を調整する。特に、プラズマチャンバのインピーダンスを同軸ケーブルの５０オームの特性インピーダンスに変換するように、制御回路は可変ＲＦ整合回路網を調整する。プラズマチャンバのインピーダンスはウエハの処理中に変化する傾向があるため、可変ＲＦ整合回路網１６は、自身のインピーダンスを変化させてプラズマチャンバのインピーダンスの変動を補償することにより、ＲＦ整合を維持する。
【０００３】
可変ＲＦ整合回路及び低いＶＳＷＲを維持するフィードバック制御回路は、３つの理由から必要である；（１）一定の負荷インピーダンスをＲＦ発生器の出力ステージに与えて、発生器がプラズマチャンバに一定のＲＦ電力レベルを供給するようにする。ＲＦ電力レベルの変動は、プラズマチャンバによって行われる半導体処理に不安定さと非予測性を生じさせてしまう。（２）その高電圧が伝達ラインを損傷する、伝達ライン１４の高いＶＳＷＲと関連する高いピーク電圧を防止する。（３）その電流が伝達ラインのオーバーヒートを生じて特性インピーダンスを変化させ、伝達ラインの熱履歴に依存するチャンバプロセス条件を不均一する、伝達ラインの高いＶＳＷＲと関連した高いピーク電流を防止する。
【０００４】
図１のシステムにおける問題点の１つに、可変ＲＦ整合回路１６は高価で嵩ばることがある。更に、可動部品を用いた可変ＲＦ整合回路網は信頼性に欠ける傾向がある。しかし、化学気相堆積プロセスに必要な１２００ワットの高ＲＦ電力レベルやエッチング又はチャンバクリーニング操作に必要な２０００ワットの高ＲＦ電力レベルにおいて、可変ＲＦ整合回路網１４は、１３．５６ＭＨｚのオーダーの高いＲＦ周波数に対して不可欠であった。
【０００５】
図１（ｂ）に示されるように、低い周波数（例えば３５０ｋＨｚ）ＲＦ発生器１２’は、図１（ａ）の高周波電力回路１２ａの代りに低周波数電力回路１２ａ’を有している。低周波数電力回路１２ａ’は、固定ＲＦ整合回路網３０を介してプラズマチャンバ１０に結合されている。ＲＦ周波数が低いため、ＲＦ発生器とプラズマチャンバの間の伝達ラインはおよそ、１／４波長よりも随分と短く、伝達ラインに定常波パターンは発生しない。従って、上述の高いピーク電圧とピーク電流の問題（２）及び（３）は、プラズマチャンバのインピーダンスと伝達ラインの整合がとれていなくとも、生じないであろう。
【０００６】
しかし、問題（１）プラズマチャンバの負荷インピーダンスがＲＦ電力ソース出力レベルを変化させる効果は、未だ解決されなければならない問題である。図１（ｂ）に示された既知の低周波数（３５０ｋＨｚ）ＲＦ発生器デザインにおいて、制御回路３２はＲＦ電力回路１２ａの電力レベルを動的に調整し、与えられるＲＦ電力（即ち、順方向電力１８ａと反射電力１８ｂの間の差）を一定のレベルに維持する。この制御回路によりＲＦ電力レベルが負荷インピーダンスの緩やかな変化に依存しなくなるため、このデザインは、可変ＲＦ整合回路とそのフィードバック回路２０を必要とせず、これを固定ＲＦ整合回路網に置き換える。固定ＲＦ整合回路網３０は、時間に対してチャンバ１０の内側のプラズマの平均インピーダンスを整合するように選択される固定出力インピーダンスを有している。プラズマインピーダンスが必然的に変動を生じるため、ＲＦ発生器１２に反射して戻る電力のために、ＲＦ不整合及びＲＦ電力の損失が生じるだろう。このことは、図１（ａ）のアプローチとは対称的であり、図１（ａ）では、ＲＦ回路１２ａの電力レベルは一定のレベルに維持され、プラズマインピーダンスの変動は、可変整合回路１６のインピーダンスの変化によって補償されて反射ＲＦ電力を最小にする。
【０００７】
伝達ライン１４は１／４波長よりも短いため、整合回路網と接続されるのがどちらの端部かは問題とはならず、そのため、固定ＲＦ整合回路３０はＲＦ電力発生器１２内部の１つの部品として含めることができる。
【０００８】
制御回路３２は、発せられるＲＦ電力（即ち、双方向カプラ１２ｃの順方向電力出力１８ａと反射電力１８ｂの間の差）を感知する第１の減算器ノード３４と、発せられるＲＦ電力とユーザーによって設定される所望のＲＦ電力との差を感知する第２の減算器ノード３６を有する。（図２の線図では、ソース３８がデジタルであり減算器ノード３６によりデジタル的に比較が行われるが、所望の電力レベルは減算器ノード３６の１つの入力に印加される可変アナログ電力ソース３８として描かれている。）第２の減算器ノードの出力は、ＲＦ電力回路１２ａの制御入力に対して誤差信号として印加される。ＲＦ電力１２ａは、誤差信号の符号により出力電力レベルを増加させることによっても減少させることによっても、この誤差信号に対して応答する。このことは、電力出力レベル１２ａを制御して、誤差信号を最小にしあるいはゼロにして、発せられる電力が所望の電力レベルに維持される。ＲＦ電力回路１２ａの制御入力に印加される誤差信号は、プラズマインピーダンスの変動がなければゼロになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１（ｂ）の低周波ＲＦプラズマシステムは、高価で信頼性に乏しい可変ＲＦ整合回路の必要性を排除する点で有利である。しかし、通常用いられる１３．５６ＭＨｚのように高いＲＦ周波数において、可変ＲＦ整合回路の使用を排除することは可能ではないようである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
半導体ウエハないし基板のプラズマ処理のための装置は、ＲＦ電力をプラズマチャンバへ結合させる電極又はアンテナ等の結合デバイスから、１／８波長よりも実質的に短い距離でＲＦ電力ソースを配置させることにより、高いＲＦ周波数において固定ＲＦ整合回路の使用を可能にする。好ましくは、ＲＦ電力ソースと固定整合回路は、プラズマチャンバ上に直接載置されて、この距離を最小にする。この装置は、プラズマチャンバのインピーダンスの変化にかかわらず、発せられる電力の一定のレベルを維持する制御回路を有している。
【００１１】
また、本発明は、エッチング又はクリーニングされる基板の除去の機能の１つとして、反射電力又はＶＳＷＲの変化が消失するときを検出することによりエッチング又はクリーニングプロセスの終点を検出する装置を随意有していてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（固定ＲＦ整合器を有するプラズマ励起回路）
本発明は、プラズマエッチングチャンバやプラズマ励起堆積チャンバ等の、半導体基板ないしウエハを処理するためのあらゆるプラズマチャンバに用いてよい。チャンバは、チャンバ内へＲＦ電力を電気的に結合するための従来からのデバイス、例えば容量的結合のための電極、誘導的結合のためのコイル、又はチャンバへ電磁気的に結合するアンテナ等を用いていてもよい。
【００１３】
図２に示されるように、本発明は、従来からの低周波ＲＦ発生器１２’と同じ位相を有する、新規な高周波数ＲＦ発生器１２”を用いている。ここで高周波とは、少なくとも１ＭＨｚ以上の周波数と考えられる。従来の低周波発生器の如く、しかし従来の高周波ＲＦ発生器とは異なり、我々のデザインは、固定ＲＦ整合器を用い、また、与えられるＲＦ電力を所望のレベルに維持する制御回路３２を有している。我々のデザインは、図１（ｂ）の低周波電力ソース１２’の代りに高周波電力ソース１２ａを有している。
【００１４】
これは重要なことであるが、我々のデザインは、プラズマチャンバ１０内でＲＦ電力が供給される電極、インダクタ、アンテナ又はその他のＲＦ結合デバイスから非常に短い距離をもってＲＦ発生器を配置することにより、特に、この距離をＲＦ発生器の周波数の１波長の１／８よりも小さくすることにより、可変ＲＦ整合回路の必要性を排除する。１３．ＭＨｚという典型的な高いＲＦ周波数では、ＲＦシグナルは約１５メートルの典型的な同軸伝送線における波長を有しているので、１波長の１／８は、約２メートルということになる。好ましくは、ＲＦ発生器１２”はプラズマチャンバ１０上に直接載置されるので、これら２つの部材を隔てる距離は無視できる程度である。ＲＦ発生器とプラズマチャンバの間の長い伝送線を取り除くすることにより、従来の高周波ＲＦ電力システムに用いられている非常に高価でしばしば信頼性に欠ける可変ＲＦ整合回路１６に代えて、比較的安価でコンパクトで信頼性の高い固定ＲＦ整合回路に置き換えることができる。
【００１５】
固定ＲＦ整合回路を用いるということは、プラズマチャンバ内の負荷インピーダンスおける全ての変動をＲＦ発生器が経験するだろうということである。プラズマチャンバ負荷インピーダンスは変化するものの、チャンバ内でプロセスが行われている間は、制御器３２が供給電力（順方向電力マイナス反射電力）を一定に維持する。
【００１６】
ＲＦ整合回路の出力インピーダンスを負荷のインピーダンスに整合させるように、ＲＦ整合回路を設計する原理は良く知られている。ＲＦ整合器は、インダクタ（Ｌ）及び／又はキャパシタ（Ｃ）を有し、これらの値は、ある一定の周波数におけるある一定の入力インピーダンス及び出力インピーダンスに整合させるための簡単な設計式に従って選択される。例えば、このような設計式は、次に挙げる参考文献に記載されている：'Reflections-Transmission Lines and Antennas'Walter Maxwell(1990) ；及び'Radio Frequency Transistors-Principles and Practical Applications',Norm Dye and Helge Granberg(1993) である。
【００１７】
ＲＦ整合回路は、ＲＦ発生器の出力インピーダンスとプラズマ反応器負荷のインピーダンスの間のインピーダンスの不整合により生じたＶＳＷＲを、ＲＦ発生器が要求される供給電力を安全に供給できる値よりも低く維持するように、最適化される。ほとんどのＲＦ発生器は、その定格最大出力電力よりも低い電力で運転されているときは、より高いＶＳＷＲを許容することができる。従って、ＲＦ整合器Ｌ及びＣ成分の値は、最も高いＲＦ電力を必要とするプラズマプロセスの間に比較的低いＶＳＷＲを与えるように選択されるべきである。
【００１８】
図３のスミスチャートは、我々の発明のＲＦ整合回路３０を最適化するために用いられる方法を例示する。チャートの中の小さな四角形は、チャンバ内で行われる典型的なプラズマ励起化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）の異なる位相の間の、プラズマチャンバの負荷インピーダンスを示している。小さな十字は、ＰＥＣＶＤのプロセスとプロセスの間のチャンバのクリーニングに用いられる典型的なプラズマエッチングの異なる位相の間に行われたチャンバ負荷インピーダンスを示している。ここで推奨すべきＣＶＤプロセスは１２００ワットのＲＦ電力を要し、エッチングプロセスは２０００ワットのＲＦ電力を要し、両者とも周波数は１３．５６ＭＨｚにおいてである。我々の実施例に用いられる商業的に入手可能なＲＦ発生器は、ＶＳＷＲが２以下であれば負荷に２０００ワットを供給でき、ＶＳＷＲが３以下であれば１２００ワットを供給できる。ＲＦ整合器のＬ成分とＣ成分は、図３の大きな点で指示されるチャンバ「中心」インピーダンスに、５０オームのＲＦ発生器出力インピーダンスを整合させるように選択されれば、十字の全てがＶＳＷＲ＝２の円の内部に収束し、四角形の全てはＶＳＷＲ＝３の円の内部に収束する。従って、ＲＦ整合器をこの「中心」インピーダンスに整合させることは、我々の目的を実現させる。
【００１９】
図２に示されるデザインの電力レベルレギュレータは、図１（ｂ）に示された従来のシステムのレギュレータ回路と同一のものである。従来の５０オーム双方向カプラ１２ｃは、制御回路に要求される順方向電力１８ａと反射電力１８ｂの測定値を与える。第１の比較器ないし減算器回路３４は、整流されてローパスフィルタを通った順方向電力信号１８ａを反射電力信号１８ｂから減ずることにより、負荷（プラズマチャンバ）へ供給される電力を決定する。第２の比較器ないし減算器回路３６は、所望の供給電力を表す値３８により決定された値と、供給電力レベルを比較する。第２の比較器は、供給電力が高すぎるか低すぎるかによって電力ソースへ送られる制御信号を調節する。ここに説明された回路の設計は、従来のアナログ又はデジタルの形態の簡単な技術により、あるいは一般用途のマイクロコンピュータをプログラミングすることにより、なされてもよい。図２に示されるデザインの変形は、ＲＦ電力ソース１２ａの出力インピーダンスを５０オーム産業標準インピーダンスへ変換する出力ステージ１２ｂを取り除くことにより、ＲＦ発生器を簡単にすることである。そして、固定ＲＦ整合回路のＬ成分とＣ成分は、５０オームに整合させる代りに、非標準的なＲＦ電力ソースのインピーダンスに整合させるよく知られた設計式に従って選択されることになる。この変形による複雑さは、双方向カプラもまた、非標準的なインピーダンスのために設計されなければならなくなることである。また、双方向カプラの設計原理も非常によく知られているので、非標準的インピーダンスのために設計を行うことは、内容的な困難さは無いのであるが、「オフ・ザ・シェルフ」５０オーム双方向カプラを用いることを妨げる。
【００２０】
図４は、本発明の更なる変形例を示し、ここでは、出力ステージ１２ｂはここに記されたように除去され、更に、双方向カプラとＲＦ整合器のＲＦ発生器回路１２のトポロジー内のそれぞれの位置が、交換される。図４の具体例の利点は、双方向カプラ５４により与えられる順方向及び反射電力の測定は、プラズマチャンバへ与えられる実際の電力を更に正確に指示する。
【００２１】
前述の具体例では、図２に示されているように、双方向カプラ１２ｃと反応チャンバ１０の間に固定ＲＦ整合回路網３０が配置されており、双方向カプラが、整合回路網３０及びプラズマチャンバ１０へ与えられる全電力を測定している。しかし、典型的には、与えられた電力の５〜１０％が整合回路網５２において消失している；従って、プラズマチャンバへ実際に与えられる電力は、与えられたものとして双方向カプラに指示された電力の９０〜９５％であるだろう。電力の量は、プラズマチャンバにより与えられるインピーダンスが別のプラズマ条件において変化すると同様に、この範囲で変化するだろう。従って、チャンバへ与えられるＲＦ電力には、５％までの非予測性が存在することもある。
【００２２】
図４に示されるように、整合回路網５２とチャンバの間に双方向カプラ５４を配置することにより、カプラ５４はプラズマチャンバへ実際に与えられる電力を測定するであろう。従って、チャンバへ与えられる電力は、制御回路３２により更に正確に制御され、そのため、チャンバ内の半導体基板の処理において更なる均一性と予測性が可能となる。
【００２３】
図４の具体例では、双方向カプラとプラズマチャンバの間にＲＦ整合回路が存在しないため、双方向カプラ５４は、ＲＦ電力ソースの出力インピーダンスではなくプラズマ反応器の負荷インピーダンスで運転されるように設計されなければ成らない。
【００２４】
（プロセス終点検出）
上述の如く、図２及び図４の具体例の制御回路は、プラズマインピーダンスの変動に応じた反射電力をゼロにしようとするのではなく、ＶＳＷＲを変動させ、そして即ち反射電力も変動させる。本発明の他の側面に従えば、この特徴は、エッチング又はチャンバクリーニングの操作中に、エッチングされる物質が完全に除去され又はチャンバが完全にクリーニングされてエッチング又はクリーニングプロセスが終了した時を決定することに利用される。
【００２５】
堆積チャンバをクリーニングする従来のプロセスでは、製造のウエハがチャンバ除去された後、強力なエッチャントガスがチャンバ内に導入されて、他方、チャンバに高いレベルのＲＦ電力が印加されて、エッチャントガスをプラズマ状態に励起させる。その結果、チャンバ側壁及びペデスタルから様々な不要の堆積物除去される。例えば、反応器が通常、製造ウエハに対する窒化珪素の化学気相堆積の実施に用いられる場合は、多くの堆積サイクルにより、次に続く製造サイクル中に化学気相堆積プロセスを阻害するほどに、窒化珪素の堆積が蓄積するので、反応器を再び用いる前に除去する必要がある。
【００２６】
しかし、チャンバクリーニングのステップが行われて不要な堆積物全てを除去する時間の長さを決定することは難しく、またこのため、クリーニングのステップは、全ての堆積物の除去を保証するため過剰な時間行われることが通例である。しかし、不要な堆積物が除去された後、チャンバのクリーニングプロセスを続ければ、アルミニウムチャンバ壁、アルミニウムガス流入口やアルミニウムウエハ支持ペデスタルのような、チャンバ内部の露出されたあらゆる金属部材をエッチングしてしまう。このエッチングは、遂には、チャンバの部材を、交換の必要が生じるほどに損傷させてしまう。従って、不要な堆積物が全て除去されれば直ちにエッチングを終了させることができれば、エッチングチャンバ部材の寿命を伸ばすことが可能である。
【００２７】
この問題に対する我々の解決法は、チャンバクリーニング操作中にプラズマチャンバ負荷インピーダンスの変化を感知することである。プラズマインピーダンスのこのような変化はチャンバ内表面から堆積物が除去されたことを示すが、その理由は、チャンバ壁面上の堆積物の厚さは金属のチャンバ部材とプラズマ本体の間のインピーダンスに影響するからである。特に、我々の終点検出デザインは双方向カプラ１２ｃ（図２又は４）により測定されたＶＳＷＲの変化又は反射電力の変化を感知することにより、プラズマのインピーダンスの変化を感知する。最初は、典型的なチャンバクリーニングプロセスのおよそ最初の十秒間は、除去される堆積物の量は、全堆積量の中で比較的小さな分率を表しているに過ぎないため、プラズマインピーダンスの変化に認知され得る変化はない。そして、堆積物の残りの層がかなり薄くなった後は、プラズマチャンバ負荷インピーダンスは、堆積層が減り続けると共にはっきりと変化し始める。全ての堆積物ないし汚染物がチャンバ内部から除去されれば、プラズマインピーダンスの変化は停止する（又は、プラズマインピーダンスの変化の速度が、所定の閾値よりも低くなる）従って、チャンバクリーニング操作の完結は、反射ＲＦ電力が一定のレベルに達することにより（又は、反射電力の変化の速度が所定の閾値よりも低くなることにより）検知される。このとき、チャンバクリーニングプロセスは、停止される。
【００２８】
この目的で、チャンバクリーニング操作を停止させるアラーム信号が、図４に示されるマイクロプロセッサ７０によって発生する。マイクロプロセッサ７０は、プラズマインピーダンスがまず変化し始めるまで待機する（チャンバクリーニング操作の最初の十秒間）ようにプログラミングされる。その後、プロセッサは、反射ＲＦ電力が、所定の閾値の割合（例えば、ゼロでもよい）を越える変化の割合によって反射ＲＦ電力が変化しているかどうかを、連続的に調べる。最小の時間量（例えば１秒）に対して、変化の割合が所定の閾値よりも低くなれば、チャンバクリーニング操作が終了したことを指示するアラーム信号が転送される。１つの具体例では、マイクロプロセッサ７０は、双方向カプラ５４から反射電力出力信号１８ｂへ、アナログ−デジタル変換器７２を介して入力ポートが接続される。マイクロプロセッサ７０は、定期的に反射電力信号をサンプリングし、前の処理サイクルでサンプリングされた値と比較する。その差が所定の処理サイクルの数に対して所定の値よりも低くなった場合は、マイクロプロセッサ７０はユーザーに対して、チャンバクリーニング操作が終了し、チャンバ内部表面の過剰な損傷を防止するために一時停止するべきであることを指示する信号を出力する。ユーザーは、チャンバクリーニング操作を一時停止させる必要があるが、又は、ユーザーに信号を送ると共にこの信号が自動的にチャンバチャンバクリーニング操作を一時停止させるために用いられてもよい。デジタルデバイス（マイクロプロセッサ７０及びアナログ−デジタル変換器７２）は、「チャンバクリーニング終了」信号を与えるものとして開示されてきたが、マイクロプロセッサ７０は、専用の論理回路ないしはアナログ回路によって置き換えられてもよい。
【００２９】
また、同じ終点検出プロセスがプラズマエッチングチャンバに用いられて、半導体基板からエッチングされる膜が完全に除去された時を検出することも可能である。
【００３０】
固定ＲＦ整合回路を有するＲＦ励起回路は、電力をプラズマに容量的に結合させる１対の電極や、電力をプラズマに誘導的に結合させるインダクタやアンテナのような、プラズマへＲＦ電力を結合させるあらゆる手段と共に等しく用いることが可能である。このような電力結合デバイスのデザインは、従来技術には数多くある。
【００３１】
以上、本発明は好ましい具体例に対する特定の参照事項により詳細に説明されてきたが、本発明の真の精神及び範囲から離れることなく、変形や修正が可能であることが理解されよう。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、本発明の反応器のシステムによれば、高いＲＦ周波数において、高価で信頼性に乏しい可変ＲＦ整合回路の使用を排除し、固定ＲＦ整合回路の使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、従来の高周波数ＲＦプラズマ反応器とＲＦ制御システムのブロック線図である。図１（ｂ）は、従来の低周波数ＲＦプラズマ反応器とＲＦ制御システムのブロック線図である。
【図２】本発明の第１の具体例のプラズマ反応器とＲＦ制御システムのブロック線図である。
【図３】図２の具体例に対応したスミスチャートである。
【図４】本発明の第２の具体例のＲＦプラズマ反応器とＲＦ制御システムのブロック線図である。
【符号の説明】
１０…プラズマチャンバ、１２，１２’，１２”…ＲＦ発生器、１４…伝達ライン、１６…ＲＦ整合回路網、２０…制御回路、３０…固定ＲＦ整合回路網、３２…制御回路、３４…第１の減算器回路、３６…第２の減算器回路、５２…整合回路網、５４…双方向カプラ、７０…マイクロプロセッサ、７２…アナログ−デジタル変換器。
【図１】
0003955110.tif 000002
【図２】
0003955110.tif 000003
【図３】
0003955110.tif 000004
【図４】
0003955110.tif 000005