(57)【要約】      （修正有）【課題】チャンバ内の寄生容量がウェハキャビティのキャパシタンスと同等である場合でもプラズマ点火を正確に確認する方法を提供する。【解決手段】高周波電源１５０に接続された上側電極１５４と、電気的に接地され半導体ウェハ１００を支持するための下側電極１１０により、プラズマ１６４を発生させるためのウェハキャビティ１６０が画定される。コイルセンサ１１６は、下側電極１１０からプロセスチャンバ１０２の外部に延びる底部１１０ａに、下側電極１１０の底部１１０ａを取り囲む様に配設され、ウェハキャビティ１６０を通って流れるＲＦ電流を測定するように構成される。これによりウェハキャビティ１６０内部のプラズマの存在を確認する。【選択図】図１
2017098224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの処理中にプラズマの生成を検出するためのプロセスチャンバであって、
上側電極であって、プロセスチャンバにガス化学物質を供給するための複数の入口を含み、プラズマを発生させるためにＲＦ電力を提供するためにマッチングネットワークを介して高周波（ＲＦ）電源に接続された上側電極と、
前記半導体ウェハを支持するための下側電極であって、前記上側電極の表面と前記下側電極の上面との間にウェハキャビティを画定するように前記プロセスチャンバの内部に配設され、電気的に接地された下側電極と、
前記プロセスチャンバの外部に延びる前記下側電極の底部に配設されたコイルセンサであって、前記下側電極の前記底部を実質的に取り囲むように配設され、前記コイルセンサが、前記ウェハキャビティを通って流れるＲＦ電流の特性を測定し、寄生プラズマおよび接地への寄生容量結合による電流を排除するように構成され、前記ＲＦ電流の特性が、前記ウェハキャビティ内部での前記プラズマの発生を確認するために使用されるコイルセンサと、
を備えるプロセスチャンバ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロセスチャンバであって、更に、
前記プロセスチャンバに供給される前記ＲＦ電力の特性を測定するために、前記プロセスチャンバの外部で前記ＲＦ電源と前記上側電極との間に配設された電圧−電流プローブを含むプロセスチャンバ。
【請求項３】
請求項１に記載のプロセスチャンバであって、更に、
前記上側電極の表面の外周縁に配設されたリングを含み、前記リングが、前記プラズマを実質的に閉じ込めるために前記ウェハキャビティ内にポケットを画定する、プロセスチャンバ。
【請求項４】
請求項３に記載のプロセスチャンバであって、
前記リングがセラミック材料から形成されている、プロセスチャンバ。
【請求項５】
請求項１に記載のプロセスチャンバであって、
前記上側電極がシャワーヘッドとして機能する、プロセスチャンバ。
【請求項６】
請求項１に記載のプロセスチャンバであって、
前記コイルセンサの一端が、入出力制御装置に結合され、前記入出力制御装置が、前記コイルセンサによって測定された前記ＲＦ電流の特性に関連付けられる情報をレンダリングするために計算デバイスのユーザインターフェースに通信可能に接続される、プロセスチャンバ。
【請求項７】
請求項１に記載のプロセスチャンバであって、更に、
存在するときには前記ウェハに隣接して配設されて前記ウェハを取り囲むように構成されたエッジリングを含み、前記エッジリングがセラミック材料から形成されている、プロセスチャンバ。
【請求項８】
請求項１に記載のプロセスチャンバであって、
前記コイルセンサが、誘導コイルベースのセンサである、プロセスチャンバ。
【請求項９】
プロセスチャンバであって、
高周波（ＲＦ）電源に結合された上側電極と、
接地に結合された下側電極であって、前記上側電極と前記下側電極との間にウェハキャビティが画定される下側電極と、
前記下側電極に結合された底部であって、前記プロセスチャンバの下から前記プロセスチャンバ内に延びるように構成されることにより、前記プロセスチャンバ内部の内側部分と、前記プロセスチャンバ外部の外側部分とを有する底部と、
前記底部の前記外側部分の周りに画定された円形チャネルと、
前記底部の前記外側部分を実質的に取り囲むように前記円形チャネル内に配設されたコイルセンサであって、前記コイルセンサの第１端部が入出力制御装置に接続され、前記コイルセンサが前記円形チャネル内に配設されたときに前記コイルセンサの第２端部が前記第１端部に近接するコイルセンサと、
を備えるプロセスチャンバ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記コイルセンサが、前記底部の前記外側部分の周りにループを形成する、プロセスチャンバ。
【請求項１１】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記コイルセンサが、前記第１端部から前記第２端部に延びる内側導体と、前記第２端部から前記第１端部に戻る巻付き導体とを有することにより、前記内側導体と前記巻付き導体とがどちらも前記第１端部で終端する、プロセスチャンバ。
【請求項１２】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記コイルセンサが可撓性であり、それにより、前記第２端部が前記円形チャネルの内側に巻き付くように前記コイルセンサを前記円形チャネル内に挿入することができる、プロセスチャンバ。
【請求項１３】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記コイルセンサの前記第１端部が、前記入出力制御装置とインターフェースする同軸コネクタに接続される、プロセスチャンバ。
【請求項１４】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記円形チャネルが、前記底部の前記外側部分の一部を取り囲むベローの上方に配設される、プロセスチャンバ。
【請求項１５】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記円形チャネルが誘電体Ｏリングを取り囲む、プロセスチャンバ。
【請求項１６】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記円形チャネルが、前記チャンバの外部で前記チャンバの底部の下方に位置する、プロセスチャンバ。
【請求項１７】
請求項９に記載のプロセスチャンバであって、
前記コイルセンサが、前記底部を通って流れる電流を測定するように構成される、プロセスチャンバ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプロセスチャンバであって、
前記ウェハキャビティ内部でプラズマが点火されている時を判断するために、前記コイルセンサによって測定される前記底部を通って流れる前記電流が、保存されている電流測定値と比較される、プロセスチャンバ。
【請求項１９】
プロセスチャンバの動作パラメータを測定するための方法であって、
前記プロセスチャンバのウェハキャビティ内でプラズマを点火するのに必要とされる電力よりも低い第１電力レベルを使用してプロセスチャンバを動作させるステップと、
前記第１電力レベルを用いた動作中に、前記プロセスチャンバ内で検出された第１電圧に対して前記プロセスチャンバの下側電極の底部を通って流れる第１電流値を測定するステップと、
前記ウェハキャビティ内で前記プラズマを点火するために必要とされる前記電力よりも低い第２電力レベルを使用して前記プロセスチャンバを動作させるステップであって、前記第２電力レベルが前記第１電力レベルよりも高いステップと、
前記第２電力レベルを用いた動作中に、前記プロセスチャンバ内で検出された第２電圧に対して前記プロセスチャンバの前記下側電極の前記底部を通って流れる第２電流値を測定するステップと、
前記第１電圧および前記第２電圧と、前記第１電流値および前記第２電流値とを使用して、前記第１電力レベルよりも高いプロセス電力レベルを使用して実行されるプラズマプロセス動作中に前記ウェハキャビティ内でプラズマが点火されている時を判断するステップと
を含み、
前記プロセスチャンバ内で検出されるプロセス電圧に対して前記下側電極の前記底部を通って流れるプロセス電流値が前記プラズマプロセス動作中に測定され、前記プロセス電圧およびプロセス電流値と前記第１電圧および前記第２電圧ならびに前記第１電流値および前記第２電流値との比較に基づいて、プラズマプロセス動作中に前記ウェハキャビティ内で前記プラズマが点火されている時の判断が下される、
方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記第１電流値、前記第２電流値、および、前記プロセス電流値が、前記プロセスチャンバの外部で前記下側電極の前記底部に配設されたコイルセンサを使用して測定され、
前記第１電圧および前記第２電圧が、前記プロセスチャンバの外部に延びる上側電極のＲＦ電力投入部に配設されたＶＩプローブを使用して測定され、
前記プロセス電圧および前記プロセス電流値が前記第１電圧および前記第２電圧ならびに前記第１電流値および前記第２電流値よりも上であるときに前記プラズマの前記点火が確認される、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、
前記プロセス電圧と前記プロセス電流との位相差の測定値を検証することによって前記プラズマの点火が確認される、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記位相差が約−９０度よりも大きいときに、前記プロセスチャンバの前記ウェハキャビティ内部で前記プラズマが点火されていることが確認される、方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、
前記位相差が−９０度により近いときに、前記プロセスチャンバの前記ウェハキャビティ内部で前記プラズマが点火されていないことが確認される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体機器ツールに関し、より詳細には、半導体ウェハに材料層を堆積するために使用されるプロセスチャンバ、ならびにプロセスチャンバのキャビティ内にプラズマが存在している時を検出するための計測学システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積（ＡＬＤ）は、半導体ウェハなどの基板上に堆積化学物質の薄膜を堆積するために使用されるプラズマ堆積技法である。ＡＬＤは、半導体ウェハの表面をいくつかの気体状堆積化学物質に代わるがわる露出させることによって行われる。半導体ウェハの表面上で薄膜を均一に成長させるために、気体状堆積化学物質は、重複せずに順次にＡＬＤチャンバ内に導入される。気体状堆積化学物質の塗布を可能にするために、ＡＬＤシステムは気化器を含んでいてよく、制御された様式で、液体状態での各堆積化学物質を気体状態に変換し、気体状態の堆積化学物質を堆積プロセス中にＡＬＤチャンバに供給する。半導体ウェハ（または単に「ウェハ」と呼ばれる）の表面に塗布されるとき、気体状堆積化学物質の分子が、ウェハ表面と反応して薄膜を形成する。
【０００３】
ＡＬＤプロセスに関して使用されるチャンバは、処理中に半導体ウェハを支持するためのペデスタルや静電チャック（ＥＳＣ）などのウェハ受取りメカニズムと、気体状堆積化学物質をチャンバ内に提供するための上側電極とを含む。ペデスタルまたはＥＳＣは、下側電極として働く。上側電極およびペデスタルは、堆積プロセス中にプロセスチャンバ内部の高温に耐えることができる導電性材料から形成される。
【０００４】
薄膜堆積は、例えば、ＡＬＤチャンバ内でプラズマを使用して実現することができる。種（すなわち堆積化学物質）が励起されてプラズマになり、励起された種は、ウェハの表面上に形成されたフィーチャとの反応を誘発する助けとなる。ＡＬＤチャンバ内で、ＡＬＤチャンバに供給される気体状態の堆積化学物質を励起するために高周波（ＲＦ）電力を印加することによって、プラズマが発生される。ＲＦ電力は、ＡＬＤチャンバの上側電極を通してＲＦ電源によって提供される。
【０００５】
計測学ツールは、ＡＬＤチャンバに供給されるＲＦ電力のＲＦ特性を測定するために使用される。測定されるＲＦ特性のいくつかは、ＲＦ電圧および全電流を含む。使用される一般的な測定学的ツールは、電圧−電流（ＶＩ）プローブである。ＶＩプローブは、典型的には、ＲＦ電力投入される上側電極にＲＦ電力が投入される場所の近くに位置される。しかし、その位置（すなわち、電力投入される上側電極の電力投入部の近位）により、ＶＩプローブは、ＡＬＤチャンバ内に進む電流、例えば寄生プラズマおよび接地への寄生容量結合に関係付けられる電流の和を測定する。ＶＩプローブ測定が電力投入部の近くで行われるので、この測定は、上側電極とウェハ表面との間で（すなわちウェハキャビティ内で）プラズマが発生されているかどうかを識別しない。
【０００６】
ウェハキャビティ内にプラズマが存在するかどうかの判断は、ウェハキャビティへの視覚的または光学的アクセスを提供しない任意のチャンバに関して特に重要である。視覚的または光学的アクセスがない場合、プラズマが存在している時を正しく識別するために既存の測定学的ツールに依拠する必要がある。残念ながら、既存の測定学的ツール（すなわちＶＩプローブ）を使用してウェハキャビティ内でのプラズマの点火を確実に確認することは非常に難しい。この問題は、チャンバ内で検出された寄生容量がウェハキャビティのキャパシタンスと同等であるときにさらに悪化する。
【０００７】
この文脈で、本発明の実施形態が生み出された。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態は、プロセスチャンバ内に画定されたウェハキャビティ内部でのプラズマ点火を確認するための測定学的プロセスおよびツールセットアップを採用するプロセスチャンバを定義する。プロセスチャンバは、上側電極と下側電極とを含む。プロセスチャンバの上側電極と下側電極との間の領域内にウェハキャビティが画定され、ウェハキャビティは、通常はプラズマが生成される場所である。
【０００９】
上側電極は、ウェハキャビティに堆積化学物質を供給するために使用され、下側電極は、堆積プロセス中に半導体ウェハを受け取って支持するためのウェハ受取メカニズムとして働く。下側電極は、いくつかの実装形態ではペデスタルの形態であり、上側電極は、シャワーヘッドとして働く。上側電極は、マッチングネットワークを介してＲＦ電源に結合される。ＲＦ電源は、プロセスチャンバ内部でプラズマを点火するために電力を提供する。一実施形態では、電圧−電流（ＶＩ）プローブなどのＲＦ測定学的ツールが、ＲＦ電源と上側電極との間に配設され、プロセスチャンバへのＲＦ電力投入部の近くにある。ＶＩプローブは、ＲＦ電圧およびＲＦ電流などのＲＦ特性を検出して測定するために使用される。これらの測定値を使用して、インピーダンスや、プロセスチャンバに供給されるＲＦ電力など、他の特性を識別することができる。
【００１０】
一実施形態では、プロセスチャンバは、さらにコイルセンサを備えるように構成され、コイルセンサは、プロセスチャンバのウェハキャビティ内に形成されるときに、プラズマのコンダクタンス電流を測定するために使用可能である。この実施形態では、コイルセンサは、プロセスチャンバの外部に延びる下側電極の底部に配設される。例えば、コイルセンサは、下側電極の底部を実質的に取り囲むように構成される。コイルセンサのこの位置により、コイルセンサが、ウェハキャビティを通って流れるＲＦ電流の特性を測定できるようになる。一実施形態では、コイルセンサによって測定されるＲＦ電流は、寄生プラズマ、およびいくつかの例では接地への寄生容量により発生されるＲＦ電流を排除する。以下により詳細に述べるように、コイルセンサによって検出されるＲＦ特性を使用して、ウェハキャビティ内のプラズマの点火を正しく確認することができる。したがって、コイルセンサは、ＶＩプローブと共に、ウェハキャビティ内のプラズマの存在を確認するための測定学的システムおよび方法を定義する。
【００１１】
一実施形態では、半導体ウェハ処理中にウェハキャビティ内部でのプラズマの発生を検出するためのプロセスチャンバが開示される。プロセスチャンバは、ガス化学物質をプロセスチャンバに供給するための複数の入口を有する上側電極を含む。上側電極は、プラズマを発生させるためにＲＦ電力を提供するために、マッチングネットワークを介して高周波（ＲＦ）電源に接続される。プロセスチャンバはまた、堆積プロセス中に半導体ウェハを受け取って支持するための下側電極を含む。下側電極は、上側電極の表面と下側電極の上面との間にウェハキャビティを画定するようにプロセスチャンバ内に配設される。下側電極は、電気的に接地される。コイルセンサは、プロセスチャンバの外部に延びる下側電極の底部に配設される。コイルセンサは、下側電極の底部を実質的に取り囲む。コイルセンサは、ウェハキャビティを通って流れるＲＦ電流の特性を測定するように構成される。寄生プラズマおよび／または接地への寄生容量結合による他の電流は、一実施形態では、コイルセンサによって測定されない。コイルセンサによって測定されるＲＦ電流は、ウェハキャビティ内部のプラズマの存在を確認するために使用される。
【００１２】
一実施形態では、プロセスチャンバは、ＶＩプローブをさらに含み、ＶＩプローブは、プロセスチャンバに供給されるＲＦ電力の特性を測定するために、プロセスチャンバの外部でＲＦ電源と上側電極との間に配設される。
【００１３】
別の実施形態では、プロセスチャンバが開示される。このプロセスチャンバは、高周波（ＲＦ）電源に結合された上側電極を含む。プロセスチャンバはさらに、接地に結合された下側電極を含む。上側電極と下側電極との間にウェハキャビティが画定される。底部は、下側電極に結合される。底部は、プロセスチャンバの下からプロセスチャンバ内に延びるように構成される。底部は、プロセスチャンバ内部の内側部分と、プロセスチャンバ外部の外側部分とを有する。円形チャネルが、底部の外側部分の周りに画定される。コイルセンサは、底部の外側部分を実質的に取り囲むように円形チャネル内に配設される。コイルセンサが円形チャネル内に配設されるとき、コイルセンサの第１端部は入出力制御装置に接続され、コイルセンサの第２端部は第１端部に近接する。
【００１４】
一実施形態では、プロセスチャンバの動作パラメータを測定するための方法が開示される。この方法は、プロセスチャンバのウェハキャビティ内でプラズマを点火するのに必要とされる電力よりも低い第１電力レベルを使用してプロセスチャンバを動作させるステップを含む。第１電力レベルを用いたプロセスチャンバの動作中、プロセスチャンバ内で検出された第１電圧に関して、プロセスチャンバの下側電極の底部を通って流れる第１電流値が測定される。プロセスチャンバは、ウェハキャビティ内でプラズマを点火するために必要とされる電力よりも低い第２電力レベルを使用して動作される。第２電力レベルは、第１電力レベルよりも高い。第２電力レベルを用いたプロセスチャンバの動作中、プロセスチャンバ内で検出された第２電圧に関して、プロセスチャンバの下側電極の底部を通って流れる第２電流値が測定される。第１電圧および第２電圧と第１電流値および第２電流値との測定値を使用して、第１電力レベルよりも高いプロセス電力レベルを使用して実行されるプラズマプロセス動作中にウェハキャビティ内でプラズマが点火されている時が判断される。プロセス電力レベルを用いたプラズマプロセス動作中に、プロセスチャンバ内で検出されたプロセス電圧に関して、下側電極の底部を通って流れるプロセス電流値が測定され、プロセス電圧およびプロセス電流値と第１電圧および第２電圧ならびに第１電流値および前記第２電流値との比較に基づいて、プラズマプロセス動作中に、ウェハキャビティ内でプラズマが点火されている時の判断が下される。
【００１５】
本開示の実施形態は、ウェハを処理するために使用されるプロセスチャンバのウェハキャビティ内部でのプラズマ点火を確認するための測定学的システムを提供する。視覚的または光学的アクセスを含まないプロセスチャンバにおいて、プラズマ点火を正しく識別することは、適切なチャンバ動作の確認を可能にするので非常に有用である。測定学的システムはコイルセンサを含み、コイルセンサは、プロセスチャンバの外部に延びる下側電極の底部の周りに少なくとも一部巻かれる。コイルセンサのこの位置により、コイルセンサが、接地に向けてウェハキャビティおよび下側電極を通って流れるＲＦ電流を測定できるようになる。測定されたＲＦ電流は、ウェハキャビティ内でのプラズマの点火を確実に確認するために使用される。
【００１６】
本発明の他の態様は、本発明の原理を例として示す以下の詳細な説明を、添付図面に関連付けて読めば明らかになろう。
【００１７】
本発明は、添付図面に関連付けられる以下の説明を参照して最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における、ウェハの表面上に薄膜を形成するために堆積プロセスで使用されるウェハプロセスチャンバの簡略ブロック図である。
【００１９】
【図２Ａ】本発明の一実施形態における、図１に示される下側電極の底部の拡大図である。
【００２０】
【図２Ｂ】本発明の一実施形態における、図２Ａで使用されるコイルセンサの断面図である。
【００２１】
【図２Ｃ】本発明の一実施形態における、図２Ａのコイルセンサの簡略上面図である。
【００２２】
【図３】本発明の一実施形態における、プロセスチャンバを通る電流の流れを示す例示的な電気モデルである。
【００２３】
【図４Ａ】本発明の一実施形態における、ウェハキャビティ内部でのプラズマ未発生の例、ならびにプラズマ点火を検証するために変位電流を測定するためのコイルセンサの使用を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態における、ウェハキャビティ内部でのプラズマの例、ならびにプラズマ点火を検証するために変位電流を測定するためのコイルセンサの使用を示す図である。
【００２４】
【図５】本発明の一実施形態における、プラズマで検出される電圧と、コイルセンサによって検出されるコイル電流との例示的なグラフである。
【００２５】
【図６】本発明の一実施形態における、プロセスチャンバの動作パラメータを測定するために行われるプロセスフロー操作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示の実施形態は、プロセスチャンバ内に画定されたウェハキャビティを通るＲＦ電流を検出するための測定学的方法およびシステムを定義する。このＲＦ電流は、ウェハキャビティ内でのプラズマ発生を示す。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、堆積処理、例えばＰＥＣＶＤまたはＡＬＤ処理のために使用される。測定学的システムは、一実施形態ではコイルセンサを含み、コイルセンサは、プロセスチャンバの外部で下側電極の底部に提供される。コイルセンサによって検出される電流は、ウェハキャビティ内でのプラズマ点火を確認するために使用される。
【００２７】
一実施形態では、プロセスチャンバは、ＲＦ電源に接続された上側電極と、電気的に接地された下側電極とを含む。上側電極と下側電極との間の領域内にウェハキャビティが画定される。ウェハキャビティは、通常はプラズマが生成されて半導体ウェハ（または単に「ウェハ」）の表面が処理されるプロセスチャンバ内部のプロセス領域を表す。堆積プロセス中、ガス化学物質と、上側電極によって提供されるＲＦ電力とを使用して、ウェハキャビティ内でプラズマが点火され、ウェハの表面がプラズマに露出される。
【００２８】
電圧−電流（ＶＩ）プローブが、プロセスチャンバ外部でＲＦ電源と上側電極との間に配設される。ＶＩプローブは、電力投入される上側電極でのＲＦ電力のＲＦ特性を測定するために使用される。ＶＩプローブによって測定されるＲＦ特性は、ウェハキャビティを通って流れる電流と、任意の寄生プラズマおよび／または接地への寄生容量結合を通る電流とを含む。いくつかの実施形態では、ＶＩプローブは、測定された電圧および電流に関係付けられる位相差を計算するために使用されるデータを提供する。容量結合は、電流が通過することができる２つの導電性構成要素の間に間隙が存在しているときに生じる。例えば、容量結合は、プロセスチャンバ内で、電力投入される上側電極と電気的に接地される下側電極との間の間隙を電流が通過することにより生じる。同様に、容量結合は、電力投入される上側電極と電気的に接地されるプロセスチャンバの壁との間の間隙を電流が通過することにより生じる。そのような容量結合は、電流がこれらの構成要素を通過することを意図されていないので、「寄生」と考えられる。寄生容量がウェハキャビティのキャパシタンスと同等になるとき、ＶＩプローブのみによって提供されるＲＦ特性の測定値のみに依拠することによってウェハキャビティ内部でのプラズマの点火を確認することはますます難しくなる。
【００２９】
ウェハキャビティ内部でのプラズマの発生を正確に判断するために、プロセスチャンバの外部に延びる下側電極の底部にコイルセンサが配設される。コイルセンサは、下側電極を一部または実質的に取り囲む。コイルセンサは、接地に向けてウェハキャビティおよび下側電極を通って流れるＲＦ電流を検出するように構成される。したがって、コイルセンサによって検出される電流は、ウェハキャビティ内でのプラズマの点火を確認するために使用される。
【００３０】
本開示は、プロセス、装置、システム、デバイス、または方法など、いくつかの態様で実施することができることを理解すべきである。次に、図面を参照していくつかの実施形態を述べる。
【００３１】
原子層堆積（ＡＬＤ）システムやプラズマ化学気相成長システム（ＰＥＣＶＤ）などにおいて薄膜堆積が行われる。薄膜堆積を行うために様々な形態のＡＬＤまたはＰＥＣＶＤシステムを採用することができる。例えば、ＡＬＤまたはＰＥＣＶＤシステムは、１つまたは複数のプロセスチャンバまたは「リアクタ」を含んでいてよく、各プロセスチャンバが、ウェハ処理のために１つまたは複数のウェハを収容する。いくつかの実装形態では、各プロセスチャンバは、１つまたは複数のステーションを含んでいてよく、各ステーションがウェハを収容する。各プロセスチャンバまたはプロセスチャンバ内の各ステーションは、受取りおよび保持メカニズムを有していてよく、既定の位置でウェハを受け取って保持し、その位置での動き（例えば回転、振動、揺れなど）があってもなくてもよい。例えば、ＡＬＤシステムでは、複数の薄膜層をウェハ表面に堆積するために、複数の堆積化学物質がウェハの表面に順次に均一に塗布される。したがって、複数の薄膜層の堆積が全てプロセスチャンバの１つのステーションで行われてよく、または各膜の堆積がプロセスチャンバの異なるステーションで行われてもよい。例えば、ＰＥＣＶＤシステムでは、（マルチステーションプロセスチャンバにおける）プロセスチャンバの各ステーションは、異なるウェハの表面に薄膜を堆積するために使用されてよい。本開示の様々な実装形態を、ＡＬＤシステムまたはＰＥＣＶＤシステムにおける測定学的システムの使用を参照して述べる。しかし、そのような実装形態は、ＡＬＤまたはＰＥＣＶＤシステムに限定されず、プロセスパラメータの正確な測定が必要とされる他の堆積システムに拡張されて差し支えない。
【００３２】
図１は、一実施形態における、ウェハ１００を処理するために使用される例示的なプロセスチャンバ１０２の簡略ブロック図を示す。プロセスチャンバ１０２は、１つまたは複数のチャンバ壁と、上側電極１５４と、下側電極１１０とを含む。チャンバ壁は、電気的に接地される。上側電極１５４は、マッチングネットワーク（図示せず）を介してＲＦ電源１５０に電気的に結合される。電圧−電流（ＶＩ）プローブ１５２が、プロセスチャンバ１０２の外部でＲＦ電源１５０と上側電極１５４との間に配設され、上側電極１５４を通してプロセスチャンバ１０２に提供されるＲＦ電力のＲＦ特性を測定するために使用される。いくつかの実装形態では、ＶＩプローブ１５２は、上側電極１５４へのＲＦ電力投入部の近位に配設される。ＶＩプローブ１５２は、別個の電圧センサ（図示せず）および電流センサ（図示せず）を含んでいてよい。また、上側電極１５４は、プロセスチャンバ１０２内にガスを提供するので、シャワーヘッドとしても機能する。
【００３３】
いくつかの実装形態では、上側電極１５４は、アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどの導電性材料から形成される。上側電極１５４が窒化アルミニウムから形成される一実装形態では、上側電極１５４は、窒化アルミニウムの上に追加のタングステンコーティング層を有していてよい。代替として、上側電極１５４は、プロセスチャンバ１０２内部の温度および処理条件に耐えることができるセラミックまたは任意の他の導電性材料から形成されてもよい。
【００３４】
下側電極１１０は、半導体ウェハを支持するためのペデスタルとして機能する。下側電極１１０は、いくつかの実装形態では電気的に接地される。いくつかの実装形態では、下側電極１１０は、アルミニウムまたは窒化アルミニウムなどの導電性材料から形成される。一実施形態では、下側電極１１０の底部１１０ａは、プロセスチャンバ１０２の外部に延びる。下側電極１１０は、処理に応じて上または下に移動させることができる。ベロー１２０が、底部１１０ａの可動部の一部分を覆うように示されており、可動部は、下側電極１１０の上下運動を可能にする。
【００３５】
代替実施形態では、独立した底部１１０ａが下側電極１１０に結合されてもよい。この実施形態では、底部１１０ａは、底部１１０ａの内側部分がプロセスチャンバ１０２の下からプロセスチャンバ１０２内に延び、底部１１０ａの外側部分がプロセスチャンバ１０２の外部に配設されるようにプロセスチャンバ１０２の底面に配設される。底部１１０ａは可動部を含んでいてよく、可動部は、底部１１０ａと、底部１１０ａに結合された下側電極１１０とが上または下に移動できるようにする。ベロー１２０は、底部１１０ａの可動部の一部分を覆うように配設される。
【００３６】
上側電極１５４と下側電極１１０との間にウェハキャビティ１６０が画定される。ウェハキャビティ１６０は、ウェハキャビティ１６０に面する上側電極１５４の表面に画定された複数の入口を通して堆積化学物質が気体状態で導入され、上側電極１５４を通して供給されるＲＦ電力を使用してプラズマ１６４が点火されるプロセスチャンバ内の領域である。
【００３７】
一実施形態では、ウェハキャビティ１６０に面する上側電極１５４の表面の外周縁にリング１５６が配設される。リング１５６は、ウェハキャビティ１６０の内部にポケットを画定して、発生されたプラズマ１６４がポケット内部に実質的に閉じ込められるようにする。リング１５６は、一実装形態ではセラミック材料から形成される。別の実装形態では、リング１５６は、堆積プロセス中のプロセスチャンバ１０２内部の処理条件に耐えることができる任意の他の導電性材料から形成される。一実装形態では、リング１５６の厚さおよび深さは、良好なプラズマ閉じ込めを可能にするように設計される。
【００３８】
上側電極１５４とプロセスチャンバ１０２の壁との間に誘電体材料１５８が配設される。誘電体材料１５８は、プロセスチャンバ１０２の壁からの絶縁を提供する。
【００３９】
一実施形態では、下側電極１１０の上面にエッジリング１１１が配設される。存在するとき、エッジリング１１１は、ウェハ１００が下側電極１１０に受け取られて支持されるときにウェハ１００に直に隣接して配設されて、ウェハ１００を十分に取り囲む。エッジリング１１１は、一実施形態ではセラミックなどの導電性材料から形成される。
【００４０】
プロセスチャンバ１０２の外部に延びる下側電極１１０の底部１１０ａにコイルセンサ１１６が提供される。コイルセンサ１１６の位置、コイルセンサ１１６が配設されるプロセスチャンバ１０２の領域５の様々な構成要素、およびコイルセンサ１１６の構成要素は、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照してより詳細に説明する。いくつかの実装形態では、コイルセンサ１１６は、下側電極１１０の底部１１０ａを一部または実質的に取り囲むように配設された誘導コイルベースのセンサである。コイルセンサ１１６は、プロセスチャンバ１０２に供給されるＲＦ電力のＲＦ特性（例えばウェハキャビティ１６０を通って流れるＲＦ電流）を測定するために使用される。下側電極１１０の底部１１０ａでのコイルセンサ１１６の位置は、寄生プラズマを通って流れるＲＦ電流をコイルセンサ１１６が排除できるようにする。例えば、寄生プラズマは、下側電極１１０の上方に画定されたウェハキャビティ１６０の外部の領域で発生される。その結果、ＲＦ電流は、寄生プラズマを通って流れ、下側電極１１０を通らず、したがってコイルセンサ１１６によって検出されない。同様に、コイルセンサ１１６は、いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ１０２内で検出される寄生容量によるＲＦ電流のいくらかを排除する。寄生容量は、例えば、ＲＦ電流が上側電極とプロセスチャンバ１０２の壁との間の間隙を通って流れ、下側電極１１０を通らないときに生じる。その結果、コイルセンサ１１６は、接地に向けてプロセスチャンバ１０２の壁を通って流れるＲＦ電流を検出しない。
【００４１】
一実装形態では、コイルセンサ１１６は、入出力制御装置（ＩＯＣ）１７４に結合される。ＩＯＣ１７４は、コイルセンサ１１６によって測定されて出力されたＲＦ特性に関係付けられる信号を受信し、それらの信号を解釈するように構成される。別の実装形態では、ＶＩプローブ１５２がＩＯＣ１７４に結合されてもよく、それにより、ＶＩプローブ１５２によって測定されたＲＦ特性が、信号としてＩＯＣ１７４に提供されてもよい。ＩＯＣ１７４は、ＶＩプローブ１５２によって発生された信号を解釈し、プロセスチャンバに印加されるベース電力レベルについて、ＶＩプローブ１５２によって測定された電圧とコイルセンサ１１６によって測定された電流とに関して、測定のベースラインを決定する。プロセスチャンバ１０２に関してベースライン測定値が設定されると、ベース電力レベルとは異なる電力レベルに関してコイルセンサ１１６によって測定された電流とＶＩプローブ１５２によって測定された電圧とが、プロセスチャンバ１０２内でプラズマが点火されているか否かを判断するためにベースライン測定値と比較されてよい。信号解釈の一部として、ＩＯＣ１７４は、ＩＯＣ１７４に結合された計算デバイス（図示せず）のユーザインターフェース（図示せず）でのレンダリングに適切な情報を提供してもよい。
【００４２】
いくつかの実装形態では、ＩＯＣ１７４によって提供される情報は、信号の履歴測定値や、特定のＲＦ特性が許容パラメータの窓の外に広がったときのアラームメッセージなどを含んでいてよい。ＩＯＣ１７４が堆積プロセス中にインサイチュ（その場）でコイルセンサ１１６から出力信号を受信するので、出力信号は、ウェハキャビティ１６０内部の電流プロセス条件を反映する。その結果、電流プロセス条件の分析は、ウェハキャビティ１６０内のプラズマの存在についての洞察、および、どのようなＲＦ特性が、ウェハキャビティ１６０内でのプラズマ点火を常に正しく示すかについての洞察を提供する。例えば、プロセスチャンバ１０２内で検出された電流プロセス条件は、ウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されなかったこと、または良好な堆積プロセスを行うにはプラズマの密度が低すぎたことを示すことがある。そのようなプロセス条件は、プロセスチャンバ内部で最適な堆積プロセスをもたらさない。したがって、分析の一部として、最適なウェハ堆積プロセスをもたらすプラズマのレベルを生成するためにどのパラメータが調節される必要があるかを決定するために、電流プロセス条件が、良好な堆積プロセスをもたらした履歴測定値と比較されてよい。このプロセスは、ステーション毎のマッチングおよびツール毎のマッチングに関してプロセス条件を評価するために使用することができる。
【００４３】
いくつかの実装形態では、コイルセンサ１１６およびＶＩプローブ１５２によって測定されたＲＦ特性は、２組の出力を測定するために使用される。いくつかの実装形態では、コイルセンサ１１６およびＶＩプローブ１５２によって測定された２組のＲＦ特性が、出力信号としてＩＯＣ１７４に伝送され、ＩＯＣ１７４は、それらの出力信号を処理して、ウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されているか否かを判断する。第１組の出力は、ＲＦ特性のベース読取値１７４ａに関し、第２組の出力は、動作プラズマ読取値１７４ｂに関する。一実装形態では、第１組の出力は、少なくとも２つのＲＦ特性測定値を含んでいてよく、第２組の出力は、少なくとも１つのＲＦ特性測定値を含んでいてよい。ベース読取値１７４ａの検出、およびウェハキャビティ１６０内でのプラズマ点火を判断するためのベース読取値１７４ａの使用は、図５を参照してより詳細に述べる。
【００４４】
一実装形態では、少量のＲＦ電力１５０がウェハキャビティ１６０に供給され、コイルセンサ１１６は、供給されたＲＦ電力１５０に関するＲＦ特性を測定するために使用される。測定されるＲＦ特性は、ベース読取測定値１７４ａの一部である第１組に関する第１読取値を表す。例えば、コイルセンサ１１６は、プロセスチャンバ内で検出された第１電圧に対応する印加された低いＲＦ電力に関して、ウェハキャビティ１６０を通って流れるＲＦ電流を測定してよく、この測定されたＲＦ電流および第１電圧は、第１組のベースＲＦ電流の第１読取値（ベース読取値１７４ａでのＲＦ特性成分の１つ）を表す。ベース読取値を定義するために提供される第１ＲＦ電力の大きさは、ウェハキャビティ１６０内でプラズマを点火しないことが分かっている。一実装形態では、ベース読取測定値を得るために供給される第１ＲＦ電力は、１５０Ｗ未満である。この実装形態では、コイルセンサによって測定されるＲＦ電流は、６アンペア未満である。次に、第２ＲＦ電力がプロセスチャンバ１０２に印加される。第２ＲＦ電力も、ウェハキャビティ１６０内でプラズマを点火しないことが分かっている。第２ＲＦ電力に関するＲＦ特性が、コイルセンサ１１６およびＶＩプローブ１５２によって測定される。測定されるＲＦ特性は、ベース読取測定値１７４ａの第２読取値を表す。プロセスチャンバ１０２に関するベース読取測定値１７４ａはＩＯＣ１７４によって維持され、異なるＲＦ電力がプロセスチャンバ１０２に印加されるときに、後続のＲＦ特性測定値を分析してウェハキャビティ１６０内のプラズマの存在を判断する際に使用される。いくつかの実装形態では、第１組は、３つ以上のＲＦ電力レベルに関するＲＦ特性測定値を含んでいてよく、ベース読取測定値１７４ａは、異なるＲＦ電力レベルの測定されたＲＦ特性を使用して決定されてよい。
【００４５】
第１組の読取値を使用して、ＲＦ特性（例えば電圧や電流）に関するベース読取測定値１７４ａが確立されると、プロセスチャンバ１０２に供給される第３ＲＦ電力に関して、コイルセンサ１１６およびＶＩプローブ１５２によって第２組のＲＦ特性測定値が得られる。第２組のＲＦ特性を得るためにプロセスチャンバ１０２に供給される第３ＲＦ電力は、ベースライン測定値１７４ａを生成するために使用されるＲＦ電力とは異なっていてよい。コイルセンサ１１６によって測定される第２組のＲＦ特性は、ウェハキャビティを通って流れるＲＦ電流を含み、ＶＩプローブ１５２によって測定されるＲＦ特性は、電圧、および、電流と電圧の位相差を少なくとも含む。
【００４６】
ウェハキャビティ１６０内でのプラズマ１６４の点火を確認するために、第２組のＲＦ特性測定値が、ベースライン読取値１７４ａを表す第１組のＲＦ特性測定値と比較される。この比較に基づいて、ウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されているか否かを判断することができる。ウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されていると判断されるとき、第２組の測定されたＲＦ特性は、動作プラズマ読取値１７４ｂに対応する。ＩＯＣ１７４は、比較の結果を使用して、ユーザインターフェースでのレンダリングに適切な情報メッセージを発生する。
【００４７】
図２Ａは、一実施形態における、コイルセンサ１１６が設置される下側電極１１０の底部１１０ａを示す、プロセスチャンバ１０２の下側部分５の拡大断面図を示す。一実施形態では、コイルセンサ１１６が配設される下側電極１１０の底部１１０ａは、プロセスチャンバ１０２の外部に位置される。下側電極１１０の底部１１０ａは可動部を含み、これらの可動部は、下側電極１１０がウェハの処理に応じて上または下に移動されるようにする。下側電極１１０の底部１１０ａでの可動部の一部分は、ベロー１２０によって覆われる。誘電絶縁体１１２が、下側電極１１０の底部１１０ａに直に隣接して提供される。誘電絶縁体１１２は、下側電極１１０を通って流れるＲＦ電力からの十分な絶縁を提供することによって、プロセスチャンバ１０２の隣接する構造を保護する。アルミニウムクランプ１１８が、誘電絶縁体１１２に直に隣接して提供される。アルミニウムクランプ１１８は、いくつかの実施形態では、下側電極１１０および／またはプロセスチャンバ１０２と関連付けられる様々な部品を一体に保持するように提供される。アルミニウムクランプ１１８と誘電絶縁体１１２との間に画定された領域内にＯリング１１４が提供される。一実施形態では、Ｏリングは、誘電体材料から形成される。Ｏリング１１４は、いくつかの実施形態では、誘電絶縁体１１２とアルミニウムクランプ１１８との間の任意の間隙を封止する働きをする。Ｏリング１１４とプロセスチャンバ１０２のアルミニウムクランプ１１８との間にコイルセンサ１１６が配設される。Ｏリング１１４が存在しないいくつかの実施形態では、コイルセンサは、下側電極１１０の底部１１０ａに隣接して配設され、下側電極１１０の底部１１０ａを一部または実質的に取り囲んでよい。
【００４８】
一実施形態では、下側電極１１０の底部１１０ａの周りに円形チャネルが画定される。この実施形態では、コイルセンサ１１６は、下側電極１１０の底部１１０ａを実質的に取り囲むように円形チャネル内に配設される。コイルセンサ１１６は、コイルセンサ１１６の第１端部がコイルセンサ１１６の第２端部に近接するように円形チャネル内部に配設される。一実施形態では、コイルセンサ１１６の第１端部は入出力制御装置（ＩＯＣ）に接続され、それにより、コイルセンサ１１６からの測定値をＩＯＣに伝送することができる。コイルセンサ１１６が配設される位置に基づき、コイルセンサ１１６は、堆積プロセス中にウェハキャビティ１６０を通って流れるＲＦ電流に関するＲＦ特性を正確に測定して、ウェハキャビティ１６０内部のプラズマの存在を正しく確認することが可能である。
【００４９】
図２Ｂは、一実施形態における、ウェハキャビティ１６０内のプラズマの存在を確認するために使用されるコイルセンサ１１６の断面を示す。コイルセンサ１１６は、一実施形態では、環状のロゴスキーコイルであり、ワイヤの螺旋コイルを含み、内側導体１１６ａが、内部に提供される誘電体材料の中心を通って進み、誘電体材料の周りに巻かれた巻付き導体１１６ｂとして戻り、それにより、ワイヤの第１端部と第２端部がどちらもコイルの同じ端部にある。環状のコイルセンサ１１６は、接地に向けてウェハキャビティおよび下側電極１１０を通って流れるＲＦ電流を測定するために、下側電極１１０の底部１１０ａを実質的にまたは一部取り囲むように配設される。コイルセンサ１１６は、さらに、内部に含まれる導電性ワイヤからの絶縁を提供するために、ワイヤの螺旋コイルの外部に配設された熱収縮チューブを含む。熱収縮チューブの外部にＲＦスリーブが配設されて、コイルセンサ１１６の様々な構成要素を一体に保持する。コイルセンサは、一実施形態では可撓性であり、それにより、下側電極１１０の底部１１０ａに画定された円形チャネルにコイルセンサを挿入することができる。一実施形態では、コイルセンサは、同軸コネクタ１２１に接続され、同軸コネクタ１２１は、ＩＯＣ（図示せず）に接続され、それにより、コイルセンサからの信号が同軸コネクタ１２１を介してＩＯＣに伝送される。
【００５０】
図２Ｃは、コイルセンサ１１６の上面図を示す。図示されるように、コイルセンサ１１６は、下側電極１１０および巻付き導体１１６ｂを通って流れるＲＦ電流を検出するために内側導体１１６ａを含む。内側導体１１６ａは、同軸コネクタ１２１を介して入出力制御装置（ＩＯＣ）（図示せず）に接続される。コイルセンサ１１６は、検出されたＲＦ特性に関係付けられる情報を出力信号としてＩＯＣに伝送するように構成される。
【００５１】
一実施形態では、コイルセンサ１１６は以下のように機能する。コイルセンサ１１６の第１端部が、ウェハキャビティおよび下側電極を通過するＲＦ電流を検出する。検出されたＲＦ電流は、コイルセンサ１１６内で電圧を誘導し、この電圧は、検出されたＲＦ電流に比例する。コイルセンサ１１６の第２端部は、入出力制御装置（ＩＯＣ）に接続され、コイルセンサ１１６から出力される電圧は、出力信号としてＩＯＣに提供される。ＩＯＣは、この出力信号を受信して解釈し、解釈された出力信号を分析し、ＩＯＣに通信可能に接続された計算デバイス（図示せず）の表示画面（すなわち表示デバイス）におけるユーザインターフェースでのレンダリングに適切な情報を生成する。
【００５２】
ロゴスキーコイルは、ウェハキャビティを通って流れる電流に関するＲＦ特性を測定するために使用することができる１タイプの変流器であることに留意すべきである。いくつかの実施形態は、ロゴスキーコイルの使用に限定されず、ウェハキャビティを通って流れる電流に関するＲＦ特性を測定するために他のタイプの変流器を採用して差し支えない。
【００５３】
図３は、一実施形態における、コイルセンサ１１６が提供されるプロセスチャンバの等価な電気回路モデルを示す。この電気回路モデルは、プロセスチャンバ１０２の様々な部分に対応するいろいろな電気構成要素を識別する。例えば、プロセスチャンバ１０２は、ＡＬＤまたはＰＥＣＶＤを行うために使用されてよい。上側電極を通してプロセスチャンバ１０２に供給されるＲＦ電力の特性を測定するために、電圧−電流（ＶＩ）プローブ１５２が、ＲＦ電力投入部１５０の近くで、プロセスチャンバ１０２の外部で上側電極に結合される。ＲＦ電力の変化は、上側電極１５４を通って流れるＲＦ電流の変化をもたらす。変化するＲＦ電流は、（導電性の）上側電極内、およびプロセスチャンバ１０２内部の他の導電性要素内で電圧を誘導する。これは、インダクタンスＬ１によって表される。プロセスチャンバを通って流れる全ＲＦ電流が、インダクタンスＬ１を通って流れる。
【００５４】
キャパシタンスＣ１は、導電性の上側電極と電気的に接地されたプロセスチャンバの壁との間で検出される間隙を通過する電流により引き起こされる寄生容量に関係する。同様に、キャパシタンスＣ２は、上側電極と下側電極との間で検出される間隙を通過する電流により引き起こされる寄生容量に関係する。プロセスチャンバに供給されるＲＦ電力を変えることによって、ウェハキャビティおよび下側電極を通って流れるＲＦ電流（Ｚ＿プラズマと表される）が引き起こされる。ウェハキャビティおよび下側電極を通って流れるＲＦ電流は、第２インダクタンスＬ２を通って流れる。コイルセンサ１１６は、ウェハキャビティおよび下側電極を通って流れるＲＦ電流を測定するために使用される。コイルセンサ１１６によって測定されたＲＦ電流は、ウェハキャビティ内でのプラズマの点火を確認するために使用される。
【００５５】
様々な実施形態を、電力投入される上側電極と接地される底部電極とを有するチャンバを参照して論じてきたが、これらの実施形態の変形形態も可能である。例えば、一実施形態では、プロセスチャンバ１０２が画定され、上側電極１５４が電気的に接地され、下側電極１１０がマッチングネットワークを介してＲＦ電源１５０に結合される。この実施形態では、電圧−電流（ＶＩ）プローブ１５２は、プロセスチャンバ１０２の外部でＲＦ電源１５０と下側電極１１０との間に配設され、下側電極１１０を通してプロセスチャンバ１０２に提供されるＲＦ電力のＲＦ特性を測定するために使用される。プロセスチャンバ１０２に供給されるＲＦ電力のＲＦ特性を測定するために、プロセスチャンバ１０２の外部に延びている上側電極１５４にコイルセンサ１１６が配設される。
【００５６】
他の実施形態と同様に、コイルセンサ１１６によって測定されたＲＦ特性に関係付けられる信号を中継するために、コイルセンサ１１６が入出力制御装置（ＩＯＣ）１７４に結合される。ＩＯＣ１７４は、それらの信号を処理し、ＩＯＣ１７４に通信可能に結合された計算デバイスのユーザインターフェースでのレンダリングに適切な情報を提供する。
【００５７】
図４Ａは、一実施形態における、変位電流の測定中のプロセスチャンバ１０２の簡略表現を示す。図示されるように、コイルセンサ１１６によって測定される変位電流は、プロセスチャンバ１０２内で検出されたプラズマ未発生条件に関するものである。変位電流は、プロセスチャンバ内で検出される寄生容量Ｃ１およびＣ２によって引き起こされる寄生電流に関係する。変位電流は、下側電極１１０の底部１１０ａに配設されたコイルセンサ１１６によって測定される。いくつかの実施形態では、変位電流および寄生容量は、インピーダンスなど他のＲＦ特性を決定するために使用される。変位電流から得られるインピーダンス測定値は、「ダーク」インピーダンスと呼ばれる。なぜなら、この測定値は、プロセスチャンバ１０２内部でのプラズマ未発生条件に関係するからである。
【００５８】
図４Ｂは、一実施形態における、プラズマ発生状態を確認するコイルセンサ１１６によるＲＦ電流の測定中のプロセスチャンバ１０２の簡略表現である。コイルセンサ１１６によって検出されるＲＦ電流は、変位電流と、下側電極１１０の底部に向けてウェハキャビティ１６０を通って流れる伝導電流とを含む。上記のように、変位電流は、プロセスチャンバ１０２内で検出される寄生容量Ｃ１およびＣ２によって引き起こされる。プラズマチャンバ１０２に関する変位電流の値（典型的には約６アンペア未満）と、プラズマチャンバ１０２に印加されたＲＦ電力に関して検出された電圧とが分かると、ウェハキャビティ１６０内でのプラズマ点火を判断することが可能である。例えば、コイルセンサ１１６によって測定されたＲＦ電流値およびＶＩプローブ１５２によって測定された電圧値を、プロセスチャンバ１０２に印加される電力レベルに関して確立されたベース読取測定値と比較することによって、プラズマ点火が確認されてよい。
【００５９】
図５は、一実施形態における、ウェハキャビティ内でのプラズマの点火を確認するための、コイルセンサ１１６によって測定されたコイル電流（すなわちＲＦ電流）に対して電圧（ＲＦ電力による）をプロットしたグラフを示す。一実施形態では、境界線５０６（例えばベースライン）の決定を可能にする方法が提供され、境界線５０６は、コイルセンサ１１６が実装されるときに、ウェハキャビティ１６０内でプラズマが生じている時とウェハキャビティ１６０内にプラズマが存在しない時とを識別する。
【００６０】
一実施形態では、境界線５０６は、プラズマが発生されないことが分かっているときに測定を行うことによって識別される。一実施形態では、プラズマが発生されないという知識は、ＶＩプローブ１５２によって測定される電圧と電流の位相差（Φ）の測定に基づく。例えば、実験から、位相差が−９０度に近いときにはプラズマが発生されないことが分かっている。
【００６１】
一実施形態では、第１電力設定が、ＲＦ電源１５０によってプロセスチャンバ１０２に提供される。この第１電力設定は、グラフ５００上の第１プロット点５０２を識別するために使用される。第１プロット点５０２は、プロセスチャンバ１０２に適用される第１電力設定に関する電圧Ｖ1に対応し、第１電力設定に関してコイルセンサ１１６によって検知される電流（すなわち「コイル電流」）は、Ｉ1である。第１電力設定は、プラズマ点火を引き起こさないことが分かっており、これは、ＶＩプローブ１５２によって測定される位相差が−９０度に近いことを確認することによって検証することができる。次に、第２電力設定が、グラフ５００上の第２プロット点５０４を識別するために使用される。第２電力設定は、ＲＦ電源１５０によってプロセスチャンバ１０２に提供される。第２電力設定は、第１電力設定よりも大きいが、やはりプラズマ点火を引き起こさないことが分かっている。第２プロット点５０４は電圧Ｖ2に対応し、適用される第２電力設定に関する測定されるコイル電流は、Ｉ2に対応する。ここでも、第２電力設定は、位相差が−９０度に近いことを確認することによって、プラズマを発生しないことを検証することができる。この点で、第１プロット点５０２および第２プロット点５０４を使用して、境界線５０６、すなわちベースラインを識別することができる。境界線５０６は、ウェハキャビティ１６０内部でのプラズマ未発生条件に関する電圧および電流測定値に関するベース読取測定値１７４ａを表すプロット点を提供する。
【００６２】
プラズマチャンバ１０２に関して境界線５０６が設定されると、ここで、コイルセンサ１１６を使用して、第３電力レベル（例えば１つまたは複数の処理操作中に使用される電力レベル）を用いた操作中にプロセスチャンバ１０２の下側電極１１０の底部１１０ａを通って流れる電流の値を測定することが可能である。第３電力レベルに関するコイル電流が測定され、プラズマプロセス動作中にウェハキャビティ内でプラズマが点火されているかどうか検証するために使用される。例えば、プロット点５０８で、プロセスチャンバ１０２に供給されたＲＦ電力の電圧がＶ3であり、コイルセンサ１１６によって測定されたコイル電流Ｉ3が約１３アンペア（Ａ）であると決定することができる。プロット点５０８の電圧Ｖ3およびコイル電流Ｉ3の値を境界線５０６上のプロット点の値と比較して、ウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されていないと判断することができる。これは、さらに、ＶＩプローブ１５２によって測定される位相差が−９０度に近いことを確認することによって検証することができる。
【００６３】
別の例では、プロット点５１０が、プロセスチャンバ１０２に印加される第３電力レベルに関する電圧Ｖ4に対応し、測定されるコイル電流Ｉ4は、約１４Ａである。プロット点５１０に対応する電圧Ｖ4およびコイル電流Ｉ4の値を境界線５０６上のプロット点に関係付けられる値と比較して、ウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されていると判断することができる。
【００６４】
特定の値を超える全ての電圧／コイル電流値がウェハキャビティ１６０内でのプラズマの点火を引き起こすわけではないことに留意されたい。同様に、全ての低い電圧／コイル電流値がウェハキャビティ１６０内でのプラズマ未発生条件に関係するわけではない。電圧およびコイル電流値が、境界線５０６の傾きのプロット点に対応する電圧／電流値を超える限り、低い電圧およびコイル電流値に関してウェハキャビティ１６０内でプラズマ点火が生じることを確認することができる。同様に、境界線５０６の傾きのプロット点に対応する電圧／電流値よりも下の電圧およびコイル電流値に関して、ウェハキャビティ１６０内でプラズマ点火が生じないことを確認することができる。例えば、約８Ａの検知されるコイル電流Ｉ5を生じる電圧Ｖ5に対応するプロット点５１２を考える。検知されるコイル電流Ｉ5は、値が低いが、境界線５０６の傾きに関係付けられるプロット点よりも上である。その結果、検知されるコイル電流Ｉ5により、ウェハキャビティ１６０内のプラズマ点火が確認される。例えば、コイルセンサ１１６によって検知される低いコイル電流は、ウェハキャビティ１６０内で点火されたプラズマの低い密度に起因することがある。この低い密度は、プロセスチャンバ１０２に印加される低いＲＦ電力に起因することがある。
【００６５】
別の例では、検知されるコイル電流値が高いとき、それでもウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されていないことがある。約１５Ａの検知されるコイル電流Ｉ6を生じる電圧Ｖ6に対応するプロット点５１４を考える。コイルセンサ１１６によって検知されるコイル電流Ｉ6は高いが、プロセスチャンバ１０２内でプラズマは点火されていない。なぜなら、プロット点５１４に対応する電圧Ｖ6およびコイル電流Ｉ6の値が、境界線５０６の対応するプロット点よりも下にあるからである。したがって、コイルセンサ１１６からの測定値に基づいて、プラズマ点火を判断することができる。
【００６６】
代替実施形態では、ネットワークアナライザから得られるデータを使用して、境界線５０６の傾きを識別することが可能である。例えば、ネットワークアナライザを使用して、プロセスチャンバ１０２内で検出されるキャパシタンスＣ１およびＣ２に関連付けられるダークインピーダンスを検知して測定することができる。次いで、ネットワークアナライザによって行われる測定を使用して、境界線５０６の傾きを導出することができる。プロセスチャンバ１０２に関して境界線５０６が見付けられると、コイルセンサ１１６を使用して行われる後続の測定を使用して、プロセスチャンバ１０２に適用される電力設定に関して、ウェハキャビティ１６０内でプラズマが点火されているか否かについて判断を下すことができる。コイルセンサから得られる測定値を使用して、ステーション毎およびツール毎のマッチングを評価することができる。一実施形態では、あるステーションまたはツールの堆積プロセスの様々な段階でコイルセンサ１１６およびＶＩプローブ１５２によって測定されるＲＦ特性を、別のステーションまたはツールのものとマッチングして、それぞれのステーションまたはツールの内部で同様のプラズマ条件を得ることによって、ステーションまたはツールマッチングが実現されてよい。この実施形態では、ＶＩプローブ１５２からの測定値を使用して、プロセスチャンバ１０２に関するＲＦ特性のベース読取測定値を決定することができる。プラズマ未発生条件に関してＲＦ特性のベース読取測定値が決定されると、プラズマ点火を判断するために、堆積プロセスの様々な段階で得られるコイルセンサ１１６からの測定値がＲＦ特性のベース読取測定値と比較されてよい。コイルセンサから得られた測定値のマッチング、およびＶＩプローブからの測定値を用いた検証は、同じプロセスチャンバ内もしくは異なるプロセスチャンバ内の異なるステーションでの堆積プロセス、または異なるツールを使用する堆積プロセス中のプラズマ再現性の検証を確実に行う。
【００６７】
様々な実施形態で述べたように、プロセスチャンバ内部で発生されるプラズマは、コイルセンサを使用して、下側電極の底部でのＲＦ電流を測定することによって正しく検出されることがある。ＶＩプローブによって測定された電圧／電流測定値などのＲＦ特性に依拠するだけでは、プロセスチャンバ内でのプラズマの点火は正確には判断されない。これは、電力投入される上側電極でのＲＦ電力投入部の近くでＶＩプローブによって測定される電圧／電流が、ウェハキャビティを通って流れるＲＦ電力に関係付けられるＲＦ特性だけでなく、ＶＩプローブと接地との間の任意のＲＦ経路によるＲＦ特性も含むことに起因することがある。プロセスチャンバのウェハキャビティ内でのプラズマ点火を正確に判断することは、ウェハキャビティへの視覚的または光学的なアクセスを提供しないプロセスチャンバに関して特に重要であり、また、寄生容量がウェハキャビティのキャパシタンスと同様であるときにも特に重要である。コイルセンサから得られた測定値、およびそれらの測定値とＶＩプローブを使用して得られた測定値との比較により、ウェハキャビティ内でのプラズマの点火を正確に確認することができる。ウェハキャビティ内でのプラズマ点火をさらに検証するために、ＶＩプローブからの位相差測定値が使用されてもよい。
【００６８】
寄生プラズマの強度が無視できないとき、または寄生容量の大きさがウェハキャビティのキャパシタンスと同等であるとき、第１処理ステーションのＶＩプローブによって得られるＲＦ特性測定値と第２処理ステーションのものとのマッチングのみでは、それぞれ第１処理ステーションおよび第２処理ステーションのウェハキャビティ内で点火されるプラズマに関して、マッチングされた特性は得られない。これは、ＶＩプローブが、伝導電流（すなわち、ウェハキャビティを通って流れるＲＦ電流）と変位電流（すなわち、接地への寄生容量結合によるＲＦ電流）との両方を測定することによる。そのような寄生電流は、プラズマ特性の変化を引き起こす。なぜなら、寄生電流の値は、寄生プラズマおよび／または寄生容量結合の変化によって影響を及ぼされ、プロセスチャンバ内部でのプラズマ点火条件を完全には示さないからである。コイルセンサは、ステーション毎またはツール毎のマッチングをより正確に評価するために使用することができる測定値を提供する。ＶＩプローブ測定値（例えば、電圧と電流に関係付けられる位相差）を使用して、コイルセンサ測定値からプラズマ点火の結果を検証することができる。正確な評価は、ウェハキャビティを通る伝導電流をコイルセンサが正確に測定することができることに起因していることがある。
【００６９】
一実施形態では、マルチ処理ステーションプロセスチャンバにおいて、各処理ステーションがそれ独自のコイルセンサおよびＶＩプローブを装備されていてよく、それぞれの処理ステーションでの供給されるＲＦ電力に関するＲＦ特性を測定する。その結果、第１コイルセンサを使用して得られ、第１ＶＩプローブからの測定値を使用して検証される第１処理ステーションのＲＦ特性測定値を、第２コイルセンサおよび第２ＶＩプローブを使用して得られる第２処理ステーションの対応するＲＦ特性測定値とマッチングさせることができる。そのようなマッチングは、それぞれ第１処理ステーションおよび第２処理ステーションでウェハキャビティ内で発生されるプラズマの特性のより正確なマッチングをもたらす。コイルセンサを使用して得られるＲＦ特性測定値は、プロセスチャンバ１０２内で検出される寄生プラズマ／寄生容量による変化によって影響を及ぼされない。これは、堆積プロセス中のプラズマの発生および正確な確認に影響を及ぼす様々なステーション内部での処理条件の再現性を保証する。
【００７０】
図６は、一実施形態における、プロセスチャンバの動作パラメータを測定するための方法のプロセス動作を示す。この方法は操作６１０で始まり、操作６１０で、プロセスチャンバのウェハキャビティ内でプラズマを点火するのに必要とされる電力よりも低い第１電力レベルを使用してプロセスチャンバが動作される。操作６２０で示されるように、プロセスチャンバ内で検出された第１電圧に関する、下側電極の底部を通って流れる第１電流値を含む第１ＲＦ特性測定値が、第１電力レベルを用いたプロセスチャンバの動作中に測定される。第１ＲＦ特性は、ベース値読取測定値の１つを表していてよい。操作６３０で示されるように、プロセスチャンバは、ウェハキャビティ内でプラズマを点火するために必要とされる電力よりも低い第２電力レベルを使用して動作される。操作６４０で示されるように、プロセスチャンバ内で検出された第２電圧に関する下側電極の底部を通って流れる第２電流値を含む第２ＲＦ特性測定値が、第２電力レベルを用いたプロセスチャンバの動作中に測定される。第２ＲＦ特性は、プロセスチャンバに関するベース値読取測定値の第２ものを表していてよい。第１ＲＦ特性測定値および第２ＲＦ特性測定値は、プロセスチャンバに関するＲＦ特性のベース読取測定値を決定するために使用される。
【００７１】
プロセスチャンバは、第１電力レベルおよび第２電力レベルとは異なるプロセス電力レベルで動作される。プラズマプロセス動作中、プロセスチャンバ内で検出されるプロセス電圧に関して、下側電極の底部を通って流れるプロセス電流の値が測定され、操作６５０で示されるように、そのプロセス電流値を、ＲＦ特性のベース読取測定において定義された第１電流値および第２電流値と比較することによって、プラズマプロセス動作中にウェハキャビティ内でプラズマが点火されている時の判断が下される。第１電流値、第２電流値、およびプロセス電流値は、プロセスチャンバの外部で下側電極の底部に配設されたコイルセンサによって測定され、これらの測定値は、ウェハキャビティ内のプラズマの存在を確認するために使用される。プロセスチャンバ内でのプラズマ点火の判断は、ＶＩプローブによって提供される、プロセスチャンバ内で検出される電圧と電流の位相差を使用して検証されてよい。
【００７２】
例示および説明の目的で実施形態をここまで述べてきた。包括的なもの、または本発明を限定するものとは意図されていない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されず、適用できる場合には交換可能であり、特に図示および説明されていない場合でさえ、選択された実施形態で使用することができる。それらは、多くの様式で変形されても差し支えない。そのような変形は、本発明からの逸脱とみなされるべきでなく、全てのそのような修正が本発明の範囲に含まれることが意図される。
【００７３】
上記の実施形態は、理解しやすくするためにいくらか詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲の範囲内で特定の変更および修正を行うことができることが明らかであろう。したがって、本明細書における実施形態は、限定ではなく例示とみなすべきであり、それらの実施形態は、本明細書で与えられる詳細に限定されるべきでなく、それらの範囲および特許請求の範囲の等価形態内で修正されてもよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2017098224000001.pdf