JP2005527984A - 発光によりチャンバのシーズニング状態を決定する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】発光によりチャンバのシーズニング状態を決定する方法およびシステム
【解決手段】処理チャンバ、プラズマ源、光検出装置、および制御装置を備えるプラズマ処理システム。制御装置はプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定するのに有用である。本発明は、プラズマ源を利用して処理チャンバに第１のプラズマを形成する工程と、光検出装置を使用して第１のプラズマから放射された光に関する第１の信号を測定し、制御装置を使用して第１の信号を保存する工程と、プラズマ源を利用して処理チャンバに第２のプラズマを形成する工程と、光検出装置を使用して第２のプラズマから放射された光に関する第２の信号を測定し、制御装置を使用して第２の信号を保存する工程と、第１の信号と第２の信号との間の変化をプラズマ処理システムのシーズニング状態と相関させる工程とを含む、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法を、更に提供する。

Description

（関連特許）
本発明は、参照して全文がここに組み込まれる、２００２年５月２９日出願の米国特許仮出願第６０／３８３，６０３号の利益を主張する。

本発明はプラズマ処理、より詳細にはプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定するための方法に関する。

半導体産業における集積回路（ＩＣ）の製造は、基板から物質を取り除き、基板に物質を成膜するのに必要なプラズマリアクタ内で表面化学を引き起こし、促進するために、プラズマを一般に使用する。一般的に、供給される処理ガスでイオン化衝突を維持するのに十分なエネルギーに電子を加熱することによる真空条件のもと、プラズマはプラズマリアクタ内で形成される。更に、加熱された電子は、解離衝突を維持するのに十分なエネルギーを有することができ、従って、チャンバ内で実施される特定の処理（例えば、物質が基板から取り除かれるエッチング処理か、または物質が基板に追加される成膜処理）に適当な、荷電種および化学反応種の個体群を生成するように、所定の条件（例えばチャンバ圧力、ガス流速等）のもと、ガスの特定の組が選択される。

一般に、例えばエッチング適用の間のようなプラズマ処理の間、処理システムメンテナンス期間、すなわちチャンバ洗浄や処理キット交換等の後に、プラズマ処理システムを「シーズニング（ｓｅａｓｏｎｉｎｇ）」することが必要である。製造を開始する前に、いくつかの基板、一般には約１００個のウェハは、チャンバ内部上に「シーズニング」膜を形成するためにプラズマ処理システムを通って処理され、従って、後に続く基板のための繰り返し可能な処理の実施を容易にする。一般的に、実施される基板の数は、適切な「シーズニング」を確保するために任意に高く選択されるが、しかしながら、一般的な方法は過度のコストおよび時間消費の原因となり得る。

本発明は、処理チャンバ、プラズマ源および検出システム、を備えるプラズマ処理システムを提供し、検出システムは光検出装置および制御装置を備える。制御装置は、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定するのに有用である。

本発明は、プラズマ源を利用して処理チャンバに第１のプラズマを形成する工程と、光検出装置を使用して第１のプラズマから放射された光に関する第１の信号を測定し、第１の信号を保存する工程と、プラズマ源を利用して処理チャンバに第２のプラズマを形成する工程と、光検出装置を使用して第２のプラズマから放射された光に関する第２の信号を測定し、および第２の信号を保存する工程と、第１の信号および第２の信号の間の変化をプラズマ処理システムのシーズニング状態と相関させる工程とを含む、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法を、更に提供する。

本発明の目的は、第１のプラズマの形成は第１の基板に対応し、第２のプラズマの形成は第２の基板に対応することである。

本発明の別の目的は、第１のプラズマの形成は基板の処理の間の第１の時間に対応し、第２のプラズマの形成は基板の処理の間の第２の時間に対応することである。

本発明の別の目的は、第１のプラズマが第２のプラズマと同じであることである。

本発明は、プラズマ処理システムに基板をロードする工程と、基板の処理を容易にするためにプラズマを形成する工程と、プラズマから放射された光に関する信号を測定する工程と、信号を、プラズマ処理システムのために決定されたターゲット信号と比較する工程と、信号とターゲット信号の比較からプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する工程とを含む、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する代替の方法を、更に提供する。

本発明は、プラズマ処理システムに第１の基板をロードする工程と、第１の基板の処理を容易にするためにプラズマを形成する工程と、プラズマから放射された光に関する第１の信号を測定し、および制御装置を使用して第１の信号を保存する工程と、第１の基板をアンロードする工程と、プラズマ処理システムに第２の基板をロードする工程と、第２の基板の処理を容易にするためにプラズマを形成する工程と、プラズマから放射された光に関する第２の信号を測定し、および制御装置を使用して第２の信号を保存する工程と、第２の信号と第１の信号との差異信号を決定する工程と、差異信号をターゲット信号と比較する工程と、差異信号とターゲット信号の比較からプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する工程とを含む、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する代替の方法を、更に提供する。

本発明のこれらの、および別の利点は、添付の図面と関連して本発明の代表的な実施形態の下記の詳細な説明から、より明白になり、より容易に認識されるであろう。

本発明の実施形態によると、プラズマ処理システム１はプラズマリアクタ１０を含む図１に描かれ、プラズマリアクタはプラズマ源１２および処理チャンバ１４、および検出システム１００を含み、検出システム１００は光検出装置５０および制御装置５５を含む。制御装置５５は、プラズマリアクタ１０に形成されるプラズマから放射された光に関する信号を測定するための、光検出装置５０に結合される。更に、制御装置５５は、説明されるプラズマ処理システム１のシーズニング状態を決定する方法を、実施することが可能である。

例証される実施形態において、図１に描かれるプラズマ処理システム１は材料処理のためにプラズマを利用する。望ましくは、プラズマ処理システム１はエッチングチャンバを含む。あるいは、プラズマ処理システム１は、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）システムまたは物理気相成長法（ＰＶＤ）システムのような、成膜チャンバを含む。

図２に描かれる本発明の例証される実施形態によると、プラズマ処理システム１は、処理チャンバ１６を備える処理リアクタ１０と、処理される基板２５がその上に固定される基板ホルダ２０と、ガス注入システム４０、および真空ポンプシステム５２を備えることができる。基板２５は例えば、半導体基板、ウェハ、または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であってよい。処理チャンバ１６は例えば、基板２５の表面に隣接する処理領域４５におけるプラズマの発生を容易にするように構成され得るもので、プラズマは加熱された電子およびイオン化されたガスの間の衝突を介して形成される。イオン化されたガスまたはガスの混合物は、ガス注入システム４０を介して導入され、処理圧力は調整される。例えば、制御装置５５は真空ポンプシステム５２を調整するために使用されることができる。望ましくは、プラズマは、所定の材料処理に特定の物質を形成し、物質の基板２５への成膜か、または基板２５の露出面からの物質の除去のいずれかを促進するために、利用される。

例えば、機械的基板移動システムを介して、スロットバルブ（図示せず）およびチャンバフィードスルー（図示せず）を通って、基板２５は処理チャンバ１６の中へおよび外へ移動されることができ、そこにおいて基板２５は、基板ホルダ２０内に収容され、そこに収容される装置により機械的に翻訳される、基板リフトピン（図示せず）により受け取られる。基板２５が機械的基板移動システムからいったん受け取られると、基板ホルダ２０の上部表面に下げられる。

望ましくは、基板２５は例えば、静電クランピングシステム２８を介して基板ホルダ２０に固定されることができる。その上、基板ホルダ２０は、基板ホルダ２０からの熱を受け取り、熱交換システム（図示せず）へ熱を移動するか、または加熱の際熱交換システムからの熱を移動する、再循環冷却剤流を含む、冷却システムを更に含むことができる。更に、ガスは、基板２５および基板ホルダ２０の間のガスギャップ熱コンダクタンスを改善するために、裏面ガスシステム２６を介して基板の裏面に運ばれることができる。このようなシステムは、基板の温度制御が、上昇された、または減少された温度において必要とされる場合、利用されることができる。例えば基板の温度制御は、基板ホルダ２０への伝導により、プラズマから基板２５に運ばれる熱流束、および基板２５から取り除かれる熱流束の均衡により達成される、安定状態の温度を超過する温度において有用である。別の実施形態において、抵抗加熱要素のような熱要素、または熱電ヒーター／クーラーが含まれてもよい。

図２に図示される、例証される実施形態において、基板ホルダ２０は更に、例えば電極としての役目をし、ＲＦ電力は電極を通って処理領域４５におけるプラズマに結合される。例えば基板ホルダ２０は、インピーダンス整合ネットワーク３２を通る、ＲＦ発生装置３０から基板ホルダ２０へのＲＦ電力の伝導を介し、ＲＦ電圧において電気的にバイアスされる。ＲＦバイアスは、電子を加熱する役目をし、それによりプラズマを形成し維持することができる。この構成においてシステムは、チャンバおよび上部ガス注入電極（図示せず）が接地表面としての役目をする、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）リアクタとして動作することができる。ＲＦバイアスのための一般的な周波数は、１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲に及ぶことができ、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。プラズマ処理のためのＲＦシステムは当業者に既知である。

あるいは、ＲＦ電力は多数の周波数において基板ホルダ電極に印加される。その上、インピーダンス整合ネットワーク３２は、反射電力を最小化することにより処理チャンバ１０におけるプラズマへのＲＦ電力の移動を最大化する役目をする。整合ネットワークトポロジ（例えばＬ型、π型、Ｔ型等）および自動制御方法は、当業者に既知である。

引き続き図２に関し、処理ガスは例えば、ガス注入システム４０を通って処理領域４５に導入されることができる。処理ガスは例えば、アルゴン、ＣＦ_４およびＯ_２またはアルゴン、酸化エッチング適用のためのＣ_４Ｆ_８およびＯ_２のようなガスの混合物、または、例えばＯ_２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ_４Ｆ_８、Ｏ_２／ＣＯ／ＡＲ／Ｃ_５Ｆ_８、Ｏ_２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ_４Ｆ_６、Ｏ_２／Ａｒ／Ｃ_４Ｆ_６、Ｎ_２／Ｈ_２のような別の化学物質を含んでもよい。ガス注入システム４０はシャワーヘッドを備えてもよく、処理ガスは、ガス注入プレナム（図示せず）、バッフルプレート（図示せず）の連続、およびマルチオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート（図示せず）を通って、ガスデリバリシステム（図示せず）から処理領域４５に供給される。ガス注入システムは当業者に既知である。

図１に説明されるように、光検出装置５０は、処理領域４５のプラズマから放射された光をモニタするために、処理チャンバ１６に結合される。光検出装置５０は例えば、プラズマから放射された全体の光強度を測定するための（シリコン）光ダイオードまたは光電子増倍管（ＰＭＴ）のような検出器を含むことができる。光検出装置は例えば、狭帯域干渉フィルタのような、光フィルタを更に備えてよい。代替の実施形態において、光検出装置５０は線ＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＩＤ（電荷注入素子）アレイ、および例えば回折格子またはプリズムのような光分散装置を含むことができる。その上、光検出装置５０は所与の波長における光を測定するためのモノクロメータ（回折格子／検出器システム）か、または例えば、米国特許第５，８８８，３３７号に説明される装置のような、光スペクトルを測定するための（回転回折格子を有する）分光計でよい。同様に、光検出装置５０は例えば、ピークセンサシステムからの高解像力ＯＥＳセンサでよい。このようなＯＥＳセンサは、紫外線（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）および近赤外（ＮＩＲ）光スペクトルに及ぶ、広帯域スペクトルを有する。解像力は約１．４オングストロームであり、すなわち、センサは２４０から１０００ｎｍの５５５０個の波長を収集することが可能である。センサには同様に、２０４８ピクセル直線ＣＣＤアレイと一体化した、高感度ミニチュア光ファイバＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光計が装備される。分光計は単一の光ファイバ束を通って伝導される光を受信し、光ファイバからの光出力は固定回折格子を使用して線ＣＣＤアレイを渡って分散される。上に説明した構成と同様に、光学真空窓を通って放射する光は、凸球形レンズを介して光ファイバの入力エンド上に焦点が合わせられる。所与のスペクトル範囲（ＵＶ、ＶＩＳおよびＮＩＲ）に特にそれぞれ調和された３つの分光計は、処理チャンバのためのセンサを形成する。分光計それぞれは独立したＡ／Ｄ変換器を含む。最後に、センサの利用により、全放射スペクトルは０．１から１．０秒毎に記録されることができる。

真空ポンプシステム５２は例えば、毎秒５０００リットルまで（およびそれ以上）の汲み上げ速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）、およびチャンバ圧力を抑圧するためのゲートバルブを含むことができる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来技術のプラズマ処理装置において、毎秒１０００から３０００リットルＴＭＰが一般的に使用される。ＴＭＰは一般に、５０ｍＴｏｒｒより低い、低圧処理に有用である。高圧において、ＴＭＰ汲み上げ速度は劇的に減少する。（すなわち１００ｍＴｏｒｒより高い）高圧処理のために、メカニカルブースターポンプおよびドライ粗引きポンプが使用されることができる。更に、チャンバ圧力をモニタするための装置（図示せず）は、処理チャンバ１６に結合される。圧力測定装置は例えば、マサチューセッツ州アンドーバー（Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）のエム・ケー・エス株式会社（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）より商業上入手可能なＴｙｐｅ６２８Ｂ Ｂａｒａｔｒｏｎ 絶対キャパシタンスマノメータでよい。

制御装置５５は、マイクロプロセッサ、メモリ、プラズマ処理システム１からのモニタ出力のみならず、プラズマ処理システムへ１の入力も伝え、および活性化するのに十分な制御電圧を発生することが可能な、デジタルＩ／Ｏポートを備える。更に制御装置５５は、ＲＦ発生装置３０、インピーダンス整合ネットワーク３２、ガス注入システム４０、真空ポンプシステム５２、裏面ガスデリバリシステム２６、静電クランピングシステム２８、および光検出装置５０に結合され、これらとデータを交換する。メモリに保存されたプラグラムは、保存されたプロセスレシピに従って、材料処理システム１の前述の構成要素への入力を活性化するのに利用される。制御装置５５の一例は、テキサス州オースティン（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）のデル株式会社（Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ５３０（商標）である。

図３に図示される例証される実施形態において、プラズマ処理システム１は例えば、図１および２に関して説明されたそれら構成要素に加え、プラズマ密度を潜在的に増大し、および／またはプラズマ処理の均一性を改善するために、機械的または電気的のいずれかの回転直流磁場システム６０を更に備えることができる。更に、制御装置５５は、回転速度および場の強度を調整するために、回転磁場システム６０に通信可能に結合される。回転磁場の設計および実施は当業者に既知である。

図４に図示される例証される実施形態において、図１および２のプラズマ処理システム１は例えば、インピーダンス整合ネットワーク７４を通ってＲＦ発生装置７２からＲＦ電力が結合される上部電極７０を、更に備えることができる。上部電極へのＲＦ電力の印加のための一般的な周波数は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚに及ぶことができ、好ましくは６０ＭＨｚである。更に、下部電極への電力の印加のための一般的な周波数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚに及ぶことができ、好ましくは２ＭＨｚである。更に制御装置５５は、上部電極７０へのＲＦ電力の印加を制御するために、ＲＦ発生装置７２およびインピーダンス整合ネットワーク７４に結合される。上部電極の設計および実施は当業者に既知である。

図５に図示される例証される実施形態において、図１のプラズマ処理システムは例えば、インピーダンス整合ネットワーク８４を通ってＲＦ発生装置８２を介してＲＦ電力が結合される誘導コイル８０を、更に備えることができる。ＲＦ電力は、誘導コイル８０から誘電体窓（図示せず）を通ってプラズマ処理領域４５に誘導的に結合される。誘導コイル８０へのＲＦ電力の印加のための一般的な周波数は、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚに及ぶことができ、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。同様に、チャック電極への電力の印加のための一般的な周波数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚに及ぶことができ、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。更に、スロットされたファラデーシールド（図示せず）は、誘導コイル８０およびプラズマの間の静電結合を減少するために使用されることができる。更に、制御装置５５は、誘導コイル８０への電力の印加を制御するために、ＲＦ発生装置８２およびインピーダンス整合ネットワーク８４に結合される。代替の実施形態において、誘導コイル８０は、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）リアクタのような上記からのプラズマ処理領域と連通する「らせん」コイルまたは「パンケーキ」コイルでよい。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源および／またはトランス結合プラズマ（ＴＣＰ）源の設計および実施は、当業者に既知である。

あるいは、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用して形成されることもできる。また別の実施形態において、プラズマはヘリコン波の発射から形成される。また別の実施形態において、プラズマは伝播表面波から形成される。上に説明された各プラズマ源は当業者に既知である。

図１に説明されるプラズマ処理システム１を使用して、２５回の基板のラン（ｒｕｎ）からの発光スペクトルは図６にオーバーレイされ、２５回の基板のランは、第１の基板を先行するチャンバ洗浄の後に続く。各スペクトルは、１分間のエッチング処理に対するアンサンブル平均発光スペクトルを表す。１分間のエッチング処理の間、発光スペクトルは２０個のサンプルスペクトルが得られるまで３秒毎にサンプリングされ、次いで発光スペクトルは、同様にアンサンブル平均がとられる。一般的に、１分間のエッチング処理の間の発光スペクトルの目視検査が示す変動は微小である。更に、図６に図示されるようにラントゥラン（ｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎ）の変動もまた小さい。

しかしながら、いくつかの波長に対し、発光強度における実質的なラントゥランの変動が観測されることができる。例えば図７Ａから７Ｃは、２５４．２１ｎｍ、３８９．８８ｎｍおよび５１９．１７ｎｍそれぞれの波長に対する基板番号の関数としての発光強度を表す。それぞれの場合において、光強度は、増加する基板番号と共に衰退し、ウェハ番号１５および２５の間で徐々に「横這い」になる（図７Ａおよび７Ｂを参照）。上に説明されるように、特定の処理化学物質は適用毎に選択される。処理化学物質の中に、様々な化学種が存在することが知られ、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定するために使用可能な信号を決定するために、発光スペクトルのどこを見るか、いくつかの推論を与えることができる。一般的に、光診断技術および化学技術における当業者によるかなり冗漫な努力は、関心のあるスペクトル領域を識別することができる。しかしながら、解釈のために「良好な」信号を確立するために、実験計画（ＤＯＥ）技術を利用することが更に可能である。

プラズマ処理システム１が、いつ適切に「シーズニング」されているかを決定するために、いくつかの基準が利用されることができる。例えば、プラズマ処理システム１のシーズニングは、（１）測定された光信号が所定のターゲット信号より小さい値に下がる場合か、または（２）ラントゥランからの測定された光信号のスロープが、ある所定の値より下に下がるか、またはゼロスロープからの特定の距離内に下がる場合に、完成すると決定されることができる。これらの基準および図７Ａおよび７Ｂに表されるデータを利用して、図１のプラズマ処理システム１が、約１５回から２０回の基板のランの後「シーズニングされた」ということを、結論付けることができる。

しかしながら、いくつかの場合において、観測される信号において認識できる変化は成されず、「シーズニング」光信号の識別へのより強固なアプローチが要求される。相当な数の変数を含むデータの大きな組に遭遇する場合、多変量解析（ＭＶＡ）がしばしば適用される。例えば、１つのこのようなＭＶＡ技術は、主成分分析（ＰＣＡ）を含む。ＰＣＡにおいて、モデルは、データの大きな組から引き出すようにアセンブルされることができ、信号は多次元変数空間において最大の分散を表す。

例えば、図６に図示される２５回の基板のランのためのＰＣＡモデルがアセンブルされることができる。基板のランそれぞれのための各スペクトルは、上に説明されたＯＥＳセンサを使用して、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲスペクトルにおける１０２４離散波長において、アンサンブル平均発光強度を含む。所与の基板のランのための各アンサンブル平均発光強度は、行列Ｘの列として保存され、それゆえ、行列Ｘが一旦アセンブルされると、列それぞれは異なる基板番号を表し、行それぞれは所与の波長に対する異なる発光強度を表す。（ここで通常、行列Ｘ等には、後述する数式（１）〜（５）に示すように上部に線を引いた上部バー表示をするものであるが、文章中では省略し、上部バー表示無しで記載するものとする。）従ってこの例において、行列Ｘは２５×１０２４、または、より一般的にはｍ×ｎの寸法の長方形行列である。データが一旦行列に保存されると、データは好ましくは平均化され、および／または、所望であれば標準化される。行列の行に保存されたデータの平均化の工程は、行要素の平均値を計算すること、および各要素から平均値を減じることを含む。更に、行列の行に存在するデータは、行におけるデータの標準偏差を決定することにより、標準化されることができる。

ＰＣＡ技術を使用して、行列Ｘ内の相関構造は、下次元の行列積（ＴＰ^Ｔ）にエラー行列Ｅを加算したもので、行列Ｘの近似値を求めることにより決定され、すなわち、ＴがＸ−変数を要約するスコアの（ｍ×ｐ）行列であり、Ｐは変数の影響を示す負荷の（ｐ≦ｎの場合、ｎ×ｐ）行列である場合、

である。

一般的に負荷行列ＰはＸの共分散行列の固有ベクトルを含むように示されることができ、共分散行列Ｓは、

と示されることができる。

共分散行列Ｓは、実数の対称行列であり、従って、実数の対称固有ベクトル行列Ｕが、標準化された固有ベクトルを行として含み、Λが対角線に沿って固有ベクトルそれぞれに対応する固有値を含む対角線行列である場合、

として説明されることができる。（ｐ＝ｎの全行列のための、すなわちエラー行列のない）等式（１）および（３）を使用して、

および

を示すことができる。

上記の固有値解析の結果は、固有値それぞれはｎ−次元空間内の対応する固有ベクトルの方向におけるデータの分散を表す、ということである。それゆえ、最大固有値はｎ−次元空間内のデータの最大分散に対応するが、最小固有値はデータの最小分散に対応する。定義によれば、全ての固有ベクトルは直交であり、従って２番目に大きい固有値は、第１の固有ベクトルの方向にもちろん垂直な、対応する固有ベクトルの方向におけるデータの２番目に大きい分散に対応する。一般的にこのような解析のために、データの近似値を求めるために初めの３から４番目までの大きい固有値が選択され、概算の結果、エラーＥが等式（１）の表現に導入される。要約すれば、固有値の組およびそれらの対応する固有ベクトルが一旦決定されると、最大固有値の組が選択され、等式（１）のエラー行列Ｅが決定されることができる。

ＰＣＡモデリングをサポートする商業上入手可能なソフトウェアの例は、ＳＩＭＣＡ−Ｐ ８．０であり、更なる詳細は、ユーザー用マニュアル（Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ＳＩＭＣＡ−Ｐ ８．０：Ａ ｎｅｗ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｎ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｕｍｅｔｒｉｃｓ ＡＢ，Ｖｅｒｓｉｏｎ ８．０，１９９９年９月）を参照されたい。マニュアルの内容は参照してここに組み込まれる。例えば図６のデータと共にＳＩＭＣＡ−Ｐ ８．０を使用して、成分によりＸにおける各変数、およびＸにおける各変数の全体の変動を説明するために、各成分の能力に関する追加のデータのみならず、スコア行列Ｔおよび負荷行列Ｐを決定することができる。

図８は、図６の模範データに提供されるｔ（１）、ｔ（２）空間における、各空間成分に対するスコアを表し、図９は、図６の模範データに提供されるｐ（１）、ｐ（２）空間における、各変数に対する負荷を表す。ｔ（１）−ｔ（２）空間における図８のデータは、特に基板番号１から１０からの発光データが、残りの基板のランからのデータと実質的に異なる空間に存在することが示される、データセンタからの分散の測定により、データ変動性を表示する。この結果は、「シーズニングされた」チャンバを説明するためにＰＣＡモデルを構築するための基板のランの後半部を使用して調査するべきである、すなわち処理システムの化学状態は最初の５から１０回の基板のランの間、実質的に変化している、ということを示す。図９より、プラズマ処理システム１のシーズニング状態をモニタするために本質的に利用されることができる、感知可能な変動を発光スペクトルのどの領域が表すか、を決定することができる。

図８において、１５番目の基板のランの後に、プラズマ処理システム１が「シーズニングされる」ことを決定することができる。従って、残りの１０回の基板のランは「シーズニングされた」プラズマ処理システムを表すことができ、それゆえ、ＳＩＭＣＡ−Ｐを使用して、シーズニングモデル（またはＰＣＡモデル）をアセンブルされるために使用されることができる。反対に、最初の１５回の基板のランは、「シーズニングされていない」プラズマ処理システムを表すことができる。上記の論考に続き、データ行列Ｘは最後１０回の基板のランからのスペクトルを使用して、アセンブルすることができる。完了次第、主成分およびスコアは図８および９において論じたように、計算されることができる。３つから４つの最大固有値および対応する固有ベクトルを選択して、これらの主成分（すなわち固有ベクトル）からシーズニングモデル（またはＰＣＡモデル）をアセンブルすることができる。これらの主成分を使用して、基板のランから確定される各スペクトルは、「測定された」スコアを決定するためにその上に投影される（等式（１）を参照）。測定されたスコアおよびモデルスコアから、モデルからの距離が計算されることができる。ＳＩＭＣＡ−Ｐにおいて、「ＤＭｏｄＸＰＳ」と題されるパラメータは、サンプルの残差標準偏差、およびスコア距離（スコアが正常スコア範囲外にある場合の、新しいスコアの、そのモデルの正常スコア範囲までの距離）の結合された基準である、出力となることができる。

図１０は、基板番号の関数としての、ＰＣＡモデルから決定された、プラズマ処理システムからの光学発光に関する信号を表す。この場合、信号はＳＩＭＣＡ−ＰからのパラメータＤＭｏｄＸＰＳ出力により表される。明らかに、信号は１５番目の基板のランを超えた反応において、明確な変化を表す。上に説明された基準のうち少なくとも１つを使用して、プラズマ処理システム１がシーズニングされた状態を達成する場合の基板が決定される。

更に制御装置５５は、プラズマ処理システム１のシーズング状態を制御することが可能である。シーズニング状態を制御する方法は、シーズニングプロセスレシピを実行すること、および／またはシーズニング基板の連続を実行すること、のうち少なくとも１つを含むことができる。上で論じられた１つの実施形態において、例えばフォトレジスト層で覆われるブランク基板のような、シーズニング基板の連続は、例えば標準エッチングプロセスレシピのようなシーズニングプロセスレシピを利用して、プラズマ処理システム内で実行される。代替の実施形態において、シーズニング状態は、ウェハレスシーズニングプロセスレシピを実行することにより、制御されることができる。例えば、フッ素含有ガスおよび炭素含有ガスを含むコンディショニングガス、を含むウェハレスシーズニングプロセスレシピは、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに発行された米国特許第６３５０６９７号に説明される。

図１１に関し、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法をここに表す。方法を説明するフローチャート５００は、プラズマがプラズマ処理システムの処理領域において形成される、ステップ５１０より始まる。ステップ５２０において、プラズマから放射された光に関する第１の信号は、光検出装置を使用して測定され、制御装置を使用して保存される。信号は、光強度、光スペクトル、スペクトル光強度、光強度の線形結合、光強度の非線形結合、スペクトル光強度の線形結合、スペクトル光強度の非線形結合、例えばＰＣＡモデルからの出力のようなＭＶＡモデルからの出力のうち、少なくとも１つを含むことができる。

ステップ５３０において、第２のプラズマが形成され、ステップ５４０においてプラズマから放射された光に関する第２の信号は、光検出装置を使用して測定され、制御装置を使用して保存される。前述のように、信号は上記の光強度か、またはその数学操作のうちいずれか１つを含むことができる。

１つの実施形態において、第１のプラズマは第１の基板の処理の間に形成され、第２のプラズマは第２の基板の処理の間に形成される。代替の実施形態において、第１のプラズマは基板の処理の間の第１の時間において形成され、第２のプラズマは基板の処理の間の第２の時間において形成される。代替の実施形態において、第１および第２のプラズマは同じプラズマである。

ステップ５４０において、第１および第２の信号における変化が決定され、変化はプラズマ処理システム１のシーズニング状態と相関する。例えば、第１および第２の信号における変化は差異を提供することができ、信号における差異が十分に小さい場合、プラズマ処理システム１はシーズニングされる。更に、信号における差異はスロープでよく、一旦スロープが所定値より少なくなるか、またはゼロ−スロープに十分近くなると（図１０を参照）、次いでプラズマ処理システムはシーズニングされるよう決定され、基板製造の準備ができる。

図１２に関し、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する代替の方法をここに表す。方法を説明するフローチャート６００は、基板（すなわち半導体ウェハ、ＬＣＤ等）がチャンバのシーズニングのためにプラズマ処理システムにロードされる、ステップ６１０より始まる。基板が一旦ロードされると、ステップ６２０において、プラズマが形成され、基板が処理される。ステップ６３０において、プラズマから放射された光に関する少なくとも１つの信号は測定され、少なくとも１つの信号は制御装置を使用して保存される。信号は、光強度、光スペクトル、スペクトル光強度、光強度の線形結合、光強度の非線形結合、スペクトル光強度の線形結合、スペクトル光強度の非線形結合、例えばＰＣＡモデルからの出力のようなＭＶＡモデルからの出力のうち、少なくとも１つを含むことができる。

ステップ６４０において基板はアンロードされ、ステップ６５０において、この実行の前か、後か、または同時かのいずれにおいて、少なくとも１つの信号は、所定のターゲット信号と比較される。集められたデータ（例えば図７Ａから７Ｃ、および図１０）を使用して、信号が所定のターゲット信号より少なくなる場合、次いでプラズマ処理システムはシーズニングされるよう決定される。例えば図１０に関し、信号ＤＭｏｄＸＰＳが２の値より少なくなる場合、次いでプラズマ処理システムはシーズニングされる。ステップ６６０において、プラズマ処理システムがシーズニングされる場合、次いでオペレータは、ステップ６７０においてプラズマ処理システムの状態を通知される。ステップ６６０においてプラズマ処理システムがシーズニングされない場合、次いで別の基板がステップ６１０においてロードされ、ステップ６２０から６６０までが繰り返される。

図１３に関し、プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する代替の方法をここに表す。方法を説明するフローチャート７００は、プラズマ処理システムのメンテナンス（例えばチャンバ洗浄、処理キット交換）の後、第１の基板（例えば半導体ウェハ、ＬＣＤ）がチャンバのシーズニングのためにプラズマ処理システムにロードされる、ステップ７１０より始まる。第１の基板が一旦ロードされると、ステップ７２０において、プラズマが形成され、基板が処理される。ステップ７３０において、プラズマから放射された光に関する少なくとも１つの信号は測定され、少なくとも１つの信号は制御装置を使用して保存される。信号は、光強度、光スペクトル、スペクトル光強度、光強度の線形結合、光強度の非線形結合、スペクトル光強度の線形結合、スペクトル光強度の非線形結合、例えばＰＣＡモデルからの出力のようなＭＶＡモデルからの出力のうち、少なくとも１つを含むことができる。処理の完了に続き、第１の基板はステップ７４０においてアンロードされる。

ステップ７５０において、第Ｎ基板がプラズマ処理システムにロードされる。第Ｎ基板は、次の順番の、すなわち第２、第３、第４、．．．、第Ｎの基板を表す。ステップ７６０において第１の基板が一旦ロードされると、プラズマが形成され、基板が処理される。ステップ７７０において、プラズマから放射された光に関する少なくとも１つの信号は測定され、少なくとも１つの信号は制御装置を使用して保存される。

ステップ７８０において基板はアンロードされ、ステップ７９０において、ステップ７８０の実行の前か、後か、または同時かのいずれにおいて、現在の（すなわち第Ｎ）基板からの少なくとも１つの信号は、少なくとも１つの差異信号を形成するために、すぐ前の基板（例えば第Ｎ−１）のうち少なくとも１つからの、少なくとも１つの信号と比較される。ステップ７９０において、差異信号は次いで所定のターゲット信号と比較される。例えば、差異信号は、例えば図１０に表されるＤＭｏｄＸＰＳデータの後方差異スロープのようなスロープでよく、ΔＮが基板番号における変化である場合、すなわち、

となる。図１０に関し、例えば（等式６）のＳＬＯＰＥが、例えば２のような値よりも少なくなる場合、次いでプラズマ処理システムはシーズニングされる。ステップ８００において、プラズマ処理システムがシーズニングされる場合、次いでオペレータは、ステップ８１０においてプラズマ処理システムの状態を通知される。ステップ８００において、プラズマ処理システムがシーズニングされない場合、次いで別の基板がステップ７５０においてロードされ、ステップ７６０から８００までが繰り返される。

本発明の特定の代表的な実施形態のみが上に詳細に説明されているが、当業者は、本発明の新規の教示および利点から実質的に外れることなく、代表的実施形態において多くの修正が可能であることを、容易に認識するであろう。従って、全てのこのような修正は本発明の範囲内に包括されるものとする。

本発明の好ましい実施形態によるプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の代替の実施形態によるプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の別の実施形態によるプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の別の実施形態によるプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の付加の実施形態によるプラズマ処理システムを示す図である。 図１に説明されるプラズマ処理システムにおいて処理されるいくつかの基板からの、一般的な光学発光スペクトルの組を表す図である。 基板番号の関数としての、第１の波長における光強度に関する信号を表す図である。 基板番号の関数としての、第２の波長における光強度に関する信号を表す図である。 基板番号の関数としての、第３の波長における光強度に関する信号を表す図である。 図６の模範データに提供されるｔ（１）、ｔ（２）空間における、空間成分それぞれに対応するスコアを表す図である。 図６の模範データに提供されるｐ（１）、ｐ（２）空間における、変数それぞれに対する負荷を表す。 図１のプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定するための、ウェハ番号を有するモデル信号の変動を示す図である。 本発明の実施形態による、図１のプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法を表す図である。 本発明の別の実施形態による、図１のプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法を表す図である。 本発明の別の実施形態による、図１のプラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法を表す図である。

Claims (44)

1. プラズマリアクタと、
   前記プラズマリアクタ内に形成されるプラズマから放射される光を受信するために、前記プラズマリアクタに結合された光検出装置と、
   前記光検出装置に結合され、光検出装置により検出された受信された光に関する信号を測定し、測定された信号とターゲット信号の間の変化を、前記プラズマリアクタのシーズニング状態に対応して、相関させるように構成されている制御装置とを備えるプラズマ処理システム。
2. 前記光検出装置は、光検出器を備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
3. 前記光検出装置は、光フィルタおよび回折格子のうち少なくとも１つを更に備える請求項２に記載のプラズマ処理システム。
4. 前記光検出装置は、分光計およびモノクロメータのうち少なくとも１つを備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
5. 受信された光に関する測定された前記信号は、光強度、スペクトル光強度、および光スペクトルのうち少なくとも１つを備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
6. 前記プラズマリアクタの前記シーズニング状態は、プラズマリアクタがシーズニングされたかどうかを備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
7. 前記信号とターゲット信号との間の変化が前記ターゲット信号の値よりも小さい値である前記信号を備える場合、前記制御装置は、プラズマリアクタのシーズニング状態が、シーズニングされたプラズマリアクタに対応することを決定する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
8. 受信された光に関する測定された信号は、多変量解析の結果の信号である請求項１に記載のプラズマ処理システム。
9. 前記多変量解析は、主成分分析を備える請求項８に記載のプラズマ処理システム。
10. 前記主成分分析の結果は、スコアの組である請求項９に記載のプラズマ処理システム。
11. 前記制御装置は、前記プラズマリアクタの前記シーズニング状態を決定するために、測定された信号の前記スコアの組と前記ターゲット信号のスコアの組との間の差異信号を決定するように構成される相関器を更に備える請求項１０に記載のプラズマ処理システム。
12. 前記シーズニング状態は、前記差異信号がゼロの値に実質的に近い場合、シーズニングされたプラズマリアクタに対応する請求項１１に記載のプラズマ処理システム。
13. 前記制御装置は、シーズニング状態制御装置を更に備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
14. 前記シーズニング状態制御装置は、シーズニングプロセスレシピおよびシーズニング基板のうち少なくとも１つを使用するように構成される制御装置を備える請求項１３に記載のプラズマ処理システム。
15. プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法であって、前記プラズマ処理システムは、処理チャンバ、プラズマ源、光検出装置、および制御装置を備え、前記方法は、
    前記プラズマ源を利用して前記処理チャンバにおいて第１のプラズマを形成することと、
    前記光検出装置を使用して前記第１のプラズマから放射された光に関する第１の信号を測定し、前記第１の信号を保存することと、
    前記プラズマ源を利用して前記処理チャンバに第２のプラズマを形成することと、
    前記光検出装置を使用して前記第２のプラズマから放射された光に関する第２の信号を測定し、前記制御装置を使用して前記第２の信号を保存することと、
    前記第１の信号および前記第２の信号の間の変化を前記プラズマ処理システムのシーズニング状態と相関させることとを備える方法。
16. 前記第１のプラズマの前記形成は、第１の基板に対応し、前記第２のプラズマの前記形成は、第２の基板に対応する請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１のプラズマの前記形成は、基板の処理の間の第１の期間に対応し、前記第２のプラズマの前記形成は、別の基板の処理の間の第２の期間に対応する請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１の信号および前記第２の信号は、光強度、スペクトル光強度、および光スペクトルのうち少なくとも１つである請求項１５に記載の方法。
19. 前記第１の信号および前記第２の信号の間の前記変化の、前記プラズマ処理システムの前記シーズニング状態への前記相関は、前記第１と前記第２の信号との差異信号を形成することと、前記プラズマ処理システムの前記シーズニング状態を前記差異信号の大きさから決定することとを備える請求項１５に記載の方法。
20. 前記プラズマ処理システムは、前記差異信号の前記大きさが１より小さい場合、シーズニングされる請求項１９に記載の方法。
21. プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法において、前記プラズマ処理システムは、処理チャンバ、プラズマ源、光検出装置、および制御装置を備え、前記方法は、
    前記プラズマ源を利用して前記処理チャンバにおいてプラズマを形成することと、
    前記光検出装置を使用して前記プラズマから放射された光に関する第１の信号を測定し、前記第１の信号を保存することと、
    前記光検出装置を使用して前記プラズマから放射された光に関する第２の信号を測定し、前記制御装置を使用して前記第２の信号を保存することと、
    前記第１の信号および前記第２の信号の間の変化を、前記プラズマ処理システムのシーズニング状態と相関させることとを備える方法。
22. プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法において、前記プラズマ処理システムは、処理チャンバ、プラズマ源、光検出装置、および制御装置を備え、前記方法は、
    前記プラズマ処理システムに基板をロードすることと、
    前記基板の処理を容易にするためにプラズマを形成することと、
    前記プラズマから放射された光に関する信号を測定することと、
    測定された信号を、前記プラズマ処理システムのために決定されたターゲット信号と比較することと、
    測定された信号と前記ターゲット信号の前記比較の結果から前記プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定することとを備える方法。
23. 測定された信号は、光強度、スペクトル光強度、および光スペクトルのうち少なくとも１つである請求項２２に記載の方法。
24. 前記プラズマ処理システムの前記シーズニング状態は、前記プラズマ処理システムがシーズニングされたかどうかを備える請求項２２に記載の方法。
25. 測定された信号は、多変量解析の結果である請求項２２に記載の方法。
26. 前記多変量解析は、主成分分析を備える請求項２５に記載の方法。
27. 前記主成分分析の結果は、スコアの組である請求項２６に記載の方法。
28. 測定された信号とターゲット信号との前記比較は、測定された信号の前記スコアの組と前記ターゲット信号のスコアの組の間の差異信号を決定することを備える請求項２５に記載の方法。
29. 前記プラズマ処理システムの前記シーズニング状態の前記決定は、前記差異信号がゼロの値に実質的に近い場合、前記プラズマ処理システムがシーズニングされることを決定することを備える請求項２８に記載の方法。
30. 前記プラズマ処理システムの前記シーズニング状態の前記決定は、前記測定された信号が前記ターゲット信号より小さい場合、前記プラズマ処理システムがシーズニングされることを決定することを備える請求項２２に記載の方法。
31. プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定する方法であって、前記プラズマ処理システムは、処理チャンバ、プラズマ源、光検出装置、および制御装置を備え、前記方法は、
    前記プラズマ処理システムに第１の基板をロードすることと、
    前記第１の基板の処理を容易にするために第１のプラズマを形成することと、
    前記第１のプラズマから放射された光に関する第１の信号を測定し、前記制御装置を使用して前記第１の信号を保存することと、
    前記第１の基板をアンロードすることと、
    前記プラズマ処理システムに第２の基板をロードすることと、
    前記第２の基板の処理を容易にするために第２のプラズマを形成することと、
    前記第２のプラズマから放射された光に関する第２の信号を測定し、前記制御装置を使用して前記第２の信号を保存することと、
    前記第２の信号と前記第１の信号との差異信号を決定することと、
    前記差異信号をターゲット信号と比較することと、
    前記差異信号と前記ターゲット信号の前記比較から前記プラズマ処理システムのシーズニング状態を決定することとを備える方法。
32. 前記第１の基板の前記ロードは、前記プラズマ処理システム上に実施されるメンテナンス動作の後に続く請求項３１に記載の方法。
33. 最後のメンテナンス動作が前記プラズマ処理システム上に実施されたため、前記第２の基板は、前記プラズマ処理システムにロードされる第Ｎの基板である請求項３１に記載の方法。
34. 前記第１および第２の信号は、光強度、スペクトル光強度、および光スペクトルのうち少なくとも１つである、請求項３１に記載の方法。
35. 前記第１および第２の信号は、多変量解析の結果である請求項３１に記載の方法。
36. 前記多変量解析は、主成分分析を備える請求項３５に記載の方法。
37. 前記主成分分析の結果は、前記第１の信号と関連付けられるスコアの組、および前記第２の信号と関連付けられるスコアの組を含む請求項３６に記載の方法。
38. 前記第１の信号は、前記第１の信号と関連付けられる前記スコアの組と所期のスコアの組の間の距離であり、前記第２の信号は、前記第２の信号と関連付けられる前記スコアの組と所期のスコアの組の間の距離である請求項３７に記載の方法。
39. 前記プラズマ処理システムの前記シーズニング状態の前記決定は、前記差異信号がゼロの値に実質的に近い場合、前記プラズマ処理システムがシーズニングされることを決定することを備える請求項３８に記載の方法。
40. プラズマから放射された光を受信するためにプラズマ処理システムに結合されるように構成される光検出装置と、
    受信された光に関する信号を測定し、前記信号およびターゲット信号の間の変化を、前記プラズマ処理システムのシーズニング状態に相関させるように構成される前記光検出装置に結合される制御装置とを備える検出システム。
41. プラズマ処理システムのためのシーズニングモデルを構成するための方法であって、
    複数の光信号を測定することと、
    シーズニングされないプラズマ処理システムに対応する前記複数の光信号の第１の組を決定することと、
    前記複数の光信号の前記第１の組を放棄することにより、前記複数の光信号の第２の組を形成することと、
    前記複数の前記光信号の前記第２の組に主成分分析を実施し、前記主成分分析の出力は、前記シーズニングモデルを含むことを備える方法。
42. 前記複数の光信号は、複数の基板に対応する請求項４１に記載のシーズニングモデルを構成するための方法。
43. 前記シーズニングモデルは、主成分およびモデルスコアの組を備える請求項４１に記載のシーズニングモデルを構成するための方法。
44. シーズニングされないプラズマ処理システムに対応する前記複数の光信号の第１の組の前記決定は、主成分分析の実施を備える請求項４１に記載のシーズニングモデルを構成するための方法。

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