JP2006507662A - プラズマ処理システム内のアーク抑制方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理システム内のアーク抑制方法およびシステム
【解決手段】プラズマ処理のためのアーク抑制システムは、このプラズマ処理システムに結合された少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのセンサに結合されたコントローラを備える。コントローラが、少なくとも１つのセンサから発生された少なくとも１つの信号を使用して基板と接触するプラズマの状態を決定すると共に、アーク発生事象を抑制するためにプラズマ処理システムを制御するための、少なくとも１つのアルゴリズムを提供する。センサ間の電圧差が目標差を超えたときに、プラズマ処理システムがアーク発生の影響を受け易くなることが決定される。この状態にある間、オペレータは通知を受け、また処理を続行するか、処理を修正するか、または処理を中止するか決定がなされる。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００２年６月２８日出願の米国特許出願第６０／３９１，９５０号に対し優先権を主張しており、また本願は、「ＲＦプラズマシステム内のアーク発生を検出し、また阻止する装置および方法」と題する米国特許第６，３３２，９６１号に関連し、その全内容は参照してここに組み込まれる。

本発明は、プラズマ処理、より詳しくはプラズマ処理のためのアーク抑制システムおよびこれを使用する方法に関する。

半導体工業における集積回路（ＩＣ）の製造は、一般的にプラズマを使用して基板から物質を除去し、また物質を蒸着するのに必要とするプラズマ反応装置内で界面化学反応を生成し、また補助する。概して、プラズマは真空条件下において電子を加熱して、供給処理ガスとのイオン化衝突に耐えるのに充分なエネルギーを与えることによって、プラズマ反応装置内で形成される。さらに、加熱電子は解離的衝突に耐えるに充分なエネルギーを有することができ、したがって所定条件（例えば、チャンバ圧、ガス流量等）下における一連の特定するガスが、帯電種の個体数およびチャンバ内で実行される特定処理（例えば、物質が基板から除去されるエッチング処理か、または物質が基板に付加される溶着処理）に適した化学的反応種を生成するように選択される。一般的に、エッチングを適用するようなプラズマ処理中、電荷が基板表面に渡って蓄積する恐れがある。しかし、基板帯電は基板表面に渡ってスペース的に不均質となる可能性がある。基板表面の不均質帯電は、スペース的な不均質プラズマと基板表面との接触のために生じることが観測されている。プラズマの不均質は、例えば不均質プラズマ発生または不均質プラズマ密度に起因する損失、または不均質イオンエネルギー（基板表面に衝突するイオンによる）に起因する基板周辺のプラズマ反応装置構造に関連する基板表面の、過度な不均質プラズマシースのせいである。これらの不均質の結果として、基板を横切る横方向アーク発生の危険性が、大きく高揚される。基板アーク発生は、許容可能な装置歩留まりを保つために完全に阻止しなければならない。

本発明は、プラズマ処理システムのためのアーク抑制システムを提供し、プラズマ処理システムに結合された少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのセンサに結合されたコントローラを備え、このコントローラが少なくとも１つのセンサから発生された少なくとも１つの信号を使用してプラズマ処理システムの状態を決定することと、アーク事象発生を抑制するためにプラズマ処理システムを制御することのために少なくとも１つのアルゴリズムを提供する。

本発明は、アーク抑制システムを利用してプラズマ処理システム内のアークを抑制するための方法をさらに提供し、この方法が少なくとも１つのセンサを使用してプラズマ処理システムに関する少なくとも１つの信号を測定する工程と、少なくとも１つの信号と接地電位間の少なくとも１つの差を決定する工程と、少なくとも１つの差信号を目標差と比較する工程と、この比較からプラズマ処理システムの状態を決定する工程とを備えている。

本発明は、アーク抑制システムを利用してプラズマ処理システム内のアークを抑制するための方法をさらに提供し、この方法が第１のセンサを使用してプラズマ処理システムに関する第１の信号を測定する工程と、第２のセンサを使用してプラズマ処理システムに関する第２の信号を測定する工程と、第１の信号と第２の信号間の差信号を決定する工程と、第１の信号と前記第２の信号間の差信号を目標差と比較する工程と、この比較からプラズマ処理システムの状態を決定する工程とを備えている。

本発明の別の目的は、アーク事象発生を抑制するためにプラズマ処理システムの状態により、プラズマ処理システムを制御する工程をさらに備えたアーク抑制システムを利用して、プラズマ処理システム内のアーク発生を抑制するための方法を提供することである。

本発明のこれらのおよび他の利点は、添付図面に関して与えられた本発明の代表的な実施形態の次なる詳細な説明からより明白となり、またより容易に理解することができよう。

本発明の一実施形態に基づいて、プラズマ処理システム１を図１に示す。このシステムは処理反応装置１０、基板２５を支持する基板ホルダ２０、アーク抑制システム１００を備えており、このアーク抑制システム１００は処理反応装置１０に結合された少なくとも１つのセンサ５０と、少なくとも１つのセンサ５０に結合されたコントローラ５５を備えている。さらに、コントローラ５５は、少なくとも１つのセンサ５０から発生された少なくとも１つの信号を使用してプラズマ処理システム１の状態を決定するための少なくとも１つのアルゴリズムを実行すること、アーク事象発生を抑制するためにプラズマ処理システム１を制御することが可能である。

本発明の一実施形態において、少なくとも１つのセンサ５０が少なくとも１つのアンテナと、各アンテナに接続された電気測定装置５６を備えることができる。別の実施形態において、少なくとも１つのアンテナが少なくとも１つのアンテナ電極５２と、少なくとも１つのアンテナ電極５２に接続されたアンテナリード線５４を備えている。

例示の実施形態において、図１に示したプラズマ処理システム１は物質を処理する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備えている。別の方法として、プラズマ処理システム１は化学蒸着（ＣＶＤ）システムまたは物理蒸着（ＰＶＤ）システムのような溶着チャンバを備えることができる。

図２に示した本発明の例示の実施形態によれば、プラズマ処理システム１は処理反応装置１０、その上に処理されるべき基板２５が付着された基板ホルダ２０、ガス注入システム４０、真空ポンプシステム５８を備えることができる。例えば、基板２５は半導体基板、ウェハ、または液晶表示装置（ＬＣＤ）とすることができる。例えば、処理反応装置１０は、基板２５の表面近傍の処理領域４５内でプラズマの発生を容易にするように構成され、ここでプラズマが加熱電子とイオン化可能ガス間の衝突によって形成される。例えば、イオン化可能ガスまたはガスの混合物がガス注入システム４０を介して導入することができ、また処理圧は真空ポンプシステム５８を使用して調整することができる。望ましくは、プラズマは事前決定物質処理に対して特定する物質を生成するのに利用され、また物質を基板２５に溶着するか、または基板２５の露呈表面から物質を除去する。

例えば、基板２５は静電クランプシステム２８を介して基板ホルダ２０に付着させることができる。さらに、基板ホルダ２０は基板ホルダ２０から熱を受け、また熱交換システム（図示せず）に熱を移送し、あるいは発熱したときに熱交換システムからの熱を移送する再循環冷却剤流を含む冷却システムをさらに含めることができる。さらに、ガスが裏面ガスシステム２６を介して基板の背後に分配されて、基板２５と基板ホルダ２０間のガス−空隙熱コンダクタンスを改善することができる。この種のシステムは、温度の上昇または降下時において基板の温度制御が必要とされるときに、利用することができる。例えば、基板の温度制御は、プラズマから基板２５に分配される熱流束と基板ホルダ２０への伝導によって基板２５から除去される熱流束のバランスのために達成される定常状態温度を超過した温度において有効となる。他の実施形態において、抵抗性発熱素子または熱電ヒーター／冷却装置のような発熱素子を含めることができる。

図２に示した代表的実施形態において、基板ホルダ２０はさらにＲＦ電力が処理領域４５内でプラズマに結合される電極としても作用する。例えば、基板ホルダ２０はインピーダンスマッチネットワーク３２を通してＲＦ発生装置３０から基板ホルダ２０へＲＦ電力の移送を介してＲＦ電圧で電気的にバイアスすることができる。ＲＦバイアスは電子を加熱する働きをし、これによってプラズマを形成および維持することができる。この構成において、システムはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）反応装置として作動することができ、この装置のチャンバおよび上方ガス注入電極は接地面として作用する。ＲＦバイアスの一般的な周波数は、１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲とすることができ、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、当業者にとって周知である。

別の方法として、ＲＦ電力は多周波周波数で基板ホルダ電極に印加することができる。さらに、インピーダンスマッチネットワーク３２は、反射電力を最小化することによってプラズマ処理反応装置１０へのＲＦ電力の移送を最大化するように作用することができる。マッチネットワークトポロジー（例えば、Ｌ−タイプ、π―タイプ、Ｔ−タイプ等）および自動制御方法は、当業者にとって周知である。

図２を引き続き参照して、処理ガスはガス注入システム４０を介して処理領域４５に導入することができる。例えば、処理ガスは酸化物エッチング適用に対してアルゴン、ＣＦ_４およびＯ_２またはアルゴン、Ｃ_４Ｆ_８およびＯ_２のようなガスの混合物、または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のような他の化学物質を備えている。ガス注入システム４０は、シャワーヘッドを備え、ここで処理ガスがガス分配システム（図示せず）からガス注入プレナム（図示せず）、一連のバッフル板（図示せず）および多数オリフィスシャワーヘッドガス注入板（図示せず）を介して処理領域４５に供給される。ガス注入システムは当業者には周知である。

真空ポンプシステム５８は、例えば、１秒当り５０００リットルまで（およびこれ以上）吸い上げ速度を可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧を絞るためのゲート弁を含んでいる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来のプラズマ処理装置において、１秒当り１０００から３０００リットルのＴＭＰが一般的に使用される。ＴＭＰは低圧処理、一般に５０ｍトル未満に有効である。これより高い圧力において、ＴＭＰ吸い上げ速度は急激に低下する。高圧処理に対して（すなわち、１００ｍトルよりも大きい）、機械的ブースタポンプおよびドライ荒引きポンプが使用できる。さらに、チャンバ圧をモニタする装置（図示せず）が、処理反応装置１０に接続される。この圧力測定装置は、例えばマサチューセッツ州アンドーバー（Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）のＭＫＳ株式会社（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）から市販されている、タイプ６２８Ｂバラトロン絶対容量マノメータとすることができる。

例えば、コントローラ５５は、マイクロプロセッサ、メモリおよびデジタルＩ／Ｏポートを備えることができ、このポートはプラズマ処理システム１と連絡し、入力を促進すると共に、プラズマ処理システム１からの出力をモニタするのに充分な制御電圧を発生することが可能である。さらに、コントローラ５５はＲＦ発生装置３０、インピーダンスマッチネットワーク３２、ガス注入システム４０、真空ポンプシステム５８、裏面ガス分配システム２６、静電クランプシステム２８およびセンサ５０にさらに接続され、情報交換される。メモリ内に記憶されたプログラムは、記憶処理レシピに基づいてプラズマ処理システム１の前記要素への入力を作動するように利用される。コントローラ５５の一例には、テキサス州ダラス（Ｄａｌｌａｓ，Ｔｅｘａｓ）のデルコーポレーション（Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販されている、ＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ６１０（商標）がある。別の方法として、コントローラ５５はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を備えることができる。

図３に示した代表的な実施形態において、プラズマ処理システム１は磁気フィールドシステム６０をさらに備えることができる。例えば、磁気システム６０は、潜在的にプラズマ濃度を増大させ、および／またはプラズマ処理均一性を改善するために、静止ＤＣ磁気フィールドシステムまたは、機械的または電気的回転ＤＣ磁気フィールドシステムを備えることができる。さらに、コントローラ５５は、回転速度およびフィールド強度を調整するために、回転磁気フィールドシステムに接続することができる。回転磁気フィールドの設計および設定は当業者にとって周知である。

図４に示した代表的実施形態において、図１および２のプラズマ処理システム１が、上方電極７０をさらに備えており、これにインピーダンスマッチネットワーク７４を介してＲＦ発生装置７２が接続され、ＲＦ電力を供給することができる。上方電極へ供給されるＲＦ電力の典型的な周波数は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚであり、また６０ＭＨｚが好ましい。さらに、下方電極へ供給される典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚであり、また２ＭＨｚが好ましい。さらに、コントローラ５５は、上方電極７０へのＲＦ電力の供給を制御するために、ＲＦ発生装置７２およびインピーダンスマッチネットワーク７４に接続される。上方電極の設計および設定は当業者にとって周知である。

図５に示した代表的実施形態において、図１および２のプラズマ処理システムが、誘導コイル８０をさらに備えており、これにインピーダンスマッチネットワーク８４を介してＲＦ発生装置８２が接続され、ＲＦ電力を供給することができる。ＲＦ電力は、誘電窓（図示せず）を介して、誘導コイル８０からプラズマ処理領域４５に誘導結合されている。ＲＦ電力が誘導コイル８０へ適用される場合の典型的な周波数は、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲であり、１３．５６ＭＨｚが好ましい。同様にして、チャック電極への電力適用のための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲であり、また１３．５６ＭＨｚが好ましい。その上、スロット付きファラデーシールド（図示せず）が誘導コイル８０とプラズマ間の容量性結合を減じるのに使用できる。さらに、コントローラ５５は、誘導コイル８０への電力供給を制御するために、インピーダンスマッチネットワーク８４を介してＲＦ発生装置８２に接続される。別の実施形態において、誘導コイル８０は、「スパイラル」コイルまたは「パンケーキ」コイルとすることができ、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）反応装置内の上部からプラズマ処理領域と連絡されている。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源および／または変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）源の設計および実施は、当業者には周知である。

別の方法において、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用して形成することができる。なおも別の実施形態において、プラズマはヘリコン波の放出から形成される。さらに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。上述した各プラズマ源は当業者にとって周知である。

上述したように、アーク抑制システム１００は処理反応装置１０に結合された少なくとも１つのセンサ５０と、少なくとも１つのセンサ５０に結合されたコントローラ５５を備えており、コントローラ５５は少なくとも１つのセンサ５０から発生された少なくとも１つの信号を使用してプラズマ処理システム１の状態を決定し、またアーク発生事象を抑制するためにプラズマ処理システム１を制御するための、少なくとも１つのアルゴリズムを実行することが可能である。次の説明において、アーク抑制システム１００をより詳細に説明する。
ここで図６を参照して、基板ホルダ２０の断面の分解図を示す。概して、基板ホルダ２０は外部シールド１２２、絶縁リング１２４、基板２５の下にあるＲＦバイアス可能電極１２６および基板２５を取り囲んでいるフォーカス（集束）リング１２８を備えることができる。例えば、外部シールド１２２は、電気的に接地された導電性素子とすることができ、表面アノード化および／または表面コーティング（例えば、Ｙ_２Ｏ_３）を施すか、またはこれを施さないアルミニウムのような物質を備えている。絶縁リング１２４はＲＦバイアス可能電極１２６と外部シールド１２２間の電気絶縁を提供すると共に、例えばアルミナ、水晶等のような誘電体物質を備えることができる。ＲＦバイアス可能電極１２６は、図２から５に示したようにＲＦ発生装置からのＲＦエネルギーでバイアスされる。別の方法として、ＲＦバイアス可能電極１２６は接地される。ＲＦバイアス可能電極１２６は、アルミニウムのような導電性物質を備えることができる。フォーカスリング１２８は、概してその表面全体に渡って基板２５の均一処理を可能にする方法で基板２５の周辺で発生する、エッチング処理または溶着処理に影響を与えるように作用する。このフォーカスリング１２８はシリコン、カーボン、シリコンカーバイド等のような物質を備えることができる。

上述の確認された特徴に加えて、静電クランプ装置１３０はＲＦバイアス可能電極１２６の上面内に形成することができる。静電クランプ装置１３０は、絶縁層１３４内に埋設されたクランプ電極１３２を備えており、この層内でクランプ電極１３２が高電圧ＤＣ電源（図２から図５の静電クランプシステム２８の一部と同じである）から供給されたＤＣ電圧でバイアスされる。従来の静電クランプ装置において、クランプ電極１３２は銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄、タングステンおよびこれらの合金のような物質から製造され、また絶縁層１３４はセラミックや、アルミナＡｌ_２Ｏ_３、クオーツＳｉＯ_２、アルミニウム窒化物ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２、シリコンカーバイドＳｉＣ、ホウ素窒化物ＢＮ、ガラスセラミックおよびポリイミド物質のようなガラスまたは高温ポリマー物質から製造される。クランプ電極１３３とセラミック層１３４および高電圧ＤＣ信号がクランプ電極１３２に接続される手段を備えた、静電クランプ装置１３０を製造する方法は、静電チャック技術分野の当業者にとって周知である。

図６（断面側面図）および図７Ａ（平面図）にも示したように、少なくとも１つのセンサ５０が、基板ホルダ２０に結合されている。例えば、少なくとも１つのセンサ５０は、少なくとも１つのアンテナ電極５２、少なくとも１つのアンテナリード線５４および少なくとも１つの電気測定装置５６を備えることができる。少なくとも１つのアンテナ電極５２が、その上面近傍のセラミック層１３４内に埋設されており、その中から少なくとも１つのアンテナリード線５４がクランプ電極１３２の開口部１３６を通って延長し、少なくとも１つの電極５２に結合されている。少なくとも１つのアンテナ電極５２に接続された少なくとも１つのアンテナリード線５４が、さらに少なくとも１つの電気測定装置５６に接続されている。少なくとも１つのセンサ５０が、少なくとも１つの電気信号を測定し、次にこれをコントローラ５５に供給する。別の実施形態において、図７Ｂに示したように、少なくとも１つのアンテナ電極５２が楕円形状になっている。別の実施形態において、図７Ｃに示したように、少なくとも１つのアンテナ電極５２が「腎臓形状」になっている。別の実施形態において、少なくとも１つの電極５２を矩形状にすることもできる。別の実施形態において、図７Ｄに示したように、アンテナ電極５２の配置を種々の位置に変えることもできる。しかし、アンテナの多数の配置およびアンテナの数は本発明に基づいて使用できることを理解しなければならない。

クランプ電極１３２を参照して、少なくとも１つのアンテナ電極５２および少なくとも１つのアンテナリード線５４の１つまたは複数の導電素子は、銅または同様の導電性物質から製造することができる。好ましい実施形態において、少なくとも１つのアンテナリード線５４は外部導電性シールドを使用してシールドされ、またクランプ電極１３２およびＲＦバイアス可能電極１２６から絶縁されている。

図８Ａは、静電クランプ装置１３０とＲＦバイアス可能電極１２６内に埋設された、アンテナ電極５２とアンテナリード線５４の分解組立図である。アンテナリード線５４は、内部導電体素子５４２、内部誘電体素子５４４、外部導電体素子５４６および外部誘電体素子５４８を備えている。内部誘電体素子５４４は、内部導電体素子５４２を取り巻いていおり、また内部導電体素子５４２を外部導電体素子５４６から絶縁している。外部導電体素子５４６が内部誘電体素子５４４を取り巻いており、また内部導電体素子５４２をシールドしている。外部誘電体素子５４８は外部導電体素子５４６を取り巻いており、また外部導電体素子５４６をＲＦバイアス可能電極１２６から絶縁している。外部導電体素子５４６は電気的に接地されているのが望ましい。別の実施形態において、図８Ｂに示したように、アンテナ電極５２の上面はセラミック層１３４の上面と同平面にない。

静電クランプ装置１３０は、クランプ電極１３２、絶縁層１３４および少なくとも１つのアンテナリード線５４を伴った、少なくとも１つの埋設アンテナ電極５２を備えている。この種の静電クランプ装置１３０は、焼結技術、鋳造技術および／または薄膜形成技術（例えば、工業界では標準となっており、また現在静電チャック製造技術分野の当業者にとって周知である化学蒸着（ＣＶＤ）のような）を使用して製造することができる。代表的な技術は、米国特許第５５３９１７９号、同第５６２５５２６号および同第５７０１２２８号（３つの特許は全て東京エレクトロン株式会社に譲渡されている）に開示されており、各々は参照して全体としてここに組み込まれる。

図６に示すように、少なくとも１つの電気測定装置５６は少なくとも１つのアンテナリード線に接続され、例えばＲＦ電圧測定を実行する。例えば、各電気測定装置５６は、テクトロニクス株式会社（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）によって製造された（高インピーダンス）Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ Ｐ６２４５ １．５ＧＨｚ １０Ｘ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｂｅとすることができる。少なくとも１つのセンサ５０によって生成された信号は、例えばアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを使用する、例えばデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）のようなコントローラ５５に入力することができる。

図６および図８Ａから８Ｄに示したアンテナ電極５２およびアンテナリード線５４は、静電クランプ装置１３０とＲＦバイアス可能電極１２６内に製造することができるが、アンテナ電極５２およびアンテナリード線５４は、例えばフォーカスリング１２８、誘電体リング１２４、外部シールド１２２、シールドリング、チャンバ壁、チャンバライナー等のような他の構造内に製造することもできる。例えば、図８Ｃと８Ｄは、ＲＦバイアス可能電極１２６上に載置されたフォーカスリング５６０内に埋設された消耗可能電極５７０を表しており、この消耗可能電極５７０は凸面５８０を備え、この消耗可能電極５７０をアンテナ電極５２と電気的に結合することができる。図８Ｃにおいて、消耗可能電極５７０はフォーカスリング５６０の上面と同平面をなし、また図８Ｄにおいて、消耗可能電極５７０はフォーカスリング５６０の上面と同平面をなしていない。従来のシステムにおいて、フォーカスリング５６０はＲＦバイアス可能電極１２６上反復可能交換用に設計されており、これによって消耗可能電極５７０はアンテナ電極５２と絶えず結合することができる。フォーカスリング１２８または５６０は、例えばシリコン、シリコンカーバイド、アルミナまたは水晶の少なくとも１つを備えることができる。付加的に、消耗可能電極５７０は、例えばドープされたシリコン、またはタングステンのような埋設された導電性物質を備えることもできる。

アーク抑制システムを使用する方法を次に説明する。図９は本発明の実施形態に基づくアーク抑制手順のためのフロー図を示す。手順６００は、ステップ６１０で開始され、ここで少なくとも１つの信号が少なくとも１つのセンサを使用して測定される。例えば、少なくとも１つのセンサは、少なくとも１つの電気測定装置に接続された少なくとも１つのアンテナリード線に接続される、少なくとも１つのアンテナ電極を備えることができる。この信号は例えば、電圧プローブを使用して測定された時変電圧信号または時変電圧振幅である。別の実施形態において、センサによって測定された信号は、ローパス（低域）フィルタ、ハイパス（高域）フィルタ、および／またはバンドパス（帯域）フィルタを使用してフィルタすることができる。フィルタされた信号（被フィルタ信号）は、例えば被フィルタ時変電圧信号または被フィルタ時変電圧振幅となる。ステップ６２０において、測定信号および／または被フィルタ信号が基準信号と比較され、差信号が決定される。例えば、接地電位またはシステムの別の電位点が基準電位として使用することができる。差信号は、例えばある時刻の瞬時において測定された信号の瞬時値と接地電位または測定信号の振幅間の差、ある時刻の瞬時において測定されたフィルタ化信号の瞬時値と接地電位または被フィルタ信号の振幅間の差とすることができる。例えば、差信号は減算操作によって決定することができる。

ステップ６３０において、差信号が図１０に示した目標差と比較される。図１０は時刻に対する代表的な差信号６３４を目標差６３２（破線によって指示した）を重ねて示す。観察すると、測定差信号が目標差信号を超える時刻６３６が矢印で指示されている。ステップ６４０において、プラズマ処理システムの状態が、ステップ６３０における比較を使用して決定される。例えば、差信号が目標差を超えれば、アーク発生事象の確率が比較的高くなり、また少なくとも１つの差信号が目標差を超えなければ、アーク発生事象の確率が比較的低い。ステップ６４０における決定に基づいて、アーク警告の提示の決定がステップ６５０において実行される。例えば、アーク発生事象の確率が比較的高ければ、オペレータはステップ６６０において通知を受け、またアーク発生事象の確率が比較的低ければ、処理がステップ６７０において続行される。

さらに、アーク警告の事象において、処理がステップ６６０においてオペレータの次の通知によって調整することができる。ステップ６８０において、ステップ６７０において処理を続行するか、ステップ６９０において処理を中止するか、またステップ６９５において処理を修正するかを含む処理の調整が決定される。別の実施形態において、ステップ６８０における処理を制御する決定が、コントローラによってステップ６６０におけるオペレータの通知と同時に実行される。別の実施形態において、ステップ６８０における処理を制御する決定が、ステップ６６０におけるアーク発生事象の確率の単なるログ操作と同時に実行される。別の実施形態において、ステップ６８０における処理を制御する決定が、ステップ６６０におけるオペレータの通知なしに実行される。ステップ６９５において、処理が処理パラメータを調節することによって修正することができる。例えば、処理パラメータに、処理圧力、基板ホルダＲＦバイアス、静電クランプ電極バイアス、裏面ガス圧、処理ガス流量等を含ませることができる。

図１１は、本発明の別の実施形態に基づくアーク抑制手順のためのフロー図を示す。手順７００はステップ７１０から開始され、ここでプラズマ処理システムに関連する第１の信号が第１のセンサを使用して測定される。例えば、第１のセンサは第１の電気測定装置に接続された第１のアンテナリード線に接続された第１のアンテナ電極を備えることができる。例えば、第１の信号は異質の第１の領域から導出される。例えば第１の信号は、例えば電圧プローブを使用して測定された時変電圧信号または時変電圧振幅とすることができる。別の実施形態において、第１のセンサによって測定された第１の信号は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよび／またはバンドパスフィルタを使用してフィルタすることができる。被フィルタ信号は、例えば被フィルタ時変電圧信号または被フィルタ時変電圧振幅とすることができる。

ステップ７２０において、プラズマ処理システムに関連する第２の信号が第２のセンサを使用して測定される。例えば、第２のセンサは第２の電気測定装置に接続された第２のアンテナリード線に接続された第２のアンテナ電極を備えることができる。例えば、第２の信号は基板の第２の領域から導出される。例えば第２の信号は、例えば電圧プローブを使用して測定された時変電圧信号または時変電圧振幅とすることができる。別の実施形態において、第２の電気センサによって測定された第２の信号は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよび／またはバンドパスフィルタを使用してフィルタすることができる。被フィルタ信号は、例えば被フィルタ時変電圧信号または被フィルタ時変電圧振幅とすることができる。第１の信号および第２の信号の捕捉は、同時に実行されるのが好ましい。

一実施形態において、第１の信号は基板中心近傍のロケーション（位置）に対応し、また第２の信号は基板エッジ近傍のロケーションに対応する。別の実施形態において、第１の信号は基板エッジに対応し、また第２の信号がフォーカスリング近傍のロケーションに対応している。

別の実施形態において、第１の信号は第１のロケーションと第１の測定時刻に対応し、また第２の信号が第１のロケーションと第２の測定時刻に対応している。同じロケーションであるが異なる時刻における第１の信号と第２の信号の測定は、測定の変化量の検査を可能にする。

ステップ７３０において、差信号は、各瞬時における第１の信号と第２の信号の比較によって決定される。例えば、差信号は第１の信号の瞬時値と第２の信号の瞬時値間の差、第１の信号の振幅と第２の信号の振幅間の差、被フィルタ第１の信号の瞬時値と被フィルタ第２の信号の瞬時値間の差、または被フィルタ第１の信号の振幅と被フィルタ第２の信号の振幅間の差とすることができる。

ステップ７４０において、差信号が図１０に示したように目標差と比較される。図１０は時刻に対する代表的な差信号６３４を目標差６３２（破線によって指示した）を重ねて示す。観察すると、測定差信号が目標差信号を超える時刻６３６が矢印で指示されている。ステップ７５０において、プラズマ処理システムの状態が、ステップ７４０における比較を使用して決定される。例えば、差信号が目標差を超えれば、アーク発生事象の確率が比較的高くなり、また少なくとも１つの差信号が目標差を超えなければ、アーク発生事象の確率が比較的低い。ステップ７５０における決定に基づいて、アーク警告の提示の決定がステップ７６０において実行される。例えば、アーク発生事象の確率が比較的高ければ、オペレータはステップ７７０において通知を受け、またアーク発生事象の確率が比較的低ければ、処理がステップ７８０において続行される。

２つ以上の信号が利用されたときに、付加情報が提示される。例えば、アーク発生の最も高い確率に対するロケーションは、差信号の大きさが最高になるこれらの領域をモニタすることによって決定することができる。

さらに、アーク警告の事象において、処理がステップ７７０においてオペレータの次の通知によって制御されることができる。ステップ７９０において、ステップ７８０において処理を続行するか、ステップ８００において処理を中止するか、またステップ８１０において処理を修正するかを含む処理の制御が決定される。別の実施形態において、ステップ７９０における処理を調整する決定が、コントローラによってステップ７７０におけるオペレータの通知と同時に実行される。別の実施形態において、ステップ７９０における処理を調整する決定が、ステップ７７０におけるアーク発生事象の確率の単なるログ操作と同時に実行される。別の実施形態において、ステップ７９０における処理を制御する決定が、ステップ７７０におけるオペレータの通知なしに実行される。ステップ８１０において、処理パラメータを調節することによって処理を修正することができる。例えば、処理パラメータに、処理圧力、基板ホルダＲＦバイアス、静電クランプ電極バイアス、裏面ガス圧、処理ガス流量等を含ませることができる。

本発明の特定の代表的実施形態のみをこれまでに詳述したが、多数の修正例も本発明の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなく可能であることは、当業者にとって容易に理解できよう。従って、このような全ての修正例は本発明の範囲内に含まれることを意図している。

本発明の好ましい実施形態に基づくプラズマ処理のためのアーク抑制システムを示す図である。 本発明の別の実施形態に基づくプラズマ処理のためのアーク抑制システムを示す図である。 本発明の他の実施形態に基づくプラズマ処理のためのアーク抑制システムを示す図である。 本発明の他の実施形態に基づくプラズマ処理のためのアーク抑制システムを示す図である。 本発明のさらなる実施形態に基づくプラズマ処理のためのアーク抑制システムを示す図である。 本発明の実施形態に基づくアーク抑制システムと一体化する基板ホルダの分解組み立て図である。 本発明の実施形態に基づくアーク抑制システムと一体化する基板ホルダの平面図である。 本発明の別の実施形態に基づくアーク抑制システムと一体化する基板ホルダの平面図である。 本発明の別の実施形態に基づくアーク抑制システムと一体化する基板ホルダの平面図である。 本発明の別の実施形態に基づくアーク抑制システムと一体化する基板ホルダの平面図である。 本発明の実施形態に基づくアンテナ電極およびアンテナリード線の分解組み立て図である。 本発明の別の実施形態に基づくアンテナ電極およびアンテナリード線の分解組み立て図である。 本発明の別の実施形態に基づくアンテナ電極およびアンテナリード線の分解組み立て図である。 本発明の別の実施形態に基づくアンテナ電極およびアンテナリード線の分解組み立て図である。 本発明の実施形態に基づくアーク抑制手順のためのフロー図である。 本発明の実施形態に基づくアーク発生事象を回避するために、処理プラズマの状態を決定しプラズマ処理システムを制御するように、アーク抑制システムによって利用される、代表的信号を示す図である。 本発明の別の実施形態に基づくアーク抑制手順のためのフロー図である。

Claims (64)

1. プラズマの形成を容易にするように構成された処理反応装置と、
   前記処理反応装置に結合され、前記プラズマに関連する少なくとも１つの信号を発生するように構成された少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサに結合されたコントローラとを備えるアーク抑制システムと、を具備するプラズマ処理システムであって、
   前記コントローラは、前記少なくとも１つの信号を使用して前記プラズマ処理システムの状態を決定することと、前記状態により前記プラズマ処理システムを制御してアーク発生事象を抑制することとのうち少なくとも１つを実行させるように構成されるプラズマ処理システム。
2. 前記少なくとも１つのセンサは、基板ホルダ、チャンバ壁およびチャンバライナーの少なくとも１つの中に埋設された少なくとも１つのアンテナを備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
3. 前記少なくとも１つのアンテナは、少なくとも１つのアンテナ電極と、前記少なくとも１つのアンテナ電極の各アンテナ電極に結合されたアンテナリード線とを備える請求項２に記載のプラズマ処理システム。
4. 前記アンテナリード線は、内部導電体素子と、内部誘電体素子とを備える請求項３に記載のプラズマ処理システム。
5. 前記アンテナリード線は、外部導電体素子と、外部誘電体素子とをさらに備える請求項４に記載のプラズマ処理システム。
6. 前記少なくとも１つのアンテナに接続されるように構成された電気測定装置をさらに具備する請求項２に記載のプラズマ処理システム。
7. 前記少なくとも１つのアンテナは、ＲＦバイアス可能電極、静電クランプ装置、外部シールド、絶縁リング、フォーカスリング、誘電体リングおよびシールドリングの少なくとも１つを備える前記基板ホルダ内に埋設される請求項２に記載のプラズマ処理システム。
8. 前記基板ホルダは、静電クランプシステムおよび裏面ガスシステムの少なくとも１つを備える請求項２に記載のプラズマ処理システム。
9. 前記電気測定装置は、電圧プローブを備える請求項６に記載のプラズマ処理システム。
10. 前記プラズマに関連する前記少なくとも１つの信号は、時変電圧信号および時変電圧振幅の少なくとも１つである請求項１に記載のプラズマ処理システム。
11. 前記プラズマに関連する前記少なくとも１つの信号は、被フィルタ信号を備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
12. 前記被フィルタ信号は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよびバンドパスフィルタの少なくとも１つを使用して、前記少なくとも１つの信号から導出される請求項１１に記載のプラズマ処理システム。
13. 前記プラズマに関連する前記少なくとも１つの信号を使用して、前記プラズマの状態を前記決定することは、前記プラズマ処理システム内のアーク発生の確率を決定することを備える請求項１に記載のプラズマ処理システム。
14. アーク発生事象を抑制するために、前記プラズマの前記状態により前記プラズマ処理システムを前記制御することは、オペレータへの警告、処理の継続、処理の修正および処理の中止の少なくとも１つを実行させることを備える請求項１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に結合されるように構成された少なくとも１つのセンサと、
    前記プラズマ処理システムに関連する前記少なくとも１つの信号を使用して前記プラズマ処理システムの状態を決定すること、およびアーク発生事象を抑制するために前記プラズマ処理システムの前記状態により前記プラズマ処理システムを制御することの少なくとも１つを実行させる少なくとも１つのアルゴリズムを実行するように構成されたコントローラと、
    を具備するアーク抑制システム。
16. 前記少なくとも１つのセンサは、基板ホルダ、チャンバ壁およびチャンバライナーの少なくとも１つの中に埋設された少なくとも１つのアンテナを備える請求項１５に記載のアーク抑制システム。
17. 前記少なくとも１つのアンテナは、少なくとも１つのアンテナ電極と、前記少なくとも１つのアンテナ電極の各アンテナ電極に結合されたアンテナリード線とを備える請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
18. 前記アンテナリード線は、内部導電体素子と内部誘電体素子とを備える請求項１７に記載のアーク抑制システム。
19. 前記アンテナリード線は、外部導電体素子と外部誘電体素子とをさらに備える請求項１８に記載のアーク抑制システム。
20. 前記少なくとも１つのアンテナに接続されるように構成された電気測定装置をさらに具備する請求項１６に記載のアーク抑制システム。
21. 前記基板ホルダに埋設された前記少なくとも１つのアンテナは、ＲＦバイアス可能電極、静電クランプ装置、外部シールド、絶縁リング、フォーカスリング、誘電体リングおよびシールドリングの少なくとも１つに埋設された少なくとも１つのアンテナを備える請求項１５に記載のアーク抑制システム。
22. 前記基板ホルダは、静電クランプシステムおよび裏面ガスシステムの少なくとも１つを備える請求項１６に記載のアーク抑制システム。
23. 前記電気測定装置は、電圧プローブを備える請求項２０に記載のアーク抑制システム。
24. 前記プラズマに関連する前記少なくとも１つの信号は、時変電圧信号および時変電圧振幅の少なくとも１つである請求項１５に記載のアーク抑制システム。
25. 前記プラズマに関連する前記少なくとも１つの信号は、被フィルタ信号を備える請求項１５に記載のアーク抑制システム。
26. 前記少なくとも１つの信号から前記被フィルタ信号が導出されるように構成されたローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよびバンドパスフィルタの少なくとも１つをさらに具備する請求項２５に記載のアーク抑制システム。
27. 前記プラズマに関連する前記少なくとも１つの信号を使用して、前記プラズマの状態を前記決定することは、前記プラズマ処理システム内のアーク発生の確率を決定することを備える請求項１５に記載のアーク抑制システム。
28. アーク発生事象を抑制するために前記プラズマの前記状態により前記プラズマ処理システムを前記制御することは、オペレータへの警告、処理の継続、処理の修正および処理の中止の少なくとも１つを実行させることを備える請求項１５に記載のアーク抑制システム。
29. 前記プラズマ処理システムに結合された少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサに結合されたコントローラとを備えたアーク抑制システムを利用する、前記プラズマ処理システム内のアーク発生を抑制する方法であって、
    前記少なくとも１つのセンサを使用して、前記プラズマ処理システムに関連する少なくとも１つの信号を測定することと、
    前記少なくとも１つの信号と基準信号間の少なくとも１つの差信号を決定することと、
    前記少なくとも１つの差信号を目標差と比較することと、
    前記比較から前記プラズマ処理システムの状態を決定することと、を具備し、
    前記少なくとも１つの信号は、基板ホルダ、チャンバ壁およびチャンバライナーの少なくとも１つの中に埋設された少なくとも１つのアンテナを備える、少なくとも１つのセンサを使用して測定される方法。
30. 前記測定することは、前記少なくとも１つの信号をフィルタすることをさらに備える請求項２９に記載の方法。
31. 前記フィルタリングすることは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよびバンドパスフィルタの少なくとも１つを使用することを備える請求項３０に記載の方法。
32. 前記フィルタリングすることは、被フィルタ時変信号および被フィルタ時変振幅の少なくとも１つを提供する請求項３０に記載の方法。
33. 前記少なくとも１つの信号と前記基準信号間の少なくとも１つの差信号を前記決定することは、前記少なくとも１つの信号から前記基準信号を減算することを備える請求項２９に記載の方法。
34. 前記少なくとも１つの差信号は、時間内に瞬時に測定された前記少なくとも１つの信号の瞬時値と前記基準信号間の差と、前記少なくとも１つの信号の振幅と前記基準信号間の差と、時間内に瞬時に測定された前記少なくとも１つの被フィルタ信号の瞬時値と前記基準信号間の差と、前記少なくとも１つの被フィルタ信号の振幅と前記基準信号間の差とのうちの少なくとも１つを備える請求項２９に記載の方法。
35. 前記比較することから前記プラズマ処理システムの状態の前記決定することは、前記プラズマ処理システム内のアーク発生の確率を決定することを備える請求項２９に記載の方法。
36. 前記プラズマ処理システム内のアーク発生に関する前記確率は、高確率および低確率の少なくとも１つを備える請求項３５に記載の方法。
37. アーク発生事象を抑制するための前記プラズマ処理システムの前記状態により、前記プラズマ処理システムを制御することをさらに具備する請求項２９に記載の方法。
38. 前記制御することは、オペレータへの通知、処理の続行、処理の中止および処理の修正の少なくとも１つを備える請求項３３に記載の方法。
39. 前記処理を修正することは、処理圧力、基板ホルダＲＦバイアス、静電クランプ電極バイアス、裏面ガス圧および処理ガス流量の少なくとも１つを調整することを備える請求項３８に記載の方法。
40. 前記基準信号は、接地電位を備える請求項２９に記載の方法。
41. プラズマ処理システムに結合された少なくとも１つのセンサと、前記少なくとも１つのセンサに結合されたコントローラとを備えたアーク抑制システムを利用する、前記プラズマ処理システム内のアーク発生を抑制する方法であって、
    第１のセンサを使用して前記プラズマ処理システムに関連する第１の信号を測定することと、
    第２のセンサを使用して前記プラズマ処理システムに関連する第２の信号を測定することと、
    前記第１の信号と前記第２の信号間の差信号を決定することと、
    前記差信号を目標差と比較することと、
    前記比較により前記プラズマ処理システムの状態を決定することとを具備する方法。
42. 前記第１の信号は、基板ホルダ、チャンバ壁およびチャンバライナーの少なくとも１つの中に埋設された少なくとも１つのアンテナを備える、少なくとも１つのセンサを使用して測定される請求項４１に記載の方法。
43. 前記第１の信号を前記測定することは、前記第１の信号をフィルタリングすることをさらに備える請求項４１に記載の方法。
44. 前記フィルタリングすることは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよびバンドパスフィルタの少なくとも１つを使用することを備える請求項４３に記載の方法。
45. 前記フィルタリングすることは、第１の被フィルタ時変信号および第１の被フィルタ時変振幅の少なくとも１つを提供する請求項４３に記載の方法。
46. 前記第２の信号は、基板ホルダ、チャンバ壁およびチャンバライナーの少なくとも１つの中に埋設された少なくとも１つのアンテナを備える、少なくとも１つのセンサを使用して測定される請求項４１に記載の方法。
47. 第２の信号を前記測定することは、前記第２の信号をフィルタリングすることをさらに備える請求項４１に記載の方法。
48. 前記フィルタリングすることは、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよびバンドパスフィルタの少なくとも１つを使用することを備える請求項４７に記載の方法。
49. 前記フィルタリングすることは、第２の被フィルタ時変信号および第２の被フィルタ時変振幅の少なくとも１つを提供する請求項４７に記載の方法。
50. 前記第１の信号と前記第２の信号間の差信号を前記決定することは、前記第２の信号から前記第１の信号を減算することを備える請求項４１に記載の方法。
51. 前記比較することから前記プラズマ処理システムの状態を決定することは、前記プラズマ処理システム内のアーク発生の確率を決定することを備える請求項４１に記載の方法。
52. 前記プラズマ処理システム内のアーク発生の前記確率は、高確率および低確率の少なくとも１つを備える請求項５１に記載の方法。
53. アーク発生事象を抑制するために前記プラズマ処理システムの前記状態により、前記プラズマ処理システムを制御することをさらに具備する請求項４３に記載の方法。
54. 前記制御することは、オペレータへの通知、処理の続行、処理の中止、処理の修正の少なくとも１つを備える請求項５３に記載の方法。
55. 前記処理を修正することは、処理圧力、基板ホルダＲＦバイアス、静電クランプ電極バイアス、裏面ガス圧および処理ガス流量の少なくとも１つを調整することを備える請求項５４に記載の方法。
56. 前記第１の信号の測定と前記第２の信号を測定することは、実質上同時に実行される請求項４１に記載の方法。
57. 前記第１の信号を測定することと、前記第２の信号を測定することとは、実質上異なる時刻に実行される請求項４１に記載の方法。
58. 前記第１の信号を測定することは、第１のロケーション（位置）に対応し、また前記第２の信号を測定することは、第２のロケーションに対応する請求項４１に記載の方法。
59. 前記第１のロケーションは、基板中心、基板エッジおよびフォーカスリングの少なくとも１つを有し、また前記第２のロケーションは基板中心、基板エッジおよびフォーカスリングの少なくとも１つを有する請求項５８に記載の方法。
60. プラズマ形成を容易にするように構成されたプラズマ反応装置と、
    前記プラズマ反応装置に結合され、前記プラズマに関連する少なくとも１つの信号を発生する手段を備えるアーク抑制手段と、
    前記少なくとも１つのセンサに結合され、前記少なくとも１つの信号を使用して前記プラズマ処理システムの状態を決定することと、アーク発生事象を抑制する前記状態により前記プラズマ処理システムを制御することとのうち少なくとも１つを実行する制御手段とを具備するプラズマ処理システム。
61. 少なくとも１つの信号を発生する前記手段は、基板ホルダ、チャンバ壁およびチャンバライナーの少なくとも１つの中に埋設された少なくとも１つのアンテナを備える請求項６０に記載のプラズマ処理システム。
62. 電気測定装置をさらに具備する請求項６０に記載のプラズマ処理システム。
63. 前記電気測定装置は、電圧プローブを備える請求項６２に記載のプラズマ処理システム。
64. プラズマ反応装置のプラズマから少なくとも１つの信号を発生するための手段を保護するハウジング手段をさらに具備する請求項６０に記載のプラズマ処理システム。

Images