JP2007335875A - プラズマ特性を求める方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ特性を求めるための方法を提供する。
【解決手段】一実施形態において、プラズマ特性を求めるための方法は、プラズマに異なる周波数で結合された第１及び第２波形の電流及び電圧情報のメトリックを得て、周波数の異なる波形のそれぞれから得たメトリックを用いて少なくとも１つのプラズマ特性を求めることを含む。別の実施形態において、本方法は周波数の関数としてのプラズマのプラズマインピーダンスモデルを提供し、モデルを用いて少なくとも１つのプラズマ特性を求めることを含む。更に別の実施形態において、本方法は周波数の関数としてのプラズマのプラズマインピーダンスモデルを提供し、プラズマに結合され、少なくとも２つの異なる周波数を有する波形について電流と電圧を測定し、モデルと測定した波形の電流と電圧とからプラズマのイオン質量を求めることを含む。
【選択図】図２

Description

発明の分野

本発明はプラズマ処理技術、更に詳細にはプラズマ処理システムにおいてプラズマ特性を求めるための方法に関する。

関連技術の説明

プラズマ半導体処理チャンバは、集積デバイスの製造において広く用いられている。通常、処理性能はプラズマの物理的、化学的、電気的性質に依存する。例えば、プラズマエッチング処理の均一性と選択性は、処理基板表面又はその近傍でのプラズマのエネルギーイオンの力学的特性と大きく関連している。異方性エッチング処理においては、入射イオンを基板に対してほぼ直角の狭角速度分布で基板表面に突き当てることで、高アスペクト比のフィーチャを基板にエッチングすることを可能にしている。しかしながら、実質的に等方性であるイオン速度分布は、プロファイル空洞部側壁の湾曲つまりトーイング等の不本意なエッチング作用につながる場合がある。

更に、プラズマイオンの運動エネルギー分布も基板の処理結果に影響を与える場合がある。一般的に、プラズマは原子ラジカル（Ｃｌ⁻）、原子イオン（Ｃｌ^＋）、分子イオン（Ｃｌ_２ ^＋）、及び励起分子イオン（Ｃｌ_２ ^＊）等の化学的に反応性の高い種を含み、これらは電子と分子との衝突によって生成される。処理中に発生するプラズマの原子イオン（Ｃｌ^＋）と分子イオン（Ｃｌ_２ ^＋）の濃度及び／又は比率は異なる場合がある。プラズマの原子イオンと分子イオン（Ｃｌ^＋、Ｃｌ_２ ^＋）の分布密度及び／又はその混合比が異なると、エッチング処理の力学によりエッチング結果も異なったものとなる。

それに加え、フッ化炭素ガスを用いるプラズマエッチング処理において、プラズマから放出されたＣＦ_ｘ及び／又はＣＦ_ｘＨ_ｙは、側壁のパッシベーションとして知られる過程においてエッチングした表面の側壁上に再堆積される場合がある。側壁のパッシベーションを用いることでエッチング中の側壁のプロファイルを制御し、所望の側壁プロファイルを維持しつつ既定の深さに到達させることが可能となる。しかしながら、従来のプラズマ処理において、基板表面に衝突するイオンの成分及び／又はその比率は制御できない及び／又は知られていないことから、活性化される化学反応及び基板表面からスパッタ、エッチングされる材料はチャンバごと、更には処理ごとに変動し、エッチング処理の制御、再現性、予測可能性に悪影響を与える可能性がある。

本発明の発明者は、プラズマ内のイオンの性質、分布、エネルギー、及びその他のプラズマ特性についての定量的情報が、処理の有効性と処理結果の質に関しての重要な指標と成り、エッチング処理の制御、再現性、予測可能性を向上することを発見した。また、プラズマ特性を提供できることによりプラズマ化学気相成長法、物理的気相成長法、プラズマ表面処理等のその他のプラズマ処理において対応した改善を行うことが可能となることを発見した。

従って、プラズマ処理の改善に利用可能な実効イオンエネルギー及びその他のプラズマ特性を求めるための方法が必要とされている。

発明の概要

プラズマ特性を求めるための方法を提供する。一実施形態において、プラズマ特性を求めるための方法は、異なる周波数でプラズマに結合された第１及び第２波形の電流及び電圧情報のメトリックを得て、周波数の異なる波形のそれぞれから得たメトリックを用いて少なくとも１つのプラズマ特性を求めることを含む。

別の実施形態において、プラズマ特性を求めるための方法は、プラズマのプラズマインピーダンスモデルを周波数の関数として提供し、モデルを用いて少なくとも１つのプラズマ特性を求めることを含む。

更に別の実施形態において、プラズマ特性を求めるための方法は、プラズマのプラズマインピーダンスモデルを周波数の関数として提供し、プラズマに結合され、少なくとも２つの異なる周波数を有する波形の電流と電圧を測定し、モデルと測定した波形の電流と電圧とからプラズマのイオン質量を求めることを含む。

詳細な説明

本発明の実施形態は、周波数依存性のプラズマモデルを用いてプラズマ特性を求めるための方法を含む。プラズマを異なる周波数で分析することで、モデルにより複数のプラズマ特性を求めることが容易になる。測定可能なプラズマ特性の一部にはイオン質量、イオン質量種の分布、イオン密度、プラズマ非対称性、電子温度、シース電位、衝突頻度が含まれる。本方法をその他のプラズマ特性を求めるために利用することも考えられる。

プラズマ特性は、プラズマに結合されたＲＦ波形から得た情報を用いたモデル分析によって求められる。一実施形態において、モデル分析で使用する第１ＲＦ波形はプラズマ放電を維持するために用いてもよい。また、モデル分析で使用する第２ＲＦ波形はプラズマを励振するために使用してもよく、プラズマに結合させた低出力診断用波形又はプラズマの高調波であってもよい。分析は、その他の供給源から得たプラズマに結合させた３つ以上の波形を用いて行ってもよく、その一部を以下で詳細に説明する。

モデルは、プラズマ放電の電気インピーダンスが周波数に依存性することを利用している。モデルはプラズマ特性を異なる変数として有する周波数依存性の式を含む。実際には、モデルの第１変数は、第１周波数でのプラズマ状態を表す第１モデル式において第２変数で解き、次に第２周波数でのプラズマ状態を表す第２モデル式に代入して第２変数を求める。第２変数の値が一旦求められたら、次に第２変数を利用して第１変数の値を求める。

本願に記載の実施形態において、ＲＦ波形分析のモデルはプラズマインピーダンスの式に基づくものである。電流及び／又は電圧を入力として利用して、プラズマ特性について式を解く。その他のモデルを導いて本願に記載の方法で利用することも考えられる。また、電圧及び／又は電流以外又はそれに加えて波形の位相等の入力をモデルで利用することも考えられる。本願で記載の方法はエッチング用途という観点で具体的に述べているが、処理結果、予測性、再現性の改善に利用可能なプラズマパラメータを特徴付けることを目的として、いずれのプラズマ処理（つまり、物理的気相成長法、プラズマ化学気相成長法、プラズマイオン注入、プラズマ膜処理他）においての使用にも同等に適している。

図１Ａ−Ｂは、本発明の実施形態のプラズマ処理チャンバ１００Ａ−Ｃの概略図である。本発明で有益に使用し得るプラズマエッチングチャンバの例は分離プラズマ供給源（ＤＰＳ（商標名）、ＤＰＳ（商標名）II）、ＥＭＡＸ（商標名）、ＭＸＰ（商標名）、イネーブラ（商標名）（ＥＮＡＢＬＥＲ）処理チャンバを含み、全てカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能であるが、これらに限定されるものではない。その他の製造業者から入手可能なその他のプラズマチャンバを適合させて本発明で実施することも考えられる。以下で具体的に述べるプラズマ処理チャンバ１００Ａ−Ｃはエッチングチャンバとして構成されているが、本発明は上記記載のその他のプラズマ処理に利用してもよい。

実施形態全てに共通するものは、プラズマ処理チャンバ１００Ａ−Ｃにインターフェース接続された少なくとも１つのＲＦ計測システム１９８であり、ガスパネル１０８により供給されたガスからチャンバ内で発生させたプラズマ１１０に結合させたＲＦ波形の電圧、電流、位相の少なくとも１つを測定するのに適している。計測システム１９８は１つ以上のセンサを含んでいてもよい。一般的に、計測システム１９８はその供給源（ＲＦ電力源又はプラズマそれ自体等）間でＲＦ波形とインターフェース接続するように位置される。

図１Ａを参照すると、プラズマ処理チャンバ１００Ａはガスパネル１０８に連結された接地チャンバ本体１０２、１つ以上のＲＦ電源及び制御装置１９０を含む。ガスパネル１０８は、チャンバ本体１０２内に規定された処理領域に処理ガス又はその他のガスを供給する。少なくとも１つのＲＦ電源を利用して処理領域内の処理ガスから発生させたプラズマ１１０を維持し、典型的には基板処理、チャンバ又はコンポーネントのシーズニング及び／又はコーティング、及び／又はチャンバの洗浄を円滑にする。

基板支持台１１６は、チャンバ本体１０２内のガス散布装置１３２の下方に配置される。支持台１１６は、ガス散布装置１３２の下方に基板１１４を保持するための静電チャック（図示せず）を備えていてもよい。従来から既知のように、静電チャックはＤＣ電源により駆動され、基板１１４をチャック表面に保持する静電気力を起こす。或いは、締め具、真空、重力を利用して基板１１４を支持台に保持してもよい。

一実施形態において、基板支持台１１６はカソードとして構成され、複数のＲＦ電源に連結される。少なくとも第１ＲＦ電源１０４により供給されるＲＦ電力はカソードと、ガス散布装置１３２又はチャンバ本体１０２の壁部等のその他の電極との間に結合される。ＲＦ電力は、チャンバ本体１０２の処理領域内のガスから発生させたプラズマ放電（例えば、プラズマ１１０）を励起し維持する。

図１Ａに図示の実施形態においては、複数のＲＦ電源１０４、１０６が整合回路１１２を介してカソードに連結されている。図１Ａには図示していないが、整合回路１１２はＲＦ計測システム１９８を内臓する又はインターフェース接続していてもよい。ＲＦ電源１０４、１０６により発せられた信号は整合回路１１２を介して単一給電で基板支持台１１６に伝達されてプラズマ処理チャンバ１００Ａに供給されたバッググラウンド混合ガスをイオン化させ、エッチング又はその他のプラズマ処理を実行するのに必要なイオンエネルギーを供給する。一般的に、ＲＦ電源１０４、１０６は周波数約５０ｋＨｚ〜約２００ＭＨｚ、電力約０ワット〜約５０００ワットを有するＲＦ信号を発生させることが可能である。別の任意のＲＦ供給源１２０が図１Ａには図示されており、プラズマ１１０の特性の制御に使用し得る１つ以上の追加電源を代表する。

ガス散布装置１３２は１つ以上のノズル又はシャワーヘッドを備えていてもよい。ガス散布装置１３２はガスパネル１０８に連結されており、ガスパネル１０８からガス散布装置１３２に供給されたガスはチャンバに導入され、点火されると、基板１１４の処理に利用するプラズマ１１０に生成される。

一操作モードにおいて、基板１１４はプラズマ処理チャンバ１００の基板支持台１１６上に配置される。処理ガス及び／又は混合ガスは、ガスパネル１０８からガス散布装置１３２を通ってチャンバ本体１０２内に導入される。真空排気システム１２２は、エッチングによる副生成物を除去しつつチャンバ本体１０２内部の圧力を維持する。真空排気システム１２２は、典型的には、作動圧力を約１０ｍＴｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒに維持する。

ＲＦ供給源１０４、１０６はＲＦ電力を整合回路１１２を介してカソードに異なる周波数で供給することで、チャンバ本体１０２内でプラズマ１１０を生成し、混合ガスをイオンに励起させプラズマ処理、この実施例においてはエッチング処理を行うためのエネルギーを供給する。ＲＦ計測システム１９８は、プラズマ１１０に結合された波形のメトリックを測定し、各電源１０４、１０６により供給された電力を示すメトリックを供給する。メトリックは制御装置１９０に伝送し、以下で更に詳細に記載するようにプラズマ特性を求めるために利用する。プラズマ特性を分析して、工程のインシチュ処理の調節、処理ドリフトの補正、異なるチャンバ間での処理の整合、及び／又はある特定の処理結果を得てもよい。

制御装置１９０はプラズマ処理チャンバ１００の様々なコンポーネントに連結されており、エッチング処理の制御を円滑にするために使用される。制御装置１９０は、通常、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１９２、メモリ１９４、ＣＰＵ１９２用のサポート回路１９６を含む。ＣＰＵ１９２は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための、工業環境で使用可能ないずれの形態のコンピュータプロセッサの１つであってもよい。メモリ１９４はＣＰＵ１９２に連結される。メモリ１９４、又はコンピュータ可読媒体は１つ以上の入手可能なメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、又はその他のいずれの形式のローカルまたはリモートデジタルストレージであってもよい。サポート回路１９６はＣＰＵ１９２に連結され、慣用のやり方でプロセッサをサポートする。これらの回路はキャッシュ、電力供給源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム等を含む。

例えば、以下に記載のプラズマ特性を求めるための方法２００である処理は、通常、メモリ１９４に典型的にはソフトウェアルーチンとして記憶される。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１９２により制御されているハードウェアとは離れた位置に設置された第２ＣＰＵ（図示せず）に記憶させても、及び／又は第２ＣＰＵにより実行してもよい。本発明の処理はソフトウェアルーチンとして実行するものとして述べているが、本願で開示の方法工程の一部は、ソフトウェア制御装置によってのみならずハードウェアでも実行することができる。このため、本発明はコンピュータシステム上で実行するソフトウェアとして、特定用途向け集積回路又はその他のタイプのハードウェア実装としてハードウェアで、又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせとして実施してもよい。

図１Ｂは本発明のプラズマ処理チャンバ１００Ｂの別の実施形態を示す。プラズマ処理チャンバ１００Ｂは実質的に上述したプラズマ処理チャンバ１００Ａと同様であり、低出力診断用電源１３０がプラズマ１１０に結合されている。処理チャンバ１００ＢはＲＦ供給源１０４単体を利用してプラズマ１１０を維持しても、或いはその他の任意のＲＦ電源１２０を追加して利用してもよい。計測システム１９８は、低出力ＲＦ診断用電源１３０及びＲＦ電源１０４の双方から電流、電圧、位相の少なくとも１つのメトリックを得るように構成されている。

低出力ＲＦ診断用電源１３０は、１次又はＲＦ電源１０４により供給される電力の周波数とは異なる周波数でプラズマに結合される。診断用電力は、プラズマインピーダンス測定用の補足的な周波数情報源としてのみ機能し、プラズマ放電の動作特性に大きく影響を与えることはない。一実施形態において、電源１３０からの診断用電力は、プラズマに約１０ミリワット〜約１０ワットで供給される。

図１Ｃは本発明のプラズマ処理チャンバ１００Ｃの別の実施形態を示す。プラズマ処理チャンバ１００Ｃは、計測システム１９８がＲＦ電源１０４からの波形のみならず、プラズマの高調波である１つ以上のＲＦ波形、つまりプラズマは波形源として機能する、を測定するように構成されている点を除き、上述のプラズマ処理チャンバ１００Ａ−Ｂと実質的に同様である。一般的に、計測システム１９８は回路素子１４０とプラズマ１１０との間に配置される。ローパスフィルタ等の回路素子１４０を選択して、基本周波数（つまり、ＲＦ源１０４により供給された周波数）より高い周波数を有する波形のために開回路を作成することで、反射されたプラズマ高調波からＲＦ電源を守る。

チャンバ１００Ｃで発生したプラズマ１１０はＲＦ電源１０４単体で維持しても、或いはその他の任意のＲＦ電源１２０を更に利用してもよい。（図１Ｂに図示のような）低出力診断用電源１３０もチャンバ１００Ｃに連結してもよい。

図２は、プラズマ１１０の特性を求めるための方法２００の一実施形態の処理フロー図であり、ＲＦ計測システム１９８により得た情報を用いてプラズマ処理チャンバ１００Ａ−Ｃ内で実行し得る。明確にするために、プラズマ処理チャンバ１００Ａ−Ｃは、以下、参照番号１００Ａ−Ｃと言及することなくまとめて「プラズマ処理チャンバ」と称する。

方法２００は、基板１１４をプラズマ処理チャンバ内に配置された支持台１１６上に載置する工程２０２から開始される。方法２００は、チャンバ内に基板を載置せずとも実行し得ることに留意する。

工程２０４で、１つ以上の処理ガスをガスパネル１０８からプラズマ処理チャンバに供給してプラズマ１１０を発生させ、処理に用いる反応種（例えば、イオン又はラジカル）を供給する。工程２０６で、電力を１つ以上のＲＦ電源から供給してプラズマ１１０を維持する。

工程２０８において、計測システム１９８はプラズマ１１０に結合されたＲＦ波形を示すメトリックを計測する。一実施形態においてＲＦ波形は、図１Ａに図示されるように、異なる周波数で電力を供給しプラズマを維持しているＲＦ電源１０４、１０６からのものである。共通の周波数ペアの一部には２ｋＨｚと１３ｋＨｚ、２ｋＨｚと６０ｋＨｚ、１３ｋＨｚと６０ｋＨｚが含まれる。３つのＲＦ電源を用いてプラズマを維持する実施形態の場合、共通周波数群には、２、１３、６０ｋＨｚと２、１３、１６２ｋＨｚが含まれる。

別の実施形態において、ＲＦ波形の１つはプラズマを維持するための電力の供給に利用される第１ＲＦ電源からのものであり、別のＲＦ波形は、図１Ｂに図示されるように、第１ＲＦ源により供給される電力の周波数とは異なる周波数でプラズマに結合されている低出力診断用電力を発生させる第２ＲＦ電源からのものである。複数の低出力診断用電源を利用して異なる波形を発生させてもよい。診断用波形は単体で使用しても、その他の供給源から得た波形と共に用いてもよい。

更に別の実施形態において、ＲＦ波形の１つはプラズマを維持するための電力の供給に利用される第１ＲＦ電源からのものであり、図１Ｃに図示されるように、別のＲＦ波形はプラズマの高調波であり、つまりプラズマは第１ＲＦ源により供給される電力の周波数とは異なる周波数の第２周波数波形源として機能する。１つ以上の高調波周波数からの波形を利用することも考えられる。高調波波形は単体で使用しても、或いはその他の供給源から得た波形と共に用いてもよい。

異なる波長の波形は、上記実施例のいずれの組み合わせで得てもよい。例えば、１つ以上のＲＦ維持波形（１つ以上の周波数）は高調波及び／又は診断用電源から得た波形で分析してもよい。別の実施例においては、１つ以上の高調波波形を、１つ以上の診断用ＲＦ電源から得た波形で分析してもよい。

一実施形態においては、計測システム１９８を利用して、ＲＦ電源とプラズマとの間で測定したＲＦ波形の電流と電圧のメトリックを得る。メトリックは制御装置１９０に送られる。

工程２１０において、制御装置１９０は計測システム１９８から提供されたメトリックを利用して２つ以上のプラズマ特性を求める。一実施形態において、制御装置１９０はメトリックを利用してシース電圧とイオン密度を求める。シース電圧はＲＦ電圧変調の振幅にほぼ等しく、イオン密度はＲＦ電流量にほぼ等しい。シース電圧及びイオン密度は、周波数の関数としてのプラズマインピーダンスを表すモデルのための入力変数として利用される。

一般的に、モデルは既知の電気的プラズマ特性を用いた、プラズマの集中素子回路式である。例えば、シースインピーダンスについての式の一部はチャイルドの法則に基づいたものであり、バルクインピーダンスについての式の一部は均一プラズマモデルに基づく。その他の理論に基づいた、或いは経験的に導かれたモデルを本願に記載の方法を利用して解くことでプラズマ特性を得ることも考えられる。

通常、モデルはイオン質量、衝突頻度、電子温度、プラズマ非対称性、シース電圧及びイオン密度についての変数を含む。イオン密度とシース電圧に関しての値は上述したように与えられているため、モデルの式は残りの変数、例えば、イオン質量、衝突頻度、電子温度、プラズマ非対称性等のいずれかについて解く。波形情報が２つの周波数でのみ入手可能な場合は、残り４つの変数のうち２つに近似値を割り当て、より重要な残り２つの変数について解く。波形情報が３つ以上の周波数で入手可能なら、残り４つの変数全てを求めることができる。

モデルは、第１周波数のモデル式を用いて第１変数を解き、次に第１周波数モデル式で表された第１変数を第２周波数のモデル式に代入して目的とする第２変数を解くことで利用する。解いた第２変数値を用いて、第１変数の値を解く。この方法を利用し、２周波数モデル分析によりイオン質量、衝突頻度、電子温度、プラズマ非対称性のいずれの対を求める、或いは３つ以上の周波数でのモデル分析を用いて全てを求める。その他の分析アプローチ、例えばニューラルネットワーク、ベストフィット、回帰分析、全方程式についての一意解を求めるその他を用いてモデルを解くことも考えられる。

図３は、プラズマモデルの簡略回路図の一実施形態である。プラズマモデルは、高周波バルクプラズマ近似を用いた非対称容量放電（均一、一定イオンＭＦＰ）としてもよい（例えば、Godyak V 1986 Soviet RF Discharge Research and Child Law High Voltage Sheath Approximation（C．D．Child， Phys． Rev．，32）を参照）。具体的な実施形態において、アルゴンプラズマは中心点パラメータｎ_ｅ＝１０１０ｃｍ^−３、Ｖ_ＤＣ＝５００ボルト、ν_ｍｅ＝０．０１／ｎｓ、α＝０．５、及びＴ_ｅ＝５ｅＶを有していてもよい。

シースリアクタンスは下記式で表される。

シース厚さは下記式で近似することができる。

シース抵抗は下記式で表すことができる。

並列要素として扱い、電力を供給されたシースから開始し、非対称状態による接地シースを下記式で概算する。

バルクインピーダンスはＺ_バルクとして表せることから、総放電インピーダンス対ｎ_ｅ、Ｖ_ＤＣ、ν_ｍｅ、α、Ｍ_イオン、及びＴ_ｅは下記式で表すことができる。

ここでｎ_ｅ、Ｖ_ＤＣ、ν_ｍｅ、α、Ｍ_イオン、及びＴ_ｅはそれぞれ電子密度、シース電圧、衝突頻度、放電非対称性、イオン質量、及び電子温度である。

従って、周波数１、２・・・ｎでの等価回路のインピーダンスを測定し、上記方程式を用いて回路素子Ｃ_{ｓｈＧＮＤ}、Ｒ_{ｓｈＧＮＤ}、Ｃ_ｏ、Ｒ_ｐ、Ｌ_ｐ、Ｃ_ｓｈＲＦ、及びＲ_ｓｈＲＦをプラズマパラメータｎ_ｅ、Ｖ_ＤＣ、ν_ｍｅ、α、Ｍ_イオン、及びＴ_ｅと関連付けることにより、プラズマパラメータをインピーダンス測定から直接求めることが可能である。

工程２１０で求めたプラズマ特性を利用して、模擬モデルから得た模擬電圧と電流量に基づいて計算したプラズマによって発生した実効イオン質量のエネルギーを求める。また、プラズマ特性、例えば工程２１０で求めたイオン質量を用いて、プラズマ内でのイオン分布とイオン種を解いてもよい。処理チャンバ内の混合ガスは解離され、原子ラジカル（Ｃｌ^＊）、原子イオン（Ｃｌ^＋）、分子イオン（Ｃｌ_２ ^＋）、励起分子（Ｃｌ_２ ^＊）等の異なる形態にイオン化されるため、プラズマ内におけるイオン種の分布を正確に求めることで、プラズマ処理をより効果的に制御してもよい。イオン種の分布は原子及び／又は分子分布について解いてもよい。例えば、基板上の材料（例えば、ＳｉＯ_２又は金属）と反応させる代わりに原子ラジカル（Ｃｌ^＊）及び／又は原子イオン（Ｃｌ^＋）を再結合して分子イオンを生成することで、所望したように処理性能に悪影響を与え、処理領域に分散されるイオンを入れ替えてもよい。イオン質量を知り、特定の処理パラメータセットについてのイオン分布について解くことで、冗長な処理特性解析を行うことなく処理性能をより正確に推定することができる。このため、実効イオンエネルギー及び／又は分布の推定値をプラズマに結合されたＲＦ波形の電圧と電流量により計算することで、処理チャンバ内に残留した及び発生した実際の反応種を特定することができる。このため、本発明はプラズマ中の二原子気体（例えば、Ｃｌ_２、Ｏ_２及びＮ_２その他）の分子及び原子分布を求めるのに特に有用である。また、本発明はＣＦ_４処理ガスフラグメント（ＣＦ^＋３、ＣＦ_２ ^＋２等）の分布等のプラズマ中の化合物フラグメントの分布を求めるのに有用である。従って、処理により、処理ドリフト、又は処理キット変動、チャンバ間変動、更には（処理ガスの）ガス供給源の組成における変動等のアイテム間の変動を迅速に特定することが可能となる。

従って、本発明は周波数依存性プラズマモデルを用いてプラズマ特性を求める方法を提供する。異なる周波数でプラズマを分析することにより、モデルによるイオン質量、イオン質量種分布、イオン密度、プラズマ非対称性、電子温度、シース電位、衝突頻度等のプラズマ特性の測定が容易となる。この結果、プラズマ処理の処理制御、管理、再現性を円滑に向上できるという点で本発明は有利である。

上記記載は本発明の実施形態について述べたものであるが、本発明の基本範囲から逸脱することなくその他及び更なる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて規定される。

添付の図面で図示されている実施形態を参照し上記で簡単に概要を述べた本発明の更に具体的な説明を得ることで、本発明の上述した特徴が詳細に理解可能である。

〜 本発明の実施形態における模範的なプラズマ処理チャンバの概略図である。 プラズマ特性を求めるための方法の一実施形態の処理フロー図である。 プラズマモデルの簡略回路図である。

円滑な理解のために、可能な限り、図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態における要素と特徴は、特に記載することなく別の実施形態にて便宜上利用する場合がある。

しかしながら、添付の図面は本発明の模範的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も認め得るため、本発明の範囲を制限すると捉えられるものではないことに留意しなくてはならない。

Claims (29)

1. プラズマに結合された第１波形の電流及び電圧情報のメトリックを得て、
   プラズマに結合された、第１波形とは異なる周波数を有する第２波形の電流及び電圧情報のメトリックを得て、
   周波数の異なる波形からそれぞれ得たメトリックを用いて、少なくとも１つのプラズマ特性を求めることを含むプラズマ特性を求めるための方法。
2. 少なくとも１つのプラズマ特性を求める工程が、プラズマのイオン質量を求めることを更に含む請求項１記載の方法。
3. イオン質量を求める工程が、プラズマ内のイオン質量種の分布を求めることを更に含む請求項２記載の方法。
4. 少なくとも１つのプラズマ特性を求める工程が、プラズマの非対称性を求めることを更に含む請求項１記載の方法。
5. 少なくとも１つのプラズマ特性を求める工程が、プラズマの電子温度を求めることを更に含む請求項１記載の方法。
6. 少なくとも１つのプラズマ特性を求める工程が、プラズマ内の電子−分子衝突頻度を求めることを更に含む請求項１記載の方法。
7. 少なくとも１つのプラズマ特性を求める工程が、周波数依存性モデルを用いてプラズマを分析することを更に含む請求項１記載の方法。
8. 周波数依存性モデルがプラズマのインピーダンスモデルを更に含む請求項７記載の方法。
9. プラズマを維持するために利用する第１電源から第１波形を発生させ、
   プラズマの特性を制御するために利用する電源から第２波形を発生させることを更に含む請求項１記載の方法。
10. プラズマを維持するために利用する第１電源から第１波形を発生させ、
    プラズマの動作特性を顕著に変えることのない低出力診断用電源から第２波形を発生させることを更に含む請求項１記載の方法。
11. 低出力診断用電源から第２波形を発生させることが、約１ミリワット〜約１０ワットでプラズマに結合させることを更に含む請求項１０記載の方法。
12. 第２波形のメトリックを得ることが、プラズマ高調波波形のメトリックを得ることを更に含む請求項１記載の方法。
13. 第１波形のメトリックを得ることが、第２プラズマ高調波波形のメトリックを得ることを更に含む請求項１２記載の方法。
14. 第１波形のメトリックを得ることが、プラズマを維持するために利用する第１電源から第１波形を発生させることを更に含む請求項１２記載の方法。
15. 第１波形のメトリックを得ることが、プラズマの動作特性を顕著に変えることのない低出力診断用電源から第１波形を発生させることを更に含む請求項１２記載の方法。
16. プラズマのプラズマインピーダンスモデルを周波数の関数として提供し、
    モデルを用いて少なくとも１つのプラズマ特性を求めることを更に含むプラズマ特性を求めるための方法。
17. 少なくとも１つのプラズマ特性を求める工程が、プラズマに結合された、周波数が異なるＲＦ波形の電流及び電圧情報を得ることを更に含む請求項１６記載の方法。
18. ＲＦ波形の電流及び電圧情報を得る工程が、プラズマ高調波波形のメトリックを測定することを更に含む請求項１８記載の方法。
19. ＲＦ波形の電流及び電圧情報を得る工程が、プラズマの動作特性を顕著に変えることのない低出力診断用電源により供給された波形のメトリックを測定することを更に含む請求項１８記載の方法。
20. ＲＦ波形の電流及び電圧情報を得る工程が、プラズマを維持するために利用する複数のＲＦ電源により供給された波形のメトリックを測定することを更に含む請求項１８記載の方法。
21. ＲＦ波形の電流及び電圧情報を得る工程が、プラズマのイオン質量、プラズマ内のイオン質量種の分布、プラズマの非対称性、プラズマの電子温度、プラズマ内の電子−分子衝突頻度の少なくとも１つを求めることを更に含む請求項１８記載の方法。
22. ＲＦ波形の電流及び電圧情報を得る工程が、プラズマ内における塩素（Ｃｌ）種の分布を求めることを更に含む請求項１８記載の方法。
23. プラズマのプラズマインピーダンスモデルを周波数の関数として提供し、
    プラズマに結合された、少なくとも２つの異なる周波数を有するＲＦ波形の電流及び電圧を測定し、
    モデルと測定した波形の電流と電圧とからプラズマのイオン質量を求めることを含むプラズマ特性を求めるための方法。
24. プラズマのイオン質量を求める工程が、モデルと測定した波形の電流と電圧とからプラズマ内の電子−分子衝突頻度を求めることを更に含む請求項２３記載の方法。
25. 波形の電流と電圧を測定する工程が、高調波波形を測定することを更に含む請求項２３記載の方法。
26. 波形の電流と電圧を測定する工程が、プラズマの動作特性を顕著に変化させない低出力診断用電源により供給された波形のメトリックを測定することを更に含む請求項２３記載の方法。
27. 波形の電流と電圧を測定する工程が、プラズマを維持するために利用する複数のＲＦ電源により供給された波形のメトリックを測定することを更に含む請求項２３記載の方法。
28. プラズマのイオン質量を求める工程が、プラズマ内の二原子種間の分布を求めることを更に含む請求項２３記載の方法。
29. プラズマのイオン質量を求める工程が、プラズマ内の処理ガスフラグメント間の分布を求めることを更に含む請求項２３記載の方法。

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