JP2009510699A - プラズマ加工の電気パラメータを測定する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、発明者ランダル・エス・ムント、コスタス・ジェイ・スパノス、並びにメーソン・エル・フリードのために2005年9月30日に出願された米国特許出願番号第60/722554号、及び発明者ランダル・エス・ムント、ポール・ディー・マクドナルド、アンドリュー・ビアーズ、メーソン・エル・フリード、並びにコスタス・ジェイ・スパノスのために2005年11月16日に出願された米国特許出願番号第11/281238号の利益を主張する。本出願は、2005年9月30日に出願の米国特許出願番号第60/722554号、2005年11月16日に出願の米国特許出願番号第11/281238号、2000年8月22日に出願の米国特許第6,691,068号、2001 年3 月22日に出願の米国特許第6,542,835号、2001年4月19日に出願の米国特許出願第60/285439号、並びに2005年5月3日に出願の米国特許出願第60/677545号に関連する。上記特許並びに出願のすべてをこの参照によりその全体をこれに組み込む。
安定しないことになりうる。単独の局所的な測定でプラズマの状態を適切に特徴付けることは一般に不可能である。
に、図1は本発明の実施例との通信に使用できる外部通信機器160も示す。
成した複数のセンサ120を含む。適したセンサの例は容量型センサである。より具体的には、センサ120は容量性素子を有する感知素子120Aを含む。この実施例の場合、センサ120は、プラズマからプラズマシースを通りベース115に入る高周波電流の流れに直列となるようにセンサ装置100の一部として構成する。容量性素子は、プラズマの摂動を最小限にするように相対的なリアクタンスを低く設計する。より具体的には、容量型センサの好適な実施例は、プラズマのインピーダンスの局所的な増加を最小限に抑えるように構成する。本発明の別の実施例の選択肢として、センサ装置100は、2つの隣接する容量性素子をつないで局所的な高周波電圧を外挿するように形成した1以上の差動容量型センサを含む。
負荷に印加して、周波数感度の測定を行えるようにしてもよい。
る。電源150を内部通信機器140と接続して、内部通信機器140に電力を供給する。本発明の実施例はセンサ120の作動に電力を要するセンサ120を含むことがある。これら実施例の場合、電源150をセンサ120と接続して、センサ120に電力を供給する。本発明のいくつかの実施例では、感知素子120Aが作動させるのに電力を要することがあり、又は変換器120Bが作動させるのに電力を要することがある。代替実施例では、センサ120は電力を必要としない。そのため、かかる実施例には電源150との接続が必要ない。
してもよい。センサ120を情報プロセッサと接続して、センサ120が生成する信号を情報プロセッサへの入力として供給できるようにする。
次に、感知素子の例を製造する好適な方法の例と、本発明の実施例の好適な感知素子の構成例を提示していく。
ここで図4Aを参照する。本発明による容量性感知素子の例示的な構成を断面図で図4Aに示す。容量性感知素子は面積が分かっている平面導電性電極300を含む。電極300の材料と表面積は、測定する加工条件に適合するように選択する。導電性電極300はプラズマに間接的に曝すか、又は好適な実施例では図4Aに示すように薄い不活性の誘電材料302でプラズマから保護するかのいずれかでよい。誘電体302に適する材料の例はKAPTONである。感知素子は電極300とベース320の下に配設する第2の平面導電性電極304も含む。ベース320は電極304の支持体となる。ベース320と電極304は、それらが低インピーダンス接触をなすように連結する。好適には、ベース320は半導体ウエハからなる。本発明のいくつかの実施例では、電極300は0.1cm2から10cm2の範囲の面積を有する。0.1cm2から5cm2までの電極の面積が特に有用である。電極の形状はエッジ効果を最小限に抑えるために円形とするか、又はベースの特定の周囲で問題のパラメータを測定できるように細長くしてもよい。
って最小限に抑える。この点は、本発明のいくつかの実施例の価値ある特徴である。並列抵抗の、抵抗の大きさは、プラズマの摂動を最小限に抑えながら、コンデンサで生成される電圧を測定回路に適した値に増減するように選択する。上記述べた寸法のセンサの場合、10オームから1000オームまでの抵抗値を使用することになろう。
ループを互いに非常に接近させて製作できる。好適には、グループ内の容量型センサの1つをベースの表面と実質的に同一平面になるように配列し、各グループの容量型センサをグループ内の他の2つの容量型センサに垂直にして、あらゆる方向の電界及び電流などのプラズマ特性を捕捉し、そのX、Y、Z成分から分析できるように配列する。
ここで、本発明による誘導性感知素子の例示的な構成の断面図を示す図5Aを参照する。誘導性感知素子は、透磁率の高い材料製のリング352又はループを含む。図5Aではリング352の断面を示す。囲み面積と断面積で表されるリング352の寸法は、リング352を通過するRF電流がリング352内に磁束を誘導するように選択する。すなわち、本発明の一実施例は、芯が0.1cm2から10cm2までの面積を囲む透磁性材料の閉鎖リングを有する、誘導コイルを備える誘導性感知素子を含む。0.1cm2から5cm2までの好ましい囲み面積が一般的に許容可能な性能を提供する。リングの材料は通常鉄及びニッケル又はそれらの合金などの強磁性素子を利用する。これら磁性材料は金属ワイヤ又は金属箔どちらの形態でも使用でき、又はフェライト組成の酸化物として使用できる。
本発明による静電荷感知素子の例示的な構成は、電圧勾配など、印加される電界の存在下で測定可能な変化を受ける材料又は構造を含む。適した材料の例は、印加電界が材料内の可動電荷の動きを生じさせて皮相抵抗の変化を引き起こす半導体である。適切な感知素子の一例は、印加電界が弾性プレートの偏向を生じさせることのできる弾性プレート構造を有する。
ダイオード整流変換器
本発明の一実施例は、前述したように、図4Bの変換器324に示すダイオード整流回路及び図5Bの変換器370に示すダイオード整流回路などのダイオード整流回路を備える変換器を有するセンサ装置を含む。
本発明の別の実施例は、前述したように、電力検波回路を備える変換器を有するセンサ装置を含む。ここで、変換器122Bを感知素子120Aと情報プロセッサ130の間に連結する構成の図を示す図8を参照する。変換器122Bは、抵抗器などの抵抗性負荷520と、熱電対及びサーミスタ又は別のタイプの温度計などの温度測定デバイス530を含む電力検波回路を有する。抵抗性負荷520及び温度測定デバイス530は、抵抗性負荷520の温度を温度測定デバイス530で測定できるように構成する。
もローバストで雑音耐性のある測定が行える。本発明の好適な実施例は、抵抗が10オームから1000オームの範囲の抵抗性負荷520と、抵抗が10000オームから5000000オームの範囲の温度センサ530を含む。
本発明の別の実施例は、前述したように、光学式変換回路を備える変換器を有するセンサ装置を含む。ここで、感知素子120Aと情報プロセッサ130の間に連結した変換器123Bを示す図9を参照する。変換器123Bは光学式変換回路を有し、光学式変換回路は発光ダイオードなどの発光デバイス540とフォトレジスタ又はフォトダイオードなどの光検出デバイス550とを含む。発光デバイス540は、発光デバイス540が放出する光の強度が、発光デバイス540が受け取る電流に比例するように構成する。光検出デバイス550は、発光デバイス540が放出する光を測定して、発光デバイス540が出す光に比例した電流を生成できるように配列する。変換器123Bは感知素子120Aからの電流を発光デバイス540に繋ぐことができるように構成する。変換器123Bはプラズマから電気絶縁するように構成できる。
導性感知素子、静電荷感知素子、又は発光感知素子を有し、それを加工システムの標準的な機械式負荷能力を利用する加工システムに取り込めるベースに配列する。局所的なプラズマパラメータの分布の測定を利用して、プラズマの状態を推定し、測定値に基づいて推定した状態をプラズマの過去の状態などの基準状態と比較する。推定した電流の状態と基準状態の差を利用して、システムが最適になるようにプラズマのパラメータを調整できる。さらにこのデータは加工の最適化、加工のモニタリング、及び不具合検出/特定などの多様な目的に利用できる。
徴もしくは要素と解釈してはならない。
Claims (44)
- 工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する容量型センサと、前記容量型センサは、プラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を提供するための容量性感知素子を備えることとからなる、センサ装置。 - 前記容量型センサが前記感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換する、請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記ベースが直径100mm〜450mmのシリコンウエハからなり、前記センサ装置の厚さが0.3mm〜10mmの範囲にある、請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記ベースがシリカ又は石英からなるリソグラフィマスク基板からなる、請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記ベースがシリカ、石英、ガラス、又はポリマーからなるフラットパネルディスプレイ基板からなる、請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記ベースが半導体ウエハ全体、フラットパネルディスプレイ基板全体、又はリソグラフィマスク全体を含む、請求項1に記載のセンサ装置。
- 容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配列した前記容量性感知素子からなる複数の容量型センサを有する、請求項1に記載のセンサ装置。
- 容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配置し、前記容量性感知素子が面積0.1cm2から10cm2になるように配列した前記容量性感知素子からなる複数の容量型センサを有する請求項1に記載のセンサ装置。
- 容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配置するとともに、前記容量性感知素子が厚さ1マイクロメートルから100マイクロメートルの誘電性ポリマーからなる前記容量性感知素子を備える複数の容量型センサを有する請求項1に記載の装置。
- 容量性感知素子の面を前記ベースの表面と平行に配置し、前記容量性感知素子がポリイミド、ポリエステル、及びポリオリ(polyoly) −パラ−キシリレンからなる群から選択する誘電性ポリマーからなり、前記誘電性ポリマーが厚さ1マイクロメートルから100マイクロメートルになるように配列した前記容量性感知素子を備える複数の容量型センサを有する請求項1に記載の装置。
- 前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器がダイオード整流回路を有する、請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は、前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたRF 電圧又は電流に比例するDC電圧又は電流
を生成するダイオード整流回路を有する、請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器が電力検波回路を有し、前記電力検波回路が、
抵抗が1オームから1000000オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設した温度測定デバイスとを備える、請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器が電力検波回路を有し、前記電力検波回路が、
抵抗が1オームから1000000オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設したサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は光学式変換器からなる、請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記容量型センサは前記容量性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は、前記感知素子からの前記信号に比例した光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを備えた光学式変換器からなる、請求項1に記載のセンサ装置。
- 工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する誘導センサと、前記誘導センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成した誘導性感知素子を備えることとからなる、センサ装置。 - 前記誘導センサは前記感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換する、請求項17に記載のセンサ装置。
- 前記ベースは直径100mm〜450mmのシリコンウエハからなり、前記センサ装置の厚さは0.3mm〜10mmの範囲にある、請求項17に記載のセンサ装置。
- 前記ベースは、半導体ウエハ全体、フラットパネルディスプレイ基板全体、又はリソグラフィマスク全体を含む、請求項17に記載のセンサ装置。
- 前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器はダイオード整流回路を有する、請求項17に記載のセンサ装置。
- 前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパス
フィルタとを有して、前記印加されたRF 電圧又は電流に比例するDC電圧又は電流を生成するダイオード整流回路を有する、請求項17に記載のセンサ装置。 - 前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が1オームから1000000オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設した温度測定デバイスとを備える、請求項17に記載のセンサ装置。 - 前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が1オームから1000000オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設したサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項17に記載のセンサ装置。 - 前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は光学式変換器からなる、請求項17に記載のセンサ装置。
- 前記誘導センサは前記誘導性感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は、前記感知素子からの前記信号に比例した光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する光学式変換器からなる、請求項17に記載のセンサ装置。
- 工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する静電荷センサと、前記静電荷センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成した静電荷感知素子からなることとを備える、センサ装置。 - 前記静電荷センサは前記感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換する、請求項27に記載のセンサ装置。
- 前記ベースは直径100mm〜450mmのシリコンウエハからなり、前記センサ装置の厚さは0.3mm〜10mmの範囲にある、請求項27に記載のセンサ装置。
- 前記ベースは半導体ウエハ全体、フラットパネルディスプレイ基板全体、又はリソグラフィマスク全体を含む、請求項27に記載のセンサ装置。
- 前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器を前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器はダイオード整流回路を有する、請求項27に記載のセンサ装置。
- 前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し
、前記変換器は印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたRF 電圧又は電流に比例するDC電圧又は電流を生成するダイオード整流回路を有する、請求項27に記載のセンサ装置。 - 前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が1オームから1000000オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設した温度測定デバイスとを備える、請求項27に記載のセンサ装置。 - 前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が1オームから1000000オームの範囲の抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設したサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項27に記載のセンサ装置。 - 前記静電荷センサは前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は光学式変換器からなる、請求項27に記載のセンサ装置。
- 前記静電荷センサが前記静電荷感知素子に連結する変換器を備え、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換し、前記変換器は、前記感知素子からの前記信号に比例した光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する光学式変換器からなる、請求項27に記載のセンサ装置。
- 工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されるセンサであって、前記センサがプラズマの電気特性を測定するように構成する感知素子と、前記感知素子に連結するダイオード整流変換器とを有し、前記変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換することとを備える、センサ装置。 - 前記変換器は、印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたRF電圧又は電流に比例するDC電圧又は電流を生成するダイオード整流回路を有する、請求項37に記載のセンサ装置。
- 工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結するセンサと、前記情報プロセッサに連結するセンサが加工パラメータの測定値を表す電流及び電圧の出力を供給するように構成する感知素子と、電力変換器とを備え、前記電力変換器は前記感知素子からの電流及び電圧を受け取る抵抗性負荷と、前記抵抗性負荷の温度の変化を測定するように配列した温度計とを有することとを備える、センサ装置。 - 前記変換器は電力検波回路を有し、前記電力検波回路は、
抵抗が1オームから1000000オームの抵抗性負荷と、
前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設するサーミスタ又は熱電対とを備える、請求項39に記載のセンサ装置。 - 工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されるセンサと、前記ベース内に支持されるセンサはプラズマの電気特性を測定するための感知素子と、少なくとも1つの感知素子に連結する光学式変換器とを有し、前記光学式変換器は前記感知素子からの信号を受信して、前記信号を前記情報プロセッサに入力する第2信号に変換する、センサ装置。 - 前記光学式変換器は、前記感知素子からの信号に比例する光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する、請求項41に記載のセンサ装置。
- 工作物を加工するためのプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する光学センサと、前記光学センサはプラズマの電気特性に関係付けられるプラズマの光学特性を測定するための光学式感知素子と、前記感知素子に連結する変換器とを備えることと、前記変換器はダイオード変換器、電力変換器、及び光学式変換器からなる群から選択されることとを備える、センサ装置。 - 工作物を加工するための1以上のプラズマ加工パラメータを測定するセンサ装置において、
ベースと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持される情報プロセッサと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する容量型センサと、前記容量型センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するように構成する容量性感知素子を備えることと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する誘導センサと、前記誘導センサは、前記センサがプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するための誘導性感知素子を備えることと、
前記ベース上又は前記ベース内に支持されて、前記情報プロセッサに連結する静電荷センサと、前記静電荷センサはプラズマ加工パラメータの測定値を表す出力を供給するための静電荷感知素子を備えることとを有し、
前記容量型センサ、誘導センサ、及び静電荷センサがさらに、
(A)印加された高周波電圧又は電流を整流する半導体接合ダイオードとローパスフィルタとを有して、前記印加されたRF電圧又は電流に比例するDC電圧又は電流を生成するダイオード整流変換器、
(B)抵抗が1オームから1000000オームの範囲の抵抗性負荷と、前記抵抗性負荷の温度を測定するように配設するサーミスタ又は熱電対とを有する電力変換器、及び
(C)前記感知素子からの信号に比例する光放出を供給するように構成する発光デバイスと、前記発光デバイスからの光放出を測定するように構成する光検出器とを有する光学式変換器からなる群から変換器を選択する、センサ装置。
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