JP2009540569A - プラズマ処理反応器の故障状態を検出する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
a)処理チャンバ内の処理副生成物の堆積を示す、プラズマ密度データのポストRF斜面の傾斜の変化、
b)ヘリウムの漏洩を示す、プラズマ密度の絶対値の約5%から約20%の間のRF斜面後のプラズマ密度の振動、
c)整合システム再調整イベントを示す、RF斜面の後に発生する、その絶対値の5%未満の振幅と5秒未満の持続時間のプラズマ密度の振動、
d)悪い安定化速度の発生を示す、その適切な均衡点に戻る前に、整合調整に約0.5秒以上かかった後の、プラズマ密度の振幅の安定性、及び
e)プラズマ閉じ込めの損失の発生を示す、部分的回復の後の、その絶対値の約15%より大きい量だけのプラズマ密度の急速な低下
が挙げられる。
図5に示すノードAでの駆動パルスのノードBでの反応は、同じ振幅Vcc、同じ周波数、及び同じ平均値ゼロの振動信号である。高周波電源32のRFパルスの効果及びプラズマの効果のもとで、プローブに向かう電子の平均流は最初に、陽イオンの平均流を超えて、コンデンサ31を充電させる。ノードBでのパルスの平均電位は、電子及びイオン流束が等しく、平均電流がゼロである、Vbiasの飽和負値に到達するまで次第に減少する。
IB=CmdVB/dt
IBのこのような決定はその後、放電電流の測定として働く。
Ji=qnvB (1)
式中、Jiはイオン電流密度(すなわち、イオン流束)であり、qは基本電荷であり、nはプラズマ又はイオン密度であり、vBは以下の式で与えられるボーム速度である。
vB=(kTe/Mi)1/2 (2)
n=Ji/(qvB)=IB/(SdqvB) (3)
したがって、プラズマ密度をイオン流束データから決定するためには、Te及びMiが分からなければならない。Miは使用されるガスから分かり、Teの決定は上で与えられた解析から行うことができる、又はTeを推測することができる。例えば、4eVと推測することができる。
好ましい一実施形態によるプラズマ処理チャンバ内の故障検出のいくつかの例をここに示す。全ての場合において、PIFプローブが半導体ウエハの処理中にプラズマパラメータデータを収集することを可能にするように、Exelan2300(商標)プラズマエッチングシステムのシャワーヘッド電極の中心位置に埋め込まれた。ウエハは共通のエッチングレシピを使用して処理され、データは30ミリ秒毎に1測定の公称周波数(約33測定/秒)で収集された。これらの例では、決定されたプラズマパラメータはプラズマ密度であり、各場合において、時間の関数としてプロットされた。データ収集が高速度であることにより、プロットされたデータ点は実線であるように見える。例示的なプロットでは、データ収集は普通ハードウェア限界により約27秒で遮断される。実施例1から6で使用されるレシピは、以下の条件の範囲内のエッチング処理を含む。
チャンバ圧力:50〜150ミリトール、
2MHzRF電力;2600〜3600W、
27MHzRF電力:1700〜2500W、
使用ガス;250〜350sccmのAr、13〜23sccmのC4F8、4〜12sccmのO2
様々な処理を、プラズマ処理チャンバ内で行うことができる。エッチング及びレジスト除去処理は普通、プラズマ環境内で行われ、単一のプラズマチャンバ内で両方の処理を連続して行うことが望ましい。同じチャンバ内で異なるプラズマ処理ステップを行う能力が有利であると考えられる。というのは、全処理時間(「サイクル時間」)をそれによって短くすることができるからである。異なるプラズマ処理ステップが同じチャンバ内で連続して行われる場合、1つの処理ステップからの残留物は、次の処理ステップを開始する前に完全に取り除かれることが好ましい。残留物の完全な除去は処理の一貫性を促進し、処理メモリ−ウエハ間ベースでの処理性能のドリフトを引き起こす残留物堆積効果を少なくする。
プラズマパラメータデータの第1の解析が、図6A及び6Bに与えられている。図6Aは、清浄なチャンバ内のウエハの処理中の時間の関数としてのプラズマ密度を示している。データは、RF斜面63の後に減少する傾斜61と最も高いプラズマ密度(約17.5秒での)の達成を示している。図6Bは、追加の約50個のウエハが処理された後の、同じチャンバ内で処理されたウエハに対する同じ曲線を示している。データは極めて類似した曲線を示しているが、RF斜面の後のデータの傾斜はより平坦62、すなわちあまり負ではない傾斜を有する。あまり負ではない傾斜は、プラズマエッチング処理で普通見られるタイプの処理チャンバ内のフルオロカーボンベースのポリマー副生成物の堆積を示しており、システムをその元の処理状態に回復させるのにチャンバ洗浄が必要であることを示している。
定期的保守及び他の修復の間、プラズマチャンバは洗浄、修復又はアップグレードのために分解することができる。プラズマチャンバ内の処理状態は高真空下で行われるので、保守後のチャンバの適切な組立てが重要である。組立て中、チャンバ及びチャンバ内の要素を固定するのに使用されるボルトは、チャンバが最適に機能するために、しばしば正確な順序で適切に締め付けるべきである。ヘリウム通路を組み込んだシャワーヘッド電力アセンブリ内、又はウエハ逆冷却用のヘリウム通路を有する底部電極内のボルトの不適切な締付けは、プラズマ処理中のヘリウム「発光」につながる可能性があり、裏側ヘリウムはプラズマ処理中にチャンバ内に不注意に案内され、イオン化してプラズマを形成する。
ウエハからウエハまでの処理一貫性では、処理チャンバは各ウエハに対して同じ一連のステップを受けることが好ましい。例えば、クランプ電圧は、ウエハが処理されるたびに、同じ大きさで同じ持続時間だけ加えられることが好ましい。ガス流は、設定された流量及び持続時間を達成しなければならず、これらの持続時間中の処理ステップ持続時間及びプラズマ状態は、一貫性のあるウエハ間処理を保証するために、高程度の正確さで再現しなければならない。したがって、一定のままであることが期待される場合、システムのパラメータが処理中にシフトすることは望ましくない。特に、RF整合システムが所望の調整点を見つけた後に、システムはエッチングステップ全体を通してその点を保持すべきであることが期待される。エッチングステップ中の整合システムのランダムな再調整は、未制御の処理変化につながる可能性がある。
処理一貫性及びチャンバ診断では、システムに関する追加の要素が有用である可能性がある。あらゆるシステムの望ましい特徴は安定性である。エッチング処理の間に、プラズマに対するかく乱はエッチング速度の変化などの処理エラーにつながる可能性がある。これは、故障している質量流制御装置又は他のハードウェアエラーによる可能性がある。別の望ましい特徴は、速い安定化速度である。かく乱後に、システムはその適切な均衡点に迅速に戻るべきである。回復処理における余分な遅延はまた、プラズマ生成ハードウェアの調査を必要とする故障の特徴である。
あらゆるシステムの別の望ましい特性は、プラズマ特性がウエハ間で一定なままであるということである。このような特性の間で、プラズマ密度及びイオン流束は重要である。チャンバ故障イベントが、プラズマ密度又はイオン流がシフトする処理中に起こると、ウエハ処理に対する悪影響が起こる可能性がある。特に、エッチング速度が影響を受ける可能性があることが知られている。
Claims (20)
- プラズマ処理を監視する方法であって、
プラズマチャンバ内でプラズマ処理を開始するステップと、
前記プラズマ処理に関するプラズマパラメータデータを得るステップであって、前記プラズマパラメータデータがプローブの使用により得られ、前記プローブの感知表面がプラズマに曝され、かつ前記プラズマチャンバ内の壁面又は構成部品表面と同じ平面にあるステップと、
故障状態を示すために前記プラズマパラメータデータを評価するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記プラズマパラメータデータを評価するステップは、
コンピュータ可読記憶媒体システム上に前記プラズマパラメータデータを記憶するステップと、
前記プラズマパラメータデータをフィルタリングするステップと、
前記プラズマパラメータデータにアルゴリズムを行うステップと、
前記プラズマパラメータデータに数学的演算を行うステップと、
前記プラズマパラメータデータを既存の基準データを比較し、それにより、解釈し、並びに、前記解釈に基づく状況報告及び警告の少なくともいずれかを発行するステップと、の任意の組合せを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記プラズマパラメータデータは、前記プラズマを実質的にかく乱することなく得られることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記プローブは、高周波バイアス表面内に延びているリセス内に、又は、接地表面に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記プローブは、平面イオン流束(PIF)タイプ又は非容量結合プローブであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記プラズマパラメータデータは、誘電プラズマインターフェイスで表面波を生成し、プラズマ密度を前記表面波に基づき測定することによって得られることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- (a)前記プラズマパラメータデータが、ウエハの処理中に一連の測定値として収集され、
(b)前記プラズマパラメータデータが、ポストRF斜面プラズマ密度データを含み、かつ/又は、
(c)前記プラズマパラメータデータが、前記プラズマチャンバのRF整合システムのランダム再調整を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 時間の関数としてのプラズマパラメータの前記一連の測定値が、グラフの形でプロットされていることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記故障状態が、処理チャンバ内の処理副生成物の堆積、又はヘリウムの漏洩であることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- (a)前記ポストRF斜面プラズマ密度データの前記傾斜の変化は、前記プラズマチャンバ故障状態が前記処理チャンバ内の処理副生成物の堆積であることを示すのに使用され、
(b)前記プラズマ密度の絶対値の約5%から約20%の間のRF斜面の後の前記プラズマ密度の振動は、前記プラズマチャンバ故障状態がヘリウムの漏洩であることを示すのに使用され、かつ/又は、
(c)前記RF斜面後に起こる、前記プラズマ密度の前記絶対値の5%未満の振幅と5秒未満の持続時間と前記プラズマ密度の振動は、前記プラズマチャンバ故障状態が前記整合システムのランダム再調整であることを示すのに使用される、ことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記プラズマパラメータデータは、前記プラズマチャンバ故障状態が悪い安定化速度の発生であることを示すのに使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 整合調整後の前記プラズマ密度の振幅の安定性は、その適切な均衡点に戻る前に約0.5秒以上かかり、前記プラズマチャンバ故障状態が悪い安定化速度の発生であることを示すことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記プラズマパラメータデータは、前記プラズマチャンバ故障状態がプラズマ閉じ込めの損失の発生であることを示すのに使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記プラズマパラメータデータは、前記プラズマチャンバ故障状態が、同じタイプのウエハ上で同じ処理レシピを行う一群のプラズマチャンバ内でチャンバの整合の欠如の発生であることを示すのに使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- (a)前記状況報告及び警告の少なくともいずれかは、前記システム内で修正ステップを開始させ、
(b)前記状況報告及び警告の少なくともいずれかは、ログ含有ウエハ履歴内に前記解釈を記録させ、かつ/又は、
(c)前記状況報告及び警告の少なくともいずれかは、前記プラズマチャンバ内のウエハの処理を停止させる、ことを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 請求項1に記載の方法を行う装置であって、
(a)前記プローブが、前記壁面内、又は、シャワーヘッド電極、ライナ、閉じ込めリング、焦点リング、ガス出口を備えていない電極、ガス分配板、及び基板支持体のいずれかであるプラズマ処理チャンバの構成部品に埋め込まれており、
(b)前記プローブが温度制御構成部品を使用して加熱され、
(c)前記プローブは、前記プローブの感知表面と前記プローブが中に埋め込まれたチャンバ構成部品の隣接する周囲の表面との間の微分磨耗率を補償することが可能であり、かつ/又は、
(d)前記プローブは、容量結合プラズマ処理チャンバ、誘導結合プラズマ処理チャンバ、及び電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理チャンバのいずれかに埋め込まれている、ことを特徴とする装置。 - 前記PIFプローブが、多片シャワーヘッド電極アセンブリの前記内側電極部又は外側電極部内に埋め込まれていることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記プローブがシャワーヘッド電極内に配置され、前記プローブは、前記プローブの前記感知表面から背面へ貫通するガス通路を作り出す1つ又は複数のガス供給貫通孔を備えており、(a)前記ガス供給貫通孔が、前記プローブのない状態では存在する全ガス分配パターンに近づくように配置される、又は(b)前記ガス供給貫通孔が、前記プローブのない状態では前記シャワーヘッド電極内に配置されるが、前記プローブ内に配置されることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記プラズマパラメータデータが、複数のプローブの使用によって得られることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記複数のプローブは、前記プローブそれぞれの感知表面が前記プラズマに曝され、前記プラズマチャンバ内の壁面又は構成部品表面と実質的に同一平面であるように配置されていることを特徴とする請求項18に記載の装置。
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