JP2009543350A

JP2009543350A - 光学的及び非反射電力方法を使用する低電力ｒｆ同調

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Publication number: JP2009543350A
Application number: JP2009518420A
Authority: JP
Inventors: ジェイムスピー．クルーズ，; テレサクラマーガーリニ，; ジェフリーチャールズピアス，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2009-12-03
Also published as: KR20080108572A; CN101432848A; US20080003702A1; EP2033211A2; WO2008045591A2; US8144329B2; CN101432848B; TW200809962A; KR101019898B1; US20110263050A1; US20110011743A1; WO2008045591A3; TWI489544B

Abstract

本発明の態様は、プラズマデータ監視アッセンブリを使用することにより基板処理システム内でプラズマを監視し調整するのに使用できる方法及び装置を包含する。例えば、電磁スペクトルの特定部分にわたって光の特性を測定するよう適応される光学的計器を使用して、プラズマからの１つ以上の波長強度を検出することができる。次いで、電子装置、例えば、コンピュータソフトウェアで波長強度を分析し、次いで、マッチング回路を調整することができる。このように、一貫したプラズマを得ることができる。他の実施形態では、本発明は、チャンバー圧力、基板温度、コイル電流及び／又はプラズマの間の関係を利用して、反復性のプラズマプロセスを調整し、維持することができる。
【選択図】図１

Description

発明の背景

発明の分野
[0001]本発明は、一般的に、基板処理に使用するための方法及び装置に関する。より詳細には、本発明は、プラズマ窒化プロセス等の異なるプロセスを使用する基板処理に使用されるプラズマ監視方法及び装置に関する。

関連技術の説明
[0002]集積回路は、単一のチップに数百万のコンポーネント（例えば、トランジスタ、キャパシタ、抵抗器、等）を含むことのできる複雑なデバイスへと進化した。チップ設計の進化は、より高速な回路及びより高い回路密度を要求し続ける。より高い回路密度の需要は、集積回路コンポーネントの寸法の減少を必要とする。このようなデバイスの特徴部の最小寸法は、通常、この技術では、臨界寸法と称されている。臨界寸法は、一般的に、特徴部の最小巾、例えば、線、柱、開口、線間スペース、デバイス／膜厚み、等を含む。これらの臨界寸法が縮むにつれて、正確な測定及びプロセス制御がより困難になる。

[0003]重要なことに、あるケースでは、基板デバイス処理において注入プロセスの監視及び材料厚みの制御に挑戦し続けている。例えば、基板の製造に使用される従来のプラズマプロセスに関連した１つの問題は、プラズマの形成を正確に監視し、従って、低い電力で動作するプラズマチャンバー内のプラズマ状態を正確に制御する能力に欠けることである。プロセスの制御に使用される１つの既知の方法は、マッチング回路を使用して、プラズマのインピーダンスを、ＲＦ電力がチャンバーへ配送されるラインの特性インピーダンスに等しいか又はそれにマッチングする値へと変換することにより、チャンバー内に最適な電力を得るように試みる。マッチング点において、最適な電力がプラズマへ配送され、ＲＦ電源に向かって反射されて戻される電力はほとんどない。この方法では、検出器によって制御されてマッチング回路を同調することは、マッチング回路内の可変リアクタンス素子を、検出器によって検出された電力に基づいて変化させることで達成される。不都合なことに、プラズマのインピーダンスは、多数のプロセスパラメータの複雑で且つ著しく可変な関数であり、従って、検出器による常時監視及び調整を必要とする。更に、あるケースでは、ジェネレータが低い電力を制御できないことがあり、従って、基板の処理中にプラズマが変動することがある。

[0004]それ故、この技術では、集積回路の製造中に基板を監視しプロセスを制御するための改良された方法及び装置が要望される。

発明の概要

[0005]本発明の一実施形態は、基板処理システム内でプラズマを監視するための方法において、チャンバー内のプラズマから反射される反射電磁放射を監視するステップと、該反射電磁放射を処理システム内のＲＦ電力に関連付けるステップと、反復可能なプラズマ状態を維持するようにマッチング回路を調整するステップと、を備えた方法を提供する。

[0006]本発明の別の実施形態は、基板処理システム内でプラズマを制御するための方法において、１つ以上の基板の第１セットを処理する前にチャンバー内のプラズマから反射される反射電磁放射の波長強度の第１セットを制御するステップと、その反射電磁放射の第１の波長強度を処理システム内のＲＦ電力に関連付けるステップと、その反射電磁放射に基づいてマッチング回路を調整するステップと、基板処理システムにおいて１つ以上の基板の第１セットを処理するステップと、チャンバー内のプラズマから反射される反射電磁放射の波長強度の第２セットを制御するステップと、その反射電磁放射の第２の波長強度を処理システム内のＲＦ電力に関連付けるステップと、１つ以上の基板の第２セットを処理しながら、反射電磁放射の第１及び第２セットに基づいてマッチング回路を調整するステップと、を備えた方法を提供する。

[0007]本発明の別の実施形態は、基板処理システム内でプラズマを監視するための装置において、プラズマチャンバーと、制御可能なＲＦマッチング回路と、処理チャンバー内に配設されて、プラズマに関連したデータを取得するためのプラズマデータ監視アッセンブリと、このプラズマデータ監視アッセンブリにより収集されるデータとＲＦ電力との間の関係をモデリングするように適応されるソフトウェアプログラムを含み、且つ反復可能なプロセスに対してＲＦマッチング回路の制御可能な素子の値を与えることのできるコンピュータと、を備えた装置を提供する。

[0008]本発明の別の実施形態は、基板処理システム内でプラズマを監視するための装置において、プラズマチャンバーと、ＲＦ電源と、制御可能なＲＦマッチング回路と、データ監視アッセンブリにより収集されるデータとＲＦ電力との間の関係をモデリングするように適応されるデータ監視アッセンブリを含み、且つ反復可能なプロセスに対してＲＦマッチング回路の制御可能な素子の値を与えることのできるコンピュータと、を備えた装置を提供する。

[0009]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、簡単に概要を前述した本発明について、幾つかを添付図面に例示した実施形態を参照して以下に詳細に説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示するもので、それ故、本発明の範囲をそれに限定するものではなく、本発明は、等しく有効な他の実施形態も包含することに注意されたい。

詳細な説明

[0017]本発明の実施形態は、電磁スペクトルの一部分にわたり光の特性を測定するように適応される光学的計器のようなプラズマデータ監視アッセンブリを使用することにより基板処理システム内でプラズマを監視し調整するのに使用できる方法及び装置を提供する。例えば、一実施形態では、チャンバー内に発生されるＲＦ電力に敏感な波長強度を利用することによる方法を実現できる。次いで、例えば、コンピュータソフトウェアのような電子装置がその波長強度を分析でき、次いで、マッチング回路を調整することができる。このように、一貫した（即ち、反復可能な）プラズマ状態を得ることができる。他の実施形態では、本発明は、チャンバー圧力、基板温度、コイル電流、電子と中性子との比、電子密度、電子エネルギー、及び／又はプラズマの間の関係を利用して、一貫したプラズマプロセスを調整し維持することができる。

[0018]システムについての以下の説明は、プラズマ処理チャンバー（例えば、プラズマ窒化チャンバー）を参照して述べるが、プラズマが発生される基板エッチングチャンバー等の他の用途及びシステムにも同じ技術を適用することができる。

[0019]本発明は、プラズマ窒化チャンバー（例えば、デカップル型プラズマ窒化（ＤＰＮ）チャンバー）を参照して説明するが、プラズマ窒化プロセスのプラズマは、例えば、誘導性結合電源、容量性結合電源、表面波電源、電子サイクロトロン共振電源（ＥＣＲ電源）、マグネトロン又は変更マグネトロン型電源、或いは処理チャンバー内でのプラズマの発生を容易にするために使用できる他の電源、を含む種々のイオン化電源によって発生できることにも注意されたい。

[0020]図１は、本発明に使用するのに適した集積デバイス製造のための基板処理システム１００の一実施形態を例示する概略断面図である。この基板処理システム１００は、一般に、リアクタモジュール１０１のようなプラズマ処理モジュールを備えている。本発明のステップを遂行するのに使用できるリアクタモジュール１０１の一実施形態は、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社により製造されたデカップル型プラズマ窒化（ＤＰＮ）プロセスリアクタである。

[0021]一実施形態では、リアクタモジュール１０１は、プロセスチャンバー１１０と、高周波（ＲＦ）電源１１８（例えば、プラズマ電源）と、コントローラ１４０とを備えている。プロセスチャンバー１１０は、導電性材料で形成できる本体（壁）１３０内に基板支持ペデスタル１１６も含むことができる。チャンバー１１０には、誘電体天井１２０が設けられる。ここに示す実施形態では、天井１２０は、実質的に平らである。プロセスチャンバー１１０の他の実施形態は、他の形式の天井、例えば、カーブした天井又はドーム状の天井を有してもよい。リアクタ１０１の付加的なコンポーネントを収容し保護すると共に、ＲＦ放射に対するシールドを形成するために、更に、蓋（図示せず）が設けられてもよい。天井１２０の上には、少なくとも１つの誘導性コイル素子１１２を含むアンテナが配設される（２つの同軸素子１１２が示されている）。この誘導性コイル素子１１２は、第１のマッチングネットワーク（例えば、マッチング回路（１つ又は複数））１１９を通してＲＦ電源１１８に結合される。他の実施形態では、リアクタモジュール１０１は、コイル素子１１２に接続する１つ以上の出力を各々有する複数のマッチング回路を含むことができる。別の実施形態では、マッチングネットワーク１１９は、コイル素子１１２に接続する単一の出力を有してもよい。いずれの場合も、プラズマ電源１１８は、典型的に、１３．５６ＭＨｚにおいて３０００Ｗまで発生することができる。

[0022]コントローラ１４０は、基板処理のための基板処理システム１００の種々のコンポーネントに結合されて、例えば、プロセスの制御、プラズマの監視、電源の電力及び周波数の調整、並びにここに述べる他の自動化機能を容易にする。コントローラ１４０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１４４と、メモリ１４２と、ＣＰＵ１４４のための支援回路１４６とを含むことができる。コントローラは、チャンバー１１０のコンポーネント及び窒化プロセスの制御を容易にすることができる。コントローラ１４０は、種々のチャンバー及びサブ処理装置を制御するための工業用設定に使用できる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つでよい。メモリ１４２、又はＣＰＵ１４４のコンピュータ読み取り可能な媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、或いは他の形態のローカル又はリモートのデジタル記憶装置のような入手容易なメモリの１つ以上でよい。支援回路１４６は、従来の仕方でプロセッサを支援するためにＣＰＵ１４４に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステム、等を含む。本発明の方法は、ソフトウェアルーチン（例えば、低電力ＲＦ同調ソフトウェア）としてメモリ１４２に記憶することができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１４４により制御されるハードウェアから遠隔に配置された第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶され及び／又は実行されてもよい。或いは又、別の実施形態では、本発明の方法は、コンピュータ１９５及び／又はコントローラ１４０記憶されてもよい。

[0023]基本的な動作（例えば、基板の注入動作）では、基板１１４がペデスタル１１６に載せられ、プロセスガスがガスパネル１３８から入口ポート１２６を通して供給され、混合ガス１５０を形成する。プラズマ電源１１８及び１２２から誘導性コイル素子４１２へ電力を付与することによりチャンバー１１０内で混合ガス４５０が点火されてプラズマ１５５となる。チャンバー１１０の内部の圧力は、スロットルバルブ１２７及び真空ポンプ１３６を使用して制御される。典型的に、チャンバー壁１３０は、電気的接地点１３４に結合される。壁４３０の温度は、壁４３０を通して延びる液体収容コンジット（図示せず）を使用して制御される。

[0024]基板１１４の温度は、支持ペデスタル１１６の温度を安定化することにより制御されてもよい。一実施形態では、ガス源１４８からのヘリウムガスが、ガスコンジット１４９を経て、基板１１４の下のペデスタル表面に形成されたチャンネル（図示せず）へと供給される。ヘリウムガスは、ペデスタル４１６と基板１１４との間の熱伝達を容易にするように使用される。処理中に、ペデスタル１１６は、ペデスタル内の抵抗性ヒーター（図示せず）により定常温度へ加熱することができ、次いで、次いで、ヘリウムガスが基板１１４の均一加熱を容易にする。このような熱制御を使用すると、基板１１４は、約２０から３５０℃の温度に維持することができる。

[0025]ＲＦ電源は、任意の適当な周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚで動作することができる。一実施形態では、電源が高周波数で動作され、電力変調周波数が典型的にＫＨｚ周波数でターンオン及びオフにされてもよい。例えば、一実施形態では、ＲＦ電源１１８が１３．５６ＭＨｚで連続的に動作される一方、ＲＦ電源１１８が約１ＫＨｚから約５０ＫＨｚの周波数でパルス化されてもよい。他の実施形態では、ＲＦ電源１１８がパルス化を伴わずに連続的に動作されてもよい。ピークＲＦ電力は、典型的に、約５０ワットから約３０００ワットにセットされる。ある実施形態では、（デューティサイクルに電源電力を乗算した）有効電力が約１０ワットから約３０ワットの範囲でよい。変調（又はパルス）のデューティサイクルは、約２％から約９０％でよく、また、イオン化電源は、プラズマの成分の希望平均温度を発生するために約０％から約１００％の間で変化されてもよい。本発明のある実施形態では、直流電源（ＤＣ電源）を使用してもよいことが意図される。

[0026]一実施形態では、窒素含有ガス、例えば、Ｎ_２又はＮＨ_３を、約５０ｓｃｃｍから約２０ｓｌｍの流量でチャンバーへ導入し、チャンバー内に配置された基板を処理することができる。窒素含有ガスに加えて、不活性ガス、例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ（ネオン）、Ｋｒ（クリプトン）、又はＸｅ（キセノン）を使用して、プラズマを持続し、チャンバー内の電子温度を変更することができる。一実施形態では、不活性ガスの流量は、約０ｓｃｃｍから約２０ｓｌｍである。プラズマ窒化プロセスは、典型的に、約１ミリトールから約１トールの圧力で動作される。

[0027]低電力ＲＦ装置（例えば、ＲＦ電源１１８）により発生されるプラズマを監視し調整するために、本発明は、チャンバー内のプラズマにより発生される電磁放射を検出できる装置を使用してもよい。電磁放射は、可視光線、赤外線、ＵＶ光線、等でよい。

[0028]一実施形態では、監視システム１８２は、干渉計を使用することにより、放射された電磁放射を検出することができる。別の実施形態では、監視システム１８２は、分光器（例えば、光学的分光器）を使用することによりプラズマを監視するように適応される。一実施形態では、監視システム１８０は、プラズマからの電磁放射の単一波長を検出する。他の実施形態では、監視システム１８０は、プラズマからの種々の強度をもつ電磁放射の複数の波長を検出することができる。ある態様においては、電磁放射の複数の波長の検出を効果的に使用することができる。というのは、検出される電磁放射波は、プラズマを監視するときに、異なる波長に対して異なる振舞いをし得るからである。一実施形態では、波長が約２００ｎｍから約８００ｎｍ、また、あるケースでは、８００ｎｍから１７００ｎｍの電磁放射波を、チャンバー内にプラズマを発生するのに使用される電源に基づいて使用することができる。他の実施形態では、複数の波長の平均値を使用して、プラズマを監視することができ、また、更に別の実施形態では、１つ以上の非ＲＦ関連パラメータに加えて１つ以上の波長を使用して、プラズマを監視及び／又は制御することができる。監視システム１８２は、非反射ＲＦパラメータ、スペクトル及び非スペクトルパラメータを使用して、プラズマを監視及び制御することができる。

[0029]プラズマを発生するのに使用されるガス（例えば、窒素）の種に基づき、プラズマを監視するための特定の波長を選択することができる。例えば、第１負Ｎ_２ ^＋（１^st neg Ｎ_２ ^＋）の場合には、光学的フィルタを使用して、約３３７．１３ｎｍ又は約３９１．４４ｎｍの波長を検出し監視することができる。或いは又、第１正Ｎ_２（１^st pos Ｎ_２）の場合には、約５９０．６０ｎｍ又は約６０１．３６ｎｍの波長が監視される。プラズマ処理に使用できる典型的なガスは、例えば、Ｎ_２、Ｈ_２、Ｈｅ、Ｏ_２、ＣＯ_２、ＣＨ_４、等を含むことができる。従って、選択される波長は変化し得る。

[0030]一実施形態では、監視システム１８２は、分光計１５６、センサ１９０及びコンピュータ１９５を含むことができる。一実施形態では、コンピュータ１９５及びコントローラ１４０が、１つの同じものでよい。しかしながら、一実施形態では、コントローラ１４０がチャンバーの活動を制御するのに使用され、一方、コンピュータ１９５がプラズマの監視、データ収集及び分析を制御するのに使用される。コンピュータ１９５は、低電力ＲＦ同調モジュール（例えば、低電力ＲＦ同調ソフトウェア１８０）を含んでもよい。この低電力ＲＦ同調ソフトウェア１８０は、例えば、１つ以上の低電力ＲＦ同調機能をランタイムに遂行するダイナミックリンクライブラリー（ＤＬＬ）のような実行可能なプログラムモジュールを含んでもよい。また、低電力ＲＦ同調ソフトウェア１８０は、コンピュータ１９５により制御されるハードウェアから遠隔に配置された第２のＣＰＵ（図示せず）により記憶され及び／又は実行されてもよい。別の実施形態では、低電力ＲＦ同調ソフトウェア１８０は、コントローラ１４０及び／又はコンピュータ１９５に記憶されてもよい。他の実施形態では、低電力ＲＦ同調ソフトウェア１８０は、分光計２５６又はＲＦ電源１１８、或いはマッチングネットワーク１１９に配置されてもよい。或いは又、低電力ＲＦ同調ソフトウェアは、ＲＦ電源１１８、等のいずれかの基板処理サブシステム内に入れられた１つ以上のコンピュータに含まれてもよい。

[0031]図２は、本発明の一実施形態を示すもので、プラズマ監視のための光学的ポートセンサを伴う処理システム（処理システム２００）を例示する概略図である。図示されたように、監視システム２８０は、分光計２５６を使用して、チャンバー内に発生されたプラズマからの放射を収集することができる。光ファイバスプリッター２９２は、その放射を個別の波長に分割して、各個別の波長における放射の強度を検出することができる。一実施形態では、分光計２５６は、到来する放射を収集するために、入力スリット、回折格子（又は光学的プリズム）、回折格子コントローラ、及び検出器アレイを含むことができる。一実施形態では、分光計２５６は、プロセスを監視して制御するために、時間の関数として、放出された放射の波長範囲にわたってスキャンするように使用される。センサ２９０は、複数の波長を検出するように適応される。種々の波長を測定するのに使用される適当なセンサは、次の種類のセンサ、例えば、光電池、光導電体、光導電性接合、光放射ダイオード、光電子増倍管、サーモパイル、ボロメーター、パイロ電気センサ、又は他の同様の検出器を含むことができる。この形式のセンサ検出器を使用するときには、フィルタを使用して、検出される希望の波長を制限するのが効果的な場合がある。図３に示した一実施形態では、センサ２９０は、チャンバー壁２９９を通るプラズマ領域の直接視野に入るように窓に隣接して置くことができる。或いは又、センサは、処理チャンバー（図示せず）に挿入されてもよいし、又はその中に完全に包囲されてもよい。いずれにせよ、光ファイバケーブルを使用して、検出された信号を処理のためにコントローラへ転送し、プラズマ制御に使用される希望の処理データを得ることができる。

[0032]一実施形態では、センサ装置２９０と分光計２５６との間の光学的インターフェイスは、光ファイバアレイ２６４を使用して設けることができる。光ファイバアレイ２６４は、一般に、分光計２５６に接続された光ファイバ（検出器ファイバ）の束である。一実施形態では、光ファイバアレイ２６４は、約０．２ｍｍから約１ｍｍの合成直径を有する。また、ファイバのサイズは、反射光の収集に役立つように変化してもよい。例えば、分光計２５６に接続される検出器ファイバは、約３００ミクロンの直径を有してもよい。別の実施形態では、光ファイバアレイ１６４は、個別の検出器ファイバの必要なく分光計２５６に結合されたソースファイバのアレイを含んでもよいし、又は単一のソースファイバを含んでもよい。

[0033]動作中に、照射領域（プラズマ）２４８から反射された光が検出器２９０によって検出されて、分光計２５６へ案内される。分光計２５６は、光の波長の広いスペクトルを検出するもので、強い反射信号を有する波長を使用し及び／又は複数の波長を使用してプラズマの強度を観察できるようにする。より一般的には、反射光を分析できる分析器を使用し、シリアルケーブルを経てコンピュータ２９５へデータを供給することが意図される。

[0034]図２には１つの分光計しか示されていないが、他の実施形態では、１つ以上の固定の分光計及び／又は１つ以上の可変分光計或いはその組合せを、プラズマ監視のために基板処理システム１００内に一体化できることが意図される。

[0035]一実施形態では、分光計２５６からの出力は、分析のためにコンピュータ２９５又はコントローラ２４０へ配送され、ここに述べるようにチャンバー内のプラズマを監視し調整するためのデータとして使用することができる。コンピュータ２９５は、汎用コンピュータでも、特殊目的のコンピュータでもよく、一般的には、上述したコントローラ２４０により使用される同様のコンポーネント共に構成される。一実施形態では、コンピュータ２９５からの出力は、必要なプロセス調整を行えるようにコントローラ２４０へ配送される。別の実施形態では、コンピュータ２９５及びコントローラ２４０は、プロセスを制御し且つスペクトル情報を分析するのに必要な全ての所要ソフトウェア及びハードウェアコンポーネントを含む同じ装置でよい。いずれのケースでも、コントローラ２４０又はコンピュータ２９５、或いは処理システム内に埋設される他のコンピュータは、プロセスを監視するために、特に、以下に述べるように低電力ＲＦ同調のために、低電力ＲＦ同調モジュール（例えば、低電力ＲＦ同調ソフトウェア）を含むように適応させることができる。

[0036]図４は、本発明の一実施形態により分光計と通信する同調回路の回路図である。図示されたように、ＲＦマッチング区分４１９は、ＲＦ入力４２２と共に入力キャパシタＣ及び入力インダクタＬに直列に接続された可変キャパシタＣ_１を含む。また、ＲＦマッチング区分は、キャパシタＣ_１と接地点とにまたがって接続された第２の可変キャパシタＣ_２も含むことができる。Ｃ_１及び／又はＣ_２のキャパシタンスは、サーボユニット４４４のモータ４２２及び４４３によって意図的に繰り返し変化されてもよい。他の実施形態では、キャパシタＣ_１及びＣ_２は、両方とも、可動のキャパシタンスプレートを含み、その向きをサーボユニット４４４のモータ４４２及び４４４によって制御することができる。サーボユニット及び分光計４５６に結合された低電力ＲＦ同調モジュール及びコンピュータ４９５と通信するコントローラ４４０は、チャンバー内に発生されるプラズマを監視し、反射強度に基づいて、モータ４０及び４２の動作を制御する。このようにして、コントローラは、可変キャパシタンスＣ_１及びＣ_２の値を制御する。例えば、一実施形態では、コントローラは、特定の波長に対して最大の強度を与えるようにこれらの値を調整し、一貫したプラズマが発生されるよう保証することができる。また、マッチング回路は、図４に示す素子に加えて、他の素子（例えば、他のリアクタンス素子）を含んでもよいことに注意されたい。

[0037]他の実施形態では、１つ以上のモータと通信する複数のマッチング回路を使用して、一貫したプラズマを維持することができる。更に、マッチング回路（１つ又は複数）をＲＦ電源４１８に配置してもよいことが意図される。他の実施形態では、マッチング回路のキャパシタンスを変化させるのではなく、ＲＦ電源の周波数を変化させて、調整を同調させ、チャンバー内のプラズマを制御することができる。例えば、一実施形態では、ＲＦ電源４１８の周波数を１３．５６ＭＨｚから約１３．６ＭＨｚへとアップ方向に又は約１３．５ＭＨｚへとダウン方向に変化させて、チャンバー内のプラズマを調整することができる。また、コントローラは、一貫したプラズマを維持するために、ＲＦ電源の周波数に加えてマッチング回路の可変キャパシタンスＣ_１及びＣ_２の値を制御できることも意図される。

[0038]図５は、本発明の一実施形態により見出されたマッチングピークを示すグラフである。図示されたように、正規化された高帯域波長が反射電力（Ｐ_ｒｅｆ（Ｗ））と比較され、それに応じて、直列キャパシタンスが変化される。低電力ＲＦ同調ソフトウェアは、Ｐ_ｒｅｆが最小となる最大正規化広帯域波長を与える直列値を選択するように適応される。次いで、その選択された値を使用して直列値を比較し調整する。例えば、低電力ＲＦ同調ソフトウェアが実行されるときに、システムは、ユーザ選択パラメータを最大にする直列設定を見出すことにより所与のキャパシタンスの最適な直列値を見出す。

[0039]ある実施形態では、基板処理チャンバー１００内の処理に使用されるプロセス及び／又は基板形式に基づいて、異なる波長を選択することができる。例えば、第１の処理レシピのもとで基板を処理した後に、第２の基板処理レシピに対するプラズマ監視のために異なる波長を選択することができる。あるケースでは、基板処理システムにおいて処理される異なる基板形式に対して異なる波長を使用してもよい。

[0040]本発明の他の実施形態は、１つ以上の非反射電力方法、例えば、チャンバー圧力、基板温度、コイル電流及び／又は電圧、電子と中性子の質量比、位相、等の間の関係を使用して、一貫したプラズマプロセスを調整し維持することにより、基板処理システム内でプラズマを監視し調整するのに使用できる方法及び装置を提供することができる。例えば、一実施形態では、基板処理システム１００は、最大内部コイル電流に対応する直列値を選択することにより一貫したプラズマを与えることができる。

[0041]図６は、本発明の別の実施形態により見出されたマッチングピークを示すグラフである。図示されたように、内部コイル電流（例えば、電流(２)）が直列キャパシタと比較される。低電力ＲＦ同調ソフトウェア１８０は、最大コイル電流を与える直列値を選択するように適応される。次いで、この選択された値を使用して、直列値を比較し及び／又は調整する。例えば、低電力ＲＦ同調ソフトウェアが実行されるときに、システムは、ユーザ選択パラメータ（例えば、電流(２)）を最大にする直列設定を選択することにより、所与のキャパシタ（例えば、分路キャパシタ）に対する最適な直列値を見出す。２つ以上の変数を監視して、一貫したプラズマを調整し維持することが意図される。例えば、一実施形態では、最適なマッチング設定は、反射電力が最小で、内部コイル電流、及び／又は広帯域電磁反射の波長強度が最大であるところの直列値及び分路値に対応してもよい。

[0042]他の実施形態では、本発明は、プラズマを監視するための監視装置として使用することができる。例えば、基板処理システムは、予想される応答（例えば、所定の波長強度）を監視することができる。コンピュータ１９５は、反射電磁放射を監視することができ、予想される応答から所定のずれが検出されると、コンピュータシステムへ警告を送信することができる。他の実施形態では、コンピュータ１９５は、動的なループを使用し、所定の波長強度を維持するように同調回路を連続的に調整することができる。

[0043]図７は、本発明の実施形態による動作７００を示す。この動作７００は、例えば、コントローラ１４０によって遂行することができる。更に、以下に述べる方法の種々のステップは、同じコントローラにおいて遂行され又は繰り返される必要がない。これらの動作は、１つ以上の基板を処理する前及び／又は後に遂行されてもよい。或いは又、あるケースでは、基板処理チャンバーをクリーニングした後に、次のステップの１つ以上を遂行することができる。更に、動作６００は、図１、４、５及び６を時々参照して理解することができる。

[0044]動作は、ステップ７２０で開始され、ここで、基板処理システム１００内にプラズマが発生される。基板１１４をペデスタル１１６に載せることができ、プロセスガスがガスパネル１３８から入口ポート１２６を通して供給されて、混合ガス１５０を形成する。ＲＦ電源１１８から誘導性コイル素子１１２へ電力を付与することにより混合ガス１５０が点火されてチャンバー１１０内にプラズマが生成される。

[0045]ステップ７４０において、プラズマから反射された光がセンサ１９０を経て信号監視装置により光信号（１つ又は複数）の形態で検出及び／又は収集され、その信号は、信号ケーブル１６４により分光計１５６へ送信することができる。次いで、この信号は、分光計１５６及びコンピュータ１９５により分析することができる。ステップ７６０において、低電力ＲＦ同調モジュール（例えば、低電力ＲＦ同調ソフトウェア１８０）は、このような信号の１つ以上を入力データとして使用して、例えば、Ｃ_１及び／又はＣ_２を調整することにより、マッチング回路を調整することができる。ある実施形態では、分析された結果を使用して、制御コマンドを発生し、プラズマを同調すると共に、マッチング回路を調整することができる。更に、制御コマンドは、コントローラ１４０を経てリアクタチャンバーを制御することができる。基板処理システム１００においてプラズマを監視し、調整するために、システムは、電磁スペクトルの特定部分にわたって光の特性を測定するように適応されるプラズマデータ収集アッセンブリを使用することができる。

[0046]他の実施形態では、本発明は、チャンバー圧力、基板温度、又はアンテナ電流、及びプラズマの間の関係を利用して、一貫したプラズマプロセスを調整し、維持することができる。例えば、プラズマ監視アッセンブリは、外部アンテナに流れる電流及び内部アンテナに流れる電流（例えば、コイル電流）を監視して、プラズマを監視し、調整することができる。処理システムに電流センサを使用して、感知された電流を監視し、それをコンピュータへ報告することができる。次いで、低電力ＲＦ同調ソフトウェアが、コイルの感知電流を監視し、それに応じて、ＲＦマッチングピークを見出すように直列値を調整することができる。例えば、低電力ＲＦ同調ソフトウェアは、多数の直列値を通してシーケンスし、電流の減少を監視及び／又は記録することができる。次いで、所定数の減少ステップの後に、ピーク値を見つける。一実施形態では、その値が記録され、将来の同調動作のための基準点として使用することができる。

[0047]本発明のある実施形態では、最適なマッチング設定は、反射電力が最小で、内部コイル電流が最大で、且つ広帯域信号強度が最大であるような直列及び分路キャパシタ値に対応させることができる。更に、他の実施形態では、コントローラは、コイル電流、広帯域信号強度、反射電力、チャンバー圧力及び基板温度のような変数を単独で又は組み合わせて監視し、最適なマッチング設定を与えることができる。本発明は、プラズマの反復性にマップすることのできる他のパラメータを使用してもよいことに注意されたい。更に、望ましいマッチング設定を与えるために、測定可能な他のプラズマ特性を使用できることも意図される。

[0048]本発明の実施形態は、基板処理システム内でプラズマを監視し調整するのに使用できる方法及び装置を提供する。プラズマデータ監視アッセンブリを使用することにより、プラズマに関する情報を監視し、次いで、プラズマを調整することができる。ある実施形態では、チャンバー内に発生されるＲＦ電力に敏感な波長強度を使用することによる方法を実現できる。次いで、例えば、コンピュータソフトウェアのような電子装置がその波長強度を分析し、次いで、マッチング回路を調整することができる。このように、一貫したプラズマを得ることができる。他の実施形態では、本発明は、チャンバー圧力、コイル電流、基板温度、及びプラズマの間の関係を利用して、一貫した（例えば、反復可能な）プラズマプロセスを調整し維持することができる。

[0049]本発明の教示を組み込んだ前記実施形態を図示して詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の精神から逸脱せずに、前記教示を依然組み込んだ他の実施形態も容易に案出することができよう。

本発明の一実施形態を有する処理システムを例示する概略図である。プラズマ監視のためのセンサを伴う処理システムを例示する別の概略図である。光学的センサを有する図２のシステムのチャンバー壁の断面図である。本発明の一実施形態により分光計と通信する同調回路の回路図である。本発明の一実施形態により見出されたマッチングピークを示すグラフである。本発明の別の実施形態により見出されたマッチングピークを示すグラフである。本発明の一実施形態による処理方法のフローチャートである。

符号の説明

１００…基板処理システム、１０１…リアクタモジュール、１１０…プロセスチャンバー、１１２…誘導性コイル素子、１１４…基板、１１６…基板支持ペデスタル、１１８…高周波（ＲＦ）電源、１１９…マッチング回路、１２０…天井、１２６…入口ポート、１２７…スロットルバルブ、１３０…本体、１３４…電気的接地点、１３６…真空ポンプ、１４０…コントローラ、１４４…中央処理ユニット（ＣＰＵ）、１４２…メモリ、１４６…支援回路、１４８…ガス源、１４９…ガスコンジット、１５０…混合ガス、１５５…プラズマ、１５６…分光計、１８０…低電力ＲＦ同調ソフトウェア、１８２…監視システム、１９０…センサ、１９５…コンピュータ、２００…処理システム、２５６…分光計、２６４…光ファイバアレイ、２８０…監視システム、２９０…センサ、２９２…光ファイバスプリッター、２９９…チャンバー壁、４１９…ＲＦマッチング区分、４２２…ＲＦ入力、４２２、４２３…モータ、４４０…コントローラ、４４４…サーボユニット、４５６…分光計、４９５…コンピュータ

Claims

基板処理システム内でプラズマを監視するための方法において、
チャンバー内のプラズマから反射される反射電磁放射を監視するステップと、
上記反射電磁放射を上記処理システム内のＲＦ電力に関連付けるステップと、
反復可能なプラズマ状態を維持するようにマッチング回路を調整するステップと、
を備えた方法。
プラズマ源から反射される電磁放射は、約２００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有し、上記基板処理システムは、上記波長を検出するよう適応される、請求項１に記載の方法。
反射電磁放射を監視する上記ステップは、干渉計を使用することによって遂行される、請求項１に記載の方法。
反射電磁放射を監視する上記ステップは、分光計を使用することによって遂行される、請求項１に記載の方法。
マッチング回路を調整する上記ステップは、基板の処理の前及び後に遂行される、請求項１に記載の方法。
上記基板処理システムは、プラズマ窒化チャンバーである、請求項１に記載の方法。
上記ＲＦ電力は、約５ワットから約３０Ｋワットの有効電力を有する、請求項１に記載の方法。
上記反射電磁放射は、光学的である、請求項１に記載の方法。
基板処理システム内でプラズマを制御するための方法において、
１つ以上の基板の第１セットを処理する前にチャンバー内のプラズマから反射される反射電磁放射の波長強度の第１セットを制御するステップと、
上記反射電磁放射の第１の波長強度を上記処理システム内のＲＦ電力に関連付けるステップと、
上記反射電磁放射に基づいてマッチング回路を調整するステップと、
上記基板処理システムにおいて１つ以上の基板の第１セットを処理するステップと、
チャンバー内のプラズマから反射される反射電磁放射の波長強度の第２セットを制御するステップと、
上記反射電磁放射の第２の波長強度を上記処理システム内のＲＦ電力に関連付けるステップと、
１つ以上の基板の第２セットを処理しながら、上記反射電磁放射の第１又は第２セットに基づいてマッチング回路を調整するステップと、
を備えた方法。
上記波長強度の第２セットは、基板形式又はプロセスレシピに基づいて選択される、請求項９に記載の方法。
上記１つ以上の基板の第１セット及び上記１つ以上の基板の第２セットは、異なる形式のものである、請求項９に記載の方法。
プラズマ源から反射される電磁放射は、約２００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有し、上記基板処理システムは、上記波長を検出するよう適応される、請求項９に記載の方法。
反射電磁放射を制御する上記ステップは、干渉計を使用することによって遂行される、請求項９に記載の方法。
反射電磁放射を制御する上記ステップは、分光計を使用することによって遂行される、請求項９に記載の方法。
マッチング回路を調整する上記ステップは、修理保守を遂行する前及び後に遂行される、請求項９に記載の方法。
上記基板処理システムは、プラズマ窒化チャンバーである、請求項９に記載の方法。
上記ＲＦ電力は、約５ワットから約３０Ｋワットの有効電力を有する、請求項９に記載の方法。
基板処理システム内でプラズマを監視するための装置において、
プラズマチャンバーと、
ＲＦ電源と、
制御可能なＲＦマッチング回路と、
処理チャンバー内に配設されて、プラズマに関連したデータを取得するためのプラズマデータ監視アッセンブリと、
上記プラズマデータ監視アッセンブリにより収集されたデータとＲＦ電力との間の関係をモデリングするように適応されるソフトウェアプログラムを含み、且つ反復可能なプロセスに対して上記ＲＦマッチング回路の制御可能な素子の値を与えることのできるコンピュータと、
を備えた装置。
上記プラズマデータ監視アッセンブリは、更に、
第１リアクタンス素子、及び
第２リアクタンス素子、
を含む請求項１８に記載の装置。
上記プラズマデータ監視アッセンブリは、更に、第３リアクタンス素子を含む、請求項１８に記載の装置。
上記プラズマデータ監視アッセンブリは、干渉計である、請求項１８に記載の装置。
上記プラズマデータ監視アッセンブリは、分光計である、請求項１８に記載の装置。
上記基板処理システムは、プラズマ窒化チャンバーである、請求項１８に記載の装置。
上記データ監視アッセンブリは、約２００ｎｍから約８００ｎｍの波長をもつプラズマから反射された電磁放射を検出するように適応される、請求項１８に記載の装置。
上記ＲＦ電力は、約５ワットから約３０Ｋワットの有効電力を有する、請求項１８に記載の装置。
基板処理システム内でプラズマを監視するための装置において、
プラズマチャンバーと、
ＲＦ電源と、
制御可能なＲＦマッチング回路と、
データ監視アッセンブリにより収集されるデータとＲＦ電力との間の関係をモデリングするように適応されるデータ監視アッセンブリを含み、且つ反復可能なプロセスに対して上記ＲＦマッチング回路の制御可能な素子の値を与えることのできるコンピュータと、
を備えた装置。
収集されるデータは、コイル電流である、請求項２６に記載の装置。
収集されるデータは、電子密度である、請求項２６に記載の装置。
収集されるデータは、電子と中性子との比である、請求項２６に記載の装置。
収集されるデータは、基板の温度である、請求項２６に記載の装置。
収集されるデータは、チャンバー内に発生されるプラズマに関係付けられる、請求項２５に記載の装置。
収集されるデータは、プラズマ源から反射される電磁放射、コイル電流、電子密度、基板温度、及び電子と中性子との比、より成るグループからの２つ以上の要素を含む、請求項２６に記載の装置。