JP2012533908A - プラズマ放電の検出、絶縁および防止のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ＲＦ生成源、第１の電極、第２の電極および要素と共に用いられる装置である。ＲＦ生成源は、第１の電極にＲＦ信号を供給するように動作し、これにより、第１の電極と第２の電極との間に電位を生成する。装置は、接続部および電流シンクを含む。接続部は、第１の電極、第２の電極および要素のうちの１つに電気的に接続するように作動可能である。電流シンクは、接続部分と接地への経路とに電気的に接続する。電流シンクは、電圧閾値を含む。電流シンクは、電気的に接続される第１の電極、第２の電極および要素のうちの１つの電圧が電圧閾値より大きい場合に、接続部から接地に電流を導電させるように作動可能である。
【選択図】図１１

Description

半導体産業では、プラズマがシリコンウエハの処理に広く利用されている。通常、基板に材料を堆積および／または基板から材料をエッチングするために、プラズマチャンバが使用される。プラズマの動的状態を考慮すると、異なる電位の２つのノード間における、アークとして知られている電子の瞬間放電を検出して制御することが常に必要である。アーク放電は、さまざまな理由によりプラズマ処理システムによくみられる問題である。第一に、アーク放電は、急速な放電を引き起こすため、破壊的であることが多く、プラズマチャンバ内で部品を破壊したり、および／または、徐々に破壊したりする可能性がある。また、アーク放電の存在は、堆積および／またはエッチ速度などのさまざまな処理パラメータに影響を及ぼし、これは、加工処理されるウエハの不均一性の原因となりうる。さらに、アーク放電は、ウエハ表面に欠陥を引き起こす可能性があり、ウエハ上に製造され、動作する半導体装置の歩留まりを低下させる。したがって、ウエハ加工処理時に、プラズマチャンバ内でアーク発生を検出し、絶縁し、防止する有効な方法を見いだすことが望ましい。

アーク放電は、プラズマチャンバ内の不安定性の１つと考えることができる。プラズマの不安定性によって、プロセス制御を困難にする（プロセス再現性を低下させる）可能性があることが知られており、一般に、プラズマの不安定性を最小限に抑える方法が開発されている。

図１は、プラズマの不安定性を最小限に抑えるフィードバック制御を使用する従来のプラズマ処理システム１００のブロック図である。システム１００は、プラズマチャンバ１５０、発電機１１０、電力変調器１２０および信号検出器１３０を含む。

動作時、発電機１１０は、例えばアンテナまたは容量結合装置を経由してプラズマチャンバ１５０に電力（たとえばＲＦ電力）を供給する。供給された電力は、プラズマの形成を可能にする。信号検出器１３０は、プラズマのパラメータに関する信号をプラズマから収集し、この信号は、プラズマのパラメータ（たとえば、電子密度、電子温度、イオン密度、陽イオン温度）と特定の関係または相関を有する。電力変調器１２０は、プラズマのパラメータの不安定性を減少させるために、検出された信号に応じて発電機１１０によって発生した電力を変調するように作動可能である。このように、プラズマの不安定性を、プラズマチャンバ１５０に供給された電力のフィードバック制御によって最小限にする。

しかし、この基本システムは、プラズマチャンバに供給される電力を制御できるにすぎず、プラズマチャンバ内に発生しうる不安定性を直接制御できない。また、システム１００は主に、アーク放電と関係があるかどうか不明である一般的なプラズマの不安定性を最小限にすることを対象にしている。したがって、特にプラズマ処理チャンバでアーク放電を診断するように設計される方法およびシステムを使用することがさらに望ましい。

図２は、プラズマ処理チャンバでアーク放電を減少させるための従来の方法２００を示すフローチャートである。方法２００は、処理チャンバのガス分散面板に電圧プローブを結合させて（２０２）、面板電圧を測定する（２０４）ことから開始してもよい。高速電圧測定装置は、電圧プローブと結合して、面板電圧測定の経時変化を示すプロットを生成して（２０６）もよい。このプロットは、処理チャンバ内のアーク放電を示す特徴（たとえば電圧スパイク）を含むことが可能であり、これらの特徴は、アーク放電の根本原因を診断し、修正するために使用してもよい。

方法２００では、プラズマ堆積時に、アーク放電を減少させる（または除去する）ために、プラズマ堆積処理に対して３つの調整が行われる。これらの調整は、処理チャンバに供給される全ＲＦ電力を減少させるなどＲＦ電力レベルを変更する（２０８）ことを含んでもよい。ＲＦ電力の多重周波数を処理チャンバに供給する場合、１または複数のＲＦ周波数に対してパワー調整を行ってもよい（たとえば、２周波数のＲＦ電源では、低周波ＲＦ周波数電力レベルまたは高周波ＲＦ周波数電力レベルのいずれかを調整する）。電力レベル調整は、処理チャンバの電圧上昇によって引き起こされるアーク放電を回避するために、堆積の終了前にＲＦ電力の供給を減少させたり、停止したりすることを含んでもよい。

調整は、ＲＦ電力を処理チャンバに供給するランプ速度に応じて行ってもよい（２００）。一般に、従来のＰＥＣＶＤ堆積プロセスでは、ＲＦＲＦ電力を、可能な限り高速（たとえば５０００ワット／秒以上）でピーク電力レベルに高める。このランプ速度に対する調整は、ＲＦＲＦ電力および／または低周波ＲＦ電力のランプ速度を下げることを含んでもよく、０ワットからピーク電力レベルに連続的に増大させる代わりに、電力を段階的に増大させることを含んでもよい。

プラズマを形成するために使用する１または複数の前駆体ガスの流量に対してさらに調整を行って（２１２）もよい。たとえば、フッ素ドープケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）膜のプラズマ堆積では、シリコン前駆体ガスまたはフッ素前駆体ガスの流量は、アーク放電を回避するために減少させてもよい。また、この調整は、処理チャンバに１または複数の前駆体を導入するタイミングを変化させることを含んでもよい。たとえば、処理チャンバのプラズマの初期形成時のアーク放電を減少させるために、ＲＦ電力を供給する前にフッ素前駆体の導入を開始してもよい。

堆積処理の特徴に応じて、アーク放電を減少または除去するために、１または複数の調整２０８、２１０および２１２のあらゆる組み合わせを実施してもよい。

方法２００は、（ステップ２０６で、面板電圧のプロットでスパイクを観察することによって）大量のプラズマ内に見られる乱れを検出することを可能にするが、アークをフィードフォワードで軽減する方法を提供していない（アークは一度発生したときのみ検出でき、あらゆる調整はその後に発生するアークを防止するために行われる）。さらに、方法２００は、アークに関する特定の情報（位置、持続時間、強度など）を全く提供していない。

他の従来のアーク検知システムは、プラズマチャンバに供給される電力を監視し、チャンバの電圧および／または電流を所定の閾値と比較することを含む。特定のプラズマ処理システムに関しては、処理を駆動する電源は、チャンバに送達される電力を制御しようとする。チャンバ要素（アノード、カソードおよびチャンバ環境を含む）のインピーダンスは、プラズマを生成する供給回路のインピーダンスと直列である。プラズマで一定の電力を保持するための電圧と電流との関係は、チャンバ要素のインピーダンスに依存する。アークがプラズマチャンバで発生すると、チャンバのインピーダンスの大きさは急速に低下し、これにより、プラズマ生成供給回路のインピーダンスを変化させる。電源および配電回路は、かなりの直列インダクタンスを含み、回路内で電流を変更できる流量を制限する。したがって、チャンバインピーダンスが急速に低下すると、このインダクタンス構成要素によってチャンバ電圧の大きさが急速に減少する。アーク放電事象が発生すると、チャンバ電圧が急速に低下するため、所定電圧閾値または適応電圧閾値を下回る予想外の電圧降下を利用してアーク放電条件の発生を定義することができる。これは、以下に記載するように、図３に示す従来システムの背後にある原理である。

図３は、アーク検出配置を使用する別の従来のプラズマ処理システム３００を示す。システム３００は、スパッタリングおよび堆積に使用される物理堆積（ＰＶＤ）システムであるが、アーク検出配置はプラズマエッチングシステムなどの他のプラズマシステムに接続して実装されてもよい。

システム３００は、低圧力でアルゴンなどのガス３１５を含む堆積チャンバ３１０を含む。金属ターゲット３２０が、真空チャンバ３１０に配置され、カソードとして独立している電源インタフェースモジュール（ＰＳＩＭ）３４０を介して電源３３０と電気結合される。電源３３０およびチャンバ３１０は、同軸相互接続ケーブル３３５を使用して結合される。基板（ウエハ）３２５は、アノードとして接地接続を介して電源３３０と結合される。また、真空チャンバ３１０は通常、接地（アース）と結合される。回転磁石３２７は、一貫したターゲット着装を維持するようにプラズマを誘導するために含まれる。ＰＳＩＭ３４０は、チャンバ電圧を感知するように適合されたバッファ付きの電圧減衰器３４４を含み、電圧信号経路３４２を介して、アーク検出装置（ＡＤＵ）３５０にチャンバ電圧に対応するアナログ信号を供給する。また、ＰＳＩＭ３４０は、チャンバ３１０に流れる電流を感知するように適合されたホール効果型電流センサ３４６を含み、電流信号経路３４８を介してチャンバ電流に対応するアナログ信号をＡＤＵ入力に供給する。ＡＤＵ３５０は、ローカルデータインタフェース３７０を介して、論理配置３６０、たとえばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）と通信可能に結合される。論理配置３６０は、データ網３８０、たとえば高水準プロセス制御ネットワークと結合されてもよい。

動作時、電源３３０によってターゲット３２０（カソード）と基板３２５（アノード）との間で生成される電界は、真空チャンバ３１０内のガスのイオン化を引き起こす。電離気体原子（たとえばプラズマ）は、電界によって加速され、高速でターゲットに衝撃を与え、ターゲット材の分子が、ターゲットから物理的に分離されるか、あるいは、「スパッタ」される。実質的には、放出された分子は、妨げられることなく、低圧ガスおよびプラズマを通り抜けて基板に衝突し、基板３２５にターゲット材のコーティングを形成する。

電圧信号経路３４２を介して、ＡＤＵ３５０は、チャンバ３１０の電圧を監視し、電圧の大きさが既定のアーク閾値電圧値を下回っている場合は常に、アーク放電状態を検出する。また、電流信号経路４８を介して、チャンバ３１０に流れる電流を監視し、アーク放電事象の検出に使用し、電流量が既定の電流閾値を超える場合は常に、アーク放電事象を判定する。閾値は、論理配置３８０によって設定される。また、ＡＤＵ３５０は、少なくとも１つの閾値に対応するアーク放電条件（事象）を考慮し得る。ここから、検出されるアーク放電供与発生の割合を測定することが可能である。ＡＤＵ３５０は、アーク持続時間を測定するために、時計およびデジタルカウンタを含んでもよい。このように、チャンバ３１０内のアーク放電の量および重大度（発生数、持続時間、強度など）は容易に評価することが可能であり、加工処理されるウエハに起こりうる損傷を正確に評価することが可能となる。

アーク放電を密接に監視することができるものの、システム３００はアーク位置を視認できず、アーク発生後の影響を緩和することができるのみである。アーク放電は多くの場合、加工処理されるウエハに欠陥／不均一性を招くことから、アーク発生を防ぐことができるプラズマ処理システムを有するのが望ましい。

必要とされるのは、プラズマチャンバ内のアーク放電を検出、絶縁および／または防止することができるプラズマ処理システムである。

本発明の目的は、プラズマ処理システムを併用するシステムと、プラズマチャンバ内のアーク放電を検出、絶縁および／または防止するプラズマ処理システムを作動する方法とを提供することである。

本発明の態様によれば、装置は、ＲＦ生成源、第１の電極、第２の電極および要素と用いられ得る。ＲＦ生成源は、第１の電極にＲＦ信号を供給し、これにより、第１の電極と第２の電極との間に電位を生成するように作動可能である。装置は、接続部および電流シンクを含む。接続部は、第１の電極、第２の電極および要素のうちの１つに電気的に接続するように作動可能である。電流シンクは、接続部および接地への経路と電気的に接続される。電流シンクは、電圧閾値を含む。電流シンクは、電気的に接続される第１の電極、第２の電極および要素のうちの１つの電圧が、電圧閾値より大きい場合、接続部から接地に電流を伝導させるように作動可能である。

本発明の他の目的、利点および新規の特徴は、以下の記載で部分的に説明され、以下の記載を検討し、本発明の実施を知ることによって、当業者には部分的に明らかになる。本発明の目的および利点は、本願の特許請求の範囲に特に指摘している手段および組み合わせにより実現され、得られる。

添付の図面は、本願明細書の一部に組み込まれてその一部を構成し、本発明の典型的実施形態を示し、本発明の記載と共に本発明の原理を説明する。

プラズマ不安定性を最小限に抑えるフィードバック制御を使用する、従来のプラズマ処理システム１００のブロック図である。 プラズマ処理チャンバでアーク放電を減少させるための、従来の方法２００を示すフローチャートである。 アーク検出配置を使用する別の従来のプラズマ処理システム３００を示す図である。 本発明の一態様による、アーク防止装置と容量結合されたＲＦプラズマ処理システム４００を示す図である。 電流シンク４０８として実装されるダイオード５０２を含むシステム４００からのＥＳＣ４０４の分解図である。 電流シンク４０８として実装されるダイオード回路６０２を含むシステム４００からのＥＳＣ４０４の分解図である。 本発明の一態様による、システム４００内のアーク防止を実施するアルゴリズム７００の一実施例を示すフローチャートである。 ダイオード５０２として、あるいは、ダイオード回路６０２に使用することが可能なダイオード８００の概略図である。 順バイアスを印加したダイオード９００の概略図である。 本発明の一態様による、制御装置によって監視されるアーク絶縁装置と容量結合されたＲＦプラズマ処理システム１０００を示す図である。 本発明の一態様による、アーク絶縁装置、可変電圧源および電流センサを有する容量結合されたＲＦチャンバシステム１１００の概略図である。 本発明の一態様による、システム１２００内のアークの検出を実施するアルゴリズム１２００の一実施例を示すフローチャートである。

本発明の一態様によれば、プラズマ処理システムは、プラズマチャンバ内のアーク（特に、電力が供給された電極と接地（アース）との間のアーク）の存在を検出し、絶縁し、防止する方法を備える。この方法は、電力が供給された電極と接地との間に配置され、電子部品を含む回路に依存し、その抵抗は、トランジスタやダイオードなどのように、印加した電圧の関数である。回路は、電力が供給された電極から接地に流れる電流を監視して制御できることから、アークの検出および絶縁を可能にし、アークがプラズマチャンバ内で発生するのを防止する。本発明の態様による特定の例示的実施形態は、図４〜１２を参照して説明される。

図４は、本発明の態様によるアーク防止装置と容量結合されたＲＦプラズマ処理システム４００を示す。システム４００は、上側電極４０２、静電チャック（ＥＳＣ）４０４、ＲＦ電源４０６および電流シンク４０８を含む。ＥＳＣ４０４はＲＦ電源４０６と電気的に接続されているが、上側電極４０２は接地されている。電流シンク４０８は、ＥＳＣ４０４と電気的に接続されている。

動作時、ＲＦ電源４０６によって供給されるＲＦ電位は、ＥＳＣ４０４と上側電極４０２との間でプラズマ４１０の形成を許容する。印加したＲＦ電位のため、ＥＳＣ４０４で電荷が増大する。ＥＳＣ４０４の形状が不均一であるために、ＥＳＣ４０４の表面に沿ったＲＦ電圧は不均一となる。これらの不均一性は、ＥＳＣ４０４のいくつかの領域に電荷蓄積を引き起こし、チャンバ内（ＥＳＣ４０４と上側電極４０２との間）でアークが発生する原因となりうる。

したがって、アーク発生を防止するためには、電流シンク４０８は、ＥＳＣ４０４から接地に過剰電荷を排出するように作動可能である。電流シンク４０８は、電圧（ＥＳＣ４０４の電圧と同じ）が標準プラズマチャンバ作動条件と一致している場合、開回路として作動するように設計されている。ＥＳＣ４０４の電圧が所定の閾値を超える場合は、電流シンク４０８は、導電するようになり、これにより、ＥＳＣ４０４から電荷を排出する電流シンクとして作動するように設計される。このように、電流シンク４０８は、「ヒューズ」のように作動し、アークが発生する可能性を示す「異常」電圧が発生した場合にのみ作動する。

本発明の態様に従って、電流シンク４０８の一例示的実施形態について、図５を参照して記載する。

図５は、電流シンク４０８として実装されるダイオード５０２を有するシステム４００のＥＳＣ４０４の分解図を示す。ダイオード５０２は、標準のプラズマチャンバの動作と一致する全電圧に関して、無視できる量の電流のみを搬送する開回路と同じように特に設計される。他の電圧すべてに関しては、ダイオード５０２は、導体として作動し、これにより、ＥＳＣ４０４から接地に電荷を排出する。このように、ダイオード５０２は、アーク発生を防止ために動作する。

本発明の態様に従って、図６を参照して電流シンク４０８の別の例示的実施形態を以下に記載する。

図６は、電流シンク４０８として実装されるダイオード回路６０２を有するシステム４００のＥＳＣ４０４の分解図を示す。図に示すように、ダイオード回路６０２は、ＥＳＣ４０４のさまざまな位置に取り付けられた複数のダイオードを含む。上述のように、個々のダイオードは、ＥＳＣ４０４に印加される電圧に依存して、開閉するスイッチのように作動可能である。図５を参照して説明したように、単一のダイオード５０２とは異なり、ダイオード回路６０２を有する利点は、複数のダイオードはアークの発生した場所に関してさらに正確に求めることが可能にする。特に、たとえば既知のあらゆるダイオード監視のシステムまたは方法に基づいて、ダイオード回路６０２内のどのダイオードが電流を導電させたかに注目することによって、アークが発生したＥＳＣ４０４上の正確な位置が決定され得る。このように、システム４００は、アークの発生を防止できるのみならず、アークが発生する可能性のある位置を絶縁することができる。

本発明によるアーク防止の方法の一例は、図７を参照して記載する。

図７は、本発明の態様によるシステム４００内でアーク防止を実施するアルゴリズム７００の一例を示すフローチャートである。この実施例では、単一のダイオード（ダイオード５０２など）またはダイオード回路（ダイオード回路６０２など）が電流シンク４０８として実装されると仮定している。

アルゴリズム７００は開始し（Ｓ７０２）、プラズマチャンバは動作し、システム４００はウエハ加工処理を開始する（Ｓ７０４）。たとえば、ＲＦ電源４０６は作動し、チャンバ内にプラズマを形成できるようにＥＳＣ４０４にＲＦ電力を供給してもよい。

次に、加工処理の間に、電流シンク４０８は、ＥＳＣ４０４の局所電圧を感知する（Ｓ７０６）。

次に、ＥＳＣ４０４の電圧が規定のウエハ処理条件と一致するか否かを判定する（Ｓ７０８）。ＥＳＣ４０４の電圧が規定のウエハ処理条件と一致する場合、たとえば、ＥＳＣ４０４の電圧が電流シンク４０８の所定の閾値以下である場合、ウエハ加工処理は正常に処理される。この場合、電流シンク４０８は、開回路のような状態となり、電流を導電しない。

この時点で、ウエハ加工処理が完了したか否かを判定する（Ｓ７１０）。ウエハ加工処理が完了している場合、アルゴリズム７００は停止する（Ｓ７１２）。アルゴリズム７００が完了していない場合、電流シンク４０８は、ＥＳＣ４０４の電圧の感知を継続する（Ｓ７０６）。

ステップＳ７０８に戻り、ＥＳＣ４０４の電圧が規定のウエハ処理条件と一致していない場合、たとえば、ＥＳＣ４０４の電圧が電流シンク４０８の所定の閾値を超える場合、電流シンク４０８は、ＥＳＣ４０８から接地（Ｓ７１４）へ電流を排出するために電流を導電させる。この後、ウエハ加工処理は停止し、アルゴリズム７００は停止し（Ｓ７１２）、ウエハ加工処理を継続するためにはシステム４００を再開する必要がある。

図５および図６では、電圧の関数としての可変抵抗と、通電に関して「オン」と「オフ」を切り替える能力により、電流シンク４０８にダイオードが実装される。図８は、ダイオード５０２として、あるいは、ダイオード回路６０２に使用することが可能なダイオード８００の概略図を示す。

図では、電圧源８０２を介してバイアスを印加したダイオード８００を示す。ダイオード８００は、ｐ−ドープ領域８０４、ｎ−ドープ領域８０６および空乏領域８０８を含む。電圧源８０２の極性は、たとえば、ｐ−ドープ領域８０６にｎ−ドープ領域８０４より高いバイアスを印加するということは、ダイオード８００に逆バイアスが印加されていることを示す。ダイオード８００に逆バイアスが印加されると、空乏領域８０８は極めて大きくなり、電位が大幅に低下し、ダイオード８００を流れる電流フローに対するバリアとして機能する。その結果、ダイオード８００に逆バイアスが印加されると、電流はほとんど流れず、ダイオードは「オフ」であると考えられる。

図５〜６に戻り、システム４００では、正常動作時に、電流シンク４０８（ダイオード５０２またはダイオード回路６０２）のダイオードは、逆バイアスが印加されるように設定され、これにより、有効な電流を導電せず、ダイオードは「開回路」、すなわち、無視できる電流フローがあるとみなされる。

図９は、順バイアスを印加したダイオード９００の概略図を示す。図では、電圧源９０２を介してダイオード９００にバイアスが印加される。ダイオード９００は、ｐ−ドープ領域９０４、ｎ−ドープ領域９０６および空乏領域９０８を含む。電圧源９０２の極性は、たとえば、ｐ−ドープ領域９０４にｎ−ドープ領域９０６より高いバイアスを印加することは、ダイオード９００に順バイアスが印加されていることを示す。

ダイオード９００に、順バイアスが印加されると、空乏領域９０８は比較的小さくなり、電位はほとんど低下しないことから、電流フローに対するバリアはほとんどない。正孔濃度曲線９０８および電子濃度曲線９１０は、ダイオード９００全体の正孔および電子の濃度を示す。正孔濃度曲線９０８および電子濃度曲線９１０は、どのように濃度の勾配が過剰電子９１６および過剰正孔９１８を引き起こすかをさらに示す。これらの過剰電子９１６および過剰正孔９１８は、電流を形成する電子および正孔の拡散を引き起こす。この状態で、順バイアス時には、無視できない量の電流がダイオード９００を流れ、ダイオード９００は「オン」であるとみなされる。

図４〜６に戻り、システム４００では、単一のダイオード（図５のダイオード５０２など）またはダイオード回路（図６のダイオード回路６０２など）が電流シンク４０８として実装される場合、いずれかのダイオードに印加される電圧が、規定のウエハ処理条件に関する閾値を超える（局所電荷の蓄積と、アークが発生する可能性とを示す）ように変化する場合は常に、そのダイオードは、「オン」となり、電流が流れることを可能にし、これにより、蓄積された過剰電荷は全て接地に排出される。

電流シンク４０８に実装されるダイオードは、その形状（幅、領域など）のほかにｎ領域およびｐ領域の特定のドーピングが、アーク防止装置として特徴を高めることが可能となるように設計してもよい。電流フローに対するダイオードの磁化率の変化は、電荷の消散を制御することを可能とし、これにより、正確な電流経路を求めることによって壊滅的なアーク事象の発生を防止する。

システム４００で、電流シンク４０８のダイオードによって感知されるアークの存在を監視して検出するピーク検出器を追加してもよい。ピーク検出器が実装され、複数のダイオード（ダイオード回路６０２など）が電流シンク４０８として実装される場合、システム４００は、プラズマチャンバのアーク発生を検出、防止、絶縁する能力を有する。これらの能力は、アーク放電によるチャンバへのあらゆる損傷を防止するのに有用であるのみならず、アークの位置に基づいて、アークが発生する可能性のある理由を知る上での手掛かりとなるのに有用である。

システム４００は、アーク防止装置の個々の要素を監視する制御装置を含んでもよい。図１０は、本発明の態様に従って、制御装置によって監視されるアーク絶縁装置と容量結合されたＲＦプラズマ処理システム１０００を示す。

システム１０００は、ＲＦ電源１００２、処理モジュールユーザインタフェース１０１２、アークアイソレータ１０１４およびプラズマチャンバ１０１６を含む。プラズマチャンバ１０１６は、ＥＳＣ１０１８、ＥＳＣベースプレート１０２０およびチャンバ壁１０２４を含む。アークアイソレータ１０１４は、デジタルまたはアナログの制御装置とダイオード回路１０２２とを含む（図示せず）。ダイオード回路１０２２は、ＲＦ電源１００２を介して電力が供給されたＥＳＣベースプレート１０２０と、接地されたチャンバ壁１０２４との間に配置される。

動作時には、ソース１００２によって供給されたＲＦ電位によって、プラズマ１０２６がチャンバ１０１６に形成する。印加したＲＦ電位のため、ＥＳＣ１０１８およびＥＳＣベースプレート１０２０で電荷が増大する。ＥＳＣ１０１８およびＥＳＣベースプレート１０２０の形状が不均一なので、ＲＦ電圧はＥＳＣ１０１８およびＥＳＣベースプレート１０２０に沿って不均一となる。これらの不均一性は、ＥＳＣ１０１８およびＥＳＣベースプレート１０２０のいくつかの領域に電荷蓄積を引き起こし、ＥＳＣベースプレートと接地との間（チャンバ壁１０２４）でアークが発生する原因となりうる。

したがって、アークの位置を検出して、正確に示すためには、ＥＳＣベースプレート１０２０に沿ったさまざまな位置で電圧を監視することができる。これは、アークアイソレータ１０１４のダイオード回路１０２２を介して行われる。

ダイオード回路１０２２は、標準のプラズマチャンバの動作と一致する全電圧に対して、たとえばＥＳＣベースプレート１０２０およびチャンバ壁１０２２といったチャンバ電極によって形成されるキャパシタと並列に、ダイオード回路１０２２を流れる電流を抑制するような方向に配置される。ダイオード回路１０２２のダイオードは、ＥＳＣベースプレート１０２０の領域を覆うように、所定の位置に配置されてもよい。電圧がＥＳＣベースプレート１０２０の任意の場所で変化し、つまり、局所の電荷蓄積を示す場合は常に、ダイオード回路１０２２の局所ダイオードが「オン」となり、過剰電荷が接地に排出される。このように、アークの発生そのものが防止される。アークアイソレータ１０１４を介してダイオードの電圧および電流を全て監視することによって、アークの存在を検出できるのみならず、オンとなったダイオードに基づいてアーク発生の明確な位置を絶縁できる。

システム１０００では、ＥＳＣベースプレート１０２０およびＥＳＣ１０１８の電荷蓄積は、接地への漏洩電流の経路を制御するために監視される。他の実施形態では、他のチャンバ構成要素の電荷および漏洩電流は、アークを防止するために監視して制御してもよい。

これまで、電流シンクとして実装されたダイオードが、その特定の特性（ドーピング、形状など）のみに基づいてオンオフを切替える受動素子にかかわる実施形態を記載してきた。この場合、電流シンクに使用するためのダイオードは、プラズマ処理条件に適した所望の電圧閾値で切り替わるように留意して設計する必要がある。電圧閾値を変更する必要がある場合、電流シンクに使用するダイオードの交換が必要となる。したがって、さまざまなプラズマ処理条件から得ることが可能となるさまざまな電圧閾値に適応させるように調整できる、制御可能なアーク防止装置を実装するのが望ましい。別個に制御可能な装置を使用する他の利点は、接続された装置（たとえばＥＳＣ）に沿って、電圧をさらに精確に制御することが可能になることである。この種類の実施形態は、図１１および図１２を参照してさらに記載する。

図１１は、本発明の態様による容量結合したＲＦチャンバシステム１１００の概略図である。

システム１１００は、ＲＦ電源１１０２、上側電極１１０４、下側電極１１０６、アーク絶縁装置１１０８、ダイオード制御装置１１１０、アークアイソレータ１１１２および高インピーダンス抵抗１１２２を含む。アーク絶縁装置１１０８は、システム１０００のダイオード回路１０２２などのダイオード回路を含んでもよい。ダイオード制御装置１１１０は、電流センサ１１１８および可変バイアス電源１１２０を含む。アークアイソレータ１１１２は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１１１４およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１１１６を含む。

動作時には、ＲＦ電源１１０２は、下側電極１１０６にＲＦ電力を供給するが、上側電極１１０４は接地される。プラズマ（図示せず）は、上側電極１１０４と下側電極１１０６との間で形成される。高インピーダンス抵抗１１２２は、バイアス電源１１２０からのバイアス電圧がアーク絶縁装置１１０８にほとんど伝導されるように、アーク絶縁装置１１０８と接地との間に配置される。さらに、高インピーダンス抵抗１１２２は、接地に伝導させる代わりに、アーク絶縁装置１１０８を通して電流センサ１１１９に電流の大部分を流すようにする。

電流センサ１１１８は、アーク絶縁装置１１０８に流れる漏洩電流を検出する。ＡＤＣ１１１４は、電流センサ１１１８に印加される電圧をサンプリングする。ＦＰＧＡ１１１６は、アーク事象を判定するために、さらには、バイアス電源１１２０に対して適切な設定点を維持するために、ピーク検出アルゴリズムを適用する。バイアス電源１１２０は、ダイオード回路１０２２の各ダイオードのため独立した電圧出力を有する。したがって、下側電極１１０６に印加される電圧を精確に調整することができ、これにより、得られたプラズマの均一性を改善することができる。また、個々のダイオードの電流および電圧を監視することによって、アークが発生しうる位置を正確に示すことができる。このように、動作時には、潜在的なアーク放電事象の存在は、容易に検出、絶縁および防止される。

ウエハ加工処理時のシステム１１００のアークの検出、絶縁および防止方法は、図１２を参照してさらに明らかに記載する。図１２は、本発明の態様に従って、システム１２００においてアークの検出を実施するアルゴリズム１２００の一例を示すフローチャートである。

方法１２００は開始し（Ｓ１２０２）、潜在的なアークを特定するためのパラメータ閾値が設定される（Ｓ１２０４）。パラメータは、電圧、電流またはアークの潜在的存在を特定するために監視する別のパラメータであってもよい。たとえば、電流センサ１２１８によって感知される漏洩電流閾値を設定してもよく、これにより、特定の漏洩閾値を超えると、下側電極１２０６の電圧または電荷が不均一であると想定され、アークが発生する可能性を示すことが可能となる。

次に、プラズマチャンバは作動して、システム１１００はウエハ加工処理を開始する（Ｓ１２０６）。たとえば、ＲＦ電源１２０２は作動して、上側電極１１０４と下側電極１１０６との間でプラズマを形成できるように、下側電極１２０６にＲＦ電力を供給してもよい。

アークを特定するために使用されるパラメータが測定される（Ｓ１２０８）。たとえば、電流センサ１２１８を流れる漏洩電流が、監視パラメータの場合、ＡＤＣ１２１４はこの電流をサンプリングする。

この時点で、監視パラメータが設定した閾値内にあるか否かが判定される（Ｓ１２１０）。たとえば、電流センサ１２１８を流れる漏洩電流が監視パラメータの場合、ＦＰＧＡ１２１６は、この漏洩電流を設定した漏洩電流閾値と比較する。

監視パラメータが閾値内にある場合、ウエハ加工処理は、正常に処理され、処理が完了したか否かが判定される（Ｓ１２１４）。処理が完了している場合、ウエハ加工処理は終了し、ＲＦ電力の供給は停止される（Ｓ１２１６）。ウエハ加工処理が完了していない場合、アークを特定するために使用されるパラメータが再度測定される（Ｓ１２０８）。

再びステップＳ１２１０に戻り、設定したパラメータ閾値内に監視パラメータがないと判定された場合、アーク絶縁装置１１０８は調整される（Ｓ１２１２）。たとえば、設定したパラメータ閾値を超える漏洩電流をセンサ１１１８が感知した場合、ＦＰＧＡ１１１６は、アーク絶縁装置１１０８に印加される電圧を適切に調整するようにバイアス電源１１２０を調整する。次に、アーク絶縁装置１１０８は、電流を排出し、これにより、漏洩電流は、設定したパラメータ閾値内に低下される。このように、アーク絶縁装置１１０８は、下側電極１１０６の表面印加される電圧の分布がさらに均一となるように調整され、アーク発生を防止することが可能である。

一例示的実施形態では、下側電極１１０６に配置されるダイオード回路としてアーク絶縁装置１１０８を実装することによって、漏洩電流が増大した特定のダイオードの絶縁が可能となり、検出した不均一な位置を正確に示すことが可能となる。

アーク絶縁装置の調整後、監視パラメータは再測定される（Ｓ１２０８）。手順は、ステップＳ１２１４で加工処理の終了が判定されるまで繰り返され、加工処理の終了が判定されるとステップＳ１２１６に進み、処理フローは終了する。

図５、６および図８〜１１を参照して記載する実施形態は、電流シンク４０８としてダイオードを使用する。他の実施形態は、電流シンク４０８として他の受動的または能動的な電流シンク装置を使用してもよく、その非限定的例はトランジスタ、バラクタおよび電位差計を含むことに留意する。さらに他の実施形態は、受動的または能動的な電流シンク装置の非限定的例群の少なくとも２つを組み合わせて電流シンク４０８として使用してもよい。

図４〜６および図８〜１１を参照して記載する実施形態は、ＥＳＣまたはＥＳＣベースプレートから電流を流す電流シンク４０８を使用する。他の実施形態を使用して、別の電極から電流を流す電流シンク４０８を使用してもよいことに留意されるべきである。さらに他の実施形態は、電流シンク４０８を使用して、システム内の別の要素から電流を流してもよく、限定を目的としないが、例えば、ホットエッジリング、チャンバ壁ガス入力ポートおよび締結装置が含まれる。さらに他の実施形態は、複数の電流シンクを使用して、システム内で複数の要素から電流をそれぞれ流してもよく、限定を目的としないが、例えば、ＥＳＣ、ＥＳＣベースプレート、ホットエッジリング、チャンバ壁ガス入力ポートおよび締結装置が含まれる。

本発明のさまざまな好適な実施態様に関する上の記載は、例示目的および説明目的で示している。この記載は、本発明を包括するものではなく、開示した精確な形態のみに本発明を限定するものでもなく、上記教示に鑑みれば明らかに多数の変形および変更が可能である。この例示的実施形態は、上に記載したように、本発明の原理および実際の適用を最も良く説明するために選択し、記述したものであり、これにより、当業者が、予測される特定の用途に適合するようにさまざまな実施形態でさまざまな変更を加えて本発明を利用することは可能である。本発明の範囲は、本願の特許請求の範囲によって定義するものである。

Claims (16)

1. ＲＦ生成源、第１の電極、第２の電極および要素と共に用いられる装置であって、前記ＲＦ生成源は前記第１の電極にＲＦ信号を供給するよう動作し、これにより前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位を生成し、前記装置は、
   前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの１つに電気的に接続するように作動可能である接続部と、
   前記接続部および接地への経路と電気的に接続される電流シンクと、を備え、
   前記電流シンクは電圧閾値を備え、
   前記電流シンクは、電気的に接続されている前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの１つの電圧が、前記電圧閾値より大きい場合に、前記接続部から接地に電流を導電させるように作動可能である、装置。
2. 前記電流シンクは、ダイオードを備える、請求項１に記載の装置。
3. 請求項２に記載の装置は、前記ダイオードにバイアス電圧を供給するように作動可能である電圧源をさらに備え、
   前記ダイオードは、前記電圧源によって印加される前記バイアス電圧に基づいて閾値電圧を変化させるように作動可能である、装置。
4. 前記電流シンクは、複数のダイオードを備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記複数のダイオードは、並列に配置されている請求項４に記載の装置。
6. 請求項５に記載の装置は、前記複数のダイオードの少なくとも１つにバイアス電圧を印加するように作動可能である電圧源をさらに備え、
   前記複数のダイオードの少なくとも１つは、前記電圧源によって印加される前記バイアス電圧に基づいて前記閾値電圧を変更するように作動可能である、装置。
7. 請求項６に記載の装置は、前記複数のダイオードの対応する１つにバイアス電圧を印加するように作動可能である複数の電圧源をさらに備え、
   前記複数のダイオードは、前記複数の電圧源によって印加される前記バイアス電圧に基づいて前記閾値前電圧を変更するように作動可能である、装置。
8. 前記電流シンクは、バラクタを備える、請求項１に記載の装置。
9. 前記電流シンクは、電位差計を備える、請求項１に記載の装置。
10. 前記電流シンクは、トランジスタを備える、請求項１に記載の装置。
11. ＲＦ生成源、第１の電極、第２の電極および要素と共に用いられるシステムであって、前記ＲＦ生成源は前記第１の電極にＲＦ信号を供給するように動作し、これにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位を生成し、前記システムは、
    第１の接続部および第１の電流シンクを有する第１の装置と、
    第２の接続部および第２の電流シンクを有する第２の装置と、を備え、
    前記第１の接続部は、前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの１つの第１の部分に電気的に接続するように動作し、
    前記第２の接続部は、前記第１の電極および前記第２の電極のうちの１つの第２の部分に電気的に接続するよう動作し、
    前記第１の電流シンクは、前記第１の接続部と接地への第１の経路に電気的に接続され、
    前記第２の電流シンクは、前記第２の接続部と接地への第２の経路に電気的に接続され、
    前記第１の電流シンクは、第１の電圧閾値を備え、
    前記第２の電流シンクは、第２の電圧閾値を備え、
    前記第１の電流シンクは、電気的に接続される前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの１つの前記第１の部分の電圧が、前記第１の電圧閾値より大きくなる場合に、前記第１の接続部から前記接地への第１の経路に電流を導電させるよう動作し、
    前記第２の電流シンクは、電気的に接続される前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの１つの前記第２の部分の電圧が、前記第２の電圧閾値より大きくなる場合、前記第２の接続部から前記接地への第２の経路に電流を導電させるように作動可能である、システム。
12. 前記第１の接続部および前記第２の接続部は、前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの同じ１つに接続する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記第１の電圧閾値は、前記第２の電圧閾値に等しい、請求項１１に記載のシステム。
14. 請求項１１に記載のシステムは、前記第１の電流シンクにバイアス電圧を印加するように作動可能である電圧源をさらに備え、
    前記第１の電流シンクは、前記電圧源によって印加される前記バイアス電圧に基づいて前記第１の閾値を変更するように作動可能である、システム。
15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記電圧源は、前記第２の電流シンクに第２のバイアス電圧を印加するようにさらに動作し、
    前記第２の電流シンクは、前記電圧源によって印加される前記第２のバイアス電圧に基づいて前記第２の閾値を変更するように作動可能である、システム。
16. ＲＦ生成源、第１の電極、第２の電極および要素を動作させる方法であって、
    電流シンクの電圧閾値を設定し、
    前記ＲＦ生成源を介して、前記第１の電極にＲＦ信号を印加して、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位を生成し、
    前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの１つの電圧が、前記電流シンクに設定された前記電圧閾値より大きい場合に、前記第１の電極、前記第２の電極および前記要素のうちの前記１つから前記電流シンクを介して接地に電流を排出することを含む、方法。

Images