JP2024081722A - プラズマ処理ツールにおける画像に基づくプラズマシースプロファイル検出 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理チャンバ内のプラズマシースプロファイルを検出および監視するシステム及び方法を提供する。【解決手段】システムは、カメラ３２０などの撮像装置によって撮像された、基板３１６を処理中の基板処理チャンバ３００内のプラズマ環境の画像を受信し、基板処理中のプラズマ環境で形成されたプラズマシースを示す画像の１または複数の特徴を抽出するように構成された画像処理モジュールを備えるシステムコントローラを有する。システムコントローラは、画像から抽出された１または複数の特徴に基づいてプラズマシースプロファイルを決定し、プラズマシースプロファイルに基づいて基板処理に関する少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整する。【選択図】図３Ａ

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１８年５月２９日出願の米国特許出願第１５／９９１，０２１号の優先権を主張する。上記出願の全ての開示は、本明細書に参照として援用される。
本開示は、基板処理に関し、特に、基板処理チャンバ内のプラズマシースプロファイルを検出および監視することに関する。

本明細書に記載の背景技術の説明は、本開示の内容を一般的に提示するためである。現在名前が挙げられている発明者の発明は、本背景技術欄、および出願時の先行技術に該当しない説明の態様において記載される範囲で、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。

基板処理システムは、半導体ウエハなどの基板を処理するのに用いられてよい。基板上で実施されうる例示的プロセスは、化学気相堆積（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、コンダクタエッチング、および／または、他のエッチングプロセス、堆積プロセス、もしくは洗浄プロセスを含むが、それらに限定されない。基板は、基板処理システムの処理チャンバにおいて、台座、静電チャック（ＥＳＣ）などの基板支持体の上に配置されてよい。エッチングの間に、処理チャンバにガス混合物が導入されてよく、化学反応を開始するためにプラズマが用いられてよい。

プラズマを用いる基板処理の間に、基板の表面上方にプラズマ境界層（プラズマシースと呼ばれる）が形成される。プラズマシース厚は、プラズマ密度、電子温度、駆動電圧などを含むがそれらに限定されない様々な要素に依存する。例えのみでは、プラズマシース厚は、１ｍｍの何分の１から数ミリメートルまで様々であってよい。

システムは、撮像装置によって撮像された、基板処理中の基板処理チャンバ内のプラズマ環境の画像を受信し、基板処理中にプラズマ環境で形成されたプラズマシースを示す画像の１または複数の特徴を抽出するように構成された画像処理モジュールを備える。コントロールモジュールは、画像から抽出された１または複数の特徴に基づいてプラズマシースプロファイルを決定し、プラズマシースプロファイルに基づいて基板処理に関する少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整するように構成されている。

他の特徴では、抽出された１または複数の特徴は、バルクプラズマ領域とプラズマシース領域との対比に相当する。抽出された１または複数の特徴は、バルクプラズマ領域とプラズマシース領域との間の線に相当する。コントロールモジュールは、プラズマシースプロファイルを基準プロファイルと比較し、プラズマシースプロファイルと基準プロファイルとの差に基づいて少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整するように構成されている。コントロールモジュールは、プラズマシースプロファイルを基準線と比較し、プラズマシースプロファイルと基準線との差に基づいて少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整するように構成されている。コントロールモジュールは、少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整するために、プラズマシースプロファイルの平坦度を決定するように構成されている。

他の特徴では、少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングの高さに相当し、コントロールモジュールは、画像から抽出された１または複数の特徴に基づいてエッジリングの高さを調整するように構成されている。少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングに供給される電力に相当し、コントロールモジュールは、画像から抽出された１または複数の特徴に基づいてエッジリングに供給された電力を調整するように構成されている。このシステムは、さらに撮像装置を備え、撮像装置は、基板処理チャンバの側壁の開口部を通して基板のエッジ領域上方のプラズマ環境を観察するように配置されている。このシステムは、さらに、基板処理チャンバの側壁の開口部内で選択的に開閉するように配置されたシャッタを備える。コントロールモジュールは、撮像装置が画像を撮像できるようにシャッタを選択的に開閉するように構成されている。

方法は、基板処理中の基板処理チャンバ内のプラズマ環境の画像を撮像することと、基板処理中にプラズマ環境で形成されたプラズマシースを示す画像の１または複数の特徴を抽出することと、画像から抽出された１または複数の特徴に基づいてプラズマシースプロファイルを決定することと、プラズマシースプロファイルに基づいて基板処理に関する少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することと、を含む。

他の特徴では、抽出された１または複数の特徴は、バルクプラズマ領域とプラズマシース領域との対比に相当する。抽出された１または複数の特徴は、バルクプラズマ領域とプラズマシース領域との間の線に相当する。少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、プラズマシースプロファイルを基準プロファイルと比較し、プラズマシースプロファイルと基準プロファイルとの差に基づいて少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することを含む。少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、プラズマシースプロファイルを基準線と比較し、プラズマシースプロファイルと基準線との差に基づいて少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することを含む。少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、プラズマシースプロファイルの平坦度を決定することを含む。

他の特徴では、少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングの高さに相当し、少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、画像から抽出された１または複数の特徴に基づいてエッジリングの高さを調整することを含む。少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングに供給される電力に相当し、少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、画像から抽出された１または複数の特徴に基づいてエッジリングに供給される電力を調整することを含む。この方法は、さらに、撮像装置が画像を撮像できるように基板処理チャンバの側壁の開口部内のシャッタを選択的に開閉することを含む。

本開示のさらなる適用分野は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるだろう。発明を実施するための形態および特定の例は、説明の目的のみを意図し、本開示の範囲を限定する意図はない。

本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面からより深く理解されるだろう。

本開示による例示的処理チャンバの機能ブロック図。

本開示による下降位置の例示的可動エッジリング。

本開示による上昇位置の例示的可動エッジリング。

本開示による例示的電動エッジリング。

本開示による例示的処理チャンバ。

本開示による例示的コントローラの機能ブロック図。

本開示によるプラズマシースプロファイルの例示的画像。

本開示によるプラズマシースプロファイルの例示的特徴。

本開示によるプラズマシースプロファイルの別の例示的特徴。

本開示によるプラズマシースプロファイルを決定するための例示的方法。

図面では、参照番号は、類似および／または同一の要素を特定するために何度も用いられてよい。

プラズマを用いる基板処理の結果は、プラズマシースプロファイル（例えば、基板表面にわたるプラズマシースの厚さ）に依存する。例えば、プラズマエッチングプロセスでは、プラズマシースプロファイルは、エッチング速度に影響を及ぼしうる。従って、プロセスの均一性は、プラズマシースの平坦度に依存する。つまり、プロセスの不均一性を最小限にするためには、均一なプラズマシース厚が望ましい。

いくつかの例では、プラズマシースプロファイルは、処理の後に評価されてよい。例えば、各完成基板は基板処理に続いて検査されて、エッチングの均一性、チルティングなどが決定されてよい。次に、次回の基板処理のためのプラズマシースプロファイルの調整を試みるために、フィードフォワードベースで処理パラメータおよび／または処理チャンバパラメータに様々な調整が行われてよい。しかし、このようにプラズマシースプロファイルの不均一性を評価し補償することは、コストを増加させ、処理効率およびスループットを低減させうる。

本開示の原理によるプラズマシースプロファイルのシステムおよび方法は、基板処理中のプラズマシースプロファイルを決定し、それに応じてプラズマシースプロファイルの制御を容易にする。例えば、カメラなどの撮像装置は、処理チャンバ内のプラズマシースを撮像し監視するように配置されている。カメラは、処理チャンバの外に設置され、処理チャンバの側壁の窓を通してプラズマシースを観察するように配置されてよい。プラズマシースプロファイルは、決定されて、いくつかの例では、処理中にカメラによって撮像された画像に従って制御されてよい。このようにして、プラズマシースプロファイルに関する処理の不均一性は最小限になり、処理コストおよび処理時間は低減される。

いくつかの例では、基板処理システムの基板支持体は、可動および／または電動のエッジリングを備えてよい。エッチング速度およびエッチングの不均一性に影響を与える基板処理のいくつかの態様（例えば、プラズマシースプロファイル、プロセスガス流パターンなど）は、エッジリングの高さに応じて異なってよい。例えば、全体のエッチング速度は、基板の上面とガス分配装置の底面との間の距離が増すにつれて変化してよい。さらに、エッチング速度は、基板の中心から基板の外周にかけて異なってよい。従って、可動エッジリングを含む例では、エッジリングは、プロセスの不均一性をさらに最小化するために、測定されたプラズマシースプロファイルに応じて上昇および／または下降されてよい。同様に、プラズマシースプロファイルは、電動エッジリングに供給される電力を変更することでさらに制御されてよい。

ここで図１を参照すると、例示的基板処理システム１００が示されている。例えのみでは、基板処理システム１００は、ＲＦプラズマおよび／または他の適した基板処理を用いるエッチングを実施するために用いられてよい。基板処理システム１００は、基板処理システム１００の他の構成部品を取り囲み、ＲＦプラズマを含む、処理チャンバ１０２を備える。処理チャンバ１０２は、上部電極１０４と、静電チャック（ＥＳＣ）を含む基板支持体１０６とを備える。動作の間、基板１０８は、基板支持体１０６の上に配置される。例として特定の基板処理システム１００および処理チャンバ１０２が示されているが、本開示の原理は、他の種類の基板処理システムおよびチャンバ（ｉｎ－ｓｉｔｕでプラズマを生成する基板処理システム、（例えば、プラズマ管、マイクロ波管を用いる）リモートプラズマの生成および供給を実施する基板処理システムなど）に適用されてよい。

例えのみでは、上部電極１０４は、プロセスガスを導入し分配するシャワーヘッド１０９などのガス分配装置を備えてよい。シャワーヘッド１０９は、処理チャンバ１０２の上面に結合された一端を含むステム部を備えてよい。基部は、一般に筒状で、処理チャンバ１０２の上面から離れた位置で、ステム部の反対端から径方向外向きに伸びる。シャワーヘッド１０９の基部の基板対向面またはフェースプレートは、プロセスガスまたはパージガスが流れる複数の穴を備える。あるいは、上部電極１０４は導電板を備えてよく、プロセスガスは別の方法で導入されてよい。

基板支持体１０６は、下部電極として機能する導電性ベースプレート１１０を備える。ベースプレート１１０は、セラミック層１１２を支持する。いくつかの例では、セラミック層１１２は、セラミックマルチゾーン型加熱プレートなどの加熱層を含んでよい。セラミック層１１２とベースプレート１１０との間に、熱抵抗層１１４（例えば、結合層）が配置されてよい。ベースプレート１１０は、ベースプレート１１０を通る冷媒を流すための１または複数の冷媒流路１１６を備えてよい。いくつかの例では、セラミック層１１２とベースプレート１１０との間の結合層１１４の外周付近に、保護シール１７６が設けられてよい。

ＲＦ生成システム１２０は、ＲＦ電圧を生成し、上部電極１０４および下部電極（例えば、基板支持体１０６のベースプレート１１０）のいずれかに出力する。上部電極１０４およびベースプレート１１０のもう一方は、ＤＣ接地されてよい、ＡＣ接地されてよい、または浮遊状態であってよい。例えのみでは、ＲＦ生成システム１２０は、整合分配ネットワーク１２４によって上部電極１０４またはベースプレート１１０に供給されるＲＦ電圧を生成するＲＦ電圧発生器１２２を備えてよい。他の例では、プラズマは、誘導的にまたは遠隔的に生成されてよい。例示目的で示されたように、ＲＦ生成システム１２０は容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムに相当するが、本開示の原理は、他の適したシステム（例えのみでは、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）システム、ＣＣＰカソードシステム、リモートマイクロ波プラズマ生成供給システムなど）において実施されてもよい。

ガス供給システム１３０は、１または複数のガス源、ガス源１３２－１、ガス源１３２－２、・・・、およびガス源１３２－Ｎ（総称して、ガス源１３２）を備える（Ｎは、ゼロより大きい整数）。ガス源は、１または複数のエッチングガス、キャリアガス、不活性ガス、およびそれらの混合物を供給する。ガス源１３２は、パージガスを供給してもよい。ガス源１３２は、バルブ１３４－１、バルブ１３４－２、・・・、およびバルブ１３４－Ｎ（総称して、バルブ１３４）ならびに、マスフローコントローラ１３６－１、マスフローコントローラ１３６－２、・・・、およびマスフローコントローラ１３６－Ｎ（総称して、マスフローコントローラ１３６）によってマニホルド１４０に接続されている。マニホルド１４０の出力は、処理チャンバ１０２に供給される。例えのみでは、マニホルド１４０の出力は、シャワーヘッド１０９に供給される。

温度コントローラ１４２は、セラミック層１１２に配置された熱制御素子（ＴＣＥ）などの複数の加熱素子１４４に接続されてよい。例えば、加熱素子１４４は、マルチゾーン型加熱プレートのそれぞれのゾーンに対応するマクロ加熱素子、および／または、マルチゾーン型加熱プレートの複数ゾーンにわたって配置されたミクロ加熱素子の配列を含んでよいが、それらに限定されない。温度コントローラ１４２は、複数の加熱素子１４４を制御して、基板支持体１０６および基板１０８の温度を制御するのに用いられてよい。

温度コントローラ１４２は、流路１１６を通る冷媒流を制御するために冷媒アセンブリ１４６と連通してよい。例えば、冷媒アセンブリ１４６は、冷媒ポンプおよび貯留槽を備えてよい。温度コントローラ１４２は、基板支持体１０６を冷却するために、流路１１６を通じて冷媒を選択的に流すように冷媒アセンブリ１４６を操作する。

バルブ１５０およびポンプ１５２は、処理チャンバ１０２から反応剤を排出するのに用いられてよい。システムコントローラ１６０は、基板処理システム１００の構成部品を制御するのに用いられてよい。ロボット１７０は、基板を基板支持体１０６に受け渡し、基板支持体１０６から取り除くのに用いられてよい。例えば、ロボット１７０は、基板支持体１０６とロードロック１７２との間で基板を搬送してよい。別々のコントローラとして示されているが、温度コントローラ１４２は、システムコントローラ１６０の内部に実装されてよい。

基板支持体１０６は、エッジリング１８０を備える。いくつかの例では、本開示の原理によるエッジリング１８０は、基板１０８に対して動作可能（例えば、垂直方向に上下に動作可能）である。例えば、エッジリング１８０は、システムコントローラ１６０に応答するアクチュエータによって制御されてよい。いくつかの例では、ユーザは、１または複数の入力機構、表示画面などを含みうるユーザインタフェース１８４を介して、システムコントローラ１６０に制御パラメータ（例えば、浸食速度）を入力してよい。

カメラ１８６などの撮像装置は、処理チャンバ１０２内のプラズマシースを監視するように配置される。例えば、カメラ１８６は、処理チャンバ１０２の側壁１９０に設けられた窓１８８を通してプラズマシースを観察するように配置される。カメラ１８６は、以下により詳細に説明されるように、プラズマシースについての情報をシステムコントローラ１６０に通信する。

いくつかの例では、本開示の原理は、図２Ａおよび図２Ｂに示された可動エッジリング構成を有する基板支持体２００を用いて実施されてよい。例示的基板支持体２００は、その上に基板２０４が配置されている。基板支持体２００は、（例えば、ＥＳＣに相当する）内側部分２０８および外側部分２１２を有するベースまたは台座を備えてよい。例では、外側部分２１２は、内側部分２０８から独立し、内側部分２０８に対して動作可能であってよい。基板２０４は、処理のために内側部分２０８に配置される。（例えば、システムコントローラ１６０に相当する）コントローラ２１６は、１または複数のアクチュエータ２２０と通信して、基板支持体２００に対するエッジリング２２４の高さを調整するためにエッジリング２２４を選択的に昇降する。例えのみでは、エッジリング２２４は、図２Ａでは完全に下降された位置にあり、図２Ｂでは完全に上昇された例示的位置にあることが示されている。図のように、アクチュエータ２２０は、垂直方向にピン２２８を選択的に伸縮するように構成されたピンアクチュエータに相当する。他の例では、他の適した種類のアクチュエータが用いられてよい。例えのみでは、エッジリング２２４は、セラミックエッジリングまたは石英エッジリングに相当する。図２Ａでは、コントローラ２１６は、アクチュエータ２２０と通信して、ピン２２８を介してエッジリング２２４を直接昇降する。いくつかの例では、内側部分２０８は、エッジリング２２４に対して動作可能である。エッジリング２２４は、以下により詳細に説明される、１または複数の関連する浸食速度を有してよい。

他の例では、本開示の原理は、図２Ｃに示される電動エッジリング構成を有する基板支持体２００を用いて実施されてよい。この例では、コントローラ２１６は、さらに、ＲＦ電力を（例えば、ＲＦ発生器２３２およびＲＦ整合ネットワーク２３６を介して）エッジリング２２４に選択的に供給するように構成されている。いくつかの例では、エッジリング２２４は、可動および電動の両方であってよい。

次に図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本開示による例示的処理チャンバ３００が示されている。処理チャンバ３００は、基板支持体３０４を処理空間３０８で取り囲む。図のように、基板支持体３０４は、基板支持体３０４の上に配置された基板３１６を囲むように配置されたエッジリング３１２を備える。いくつかの例では、エッジリング３１２は、図２Ａおよび図２Ｂで上述されたように昇降されるように構成されてよい。

基板３１６の上方の処理空間３０８を監視するために、１または複数のカメラ（例えば、高解像度デジタルカメラ）３２０が配置される。基板３１６のエッジ領域上方の処理空間３０８の一部を撮像するように配置された２つのカメラ３２０が示されているが、１または２以上のカメラ３２０が設けられてよい。例えば、基板３１６のエッジではプラズマシースの屈曲がより起こりやすい。従って、カメラ３２０の位置及び観察角度は、プラズマシースの屈曲を検出するために基板３１６のエッジの被写範囲が最大になるように選択される。さらに、図３Ａではカメラ３２０は基板３１６のエッジ領域と並んで示されているが、他の例では、カメラ３２０は、基板３１６上方の全ての処理空間３０８を監視するために異なる位置（例えば、基板３１６に対してセンタリングされた位置）に配置されてよい。

カメラ３２０は、処理チャンバ３００の側壁３２８の開口部３２４を通して処理空間３０８を観察するように配置されている。例えば、カメラ３２０は、開口部３２４に配置された窓３３２を通して処理空間３０８を観察するように配置されている。窓３３２は、ガラスまたは他の適した透明材料で構成されてよく、真空封止されている。

窓３３２は、処理チャンバ３００内のプラズマおよび他の材料への曝露による摩耗および／または損傷を受けやすいだろう。従って、処理チャンバ３００内の環境から窓３３２を保護するために、耐プラズマ性の機械式ドアまたはシャッタ３３６が設けられてよい。例えば、シャッタ３３６は、処理チャンバ３００の側壁３２８と同じ材料で構成されてよい。シャッタ３３６は、カメラ３２０が処理空間３０８の画像を撮像できるように選択的に開かれ、プラズマ環境から窓３３２を保護して窓３３２の耐用寿命を延ばすために選択的に閉じられるように構成されてよい。例えば、シャッタ３３６は、（システムコントローラ１６０に相当しうる）コントローラ３４０からの制御信号に応答して選択的に作動されてよい。いくつかの例では、シャッタ３３６は、真空ゲートバルブなどのゲートバルブに相当する。

カメラ３２０は、（例えば、コントローラ３４０から受信した制御信号に応答して）窓３３２を介して処理空間３０８の画像を選択的に撮像するように構成され、コントローラ３４０は、撮像された画像に基づいてプラズマシースを検出し、プラズマシースプロファイルを決定し、プラズマシースプロファイルに基づいてプロセスパラメータを調整するように構成されている。処理空間３０８内のバルクプラズマの特性（例えば、電子温度、イオン濃度など）と、基板３１６に隣接するプラズマシース領域の特性との差は、撮像された画像に基づいて検出可能であり、プラズマシースは、それに応じて特定されうる。例えば、様々な特性間の差により、プラズマシース領域における可視光および紫外線の発光は、バルクプラズマと比べて異なるため、撮像された画像では識別する（すなわち、対比される）ことができる。このように、コントローラ３４０は、プラズマシースを示す撮像画像から特徴を抽出するように構成され、検出されたプラズマシースに基づいてプロセスパラメータ（例えば、エッジリング高さ、プラズマ密度プロファイル、上部電極および／または下部電極への供給電力、プロセスガス流量、サイドガス調整、コイル調整など）を選択的に調整してよい。いくつかの例では、カメラ３２０は、バルクプラズマとプラズマシース領域との対比を高めるために、１または複数の光フィルタを実装してよい。

図３Ｂに示されるように、コントローラ３４０は、カメラ３２０に撮像された、プラズマシースを示しうる画像の特徴を抽出するように構成された画像処理モジュール３４４を備える。コントローラ３４０の内部に示されているが、いくつかの例では、カメラ３２０は、画像処理モジュール３４４を備えてよい。例えのみでは、画像処理モジュール３４４は、以下により詳細に説明されるように、バルクプラズマとプラズマシース領域との対比を示す撮像画像において線を特定するように構成されている。いくつかの例では、画像処理モジュール３４４は、撮像画像をフィルタリングし、バルクプラズマとプラズマシース領域との対比を高めるために撮像画像に後処理を施してよい。

プラズマシース検出制御モジュール３４８は、画像処理モジュール３４４から抽出された特徴を受信する。他の特徴では、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、カメラ３２０から撮像画像を直接受信してよい、および／または、後処理に続いて画像処理モジュール３４４から撮像画像を受信してよい。つまり、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、抽出された特徴を受信する、および／または、撮像画像において特徴抽出を実施するように構成されてよい。例えば、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、メモリ３５２に格納された画像処理アルゴリズムに従って特徴抽出を実施してよい。

プラズマシース検出制御モジュール３４８は、抽出された特徴に基づいてプラズマシースプロファイルを決定し、プラズマシースプロファイルに基づいて１または複数のプロセスパラメータを選択的に調整する。例えば、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、プラズマシースプロファイルの平坦度に従ってプロセスパラメータを調整してよい。いくつかの例では、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、プラズマシースプロファイルを基準線（例えば、基板面上方の既定距離に位置する平坦線）などの既定の基準プロファイルと比較し、プラズマシースプロファイルと基準線との差が閾値より大きいかどうかを決定する。例えば、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、基板のエッジにおけるプラズマシースプロファイルと基準線との間の距離、プラズマシースプロファイルと基準線との間の最大分散値、などを計算してよい。

一例では、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、（例えば、エッジリングアクチュエータ制御モジュール３５６を用いて）プラズマシースプロファイルを調整するためにエッジリング３１２を選択的に昇降する。例えば、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、プラズマシースプロファイルの測定された平坦度に基づいてエッジリング３１２を昇降し、プラズマシースの追加画像を撮像するようにカメラ３２０を制御し、所望の平坦度のプラズマシースプロファイルが達成される（例えば、基準線とプラズマシースプロファイルとの差が閾値より小さくなる）まで、エッジリング３１２が調整された位置でプラズマシースプロファイルの平坦度を決定するように構成されている。プラズマシース検出制御モジュール３４８は、上述のように他のプロセスパラメータ（例えば、プラズマ密度プロファイル、下部電極および／または上部電極への供給電力、プロセスガス流量、サイドガス調整、コイル調整など）を調整してよい。例えば、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、エッジリング３１２に供給されるＲＦ電力を調整する（例えば、増加または減少させる）ようにＲＦ発生器２３２を制御して、基板３１６のエッジ領域上方のプラズマシースの厚さを調整してよい。

プラズマシース検出制御モジュール３４８は、さらに、シャッタ３３６を選択的に開閉するようにシャッタアクチュエータ制御モジュール３６０を制御するように構成されている。例えば、プラズマシース検出制御モジュール３４８は、カメラ３２０が処理空間３０８の画像を撮像できるようにシャッタ３３６を選択的に開け、次にプラズマ環境から窓３３２を保護するためにシャッタ３３６を閉じる。従って、シャッタ３３６は、画像撮像のためにごく短期間（例えば、１秒未満）だけ開かれてよい。シャッタ３３６は、１枚の基板の処理の間に定期的に（例えば、１分間隔で）ユーザ入力に応答して、プラズマシースプロファイルを定期的に（例えば、既定数の基板の処理に続いて、週１回または月１回）調整するための画像撮像のために開かれてよい。

次に図４Ａを参照すると、カメラ（例えば、カメラ３２０）によって撮像されたプラズマシースの例示的画像４００および画像４０４が示されている。画像４００に示されたように、プラズマシースプロファイル４０８は、基板４１６のエッジ４１２に向かって下向きに屈曲している。他の例では、プラズマシースプロファイル４０８は、基板４１６のエッジ４１２から離れるように上向きに屈曲してよい。下向きまたは上向きの屈曲は、エッジリングが基板４１６に対して、それぞれ低すぎるまたは高すぎることを示してよい。反対に、画像４０４に示されるように、プラズマシースプロファイル４０８は、比較的平坦である。例えば、画像４０４は、プラズマシースプロファイル４０８を調整するためのエッジリングの高さまたは他のプロセスパラメータの調整に続いて撮像された画像に相当してよい。

図４Ｂおよび図４Ｃは、プラズマシースの撮像画像から抽出された例示的特徴（例えば、線４２０および線４２４）を示す。参照の抽出された特徴は、基板支持体４２８の外側部分について示されている。図４Ｂに示されるように、測定されたプラズマシースプロファイルに相当する線４２０は、基板４１６の外側エッジ４１２に向かって下向きに屈曲する。反対に、図４Ｃに示されるように、線４２４は、線４２０と比べて比較的平坦で、下向きに屈曲しない。例えば、線４２４は、プラズマシースプロファイルを調整するためのエッジリング４３２の上昇後のプラズマシースプロファイルに相当してよい。この例では、エッジリング４３２は、上述のように、線４２０および線４２４と基準線４３６との比較に応じて調整されてよい。

次に図５を参照すると、本開示によるプラズマシースプロファイルを決定するための例示的方法５００は、５０４で開始する。５０８では、基板は、処理チャンバの基板支持体の上に配置される。５１２では、基板上でプラズマ処理（例えば、プラズマエッチング工程）が実施される。５１６では、方法５００（例えば、コントローラ３４０）は、処理チャンバ内のプラズマシースの画像を撮像すべきかどうかを決定する。真の場合、方法５００は５２０に続く、偽の場合、方法５００は５２４に続く。５２４では、この方法（例えば、コントローラ３４０）は、プラズマ処理が完了したかどうかを決定する。真の場合、方法５００は５２８で終了する。偽の場合、方法５００は５１２に続く。

５２０では、方法５００（例えば、コントローラ３４０）は、処理チャンバの側壁の開口部を通してプラズマシースの画像が撮像されるようにシャッタ（例えば、１または複数のシャッタ３３６）を開く。５３２では、方法５００（例えば、カメラ３２０）は、プラズマシースの画像を撮像する。５３６では、方法５００（例えば、コントローラ３４０）は、シャッタを閉める。５４０では、方法５００（例えば、コントローラ３４０）は、プラズマシースプロファイルを決定するために撮像画像を分析する。例えば、方法５００は、プラズマシースプロファイルの平坦度を決定する。５４４では、方法５００（例えば、コントローラ３４０）は、測定されたプラズマシースプロファイルの平坦度に応じて、１または複数のプロセスパラメータ（例えば、エッジリング高さ、エッジリングへの供給ＲＦ電力など）を調整すべきかどうかを決定する。真の場合は、方法５００は５４８に続く。偽の場合は、方法５００は５２４に続く。

５４８では、方法５００（例えば、コントローラ３４０）は、プラズマシースプロファイルを調整するために１または複数のプロセスパラメータを調整する。例えば、方法５００は、エッジリング高さを調整する。方法５００は、次に５２０に続き、工程５２０、工程５３２、工程５３６、工程５４０、および工程５４４を繰り返す。つまり、エッジリング高さの調整後に、方法５００は、プラズマシースの別の画像を撮像して、所望平坦度のプラズマシースプロファイルを達成するためにエッジリング高さをさらに調整すべきかどうかを決定する。

前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その適用、または使用を限定する意図はない。本開示の広義の教示は、様々な形態で実施されうる。よって、本技術は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を考察すると他の変更点が明らかになるため、本技術の真の範囲は、それほど限定されるべきでない。方法内の１または複数の工程は、本技術の原理を変更することなく異なる順序で（または、同時に）実行されてよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有すると上述されているが、本開示の実施形態に関して記載されたそれらの１または複数の特徴は、他の実施形態において、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて（その組み合わせが明記されていなくても）実施されうる。つまり、記載の実施形態は、相互に排他的でなく、１または複数の実施形態の互いの並べ替えは、本開示の範囲内に留まる。

要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間的および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接する」、「近接する」、「上に」、「上方」、「下方」、および「配置された」を含む様々な用語を用いて説明される。上記の開示で第１の要素と第２の要素との関係が説明されるときは、「直接的」であると明記されない限り、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の要素が介在しない直接的関係でありうるが、第１の要素と第２の要素との間に１または複数の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接的関係でもありうる。本明細書では、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという表現は、非排他的論理、ＯＲ、を用いる論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。

いくつかの実施形態では、コントローラは、上記の例の一部でありうるシステムの一部である。かかるシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理構成部品（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含みうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のそれらの動作を制御するための電子機器と統合されてよい。この電子機器は、システムの様々な構成部品または副構成部品を制御しうる「コントローラ」を意味してよい。コントローラは、処理条件および／またはシステムの種類に応じて、プロセスガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツールに対するウエハ搬入出、ならびに／または、特定のシステムに接続もしくは結合されたロードロックに対するウエハ搬入出など、本明細書に記載されたプロセスを制御するようにプログラムされてよい。

概して、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にする、様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（または、プログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ウエハダイの製造中における１または複数の処理工程を実現するために、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。

いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合または結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよく、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えば、コントローラは、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にする「クラウド」内にあってよい、または、ファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうるネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１または複数の動作中に実施される各処理工程のパラメータを特定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラが接続するまたは制御するように構成されたツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。よって、上述のように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続される１または複数の個別のコントローラを含むことや、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的のために協働することによって分散されてよい。かかる目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として）設置され、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１または複数の集積回路と連通する、チャンバ上の１または複数の集積回路であろう。

制限するのではなく、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、クリーンチャンバまたはクリーンモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる他の半導体処理システムを含んでよい。

上述のように、ツールによって実施されるプロセス工程に応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはツールモジュール、他のツール構成部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つまたは複数と連通しうる。

Claims (20)

1. システムであって、
   （ｉ）撮像装置によって撮像された、基板処理中の基板処理チャンバ内のプラズマ環境の画像を受信し、（ｉｉ）前記基板処理中の前記プラズマ環境で形成されたプラズマシースを示す前記画像の１または複数の特徴を抽出する、ように構成された画像処理モジュールと、
   （ｉ）前記画像から抽出された前記１または複数の特徴に基づいてプラズマシースプロファイルを決定し、（ｉｉ）前記プラズマシースプロファイルに基づいて前記基板処理に関する少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整する、ように構成されたコントロールモジュールと、
   を備えるシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記１または複数の特徴の１つは、バルクプラズマ領域とプラズマシース領域との対比に相当する、システム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、
   前記１または複数の特徴の前記１つは、前記バルクプラズマ領域と前記プラズマシース領域との間の線に相当する、システム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記コントロールモジュールは、（ｉ）前記プラズマシースプロファイルを基準プロファイルと比較し、（ｉｉ）前記プラズマシースプロファイルと前記基準プロファイルとの差に基づいて前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整する、ように構成されている、システム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記コントロールモジュールは、（ｉ）前記プラズマシースプロファイルを基準線と比較し、（ｉｉ）前記プラズマシースプロファイルと前記基準線との差に基づいて前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整する、ように構成されている、システム。
6. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記コントロールモジュールは、前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整するために、前記プラズマシースプロファイルの平坦度を決定するように構成されている、システム。
7. 請求項１に記載のシステムであって、
   （ｉ）前記少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングの高さに相当し、（ｉｉ）前記コントロールモジュールは、前記画像から抽出された前記１または複数の特徴に基づいて前記エッジリングの前記高さを調整する、ように構成されている、システム。
8. 請求項１に記載のシステムであって、
   （ｉ）前記少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングに供給される電力に相当し、（ｉｉ）前記コントロールモジュールは、前記画像から抽出された前記１または複数の特徴に基づいて前記エッジリングに供給される前記電力を調整する、ように構成されている、システム。
9. 請求項１に記載のシステムであって、さらに、
   前記撮像装置を含み、前記撮像装置は、前記基板処理チャンバの側壁の開口部を通して前記基板のエッジ領域上方の前記プラズマ環境を観察するように配置されている、システム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、さらに、
    前記基板処理チャンバの前記側壁の前記開口部内で選択的に開閉するように配置されたシャッタを備える、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、
    前記コントロールモジュールは、前記撮像装置が前記画像を撮像できるように前記シャッタを選択的に開閉するように構成されている、システム。
12. 方法であって、
    基板処理中の基板処理チャンバ内のプラズマ環境の画像を撮像することと、
    前記基板処理中の前記プラズマ環境で形成されたプラズマシースを示す前記画像の１または複数の特徴を抽出することと、
    前記画像から抽出された前記１または複数の特徴に基づいてプラズマシースプロファイルを決定することと、
    前記プラズマシースプロファイルに基づいて前記基板処理に関する少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することと、
    を含む、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記１または複数の特徴の１つは、バルクプラズマ領域とプラズマシース領域との対比に相当する、方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記１または複数の特徴の前記１つは、前記バルクプラズマ領域と前記プラズマシース領域との間の線に相当する、方法。
15. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、前記プラズマシースプロファイルを基準プロファイルと比較し、前記プラズマシースプロファイルと前記基準プロファイルとの差に基づいて前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することを含む、方法。
16. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、前記プラズマシースプロファイルを基準線と比較し、前記プラズマシースプロファイルと前記基準線との差に基づいて前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することを含む、方法。
17. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、前記プラズマシースプロファイルの平坦度を決定することを含む、方法。
18. 請求項１２に記載の方法であって、
    （ｉ）前記少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングの高さに相当し、（ｉｉ）前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、前記画像から抽出された前記１または複数の特徴に基づいて前記エッジリングの前記高さを調整することを含む、方法。
19. 請求項１２に記載の方法であって、
    （ｉ）前記少なくとも１つの処理パラメータは、エッジリングに供給される電力に相当し、（ｉｉ）前記少なくとも１つの処理パラメータを選択的に調整することは、前記画像から抽出された前記１または複数の特徴に基づいて前記エッジリングに供給される前記電力を調整することを含む、方法。
20. 請求項１２に記載の方法であって、さらに、
    撮像装置が前記画像を撮像できるように、前記基板処理チャンバの側壁の開口部内のシャッタを選択的に開閉することを含む、方法。

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