JP3993561B2 - 壁フィルムをモニターするための方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体産業で一般に集積回路の製造に関するものである。

半導体産業における集積回路（IC）の製造では、プラズマプロセスチャンバーの内部で、基板に材料を堆積したり、基板から材料を除去するために必要な表面化学反応を引き起こしたり、促進するため、プラズマを一般的に使用する。一般には、真空状態の処理室の中で、供給されたプロセスガスに対し、イオン化衝突を持続するために十分なエネルギーに電子を加熱することにより、プラズマは形成される。さらに、加熱された電子は、解離性の衝突を維持するのに十分なエネルギーを持つことが出来、そして、それにより、予め定められた条件（例えば、チャンバー圧力、ガス流量、その他）の下でガスの特定のセットは、チャンバー内で特定のプロセス（例えば、基板から材料を除去するエッチングプロセスや、または、基板に材料を付加する堆積プロセス）を実行するのに適当な電荷を帯びた種と化学反応種の集団を形成する為に選ばれる。

半導体産業は、より微細なICを生産するため、そして動作可能なICの歩留まりを向上するために絶えず努力している。したがって、ICのプロセスに使用される材料処理装置は、ますます、より厳しいエッチングおよび堆積プロセスに対する高性能要求（例えば、速度、選択性、限界寸法、その他）を満たす事を必要とされている。

本発明は、プラズマプロセスチャンバーで壁フィルムをモニターするための方法と装置に関するものである。本発明は、半導体メーカーが、半導体産業で使われる材料処理設備に対し、より厳しい高性能要求を満足出来るようにする方法と装置を有利に提供するものである。

本発明は、一般に、プラズマチャンバーと、プラズマチャンバーに用いられるモニタリングシステムと、を含むプラズマ処理システムを、有利に提供するものである。本発明のモニタリングシステムは、凹面を各々持っている第1のマイクロ波ミラーと第2のマイクロ波ミラーを含む。第1のマイクロ波ミラーと第2のマイクロ波ミラーは、プラズマチャンバーの中で、第2のマイクロ波ミラーの凹面が第1のマイクロ波ミラーの凹面と向かい合うように提供するのに適している。該発明は、第1のマイクロ波ミラーに結合する電源を更に含む。電源は、マイクロ波信号を発生するように構成される。該発明は第1のマイクロ波ミラーと第２のマイクロ波ミラーのうちの少なくとも1つに結合する検出器を含む、ここで、検出器はプラズマチャンバーの中でマイクロ波信号の真空共振電圧を測るように構成される。

本発明はまた、検出器に結合され,第１の測定された真空共振電圧と第２の測定された真空共振電圧を比較するように構成されたコントロールシステムを含む。コントロールシステムは、第２の測定された真空共振電圧が閾値を上回るかどうか判定するように構成されている。

本発明は、さらに有利にプラズマチャンバーの壁フィルムをモニターする方法を提供する。プラズマチャンバーは、凹面を有する第１のマイクロ波ミラーと、凹面を有し第１のマイクロ波ミラーに対向した第２のマイクロ波ミラーと、第１のマイクロ波ミラーに結合しマイクロ波信号を生成する電源と、第１のマイクロ波ミラーと第２のマイクロ波ミラーのうちの少なくとも１つに結合された検出器と、を含む。

本発明の方法は、プラズマチャンバーに、ウェハーを搬送する工程と、電源からのマイクロ波信号出力を共鳴周波数にセットする工程と、そしてプラズマチャンバー内のマイクロ波信号の第１の真空共鳴電圧を測定する工程と、を含む。さらに当該方法はウェハー処理工程と、プラズマチャンバー内のマイクロ波信号の第２の真空共鳴電圧を測定する工程と、リファレンスの値として第１の測定された真空共鳴電圧を使用し、第２の測定された真空共鳴電圧が閾値越えるかどうかを判定する工程と、を含む。

本発明は、半導体産業で一般に集積回路の製造に関するものである。本発明は、半導体メーカーが半導体産業で使われる材料処理装置のために、より厳しい高性能要求を満たすのを可能にする優位な方法と装置を提供する。材料処理装置の性能を向上させる方法は、製造工程中、プラズマ処理チャンバー内のプラズマ電子密度のモニターとコントロールを行うことである。理想的には、実行される処理が、その作業が実行される基板の全表面に均一に行なわれるように、プラズマ電子密度が維持されることである。

プラズマ電子密度を測るのに用いられる典型的な装置は、電子プラズマ周波数を上回る十分に高い周波数のマイクロ波システムである。該装置はプラズマ中に入れられた一対のミラーを含む。マイクロ波パワーは第１のミラー上のマイクロ波ポートに結合され、そして検出器は、対向するミラーで形成される共振空洞を通してマイクロ波パワーの伝送をモニターするために使用される。検出器は第１のミラー上の第２ポート又は第２のミラー上の第２ポートのどちらかに結合される。ガウスビームのために、空洞伝送は、ディスクリート周波数で起こる。以下の方程式によって表されるように、ディスクリート周波数は各々のミラーのアペックスの間で半波長の整数に対応する：

ここでν_{０，０，ｑ}＝はモードオーダーｑ（単に縦モードだけを仮定する、すなわちｍ＝ｎ＝0）の共鳴周波数、ｃは真空中の光の速度、ｎはミラーによって囲まれた媒体に対する屈折率、そしてｄはミラー間隔（アペックスとアペックスの間）である。真空に対して、ｎ＝１である，しかしながら、プラズマの存在、もっと具体的には、自由電子の集合体は屈折率の減少、もしくは観測可能な空洞共振周波数ν_{０，０，ｑ}の増加（シフト）を導く。与えられたモードｑに対し、周波数のシフトは、屈折率ｎと関連することが可能で、そして、それに従い、（インテグレートされた）電子密度＜ｎ_ｅ＞、は次の式によって表せる；

ν_０≫ω_ｐｅ／２πに対して。

更に詳細には、プラズマ電子密度を測定する上記システムの使用については下記国際出願に記載されている。

国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３９（米国 Ｓｅｒ．番号６０／１４４，８８０を基礎とする）、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３６（米国 Ｓｅｒ．番号６０／１４４，８８３を基礎とする）、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３５（米国 Ｓｅｒ．番号６０／１４４，８７８を基礎とする）、国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５４０（米国 Ｓｅｒ．番号６０／１６６，４１８を基礎とする）、各々は、それらの全てでレファレンスの中で含んでいる。

プラズマ電子密度のモニターすることに加えて、処理チャンバー内のプラズマ化学のモニターすることは、また有利である。特に、プラズマ化学、エッチ生成物を含んだ基板表面化学、フォトレジスト（基板マスク材料）化学、壁上の化学、の間の複合した化学の相互作用の生成物の吸着に起因するチャンバー壁上へのたいていの重合薄膜の形成をモニターすることは有利である。チャンバー内の膜成長が過剰になるとき、膜の内部応力はフレーキングの大きな原因になる。チャンバー内で形成された膜のフレーキングは、プロセス中のパーティクル発生を引き起こし、処理された基板上のデバイスを破滅的にさせることとなる。この問題を防ぐために、材料処理装置は定期的なシャットダウンと洗浄を受けることとなる。高価な基板が損傷を受けたり、ツール停止時間が過剰な処理コストの原因となる前に、膜成長をモニターする為に、正確な方法と装置は、必要になる。

本発明は、プラズマ処理チャンバーの内部で膜成長を正確にモニターするのに用いられる診断ツールを提供し、それによってチャンバーの内部で効率の良い方法にて処理されるデバイスの、再現性の良い品質を導くことにつながる。

本発明に対応したプラズマ処理システム１０の実施形態を図１．Ａに記載する。プラズマ処理システム１０はプラズマチャンバー２０とプラズマチャンバー内で使用されるモニターシステム３０を含む。モニターシステムは通常少なくとも一つのマルチモード共振器３５、電源６０，検出器７０とコントロールシステム８０を含む。望ましくは、マルチモード共振器３５は少なくとも1つの反射型面を有する開放性の共振空胴を具備し、そして反射型面は平面および／または非平面形状を有することが出来る。好ましい実施形態として、反射型面は、プラズマチャンバー２０の内部で提供される。あるいは、少なくとも1つの反射型面は、プラズマチャンバー２０の外部で提供され得る。プラズマチャンバー２０は、一般に底壁２２と、上壁２４と、第１の側壁２６と第２の側壁２７を含む側壁と、を含む。プラズマチャンバー２０は、ウェハー平面２９を有する基板ホルダー（又はチャックアッセンブリー）２８を具備する、ここでウェハー表面２９は、例えば基板１４をプラズマチャンバー内で処理するため積載する基板ホルダー２８の上部表面である。好ましい実施形態として、マルチモード共振器３５は、電源６０に結合する第１のマイクロ波ミラー４０と検出器７０に結合する第２のマイクロ波ミラー５０を具備する。マルチモード共振器は、プラズマチャンバー２０内で一般に基板ホルダー２８のウェハー平面と平行の軸に沿って延長する。好ましい実施形態として、第１のマイクロ波ミラー４０は、凹面４２を持って、プラズマチャンバー２０内で提供される。第２のマイクロ波ミラー５０は、凹面５２を持って、また、プラズマチャンバー２０内で提供される。あるいは、ミラー面は、平面および／または凸形の表面を有することが出来る。

図１．Ａで表される実施形態で、第１のミラー４０はプラズマチャンバー２０の側壁２６の中に組み込まれ、そして、第２のミラー５０はプラズマチャンバー２０の側壁２７の中に組み込まれる。第２のマイクロ波ミラー５０の凹面５２は、第１のマイクロ波ミラー４０の凹面４２の対向する位置に置かれる。ミラーの間の間隔がミラーの曲率半径に等しいとき、この形状はコンフォーカル形状と呼ぶ事が出来る。代わりの実施形態として、ミラーは、平面表面を具備する第２のミラーからの距離ｄ＝Ｒに設置された第１のミラー（曲率半径Ｒの凹面を具備している）内に半コンフォーカル構造に設置される。代わりの実施形態とし、間隔ｄは、コンフォーカル配置の両方のミラー、または半コンフォーカル配置の第１のミラーの曲率半径とは異なるように調節される。代わりの実施形態として、各々のミラーのための曲率半径は、任意である。間隔とそれぞれのミラーの曲率半径の選択は、共振空洞を設計する当業者によって良く知られている。

電源６０は、第1のマイクロ波ミラー４０に結合して、マイクロ波信号を生ずるように構成される。望ましく、マルチモード共振器３５内のマイクロ波信号は、一般に基板ホルダー２８のウェハー平面２９と平行の軸４５に沿って広がる。コントロールシステム８０は、電源６０に結合し、そして出力周波数、出力パワー、出力位相、及び電源６０の動作状態の少なくとも１つのを変更するのに適している。たとえば、コントロールシステム８０は、プラズマチャンバー２０内でプラズマが安定化する前、中、後のいろいろな時において、電源６０に対し、その動作状態を変化させることが出来る。

コントロールシステム８０は、また検出器７０に結合されている。望ましく、検出器７０は少なくとも１の送られたマイクロ波信号を測って、伝送された信号測定データを提供するように構成される、そして、検出器７０は少なくとも１の反射されたマイクロ波信号を測って、反射された信号測定データを提供するように構成される。あるいは、検出器７０は少なくとも１の伝送されたマイクロ波信号を測って、伝送された信号測定データを提供するように構成される、あるいは、検出器７０は少なくとも１の反射されたマイクロ波信号を測って、反射された信号測定データを提供するように構成される。

図１．Ａで表されるモニタリングシステム３０の実施形態は、また第２のマイクロ波ミラー５０に結合する検出器７０を含む。検出器７０は、プラズマチャンバー２０内でマイクロ波信号の真空共振電圧を測るように構成される。コントロールシステム８０は、検出器７０に接続し、そして、第１の測定された真空共振電圧と第２の測定された真空共振電圧を比較するように構成される。コントロールシステム８０は第１の測定された真空共振電圧および／または、第２の測定された真空共振電圧は閾値を上回ったかどうか判定するように構成される。コントロールシステム８０は、また、第１の測定された真空共振電圧と第２の測定された真空共振電圧の間の相違が閾値を上回るかどうか判定するように構成される。望ましくは、コントロールシステム８０は信号周波数と、信号振幅と、そして信号品質（Ｑ）と、を判定する。

図１．Ａで表された実施形態において、マイクロ波ミラー４０と５０は、凹面４２と５２が、それぞれ、お互いに対向するように、プロセスプラズマ１２の中に入れられる。マイクロ波パワーはマイクロ波開口を経て、電源６０から第１のミラー４０への入力され、そして、検出器７０は対向する第２のミラー５０に結合することにより、空洞伝送をモニターするように構成される。検出器７０は、図１．Ａの場合のように、マイクロ波パワーが入力されたミラーと対向するミラーに結合されても、または、マイクロ波パワーが入力された同じミラー（例えば図１．Ａの第１のミラー４０）に結合されてもどちらでも良い。更に以下で詳細に議論されるように、マイクロ波窓はマイクロ波入力と検出器の間に挿入され、そして、マイクロ波が入力されるそれぞれのミラーと検出器は、プラズマ処理チャンバー２０内で真空の完全性を保持するように、接続される。

図１．Ｂは、第１のミラー４０のためにマイクロ波窓アセンブリー９０の詳細な図を表し、そして、それは電源６０からチャンバー壁２６中の開口４４を通して第１のミラー４０に結合することを提供するために用いられる。同一の構造を有する窓アセンブリー９０は望ましくは第２のミラー５０に対して提供される、そして、それは第２のミラー５０からチャンバー壁２７内で開口５４を通して検出器７０に結合することを提供するのに用いられる。

図１．Ｂで表されるマイクロ波窓アセンブリー９０は、窓フランジ９４と第１のミラー４０の背面４６の間で固定されるマイクロ波窓９２を含む。図１．Ｂで表される実施形態で、窓９２は第１のミラー４０の背面４６上に、凹所を作られた部分４８内で提供される。マイクロ波窓９２は、窓フランジ９４上に提供された第１のＯリング９６と、第１のミラーの背面４６上に提供された第２のＯリング９７の間に提供される。マイクロ波窓９２を第１のミラーの背面４６に安全にマウントする為に、複数の締め金具９８は、窓フランジ９４を第１のミラー４０に、機械的に接続するために提供される。窓９２は、窓フランジ９４を通過し延びる導波管開口９５と第１のミラー４０を通過して延びる導波管開口４４の中心に配置されている。矩形導波管開口４４と９５は、動作する特定マイクロ波帯に対しサイズ設定され、そしてＥＤＭを使用し製造されている。一般には、処理物質は、窓９２の真空またはプロセス側に形成され、しかし、その処理物質は、プラズマにさらされるミラー表面上に形成されるのと異なる速度で形成される。マイクロ波窓９２は、アルミナ（サファイヤ）、アルミニュウム窒化物、石英、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ／テフロン（登録商標））またはカプトンのような誘電体で製造される。窓９２は、望ましくは、酸化物エッチング工程との適合性のために、サファイヤから作られる。

ミラー４０と５０は、望ましくはアルミニウムから作られる。他の実施形態において、ミラー４０と５０が、望ましくは１０から５０ミクロンの厚さの陽極処理か、あるいは、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のような材料でコーティングされる。

マイクロ波電源６０は、望ましくは電子的に可変同調型電圧制御ガンダイオード発振器（ＶＣＯ）である。ＶＣＯのバラクターダイオードが直流電圧でバイアスされるとき、ＶＣＯの出力周波数はいくらかのスペクトル域を越えて変えられることができる。それゆえ、ＶＣＯ仕様は、一般に中心周波数、バンド幅と最小出力パワーを含む。例えば、３５ＧＨｚでは、市販のＶＣＯとしては、Ｍｉｌｌｉｔｅｃｈ、ＬＬＣ（２０ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｒｉｖｅ，Ｅａｓｔ、Ｓｏｕｔｈ Ｄｅｅｒｆｉｅｌｄ、ＭＡ ０１３７３−０１０９）によって提供されているＷＢＶ−２８−２０１６０ＲＩ Ｇｕｎｎダイオードオシレータがある。このＶＣＯの仕様は、３５ＧＨｚの中心周波数に対し、プラスマイナス１ＧＨｚのバンド幅と、４０ｍＷの最小出力パワーを含む。バイアス同調レンジは+２５Ｖから-２５Ｖまで一般に拡大することができる。そして、それによってこのバイアス調節はＶＣＯの出力周波数の変化を導く。他の実施態様として、より高い周波数、例えば７０ＧＨｚと１０５ＧＨｚ、の操作が上記記載のＶＣＯで周波数二倍器（ＭＵＤ―15―16Ｆ００）または３倍器（ＭＵＴ−１０−１６Ｆ００）を使って達成することが出来る。上記構成を使用し、プラスマイナス２ＧＨｚのバンド幅を有する７０ＧＨｚの中心周波数と０．４ｍＷから０．９ｍＷの最小出力、そしてプラスマイナス３ＧＨｚのバンド幅を有する１０５ＧＨｚの中心周波数と０．４ｍＷから０．７ｍＷの最小出力はそれぞれ達成することが出来た。好ましい実施形態として、９４ＧＨｚのＶＣＯ（型ＧＶ―１０）が使用され、そしてそれはＦａｒｒａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＴＤ（Ｂａｌｌｉｎｃｏｌｌｉｇ、Ｃｏｒｋ、Ｉｒｅｌａｎｄ）から商業的に入手可能である。型ＧＶ−１０のＶＣＯは、プラスマイナス７５０ＭＨｚのバンド幅を有する９４ＧＨｚの中心周波数、１０ｍＷの最小出力、そして−０から−２５Ｖのバラクター調整レンジを有している。

検出器７０は、望ましくは、それらＭｉｌｌｉｔｅｃｈ、ＬＬＣから商業的に入手可能であるような汎用ダイオード検波器である。たとえば、ＤＸＰ-１５-ＲＮＦＷ０とＤＸＰ-１０-ＲＮＦＷ０は、それぞれ、Ｖ―ｂａｎｄ（５０から７０ＧＨｚ）と、Ｗ―ｂａｎｄ（７５から１１０ＧＨｚ）の汎用検出器である。

図１．Ａで表される本発明の実施形態は、電源６０と検出器７０に接続しているロックオン回路８２を含む制御システム８０を有する。望ましくは、制御システム８０はロックオン回路８２に接続しているコンピュータを具備している。ロックオン回路８２は、マイクロ波電源６０からあらかじめ選択された空胴共振までマイクロ波信号出力の周波数をロックするために利用することができる。

ロックオン回路８２は、ディザ−信号（例えば１ｋＨｚ、１０ｍＶの振幅方形波）を、図１．Ａのミラ−４０と５０の間の空洞共振での縦軸周波数に対応した、かなりその電圧に近い直流電圧と、予め選択し関係した出力ＶＣＯ周波数に重ねる（すなわち選ばれた空胴共振の“エンベロープ”の内の、ＶＣＯ出力周波数の落ち込み）。検出器７０によって検出される信号はロックオン回路８２に提供される、そこで、それは空洞伝送関数（空洞伝送力対周波数）の第１のデリバティブを表わす。検出器７０からのロックオン回路８２への信号入力は、ＶＣＯバイアス電圧の直流成分が図２で示すようにＶＣＯ出力周波数をあらかじめ選択された縦軸の共振のピークと関連する周波数にドライブするために調節されるエラー信号を提供する。図２は、複数の縦軸の共振とそれぞれの自由なスペクトル域（ＦＳＲ）を示している典型的な空洞伝送関数（負極性検出器から）を示す。図２で示す空洞伝送は、十分にＦＳＲより大きな適切な周波数範囲の全域に、ＶＣＯを掃引することによって得ることができる。

先に述べたように、チャンバー２０内のプラズマの導入は、図２（すなわち、電子密度が増加するとき、または屈折率が方程式（１）によって減少するとき、共振のそれぞれは図２の右へシフトする）で示される共振の各々に対し、周波数のシフトを引き起こす。それによって、一旦ＶＣＯの出力周波数が選ばれた空胴共振にロックされるならば、プラズマの有無の場合の直流電流バイアスは記録され、そして選択された共振の周波数シフトは電圧の違いとそれぞれのＶＣＯ較正から判定される。たとえば、ウェハー処理で、一旦新しいウエハースが材料処理のためプロセスツールにより受け取られ、そして、プラズマの点火の前に、直流バイアス電圧は記録される。以下では、この測定は、真空共振電圧と称される。一旦プラズマが形成されると、直流バイアス電圧は、与えられたウェハーに対して、時間の関数として得られる、そして電圧差異または最終的な電子密度（方程式(２)を通して）の時間変化は記録される。しかし、材料膜がミラー４０と５０の表面で形成されるとき、真空共振周波数と対応している空洞屈折率は変化する。実際、真空空洞屈折率は一般に増加することが出来、より低い周波数に共振はドリフトする結果となる。たとえば、図３は平均の膜厚（またはウエハース番号）の関数として、直流バイアス電圧の典型的変化を示す。大部分の材料膜、そして１ｍＶの電圧分解能の場合、壁フィルムの成長は、ウェハーｔｏウェハー、そしてバッチｔｏバッチからの５ミクロンの範囲でモニターすることが出来る。

図４は、ウェハーｔｏウェハーからの膜厚のバイアス電圧代表値のモニター方法のフローチャートを示す。プロセスは、ウェハーのロードとプロセス条件のためのチャンバー準備（すなわち、チャンバー真空引き、最初のガス流し、その他）のステップ１００で始められる。一旦ウェハーがロードされるならば、空胴共振は選ばれる、そして、ロックオン回路は選ばれた共振周波数にＶＣＯ出力周波数をロックするようにプログラムされる。

ステップ１０２で、伝送されるおよび／または反射された測定データは、得られる。好ましい実施形態とし、少なくとも１の真空共振電圧は、測られて、ステップ１０２で記録される。

プロセスは、ステップ１０４でプロセスコンピューターの上に記憶されたプロセスレシピによって進行する。一度、プロセスがは完了したか、あるいは、プロセスの間のどんな時間においても、測定データは処理することができる。たとえば、真空共振電圧は、以前のウェハーのために実行された電圧測定、特に、「きれいな」チャンバーの真空共振電圧、と比較される。

ステップ１０６で、コントロールシステム８０は、測定データがチャンバー壁上の膜厚による問題を示すかどうか判定する。たとえば、コントロールシステム８０は真空共振電圧が膜厚（例えば５００ミクロン）に対応してセットされた閾値を上回るかどうか判定する。ステップ１１２で判定したとき、閾値に達しておらず、そして、現在のバッチが完全していない場合には、ステップ１０８で次のウェハーはロードされて、処理される（すなわち、ステップ１００、１０２、１０４そして１０６は次のウェハーのために繰り返される）。もし閾値に達するならば、警告フラグはステップ１１０でセットされる。もしバッチが完了していないならば、現在のバッチの全てのウェハーが完了されるまで、ステップ１０８のバッチの次のウエハースはロードされて、処理される（すなわち、ステップ１００、１０２、１０４と１０６は繰り返される）。ステップ１１４で、警告フラグが以前にセットされたかどうか判定される。もし警告フラグがセットされていたならば、オペレーターにはステップ１２０で通知され、そして、次のバッチは道具洗浄と防止的なメンテナンスの後で処理が予定がされる。フラグがセットされないならば、基板処理はステップ１１６で次のバッチを続ける。

本発明は、プラズマチャンバー（例えば図１．Ａで表されるそれ）で、壁フィルムをモニターする方法を提供する。たとえば、プラズマチャンバー２０は、第１の反射表面、第１の反射表面と対向する位置に置かれる第２の反射表面、第１の反射している表面に結合して、マイクロ波信号を生ずるように構成される電源と検出器を第１の反射表面と第２の反射表面のうちの少なくとも１に結合させているマルチモード共振器を含む。

本発明の方法は、電源からのマイクロ波信号出力の周波数を共振周波数に設定するステップと、少なくとも１の検出器を使用し、プラズマチャンバー内で伝送されたおよび／または反射されたマイクロ波エネルギーを測定するステップを含む。当該方法は、さらに、測定データを処理して、測定データが閾値を上回るかどうか判定するステップを含む。

本発明に従うプラズマ処理システム１０の他の実施形態を、図５に表す。他の実施形態のプラズマ処理システム１０は、第１の実施形態の同じ構成要素の多くを含む。たとえば、プラズマ処理システム１０（図５）は、プラズマチャンバーに用いられるプラズマチャンバー２０とモニタリングシステム３０を含む。モニタリングシステムは、一般に少なくとも１のマルチモード共振器３５、電源６０、検出器７０とコントロールシステム８０を含む。望ましく、マルチモード共振器３５は少なくとも１の反射表面を有する開放性の共振空胴を具備し、そして、反射表面は、平面および／または非平面形状を持つことができる。例示された実施形態において、反射表面は、プラズマチャンバー２０の内で提供される。あるいは、少なくとも１の反射表面は、プラズマチャンバー２０の外側で提供されることが出来る。

マルチモード共振器は、一般に第１のマイクロ波ミラー４０と第２のマイクロ波ミラー５０を含む。

さらに例示された実施形態は、マイクロ波パワーが通過し共振空洞と結合する窓９２に入射したパワーの反射をモニターするために提供される。図５は、３ポート方向性カプラー１３０がマイクロ波入力（すなわちＶＣＯ）６０と入力ミラー４０の間に挿入されていることをのぞいて、非常に図１．Ａのそれに似ている。３ポート方向性カプラーは、コントロールシステム８０に結合する第２検波器１４０に接続している。典型的な３ポートカプラーは、それぞれ、Ｖ-バンド及びＷ-バンドの適用に使用するために、ＣＬ３−１５−Ｒ２０００及びＣＬ３−１０−Ｒ２０００ＮのようなものがＭｉｌｌｉｔｅｃｈから商業的に入手可能である。図５で示す３ポートカプラー１３０は、窓９２及び空洞伝送からのマイクロ波信号反射と関連するパワーに比例する信号を搾取することを可能にする。あるいは、４ポートカプラーは、伝送された信号、反射された信号の両方をモニターするのに用いることができる。

図４で表されるプロセスに代わるものとして、均一性が定められた限度の範囲内でないならば、バッチの処理は終了された途中のバッチでありえる。そのような実施形態において、システムはウエハーカートリッジが再ロードされるとき、どのウェハーがまだ処理される必要があるかについて見つけ出す。

ここで表され、記載された典型的な実施形態は本発明の好ましい実施形態を述べるものであることに留意する必要がある、そして、それらは本文書の請求の範囲をいかなる形であれ制限することを意味するものではない。

本発明の多数の修正および変更は、上記の教示を考慮して可能である。それは、添付のクレームの範囲内であれば、特にここで記載したもの以外の他の方法で発明が行われることも有ること理解するものである。

当該発明の、より完全な理解とその付随する優位性の多くは、以下の詳細な説明により、特に添付図面と連携して考慮するときに容易に明瞭になる。
図１．Ａは、本発明の実施形態によるものでプラズマ処理チャンバーに対する壁フィルムのモニタリングシステムの略図である。 図１．Ｂは、本発明の実施形態による、開口部と、マイク波窓と、関連したマウント構造を有するマイクロ波ミラーの拡大し、分解された断面図である。 図２は、複数の縦共振とそれぞれの自由なスペクトル域を示している典型的な空洞伝送関数のグラフ図である。 図３は、平均膜厚またはウェハー番号の関数として直流バイアス電圧の典型的な変化のグラフ図である。 図4は、本発明の実施形態によるプラズマ処理チャンバー内の壁フィルムの厚さをモニターする方法の流れ図である。 そして、図5は本発明の他の実施形態に従うプラズマ処理チャンバーのための壁フィルムのモニタリングシステムの略図である。

Claims (35)

1. プラズマチャンバー内で使用される壁フィルムモニターであって、少なくとも１つのマルチモード共振器と、
   前記少なくとも１つのマルチモード共振器に結合され、前記マルチモード共振器の少なくとも１つのモードに対応する励起信号を発生するように構成されている電源と、
   前記少なくとも１つのマルチモード共振器と結合され、前記励起信号を測定するように構成されている検出器と、
   前記検出器に結合し、少なくとも１つの測定されている信号を、壁フィルムの膜厚に対応する閾値信号と比較するように構成されているコントロールシステムと、を具備する壁フィルムモニター。
2. 前記少なくとも１つのマルチモード共振器は、プラズマチャンバー内に設けられるのに適合する少なくとも１つの反射表面を有する請求項１に記載の壁フィルムモニター。
3. 前記少なくとも１つのマルチモード共振器は、プラズマチャンバーの外部に設けられるのに適合する少なくとも１つの反射表面を有する請求項１に記載の壁フィルムモニター。
4. 第２のミラーの凹面を、第１のミラーの凹面に対向する位置に配置する請求項２に記載の壁フィルムモニター
5. 前記電源は、複数のマイクロ波信号を発生するように構成されている請求項１に記載の壁フィルムモニター。
6. 前記少なくとも１つのマルチモード共振器は、前記マイクロ波信号を反射するのに適合する表面を有する少なくとも１つのミラーを有する請求項５に記載の壁フィルムモニター。
7. 前記少なくとも１つのミラーは、凹面、平面、および凸面の少なくとも１つを有するミラーをさらに具備する請求項６に記載の壁フィルムモニター。
8. 前記少なくとも１つのミラーは、
   凹面を有し、プラズマチャンバー内に設けられるのに適合する第１のミラーと、
   凹面を有し、プラズマチャンバー内に設けるのに適合し、前記第１のミラーの前記凹面に対向する位置に凹面を有する前記第２のミラーと、を具備する請求項７に記載の壁フィルムモニター。
9. 前記検出器は、少なくとも１つの反射されたマイクロ波信号を測定し、反射された信号測定データを提供するように構成されている請求項６に記載の壁フィルムモニター。
10. 前記少なくとも１つのマルチモード共振器は、前記マイクロ波信号を伝送するのに適合する開口を有する少なくとも１つのミラーを具備する請求項５に記載の壁フィルムモニター。
11. 前記検出器は、少なくとも１つの伝送されたマイクロ波信号を測定し、伝送された信号測定データを提供するように構成されている請求項１０に記載の壁フィルムモニター。
12. 前記伝送される信号測定データは、振幅データ、周波数データ、位相データ、およびタイミングデータの少なくとも１つを有している請求項１１に記載の壁フィルムモニター。
13. 前記コントロールシステムは、伝送された信号測定データと壁フィルムの膜厚に対応した前記閾値信号とを比較する請求項１２に記載の壁フィルムモニター。
14. 前記反射された信号測定データは、振幅データ、周波数データ、位相データ、およびタイミングデータの少なくとも１つを有している請求項８に記載の壁フィルムモニター。
15. 前記コントロールシステムは、反射された信号測定データと壁フィルムの膜厚に対応する前記閾値信号とを比較する請求項１４に記載の壁フィルムモニター。
16. 前記伝送された信号測定データは、少なくとも１つの共振電圧を有する請求項１５に記載の壁フィルムモニター。
17. 前記電源は、前記プラズマチャンバーの壁の開口を通し前記少なくとも１つのマルチモード共振器と結合する請求項１に記載の壁フィルムモニター。
18. 前記電源と前記少なくとも１つのマルチモード共振器との間に提供される第１のマイクロ波窓と、
    前記検出器と前記少なくとも１つのマルチモード共振器との間に提供される第２のマイクロ波窓と、の少なくとも１つを、さらに具備する請求項１に記載の壁フィルムモニター。
19. 前記第１のマイクロ波窓と前記第２のマイクロ波窓は、誘電材料で形成される請求項１８に記載の壁フィルムモニター。
20. 前記第１のマイクロ波窓と前記第２のマイクロ波窓は、アルミナ、アルミニュウム窒化物、石英、および四フッ化エチレン樹脂の少なくとも１つで形成される請求項１９に記載の壁フィルムモニター。
21. 前記電源と前記少なくとも１つのマルチモード共振器の間に提供され、前記少なくとも１つのマルチモード共振器に伝送されるパワーと前記少なくとも１つのマルチモード共振器から反射されたパワーの、すくなくとも１つをモニターするように構成されている方向性カプラーを、さらに具備する請求項１に記載の壁フィルムモニター。
22. 前記電源は、少なくとも１つの電圧コントロールオシュレータで有る請求項１に記載の壁フィルムモニター。
23. 前記検出器は、少なくとも１つのダイオードを有する請求項９に記載の壁フィルムモニター。
24. 前記検出器は、少なくとも１つのダイオードを有することを特徴とする請求項１１に記載の壁フィルムモニター。
25. 前記少なくとも１つの反射表面は、アルミニュウムで構成されている請求項２に記載の壁フィルムモニター。
26. 前記少なくとも１つの反射表面は、陽極処理で有る請求項２５に記載の壁フィルムモニター。
27. 前記少なくとも１つの反射表面は、イットリアで構成されている請求項２に記載の壁フィルムモニター。
28. 前記コントロールシステムは、出力周波数、出力パワー、出力位相、および前記電源の動作状態の少なくとも１つのを変更するのに適するものである請求項１に記載の壁フィルムモニター。
29. 前記コントロールシステムは、前記マルチモード共振器に対し第１モードの公称周波数を判定し、前記電源の出力周波数を前記公称周波数に実質的に等しくなるように変更するように構成される請求項２８に記載の壁フィルムモニター。
30. 前記コントロールシステムはさらに、
    前記検出器からの検出信号を受信して、電源の出力周波数を調整するように、前記電源に対応するエラー信号を提供するように構成される請求項２９に記載の壁フィルムモニター。
31. 少なくとも１つのマルチモード共振器はプラズマチャンバー内に設けるのに適合した基板ホルダーのウェハー面に略平行な軸に沿って延びた請求項１に記載の壁フィルムモニター。
32. プラズマチャンバーと、
    前記プラズマチャンバー内で使用されるモニターシステムと、を具備し、
    このモニターシステムは、少なくとも１つのマルチモード共振器と、
    前記少なくとも１つのマルチモード共振器に結合し、前記マルチモード共振器の少なくとも１つのモードに対応する励起信号を発生するように構成される電源と、
    前記少なくとも１つのマルチモード共振器と結合し、前記励起信号を測定するように構成される検出器と、
    前記検出器と結合し、少なくとも１つの測定される信号と壁フィルムの膜厚に対応した閾値信号を比較するように構成されるコントロールシステムと、を有するプラズマ処理システム。
33. 前記電源は、プラズマチャンバー壁内の開口を通し、前記マルチモード共振器に結合している請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
34. 前記検出器は、プラズマチャンバー壁内の開口を通し、マルチモード共振器と結合する請求項３２に記載のプラズマ処理システム。
35. プラズマチャンバー内の壁フィルムのモニター方法であって、
    プラズマチャンバーは、マルチモード共振器と、
    前記マルチモード共振器と結合する電源と、
    前記マルチモード共振器と結合する検出器と、を有し、
    前記方法は、前記プラズマチャンバーの中にウェハーを搬送する工程と、
    前記電源からのマイクロ波信号出力周波数を、前記マルチモード共振器の少なくとも１つのモードに対応する励起信号を発生するように、共振周波数にセットする工程と、
    前記検出器を使用して、前記励起信号を測定する工程と、
    コントローラを使用して、前記測定された励起信号を、壁フィルムの膜厚に対応する閾値信号と比較する工程と、を具備する壁フィルムモニター方法。

Images