JP4754757B2 - 基板のプラズマ処理を調節するための方法、プラズマ処理システム、及び、電極組体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置、特に、プラズマ処理をモニタ及び制御するような光学的なモニタ及び制御システムを有しているプラズマ反応システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
イオン化されているガス又は「プラズマ」は、半導体装置の、また、フラットパネルディスプレイの、並びに、材料のエッチング及び成長を必要としている他の産業における製造及び処理中、使用され得る。プラズマは、半導体集積回路(IC)ウェハから材料をエッチング又は除去するように、又は、半導体、導電体、並びに、絶縁体の表面へ材料をスパッタリング又は成長させるように使用され得る。製作又は製造処理で使用するようにプラズマを生成することは、典型的に、ICウェハのようなワークピース(基板)を囲んでいるプラズマチャンバ内に低圧の処理ガスを導入することによって行われる。前記チャンバ内の低圧ガスの分子は、高周波(RF)エネルギー(電力)ソースによってイオン化され、基板を覆って流れるプラズマを生成する。前記プラズマチャンバは、プラズマに必要とされる低圧を維持し、RFエネルギーソースとして働く1以上の電極を取着されるような構造として働くように、使用される。
【0003】
プラズマは、個々の電子とガス分子との衝突を介して運動エネルギーを伝達することによって、個々のガス分子をイオン化する電子流を誘導することにより、低圧の処理ガスから生成され得る。典型的に、電子は、RF電力により生成されるような電場中で加速される。このRF電力は、低周波数(550kHzより下)、高周波数(13.56MHz)、又は、マイクロ波周波数(2.45GHz)を有し得る。
【0004】
エッチングは、プラズマエッチング又は反応性イオンエッチング(RIE)によって行われ得る。プラズマエッチングシステムは、1つのRF電源、又は、1以上の周波数で作動し、対応している数の電極を備えている複数のこのような電源を有しており、この複数の電極の少なくとも1つは、前記処理チャンバ内に配置されている。プラズマは、基板の近くに生成され、この基板は、典型的に電極と共面であり、前記処理チャンバ内の基板支持部材に支持される。RFエネルギーは、容量性手段、誘導性手段、又は、容量性と誘導性との両方の手段でプラズマと結合され得る。プラズマ内の化学種は、使用されるソースガスによって決定される。
【0005】
容量性結合を使用するプラズマエッチングの方法及び装置は、US特許No.Re.30,505及び4,383,885においておおよそ示されている。容量性結合プラズマエッチング装置は、半導体基板即ちウェハが、配置される下部電極と、下部電極に対面している上部電極とを有している。前記下部及び上部電極は、各々のRF電力供給装置に接続されている。前記上部電極は、複数の部分に分離されていることが可能であり、各部分は、専用のRF電力の供給によって励磁(excite)され得る。RFパワーは、ソースガスをイオン化し、従ってプラズマを生成する。高周波の範囲が、使用され得る。
【0006】
プラズマを得るように容量性結合を使用している、ICウェハの処理のための方法及び装置は、US特許No.4,948,458において開示されている。開示されているプラズマエッチング装置は、少なくとも一部はRF透過窓によって規定されている内部を含んでいる囲いを有している。平面コイルが、窓に接近して配置されており、RFエネルギーソースが、インピーダンスをマッチングされている回路を通じて前記コイルに接続されている。前記平面コイルは、平面磁場が、前記囲いの前記内部に誘導されるようにRFエネルギーを発する。別の実施形態において、例えば、US特許No.5,234,529において、磁場は、螺旋コイルによって生成され、この螺旋コイルは、磁場が、処理チャンバ内に通過することを可能にしている壁を有している処理チャンバの少なくとも一部を囲んでいる。この磁場は、ファラデーの法則に従って電場を生成する。このようにして、プラズマが、処理ガスから生成される。このプラズマは、半導体ウェハの表面と反応し、表面から材料をエッチングする。
【0007】
プラズマは、半導体ウェハ上に、金属、半導体、並びに、絶縁体(又は、導電材、半導電材、絶縁材)の薄膜を形成するように化学気相成長(CVD)においても使用され得る。プラズマCVDは、所望の材料の成長のために必用な反応エネルギーを供給するようにプラズマを使用する。典型的に、RFエネルギーは、このプラズマを生成するように使用される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
あいにく、プラズマ処理において、エッチング又は成長の処理の質を素早く評価することは困難である。現在、処理の質を評価するように使用される方法の1つは、反応炉内でウェハを処理する工程、ウェハを取り出す工程、所定のプラズマ処理の質を決定するのに必用なデータを得るようにウェハを検査する工程という、長ったらしく高価な複数の工程を含んでいる。さらに質量流量のコントローラの故障のような、装置の不調による処理の変化は、ほとんど常に処理の生産性を減少し、試験ウェハが、処理された後、検査されるまで通常補正され得ず、これは、時間の浪費であり、高価な提案(proposition)である。
【0009】
従って、プラズマ反応システムでのプラズマ処理の質に関する情報を提供し得るその場での(in situ)モニタシステムを得ることは有益である。
【0010】
光放射の分光は、プラズマエッチングシステムでの処理の終点を検出するように通常使用される方法である。プラズマが、プラズマ内に存在している所定の原子及び分子種を励起し、エッチングされた種を特徴づけている波長の光の放射を生じさせるゆえに、この技術は、その場で可能である。
【0011】
光放射の分光を行うための光学的なモニタシステムにおいて、プラズマから放射される光の特定の波長は、選択され、光ダイオード、光電子増倍管、並びに、アレイの検出器のような検出器に与えられ、これら検出器は、光の強度を電気信号に変換する。検出された生の信号の強度は、検出された光のレベル(level)に関係していることが知られている。特定の処理の反応生成物に関連している波長を選択することにより、処理は、特定の波長で、あるいは、スペクトルのスキャンによる全ての波長でモニタされ得る。特に、エッチングされる層の下の層から生成される放出に対応している波長を選択することにより、下の層が到達された時刻が、容易に検出され得る。エッチングされる膜が、基板の材料又は膜から完全に除去されたとき、ガス相と残されている膜との両方の化学組成が変化する。エッチングされる膜からの生成種は、もはや生成されず、幾つかの反応種の濃度は、もはや反応により消費されないために増大する。これら化学的な変化は、光放射の強度の変化として現われる。従って、適切な放射の特徴の強度を継続的にモニタすることによる、放射の強度における変化は、通常、エッチングされる膜の除去と、エッチング物質(etching agent)と下の基板又は膜との接触とを知らせる。この変化は、処理の終点を知らせ、また、反応物からの放出の減少及び生成物からの放出の増加の結果であり得、あるいは、別の反応物からの放射の存在であり得る。
【0012】
プラズマ処理におけるプラズマの特徴づけを行うための装置及び方法を開示している特許の1つが、US特許No.5,691,642(’642特許)であり、この開示は、ここで参照に組み入れられる。特に、’642特許は、高周波ブロードバンド電磁測定に基づいて、閉じ込められているプラズマの分布と電子密度とを正確に特徴づけるための方法及び装置を開示している。この技術は、プラズマを通る電磁伝導の非侵入性のブロードバンドな測定を含んでいる。1つの方法において、マルチバリエーションな分析(multivariate analysis)の技術が、結果として生じたスペクトルの特徴と、電子密度又は電子分布のようなプラズマの特性とを関連づけるように利用される。代って、このような技術は、結果として生じたスペクトルと、プラズマが生成されるコンディションに関するパラメーターとを関連づけるように使用され得る。さらに、特に、定量的にプラズマを特徴づける技術は、校正プラズマを通る電磁的なエネルギーの伝導を測定することによって、1セットのブロードバンドな校正スペクトルを形成することを含んでいる。各ブロードバンドな校正スペクトルは、規定の定量的な特性に関係している異なった1セットの参照パラメーターを使用して得られる。この参照パラメーターは、例えば電子分布又は電子密度を有している校正プラズマの定量的な特性の知られている値を含み得る。代って、参照パラメーターは、特定のプラズマの定量的な特性との所定の実験的な関係を与える、チャンバ内の作動のコンディションの知られている値を含み得る。参照パラメーターの変換は、校正プラズマを通って伝達される電磁的なエネルギーの測定されたスペクトルと、参照パラメーターの値とを関連づけており、ブロードバンドな校正スペクトルに基づいて導かれる。そして、試験スペクトルは、対象のプラズマを通る電磁的なエネルギーの伝達を測定することにより得られる。従って、対象のプラズマの所定の定量的な特性の値は、参照パラメーターの変換を使用して試験スペクトルを分析することによって決定される。
【0013】
しかしながら、’642特許で開示されている発明の主な欠点は、プラズマを通るマイクロ波波長で、電磁的なエネルギーの伝達を測定することが必要であることであり、これは、比較的複雑な処理である。別の欠点は、開示されている方法及び装置は、ウェハにほぼ平行な方向についての、プラズマ内の変化についての情報を与えないことであり、そして、プラズマ処理における対応しているウェハにほぼ平行な方向についての変化が、検出され得ないことである。
【0014】
US特許No.5,200,023は、エッチングチャンバ内のその場での基板のエッチングをモニタする赤外線テレビカメラを開示している。IR放射の時間的及び空間的な解明が、エッチング処理の経過を通して、2次元的に基板の上面をモニタすることによって得られる。基板の上面で検出された温度の変則的変化(anomalies)は、基板における又はエッチング装置の作動における欠陥を示し得る。処理のフィードバック制御は、エッチングの変則的変化を相殺するように、エッチング装置の様々なパラメーター(例えば、ガスの圧力、流れのパターン、磁場、電極への冷却流等)を調節することによって達成される。エッチングの均一性及びエッチングの終点のモニタは、エッチングされている膜の発熱反応の結果生じたIRの放射をモニタすることにより達成される。IR放射は、エッチングの発熱反応の終わりに衰える。プラズマ内に浮遊している微粒子状物質は、基板を害し得、第2のIRテレビカメラを用いて特定され得、この第2のテレビカメラは、基板の上方の領域を写す。微粒子状物質は、ガスプラズマ内の局所化されている「ホットスポット(hot spots)」として現われ、また、微粒子状物質の特定は、補正の測定が行われることを可能にしている。しかしながら、US特許No.5,200,023で開示されている発明は、IR放射のみを検出し、このIR放射は、プラズマから放射された光のスペクトルの限定されている部分にすぎない。これは、プラズマ処理におけるウェハにほぼ平行な方向についての変化についての得られ得る情報量を制限する。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ処理装置、特に、プラズマ処理をモニタ及び制御するような光学的なモニタ及び制御装置を有しているプラズマ反応システムに関する。本発明の第1の態様は、電極を有しているプラズマ反応炉内での、一面を有している基板のプラズマ処理をモニタするための方法である。この方法は、プラズマエッチング反応炉内に基板を配置する工程と、その後の、プラズマエッチング反応炉内にプラズマを生成する工程と、その後の、基板のプラズマ処理中、基板の一面に平行な方向のプラズマの複数の異なった領域から発せられた光放射をモニタする工程と、その後の、プラズマの異なった各々の領域について、積算されたパワースペクトルを決定し、各積算されたパワースペクトルと所定の値とを比較する工程とを含んでいる。
【0016】
本発明の第2の態様は、すぐ上で述べた工程を実施することによってプラズマ処理を調節するための方法であって、前記電極は、電力を各々に供給され得る複数の電極部分を有しており、また、前記積算されたパワースペクトルの前記所定の値からの差異に基づいて、前記1以上の電極部分に供給されるRF電力を調節する工程をさらに有している方法である。
【0017】
本発明の第3の態様は、本発明の第1の態様において示されている方法であって、ガスの流れが、前記積算されたパワースペクトルの前記所定の値からの差異に基づいて、プラズマの異なった領域に対して調節され得る方法である。
【0018】
本発明の第4の態様は、プラズマで基板を処理するようなプラズマ反応システムのための電極装置である。この電極装置は、基板の近くで、基板にほぼ平行に配置される、複数のほぼ平らな電極部分を有している。絶縁部材が、前記複数の電極部分間に配置されており、各絶縁部材に、センサ用ボアが形成されている。前記電極装置は、複数の光ファイバセンサも有しており、各光ファイバセンサは、第1及び第2の端部を有しており、この第2の端部は、プラズマの各々の領域からの光を受けるように、各々のセンサ用ボア内に保持されている。
【0019】
本発明の第5の態様は、プラズマで基板を処理するようなプラズマ反応システムのための電極装置である。この電極装置は、平らな電極ボディを有しており、この電極ボディは、ほぼ平らな上面及び下面を有しており、この上面と下面とを接続している複数の貫通ボアを有しており、このボアを通じて、ガスが、流れ得る。前記装置は、対応している前記ボアに夫々配置されている光ファイバ支持部材も有しており、各々の部材は、前記光ファイバセンサが、プラズマからの光を受けるように、前記ボア内に前記光ファイバセンサを保持していることが可能である。
【0020】
本発明の第6の態様は、プラズマで基板を処理するようなプラズマ反応システムのための電極装置である。この電極装置は、電極ボディを有しており、この電極ボディは、下面と、この電極装置の下面に沿って配置されている複数の調節可能なノズルユニットとを有している。このノズルユニットは、前記電極装置を通るガスの流れを制御するようなものである。各ノズルユニットは、先端部を備えているノズルプラグと、このノズルプラグ及び先端部を通過しているノズルのボアとを有している。前記装置は、複数の光ファイバセンサを有しており、各センサは、前記先端部を通じてプラズマからの光を受け得るように、前記ノズルのボアの1つの内に保持されている。
本発明の第7の態様は、上述した電極装置を有しているプラズマ処理システムである。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明は、プラズマ処理装置、特に、プラズマ処理をモニタ及び制御するような光学的なモニタ及び制御装置を有しているプラズマ反応システムに関する。
【0022】
本発明は、プラズマから放射された光をモニタするような光ファイバセンサのアレイを使用することにより、プラズマ反応システムのリアルタイムなモニタ及び制御を可能にしている装置及び方法である。プラズマからの光放射が、所定の視野の角度θ(図15参照)内の複数の線にそって合計されるように、前記光ファイバセンサは、ウェハに対して配置され、これら線は、視野の角度が、大きすぎない場合、ウェハの表面に名目上は垂直である。そして、これら測定量は、処理の安定性を確保するように処理を制御する制御システムにフィードバックされる。前記センサのアレイは、それらの各々の視線が、プラズマ内の平面又はシートの複数の領域を別個にモニタするように1つの平面内に位置するように、アラインメントされ得る。本発明に関連しているモニタシステムは、また、ガスの入口(例えば、以下で示されるボア、ノズル等)からチャンバの内部へのガスの流れを邪魔することを避けるように設計されている。
【0023】
図1を参照すると、プラズマ反応システム10が、プラズマチャンバ20を有しており、このプラズマチャンバ20は、プラズマ36を保持し得る内部領域30を規定している、上壁22、下壁24、並びに、複数の側壁26を有している。前記システム10は、上面44を有している基板ペデスタル40を前記内部領域30内にさらに有しており、この基板ペデスタル上に、基板(ウェハ)50が、支持される。前記システム10は、前記内部領域30内で、前記基板ペデスタル40の上方に配置されている電極装置60も有している。
【0024】
図2及び3を参照すると、上方の前記電極装置60は、第1の実施形態で、複数の電極部分72a、72b、72c、…、72nを有し得る。前記電極部分は、互いに電気的に絶縁されており、分離されているRF電源から別個に電力を供給され得る。各電極部分は、その中を循環している液体によって別個に冷却され得、また、前記処理チャンバ内へ注入されるように、1種類(数種類)のガスを別個に供給され得る。図2及び3で示されているような、調整可能に電力を供給される分割電極を有している典型的な電極装置60は、2000年2月25日に出願された、名称MULTIZONE RF ELECTRODE FOR FIELD/PLASMAS UNIFORMITY CONTROL IN CAPACITIVE PLASMA SOURCESの、共願のUS仮特許出願No.60/185,069でも開示されており、この特許出願は、ここで参照に組み入れられる。
【0025】
図4を参照すると、前記電極装置60は、第2の実施形態で、複数の電極部分72a、72b、…、72nを有している分割電極70と、上部電極62とを有し得る。前記電極装置60は、流体が、前記電極装置を冷却するように循環し得る電極のチャンバ(図示されていない)も有し得る。調整可能な分割電極を有している典型的な電極装置60は、2000年1月10日に出願された、名称SEGMENTED ELECTRODE APPARATUS AND METHOD FOR PLASMA PROCESSINGの、US仮特許出願No.60/175,284でも開示されており、この特許出願は、ここで参照に組み入れられる。代って、前記電極装置60は、以下で詳細に示されている、図15の電極400のような複数の電極部分を有している分割電極を有し得る。
【0026】
簡便さのために、本発明を示す目的で、前記電極装置60は、図5及び6で示されているものであり得、例えば、1つの電極74が、「シャワーヘッド(shower head)」の下部ボディ(部分)74Lを有しており、この下部ボディは、前記内部領域30と接触しており、ガスを注入する複数のボア76を有しており、これらボアは、ガスの入口端部76iと、ガスの出口端部76eとを有しており、ガス供給システム(さらに以下で示されている)と気体連通(pneumatic communication)している電極のガスチャンバ78内に、前記内部領域30から延びている。前記電極74のボア76を通るガスの流れは、矢印Aで参照されている。
【0027】
再び図1を参照すると、前記システム10は、RF電力供給システム80及び82a、82b、…、82cをさらに有しており、これらは、例えば図4で示されているように、前記上部電極62及び前記電極装置60の電極部分72a,72b,…、72nと夫々電気的に接続している。
【0028】
図1を続けて参照すると、前記システム10は、基板50を基板ペデスタル40に配置し、除去するような、前記プラズマチャンバ20と作動的に接続(operative communication)しているウェハの取り扱い(handling)/ロボティック(robotics)システムをさらに有している。また、前記チャンバを浄化し(parge)、プラズマ36を生成するために、ガスをチャンバの内部領域30に供給するように、前記電極装置60と接続しているガス供給ライン124を通じて前記チャンバ20と気体連通している、ガス供給システム120を、前記システム10は有している。前記ガス供給ライン124は、例えば、電極のガスチャンバ78(図3)と連通し得る。前記ガス供給システム120内に含まれる特定のガスは、特定のプラズマ処理への適用によって決まる。しかしながら、プラズマエッチングへの適用において、前記ガス供給システム120は、塩素、水素臭化物、オクタフロシクロブタン(octafluorocyclobutane)、並びに、様々な他のフッ化炭素化合物のようなガスを好ましくは含み、化学気相成長への適用では、シラン、アンモニア、タングステン四塩化物、チタン四塩化物等を好ましくは含む。
【0029】
前記システム10は、真空ライン148を通じて前記チャンバ20と気体連通している真空システム140をさらに有している。また、前記電極装置60内の前記電極のチャンバの内と外とに冷却液を循環させるように、チャンバの前記上壁22を通じて、流体の入口ライン162i及び流体の出口ライン162eを介して前記電極装置60と液体連通している冷却システム160を好ましくは有している。
【0030】
前記システム10は、また、センサのアレイのシステム170も有しており、このセンサのアレイのシステムは、光ファイバセンサ176を備えているセンサ検出器のアレイ172(図7)を有しており、各光ファイバセンサは、前記センサ検出器のアレイと接続している第1の端部178と、前記電極装置60内にまとめられており、前記内部領域30内のプラズマ36からの光放射(即ち、光)を受けるように、また、この光を前記センサ検出器のアレイに中継するように配置されている第2の端部180とを有している。前記光ファイバセンサ176は、例えば、ジャケット176Cによって囲まれている1本の又はマルチモードの光学ファイバの1本のストランドを有し得る(図8参照)。前記ジャケット176Cは、Perkin−Elmer,Incから入手できる、部品番号C309002BSTで販売されている製品により構成され得る。前記端部180が、垂直の線V1、V2、…、Vnによって参照されているように、ウェハ50の表面に通常垂直な方向で、プラズマ36を通じて合計されている光を受けるように、前記光ファイバセンサ176は、前記チャンバ20内に配置されている。特に、プラズマ36からの光放射は、複数のパスに沿って積算され、このパスは、視野の角度θが減少するにつれて、ウェハの表面に対してより垂直に近づく(図8を参照)。このように配置された複数の前記光学ファイバセンサ176は、ウェハの複数の平行部分P1、P2、…、Pnに対応する、ウェーハの表面に平行な(即ち、横切る)方向の、プラズマ36の2次元的な光学特性を与える。
【0031】
図7を参照すると、前記センサ検出器のアレイ172は、回折格子のような分光部材184と、入射した光に応答する電気的な信号を生成し得る検出器のアレイ188とを有している。この検出器のアレイ188は、例えば、CCD又は光ダイオードのアレイのような知られている装置であり得る。前記分光部材184、前記検出器のアレイ、並びに、光ファイバセンサの前記端部178は、前記センサ端部178から発せられた光が、前記部材184に入射され、波長成分に分光され、前記検出器188に入射されるように配置されている。
【0032】
再び図1を参照すると、前記システム10は、メイン制御システム200も有しており、このメイン制御システムは、前記ガス供給システム120、前記真空システム140、前記ウェハの取り扱い/ロボティックシステム100、前記冷却システム160、前記センサ検出器のアレイシステム170、並びに、前記RF電力供給システム80及び82a,82b,…、82nと電気的に接続しており、各々の電気的な信号を通じてこれらシステムの作動を制御する。従って、前記メイン制御システム200は、以下に示すように、前記システム10における、基板50のプラズマ処理のモニタと作動とを制御する。典型的な前記メイン制御システム200は、データの獲得と制御の能力とに加えて、PENTIUM(商標)プロセッサのようなプロセッサとメモリーユニットとを有しているコンピューターである。前記制御システム200に適切なコンピューターの1つは、Dell Corporation,Dallas,Texasから入手できるDELL PRECISION WORKSTATION 610(商標)である。
【0033】
各検出器のアレイ172と、各アレイ172と関連している前記制御システム200の部分とは、1982年にGorinに特許されているUS特許No.4,357,195で開示されているような方法で構成され得る。
【0034】
図8を参照すると、既存の注入電極装置60においてボア76を用いて実施されるような本発明の第1の実施形態を示している。前記ボア76は、このボア76を通る1種類(数種類)の処理ガスの流れを過度に制限することなく、光ファイバセンサ支持部材(以下に示す)の装着を可能とするように変形されている(即ち、ガスの出口端部76eの近くの部分を除いて広げられている)。このボアは、先細のボアであり得るが、2段の端ぐりであるように、入口端部76iで好ましくは変形されている。前記光ファイバセンサ支持部材230は、前記ボア内に光ファイバセンサ176を支持するように使用されている。前記支持部材230は、円筒のボディ232を有しており、このボディは、それを通る軸方向のボア232Bと、基端部233a及び末端部233bを夫々有している。前記基端部233aは、工業規格のねじ山をつけられているSMA隔壁付きレセプタクル(bulkhead receptacle)を好ましくは構成している。前記支持部材230は、前記ボディ232の中央付近で、このボディから径方向に延びている装着用プレート234も有している。この装着用プレート234は、複数のアパーチャ236を有しており、前記支持部材230が、前記ボア76内に固定されているとき、このアパーチャを通って、1種類(数種類)の処理ガスは、前記ガスチャンバ78から前記ボア76へ移動する。前記装着用プレート234の前記アパーチャ236のサイズと数は、前記ボア76を通るガスの流れが、前記光学センサ176及び前記支持部材230を受け入れるように変形された前とほぼ同じであるように選択されている。
【0035】
図8を参照とすると、好ましい一実施形態で、前記装着用プレート234は、ねじ山をつけられている外側エッジ234eを有している。さらに、前記ボア76の前記入口端部76iは、前記装着用プレート234の前記外側エッジ234eを雌雄のねじ留めで受け入れるように、ねじ山をつけられている凹部235を好ましくは有している。前記光ファイバセンサ176の前記端部180と前記電極装置60の下面60Lとの間の距離は、前記ねじ山をつけられた凹部235の内と外とに前記光ファイバセンサ支持部材230を回して締め緩めることによって調節され得る。シム240が、確実な調整を確保するために、前記ねじ山をつけられている凹部235に、前記支持部材230と前記電極装置60との間で装着され得る。
前記光ファイバセンサ176は、様々なよく知られている技術の1つを使用して(例えば、エポキシ樹脂を使用して)、前記部材230内に支持されている。
【0036】
OZ Optics,Ltdから入手できるような、工業規格のSMAパッチコード(図示されていない)に、前記光ファイバセンサ支持部材230を適合させるように、前記光ファイバセンサ支持部材230は、前記端部233aで好ましくは奥まった所に配置されており(recessd)、前記基端部233aの外側の円筒表面にねじ山をつけられている。工業規格のSMAパッチコードは、ジャケット176Cを有している前記光ファイバセンサ176を、前記光ファイバセンサ支持部材230に接続するねじ山をつけられているナット246を備えている。このようなアダプタ及びコネクタの使用は、当業者によく知られている。
【0037】
好ましくは、前記センサ176は、前記ボア76を通ってガス出口端部76eに向かい前記内部領域30内にいたる経路の全てを通るわけではない。これは、前記センサの前記端部180が、プラズマ36から離れるということである。前記センサ176の視野の角度θは、前記出口端部76eでのボアのサイズによって制限され得るが、ファイバの開口数(破線220によって参照されている)によって規定されている。
【0038】
図9を参照すると、既存の注入電極装置60において前記ボア76を用いて実施されるような本発明の第2の実施形態は、図8で示されているものと似ている。本実施形態では、複数のねじ250のような知られている装着手段が、前記装着用プレート234にも形成されているねじ山をつけられている装着用孔256と、前記電極装置60に形成されている対応しているねじ山をつけられている装着用孔252とを使用して、前記電極装置60に前記光ファイバセンサ支持部材230を装着しているように使用されている。前記ボア76内への前記光ファイバセンサ176の挿入は、必用ならば、図8に関連して上述されたように、前記光ファイバセンサ支持部材230と前記電極装置60との間に、シム240を配置することにより調節され得る。
【0039】
図10を参照すると、図9の光ファイバセンサ支持部材230を上からみた図は、装着用孔256とガスを注入する孔236との相対的な配置を示している。
【0040】
図11を参照すると、光ファイバセンサ支持部材の別の実施形態が、上から見て示されている。この実施形態では、前記光ファイバセンサ支持部材230は、複数のスポーク260を備えている装着用プレート234’を有しており、各スポークは、装着用孔256を有している。この実施形態で、ガスは、前記複数のスポーク260間のスペースを通じて、前記ボア76内に流入し得るため、ガスの入口の孔236は、不要である。
【0041】
図12を参照すると、前記光ファイバセンサ176を支持しており、前記ボア76内にセンサを保持している別の方法は、ガスの出口端部76eでボアを覆って配置されている、エッジ250Eを有している透明な窓250にセンサの端部180を固定している。前記光学センサ176が、所定の位置に確実に保持されていることを確保するようなプラスティック(例えば、TEFLON(登録商標))のスリーブ若しくはつば、又は、エポキシ樹脂のような適切な接着媒体即ち接着剤199を用いて、前記光学センサ176と前記ボア76の壁との間のスペース76Sを満たしていることが所望である。前記透明な窓250は、例えば、1つの石英ガラス又は融解シリカであり得る。前記窓250の配置は、前記ボア76を通るガスの流れを遮るが、数個だけの、ことによると10のオーダーのボアは、遮られている必要がある。この別の実施形態の利点は、既存の電極装置を利用していることである。
【0042】
図12において知られるように、前記窓250は、この窓の前記エッジ250Eの近くに配置され、加熱ユニット266に電気的に接続されている加熱部材260を使用して選択的に加熱され得、この加熱ユニットは、前記制御システム200に電気的に接続されている。前記窓250の加熱は、窓がプラズマ36の近くにあることによる、窓への材料の堆積を最小化する。
【0043】
代って、図13を参照にすると、前記センサ176に適合させるという明確な目的によって、追加のセンサ用ボア76’が、前記電極装置60の前記下部部分74L内に形成されている。前記センサ用ボア76’は、好ましくは、前記センサ176の容易なモニタを保証するような大きさで作られている。第1の実施形態において、前記光ファイバセンサ176は、前記ボア76’の1つの中に装着されるように準備される。約3mmの厚さを有している防護ジャケット176Cで囲まれている前記センサ176について、この処理は、前記センサ176の前記端部180の近くの約1ないし2mmの長さの部分から、この厚さを除去することを含んでいる。この処理は、前記ジャケット176C内の補強部材(strength member)、通常KEVLAR(登録商標)を露出し、これらは、除去され得、又は、適所に残され得る。名目上は外径0.9mmのファイバの緩衝層(buffer)が、除去されていない。このように準備された光ファイバセンサ176は、前記ボア76’に挿入され、このボアは、近似的に1mmの直径を有している。前記ファイバセンサ176は、エポキシ樹脂のような適切な接着媒体199で前記電極60内の適所に保持されている。前記センサ用ボア76’は、前記光ファイバセンサ176の視野の角度θに適合しているように設計されている、プラズマ36の近くの先細の端部76’eを選択的に有し得る。
【0044】
図14を参照すると、本発明の適用に適切な別の電極300が、示されている。この電極300は、背面プレート(back plate)310を有しており、この背面プレートは、ノズルの先端部322を有している、この背面プレートから前記内部領域30に向かって外側に延びているノズルプラグ320を有している。変位用アクチュエータ330が、前記ノズルプラグ320のどちらかの側で、前記背面プレート310に取着されている。ボア340を有している注入プレート334は、前記ノズルプラグ320が、このボア340内に延びるように、前記変位用アクチュエータ330に取着されており、こりによって、ノズルユニット350を形成している。前記変位用アクチュエータ330は、変位用アクチュエータ制御システム360と電気的に接続しており、このシステムは、前記ノズルプラグ320が、前記ボア340内に延びる程度を変化させるように、従って、前記プラグ320と前記ボア340との間を通過するガスが通る口部の領域を変化するように、従ってまた、前記内部領域30へのガスの流れを調節するように前記変位用アクチュエータ330を駆動する。前記変位用アクチュエータ制御システム360は、前記制御システム200とも電気的に接続しており、この制御システムは、プラズマ反応チャンバの前記内部領域30の異なった範囲への、ガスの流れを制御することにより、基板50の処理を調節するように前記アクチュエータ制御システムを制御する。
【0045】
例えば、前記ノズルプラグ320が、先細の前記ボア340内に下向きに変位されたとき、ガスの流れる速さは、オリフィスの口部の断面領域(即ち、前記ノズル320と前記先細のボア340とによって規定される、ガスの通路の最小の断面領域)の縮小のため、減少される。反対に、前記ノズルプラグ320が、前記先細のボア340の外へ上向きに変位されたとき、ガスの流れる速さは、増大し得る。これは、もちろん、前記ノズルプラグ320又は前記ノズルプラグ320のグループが、別のノズルプラグ又はノズルプラグのグループに対して変位され、これら全てのノズルが、同じ質量流量のコントローラ(図示されていない)を通じて、ガスを供給される場合である。この方法において、1つのノズル又はノズルの1グループを通る質量流量は、別の1つのノズル又はノズルの1グループの質量流量に対して変化され得る。さらに、この方法において、基板の分離されている選択された領域に導入される相対的なガスの流れは、制御され得る。ガスの流れの速さ、及び/又は、ガスの広がり(gas expansion)を変化させるような調整可能なノズルの使用は、STRANGによる、名称METHOD AND APPARATUS FOR TUNABLE GAS INJECTION IN A PLASMA PROCESSING SYSTEM、特許弁護士整理番号71469/257657の同時に出願された共願のUS仮特許出願において注意を向けられており、この特許出願の開示内容は、ここで参照に組み入れられる。
【0046】
前記背面プレート310及び前記ノズルプラグ320は、ノズル貫通ボア370を有しており、これを通り、前記光ファイバセンサ176は、このセンサの前記端部180が、前記ノズルプラグの先端部322に、又は、その近くに位置されており、上述した方法で、前記内部領域30内のプラズマ36からの光を受けるように配置されているように装着されている。
【0047】
前記光ファイバセンサ176、前記センサのアレイの検出器172(前記分光部材184と、前記検出器のアレイ188とを有している)、並びに、前記コントローラ200は、プラズマの光学的モニタシステムを構成する。
【0048】
前記システム10の作動と、本発明のプラズマのモニタのシステム及び方法が、ここで示される。再び図1を参照すると、前記制御システム200は、処理される基板(ウェハ)50が、前記基板ペデスタル40の前記表面44に配置されるように、前記ウェハの取り扱い/ロボティックシステム100を働かせる。前記制御システム200は、その後、前記真空システム140を働かせ、この真空システムは、プラズマ36を形成すること、そして、低圧(例えば、約1mTorrから1000mTorr)でウェハ50のプラズマ処理を実行することに適している低圧まで前記内部領域30を排気する。前記内部領域30内が、適切な圧力に達したら、前記制御システム200は、前記ガス供給システム120を働かせ、このガス供給システムは、前記ガスライン124を通じて前記内部領域30にガスを供給する。ガスは、図5及び8で示されているように、前記電極装置60内で、前記ボア76を通って流れ得る。そして、前記電極装置60は、図3で示されているように、分割電極と上部電極とを有しており、前記制御装置200は、前記上部電極62及び前記分割電極70の電極部分72a、72b、…、72nと接続されている前記RF電力供給システム80及び82a、82b、…、82nを働かせる。この処理は、閉じ込められているプラズマ36を生成し、このプラズマは、成長し、IRから紫外線(UV)までの範囲の波長の光を放射する。プラズマ36からの光放射の厳密な性質は、プラズマを形成するように使用されるガスと、ウェハ50の表面で生じる化学反応の性質とによって決まる。この点で、前記電極装置60内に配置されており、前記内部領域30に面している前記光ファイバセンサ176の前記端部180は、プラズマ36からの光を受けり、この光を前記端部178に伝達し、この端部178は、前記センサのアレイの検出器172に接続されている。
【0049】
ここでまた図15を参照すると、プラズマ36からの光を受けるように、前記ウェハ50の表面に平行なX方向に沿って、複数の光ファイバセンサ176を配置することにより、プラズマを横切る異なった領域に関する情報が、プラズマから放射された光の性質を調べることにより収集され得る。前記センサ176は、プラズマを間に挟んで、基板50の上方に配置されているため、収集されたスペクトルの情報は、前記電極装置60内の前記センサと基板50の所定の部分との間のプラズマ36の領域で、Y方向に合計された測定量である。これは、座標(Xj,Yj)を有しているn個の選択された位置で、基板50の表面にほぼ平行な方向でプラズマ処理がモニタされることを可能にしており、ここで、Zは、X及びYに垂直であり、j=1、2、…、nである。この方法で、プラズマ処理の終点の決定は、X方向(即ち、ウェハにほぼ平行な方向)でのプラズマの光放射の合計された平均に基づかないが、前記基板の1以上の部分からの光放射に基づいている。これは、プラズマ処理が、基板50の表面にほぼ平行な方向で均一ではない場合に重要であり、これは頻繁に生じるケースである。
【0050】
続けて図15を参照すると、前記光ファイバセンサ176は、上述したように、前記センサの前記端部180で視野の角度θを有している。さらに、前記センサ176は、典型的に、基板50から、約1ないし20センチメートル、好ましくは1cmないし3cmの距離dで配置され、センサ176の視野は、基板上の各々の円形部分Pa、Pb、Pc、Pdを覆っており、各円形領域は、直径D = 2d tan(θ/2)を有し、この直径は、d及びθについての合理的な範囲に基づいて、例えば、約1から5cmの範囲であり得る。従って、前記センサ176が、2cmの距離dで配置されている場合、前記光ファイバセンサ176の視野は、前記基板50の充分小さな部分PaないしPc(より一般的には、Pa、Pb、…、Pn)を覆い、基板50の表面上の位置(X,Z)の関数である、プラズマ36の性質を分析するために、間にあるプラズマ36からの光を受け入れるだろう。また、前記センサ176は、センサの視野のオーバーラップが、小さいか又はない、即ち、基板50上の部分PaないしPcのオーバーラップが、小さいか又はないように好ましくは互いに充分離されて配置されている。前記分割電極400の前記電極部分404aないし404dの幾つかが、対応している前記RF電力供給装置との接続を解除された場合、特定の電極部分の下方の、前記内部領域30内のプラズマ36への影響は、プラズマのこれら領域からの光を受けるセンサからの光学的な信号を分析することにより、評価され得る。
【0051】
再び図7を参照すると、上で示したように、各センサの端部180でプラズマ36から受けられた光は、前記光ファイバセンサ176を通って伝達され、センサの前記端部178から発せられる。この光は、前記分光部材184に放射され、この分光部材は、光を波長成分に分光する。そして、光は、前記検出器のアレイ188に入射され、この検出器のアレイは、入射した光学的なスペクトルを、これを表す電気的な信号に変換する。データは、この処理でデジタル化され、デジタル化されたスペクトルは、以下に示すような次の分析のために、(例えば、標準的なコンピューターバスを介して)電気的に接続されている前記制御システムに、電気的な信号を介して伝達される。
【0052】
各センサ176によって収集されたスペクトルの情報は、基板50の表面に名目上は垂直な方向にのみ合計されている(即ち、基板50の表面とほぼ平行な方向に対しては合計されていない)プラズマからの光の放射への応答であり、そして、プラズマ36の2次元的な、スペクトルの様子を提供する。この情報は、基板50にほぼ平行な方向の相対的な処理コンディションを決定し、処理を所望の達成されるべき処理コンディションに変化するように使用され得る。例えば、プラズマ36から放射される光の波長及び強度は、プラズマ36内に存在しているガス種と、励起の程度とによって決定される。各ガス種は、異なったサイン(signature)を有しており、ここでサインは、各ガス種を特徴づけている放射ピークによっている。適切に同調(tune)されたプラズマ36は、処理の手段(process recipe)として存在するガス種に応じて割り当てられている放射ピークを有するだろうし、また、各センサから検出された光についてのパワースペクトルの積算された大きさは、ウェハの対応している部分(領域)(例えば、図9における部分PaないしPc)の全てについて同じであるべきである。例えば、パワースペクトルの大きさが、特定の電極部分(X方向に沿って割り当てられてもいる)に対応しているプラズマの領域において小さい場合、この電極部分に送られている電力は、小さすぎるだろう。従って、前記コントローラー200は、この電極部分への電力を増大するように、対応しているRF電力供給装置に電気的な信号を送る。
【0053】
従って、処理中、プラズマ反応炉内で、ウェハにほぼ平行な方向について、プラズマ内のパワー(power)を制御するための方法は、以下の工程を含んでいる。(1)複数の前記光ファイバセンサ176を使用して、プラズマ36の対応する複数の領域について、放射スペクトルを探知する(sensing)工程、及び、そのように検出された各放射スペクトルについて背景信号を引く工程、(2)パワースペクトルを算定する工程、(3)各センサについて、興味ある波長領域に渡りパワーを積算する工程、(4)工程(3)で得られた積算されたパワーと、所定の値とを、各センサについて比較する工程、(5)各センサ176によって検出された積算されたパワーが、所望のパワーの所定内にあるように、前記コントローラ200に、各電極部分に送られるRF電力を調節させる工程、(6)処理が、終了するまで、工程(1)ないし(5)を繰り返す工程。
【0054】
処理中、ウェハにほぼ平行な方向について、ガスの流れを制御する方法
例えば、処理の手段の一部であるガス種の1つの流れが減少したために、プラズマ処理が、正常からはずれた場合、スペクトルのサインは、変化するだろう。この場合、存在すべき量からの各々のガス種の量のずれは、検出され得、また、適切な工程が、取られ得る。ガス種の幾つかについての放射ピークが、適切な大きさであるが、他については適切でない場合、前記質量流量コントローラにおける調節が、望ましい。従って、プラズマ処理中、プラズマ反応炉内で、ウェハの表面にほぼ平行な方向について、プラズマへ供給されるガスの流れを調節する方法は、以下の工程を含んでいる。(1)前記光ファイバセンサ176を使用して、プラズマ36の複数の領域(例えば、図15の領域36aないし36c)について、プラズマ36内の放射スペクトルを探知する工程、及び、背景信号を引く工程、(2)パワースペクトルを算定する工程、(3)存在している特定のガスに対応している所定の波長でのパワースペクトルの大きさを確認する工程、(4)選択されたピークの大きさを所定の値と比較する工程、(5)ずれが、所定の許容できる値(例えば、5%)より大きい場合、所定の量と異なっている放射スペクトルに対応しているガスの流れを調節する工程、(6)処理が、終了するまで、工程(1)ないし(5)を繰り返す工程。ガスの流れが、例えば、前記変位用アクチュエータ制御システム360(図14)を制御する前記制御システム200によって制御され得、この変位用アクチュエータ制御システム360は、前記ノズルユニット250から前記内部領域30へのガスの流れを変化させる。
【0055】
終点を検出するため、及び、全体の均一性を改良するための方法
エッチングの副産物に対応している輝線は、エッチング速度の目安を与えるだろう。これは、エッチングの副産物からの放射信号を用いて、エッチングの深さを校正することによって、なされ得る。作動中、終点に達するまで、このような信号は、ほぼ一定のままであり、終点の時刻で、変化するだろう。閾値の方法(threshold method)は、「処理のストップ」の信号を起こすように使用され得る。終点を決定するのに必用な情報は、各センサで入手可能であり、各センサは、視野に入っているウェハの部分について、終点を決定し得る。そして、終点の信号は、ウェハ50の部分PaないしPcに影響を与えている電極部分について、処理コンディションを変化するように使用され得る。処理における適切な変化の例は、前記制御システム200に、電極部分への電力を減少させるようなものであろう。
【0056】
従って、プラズマ反応炉内で、終点を検出するため、及び、全体の均一性を改良するための方法は、以下の工程を含んでいる。(1)前記光ファイバセンサ176に対応している、プラズマ36の異なった領域(例えば、領域36aないし36c)について、放射スペクトルを探知する工程、及び、各センサ信号から背景信号を引く工程、(2)各プラズマ領域についてパワースペクトルと算定する工程、(3)各センサ176について(即ち、各プラズマ領域について)、存在している特定のガスに対応している所定の波長でのパワースペクトルの大きさを確認する工程、(4)各センサについて、工程(3)で得られたパワースペクトルの大きさと、所定の基準とを比較する工程、(5)前記所定の基準が、満たされた場合、そのセンサに対応している電極への電力を減少する工程、(6)全てのセンサ176が、基準を満たすまで、工程(1)ないし(5)を繰り返す工程、(7)処理をストップする工程。
【0057】
上述したように、1999年6月17日に出願された、名称PULSED PLASMA PROCESSING METHOD AND APPARATUSの、共願のUS仮特許出願No.60/149,177、及び、既に引用されているUS仮特許出願No.60/185,069において,従来のガスのオリフィスについて示された方法と、ここでこれらは、参照として組み入れられ、上で参照されている、同時に出願された共願のUS仮特許出願、特許弁護士整理番号71469/257657における調節可能なノズルのための方法とを使用して、ガスの流れは、変化され得る。
【0058】
プラズマ処理全体に渡る均一性の改良のための方法
各々のセンサ176からの終点の信号が、ウェハの特定の部分が、他よりも先にプラズマ処理の終点に達していることを一貫して示している場合、この知見は、ウェハの全ての部分が、同時に終点に到達するように事前に処理を調節するように使用され得る。これを達成する方法は、基板50の他の部分よりも先に終点に達するウェハの部分について、所定の電極部分への電力を所定の量だけ(例えば、10%だけ)減少することである。ウェハの大部分よりも、終点に達するのに時間がかかるウェハの部分(例えば、部分PaないしPcの1つ)について、前記制御システム200は、対応している電極部分への電力を、所定の量だけ(例えば、10%だけ)増加させ得る。これら値の両方は、ウェハ50が、ウェハの全ての部分について同時に終点に達するように調節され得る。所定の電極部分に供給されている電力の変化が、全体の性能に悪影響を与える場合、RF電力の供給は、これに応じて調整される。
【0059】
従って、プラズマ処理全体に渡ってウェハの均一性を改良することのための方法は、以下の工程を含んでいる。(1)ウェハの複数の部分の各々で、終点までの時間を評価する工程、(2)処理される次のウェハを配置する工程、(3)事前に処理されたウェハの終点までの時間の相違に応じた量だけ、各電極部分に供給される電力を調節する工程、(4)システム内の各センサについて放射スペクトルを探知する工程、及び、各センサの信号から背景信号を引く工程、(5)各センサについてパワースペクトルを算定する工程、(6)各センサについて、存在している特定のガスに対応している所定の波長における、パワースペクトルの大きさを特定する工程、(7)各光ファイバセンサについて、工程(6)で得られたパワースペクトルの大きさと、所定の基準とを比較する工程、(8)所定の基準が、満たされている場合、そのセンサに対応している特定の電極部分への電力を減少する工程、(9)全てのセンサが、基準を満たすまで、工程(4)ないし(8)を繰り返す工程、(10)適切な均一性が、達成されたとき、処理をストップする工程。
【0060】
ウェハ処理中に得られた情報は、前記制御システム200を介して、処理のずれを補正するように、フィードバックの信号として使用され得る。電力がずれた場合、それは、検出され得、補正の作動が、取られ得る。通常の処理から、ガスの流れがずれた場合、このずれは、検出され得、適切な作動が、取られ得る。1つのガス種の濃度が変化した場合、ここでこの変化は、処理の終了の着手に対応しており、この状態は、検出され得、また、終点の処理シーケンスが、開始され得る。従って、反応炉内の処理コンディションは、制御され得、また、終点は、検出され得る。これら調節は、リアルタイムで行われ得、従って、製品の損害を避け、また、問題を修繕し補正するような時間を最小化する。
【0061】
再び図15を参照すると、前記光ファイバセンサ176のアレイは、例えば、分割電極400内にまとめられており、この電極は、絶縁部材410によって分離されている電極部分404aないし404bを有しており、前記絶縁部材400を通って、センサの前記ボア76’が、形成されている。本発明のプラズマの光学的なモニタシステムは、このようなセンサ176のアレイを有することによって、プラズマ36の2次元的な様子を得る手段を提供し、各センサは、ウェハ50の異なった部分PaないしPcに対応しており、プラズマ36の領域36aないし36cに対応する。これは、上述したように、プラズマの全域にわたって、プラズマ36の性質の変化を評価し、この変化をウェハ50の部分PaないしPcに関連させることを可能にしている。前記光ファイバセンサ176の配置は、それらセンサが、前記内部領域30内に延びておらず、従って、前記内部領域へのガスの流れを著しく妨げることのないような配置であり、前記プラズマ反応システム10の通常の作動を実質的に妨害しない。そして、これらセンサからのデータを分析することは、ウェハ表面上の位置(X,Z)の関数としての、プラズマ36の空間的な変化についての情報を与え、従って、ウェハにほぼ平行な方向の、プラズマ処理の均一性についての情報を与える。前記光ファイバセンサ176によって得られたデータを処理する時間は、非常に短く、この結果、プラズマ処理のコンディションのリアルタイムのフィードバックが、実現される。これは、特定のプラズマ処理を分析し精製する(refine)のにかかる時間を大きく減少する。さらに、本発明は、特に、各センサの出力に関連しているパワースペクトルの大きさに基づいて、プラズマの均一性を改良するように、1以上の電極部分への電力を調節することによって、又は、異なったセンサの出力に関連しているパワースペクトルの相対的な大きさに基づいて、ガスの流れを調節することによって、エッチング又は成長の均一性を増すようにプラズマの制御を増すように使用され得る。
【0062】
【発明の効果】
本発明の多数の特徴及び利点が、詳細な特定から理解され、従って、本発明の真の精神及び範囲に従う、示されている方法のこのような特徴及び利点の全てを包括することが、特許請求の範囲によって意図されている。さらに、多数の改良及び変更が、容易に当業者に思いつかれるであろうから、示されている厳密な構成及び作動に本発明を限定することは、所望ではない。加えて、本発明の方法及び装置は、現実に複雑な、半導体の技術分野において使用される関連している装置及び方法のように、所定の利用について、最良の設計に到達するようにコンピューターシミュレーションを実施すること、又は、作動パラメーターの適切な値を実験的に決定することによって、しばしば最良に実行され得る。従って、本発明の精神と範囲との内にある全ての改良物及び相当物が、考慮されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明のプラズマ反応システム及びプラズマの光学的なモニタシステムの概略的なダイアグラムである。
【図2】 図2は、n個の電極部分を有している、典型的な分割電極の平面図である。
【図3】 図3は、本発明での使用に適している電極装置の概略的なダイアグラムであり、この図において、前記電極装置は、各々のRF電力供給システムに電気的に接続されている複数の電極部分を有している、プラズマの近くの上部の分割電極を有している。
【図4】 図4は、本発明での使用に適している電極装置の概略的なダイアグラムであり、この図において、前記電極装置は、プラズマの近くの上部電極と、この上部電極の近くでプラズマの反対側に配置されている分割電極とを有しており、この分割電極は、各々のRF電力供給システムに電気的に接続しており、前記上部電極と容量性結合している複数の電極部分を有している。
【図5】 図5は、従来技術の1つのシャワーヘッドのタイプの電極装置の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この電極装置は、電極のチャンバを有している。
【図6】 図6は、図5のシャワーヘッドのタイプの電極装置内のボアの1つの拡大図であり、矢印は、ボアを通るガスの流れを示している。
【図7】 図7は、図1のプラズマの光学的なモニタシステムのセンサのアレイの検出器の概略的なダイアグラムである。
【図8】 図8は、光ファイバセンサと、図5のシャワーヘッドのタイプの電極装置のボアの1つ内に、この光ファイバセンサの端部を支持しているようなセンサ支持部材との第1の実施形態の、拡大した断面図で示した概略的なダイアグラムである。
【図9】 図9は、光ファイバセンサと、図5のシャワーヘッドのタイプの電極装置のボアの1つ内に、この光ファイバセンサの端部を支持しているようなセンサ支持部材との第1の実施形態の変形例の、拡大した断面図で示した概略的なダイアグラムである。
【図10】 図10は、図9で示されている光ファイバ支持部材の平面図である。
【図11】 図11は、図9で示されている光ファイバ支持部材の変形例の平面図である。
【図12】 図12は、図5のシャワーヘッドのタイプの電極装置のボアの1つ内に端部を配置されている光ファイバセンサの第2の実施形態の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この図において、前記光ファイバセンサの前記端部は、ボアのガスの出口端部に固定されている透明な窓に取着されている。
【図13】 図13は、電極装置のセンサー用ボア内の光ファイバセンサの第3の実施形態の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この図において、前記センサ用ボアは、前記光ファイバセンサに適合するような大きさにされており、センサの開口数(視野の角度)に適合するような先細の端部を選択的に有する。
【図14】 図14は、電極装置内に設けられている光ファイバセンサの第4の実施形態の、断面図で示した概略的なダイアグラムであり、この図において、前記光ファイバセンサの端部は、調節可能なノズルユニットの一部であるノズルプラグ内に組み入れられている。
【図15】 図15は、分割電極を有している電極装置内に組み入れられている光ファイバセンサのアレイを示している概略的な断面図であり、この図において、プラズマからの光放射が、ウェハに沿う方向の複数の位置でモニタされるように、また、受けられた光放射は、処理されているウェハにほぼ垂直な方向に合計されているように、前記光ファイバセンサのアレイは、配置されている。
Claims (10)
- a)複数の電極部分を有するプラズマ反応炉内に基板を配置することと、
b)前記プラズマ反応炉内でプラズマを生成することと、
c)基板のプラズマ処理中、基板の一面に平行な方向に互いに離間している、プラズマの複数の異なった領域から発した光放射をモニタすることと、
d)前記プラズマの複数の異なった領域の各々について、積算されたパワースペクトルを決定し、前記積算されたパワースペクトルの各々を所定の値と比較することと、
e)前記積算されたパワースペクトルの前記所定の値からの差異に基づいて、前記複数の電極部分の各々に供給されるRF電力を調節することと、
を具備する、基板のプラズマ処理を調節するための方法。 - 前記RF電力を調節する工程は、基板に平行な方向での、プラズマの特性を変化させるように行われる、請求項1の方法。
- a)前記プラズマの複数の異なった領域の各々について、1以上の所定のガスに対応する所定の波長でのパワースペクトルの大きさを特定することと、
b)各前記領域について、前記パワースペクトルの大きさを所定の値と比較することと、
c)前記積算されたパワースペクトルの大きさの前記所定の値からの差異に基づいて、1以上の電極部分に供給される電力を調節することと、
をさらに具備する請求項1の方法。 - 前記積算されたパワースペクトルの大きさの前記差異が所定の値の範囲内になるまで、上述した工程を繰り返す工程をさらに具備する請求項3の方法。
- a)プラズマを収容可能なプラズマ反応チャンバと、
b)基板を支持するための基板ペデスタルと、
c)前記チャンバ内で前記基板の近くに配置されている分割電極組体であって、前記組体は複数の電極部分を有している、分割電極組体と、
d)前記分割電極組体における複数のボアと気体連通され、前記プラズマ反応チャンバにガスを供給するガス供給システムと、
e)複数のRF電力供給装置であって、各前記供給装置は前記複数の電極部分の内の対応する1つの電極部分に電気的に接続されている、複数のRF電力供給装置と、
f)前記電極組体における前記複数のボア内に組み込まれている複数の光ファイバセンサであって、前記複数のセンサの各々は第1及び第2の端部を有し、前記第2の端部は、プラズマの複数の領域の夫々からの光を受け、当該光を前記第1の端部に導くように配置されている、複数の光ファイバセンサと、
g)前記複数のボア内の前記複数の光ファイバセンサを支持している複数の支持部材であって、前記複数の支持部材の各々は少なくとも1つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって、複数の光ファイバセンサが組み込まれている複数のボアをガスが通過可能となる、複数の支持部材と、
h)前記光ファイバセンサの前記第1の端部からの光を受けて、当該光を、プラズマを横切る位置の関数として、当該光のスペクトル成分に対応する電気的な出力信号に変換するように配置されているセンサアレイシステムと、
i)前記センサアレイシステムと前記複数のRF電力供給装置とに電気的に接続されている、前記センサアレイシステムからの前記電気的な出力信号に基づいて、前記複数の電極部分へのRF電力を制御するための制御システムと、
を具備し、
前記複数の支持部材の各々は、筒状本体であって、前記筒状本体を通過している軸方向ボアを備え、前記軸方向ボア内に前記複数の光ファイバセンサの内の少なくとも1つの光ファイバセンサを収容している、筒状本体と、前記筒状本体から径方向に延びている装着プレートと、を有し、前記装着プレートは前記少なくとも1つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって装着プレートをガスが通過可能となる、
プラズマを用いる基板の処理を制御するためのプラズマ処理システム。 - a)前記コントローラと電気的に接続され、前記プラズマチャンバと気体連通されている真空システムと、
b)流れる冷却液を収容する電極チャンバと、
c)前記電極チャンバと液体連通され、前記制御システムと電気的に接続されている冷却システムと、
をさらに具備し、
前記ガス供給システムは、前記制御システムと電気的に接続されている、
請求項5のシステム。 - a)プラズマ反応システム内に搭載されている場合には、基板にほぼ平行に配置され、互いに接近して配置されている複数のほぼ平らな電極部分と、
b)前記複数の電極部分間に配置されている複数の絶縁部材であって、各絶縁部材は各絶縁部材に形成されているセンサボアを有する、複数の絶縁部材と、
c)複数の光ファイバセンサであって、各光ファイバセンサは第1及び第2の端部を有し、前記第2の端部は、プラズマの複数の領域の夫々からの光を受けるように、複数のセンサボアの夫々内で保持されている、複数の光ファイバセンサと、
d)前記複数のセンサボア内の前記複数の光ファイバセンサを支持している複数の支持部材であって、前記複数の支持部材の各々は少なくとも1つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって、複数の光ファイバセンサが保持されている複数のセンサボアをガスが通過可能となり、前記複数の支持部材の各々は、筒状本体であって、前記筒状本体を通過している軸方向ボアを備え、前記軸方向ボア内に前記複数の光ファイバセンサの内の少なくとも1つの光ファイバセンサを収容している、筒状本体と、前記筒状本体から径方向に延びている装着プレートと、を有し、前記装着プレートは前記少なくとも1つのアパーチャを規定しており、当該アパーチャによって装着プレートをガスが通過可能となる、複数の支持部材と、
を具備する、プラズマを用いて基板を処理するプラズマ反応システムのための電極組体。 - 前記装着プレートはディスク状をなす、請求項7の電極組体。
- 前記装着プレートは前記筒状本体から外向きに延びている複数のスポークを有する、請求項7の電極組体。
- a)複数の電極部分を有するプラズマ反応炉内に基板を配置することと、
b)前記プラズマ反応炉内でプラズマを生成することと、
c)基板のプラズマ処理中、基板の一面に平行な方向に互いに離間している、プラズマの複数の異なった領域から発した光放射をモニタすることと、
d)前記プラズマの複数の異なった領域の各々について、積算されたパワースペクトルを決定し、前記積算されたパワースペクトルの各々を所定の値と比較することと、
e)前記積算されたパワースペクトルの大きさの前記所定の値からの差異に基づいて、プラズマの複数の異なった領域へのガスの流れを調節することと、
を具備する、基板のプラズマ処理を調節するための方法。
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