JP5536041B2 - 微量気体濃度の監視によるウエハプラズマ処理中のアーキング現象を検出する方法、及び、プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
[適用例1]
半導体プラズマ処理装置内の基板アーキングを検出する方法であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内の基板支持体上に基板を載置する工程と、
前記反応チャンバ内に処理ガスを導入する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
前記プラズマで前記基板を処理する工程と、
プラズマ処理中に前記反応チャンバ内で基板アーキング現象によって生成される選択ガス種のリアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程と、
前記強度が閾値を越えた時に前記アーキング現象を検出する工程と、
を備える、方法。
[適用例2]
適用例1に記載の方法であって、
前記基板は、アルミニウム、銅、シリコン、有機誘電体、または、有機フォトレジストを含み、
前記基板アーキング現象によって生成される前記選択ガス種は、アルミニウム含有種、銅含有種、若しくは、シリコン含有種、および/または、前記有機材料の分解生成物を含む、方法。
[適用例3]
適用例1に記載の方法であって、さらに、
前記基板アーキング現象によって生成される選択ガス種を特定する工程
を備え、
前記選択ガス種を特定する工程は、
前記基板アーキング現象の非存在時に前記処理ガスのリアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程と、
前記基板アーキング現象中に、リアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程と、
前記基板アーキング現象の非存在時の前記処理ガスのリアルタイム質量分析信号の前記強度と、前記基板アーキング現象中のリアルタイム質量分析信号の前記強度とを比較する工程と、
を備える、方法。
[適用例4]
適用例1に記載の方法であって、
リアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程は、残留ガス分析(RGA)質量分析計、誘導結合プラズマ発光(ICP−OE)分光分析装置、赤外吸収分光分析装置、または、フーリエ変換赤外(FTIR)分光分析装置によって実行される、方法。
[適用例5]
適用例3に記載の方法であって、
前記選択ガス種は、残留ガス分析器(RGA)において12、15、25、26、85、または、86原子質量単位(AMU)の信号を生成する分解生成物を含む、方法。
[適用例6]
適用例1に記載の方法であって、さらに、
アーキング現象が検出された時に警告信号を生成し、前記プラズマ処理を終了する工程
を備える、方法。
[適用例7]
適用例1に記載の方法であって、
前記反応チャンバ内に処理ガスを導入する工程は、シャワーヘッドを通して処理ガスを注入することによって実行され、
選択ガス種のリアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程は、前記シャワーヘッド内のチャネル、または、前記基板に隣接したサンプリングチューブから、ガス種を収集する工程を含む、方法。
[適用例8]
適用例1に記載の方法であって、
前記プラズマで前記基板を処理する工程は、
(a)半導体、金属、若しくは、誘電体のプラズマエッチング、又は、(b)導電材料若しくは誘電材料の蒸着、を含む方法。
[適用例9]
適用例8に記載の方法であって、
プラズマエッチングのための前記処理ガスは、炭化水素ガス、フッ化炭素ガス、ハイドロフルオロカーボンガス、ハロゲン含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、および、不活性ガス、ならびに、それらの混合物を含む、方法。
[適用例10]
適用例8に記載の方法であって、
蒸着のための処理ガスは、SiH 4 、SiF 4 、Si 2 H 6 、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)、及びテトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)からなる群より選択されたシリコン含有反応ガス、又は、前記選択されたシリコン含有反応ガスと、H 2 、O 2 、N 2 、NH 3 、NF 3 、N 2 O、及び、NOを含むさらなる処理ガスとの組み合わせ、並びに、それらの混合物を含む、方法。
[適用例11]
プラズマ処理装置であって、
反応チャンバの内部で基板を支持するための基板ホルダと、
ガス分配部材を用いて、前記反応チャンバの前記内部に処理ガスを供給するガス供給源と、
前記反応チャンバの前記内部にエネルギを供給し、前記基板を処理するために前記処理ガスをプラズマ状態に励起する電源と、
基板アーキングによって生成されたガス種を特定するために、プラズマ処理中に前記反応チャンバ内のガス種を監視するよう適合されたガスセンサと、
基板アーキングによって生成されたガス種が特定された時に、警告信号を生成するアラームと、
を備える、プラズマ処理装置。
[適用例12]
適用例11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガスセンサは、残留ガス分析(RGA)質量分析計、誘導結合プラズマ発光(ICP−OE)分光分析装置、赤外吸収分光分析装置、または、フーリエ変換赤外(FTIR)分光分析装置である、プラズマ処理装置。
[適用例13]
適用例11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガスセンサは、プラズマ処理中に処理ガスに関する質量分析計からのリアルタイム信号を監視するよう適合された残留ガス分析(RGA)質量分析計であり、
基板アーキングによって生成された前記ガス種は、有機フォトレジストの分解生成物である、プラズマ処理装置。
[適用例14]
適用例11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、半導体、金属、または、誘電体に適合されたプラズマエッチャ、又は、導電材料または誘電材料を蒸着するよう適合された蒸着チャンバである、プラズマ処理装置。
[適用例15]
適用例11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス分配部材は、シャワーヘッドである、プラズマ処理装置。
[適用例16]
適用例15に記載のプラズマ処理装置であって、さらに、
プラズマ処理中に前記反応チャンバからガス種を収集するよう適合されたサンプリング構造と、
前記ガスセンサにガス種を輸送するよう適合されたガスラインと、
を備える、プラズマ処理装置。
[適用例17]
適用例16に記載のプラズマ処理装置であって、
前記サンプリング構造は、前記シャワーヘッド内のチャネル、または、前記基板ホルダに隣接するチューブであり、
前記ガスラインは加熱される、プラズマ処理装置。
[適用例18]
適用例11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス分配部材はシャワーヘッド電極であり、
前記電源は高周波(RF)電源である、プラズマ処理装置。
[適用例19]
適用例18に記載のプラズマ処理装置であって、さらに、
前記シャワーヘッド電極および前記基板ホルダの外側に配置されたプラズマ閉じ込めリングアセンブリを備える、プラズマ処理装置。
(i)アーキング現象がない場合の処理ガスの基準(または参照)質量分析信号と、
(ii)基板アーキング現象中の質量分析信号との比較。
2つの異なる質量分析信号を比較することで、基板アーキングに関連する選択ガス種を容易に特定することができる。
(i)Arプラズマ内において、クーポンなしの剥き出しのシリコンウエハ、および、
(ii)Arプラズマ内において、熱伝導グリスを塗った剥き出しのシリコンウエハに取り付けられたフォトレジスト被覆シリコンクーポン。
Claims (19)
- 半導体プラズマ処理装置内の基板アーキングを検出する方法であって、
プラズマ処理装置の反応チャンバ内の基板支持体上に基板を載置する工程と、
前記反応チャンバ内に処理ガスを導入する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成する工程と、
前記プラズマで前記基板を処理する工程と、
プラズマ処理中に前記反応チャンバ内で基板アーキング現象によって生成される選択ガス種のリアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程と、
前記強度が閾値を越えた時に前記アーキング現象を検出する工程と、
を備え、
前記基板アーキング現象によって生成される前記選択ガス種は、有機フォトレジストの分解生成物である、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記基板は、アルミニウム、銅、シリコン、有機誘電体、または、有機フォトレジストを含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
前記基板アーキング現象によって生成される選択ガス種を特定する工程
を備え、
前記選択ガス種を特定する工程は、
前記基板アーキング現象の非存在時に前記処理ガスのリアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程と、
前記基板アーキング現象中に、リアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程と、
前記基板アーキング現象の非存在時の前記処理ガスのリアルタイム質量分析信号の前記強度と、前記基板アーキング現象中のリアルタイム質量分析信号の前記強度とを比較する工程と、
を備える、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
リアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程は、残留ガス分析(RGA)質量分析計、誘導結合プラズマ発光(ICP−OE)分光分析装置、赤外吸収分光分析装置、または、フーリエ変換赤外(FTIR)分光分析装置によって実行される、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記選択ガス種は、残留ガス分析器(RGA)において12、15、25、26、85、または、86原子質量単位(AMU)の信号を生成する分解生成物を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
アーキング現象が検出された時に警告信号を生成し、前記プラズマ処理を終了する工程
を備える、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記反応チャンバ内に処理ガスを導入する工程は、シャワーヘッドを通して処理ガスを注入することによって実行され、
選択ガス種のリアルタイム質量分析信号の強度を監視する工程は、前記シャワーヘッド内のチャネル、または、前記基板に隣接したサンプリングチューブから、ガス種を収集する工程を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記プラズマで前記基板を処理する工程は、
(a)半導体、金属、若しくは、誘電体のプラズマエッチング、又は、(b)導電材料若しくは誘電材料の蒸着、を含む方法。 - 請求項8に記載の方法であって、
プラズマエッチングのための前記処理ガスは、炭化水素ガス、フッ化炭素ガス、ハイドロフルオロカーボンガス、ハロゲン含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、および、不活性ガス、ならびに、それらの混合物を含む、方法。 - 請求項8に記載の方法であって、
蒸着のための処理ガスは、SiH4、SiF4、Si2H6、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)、及びテトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)からなる群より選択されたシリコン含有反応ガス、又は、前記選択されたシリコン含有反応ガスと、H2、O2、N2、NH3、NF3、N2O、及び、NOを含むさらなる処理ガスとの組み合わせ、並びに、それらの混合物を含む、方法。 - プラズマ処理装置であって、
反応チャンバの内部で基板を支持するための基板ホルダと、
ガス分配部材を用いて、前記反応チャンバの前記内部に処理ガスを供給するガス供給源と、
前記反応チャンバの前記内部にエネルギを供給し、前記基板を処理するために前記処理ガスをプラズマ状態に励起する電源と、
基板アーキングによって生成されたガス種を特定するために、プラズマ処理中に前記反応チャンバ内のガス種を監視するよう適合されたガスセンサと、
基板アーキングによって生成されたガス種が特定された時に、警告信号を生成するアラームと、
を備え、
前記基板アーキングによって生成された前記ガス種は、有機フォトレジストの分解生成物である、プラズマ処理装置。 - 請求項11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガスセンサは、残留ガス分析(RGA)質量分析計、誘導結合プラズマ発光(ICP−OE)分光分析装置、赤外吸収分光分析装置、または、フーリエ変換赤外(FTIR)分光分析装置である、プラズマ処理装置。 - 請求項11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガスセンサは、プラズマ処理中に処理ガスに関する質量分析計からのリアルタイム信号を監視するよう適合された残留ガス分析(RGA)質量分析計である、プラズマ処理装置。 - 請求項11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、半導体、金属、または、誘電体に適合されたプラズマエッチャ、又は、導電材料または誘電材料を蒸着するよう適合された蒸着チャンバである、プラズマ処理装置。 - 請求項11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス分配部材は、シャワーヘッドである、プラズマ処理装置。 - 請求項15に記載のプラズマ処理装置であって、さらに、
プラズマ処理中に前記反応チャンバからガス種を収集するよう適合されたサンプリング構造と、
前記ガスセンサにガス種を輸送するよう適合されたガスラインと、
を備える、プラズマ処理装置。 - 請求項16に記載のプラズマ処理装置であって、
前記サンプリング構造は、前記シャワーヘッド内のチャネル、または、前記基板ホルダに隣接するチューブであり、
前記ガスラインは加熱される、プラズマ処理装置。 - 請求項11に記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガス分配部材はシャワーヘッド電極であり、
前記電源は高周波(RF)電源である、プラズマ処理装置。 - 請求項18に記載のプラズマ処理装置であって、さらに、
前記シャワーヘッド電極および前記基板ホルダの外側に配置されたプラズマ閉じ込めリングアセンブリを備える、プラズマ処理装置。
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