JP5584630B2 - 非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステムおよびプラズマ処理システム - Google Patents

非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステムおよびプラズマ処理システム Download PDF

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Description

基板（半導体ウエハなど）を処理して集積回路を製造するために、プラズマ処理システムが長い間利用されてきた。プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理システム、誘導結合（ＩＣＰ）プラズマ処理システム、または、容量結合（ＣＣＰ）プラズマ処理システムなど、様々なプラズマ処理システムで生成されてよい。多くの場合、プラズマ処理システムの処理チャンバ内の特定の領域（処理される基板の真上の領域）にプラズマを閉じ込めることにより、いくつかの利点を提供できる。
議論を容易にするために、図１は、処理中にプラズマを中に閉じ込めるプラズマチャンバ１００の一例を示す。例えば、基板１２４が、チャンバ１０２に接続された台座１２０に取り付けられた電極１１０上に載置されている状況を考える。電極１１０は、台座１２０の内部を通して、離れた電源１１４（高周波（ＲＦ）電源）に接続される。チャンバ１０２内の圧力（ポンプ（図示せず）によって下げられてよい）が、所望のレベルに到達したら、処理ガス１５０（化学物質の混合物であってよい）が、流入口１０４を通してチャンバ１０２内に導入されてよい。基板１２４を処理するために、電極１１０は、電源１１４からの電力を処理ガス１５０に容量結合して、プラズマ１０６を形成しうる。通常、プラズマ１０６は、一組の閉じ込めリング１０８によって、チャンバ１０２の所望の領域内に閉じ込められる。基板処理中に、処理ガス１５０からの化学成分の混合物と、プラズマ１０６内で反応によって形成された化学成分と、基板１２４の処理からの化学副産物とを含みうるプラズマ１０６からのガスは、流出口１２６を通してチャンバ１０２から除去される前に、閉じ込めリング１０８および非プラズマチャンバ空間１２８を流れる。この経路は、経路１３６として図示されており、これによって、通常は、プラズマ１０６が閉じ込められている場合でも、チャンバ１０２の内部が反応性の高いガスに曝される。
しかしながら、基板１２４の処理中に、プラズマ１０６は、予期せずに、または、制御できずに、チャンバ１０２内の閉じ込め領域の外に移動する場合がある。換言すれば、非閉じ込めプラズマ１３８が、閉じ込めリング１０８の外側のチャンバ１０２の領域内に生じる。非閉じ込めプラズマ１３８は、基板１２４上での能力の大幅な低下、チャンバ１０２の損傷、および、台座１２０またはそのサブシステムの損傷の内の少なくとも一つを引き起こしうるように、処理プラズマ１０６の質を変化させる場合があるため、非閉じ込めプラズマ１３８の形成は望ましくない。例えば、基板１２４は、エッチング速度または蒸着速度の変化によって損傷されうる、および／または、非閉じ込めプラズマ１３８によって生成される粒子欠陥または元素汚染で汚染されることによって損傷されうる。処理チャンバ１０２および／または台座１２０は、例えば、非閉じ込めプラズマ１３８に曝された結果として起きるチャンバ材料の浸食又は腐食によって物理的に損傷されうる。さらに、非閉じ込めプラズマ１３８は、プラズマ電力がチャンバを通してグランドに戻される経路を変化させうるため、処理チャンバ１０２の構成要素が電気的損傷を受ける場合がある。一例では、電源１１４からのプラズマ電力は、プラズマ電力を伝送するよう設計されていない場合があるチャンバの構成要素を通してグランドに戻ることがある。
以上からわかるように、非閉じ込めプラズマ事象は、多くの異なる要因によって引き起こされうる。例えば、プラズマは、不安定になると、閉じ込められなくなる場合がある。別の例では、処理チャンバ内でアーク放電が起きると、非閉じ込めプラズマ事象が起こりうる。さらに別の例では、プラズマ電力、プラズマ組成、ガス供給流量、動作圧などの処理パラメータが変動すると、プラズマが閉じ込められなくなる場合がある。
また、非閉じ込めプラズマ事象の発生は、散発的で、予測不可能である場合がある。予測不可能であることの一つの理由は、非閉じ込めプラズマが、様々な形態を有しうることである。さらに、非閉じ込めプラズマ事象が基板処理に対して持ちうる具体的な影響は、非閉じ込めプラズマが可変で予測不能な形態を示すことから、一般に予測不可能である。例えば、非閉じ込めプラズマは、低密度または高密度を有しうる。別の例では、非閉じ込めプラズマが占める空間は、大きい場合または小さい場合がある。さらに別の例では、閉じ込めプラズマが安定したプラズマである場合もあるし、変動する散発的なプラズマである場合もある。チャンバ内での非閉じ込めプラズマの位置でさえ、処理中に変化しうる。
非閉じ込めプラズマの事象を検出するために、様々な方法が用いられてきた。一つの方法は、通常複数の電極を有する静電プローブ（ＶＩプローブまたはラングミュアプローブなど）を用いて、非閉じ込めプラズマ事象を検出することを含む。一例では、（通常は金属から形成される）保護されていない電極を有しうるラングミュアプローブが、チャンバ環境に曝されうる。ラングミュアプローブは、通例、プローブがプラズマに曝された時にプラズマからプローブの電極に直流（ＤＣ）が流れうるように、電気的にバイアスされる。例えば、ラングミュアプローブ１２２は、所望のプラズマ閉じ込め領域の外側のプラズマ環境内に配置される。電流検出器１４８を用いることにより、電源１１８を通したラングミュアプローブ１２２でのＤＣ電流の変化を検出できる。また、ＤＣ電源（図示せず）を用いて、プローブにバイアスを掛けてもよい。
しかしながら、ラングミュアプローブの動作要件（すなわち、電極が保護されないことと、プラズマとのＤＣ電気接触が存在すること）は、非閉じ込めプラズマ事象の検出におけるラングミュアプローブの有効性を制限する。また、非閉じ込めプラズマの事象の予測不可能な性質から、検出を有効にするためには、基板が処理されている間、連続的にラングミュアプローブを動作させる必要がありうる。しかしながら、連続的に利用すると、プラズマ処理中にチャンバ内に通常存在する化学種の混合物に、ラングミュアプローブの保護されていない電極を曝すことになる。化学種の混合物は、基板の処理のために供給された化学物質、処理プラズマ内で生成された新しい化学種、および、基板の処理中に形成された化学副産物を含んでおり、通例は、ラングミュアプローブが適切に機能する能力に悪影響を与えうる腐食成分および蒸着成分の両方を含む。
一例では、腐食成分（塩素、フッ素、および、臭素など）により、非閉じ込めプラズマ事象を適時および／または正確に検出できなくなるなど、ラングミュアプローブが適切に機能しなくなることがある。さらに、腐食された電極は、処理される基板を間接的に損傷しうる粒子欠陥および／または金属汚染の源になりうる。別の例では、混合物（例えば、無機のＳｉＯｘベースの副産物および有機のＣＦｘベースの重合剤）の蒸着成分が、プローブの電極上への絶縁膜の形成を引き起こし、その膜は、必要なプラズマ電極のＤＣ接触を防ぐことにより、プローブが、プラズマの存在を正確および／または適時に検知することを妨害しうる。以上からわかるように、ラングミュアプローブは、非閉じ込めプラズマ事象を検出するには理想的ではない。
利用されてきた別の方法は、処理中に基板のバイアス電圧の変化を特定して、非閉じ込めプラズマ事象を検出する方法である。図１を参照すると、電源１１４によって供給された電力が、チャンバ１００内のプラズマ１０６と相互作用すると、基板１２４上にバイアス電圧が生成されうる。通例、処理中に基板１２４上のバイアス電圧の直接測定を行うことを可能にするために、センサ１４０が、（例えば、電極１１０内に）組み込まれてよく、バイアス電圧を閾値と比較するために、バイアス電圧検出器１４４が用いられてよい。このように、非閉じ込めプラズマ１３８によって、プラズマ１０６の特性が変化した時に、センサ１４０を用いてバイアス電圧を測定し、バイアス電圧検出器１４４を用いてバイアス電圧の変化を検出することができる。
追加的または代替的に、基板バイアス電圧に関連するパラメータの変化を測定することにより、バイアス電圧の変化を間接的に検出してもよい。例えば、非閉じ込めプラズマ１３８を原因として、基板バイアス電圧が変化すると、プラズマ１０６を維持するために電源１１４によって電極１１０に供給される電力も変化しうる。したがって、プラズマ１０６に供給される電力をＲＦ電力検出器１４２で監視することにより、非閉じ込めプラズマ事象の検出が可能になる。
しかしながら、非閉じ込めプラズマ事象によって引き起こされるバイアス電圧の変化を検出することは困難であるため、バイアス電圧を監視して非閉じ込めプラズマ事象を検出する方法の有用性は限られている。バイアス電圧の変化の検出は、プラズマを生成するために、より高周波（例えば、６０ＭＨｚ）の高周波電源を用いる場合、特に困難である。より高周波の高周波電源によって生成されるバイアス電圧は小さく、非閉じ込めプラズマ事象は、通常、低電力レベルで起きるため、ＤＣバイアス信号の小さい変化から非閉じ込めプラズマ事象を検出することは、困難または不可能な場合がある。したがって、非閉じ込めプラズマ事象を確実に検出できないため、この技術の有用性は限られている。
さらに別の従来技術の方法では、光学センサを用いて、非閉じ込めプラズマ事象を検出してもよい。当業者であれば、プラズマが一般的に光を放つことを知っている。したがって、光学センサを用いて、非閉じ込めプラズマから放射される光を検出することができる。一例では、図１を参照すると、（通路１３４で示すように）監視したいチャンバ１０２の領域内を見通すことができる透明な窓１３０に隣接して、光学センサ１３２を設けてよい。したがって、プラズマ１０６が閉じ込められなくなると、非閉じ込めプラズマ１３８からの光が、通路１３４に入り、窓１３０を通って、光学センサ１３２によって検出されうる。光学センサ１３２は、光を検出すると、光信号検出器１４６に信号を送ってよい。信号が所定の閾値より大きい場合、光信号検出器１４６は、非閉じ込めプラズマ１３８が検出されたことを示す警告を提供してよい。
しかしながら、非閉じ込めプラズマ１３８から放射される光を検出することは困難な場合があるため、光学センサを用いて非閉じ込めプラズマ事象を検出する方法は、一部の例では満足に機能しないことがある。何故なら、非閉じ込めプラズマ１３８によって放射される光は、処理プラズマ１０６から放射される光よりもかなり弱いためである。さらに、反応化学物質が、透明な窓の透明度を下げうるため、チャンバの外側に光学センサを配置すると、透明な窓を通して光を「見る」ことが困難になる場合がある。換言すると、反応化学物質は、透明な窓の上に薄膜の層を蒸着させることにより、光学センサで検出される光の量および／または質を大幅に低減しうる。さらに、光学センサを利用するには、処理環境内への視野を確保する必要がある。しかしながら、監視が必要になりうるすべての場所に窓および／または通路を配置することが、実現可能であるとは限らない。
本発明の第１の形態は、プラズマ処理チャンバ内で非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステムであって、
前記プラズマ処理チャンバ内においてセンサの外面が非閉じ込めプラズマに曝されるように配置され、非閉じ込めプラズマが前記プラズマ処理チャンバ内に存在する時に電流を供給するよう構成されたセンサと、
前記電流を電圧に変換するよう構成された変換器と、
前記電圧からノイズを除去して、第１の信号を供給するよう構成されたフィルタと、
前記第１の信号および前記第１の信号の増幅信号の内の少なくとも一方を含む入力信号を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を決定するよう構成された検出器と、
前記センサおよび前記変換器を接続して、前記電流を前記センサから前記変換器に伝導するよう構成された導体と、
前記導体の少なくとも一部を囲んで、前記導体が受ける電磁ノイズを少なくとも低減するよう構成されたシールドと、
を備える、システムである。
本発明の第２の形態は、プラズマ処理システムであって、
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内において静電容量センサの外面が非閉じ込めプラズマに曝されるように配置され、非閉じ込めプラズマが前記プラズマ処理チャンバ内に存在する時に電流を供給するよう構成された静電容量センサと、
前記電流を電圧に変換するよう構成された変換器と、
前記電圧から少なくともノイズを除去して、第１の信号を供給するよう構成されたフィルタと、
前記第１の信号および前記第１の信号の増幅レベルの内の少なくとも一方を含む検出器入力信号を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を決定するよう構成された検出器と、
前記センサおよび前記変換器を接続して、前記電流を前記センサから前記変換器に伝導するよう構成された導体と、
前記導体の少なくとも一部を囲んで、前記導体が受ける電磁ノイズを少なくとも低減するよう構成されたシールドと、
を備える、プラズマ処理システムである。
本発明は、一実施形態において、プラズマチャンバのプラズマ処理環境内で、非閉じ込めプラズマ事象を検出するための構成に関する。その構成は、プラズマチャンバ内のプラズマ閉じ込め領域の外に実装されたセンサを備える。センサは、非閉じ込めプラズマ事象の発生中に過渡電流を生成してよい。この構成は、さらに、センサをプラズマチャンバ壁から電気的に絶縁するための絶縁体を備える。この構成は、さらに、絶縁体を通して、ケーブル、ワイヤ、または、導体を、センサに電気接続するための導体接点を備える。この構成は、さらに、導体接点に取り付けられた導体を介してセンサに電気接続された検出回路を備える。検出回路は、過渡電流を過渡電圧信号に変換し、過渡電圧信号からノイズを除去した後に、非閉じ込めプラズマ事象が発生中であることを規定する閾値よりも過渡電圧信号が大きいか否かを判定するよう構成されている。この構成は、さらに、導体の少なくとも一部を囲んで、導体が受ける電磁ノイズ（例えば、ＲＦノイズ）を少なくとも低減するためのシールドを備える。
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］
プラズマ処理チャンバ内で非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステムであって、
前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、非閉じ込めプラズマが前記プラズマ処理チャンバ内に存在する時に電流を供給するよう構成されたセンサと、
前記電流を電圧に変換するよう構成された変換器と、
前記電圧からノイズを除去して、第１の信号を供給するよう構成されたフィルタと、
前記第１の信号および前記第１の信号の増幅信号の内の少なくとも一方を含む入力信号を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を決定するよう構成された検出器と、
前記センサおよび前記変換器を接続して、前記電流を前記センサから前記変換器に伝導するよう構成された導体と、
前記導体の少なくとも一部を囲んで、前記導体が受ける電磁ノイズを少なくとも低減するよう構成されたシールドと、
を備える、システム。
［適用例２］
適用例１に記載のシステムであって、
前記シールドは、少なくとも２つの電気接地に接続されている、システム。
［適用例３］
適用例１に記載のシステムであって、さらに、
前記導体に接続され、前記変換器における電圧上昇を少なくとも低減するよう構成されたブリーディング抵抗器を備える、システム。
［適用例４］
適用例１に記載のシステムであって、さらに
前記変換器内の電圧出力抵抗器であって、前記電圧は、前記電圧出力抵抗器の少なくとも一端部から供給されるよう構成されている、電圧出力抵抗器と、
直列コンデンサと、
直列抵抗器と、
前記直列コンデンサおよび前記直列抵抗器を介して前記電圧出力抵抗器と接続され、前記システムの少なくとも一回路を試験するために試験信号を供給するよう構成された電流源と、
を備える、システム。
［適用例５］
適用例１に記載のシステムであって、さらに、
前記変換器および前記フィルタを接続するよう構成された２つの差動接続抵抗器を備える、システム。
［適用例６］
適用例１に記載のシステムであって、さらに
前記変換器内の電圧出力抵抗器であって、前記電圧は、前記電圧出力抵抗器の少なくとも一端部から供給されるよう構成されている、電圧出力抵抗器と、
前記電圧出力抵抗器の第１の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第１の差動接続抵抗器と、
前記電圧出力抵抗器の第２の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第２の差動接続抵抗器と、
を備える、システム。
［適用例７］
適用例１に記載のシステムであって、
前記フィルタは、少なくとも１つの抵抗−容量フィルタを備える、システム。
［適用例８］
適用例７に記載のシステムであって、
前記抵抗−容量フィルタは、少なくとも複数のカスケード接続されたフィルタ段を備える、システム。
［適用例９］
適用例１に記載のシステムであって、
前記フィルタは、少なくとも、
２つの差動接続抵抗網の内の第１の差動接続抵抗網を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けたノイズを前記プラズマ処理チャンバのフレーム接地に分路するよう構成された第１のコンデンサと、
前記２つの差動接続抵抗網の内の第２の差動接続抵抗網を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けた前記ノイズを前記プラズマ処理チャンバの前記フレーム接地に分路するよう構成された第２のコンデンサと、
を備え、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、前記２つの差動接続抵抗網と協調的に動作して、コモンモード高周波数ノイズを除去する、システム。
［適用例１０］
適用例９に記載のシステムであって、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、接地ストラップを共有する異なる接地に接続されている、システム。
［適用例１１］
適用例９に記載のシステムであって、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、異なる接地ストラップを有する異なる接地に接続されている、システム。
［適用例１２］
適用例９に記載のシステムであって、
前記第１のフレーム接地と前記変換器が用いるフレーム接地は、異なる接地ストラップを有する、システム。
［適用例１３］
適用例９に記載のシステムであって、さらに、
前記第１の抵抗器および前記第２の抵抗器に接続され、前記変換器から受けた少なくとも差動モードノイズを減衰させるよう構成された第３のコンデンサを備える、システム。
［適用例１４］
適用例１に記載のシステムであって、さらに、
前記フィルタの出力を増幅して、前記信号増幅信号を供給するよう構成され、アナログ信号接地に接続された差動増幅器を備える、システム。
［適用例１５］
適用例１に記載のシステムであって、
前記検出器は、少なくとも、
前記検出器の入力信号を受信するよう構成された正比較器と、
前記検出器の入力信号を受信するよう構成された負比較器と、
プロセッサと、
アクティブな信号が、前記正比較器および前記負比較器の少なくとも一方によって供給された場合に、前記プロセッサがタイマを開始するトリガになるよう構成されたＡＮＤゲートと、
を備え、
前記プロセッサは、
前記正比較器および前記負比較器の少なくとも一方が、アクティブな信号を供給しない場合に、前記タイマを停止し、
前記タイマによって測定された累積時間を用いて、前記信号の幅を決定し、
前記信号の前記幅を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を判定するよう構成されている、システム。
［適用例１６］
適用例１５に記載のシステムであって、さらに、
前記検出器の入力信号内の残りのノイズのピーク値を測定するよう構成されたピーク検出器を備え、前記残りのノイズの前記ピーク値は、前記正比較器および前記負比較器の少なくとも一方に実装される１または複数の閾値を調整するために用いられる、システム。
［適用例１７］
適用例１５に記載のシステムであって、
前記プロセッサは、さらに、自己診断信号を前記変換器に供給するよう構成されている、システム。
［適用例１８］
プラズマ処理システムであって、
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバ内に配置され、非閉じ込めプラズマが前記プラズマ処理チャンバ内に存在する時に電流を供給するよう構成された静電容量センサと、
前記電流を電圧に変換するよう構成された変換器と、
前記電圧から少なくともノイズを除去して、第１の信号を供給するよう構成されたフィルタと、
前記第１の信号および前記第１の信号の増幅レベルの内の少なくとも一方を含む検出器入力信号を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を決定するよう構成された検出器と、
前記センサおよび前記変換器を接続して、前記電流を前記センサから前記変換器に伝導するよう構成された導体と、
前記導体の少なくとも一部を囲んで、前記導体が受ける電磁ノイズを少なくとも低減するよう構成されたシールドと、
を備える、プラズマ処理システム。
［適用例１９］
適用例１８に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
前記変換器内の電圧出力抵抗器であって、前記電圧は、前記電圧出力抵抗器の少なくとも一端部から供給されるよう構成されている、電圧出力抵抗器と、
前記電圧出力抵抗器の第１の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第１の差動接続抵抗器と、
前記電圧出力抵抗器の第２の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第２の差動接続抵抗器と、
２つの差動接続抵抗網の内の第１の差動接続抵抗網を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けたノイズを前記プラズマ処理チャンバのフレーム接地に分路するよう構成された第１のコンデンサと、
前記２つの差動接続抵抗網の内の第２の差動接続抵抗網を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けた前記ノイズを前記プラズマ処理チャンバの前記フレーム接地に分路するよう構成された第２のコンデンサと、
を備える、プラズマ処理システム。
［適用例２０］
適用例１９に記載のプラズマ処理システムであって、さらに
前記第１の差動接続抵抗器および前記第２の差動接続抵抗器に接続され、前記変換器から受けた少なくとも差動モードノイズを減衰させるよう構成された第３のコンデンサを備える、プラズマ処理システム。
上述の発明の概要は、本明細書に開示された本発明の多くの実施形態の内の１または複数のみに関するものであり、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定する意図はない。添付の図面を参照しつつ行う本発明の詳細な説明において、本発明の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本発明を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。
処理中にプラズマが閉じ込められる従来のプラズマ処理チャンバの一例と、非閉じ込めプラズマを検出するための現在の方法とを示す図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、プラズマ処理中のプラズマチャンバを示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、静電容量センサの実装を示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、四角形の静電容量センサを示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、２つの絶縁外層を有するセンサの断面を示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、非閉じ込めプラズマ検出構成内の回路を示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、非閉じ込めプラズマ検出構成内の回路を示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、プラズマ処理チャンバ内での非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステムを示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、図５の例に示したシステム内のセンサ、シールド導体、および、変換器を示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、図５の例に示したシステム内のフィルタを示す概略図。
本発明の１または複数の実施形態に従って、図５の例に示したシステム内の検出器を示す概略図。
以下では、添付図面に例示されたいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本発明の詳細な説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。
以下では、方法および技術を含め、様々な実施形態について説明する。本発明は、本発明の技術の実施形態を実行するためのコンピュータ読み取り可能な命令を格納するコンピュータ読み取り可能な媒体を含む製品も含みうることに留意されたい。コンピュータ読み取り可能な媒体としては、例えば、コンピュータ読み取り可能な暗号を格納するための半導体、磁気、光磁気、光学、または、その他の形態のコンピュータ読み取り可能な媒体が挙げられる。さらに、本発明は、本発明の実施形態を実施するための装置も含んでよい。かかる装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実行するために、専用および／またはプログラム可能な回路を備えてよい。かかる装置の例は、汎用コンピュータおよび／または適切にプログラムされた専用コンピュータデバイスを含み、本発明の実施形態に関する様々なタスクに適合したコンピュータ／コンピュータデバイスおよび専用／プログラム可能回路を組み合わせたものを含んでもよい。
上述のように、プラズマ処理中に、形成されるデバイスの品質は、処理される基板の真上の領域など、プラズマチャンバの特定の領域内に、プラズマが閉じ込められることに依存しうる。しかしながら、プラズマは、閉じ込められなくなって、所望の処理領域の外に移動することがある。処理プラズマの質が改変されることにより、能力の問題（例えば、基板上での能力の著しい低下）、および／または、ハードウェアの損傷（例えば、処理チャンバまたは台座の損傷）が生じうるため、プラズマチャンバ内に非閉じ込めプラズマが形成されることは、非常に望ましくない。非閉じ込めプラズマを検出するための従来の方法は、様々な理由から制限がある。それらの理由は、重要なセンサの腐食、および／または、重要なセンサ素子への絶縁膜の蒸着、ならびに、信号対雑音特性の悪化、を含むが、これらに限定されない。
本発明の一部の実施形態は、非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステムに関する。例えば、本発明の１または複数の実施形態に従った検出システムは、非閉じ込めプラズマセンサ（静電容量センサなど）を備えてよい。非閉じ込めプラズマセンサは、一般的に腐食性および蒸着性であるプラズマ処理環境に敏感ではない、すなわち、かかる環境から実質的に影響を受けない。非閉じ込めプラズマセンサは、さらに、デバイスの歩留まりの低下を招くことなく、プラズマ処理中に連続的に動作されるよう構成される。さらに、非閉じ込めプラズマセンサは、非閉じ込めプラズマ事象が起きた時に、明瞭で頑健な信号を生成するよう構成される。加えて、非閉じ込めプラズマセンサは、処理チャンバ内で柔軟に配置されるよう構成される。
検出システムは、さらに、非閉じ込めプラズマセンサから受信した電流信号を電圧信号に変換すると共に信号内のノイズを除去するための検出回路を備えてよい。検出回路は、抵抗−容量（ＲＣ）フィルタを備えてよく、ＲＣフィルタは、幅広い周波数のノイズをフィルタリングするために、いくつかのカスケード接続されたフィルタ段を備えてよい。ＲＣフィルタは、フィルタ段の間にバッファリング構成を実装する必要のない簡単な構造を有しうる。ＲＣフィルタは、最小限の設計、製造、および、維持コストで、ノイズを効果的に除去し、非閉じ込めプラズマの有無を判定するための高忠実度の信号を供給できる点で有利である。
検出システムは、さらに、非閉じ込めプラズマセンサおよび検出回路を接続する導体の少なくとも一部を包むためのシールドを備えてよい。導体が受けた電磁ノイズを実質的に低減または防止することが可能であり、非閉じ込めプラズマセンサが供給する電流信号を、最小限の干渉および汚染で送ることができる点で有利である。
検出システムは、さらに、検出回路（および、非閉じ込めプラズマセンサの回路）に対する試験を行って、非閉じ込めプラズマの正確な検出を保証するための自己診断機構を備えてよい。自己診断機構は、検出システムが実装されたプラズマ処理システムの動作を中断することなく、試験を実行できる。生産性を落とすことなく、非閉じ込めプラズマを正確に検出できる点で有利である。
本発明の一部の実施形態は、非閉じ込めプラズマ事象を検出するための検出システムを備えたプラズマ処理システムに関する。
本発明の特長および利点は、図面と以下の説明を参照すれば、よりよく理解できる。
図２は、本発明の一実施形態に従って、プラズマ処理中のプラズマチャンバ２００を示す概略図である。プラズマチャンバ２００は、非閉じ込めプラズマ事象を検出したい領域内に実装されるよう構成された電極２１０（例えば、静電容量センサ）を備えてよい。換言すれば、その領域は、プラズマ閉じ込め領域２１４の外側の領域であってよい。一例では、電極２１０は、電極２１０の外面が非閉じ込めプラズマ（例えば、非閉じ込めプラズマ２１２）に曝されるように取り付けられてよい。
プラズマ特有の特性により、プラズマに曝された表面は、軽いプラズマ成分（例えば、電子）と重いプラズマ成分（例えば、分子イオン）との間の速度差の結果として帯電しうる。したがって、電極２１０が非閉じ込めプラズマ２１２に曝されると、電極２１０の外面は、帯電プロセスを受けうる。電極２１０の外面は、非閉じ込めプラズマ２１２の特性に応じて、負または正に帯電しうる。通常、帯電プロセスは、電極２１０の外面が、帯電量について非閉じ込めプラズマ２１２と平衡状態になるまでしか起こりえないため、過渡的なものである。
外面の過渡的な帯電プロセスが起きている間、反対符号の過渡電荷が電極２１０内に誘導されうる。過渡電荷は、変換回路２２２によって過渡電圧信号に変換されてよい。過渡電圧信号からノイズを除去するために、ローパスフィルタ２２４が利用されてよい。一例では、過渡電圧信号は、ローパスフィルタ２２４を通して高周波成分（すなわち、高周波ノイズ）を除去することによって改善されてよい。一実施形態では、過渡電圧信号をさらに純化して調整済み信号にするために、１組の共振ＬＣフィルタ２２６を用いて、特定の周波数（一般的にプラズマの生成に用いられる周波数）を遮断してよい。次いで、調整済み信号は、閾値検出器２２８に送信されてよく、閾値検出器２２８は、調整済み信号を所定の閾値と比較するよう構成されてよい。調整済み信号が所定の閾値よりも大きい場合、閾値検出器２２８は、非閉じ込めプラズマが検出されたことを示す警告を発信することにより、適切な措置（例えば、プラズマを消して、基板の処理を停止してよい）を講じられるようにしてもよい。
図３Ａは、本発明の一実施形態に従って、静電容量センサの実装を示す。図２に示したように、静電容量センサ３０２が、プラズマチャンバのチャンバ壁３１８に取り付けられてよい。一実施形態では、静電容量センサ３０２は、絶縁外層３０８および導電基板３０４を含む少なくとも２つの構成要素を備えてよい。一実施形態では、静電容量センサ３０２は、絶縁体３１６を介して取り付け面から絶縁されている。非閉じ込めプラズマにより、過渡電荷が生じると、電気接点３０６を介して導電基板３０４に接続された導体接点３１４に、過渡電流が送られてよい。過渡電荷は、クランプ３１２によって導体接点３１４に固定されてよいワイヤ３１０を介して検出回路（図示せず）に送られてよい。
一実施形態では、導電基板３０４は、導電材料から形成されてよい。一例では、導電基板３０４は、金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ系など）、金属の組み合わせ又は合金から形成されてよい。別の実施形態では、導電基板３０４は、半導体材料（例えば、高濃度ドープシリコン）から形成されてもよい。さらに別の実施形態では、導電基板３０４は、導電セラミック材料（例えば、炭化ケイ素）または導電セラミックの組み合わせから形成されてもよい。さらに別の実施形態では、導電基板３０４は、導電性ポリマから形成されてもよい。一例では、導電性ポリマは、導電性の「フィラー」を含む有機ポリマであってよい。別の例では、導電性ポリマは、有機ポリアニリン系ポリマまたはポリアニリン系ポリマの混合物であってもよい。さらに別の実施形態では、導電基板３０４は、非導電性ポリマから形成されてもよい。さらに別の実施形態では、導電基板３０４は、導電性無機ポリマ（例えば、導電性シリコーン）から形成されてもよい。さらに別の実施形態では、導電基板３０４は、上述の導電材料の任意またはすべてを組み合わせたものから形成されてもよい。
一実施形態では、絶縁外層３０８は、絶縁材料から形成されてよい。一例では、絶縁外層３０８は、ＳｉＯ2の一形態（例えば、石英またはガラス）、セラミック（例えば、Ａｌ2Ｏ3）、市販のポリマ（例えば、ＰＴＦＥ、ポリイミド、シリコーンなど）、プラズマ処理の副産物であるポリマ（例えば、ＣＦX系のポリマ）、または、それらの任意またはすべてを組み合わせたもの、から形成されてよい。
さらに、絶縁外層３０８は、センサが取り付けられたプラズマチャンバで利用される化学物質およびプラズマの典型的な混合物と適合しうる絶縁材料から形成されてよい。一例では、陽極酸化アルミニウムは、基板処理に通常用いられる化学物質に対して比較的不活性であることから、典型的なプラズマエッチングチャンバ（図１に示したものなど）でよく使われる材料である。換言すれば、陽極酸化アルミニウムから形成された非閉じ込めプラズマセンサは、プラズマ環境に対して比較的反応しにくく、金属または粒子欠陥の源にならないため、プラズマ処理に適合しうる。
別の実施形態では、絶縁外層３０８は、導電基板３０４から成長させてもよい。一例では、絶縁外層３０８を特徴付けうる陽極酸化アルミニウムは、アルミニウム基板から成長させてよい。別の例では、絶縁外層３０８は、導電基板３０４上に蒸着された薄膜から成長させてもよい。薄膜は、化学蒸着、プラズマ化学蒸着、スパッタリングなど、複数の一般的な蒸着技術によって蒸着されてよい。さらに別の例では、絶縁外層３０８は、溶射、焼結、熱接合など、複数の一般的な塗布技術によって、導電基板３０４上に塗布されてよい。
絶縁外層３０８の厚さは、絶縁材料の種類に応じて変わってよい。一実施形態では、絶縁外層３０８の厚さは、導電基板３０４を絶縁するのに十分な厚さを有しつつ、静電容量センサ３０２がプラズマに曝された時に適切な静電容量を生み出して、検出回路で検出可能な測定できる電圧を生成することを可能にする必要がある。一実施形態では、薄膜の厚さは、１０から１００ミクロンの範囲であってよい。
以上からわかるように、導電基板３０４に塗布されてよい絶縁外層の数は、絶縁外層のセットが、非閉じ込めプラズマに曝されるセンサの外面３２４から導電基板３０４を絶縁する限りは、様々であってよい。説明のために、図３Ｃは、本発明の一実施形態に従って、２つの絶縁外層３２０および３２２を備えた静電容量センサ３０２の断面の一例を示す。一例では、絶縁外層３２２は、静電容量センサ３０２の加工の一部として、絶縁外層３２０上に塗布されてよい。この例では、絶縁外層３２０は、中間接着層となって、導電基板３０４上への絶縁外層３２２の接着を改善しうる。別の例では、絶縁外層３２０は、絶縁外層３２２および導電基板３０４の間の熱膨張係数を有してよい。かかる熱膨張係数によると、温度サイクリングの影響による亀裂または剥離に対する静電容量センサ３０２の耐性を高めることができる。
第３の例では、絶縁外層３２２は、基板の処理中に処理チャンバ内に存在する反応ガスに曝されることによって絶縁外層３２０上に形成された蒸着層であってもよい。静電容量センサ３０２は、コンデンサのように動作しうるため、センサの表面上にさらなる層を形成しても影響を受けないことができる。ラングミュアプローブと異なり、絶縁外層の形成によって、センサが非閉じ込めプラズマを検出できなくなることはない。
再び図３Ａを参照すると、絶縁体３１６、導体接点３１４、および、クランプ３１２の特定の組み合わせは、特定の用途に合わせて特注されてもよいし、任意の数の市販の真空フィードスルー装置またはその構成要素に置き換えられてもよい。
さらに、静電容量センサ３０２は、多くの異なる方法でチャンバに取り付けられてよい。一実施形態では、静電容量センサ３０２は、図３Ａに示すように、チャンバ壁３１８に近接して取り付けられてよい。別の実施形態では、静電容量センサ３０２は、チャンバ壁３１８と同一平面になっていてもよい。さらに別の実施形態では、静電容量センサ３０２は、チャンバ壁３１８から離して（ロッドまたは台座の端部上などに）取り付けられてもよい。
一実施形態では、静電容量センサ３０２は、任意の幾何学的形状で形成されてよい。上記からわかるように、静電容量センサ３０２の形状は、製造業者の選好に基づいてもよいし、取り付け位置に基づいてもよい。一実施形態では、図３Ｂに示すように、静電容量センサ３０２は、約１インチのｘおよびｙの寸法と、約０．０５インチの厚さｚとを有する四角形の「ボタン形」であってよい。別の実施形態では、静電容量センサ３０２は、環境内の他の構成要素（円形の台座または円形のチャンバなど）を考慮して、円環形（リング形など）であってもよい。通常、感度は、非閉じ込めプラズマ（外側の空間全体を占めないこともある）と接触するプローブの表面積に比例する。したがって、プローブが大きいほど、大きい信号を提供できるが、より多くのノイズを捕らえうる。さらに、非常に大きいプローブは、例えば、ＲＦ電流の帰還路を変化させることにより、正常なプラズマ処理を阻害する恐れがある。したがって、センサの形状およびサイズは、上述の基準を前提として、製造業者の選好によって決まりうる。
上述のように、過渡電流が発生すると、その過渡電流は、非閉じ込めプラズマの有無を判定するために、検出回路に送られてよい。
図４Ａは、本発明の一実施形態に従って、静電容量センサおよび検出回路の両方の電気モデルの一例を示す図である。ボックス４０２は、静電容量センサの回路モデルの一例を示す。静電容量センサの外面（プラズマに曝される表面）は、プレート４０４として表されている。コンデンサ４０６および４０８は、各々、静電容量センサの導電基板上に配置されてよい絶縁外層である。以上からわかるように、導電基板上のさらなる層は、電気モデル内のさらなるコンデンサとして表されてよい（逆もまた同様）。一実施形態では、導電基板上の絶縁外層のセットの静電容量は、支配的な静電容量（dominant capacitance）である。換言すれば、一連の最小のコンデンサは、支配的なコンデンサであるため、プラズマ蒸着産物の層の形成によるさらなる静電容量は、検出器の外層の静電容量よりも大きくてよい。通常、薄膜の典型的な静電容量値は、１平方センチメートルの表面積当たり約０．１ナノファラッド（ｎＦ）であってよい。
ボックス４１０、４２０、および、４３０は、併せて、検出回路の回路モデルの一例を示す。ボックス４１０は、電流電圧変換器（すなわち、回路変換器）のモデルの一例を示す。電流電圧変換器は、プレート４０４がプラズマに曝されることによる電荷から生じた過渡電流を過渡電圧に変換するよう構成されている。一例では、プラズマに曝されることによってコンデンサ４０６および４０８に生じる過渡電流は、抵抗器４１４を介して電気接地４１６に流れてよく、それによって、過渡電流は、点４１２で読み取ることができる過渡電圧信号に変換される。一実施形態では、抵抗器４１４は、１〜１００キロオームの間の値を有してよい。１または複数の実施形態において、フィードバック抵抗器を備えたオペアンプが、過渡電流を過渡電圧に変換してもよい。１または複数の実施形態は、適切なバイアスを有するトランジスタを用いて、過渡電流を過渡電圧に変換してもよい。１または複数の実施形態は、変圧器を用いて、過渡電流を過渡電圧に変換してもよい。
次いで、点４１２において生成された過渡電圧信号は、信号対雑音特性を改善するために調整されてよい。一実施形態では、過渡電圧信号は、ローパスフィルタ（例えば、ボックス４２０に示した回路例）を通ってよい。一実施形態では、ローパスフィルタ４２０は、接地４２６に接続されたコンデンサ４２４に接続された抵抗器４２２を含んでよいが、それに限定されない。要素４２２および４２４の組み合わせは、過渡電圧信号から高周波成分を取り除くよう機能する。一実施形態では、抵抗器４２２は、１００オームの値を有してよく、コンデンサ４２４は、約１００ｎＦの値を有してよい。
過渡電圧信号の信号対雑音特性は、一実施形態において、過渡電圧信号を１組の共振ＬＣフィルタ（ボックス４３０に示す２つの例）に通すことによって、さらに改善されてよい。第１のＬＣフィルタは、コンデンサ４３４と並列に接続されたインダクタ４３２を備えてよい。同様に、第２のＬＣフィルタは、コンデンサ４３８と並列に接続されたインダクタ４３６を備えてよい。１組の共振ＬＣフィルタを用いて、既知の周波数および／または予期された周波数を選択的に遮断することにより、過渡電圧信号を改善することができる。例えば、処理プラズマが、異なる周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚおよび２７ＭＨｚ）で動作する２つの別個のＲＦ電源によって電力供給される場合、プラズマに曝された静電容量センサから生成された過渡電圧信号は、両方の周波数を含んでよい。
これらの周波数の大きさは、過渡電圧信号の検出を妨げうるため、１組の共振ＬＣフィルタを用いて、それらの周波数を遮断してよい。一例では、コンデンサ４３４と並列に接続されたインダクタ４３２は、１３．５６ＭＨｚ成分を遮断してよく、コンデンサ４３８と並列に接続されたインダクタ４３６は、２７ＭＨｚ成分を遮断してよい。通例、遮断されうる周波数の種類は、一般的に利用されうる周波数の種類（例えば、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、および、６０ＭＨｚ）であってよい。しかしながら、１組の共振ＬＣフィルタは、上述の周波数だけを遮断することに限定されず、任意の周波数および／または周波数範囲（例えば、２００ｋＨｚから２００ＭＨｚ）を遮断してもよい。上記からわかるように、遮断されうる周波数の種類は、ユーザの選好に応じて決められてよい。
過渡電圧信号がフィルタリングされると、調整済み信号が点４４０で生成されてよい。一実施形態では、調整済み信号（すなわち、共振ＬＣフィルタボックス４３０からの出力）は、閾値検出器（図示せず）に送信されてよい。閾値検出器は、調整済み信号を所定の閾値と比較して、非閉じ込めプラズマ事象が生じたか否かを判定してよい。
あるいは、検出回路は、図４Ｂに示すように実装されてもよい。図４Ｂに示す検出回路は、さらなるコンデンサ４１８が存在することを除けば、図４Ａの検出回路と同様の構成である。一実施形態では、コンデンサ４１８は、ボックス４１０の電流電圧変換器内に実装されてよい。ボックス４０２の静電容量センサでは、時に短絡が生じることがあるため、コンデンサ４１８は、検出回路の下流の要素（すなわち、ボックス４２０、４３０、閾値検出器など）が損傷しないように、ある程度の保護を提供しうる。一実施形態では、コンデンサ４１８は、約１００ｎＦの値を有してよい。一例として、静電容量センサの外層のセットが損傷して、静電容量センサの絶縁特性が低下すると、ボックス４０２のモデルコンデンサ４０６および４０８は、静電容量センサ（すなわち、プレート４０４）と検出回路の構成要素（ボックス４１０の点４１２に接続されている）との間の直接的な電気接続になり、検出回路も短絡して損傷する場合がある。しかしながら、コンデンサ４１８があれば、プラズマと検出回路の構成要素との間の直接的な接続を防ぐことにより、検出回路の損傷を防止できる。さらに、コンデンサ４１８が、短絡状態によって非閉じ込めプラズマに曝されるようになっても、生成された過渡電圧信号は、短絡していないセンサに関する過渡電圧信号と検出可能な違いを有する。結果として、閾値検出器は、それら２種類の過渡電圧信号を区別することができるため、静電容量センサが損傷されたことを決定することもできる。
図５は、本発明の１または複数の実施形態に従って、プラズマ処理チャンバ２００（すなわち、プラズマチャンバ２００）内での非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステム５００を示す概略図である。システム５００は、図２および図４を参照して説明した実施形態を越えるさらなる改善および利点を提供しうる。
例えば、システム５００は、潜在的にＤＣ電圧上昇（DC voltage build-up）によって引き起こされうる漏れ誤差（leakage-induced error）および絶縁破壊を防止できてよい。システム５００は、さらに、生産性を落とすことなく、非閉じ込めプラズマ事象の正確な検出を行うために、自己診断機能／特徴を備えてよい。システム５００は、さらに、信号をノイズ（コモンモードノイズなど）から区別することを容易にするために、センサ側接地と検出側接地とを分離してよい。システム５００は、さらに、比較的低コストのフィルタリング機構で広範囲の周波数のノイズを効果的にフィルタリングすることができる。システム５００は、さらに、適応的にフィルタリング機構および検出機構を調整することが可能であるため、プラズマ処理のための様々な構成およびレシピに対して最適化されうる。システム５００は、さらに、様々な非閉じ込めプラズマ事象の研究および分析を容易にしうる。
図２の例で示した実施形態と同様に、システム５００は、センサ２１０（すなわち、電極２１０）、変換器５８４、フィルタ５８６、および、検出器５８８を備えてよい。しかしながら、新規かつ非自明な方法で、システム５００は、図２および図４の例で必要な共振ＬＣフィルタを必要としなくてもよい。システム５００は、さらに、センサ２１０を変換器５８４に接続するよう構成されたシールド導体５８２（例えば、シールドケーブル）を備えてよい。シールド導体５８２、変換器５８４、フィルタ５８６、および、検出器５８８、ならびに、それらに関連する特徴および利点について、図６、図７、および、図８の例を参照しつつ詳述する。
図６は、本発明の１または複数の実施形態に従って、システム５００のセンサ２１０、シールド導体５８２、および、変換器５８４を示す概略図である。それらの構成要素の中で、センサ２１０については、図２の例を参照して説明した。
シールド導体５８２は、センサ２１０および変換器５８４を接続するための導体６００を備えてよい。導体６００は、非閉じ込めプラズマに関するセンサ２１０からの低周波数パルスを変換器５８４に伝送するために、低い静電容量（すなわち、高い特性インピーダンス）を有してよい。シールド導体５８２は、さらに、導体６００の少なくとも一部を覆うシールド６９２を備えてよい。シールド６９２は、接地６０８および接地６０４を介して２つの端部で電気的に接地されてよい。接地６０８は、センサ２１０の近く、かつ、信号が導体６００を通して実質的に伝送される前の位置に、配置されてよい。シールド６９２は、導体６００を通して伝送される信号のための遮蔽を提供しうる。一般に、導体６００は、シールドされていないと、電磁エネルギを放射および受信しうるアンテナとして機能することがある。結果として、所望の信号の強度が低減され、外部信号が受信されて、干渉およびノイズを引き起こすことがある。シールド６９２は、信号の強度損失を防止すると共に、外部の干渉およびノイズから信号を保護しうる点で有利である。
変換器５８４は、図２の例で説明したものと同様の構成要素、例えば、コンデンサ４１８、抵抗器４１４、および、接地４１６などを有してよい。さらに、システム６００は、コモンモードノイズを除去するために、抵抗器４１４を隔てて接続された抵抗器６１２および６０２を備えてよい。抵抗器６１２および６０２は、さらに、電圧信号を測定するよう構成されてもよい。
システム５００は、さらに、ＤＣ電圧の上昇を防ぐことにより、変換器５８４の漏れ誤差および絶縁破壊を防止するためのブリーディング抵抗器（bleeding resistor）６６２を備えてよい。ブリーディング抵抗器６６２は、システム５００の回路の他の部分に比べて高い抵抗値を有してよく、それにより、測定される信号を過度にロードダウンさせる（load down）ことがない。それでも、ブリーディング抵抗器６６２の抵抗値は、ＤＣ電圧を許容量以下に維持してＤＣ電圧の上昇を防止するのに十分低くてよい。一例として、ブリーディング抵抗器６６２の抵抗値は、メガオームのオーダーであってよい。
システム５００は、さらに、自己診断機構を備えてよい。例えば、システム５００は、直列コンデンサ６６８および直列抵抗器６０６を介してノード４１２に接続された自己診断電流源６５０を備えてよい。自己診断電流源６５０は、自己診断パルスなどの信号をノード４１２に供給して、変換器５８４、フィルタ５８６などの内の１または複数の要素の回路を試験してよい。自己診断電流源６５０は、電流源６５０、直列コンデンサ６６８、および、直列抵抗器６０６が、ノード４１２を過度にロードダウンさせないように、高いインピーダンスを有してよい。直列コンデンサ６６８は、ナノファラッド（ｎＦ）のオーダーの静電容量を有してよい。直列抵抗器の抵抗値は、キロオームのオーダーであってよい。ノード４１２に供給される自己診断パルスは、非閉じ込めプラズマに関する信号に一致する１または複数の特性（例えば、立ち上がり時間）を有してよい。直列コンデンサ６６８は、自己診断パルスを調整するための可変コンデンサであってよい。別の実施形態では、絶縁信号スイッチ（isolating signal switch）を備えたバッファ型波形発生器を用いて、自己診断信号を生成してノード４１２に供給してもよい。
システム５００では、複合接地が用いられてよい。例えば、接地６０４は、ブラケットを介してフレーム接地に接続されてよい。接地４１６は、別のブラケットを介して別のフレーム接地に接続されてよい。一般に、フレーム接地は、機械（プラズマ処理システムなど）のフレームまたは筐体を形成する金属片上の接地点である。これらのブラケットは、互いに接続しないように、別個にされてよい、および／または、間に高インピーダンスを有してよい。
図７は、本発明の１または複数の実施形態に従って、システム５００のフィルタ５８６を示す概略図である。フィルタ５８６は、入力抵抗器として機能する抵抗器６１２および６０２を介して変換器５８４（図６を参照して説明した）に接続されてよい。フィルタ５８６は、１または複数の抵抗−容量（ＲＣ）フィルタを備えてよい。１または複数のＲＣフィルタは、幅広い周波数応答を有しうるため、幅広い周波数にわたるノイズを効果的に除去することができてよい。
図７の例では、４つの段のＲＣフィルタが実装されているが、様々な実施形態において、異なる段数を用いてもよい。４つの段は、カスケード接続されてよい、および／または、独立に機能してよい。４つの段のフィルタ５８６は、同様の構成を有してよい。一例では、段７３８は、電磁ノイズ（例えば、ＲＦノイズ）を接地７０６および接地７１６にそれぞれ分路させるための分路コンデンサ７００および７０８を備えてよい。接地７０６および７１６は、同じフレーム接地または異なるフレーム接地に接続されてよい。１または複数の実施形態において、接地７０６および７１６は、接続されてよく、同じ接地ストラップを共有してよい。接地７０６および接地７１６のための接地ストラップは、図６の例に示した接地６０４および４１６のための接地ストラップと異なってよい。電磁ノイズが接地７０６および７１６に分路された状態で、包括的なノイズの除去を実行して、高忠実度の信号を供給してよい。
段７３８は、さらに、コンデンサ７０２を備えてよい。コンデンサ７０２は、短絡を引き起こしてよく、フィルタ５８５の出力信号をさらに改善するために、抵抗器６１２および６０２を通して受信された差動モードＲＦ信号を減衰させてよい。
ＲＣフィルタリングの効果は、段の数によって変更できる。単純な構造で、高周波数ノイズの実質的な除去（例えば、４００ＫＨｚで１００ｄＢのノイズ除去）を行い、低周波数信号（例えば、ＫＨｚのオーダー）の良好なパルス忠実度を提供できる。段の数は、ノイズ除去量を決定しうる。例えば、各段は、約２０ｄＢ／ｄｅｃの除去を提供しうる。
ＲＣフィルタリング回路は、予期される最も低い周波数（例えば、プラズマ処理チャンバ２００（図５の例に示したもの）が動作しうる最も低い周波数）でのノイズの減衰を提供するよう設計可能である。したがって、予期された最も低い周波数よりも高いノイズが除去されうる。ＲＣ構成では、フィルタ５８６は、基本周波数および高調波周波数に対して特定のインダクタンスおよび静電容量の値を選択する必要がない。一方、共振ＬＣフィルタでは、通例、かかる選択が必要とされる。さらに、フィルタ５８６のＲＣ回路は、一般に、共振に敏感ではなく、異なる段の間にバッファリング構成を配置する必要なく、カスケード接続されてよい。一方、ＬＣ共振フィルタでは、通常、バッファリングが必要である。したがって、フィルタ５８６に関する設計、実装、および、維持のコストは、ＬＣ構成を用いたフィルタに関するコストに比べて低い。
フィルタ５８６によって供給されたフィルタリング済み信号は、差動増幅器７７８への入力として、ノード７５２および７５４で受信されてよい。差動増幅器７７８は、高インピーダンス入力（例えば、メガオームのオーダー）を有してよく、それにより、１００ｋΩのオーダーの抵抗値を有する高抵抗の抵抗器（抵抗器６１２、６０２、７１４、および、７０４）の利用を可能にしてよい。差動増幅器７７８は、さらに、利得を提供して、フィルタリング済み信号を増幅し、非閉じ込めプラズマの検出を容易にしてよい。差動増幅器７７８は、アナログ信号接地７６８に接続されて、信号の検出のため、および、電子要素の調整のための基準を提供してよい。フィルタ５８６および差動増幅器７７８の組み合わせは、非常に広い周波数範囲にわたって高いＣＭＲＲを有する。この組み合わせは、さらに、急峻なロールオフを有することで、ガウス形状を持つ差動モード高周波数ノイズを除去してパルス忠実度を維持する。
図８は、本発明の１または複数の実施形態に従って、システム５００の検出器５８８を示す概略図である。検出器５８８は、差動増幅器７７８によって供給された信号（例えば、信号８９０）を処理するためのマイクロプロセッサ８５０を備えてよい。信号８９０は、マイクロプロセッサ８５０へのいくつかの（代替）入力信号を駆動してよい。
例えば、信号８９０は、接続８００を通して、マイクロプロセッサ８５０のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器８９８に供給されてよい。したがって、Ａ／Ｄ変換器８９８は、信号８９０をデジタル信号に変換してよい。プロセッサ８５０は、非閉じ込めプラズマ事象の検出および／または非閉じ込めプラズマ事象の研究のために、デジタル信号を処理および／または分析してよい。
信号８９０は、接続８８０を通して、残りの高周波数ノイズのピーク値を測定するためのピーク検出器８８２に供給されてよい。残りのノイズのピーク値は、システム５００の比較器８０２および８１２の閾値を調整するために用いられてよい。非閉じ込めプラズマ事象を検出する際に用いられる閾値の設定を最適化し、誤トリガを防止できる点で有利である。
信号８９０は、さらに、正の非閉じ込めプラズマ結合および負の非閉じ込めプラズマ結合の少なくとも一方を検出するために、正比較器８０２および負比較器８１２の少なくとも一方に供給されてよい。１または複数の実施形態では、正および負の非閉じ込めプラズマ結合の両方が、検出されてよい。比較器８０２および８１２の出力信号は、さらなる分析のために、マイクロプロセッサ８５０に供給されてよい。ＡＮＤゲート８０４を用いて、比較器８０２および８１２から供給された信号のいずれがアクティブであるかを判定してよい。ＡＮＤゲート８０４は、比較器８０２および８１２からの信号の少なくとも一方がアクティブである場合に、マイクロプロセッサ８５０がタイマを開始するトリガになってよい。信号がいずれもアクティブでない場合、タイマは停止されてよく、信号８９０に関するパルスの幅を決定するために、累積時間が評価されてよい。
パルス幅が、所定の閾値（例えば、５００マイクロ秒から１ミリ秒のオーダーであってよい）よりも大きい場合、非閉じ込めプラズマが存在すると判定されてよい。したがって、マイクロプロセッサ８５０は、非閉じ込めプラズマの存在をホストデバイス８６０に通知する。次いで、ホストデバイス８６０は、非閉じ込めプラズマの存在に応答して、例えば、（図５の例に示した）プラズマ処理チャンバ２００内でのプラズマ処理を中断するなど、適切な動作を実行してよい。
パルス幅が、別の閾値よりも小さい場合、マイクロプロセッサ８５０は、ノイズがあると判定し、ノイズ示唆を引き起こしてよい。したがって、システム５００は、ノイズへのスプリアス応答を排除するために、さらに微調整されてよい。
信号８９０に関するパルスの様々な特徴（振幅、極性など）が、様々な事象の分析のために、マイクロプロセッサ８５０によって記録されてよい。
マイクロプロセッサ８５０（または、ホスト８６０）は、さらに、チャンバ２００の動作を中断も妨害もすることなく、変換器５８４、フィルタ５８６などの内の少なくとも１つの回路を試験するための自己診断信号８０８を供給してよい。
システム５００は、さらに、比較器８０２および８１２用の閾値を構成するためのデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器８５２を備えてよい。閾値は、ノイズ示唆に応じて適応的に構成されてよい、および／または、ユーザ／顧客の要求に応じて構成されてよい。
１または複数の実施形態では、強力なプロセッサを（マイクロプロセッサ８５０の代わりに）用いて、信号８９０を処理するためのデジタル信号処理アルゴリズムを実行してもよい。したがって、ピーク検出器８８２、正比較器８０２、および、負比較器８１２などは必要としなくてよい。
１または複数の実施形態では、ピーク検出器８８２、比較器８０２、および／または、比較器８１２によって供給されたアナログ信号をアナログデバイスによって分析することで、デジタルマイクロプロセッサ８５０を必要とすることなく、任意の非閉じ込めプラズマの存在を判定してもよい。
以上からわかるように、本発明の１または複数の実施形態は、非閉じ込めプラズマを検出するための非閉じ込めプラズマセンサを提供する。非閉じ込めプラズマセンサの導電基板を保護する１組の絶縁外層を有することにより、非閉じ込めプラズマセンサは、プラズマ環境から保護され、それにより、重要なセンサ構成要素の腐食および／またはセンサの導電基板上への絶縁膜の蒸着による性能劣化を起こすことなく動作できるようになる。外部からのノイズを電圧信号からフィルタ除去することができる検出回路により、電圧信号は、より高い質を有するようになるため、非閉じ込めプラズマ事象を判定できる明瞭な信号を閾値検出器に供給できる。したがって、非閉じ込めプラズマ事象に応じて、適切な動作を取ることができる。繰り返し起こる非閉じ込めプラズマ事象によって潜在的に引き起こされるウエハおよびプラズマ処理装置への損傷を防止して、処理歩留まりを最適化できる点で有利である。
一部の実施形態は、コストを削減しつつ、信号の忠実度および装置の保護に関するさらなる改善および利点を提供しうる。例えば、本発明の実施形態は、信号伝送路をシールドすることにより、信号強度を維持し、外部からのノイズを最小限に抑えうる。本発明の実施形態は、ＤＣ電圧上昇を最小限に抑えることにより、漏れ誤差および絶縁破壊を低減／防止しうる。本発明の実施形態は、広範囲の周波数にわたるノイズを除去できる単純なＲＣフィルタ実装を利用してもよい。検出システムの実装および維持のコストを最小限に抑えることが可能であり、効果的にノイズをフィルタリングすることで、非閉じ込めプラズマ事象の検出精度を最大化できる。
本発明の実施形態は、自己診断機能を提供することにより、ウエハ加工処理を中断することなく、非閉じ込めプラズマ検出システムのトラブルシューティングを容易にすることができる。生産性を落とすことなく、非閉じ込めプラズマ事象に対して、ウエハ加工処理を最適化することができる点で有利である。
以上、いくつかの実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、本発明の範囲内で、代替物、置換物、および、等価物が存在する。また、本発明の方法および装置を実施する他の態様が数多く存在することにも注意されたい。さらに、本発明の実施形態は、別の用途で利用されてもよい。要約書が、便宜上、提供されており、文字数の制限に従って、読み手の便宜のために記載されたもので、特許請求の範囲を限定するために用いるべきではない。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替物、置換物、および、等価物の全てを網羅するものとして解釈される。

Claims (20)

  1. プラズマ処理チャンバ内で非閉じ込めプラズマ事象を検出するためのシステムであって、
    前記プラズマ処理チャンバ内においてセンサの外面が非閉じ込めプラズマに曝されるように配置され、非閉じ込めプラズマが前記プラズマ処理チャンバ内に存在する時に電流を供給するよう構成されたセンサと、
    前記電流を電圧に変換するよう構成された変換器と、
    前記電圧からノイズを除去して、第１の信号を供給するよう構成されたフィルタと、
    前記第１の信号および前記第１の信号の増幅信号の内の少なくとも一方を含む入力信号を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を決定するよう構成された検出器と、
    前記センサおよび前記変換器を接続して、前記電流を前記センサから前記変換器に伝導するよう構成された導体と、
    前記導体の少なくとも一部を囲んで、前記導体が受ける電磁ノイズを少なくとも低減するよう構成されたシールドと、
    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、
    前記シールドは、少なくとも２つの電気接地に接続されている、システム。
  3. 請求項１に記載のシステムであって、さらに、
    前記導体に接続され、前記変換器における電圧上昇を少なくとも低減するよう構成されたブリーディング抵抗器を備える、システム。
  4. 請求項１に記載のシステムであって、さらに
    前記変換器内の電圧出力抵抗器であって、前記電圧は、前記電圧出力抵抗器の少なくとも一端部から供給されるよう構成されている、電圧出力抵抗器と、
    直列コンデンサと、
    直列抵抗器と、
    前記直列コンデンサおよび前記直列抵抗器を介して前記電圧出力抵抗器と接続され、前記システムの少なくとも一つの回路を試験するために試験信号を供給するよう構成された電流源と、
    を備える、システム。
  5. 請求項１に記載のシステムであって、さらに、
    前記変換器および前記フィルタを接続するよう構成された２つの抵抗器を備える、システム。
  6. 請求項１に記載のシステムであって、さらに
    前記変換器内の電圧出力抵抗器であって、前記電圧は、前記電圧出力抵抗器の少なくとも一端部から供給されるよう構成されている、電圧出力抵抗器と、
    前記電圧出力抵抗器の第１の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第１の抵抗器と、
    前記電圧出力抵抗器の第２の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第２の抵抗器と、
    を備える、システム。
  7. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記フィルタは、少なくとも１つの抵抗−容量フィルタを備える、システム。
  8. 請求項７に記載のシステムであって、
    前記抵抗−容量フィルタは、少なくとも複数のカスケード接続されたフィルタ段を備える、システム。
  9. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記フィルタは、少なくとも、
    第１の抵抗器を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けたノイズを前記プラズマ処理チャンバの第１のフレーム接地に分路するよう構成された第１のコンデンサと、
    第２の抵抗器を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けた前記ノイズを前記プラズマ処理チャンバの前記第１のフレーム接地に分路するよう構成された第２のコンデンサと、
    を備え、
    前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、前記第１の抵抗器および第２の抵抗器と協調的に動作して、コモンモード高周波数ノイズを除去する、システム。
  10. 請求項９に記載のシステムであって、
    前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、接地ストラップを共有する異なる接地に接続されている、システム。
  11. 請求項９に記載のシステムであって、
    前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、異なる接地ストラップを有する異なる接地に接続されている、システム。
  12. 請求項９に記載のシステムであって、
    前記プラズマ処理チャンバの前記第１のフレーム接地と前記変換器が用いるフレーム接地は、異なる接地ストラップを有する、システム。
  13. 請求項９に記載のシステムであって、さらに、
    前記第１の抵抗器および前記第２の抵抗器に接続され、前記変換器から受けた少なくとも差動モードノイズを減衰させるよう構成された第３のコンデンサを備える、システム。
  14. 請求項１に記載のシステムであって、さらに、
    前記フィルタの出力を増幅して、前記信号増幅信号を供給するよう構成され、アナログ信号接地に接続された差動増幅器を備える、システム。
  15. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記検出器は、少なくとも、
    前記検出器の入力信号を受信して正の非閉じ込めプラズマ結合を検出するように構成された正比較器と、
    前記検出器の入力信号を受信して負の非閉じ込めプラズマ結合を検出するよう構成された負比較器と、
    プロセッサと、
    アクティブな信号が、前記正比較器および前記負比較器の少なくとも一方によって供給された場合に、前記プロセッサがタイマを開始するトリガになるよう構成されたＡＮＤゲートと、
    を備え、
    前記プロセッサは、
    前記正比較器および前記負比較器の少なくとも一方が、アクティブな信号を供給しない場合に、前記タイマを停止し、
    前記タイマによって測定された累積時間を用いて、前記入力信号の幅を決定し、
    前記入力信号の前記幅を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を判定するよう構成されている、システム。
  16. 請求項１５に記載のシステムであって、さらに、
    前記検出器の入力信号の高周波ノイズのピーク値を測定するよう構成されたピーク検出器を備え、前記高周波ノイズの前記ピーク値は、前記正比較器および前記負比較器の少なくとも一方に実装される１または複数の閾値を調整するために用いられる、システム。
  17. 請求項１５に記載のシステムであって、
    前記プロセッサは、さらに、前記変換器を試験するための自己診断信号を前記変換器に供給するよう構成されている、システム。
  18. プラズマ処理システムであって、
    プラズマ処理チャンバと、
    前記プラズマ処理チャンバ内において静電容量センサの外面が非閉じ込めプラズマに曝されるように配置され、非閉じ込めプラズマが前記プラズマ処理チャンバ内に存在する時に電流を供給するよう構成された静電容量センサと、
    前記電流を電圧に変換するよう構成された変換器と、
    前記電圧から少なくともノイズを除去して、第１の信号を供給するよう構成されたフィルタと、
    前記第１の信号および前記第１の信号の増幅レベルの内の少なくとも一方を含む検出器入力信号を用いて、前記非閉じ込めプラズマの存在を決定するよう構成された検出器と、
    前記センサおよび前記変換器を接続して、前記電流を前記センサから前記変換器に伝導するよう構成された導体と、
    前記導体の少なくとも一部を囲んで、前記導体が受ける電磁ノイズを少なくとも低減するよう構成されたシールドと、
    を備える、プラズマ処理システム。
  19. 請求項１８に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、
    前記変換器内の電圧出力抵抗器であって、前記電圧は、前記電圧出力抵抗器の少なくとも一端部から供給されるよう構成されている、電圧出力抵抗器と、
    前記電圧出力抵抗器の第１の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第１の抵抗器と、
    前記電圧出力抵抗器の第２の端部を前記フィルタに接続するよう構成された第２の抵抗器と、
    前記第１の抵抗器を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けたノイズを前記プラズマ処理チャンバのフレーム接地に分路するよう構成された第１のコンデンサと、
    前記第２の抵抗器を介して前記変換器に接続され、前記変換器から受けた前記ノイズを前記プラズマ処理チャンバの前記フレーム接地に分路するよう構成された第２のコンデンサと、
    を備える、プラズマ処理システム。
  20. 請求項１９に記載のプラズマ処理システムであって、さらに
    前記第１の抵抗器および前記第２の抵抗器に接続され、前記変換器から受けた少なくとも差動モードノイズを減衰させるよう構成された第３のコンデンサを備える、プラズマ処理システム。
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