JP5629058B2 - プラズマの電気特性のセットを測定するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、基板製造技術に関し、特にプラズマの電気特性のセットを測定するための装置に関する。

例えば半導体ウェハ、ＭＥＭＳデバイス、またはフラットパネルディスプレイの製造で使用されているもののようなガラスパネル等の基板の処理では、多くの場合プラズマが利用されている。例えば基板の処理（化学蒸着、プラズマ化学気相成長法、物理的気相成長法等）の一部として、基板は、それぞれが集積回路になる複数の金型、つまり矩形領域に分けられる。次に、基板は、その上に電気部品を形成するために材料が選択的に除去され（エッチング）、蒸着される（蒸着）一連のステップで処理される。

例示的なプラズマプロセスでは、基板はエッチングの前に（例えば、フォトレジストマスク等の）硬化エマルジョンの薄膜でコーティングされる。その後、硬化エマルジョンの領域は選択的に除去され、下にある層の部分を露呈させる。次に、基板は、チャックと呼ばれている、単極電極または双極電極を備える基板支持構造上のプラズマ処理チャンバに入れられる。それから適切なエッチャントソースガス（例えば、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_３、ＣＦ_４、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_２Ｆ_４、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｈ_２、ＮＨ_３、ＳＦ_６、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２等）がチャンバの中に流し込まれ、プラズマを形成し、基板の露呈領域をエッチングするために吹き付けられる。

その後、多くの場合、一貫したプラズマ処理結果を保証するためにプラズマの中の電気特性（イオン飽和電流、電子温度、浮動電位等）を測定することが有益である。例は、チャンバ調整プロセスの端点を検出すること、チャンバ整合（例えば、名目上同一でなければならないチャンバ間の相違点を探す）、チャンバ内の障害と問題を検出すること等を含んでよい。

ここで図１を参照すると、誘導結合プラズマ処理システムの簡略図が示されている。一般的には、ガスの適切なセットがガス分配システム１２２から、プラズマチャンバ壁１１７を有するプラズマチャンバ１０２の中に流し込まれてよい。これらのプラズマ処理ガスは、その後、静電チャック１１６上にエッジリング１１５で配置されている、半導体基板またはガラス板のような基板１１４の露呈領域を処理する（例えば、エッチングするまたは付着する）ために、インジェクタ１０９の近くの領域で、または領域内で電離され、プラズマ１１０を形成する。

第２のＲＦ発生器１３８が、普通はＤＣバイアスとイオン衝撃エネルギーを制御するために使用されるバイアスＲＦを生成する一方で、第１のＲＦ発生器１３４はプラズマ密度を制御するだけではなく、プラズマも生成する。さらに、ソースＲＦ発生器１３４に結合されているのはマッチングネットワーク１３６ａであり、バイアスＲＦ発生器１３８には、ＲＦ電源のインピーダンスをプラズマ１１０のインピーダンスに適合しようと試みるマッチングネットワーク１３６ｂである。さらに、バルブ１１２とポンプ１１１のセットを含む真空システム１３３が、普通は、プラズマ１１０を持続し、及び／またはプロセス副生成物を除去するために必要とされる圧力を達成するために、プラズマチャンバ１０２から雰囲気を排出するために使用される。

ここで図２を参照すると、容量結合プラズマ処理システムの簡略図が示されている。一般的には、容量結合プラズマ処理システムは、単一のＲＦ電源または複数の別個のＲＦ電源と構成されてよい。ソースＲＦ発生器２３４によって生成されるソースＲＦは、普通は、容量結合を介してプラズマ密度を制御するだけではなく、プラズマを生成するためにも使用される。バイアスＲＦ発生器２３８によって生成されるバイアスＲＦは、普通は、ＤＣバイアスとイオン衝撃エネルギーを制御するために使用される。さらにソースＲＦ発生器２３４とバイアスＲＦ発生器２３８に結合されているのは、ＲＦ電源のインピーダンスをプラズマ２２０のインピーダンスに適合しようとするマッチングネットワーク２３６である。他の形式の容量反応装置は、ＲＦ電源と、上部電極２０４に接続されているマッチネットワークを有する。加えて、やはり類似したＲＦと電極装置に従う三極管等のマルチアノードシステムがある。

一般的には、ガスの適切なセットが上部電極２０４の入口を通って、ガス分配システム２２２から、プラズマチャンバ壁２１７を有するプラズマチャンバ２０２の中に流れされる。その後、これらのプラズマ処理ガスは、電極としての働きもする静電チャック２１６の上にエッジリング２１５で配置される、例えば半導体基板またはガラス板等の基板２１４の露呈領域を処理する（例えば、エッチングするまたは付着する）ために、電離されたプラズマ２２０を形成してよい。さらに、バルブ２１２とポンプ２１１のセットを含む真空システム２１３が、普通は、プラズマ２２０を持続するために必要とされる圧力を達成するために、プラズマチャンバ２０２から雰囲気を排出するために使用される。

前記を鑑みて、本発明は、プラズマの中の電気特性を測定するための装置を提供することを目的とする。

本発明は、実施形態において、プラズマ処理チャンバ内の電気特性のセットを測定するように構成されたプローブ装置に関し、プラズマ処理チャンバはプラズマに露呈されるように構成されたプラズマチャンバ面のセットを含む。プローブ装置は、プラズマに露呈されるように構成された収集ディスク構造を含み、それにより収集ディスク構造はプラズマチャンバ面のセットの少なくとも１つと同一平面上にある。また、プローブ装置は、収集ディスク構造から変換器のセットに電気特性のセットを送信するように構成された導電性パスも含み、電気特性のセットはプラズマのイオン流出によって生成される。プローブ装置は、プラズマチャンバ面のセットから、収集ディスクと導電性パスを実質的に電気的に分離するように構成された絶縁壁をさらに含む。

別の実施形態で、本発明は、プラズマ処理チャンバ内の電気特性のセットを測定するように構成されたプローブ装置に関し、プラズマ処理チャンバはプラズマに露呈されるように構成されたプラズマチャンバ面のセットを含む。プローブ装置は、プラズマに露呈されるように構成された収集ディスク構造を含み、それによって収集ディスク構造は、収集ディスク構造が中に配置されているプラズマチャンバ面に関して埋め込まれている。プローブ装置は、収集ディスク構造から変換器のセットに電気特性のセットを送信するように構成された導電性パスも含み、電気特性のセットはプラズマのイオン流出によって生成される。プローブ装置は、プラズマチャンバ面のセットから、収集ディスクと導電性パスを実質的に電気的に分離するように構成された絶縁壁をさらに含む。

本発明のこれらの特長及び他の特長は、本発明の詳細な説明にさらに詳しく、以下の図に関連して説明される。

本発明は、類似する参照数字が類似した要素を指す添付図面の図中で、制限としてではなく一例として描かれている。

本発明は、ここで添付図面に描かれているようにそのいくつかの好適実施形態に関して詳説される。以下の説明では、本発明の十分な理解を提供するために多数の特定の詳細が述べられている。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細のいくらかまたはすべてがなくても実践されてよいことが当業者に明らかになる。他の例では、周知のプロセスステップ及び／または構造は本発明を不必要に不明瞭にしないために詳しく説明されてこなかった。

理論によって拘束されることは望んでいないが、本書で発明者は、プラズマ処理システム内のプラズマの電気特性のセットが、実質的にはプラズマチャンバ面と同一平面上にあるセンサ、あるいは代わりにプラズマチャンバ壁の中に埋め込まれているセンサを用いてイオン流出を測定することによって決定されてよいと考えている。

一般的に流束は、既定の量が単位時間あたりに固定された境界を通過する速度として定義されている。プラズマ処理システムの場合、イオン流出は、普通は、プラズマチャンバ面または境界を通過するプラズマの中のイオンによって生じる単位時間（または電力）あたりのエネルギーを意味する。以後、このプラズマ−面（または境界）の相互作用が、プラズマ自体の中の電気特性のセットを決定するために分析されてよい。

同一表面上は、プラズマチャンバ面に関してセンサの位置を指し、センサの測定面とプラズマチャンバの表面は実質上、同じ平面上にある。埋め込まれているものは、プラズマチャンバ面に関してセンサの位置を指し、プラズマチャンバの表面は、センサの測定面とプラズマの間にある。

例えば、歪みの影響を受けやすい非同一平面上の、または埋め込まれていないセンサの使用等の他の間接的な測定技法と異なり、同一平面上の、または埋め込まれているセンサは、プラズマチャンバ内部の状態を直接的に測定できる。例えば、同一平面上のイオン流出プローブは、チャンバ調整プロセスの端点を検出するため、プラズマ特性（例えば、イオン飽和電流、電子温度、浮動電位等）を測定するため、チャンバ整合（例えば、名目上同一でなければならないチャンバ間の相違点を探す）のため、チャンバ内の障害と問題を検出するため等に使用されてよい。

実施形態では、プラズマ及び反応ガスに露呈されるプローブの部分は、プラズマを粒子または不要な化学物質で汚染しない材料から構成されている。例えば、誘電体エッチングシステムでは、適切な材料は、珪素、二酸化珪素、及びフッ素重合体を含むであろう。加えて、適切に機能するために、プローブの導電面と電力供給電子機器／感知電子機器（例えば変換器等）の間の接続は、室温と普通はプラズマ処理で検出される昇温（日常的に２００℃または２００℃以上）の間で循環されるとき、低く安定した抵抗を有さなければならない。

ここで図３を参照すると、本発明の実施形態に従ってプローブの簡略図が示されている。一般的には、プローブは、収集ディスク構造と、導電性パスと、絶縁壁とから構成されている。収集ディスク構造３０２はプラズマに面し、一般的には、プラズマチャンバ面に関して同一平面上にある、あるいは埋め込まれている導電面領域３０３から構築されている。ある実施形態では、収集ディスク構造３０２は金属化された珪素から構成されている。収集ディスク構造３０２はさらに、同様に普通は、ゆっくりとした過渡電流がキャパシタンスを充電し、放電するにつれてイオン流出プローブのＩ特性からＶ特性を測定してよい電力供給電子機器／感知電子機器［不図示］に接続されている導電性パス３０６に結合されている。実施形態では、背面（つまり、導電性パス３０６と接している面）が金属でスパッタされている。実施形態では、導電性パス３０６はアルミニウムから構成されている。実施形態では、導電性経路３０６がステンレス鋼から構成されている。実施形態では、収集ディスク構造３０２は、さらにリーフスプリング３０８を介して導電性パス３０６に結合されている。実施形態では、リーフスプリング３０８は実質的に円筒形である。

プラズマチャンバ［不図示］から収集ディスク構造３０２と導電性パス３０６をさらに隔離しているのは、絶縁壁３０４である。実施形態では、絶縁壁３０４は接地シールドである。実施形態では、絶縁壁３０４は、例えば石英等の誘電体を備える。実施形態では、絶縁壁３０４は、例えば窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等のセラミックを備える。実施形態では、絶縁壁３０４は、プラズマが空隙内で形成するのを妨げるほど十分に小さいが、導電性パス３０６とプラズマチャンバ［不図示］の間で作用するのを妨げるほど十分に大きい空（真空）隙を備える。

ここで図４を参照すると、本発明の実施形態に従って、導電性パスと収集ディスク構造の間に直接的な接触がなされるプローブの簡略図が示されている。一般的には、前記のように、プローブは収集ディスクと、導電性パスと、絶縁壁とから構成されている。収集ディスク構造４０２はプラズマ１１０に面し、一般的には、プラズマチャンバ面と同一平面上にある、あるいはプラズマチャンバ面に関して埋め込まれている導電面領域４０３から構築されている。

実施形態では、収集ディスク構造４０２は、金属化された珪素から構成されている。一般的には、金属化された珪素は、例えばタングステンと酸化アルミニウム等の、プラズマを汚染する可能性のあるより一般的に使用されているプローブ材料より好ましい。収集ディスク構造４０２は、同様に普通は、ゆっくりとした渦渡と電流がキャパシタンスを充電し、放電するにつれて、イオン流出プローブのＩ特性からＶ特性を測定してよい電力供給電子機器／感知電子機器［不図示］に接続されている導電性パス４０６にさらに結合されている。実施形態では、背面（つまり、導電性パス４０６と接触している面）は金属でスパッタされる。実施形態では、導電性パス４０６はアルミニウムから構成されている。実施形態では、導電性パス４０６はステンレス鋼から構成されている。実施形態では、収集ディスク構造４０２は、リーフスプリング４０８を介して導電性パス４０６にさらに結合されている。一実施形態では、リーフスプリング４０８は、実質的には円筒形である。プラズマチャンバ［不図示］から収集ディスク構造４０２と導電性パス４０６をさらに隔離しているのは、絶縁壁４０４である。実施形態では、絶縁壁４０４は接地シールドである。実施形態では、絶縁壁４０４は石英を備えている。実施形態では、絶縁壁４０４は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等のセラミックを備えている。

実施形態では、熱膨張のための空間を与えるために収集ディスク構造４０２と絶縁壁４０４の間には隙間４１５ａが存在する。実施形態では、隙間４１５ａは、プラズマが隙間の中で形成するのを妨げるほど十分に小さい。実施形態では、隙間４１５ｂは、熱膨張のための空間を与えるために絶縁壁４０４とプラズマチャンバ壁構造４１４の間に存在する。実施形態では、隙間４１５ｂは、プラズマが隙間の中で形成するのを妨げるほど十分に小さい。

実施形態では、Ｏリング４１０が収集ディスク構造４０２と絶縁壁４０４の間に配置されている。実施形態では、Ｏリング４１１が収集絶縁壁４０４とプラズマチャンバ壁構造４１４の間に配置されている。実施形態では、Ｏリング４１０とＯリング４１１とは、パーフルオロエラストマ（つまり、パーラスト、パルフルオル、カルレッツ等）から構成されている。実施形態では、Ｏリング４１０とＯリング４１１とは、テフロン（登録商標）から構成されている。実施形態では、Ｏリング４１０は実質的には、収集ディスク構造４０２と導電性パス４０６間の隙間の中のアーク放電または点灯を削減する。実施形態では、Ｏリング４１１は実質的には導電性パス４０６と絶縁壁４０４の間の隙間の中のアーク放電または点灯を削減する。実施形態では、Ｏリング４１０とＯリング４１１とは、前述されたように、収集ディスク構造４０２の背面上でスパッタされた可能性のある金属からプラズマの汚染を実質的に削減してよい。

実施形態では、プローブの温度は、プラズマチャンバの温度と実質的に同じである。一般的には、プラズマレシピは、プラズマ処理システム内の構成要素の温度変動（つまり、エッチング品質等）にきわめて敏感であるため、温度均一性は有益である。

実施形態では、熱伝導性の接着剤の層が導電性パス４０６と絶縁壁４０４の間に設置される。実施形態では、温度の閉ループ制御が、熱電対［不図示］をディスク構造４０２の中に、導電性パス４０６の周辺に抵抗ワイヤ［不図示］を埋め込むことによって達成されてよい。

ここで図５を参照すると、導電性パスは、本発明の実施形態に従ってワイヤを含む。一般的には、前記のように、プローブは、収集ディスク構造５０２と、導電性パス５０６と、絶縁壁５０４とから構成されている。収集ディスク構造５０２はプラズマ１１０に向き、一般的には、プラズマチャンバ面と同一平面上にある、あるいはプラズマチャンバ面で埋め込まれている導電面領域５０３から構築されている。

実施形態では、収集ディスク構造５０２は、金属化された珪素から構成されている。収集ディスク構造５０２は、同様に普通は、ゆっくりとした過渡電流がキャパシタンスを充電し、放電するにつれて、イオン流出プローブのＩ特性からＶ特性を測定してよい電力供給電子機器／感知電子機器［不図示］に接続されている導電性パス５０６にさらに結合されている。実施形態では、背面（つまり、導電性パスと接触している面）は、金属でスパッタされている。実施形態では、導電性パス５０６は、アルミニウムから構成されている。実施形態では、導電性パス５０６は、ステンレス鋼から構成されている。プラズマチャンバ５１４から収集ディスク構造５０２と導電性パス５０６をさらに隔離しているのは、絶縁壁５０４である。実施形態では、絶縁壁５０４は接地シールドである。実施形態では、絶縁壁５０４は石英を備えている。実施形態では、絶縁壁５０４は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等のセラミックを備えている。実施形態では、絶縁壁５０４は、プラズマが空隙内で形成するのを妨げるほど十分に小さいが、導電性パス１００６とプラズマチャンバ５１４の間で作用するのを妨げるほど十分に大きい空（真空）隙を備える。

実施形態では、Ｏリング５１０は、収集ディスク構造５０２とプラズマチャンバ壁構造５１４の間に配置されている。実施形態では、Ｏリング５１０はパーフルオロエラストマ（つまり、パーラスト、パルフルオル、カルレッツ等）から構成されている。実施形態では、Ｏリング５１０は、テフロン（登録商標）から構成されている。実施形態では、Ｏｒｉｎｇｕ ５１０は、プローブ５０７の背面とプラズマチャンバ［不図示］の間で圧力を提供する。このような圧力が、プローブの運転中に熱を消散する能力を大幅に高める。

実施形態では、プローブの温度はプラズマチャンバの温度と実質的には同じである。実施形態では、熱伝導性の接着剤の層が、導電性パス５０６と絶縁壁５０４の間に配置される。実施形態では、温度の閉ループ制御が、ディスク構造５０２の中に熱伝対［不図示］を、導電性パス５０６の周囲に抵抗ワイヤ［不図示］を埋め込むことによって達成されてよい。実施形態では、導電性パス５０６は、電力電子機器／感知電子機器に結合されているワイヤ５０９を含む。実施形態では、ワイヤはネジで導電性パス５０６に接続されている。実施形態では、ワイヤはＢＮＣコネクタ［不図示］で導電性パス４０６に接続されている。実施形態では、導電性パス５０６は、５１２で収集ディスク構造５０２に直接的に物理的に接触する。

実施形態では、プローブバイアスは、名目浮動電位を超えて大幅に付勢されず、プローブバイアスは一般的には印加されるＲＦ電位と連動してプラズマから完全に引き出される。実施形態では、プローブの熱接地は、圧力と、例えば黒鉛５０７等の低い熱接触抵抗を与える材料の使用によって達成されてよい。実施形態では、温度の閉ループ制御は、ディスク構造５０２の中に熱電対［不図示］を、導電性パス５０６の周囲に抵抗ワイヤ［不図示］を埋め込むことによって達成されてよい。

本発明はいくつかの好適実施形態に関して説明されてきたが、本発明の範囲に入る改変、置換及び同等物がある。本発明の方法を実現する多くの代替方法があることも留意されなければならない。

本発明の優位点は、プラズマの中の電気特性のセットを測定するための装置を含む。追加の優位点は、プローブとプラズマチャンバ面の間で実質的な温度均一性を維持すること、及び例えばプラズマ環境を汚染する可能性のある、タングステンと酸化アルミニウム等の材料の回避を含む。

例示的な実施形態及び最良の態様を開示してきたが、以下の請求項によって明示されるような本発明の主題及び精神の範囲内に留まる一方で、変型及び変形が開示された実施形態に加えられてよい。

誘導結合プラズマ処理システムの簡略図を描く。 容量結合プラズマ処理システムの簡略図を描く。 本発明の実施形態によるプローブの簡略図を描く。 本発明の実施形態に従って、導電性パスと収集ディスク構造間で直接的な接触がなされるプローブの簡略図を描く。 本発明の実施形態に従って、ワイヤを含む導電性パスの簡略図を描く。

符号の説明

３０２ 収集ディスク
３０６ 導電性パス

Claims (8)

1. プラズマに露呈されるように構成されたプラズマチャンバ面を含むプラズマ処理チャンバ内でプラズマ中の電気特性を測定するように構成されたプローブ装置であって、
   前記プラズマに露呈されるように構成されたプラズマチャンバ面と同一平面上にある収集ディスク構造と、
   前記収集ディスク構造に結合されて、前記収集ディスク構造から変換器に、前記プラズマのイオン流束により生成される電気特性を送信するように構成された、導電性パスと、
   前記プラズマチャンバ面から前記収集ディスク及び前記導電性パスを実質的に電気的に分離するように構成された絶縁壁と、
   を備え、
   前記収集ディスク構造が、少なくとも１つのリーフスプリングによって前記導電性パスの表面に結合されているプローブ装置。
2. 前記電気特性が、電圧、位相、及び電流の少なくとも１つを含む請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記導電性パスが、アルミニウム、ステンレス鋼の少なくとも１つを備える請求項１に記載のプローブ装置。
4. 前記絶縁壁が、石英、窒化アルミニウム、及びセラミックの少なくとも１つを備える請求項１に記載のプローブ装置。
5. プラズマに露呈されるように構成されたプラズマチャンバ面を含むプラズマ処理チャンバ内でプラズマ中の電気特性を測定するように構成されたプローブ装置であって、
   前記プラズマに露呈されるように構成された収集ディスク構造であって、前記収集ディスク構造が中に配置される、プラズマチャンバ面に関して埋め込まれている前記収集ディスク構造と、
   前記収集ディスク構造に結合されて、前記収集ディスク構造から変換器に、前記プラズマのイオン流束により生成される電気特性を送信するように構成された導電性パスと、
   前記プラズマチャンバ面から前記収集ディスク及び前記導電性パスを実質的に電気的に分離するように構成された絶縁壁と、
   を備え、
   前記収集ディスク構造が、少なくとも１つのリーフスプリングによって前記導電性パスの表面に結合されているプローブ装置。
6. 前記電気特性が、電圧、位相及び電流の少なくとも１つを含む請求項５に記載のプローブ装置。
7. 前記導電性パスが、アルミニウム、ステンレス鋼の少なくとも１つを備える請求項５に記載のプローブ装置。
8. 前記絶縁障壁が、石英、窒化アルミニウム、及びセラミックの少なくとも１つを備える請求項５に記載のプローブ装置。

Images