特許 5661113 ウエハバイアス電位を測定するための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5661113

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】ウエハバイアス電位を測定するための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20150108BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 103

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-525242(P2012-525242)

(86)(22)【出願日】2010年8月18日

(65)【公表番号】特表2013-502718(P2013-502718A)

(43)【公表日】2013年1月24日

(86)【国際出願番号】IB2010053735

(87)【国際公開番号】WO2011021160

(87)【国際公開日】20110224

【審査請求日】2013年8月12日

(31)【優先権主張番号】12/545,293

(32)【優先日】2009年8月21日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マクラチェフ・コンスタンティン

(72)【発明者】

【氏名】バルコア・ジョン

【審査官】 溝本 安展

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２７０５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３８９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１０９４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ形成領域およびホットエッジリングを有するウエハ処理チャンバで用いる装置であって、前記ホットエッジリングは第１の表面および第２の表面を有し、前記第１の表面は前記プラズマ形成領域と接触し、前記第２の表面は前記プラズマ形成領域と接触せず、
前記装置は、前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触するよう動作可能な検出器を備え、
前記検出器は、前記ホットエッジリングのパラメータを検出し、前記検出されたパラメータに基づいて検出信号を供給するよう動作可能である、装置であって、
さらに、
前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触するよう動作可能な結合リングを備え、前記結合リングは内部に空洞を有し、前記空洞は前記ホットエッジリングの前記第２の表面と対向する開口部を有し、
前記検出器は、前記空洞内に配置され、前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触するよう構成される、装置。

【請求項2】

請求項１に記載の装置であって、さらに、
前記検出信号に基づいて出力信号を供給するよう動作可能な出力部と、
前記検出器および前記出力部の間に直列に配置された抵抗器と、
を備える、装置。

【請求項3】

請求項２に記載の装置であって、さらに、前記抵抗器と接触して配置されたヒートシンクを備える、装置。

【請求項4】

請求項３に記載の装置であって、前記ヒートシンクは石英を含む、装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の装置であって、前記検出器はインジウムを含む、装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の装置であって、
前記検出器は、付勢部およびコンタクト部を備え、
前記付勢部は、前記コンタクト部と前記ホットエッジリングの前記第２の表面との接触を維持するために、前記コンタクト部に対して付勢力を提供するよう動作可能である、装置。

【請求項7】

請求項６に記載の装置であって、前記付勢部はコイルバネを含む、装置。

【請求項8】

装置に設けられており、プラズマ形成領域およびホットエッジリングを有するウエハ処理チャンバ内でウエハ電位を測定するための方法であって、前記ホットエッジリングは第１の表 面および第２の表面を有し、前記第１の表面は前記プラズマ形成領域と接触し、前記第２の表面は前記プラズマ形成領域と接触せず、
前記装置は、前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触するよう動作可能な結合リングを備え、前記結合リングは内部に空洞を有し、前記空洞は前記ホットエッジリングの前記第２の表面と対向する開口部を有し、
前記装置は、さらに、前記空洞内に配置され、前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触する検出器、を備え、
前記方法は、
前記ホットエッジリングの前記第２の表面を前記検出器と接触させる工程と、
前記検出器で前記ホットエッジリングのパラメータを検出する工程と、
前記検出されたパラメータに基づいて検出信号を供給する工程と、
前記検出信号に基づいてウエハ電位を測定する工程と、を備える、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハ処理チャンバに関し、特に、プラズマ処理中にウエハのＤＣバイアス電位を測定するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のウエハ処理システムでは、静電チャック（ＥＳＣ）によって提供される静電引力で下側電極台座にウエハを固定するのが一般的である。静電チャックは、一般に、台座の上面に配置された２つの絶縁薄膜の間に導電薄膜を提供することによって実装される。半導体ウエハは、ＥＳＣに固定されると、処理されてよい。

【0003】

半導体集積回路の従来の生産においては、プラズマを用いて、エッチング、化学蒸着、または、ウエハのスパッタリングのための処理ガスのイオン化を促進する。従来の容量プラズマ処理システムでは、圧力制御された処理チャンバ内に、上側および下側電極（例えば、大面積の平行板）が、互いに対向して設けられる。

【0004】

このプラズマ処理システムでは、チャンバの上部または上側部分に配置された電極は接地電位に接続され、チャンバの下部または下側部分の電極には高周波電圧が印加される。下側電極は、台座としても機能する。上側および下側電極の間の放電によって、処理ガスがプラズマに変換される。

【0005】

強い電場領域が、電極とプラズマとの間に生成される。これらの強い電場領域は、プラズマシースと呼ばれる。強い電場領域は、電極からプラズマに向かって、および、プラズマから電極に向かって、電子およびイオンを加速させる。

【0006】

プラズマ中の電子およびイオンは、電場の力によって台座上にある半導体ウエハに引きつけられる。イオンは、半導体表面と反応する。

【0007】

従来のプラズマ処理装置では、コンデンサによって下側電極に高周波数電圧が印加され、その結果として、台座上に配置されたウエハにも高周波電圧が印加される。この構成は、台座およびウエハ上で実質的に負のＤＣ電位を生成する。負のＤＣ電位は、一般にＤＣバイアス電位と呼ばれる。

【0008】

高周波電圧が正である半周期中には、プラズマ内の負に帯電した電子がウエハに引きつけられ、高周波電圧が負である他方の半周期中には、プラズマ内の正に帯電した電子がウエハに引きつけられる。

【0009】

電子は、イオンよりも重さが軽いため、イオンよりも容易にウエハに向かって移動される。結果として、イオンよりも多くの電子がウエハに引きつけられるため、ウエハは負に帯電する。したがって、ウエハには、実質的に負のＤＣバイアス電位が発生する。

【0010】

ＤＣバイアス電位は、ウエハに与えられるイオンのエネルギを増大させ、その結果として、ウエハ処理システムの有効性を変化させる。４００Ｖから５００Ｖの範囲の過度に大きいバイアス電圧は、ウエハの表面上の酸化膜を損傷しうる。したがって、ウエハ処理システムでは、ウエハのＤＣバイアス電位すなわちウエハ電位を監視および制御できることが重要である。ウエハ電位の直接測定は非常に困難である。ウエハの周りの苛酷な環境にプローブが耐えられないため、ウエハ電位の直接測定のためにウエハにプローブを取り付けたり接続したりすることは実質的に不可能である。

【0011】

半導体処理システム内でウエハ電位を推定するために、いくつかの従来の方法が開発された。これら従来の方法は、ウエハ電位の推定を行うことができるが、各方法には、精度、寿命、メンテナンス、構成、および／または、誤差の可能性に関する課題がある。

【0012】

ウエハ電位を推定するための従来の方法の一つは、プラズマ処理システムのチャンバ壁内部に配置されたプローブを用いる。ここで、かかる従来の方法について、図１を参照して説明する。

【0013】

図１は、従来のウエハ処理システム１００の一例を示す。図に示すように、ウエハ処理システム１００は、通信チャネル１０４、ユーザインターフェース１０６、２ＭＨｚＲＦ発生器１１０、２７ＭＨｚＲＦ発生器１１２、６０ＭＨｚＲＦ発生器１１４、インピーダンス整合回路１１６、ＥＳＣ１１８、ＥＳＣベースプレート１２０、ウエハ処理チャンバ１２２、セラミック結合リング１２６、ホットエッジリング（ＨＥＲ）１２８、電圧測定器１３０、および、プローブ１３２を備える。

【0014】

ウエハ１０２は、ＥＳＣ１１８上に載置され、静電引力によってＥＳＣ１１８にクランプされる。ＨＥＲ１２８は、ＥＳＣ１１８を取り囲み、一様なエッチング速度を提供し、ウエハ１０２のエッジ付近でのエッチング速度ドリフトを低減する。セラミック結合リング１２６は、ＥＳＣ１１８を取り囲み、ＨＥＲ１２８の下に配置される。ＥＳＣベースプレート１２０は、ＥＳＣ１１８およびセラミック結合リング１２６の下に配置される。

【0015】

インピーダンス整合回路１１６は、２ＭＨｚＲＦ発生器１１０、２７ＭＨｚＲＦ発生器１１２、および、６０ＭＨｚＲＦ発生器１１４から駆動信号を受信し、適切なＲＦ信号１２４をＥＳＣベースプレート１２０に供給する。インピーダンス整合回路１１６は、そのインピーダンスが、ウエハ処理チャンバ１２２のインピーダンスの複素共役であるように構成されており、したがって、反射エネルギが最小化され、２ＭＨｚＲＦ発生器１１０、２７ＭＨｚＲＦ発生器１１２、および、６０ＭＨｚＲＦ発生器によって供給された信号のウエハ処理チャンバ１２２へのＲＦエネルギ伝達の最大化が可能になる。

【0016】

ＲＦ信号１２４によって供給されたＲＦエネルギの結果として、プラズマ１０８がウエハ１０２の上で生成される。プラズマ１０８は、正に帯電したイオンをウエハ１０２に衝突させることによって、ウエハ１０２を変換すなわち処理するために用いられる。プラズマ１０８と、ウエハ１０２、ＨＥＲ１２８との間には、プラズマシース１３６が位置する。正に帯電したイオンは、プラズマ１０８と、ウエハ１０２、ＨＥＲ１２８との間に存在する強力な電場領域により、プラズマシース１３６を横切って推進される。

【0017】

ウエハ処理チャンバ１２２の状態に関する情報が、通信チャネル１０４によってユーザインターフェース１０６へ通信される。さらに、ユーザ（図示せず）は、ユーザインターフェース１０６および通信チャネル１０４を介して、２ＭＨｚＲＦ発生器１１０、２７ＭＨｚＲＦ発生器１１２、および、６０ＭＨｚＲＦ発生器１１４を制御することができる。

【0018】

プローブ１３２は、導電材料から製造され、ウエハ処理チャンバ１２２の側面に取り付けられる。導電体１３４が、プローブ１３２に取り付けられ、ウエハ処理チャンバ１２２を出て、電圧測定器１３０に接続している。電圧測定器１３０は、ＡＣ（ピークトゥピーク）電圧またはＤＣ（バイアスレベル）電圧を測定できる。

【0019】

電圧測定器１３０は、ウエハ１０２の電位を測定する。

【0020】

従来のウエハ処理システム１００では、プローブ１３２は、ウエハ１０２ともプラズマシース１３６とも直接接触せず、電圧測定器１３０に提供されるウエハ１０２の電位の測定値に誤差が生じやすい。さらに、多周波駆動プラズマを用いるウエハ処理システム１００の構成については、ウエハ１０２に対する推定電位の誤差は、特に、複雑な負荷変化（ｃｏｍｐｌｅｘ ｌｏａｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ）が起きた際に顕著である。このウエハ処理方法は、ウエハ１０２の推定電位に生じる複雑な負荷変化による誤差の結果として、較正および構成が困難である場合がある。

【0021】

ウエハ電位を推定するための別の従来の方法は、ウエハと接触させてＥＳＣの周囲に電極を提供することによる方法である。電極は、一般に、炭化ケイ素プローブで構成される。残念ながら、これらの電極を用いると、電極がプラズマによって腐食されるため、処理チャンバ内部に汚染物質が生じる。この汚染は、プラズマエッチング速度を減少させることによってプラズマの効果に悪影響を及ぼす。さらに、電極は消耗品であり、頻繁な交換が必要なため、かなりの時間、労力、および、コストを必要とする。

【0022】

図２は、従来のウエハ処理システム２００の一例を示す。ウエハ処理システム２００は、図１のウエハ処理システム１００と共通の要素をいくつか含む。ただし、ウエハ処理システム１００のプローブ１３２および導電体１３４は、ウエハ処理システム２００のプローブ２０２および導電体２０４に置き換えられる。図２に示すように、プローブ２０２の上端は、ＥＳＣベースプレート１２０、ＥＳＣ１１８、および、ＨＥＲ１２８を貫通して設けられた空洞２０６を通してウエハ１０２の下面と接触する。プローブ２０２の下端は、導電体２０４に接続する。導電体２０４は、電圧測定器１３０と接続する。

【0023】

プローブ２０２は、一般に、炭化ケイ素ピンで構成される。ウエハ１０２の電位は、プローブ２０２によって検出され、電圧測定器１３０に転送される。次いで、電圧測定器１３０は、ウエハ１０２のＡＣ（ピークトゥピーク）電圧またはＤＣ（バイアスレベル）電圧を測定できる。

【0024】

ウエハ処理システム２００は、ウエハ１０２の電位の正確な測定を可能にするが、ウエハ処理中にプローブ２０２が消費されることから処理チャンバ内に汚染物質が導入される。これらの汚染物質は、プラズマエッチング速度を減少させることによってプラズマの効果に悪影響を及ぼす。さらに、電極は消耗品であり、頻繁な交換が必要なため、かなりの時間、労力、および、コストを必要とする。

【0025】

ウエハ電位を測定するための別の従来の方法は、静電チャック電極に印加されたＤＣ電圧を変化させ、ウエハおよび静電チャック電極の間のリーク電流を測定することによって実行される。次いで、測定されたリーク電流は、ウエハ電位を推定するために用いられる。

【0026】

ウエハ電位を推定するためのリーク電流測定法は、有効なウエハ処理システムを提供するが、リーク電流の大きさに大きく依存する。リーク電流の大きさは、プラズマ処理システムの構成に依存して大幅に変化しうる。したがって、ウエハ電位を推定するためのＥＳＣリーク電流検出方法は、較正および構成のためにかなりの時間、労力、および、コストを必要とする。

【0027】

残念ながら、ウエハ電位を測定するための従来の方法は、不正確であり、寿命が短く、誤差が生じる傾向にあり、メンテナンスおよび構成にかなりの労力を必要とする。正確で、寿命が長く、誤差が生じにくく、メンテナンスおよび構成に大きい労力を必要としないウエハ電位測定方法が求められている。

【発明の概要】

【0028】

本発明の課題は、正確で、寿命が長く、誤差が生じにくく、メンテナンスおよび構成が容易な、プラズマ処理システム内に配置されるウエハ電位測定装置を提供することである。

【0029】

本発明の一態様は、プラズマ形成領域およびホットエッジリングを有するウエハ処理チャンバ内で用いる装置を含む。ホットエッジリングは、第１の表面と第２の表面とを有する。第１の表面は、プラズマ形成領域と接触する。第２の表面は、プラズマ形成領域と接触しない。装置は、ホットエッジリングの第２の表面と接触するよう動作可能な検出器を備える。検出器は、ホットエッジリングのパラメータを検出し、検出されたパラメータに基づいて検出信号を供給することができる。

【0030】

本発明のさらなる課題、利点、および、新規の特徴については、以下の記載において部分的に説明されており、以下を検討することで当業者にとって部分的に明らかになり、また、本発明の実施によって学習されうる。本発明の課題および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘された手段および組み合わせによって達成および実現されうる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

本明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を図示しており、本明細書の記載と共に本発明の原理を説明するものである。

【0032】

【図1】従来のウエハ処理システムの一例を示す図。

【0033】

【図2】従来のウエハ処理システムの別の例を示す図。

【0034】

【図3】本発明の一態様に従って、ウエハ処理システムの一例を示す図。

【0035】

【図4】図３の一部の断面図。

【0036】

【図5】プローブによって測定されたプラズマ電位と、配線されたウエハによって測定されたウエハ電位とを比較したグラフ。

【0037】

【図6】プローブによって測定されたプラズマ電位と、本発明の一態様に従ってＨＥＲを用いて測定されたウエハの電位とを比較したグラフ。

【0038】

【図7】本発明の一態様に従って、信号検出器の一実施形態を示す図。

【0039】

【図8】本発明の一態様に従って、信号検出器の別の実施形態を示す図。

【0040】

【図9】本発明の一態様に従って、信号検出器の別の実施形態を示す図。

【0041】

【図10A】本発明の一態様に従って、信号検出器の別の実施形態を示す図。

【図10B】本発明の一態様に従って、信号検出器の別の実施形態を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0042】

本発明の一態様によると、ウエハ処理システム内のウエハ電位を監視するためにプラズマシース電圧変換器としてＨＥＲが用いられる。したがって、本発明の一態様によると、電圧プローブは、図１および図２を参照して上述した従来のシステムのようにプラズマに暴露されることがない。

【0043】

ここで、本発明の態様について、図３〜図１０Ｂを参照しつつ説明する。

【0044】

図３は、本発明の一態様に従って、ウエハ処理システム３００の一例を示す。ウエハ処理システム３００は、図２のウエハ処理システム２００と共通の要素をいくつか含む。ただし、ウエハ処理システム３００は、プローブ２０２および導電体２０４を備えない。ウエハ処理システム３００は、さらに、信号コンディショナ３１０およびプロセッサ３０４を備える。さらに、ウエハ処理システム２００のＥＳＣベースプレート１２０およびセラミック結合リング１２６は、ウエハ処理システム３００では、ＥＳＣベースプレート３１２およびセラミック結合リング３１４に置き換えられている。

【0045】

ＥＳＣベースプレート３１２およびセラミック結合リング３１４は、電気信号３０８の生成および伝送を可能にする。電気信号３０８は、セラミック結合リング３１４を出て、ウエハ処理チャンバ１２２から信号コンディショナ３１０に伝送される。信号コンディショナ３１０は、ＤＣバイアス電位３０６を供給するために電気信号３０８からのＲＦ信号をフィルタリングするための回路を備えており、ＤＣバイアス電位は、ウエハ１０２の電位を代表するものである。

【0046】

ＤＣバイアス電位３０６は、プラズマツール処理の監視、処理終点の検出、および、重要な処理イベントの検出にとって有用である。ＤＣバイアス電位３０６は、プロセッサ３０４に伝送される。プロセッサ３０４は、ウエハ１０２の適切な処理を確認するため、および、ウエハ処理チャンバ１２２内のエラー状態を監視するために、ＤＣバイアス電位３０６を監視する。プロセッサ３０４は、ユーザが、ウエハ処理チャンバ１２２の動作を監視し、エラー状態が発生したか否かを判定することを可能にする。

【0047】

切り取り領域内に位置する本発明の一実施形態を詳述するために切り取り部分３０２が設けられており、図４を参照しつつ以下で説明する。

【0048】

図４は、図３に示した切り取り部分３０２の断面図である。ＨＥＲ１２８は、下面４０４および傾斜面４０８を有する。セラミック結合リング３１４は、上面４０６を有する。ＨＥＲ１２８の下面４０４は、セラミック結合リング３１４の上面４０６の上に載っている。傾斜面４０８は、ＨＥＲ１２８の内径に位置し、ウエハ処理中にプラズマに暴露される。ウエハ１０２は、ＥＳＣ１１８上に配置され、ＨＥＲ１２８の傾斜面４０８に近接する。ＨＥＲ１２８の傾斜面４０８は、ウエハ１０２の位置決めを支援するため、および、ウエハ１０２のエッジ付近でプラズマ１０８の有益な形状を提供するために設けられている。

【0049】

図に示すように、ＥＳＣベースプレート３１２およびセラミック結合リング３１４内の空間４０２に、信号検出器４００が配置されている。空間４０２からセラミック結合リング３１４の上面４０６に位置するホール４１０へ、ホール４０２が伸びている。信号検出器４００は、ホール４１０を通してＨＥＲ１２８と電気的に接触しており、電気信号３０８を生成する。したがって、ＨＥＲ１２８は、ウエハ電位を測定するためのプローブとして機能する。

【0050】

ウエハ電位を測定するためのプローブとしてＨＥＲ１２８を用いる態様は：まず、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位が、配線されたウエハによって測定されたウエハ電位と線形的に相関することを示し；次いで、プラズマ電位を測定するためのプローブとして用いられているＨＥＲ１２８が、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位と線形的に相関することを議論し；次いで、ＨＥＲ１２８をウエハ電位を測定するためのプローブとして利用できることを実験的に実証することによって最もよく説明される。

【0051】

図２に戻ると、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位が、配線されたウエハによって測定されたウエハ電位と線形的に相関すると判定された。

【0052】

図５は、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位と、配線されたウエハによって測定されたウエハ電位とを比較したグラフ５００である。配線されたウエハによって測定されるウエハ電位については、プローブは、ウエハの上部または上面に接触して配置された。両方の測定について、プローブから得られた信号は、ＲＦ成分を除去するためにフィルタリングされた。ＲＦフィルタの適用後の信号は、ＤＣ電圧のみを含んでいた。

【0053】

グラフ５００において、ｘ軸は時間（秒）であり、ｙ軸は測定された電圧（ボルト）である。点線５０２は、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位に対応し、破線５０４は、配線されたウエハによって測定されたウエハ電位に対応する。

【0054】

グラフ５００に示すように、点線５０２および破線５０４は、非常に類似している。点線５０２および破線５０４が示した同様の挙動に基づくと、プローブ２０２によるプラズマ電位の測定値はウエハ電位を正確に表していると判定される。

【0055】

図６は、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位と、本発明の一態様に従ってＨＥＲ１２８を用いて測定されたウエハ１０２の電位とを比較したグラフ６００である。

【0056】

グラフ６００において、ｘ軸は時間（秒）であり、ｙ軸は測定された電圧（ボルト）である。点線６０２は、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位に対応し、破線６０４は、本発明の一態様に従ってＨＥＲ１２８を用いて測定されたウエハ１０２の電位に対応する。

【0057】

グラフ６００に示すように、点線６０２および破線６０４は、非常に類似している。点線６０２および破線６０４の類似性に基づくと、ＨＥＲ１２８によるウエハ１０２の電位の測定値は、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位を正確に表していると判定される。

【0058】

図５を参照して上述したように、プローブ２０２によるプラズマ電位の測定値は、ウエハ電位を正確に表している。さらに、図６を参照して上述したように、ＨＥＲ１２８によるウエハ１０２の電位の測定値は、プローブ２０２によって測定されたプラズマ電位を正確に表している。したがって、ＨＥＲ１２８によるウエハ１０２の電位の測定値は、ウエハ電位を正確に表している。

【0059】

図４に戻ると、ＨＥＲ１２８によって測定されたウエハ１０２の電位はウエハ電位を正確に示していると判定されたため、信号検出器４００は、ＨＥＲ１２８の電位を測定することによって、ウエハ１０２の電位を決定する。

【0060】

ここで、信号検出器４００の実施形態の例について、図７〜図１０Ｂを参照しつつ説明する。

【0061】

図７は、本発明の一態様に従って、信号検出器４００の一実施形態を示す。

【0062】

この実施形態において、信号検出器４００は、電気コンタクト７００を備えており、空洞７０２内に配置される。電気コンタクト７００の上端は、ＨＥＲ１２８の下面４０４と接触して電気的に接続するように、ホール４０２に配置される。ＨＥＲ１２８の電位は、電気信号３０８によって信号検出器４００へ搬送される。

【0063】

図８は、本発明の一態様に従って、信号検出器４００の別の実施形態を示す。

【0064】

この実施形態において、信号検出器４００は、電気コンタクト７００、抵抗器８００、および、電気コンタクト８０２を備えており、それらはすべて空洞８０４内に配置される。電気コンタクト７００の下端は、抵抗器８００と電気的に接続されている。抵抗器８００は、さらに、電気コンタクト８０２の上端と電気的に接続される。ＨＥＲ１２８の電位は、電気信号３０８によって信号検出器４００へ搬送される。

【0065】

図３をさらに参照すると、抵抗器８００は、インピーダンス整合回路１１６およびウエハ処理チャンバ１２２の間のインピーダンス不整合から生じうるアーキングを防止する。特にシステム切り替え中に、インピーダンス整合回路１１６およびウエハ処理チャンバ１２２の間の疑似インピーダンス差動（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓ）を経験する可能性がある。これらのインピーダンス不整合の期間は、ウエハ処理チャンバ１２２内で望ましくない電気アーキングを引き起こしうる。抵抗器８００は、インピーダンス整合回路１１６およびウエハ処理チャンバ１２２の間のインピーダンス差動の大きさを低減する。

【0066】

図９は、本発明の一態様に従って、信号検出器４００の別の実施形態を示す。

【0067】

この実施形態において、信号検出器４００は、電気コンタクト７００、抵抗器８００、電気コンタクト８０２、および、誘電スペーサ９００を備えており、それらはすべて空洞９０２内に配置される。誘電スペーサ９００は、抵抗器８００に隣接して配置される。誘電スペーサ９００は、抵抗器８００から熱を引き出すためのヒートシンクとして機能する。誘電スペーサ９００は、抵抗器８００と比較すると、高いインピーダンスを提供するために低い値の誘電率を有することが好ましい。かかる比較的高いインピーダンスは、誘電スペーサ９００を通る電気信号の伝送を最小化し、抵抗器８００を通る電気信号の伝送を最大化する。低い値の誘電率および優れた熱伝導率の両方を示す材料の例としては、石英が挙げられるが、これに限定されない。

【0068】

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の一態様に従って、信号検出器４００の別の実施形態を示す。特に、図１０Ａは、ＨＥＲ１２８がセラミック結合リング３１４上に配置された時の信号検出器４００の第１の状態を示しており、図１０Ｂは、ＨＥＲ１２８がセラミック結合リング３１４から分離された時の信号検出器４００の第２の状態を示している。

【0069】

この実施形態において、信号検出器４００は、バネ荷重コンタクト１０００、抵抗器８００、電気コンタクト８０２、および、誘電スペーサ９００を備えており、それらはすべて空洞１００２内に配置される。バネ荷重コンタクト１０００の上端は、ＨＥＲ１２８の下面４０４と接触して電気的に接続するように、ホール４０２に配置される。バネ荷重コンタクト１０００の下端は、抵抗器８００と電気的に接続されている。抵抗器８００は、さらに、電気コンタクト８０２の上端と電気的に接続される。ＨＥＲ１２８の電位は、電気信号３０８によって信号検出器４００へ搬送される。

【0070】

図１０Ａは、ウエハ処理システム３００の動作期間ｔ_op中の信号検出器４００の動作を示す。動作期間ｔ_op中に、ＨＥＲ１２８の下面４０４は、セラミック結合リング３１４の上面４０６の上に載っており、バネ荷重コンタクト１０００を収縮させている。したがって、信号検出器４００は、ＨＥＲ１２８からの信号を検出することができる。

【0071】

ＨＥＲ１２８は、動作寿命を有してよく、その間は、所定の許容可能な閾値パラメータ内で機能する可能性が高い。しかし、動作寿命後、ＨＥＲ１２８は、ウエハ処理システム３００内のプラズマへの暴露による摩耗および断裂の結果として、所定の許容可能な閾値パラメータ内で機能しない場合がある。したがって、動作寿命後、ＨＥＲ１２８は、除去されて、新しいＨＥＲに交換される必要がありうる。ＨＥＲ１２８が除去される必要がある場合、ＨＥＲ１２８はセラミック結合リング３１４から持ち上げられてよい。これについては、図１０Ｂを参照しつつ以下で詳述する。

【0072】

図１０Ｂは、ウエハ処理システム３００の非動作期間ｔ_nonop中の信号検出器４００の配置を示す。非動作期間ｔ_nonop中には、ウエハ処理システム３００がオフにされるため、信号検出器４００はＨＥＲ１２８からの信号を検出しない。ＨＥＲ１２８はセラミック結合リング３１４から持ち上げられてよく、その時、ＨＥＲ１２８の下面４０４がセラミック結合リング３１４の上面４０６から離されるため、バネ荷重コンタクト１０００がＨＥＲ１２８から切断される。

【0073】

図１０Ｂに示すように、ＨＥＲ１２８がセラミック結合リング３１４から離される時、ＨＥＲ１２８は、空間１００４が拡大し続け、バネ荷重コンタクト１０００がホール４０２を通して伸びるように、セラミック結合リング３１４から離れるように継続的に持ち上げられる。ある時点で、バネ荷重コンタクト１０００は、ホール４０２を通しての伸長を停止する。この後、ＨＥＲ１２８はセラミック結合リング３１４から離れるように持ち上げられ続けて、空間１００４は拡大し続けるため、バネ荷重コンタクト１０００は、ＨＥＲ１２８から切断される。この状態では、バネ荷重コンタクト１０００は、ＨＥＲ１２８と接触せず、ＨＥＲ１２８からの電位のための電気路を提供しない。

【0074】

ＨＥＲ１２８が除去されると、新しいＨＥＲがＨＥＲ１２８と置き換えられてよい。最初、バネ荷重コンタクト１０００は、新しいＨＥＲと接触せず、新しいＨＥＲからの電位のための電気路を提供しない。新しいＨＥＲがセラミック結合リング３１４に向かって移動され続け、空間１００４が縮小し続けると、最終的に、バネ荷重コンタクト１０００は、新しいＨＥＲに接触する。新しいＨＥＲは、空間１００４が縮小し続け、バネ荷重コンタクト１０００が収縮してホール４０２内に入り込むように、セラミック結合リング３１４に向かって移動され続ける。新しいＨＥＲは、最終的に、新しいＨＥＲの下面がセラミック結合リング３１４の上面４０６の上に載るように、セラミック結合リング３１４上に配置される。この状況では、新しいＨＥＲの下面がバネ荷重コンタクト１０００と接触したままになる。次いで、ウエハ処理システム３００がオンにされてよく、信号検出器４００は、新たに設置されたＨＥＲからの信号を検出しうる。

【0075】

図１０Ａおよび図１０Ｂに示した実施形態の利点は、バネ荷重コンタクト１０００の長さが、図７〜図９を参照して上述したコンタクトの長さほど正確でなくてもよいことである。特に、図７〜図９を参照して上述したコンタクトは、ホール４０２を通してＨＥＲ１２８の下面４０４と接触するのに十分な長さでなければならない。ただし、図７〜図９を参照して上述したコンタクトは、ＨＥＲ１２８の下面４０４を損傷するほどは長くないことが好ましい。しかしながら、バネ荷重コンタクト１０００の場合、バネ荷重コンタクト１０００の長さが伸縮することにより、ＨＥＲ１２８の下面４０４を損傷することなく、ＨＥＲ１２８の下面４０４との接触を維持することができる。

【0076】

上述の実施形態において、ＨＥＲのパラメータは、セラミック結合リング内に配置された検出器によってＨＥＲの下面と接触することによって検出される。他の実施形態では、検出器は、セラミック結合リング内に配置されないが、プラズマ形成領域に露出されることなく、ＨＥＲのパラメータを検出するよう配置される。かかる実施形態は、検出器がＨＥＲ内に配置され、プラズマ形成領域に露出されない実施形態を含むが、これに限定されない。

【0077】

本発明の一態様によると、ウエハ処理システム内のウエハ電位を検出するための検出システムの一部としてＨＥＲが用いられる。したがって、本発明の一態様によると、プラズマに暴露されるプローブが必要なくなるため、動作およびメンテナンスコストが低減される。

【0078】

本発明の様々な好ましい実施形態に関するこれまでの記載は、説明を目的としたものである。つまり、本発明を網羅するものでも、開示された正確な形態に本発明を限定するものでもなく、上述の教示に基づき、多くの変形例および変更例が可能であることは明らかである。上述した代表的な実施形態は、本発明の原理および実際の応用を最も良く説明することで、当業者が、様々な実施形態、および、想定される特定の利用に適した様々な変形例で、本発明を最適に利用できるようにするために、選択され記載されたものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。

［適用例１］
プラズマ形成領域およびホットエッジリングを有するウエハ処理チャンバで用いる装置であって、前記ホットエッジリングは第１の表面および第２の表面を有し、前記第１の表面は前記プラズマ形成領域と接触し、前記第２の表面は前記プラズマ形成領域と接触せず、
前記装置は、前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触するよう動作可能な検出器を備え、
前記検出器は、前記ホットエッジリングのパラメータを検出し、前記検出されたパラメータに基づいて検出信号を供給するよう動作可能である、装置。

［適用例２］
適用例１の装置であって、さらに、
前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触するよう動作可能な結合リングを備え、前記結合リングは内部に空洞を有し、前記空洞は前記ホットエッジリングの前記第２の表面と対向する開口部を有し、
前記検出器は、前記空洞内に配置され、前記ホットエッジリングの前記第２の表面と接触するよう構成される、装置。

［適用例３］
適用例１の装置であって、さらに、
前記検出信号に基づいて出力信号を供給するよう動作可能な出力部と、
前記検出器および前記出力部の間に直列に配置された抵抗器と、
を備える、装置。

［適用例４］
適用例３の装置であって、さらに、前記抵抗器と接触して配置されたヒートシンクを備える、装置。

［適用例５］
適用例４の装置であって、前記ヒートシンクは石英を含む、装置。

［適用例６］
適用例１の装置であって、前記検出器はインジウムを含む、装置。

［適用例７］
適用例１の装置であって、
前記検出器は、付勢部およびコンタクト部を備え、
前記付勢部は、前記コンタクト部と前記ホットエッジリングの前記第２の表面との接触を維持するために、前記コンタクト部に対して付勢力を提供するよう動作可能である、装置。

［適用例８］
適用例７の装置であって、前記付勢部はコイルバネを含む、装置。

［適用例９］
プラズマ形成領域およびホットエッジリングを有するウエハ処理チャンバ内でウエハ電位を測定するための方法であって、前記ホットエッジリングは第１の表面および第２の表面を有し、前記第１の表面は前記プラズマ形成領域と接触し、前記第２の表面は前記プラズマ形成領域と接触せず、
前記方法は、
前記ホットエッジリングの前記第２の表面を検出器と接触させる工程と、
前記検出器で前記ホットエッジリングのパラメータを検出する工程と、
前記検出されたパラメータに基づいて検出信号を供給する工程と、
前記検出信号に基づいてウエハ電位を測定する工程と、を備える、方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】