特許 7115759 プラズマを遠隔検知するためのシステムおよび方法

(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】

(24)【登録日】2022-08-01

(45)【発行日】2022-08-09

(54)【発明の名称】プラズマを遠隔検知するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/00 20060101AFI20220802BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20220802BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20220802BHJP

【ＦＩ】

H05H1/00 A

H05H1/46 A

H05H1/46 M

H01L21/302 103

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019553120

(86)(22)【出願日】2018-03-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-05-28

(86)【国際出願番号】 EP2018057556

(87)【国際公開番号】W WO2018177965

(87)【国際公開日】2018-10-04

【審査請求日】2021-03-22

(31)【優先権主張番号】1705202.8

(32)【優先日】2017-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】510045575

【氏名又は名称】ダブリン シティー ユニバーシティー

(74)【代理人】

【識別番号】110001656

【氏名又は名称】特許業務法人谷川国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マクナリー，パトリック ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ケリー，シーン

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１５０９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８２９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２１７９２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマチャンバ内のプラズマ源を遠隔から非侵襲的に監視するためのシステムであって、前記システムは、
前記プラズマ源の近傍電磁界に使用時に置かれた磁界アンテナを有し、ここで、前記磁界アンテナは、前記近傍電磁界に使用時に置かれ、前記プラズマチャンバの遠隔にあり、前記プラズマ源に誘導的に結合する磁界ループアンテナであり、該磁界ループアンテナは、前記プラズマ源から放射された近接場信号を測定するために構成され、
前記システムが、前記プラズマに関連する電流と誘導アンテナ信号との間の周波数依存の結合係数の計算を可能にするように、前記磁界ループアンテナを較正するように構成される、システム。

【請求項2】

前記システムが、電波発光分光分析（ＲＥＳ）を用いて前記プラズマ源の近接場の電波放射を分析するように構成された、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記近接場信号が、近接Ｈ場の信号を含む、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記近接Ｈ場の信号強度が、使用時に、前記磁界アンテナと前記プラズマ源との間の距離に関する関数で、距離に従って低下する、請求項１～３のいずれかに記載のシステム。

【請求項5】

前記近接Ｈ場の信号強度が、使用時に、関数１／ｒ^３で、距離に従って低下し、ｒは前記磁界アンテナと前記プラズマ源との間の距離である、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記システムがモジュールを有し、該モジュールが、前記近接場信号内に存在する高調波の周波数に関して周波数分析を実行し、これにより前記プラズマ源のプラズマパラメータに依存する共振動作が示されるように構成され、前記システムが、前記周波数分析に基づく前記プラズマ源の状態が出力されるように構成される、請求項１～５のいずれかに記載のシステム。

【請求項7】

前記モジュールが、前記周波数分析を様々な動作圧力に対して実行するように構成される、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記システムがモジュールを有し、該モジュールが、前記近接場から離れた適切なポイントで選択されたオンラインによるバックグラウンド減算を行うことにより、前記近接場信号からノイズを除去するように構成される、請求項１～７のいずれかに記載のシステム。

【請求項9】

プラズマチャンバ内のプラズマ源を遠隔から非侵襲的に監視するためのシステムであって、前記システムは、
前記プラズマ源の近傍電磁界に使用時に置かれた磁界アンテナを有し、ここで、前記磁界アンテナは、前記近傍電磁界に使用時に置かれ、前記プラズマチャンバの遠隔にあり、前記プラズマ源に誘導的に結合する磁界ループアンテナであり、該磁界ループアンテナは、前記プラズマ源から放射された近接場信号を測定するために構成され、
前記システムが、広い周波数帯域にわたって低電力近接場信号レベルを分析するように構成される電波システムを有し、任意に、前記磁界ループアンテナが、前記プラズマ源への信号分離を可能にするために、プラズマチャンバ内のビューポートの近傍に局所化される近接場信号を測定するように構成され、
前記システムが、共振プラズマ周波数と電子－中性衝突周波数を測定し、測定された周波数を駆動周波数の高調波に存在する共振特性のフィッティングを介して相関させるように構成され、任意に、前記システムが、前記プラズマ源に関連するアーク放電、ポンプ、またはマッチング障害イベントのうちの１つまたは複数を識別するための要因を示すために、測定された共振プラズマ周波数と測定された電子－中性衝突周波数を相関させるように構成される、システム。

【請求項10】

前記近接場信号が、近接Ｅ場の信号を含む、請求項１～９のいずれかに記載のシステム。

【請求項11】

前記システムが、近接Ｈ場の信号を測定する第１の磁界ループアンテナと、近接Ｅ場の信号を測定する第２の磁界ループアンテナと、を備え、近接Ｈ場信号およびＥ場信号内に存在する高調波の周波数分析を実行し、プラズマ源のプラズマパラメータに依存する共振動作を示すように構成されるモジュールと、を備える、請求項１～１０のいずれかに記載のシステム。

【請求項12】

プラズマチャンバ内のプラズマ源を遠隔から非侵襲的に監視する方法であって、該方法が、
前記プラズマ源の近傍電磁界に磁界アンテナを置くステップであって、ここで前記磁界アンテナは磁界ループアンテナであるステップと、
前記磁界ループアンテナを前記プラズマチャンバの遠隔にある前記近傍電磁界に置き、前記磁界ループアンテナを前記プラズマ源に誘導的に結合するステップと、
プラズマ源から放射される近接場信号を、前記磁界ループアンテナを用いて測定するステップと、
共振プラズマ周波数および電子－中性衝突周波数を測定するステップと、
駆動周波数の高調波に存在する共振特性のフィッティングを介して、前記周波数測定値を相関させるステップと、を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

プラズマの遠隔検知のためのシステムと方法。

【背景技術】

【0002】

産業用半導体処理装置においてプラズマ特性の制御が改善されたことは、プロセス自動化の増加傾向を要因とするものであり、重要である。

【0003】

侵襲的なプラズマ診断技術は、多くのプローブにとって有害であることが多い過酷な処理条件、およびプローブ自体の存在がプラズマの特性を変える可能性があるという事実を考えると、ほとんどの産業環境では望ましくない。このような侵襲的診断を既存の製造インフラストラクチャに適合させることによる破壊的な影響も考慮する必要がある。侵襲的プローブを設置すると、製造ラインがさらに複雑になる可能性があり、これにより大量生産にとって必要かつ重要なプロセス複製に悪影響が及ぶ可能性がある。

【0004】

したがって、即時的で、非侵襲的で、設置不要のプラズマモニタリング技術は、産業シナリオの多くで特に有利であり、これらの産業シナリオには、例えば米国特許公開番号ＵＳ２００５１８３８２１があり、これは活性化されたプラズマに極めて近接して配置された、プラズマを監視するように構成されている非侵襲的な電波周波数アンテナを開示している。その他の応用については、 Ｓｅｉｊｉ Ｓａｍｕｋａｗａ他著の「Ｔｈｅ ２０１２ ｐｌａｓｍａ ｒｏａｄｍａｐ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ： Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、４５（２５）：２５３００１、 ２０１２）、Ｐｅｔｅｒ Ｊ ＢｒｕｇｇｅｍａｎおよびＵｗｅ Ｃｚａｒｎｅｔｚｋｉ著の「Ｒｅｔｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｎ ｔｈｅ ２０１２ ｐｌａｓｍａ ｒｏａｄｍａｐ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ： Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、４９（４３）：４３１００１、２０１６）、およびＭ Ｂ ＨｏｐｋｉｎｓおよびＪ Ｆ Ｌａｗｌｅｒ著の「Ｐｌａｓｍａ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ」（Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｆｕｓｉｏｎ、４２（１２Ｂ）：Ｂ１８９、２０００）において論じられている。

【0005】

静電シールドに入れられた、石英やセラミックなどを使用した小さなワイヤループまたはコイルを利用することによって、プラズマ放電内の磁束を「誘導的に」プローブすることが十分に確立されている。Ｂ－ｄｏｔまたはｄＢ／ｄｔプローブとして知られるこのアプローチは、１９６０年代から広く使用されている。米国特許公開ＵＳ２００７／２２７６６７Ａ１、Ｙａｍａｚａｗａ他は、プラズマチャンバ内に配置された一対のそのようなシールドコイルプローブの応用について論じている。一実施形態は、プラズマの内部磁場および電流密度の空間的変動を研究するためにプラズマ体積内で移動されるＢ－ｄｏｔプローブの初期のアイデアについて詳述している。ＰＣＴ特許公開番号ＷＯ２００７／０４１２８０Ａ２、ＯｎＷａｆｅｒは、誘電被覆コイルがウェーハワークピースに固定される、この戦略のウェーハベースのバージョンを開示しており、別の米国特許公開ＵＳ２００６／１６９４１０、Ｍａｅｄａ他は、チャンバ電極のガスシャワーヘッドに挿入された石英ロッドを介する同様の検知素子の設置について述べている。Ｇａｌｌｉによる米国特許公開ＵＳ２０１５／３６４３００Ａ１は、誘導結合プラズマ源内のこのようなコイルプローブの浸漬について説明している。

【0006】

これまでの先行技術は、基本的に、放電容器内のセンサーの「内部」配置および浸漬を必要とするプローブについて説明している。プローブの浸漬によるプラズマの摂動、特にそのようなシナリオでの静電シールドの存在は重要であることが知られている。

【0007】

したがって、プラズマの遠隔検知のための改善されたシステムおよび方法を提供することが目的である。

【発明の概要】

【0008】

本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載されているように、プラズマを遠隔監視するためのシステムが提供され、当該システムには以下のものが含まれる。
結合プラズマ源の近傍電磁界に置かれた磁界アンテナ。ここで、当該磁界アンテナは、近傍電磁界などに置かれた磁界ループアンテナである。

【0009】

低圧非平衡プラズマを遠隔監視するための新しいアプローチが提供される。磁界アンテナは、プラズマ源の近接場に置かれる。ビューポートの近傍に存在するプラズマ電流からの磁束は、較正済みループアンテナを介して遮断される。電波システム（スペクトラムアナライザ）を使用して、広い周波数帯域にわたって低電力信号レベルを分析する。直列（または幾何学的）共振プラズマや電子－中性衝突周波数などのプラズマパラメータは、駆動周波数の高調波に存在する共振特性のフィッティングにより評価される。このアプローチによって、遠隔からの、非侵襲的で設置不要のプラズマ監視が促進される。一実施形態では、プラズマは低圧非平衡プラズマである。

【0010】

従来技術とは対照的に、ビューポート（または同等に非導電性の外部アクセスポート）から放射される磁束は、本発明で活用される。これにより、プローブの取り付け中に放電容器を物理的に変化させることなく、プラズマ電流を「遠隔」検出することが可能になる。この戦略は、内部プローブの取付けによって引き起こされる障害を除去するので、変更に非常に敏感な既存の製造ラインでの展開に特に有利である。さらに、部分シールドループアンテナの適用は、電磁コンプライアンス（ＥＭＣ）テストで普及しているが、カバレッジ内のギャップを介した静電遮蔽が実際にプローブ電流を誘導するため、従来のアプローチとは異なりプラズマ放電からの磁束を遮断する。広い周波数動作範囲と電界除去は、このようなシールドループアンテナ設計が有する重要な利点である。

【0011】

駆動周波数に近い周波数の監視は、プラズマの電流変動を監視するための有効なプロキシとして示される。これには、エンドポイントの検出（ウィンドウコーティングによる発光障害など）や、アーク放電、ポンプまたはマッチング障害イベント、製造シナリオでの一般的な「迷惑イベント」の識別に対応する非接触センサーとして診断上の利点がある。

【0012】

２０ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ）の近接場信号に存在する高調波の周波数分析では、基本的なプラズマパラメータに関連する共振動作が示された。酸素プラズマについて、直列（または幾何学的）プラズマおよび電子－中性衝突周波数の抽出が示されている。

【0013】

一実施形態では、プラズマを遠隔監視するためのシステムが提供され、当該システムには以下のものが含まれる。
結合プラズマ源の近傍電磁界に置かれた磁界アンテナ。ここで、当該磁界アンテナは、近傍電磁界に置かれ、プラズマ源から放射される近接場信号を測定するように構成された磁界ループアンテナである。

【0014】

一実施形態では、磁界ループアンテナは、プラズマ源に誘導的に結合され、システムは電波発光分光分析（ＲＥＳ）を用いてプラズマ源の近接場の電波放射を分析するように適合されている。

【0015】

一実施形態では、近接場信号は、近接Ｈ場の信号を含む。

【0016】

一実施形態では、近接Ｈ場の信号強度は、磁界アンテナとプラズマ源からの距離に関する関数で、距離に従って低下する。

【0017】

一実施形態では、信号強度は、関数１／ｒ^３で、距離に従って低下する。ここで、Ｒは磁界アンテナとプラズマ源からの距離である。

【0018】

一実施形態では、近接場信号内に存在する高調波の周波数に関して 周波数分析を実行し、これによりプラズマ源のプラズマパラメータに依存する共振動作が示され、当該分析に基づくプラズマ源の状態が出力されるモジュールが提供される。

【0019】

一実施形態では、周波数分析は様々な動作圧力に対して実行される。

【0020】

一実施形態では、磁界ループアンテナは、プラズマ源に誘導的または容量的に結合される。

【0021】

一実施形態では、磁界ループアンテナは、プラズマに関連する電流と誘導アンテナ信号との間の周波数依存の結合係数の計算を可能にするように較正される。

【0022】

一実施形態では、電波システムは、広い周波数帯域にわたって低電力信号レベルを分析するように構成される。

【0023】

一実施形態では、信号は、プラズマ源への信号分離を可能にするために、ビューポートの近傍に局所化される。本発明の文脈において、ビューポートは、チャンバ内の一般的な方法で密封されたガラス、石英、または誘電体窓として解釈することができ、これらはほとんどのプラズマツールにとって非常に一般的である。さらに、本発明のシステムおよび方法は、これらのビューポートを通してプラズマを視覚的に観察できる必要はなく、システムが視線によってプラズマを直接「見る」ことができない場合でも、当該ビューポートは依然として使用可能である。

【0024】

一実施形態では、測定された共振プラズマ周波数と電子－中性衝突周波数は、駆動周波数の高調波に存在する共振特性のフィッティングを介して相関される。

【0025】

一実施形態では、相関によって、プラズマ源に関連するアーク放電、ポンプ、またはマッチング障害イベントのうちの１つまたは複数を識別するための要因が示される。

【0026】

一実施形態では、近接場信号は、近接Ｅ場の信号を含む。

【0027】

一実施形態では、近接Ｈ場の信号を測定する第１のアンテナと、近接Ｅ場の信号を測定する第２のアンテナが提供される。

【0028】

一実施形態では、近接Ｈ場および近接Ｅ場の信号内に存在する高調波の周波数分析を実行し、プラズマ源のプラズマパラメータに依存する共振動作を示すモジュールが提供される。

【0029】

一実施形態では、プラズマを遠隔監視するためのシステムが提供され、当該システムには以下のものが含まれる。
プラズマ源の近傍電磁界に置かれた磁界アンテナ。ここで、当該磁界アンテナは、近傍電磁界に置かれた磁界ループアンテナである。

【0030】

さらなる実施形態では、低圧非平衡プラズマを遠隔監視する方法が提供され、当該方法には以下のステップが含まれる。
結合プラズマ源の近傍電磁界に磁界アンテナを置くステップ。ここで、当該磁界アンテナは、近傍電磁界に置かれ、プラズマ源から放射される近接場信号を測定するように構成された磁界ループアンテナである。

【0031】

一実施形態では、共振プラズマ周波数および電子－中性衝突周波数を測定するステップと、駆動周波数の高調波に存在する共振特性のフィッティングを介して、前述の周波数測定値を相関させるステップが提供される。

【0032】

別の実施形態では、磁界ループアンテナを使用することにより低圧非平衡プラズマの近傍での近接場の電波放射を遮断する方法が提供される。

【0033】

記録媒体、キャリア信号、または読み取り専用メモリ上で実施され得る上記方法をコンピュータプログラムに実行させるためのプログラム命令を含むコンピュータプログラムも提供される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

本発明は、添付の図面を参照して、例としてのみ示される本発明の実施形態の以下の説明からより明確に理解されるであろう。

【図1】本発明の一実施形態による、低圧非平衡プラズマを遠隔監視するシステムを示す図である。

【図2】（ａ）は誘導電波信号Ｉ_ＲＥＳの距離依存性（図１のｒ）を示す図であり、（ｂ）はＩ_ＲＥＳとバルクプラズマ電流Ｉ_ＢＵＬＫとの比較を示す図であり、（ｃ）はラングミュアプローブを使用した放電中心の電子密度値を示す図であり、（ｄ）はインラインＩ－Ｖプローブによって測定された合計電流の抵抗成分（Ｉ_Ｒ）を示す図である。

【図3】Ｉ－Ｖプローブを使用したプラズマのインライン電流測定とアンテナ信号の相関を示す図である。

【図4】Ｏ２プラズマの駆動周波数（１３．５６ＭＨｚ）に関する最初の３つの高調波について遮断された電波放射（図１参照）を示す図である。

【図5】近接場信号の周波数分析、すなわち高調波で見られる共振動作を示す図である。

【図6】図５に示した高調波共振ピークから抽出された、直列共振（ω_ｇ）および電子－中性衝突周波数（ν）の値を示す図である。図面の詳細な説明

【0035】

図１は、参照番号１で示される本発明の一実施形態による低圧非平衡プラズマを遠隔監視するシステムを示す。少なくとも１つの磁界アンテナ２は、容量結合プラズマ源３の近接場に置かれる。システムは、容量的または誘導的に結合されたプラズマ源、またはレーザー加熱などの手段により誘導されたプラズマに適用可能であることが理解されよう。ビューポート４の近傍に存在するプラズマ電流からの磁束は、較正されたループアンテナ２を介して結合される。システム１は、電波システム（スペクトラムアナライザ）として具体化され、広い周波数帯域にわたる低電力信号レベルを分析するために利用され得る。信号はビューポートの近傍に局所化され、近くのプラズマ源への信号分離が可能になる。直列（または幾何学的）共振プラズマおよび電子－中性衝突周波数は、以下で詳細に説明するように、駆動周波数の高調波に存在する共振特性のフィッティングを介して評価される。

【0036】

しかし、現在まで、低温プラズマ源からの電磁スペクトルの電波周波数部分で放射される波長の監視は活用されていない。本発明は、以降電波発光分光分析（ＲＥＳ）と呼ぶ概念を用いて低圧非平衡プラズマの近傍での近接場の電波放射に関して測定と分析を行うためのシステムおよび方法を提供する。図１に示すように、近接場ループアンテナ２（通常は直径～５～２５ｍｍ）は、プラズマチャンバ内のビューポート４の近傍における電流に起因する磁束を遮断する。ループ面は、電極間を通過する電流を遮断するために、ビューポート４に垂直に向けられている。ここでは、電磁干渉試験の磁場検知によく使用されるシールドループアンテナ設計を使用できる。ビューポートに近接して流れるプラズマ電流を取り巻く磁場（厳密には静磁場）の空間的な行動は、以下の通りビオ・サバールの法則を適用することによって与えられる。

【0037】

【数1】

【0038】

ここでｄＶは、電流密度Ｊのボリューム要素であり、
ｒは、現在のボリュームとアンテナ位置ｒの間隔を表す。

【0039】

本発明の重要な態様は、近接場で測定された電流または電圧の低下が約１／ｒ^３であり、近接場での動作を示しているという事実である。信号が１／ｒ^２または同様のものとして減衰する場合、それらは近接場に応じていない。これは図２に示されており、（ａ）には誘導電波信号Ｉ_ＲＥＳの距離依存性（図１のｒ）が、（ｂ）にはＩ_ＲＥＳとバルクプラズマ電流Ｉ_ｂｕｌｋとの比較が、（ｃ）にはラングミュアプローブを使用した放電中心の電子密度値が、（ｄ）にはインラインＩ－Ｖプローブで測定された総電流の抵抗成分（Ｉ_Ｒ）が示されている。

【0040】

本発明の文脈において、プラズマチャンバ５は、その周囲に電磁放射線を放出する放射線源として機能する。アンテナシステム２は、この放射場の「近傍」部分に置かれる。これは、１／ｒ^３の距離に従った信号強度の低下を観察することで証明される。このシナリオでは、放射要素（すなわちプラズマ）の多極特性が電界強度の位置依存性を支配する。放射電流の双極子の寄与を含むようにビオ・サバールの公式を拡張すると、このような１／ｒ^３の依存性が生じる。

【0041】

この振る舞いは、放射体から十分に離れた放射ゾーンの近接場内でのアンテナ動作の典型であり、空間変動がそのような１／ｒ^３の振る舞いから逸脱するソース内でのプローブ法とは対照的である。確かに、この事実は、近接場通信システムで広く活用されており、放射線源への遠隔
（「非接触」）だが局所化された結合を可能にする。

【0042】

近接場（磁界ループ）アンテナ２によってプラズマ３から放射された電波信号を局所化する能力は、本発明の動作に不可欠である。この分解能により、アンテナがプラズマビューポート（またはプラズマを境界するその他の非導電性表面）近くのＨ場に対する感度を有するため、近くのソースからの放射が効果的に最小化される。

【0043】

電波発光分光分析（ＲＥＳ）信号のこの局所化する性質によって、プラズマ３としての放射源が、近傍のプラズマチャンバ、電源ユニット、マッチボックス、伝送ラインのその他のセクション、周囲の電波信号などを含む可能性のあるその他の遠接場放射線源に対して裏付けられる。このシナリオでは、図２ａに示すように、近接場から離れた適切なポイントでオンラインによるバックグラウンド減算を行うことにより、信号からノイズを簡単に除去できる。言い換えれば、本発明は、信号抽出のための実用的な方法を提供し、「電波ノイズのある」製造環境での実装に特に有利である。

【0044】

システム１は、以下の図３～６にあるように、近接場信号に存在する高調波の 周波数分析を実行し、プラズマ源のプラズマパラメータに依存する共振動作を示すモジュールを備えることができる。システムは、前述の分析に基づいてプラズマ源の状態を出力して、プラズマが正しく動作していることをユーザーに知らせることができる。

【0045】

動作中、近接場ループアンテナ２は、ビューポートに近接する電極間を流れる（変位）電流から生じる磁束を遮断する。ループアンテナ２は、電界を遮断する非導電性シールドでコーティングされた平らな金属内部導体で構成することができる。アンテナは、国際電気標準会議（ＩＥＣ）指令に準拠した電磁適合性テストに一般的に採用されている手法により、５０オームのマイクロストリップ伝送ラインとベクトルネットワークアナライザを使用して較正できる。多数の較正手法、例えば、ＲＦ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ社提供の較正ファイル（ｈｔｔｐ：／／ｊ３．ｒｆ－ｅｘｐｌｏｒｅｒ．ｃｏｍ／ｄｏｗｎｌｏａｄｓ）の使用や、Ｂｅｅｈｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社提供のヘルムホルツコイルを使用した較正（例えばｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｅｅｈｉｖｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ／ｄａｔａｓｈｅｅｔｓ／１００ＳｅｒｉｅｓＤａｔａｓｈｅｅｔＣｕｒｒｅｎｔ．ｐｄｆを参照）などの手法を利用できることが理解されよう。

【0046】

較正により、（回路／プラズマ）電流と誘導アンテナ信号との間の周波数依存の結合係数を計算できる。低レベルの信号は、高ダイナミックレンジおよび１００Ｈｚ未満の分解能帯域幅に設定されたスペクトラムアナライザを使用して分析される。バックグラウンドスキャンは、図１に示すように、プラズマから十分離れた距離（すなわち、近接場信号が失われる場所）で実行でき、近接場信号から減算してプラズマから遮断される周波数を分離することが可能である。ここで使用されているプラズマ源は、Ｏｘｆｏｒｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．社ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｘｆｏｒｄｐｌａｓｍａ．ｄｅ／ｓｙｓｔｅｍｓ／１００ｌｌ．ｈｔｍ提供の、Ｐｌａｓｍａ Ｌａｂ １００エッチングシステムである。

【0047】

プラズマ電流（Ｉ）から生じる磁場からループアンテナに誘導される電圧は、ファラデーの誘導原理に基づいており、次式により与えられる。

【0048】

【数2】

【0049】

ここで、ｋ（ω）は、ファラデーの誘導原理による周波数依存の結合係数を表す。誘導信号とインライン電流測定（マッチボックスと電源電極の間に配置されたＩ－Ｖプローブでキャプチャ）との相関を図３に示す。より低い動作圧力での近接場信号に存在する高調波の周波数分析から、基本的なプラズマパラメータに関連する共振動作が示された。酸素プラズマについて、直列（または幾何学的）プラズマおよび電子－中性衝突周波数の抽出が示されている。図３は、Ｉ－Ｖプローブを用いたプラズマのインライン電流測定とアンテナ信号の相関を示す。

【0050】

信号は、駆動周波数（１３．５６ＭＨｚ）付近の周波数によって支配される。図３は、プラズマ内の電流変動を監視するための効果的なプロキシとしてこの信号を示している。監視された電流変動は、製造装置および（ウィンドウコーティングなどにより）光学診断が制限されているエンドポイントの検出でアーク放電、ポンプまたはマッチング障害イベントを監視するための非接触センサーとして有用である。

【0051】

図４は、フォトレジスト被覆ウェハのＯ２プラズマアッシングの駆動周波数（１３．５６ＭＨｚ）の最初の３つの高調波に関して遮断された電波放射（図１参照）を示している。酸素７７７ｎｍのライン強度の測定は、光学分光計を用いて行われる。エンドポイント（全フォトレジストの除去）は、線強度プラトー（図２の５００秒）として生じる。本発明によれば、近接場の電波放射 の「電波発光分光分析」すなわちＲＥＳが、ここでのエンドポイントの有効な指標であることが見出されている。

【0052】

容量結合プラズマ（ＣＣＰ）放電中のプラズマ電流は、変位電流によって支配され、これはＩ＝Ｉ_Ｄ＝∂Ｄ／∂ｔ＝∂（ε_ｐＥ）／∂ｔに表される。単一周波数ＣＣＰの周波数コンテンツＩ_Ｄは、駆動周波数（１３．５６ＭＨｚ）の高調波によって支配されるが、より低い圧力で電力がますます高調波に結合され、明確な共振動作が示される。

【0053】

電源電極に存在する単一の大きな「高電圧シース」により支配される非対称シースを持つ容量結合プラズマの回路モデルを検討できる。これは、工業用プラズマエッチャーでは一般的な構成である。このモデルでは、プラズマは誘導バルクプラズマと直列の容量性シースで構成されている。電子－中性衝突周波数νより大きい駆動周波数ωの高調波（すなわち、ω ＞＞ ν）における総電気誘電率の周波数依存性（ε_ｐ）は、次式により与えられる。

【0054】

【数3】

【0055】

ここでｓ 、すなわちシース幅は、ギャップ幅（０＜Ｓ＜１）に対して正規化され、ω_ｐはプラズマ周波数である。

【0056】

式２は、よく知られている直列（または幾何学的）共振周波数ω＝ω_ｇに対応する

に関する最小値を有する。シース幅が電圧印加サイクルにわたって振動すると、ω_ｇはｓ_min～ｓ_maxの間隔で変化する（このとき固定ω_ｐバルクプラズマ密度を近似する）。 図４に、酸素プラズマの信号高調波の共振動作を示す。放射は、ソース駆動周波数（１３．５６ＭＨｚ）の高調波に位置し、主に狭い放射帯域（≒Δ１００Ｈｚ）の周りに生じることが見出されている。２つの主要な共振の発生はここに見られる。これはｓ_minからｓ_maxの範囲で印加電圧サイクルにわたってシース変動に起因します。（誘導アンテナ電圧に比例する）電界の加速は、ｓ_min～およびｓ_maxの発生と一致し、図５に示す２つの主要な共振を強化する。直列共振の減衰は、周波数ν によってもたらされた電子－中性衝突によるものであり、駆動周波数ωによって上方向に拘束される（すなわち、ν＞１３．５６ＭＨｚ）。

【0057】

ガウス分布は、図４に示す上部の共振ピークに適合している。幾何学的（ω_ｇ）および電子－中性衝突（ν）周波数は、図５に示すとおり、適合平均（ω_ｇ＝μ）および半値全幅（ＦＷＨＭ）ν≒２．３５５σによって示される。ここで最大シース幅は放電ギャップの０．２３％または２３％と推定され、対象の出力範囲にわたってほぼ静的であることがわかる。この推定は、電子密度と温度に関するラングミュアプローブ測定と、シース電圧の推定のためのＩ－Ｖ測定との組合せに加えて、チャイルドシースの法則を使用することで達成される。

【0058】

プラズマ密度は、現在は関係式

を使用して計算できる。ここで

の値は≒２であり、２００Ｗで５７５ＭＨｚから５００Ｗで６５３ＭＨｚの範囲の印加電力となる電子プラズマ周波数が示される。これは、２００Ｗで９１３ＭＨｚから５００Ｗで１．３ＧＨｚの範囲である（放電中心で予め形成された）ラングミュアプローブ測定と比較される。プラズマ周波数値の不一致は、通常少なくとも一桁高い放電中心に対して、チャンバ壁で予想される電子密度が低いためである。放電中心で取られたラングミュアプローブによるプラズマ周波数データと、一般的な電力範囲にわたって抽出された近接場の幾何学的プラズマ周波数との間の較正比≒４がここで見出され、相関の傾向を裏付ける。

【0059】

図６は、図５に示した高調波共振ピークから抽出された直列共振（ω_ｇ）および電子－中性衝突周波数（ν）の値を示す。放射（遠接場）電波信号の調査も行われた。結果として、より限定された診断の可能性とプラズマパラメータに対する非感受性が示された。周波数分析では、一定範囲の印加電力にわたって～０．５～１メートルの波長での高調波ピークが明らかになった。この非感受性は、プラズマパラメータとの相関関係ではなく、伝送ラインの何らかの物理的側面（チャンバの直径など）を反映している可能性がある。

【0060】

前述のとおり、近接場（磁界ループ）アンテナを介してプラズマから放射された電波信号を局所化する能力は、本発明の動作にとって重要である。この分解能により、アンテナがプラズマビューポート（またはプラズマを境界するその他の非導電性表面）近くのＨ場に対する感度を有するため、近くのソースからの放射が効果的に最小化される。この動作によって、図２に示すように、プラズマとしての放射源が、近傍のプラズマチャンバ、電源ユニット、マッチボックス、伝送ラインのその他のセクション、周囲の電波信号などを含む可能性のある遠接場放射に対して裏付けられる。図１に示すように、近接場から離れた適切なポイントでオンラインによるバックグラウンド減算を行うことにより、信号からノイズを簡単に除去できる。

【0061】

好適には、システムは近接Ｈ場の信号を測定する第１のアンテナと、近接Ｅ場の信号を測定する第２のアンテナを備えることができる。モジュールは近接Ｈ場と近接Ｅ場の信号に存在する高調波の周波数分析を実行して、プラズマ源のプラズマパラメータに依存する共振動作を示すことができる。

【0062】

これは、信号抽出の実用的な方法を提供し、「電波ノイズのある」製造環境での実装に特に有利である。

【0063】

図面を参照して説明される本発明の実施形態は、コンピュータ装置および／またはコンピュータ装置で実行されるプロセスを含む。しかしながら、本発明は、コンピュータプログラム、特に本発明を実施するように構成されたキャリア上またはキャリア内に格納されたコンピュータプログラムにも及ぶ。例えば、近年のマイクロプロセッサ技術の進歩により、従来の無線ハードウェアコンポーネントがソフトウェアに実装された「ソフトウェア無線」（ＳＤＲ）が実現した。これにより、プログラムソフトウェアを使用したＳＤＲ信号取得およびスペクトラムアナライザテクノロジの柔軟性と可用性の、近年の進歩がもたらされた。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコードの形式、部分的にコンパイルされた形式等のコード中間ソースおよびオブジェクトコード、または、本発明にしたがった方法の実施に使用されるのに適したいかなる他の形式であってもよい。キャリアは、ＲＯＭなどの記憶媒体、例えば、ＣＤ ＲＯＭや、メモリスティックやハードディスクなどの磁気記録媒体を備えてもよい。キャリアは、電気ケーブルまたは光ケーブルを介して、または無線または他の手段によって伝達され得る電気信号または光信号であってもよい。

【0064】

本明細書において、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んだ（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」またはそれらの任意の変形、および用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んだ（ｉｎｃｌｕｄｅｄ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」またはそれらの任意の変形は、完全に互換的であるとみなされ、それらはすべて可能な限り広範な解釈を与えられるべきであり、逆もまた同様である。

【0065】

本発明は、上記の実施形態に限定されず、構成および詳細の両方において変更することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】