▶ コメット テクノロジーズ ユーエスエー インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-08
(54)【発明の名称】無線周波数プラズマ処理システムのための均一性制御
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20230301BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20230301BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 103
H05H1/46 R
H01L21/302 101C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022542139
(86)(22)【出願日】2021-01-09
(85)【翻訳文提出日】2022-09-05
(86)【国際出願番号】 US2021012849
(87)【国際公開番号】W WO2021142380
(87)【国際公開日】2021-07-15
(31)【優先権主張番号】62/959,630
(32)【優先日】2020-01-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/145,190
(32)【優先日】2021-01-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520190366
【氏名又は名称】コメット テクノロジーズ ユーエスエー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(74)【代理人】
【識別番号】100196601
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 祐市
(72)【発明者】
【氏名】スティーブン イー．サバス
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンドレ デ チャンブライアー
【テーマコード（参考）】
2G084
5F004
【Ｆターム（参考）】
2G084AA05
2G084BB14
2G084CC13
2G084CC33
2G084DD03
2G084DD13
2G084DD38
2G084DD55
2G084FF15
2G084HH08
2G084HH21
2G084HH22
2G084HH23
2G084HH24
2G084HH29
2G084HH37
2G084HH52
5F004AA01
5F004BA20
5F004BB13
5F004BB28
5F004CB05
(57)【要約】
無線周波数プラズマ処理システムは、反応チャンバー、反応チャンバー内に配置されるペデスタル、及びペデスタルと反応チャンバーの間の環状部において、ペデスタルの周りに方位角方向に配置される複数のセクター・プレートを含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応チャンバー、前記反応チャンバー内に配置されるペデスタル、及び
前記ペデスタルと前記反応チャンバーの間の環状部において、前記ペデスタルの周りに方位角方向に配置される複数のセクター・プレートを備える、無線周波数プラズマ処理システム。
【請求項2】
電気的特性が基準値セットによって定義される限界値を超えるとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された故障検出器は、プラズマ・パラメータを調整するために前記反応チャンバーに接続されたプラズマ給電デバイスに信号を送信する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記電気的特性が、前記基準値セットによって定義される前記限界値を超えないとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、前記無線周波数プラズマ処理システムに配置された複数のセンサーから前記電気的特性を受信し続け、前記電気的特性を前記基準値セットと比較する、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記電気的特性は電磁表面波信号を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項5】
前記電気的特性は、複数のセンサー位置の各々における無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項6】
前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、反応チャンバー対称軸に関して前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び位相を比較して、非軸対称の位相及び振幅モードを決定する、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記故障検出器はインピーダンス整合ネットワークに接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
基準データベースが、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器に取り外し可能に接続された取り外し可能なメモリに格納される、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
修復プロトコルが検出されるとき、修復パラメータは実施され、前記修復パラメータは、前記プラズマ給電デバイスをオフにすることを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記修復パラメータは、前記反応チャンバーに提供される電力及び周波数の少なくとも１つを調整することを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、複数のセンサーを備えた反応チャンバー内の無線周波数プラズマから電磁表面波信号を検出すること、
複数のセンサー位置の各々で、無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を決定すること、
チャンバー対称軸から指定された距離にある前記複数のセンサー位置の各々で、前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び前記位相を比較すること、
非軸対称の位相及び振幅モードを抽出すること、
前記非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較すること、及び
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された範囲を超えるとき、操作パラメータを調整するためにプラズマ給電デバイスにコマンドを送信することを含む、方法。
【請求項12】
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された限界値を超えないとき、前記検出すること、決定すること、比較すること、抽出すること、及び比較することを継続する、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記操作パラメータは、前記プラズマ給電デバイスによって生成される電力及び周波数値の少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
前記非軸対称の位相及び振幅モードが前記事前に定義された範囲を超えるとき、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記複数のセンサーは、前記プラズマ給電デバイスの縁部の周りに配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記複数のセンサーは、１００オーム以上のインピーダンスを有する高インピーダンス・センサーを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、反応チャンバーのチャンバー対称軸の周りに方位角方向に配置された複数のセンサーを用いて無線周波数プラズマの電気的特性を検出すること、
プラズマの不均一性が前記検出された電気的特性に基づいて存在することを決定すること、及び
前記決定されたプラズマの不均一性に基づいて、プラズマ給電デバイスの操作パラメータを調整することを含む、方法。
【請求項18】
前記調整することは、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記決定することは、正反対にある前記複数のセンサーの少なくとも２つのセンサーによって検出される前記電気的特性を比較することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記決定することは、非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較することを含む、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連する出願への相互参照
この出願は、２０２０年１月１０日に出願された米国仮出願第６２／９５９，６３０号及び２０２１年１月８日に出願された米国非仮特許出願第１７／１４５，１９０号に優先権を主張し、その内容を参照により本明細書に援用される。
この出願は、２０２０年１月１０日に出願された米国仮出願第６２／９５９，６３０号及び２０２１年１月８日に出願された米国非仮特許出願第１７／１４５，１９０号に優先権を主張し、その内容を参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【0002】
無線周波数（ＲＦ）プラズマ強化処理は、半導体製造において、異なるタイプのフィルムをエッチングし、低から中程度の処理温度で薄膜を堆積し、表面処理及び洗浄を実行するために広く使用される。このようなプロセスの特徴は、プラズマ、すなわち、部分的にイオン化されたガスを使用することである。それは、反応チャンバー内の前駆体から中性種及びイオンを生成し、イオン衝撃のためのエネルギーを提供し、及び／又は他の措置を実行するために使用される。そのようなプロセスの間のプラズマ密度を制御することには課題があり、反応チャンバー内のプラズマの不均一性は、ウェーハ処理の均一性及び製造される集積回路又は他のデバイスの歩留まりに影響を与える。
【発明の概要】
【0003】
反応チャンバー内の不均一なプラズマ密度は、基板全体に不均一なエッチング速度又は特定の特性を引き起こすことがある。特定のシステムでは、反応チャンバー内のプラズマ密度の均一性を監視することによりプローブを使用して行われる。このようなプローブは、コーティングに依存するプラズマ環境に晒されることがあり、プラズマ密度を推測するためにアクティブな電子機器を使用してもよい。このようなシステムは、プラズマの変化に応答するのに数ミリ秒以上かかることがある。また、発光分光法を使用して、反応チャンバー内のプラズマ密度のプロファイルを決定することもできるが、しかし、そのようなシステムでは、プラズマを通る複数の視線が必要であり、複雑な分析を使用して不均一性を推測することができる。これらの手法はどちらも、不均一性の問題を効果的に解決するのに充分な感度と速度がなく、実装にさらにコストがかかることはない。
【図面の簡単な説明】
【0004】
本開示は、添付の図とともに読むとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。 業界の標準的な慣行により、様々な機能が一定の比率で描かれていないことが強調される。実際、議論を明確にするために、様々な機能の寸法を任意に増減することができる。
【0005】
【図1】本開示の実施形態による、ＲＦプラズマ処理システムの側面図の概略図である。
【図2】本開示の実施形態による、電極上の様々な位置に取り付けられた高インピーダンスセンサーを備えたプラズマチャンバーの概略側面図である。
【図3】本開示の実施形態による、低いシャント静電容量を有する電気コネクタを介して電圧信号を提供するセンサーを有する二重プレート電極アセンブリの断面図である。
【図4】本開示の実施形態による、埋め込み高インピーダンス電圧センサーを備えたペデスタルの断面図である。
【図5】本開示の実施形態による、ペデスタルの概略側面図である。
【図6】本開示の実施形態による、反応チャンバー内のプラズマが軸対称であるペデスタルを横切る軸対称表面波の伝播の上面図である。
【図7】本開示の実施形態による、電極を横切る横電磁表面波伝播の上面図である。
【図8】本開示の実施形態による、反応チャンバーに方位角方向に取り付けられたセンサーの側面断面図である。
【図9】本開示の実施形態による、反応チャンバーに方位角方向に取り付けられたセンサーの側面断面図である。
【図10】本開示の実施形態による、反応チャンバーの概略側面断面図である。
【図11】本開示の実施形態による、反応チャンバーの概略側面断面図である。
【図12】本開示の実施形態による、ＲＦプラズマ処理システムの部分断面図である。
【図13】本開示の実施形態による、ＲＦプラズマ処理システムの上面図である。
【図14】本開示の実施形態による、ＲＦプラズマ処理システムの部分断面図である。
【図15】本開示の実施形態による、ＲＦプラズマ処理システムの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0006】
以下に請求される主題の例証的な実施例がここで開示される。わかりやすくするために、実際の実装の全ての機能がこの仕様で説明されているわけではない。このような実際の実装の開発では、システム関連及びビジネス関連の制約への準拠など、開発者固有の目標を達成するために、実装固有の決定が多数行われることがあり、これは実装ごとに異なることを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、たとえ複雑で時間がかかるとしても、本開示の利益を有する当業者にとって日常的な作業であることを理解されたい。
【0007】
さらに、本明細書で使用される場合、冠詞“ａ”は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち“１つ又は複数”を有することを意図している。本明細書において、値に適用される場合の“約”という用語は、概して、値を生成するために使用される機器の許容範囲内を意味するか、又はいくつかの例では、特に明記されていない限り、範囲１０％、又は範囲５％、又は範囲１％を意味する。さらに、本明細書で使用される“実質的に”という用語は、例えば、大部分、又はほとんど全て、又は全て、又は約５１％から約１００％の範囲の量を意味する。さらに、本明細書の実施例は、例証のみを目的としており、限定としてではなく、議論の目的で提示される。
【0008】
図１を参照すると、本開示の実施形態による、ＲＦプラズマ処理システム１００の概略側面図が示されている。ＲＦプラズマ処理システム１００は、第１ＲＦ発電機１０５及び第２ＲＦ発電機１１０、第１インピーダンス整合ネットワーク１１５、第２インピーダンス整合ネットワーク１２０、シース１２５、シャワーヘッド１３０又は電極などの同等の給電素子などのプラズマ給電デバイス、及びペデスタル１３５を含む。本明細書で使用されているように、プラズマ給電デバイスは、プラズマを生成するために電力を導入する任意のデバイスを指すことがあり、そして、例えば、シャワーヘッド１３０及び／又は他のタイプの電極、さらにアンテナ及び同種のものを含んでもよい。
【0009】
ＲＦプラズマ処理システム１００は、１つ又は複数のインピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０を介して反応チャンバー１４０に電力を供給する１つ又は複数のＲＦ発電機１０５、１１０を含んでもよい。ＲＦ電力は、第１ＲＦ発電機１０５からインピーダンス整合ネットワーク１１５を通って、反応チャンバー１４０内のプラズマ、シャワーヘッド１３０又は側壁、シャワーヘッド１３０以外の電極、又は電磁的に電力をプラズマに供給する誘導アンテナ（図示せず）に流れる。それ以来、電力がプラズマから地面及び／又はペデスタル１３５及び／又は第２インピーダンス整合ネットワーク１２０に流れる。概して、第１インピーダンス整合ネットワーク１１５は、反応チャンバー１４０内の負荷インピーダンスの変動を補償するので、シャワーヘッド１３０及び第１インピーダンス整合ネットワーク１１５の組み合わされたインピーダンスは、第１インピーダンス整合ネットワーク１１５内の無効成分、例えば、可変コンデンサを調整することによって、第１ＲＦ発電機１０５の出力、例えば、５０オームに等しい。さらに、ＲＦ電力の約範囲１０パーセントの範囲内で周波数を調整すると、反射電力が修正されることがある。本明細書で使用される「約」という用語は、実際には、範囲又は値に関していくらかの不正確さが経験され、それでも満足のいく結果が得られる可能性があるという認識である。このような不正確さは、例えば、動作中の校正の喪失又は劣化又はドリフトに起因することがある。ただし、これらの状況では、表現された範囲又は値は、使用時の動作条件の名目上の目標である。
【0010】
特定の実施例では、第１ＲＦ発電機１０５は、約４００ｋＨｚから１５０ＭＨｚの間のＲＦ周波数で電力を供給してもよい、一方、ペデスタル１３５に接続された第２ＲＦ発電機１１０は、第１ＲＦ発電機１０５のＲＦ周波数よりも低いＲＦ周波数で電力を供給することができる。しかしながら、特定の実装では、第２ＲＦ発電機１１０は、第１ＲＦ発電機１０５のＲＦ周波数よりも低いＲＦ周波数で電力を供給しないことがある。典型的には、第１及び第２ＲＦ発電機１０５、１１０の周波数は、第１ＲＦ発電機１０５が、第２ＲＦ発電機１１０の周波数の整数倍ではないＲＦ周波数にあるようなものである。また、第１及び第２ＲＦ発電機１０５、１１０のうちの１つ又は複数は、反射電力を修正するために周波数を調整することもできる。
【0011】
インピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０は、負荷インピーダンスがソース・インピーダンスと一致するように、それらの内部無効素子に調整を加えるように設計されている。概して、低反射電力は正であると見なされるが、本開示の実施形態は、供給された電力が反応チャンバー１４０内に維持され、第１及び第２ＲＦ発電機１０５、１１０に向かって反射され、反射電力は比較的高く、関連するインピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０は、反応チャンバー１４０との間の順方向及び反射電力を監視し、モーター－ドライバ・システムを使用して、調整可能な無効素子、例えば、真空可変コンデンサを調整することができる。特定の実施形態では、電子可変コンデンサのためのピン・ダイオードなどの電子制御コンデンサを使用することができる。インピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０は、信号の位相及び大きさを測定して、意図された負荷からの順方向及び反射電力のレベルを決定するための回路を含んでもよい。したがって、本開示の実施形態は、反射電力の量が高い場合でさえ有効であってもよい。１次周波数にかなりの量の反射電力がある場合、コンデンサは、反射電力が最小化されるまで、例えば、その期間に亘って約５ワット未満及び／又は約１パーセント未満に、又は特定の実施形態では、１ワット未満に変化する。通常、高調波周波数での反射電力を含め、高調波周波数信号は測定されない。さらに、周波数は、ＲＦ電力の約範囲１０パーセントの範囲内で調整されることがあり、これにより、反射電力を修正することができる。
【0012】
ＲＦプラズマ処理システム１００は多くの利点を有するが、それらは、多段階プロセスを通してプラズマ密度の制御を維持するために歴史的に挑戦されてきた。例えば、公称値に対して同じオーダーの密度範囲で、１％程度の不均一性の設計公差は依然として課題である。形状が約３ｎｍ未満に縮小し、層の厚さが約１０ｎｍ未満であるため、ありとあらゆるウェーハで最適な集積回路（ＩＣ）の歩留まりを達成するには、プラズマと中性種の均一性を１％レベルさらに少ないレベルまで段階的に厳密に制御する必要がある。不均一なプラズマ密度、又は反応チャンバー内で所望の範囲を超えて所望の値から逸脱している平均密度は、チャンバーのゆっくりとした変化、ＲＦ回路の変化、又は寄生プラズマ又は２次プラズマの急速な成長（１ミリ秒未満のオーダー）によって引き起こされる可能性があり、それはエッチング速度が不均一であるために、処理されたウェーハ全体でナノスケールの特徴が不均一につながる可能性がある。
【0013】
ウェーハ全体で１パーセントのエッチング速度の差でさえ、高度な技術の歩留まりの問題を引き起こす可能性があるため、また歩留まりの損失を確認するためにウェーハ処理を完了するのにかなりの時間がかかることが多いため、不均一なプラズマ密度又は反応チャンバー内の所望の範囲から逸脱するプラズマ密度を、所望の特徴プロファイルからのウェーハ上の不可逆的な逸脱を回避するために約１０マイクロ秒未満である必要があるかもしれない期間に迅速かつ正確に検出する必要がある。
【0014】
当業者は、電磁（ＥＭ）表面波が、反応チャンバー１４０内のＲＦ駆動プラズマ内の表面上を伝播できることを理解するだろう。これらの表面波は、基本的なＲＦ駆動周波数とＲＦ高調波の両方の影響を受ける。高調波の平均パワー及びパワー分布は、プラズマ密度及び均一性の敏感な関数である。本明細書では、高調波プロファイルは、ＲＦプラズマ－ベースの反応チャンバー１４０の基本駆動周波数の整数倍である周波数を有する表面波のスペクトルとして定義される。例えば、２ＭＨｚのＲＦ駆動電力が反応チャンバー１４０に提供される場合、注入された電力は、プラズマと内部反応チャンバー１４０表面との間の界面に沿って伝播するその周波数で表面波を生成する。ＲＦ電力の約範囲１０パーセントで周波数を調整すると、それにより、反射電力が修正されることがある。整数の複数の周波数の高調波表面波も生成されることがある。例えば、２ＭＨｚの電磁波は、４、６、又は８ＭＨｚの表面波を生成してもよい。奇数次と偶数次の両方の高調波（２次、３次、４次、５次など）が現れることがあるが、いくつかの実施例では、奇数次高調波が有力であってもよい。
【0015】
本開示の態様は、反応チャンバー１４０及びその構成要素の周辺のセンサー位置を提供し、これにより、ＲＦ表面波を検出及び分析して、反応チャンバー１４０内又は近接する複数の点での基本波及び高調波の振幅及び位相を見つけることができる。波は、チャンバー構成要素の表面の表面電圧又は表面電流を感知することによって検出することができる。いくつかの実施形態では、電圧用のセンサーは、電極、ペデスタル・ベース、チャンバー壁、又はストラップの表面に、又はそれらに近接して構成されるピックアップ、及び信号をコネクタ又はケーブルに伝達する導線を含む。電流センサーは、１つ又は複数のループ又は部分ループ又は線形導体を含む導電性素子を含んでもよく、導電性素子の一端は、電気接地であってもよい基準電位にある。
【0016】
複数のセンサー、例えば、４つ以上のセンサーは、そのような表面波に関連する表面電圧又は表面電流を測定するために、チャンバー対称軸の周りに異なる角度で、以下で詳細に説明される特定のチャンバー構成要素に位置することができる。ここで、チャンバーの基準点から対称軸を中心に測定された角度は、方位角として定義される。いくつかの実施形態では、そのようなセンサーは、チャンバーの対称軸からほぼ同じ距離に位置することができる。
【0017】
センサーは、反応チャンバー及び／又はその構成要素上又はその周辺の様々な場所に取り付けることができる。例えば、センサーは、ペデスタル１３５及び／又はシャワーヘッド１３０などの電極の表面に取り付けることができる。センサーは、真空内又は真空環境外のいずれかで電極のベースに取り付けることもできる。センサーは、反応チャンバー１４０を備えた１つ又は複数の金属壁面、誘電体材料を含む壁領域の内側又は外側、又はプラズマに誘導的に電力を供給するために使用できるアンテナに取り付けてもよい。また、センサーは、プラズマの境界に、又は第１又は第２インピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０を、例えば、ペデスタル１３５及び／又はシャワーヘッド１３０、アンテナ、又は反応チャンバー１４０内のプラズマに電力を伝達する他の構成要素などの、電極に接続する複数の導電性バス又はストラップ又は近接するＥＭ波を感知するために使用できるパッシブ・アンテナに配置してもよい。また、センサーは、電気接地に接続してもよい。それにより、センサーは、信号がそれぞれの構成要素の表面を伝播するときに、ＲＦプラズマ処理システム１００の異なる部分からの信号を受信することができる。
【0018】
ＲＦ高調波のスペクトルは、電極－プラズマ界面、例えば、図１のシース１２５で生成され、ＲＦ高調波は全ての方向に伝播するため、その結果、全ての波成分の振幅と位相の両方が電極又はサポート・ベース上の位置によって変化する。また、このようなＲＦ高調波は、プラズマに近接する金属壁の内面に沿って伝播し、プラズマに近接する可能性のある任意の誘電体壁を通って伝播する。そのような波の振幅及び位相は、応答時間が数マイクロ秒のオーダーで、プラズマの変化、例えば、プラズマ密度及び不均一性に応答して変化する。さらに、電極－プラズマ界面を伝播するＲＦ高調波表面波の周波数及び位相分布は、電極又はプラズマ－壁の境界面、又は壁に接続された表面のインピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０に向かって電極ベースに沿って伝播する高調波表面波の周波数及び位相分布を決定する。誘導プラズマの場合、信号、例えば、基本波及び高調波は、アンテナに伝播して戻り、次いで、アンテナに電力を供給するインピーダンス整合ネットワークに伝播してもよい。基本波と高調ＲＦ波の両方の周波数と位相の分布は、そのような表面に取り付けられたセンサーを使用してマイクロ秒以上のタイムスケールで監視することができる。また、プラズマの非対称性又はプラズマ密度や電気伝導率の変化の指標として、指定された範囲と位相の関係と比較してもよい。このようなセンサーからの信号は、ケーブル又は別の方法で、信号の成分周波数を分析して各センサー位置の周波数成分ごとの振幅及び位相の値を生成する検出器に送信されることがある。
【0019】
特定の実装では、検出されたＲＦ高調波成分の振幅及び位相は、別個の金属ボックス又はシャーシであるか、又はインピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０の内部の一部又は接続されていることがある信号分析区画内の回路によって迅速に決定することができる。そのような振幅及び位相は、アルゴリズム及びプラズマ不均一性較正を適用することにより、プラズマの非対称性を決定するために使用することができる。センサーからの信号は、事実上、連続スペクトル分析を実行するのに充分な速度の専用回路によってフーリエ解析され、可能な限り頻繁に更新され、高速データ・ストリームが生成される。例えば、１３．５６ＭＨｚで、５１２周期はフーリエ解析で処理するのに３５マイクロ秒かかることがあり、パルスの各要素が５ｋＨｚで発生するとき、これにより、１０ｋＨｚのレートで更新することができる。
【0020】
基本波及び高調波の専用フーリエ解析の結果は、信号分析区画に関連付けられた分析プロセッサによって読み取られ、及び／又は書き込まれる別個の記憶媒体に記憶されてもよい。記憶された結果又はリアルタイム信号のいずれかを高速計算プロセッサに送り、基本波と高調波の各々の非対称パラメータを決定してもよい。非対称パラメータは、アルゴリズム（また、別個の記憶媒体に又は異なる記憶媒体にも記憶できる）を使用して、別個の記憶媒体（又は異なる記憶媒体）に以前に記憶された値と比較して、“プラズマ故障”状態を非常に迅速に認識することができる。次に、分析プロセッサは、適切なコマンドを送信して、例えば、現在の条件の下でプロセスを継続するか、又はプロセス条件に必要な変更を加えるために、第１及び第２ＲＦ発電機１０５、１１０、並びに特定の実装では、まさに２つを超えるＲＦ発電機に送信することができる。特定の実装では、３つ、４つ、又はそれ以上のＲＦ発電機を使用してもよい。次いで、第１及び第２ＲＦ発電機１０５、１１０は、提供される電力を継続、停止、変更し、ＲＦ電力の約範囲１０パーセントだけ周波数を変更して反射電力を修正し、又は他の適切な方法で応答してもよい、例えば、プラズマ故障又はその他の許容できない状況の間の不適切なウェーハ処理を回避するために、低電力モード又はパルス・モードに進入し、又は特定の訂正措置、例えば、アラーム・トリガー、電源遮断などを命令してもよい。
【0021】
表面波を検出及び特徴付けるためのセンサーの位置は、ウェーハによって覆われる領域の外側のペデスタル１３５の周辺表面（裸又は誘電体によって覆われる）あってもよい。例えば、反応チャンバー１４０が半径１５０ｍｍの円形ウェーハを処理するとき、ペデスタルに取り付けられたセンサーは、ウェーハ中心から１５０ｍｍよりも大きい半径に配置されてもよい。センサーは、追加的又は代替的に、ウェーハに面するシャワーヘッド１３０の表面又は周辺に、又はペデスタル１３５のベース又はシャワーヘッド１３０のベースの表面に、これらの場所が真空プロセス環境の内外にあるかどうかにかかわらず配置されてもよい。また、センサーは、以下で詳細に説明する他の様々な場所に配置することもできる。
【0022】
真空プロセス環境の外部、例えば、ベースをインピーダンス整合ネットワーク１１５、１２０の１つ又は複数に接続するストラップ又はバス内でセンサーを使用することで、ペデスタル１３５及び／又はシャワーヘッド１３０のベースは、真空フィードスルーを介して信号を通過させること、又は反応チャンバー１４０の真空容積内に伝達ケーブルを設置することを必要としない場合がある。したがって、そのような場所のセンサーは、基本波及び高調ＥＭ波をほとんど連続的に監視することができる。これにより、ＲＦプラズマ処理システム１００は、プラズマ密度の均一性をしっかりと監視し、非常に短い時間内に、故障状態が発生したかどうか、又は適切なウェーハ又は基板処理が継続するかどうかを決定することができる。
【0023】
特定の例示的な実装では、本開示は、ＲＦプラズマ処理システム１００内の必要な“プロセス・ウィンドウ”からのプラズマの逸脱を検出するための装置及び方法を提供することができる。ＲＦプラズマ処理システム１００は、反応チャンバー１４０を含んでもよい。反応チャンバー１４０は、反応チャンバー１４０に反応ガスを注入するためのシャワーヘッド１３０を含み、また、ウェーハ・サポート・ペデスタル１３５を含んでもよい。しかしながら、他の実装では、シャワーヘッド１３０は、反応チャンバー１４０にガスを注入することができない。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１３０は、その中心が反応チャンバー１４０の近似対称軸の近くに取り付けられ、対称軸の周りの選択された方位角に配置された複数のセンサーが備えられてもよい。追加的又は代替的に、そのようなセンサーは、ウェーハが処理されている間に伝播するＥＭ表面波を検出及び測定するために、シャワーヘッド１３０の周辺領域のウェーハに面する表面に配置されてもよい。
【0024】
さらに、いくつかの実施形態では、ＲＦ高調波及び基本波表面波の振幅と位相の両方を検出するために、ウェーハが占める領域の外側で、ウェーハ・サポート・ペデスタル１３５の外面に取り付けられる複数のセンサーがあってもよい。このようなセンサーは、プラズマに晒されるか、誘電体又は誘電体と金属のカバーで覆われていることもある。追加的又は代替的に、センサーは、ペデスタル１３５ベースの周辺、排気されたボリュームの内側又は外側、及び／又はウェーハによって決定された平面の下に配置されてもよい。いくつかの実装では、センサーは、ペデスタルのウェーハ・サポート領域に向かって、又はペデスタル・ベースの表面上で伝播する表面電磁波を検出するために、ペデスタル・ベース上に配置されてもよい。特定の実施形態では、センサーは、ウェーハ面（例えば、１０センチメートル未満）の近くに取り付けられてもよい。
【0025】
あるいは、センサーは、金属又は別の導電性材料であって、大気条件において反応チャンバー１４０の真空領域の外側に配置されたペデスタル１３５の一部に取り付けられてもよい。真空領域の外側に配置されたセンサーは、直径が最大ペデスタル１３５の直径の少なくとも５０％、又は最大ペデスタル１３５の直径の７５％を超えるペデスタル１３５の領域に取り付けられてもよい。そのようなセンサーは、支持ペデスタル１３５、例えば、Ｏリングのための真空シールの数センチメートル以内に配置することができる。いくつかの実施形態では、ウェーハの縁部からセンサーまでの半径方向及び軸方向の伝播距離の合計は、約２５ｃｍ未満、又は約１５ｃｍ未満、又はたとえ約１０ｃｍであってもよい。本開示の実施形態によるセンサーの特定の位置及び向きは、以下で詳細に論じられる。
【0026】
図２を参照すると、本開示の実施形態による、電極上の様々な位置に取り付けられた高インピーダンス・センサーを備えたプラズマ・チャンバーの概略側面図が示されている。電極として機能する２つの構成要素、すなわち、ペデスタル２３５及びシャワーヘッド２３０、又は同等の他の給電素子の各々は、別個のＲＦ発電機２０５又は２１０及びインピーダンス整合ネットワーク２１５及び２２０を使用する。ペデスタル２３５の表面に沿った矢印２４５は、インピーダンス整合ネットワーク２２０を介してペデスタル２３５と電気的に接続される底部（バイアス）ＲＦ発電機２１０からのＲＦ電流及び電力の流れの内向きの半径方向及び位置を示す。シャワーヘッド２３５又は別の電力要素の下面に沿って、そして最終的には、シャワーヘッド２３０又は別の給電素子のためのインピーダンス整合ネットワーク２１５内の選択的接地回路に沿って、生成された電界は、電極間のプラズマ（図示せず）の形成、及び矢印２５０によって示される電流及び電力の半径方向外向きの逆流に寄与する。
【0027】
特定の実施形態では、第１及び第２ＲＦ発電機２０５、２１０及びインピーダンス整合ネットワーク２１５、２２０からのＲＦ電力を有する反応チャンバー２４０は、誘電体２６０によって覆うことができるペデスタル２３５の周辺にセンサー２５５を含んでもよい。通信線２６５は、センサー２５５から信号をセンサー２５５によってピックアップされた基本波周波数と高調波周波数の両方の表面波の振幅と位相を計算するフーリエ解析回路（図示せず）へ送信することができる。
【0028】
いくつかの実装では、フーリエ解析回路は、周期的な表面波形の基本波及び高次高調波の大きさ及び位相を計算することができる。結果として得られる一連は、フーリエ級数と知られ、それらの位相は、時間の領域の関数と周波数の領域の関数の間の関係に由来する。
【0029】
さらに、開示されたマッチング・ネットワーク２２０の実施形態のいくつかは、信号分析区画２７５又はマッチング・ネットワーク２２０の付属物を含み、これは、ＲＦ電力処理及びインピーダンス整合回路又は整合ネットワーク２２０の構成要素からＲＦ絶縁される。信号分析区画２７５は、センサー信号を分析し、ＲＦ基本波及び高調波のデジタル振幅及び位相を生成するためのフーリエ解析回路を含んでもよい。また、信号分析区画２７５は、高調波周波数での信号の相対的な大きさ及び位相を分析し、軸対称及び非軸対称の高調波成分及びそれらの関連のある位相の相対的な大きさ、及びそれらの相対的な位相を特徴付ける定量的パラメータを導出するための高速デジタル論理又は計算プロセッサを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、開示された整合ネットワーク２２０は、非常に高速なネットワークを介して、第２ＲＦ発電機２１０、及びセンサー２５５が配置される反応チャンバー２４０又はＲＦプラズマ処理システム２００のコントローラ（図示せず）に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、開示された拡張インピーダンス整合ネットワーク２２０は、コマンドを第１ＲＦ発電機２０５に送信し、その計算されたパラメータを処理チャンバー・コントローラ及び／又はツール制御システムに通信できることがある。
【0030】
さらに、別の第１ＲＦ発電機２０５及びインピーダンス整合ネットワーク２１５もまた、反応チャンバー２４０内のシャワーヘッド２３０であってもよい他の電極に電気的に結合されてもよい。１つの実装では、第１ＲＦ発電機２０５は、第２ＲＦ発電機２１０に比べて異なる周波数で作動してもよいが、その周波数は、第２ＲＦ発電機２１０の周波数の整数倍であってはならない。
【0031】
同様に、インピーダンス整合ネットワーク２１５は、電極及び処理チャンバー２４０からの反射電力を監視し、電極からの大きな反射電力がある場合に調整を行うことができる。いくつかの実施形態では、第２ＲＦ発電機２１０は、４００ｋＨｚのＲＦ発電機、２ＭＨｚのＲＦ発電機、又は１３．５６ＭＨｚのＲＦ発電機又は他のものであってもよいし、一方、第１ＲＦ発電機２０５は、いくらか高い周波数で作動してもよい。いくつかの実施形態では、第１ＲＦ発電機２０５は、２５ＭＨｚよりも大きい周波数、例えば、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又はそれ以上で作動することができる。
【0032】
１つの実施形態では、第１ＲＦ発電機２０５の主な機能は、反応チャンバー２４０に電力を供給して、シャワーヘッド２３０又は電極及びペデスタル２３５などの別の電源との間にプラズマを生成し、両方ともフッ素、塩素、又はそれらの組成物などの反応性化学種を生成し、及び生成されたプラズマからイオンを加速させ、ペデスタル２３５上に配置されたウェーハに衝突させてもよい。
【0033】
上部電極表面、すなわち、シャワーヘッド２３０に配置され、下部電極、すなわちペデスタル２３５に面して、約１００オームを超える、及びいくつかの実施形態では５００オームを超えるインピーダンスを有するセンサー２８０のセットであってもよい。センサー２８０は、電圧又は電流センサーであってもよいし、又は単一のパッケージ内に両方の機能を組み合わせることができ、例えば、電流センサーが、静電シールドによって覆われてもよいワイヤーの１つ又は複数のセグメントを含むことができる。
【0034】
いくつかの実施形態では、センサー２８０は、インピーダンス整合ネットワーク２１５の信号分析区画２８５内のフーリエ解析回路への電気的接続を有する。フーリエ解析回路は、センサー２８０の各々から異なる周波数成分の振幅及び位相を出力し、それらを他のセンサー２８０及び／又はメモリに記憶されている基準レベルと比較することができる。いくつかの実施形態における信号の分析は、振幅又は位相、あるいはその両方のパターン認識、又はニューラル・ネットワーク又はセンサー２８０からの信号の従来のデジタル・アルゴリズム処理を使用することができる学習アルゴリズムを使用する人工知能（ＡＩ）を含んでもよい。
【0035】
振幅と位相の両方の基本波及び高調波成分信号を見つけるためのフーリエ解析回路による信号処理は、約１０マイクロ秒未満で行うことができ、好ましい実施形態では、センサー信号の各々について１マイクロ秒以下で行うことができる。インピーダンス整合ネットワーク２１５の絶縁信号分析区画２８５は、超高速論理ＩＣを使用する超高速（＜１ｎｓサイクル時間）回路を備えた実質的な計算能力を有する少なくとも１つの計算又は論理プロセッサを組み込むことができる。いくつかの実施形態では、信号分析区画２８５内のプロセッサはプログラム可能であり、その結果、処理チャンバー２４０の供給者又はユーザーが、インピーダンス整合ネットワーク２１５で提供されるコンピューティング“プラットフォーム”上で独自のアルゴリズム又は分析ソフトウェアを提供又は実装することができる。
【0036】
いくつかの実施形態では、信号の振幅及び位相からパラメータを計算するためのソフトウェア・プログラム、及び許容可能なプラズマ条件からの偏位のウェーハ歩留まりへの影響を決定するためのさらなる論理アルゴリズムは、データ・ストレージを含み信号処理区画に接続する取り外し可能な“プラグ－イン”構成要素に存在してもよい。このソフトウェア又はロジックは、公称又は適切な動作条件から、ＲＦ表面波スペクトルの偏位の範囲を計算する。これに基づいて、コントローラに関連付けられたプロセッサは、ウェーハが誤って処理される前に、約１ミリ秒以内にプロセスの修正措置又は終了で“決定”することができる。いくつかの実施形態では、偏位の予想される効果に関する定量的判断は、発生から約１００マイクロ秒以内に行うことができ、その結果、修復措置は１ミリ秒以内に開始することができる。さらに、その時点で反応チャンバー２４０で処理されるウェーハ又は基板への損傷が最小限であるか、又は全くないように、それにより、そのウェーハ又は基板での歩留まりの損失を回避するように行動をとることができる。
【0037】
インピーダンス整合ネットワーク２１５の信号分析区画２８５で行われる評価及び／又は決定は、いくつかの実施形態では、プラグ－イン・ストレージ及び／又は取り外し可能データ処理デバイスに存在するアルゴリズムを使用する非常に高速な計算又は分析システムによって実行することができる。さらに他の実施形態では、信号分析区画２８５で行われる評価決定は、アナログ又はニューラル・ネット型プロセッサを使用して実行することができる。そのような決定は、取り外し可能ストレージ又は処理デバイスに存在することがある決定アルゴリズムをさらに使用することができる。次いで、是正措置の命令は、高速データ・ラインによって、インピーダンス整合ネットワーク２１５の区画２７５からＲＦ発電機２０５に迅速に送信することができ、これにより、電力又はプラズマへのＲＦ周波数を一時的に中断、変更、終了することができる。このことは、工場管理者がその処理チャンバー２４０及びＲＦプラズマ処理システム２００に対して是正措置を迅速に講じるか又は計画できることを保証する。
【0038】
また、図２に示されているのは、シャワーヘッド２３０のベース２９５の外面上に構成された１組のセンサー２９０であり、その表面は、大気条件において反応チャンバー２４０の外側にある。いくつかの実施形態では、追加のセンサー２９６は、ペデスタル・ベース２９７に取り付けられ、センサー２９０と同様に、高速信号ケーブルにより、インピーダンス整合ネットワーク２２０の開示された信号処理区画２７５に接続されてもよい。反応チャンバー２４０の真空環境の外側に配置されたセンサー２９６は、真空供給が必要とされないので、実質的により安価であり、情報及び処理ネットワークに統合するのはより困難ではない。
【0039】
センサー２５５は、ペデスタル２３５の表面上の電圧及び／又は電流を感知するために配置され、誘電体カバー２６０によってプラズマから覆われ、保護することができる。このタイプ及び位置のセンサーは、ウェーハ及び／又は基板に近接しているため、プラズマの非対称性を示す特定のモードのＥＭ表面波を検出する際に感度の利点を有することがある。これは、プラズマの不均一性の重要なタイプである。これらの室内センサー２５５は、フィードスルーを介して真空壁を通過する通信リンクを使用することができ、又は、光又はより低い周波数で動作する無線通信リンクを使用する。
【0040】
一般に、シャワーヘッド２３０及びペデスタル２３５の表面上のＥＭ表面波の各周波数の位相及び振幅パターンは、電圧、電流、位相、又は組み合わせセンサー２５５、２８０、２９０、及び２９６のグループのいずれかからの信号の分析によって決定することができる。一般に、特定の周波数のＥＭ表面波は、電圧、電流、及び位相信号を生成する。これらの信号の振幅と位相は、電極とプラズマの界面を横切るすべての点から発生するその周波数の波の合計である。電力が対称的に供給され、プラズマが軸対称である軸対称電極表面の場合、軸対称表面波モードは、電極の全ての部分及び反応チャンバー２４０内の他の表面からの波の重ね合わせから生じる。一般に、チャンバーの対称軸を中心とする対称電極を備えた対称チャンバー内の完全に対称なプラズマは、主に、ペデスタル２３５の中心を中心とする円の形で等しい位相及び振幅の対称線を有するであろう。
【0041】
図３を参照すると、本開示の実施形態による、低いシャント静電容量を有する電気コネクタを介して電圧信号を提供するセンサーを有する二重プレート電極アセンブリの断面図が示されている。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド３３０などの電極は、ほぼ平行に構成され、中心が整列され、基板又はウェーハと概ね同じ形状を有する２つの導電性プレート３３１、３３２を含んでもよい。第２プレート３３２から見て外方を向いている第１プレート３３１の表面は、真空環境及びプラズマに晒されることがある。第１プレート３３１は、誘電体スタンドオフサポート３３３の長さ分の距離だけ、第２プレート３３２から分離されている。第１プレート３３１は、そのパック又は先端が導電性材料であり、その表面が第２プレート３３２から見て外方を向いている第１プレート３３１の表面とほぼ同一平面上にあるセンサー３３４が埋め込まれていてもよい。
【0042】
いくつかの実施形態では、センサー３３４は、石英又はいくつかの他の適切な材料などの低誘電率を有する誘電体３３６によって囲まれて、第１プレート３３１に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、誘電体３３６は５未満の誘電率を有することがあり、いくつかの実施形態では、石英に基づくエアロゲルなどの無機材料の誘電率は２未満であってもよい。センサー３３４は、１００ｋＨｚから約３００ＭＨｚに及ぶ高帯域幅を有することがあり、表面電圧、表面電流、又はその両方を感知できることがある。センサー３３４の感度は、反応チャンバーで使用される主要な基本波ＲＦ周波数の高調波の周波数の範囲に亘って３０％未満しか変化しない可能性がある。いくつかの実施形態では、各センサー３３４からの少なくとも１つのリード線３３７は、真空電気信号フィードスルー３３９の内部導体３３８に接続され、そのベース３４１は、電気的に接地された第２プレート２１５に取り付けられる。
【0043】
センサー３３４とリード線３３７とフィードスルー３３９と地面の間の総シャント静電容量は、５ピコ－ファラッド未満でなければならないように、フィードスルー３３９の内部導体３３８は、接地された第２プレート３３２に取り付けられたフィードスルー３３９のベース３４１に対して小さなシャント静電容量、例えば、５ピコ－ファラッド未満、及びいくつかの実施形態では、２ピコ－ファラッド未満など、を有することができる。いくつかの実施形態では、接地された第２プレート３３２に取り付けられたベース３４１からの出力は、減衰器（図示せず）に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、減衰器は、約１００オームを超える抵抗を有する電気抵抗器を含んでもよい。電気抵抗器と直列に、接地へのシャント抵抗器があってもよい。シャント抵抗器の抵抗は、例えば、５０オームであることもあれば、あるいは、減衰器を通信ネットワーク又はプラズマ・チャンバーのコントローラに接続するケーブルのインピーダンスに等しいこともある。
【0044】
各センサー３３４は、プラズマに電力を供給する全てのＲＦ発電機の基本波及び高調波周波数の範囲で、組み合わされた電磁表面波モードの電圧又は電流の振幅を測定することができる。基本波周波数と高調波周波数は、約１００ｋＨｚから約５００ＭＨｚの範囲である。
【0045】
図４は、本開示の実施形態による、埋め込み高インピーダンス電圧センサーを備えたペデスタルの断面図を示す。電圧センサー４０１は、ペデスタル４００などの電極に取り付けてもよい。いくつかの実施形態では、センサー４０１は、電気接地４０６に接続することができる。センサー４０１の先端又はパックは、誘電体４０３（状況に応じて、空気又は真空にすることができる）で囲まれたリード線４０２を有してもよい。いくつかの実施形態では、センサー４０１からのリード線４０２は、シャント抵抗器４０５を備えた抵抗器４０４などの減衰器を通過することができ、シャント抵抗器４０５は、約５０オームであってもよく、電気接地４０６に接続されてもよい。そのような抵抗器４０４、４０５は、非誘導性であってもよいし、約１００オームから約１００，０００オームの間の範囲の抵抗を有してもよい。いくつかの実施形態では、抵抗は、約５００オームから約１０，０００オームの間であってもよい。
【0046】
さらに、誘電体４０３は、概ね非磁性であり、低損失接線を有し、いくつかの実施形態では約０．０１未満、又は他の実施形態では約０．００１未満であるべきである。センサー４０１の先端と接地電極へのリード線４０２との間のシャント静電容量は、約５ピコ－ファラッド未満、又はいくつかの実施形態では約２ピコ－ファラッド未満であるべきであり、その結果、センサー４０１とペデスタル４００又は電極との間のリアクタンスは３００ＭＨｚで約１００オームより大きくあるべきである。このような低いシャント静電容量の目的は、センサー４０１による表面波の負荷を低減して、その結果、波エネルギーを最小限に吸収し、センサー４０１がない場合と同じように波を伝播させることである。そのような条件の下で、検出される表面電位は、そのようなセンサー４０１がない電極にある場合と大きく異ならないであろう。
【0047】
図５を参照すると、本開示の実施形態による、ペデスタルの概略側面図が示されている。ペデスタル５０１給電回路は、ＲＦ発電機４０５及びインピーダンス整合ネットワーク５０６を含む。高速信号線、例えば、ケーブル５１１、５１２は、センサー５０２、５０３からインピーダンス整合ネットワーク５０６に信号を運ぶ。データ・ネットワークの高速ライン５１３は、インピーダンス整合ネットワーク５０６から、反応チャンバー、発電機、又はツール又は工場（図示せず）のコントローラ５１４に情報を取り込む。センサー５０２、５０３は、ペデスタル５０１のベース５０４又はその近くに取り付けられ、ペデスタル５０１は、反応チャンバーの真空領域の内側又は外側にあってもよい。
【0048】
いくつかの実施形態では、信号分析、例えば、インピーダンス整合ネットワーク５０６に関連する故障検出区画５１０があってもよい。信号分析区画５１０は、インピーダンス整合ネットワーク５０６の真空コンデンサ及び高電圧電子機器など特定の構成要素から電気的に及び／又はＲＦ絶縁されてもよい。信号分析区画５１０は、ケーブル５１１、１２を介してセンサー５０２、５０３から信号を受信する。次いで、信号分析区画５１０は、各センサー５０２、５０３からの信号を、検出器と呼ばれてもよいし、トランジスタ及び受動構成要素などの電子構成要素を含むことができる内部回路に導く。
【0049】
区画５１０内の各検出器（図示せず）は、１つのセンサー５０２、５０３からの、又は並行して分析してもよいセンサーのグループからの信号のＲＦスペクトル分析を実行することができる。分析は、ノイズ低減のために、センサーのグループ、又は１つ又は複数のセンサー５０２、５０３の信号を経時的に平均化することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、各センサー５０２、５０３によって得られる信号の各周波数成分、例えば、基本波及び高調波について、振幅及び位相の各検出器からの出力があってもよい。次いで、各検出器からの出力を各高調波信号のアナログ－デジタル変換器に入力して、測定された各高調波の振幅と位相の両方のデジタル化された値を生成してもよい。
【0050】
周波数成分及びセンサーごとのこれらのデジタル振幅値及び位相値は、開示されたインピーダンス整合ネットワークに関連する信号分析区画内の高速デジタル・プロセッサに、遅延がほとんどないか全くなしで、例えば、１０マイクロ秒未満で入力することができる。デジタル・プロセッサは、センサーから取得した基本波と各高調波の振幅と位相の両方の情報を分析し、取得した基本波と高調波の両方の周波数について、軸対称モードと非軸対称モードを含む様々な表面波モードの相対的な大きさを決定する。周波数成分ごとに異なる非軸対称モードが存在することもあるし、そのうちの１つ又は複数がプラズマの不均一性の指標であることもある。
【0051】
いくつかの実施形態では、そのような非軸対称モードは、プラグ－インに存在するアルゴリズムによって迅速に識別されてもよい。非軸対称モードの大きさとプラズマの不均一性のパーセンテージを相関させる基準データベースも、このプラグ－インに存在することもある。デジタル・プロセッサはまた、波動モードの増加率及び１つ又は複数の波動モードの加速度を計算して、近い将来の故障の可能性を決定することができる。所与の周波数での非軸対称モードの大きさの１つの尺度は、円形電極の中心から同じ半径方向距離を有し、軸対称チャンバーで対称的に配置された異なるセンサー位置での所与の周波数表面波の位相間の差であってもよい。あるいは、非軸対称モードの第２指標は、軸対称チャンバー内に対称的に配置された円形電極の中心から同じ半径距離を有する異なるセンサー位置での所与の周波数表面波の振幅間の差であってもよい。
【0052】
マルチチャネル検出器システム（図示せず）を含む隔離された区画５１０を有する整合ネットワーク５０６は、ペデスタル５０１の様々な場所で伝播するＥＭ波の電圧振幅及び位相を同時にフーリエ解析、デジタル化、及び記録することができる。固有のノイズのために、決定された電圧振幅及び位相の各々は、必要に応じて短い時間間隔に亘って平均化することができ、またセンサー５０２、５０３のグループについて平均化して、比較的多数のパルスに亘る相対的な大きさ又は時間の平均を決定することができる。
【0053】
センサーのグループ又はアレイを備えたシャワーヘッド、ペデスタル、又は電極などの他の給電素子を、ＥＭ波モードのパターンの関係、及びＲＦプロセス中のプラズマ密度の様々な不均一性を特徴づけて記録するためのデータを生成するための試験システムとして使用してもよい。これらのデータは、プラズマの挙動を特徴付けて分類し、整合するネットワーク区画又は他のコントローラ又は監視システムに接続できるプラグ－イン・ストレージ・デバイスに格納できるデータベースに入れるために分析してもよい。
【0054】
非軸対称及び軸対称ＥＭモードの振幅及び位相パターン特性と、プロセス及びプラズマの不均一性又は適切な条件からの逸脱との間の関係は、マッチング・ネットワークの開示された信号分析区画に接続するプラグ－インに格納してもよい。ＲＦプラズマ処理システムが製造ツールとして使用されてもよい実装において、プラズマの不均一性は、それにより、チャンバーの動作が監視されているときに迅速に検出することができる。例えば、図２に示されているように構成された、図４に示されているように開示されたタイプのセンサーは、図１に示されるようなＲＦプラズマ・システムに後付けされてもよい。
【0055】
プロセス・プラズマがプラズマ故障状態を経験した可能性があるかどうかを決定するために、インピーダンス整合ネットワークに関連する信号分析区画内の分析プロセッサは、一部の電極又はアンテナの駆動周波数の事前に指定された高調波の１組の各々について、非軸対称ＥＭモードの大きさに部分的に基づいてパラメータを計算してもよい。次いで、いくつかの実施形態のプロセッサは、これらのパラメータをデータベース内の基準範囲と比較することができる。そのような基準データベースは、インピーダンス整合ネットワーク内の区画であるか、又はインピーダンス整合ネットワークに関連付けられる区画の可能性がある信号分析区画に接続されるプラグ－インに存在することがある。
【0056】
データベースは、許容可能な“プロセス・ウィンドウ”からのプラズマ偏位が起こるのかを決定するのを助けるために、様々なプラズマ状態を特徴付けるパラメータを格納することができる。いくつかの実施形態では、分析は、電極の中心から所与の距離にある全てのセンサー又はそのグループからの各高調波の位相の比較を含んでもよい。任意の方位角に関するセンサーのグループのそのような位相の分散は、その高調波モードの生成及び／又は伝播の非対称性の尺度であってもよいし、したがって、プラズマの非対称性及び不均一性の尺度であってもよい。次いで、１組の高調波の各々の非対称性の定量的測定値であるパラメータが、プラグ－イン・ユニットに格納されてもよいし、またデータ・ネットワークを介してチャンバー及びツール・コントローラに送信してもよい。さらに、パラメータの傾向及び加速度を計算し、故障状態が発生したかどうかを判断するプロセスの一部として、データベース内の基準値及び判断基準と比較することができる。いくつかの実施形態では、そのような故障状態が発生するとき、プラグ－インに格納できるアルゴリズム及び判断基準は、区画にあるプロセッサで実行されて、修復又は予防措置のコースを決定してもよい。次いで、そのような動作は、ＲＦ発電機及び／又はチャンバー及び／又はツール・コントローラに迅速に送信してもよい。
【0057】
いくつかの実施形態では、パラメータ、パラメータの変化率、及びパラメータの加速度を比較するためのパラメータ、アルゴリズム、判断基準、及び仕様の全てのそのようなデータベースは、信号分析区画の入力／出力ポートに接続されてもよいデータ・ストレージ・デバイスに存在することがある。センサーからの信号とそこから導出されたパラメーターに基づく表面波モードの分析は、プロセッサーによって非常に迅速に実行されるため、故障宣言と修復措置の順序をＲＦ発電機に送信することができ、発生から５ミリ秒以内に、ネットワークを介してチャンバー又はシステムのコントローラに報告される。いくつかの実施形態では、故障状態及び指定された是正措置命令は、１ミリ秒以内に発電機に送信することができる。
【0058】
いくつかの実施形態では、所望のプラズマ均一性からの多くのタイプのプラズマ偏位は、ウェーハ又は基板が誤って処理される前に、ツール又はチャンバー・コントローラがプラズマ故障状態を修正するための措置を講じることができるほど迅速に検出することができる。状況によっては、指定された是正措置として、ＲＦ電力フォーマット（連続波（ＣＷ）やパルスなど）を短時間変更したり、電源を短時間完全にオフにしたり、現在のウェーハの処理を停止して ウェーハが廃棄されるか、メンテナンスのために反応チャンバーがシャット・ダウンされることがある。したがって、ＲＦ電力の約範囲１０パーセントの範囲内で周波数を調整すると、それにより反射電力が修正されることがある。
【0059】
特定の実施形態では、プラズマ故障状態の検出時に、マッチング・ネットワークに関連する開示された信号分析区画は、ＲＦ発電機によって実行される適切な是正措置を命じることができる。例えば、ＲＦプロセス発電機は、シャワーヘッド及び／又はペデスタルのセンサーによって測定される信号に応答して、ウェーハの処理を終了するための終了プロセスを開始することができる。特定の実施形態では、周波数を調整することができ、すなわち、約１パーセントの１０分の１から１０パーセント以内で増加又は減少させることができる。あるいは、２次プラズマが停止するように、プラズマを停止又はパルス化するために、ＲＦプラズマ処理堆積システムによって、例えば、電力パルスの設定の時のように、電力が中断されてもよい。場合によっては、ごく短時間の中断の後、指定された修復措置により、処理を続行できるようになることがある。特定の実装では、修復措置は、例えば、機械学習及び／又はプログラムされた修復プログラムを通じて決定することができる。
【0060】
図６を参照すると、本開示の実施形態による、反応チャンバー内のプラズマが軸対称であるペデスタルを横切る軸対称表面波の伝播の上面図が示されている。図６に示されているように、円６０１は、軸対称表面波モードの基本波及び高調波の一定の位相及び振幅の曲線である。円は電極と同心である。これらのモードは、チャンバー内で電極とプラズマが全て軸対称で同軸であるときに非常に有力である。任意の周波数での表面波の伝播ベクトル６０２は放射状になる。波は中心に向かって、そして中心から離れる方向に伝播し、それらが伝播するにつれて、そのような波はプラズマに電力を注入する。
【0061】
図７を参照すると、本開示の実施形態による、電極を横切る横電磁表面波伝播の上面図が示されている。図７において、非軸対称モードの一定の位相及び等しい振幅の線７０１～７０４は、基本波周波数であろうとその高調波であろうと、ほぼ真っ直ぐで平行である。このような表面波は、ＲＦプラズマ蒸着システムのペデスタル又はシャワーヘッドに配置されるセンサーによって検出することができる。このモードは“横方向”と呼ばれることがあり、これは、伝播ベクトル７０５～７０７に見られるように、伝播の方向が電極表面を横切って一方の側から他方の側に、又は中心面から左側と右側の両方にあることを意味する。一定の位相の線が、電極の中心から変位した曲率の中心を有する曲線である可能性がある他の非軸対称モードが存在することがある。周波数ごとの検出器の読み取り値は、プラズマの主要な不均一性を反映する軸対称モードと（しばしば少数の）非軸対称モードの合計に分解することができる。典型的には、分解は、横モード成分及び１つの主要な“中心から外れた”又は変位した放射状モードの識別を可能にし、これらの各々は、プラズマ不均一性の構成の特徴である。プラズマの不均一性の構成と特定の非軸対称モードとの相関は、プラグ－イン・ユニット又は他の場所に存在する可能性のあるデータベースの構築の一部として、生産処理の前に行われる。
【0062】
図８を参照すると、本開示の実施形態による、反応チャンバーのための好ましい方位角センサー配置の上面図が示されている。この実施形態では、複数のセンサー８００が、反応チャンバーの１つ又は複数の構成要素の周りに、及び／又は反応チャンバー自体に方位角方向に配置されてもよい。上で簡単に説明したように、この実施形態では４つあってもよい複数のセンサー８００は、表面波に関連する表面電圧又は電流を測定するために、チャンバー対称軸８０５の周りに異なる角度で、シャワーヘッド及び／又はペデスタルなどの特定のチャンバー構成要素に配置されてもよい。
【0063】
センサー８００は、変化する電位又は磁位を受信する受動センサー８００を含んでもよい。センサー８００は、チャンバー対称軸８０５からの異なる方向の信号を検出するために異なる方位角に配置されてもよい。センサー８００は、チャンバー対称軸８０５及び／又は反応チャンバー内の構成要素、又は反応チャンバー自体の周りの等距離の位置に配置されてもよい。同様に、センサー８００は、センサー８００の間の間隔が一貫性があるように、互いに正反対に配置されてもよい。例えば、センサー８００－１の間の距離は、８００－２と同じであり、それは８００－３、８００－４と同じである。同様に、各センサー８００は、チャンバー対称軸８０５から同じ距離に配置されている。センサー８００の間隔及び位置の例は、以下でより詳細に論じられる。
【0064】
図示されているように、センサー８００は、正反対の位置に配置される。例えば、センサー８００－１はセンサー８００－３と全く正反対であり、一方、センサー８００－２はセンサー８００－４と全く正反対である。したがって、センサー８００は、反応チャンバー及び／又はその構成要素の異なる側で波形の違いを探し、波形の違いが生じたときに、上記で説明したように通知を提供して、その結果、是正又は予防的措置をとってもよい。例えば、センサー８００－１及びセンサー８００－４が、それらの全く正反対の位置から波形の違いを感知して報告する場合、そのような違いは、高調波の位相のずれを示していることがある。これは、それにより、プラズマの不均一性と非対称性があることを示しているかもしれない。
【0065】
特定の実施形態では、図８に示されているように、４つのセンサー８００を使用してもよい。しかしながら、他の実施形態では、６、８、１２、１４、１６、１８、２０、以上のセンサー８００などの異なる数のセンサー８００を使用してもよい。特定の実装では、６～１２個のセンサー８００を有することが有益であることがある。センサー８００の数が多いほど、より多くのデータを収集することができ、それにより、不均一性の例の認識を強化することができる。しかしながら、センサー８００の数を増やすことにより、データ処理が遅くなることがあるが、それにより、よりゆっくりと起こる修復及び予防措置がもたらされる。当業者は、センサー８００の数と所望のレベルのデータの粒度とのバランスをとることにより、それによってＲＦプラズマ・プロセスを最適化することができることを理解するだろう。したがって、計算能力が増加し、データを処理できる速度が増加するにつれて、センサー８００の数を増やすことが有益であることがある。特定の実施形態では、特定のセンサー８００を選択的にオフ及びオンにし、それによりコントローラが特定の必要なデータにアクセスすることができる。例えば、８つのセンサーを有するシステムでは、４つのセンサーを選択してオフにすることで、それにより生成されるデータ量を減らすことができる。他の実施形態では、追加のセンサーを追加するか、又は操作から削除することができ、それにより生成されるデータ量を変更することができる。
【0066】
さらに、複数のセンサーは、チャンバー対称軸８０５から半径方向に離れた方向に平行であり、チャンバー対称軸８０５の軸方向に平行である導電材料の長さを有する線を含み、線の一端は局所的な電気接地に接続されている。
【0067】
センサー８００はまた、円形及び他の形状の両方の様々なタイプのセンサーを含んでもよい。機能性を改善するために、センサー８００の外縁部は、実質的に滑らかな又は丸みを帯びていてもよく、それにより、より高い精度でＲＦ電流を検出する能力を改善する。センサー８００は、様々な厚さを含んでもよいが、熱安定性の問題を引き起こさないように充分に厚くてもよい、一方、センサー８００は、電力を反射しないように充分に薄くてもよい。特定の実施形態では、センサー８００は、約１センチメートルの面積を有する円形であってもよい。センサー８００は、反応チャンバー内のプラズマからセンサー８００を保護するための絶縁層をさらに含んでもよく、ファラデー・シールド、アルミニウム・コーティング及び同種のものの他の任意のコーティング及び層を含んでもよい。
【0068】
図９を参照すると、本開示の実施形態による、反応チャンバーに方位角方向に取り付けられたセンサーの側面断面図が示されている。この実施形態では、反応チャンバー９４０は、シャワーヘッド９３０の中心からペデスタル９３５を通って長手方向に延びる対称軸９０５を有する。他の実施形態では、対称軸０５は、アンテナなどの別の電極の中心から長手方向に延びてもよい。複数のセンサー９００は、反応チャンバー９４０の周囲及び内部の様々な位置、及びシャワーヘッド９３０及び／又はペデスタル９３５などの特定の構成要素の周囲又は関連して方位角方向に配置してもよい。図９は断面図であり、位置ごとの２つのセンサー９００のみが示されているが、図８に関して詳細に論じられるように、ＲＦプラズマ監視プロセスの実装の間に、４つ以上のセンサー９００を使用してもよい。
【0069】
特定の実施形態では、センサー９００－１は、シャワーヘッド９３０の縁部又は周辺に配置してもよい。そのような実装では、センサー９００－１は、シャワーヘッド９００－１内に少なくとも部分的又は完全に埋め込まれて配置されてもよいし、センサー９００－１の外面は、絶縁層でコーティングされてもよい、それにより、センサー９００－１を反応チャンバー９４０内の環境から保護することができる。そのような実施形態では、４つ以上のセンサー９００－１がシャワーヘッド９３０の縁部の周りに方位角方向に配置されてもよいし、それによってＲＦプラズマ処理における不均一性及び非対称性の検出を可能にする。
【0070】
他の実施形態では、センサー９００－２は、反応チャンバー９４０の真空内でペデスタル９３５の縁部に沿って配置してもよい。センサー９００－１に関して上記で説明したように、センサー９００－２は、ペデスタル９３５に部分的に又は完全に埋め込まれてもよいし、その外面に配置された絶縁層を含むことも、又は含まないこともある。真空内のペデスタル９３５の周りに配置されたセンサー９００－２に加えて、他のセンサー９００－３及び９００－４は、反応チャンバー９４０の真空の外側及びペデスタル９３５の周りに配置されてもよい。そのようなセンサー９００－３及び９００－４は、ペデスタル９３５及び／又はそのベース部分に沿って金属表面上に配置されてもよい。また、センサー９００は、ペデスタル９３５の他の支持構造に、又はそれに関連して配置されてもよい。
【0071】
さらに他の実施形態では、センサー９００－５は、反応チャンバー９４０の側壁に配置及び／又は他の方法で組み込まれてもよい。そのような実施形態では、センサー９００－５は、外側のチャンバー壁９１５の反応チャンバー９４０の外側に配置されてもよい。又はセンサー９００－５が反応チャンバー９４０の真空内にあるように側壁に組み込まれてもよい。他のセンサー９００－６は、外側のチャンバー壁９１５に沿って位置するビューポート９２０に配置されてもよい。そのような実施形態では、ビューポート内のセンサー９００－６は、反応チャンバー９４０の真空の外側に配置されてもよいし、又は反応チャンバー９４０内に配置されてもよい。
【0072】
さらに他の実施形態では、センサー９００－７は、例えば、シャワーヘッド９３０の周りに位置する誘電体に配置されてもよい、一方、他の実装では、センサー９００－７は、ペデスタル９３５の周囲に位置する誘電体に配置されてもよい。センサー９００の特定の位置が本明細書で論じられているが、センサー９００は、反応チャンバー９４０内及びその周囲の様々な他の場所に配置されてもよい。例えば、センサー９００は、アンテナ又は他の構成要素の周りに配置されてもよい。さらに、センサー９００は、ＲＦプラズマ処理中に波形の違いを検出することができる限り、反応チャンバー９４０の内側又は外側の様々な他の場所にさらに配置することができる。
【0073】
特定の実施形態では、ＲＦプラズマ処理をより正確に監視するために、センサー９００－１～９００－７の組み合わせを使用してもよい。例えば、シャワーヘッド９３０の縁部の周りのセンサー９００－１は、ペデスタル９３５の縁部の周りのセンサー９００－２と組み合わせてもよい。同様に、反応チャンバー９４０の外側のセンサー９００－５の組み合わせは、反応チャンバー９４０内に位置するセンサー９００－１／９００－２と組み合わせてもよい。さらに他の実施形態では、センサー９００の位置の３、４、５、６、７、又はそれ以上の変形の組み合わせを使用して、ＲＦプラズマ処理の監視をさらに最適化することができる。
【0074】
図１０を参照すると、本開示の実施形態による反応チャンバーの概略側面断面図が示されている。この実施形態では、複数の方位角方向に配置されたセンサー１０００が、この例ではペデスタル１０３５である下部電極の周りに配置されている。図９に関して上記で論じたセンサー１０００と同様に、図１０は、様々な場所に配置されたセンサー１０００を示している。センサー１０００－１は、ペデスタル１０３５の外縁部の周りに配置される。センサー１０００－２は、反応チャンバー１０４０の内側の周りに配置され、一方、センサー１０００－３は、反応チャンバー１０４０の外周の周りに配置される。
【0075】
この実施形態では、１２個のセンサー１０００が各場所に示されているが、しかしながら、他の実装では、より少ない及びより多い両方のセンサー１０００の他の数を使用することができる。また、明示的に示されているセンサー１０００の位置に加えて、他のセンサー１０００の位置もまた、ＲＦプラズマ処理をさらに強化するために使用することができる。
【0076】
図１１を参照すると、本開示の実施形態による反応チャンバーの概略側面断面図が示されている。この実施形態では、センサー１１００は、誘導結合プラズマ源１１０５の周りに配置されて示されている。したがって、センサー１１００は、反応チャンバー１１４０内に配置されたプラズマ源からのＲＦ電流を感知することができる。
【0077】
図１２を参照すると、本開示の実施形態による、ＲＦプラズマ処理システムの部分断面図が示されている。この実施形態では、ＲＦプラズマ処理システム１２００は、ペデスタル１２３５を含む。ペデスタル１２３５は、ペデスタル１２３５の上部外縁部に沿って配置されるセンサー１２４０を含む。上記のように、センサー１２４０は、ペデスタル１２３５内に埋め込まれた上部外縁部に配置してもよいし、又は、交互に反応チャンバーの真空の内側又は外側のいずれかの外縁部の周りに配置してもよい。
【0078】
また、ＲＦプラズマ処理システム１２００は、通信線１２５０を介してセンサー１２４０に接続される回路１２４５を含む。センサー１２４０は、ＲＦプラズマ処理システム１２００から感知されたデータを受信するので、データは、処理のために回路１２４５に送信することができる。回路１２４５はセンサー１２４０に比較的近いので、感知されたデータをそれらの間で転送するのにかかる時間を短縮することができる。したがって、センサー１２４０によって感知される電気的特性に関する初期計算は、より迅速に実行することができ、次いで、ＲＦプラズマ処理システム１２００の他の構成要素１２５５に転送することができる。他の構成要素１２５５は、例えば、ＲＦ発電機、インピーダンス整合ネットワーク、故障検出区画、反応チャンバーのための操作コントローラ、ツールのための操作コントローラ、プラグ－イン・デバイス、信号分析区画、又はＲＦプラズマ処理システム１２００に接続される他の構成要素を含んでもよい。
【0079】
次いで、他の構成要素１２００は、ＲＦプラズマ処理システム１２００の態様を調整して、センサー１２４０によって検出され、回路１２４５内で少なくとも部分的に処理される故障を修正することができる。回路１２４５は、反応チャンバー内の状態から回路１２４５を保護するために、隔離された構造で反応チャンバーの真空の外側のペデスタル１２３５内に配置してもよい。他の実施形態では、回路１２４５は、ペデスタル１２３５のベース、又はペデスタル１２３５に近接する他の領域に配置してもよい。
【0080】
図１２は、ＲＦプラズマ処理システム１２００の断面図を示し、当業者は、回路１２４５が、ペデスタル１２３５の周りの半径方向に配置されてもよいことを理解するだろう。したがって、独立した回路１２４５は、センサー１２４０ごとに利用可能であってもよい、又はセンサー１２４０は、ペデスタル１２３５の周囲及び／又は内部の１つ又は複数の選択された位置に配置される集中回路１２４５に接続されてもよい。
【0081】
図１３、１４、及び１５を併せて参照すると、本開示の実施形態による、プラズマ処理システム内の共振器の部分断面図、及びプラズマ処理システム内の共振器の第２断面図におけるＲＦプラズマ処理システムの上面図が、それぞれ、示されている。この実施形態では、プラズマ処理システム１３００は、反応チャンバー１３１０に動作可能に接続されているインピーダンス整合ネットワーク１３０５を含む。インピーダンス整合ネットワーク１３０５は、上記の例示的なインピーダンス整合ネットワーク１３０５のいずれかを含んでもよい。また、プラズマ処理システム１３００は、反応チャンバー１３１０の周りに配置された複数の共振器１３１５を含む。
【0082】
図１４は、並列に動作するように構成された共振器１３１５を示し、一方、図１５は、直列に動作するように構成された共振器を示す。共振器１３１５は、コンデンサ１３２０及びコイル１３２５を含んでもよく、それに関連する１つ又は複数のセクター・プレート１３３０を隔離するために使用してもよい。したがって、ＲＦ電力が反応チャンバー１３１０に供給されると、個々のセクター・プレート１３３０に関する電力が修正され、それにより、多かれ少なかれ電力が反応チャンバー１３１０内の特定の領域に供給されることを可能にする。セクター・プレート１３３０は、ペデスタル１３３５の周りに方位角方向に配置され、反応チャンバー１３１０内のペデスタル１３３５の間の環状部に配置されてもよい。セクター・プレート１３３０の様々な領域に供給される電力を調整することにより、プラズマ均一性は、反応チャンバー１３１０内で変更されてもよい。図１４に示されるように、並列の共振器１３１５は電力ドレーンが少なくなり、それによってＲＦ電圧が上昇することがある。図１５に示されるように、直列の共振器１３１５はドレーンを増加させ、それによってＲＦ電圧を減少させることがある。
【0083】
動作中に、電気的特性が、基準値セットによって定義される事前に定義された限界値を超えるとき、故障信号は、プラズマ・パラメータを調整するためにインピーダンス整合ネットワーク１３０５又は他のプラズマ給電デバイスに送信されてもよい。電気的特性の実施例には、電磁表面波信号及び／又は上記で論じた他の特性が含まれることがある。特定の実施形態では、電気的特性は、上記で詳細に説明されているいくつかのセンサー位置（図示せず）の各々に位置する無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を含んでもよい。
【0084】
特定の実施形態では、故障検出器１３４０は、物理的又は動作的にインピーダンス整合ネットワーク１３０５に接続されてもよい。故障検出器１３４０は、上で識別された電気的特性を受信し、例えば、非軸対称位相及び振幅モードを決定するために、チャンバ対称軸に関して無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を比較してもよい。故障検出器１３４０は、例えば、これらに限定されないが、電気的特性、基準値セット、プラズマ・パラメータ及び同種のもののプラズマ処理システム１３００の動作に関連する情報のデータベースを含む取り外し可能なメモリ（図示せず）を含んでもよい。
【0085】
特定の実装形態では、定義された電気的特性が検出されるとき、故障検出器１３４０を使用して、１つ又は複数の修復パラメータに基づく修復プロトコルを実装することができる。修復パラメータの実施例には、例えば、プラズマ給電デバイスの電源を切ること、インピーダンス整合ネットワーク１３０５の特性を調整すること、反応チャンバー１３１０に提供される電力及び／又は周波数変数を調整すること、及び同種のものが含まれるが、これらに限定されない。
【0086】
図１６を参照すると、本開示の実施形態によるプラズマ処理システムの部分上面図が示されている。この実施形態では、プラズマ処理システム１６００は、反応チャンバー１６１０に動作可能に接続されたマッチング・ネットワーク１６０５を含む。マッチング・ネットワーク１６０５は、コイル１６１５に接続してもよい。コイル１６１５は、反応チャンバー１６１０内の誘導を介して電力を追加するために使用してもよい。誘導を介して電力を提供することにより、ＲＦ電力を排出することなく電力を追加してもよい。
【0087】
動作中、本開示の方法は、ＲＦプラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供することを可能にすることがある。この方法は、例えば、複数のセンサーを備えた反応チャンバー内のＲＦプラズマからの電磁表面波信号を検出することを含んでもよい。センサーは、上記の例示的なセンサーのいずれかを含んでもよい。この方法は、各センサー位置での無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を決定し、反応チャンバー対称軸から指定された距離での無線周波数の基本波の振幅及び位相を比較することをさらに含んでもよい。
【0088】
また、この方法は、非軸対称の位相及び振幅モードを抽出し、非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較することを含んでもよい。比較に基づいて、非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された範囲を超えたとき、操作パラメータを調整するために、コマンドがプラズマ給電デバイス、マッチング・ネットワーク、及び同種のものに送信してもよい。特定の実装形態では、事前に定義された範囲は、機械学習、ニューラル・ネットワーク、及び同種のものを使用して決定及び／又は定義してもよい。非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された制限を超えないとき、この方法は、検出、決定、比較、抽出、及び比較を継続することを含んでもよい。
【0089】
さらに他の実施形態では、ＲＦプラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法は、反応チャンバー対称軸の周りに方位角的に配置された１つ又は複数のセンサーを使用してＲＦ周波数プラズマの電気的特性を検出することを含んでもよい。この方法は、検出された電気的特性に基づいてプラズマ不均一性が存在することを決定し、決定されたプラズマ不均一性に基づいてプラズマ給電デバイス、マッチング・ネットワーク、又は同種のものの操作パラメータを調整することをさらに含んでもよい。
【0090】
前述の記述は、説明の目的で、本開示の完全な理解を提供するために特定の命名法を使用した。しかしながら、本明細書に記載のシステム及び方法を実施するために特定の詳細が必要とされないことは、当業者には明らかであろう。特定の実施例の前述の記述は、例証及び記述の目的で提示されている。それらは、この開示を網羅すること、又はこの開示を記述された正確な形式に限定することを意図するものではない。明らかに、上記の教えを考慮して、多くの修正及び変形が可能である。実施例は、本開示の原理及び実際の適用を最もよく説明するために示され、記述され、それにより、当業者が本開示及び企図される特定の使用に適した様々な修正を伴う様々な実施例を最もよく利用できるようにする。この開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの同等物によって定義されることが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【手続補正書】
【提出日】2023-02-14
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0090】
前述の記述は、説明の目的で、本開示の完全な理解を提供するために特定の命名法を使用した。しかしながら、本明細書に記載のシステム及び方法を実施するために特定の詳細が必要とされないことは、当業者には明らかであろう。特定の実施例の前述の記述は、例証及び記述の目的で提示されている。それらは、この開示を網羅すること、又はこの開示を記述された正確な形式に限定することを意図するものではない。明らかに、上記の教えを考慮して、多くの修正及び変形が可能である。実施例は、本開示の原理及び実際の適用を最もよく説明するために示され、記述され、それにより、当業者が本開示及び企図される特定の使用に適した様々な修正を伴う様々な実施例を最もよく利用できるようにする。この開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの同等物によって定義されることが意図されている。本発明の態様の一部を以下記載する。
［態様１］
反応チャンバー、
前記反応チャンバー内に配置されるペデスタル、及び
前記ペデスタルと前記反応チャンバーの間の環状部において、前記ペデスタルの周りに方位角方向に配置される複数のセクター・プレートを備える、無線周波数プラズマ処理システム。
［態様２］
電気的特性が基準値セットによって定義される限界値を超えるとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された故障検出器は、プラズマ・パラメータを調整するために前記反応チャンバーに接続されたプラズマ給電デバイスに信号を送信する、態様１に記載のシステム。
［態様３］
前記電気的特性が、前記基準値セットによって定義される前記限界値を超えないとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、前記無線周波数プラズマ処理システムに配置された複数のセンサーから前記電気的特性を受信し続け、前記電気的特性を前記基準値セットと比較する、態様１に記載のシステム。
［態様４］
前記電気的特性は電磁表面波信号を含む、態様２に記載のシステム。
［態様５］
前記電気的特性は、複数のセンサー位置の各々における無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を含む、態様２に記載のシステム。
［態様６］
前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、反応チャンバー対称軸に関して前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び位相を比較して、非軸対称の位相及び振幅モードを決定する、態様５に記載のシステム。
［態様７］
前記故障検出器はインピーダンス整合ネットワークに接続される、態様１に記載のシステム。
［態様８］
基準データベースが、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器に取り外し可能に接続された取り外し可能なメモリに格納される、態様１に記載のシステム。
［態様９］
修復プロトコルが検出されるとき、修復パラメータは実施され、前記修復パラメータは、前記プラズマ給電デバイスをオフにすることを含む、態様１に記載のシステム。
［態様１０］
前記修復パラメータは、前記反応チャンバーに提供される電力及び周波数の少なくとも１つを調整することを含む、態様９に記載のシステム。
［態様１１］
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、
複数のセンサーを備えた反応チャンバー内の無線周波数プラズマから電磁表面波信号を検出すること、
複数のセンサー位置の各々で、無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を決定すること、
チャンバー対称軸から指定された距離にある前記複数のセンサー位置の各々で、前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び前記位相を比較すること、
非軸対称の位相及び振幅モードを抽出すること、
前記非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較すること、及び
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された範囲を超えるとき、操作パラメータを調整するためにプラズマ給電デバイスにコマンドを送信することを含む、方法。
［態様１２］
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された限界値を超えないとき、前記検出すること、決定すること、比較すること、抽出すること、及び比較することを継続する、態様１１に記載の方法。
［態様１３］
前記操作パラメータは、前記プラズマ給電デバイスによって生成される電力及び周波数値の少なくとも１つを含む、態様１１に記載の方法。
［態様１４］
前記非軸対称の位相及び振幅モードが前記事前に定義された範囲を超えるとき、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することをさらに含む、態様１１に記載の方法。
［態様１５］
前記複数のセンサーは、前記プラズマ給電デバイスの縁部の周りに配置される、態様１１に記載の方法。
［態様１６］
前記複数のセンサーは、１００オーム以上のインピーダンスを有する高インピーダンス・センサーを含む、態様１１に記載の方法。
［態様１７］
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、
反応チャンバーのチャンバー対称軸の周りに方位角方向に配置された複数のセンサーを用いて無線周波数プラズマの電気的特性を検出すること、
プラズマの不均一性が前記検出された電気的特性に基づいて存在することを決定すること、及び
前記決定されたプラズマの不均一性に基づいて、プラズマ給電デバイスの操作パラメータを調整することを含む、方法。
［態様１８］
前記調整することは、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することを含む、態様１７に記載の方法。
［態様１９］
前記決定することは、正反対にある前記複数のセンサーの少なくとも２つのセンサーによって検出される前記電気的特性を比較することをさらに含む、態様１７に記載の方法。
［態様２０］
前記決定することは、非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較することを含む、態様１７に記載のシステム。
［態様１］
反応チャンバー、
前記反応チャンバー内に配置されるペデスタル、及び
前記ペデスタルと前記反応チャンバーの間の環状部において、前記ペデスタルの周りに方位角方向に配置される複数のセクター・プレートを備える、無線周波数プラズマ処理システム。
［態様２］
電気的特性が基準値セットによって定義される限界値を超えるとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された故障検出器は、プラズマ・パラメータを調整するために前記反応チャンバーに接続されたプラズマ給電デバイスに信号を送信する、態様１に記載のシステム。
［態様３］
前記電気的特性が、前記基準値セットによって定義される前記限界値を超えないとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、前記無線周波数プラズマ処理システムに配置された複数のセンサーから前記電気的特性を受信し続け、前記電気的特性を前記基準値セットと比較する、態様１に記載のシステム。
［態様４］
前記電気的特性は電磁表面波信号を含む、態様２に記載のシステム。
［態様５］
前記電気的特性は、複数のセンサー位置の各々における無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を含む、態様２に記載のシステム。
［態様６］
前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、反応チャンバー対称軸に関して前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び位相を比較して、非軸対称の位相及び振幅モードを決定する、態様５に記載のシステム。
［態様７］
前記故障検出器はインピーダンス整合ネットワークに接続される、態様１に記載のシステム。
［態様８］
基準データベースが、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器に取り外し可能に接続された取り外し可能なメモリに格納される、態様１に記載のシステム。
［態様９］
修復プロトコルが検出されるとき、修復パラメータは実施され、前記修復パラメータは、前記プラズマ給電デバイスをオフにすることを含む、態様１に記載のシステム。
［態様１０］
前記修復パラメータは、前記反応チャンバーに提供される電力及び周波数の少なくとも１つを調整することを含む、態様９に記載のシステム。
［態様１１］
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、
複数のセンサーを備えた反応チャンバー内の無線周波数プラズマから電磁表面波信号を検出すること、
複数のセンサー位置の各々で、無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を決定すること、
チャンバー対称軸から指定された距離にある前記複数のセンサー位置の各々で、前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び前記位相を比較すること、
非軸対称の位相及び振幅モードを抽出すること、
前記非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較すること、及び
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された範囲を超えるとき、操作パラメータを調整するためにプラズマ給電デバイスにコマンドを送信することを含む、方法。
［態様１２］
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された限界値を超えないとき、前記検出すること、決定すること、比較すること、抽出すること、及び比較することを継続する、態様１１に記載の方法。
［態様１３］
前記操作パラメータは、前記プラズマ給電デバイスによって生成される電力及び周波数値の少なくとも１つを含む、態様１１に記載の方法。
［態様１４］
前記非軸対称の位相及び振幅モードが前記事前に定義された範囲を超えるとき、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することをさらに含む、態様１１に記載の方法。
［態様１５］
前記複数のセンサーは、前記プラズマ給電デバイスの縁部の周りに配置される、態様１１に記載の方法。
［態様１６］
前記複数のセンサーは、１００オーム以上のインピーダンスを有する高インピーダンス・センサーを含む、態様１１に記載の方法。
［態様１７］
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、
反応チャンバーのチャンバー対称軸の周りに方位角方向に配置された複数のセンサーを用いて無線周波数プラズマの電気的特性を検出すること、
プラズマの不均一性が前記検出された電気的特性に基づいて存在することを決定すること、及び
前記決定されたプラズマの不均一性に基づいて、プラズマ給電デバイスの操作パラメータを調整することを含む、方法。
［態様１８］
前記調整することは、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することを含む、態様１７に記載の方法。
［態様１９］
前記決定することは、正反対にある前記複数のセンサーの少なくとも２つのセンサーによって検出される前記電気的特性を比較することをさらに含む、態様１７に記載の方法。
［態様２０］
前記決定することは、非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較することを含む、態様１７に記載のシステム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線周波数プラズマ処理システムであって、
反応チャンバー、
前記反応チャンバー内に配置されるペデスタル、及び
前記ペデスタルと前記反応チャンバーの間の環状部において、前記ペデスタルの周りに方位角方向に配置される複数のセクター・プレートを備え、
電気的特性が、基準値セットによって定義される限界値を超えないとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された故障検出器は、前記無線周波数プラズマ処理システムに配置された複数のセンサーから前記電気的特性を受信し続け、前記電気的特性を前記基準値セットと比較する、無線周波数プラズマ処理システム。
【請求項2】
前記電気的特性が前記基準値セットによって定義される前記限界値を超えるとき、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、プラズマ・パラメータを調整するために前記反応チャンバーに接続されたプラズマ給電デバイスに信号を送信する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記電気的特性は電磁表面波信号を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記電気的特性は、複数のセンサー位置の各々における無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項5】
前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器は、反応チャンバー対称軸に関して前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び位相を比較して、非軸対称の位相及び振幅モードを決定する、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記故障検出器はインピーダンス整合ネットワークに接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
基準データベースが、前記無線周波数プラズマ処理システムに接続された前記故障検出器に取り外し可能に接続された取り外し可能なメモリに格納される、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
修復プロトコルが検出されるとき、修復パラメータは実施され、前記修復パラメータは、プラズマ給電デバイスをオフにすることを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記修復パラメータは、前記反応チャンバーに提供される電力及び周波数の少なくとも１つを調整することを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、複数のセンサーを備えた反応チャンバー内の無線周波数プラズマから電磁表面波信号を検出すること、
複数のセンサー位置の各々で、無線周波数の基本波及び高調波の振幅及び位相を決定すること、
チャンバー対称軸から指定された距離にある前記複数のセンサー位置の各々で、前記無線周波数の基本波及び高調波の前記振幅及び前記位相を比較すること、
非軸対称の位相及び振幅モードを抽出すること、
前記非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較すること、及び
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された範囲を超えるとき、操作パラメータを調整するためにプラズマ給電デバイスにコマンドを送信することを含む、方法。
【請求項11】
前記非軸対称の位相及び振幅モードが事前に定義された限界値を超えないとき、前記検出すること、決定すること、比較すること、抽出すること、及び比較することを継続する、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記操作パラメータは、前記プラズマ給電デバイスによって生成される電力及び周波数値の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記非軸対称の位相及び振幅モードが前記事前に定義された範囲を超えるとき、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記複数のセンサーは、前記プラズマ給電デバイスの縁部の周りに配置される、請求項１０に記載の方法。
【請求項15】
前記複数のセンサーは、１００オーム以上のインピーダンスを有する高インピーダンス・センサーを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項16】
無線周波数プラズマ処理システムにおいて均一性制御を提供するための方法であって、反応チャンバーのチャンバー対称軸の周りに方位角方向に配置された複数のセンサーを用いて無線周波数プラズマの電気的特性を検出すること、
プラズマの不均一性が前記検出された電気的特性に基づいて存在することを決定すること、及び
前記決定されたプラズマの不均一性に基づいて、プラズマ給電デバイスの操作パラメータを調整することを含み、
前記決定することは、非軸対称の位相及び振幅モードの大きさを基準値セットと比較することを含む、方法。
【請求項17】
前記調整することは、前記プラズマ給電デバイスを非アクティブ化することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記決定することは、正反対にある前記複数のセンサーの少なくとも２つのセンサーによって検出される前記電気的特性を比較することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】