特表 2024-525450 プラズマ、温度、応力、または堆積の感知のためのＭＥＭＳ共振器センサ基板

(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】2024-07-12

(54)【発明の名称】プラズマ、温度、応力、または堆積の感知のためのＭＥＭＳ共振器センサ基板

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240705BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240705BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240705BHJP

   H03H 9/24 20060101ALI20240705BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

H05H1/46 R

B81B3/00

H03H9/24 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023580501

(86)(22)【出願日】2022-06-03

(85)【翻訳文提出日】2024-02-22

(86)【国際出願番号】 US2022032242

(87)【国際公開番号】W WO2023278100

(87)【国際公開日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】17/367,250

(32)【優先日】2021-07-02

(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】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】リン， チュアン－チア

(72)【発明者】

【氏名】パターソン， デーヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】クラウス， フィリップ アレン

(72)【発明者】

【氏名】バヤティ， アミール

【テーマコード（参考）】

2G084

3C081

5J108

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA04

2G084AA05

2G084HH19

2G084HH20

2G084HH43

2G084HH46

3C081AA01

3C081BA22

3C081BA33

3C081BA43

3C081BA45

3C081BA48

3C081BA53

3C081BA55

3C081BA72

3C081CA13

3C081CA26

3C081DA03

3C081DA04

3C081DA06

3C081DA10

3C081DA29

3C081DA30

3C081EA01

3C081EA22

5J108AA09

(57)【要約】

本明細書で開示される実施形態は、診断基板と、プラズマパラメータを抽出するために診断基板を使用する方法とを含む。一実施形態では、診断基板が、基板と、基板にわたる共振器のアレイとを備える。一実施形態では、共振器のアレイは、少なくとも、第１の構造をもつ第１の共振器と第２の構造をもつ第２の共振器とを備える。一実施形態では、第１の構造は第２の構造とは異なる。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

診断基板であって、
基板と、
前記基板にわたる共振器のアレイとを備え、共振器の前記アレイが、少なくとも、第１の構造をもつ第１の共振器と第２の構造をもつ第２の共振器とを備え、前記第１の構造が前記第２の構造とは異なる、診断基板。

【請求項2】

共振器の前記アレイが、電磁共振器または音響共振器である、請求項１に記載の診断基板。

【請求項3】

共振器の前記アレイが、プラズマ特性、基板温度、質量変化、応力変化、または表面電位変化を検出するように構成された、請求項１に記載の診断基板。

【請求項4】

前記第１の構造および前記第２の構造が、膜、ディスク、ビーム、またはコイルを備える、容量性共振器または誘導性共振器である、請求項１に記載の診断基板。

【請求項5】

前記第１の構造および前記第２の構造が、表面音響波（ＳＡＷ）共振器、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）、または横方向励起バルク音響共振器（ＸＢＡＲ）を含む、圧電共振器である、請求項１に記載の診断基板。

【請求項6】

前記第１の構造が、前記基板から第１の距離の第１の共振部材を備え、前記第２の構造が、前記基板から第２の距離の第２の共振部材を備え、前記第１の距離が前記第２の距離とは異なる、請求項１に記載の診断基板。

【請求項7】

前記第１の構造が、前記第１の共振器の周りの第１のガードリングを備え、前記第２の構造が、前記第２の共振器の周りの第２のガードリングを備える、請求項１に記載の診断基板。

【請求項8】

前記第１のガードリングが、第１のバイアスを適用するように構成され、前記第２のガードリングが、第２のバイアスを適用するように構成され、前記第１のバイアスが前記第２のバイアスとは異なり、前記第１のバイアスおよび／または前記第２のバイアスが、ＤＣ構成要素とＡＣ構成要素とを備えることができる、請求項７に記載の診断基板。

【請求項9】

前記第１のガードリングと前記第２のガードリングとが、異なる形状寸法を有し、前記第２のガードリングが、前記第１のガードリングとは異なる高さである、請求項７に記載の診断基板。

【請求項10】

前記第１の共振器および前記第２の共振器が、測定された周波数のワイヤレス通信を外部デバイスに提供するように構成されたアンテナに通信可能に結合される、請求項１に記載の診断基板。

【請求項11】

前記基板上に製造されたＲＦ回路をさらに備え、前記ＲＦ回路が、シールド伝送線、カプラ、およびフィルタのうちの１つまたは複数を備える、
請求項１に記載の診断基板。

【請求項12】

診断基板であって、
基板と、
前記基板に取り付けられた第１の共振器であって、電気的に浮遊している、第１の共振器と、
前記第１の共振器の周りの第１のガードリングであって、第１の高さを有する、第１のガードリングと、
前記基板に取り付けられた第２の共振器であって、電気的に浮遊している、第２の共振器と、
前記第２の共振器の周りの第２のガードリングであって、前記第１の高さよりも大きい第２の高さを有する、第２のガードリングと
を備える、診断基板。

【請求項13】

前記第１の共振器の上面が前記基板から第１の距離にあり、前記第２の共振器の上面が前記基板から第２の距離にあり、前記第２の距離が前記第１の距離とは異なる、請求項１２に記載の診断基板。

【請求項14】

前記第１の共振器と前記第２の共振器とに通信可能に結合されたアンテナ
をさらに備える、請求項１２に記載の診断基板。

【請求項15】

プラズマチャンバにおいてプラズマパラメータを測定する方法であって、
前記プラズマチャンバにおいて診断基板を提供することであって、前記診断基板が、第１の形状寸法をもつ第１の共振器と第２の形状寸法をもつ第２の共振器とを備える、診断基板を提供することと、
プラズマなしの真空中での前記第１の共振器および前記第２の共振器からのベースライン応答を測定することと、
前記プラズマチャンバにおいてプラズマを生成することであって、前記第１の共振器および前記第２の共振器が前記プラズマ内にある、プラズマを生成することと、
前記第１の共振器の第１の共振周波数と前記第２の共振器の第２の共振周波数とを測定することと、
前記第１の共振周波数および前記第２の共振周波数から、前記プラズマパラメータまたはウエハパラメータを抽出することと
を含む、方法。

【請求項16】

前記プラズマパラメータが、電子密度、電子温度、電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）、イオン密度、またはイオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）であり、前記ウエハパラメータが、基板温度、質量変化、応力変化、または表面電位変化である、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１の共振周波数および前記第２の共振周波数が、プラズマ周波数とは異なる、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

第１のガードリングおよび第２のガードリングによって前記第１の共振器および前記第２の共振器に適用される変動するバイアスに対する、前記第１の共振器および前記第２の共振器の共振器応答を測定すること
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の共振器の周りに第１のバイアスを適用することと、
前記第２の共振器の周りに第２のバイアスを適用することと
をさらに含み、前記第１のバイアスが前記第２のバイアスとは異なり、前記第１のバイアスおよび前記第２のバイアスが、変調されたバイアスである、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

前記プラズマチャンバをベースライン化すること、前記プラズマチャンバのフィンガープリンティングを行うこと、前記プラズマチャンバにおいて変動をモニタすること、チャンバマッチングを行うこと、または前記プラズマチャンバを制御することを実施するために、人工知能モジュールおよび／または機械学習モジュールのための入力として前記プラズマパラメータを使用すること
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０２１年７月２日に出願された米国特許出願第１７／３６７，２５０号の優先権を主張する。

【0002】

本開示の実施形態は、半導体処理の分野に関し、詳細には、処理チャンバにおける様々な処理パラメータの検出のための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサに関する。

【背景技術】

【0003】

半導体製造プロセスは、しばしば、プラズマ環境において実装される。たとえば、プラズマ処理チャンバを使用して、基板上に材料を堆積させる（たとえば、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ－ＣＶＤ）、プラズマ原子層堆積（ＰＥ－ＡＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）など）。さらに、プラズマ処理チャンバは、エッチングプロセスにおいて基板から材料を除去するために使用され得る。一般に、所与のプロセスを定量化するために使用される計測学は、プロセスの最終結果に限定される。すなわち、基板が（たとえば、エッチングプロセスまたは堆積プロセスを用いて）処理された後に、計測学は使用されて、どのくらいの材料が（たとえば、堆積プロセスにおいて）追加されたか、または（たとえば、エッチングプロセスにおいて）除去されたかを決定する。

【0004】

現在、プラズマ自体は、発光分光分析（ＯＥＳ：ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などのシステムによりモニタされ得る。ＯＥＳは、たとえば、プラズマ組成物など、プラズマのいくつかの態様を決定するために使用され得る。しかしながら、ＯＥＳは、ＯＥＳが、電子密度、プラズマ（電子）温度など、プラズマの特性、またはそのような特性における空間的差を考慮することができないという点で、限定される。プラズマ特性を測定するために、ラングミュアプローブも使用され得る。ラングミュアプローブは、ＩＶ曲線を測定し、ＩＶ曲線を使用して、プラズマの特性を決定する。しかしながら、ラングミュアプローブは、ラングミュアプローブが、一般にマクロスケールであり、多数のラングミュアプローブが基板の表面にわたって容易に統合され得ないという点で、限定される。

【発明の概要】

【0005】

本明細書で開示される実施形態は、診断基板と、プラズマパラメータを抽出するために診断基板を使用する方法とを含む。一実施形態では、診断基板が、基板と、基板にわたる共振器のアレイとを備える。一実施形態では、共振器のアレイは、少なくとも、第１の構造をもつ第１の共振器と第２の構造をもつ第２の共振器とを備える。一実施形態では、第１の構造は第２の構造とは異なる。

【0006】

追加の実施形態では、診断基板が、基板と、基板に取り付けられた第１の共振器であって、第１の共振器が電気的に浮遊している、第１の共振器とを備える。一実施形態では、診断基板は、第１の共振器の周りの第１のガードリングであって、第１のガードリングが第１の高さを有する、第１のガードリングをさらに備える。一実施形態では、診断基板は、基板に取り付けられた第２の共振器であって、第２の共振器が電気的に浮遊している、第２の共振器と、第２の共振器の周りの第２のガードリングであって、第２のガードリングが第２の高さを有し、第２の高さが第１の高さよりも大きい、第２のガードリングとをさらに備える。

【0007】

本明細書で開示される実施形態は、プラズマチャンバにおいてプラズマパラメータを測定する方法を含む。一実施形態では、本方法は、プラズマチャンバにおいて診断基板を提供することであって、診断基板が、第１の形状寸法をもつ第１の共振器と第２の形状寸法をもつ第２の共振器とを備える、診断基板を提供することを含む。本方法は、プラズマなしの真空中での第１の共振器および第２の共振器からのベースライン応答を測定することをさらに含み得る。一実施形態では、本方法は、プラズマチャンバにおいてプラズマを生成する（ｓｔｒｉｋｅ）ことであって、第１の共振器および第２の共振器がプラズマ内にある、プラズマを生成することと、第１の共振器の第１の共振周波数と第２の共振器の第２の共振周波数とを測定することとをさらに含む。一実施形態では、本方法は、第１の共振周波数および第２の共振周波数から、プラズマパラメータを抽出することをさらに含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態による、診断基板の表面にわたる複数の共振器をもつ、診断基板の平面概略図である。

【図2】一実施形態による、変動する寸法をもつ共振器センサをもつ、診断基板の平面図である。

【図3A】一実施形態による、第１のガードリングをもつ第１の共振器と、第１のガードリングとは異なる高さである第２のガードリングをもつ第２の共振器とをもつ、診断基板の断面図である。

【図3B】一実施形態による、第１の寸法をもつ第１の共振器と、第１の寸法よりも大きい第２の寸法をもつ第２の共振器とをもつ診断基板の断面図である。

【図3C】一実施形態による、共振器の下に漏れ絶縁体をもつ診断基板の断面図である。

【図4】一実施形態による、第１のバイアスをもつガードリングをもつ第１の共振器と、第１のバイアスよりも大きい第２のバイアスをもつガードリングをもつ第２の共振器とをもつ、診断基板の断面図である。

【図5A】一実施形態による、第１のバイアスをもつガードリングをもつ第１の共振器をもつ診断基板の断面図である。

【図5B】一実施形態による、第１のバイアスよりも大きい第２のバイアスをもつガードリングをもつ第１の共振器をもつ診断基板の断面図である。

【図6A】一実施形態による、カバーの上にある共振器と、カバーの下の駆動および感知回路とをもつ診断基板の断面図である。

【図6B】一実施形態による、カバーの下の駆動および感知回路とともにカバーの上の異なる高さにおける共振器をもつ診断基板の断面図である。

【図7A】一実施形態による、本明細書で説明される診断基板に応じて使用され得る、追加の共振器構造の概略図である。

【図7B】一実施形態による、本明細書で説明される診断基板に応じて使用され得る、追加の共振器構造の概略図である。

【図7C】一実施形態による、圧電作動を使用する追加の共振器の概略図である。

【図8】一実施形態による、診断基板を使用してプラズマ特性を決定するためのプロセスのフロー図である。

【図9】本開示の一実施形態による、例示的なコンピュータシステムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

処理チャンバにおける様々な処理パラメータの検出のための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサが、本明細書で説明される。以下の説明では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。これらの具体的な詳細なしに本開示の実施形態が実践され得ることは、当業者に明らかであろう。他の事例では、集積回路製造など、よく知られている態様は、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、詳細に説明されない。さらに、図に示されている様々な実施形態は、例示的な表現であり、必ずしも一定の縮尺で描かれているとは限らないことを理解されたい。

【0010】

上述のように、プラズマチャンバにおいてプラズマパラメータを測定することが、現在、困難である。現在、プラズマは、ＯＥＳツールを使用して調査され得るが、ＯＥＳツールは、プラズマ密度および電子温度を提供することができない。さらに、ＯＥＳツールは、材料堆積、材料エッチングなどの基板測定に関して提供することができない。さらに、測定は、リアルタイムで行われることが可能でない。

【0011】

したがって、本明細書で開示される実施形態は、プラズマプロセス中にリアルタイムでプラズマパラメータを測定する能力を可能にする、診断基板を含む。たとえば、プラズマパラメータは、限定はしないが、電子密度、電子温度、電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）、イオン密度、およびイオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）を含み得る。本明細書で開示される実施形態は、温度、堆積またはエッチングレート、表面応力、表面電荷など、表面パラメータ、および診断基板に関する他のパラメータを測定するためにも使用され得る。

【0012】

一実施形態では、診断基板は、複数のセンサを含み得る。本明細書で説明されるセンサは、概して、共振器センサと呼ばれることがある。たとえば、センサは、ＭＥＭＳセンサまたはＲＦ共振器を含み得る。容量的におよび圧電的に駆動される共振器も、使用され得る。センサは、限定はしないが、表面音響波（ＳＡＷ）センサ、バルク音響波（ＢＡＷ）センサ、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）センサ、横方向励起バルク音響共振器（ＸＢＡＲ）、膜共振器、ディスク共振器、ビーム共振器、コイル共振器などを含み得る。すなわち、共振器センサのいくつかの特定の例が、本明細書でより詳細に説明されるが、実施形態は、本明細書で説明される特定の例によって限定されると解釈されるべきでない。

【0013】

本明細書で開示される実施形態はまた、調査されている様々なプラズマおよび／または表面特性のリアルタイム特徴づけを可能にすることを諒解されたい。特に、本明細書で開示される実施形態は、アンテナに（直接または間接的にのいずれかで）結合された共振器を含む。診断基板の外部（および処理ツールの外部）の質問器は、アンテナから信号を受信し得る。

【0014】

特定の実施形態では、センサのアレイは、異なる形状寸法をもつセンサを含む。一事例では、センサのアレイは、下にある基板からの異なる高さを有する上面をもつセンサを含み得る。そのような実施形態では、個々のセンサが、プラズマおよび／またはシースの異なる部分にさらされることになるので、プラズマに関する空間的情報が提供され得る。別の実施形態では、個々のセンサの周りのガードリングが、異なる形状寸法を有し得る。ガードリングの異なる形状寸法は、共振器の周りの開孔を制御し得、プラズマとの異なる相互作用を可能にする。また別の実施形態では、ガードリングは、均一な形状寸法を有し得るが、開孔を制御するために異なるバイアスが適用され得る。さらに、単一のガードリングが、異なる開孔を備えるセンサを有するように、複数の異なるバイアスを供給され得る。

【0015】

次に図１を参照すると、一実施形態による、診断基板１００の平面図が示されている。図示の実施形態では、診断基板１００の基板１０１は、ウエハのように、実質的に円形であるとして示されている。しかしながら、診断基板１００は、ウエハのような寸法に限定されないことを諒解されたい。たとえば、いくつかの実施形態では、矩形基板１０１も使用され得る。一実施形態では、基板１０１はシリコン基板であり得る。しかしながら、他の材料も、基板として機能し得ることを諒解されたい。たとえば、基板１０１は、シリコンオン絶縁体（ＳＯＩ）基板１０１、ＩＩＩ－Ｖ族半導体基板１０１、ガラス基板１０１、有機基板１０１、またはそれらの任意の組合せを含み得る。

【0016】

図示のように、センサ１２０のアレイが、基板１０１の表面にわたって分散される。図示の実施形態では、センサ１２０のアレイは、格子状パターンで配列される。他の実施形態では、放射状のパターンも、使用され得る。追加の実施形態は、任意の好適なパターンを含み得る。１００個未満のセンサ１２０が示されているが、実施形態は数千個または数万個のセンサ１２０を含み得ることを諒解されたい。より大きいセンサ輪郭は説明の目的のためであり、実施形態は、マクロサイズのデバイスに限定されない。

【0017】

一実施形態では、センサ１２０は、任意のタイプのＭＥＭＳまたはＲＦ共振器であり得る。センサ１２０は、限定はしないが、表面音響波（ＳＡＷ）センサ、バルク音響波（ＢＡＷ）センサ、フィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）センサ、膜共振器、ディスク共振器、ビーム共振器、コイル共振器などを含み得る。特定の共振器センサのいくつかの例が、以下でより詳細に示されるが、多くの異なるタイプの共振器が、本明細書で開示される実施形態に従って使用され得ることを諒解されたい。

【0018】

一実施形態では、センサ１２０の各々は、図１に示されていない回路によって、共振周波数まで駆動され得る。一実施形態では、駆動力は、容量性の力、圧電力などであり得る。共振周波数は、基板１０１上のアンテナ（図示せず）によって、診断基板１００から外部の質問器（図示せず）に送信され得る。センサ１２０は、異なるアンテナに直接または間接的に結合され得る。センサ１２０の共振周波数は、プラズマパラメータの変化、材料の堆積、材料の除去、表面温度、表面電荷、応力など、様々な条件により変化し得る。共振周波数の変化は、センサ１２０によって測定されている様々な条件を定量化するために使用され得る。

【0019】

次に図２を参照すると、一実施形態による、診断基板２００の平面図が示されている。図２では、簡単のために、センサ２２０_Ａ、２２０_Ｂ、および２２０_Ｃの代表的セットが示されている。数千個または数万個のセンサ２２０が基板２０１上に提供され得ることを諒解されたい。一実施形態では、センサ２２０の各々が、ガードリング２２２と共振器２２１とを備え得る。図示のように、センサ２２０_Ａ、２２０_Ｂ、および２２０_Ｃは、異なる直径Ｄを有する。異なる直径の共振器２２１をもつセンサ２２０を含むことは、より多くの知られている変数をもつ連立方程式を解くことによって、より正確な値を提供する能力を可能にする。センサ２２０の形状寸法の変動が、共振器２２１の異なる直径Ｄであるとして示されているが、他の形状変化も、診断基板２００の感度を向上させるために使用され得ることを諒解されたい。たとえば、共振器２２１は、異なる高さであり得、ガードリング２２２は、共振器２２１に対する異なる離間、または多くの他の異なる変動を有し得る。

【0020】

次に図３Ａを参照すると、一実施形態による、診断基板３００の断面図が示されている。一実施形態では、診断基板３００は、基板３０１と、第１のセンサ３２０_Ａと、第２のセンサ３２０_Ｂとを備える。２つのセンサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂが図３Ａに示されているが、数百個、数千個、または数万個のセンサ３２０が基板３０１上に提供され得ることを諒解されたい。一実施形態では、基板３０１は、シリコンウエハなど、半導体基板であり得る。とはいえ、図１に関して上記で説明されたように、基板３０１は、他の材料またはフォームファクタを備え得ることを諒解されたい。

【0021】

一実施形態では、絶縁層３０２が、基板３０１上に提供される。いくつかの実施形態では、センサ３２０および必要な回路が、絶縁層３０２上に提供される。他の実施形態では、センサ３２０のための回路の一部（または、全部）が、絶縁層３０２内にまたはその下に提供され得る。一実施形態では、絶縁層は、酸化物（たとえば、酸化ケイ素）または窒化物（たとえば、窒化ケイ素）である。一実施形態では、電極３９１が、共振器３２１の下に提供され得る。図示の実施形態では、電極３９１は、絶縁層３０２の下に提供される。しかしながら、電極３９１は、いくつかの実施形態では、絶縁層３０２の上にも提供され得ることを諒解されたい。

【0022】

一実施形態では、センサ３２０の各々が、共振器３２１とガードリング３２２とを備え得る。共振器３２１は、いくつかの実施形態では、共振ディスクであり得る。ディスク共振器３２１が図３Ａに示されているが、共振器３２１が任意の１つまたは複数の共振構造であり得ることを諒解されたい。たとえば、共振器３２１は、容量的に駆動される共振器、圧電的に駆動される共振器、電磁共振器（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）、または音響共振器を含み得る。特定の実施形態では、共振器３２１は、代替的にＳＡＷ、ＢＡＷ、ＦＢＡＲ、ＸＢＡＲ 膜、ディスク、ビーム、コイルなどであり得る。一実施形態では、ディスク共振器３２１は、パッド３２４およびポスト３２３によって絶縁層３０２の表面の上に上げられる。一実施形態では、共振器３２１は、銅、タングステン、ニッケルなど、金属材料であり得る。他の実施形態では、共振器３２１は、ポリシリコンであり得る。一実施形態では、共振器３２１は、電気的に浮遊していることがある。すなわち、共振器３２１は、特定の電圧またはバイアスにつながれないことがある。

【0023】

一実施形態では、ガードリング３２２は、ディスク共振器３２１の外周を囲み得る。ガードリング３２２は、ガードリング３２２をバイアス電位に保持するように構成された回路に接続され得る。以下でより詳細に説明されるように、バイアス電位は、プラズマとの相互作用を制限するまたは増加させるように、共振器３２１上の開孔を制御することができる。一実施形態では、ガードリング３２２の内面が、共振器３２１のエッジから離れて離間している。すなわち、共振している間、共振器３２１はガードリング３２２に接触し得ない。一実施形態では、電極３９１は共振器３２１の共振を駆動する。他の実施形態では、電極３９１は省略され得る。そのような実施形態では、共振器３２１は、ガードリング３２２によって駆動され得る。たとえば、バイアスが、ＤＣ信号を用いてガードリング３２２に適用され得、ＡＣ信号がＤＣ信号上にスタックされて、共振器３２１における共振を駆動し得る。

【0024】

一実施形態では、ガードリング３２２の上面は、センサ３２０_Ａにおける共振器３２１の上面と実質的に同一平面上にあり得る。対照的に、ガードリング３２２の上面は、センサ３２０_Ｂにおける共振器３２１の上面の実質的に上にあり得る。すなわち、センサ３２０_Ａは、センサ３２０_Ｂとは異なる形状寸法また構造を有し得る。形状寸法の差は、同じバイアスがガードリング３２２の両方に適用されるとき、共振器の上の開孔が異なることを可能にする。

【0025】

一実施形態では、センサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂは、プラズマ特性（たとえば、プラズマ密度、電子温度など）、基板温度、（たとえば、堆積またはエッチングによる）質量変化、応力変化、または表面電位変化のうちの１つまたは複数を測定するように構成される。プラズマ特性の場合、プラズマからの電子および／またはイオンが、共振器３２１の表面に引きつけられる。共振器上の増加された電荷は、共振周波数の変化を生じる。いくつの電子および／またはイオンが共振器３２１の表面に引きつけられるかを決定することによって、プラズマ密度または電子温度が決定され得る。同様に、共振周波数の変化は、共振器３２１の質量、応力、温度などの変化の結果でもあり得る。単一の変数が変化させられることの影響を分離するために、異なる形状寸法、異なるバイアス、または他の変形形態をもつ、複数の異なる共振器が使用され得る。複数の異なる形状寸法を有することは、測定されることを望まれる所与の変数を分離するために、連立方程式の設定が使用されることを可能にする。

【0026】

一実施形態では、センサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂは、各々、アンテナ３２５に結合され得る。一実施形態では、アンテナ３２５は、導電性トレースと同程度に単純であり得る。他の実施形態では、パッチアンテナまたはデュアルパッチアンテナなど、より複雑なアンテナアーキテクチャが提供され得る。簡単のために、アンテナ３２５の一部分が図３Ａに示されている。概して、アンテナ３２５のサイズは、センサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂのサイズよりも著しく大きい。アンテナ３２５は、センサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂの共振周波数が診断基板３００の外部の質問器にワイヤレス送信されることを可能にする。一実施形態では、センサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂは、図３Ａに示されているように、アンテナ３２５に直接結合され得る。他の実施形態では、センサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂは、（たとえば、容量性結合などよって）アンテナ３２５に間接的に結合され得る。一実施形態では、ＲＦ回路が、アンテナ３２５とセンサ３２０_Ａおよび３２０_Ｂとの間の基板上に製造され得る。たとえば、ＲＦ回路は、シールド伝送線、カプラ、および／またはフィルタを備え得る。

【0027】

次に図３Ｂを参照すると、追加の実施形態による、診断基板３００の断面図が示されている。一実施形態では、診断基板３００は、基板３０１を備え、基板３０１上の絶縁層３０２をもつ。基板３０１および絶縁層３０２は、図３Ａに関して上記で説明された基板３０１および絶縁層３０２と実質的に同様であり得る。

【0028】

一実施形態では、診断基板３００は、第１のセンサ３２０_Ａと第２のセンサ３２０_Ｂとを備え得る。一実施形態では、第１のセンサ３２０_Ａおよび第２のセンサ３２０_Ｂは、各々、絶縁層３０２上のポスト３２３およびパッド３２４上で支持される共振器３２１を有し得る。第１のセンサ３２０_Ａおよび第２のセンサ３２０_Ｂは、各々、共振器３２１の外周を囲むガードリング３２２をも有し得る。一実施形態では、第１のセンサ３２０_Ａおよび第２のセンサ３２０_Ｂは、アンテナ３２５に通信可能に結合され得る。

【0029】

第１のセンサ３２０_Ａは、第２のセンサ３２０_Ｂとは異なる形状寸法また構造を有し得る。図示の実施形態では、第１のセンサ３２０_Ａは、第１の直径Ｄ_Ａをもつ共振器３２１を有し、第２のセンサ３２０_Ｂは、第２の直径Ｄ_Ｂをもつ共振器３２１を有する。第２の直径Ｄ_Ｂは、第１の直径Ｄ_Ａよりも大きくなり得る。したがって、センサ３２０_Ａとセンサ３２０_Ｂとは一緒に使用されて、拡張された感度をプラズマ特性の測定に提供し得る。

【0030】

次に図３Ｃを参照すると、追加の実施形態による、診断基板３００の断面図が示されている。図３Ｃ中の診断基板３００は、共振器３２１の下の放電層３０３を除いて、図３Ａ中の診断基板３００と実質的に同様であり得る。放電層３０３は、高抵抗材料層であり得る。たとえば、放電層３０３は、低ドープシリコンを備え得る。高抵抗は、電荷がゆっくり電荷を放出することを可能にする。これは、センサ３２０が放電スイッチの必要なしにリセットされることを可能にする。

【0031】

次に図４を参照すると、一実施形態による、診断基板４００の断面図が示されている。一実施形態では、診断基板４００は、基板４０１と、基板４０１上の絶縁層４０２とを備える。基板４０１および絶縁層４０２は、上記でより詳細に説明された基板３０１および絶縁層３０２と実質的に同様であり得、ここでは繰り返されない。

【0032】

一実施形態では、センサ４２０_Ａと４２０_Ｂとのペアが、図４に示されている。２つのセンサ４２０_Ａおよび４２０_Ｂが示されているが、数百個、数千個、または数万個のセンサ４２０が基板４０１にわたって提供され得ることを諒解されたい。一実施形態では、第１のセンサ４２０_Ａの形状寸法は、第２のセンサ４２０_Ｂの形状寸法と実質的に同様であり得る。すなわち、第１のセンサ４２０_Ａおよび第２のセンサ４２０_Ｂは、各々、ポスト４２３およびパッド４２４によって支持され、ガードリング４２２によって囲まれた、共振器４２１を備え得る。ディスク共振器４２１として示されているが、共振器４２１は、上記でより詳細に説明されたものなど、任意の好適な共振器を含み得ることを諒解されたい。

【0033】

第１のセンサ４２０_Ａと第２のセンサ４２０_Ｂとの間の差は、ガードリング４２２に適用されるバイアスである。たとえば、第１のバイアス４３１が、第１のセンサ４２０_Ａの周りのガードリング４２２に適用され、第２のバイアス４３２が、第２のセンサ４２０_Ｂの周りのガードリング４２２に適用される。第２のバイアス４３２は、第１のバイアス４３１よりも大きくなり得る。より大きいバイアス４３２は、バイアス４３１によって提供された共振器４２１の上の開孔と比較して、共振器４２１の上の開孔を低減する。すなわち、第１のセンサ４２０_Ａにおける電磁場線（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｌｉｎｅ）間の距離は、第２のセンサ４２０_Ｂにおける電磁場線間の距離よりも大きい。したがって、異なる量の電子が、異なるセンサ４２０_Ａおよび４２０_Ｂによって収集され得る。その差は、プラズマ密度または電子温度など、関心の変数を分離するために、連立方程式が設定されることを可能にする。一実施形態では、センサ４２０_Ａおよび４２０_Ｂは、アンテナ４２５によって外部の質問器（図示せず）に結合され得る。

【0034】

一実施形態では、第１のバイアス４３１および第２のバイアス４３２は、ＤＣバイアスであり得る。他の実施形態では、バイアス４３１および４３２は、ＡＣバイアスであり得る。実施形態は、ＡＣバイアスがＤＣバイアスの上に追加された、ＤＣバイアスをも含み得る。一実施形態では、第１のバイアス４３１および第２のバイアス４３２は、動的バイアスであり得る。たとえば、いくつかの実施形態では、複数の異なる電圧にわたるバイアス掃引（ｂｉａｓ ｓｗｅｅｐ）が使用され得る。

【0035】

次に図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、一実施形態による、第１のセンサ５２０_Ａをもつ診断基板５００の断面図のペアが示されている。診断基板５００は、上記でより詳細に説明された基板３０１および絶縁層３０２と同様の基板５０１および絶縁層５０２を備え得る。第１のセンサ５２０_Ａは、ポスト５２３およびパッド５２４によって支持された共振器５２１を備える。ガードリング５２２が、共振器５２１の外周を囲み得る。ディスク共振器５２１として示されているが、共振器５２１は、上記でより詳細に説明されたものなど、任意の好適な共振器であり得ることを諒解されたい。第１のセンサ５２０_Ａは、外部の質問器（図示せず）とワイヤレス通信するためにアンテナ５２５に結合され得る。

【0036】

図５Ａに示されているように、ガードリング５２２は、第１のバイアス５３１を供給される。第１のバイアス５３１は、共振器５２１上の第１の開孔を生じる。図５Ｂでは、ガードリング５２２は、第２のバイアス５３２を供給される。第２のバイアス５３２は、第１の開孔よりも小さい、共振器５２１上の第２の開孔を生じる。すなわち、単一のセンサ５２０は、異なるバイアスを供給され得る。いくつかの実施形態では、バイアスは、複数の異なるバイアスを包含するバイアス掃引であり得る。一実施形態では、バイアスは、ＤＣバイアス、ＡＣバイアス、またはＡＣバイアスおよびＤＣバイアスを含み得る。

【0037】

次に図６Ａを参照すると、追加の実施形態による、診断基板６００の断面図が示されている。一実施形態では、診断基板６００は、基板６０１と、基板６０１上の絶縁層６０２とを備える。基板６０１および絶縁層６０２は、上記でより詳細に説明された絶縁層３０２および基板３０１と実質的に同様であり得る。

【0038】

一実施形態では、診断基板６００は、ピラー６５１によって支持されるフレーム６５０を備え得る。第１のセンサ６２０_Ａおよび第２のセンサ６２０_Ｂの駆動および感知回路は、フレーム６５０の下にあり得る。したがって、駆動および感知回路は、処理環境から保護される。駆動および感知回路は、共振器６４１の下に配置された１つまたは複数のコイル６４２とコア６４３とを備え得る。コア６４３は、コイル６４２の磁束を向上させる磁性材料であり得る。たとえば、コア６４３はフェライト材料を備え得る。第１のセンサ６２０_Ａおよび第２のセンサ６２０_Ｂは、診断基板６００の外部の質問器（図示せず）とのワイヤレス通信を可能にするために、アンテナ６２５に直接または間接的に結合され得る。

【0039】

共振器６４１は、フレーム６５０における開口にわたって広がる膜であり得る。図６Ａに示されているように、第１のセンサ６２０_Ａおよび第２のセンサ６２０_Ｂにおける共振器６４１は、基板６０１に対して同じ高さにおいて提供される。他の実施形態では、図６Ｂに示されているように、第１のセンサ６２０_Ａの共振器６４１は、基板６０１に対して、第２のセンサ６２０_Ｂの共振器６４１とは異なる高さにあり得る。一実施形態では、第２のセンサ６２０_Ｂの共振器６４１は、フレーム６５０の底面上に提供され得る。図６Ａおよび図６Ｂにおいて基板６０１の実質的にすべてをカバーするように示されているが、フレーム６５０は、センサ領域上に位置し得、基板６０１の残りは、フレーム６５０によってカバーされないことがあることを諒解されたい。

【0040】

上記で説明された実施形態では、ディスク共振器および膜共振器が詳細に説明された。しかしながら、本明細書で開示される実施形態において任意の共振器アーキテクチャが使用され得ることを諒解されたい。たとえば、図７Ａでは、一実施形態による、カンチレバービーム共振器（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｂｅａｍ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）７２０の斜視図が示されている。ビーム共振器７２０は、アンカー７６１と、アンカー７６１から延びるビーム７６２とを含み得る。アンカー７６１は、基板７０１に（直接または間接的に）結合され得る。図７Ｂでは、一実施形態による、動作において音叉と同様である共振器７２０の平面図が示されている。図７Ｂでは、共振器７２０は、アンカー７６１と、アンカー７６１に取り付けられた共振フォーク７６３とを備える。アンカー７６１は、基板７０１に（直接または間接的に）結合され得る。図７Ａおよび図７Ｂに示されているものなど、音響共振器に加えて、圧電共振器も使用され得る。圧電共振器の一例が、図７Ｃに示されている。図示のように、圧電層７６５が、絶縁層７０２におけるキャビティにわたって広がり得る。第１の電極７６７は圧電層７６５の下にあり、第２の電極７６６は圧電層７６５の上にある。共振器の３つの追加の例が示されているが、実施形態が特定の構成に限定されないことを諒解されたい。

【0041】

次に図８を参照すると、一実施形態による、プラズマチャンバにおいてプラズマ特性を決定するためのプロセス８８０のフロー図が示されている。一実施形態では、プロセス８８０は、プラズマチャンバにおいて診断基板を提供することを含む、動作８８１から始まり得る。一実施形態では、診断基板は、第１の形状寸法をもつ第１の共振器と第２の形状寸法をもつ第２の共振器とを備える。一実施形態では、異なる共振器は、上記でより詳細に説明されたものなど、任意の共振器であり得る。たとえば、形状寸法の差は、下にある基板に対する共振器の高さの差であり得る。他の実施形態では、形状寸法の差は、共振器の周囲のガードリングの高さの差であり得る。一実施形態では、ガードリングに適用されるバイアスが、異なる共振器について異なり得る。他の実施形態では、バイアスは、共振器の各々について変調され得る。たとえば、バイアス掃引が、共振器の各々について使用され得る。共振器に適用されるバイアスは、いくつかの実施形態では、ＡＣ構成要素とＤＣ構成要素とを備え得る。

【0042】

一実施形態では、プロセス８８０は、プラズマチャンバにおいてプラズマを生成することを含む、動作８８２を続け得る。一実施形態では、プラズマは、任意のタイプのプラズマプロセスのために使用され得る。たとえば、プラズマは、ＰＥ－ＣＶＤプロセス、ＰＥ－ＡＬＤプロセス、ＰＶＤプロセス、エッチングプロセス、または任意の他の半導体製造プロセスのためのものであり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、プラズマを生成する前に、共振器のベースライン応答が決定され得る。たとえば、プロセス８８０は、プラズマなしの真空中での第１の共振器および第２の共振器からのベースライン応答を測定することをも含み得る。

【0043】

一実施形態では、プロセス８８０は、第１の共振器の第１の共振周波数と第２の共振器の第２の共振周波数とを測定することを含む、動作８８３を続け得る。一実施形態では、共振周波数は、形状寸法における変動および／または共振器の周りのガードリングに適用されるバイアスにおける変動により異なり得る。一実施形態では、第１の共振周波数および第２の共振周波数は、プラズマの周波数とは異なり得る。特定の実施形態では、第１の共振周波数および第２の共振周波数は、約１００ＭＨｚまたはそれよりも大きくなり得る。

【0044】

一実施形態では、プロセス８８０は、第１の共振周波数および第２の共振周波数から、プラズマパラメータを抽出することを含む、動作８８４を続け得る。一実施形態では、共振周波数は、診断基板上のアンテナによって、プラズマチャンバの外部の質問器にワイヤレス送信され得る。プラズマパラメータは、電子密度、電子温度、ＥＥＤＦ、イオン密度、およびＩＥＤＦ、または任意の他の検出可能なプラズマパラメータを含み得る。いくつかの実施形態では、プラズマパラメータは、空間的プラズマパラメータであり得る。すなわち、単一のプラズマパラメータ（たとえば、プラズマ密度）が、診断基板に対して異なるＺ高さ（Ｚ－ｈｅｉｇｈｔ）において測定され得る。

【0045】

プロセス８８０が、異なる制御またはチャンバヘルスモニタリングを提供するために使用され得ることを諒解されたい。たとえば、プロセス８８０は、プロセスベースライン化、フィンガープリンティング（真正性確認）、変動モニタリング、チャンバマッチング、または他のチャンバ制御を提供するために使用され得る。さらに、プロセス８８０は、機械学習モジュールおよび／または人工知能モジュールとともに使用され得ることを諒解されたい。そのような実施形態では、プロセス８８０は、機械学習モジュールおよび／または人工知能モジュールへの入力として与えられ得るデータ（たとえば、プラズマパラメータ）を生成するために使用され得る。機械学習モジュールおよび／または人工知能モジュールは、限定はしないが、プロセスベースライン化、フィンガープリンティング、変動モニタリング、チャンバマッチングまた他のチャンバ制御など、１つまたは複数の処理ツールへのプロセス制御機能を提供するために、プロセス８８０からの生成されたデータを使用し得る。

【0046】

図９は、機械に本明細書で説明される方法論のうちのいずれか１つまたは複数を実施させるための命令のセットが実行され得る、コンピュータシステム９００の例示的な形態の機械の図式表現を示す。代替実施形態では、機械は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネット中で他の機械に接続され（たとえば、ネットワーク化され）得る。機械は、クライアントサーバネットワーク環境内のサーバ機械またはクライアント機械の資格で動作するか、あるいはピアツーピア（または分散型）ネットワーク環境内のピア機械として動作し得る。機械は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、セルラー電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチまたはブリッジ、あるいはその機械によってとられるべきアクションを指定する命令のセット（連続したまたはそれ以外）を実行することが可能な任意の機械であり得る。さらに、単一の機械のみが示されているが、「機械」という用語はまた、本明細書で説明される方法論のうちのいずれか１つまたは複数を実施するために命令のセット（または複数のセット）を個々にまたは一緒に実行する、機械（たとえば、コンピュータ）の任意の集合を含むと解釈されるものとする。

【0047】

例示的なコンピュータシステム９００は、バス９３０を介して互いと通信する、プロセッサ９０２と、メインメモリ９０４（たとえば、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）またはＲａｍｂｕｓ ＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）など）と、スタティックメモリ９０６（たとえば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＭＲＡＭなど）と、２次メモリ９１８（たとえば、データストレージデバイス）とを含む。

【0048】

プロセッサ９０２は、マイクロプロセッサ、中央処理ユニットなど、１つまたは複数の汎用処理デバイスを表す。より詳細には、プロセッサ９０２は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組合せを実装するプロセッサであり得る。プロセッサ９０２はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなど、１つまたは複数の専用処理デバイスであり得る。プロセッサ９０２は、本明細書で説明される動作を実施するための処理論理９２６を実行するように構成される。

【0049】

コンピュータシステム９００は、ネットワークインターフェースデバイス９０８をさらに含み得る。コンピュータシステム９００は、ビデオディスプレイユニット９１０（たとえば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、または陰極線管（ＣＲＴ））と、英数字入力デバイス９１２（たとえば、キーボード）と、カーソル制御デバイス９１４（たとえば、マウス）と、信号生成デバイス９１６（たとえば、スピーカー）とをも含み得る。

【0050】

２次メモリ９１８は、本明細書で説明される方法論または機能のうちのいずれか１つまたは複数を具現する命令の１つまたは複数のセット（たとえば、ソフトウェア９２２）が記憶された機械アクセス可能ストレージ媒体（またはより詳細には、コンピュータ可読ストレージ媒体）９３１を含み得る。ソフトウェア９２２はまた、コンピュータシステム９００によるソフトウェア９２２の実行中に、メインメモリ９０４内におよび／またはプロセッサ９０２内に完全にまたは少なくとも部分的に存在し得、メインメモリ９０４およびプロセッサ９０２は、機械可読ストレージ媒体をも構成する。ソフトウェア９２２は、さらに、ネットワークインターフェースデバイス９０８を介してネットワーク９６１上で送信または受信され得る。

【0051】

機械アクセス可能ストレージ媒体９３1は、例示的な実施形態において単一の媒体であることが示されているが、「機械可読ストレージ媒体」という用語は、命令の１つまたは複数のセットを記憶する単一の媒体または複数の媒体（たとえば、集中型または分散型データベース、ならびに／または関連するキャッシュおよびサーバ）を含むと解釈されるものとする。「機械可読ストレージ媒体」という用語はまた、機械による実行のための命令のセットを記憶または符号化することが可能であり、機械に本開示の方法論のうちのいずれか１つまたは複数を実施させる、任意の媒体を含むと解釈されるものとする。「機械可読ストレージ媒体」という用語は、したがって、限定はしないが、固体メモリと、光および磁気媒体とを含むと解釈されるものとする。

【0052】

本開示の一実施形態によれば、機械アクセス可能ストレージ媒体は命令を記憶しており、命令は、データ処理システムに、複数の異なる形状寸法を有する共振器をもつ診断基板を使用して、プラズマチャンバにおいてプラズマパラメータを測定する方法を実施させる。

【0053】

したがって、プラズマパラメータを測定するための方法が開示された。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】