半导体等离子体参数非侵入性测量和分析的方法和设备技术

一种用于检测和分析等离子体工艺参数的ＲＦ传感器。该ＲＦ传感器配备有一个等离子体工艺设备和一个接收从等离子体工艺设备上辐射的ＲＦ能量的天线。该天线置于等离子体工艺设备附近使得它是非侵入的。另外该ＲＦ传感器的配置可以用于宽带接收从等离子体工艺设备辐射出的ＲＦ能量的多谐波。进一步，该ＲＦ传感器可以耦合到一个高通滤波器上以及一个用于处理接收的ＲＦ能量的处理器上。另外，天线可以置于含有吸收体的外壳中，以减少由ＲＦ传感器经受的干扰。另外，一个设备控制可以耦合到处理器中，根据由接收到的ＲＦ能量提供的信息来提供调节和维护各种等离子体工艺参数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体工艺设备的，尤其是，本专利技术涉及等离子体工艺设备参数的非侵入性测量和分析所使用的传感设备。
技术介绍
等离子体工艺系统在如下方面有重要的用途，如材料加工，半导体制造和工艺，集成电路，显示和其他用于蚀刻或在例如半导体晶片的衬底上形成层沉淀的电子仪器。通常，等离子体工艺系统的基本组成包括形成等离子体的腔体，连接到一个用于注入和去除处理气体的真空端口上的泵浦区，和一个在腔体内部形成等离子体的电源。附加的组件可以包括一个支撑晶片的卡盘，一个电源，用于加速等离子体离子使其以预定能量撞击晶片表面进行蚀刻或在晶片表面形成沉淀。用于产生等离子体的电源也可以被用来加速离子，或者不同的电源可以被用来完成不同的任务。为了确保产生精确的晶片，典型地，等离子体工艺系统使用一个确定等离子体工艺系统状况的传感器来进行监控。通常，在这样一个系统中，传感器置于等离子体内部来监控特定参数，或者置于耦合到腔体内部一个电极上的传输线内部。
技术实现思路
本专利技术提供了一个用于测量和分析等离子体工艺参数的新方法和设备。提供一种用于检测等离子体工艺过程参数的射频传感器，配备有一个等离子体工艺设备和一个接收从等离子体工艺设备上辐射的RF能量的天线。该天线置于等离子体工艺设备附近使得它是非侵入的。天线可以是一宽频单级天线。本专利技术的一个方面中，一种设备控制可以耦合到处理器上，基于从天线接收到的RF能量所提供的信息来控制和维护等离子体工艺。该设备控制可以控制等离子体工艺设备，电源或其他等离子体工艺中出现的不同组件。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的一个射频(RF)传感器的图示；图2是根据本专利技术一个实施例的一个天线和处理器的简化框图；图3是根据本专利技术一个实施例的一个天线的简化框图；图4是根据本专利技术一个实施例的一个等离子体工艺系统的简化框图；以及图5是根据本专利技术一个实施例的一个预定谐波数据的简化曲线图。具体实施例方式将参考公开的说明性的实施例在下面详述本专利技术。图1是根据本专利技术一个实施例的一个RF传感器的图示。一个等离子体工艺设备包括一个腔体110。等离子体工艺设备通常由一个RF电源(未示出)提供动力。RF电源的RF能量120产生和维护等离子体工艺设备的腔体110中的等离子体130，该设备通常用于衬底的处理。等离子体工艺设备可以由任何一种已知的配置装配而成，所有配置都包括一个等离子体130进行加工处理的腔体110。其中一些配置包括，例如一个电感耦合等离子体(ICP)源，一个静电屏蔽无线电频带(ESRF)源，一个变压器耦合等离子体(TCP)源，一电容耦合等离子体(CCP)源。无论RF能量源是什么，腔体110内部的等离子体130是由RF电源产生的RF能量激发的。相应地，从腔体110辐射的RF能量以基本RF频率及其谐波进行辐射。谐波频带是在等离子体130中产生的。谐波频带的幅度和位相提供了关于等离子体130和腔体110状态的信息。例如，不同功率，压强，和流速下的实验表明了辐射能量和工艺参数的高度的相关关系。特别地，分析表明第一和第二谐波与等离子体的电子密度匹配率高于99％。天线140被置于等离子体腔体110外部以接收从等离子体130上辐射的RF能量，并将RF能来那个转化成RF信号。图1中示出的天线140在腔体110外部。可选择地，它也可以置于腔体110内部，但在等离子体130的处理区域之外。在这种配制下，天线可以对等离子体130具有非侵入性的优势，既然众所周知侵入性传感器可以改变过程参数。天线140耦合到处理器150上。该处理器150从天线140接收RF信号，从而配置成来处理RF信号以提供关于等离子体状态所希望的信息。另外，既然能源的基本频率是兆赫兹量级的，天线140可以是宽频单级天线，从而能够接收大而宽频带的辐射的RF能量。例如，一个天线研究模型(型号)RAM-220(Antenna Research ModelRAM-220)可以被用作宽频单级天线。图2与根据专利技术一个实施例的一个天线和处理器的简化框图。在示出的实施例中，天线140被耦合到一高通滤波器210。可选择地，天线140可以被耦合到另一种类型的滤波器上，例如一个带阻，一个带通和一个低通滤器。高通滤波器210的输出端被耦合到一个低噪声放大器(LNA)220上，然后放大的信号被输入处理器230。既然传统地，有用的信息包括在RF能量的谐波中而不在基本频率中，高通滤波器可以用来去除接收信号的基本频率。当然，关于基本频率的数据可以通过消除和调整高通滤波器的截止频率来收集。高通滤波器截止频率之下的信号典型的衰减在40dB的范围内。LNA220对高通滤波器提供的RF信号进行放大，这样信号可以由处理器230进行适当处理。LNA的典型增益在20-30dB的范围内。处理器230可以被配置来支持多重输入，如图2所示。在这种情况下，多个过程可以通过一个处理器230来独立地监控和处理。处理器230可以包括一个模拟数字转换器(A/D)，把接收到的模拟信号转换成数字抽样。信号的抽样速率可以用不同的方法来决定。例如，如果RF能量的基本频率为13。56MHz，那么用125MHz的带宽来测量8次谐波(8次谐波的频率为122。4MHz)是合适的。在这种情况下，如果抽样中选择的A/D转换器的抽样间隔为100ms，频率箱(frequency bin)为10KHz，根据奈奎斯特准则抽样速率计算至少为250MS/s，抽样大小为25000。耦合到处理器230的是一个用户界面240，一个外置计算机和一个网络260。用户界面240可以包括多种已知的组件，目的是允许用户和处理器230互动。例如，如果处理器抽样以后要进行抽样速据的FFT(快速傅立叶变换)，结果可以在一个可触屏幕上显示，允许用户和系统通过界面连接。外置计算机250可以用于不同目的，包括工艺参数和腔体110的实时控制。网络260用来允许用户对处理器的远程登陆。例如，FFT信息可以通过外置计算机250和网络260得到。在上述天线和处理器的一个实例中，在校准状态下可以描述腔体参数，天线140收集的数据可以应用于一个关联不同腔体和等离子体参数的模型中。例如，一些参数可以包括电子浓度，组件清洁度，电子温度，终点检测等。这种模型的采用可以允许使用天线，而不用考虑绝对校正天线，这可以简化传感器设计参数。图3是根据本专利技术一个实施例的一个天线的简化框图。腔体110，等离子体130，天线140和处理器150可以和图1，2公开的一样。天线140置于通过连接壁310连接到腔体110上的外壳340中。设计连接壁310用来传送从等离子体辐射的RF能量，可以是石英，氧化铝或者任何其他合适的材料。可选择地，可以在连接壁310开一个孔使RF能量从那儿通过。吸收体320和330可以用来吸收多余来源产生的RF能量以及减少外壳340谐振引起的畸变，即，如果没有吸收体320和330，天线可能会接收到多余的谐振，使应该接收到的信号发生畸变。总的来说，吸收体可以包括能够吸收离散和宽带频率能量的材料。尽管示出的吸收体320和330在外壳340的后部，他们也可以置于围绕外壳340的五个面上(如果认为外壳是长方体的盒子)。当吸收体位于盒子的其他五个面上时，这种排列允许RF能量从等离子体130通过连接壁在外壳内部进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制等离子体工艺的方法，包括：提供一个靠近等离子体工艺设备的天线；检测从所述等离子体工艺设备辐射的ＲＦ能量；处理所述的接收到的ＲＦ能量；以及根据所述处理的ＲＦ能量调整等离子体工艺参数；其中从等离子 体工艺过程设备辐射的所述ＲＦ能量包括一个基频和至少一个谐波频率；以及其中所述等离子体工艺参数的调整根据从信号特征得到的信息进行，该信号特征是在处理所述基频和所述至少一个谐波频率的过程中得到的。

【技术特征摘要】
US 2002-7-3 60/393,1051.一种控制等离子体工艺的方法，包括提供一个靠近等离子体工艺设备的天线；检测从所述等离子体工艺设备辐射的RF能量；处理所述的接收到的RF能量；以及根据所述处理的RF能量调整等离子体工艺参数；其中从等离子体工艺过程设备辐射的所述RF能量包括一个基频和至少一个谐波频率；以及其中所述等离子体工艺参数的调整根据从信号特征得到的信息进行，该信号特征是在处理所述基频和所述至少一个谐波频率的过程中得到的。2.根据要求1的方法，其中所述处理包括功率分析，流分析和压强分析中的至少一种。3.根据要求1的方法，其中所述处理包括把所述RF能量转换成数字信号。4.根据要求3的方法，其中所述数字信号存储在一个电子存储设备中。5.根据要求1的方法，其中所述等离子体工艺参数的调整是通过一种设备控制进行的，所述设备控制耦合到用于等离子体处理的能量源以及用于等离子体处理的腔体。6.根据要求5的方法，其中所述等离子体工艺参数的调整包括功率控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德帕森斯，
申请(专利权)人：东京电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]