在等离子体处理设备中实时诊断部件状况的方法和装置制造方法及图纸

诊断等离子体反应室的可消耗部件的状况的装置和方法，该可消耗部件包括至少一个嵌入其中的导电元件。该方法包括以下步骤：将该导电元件耦合于电源以便对该导电元件施加相对于地的偏置电势；将该可消耗部件暴露于等离子体腐蚀直到在该导电元件暴露于该等离子体时该导电元件吸收来自该等离子体的电流；测量该电流；以及根据测量到的电流评价该等离子体对该可消耗部件的腐蚀程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在等离子体处理设备中实时诊断部件状况的方法和装置
技术介绍
等离子体已经被用于许多应用中，比如半导体处理步骤。传统的等离子体处理设备产生具有生硬的热力和/或化学性质，这导致对在这些处理步骤中暴露于其中的许多部 件的磨损。由于等离子体的侵蚀本性，与等离子体的重复接触可能导致一个或多个部件被 逐渐腐蚀和/或突然失效，降低该设备的性能并使得处理的结果随着时间而改变。 同样地，仔细监视这些部件的状态并在适当的时间替换这些部件是很重要的。如 果太快地替换这些部件，丢弃那些仍然可以进一步使用的部件会增加生产成本。如果在替 换之前留给它们太长时间，那么可能会对该设备的其它部件带来损害，导致额外的成本。例 如，超过安全限度的半导体处理室中的边缘环的腐蚀可能导致静电卡盘(一种昂贵的多的 部件)的破坏。理想的情况是将部件使用到最大安全限度而又不使用更长时间。 通过对被放入特定环境中的退化和故障的统计分析可以估计每个部件的有效寿 命。然而，部件比预期更早地失效或者需要被更换总是可能的。并且，在实践中，部件的使 用期限可能依赖于设备如何运行，这可能不是已知的或者被密切监视的。而且，可能必须打 开该设备以执行检查，这会中断生产并带来一定的当机时间。因此，提供能够表示设备操作 过程中部件的使用期限的结束、缺陷或故障，并不依赖任何具体的等离子体工艺的应用的 能力是我们想要的。提供实时监视每个部件的状态并在到达该部件的有效操作期限的末尾 时发出警报的能力是我们更想要的。
技术实现思路
根据一个实施方式，一种诊断等离子体反应室的可消耗部件的状况的方法，其中该可消耗部件包括至少一个嵌入其中的导电元件，包括以下步骤将该导电元件耦合于电源以便对该导电元件施加相对于地的偏置电势；将该可消耗部件暴露于等离子体腐蚀从而使得在该导电元件暴露于该等离子体时该导电元件吸收来自该等离子体的电流；测量该电流；以及根据测量到的电流评价该等离子体对该可消耗部件的腐蚀程度。 根据另一个实施方式，一种等离子体反应室的可消耗部件，其中该可消耗部件是由电介质材料形成的并包括要暴露于等离子体的表面，包括嵌入该可消耗部件中的一个或多个导电元件；耦合于该导电元件的探针电路；以及耦合于该探针电路和地的电源，以向该导电元件施加相对于地的偏置电势，其中在该导电元件暴露于该等离子体时该导电元件用于从该等离子体吸收电流而该探针电路用于测量该电流。 根据又一个实施方式，一种等离子体反应室的可消耗部件，其中该可消耗部件是 由导电材料形成的并包括要暴露于等离子体的表面，包括嵌入该可消耗部件中并通过电 介质层与该可消耗部件电气绝缘的一个或多个导电元件；耦合于该导电元件的探针电路； 以及耦合于该探针电路和地的电源，以向该导电元件施加相对于地的偏置电势，其中在该 导电元件暴露于该等离子体时该导电元件用于从该等离子体吸收电流而该探针电路用于 测量该电流。附图说明 图1显示了依照一个实施方式，具有诊断传感器的等离子体处理室的横截面示意 图。图2显示了来自图1的诊断传感器的信号作为时间的函数的示例性图表。 图3A-3B显示了依照另一个实施方式的边缘环的侧视和俯视横截面示意图。 图4A-4B显示了边缘环的各种实施方式的横截面示意图。 图5显示了要在图1的等离子体处理室中使用的类型的上电极的示例性实施方式 的横截面示意图。 图6显示了图5中的上电极沿着线V1-V1的横截面示意图。 图7A-7C显示了要在图1中的等离子体处理室中使用的类型的上电极的各种示例 性实施方式的横截面示意图。具体实施例方式现在参考图l，显示了依照一个实施方式的等离子体处理室100的横截面示意图。 注意，室100是根据一个实施方式的一种产生等离子体的示例性设备，并包括诊断传感器。 下面为了简明，下面的讨论限于用于诊断室100中的元件的传感器。然而，对本领域的普通 技术人员来说，显然，类似的传感器实施方式可以被用于其它合适的产生等离子体的设备。 如图所示，该室包括一壁117，用于形成在内部放置产生电容耦合等离子体的各种 元件的空间。该室还包括用于在操作过程中将衬底112固定在适当位置的静电卡盘106和 上电极102。上电极102和卡盘106形成耦合于射频电源(图1中未示)的一对电极并在 由RF电源加电时在衬底112的顶部表面上方产生等离子体。室100还包括陶瓷环108、置 于该陶瓷环和卡盘106之间的耦合环110以及置于衬底112的边缘周围的边缘环114。等 离子体被置于上电极102和卡盘106之间的空隙中的约束环104约束。等离子体中的一些 气体粒子穿过环104之间的间隔/空隙并由真空泵从该室中排出。 边缘环114执行一些功能，包括相对于卡盘106定位衬底112，并保护下面没有被 衬底自身保护的元件免于被等离子体损害。边缘环114还提高了跨越衬底112的等离子体 的均匀性。没有边缘环114的话，衬底112电气限定该卡盘的外边缘而衬底边缘附近区域 的等势线会尖锐地向上弯曲。同样地，没有边缘环114的话，该衬底边缘会经历与衬底中心 存在的等离子体环境不同的等离子体环境，使得边缘附近的产品成品率很差。在共同拥有 的美国专利6， 986， 765中可以找到该室的更详细的描述。 由于等离子体的侵蚀本性，边缘环114可能随着时间磨损掉。当边缘环114磨损 掉时，边缘环的损害区域附近的等离子体特性可能变化。等离子体特性的变化又会导致工 艺结果随着时间而变化，而该室到了必须替换边缘环114的时点。 为了实时监视边缘环114的运行状态和结构状况并提供对事件(比如该边缘环的 有效寿命的末尾)的指示，诊断传感器115可以耦合于边缘环114。传感器115包括捡拾 单元(pickup unit)或探针116和通过导体线119连接到探针116的探针电路118。探针 116嵌入边缘环114中以便该探针被边缘环114完全围绕。在一个示例性实施方式中，探针 116具有电线段或针的形状。探针116是由(但不限于)导电材料(比如金属)形成的，而 边缘环114是由(但不限于)电气绝缘或电介质材料形成的。 探针电路118包括电源122，用于施加在探针116和地之间施加电势。电路118还 包括电阻120和用于测量该电阻两端间的电压或流过该电阻的电流的测量装置124(比如 伏特计)。图中显示导电线119从探针116穿过室壁117到达电路118。在一个替代实施 方式中，电路118可以置于该室内部而测量装置124可以耦合于显示单元，该显示单元位于 室壁117之外并可用于向操作者显示器件124测量到的信号。 探针116被嵌入边缘环114中与诊断事件(比如边缘环114的有效寿命的末尾) 对应的深度。探针116被偏置为对地的负直流电势(优选地为10-15伏)。操作过程中， 边缘环114覆盖探针116免于等离子体损害的那部分阻止等离子体的高能阳离子到达探针116。 然而，在重复暴露于等离子体时，边缘环114的该覆盖部分会被腐蚀并将探针116暴 露于等离子体，使得该探针吸引来自等离子体的离子电流。被吸引的离子电流流过探针电 路118的电阻120并且可以通过测量该电阻两端间的电压来测量。该等离子体可以通过壁117、 上电极102或其它合适的元件耦合于地并完成被探针吸引的离子电流的通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种诊断等离子体反应室的可消耗部件的状况的方法，该可消耗部件包括至少一个嵌入其中的导电元件，该方法包含：将该导电元件耦合于电源以便对该导电元件施加相对于地的偏置电势；将该可消耗部件暴露于等离子体腐蚀直到在该导电元件暴露于该等离子体时该导电元件吸收来自该等离子体的电流；测量该电流；以及根据测量到的电流评价该等离子体对该可消耗部件的腐蚀程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰帕特里克，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]