等离子体无约束传感器及其方法技术

提供一种在等离子体反应器内用于检测等离子体无约束事件的装置。该装置包括传感器，其是在该等离子体反应器内实现的电容式传感器。该传感器是在等离子体约束区域外实现的并被配置为当该传感器暴露于与该等离子体无约束事件有关的等离子体时产生瞬态电流。该传感器具有至少一个电绝缘外层，该电绝缘外层定向为朝向与该等离子体无约束事件有关的该等离子体。该装置还包括检测电路，其电气连接于该传感器以将该瞬态电流转换为瞬态电压信号并处理该瞬态电压信号以确定该等离子体无约束事件是否存在。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
长久以来，等离子体处理系统已被用于处理衬底(比如半导体晶圆)以制造集成 电路。等离子体可以是用许多方法产生的，比如电子回旋共振等离子体(ECR)、电感耦合等 离子体(ICP)或电容耦合等离子体(CCP)。在许多领域中，将等离子体约束于处理室的特定 区域中，比如正被处理的衬底的正上方的区域中，会带来某些好处。 为了便于讨论，图1显示了低压等离子体反应器100的一个实例，其中在处理过程 中等离子体是约束的。考虑这种情况，例如，其中衬底124被放在电极110上，电极110安 装于底座120，底座120连接到室102。电极110通过底座120的内部连接于远程电力供 应114，比如射频(RF)电力发生器。当室102内的压强(可以用泵(未示)使其降低)达 到理想水平时，处理气体150(其可以是多种化工品的混合物)可以通过进口 104被引入 室102。为了处理衬底124，电极110可以电容方式将电力从电力供应114耦合到处理气体 150以形成等离子体106。通常，等离子体106通过一组约束环108被容纳在室102的期望 区域内。在衬底处理过程中，来自等离子体106的气体(其可能包括来自处理气体150的 化学成分、由等离子体106内的反应形成的化学成分和来自衬底124的处理的化工品副产 物的混合物)在通过出口 126从室102除去之前可流动穿过约束环108和非等离子体室内 容积128。这个路线被描绘为路径136，并通常使得室102的内部暴露于高活性的气体，甚 至在等离子体106被容纳时。然而，在衬底124的处理过程中，等离子体106有可能意外地或不受控制地从室 102内的期望区域中迁出。换句话说，无约束等离子体138可能在室102中约束环108以 外的区域中形成。无约束等离子体138的形成是不好的，因为无约束等离子体138有可能 改变处理等离子体106的品质，以可能导致下述至少一项发生的方式显著降低衬底124上 的性能，损坏室102和损坏底座120。例如，衬底124可能由于蚀刻或沉积速率的变化而被 损坏或者因为被无约束等离子体138产生的微粒缺陷或元素污染物污染而被损坏。处理室 102和/或底座120可能由于暴露于无约束等离子体138而被室内材料物理损坏，例如，通 过腐蚀或侵蚀。另外，处理室102的各组件可能经受电气损坏，因为无约束等离子体138可 能改变等离子体电力通过该室回到地的路径。在一个实例中，来自电力供应114的等离子 体电力会通过不被设计来传送等离子体电力的那些室内元件回到地。从上面可以看出，等离子体无约束事件可由许多不同因素引起。例如，如果等离子 体变得不稳定的话，等离子体会变得无约束。在另一个实例中，如果在该处理室内发生电弧 时，等离子体无约束事件可能发生。在又一个实例中，如果各处理参数，比如等离子体电力、 等离子体成分、气体供应流、工作压强等波动时，等离子体会变得无约束。而且，等离子体无约束事件的发生可能是零星的并且通常是不可预知的。不可预 知的一个理由是无约束等离子体可能有不同形式。另外，由于无约束等离子体所展现的多 变而不可预知的形式，等离子体无约束事件对衬底处理的具体影响通常不能预期。例如，无 约束等离子体可能有低密度或高密度。在另一个实例中，该无约束等离子体占据的空间可 以大或小。在又一个实例中，无约束等离子体可能是稳定的等离子体或者可以是波动的、零星的等离子体。在处理过程中，无约束等离子体在该反应器内的位置会变化。已经使用各种方法来检测等离子体无约束事件。一种方法包括利用静电探针，该 静电探针通常有多个电极，比如Vl电极或Langmuir电极，以检测等离子体无约束事件。在 一个实例中，Langmuir型探针(其可以是无保护电极(通常由金属制成))可以暴露于该室 内环境。因为该Langmuir型探针通常是电气偏置的从而当该探针暴露于等离子体时，直流 电流(DC)会从该等离子体流到该电极。例如，Langmuir型探针122被定位在期望等离子体 约束区域之外的等离子体环境内。通过使用电流检波器148，由电力供应118的Langmuir 型探针122上的直流电流的变化可以被检测到。而且，可以使用DC电力供应(未示)来偏 置该探针。然而，Langmuir型探针的操作要求(即，该电极是无保护的而且与存在的等离子 体DC电接触)限制了 Langmuir型探针在检测等离子体无约束事件中的使用。而且，由于 等离子体无约束事件的不可预知性，Langmuir型探针必须在衬底被处理的时候持续工作 才能有效。然而，连续使用可能使得Langmuir型探针的无保护电极曝光于化学物质的混 合物中，该化学物质的混合物通常在等离子体处理过程中存在于反应器室中。化学物质的 混合物(其包括为了处理衬底而提供的化工品、在处理等离子体内产生的新的化学物质以 及在衬底处理过程中形成的化学副产物)通常包括腐蚀性成分和沉积成分两者，它们会对 Langmuir型探针正常运作的能力带来负面影响。在一个实施例中，腐蚀性元件(例如氯、氟 和溴等等)会导致电极被侵蚀，从而使得Langmuir型探针无法正常运作，比如不能及时和 /或准确地检测等离子体无约束事件。另外，被侵蚀的电极可能成为微粒缺陷和/或金属 杂质的来源，其可能间接损坏正被处理的衬底。在另一个实例中，该混合物的沉积成分(例 如，无机SiOx基副产物和有机CFx基聚合剂)会导致电绝缘膜在该探针的电极上形成；因 此，该膜会妨碍所需的等离子体_电极的DC接触，从而阻止探针准确和/或及时地感测等 离子体的存在。从上面可以看出，Langmuir型探针在检测等离子体无约束事件中不是完美 的。已经的另一种方法是鉴别处理过程中衬底的偏置电压的变化以检测等离子体无 约束事件。参考图1，当由电力供应114提供的电力与反应器100内的等离子体106相互作 用时，会在衬底124上产生偏置电压。通常传感器140可被安装(例如在电极110中)以 允许在处理过程中直接测量衬底124上的偏置电压，并使用偏置电压检测器144来将该偏 置电压与一阈值进行比较。因此，当等离子体106的特征由于无约束等离子体138而改变 时，可以使用传感器140来测量该偏置电压并可以使用偏置电压检测器144来检测该偏置 电压的变化。附加地或替代地，偏置电压的变化可以通过测量与衬底偏置电压有关的参数的变 化而间接测量。例如，当衬底偏置电压由于无约束等离子体138而变化时，由电力供应114 供应到电极110以维持等离子体106的电力也会变化。因此，用RF电力检测器142监视供 应到等离子体106的电力可以进行等离子体无约束事件的检测。然而，通过监视偏置以检测等离子体无约束事件受到检测由等离子体无约束事件 引起的偏置电压的变化的困难的限制。当利用更高频率的发生器(比如60MHz)产生等离 子体时，检测偏置电压的变化是特别困难的。由更高频率的发生器产生的偏置电压很小并 且因为等离子体无约束事件通常在更低的电力水平上，将等离子体无约束事件与DC偏置信号的变化区分开来会是很困难或不可能检测到的。因此，这种技术的使用由于无法可靠 地检测等离子体无约束事件而受到限制。在又一种现有技术方式中，可以使用光学传感器来检测等离子体无约束事件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在等离子体反应器内用于检测等离子体无约束事件的装置，包含：传感器，所述传感器是在所述等离子体反应器内实现的电容式传感器，所述传感器是在等离子体约束区域外实现的，其中所述传感器被配置为当所述传感器暴露于与所述等离子体无约束事件有关的等离子体时产生瞬态电流，其中所述传感器具有至少一个电绝缘外层，所述电绝缘外层定向为朝向与所述等离子体无约束事件有关的所述等离子体；以及检测电路，所述检测电路电气连接于所述传感器以将所述瞬态电流转换为瞬态电压信号并处理所述瞬态电压信号以确定所述等离子体无约束事件是否存在。

【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：杰保罗布斯，阿列克谢马拉赫塔诺夫，拉金德尔德辛德萨，吕克阿尔巴雷德，赛义德贾法帕纳西雅法良特哈妮，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]