用于检测等离子处理室内的原位电弧放电事件的被动电容耦合静电(CCE)探针装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于在基板处理过程中检测等离子处理系统的处理室内原位电弧放电事件的装置。该装置包括探针装置，其置于该处理室表面并且被配置为测量至少一个等离子体工艺参数。该探针装置包括面向等离子传感器以及测量电容器，其中该面向等离子传感器被耦合至该测量电容器的第一板(plate)。该探针装置还包括被耦合至该测量电容器的第二板的检测装置，其中该检测装置被配置为将流经该测量电容器的感应电流转换为一组数字信号，其经过处理被用于检测该原位电弧放电事件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测等离子处理室内的原位电弧放电事件的被动电容輔合静电(CCE)探针装置
技术介绍
在等离子处理室内的基板处理过程中， 令人满意的结果通常要求对工艺参数的严格控制。这对于被用于制造现代高密度集成电路的例如沉积、蚀刻、清洁等工艺来说尤其是正确的。当这些工艺参数(例如偏压、射频功率、离子流、等离子体密度、压力等等)超出狭窄的、预定窗口(window)时，称作已经发生了工艺偏移。这些工艺偏移代表往往导致不合要求的工艺结果(例如不好的蚀刻轮廓、低选择性等等)的不良事件。因此，工艺偏移的检测、表征及避免，对于集成电路制造领域的工艺工程师来说是重要任务。工艺偏移的检测通常经由各种工艺参数的监控来实现。一些工艺参数(例如偏压、反射功率等等)可被直接测量，而其他可从测得的参数推断出来。原位电弧放电是一类工艺偏移，其具有降低产率、损坏基板和/或损坏室元件的潜力。电弧放电会发生在例如，基板上的特征之间、基板与其周围元件例如接地的室元件之间、以及在室元件之间。对于电弧放电，存在很多原因。无论哪种原因，电弧放电代表失控的事件，其几乎经常是不受欢迎的和/或具有产生不受欢迎的损坏和/或不合要求的工艺结果的潜力。因此，为了提高工艺结果和工艺产率，同样为了避免对基板和/或室元件的损坏，原位电弧放电的检测对于诊断和配方调整的目的来说是重要的。
技术实现思路
在一个实施方式中，本专利技术涉及用于在基板处理过程中检测等离子处理系统的处理室内的原位电弧放电事件的装置。该装置包括探针装置，其置于该处理室表面并且被配置为测量至少一个等离子体工艺参数。该探针装置包括面向等离子传感器和测量电容器，其中该面向等离子传感器被耦合至该测量电容器的第一板。该探针装置还包括被耦合至该测量电容器的第二板的检测装置，其中该检测装置被配置为将流经该测量电容器的感应电流转换为一组数字信号，用于经过处理检测该原位电弧放电事件。上述概述仅仅涉及此处描述的专利技术的很多实施方式中的一个，并且并非意图限制此处由权利要求所给出的专利技术范围。本专利技术的这些以及其他特征将在下文本专利技术的具体实施方式部分并结合所附附图进行详细描述。附图说明本专利技术以示例方式，而非限定方式，描述于所附附图，其中相似标号代表相似元件，其中图I显示，根据本专利技术的一个实施方式，应用被动CCE探针结构的原位电弧放电事件检测装置。图2显示，根据本专利技术的一个实施方式，应用被动CCE探针结构的原位电弧放电事件检测装置，其中应用了电压测量设备。图3显示，根据本专利技术的一个实施方式，标志小的原位电弧放电事件的高频扰动的图表。图4显示，根据本专利技术的一个实施 方式，标志大的原位电弧放电事件的高频扰动的另一个图表。讨论部分的图A，显示射频(RF)源电容耦合至反应室用以产生等离子的等离子体系统的一部分的简单示意图。讨论部分的图BI，显示RF充电之后电压随时间变化图。讨论部分的图B2，显示RF充电之后收集的电流数据图。讨论部分的图C，显示对于RF脉冲之间的单个时间间隔的简单的电流随电压变化图。讨论部分的图D，显示在本专利技术一个实施方式中描述基板处理过程中用于自动表征等离子的总体步骤的简单流程图。讨论部分的图E，显示在本专利技术一个实施方式中用于确定相关范围和该种子值(seed value)的简单算法。讨论部分的图Fl，显示RF脉冲之后电流随时间变化的示例。讨论部分的图F2，显示RF脉冲之后电压随时间变化的示例。讨论部分的图F3,显示拐点的示例。讨论部分的图F4，显示应用于电流随电压变化图的曲线拟合的示例。具体实施例方式参考描述于所附附图中的几个实施方式，现在将对本专利技术进行详细描述。在下文描述中，提供了大量的具体细节，用以对本专利技术提供彻底的理解。然而，本领域普通技术人员应当理解，在没有某些或所有这些具体细节的情况下，本专利技术也可实施。在其他情况下，为了不至于不必要地模糊本专利技术，没有详细描述已知的工艺步骤和/或结构。本专利技术的实施方式涉及电容耦合静电(CCE)探针装置或其子集的使用，以检测原位电弧放电事件。在
技术介绍
方面，CCE探针已经长期被用来测量等离子体工艺参数，例如离子流、电子温度、悬浮电位、薄膜厚度等等。CCE探针在本领域是已知的，并且细节可从公开的文献获得，包括例如题为“用于在等离子体中测量离子流的方法和设备”(1999年8月10日)的美国专利No. 5，936，413，其结合于此作为参考。CCE探针有很多优点，包括例如改进的检测敏感性、由于传感器的小尺寸对等离子的最小扰动、易于安装在室壁上、传感器头上对聚合物沉积的不敏感性等等。而且，该传感器的面向等离子体的表面通常能由与环绕室壁的相同材料构成，由此进一步使对等离子体的扰动最小。这些优点使得CCE探针用于检测工艺参数非常理想。一般来说，CCE探针装置包括连接至测量电容器的一个板的面向等离子传感器。该测量电容器的另一个板被耦合至RF电压源。该RF电压源周期性地供应RF震荡列，并且实施跨越该测量电容器的测量，以确定紧接各个RF震荡列结束后电容器电流放电的速率。有关于CCE探针装置和CCE探针操作的细节在前述美国专利No. 5，936，413中有讨论，此处不再做进一步的讨论。然而，至今为止，CCE探针已经被用于测量例如离子流、电子温度、悬浮电位测量等等的参数。而且，传统上CCE探针通过用RF电压源对测量电容器充电并且测量介于RF震荡列之间的电容器衰变电流来实现测量。至今为止，还没有尝试采用CCE探针装置或其子集来测量原位电弧放电事件。根据本专利技术的一个或多 个实施方式，推荐一种创新的被动CCE探针装置以使得检测原位电弧放电事件成为可能。尽管根据本专利技术的实施方式，该CCE探针装置是被动的，此处将提供示例和讨论以使得原位电弧放电事件能够检测，即使该CCE装置被外部RF电压源主动激励(正如现有技术中测量介于震荡列之间的跨越该测量电容器的该衰变电流所采用的)。这样，在一个或多个实施方式中，该测量是被动完成的，其中不要求像传统CCE探针装置那样使用外部RF电压源为该测量电容器充电。此处专利技术人认识到，当该探针表面位于悬浮电位时，介于探针和等离子体之间的净电流是零。换句话说，尽管存在从等离子体向探针的电子和正离子的流量，探测头和等离子体之间交换的净电荷是零，导致零净电流。然而，如果探测头与等离子体之间的电位差改变，该电流平衡瞬间扰乱，导致流经该测量电容器的瞬间非零感应电流。如果例如改变该等离子体的电位，该探测头与该等离子体之间的电位差会改变。原位电弧放电事件就是有能力改变该等离子体电位的这样一种事件。通过检测流经该测量电容器的该瞬间非零感应电流，可检测原位电弧放电事件。此处专利技术人还意识到，在原位电弧放电事件的检测中，消除对传统CCE探针结构的RF激励源的需要是可能的。相反，监控可通过监控流经测量电容器的感应电流来被动实现，该感应电流是由该原位电弧放电事件生成的。这样，该被动CCE探针的结构会不同并且会比现有技术中CCE探针结构更简单。而且，就模式检测和定时而言，该检测算法和策略也会不同。概括来说，该检测算法在流经该测量电容器的该电流中查找高频扰动(也就是快速变化)。这些高频扰动往往在，例如kHz至MHz范围内。与此相反，该测量电容器电流在较慢速的时间尺度内，例如O. I至几十毫秒，缓慢衰变。可附加地或可替代地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2008.07.07 US 61/078,7311.用于在基板处理过程中检测等离子处理系统的处理室内的原位电弧放电事件的装置，包括 探针装置，其中所述探针装置置于所述处理室表面并且被配置为测量至少一个等离子体工艺参数，其中所述探针装置包括 面向等离子传感器，和 测量电容器，其中所述面向等离子传感器被耦合至所述测量电容器的第一板；以及 检测装置，所述检测装置被耦合至所述测量电容器的第二板，其中所述检测装置被配置为将流经所述测量电容器的感应电流转换为一组数字信号，该组数字信号经过处理被用于检测所述原位电弧放电事件。2.权利要求I的装置，其中所述面向等离子传感器置于上电极内。3.权利要求I的装置，其中所述面向等离子传感器置于所述处理室的室壁上。4.权利要求I的装置，其中所述面向等离子传感器由传导材料制成。5.权利要求I的装置，其中所述面向等离子传感器是电容耦合静电(CCE)探测头。6.权利要求I的装置，其中所述检测装置包括 电流电压转换器，其中所述电流电压转换器被配置为至少将流经所述探针装置的所述感应电流转换为一组模拟电压信号， 模拟数字转换器，被配置为至少将该组模拟电压信号转换为该组数字信号，以及 信号处理器，其中所述信号处理器被配置为至少处理该组数字信号用于检测高频扰动，所述高频扰动标志所述原位电弧放电事件。7.权利要求6的装置，其中所述高频扰动在正方向和负方向均有振幅偏移。8.权利要求I的装置，进一步包括工具控制电路，其中所述工具控制电路被配置为当检测到所述原位电弧放电事件时，接收来自所述检测装置的信息，所述工具控制电路被配置为应用纠正措施来修复所述原位电弧放电事件。9.权利要求I的装置，进一步包括耦合至所述测量电容器的所述第一板的电压测量设备，其中所述电压测量设备被配置为至少收集电压测量数据以及测量所述面向等离子传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰保罗·布斯，道格拉斯·L·凯尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：