專利名稱：用于等離子體電弧檢測(cè)、隔離和預(yù)防的系統(tǒng)和方法
用于等離子體電弧檢測(cè)、隔離和預(yù)防的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，等離子體被廣泛地應(yīng)用于硅晶片的處理。等離子體室通常被用于襯底上的/來自襯底的材料的淀積和/或蝕刻。鑒于等離子體的動(dòng)態(tài)(dynamic state), 就會(huì)一直有檢測(cè)和控制在兩個(gè)不同電勢(shì)節(jié)點(diǎn)間的電子瞬時(shí)放電(被稱為電弧)的需要。由于各種原因，電弧作用(arcing)是等離子體處理系統(tǒng)中的常見問題。首先，因?yàn)樗鼱可婵焖俜烹?，所以電弧作用?jīng)常是破壞性的并可以損壞和/或磨損等離子體室內(nèi)的部件。另外， 電弧作用的存在可以影響各種諸如淀積和/或蝕刻速率的處理參數(shù)，從而會(huì)導(dǎo)致已處理晶片的不均勻性。進(jìn)一步地，電弧作用可以導(dǎo)致晶片表面的缺陷，這最終減少了制備在晶片上的工作半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。因此，人們期待找到晶片處理期間檢測(cè)、隔離并預(yù)防等離子體室中發(fā)生電弧的有效方法。電弧作用可以被視為等離子體室內(nèi)的不穩(wěn)定形式。因?yàn)榈入x子體不穩(wěn)定可以導(dǎo)致處理控制困難(處理控制困難轉(zhuǎn)而可以降低處理可重復(fù)性)是已知的，所以一般而言已經(jīng)開發(fā)了最小化等離子體不穩(wěn)定性的方法。圖1是傳統(tǒng)等離子體處理系統(tǒng)100的方塊圖，其使用了反饋控制(feedback control)來最小化等離子體不穩(wěn)定性。系統(tǒng)100包括等離子體室150、功率發(fā)生器110、功率調(diào)制器120和信號(hào)檢測(cè)器130。運(yùn)行中，功率發(fā)生器110將功率經(jīng)由例如天線或電容耦合裝置(例如RF功率)指向等離子體室。所供應(yīng)的功率能使等離子體形成。信號(hào)檢測(cè)器130采集來自與等離子體參數(shù)有關(guān)的等離子體的信號(hào)，且可以與該等離子體參數(shù)(例如電子密度、電子溫度、離子密度、正離子溫度)具有特定關(guān)系或關(guān)聯(lián)。響應(yīng)于檢測(cè)到的信號(hào)，功率調(diào)制器120可操作地用于調(diào)制由功率發(fā)生器110產(chǎn)生的功率，以降低等離子體參數(shù)的不穩(wěn)定性。以這種方式，通過對(duì)供應(yīng)到等離子體室150的功率的反饋控制，最小化了等離子體的不穩(wěn)定性。然而，這種基本系統(tǒng)只能控制供應(yīng)到等離子體室的功率；它不能直接控制可能發(fā)生在等離子體室內(nèi)部的不穩(wěn)定性。另外，系統(tǒng)100主要適合于最小化一般的與引起電弧可能有關(guān)或可能無關(guān)的等離子體不穩(wěn)定性。因此人們更期待使用為在等離子體處理室中診斷電弧作用而專門設(shè)計(jì)的方法和系統(tǒng)。圖2示出了說明在等離子體處理室中減少電弧作用的慣用方法200的流程圖。方法200可以開始于將電壓探針耦合于處理室的氣體分配面板(20 以及隨后的面板電壓的測(cè)量004)。高速電壓測(cè)量裝置可以被耦合于電壓探針以產(chǎn)生隨著時(shí)間的面板電壓測(cè)量圖 (206)。該圖可以包括表明處理室中電弧作用的特征(例如電壓尖峰)，并且這些特征可以被用于診斷和改正電弧作用的潛在原因。方法200中，對(duì)等離子體淀積過程做了三個(gè)調(diào)整以降低(或消除)等離子體淀積期間的電弧作用。這些調(diào)整可以包括改變RF功率級(jí)008)，諸如降低供應(yīng)到處理室的總體 RF功率。當(dāng)將RF功率的多個(gè)頻率供應(yīng)到處理室時(shí)，功率調(diào)整可以對(duì)一個(gè)或更多RF頻率進(jìn)行(例如在雙頻RF源中調(diào)整LF RF功率級(jí)或HF RF功率級(jí))。功率級(jí)調(diào)整也可以包括在淀積結(jié)束之前減少或停止RF功率以避免由處理室中的電壓增強(qiáng)(voltage buildup)引起的電弧作用。也可以調(diào)整RF功率供應(yīng)到處理室的上升速率(210) (ramp rate)。在慣用的PECVD 淀積處理中，HF RF功率通常盡可能快地上升到峰值功率級(jí)(例如5000瓦特/秒或者更快)。對(duì)該上升速率的調(diào)整可以包括降低HF RF功率和/或LF RF功率的上升速率，并且也可以包括逐步地上升功率而代替從零瓦特到峰值功率級(jí)的一個(gè)連續(xù)增加。進(jìn)一步地可以調(diào)整一個(gè)或更多用于形成等離子體的前驅(qū)氣體(21 (precursor gases)的流率。例如，在摻氟硅酸鹽玻璃(FSG)薄膜的等離子體淀積中，為避免電弧作用可以降低硅或氟前驅(qū)氣體的流率。調(diào)整可以包括將一種或更多種前驅(qū)氣體引入處理室的定時(shí)的改變。例如，氟前驅(qū)氣體的引入可以在啟動(dòng)RF功率之前開始以降低處理室中等離子體初始形成期間的電弧作用。取決于淀積處理的特性，可以實(shí)施調(diào)整208、210和212中的一個(gè)或更多個(gè)的任何組合以減低或消除電弧作用。雖然方法200考慮到了在大部分等離子體中看到的擾動(dòng)(通過觀察面板電壓圖中的尖峰，在步驟206)的檢測(cè)，但它沒有提供電弧的前饋緩解(feed forward mitigation) 的方法(電弧只能在它們一旦已經(jīng)發(fā)生時(shí)被檢測(cè)到；任何所做的調(diào)整是為了預(yù)防未來的電弧)。此外，方法200沒有提供關(guān)于電弧的任何具體信息(位置、持續(xù)時(shí)間、密度等)。其他慣用的電弧檢測(cè)系統(tǒng)包括監(jiān)控供應(yīng)到等離子體室的功率和將室電壓和/或電流與給定的閾值比較。對(duì)于給定的等離子體處理系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)處理的功率源試圖調(diào)節(jié)傳送到室的功率。室元件的阻抗(包括陽極、陰極和室環(huán)境)與等離子體產(chǎn)生供應(yīng)電路的阻抗串聯(lián)。維持等離子體恒定功率的電壓與電流間的關(guān)系取決于室元件的阻抗。當(dāng)?shù)入x子體室中產(chǎn)生電弧時(shí)，室阻抗的大小迅速地下降，從而改變了等離子體產(chǎn)生供應(yīng)電路的阻抗。功率源和配電線路包括限制了電路中可以改變電流的比率的重要串聯(lián)電感。由于該感應(yīng)部件， 室阻抗的迅速下降因此導(dǎo)致了室電壓大小的迅速減少。因?yàn)楫?dāng)電弧作用事件發(fā)生時(shí)室電壓下降迅速，所以降到預(yù)定或適配電壓閾值級(jí)以下的意外電壓可以被用于確定電弧作用情況的發(fā)生。這是圖3所示慣用系統(tǒng)背后的原理，將在下面討論。圖3說明了其他慣用等離子體處理系統(tǒng)300，其使用了電弧檢測(cè)線路。雖然系統(tǒng) 300是用于濺射和淀積的物理氣相淀積(PVD)系統(tǒng)，但可以將該電弧檢測(cè)線路實(shí)施關(guān)聯(lián)于諸如等離子體刻蝕系統(tǒng)的其他等離子體系統(tǒng)。系統(tǒng)300包括含有諸如在較低壓力下氬氣的氣體315的淀積室310。金屬靶子320 被放置在真空室310中，且作為陰極經(jīng)由獨(dú)立的功率源接口模塊(PSIM) 340電耦合到功率源330。使用同軸的互聯(lián)電纜335將功率源330和室310耦合。襯底(晶片)325作為陽極通過地連接被耦合到功率源330。真空室310往往也被耦合到地。轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵(rotating magnet)327被包括以操縱等離子體以維持均勻的靶子磨損。PSIM 340包括緩沖電壓衰減器344，該緩沖電壓衰減器344適合于感測(cè)室電壓并響應(yīng)于該室電壓將模擬信號(hào)經(jīng)由電壓信號(hào)路徑342提供到電弧檢測(cè)單元(ADU)350。PSIM 340還包括以霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)的電流傳感器(Hall effect-based current sensor) ；346，以霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)的電流傳感器；346 適合于感測(cè)流向室310的電流并響應(yīng)于該室電流將模擬信號(hào)經(jīng)由電流信號(hào)路徑348提供到 ADU輸入。ADU 350通信地耦合于邏輯線路360，例如經(jīng)由邏輯數(shù)據(jù)接口 370通信地耦合于可編程邏輯控制器(PLC)。邏輯線路360可以被耦合到例如高級(jí)過程控制網(wǎng)絡(luò)(high levelprocess control network)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 380。運(yùn)行中，通過功率源330導(dǎo)致真空室310中的氣體電離將電場(chǎng)產(chǎn)生在靶子320 (陰極)與襯底325(陽極)之間。電離的氣體原子(例如等離子體)由電場(chǎng)加速并以高速撞擊靶子，致使靶子材料分子從靶子上物理分離或“濺射”。射出的分子幾乎暢通無阻地移動(dòng)通過低壓氣體，且等離子體擊打襯底并在襯底325上形成靶子材料的鍍膜。經(jīng)由電壓信號(hào)路徑342，ADU 350監(jiān)控室310的電壓并且每當(dāng)電壓大小下降到預(yù)設(shè)的電弧閾值電壓值之下時(shí)就檢測(cè)電弧作用情況。另外，經(jīng)由電流信號(hào)路徑48，流向室310的電流被監(jiān)控并用于檢測(cè)電弧作用事件，每當(dāng)電流大小超過預(yù)設(shè)的電流閾值時(shí)電弧事件就被確定。閾值由邏輯線路380建立。ADU 350也可以可操作地用于響應(yīng)于至少一個(gè)閾值計(jì)算電弧作用情況(事件)。檢測(cè)到的電弧作用貢獻(xiàn)(donation)發(fā)生率可以從中確定。為了測(cè)量電弧持續(xù)時(shí)間，ADU 350也可以包含計(jì)時(shí)器和數(shù)字計(jì)數(shù)器。以這種方式，可以容易地評(píng)估室310中電弧作用的數(shù)量和程度(發(fā)生、持續(xù)時(shí)間、密度等)，因此考慮到了對(duì)已處理晶片可能損壞的精確估算。盡管能夠嚴(yán)密地監(jiān)控電弧作用，系統(tǒng)300不能提供電弧位置內(nèi)的可見性，并且只能緩解電弧已經(jīng)發(fā)生以后的作用。因?yàn)殡娀∽饔媒?jīng)常給已處理的晶片引入缺陷/不均勻性，所以人們期待具有能夠預(yù)防電弧發(fā)生的等離子體處理系統(tǒng)。所需要的等離子體處理系統(tǒng)能夠檢測(cè)、隔離和/或預(yù)防等離子體室內(nèi)部的電弧作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種與等離子體處理系統(tǒng)一起使用的系統(tǒng)和操作等離子體處理系統(tǒng)的方法以檢測(cè)、隔離和/或預(yù)防等離子體室內(nèi)部的電弧作用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，裝置可以與RF發(fā)生源、第一電極、第二電極和元件聯(lián)用。 RF發(fā)生源可操作地用于將RF信號(hào)提供到所述第一電極且因此在所述第一電極和所述第二電極之間創(chuàng)建了電勢(shì)。所述裝置包括連接部分和電流吸收器(current sink)。所述連接部分可操作地用于電連接于所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的一個(gè)。所述電流吸收器與所述連接部分和到地的路徑電連接。所述電流吸收器包括電壓閾值。當(dāng)所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的被電連接的所述一個(gè)的電壓大于所述電壓閾值時(shí)，所述電流吸收器可操作地用于將電流從所述連接部分引導(dǎo)到地。本發(fā)明另外的目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎性特征的一部分被說明在以下描述中，且本領(lǐng)域技術(shù)人員通過對(duì)以下內(nèi)容的檢驗(yàn)或者可以通過實(shí)施本發(fā)明而獲悉，本發(fā)明的一部分將顯而易見。通過所附權(quán)利要求特別指出的手段和結(jié)合的方式可以實(shí)現(xiàn)并達(dá)到本發(fā)明的目的和優(yōu)
點(diǎn)ο


被合并入并形成說明書一個(gè)部分的

了本發(fā)明的范例實(shí)施方式，且附圖與該說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖中圖1是慣用等離子體處理系統(tǒng)100的方塊圖，其使用了反饋控制以最小化等離子體不穩(wěn)定性；
圖2示出了說明減少等離子體處理室中電弧作用的慣用方法200的流程圖；圖3說明了使用電弧檢測(cè)線路的另一種慣用等離子體處理系統(tǒng)300 ；根據(jù)本發(fā)明的方面，圖4說明了帶有電弧預(yù)防裝置的電容耦合RF等離子體處理系統(tǒng) 400 ；圖5示出了來自系統(tǒng)400的ESC 404的爆炸圖，系統(tǒng)400帶有被實(shí)施為電流吸收器408的二極管502 ；圖6示出了來自系統(tǒng)400的ESC 404的爆炸圖，系統(tǒng)400帶有被實(shí)施為電流吸收器408的二極管網(wǎng)絡(luò)602 ；根據(jù)本發(fā)明的方面，圖7是在系統(tǒng)400內(nèi)實(shí)施電弧預(yù)防的范例算法700的流程圖。圖8說明了可以被用作二極管502或在二極管網(wǎng)絡(luò)602中使用的二極管800的示意圖；圖9說明了正向偏置的二極管900的示意圖；根據(jù)本發(fā)明的方面，圖10說明了電容耦合RF等離子體處理系統(tǒng)1000，該系統(tǒng) 1000帶有由控制器監(jiān)控的電弧隔離裝置；根據(jù)本發(fā)明的方面，圖11是帶有電弧隔離裝置、可變電壓源和電流傳感器的電容耦合RF室系統(tǒng)1100的示意圖；和根據(jù)本發(fā)明的方面，圖12是在系統(tǒng)1200內(nèi)實(shí)施電弧檢測(cè)的范例算法1200的流程圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的方面，將等離子體處理系統(tǒng)配置有檢測(cè)、隔離并預(yù)防等離子體室內(nèi)部電弧存在的方法(特別是在動(dòng)力電極(powered electrode)與地之間的電弧)。該方法依賴于放置在動(dòng)力電極與地之間包括電子元件的電路，諸如三極管或二極管的所述電子元件的電阻隨施加電壓變化而變化。所述電路能夠監(jiān)控并控制電流從動(dòng)力電極到地的流動(dòng)， 因此允許電弧的檢測(cè)和隔離，并轉(zhuǎn)而預(yù)防了等離子體室內(nèi)電弧的發(fā)生。參照?qǐng)D4-12，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的方面的具體范例實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的方面，圖4說明了帶有電弧預(yù)防裝置的電容耦合RF等離子體處理系統(tǒng)400。系統(tǒng)400包括上電極402、靜電卡盤(ESC) 404、RF源406和電流吸收器408。ESC 404電連接于RF源406，上電極402接地。電流吸收器408電連接于ESC 404。運(yùn)行中，由RF源406供應(yīng)的RF電勢(shì)允許在ESC 404與上電極402之間形成等離子體410。由于施加了 RF電勢(shì)，ESC 404上就形成了電荷。因?yàn)镋SC 404在幾何形狀上的不均勻性，所以沿著ESC 404表面的RF電壓具有不均勻性。該不均勻性將導(dǎo)致ESC404上形成能潛在導(dǎo)致電弧發(fā)生在室內(nèi)(在ESC 404與上電極402之間)的某些電荷區(qū)域。因此，為了預(yù)防電弧的發(fā)生，電流吸收器408可操作地用于將多余的電荷從ESC 404排到地。當(dāng)電流吸收器408的電壓(與ESC 404的電壓相同)與標(biāo)準(zhǔn)等離子體室運(yùn)行條件一致時(shí)，電流吸收器408被設(shè)計(jì)為充當(dāng)開路(opened circuit)。當(dāng)ESC 404的電壓超過預(yù)定閾值時(shí)，電流吸收器408被設(shè)計(jì)為變得導(dǎo)通并因此充當(dāng)將電荷從ESC 404排出的電流吸收器。以這種方式，電流吸收器408類似于“保險(xiǎn)絲”那樣起作用，這樣電流吸收器408 只在“不正常的”電壓發(fā)生時(shí)被啟動(dòng)，表明電弧可能會(huì)發(fā)生。
參照?qǐng)D5，根據(jù)本發(fā)明的方面，現(xiàn)在將描述電流吸收器408的范例實(shí)施方式。圖5示出了來自系統(tǒng)400的ESC 404的爆炸圖，系統(tǒng)400帶有被實(shí)施為電流吸收器408的二極管502。二極管502被特別設(shè)計(jì)以便所有電壓與標(biāo)準(zhǔn)等離子體室運(yùn)行一致，二極管502與開路相似，只攜帶了可以忽略的電流量。對(duì)于所有其他電壓，二極管充當(dāng)導(dǎo)體并因此將電荷從ESC 404排到地。二極管502以這種方式工作來預(yù)防電弧的發(fā)生。參照?qǐng)D6，根據(jù)本發(fā)明的方面，現(xiàn)在將描述電流吸收器408的另一范例實(shí)施方式。圖6示出了來自系統(tǒng)400的ESC 404的爆炸圖，系統(tǒng)400帶有被實(shí)施為電流吸收器408的二極管網(wǎng)絡(luò)602。如圖中所示，二極管網(wǎng)絡(luò)602包括附加于ESC 404不同位置的多個(gè)二極管。取決于施加于ESC 404的電壓，如上描述的每個(gè)單獨(dú)的二極管充當(dāng)打開的或者關(guān)閉的開關(guān)。與參照?qǐng)D5上面描述的單個(gè)二極管502相反，具有二極管網(wǎng)絡(luò)602的優(yōu)點(diǎn)在于多個(gè)二極管能更精確地確定電弧將會(huì)發(fā)生在哪里。特別地，二極管網(wǎng)絡(luò)602內(nèi)的二極管導(dǎo)通電流什么都不用，例如通過任何已知的二極管監(jiān)控系統(tǒng)或方法，ESC 404上將要發(fā)生電弧的確切位置就可以確定。以這種方式，系統(tǒng)400不僅能夠預(yù)防電弧的發(fā)生，而且還能夠隔離潛在電弧的位置。參照?qǐng)D7，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的電弧預(yù)防方法的范例。根據(jù)本發(fā)明的方面，圖7是在系統(tǒng)400內(nèi)實(shí)施電弧預(yù)防的范例算法700的流程圖。 在該范例中，假設(shè)要么單個(gè)二極管(諸如二極管502)要么二極管網(wǎng)絡(luò)(諸如二極管網(wǎng)絡(luò) 602)被實(shí)施為電流吸收器408。算法700開始(S702)且將等離子體室啟動(dòng)以便系統(tǒng)400開始處理(S704)晶片。 例如，可以啟動(dòng)RF源406來將RF功率供應(yīng)到ESC 404以便將等離子體形成于室中。接著，在處理期間，電流吸收器408感測(cè)ESC 404上的局部電壓(S706)。然后確定ESC 404上的電壓是否與規(guī)定的晶片處理?xiàng)l件一致(S708)。如果ESC 404上的電壓與規(guī)定的晶片處理?xiàng)l件一致，例如如果ESC 404上的電壓小于或等于電流吸收器408的預(yù)定閾值，那么晶片處理就被正常地進(jìn)行。在這種情況下，電流吸收器408保持為開路且不導(dǎo)通電流。此時(shí)確定晶片處理是否完成(S710)。如果晶片處理完成了，那么就停止算法 700(S712)。如果算法700沒有完成，那么電流吸收器408就繼續(xù)感測(cè)ESC 404的電壓 (S706)。返回到步驟S708，如果ESC 404上的電壓與規(guī)定的晶片處理?xiàng)l件不一致，例如如果ESC 404上的電壓大于電流吸收器408的預(yù)定閾值，那么電流吸收器408就導(dǎo)通電流以便將電流從ESC408排走到地(S714)。在這以后，晶片處理停止，算法700停止(S7U)且為繼續(xù)晶片處理就必須重啟系統(tǒng)400。在圖5和圖6中，由于二極管的可變電阻隨電壓變化而變化以及二極管具有依據(jù)導(dǎo)通電流“關(guān)掉”和“打開”的能力，所以二極管被實(shí)施在電流吸收器408中。圖8說明了可以被用作二極管502或者用于二極管網(wǎng)絡(luò)602中的二極管800的示意圖。圖中，示出了二極管800經(jīng)由電壓源802被偏置。二極管800包括ρ型摻雜區(qū)域 (p-doped region) 804、η型摻雜區(qū)域806和耗盡區(qū)808。例如偏置的η型摻雜區(qū)域806高于P型摻雜區(qū)域804的電壓源802的極性表明二極管800是被反向偏置的。當(dāng)二極管800 被反向偏置時(shí)，耗盡區(qū)808非常大且具有大的電勢(shì)降，耗盡區(qū)808充當(dāng)電流流過二極管800的障礙。結(jié)果，當(dāng)二極管800被反向偏置時(shí)，幾乎沒有電流流動(dòng)且二極管可以被視為是“關(guān)掉”的。返回到圖5-6，在系統(tǒng)400中，在正常運(yùn)行期間，電流吸收器408中的二極管(二極管502或二極管網(wǎng)絡(luò)60 被設(shè)置以便在正常運(yùn)行期間，二極管被反向偏置且因此沒有導(dǎo)通的重大電流，其中二極管被視為“打開”，即電流的流動(dòng)可以忽略。圖9說明了被正向偏置的二極管900的示意圖。圖中，二極管900經(jīng)由電壓源902 被偏置。二極管900包括ρ型摻雜區(qū)域904、n型摻雜區(qū)域906和耗盡區(qū)908。例如偏置的 P型摻雜區(qū)域904高于η型摻雜區(qū)域906的電壓源902的極性表明二極管900是被正向偏置的。通過將二極管900正向偏置，耗盡區(qū)908相對(duì)小且具有小的電勢(shì)降，因此為電流流動(dòng)提供了小的障礙。空穴濃度曲線908與電子濃度曲線910示出了二極管900上的空穴濃度和電子濃度。此外空穴濃度曲線908與電子濃度曲線910說明了濃度漸變是如何導(dǎo)致額外電子916與額外空穴918的。這些額外的電子916與額外的空穴918轉(zhuǎn)而引起組成電流流動(dòng)的電子和空穴擴(kuò)散。在這種情況下，在正向偏置期間，不可忽略的電流量流過二極管 900且二極管900可以被視為“打開”。返回到圖4-6，在系統(tǒng)400中，如果要么單個(gè)二極管(諸如圖5中的二極管502)要么二極管網(wǎng)絡(luò)(諸如圖6中的二極管網(wǎng)絡(luò)602)被實(shí)施為電流吸收器408，那么不論何時(shí)二極管上的電壓變化到超過規(guī)定的晶片處理?xiàng)l件的閾值(表明發(fā)生了引起電弧的局部電荷增加和電勢(shì))，那么該二極管就“打開”來允許電流流動(dòng)，這樣就排掉了增加到地的任何額外的電荷。實(shí)施在電流吸收器408中的二極管可以被設(shè)計(jì)以便η和ρ區(qū)域的特定摻雜與其幾何形狀(寬度、面積等)可以增強(qiáng)其作為電弧預(yù)防裝置的性質(zhì)。二極管電流流動(dòng)的變化敏感性允許電荷的可控?fù)p耗且因此通過決定準(zhǔn)確的電流路徑來預(yù)防災(zāi)難性的電弧事件發(fā)生。在系統(tǒng)400中，還可以增加峰值檢測(cè)器監(jiān)控并檢測(cè)電弧的存在，電弧的存在由電流吸收器408中的二極管感測(cè)。如果峰值檢測(cè)器被實(shí)施且多個(gè)二極管(諸如二極管網(wǎng)絡(luò) 602)被執(zhí)行為電流吸收器408，那么系統(tǒng)400具有檢測(cè)、預(yù)防與隔離等離子體室中電弧發(fā)生的能力。這些能力不僅幫助預(yù)防由于電弧作用引起室的任何損壞，而且能夠基于其位置幫助洞察電弧發(fā)生的原因。系統(tǒng)400可以包括監(jiān)控電弧預(yù)防裝置各個(gè)元件的控制器。根據(jù)本發(fā)明的方面，圖 10說明了帶有由控制器監(jiān)控的電弧隔離裝置的電容耦合RF等離子體處理系統(tǒng)1000。系統(tǒng)1000包括RF源1002、處理模塊用戶界面1012、電弧隔離器1014與等離子體室1016。等離子體室1016包括ESC1018、ESC基板1020與室壁ΙΟΜ。電弧隔離器1014包括數(shù)字或模擬控制器(未示出)及二極管網(wǎng)絡(luò)1022。二極管網(wǎng)絡(luò)1022被放置在經(jīng)由RF源 1002提供功率的ESC基板1020與接地的室壁IOM之間。運(yùn)行中，由源1002供應(yīng)的RF電勢(shì)導(dǎo)致等離子體10 在室1016中形成。由于施加的RF電勢(shì)，電荷增加在ESC 1018與ESC基板1020上。由于ESC 1018與ESC 1020幾何形狀的不均勻性，沿著ESC 1018與ESC基板1020的RF電壓將具有不均勻性。這些不均勻性將導(dǎo)致電荷的某些區(qū)域增加在ESC 1018與ESC基板1020上，能潛在地導(dǎo)致電弧發(fā)生在 ESC基板1020與地(室壁1024)之間。
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因此，為了檢測(cè)并找到電弧的位置，可以監(jiān)控沿著ESC基板1020不同位置的電壓。 這個(gè)是經(jīng)由電弧隔離器1014的二極管網(wǎng)絡(luò)1022實(shí)現(xiàn)的。將二極管網(wǎng)絡(luò)1022與由例如ESC基板1020與室壁1022的室電極形成的電容并聯(lián)放置，以這樣的方向抑制二極管網(wǎng)絡(luò)1022上的電流流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)所有的電壓與標(biāo)準(zhǔn)等離子體室運(yùn)行是一致的。二極管網(wǎng)絡(luò)1022中的二極管可以被以預(yù)定布置排列，以覆蓋ESC基板1020的區(qū)域。無論ESC基板1020上某處的電壓何時(shí)改變，即表明局部電荷增加，將導(dǎo)致二極管網(wǎng)絡(luò)1022的局部二極管“打開”并將額外的電荷排到地。以這種方式，預(yù)防了電弧事件的發(fā)生。另外，通過監(jiān)控經(jīng)由電弧隔離器1014的所有二極管電壓和電流，不僅可以檢測(cè)電弧的存在而且可以基于哪個(gè)或哪些二極管被打開來隔離其具體的位置。在系統(tǒng)1000中，監(jiān)控ESC基板1020和ESC 1018上電荷的增加是為了控制漏電流到地的路徑。在其他實(shí)施方式中，為了預(yù)防電弧作用可以監(jiān)控并控制其他室部件的電荷和漏電流。迄今為止，已經(jīng)討論了涉及無源器件的實(shí)施方式，其中被實(shí)施為電流吸收器的單個(gè)或多個(gè)二極管僅僅基于它們具體的性能(摻雜、幾何形狀等)打開或關(guān)閉。這種情況下， 用在電流吸收器中的二極管必須要認(rèn)真設(shè)計(jì)以在適合等離子體處理?xiàng)l件的期望電壓閾值時(shí)轉(zhuǎn)換。如果一旦需要改變電壓閾值，那么就會(huì)要求更換用在電流吸收器中的二極管。因此實(shí)施可控的電弧預(yù)防裝置的理想選擇是能夠調(diào)節(jié)該裝置以適應(yīng)可以由不同等離子體處理?xiàng)l件導(dǎo)致的不同電壓閾值。使用單獨(dú)可控裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其能更精確地控制沿著連接裝置(例如ESC)的電壓。參照?qǐng)D11和12將進(jìn)一步討論這種實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的方面，圖11是電容耦合RF室系統(tǒng)1100的示意圖。系統(tǒng)1100包括RF源1102、上電極1104、下電極1106、電弧隔離裝置1108、二極管控制器1110、電弧隔離器1112和高阻抗變阻器1122。電弧隔離裝置1108可以包括二極管網(wǎng)絡(luò)，諸如系統(tǒng)1000的二極管網(wǎng)絡(luò)1022。二極管控制器1110包括電流傳感器1118和可變偏置源1120。電弧隔離器1112包括模擬變數(shù)字的轉(zhuǎn)換器(ADC) 1114與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)1116。運(yùn)行中，RF源1102提供RF功率到下電極1106，此時(shí)上電極1104接地。等離子體 (未示出)在上電極1104與下電極1106之間形成。高阻抗變阻器1122被配置在電弧隔離裝置1108與地之間，以便來自偏置源1120的偏置電壓被大部分吸引穿過電弧隔離裝置 1108。進(jìn)一步地，高阻抗電阻器1122迫使大部分電流流過電弧隔離裝置1108到電流傳感器1118，而不是被吸引到地。電流傳感器1118檢測(cè)穿過電弧隔離裝置1108的漏電流。ADC 1114取樣檢查穿過電流傳感器1118的電壓。FPGA 1116應(yīng)用峰值檢測(cè)算法確定電弧事件，并且維持合適的設(shè)置點(diǎn)于偏置源1120。偏置源1120具有用于二極管網(wǎng)絡(luò)1022中的每個(gè)二極管的獨(dú)立電壓輸出。因此可以精確地調(diào)節(jié)穿過下電極1106的電壓，從而提高生成的等離子體的均勻性。此夕卜，通過監(jiān)控各個(gè)二極管的電流和電壓，能夠找到可能潛在發(fā)生電弧的位置。以這種方式， 在運(yùn)行中容易地檢測(cè)、隔離并預(yù)防了潛在電弧作用事件的存在。參照?qǐng)D12，現(xiàn)在將更明確地解釋晶片處理時(shí)系統(tǒng)1100的電弧檢測(cè)、隔離與預(yù)防方法。根據(jù)本發(fā)明的方面，圖12是系統(tǒng)1200內(nèi)實(shí)施電弧檢測(cè)的范例方法1200的流程圖。方法1200開始(S1202)并建立用于識(shí)別潛在電弧的參數(shù)閾值(S1204)。該參數(shù)可以是電壓、電流或?yàn)榱俗R(shí)別電弧潛在存在將被監(jiān)控的其他參數(shù)。例如，可以建立由電流傳感器1218感測(cè)的漏電流閾值，以在特定漏電流閾值之上假定在下電極1206上電壓或電荷的不均勻性，由此可以表明電弧發(fā)生的可能性。然后等離子體室被激活以使系統(tǒng)1100開始晶片處理(S1206)。例如，RF源1202可以被激活來供應(yīng)RF功率到下電極1206，以便將等離子體形成在上電極1104與下電極1106 之間。然后，測(cè)量用于識(shí)別電弧的參數(shù)(S1208)。例如，如果通過電流傳感器1218的漏電流是被監(jiān)控的參數(shù)，那么ADC 1214就抽樣檢查該電流。這時(shí)候確定被監(jiān)控的參數(shù)是否在建立的閾值之內(nèi)(S1210)。例如，如果通過電流傳感器1218的漏電流是被監(jiān)控的參數(shù)，F(xiàn)PGA 1216就將其與建立的漏電流閾值比較。如果被監(jiān)控的參數(shù)在閾值之內(nèi)，那么晶片處理就正常進(jìn)行且確定過程是否是完整的(S1214)。如果過程是完整的，那么晶片處理結(jié)束且將RF功率停止活動(dòng)(S1216)。如果晶片處理不完整，那么就再次測(cè)量用于識(shí)別電弧的參數(shù)(S1208)。返回到步驟S1210，如果確定了被監(jiān)控的參數(shù)不在建立的參數(shù)閾值內(nèi)，那么就調(diào)節(jié)電弧隔離裝置1108(S12U)。例如，如果傳感器1118已經(jīng)感測(cè)到漏電流超過了建立的參數(shù)閾值，那么FPGA 1116調(diào)節(jié)偏置源1120以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電弧隔離裝置1108上的電壓。然后電弧隔離裝置1108排放電流以將漏電流減少到建立的參數(shù)閾值內(nèi)。以這種方式，電弧隔離裝置1108被調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)下電極1106表面上更均勻的電壓分布，這樣就可以預(yù)防電弧的發(fā)生。在范例實(shí)施方式中，將電弧隔離裝置1108實(shí)施為設(shè)置在下電極1106上的二極管網(wǎng)絡(luò)允許帶有增加的漏電流的特定二極管的隔離，因此允許找到測(cè)得的不均勻的位置。在調(diào)節(jié)隔離裝置之后，再次測(cè)量被監(jiān)控的參數(shù)(S1208)。序發(fā)事件(sequence)不斷重復(fù)直到在步驟S1214中確定了過程結(jié)束且因此進(jìn)行到步驟S1216該過程終結(jié)。參照?qǐng)D5、6以及8-11上面討論的實(shí)施方式使用了二極管作為電流吸收器408。請(qǐng)注意其他實(shí)施方式可以使用其他無源或有源的電流吸收裝置作為電流吸收器408，其非限制性的范例包括三極管、變?nèi)荻O管(varactors)與電位計(jì)(potentiometers)。更進(jìn)一步地，其他實(shí)施方式可以使用作為電流吸收器408的無源或有源的電流吸收裝置的非限制性范例組中的至少兩個(gè)的組合。上面參照?qǐng)D4-6和8-11討論的實(shí)施方式使用電流吸收器從ESC或ESC基板吸收電流。請(qǐng)注意其他實(shí)施方式可以使用電流吸收器408從其他的電極吸收電流。更進(jìn)一步地， 其他實(shí)施方式可以使用電流吸收器408從系統(tǒng)內(nèi)的其他元件吸收電流，其非限制性范例包括熱邊環(huán)(hot edge ring)、室壁氣體輸入口和緊固裝置。此外，其他實(shí)施方式可以使用多個(gè)電流吸收器分別從系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)元件吸收電流，其非限制性的范例包括ESC、ESC基板、 熱邊環(huán)、室壁氣體輸入口和緊固裝置。前面的描述已經(jīng)呈現(xiàn)了本發(fā)明的各種優(yōu)選實(shí)施方式，其目的是說明和描述。其并不意圖將本發(fā)明窮盡或限制到所公開的精確形式，顯然根據(jù)上述教導(dǎo)做出許多修改和變化是可能的。選擇如上面討論的范例實(shí)施方式是為了最佳地解釋本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用，因而能使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員最佳地利用本發(fā)明的各種實(shí)施方式和各種修改以適合于預(yù)期的特定用途。本發(fā)明的范圍意圖由此處所附的權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種與RF產(chǎn)生源、第一電極、第二電極和元件聯(lián)用的裝置，所述RF產(chǎn)生源可操作地用于提供RF信號(hào)到所述第一電極并因此在所述第一電極與所述第二電極之間生成電勢(shì)， 所述裝置包括連接部分，其可操作地用于電連接于所述第一電極、所述第二電極與所述元件中的一個(gè)；及電流吸收器，其與所述連接部分和接地的路徑電連接，其中所述電流吸收器包括電壓閾值，以及其中當(dāng)所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的被電連接的所述一個(gè)上的電壓大于所述電壓閾值時(shí)，所述電流吸收器可操作地用于將電流從所述連接部分導(dǎo)通到地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中所述電流吸收器包括二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，進(jìn)一步包括電壓源，其可操作地用于將偏置電壓提供到所述二極管，其中所述二極管基于由所述電壓源提供的所述偏置電壓可操作地用于改變所述電壓閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電流吸收器包括多個(gè)二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述多個(gè)二極管被并聯(lián)設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，進(jìn)一步包括電壓源，其可操作地用于將偏置電壓提供于所述多個(gè)二極管中的至少一個(gè)，其中所述多個(gè)二極管中的所述至少一個(gè)基于由所述電壓源提供的所述偏置電壓可操作用于地改變所述電壓閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，進(jìn)一步包括多個(gè)電壓源，其每個(gè)都可操作地用于將偏置電壓提供于所述多個(gè)二極管中相應(yīng)的一個(gè)，其中所述多個(gè)二極管基于由所述多個(gè)電壓源提供的所述偏置電壓可操作地用于改變所述電壓閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電流吸收器包括變?nèi)荻O管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電流吸收器包括電位計(jì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電流吸收器包括三極管。
11.一種與RF產(chǎn)生源、第一電極、第二電極和元件聯(lián)用的系統(tǒng)，所述RF產(chǎn)生源可操作地用于提供RF信號(hào)到所述第一電極并因此在所述第一電極與所述第二電極之間生成電勢(shì)， 所述系統(tǒng)包括第一裝置，其具有第一連接部分與第一電流吸收器；及第二裝置，其具有第二連接部分與第二電流吸收器，其中所述第一連接部分可操作地用于電連接于所述第一電極、所述第二電極與所述元件中的一個(gè)的第一部分，其中所述第二連接部分可操作地用于電連接于所述第一電極與所述第二電極中的一個(gè)的第二部分，其中所述第一電流吸收器與所述第一連接部分和第一接地的路徑電連接，其中所述第二電流吸收器與所述第二連接部分和第二接地路徑電連接，其中所述第一電流吸收器包括第一電壓閾值，其中所述第二電流吸收器包括第二電壓閾值，其中當(dāng)所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的所述一個(gè)的被電連接的所述第一部分上的第一電壓大于所述第一電壓閾值時(shí)，所述第一電流吸收器可操作地用于將電流從所述第一連接部分導(dǎo)通到接地的所述第一路徑，及其中當(dāng)所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的所述一個(gè)的被電連接的所述第二部分上的第二電壓大于所述第二電壓閾值時(shí)，所述第二電流吸收器可操作地用于將電流從所述第二連接部分導(dǎo)通到接地的所述第二路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一連接部分與所述第二連接部分被連接于所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的相同的一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第一電壓閾值等于所述第二電壓閾值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電壓源，其可操作地用于將偏置電壓提供于所述第一電流吸收器，其中所述第一電流吸收器基于由所述電壓源提供的所述偏置電壓可操作地用于改變所述第一電壓閾值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述電壓源進(jìn)一步可操作地用于將第二偏置電壓提供于所述第二電流吸收器，及其中所述第二電流吸收器基于由所述電壓源提供的所述第二偏置電壓可操作地用于改變所述第二電壓閾值。
16.一種運(yùn)行RF產(chǎn)生源、第一電極、第二電極和元件的方法，所述方法包括在電流吸收器中建立電壓閾值；經(jīng)由所述RF產(chǎn)生源提供RF信號(hào)到所述第一電極，從而在所述第一電極與所述第二電極之間生成電勢(shì)；及當(dāng)所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的一個(gè)上的電壓大于在所述電流吸收器中所建立的所述電壓閾值時(shí)，經(jīng)由所述電流吸收器從所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的所述一個(gè)將電流吸收到地。
全文摘要
一種與RF產(chǎn)生源、第一電極、第二電極和元件聯(lián)用的裝置。所述RF產(chǎn)生源可操作地用于將RF信號(hào)提供于所述第一電極并因此在所述第一電極和所述第二電極之間生成了電勢(shì)。所述裝置包括連接部分和電流吸收器。所述連接部分可操作地用于電連接于所述第一電極、所述第二電極與元件中的一個(gè)。所述電流吸收器與所述連接部分和接地路徑電連接。所述電流吸收器包括電壓閾值。當(dāng)所述第一電極、所述第二電極和所述元件中的被電連接的所述一個(gè)的電壓大于所述電壓閾值時(shí)，所述電流吸收器可操作地用于將電流從所述連接部分導(dǎo)通到地。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK102474972SQ201080032265
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者小約翰·C·瓦爾庫, 艾德·桑托斯 申請(qǐng)人:朗姆研究公司