本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造，并且更具體地涉及通過電測(cè)量檢測(cè)等離子體不穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

許多現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片制造工藝包括產(chǎn)生等離子體，來自等離子體的離子和/或自由基成分用于直接或間接影響暴露于等離子體的晶片表面上的變化。例如，各種基于等離子體的工藝可用于從晶片表面蝕刻材料，將材料沉積到晶片表面上，或修改已存在于晶片表面上的材料。通常通過向受控環(huán)境中的工藝氣體施加射頻(rf)功率來產(chǎn)生等離子體，使得工藝氣體被激發(fā)并轉(zhuǎn)變成期望的等離子體。等離子體的特性受許多工藝參數(shù)影響，所述工藝參數(shù)包括但不限于工藝氣體的材料組成、工藝氣體的流速、等離子體產(chǎn)生區(qū)域和周圍結(jié)構(gòu)的幾何特征、工藝氣體和周圍材料的溫度、施加的rf功率的頻率和幅值、以及施加的將等離子體的帶電成分朝向晶片吸引的偏置等。

然而，在一些等離子體工藝中，上述工藝參數(shù)可能不能提供對(duì)所有等離子體特性和行為的充分控制。具體地，在一些等離子體工藝中，在等離子體內(nèi)可能發(fā)生稱為“等離子體團(tuán)(plasmoid)”的不穩(wěn)定性，其中所述等離子體團(tuán)的特征在于由較大體積的正常密度等離子體包圍小區(qū)域的較大密度等離子體。等離子體團(tuán)的形成可導(dǎo)致晶片上的處理結(jié)果的不均勻性。因此，檢測(cè)等離子體團(tuán)的形成是有意義的，以便實(shí)現(xiàn)減輕和/或校正作用。正是在這種背景下產(chǎn)生了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在示例性實(shí)施方式中，公開了一種用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法。所述方法包括將晶片放置在晶片支撐裝置上。所述晶片支撐裝置位于電極下方，使得在所述晶片和所述電極之間存在等離子體產(chǎn)生區(qū)域。所述方法還包括向所述電極供應(yīng)射頻功率，以在等離子體處理操作的多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體。所述方法還包括操作連接到所述電極的至少一個(gè)電傳感器，以在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)期間測(cè)量所述電極上的射頻參數(shù)。所述方法還包括確定針對(duì)所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的值。所述方法還包括確定在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值中是否存在指示性趨勢(shì)或變化，其中所述指示性趨勢(shì)或變化指示在所述等離子體處理操作期間等離子體不穩(wěn)定性的形成。

在示例性實(shí)施方式中，公開了一種用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括被配置為在等離子體處理操作期間支撐晶片的晶片支撐裝置。所述系統(tǒng)還包括電極，所述電極位于所述晶片支撐裝置上方以便在所述電極和所述晶片支撐裝置之間形成等離子體產(chǎn)生區(qū)域。所述系統(tǒng)還包括被連接以向所述電極傳送射頻功率的射頻電源。該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)電傳感器，所述至少一個(gè)電傳感器連接到所述電極并且被配置為測(cè)量所述電極上的射頻電壓、所述電極上的射頻電流、所述電極上的射頻信號(hào)頻率、所述電極上的射頻信號(hào)頻率、所述電極上的射頻阻抗、所述電極上的射頻相位角以及所述電極上的射頻功率中的一個(gè)或多個(gè)。所述系統(tǒng)還包括電信號(hào)處理單元，所述電信號(hào)處理單元被連接以在所述等離子體處理操作期間從所述至少一個(gè)電傳感器接收測(cè)量數(shù)據(jù)。所述電信號(hào)處理單元被配置為基于從所述至少一個(gè)電傳感器接收到的所述測(cè)量數(shù)據(jù)來確定所述電極上存在的一個(gè)或多個(gè)射頻參數(shù)的值。所述一個(gè)或多個(gè)射頻參數(shù)包括射頻電壓、射頻電流、射頻信號(hào)頻率、射頻阻抗、射頻相位角和射頻功率。所述電信號(hào)處理單元還被配置為確定在所述射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在指示性趨勢(shì)或變化，其中所述指示性趨勢(shì)或變化指示在所述等離子體處理操作期間等離子體不穩(wěn)定性的形成。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其包括：

將晶片放置在晶片支撐裝置上，所述晶片支撐裝置位于電極下方，使得在所述晶片和所述電極之間存在等離子體產(chǎn)生區(qū)域；

向所述電極供應(yīng)射頻功率，以在等離子體處理操作的多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體；

操作連接到所述電極的至少一個(gè)電傳感器，以在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)期間測(cè)量所述電極上的射頻參數(shù)；

確定針對(duì)所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的值；以及

確定在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值中是否存在指示性趨勢(shì)或變化，其中所述指示性趨勢(shì)或變化指示在所述等離子體處理操作期間等離子體不穩(wěn)定性的形成。

2.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值是循環(huán)平均值。

3.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值是瞬時(shí)值。

4.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)量的所述射頻參數(shù)是射頻電壓。

5.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)量的所述射頻參數(shù)是射頻電流。

6.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)量的所述射頻參數(shù)是射頻信號(hào)頻率。

7.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)量的所述射頻參數(shù)是射頻阻抗。

8.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)量的所述射頻參數(shù)是射頻相位角。

9.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中在所述電極上測(cè)量的所述射頻參數(shù)是射頻功率。

10.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中確定針對(duì)所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值以及確定在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值中是否存在所述指示性趨勢(shì)或變化是在完成所述等離子體處理操作之后執(zhí)行的。

11.根據(jù)條款1所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其進(jìn)一步包括：

在向所述電極供應(yīng)射頻功率以產(chǎn)生所述等離子體的同時(shí)，操作電信號(hào)處理單元以從所述至少一個(gè)電傳感器接收測(cè)量數(shù)據(jù)；

在向所述電極供應(yīng)射頻功率以產(chǎn)生所述等離子體的同時(shí)，操作所述電信號(hào)處理單元以確定針對(duì)所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值；以及

在向所述電極供應(yīng)射頻功率以產(chǎn)生所述等離子體的同時(shí)，操作所述電信號(hào)處理單元以確定在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值中是否存在任何指示性趨勢(shì)或變化。

12.根據(jù)條款11所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其進(jìn)一步包括：

當(dāng)確定在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值中確實(shí)存在所述指示性趨勢(shì)或變化時(shí)，操作所述電信號(hào)處理單元以產(chǎn)生和傳輸控制信號(hào)以對(duì)向所述電極供應(yīng)射頻功率進(jìn)行調(diào)整，從而減少在所述等離子體處理操作期間所述等離子體不穩(wěn)定性的形成。

13.根據(jù)條款12所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其中，對(duì)向所述電極供應(yīng)射頻功率進(jìn)行的所述調(diào)整導(dǎo)致供應(yīng)給所述電極的射頻功率的減小。

14.根據(jù)條款11所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其進(jìn)一步包括：

當(dāng)確定在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值中不存在所述指示性趨勢(shì)或變化時(shí)，操作所述電信號(hào)處理單元以產(chǎn)生并傳輸控制信號(hào)以增加供應(yīng)給所述電極的射頻功率量。

15.根據(jù)條款11所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法，其進(jìn)一步包括：

在所述等離子體處理操作期間，連接直流電源以向所述晶片支撐裝置供給電流，并且從所述晶片支撐裝置直接供給到所述晶片的下側(cè)；以及

當(dāng)確定在所述多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在所述電極上測(cè)得的所述射頻參數(shù)的所述值中確實(shí)存在所述指示性趨勢(shì)或變化時(shí)，操作所述電信號(hào)處理單元以產(chǎn)生和傳輸控制信號(hào)以增加由所述直流電源供應(yīng)到所述晶片支撐裝置的所述電流的量，從而減少所述等離子體處理操作期間所述等離子體不穩(wěn)定性的形成。

16.一種用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)，其包括：

晶片支撐裝置，其被配置為在等離子體處理操作期間支撐晶片；

電極，其位于所述晶片支撐裝置上方，以便在所述電極和所述晶片支撐裝置之間形成等離子體產(chǎn)生區(qū)域；

被連接以將射頻功率傳送到所述電極的射頻電源；

至少一個(gè)電傳感器，其連接到所述電極并且被配置為測(cè)量所述電極上的射頻電壓、所述電極上的射頻電流、所述電極上的射頻信號(hào)頻率、所述電極上的射頻阻抗、所述電極上的射頻相位角、以及所述電極上的射頻功率中的一個(gè)或多個(gè)；以及

電信號(hào)處理單元，其被連接以在所述等離子體處理操作期間從所述至少一個(gè)電傳感器接收測(cè)量數(shù)據(jù)，所述電信號(hào)處理單元被配置成基于從所述至少一個(gè)電傳感器接收到的所述測(cè)量數(shù)據(jù)來確定存在于所述電極上的一個(gè)或多個(gè)射頻參數(shù)的值，所述一個(gè)或多個(gè)射頻參數(shù)包括射頻電壓、射頻電流、射頻信號(hào)頻率、射頻阻抗、射頻相位角、射頻功率，所述電信號(hào)處理單元被配置為確定在一個(gè)或多個(gè)所述射頻參數(shù)中是否存在指示性趨勢(shì)或變化，其中所述指示性趨勢(shì)或變化指示在所述等離子體處理操作期間等離子體不穩(wěn)定性的形成。

17.根據(jù)條款16所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)，其中所述電信號(hào)處理單元被配置為確定在所述等離子體處理操作期間執(zhí)行的多個(gè)處理循環(huán)期間所述指示性趨勢(shì)或變化是否作為處理循環(huán)的函數(shù)而存在。

18.根據(jù)條款16所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括：

在所述電信號(hào)處理單元和所述射頻電源之間的反饋連接件，所述電信號(hào)處理單元被配置為基于所述射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在任何指示性趨勢(shì)或變化的所述確定來產(chǎn)生控制信號(hào)并經(jīng)由所述反饋連接件傳輸該控制信號(hào)，以控制所述射頻電源。

19.根據(jù)條款16所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括：

直流電源，其被電連接以在所述等離子體處理操作期間將電流供應(yīng)給所述晶片支撐裝置并且直接供應(yīng)給將被支撐在所述晶片支撐裝置上的所述晶片的下側(cè)；以及

在所述電信號(hào)處理單元和所述直流電源之間的反饋連接件，所述電信號(hào)處理單元被配置為基于所述射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在任何指示性趨勢(shì)或變化的所述確定來產(chǎn)生控制信號(hào)并經(jīng)由所述反饋連接件傳輸該控制信號(hào)，以控制所述直流電源。

20.根據(jù)條款19所述的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)，其中在所述電信號(hào)處理單元和所述直流電源之間的反饋連接件是第一反饋連接件，所述系統(tǒng)還包括在所述電信號(hào)處理單元和所述射頻電源之間的第二反饋連接件，所述電信號(hào)處理單元被配置為基于在所述射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在任何指示性趨勢(shì)或變化的所述確定來產(chǎn)生控制信號(hào)并經(jīng)由所述第二反饋連接件傳輸該控制信號(hào)，以控制所述射頻電源。

從通過示例示出本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。

附圖說明

圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的晶片處理系統(tǒng)。

圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的晶片處理系統(tǒng)。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的包括四個(gè)處理站的多站式處理工具的俯視圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的與入站裝載鎖和出站裝載鎖接口的多站式處理工具的實(shí)施方式的示意圖。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的被配置為接收晶片以進(jìn)行沉積處理的基座的示例。

圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的基座的豎直截面圖。

圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中參考的區(qū)域501的近視圖。

圖5c也示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中參考的區(qū)域501的近視圖。

圖5d也示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中參考的區(qū)域503的近視圖。

圖5e也示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中參考的區(qū)域503的近視圖。

圖5f示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的對(duì)應(yīng)于如圖5a所示的參考視圖a-a的導(dǎo)電層的俯視圖。

圖5g示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的對(duì)應(yīng)于圖5a中所示的參考視圖a-a的導(dǎo)電層的俯視圖。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的從dc電源通過室的dc電流的示意圖。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的從dc電源通過室的dc電流的替代示意圖。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法的流程圖。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的具有電連接到噴頭電極的電傳感器的晶片處理系統(tǒng)。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的噴頭電極上的歸一化的循環(huán)平均rf電壓與所執(zhí)行的處理循環(huán)的數(shù)量的函數(shù)關(guān)系的圖。

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的噴頭電極上的歸一化的循環(huán)平均rf阻抗與所執(zhí)行的處理循環(huán)的數(shù)量的函數(shù)關(guān)系的圖。

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的噴頭電極上的歸一化的循環(huán)平均rf頻率與所執(zhí)行的處理循環(huán)的數(shù)量的函數(shù)關(guān)系的圖。

圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在150個(gè)循環(huán)的ald工藝中的每個(gè)循環(huán)期間作為時(shí)間的函數(shù)的電極上的示例性rf電壓測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的針對(duì)150個(gè)循環(huán)的ald工藝中的每個(gè)循環(huán)(其rf電壓數(shù)據(jù)在圖13中示出)在等離子體激勵(lì)之后100ms時(shí)在電極上測(cè)得的rf電壓。

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的如何分析在每個(gè)循環(huán)內(nèi)在電極上的rf電壓變化以檢測(cè)等離子體團(tuán)形成的實(shí)例。

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，沒有詳細(xì)描述公知的處理操作，以免不必要地模糊本發(fā)明。

膜的沉積可在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)系統(tǒng)中實(shí)施。pecvd系統(tǒng)可以采用許多不同的形式。pecvd系統(tǒng)包括容納一個(gè)或多個(gè)晶片并且適于晶片處理的(有時(shí)包括多個(gè)站的)一個(gè)或多個(gè)室或“反應(yīng)器”。每個(gè)室可容納一個(gè)或多個(gè)晶片以進(jìn)行處理。一個(gè)或多個(gè)室將晶片保持在限定的一個(gè)或多個(gè)位置(在該位置內(nèi)有或沒有運(yùn)動(dòng)，例如旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)或其它攪動(dòng))。在處理期間，經(jīng)歷沉積的晶片可以在反應(yīng)室內(nèi)從一個(gè)站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)站。當(dāng)然，膜沉積可以完全在單個(gè)站處發(fā)生，或者膜的任何部分可以在任何數(shù)目的站處沉積。在處理期間，每個(gè)晶片通過基座、晶片卡盤和/或其它晶片保持裝置保持在適當(dāng)位置。對(duì)于某些操作，裝置可以包括加熱器(例如加熱板)以加熱晶片。

在示例性實(shí)施方式中，本文所使用的術(shù)語晶片是指半導(dǎo)體晶片。此外，在各種實(shí)施方式中，本文所提及的晶片可以在形式、形狀和/或尺寸上變化。例如，在一些實(shí)施方式中，本文提到的晶片可以對(duì)應(yīng)于200mm(毫米)半導(dǎo)體晶片、300mm半導(dǎo)體晶片或450mm半導(dǎo)體晶片。此外，在一些實(shí)施方式中，本文所涉及的晶片可以對(duì)應(yīng)于非圓形襯底(諸如用于平板顯示器的矩形襯底等其它形狀)。

圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于處理晶片101的晶片處理系統(tǒng)100。該系統(tǒng)包括具有下室部分102b和上室部分102a的室102。中心柱141被配置為支撐由導(dǎo)電材料形成的基座140。根據(jù)rf方向控制模塊250的設(shè)置，導(dǎo)電基座140被連接以通過匹配網(wǎng)絡(luò)106從rf電源104接收rf信號(hào)。此外，在圖1a的晶片處理系統(tǒng)100中，根據(jù)rf方向控制模塊250的設(shè)置，噴頭電極150被配置并連接以通過匹配網(wǎng)絡(luò)106從rf電源104接收rf信號(hào)。在一些實(shí)施方式中，rf方向控制模塊250被配置為將從rf電源104經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)106傳輸?shù)膔f信號(hào)導(dǎo)向噴頭電極150或基座140。此外，rf方向控制模塊250被配置為將噴頭電極150和基座140中的當(dāng)前不接收rf信號(hào)的任何一個(gè)電連接到參考接地電位。以這種方式，在給定時(shí)間，rf方向控制模塊250操作以確保在基座140電連接到參考接地電位時(shí)噴頭電極150將從rf電源104接收rf信號(hào)，或者在噴頭電極150電連接到參考接地電位時(shí)基座140將從rf電源104接收rf信號(hào)。

rf電源104由控制模塊110(例如，控制器)控制。控制模塊110被配置為通過執(zhí)行處理輸入和控制指令/程序108來操作晶片處理系統(tǒng)100。處理輸入和控制指令/程序108可以包括工藝配方，所述工藝配方具有用于諸如功率電平、定時(shí)參數(shù)、工藝氣體、晶片101的機(jī)械運(yùn)動(dòng)之類的參數(shù)的指令，以在晶片101上沉積或形成薄膜。

在一些實(shí)施方式中，中心柱141可以包括由升降銷控制件122控制的升降銷。升降銷用于從基座140提升晶片101以使得端部執(zhí)行器能拾取晶片101，以及用于在被端部執(zhí)行器放置之后降低晶片101。晶片處理系統(tǒng)100還包括連接到工藝氣體供應(yīng)源114(例如，來自設(shè)施的氣體化學(xué)物質(zhì)供應(yīng)源)的氣體供應(yīng)系統(tǒng)112。根據(jù)正在執(zhí)行的處理，控制模塊110控制工藝氣體114經(jīng)由氣體供應(yīng)系統(tǒng)112的輸送。所選擇的工藝氣體然后流入噴頭電極150中并且分布在限定在噴頭電極150和放置在基座140上的晶片101之間的處理體積中。

此外，工藝氣體可以是或不是預(yù)混合的?？梢栽跉怏w供應(yīng)系統(tǒng)112內(nèi)采用適當(dāng)?shù)拈y門和質(zhì)量流量控制機(jī)構(gòu)，以確保在工藝的沉積和等離子體處理階段期間輸送正確的工藝氣體。工藝氣體離開處理體積并流過排氣出口143。真空泵(例如尤其一級(jí)或兩級(jí)機(jī)械干式泵等)將工藝氣體從處理體積中抽出并通過閉環(huán)反饋控制的流量限制裝置(例如，節(jié)流閥或擺動(dòng)閥)在處理體積中保持適當(dāng)?shù)牡蛪骸?/p>

還示出了環(huán)繞基座140的外部區(qū)域的承載環(huán)200。承載環(huán)200被配置為在將晶片101往返基座140輸送期間支撐晶片101。承載環(huán)200被配置為位于承載環(huán)支撐區(qū)域上，其是基座140的中心的晶片支撐區(qū)域下的臺(tái)階。承載環(huán)200具有環(huán)形盤結(jié)構(gòu)，并且包括其盤結(jié)構(gòu)的外邊緣側(cè)(例如外半徑)，以及其盤結(jié)構(gòu)的最靠近晶片101所處位置的晶片邊緣側(cè)(例如內(nèi)半徑)。承載環(huán)200的晶片邊緣側(cè)包括多個(gè)接觸支撐結(jié)構(gòu)，所述接觸支撐結(jié)構(gòu)被配置為當(dāng)承載環(huán)200被蜘蛛叉180提升時(shí)提升晶片101。承載環(huán)200因此與晶片101一起被提升，并且例如能在多站系統(tǒng)中被旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)站。由控制模塊110產(chǎn)生承載環(huán)升降和/或旋轉(zhuǎn)控制信號(hào)124，以控制蜘蛛叉180升降和/或旋轉(zhuǎn)承載環(huán)200的操作。

在一些實(shí)施方式中，電絕緣層507設(shè)置在基座140的頂表面上，而導(dǎo)電層509設(shè)置在電絕緣層507上。導(dǎo)電層509被配置為支撐晶片101。此外，在這些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層可以經(jīng)由低通濾波器525電連接到直流(dc)電源521的正極端子。dc電源521還被連接以被控制模塊110控制。因此，在一些實(shí)施方式中，根據(jù)由處理輸入和控制指令/程序108提供并且由控制模塊110執(zhí)行的規(guī)定的配方，電流可以從dc電源521經(jīng)由低通濾波器525傳輸?shù)綄?dǎo)電層509。

圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的被配置為在晶片101上執(zhí)行原子層沉積(ald)工藝(例如，ald氧化物工藝)的晶片處理系統(tǒng)100a。在圖1b中示出了相對(duì)于圖1a描述的部件相似的部件。具體地，晶片處理系統(tǒng)100a也包括上室部分102a、下室部分102b、控制模塊110、rf電源104、匹配網(wǎng)絡(luò)106、導(dǎo)電層509、dc電源521、低通濾波器525、承載環(huán)200和蜘蛛叉180。在晶片處理系統(tǒng)100a中，基座140a被配置為包括電介質(zhì)體251。在一些實(shí)施方式中，電介質(zhì)體251直接固定到柱141。并且在一些實(shí)施方式中，電介質(zhì)體251由固定到柱141的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)252支撐。導(dǎo)電層509直接設(shè)置在基座140a的電介質(zhì)體251的頂表面上。

在一些實(shí)施方式中，加熱元件253(例如電阻加熱元件)與基座140a的電介質(zhì)體251一起布置。加熱元件253連接到加熱器電源255，加熱器電源255又連接到控制模塊110。在一些實(shí)施方式中，加熱元件253存在時(shí)，加熱器電源255可以根據(jù)規(guī)定的配方操作，規(guī)定的配方由處理輸入和控制指令/程序108提供并且由控制模塊110執(zhí)行。還應(yīng)當(dāng)理解，溫度測(cè)量裝置可以安裝在基座140a上/內(nèi)和/或基座140a周圍的其他位置處，以向控制模塊110提供溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，從而使得能夠操作在控制模塊110和加熱器電源255之間的閉環(huán)溫度反饋控制電路。

基座140a的電介質(zhì)體251包括rf電極254，根據(jù)rf方向控制模塊250的設(shè)置，rf電極254被配置并連接以通過匹配網(wǎng)絡(luò)106從rf電源104接收rf信號(hào)。此外，在圖1b的晶片處理系統(tǒng)100a中，根據(jù)rf方向控制模塊250的設(shè)置，噴頭電極150a被配置和連接以通過匹配網(wǎng)絡(luò)106從rf電源104接收rf信號(hào)。在一些實(shí)施方式中，rf方向控制模塊250被配置為將從rf電源104經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)106輸送的rf信號(hào)引導(dǎo)到噴頭電極150a或rf電極254。此外，rf方向控制模塊250被配置為將噴頭電極150a和rf電極254中的當(dāng)前沒有接收rf信號(hào)的任一個(gè)電連接到參考接地電位。以這種方式，在給定時(shí)間，rf方向控制模塊250操作以確保在rf電極254電連接到參考接地電位的同時(shí)噴頭電極150a將從rf電源104接收rf信號(hào)，或者在噴頭電極150a電連接到參考接地電位的同時(shí)rf電極254將從rf電源104接收rf信號(hào)。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的包括四個(gè)處理站的多站式處理工具300的俯視圖。該俯視圖是下室部分102b的視圖(例如，為了說明，移除了上室部分102a)。四個(gè)處理站由蜘蛛叉180訪問。每個(gè)蛛狀叉180或叉包括第一和第二臂，每個(gè)臂圍繞基座140/140a的每一側(cè)的一部分定位。使用接合和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)220的蜘蛛叉180被配置為以同時(shí)的方式從處理站(即，從承載環(huán)200的下表面)提升和舉起承載環(huán)200，然后在降低承載環(huán)200(其中承載環(huán)中的至少一個(gè)支撐晶片101)之前旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)或多個(gè)站的距離，使得可以在相應(yīng)的晶片101上進(jìn)行進(jìn)一步的等離子體加工、處理和/或膜沉積。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的與入站裝載鎖302和出站裝載鎖304接口的多站式處理工具300的實(shí)施方式的示意圖。機(jī)械手306在大氣壓力下被配置為將晶片101從通過箱308裝載的盒經(jīng)由大氣端口310移動(dòng)到入站裝載鎖302中。入站裝載鎖302耦合到真空源/泵，使得當(dāng)大氣端口310關(guān)閉時(shí)，入站裝載鎖302可以被抽空。入口裝載鎖302還包括與處理室102接口的室傳送端口316。因此，當(dāng)室傳送端口316打開時(shí)，另一個(gè)機(jī)械手312可將晶片從入站裝載鎖302移動(dòng)到第一處理站的基座140/140a以進(jìn)行處理。

所示的處理室102包括四個(gè)處理站，在圖3所示的示例性實(shí)施方式中編號(hào)為1至4。在一些實(shí)施方式中，處理室102可以被配置為保持低壓環(huán)境，使得可以使用承載環(huán)200在處理站1-4之間傳送晶片而不經(jīng)歷真空中斷和/或空氣暴露。圖3中描繪的每個(gè)處理站1-4包括基座140/140a和噴頭電極150/150a以及相關(guān)的工藝氣體供應(yīng)連接件。而且，應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施方式中，處理室102可以包括少于四個(gè)處理站或多于四個(gè)處理站。

圖3還示出了用于在處理室102內(nèi)傳送晶片的蜘蛛叉180。如上所述，蜘蛛叉180旋轉(zhuǎn)并且能夠?qū)⒕瑥囊粋€(gè)處理站傳送到另一個(gè)處理站。該傳送通過以下方式發(fā)生：使蜘蛛叉180能夠從外部下表面提升承載環(huán)200，從而提升晶片101，并且將晶片101和承載環(huán)200一起旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)處理站。在一種配置中，蜘蛛叉180由陶瓷材料制成，以在處理期間承受高水平的熱量。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的被配置為接收晶片101以進(jìn)行諸如原子層沉積(ald)工藝之類的沉積工藝的基座140/140a的示例。基座140/140a包括位于基座140/140a的中心頂表面上的導(dǎo)電層509，其中中心頂表面由從基座140/140a的中心軸線420延伸到限定中心頂表面邊緣的頂表面直徑422的圓形區(qū)域限定。導(dǎo)電層509包括分布在整個(gè)導(dǎo)電層509上并且被配置為支撐晶片101的多個(gè)晶片支撐件404a、404b、404c、404d、404e和404f。晶片支撐件水平由當(dāng)晶片101位于晶片支撐件404a、404b、404c、404d、404e和404f上時(shí)晶片101的底表面的豎直位置限定。在圖4的示例中，圍繞導(dǎo)電層509的外圍對(duì)稱地分布有六個(gè)晶片支撐件404a、404b、404c、404d、404e和404f。然而，在其他實(shí)施方式中，在導(dǎo)電層509上可以存在任何數(shù)量的晶片支撐件，并且晶片支撐件可以以任何合適的布置分布在導(dǎo)電層509上以在沉積工藝操作期間支撐晶片101。圖4還示出了被配置成容納升降銷的凹部406a、406b和406c。升降銷可以用于從晶片支撐件404a、404b、404c、404d、404e和404f提升晶片101，以允許通過端部執(zhí)行器接合晶片101。

在一些實(shí)施方式中，每個(gè)晶片支撐件404a、404b、404c、404d、404e和404f限定最小接觸區(qū)域結(jié)構(gòu)(mca)。當(dāng)需要高精度或公差和/或希望最小的物理接觸以減少缺陷風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，mca用于改善表面之間的精確配合。系統(tǒng)中的其它表面也可以包括mca，例如在承載環(huán)200支撐件上方，以及在承載環(huán)200的內(nèi)部晶片支撐區(qū)域上方。

基座140/140a還包括從基座140/140a的頂表面直徑422延伸到環(huán)形表面410的外徑424的環(huán)形表面410。環(huán)形表面410限定圍繞導(dǎo)電層509的環(huán)形區(qū)域，但是在導(dǎo)電層509下的臺(tái)階處。也就是說，環(huán)形表面410的豎直位置低于導(dǎo)電層509的豎直位置。多個(gè)承載環(huán)支撐件412a、412b和412c基本上位于/沿著環(huán)形表面410的邊緣(外徑)，并且相對(duì)于環(huán)形表面410對(duì)稱地分布。在一些實(shí)施方式中，承載環(huán)支撐件可以限定用于支撐承載環(huán)200的mca。在一些實(shí)施方式中，承載環(huán)支撐件412a、412b和412c延伸超過環(huán)形表面410的外徑424，而在其它實(shí)施方式中，承載環(huán)支撐件412a、412b和412c不延伸超過環(huán)形表面410的外徑424。在一些實(shí)施方式中，承載環(huán)支撐件412a、412b和412c的頂表面具有略高于環(huán)形表面410的高度的高度，使得當(dāng)承載環(huán)200擱置在承載環(huán)支撐件412a、412b和412c上時(shí)，承載環(huán)200被支撐在環(huán)形表面410上方預(yù)定距離處。每個(gè)承載環(huán)支撐件412a、412b和412c可包括凹部(例如，承載環(huán)支撐件412a的凹部413)，當(dāng)承載環(huán)200由承載環(huán)支撐件412a、412b和412c支撐時(shí)，從承載環(huán)200的下側(cè)突出的延伸部安置在凹部中。承載環(huán)延伸部與承載環(huán)支撐件412a、412b和412c中的凹部(413)的配合提供承載環(huán)200的安全定位，并防止承載環(huán)200在安放在承載環(huán)支撐件412a、412b和412c上時(shí)移動(dòng)。

在一些實(shí)施方案中，承載環(huán)支撐件412a、412b和412c的頂表面與環(huán)形表面410齊平。在其他實(shí)施方案中，沒有與環(huán)形表面410分開限定的承載環(huán)支撐件，使得承載環(huán)200可以直接放置在環(huán)形表面410上，并且使得在承載環(huán)200和環(huán)形表面410之間不存在間隙。在這種實(shí)施方案中，承載環(huán)200和環(huán)形表面410之間的路徑被封閉，從而阻止前體材料經(jīng)由此路徑到達(dá)晶片101的背側(cè)/下側(cè)。

在圖4的示例性實(shí)施方式中，存在沿著環(huán)形表面410的外邊緣區(qū)域?qū)ΨQ地定位的三個(gè)承載環(huán)支撐件412a、412b和412c。然而，在其他實(shí)施方案中，可以存在分布在沿著基座140/140a的環(huán)形表面410的任何位置處的三個(gè)以上承載環(huán)支撐件，以將承載環(huán)200支撐在穩(wěn)定的靜止構(gòu)造中。

當(dāng)晶片101由晶片支撐件404a、404b、404c、404d、404e和404f支撐時(shí)，并且當(dāng)承載環(huán)200由承載環(huán)支撐件412a、412b和412c支撐時(shí)，晶片101的邊緣區(qū)域設(shè)置在承載環(huán)200的內(nèi)部部分上。一般來說，晶片101的邊緣區(qū)域從晶片101的外邊緣向內(nèi)延伸約2毫米(mm)至約5mm。從而在晶片101的邊緣區(qū)域和承載環(huán)200的內(nèi)部部分之間限定豎直間隔。在一些實(shí)施方式中，該豎直間隔為約0.001英寸至約0.010英寸?？梢钥刂瞥休d環(huán)200在環(huán)形表面410上方的預(yù)定距離處的支撐件以及晶片101的邊緣區(qū)域和承載環(huán)200的內(nèi)部部分之間的豎直間隔，以限制在晶片101的邊緣區(qū)域中的晶片101的背側(cè)/下側(cè)上的沉積。

用于沉積薄膜或處理晶片表面的一些等離子體在從工藝觀點(diǎn)來看是優(yōu)選的條件下是不穩(wěn)定的。作為示例，在1至3托壓強(qiáng)范圍內(nèi)以及在高rf功率(>200w每300mm直徑的晶片處理站)下操作的ar/o2電容耦合等離子體(ccp)放電顯示等離子體內(nèi)的不穩(wěn)定性。一種這樣的等離子體不穩(wěn)定性，在本文中稱為“等離子體團(tuán)”，其特征在于由較大體積的正常密度等離子體包圍小區(qū)域的較高密度(較亮)等離子體。當(dāng)形成等離子體團(tuán)時(shí)，由于膜與對(duì)應(yīng)于等離子體團(tuán)的局部高密度等離子體的相互作用，沉積膜在等離子體團(tuán)附近局部致密化，這導(dǎo)致膜均勻性降低。等離子體團(tuán)在晶片101上的空間分布可以在處理之間以及在給定處理內(nèi)變化。此外，等離子體團(tuán)可以在給定的處理期間在晶片101上移動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，等離子體團(tuán)例如通過改變晶片101上不同位置處的沉積膜的厚度而導(dǎo)致晶片101上的工藝均勻性的降低。由等離子體團(tuán)引起的膜厚度的不均勻性可以是膜總厚度的約1％至2％，這種不均勻性在需要超平坦膜輪廓的一些應(yīng)用中可能是顯著的。

在示例膜沉積工藝期間，執(zhí)行操作以施加單層前體氣體，而不施加任何rf功率。前體氣體粘附到晶片101。在一些實(shí)施方式中，前體氣體包括硅以使得能夠在晶片上形成氧化硅。然后執(zhí)行操作以將前體氣體從晶片101上方的處理體積沖走，從而在晶片101上留下前體氣體的單層。然后在晶片101上執(zhí)行氧化工藝。在氧化工藝中，工藝氣體流入晶片101上方的處理體積中，并且將rf功率施加到工藝氣體以在處理體積內(nèi)產(chǎn)生等離子體。等離子體驅(qū)動(dòng)晶片101上的氧化反應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，工藝氣體將包含氧氣加上一種或多種其它轟擊氣體(例如氬等)，其中轟擊氣體提供等離子體的充分致密化。轟擊氣體是有效地使沉積膜致密化的氣體。使沉積膜致密化的轟擊氣體是能夠有效地將能量轉(zhuǎn)移到沉積膜的那些氣體。在一些實(shí)施方式中，轟擊氣體是單原子惰性氣體，例如氬等，其不與沉積膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且缺乏振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)分子模式。例如，在示例性工藝中，工藝氣體混合物可以包括約5％至約20％的氧氣，其余工藝氣體混合物是氬氣。并且，在其他示例工藝中，工藝氣體混合物中的氧氣與轟擊氣體的百分比可以小于5％或大于20％。

在氧化工藝中，當(dāng)在晶片101上形成特定厚度的膜時(shí)，等離子體團(tuán)可以開始出現(xiàn)在晶片101上。等離子體團(tuán)的數(shù)量和尺寸與工藝氣體混合物中的轟擊工藝氣體(例如氬)的量具有直接的相關(guān)性。因此，減少工藝氣體混合物中的轟擊工藝氣體的量可用于降低等離子體團(tuán)的強(qiáng)度。然而，較高百分比的轟擊工藝氣體通常也是必要的，以提供足夠的等離子體密度以確保適當(dāng)?shù)哪ば纬伞Ａ硗?，需要大量的rf功率來產(chǎn)生等離子體，因?yàn)槿绻麤]有施加足夠的rf功率，則等離子體密度將不足。然而，增加施加的rf功率導(dǎo)致形成更多的等離子體團(tuán)。一些工藝應(yīng)用使用約300w的施加的rf功率每300mm直徑的晶片處理站。然而，其他工藝應(yīng)用可能需要更高的rf功率，例如400w，或甚至更高，每300mm直徑的晶片處理站。

鑒于前述，抑制等離子體團(tuán)形成的一種方法是降低施加的rf功率和/或增加氣體混合物內(nèi)的氧氣濃度。更具體地，較低的工藝功率(即，較低的所施加的rf功率)或工藝氣體中(相對(duì)于氧氣)較低的轟擊氣體(通常為氬)濃度導(dǎo)致較低的等離子體密度，從而抑制等離子體團(tuán)的形成。不幸的是，從沉積膜質(zhì)量的角度來看，這些條件不是優(yōu)選的。例如，當(dāng)在較低工藝功率或工藝氣體內(nèi)的較低轟擊氣體濃度下來自等離子體的離子轟擊不足時(shí)，膜質(zhì)量下降。因此，通過降低工藝功率和/或降低工藝氣體中的轟擊氣體濃度(例如氬濃度)可能不總是能夠在抑制等離子體團(tuán)形成的同時(shí)保持沉積膜質(zhì)量。

本文公開了通過調(diào)節(jié)晶片101的電勢(shì)來防止/抑制等離子體不穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施方式中，將低正dc偏置施加到晶片101的背側(cè)/下側(cè)。該低正dc偏置在抑制等離子體團(tuán)的形成方面是有效的。本文公開的用于抑制和/或防止等離子體不穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法不需要改變其它工藝條件，例如工藝氣體流速、壓力和/或施加的rf功率。

圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖1a的基座140的豎直截面圖。在一些實(shí)施方式中，基座140由導(dǎo)電材料(例如鋁等材料)形成。在一些實(shí)施方式中，基座140包括加熱裝置505，例如電阻加熱器?；?40包括頂表面502。電絕緣層507設(shè)置在基座140的頂表面502上。電絕緣層507由介電材料形成，該介電材料與在晶片101的處理中使用的材料兼容并且在晶片101的處理期間對(duì)于熱膨脹是穩(wěn)定的。在各種實(shí)施方式中，在晶片101的處理期間，基座140可暴露于延伸至高達(dá)約100攝氏度(℃)的范圍內(nèi)的溫度、或暴露于約20℃延伸至約100℃的范圍內(nèi)的溫度、或暴露于延伸直至高達(dá)約50℃的范圍內(nèi)的溫度、或暴露于延伸至高達(dá)約250℃的范圍內(nèi)的溫度。

在一些實(shí)施方式中，電絕緣層507由陶瓷材料形成，例如陶瓷板或陶瓷涂層。在一些實(shí)施方式中，電絕緣層507通過陽極氧化基座140的頂表面502而形成。在一些實(shí)施方式中，電絕緣層507具有在垂直于基座140的頂表面502的方向上測(cè)得的豎直厚度，該豎直厚度在延伸直至約1毫米(mm)的范圍內(nèi)、或在延伸直至約100微米的范圍內(nèi)、或在約10微米延伸至約50微米的范圍內(nèi)、或約30微米。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施方式中，在垂直于基座140的頂表面502的方向上測(cè)得的電絕緣層507的豎直厚度可以不同于上述范圍和值。電絕緣層507的豎直厚度被限定為確保電流不流過電絕緣層507到達(dá)基座140。

導(dǎo)電層509設(shè)置在電絕緣層507上。導(dǎo)電層509被配置為支撐晶片101。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509形成為具有垂直于基座140的頂表面502的方向上測(cè)得的豎直厚度，該豎直厚度在延伸直至約1mm的范圍內(nèi)、或在延伸直至約0.25英寸的范圍內(nèi)、或在延伸直至約0.5英寸的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施方式中，在垂直于基座140的頂表面502的方向上測(cè)得的導(dǎo)電層509的豎直厚度可以不同于上述范圍和值。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509形成為實(shí)心板。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509形成為層壓膜。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509形成為噴涂金屬涂層。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509由鋁形成。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509可以由基本上任何類型的導(dǎo)電材料形成，該導(dǎo)電材料與在晶片101的處理中使用的材料兼容，并且在晶片101的處理期間關(guān)于熱膨脹是穩(wěn)定的。

在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509包括被配置為接觸和支撐晶片101的mca511的分布。在這些實(shí)施方式中，mca511由導(dǎo)電材料形成，以使得電流能夠從導(dǎo)電層509傳輸?shù)骄?01。在一些實(shí)施方式中，mca511由與導(dǎo)電層509相同的材料形成。在一些實(shí)施方式中，mca511由與導(dǎo)電層509不同的材料形成，只要mca511由導(dǎo)電材料形成即可。在一些實(shí)施方式中，mca511與導(dǎo)電層509一體形成。在一些實(shí)施方式中，mca511被物理地附接到導(dǎo)電層509。在一些實(shí)施方式中，mca511被配置為具有接觸晶片101的背側(cè)/下側(cè)的圓形頂表面。在一些實(shí)施方式中，mca511被配置為具有接觸晶片101的背側(cè)/下側(cè)的基本平坦的頂表面。

導(dǎo)電層509通過延伸穿過低通濾波器525的電連接件523電連接到dc電源521。低通濾波器525防止rf信號(hào)進(jìn)入和損壞dc電源521。dc電源521的正極端子連接到電連接件523，使得直流電流經(jīng)由電連接件523(包括經(jīng)由低通濾波器525)流到導(dǎo)電層509，然后經(jīng)由晶片101流入位于晶片101上方的處理體積內(nèi)的等離子體。dc電源521的負(fù)極端子連接到室內(nèi)的電流返回結(jié)構(gòu)，以提供完整的電路。在各種實(shí)施方式中，電連接件523可以以不同的方式(例如，通過焊接連接、釬焊連接、壓縮連接、螺紋連接等)連接到導(dǎo)電層509。形成電連接件523和/或與導(dǎo)電層509的接觸的電導(dǎo)體通過一個(gè)或多個(gè)電絕緣結(jié)構(gòu)527與基座140電絕緣。另外，如果基座140包括加熱裝置505，例如電阻加熱器，則電絕緣結(jié)構(gòu)527被形成為使加熱裝置505與電連接件523電絕緣。

另外，在一些實(shí)施方式中，基座140內(nèi)的升降銷中的至少一個(gè)由導(dǎo)電材料形成，并且被配置為在基座140內(nèi)縮回到其向下位置時(shí)電接觸導(dǎo)電層509，并且通過電連接件523和低通濾波器525電連接到dc電源521。在這些實(shí)施方式中，代替或者除了在導(dǎo)電層509和電連接件523之間形成永久接觸之外，至少一個(gè)dc供電的升降銷可用于提供與導(dǎo)電層509的電連接。

圖5a還示出了承載環(huán)200，承載環(huán)200位于承載環(huán)支撐表面513上方的基座140的外部區(qū)域中。承載環(huán)200可以包括多個(gè)延伸部515，延伸部515固定承載環(huán)200以防止承載環(huán)200在晶片101的處理期間偏移。延伸部515被配置為位于承載環(huán)支撐件412a、412b和412c中，如圖4a所示。圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中參考的區(qū)域501的近視圖。圖5c也示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中參考的區(qū)域501的近視圖。在圖5c的示例性實(shí)施方式中，基座140包括保持器結(jié)構(gòu)142，保持器結(jié)構(gòu)142被配置為從基座140的頂表面502向上延伸，并且被配置為圍繞其中形成電絕緣層507和導(dǎo)電層509的區(qū)域。此外，在圖5c的示例性實(shí)施方式中，電絕緣層507形成為沿保持器結(jié)構(gòu)142的內(nèi)表面向上延伸，以在保持器結(jié)構(gòu)142和導(dǎo)電層509之間提供電絕緣。

圖5d還示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中所參考的區(qū)域503的近視圖。在圖5d的示例性實(shí)施方式中，電連接件512被示為形成在導(dǎo)電層509和電連接件523之間。在各種實(shí)施方式中，電連接件523可以是焊接連接件、釬焊連接件、壓縮連接件、螺紋連接件等。圖5e也示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖5a中所參考的區(qū)域503的近視圖。在圖5e的示例性實(shí)施方式中，電連接件512形成為導(dǎo)電層509和電連接件523之間的較寬的襯墊型結(jié)構(gòu)。在圖5e的示例性實(shí)施方式中，電絕緣層507形成為環(huán)繞電連接件523。

在操作期間，dc電源521可以被操作以引起dc電流從dc電源521經(jīng)由電連接件523(包括經(jīng)由低通濾波器525)流到導(dǎo)電層509，經(jīng)由支撐晶片101的mca511，經(jīng)由晶片101流到覆蓋晶片101的等離子體，并且經(jīng)由等離子體流到與等離子體接觸的導(dǎo)電返回結(jié)構(gòu)。由dc電流引起的晶片101附近的正電荷用于排斥覆蓋在晶片101上的等離子體內(nèi)的帶正電荷的離子，這用于抑制晶片101表面處的等離子體團(tuán)的形成。在一些實(shí)施方式中，從dc電源521傳輸?shù)膁c電流在延伸直至100毫安(ma)的范圍內(nèi)、或在從約30ma延伸至約70ma的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方式中，從dc電源521傳輸?shù)膁c電流可以不同于上述范圍和值。在一些實(shí)施方式中，由dc電源521施加到電連接件523的電壓在延伸直至約+30伏(v)的范圍內(nèi)、或在從約-10v延伸至約+50v的范圍內(nèi)、或在從約+20v延伸至約+40v延伸的范圍內(nèi)，或在從約+10v延伸至約+30v的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方式中，由dc電源521施加的電壓可以不同于上述范圍和值。

因?yàn)閺膁c電源521供應(yīng)的dc電流經(jīng)由mca511流到晶片101，所以mca511的空間布置可能對(duì)從晶片101流到等離子體的dc電流的空間分布具有影響并且進(jìn)而對(duì)晶片101上的等離子體團(tuán)形成的抑制具有空間效應(yīng)。圖5f示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的對(duì)應(yīng)于圖5a中標(biāo)識(shí)的參考視圖a-a的導(dǎo)電層509的俯視圖。在圖5f的示例性實(shí)施方式中，mca511(對(duì)應(yīng)于由511表示的小圓圈(典型的))以基本上均勻的方式分布在整個(gè)導(dǎo)電層509上，以便以基本均勻的空間布置接觸晶片101的背側(cè)/下側(cè)。mca511的空間布置可以用于在不同的空間區(qū)域中增加/減少到晶片101的電導(dǎo)，并且由此提供對(duì)等離子體團(tuán)抑制的空間控制。例如，在一些實(shí)施方式中，可以在預(yù)期較高的等離子體團(tuán)形成的位置處提供更多的mca511，以便增加在這些位置處通過晶片101的dc電流的流動(dòng)。

圖5g示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的對(duì)應(yīng)于如圖5a所示的參考視圖a-a的導(dǎo)電層509的俯視圖。在圖5g的示例性實(shí)施方式中，mca511的空間密度朝向?qū)щ妼?09的外徑周邊增加。因此，圖5g的示例性實(shí)施方式中的mca511的空間布置可以用于其中增加的等離子體團(tuán)形成預(yù)期在晶片101的外徑區(qū)域附近這樣的處理應(yīng)用中。應(yīng)當(dāng)理解，提供圖5f和5g的示例性實(shí)施方式中描繪的mca511空間布置是用于描述的目的，并且不代表mca511在導(dǎo)電層509上的所有可能的空間布置。在其他實(shí)施方式中，mca511可以具有基本上任何空間布置，該空間布置提供對(duì)晶片101的足夠的結(jié)構(gòu)支撐，并且提供從導(dǎo)電層509流到晶片101的dc電流的合適分布。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的從dc電源521流經(jīng)室102的dc電流的示意圖。圖6示出了噴頭電極150/150a，其被連接以通過匹配網(wǎng)絡(luò)106從rf電源104接收rf信號(hào)，以在覆蓋晶片101的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體601。在圖6的示例性實(shí)施方式中，噴頭電極150/150a連接到dc電源521的返回端(負(fù)極端子)，如電連接件605所示，其中dc電源521的返回端(負(fù)極端子)電連接到參考接地電位。以這種方式，dc電流(i)從dc電源521通過低通濾波器525流到導(dǎo)電層509，如電連接件523所示，并且通過mca511流到晶片101，并且穿過晶片101流到等離子體601，并且通過等離子體601流到噴頭電極150/150a，并且從噴頭電極150/150a通過電連接件605流到直流電源521的返回端(負(fù)極端子)。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的從dc電源521流經(jīng)室102的dc電流的替代示意圖。圖7的示例性實(shí)施方式對(duì)應(yīng)于低壓處理應(yīng)用，其中等離子體601接觸室102的壁。在圖7的示例性實(shí)施方式中，室102的壁用作從直流電源521流出的直流電流(i)的返回電極。更具體地，室102的壁經(jīng)由電連接件701電連接到直流電源521的返回端(負(fù)極端子)。在操作期間，dc電流(i)從dc電源521經(jīng)由低通濾波器525流到導(dǎo)電層509，如電連接件523所示，并且通過mca511流到晶片101，并且通過晶片101流到等離子體601，并且通過等離子體601流到室102的壁，并且從室102的壁經(jīng)由電連接件701流到dc電源521的返回端(負(fù)極端子)。

如上所述，在各種晶片101處理應(yīng)用中，晶片101被裝載到諸如沉積站之類的處理站上，并且被放置在基座140/140a的導(dǎo)電層509上。晶片101由與導(dǎo)電層509電連接的成組的導(dǎo)電銷/結(jié)構(gòu)(例如mca511)支撐。然后，從外部dc電源521經(jīng)由導(dǎo)電層509以及經(jīng)由導(dǎo)電銷/結(jié)構(gòu)(例如經(jīng)由mca511)將dc電壓施加到晶片101。所施加的dc電壓用于減小入射在晶片101上的等離子體內(nèi)的(正)離子的能量通量。來自等離子體的高能粒子可從沉積在晶片101上的膜材料中噴射二次電子。這些二次電子在通過等離子體鞘拉入體等離子體時(shí)可被加速到高能量。這些加速的電子可以形成高密度、不穩(wěn)定的等離子體的區(qū)域，例如等離子體團(tuán)。當(dāng)放電與特定表面(例如，具有特定組成和厚度的膜)相互作用時(shí)，在富氬氣體混合物中觀察到這種行為。為了改變晶片電位，所施加的dc電壓產(chǎn)生非零的dc電流流動(dòng)。沒有dc電流的非零流動(dòng)，外部dc電壓的施加可能是無效的，這是由于等離子體能用相反符號(hào)的電荷遮蔽晶片101表面電荷從而恢復(fù)晶片101的浮動(dòng)電位的能力。

應(yīng)當(dāng)理解，本文公開的用于抑制等離子體不穩(wěn)定性(例如等離子體團(tuán))的系統(tǒng)和方法向處理系統(tǒng)增加了最小擾動(dòng)。施加到晶片101的背側(cè)/下側(cè)的dc偏置用作工藝調(diào)整參數(shù)，其可以被調(diào)整以消除等離子體團(tuán)，同時(shí)對(duì)放電和工藝具有最小的影響。在向晶片101的背側(cè)/下側(cè)施加dc偏置時(shí)，流速、壓力、rf功率和其它參數(shù)可以保持不變。

將dc偏置施加到晶片101的晶片背側(cè)/下側(cè)是不常見的。在一些情況下，可將dc偏置施加到rf供電電極，例如施加到噴頭電極150/150a，以調(diào)制全局等離子體結(jié)構(gòu)。然而，向噴頭電極150/150a施加dc偏置不會(huì)抑制等離子體團(tuán)，因?yàn)閐c電流主要在噴頭電極150/150a和室102的壁之間流動(dòng)，而對(duì)等離子體到晶片的界面具有最小的影響。與向噴頭電極150/150a施加dc偏置相反，本文公開的系統(tǒng)和方法建立與晶片101的背側(cè)/下側(cè)的dc電連接。并且，在一些實(shí)施方式中，與晶片101的背側(cè)/下側(cè)的dc電連接通過在晶片101的背側(cè)/下側(cè)空間分布的多個(gè)導(dǎo)電晶片支撐結(jié)構(gòu)(例如，mca511)建立。這些多個(gè)導(dǎo)電晶片支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與晶片101的低電阻接觸，并將dc電流傳導(dǎo)到晶片101，以便改變晶片101的電位。一般來說，用于增加晶片101的電位的各種方法可以用于減少等離子體團(tuán)形成的可能性。在替代實(shí)施方式中，與使晶片101處于浮動(dòng)電位相反，甚至晶片101的dc接地可用于減少一些等離子體不穩(wěn)定性。這種替代實(shí)施方式可以被認(rèn)為是具有零電壓的dc偏置的特殊情況。

鑒于前述內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)理解，本文公開了一種用于在等離子體處理操作期間支撐晶片的裝置。該裝置包括被構(gòu)造為具有底表面和頂表面的基座140/140a。該裝置還包括被配置為在基座140/140a的底表面的中心區(qū)域處支撐基座140/140a的柱141。在一些實(shí)施方式中，柱141被配置成旋轉(zhuǎn)。并且，在這些實(shí)施方式中，柱141固定到基座140/140a，使得柱141的旋轉(zhuǎn)引起基座140/140a的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)。該裝置包括設(shè)置在基座140/140a的頂表面上的電絕緣層507。在一些實(shí)施方式中，電絕緣層507與基座一體形成，如圖1b所示。該裝置還包括設(shè)置在電絕緣層507的頂表面上的導(dǎo)電層509。該裝置還包括分布在導(dǎo)電層509上的至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511。至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511中的每一個(gè)由導(dǎo)電材料形成并且被固定成與導(dǎo)電層509電接觸。至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511被配置為與晶片101的底表面配合以物理地支撐晶片101并電連接到晶片101。該裝置還包括從導(dǎo)電層509延伸到基座140/140a外部的位置的電連接件523。電連接件523電連接到直流電源521的正極端子。

在一些實(shí)施方式中，電絕緣層507具有在垂直于基座140/140a的頂表面的方向上測(cè)得的豎直厚度，該豎直厚度至少足夠大以防止電流從導(dǎo)電層509流向位于電絕緣層507下方的基座140/140a內(nèi)的導(dǎo)電材料。在一些實(shí)施方式中，電絕緣層507具有在垂直于基座140/140a的頂表面的方向上測(cè)得的豎直厚度，該豎直厚度在延伸直至約1000微米的范圍內(nèi)、或在延伸直至約100微米的范圍內(nèi)、或在約10微米延伸至約50微米的范圍內(nèi)、或約30微米。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施方式中，在垂直于基座140/140a的頂表面的方向上測(cè)得的電絕緣層507的豎直厚度可以不同于上述范圍和值。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509具有在垂直于基座140/140a的頂表面的方向上測(cè)得的豎直厚度，該豎直厚度在延伸至大約1毫米的范圍內(nèi)、或在延伸至大約7毫米的范圍內(nèi)、或在延伸至約13毫米的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施方式中，在垂直于基座140/140a的頂表面的方向上測(cè)得的導(dǎo)電層509的豎直厚度可以不同于上述范圍和值。在各種實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509形成為板、或?qū)訅耗せ驀娡客繉印?/p>

在一些實(shí)施方式中，例如，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511以基本均勻的方式分布在導(dǎo)電層509上，如圖5f所示。在一些實(shí)施方式中，例如，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511以不均勻的方式分布在導(dǎo)電層509上，如圖5g所示。在一些實(shí)施方式中，與導(dǎo)電層509的中心區(qū)域附近相比，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511中的更多數(shù)量位于導(dǎo)電層509的外圍區(qū)域附近。

在一些實(shí)施方式中，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511和導(dǎo)電層509都由相同的材料形成。并且，在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層509由與形成至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511的材料不同的材料形成，其中至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511由導(dǎo)電材料形成。在一些實(shí)施方式中，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511和導(dǎo)電層509都形成為單個(gè)整體結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511被附接到導(dǎo)電層509。此外，在一些實(shí)施方式中，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511中的每一個(gè)被配置為具有圓形頂表面以與晶片101的底表面配合。

此外，鑒于前述，應(yīng)當(dāng)理解，本文公開了用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有正極端子和負(fù)極端子的直流電源521。該系統(tǒng)還包括具有輸入連接件和輸出連接件的低通濾波器電路，例如低通濾波器525，其中低通濾波器電路525的輸入連接件電連接到直流電源521的正極端子。該系統(tǒng)還包括晶片支撐裝置，晶片支撐裝置包括分布為物理接觸并支撐晶片101的底表面的至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511。至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511中的每一個(gè)由導(dǎo)電材料形成。并且，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511中的每一個(gè)電連接到低通濾波器電路525的輸出連接件。

在一些實(shí)施方式中，晶片支撐裝置包括導(dǎo)電層509，其中至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)511物理地和電連接到導(dǎo)電層509，并且導(dǎo)電層509電連接到低通濾波器電路525的輸出連接件。此外，在一些實(shí)施方式中，晶片支撐裝置包括被配置為具有底表面和頂表面的基座140/140a。并且，晶片支撐裝置包括設(shè)置在導(dǎo)電層509下面的電絕緣層507。并且，在一些實(shí)施方式中，晶片支撐裝置包括柱141，柱141被配置為在基座140/140a的底表面的中心區(qū)域處支撐基座140/140a。在一些實(shí)施方式中，柱141被配置成旋轉(zhuǎn)，柱141固定到基座140/140a，使得柱141的旋轉(zhuǎn)引起基座140/140a的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)。

該系統(tǒng)還包括例如位于晶片支撐裝置上方的電極，例如噴頭電極150/150a。等離子體產(chǎn)生區(qū)域位于電極150/150a和晶片支撐裝置之間。該系統(tǒng)還包括被連接以向電極150/150a傳送射頻功率的射頻電源104。該系統(tǒng)還具有直流電源521的負(fù)極端子，負(fù)極端子電連接到暴露于等離子體產(chǎn)生區(qū)域的至少一個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，例如圖6所示，暴露于等離子體產(chǎn)生區(qū)域的至少一個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是電極150/150a。在一些實(shí)施方式中，例如圖7所示，暴露于等離子體產(chǎn)生區(qū)域的至少一個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是室102的壁，室102中設(shè)置有電極150/150a和晶片支撐裝置。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法的流程圖。該方法包括操作801，操作801用于將晶片(101)放置在被分布以物理接觸并支撐晶片(101)的底表面的至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(511)上。至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(511)中的每一個(gè)由導(dǎo)電材料形成。此外，至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(511)中的每一個(gè)電連接到直流電源(521)的正極端子。

該方法還包括操作803，操作803用于提供從覆蓋晶片(101)的等離子體產(chǎn)生區(qū)域到直流電源(521)的負(fù)極端子的電流返回路徑。在一些實(shí)施方式中，例如圖6所示，例如，從等離子體產(chǎn)生區(qū)域經(jīng)由電極(例如噴頭電極150/150a)以及從電極(150/150a)到直流電源(521)的負(fù)極端子來提供電流返回路徑。在一些實(shí)施方式中，例如如圖7所示，例如，從等離子體產(chǎn)生區(qū)域經(jīng)由其中形成等離子體產(chǎn)生區(qū)域的室(102)的壁以及從室(102)的壁到直流電源(521)的負(fù)極端子來提供電流返回路徑。

該方法還包括用于在覆蓋晶片(101)的等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體(601)的操作805。在一些實(shí)施方式中，在操作805中在等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體(601)包括向覆蓋等離子體產(chǎn)生區(qū)域的電極(例如噴頭電極150/150a)供應(yīng)射頻功率。該方法還包括操作807，操作807用于操作直流電源(521)以驅(qū)動(dòng)通過所述至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(511)、以及從所述至少三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(511)通過晶片(101)、以及從晶片(101)通過等離子體(601)，以及從等離子體(601)通過電流返回路徑到達(dá)直流電源(521)的負(fù)極端子的電流。在操作807中的驅(qū)動(dòng)電流與在操作805中的產(chǎn)生等離子體(601)一起執(zhí)行。

在一些實(shí)施方式中，操作807包括操作直流電源(521)以產(chǎn)生電流，該電流在延伸直至約100毫安的范圍內(nèi)、或者從約30毫安延伸至約70毫安的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方式中，從dc電源521傳輸?shù)膁c電流可以不同于上述范圍和值。在一些實(shí)施方式中，操作807包括操作直流電源(521)以產(chǎn)生電壓，該電壓在延伸直至約+30伏特的范圍內(nèi)、或在從約-10伏特延伸至約+50伏特的范圍內(nèi)、或在從約+20伏特延伸到約+40伏特的范圍內(nèi)、或在從約+10伏特延伸到約+30伏特的范圍內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方式中，由dc電源521施加的電壓可以不同于上述范圍和值。

本文還公開了通過測(cè)量和分析存在于噴頭電極150/150a上的電參數(shù)來檢測(cè)等離子體不穩(wěn)定性(例如等離子體團(tuán)的形成)的方法。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的晶片處理系統(tǒng)100/100a，其具有電連接到噴頭電極150/150a的電傳感器1101，如電連接1103所示。電傳感器1101被配置為測(cè)量噴頭電極150/150a上的rf電壓、和/或噴頭電極150/150a上的rf電流、和/或噴頭電極150/150a處的rf頻率、和/噴頭電極150/150a處的rf相位角、和/或噴頭電極150/150a處的rf相位角、和/或噴頭電極150/150a處的rf功率。

在一些實(shí)施方式中，晶片處理系統(tǒng)100/100a可以包括如先前關(guān)于圖6和圖7所描述的dc電源521、低通濾波器525和電連接件523。此外，在一些實(shí)施方式中，晶片處理系統(tǒng)100/100a可以包括在噴頭電極150/150a和dc電源521的負(fù)極端子之間的電連接件605，和/或在室102的壁和dc電源521的負(fù)極端子之間的電連接件701。

在一些實(shí)施方式中，電傳感器1101被操作以在等離子體處理操作期間測(cè)量噴頭電極150/150a上的rf電壓。工具測(cè)試指示當(dāng)形成等離子體團(tuán)時(shí)，噴頭電極150/150a上的循環(huán)平均rf電壓和/或瞬時(shí)rf電壓降低。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的噴頭電極150/150a上的歸一化的循環(huán)平均rf電壓與所執(zhí)行的處理循環(huán)的數(shù)量的函數(shù)關(guān)系圖。圖10中所示的數(shù)據(jù)表示每個(gè)處理循環(huán)的平均rf電壓。如圖10所示，當(dāng)形成等離子體團(tuán)時(shí)，噴頭電極150/150a上的歸一化循環(huán)平均rf電壓降低。因此，通過使用電傳感器1101在等離子體處理操作期間測(cè)量噴頭電極150/150a上的rf電壓，并通過分析測(cè)得的rf電壓數(shù)據(jù)來檢測(cè)在噴頭電極150/150a上的循環(huán)平均rf電壓和/或瞬時(shí)rf電壓的指示性趨勢(shì)/變化，可以確定/檢測(cè)何時(shí)形成等離子體團(tuán)。

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的噴頭電極150/150a上的歸一化的循環(huán)平均rf阻抗與所執(zhí)行的處理循環(huán)的數(shù)量的函數(shù)關(guān)系圖。圖11中所示的數(shù)據(jù)表示每個(gè)處理循環(huán)的平均rf阻抗。如圖11所示，當(dāng)形成等離子體團(tuán)時(shí)，在噴頭電極150/150a上的歸一化的循環(huán)平均rf阻抗降低。因此，通過使用電傳感器1101在等離子體處理操作期間測(cè)量噴頭電極150/150a上的rf阻抗，并通過分析測(cè)得的rf阻抗數(shù)據(jù)來檢測(cè)在噴頭電極150/150a上的循環(huán)平均rf阻抗和/或瞬時(shí)rf阻抗的指示性趨勢(shì)/變化，可以確定/檢測(cè)何時(shí)形成等離子體團(tuán)。

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的噴頭電極150/150a上的歸一化的循環(huán)平均rf頻率與所執(zhí)行的處理循環(huán)的數(shù)量的函數(shù)關(guān)系圖。圖12中所示的數(shù)據(jù)表示每個(gè)處理循環(huán)的平均rf頻率。如圖12所示，當(dāng)形成等離子體團(tuán)時(shí)，噴頭電極150/150a上的歸一化循環(huán)平均rf頻率降低。因此，通過使用電傳感器1101在等離子體處理操作期間測(cè)量噴頭電極150/150a上的rf頻率，并且通過分析測(cè)得的rf頻率數(shù)據(jù)以檢測(cè)在噴頭電極150/150a上的循環(huán)平均rf頻率和/或瞬時(shí)rf頻率的指示性趨勢(shì)/變化頻率，可以確定/檢測(cè)何時(shí)形成等離子體團(tuán)。

在一些實(shí)施方式中，對(duì)噴頭電極150/150a上的測(cè)得的電參數(shù)(rf電壓、rf電流、rf阻抗、rf相位角、rf功率、rf頻率)的分析可以離線執(zhí)行，即與晶片101的實(shí)際等離子體處理分開執(zhí)行。在一些實(shí)施方式中，可以在線并且實(shí)時(shí)地執(zhí)行對(duì)噴頭電極150/150a上的測(cè)得的電參數(shù)的分析。在這些實(shí)施方式中，可以通過在晶片處理系統(tǒng)100/100a內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)處理單元1102來進(jìn)行對(duì)等離子體團(tuán)形成的實(shí)時(shí)檢測(cè)。電信號(hào)處理單元1102被配置并連接以從電傳感器1101接收測(cè)量信號(hào)，如連接件1104所示；并且分析所接收的測(cè)量信號(hào)以確定以下參數(shù)的實(shí)時(shí)值：循環(huán)平均rf電壓和/或瞬時(shí)rf電壓、和/或循環(huán)平均rf電流和/或瞬時(shí)rf電流、和/或循環(huán)平均rf阻抗和/或瞬時(shí)rf阻抗、和/或循環(huán)平均rf相位角和/或瞬時(shí)rf相位角、和/或循環(huán)平均rf功率和/或瞬時(shí)rf功率、和/或循環(huán)平均rf頻率和/或瞬時(shí)rf頻率；并且鑒于相應(yīng)的先前確定的值來確定所確定的實(shí)時(shí)值的指示性趨勢(shì)/變化是否指示等離子體團(tuán)的形成。

利用通過電信號(hào)處理單元1102提供的等離子體團(tuán)形成的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以在電信號(hào)處理單元1102和rf電源104之間建立反饋回路，如連接件1106所示，以提供對(duì)等離子體工藝的調(diào)節(jié)從而實(shí)時(shí)抑制等離子體團(tuán)的形成。在一些實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)等離子體工藝以抑制等離子體團(tuán)形成可以包括改變所施加的rf功率的特性。上述反饋回路可以提供對(duì)等離子體團(tuán)形成的實(shí)時(shí)抑制。更具體地，因?yàn)榭梢酝ㄟ^降低施加的用于產(chǎn)生和維持等離子體601的rf功率或通過改變另一個(gè)rf產(chǎn)生參數(shù)來抑制等離子體團(tuán)形成，所以通過分析使用電傳感器1101測(cè)得的數(shù)據(jù)來檢測(cè)等離子體團(tuán)形成可以用于觸發(fā)rf電源104以降低其輸出rf功率或改變另一個(gè)rf生成參數(shù)，直到不再檢測(cè)到等離子體團(tuán)。

此外，在一些實(shí)施方式中，電信號(hào)處理單元1102被配置并連接以將控制信號(hào)傳送到dc電源521，如連接件1108所示，以提供對(duì)等離子體工藝的調(diào)諧以通過指令增加或減小提供給晶片101的dc功率來實(shí)時(shí)抑制實(shí)際的等離子體團(tuán)形成。如本文所討論的，通過dc電源521經(jīng)由電連接件523和導(dǎo)電層509施加到晶片101的背側(cè)/下側(cè)的dc偏置用作工藝調(diào)諧參數(shù)，其可以被調(diào)節(jié)以消除等離子體團(tuán)，同時(shí)對(duì)放電和處理具有最小的影響。

考慮到上述內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)理解，本文公開了用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的系統(tǒng)(例如圖9的晶片處理系統(tǒng)100/100a)。系統(tǒng)100/100a包括被配置為在等離子體處理操作期間支撐晶片101的晶片支撐裝置140/140a。系統(tǒng)100/100a還包括位于晶片支撐裝置140/140a上方的電極150/150a，以在電極150/150a和晶片支撐裝置140/140a之間形成等離子體產(chǎn)生區(qū)域。系統(tǒng)100/100a還包括被連接以向電極150/150a傳送射頻功率的射頻電源104。系統(tǒng)100/100a還包括至少一個(gè)電傳感器1101，所述至少一個(gè)電傳感器1101連接到電極150/150a并且配置成測(cè)量電極150/150a上的射頻電壓、電極150/150a上的射頻電流、電極150/150a上的射頻相位角、電極150/150a上的射頻功率、電極150/150a上的射頻信號(hào)頻率以及電極150/150a上的射頻阻抗中的一個(gè)或多個(gè)。

系統(tǒng)100/100a還包括電信號(hào)處理單元1102，電信號(hào)處理單元1102被連接以在等離子體處理操作期間從至少一個(gè)電傳感器1101接收測(cè)量數(shù)據(jù)。電信號(hào)處理單元1102被配置為基于從至少一個(gè)電傳感器1101接收的測(cè)量數(shù)據(jù)來確定存在于電極150/150a上的一個(gè)或多個(gè)循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)。一個(gè)或多個(gè)循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)包括射頻電壓、射頻電流、射頻信號(hào)相位角、射頻功率、射頻信號(hào)頻率和射頻阻抗。

電信號(hào)處理單元1102還被配置為確定在循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在指示性趨勢(shì)/變化，其中指示性趨勢(shì)/變化指示在等離子體處理操作期間的等離子體不穩(wěn)定性的形成。電信號(hào)處理單元1102被配置為確定在等離子體處理操作期間執(zhí)行的多個(gè)處理循環(huán)期間指示性趨勢(shì)/變化是否作為處理循環(huán)的函數(shù)而存在。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)作為等離子體處理循環(huán)的函數(shù)的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值相對(duì)于先前運(yùn)行的射頻參數(shù)值的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值的平均值改變了閾值百分比時(shí)，指示性趨勢(shì)/變化存在。

在各種實(shí)施方式中，可以以不同的方式來確定在一個(gè)或多個(gè)循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)中是否存在指示性趨勢(shì)或變化。例如，在一些實(shí)施方式中，可以通過分析電極150/150a上的rf電壓來確定在循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在指示性趨勢(shì)或變化。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在150個(gè)循環(huán)的ald工藝中的每個(gè)循環(huán)期間作為時(shí)間的函數(shù)的電極150/150a上的示例性rf電壓測(cè)量數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施方式中，諸如圖13所示的rf電壓數(shù)據(jù)可以提供用于研究等離子體團(tuán)形成的數(shù)據(jù)源。然而，應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施方式可以測(cè)量和分析諸如rf電流、rf相位角、rf功率、rf頻率和/或rf阻抗之類的其它rf參數(shù)。

在示例性實(shí)施方式中，可以在多個(gè)循環(huán)期間/之間分析電極150/150a上的rf電壓的變化，以檢測(cè)等離子體團(tuán)形成。用于確定指示性趨勢(shì)或變化是否存在于瞬時(shí)rf電壓參數(shù)數(shù)據(jù)中的一個(gè)示例性分析方法包括確定目標(biāo)電壓差值，以及將所確定的目標(biāo)電壓差值與閾值電壓比較，其中具有大于或等于閾值電壓的目標(biāo)電壓差值指示存在等離子體團(tuán)形成。可以通過測(cè)試來確定適當(dāng)?shù)拈撝惦妷?。在一些?shí)施方式中，目標(biāo)電壓差值是在選定組的循環(huán)中的每一個(gè)循環(huán)中的激勵(lì)后的特定時(shí)間在電極150/150a上測(cè)得的電壓與參考電壓之差。

例如，圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，在150個(gè)循環(huán)的ald工藝中的每個(gè)循環(huán)(其rf電壓數(shù)據(jù)在圖13中示出)的等離子體激勵(lì)之后在100ms時(shí)在電極150/150a上測(cè)得的rf電壓。在圖14的示例中，特定的激勵(lì)后時(shí)間是100ms，并且所選擇的一組循環(huán)包括循環(huán)50直到循環(huán)100，并且參考電壓是在激勵(lì)后時(shí)間為100ms的在ald工藝的最后循環(huán)中(即在循環(huán)150中)的電極150/150a上的電壓。應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施方式中，參考電壓可以任意設(shè)置，并且不一定必須對(duì)應(yīng)于電極150/150a上的給定測(cè)得的rf電壓。在圖14的示例中，可以看出，目標(biāo)電壓差值在循環(huán)60附近達(dá)到約3-4v的最大值。因此，基于圖14，如果閾值電壓設(shè)置為約3v，則目前討論的實(shí)例分析方法將指示在循環(huán)55-65期間可能形成等離子體團(tuán)。

在另一示例性實(shí)施方式中，可以在每個(gè)循環(huán)內(nèi)分析電極150/150a上的rf電壓的變化以檢測(cè)等離子體團(tuán)形成。例如，給定循環(huán)的目標(biāo)電壓差值可以被定義為在給定循環(huán)期間的兩個(gè)不同時(shí)間的電極150/150a上的電壓之間的差。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的如何分析在每個(gè)循環(huán)內(nèi)電極150/150a上的rf電壓的變化以檢測(cè)等離子體團(tuán)形成的實(shí)例。在圖15的示例中，每個(gè)循環(huán)的目標(biāo)電壓差值是在后激勵(lì)時(shí)在30ms至40ms的范圍內(nèi)測(cè)得的電極150/150a上的rf電壓和在后激勵(lì)時(shí)在100ms至120ms的范圍內(nèi)測(cè)得的電極150/150a上的rf電壓之差。將每個(gè)循環(huán)的目標(biāo)電壓差值與閾值電壓進(jìn)行比較，其中具有大于或等于閾值電壓的目標(biāo)電壓差值指示等離子體團(tuán)形成的存在。例如，在圖15中，如果閾值電壓為5v，則當(dāng)前討論的示例性分析方法將再次指示在循環(huán)55-65期間可能的等離子體團(tuán)形成。應(yīng)當(dāng)理解，通過示例提供了上面討論的用于確定在循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在指示性趨勢(shì)或變化的特定的基于rf電壓的分析方法。在其他實(shí)施方式中，可以使用不同的分析方法來確定是否發(fā)生了等離子體不穩(wěn)定性，并且各種分析方法可以取決于所分析的特定rf參數(shù)。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100/100a還可以包括在電信號(hào)處理單元1102和射頻電源104之間的反饋連接件1106。電信號(hào)處理單元1102被配置為基于在循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在指示性趨勢(shì)/變化的確定，生成控制信號(hào)并通過反饋連接件1106發(fā)送該控制信號(hào)，以控制射頻電源104。

此外，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100/100a可以包括直流電源521，直流電源521被電連接以向晶片支撐裝置140/140a提供電流，并且直接連接到晶片101的下側(cè)，以在等離子體處理操作期間被支撐在晶片支撐裝置140/140a上。另外，在這些實(shí)施方式中的一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100/100a可以包括在電信號(hào)處理單元1102和直流電源521之間的反饋連接件1108。在這些實(shí)施方式中，電信號(hào)處理單元1102被配置為基于在循環(huán)平均和/或瞬時(shí)射頻參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)中是否存在指示性趨勢(shì)/變化的確定，生成控制信號(hào)并通過反饋連接件1108發(fā)送該控制信號(hào)，以控制直流電源521。還應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100/100a包括電信號(hào)處理單元1102和直流電源521之間的反饋連接件1108以及電信號(hào)處理單元1102和射頻電源104之間的反饋連接件1106，如上所述。

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于對(duì)晶片進(jìn)行等離子體處理的方法的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖16的方法可以使用圖9的晶片處理系統(tǒng)100/100a來實(shí)現(xiàn)。該方法包括用于將晶片(101)放置在晶片支撐裝置(140/140a)上的操作1601。晶片支撐裝置(140/140a)位于電極(150/150a)的下方，使得在晶片(101)和電極(150/150a)之間存在等離子體產(chǎn)生區(qū)域。該方法還包括操作1603，操作1603用于在等離子體處理操作的多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間向電極(150/150a)供應(yīng)射頻功率以在等離子體產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體(601)。該方法還包括操作1605，操作1605用于操作連接到電極(150/150a)的至少一個(gè)電傳感器1101以在多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)期間測(cè)量電極(150/150a)上的射頻參數(shù)。在各種實(shí)施方式中，在電極上測(cè)量的射頻參數(shù)是射頻電壓、射頻電流、射頻信號(hào)頻率、射頻相位角、射頻功率、和射頻阻抗中的一個(gè)或多個(gè)。

該方法還包括操作1607，操作1607用于確定對(duì)于多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值。并且，該方法包括操作1609，操作1609用于確定在多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值中是否存在指示性趨勢(shì)或變化，其中指示性趨勢(shì)或變化指示在等離子體處理操作期間等離子體不穩(wěn)定性的形成。

在一些實(shí)施方式中，確定針對(duì)多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值以及確定在多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值中是否存在指示性趨勢(shì)或變化都是在等離子體處理操作完成之后執(zhí)行的。然而，在一些實(shí)施方式中，確定針對(duì)多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值以及確定在多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值中是否存在指示性趨勢(shì)或變化都是實(shí)時(shí)地執(zhí)行的，由此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制以減少在等離子體處理操作期間任何等離子體不穩(wěn)定性的形成。

在一些實(shí)施方式中，所述方法包括在向所述電極(150/150a)供應(yīng)射頻功率以產(chǎn)生等離子體601)的同時(shí)操作電信號(hào)處理單元(1102)以從所述至少一個(gè)電傳感器(1101)接收測(cè)量數(shù)據(jù)。此外，在這些實(shí)施方式中，該方法包括在向所述電極(150/150a)供應(yīng)射頻功率以產(chǎn)生等離子體601)的同時(shí)操作電信號(hào)處理單元(1102)以確定針對(duì)多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中的每一個(gè)在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值。此外，在這些實(shí)施方式中，該方法包括在向所述電極(150/150a)供應(yīng)射頻功率以產(chǎn)生等離子體601)的同時(shí)操作電信號(hào)處理單元(1102)以確定在多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值中是否存在指示性趨勢(shì)或變化。

在一些實(shí)施方式中，在確定在多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值中確實(shí)存在指示性趨勢(shì)或變化時(shí)，該方法包括操作電信號(hào)處理單元(1102)以產(chǎn)生并發(fā)送控制信號(hào)，以對(duì)向電極(150/150a)供應(yīng)射頻功率進(jìn)行調(diào)整以在等離子體處理操作期間減少等離子體不穩(wěn)定性的形成。在一些實(shí)施方式中，對(duì)向電極(150/150a)供應(yīng)射頻功率的調(diào)整導(dǎo)致供應(yīng)到電極(150/150a)的射頻功率的減小。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在各種實(shí)施方式中，對(duì)向電極(150/150a)供應(yīng)射頻功率的調(diào)整可以包括根據(jù)需要對(duì)射頻信號(hào)的產(chǎn)生以及射頻信號(hào)從射頻電源(104)到電極(150/150a)的傳輸?shù)娜魏晤愋偷恼{(diào)整，以減少等離子體處理操作期間等離子體不穩(wěn)定性的形成。此外，在一些實(shí)施方式中，在確定多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)期間在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值中不存在指示性趨勢(shì)或變化時(shí)，該方法包括操作電信號(hào)處理單元(1102)以產(chǎn)生和發(fā)射控制信號(hào)到射頻電源(104)，以增加提供給電極(150/150a)的射頻功率的量。

在一些實(shí)施方式中，該方法包括在等離子體處理操作期間操作直流電源(521)以將電流提供到晶片支撐裝置(140/140a)、以及從晶片支撐裝置(140/140a)直接提供到晶片(101)的下側(cè)。并且，在一些實(shí)施方式中，在確定多個(gè)連續(xù)的等離子體處理循環(huán)中在電極(150/150a)上測(cè)得的射頻參數(shù)的循環(huán)平均值和/或瞬時(shí)值中確實(shí)存在指示性趨勢(shì)或變化時(shí)，該方法包括操作所述電信號(hào)處理單元(1102)以產(chǎn)生控制信號(hào)并發(fā)送控制信號(hào)到所述直流電源(521)，以增加由所述直流電源(521)提供給所述晶片支撐裝置(140/140a)并最終到達(dá)晶片(101)的電流量，從而減少等離子體處理操作期間等離子體不穩(wěn)定性的形成。

應(yīng)當(dāng)理解，用于測(cè)量和分析噴頭電極150/150a上存在的電參數(shù)以檢測(cè)等離子體團(tuán)形成的方法不需要測(cè)量晶片101上的膜厚度。通過電傳感器1101測(cè)得的在噴頭電極150/150a處的rf特性以及相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)分析使得能夠識(shí)別何時(shí)形成等離子體團(tuán)以及在哪個(gè)晶片上形成等離子體團(tuán)。用于測(cè)量和分析噴頭電極150/150a上的電參數(shù)rf電壓、和/或rf電流、和/或rf阻抗、和/或rf頻率和/或rf相位角和/或rf功率以檢測(cè)等離子體團(tuán)形成的方法節(jié)省了顯著的成本和時(shí)間。例如，如果沒有本文公開的方法，就必須測(cè)量并監(jiān)測(cè)每個(gè)晶片的沉積膜的晶片上厚度分布，以檢測(cè)在處理期間是否發(fā)生等離子體團(tuán)形成以及等離子體團(tuán)是否不利地影響晶片上的膜厚度分布。在每天處理數(shù)千個(gè)晶片的制造設(shè)備處，晶片上的沉積膜厚度分布的測(cè)量受限于統(tǒng)計(jì)采樣，并且不能識(shí)別在處理期間暴露于等離子體團(tuán)的每個(gè)單個(gè)晶片。相反，本文所公開的方法在每個(gè)晶片的處理期間(例如在所有經(jīng)處理的晶片的所有ald循環(huán)期間)提供對(duì)噴頭電極150/150a上的電參數(shù)(rf電壓、和/或rf電流、和/或rf阻抗、和/或rf頻率、和/或rf相位角、和/或rf功率)的連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析。因此，可以單獨(dú)地分析每個(gè)晶片以確定其在等離子體處理期間是否暴露于等離子體團(tuán)。

雖然為了清楚理解的目的已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了前述發(fā)明，但是顯而易見的是，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施某些改變和修改。因此，本實(shí)施方式被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的，并且本發(fā)明不限于本文給出的細(xì)節(jié)，而是可以在所描述的實(shí)施方式的范圍和等同方案內(nèi)進(jìn)行修改。