[发明专利]通过测量阻抗监控等离子体处理系统中处理的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及衬底制造技术，具体地，涉及用于通过测量阻抗来监控等离子体处理系统中处理的方法和装置。

背景技术

在诸如使用在平板显示器制造中的衬底(例如，半导体衬底或玻璃面板)的处理中，经常使用等离子体。例如，作为衬底处理的一部分，将衬底分成多个管芯(die)或矩形区域，每个管芯或矩形区域都将成为集成电路。接着，通过一系列步骤处理衬底，其中，选择性地去除(蚀刻)和沉积材料，以在其上形成电子元件。

在示例性的等离子体处理中，在蚀刻之前，用硬化的感光乳剂薄膜(即，例如，光刻胶掩模)涂覆衬底。然后，选择性地去除硬化的感光乳剂区域，使得露出底层部件。然后，将衬底放置在衬底支撑结构上的等离子体处理室中，该衬底支撑结构(称为卡盘或底座)包括单极电极或双极电极。随后，适当的蚀刻源流入室中并被撞击以形成等离子体，来蚀刻衬底的暴露区域。

现在参照图1，示出了电容耦合等离子体处理系统的简图。通常，电容耦合等离子体处理系统可配备有单个或两个单独的RF电源。由源RF发生器134生成的源RF通常用于生成等离子体以及通过电容耦合控制等离子体密度。而由偏压RF发生器138生成的偏压RF通常用于控制DC偏压和离子轰击能量。匹配网络136进一步耦合至源RF发生器134和偏压RF发生器138，用于使RF电源的阻抗与等离子体110的阻抗相匹配。此外，匹配网络136还可以包括可以测量传送至等离子体110的电压和电流阻抗的V/I探针(未示出)，以及修改生成的等离子体的频率以更好地优化等离子体处理条件的的能力。

通常，适当的一组气体通过顶部电极104的入口从气体分配系统122流入室102。这些等离子体处理气体可被顺序电离以形成等离子体110，从而处理(例如，蚀刻或沉积)通过边缘环(edge ring)115定位在还用作电极的静电卡盘116上的衬底114(例如，半导体衬底或玻璃板)的露出区域。

通常，冷却系统140连接至卡盘116，以实现等离子体被点火时的热平衡。该冷却系统本身通常由通过卡盘中的空腔抽吸冷却剂的冷却器、以及对卡盘和衬底之间的泵111抽吸的氦气例如，后部氦流(backside He flow))组成。除了除去生成的热量之外，氦气还使冷却系统快速地控制散热。即，增加的氦气压力随后也增加了传热速率。大部分等离子体处理系统还被包括运行软件程序的复杂计算机所控制。在典型的运行环境中，通常为特定的等离子体处理系统和特定方法配置制造处理参数(例如，电压、气流混合、气体流速、压力等)。

在所知双衬底的普通基板制造方法中，介电层由填充通孔的导电塞电连接。一般地，在通常排列有TaN或TiN阻挡层的介电层中形成开口，然后顺序填充有使两组导电图样进行电接触的导电材料(例如，铝(Al)、铜(Cu)等)。这样就在衬底的两个有源区(例如，源极/漏极区)之间建立了电接触。通常，通过化学机械研磨(CMP)去除介电层的表面上过多的导电材料。然后沉积氮化硅覆盖层以覆盖铜。

然而，在这些或其它等离子体处理中，常常难以确定设定参数之外的处理条件改变的确切时间。特别地，随着装置尺寸变小以及更先进的低k材料的使用，为了保持均匀的蚀刻速率、提高产量等，对基本稳定的处理条件的要求也更加严格。

特别地，污染将成为重要的问题。通常，污染程度通常依赖于特定的等离子体处理(例如，化学、功率、和温度)和室的初始表面条件。由于完全去除沉积物很耗费时间，所以通常仅当微粒污染等级达到不能接受的等级时、当必须打开等离子体处理系统以更换消耗结构(例如，边缘环)或作为预定的预防性维护(PM)的一部分时才充分清洁等离子体处理系统室。

同样，硬件损耗也将成为问题。随着等离子体室部件暴露给等离子体，其自身也会被损坏，物理特性和电特性会改变并产生污染。实际上，在无晶自动清洁(WAC)期间，清洁处理本身可能会损坏部件，例如，静电卡盘(卡盘)。

至今，还没有有效的方法来在不进行第一次初始处理的情况下确定等离子体处理是否在设定的参数原位(in-situ)之外，随后对部分制造衬底进行测试。也就是说，在处理完一批衬底制造之后，从该批衬底中取出样品衬底并对其进行测试。如果测试确定衬底不符合设定的规格，则需要销毁整批衬底。

一种解决方案可以是创建等离子体处理系统的简化实验模型，以充分获取设备的行为。然而，创建的实验模型是存在问题的。例如，为了提取简化实验的参数，可对修改的不操作等离子体室进行分析。在另一技术中，可以使用网络分析器分别测量等离子体处理系统的单个部件。