[发明专利]用于检测和分类发弧的基于电流的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请是2004年1月30日提交的美国专利申请No.10/769,023的部分继续申请，美国专利申请No.10/769,023是2002年4月12日提交的美国专利申请No.10/121,445的继续申请。本申请还要求2006年3月17日提交的关于“用于检测和分类发弧的基于电流的方法和设备”的美国临时专利申请No.60/783,346的优先权权益。 

技术领域

本发明一般涉及用于检测和分类设备中的发弧的方法和设备，尤其涉及在物理气相沉积过程中通过检测电流和电压以及计时每个超过一个或多个阈值的持续时间来检测和分类发弧的方法和设备。 

背景技术

诸如物理气相沉积(PVD)等溅镀沉积是用以将薄且高度均匀的各种材料层沉积到许多物体上的处理，例如，沉积一金属层到基板上，诸如形成集成电路(IC)时所使用的晶圆等。在直流电(DC)溅镀处理中，欲沉积的材料(目标)和将接受被沉积的材料(晶圆)的基板被置放在专用真空室中。将真空室排空，接着以低压填满诸如氩等惰性气体。 

将晶圆电连接到高压电源的阳极(或其附近)，阳极通常在大地电位或接近大地电位。溅镀室的墙壁亦处于此电位。将典型上由金属形成的目标置放于真空室并且电连接到高压电源的阴极。目标亦可由绝缘材料形成。通过电源在目标(阴极)和阳极之间产生电场。当阳极和阴极之间的电位到达200-400伏特时，在众所皆知的Paschen(帕申)曲线的超导区域的惰性气体中建立辉光放电。 

当在Paschen(帕申)曲线的超导区域中操作辉光放电时，从气体分裂出价电子且流向阳极(接地)，而最后的正电荷离子化气体原子(即，等离子体)被加速越过电场的电位且以足够的能量冲击阴极(目标)，藉以使目标材料的 分子能够与目标实际分离，或“溅镀”。被喷出原子实际上畅通无阻地行进过低压气体和等离子体，其中某一些降落在基板上且在基板上形成目标材料的涂层。在理想条件下，结果是在室中有一大群均匀的目标分子，留下均匀厚度的最后沉积在室和其内容物(如，晶圆)上。此涂层通常是各向同性的，符合室中的物体形状。此作用的自然结果是目标材料随着溅镀更多材料会变得更薄。 

集成电路的处理有赖于由于辉光放电处理的涂层均匀度而定。含放电和目标材料的真空室被小心地设计成试图维持统一的电场，及再次根据Paschen曲线，辉光放电原则上可维持在电场力的一范围上。然而，无法完全维持电场的统一，并且一些因素会影响目标上的辉光放电的统一和耗损，这些因素包括室中产生的热电流和其他机械异常，诸如目标校准失当等。为了补偿这些异常，商业用PVD溅镀机器通常结合在目标上以固定速度旋转大磁铁的机构。此旋转用于干扰室中的电磁场，将等离子体撞打在目标的区域集中于较小和移动区上。在以固定速率旋转磁铁的同时维持室中的固定功率可提高目标的耗损的统一，增加目标寿命，及通常将室中分子目标材料分布维持的更均匀。当磁铁在目标上旋转时，局部几何、热、及其他变化使室的集总电阻抗产生变化。由于被组配成运送固定功率到辉光放电的电源，维持固定功率所需的室电压和电流之间的关系根据阻抗变化而改变。若监视室电压和电流，则可观察到清楚的室电压和电流的周期变化，周期等于磁铁的旋转周期。 

甚至以旋转磁铁机构适当地试图稳定辉光放电，特定条件仍会导致电场的局部集中，使辉光放电能够通过Paschen曲线的超导区域到发弧区。PVD期间的发弧导致经由等离子体中的电子或离子从阳极到目标的不想要的低阻抗路径，不想要的路径通常包括接地，及由于诸多因素所导致的发弧，诸如目标材料的污染(即，内含物)、目标的结构(如，表面)内的内含物、不适当的目标校直(alignment)(如，阴极和阳极的校直不当)、真空漏泄、及/或来自诸如真空油脂等其他来源的污染等因素。目标污染包括SiO₂或Al₂O₃。