[发明专利]用于检测基于电压的等离子体偏移的系统与方法

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施例大体上涉及在等离子体处理期间检测诸如电弧、微电弧或其它等离子体不稳定性的等离子体偏移的系统与方法。

背景技术

在诸如等离子体蚀刻、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或物理气相沉积(PVD)等基板的等离子体处理期间，偶尔会不可预期地发生等离子体偏移，例如电弧、微电弧或其它等离子体不稳定性。此外，某些工艺的需求条件实质上提高了电击穿与等离子体偏移的发生率。此类等离子体偏移导致偏差的工艺结果、降低产率且提高系统停产时间。因此，期望在基板的等离子体处理期间检测等离子体偏移以更佳地界定与控制工艺条件，以使这些工艺条件具有较少的等离子体偏移。

现有技术尝试检测诸如电弧作用等的等离子体偏移，涉及测量在射频(RF)电源处或邻近处或者在该射频电源与射频匹配网络之间所产生的射频波形，其中该射频匹配网络位于该射频电源与该处理腔室的等离子体负载之间。所测得的射频波形通常是模拟形式，且该波形经数字化，随后进行数字信号处理。已发现此种现有技术的方法具有毫秒范围内的整体采样速率，此采样速率太低而无法检测且解决数微秒内所发生的电弧或微电弧。还发现现有技术的等离子体偏移检测法容易发生延迟与扭曲，导致现有技术的等离子体偏移检测法对于等离子体不稳定性的实际量的辨识度很差。因此，需要改进的等离子体偏移检测设备及方法以克服现有技术的缺点。

发明内容

在一个实施例中，一种用以在等离子体腔室内检测等离子体偏移的方法包括：在等离子体处理期间直接感测该等离子体腔室中来自射频(RF)供电电极的偏置电压；使用多个模拟滤波器过滤该偏置电压以获得输出电压信号；比较该输出电压信号与代表等离子体偏移事件的预设电压值；以及如果该输出电压信号超过该预设电压值则产生警报信号。

在另一实施例中，提供一种用于检测等离子体腔室中的等离子体偏移的系统，该系统包含一个或多个电压探针以及等离子体偏移检测单元。每个电压探针经配置以附接于等离子体腔室内的射频电极，且每个探针在等离子体处理期间感测该射频电极的偏置电压。该等离子体偏移检测单元包含一个或多个偏移检测模块、一个或多个连接端口、以及数据采集模块。每个偏移检测模块经配置以接收来自该一个或多个电压探针中的一者的该偏置电压。每个偏移检测模块包含多个模拟滤波器及比较器，这些模拟滤波器经配置以过滤该偏置电压以获得输出电压信号，并且该比较器经配置以比较该输出电压信号与预设电压信号，且如果该输出电压信号超过该预设电压信号，则该比较器产生警报信号。该一个或多个连接端口经配置以接收来自主机控制器的该预设电压信号且经配置以将该警报信号发送至该主机控制器。该数据采集模块经配置以收集来自该一个或多个偏移检测模块的每个模块的该输出电压信号且将该输出电压信号传送至数据登录与诊断系统。

附图说明

为了能详细了解本发明的上述特征，可参照数个实施例对本发明做更具体的描述且简要概括如上，部分实施例图示在附图中。然而，应注意这些附图仅图示本发明的代表性实施例，且因此这些附图不应视为本发明范围的限制，因为本发明可容许做出其它等效实施例。

图1是PECVD腔室的示意性剖面图，本发明可用于该PECVD腔室上。

图2是根据本发明一个实施例的基于电压的等离子体偏移检测电路的示意性方块图。

图3是根据一个实施例的等离子体偏移检测系统的一个实施例的示意性方块图。

图4A至图4C是图2所示电路的该比较器的功能的图形说明。

图5图示从图2的电路登录的数据与原始直流(DC)偏置数据进行比较的范例。

图6图示图5中对应于等离子体偏移的点处的放大图。

图7是根据另一实施例的基于电压的等离子体偏移检测电路的示意性方块图。

具体实施方式

本发明提供一种在等离子体处理期间藉由直接监视等离子体处理腔室的射频功率电极上的直流(DC)偏置电压以检测诸如电弧、微电弧或其它等离子体不稳定性的等离子体偏移的系统及方法。受监视的直流偏置电压随后通过连续多个模拟滤波器与放大器以提供等离子体偏移信号。该等离子体偏移信号与预设值比较，且在该等离子体偏移信号超过该预设值的点处产生警报信号。该警报信号随后反馈至系统控制器中，使得操作者可收到警告和/或可使该处理系统停机。在某些实施例中，可藉由单一检测控制单元监视多个处理区域。