CN108292582B - 用于等离子体处理的发弧检测设备 - Google Patents
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Abstract
本文所公开的实施方式大致涉及一种等离子体处理腔室和用于发弧事件的检测设备。在一个实施方式中，本文公开一种发弧检测设备。发弧检测设备包含探针、检测电路和数据记录系统。探针定位为部分地暴露于等离子体处理腔室的内部空间。检测电路配置成从探针接收模拟信号并且输出按比例缩放在模拟信号中呈现的事件的输出信号。数据记录系统经通信耦合以从检测电路接收输出信号。数据记录系统配置成跟踪内部空间中发生的发弧事件。
Description
背景
领域
本文所述的实施方式涉及等离子体处理腔室中的发弧检测，更具体而言，涉及发弧检测设备和在等离子体处理腔室中用于检测发弧的方法。
相关技术描述
由于在等离子体处理腔室中两个紧密地间隔的点之间的高的电压差，发弧的问题几乎存在于所有半导体处理装置内的等离子体环境中。发弧可能造成下层材料的烧蚀(ablation)、基板破裂和/或处理腔室的损坏。
在基板处理期间未能检测发弧事件导致批次的无法使用或低产量的半导体基板，进而可导致潜在的数千美元的收益损失。
因此，需要用于在等离子体处理腔室中改善发弧检测的装置和方法。
发明内容
本文所述的实施方式大致涉及用于发弧事件的等离子体处理腔室和检测设备。在一个实施方式中，本文公开一种发弧检测设备。发弧检测设备包含探针、检测电路和数据记录系统(data log system)。探针部分地暴露于等离子体处理腔室的内部空间。检测电路配置成从探针接收模拟信号并且输出按比例缩放(scale)在模拟信号中呈现的事件的输出信号。数据记录系统经通信耦合，以从检测电路接收输出信号。数据记录系统配置成跟踪(track)内部空间中发生的发弧事件。
在另一实施方式中，本文公开一种等离子体处理腔室。等离子体处理腔室包含腔室主体、底座组件、喷头和发弧检测设备。腔室主体界定内部空间。底座组件布置于内部空间中。底座组件配置成支撑基板。喷头布置于内部空间中而在底座组件上方。喷头配置成在内部空间中产生等离子体。发弧检测设备包含探针、检测电路和数据记录系统。探针部分地暴露于等离子体处理腔室的内部空间。检测电路配置成从探针接收模拟信号，并且输出按比例缩放在模拟信号中呈现的事件的输出信号。数据记录系统经通信耦合，以从检测电路接收输出信号。数据记录系统配置成跟踪内部空间中发生的发弧事件。
在另一实施方式中，本文公开在等离子体处理腔室中用于检测发弧事件的方法。此方法包括以下步骤：将信号从探针传输至检测电路，所述探针定位为部分地在处理腔室的内部空间中；确定在内部空间中是否发生发弧事件；响应于确定已发生发弧事件，标记(flagging)发弧事件；和将按比例缩放的信号输出至数据记录系统。
附图说明
为了本公开内容以上所载的特征的方式可被详尽地了解，以上简要概述的本公开内容案的更特定说明可通过参考实施方式而具有，其中某些实施方式图示于附图中。然而，应理解附图仅图示此公开内容的典型的实施方式，因此不应视为限制此公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
图1根据一个实施方式，图示具有探针的等离子体处理腔室。
图2根据一个实施方式，图示与图1中的探针一起使用的检测电路的电路设计。
图3根据一个实施方式，图示使用图1的探针以检测等离子体处理腔室中的发弧事件的方法。
图4图示检测电路的另一实施方式，更详细地图示图2的电路。
清楚起见，已尽可能地使用相同的参考数字代表附图之间共有的相同元件。因此，一个实施方式的元件可有益地适用于在本文所述的其他实施方式中使用。
具体实施方式
图1根据一个实施方式，图示与发弧检测设备101接合的等离子体处理腔室100。等离子体处理腔室100包括腔室主体102。腔室主体102界定内部空间104。底座组件106布置于内部空间104中。底座组件106配置成在处理期间支撑基板108。腔室100进一步包括布置于底座组件106上方的一个或多个气体注入通口或喷头110，用于将由气源114提供的处理气体分配至内部空间104中。喷头110可作用为用于激发处理气体的电极，而利用能量源118形成等离子体112。用于激发处理气体的电极或线圈可在替代的位置中布置。能量源118可以是射频(RF)源。匹配电路116可提供于能量源118和电极之间而用于阻抗匹配。真空泵126也可耦合至腔室主体102，以将处理空间维持于期望的压力。
发弧检测设备101包括探针120、数据记录系统124和检测电路122。探针120部分地延伸至内部空间104中。探针120配置成通过在内部空间104中感测等离子体波动和不稳定性，而检测等离子体处理腔室100内的发弧事件。探针120与数据记录系统124通信。数据记录系统124保持对等离子体处理期间发生的发弧事件的次数进行跟踪。当等离子体电位下降时发生发弧事件。某些发弧事件可具有持续大于100微秒的持续时间(duration)。其他发弧事件可具有持续小于100微秒的持续时间。当发弧事件在小于100微秒的时间范围中发生时，数据记录系统124无法感测。
为了解决此问题，使用检测电路122作为介于数据探针120和数据记录系统124之间的信号按比例缩放系统。检测电路122将由探针120提供的模拟信号的信号电平(signallevel)按比例缩放至用于数据记录系统124的特定范围中。检测电路122还可过滤来自探针120的模拟信号，以移除假的电位下降。检测电路122能够将较快的发弧事件与较慢的发弧事件分开。举例而言，检测电路122可包括能够在大于或小于100微秒的发弧事件之间进行区分的处理器。检测电路122标记快速的发弧事件(小于100微秒)，将展现电位中的下降的模拟信号的部分按比例缩放以具有能够由数据记录系统读取的较长的持续时间，并且将按比例缩放的模拟信号转换成数字信号，使得数据记录系统124能够记录发弧事件的发生。此举允许实时地检测和分析较短的发弧事件，而可用于标记和停止处理，以避免发弧对等离子体处理腔室100的损坏。
腔室100进一步包括控制器125。控制器125可配置成控制处理腔室100的操作。举例而言，控制器125可与数据记录系统124通信，使得当检测到发弧事件时，数据记录系统124可将关于事件的发生和/或其他信息通信给控制器125，而控制器125可确定处理是否应该暂停。控制器125包括可编程中央处理单元(CPU)128、输入控制单元和显示单元，所述CPU可与存储器130和大容量存储装置一起操作。支持电路132耦合至CPU而用于以传统的方式支持处理器。
图2图示检测电路122的一个实施方式。检测电路122被示为具有输入202和输出204的电路200。输入202将由探针120提供的信息接收至电路200，所述信息例如是表示等离子体的状态的模拟信号。电路200将对应于发弧事件的模拟信号的部分(例如电位中的下降)按比例缩放以具有较长的持续时间，按比例缩放至可由数据记录系统124读取的形式。可由数据记录系统124读取的形式可以是具有由具有大于100微秒的持续时间的信号部分表现的发弧事件的模拟输出信号。
在一个范例中，电路200将表示发弧事件的模拟信号中呈现的短持续时间尖峰转换成例如阶跃或其他具有例如是大于100微秒的较长的持续时间的指示符(indicator)的数字信号。电路200也可将来自探针的模拟信号转换成通过输出204提供至数据记录系统124的数据信号。在一个实施方式中，电路200将具有电位下降、具有小于100微秒的持续时间的模拟信号的部分改变成数字信号，其中在模拟信号上代表电位下降的部分具有大于100微秒的持续时间。因此，检测电路122的输出信号是数字化并且按比例缩放的信号，而通过电路200的输出204传输至数据记录系统124。
可选地，电路200还可包括滤波电路(未示出)。滤波电路可配置成移除由探针120提供而低于预定阈值的模拟信号的部分。举例而言，滤波电路可配置成移除由探针120提供而具有低于预定阈值的振幅的模拟信号的部分，所述部分可或者是可忽略的发弧或者并非表示发弧事件。或者，滤波电路的过滤功能可在控制器125、检测电路122、数据记录系统124之一的处理器中或其他处理器中执行。
图4图示检测电路122的另一实施方式，更详细地图示电路200。输入202馈送至电路200(在虚线中示出)的运算放大器406的非反相输入中。运算放大器406的输出在节点490处相会。节点490分岔以反馈至运算放大器406的反相输入和至另一节点401。节点401分岔至电阻器Ra和电阻器Rb。电阻器Ra在节点403处连接至电阻器Rc。电阻器Ra馈送至运算放大器408的非反相输入。电阻器Rb在节点405处连接至电阻器Rd和可变电阻器Re。可变电阻器Re在节点407处通过反相输入和电容器Ca连接至运算放大器408。运算放大器408的输出连接至电阻器Rf。电阻器Rf连接至p-n-p晶体管410。晶体管410的集电极端子在节点409处连接至电阻器Rg和单稳态多谐振荡器421。在一个范例中，单稳态多谐振荡器421是可从德州仪器而商业上取得的单稳态多谐振荡器74HC123E。单稳态多谐振荡器421连接至输出204。
图3根据一个实施方式，图示在等离子体处理腔室中用于检测发弧事件的方法300。所述方法在操作302处开始。
在操作302处，部分定位于处理腔室的内部空间中的探针将信号发送至检测电路。从探针发送的信号是模拟信号。模拟信号代表处理腔室的内部空间中所产生的等离子体的状态。
在操作304处，检测电路确定在内部空间中是否发生发弧事件。当等离子体电位下降时发生发弧事件。因此，检测电路在由探针提供的模拟信号中寻找下降。在一个实施方式中，检测电路包括处理器以确定在等离子体电位中是否存在对应于发弧事件的下降。在另一实施方式中，处理器可被包括在控制器中。在又一实施方式中，处理器可以是与检测电路通信的远程处理器。
在操作306处，响应于确定已发生发弧事件，检测电路标记发弧事件。检测电路通过将模拟信号中的电位下降按比例缩放至可通过数据模拟系统读取的持续时间来标记发弧事件。举例而言，检测电路将等离子体电位中下降的持续时间延长至大于100微秒。此举产生按比例缩放的模拟信号。检测电路将按比例缩放的模拟信号转换成可由数据模拟系统读取的数字信号。因此，检测电路通过取得数据模拟系统无法读取的模拟信号，并且将所述模拟信号按比例缩放成可读取的数字信号，而作用为介于探针和数据模拟系统之间的桥梁。此举允许处理腔室的使用者在多重较小的发弧事件复合成更大的发弧损坏之前，检测小发弧事件的发生。
在操作308处，检测信号将数字信号输出至数据记录系统。当已发生发弧事件时，数据记录系统通知处理腔室的使用者。此举允许使用者停止处理并且注意发弧损坏。
尽管以上针对特定实施方式，可设计其他和进一步的实施方式而不悖离本公开内容的基本范围，并且本公开内容的范围由随附的权利要求书确定。
Claims (12)
1.一种发弧检测设备，包含：
探针，所述探针定位为部分地暴露于等离子体处理腔室的内部空间；
检测电路，所述检测电路配置成：
从所述探针接收模拟信号，所述模拟信号来源于在所述内部空间中的等离子体电位；
基于检测所述模拟信号的第一下降，确定已发生发弧事件，其中所述第一下降具有第一持续时间和第一幅度；并且
基于所检测的所述模拟信号的所述第一下降输出输出信号，其中
所述输出信号具有第二持续时间，所述第二持续时间大于所述第一持续时间，并且
所述第一持续时间小于100微秒而所述第二持续时间大于100微秒；和
数据记录系统，所述数据记录系统与所述检测电路通信，所述数据记录系统配置成检测大于100微秒的输入信号和从所述检测电路接收所述输出信号。
2.如权利要求1所述的发弧检测设备，其中所述检测电路可操作以将来自所述探针的所述模拟信号转换成数字信号。
3.如权利要求1所述的发弧检测设备，其中所述检测电路进一步配置成过滤所述模拟信号。
4.一种等离子体处理腔室，包含：
腔室主体，所述腔室主体界定内部空间；
底座组件，布置于所述内部空间中，所述底座组件配置成支撑基板；
喷头，布置于所述内部空间中而在所述底座组件上方，所述喷头配置成在所述内部空间中产生等离子体；和
发弧检测设备，包含：
探针，所述探针部分地暴露于等离子体处理腔室的内部空间；
检测电路，所述检测电路包含：
第一运算放大器，所述第一运算放大器具有第一输入和第二输入，其中所述第一输入连接至模拟信号，
所述第二输入经由第一电阻器连接至所述模拟信号，其中接地电容器在所述第一电阻器与所述第二输入之间连接到所述第二输入，
所述检测电路配置成：
从所述探针接收所述模拟信号，所述模拟信号来源于在所述内部空间中的等离子体电位；
基于利用所述第一运算放大器检测所述模拟信号的第一下降，确定已发生发弧事件，其中所述第一下降具有第一持续时间和第一幅度；并且
基于所检测的所述模拟信号的所述第一下降输出输出信号，其中所述输出信号具有第二持续时间，所述第二持续时间大于所述第一持续时间。
5.如权利要求4所述的等离子体处理腔室，其中所述检测电路可操作以将来自所述探针的所述模拟信号转换成数字信号。
6.如权利要求4所述的等离子体处理腔室，其中所述检测电路包含：
电路，所述电路配置成从所述探针接收输入，并且产生待传输至数据记录系统的输出。
7.如权利要求4所述的等离子体处理腔室，其中所述第一持续时间小于100微秒而所述第二持续时间大于100微秒。
8.如权利要求4所述的等离子体处理腔室，其中所述发弧检测设备进一步包含：
控制器，所述控制器与所述发弧检测设备通信，所述控制器配置成响应于来自所述检测电路的所述输出信号的所述输出，停止所述等离子体处理腔室。
9.如权利要求4所述的等离子体处理腔室，其中所述检测电路进一步配置成过滤所述模拟信号。
10.一种用于在等离子体处理腔室中检测发弧事件的方法，包含以下步骤：
将模拟信号从探针传输至检测电路，所述探针定位为部分地在所述处理腔室的内部空间中，所述模拟信号来源于在所述内部空间中的等离子体电位；
基于检测所述模拟信号的第一下降，通过所述检测电路确定在所述内部空间中发生发弧事件，其中所述第一下降具有第一持续时间和第一幅度；
响应于确定已发生所述发弧事件，通过所述检测电路输出输出信号，其中
所述输出信号具有第二持续时间，所述第二持续时间大于所述第一持续时间，并且
所述第一持续时间小于100微秒而所述第二持续时间大于100微秒；和
通过数据记录系统从所述检测电路接收所述输出信号，其中所述数据记录系统配置成检测大于100微秒的输入信号。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述输出信号是数字信号。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述检测电路过滤由所述探针传输的所述模拟信号。
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