CN113748482A - 半导体处理中的异常等离子体事件的检测和缓解 - Google Patents

Abstract

在特定实施方案中，可以检测和缓解异常等离子体事件，其可以包括在半导体处理室中形成电弧。在某些实施方案中，一种方法可以包含检测等离子体发射的光信号，将光信号转换为电压信号，并形成经调整的电压信号。响应于确定与经调整的电压信号相关联的变化超过阈值，可以调整耦合到室的RF信号的输出功率。这种调整可以缓解在室内发生的异常等离子体事件的形成。

Description

半导体处理中的异常等离子体事件的检测和缓解

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背景技术

半导体处理经常涉及在制造室中的等离子体的使用；在这样的操作期间，异常等离子体事件可能响应于用于产生等离子体的电气条件而发生。异常等离子体事件可以包含例如电弧的形成，或介于在处理站内两个或更多个局部等离子体区域之间的放电所产生的其他类型的可见事件。异常等离子体事件可能导致过量的加热和/或过量的电流，这可能损伤受处理的半导体晶片。在一些实例中，异常等离子体事件可能对半导体处理站造成损伤。

发明内容

一种实现方案可以包括一种在半导体处理室中检测异常等离子体事件的方法。这样的实现方案可以包含：检测由在所述半导体处理室中的等离子体所发射的光信号，其中所述等离子体响应于来自RF产生器的RF信号而形成。所述方法还可以包含：将所述光信号转换为电压信号；以及调整所述电压信号以形成经调整的电压信号。所述方法还可以包含：确定与所述经调整的电压信号相关联的变化是否超过阈值；以及至少部分基于所述确定，调整来自所述RF产生器的所述RF信号的输出参数。

在特定的实现方案中，所述方法可以包含：通过以低通滤波器过滤所述电压信号来调整所述电压信号以形成所述经调整的电压信号。确定与所述经调整的电压信号相关联的变化是否超过阈值包含：比较所述电压信号与所述经调整的电压信号的变化。调整所述电压信号以形成所述经调整的电压信号可以包含：对所述经调整的电压信号施加偏移。调整所述电压信号以形成所述经调整的电压信号可以包含：获取所述电压信号的第一导数。调整所述RF产生器的所述输出参数可以包含：将所述RF产生器的输出功率从第一功率电平降低至第二功率电平。所述方法还可以包含：维持在将所述RF产生器的所述输出功率从所述第一功率电平降低至所述第二功率电平之后，在第一时间段将所述RF产生器的所述输出功率维持在所述第二功率电平。所述方法还可以包含：在所述维持之后，在第二时间段将所述RF产生器的所述输出功率从所述第二功率电平增加至所述第一功率电平。所述第二功率电平可以是非零功率电平。替代地，所述第二功率电平是零。所述的方法还可以包含：至少部分基于在所述半导体处理室内的光强度或工艺参数，确定RF功率降低的第一量，以及将所述RF产生器的输出功率电平降低所述第一量，其中所述工艺参数可以包含选自由以下工艺参数组成的群组中的一个以上的工艺参数：DC功率电平、RF偏置功率电平、站与站之间的RF功率变异、频率调谐参数、压强和温度。

在一种以上的实现方案中，一种半导体处理工具可以包含半导体处理室。所述半导体处理工具可以包含：RF产生器，其被配置成提供RF功率至所述半导体处理室以产生并维持等离子体。所述半导体处理工具可以包含：光检测器，其被配置成检测指示在所述半导体处理室中的等离子体发光的光信号。所述光检测器可以被配置成使用斜率变化检测单元将所述光信号转换成电压信号。所述半导体处理工具可以包含：接收所述电压信号。调整所述电压信号以形成经调整的电压信号。所述半导体处理工具可以被配置成：确定与所述经调整的电压信号相关联的变化是否超过阈值。在一种实现方案中，响应于所述确定，所述半导体处理工具可以使被配置成导致对所述RF产生器的调整的信号发送至所述RF产生器。

在一些实现方案中，所述半导体处理工具可以包含：在所述半导体处理室上的透镜，其被配置成允许在所述半导体处理室内的光穿过所述透镜。所述半导体处理工具还可以包含介于所述透镜与所述光检测器之间的光纤缆线，且可以被配置成传送穿过所述透镜的所述光的至少一部分到达所述光检测器。所述半导体处理工具的所述斜率变化检测单元还可以包含过滤器，其用于过滤所述电压信号以将所述电压信号转换为所述经调整的电压信号。所述半导体处理工具还可以包含比较器，其用于比较在所述经调整的电压信号与所述电压信号之间的变化。所述半导体处理工具中的所述比较器可以包含晶体管-晶体管逻辑(TTL)，其被配置成发送TTL信号至所述RF产生器。所述RF产生器可以被配置成响应于从所述斜率变化检测单元接收所述信号而将RF功率从第一功率电平降低至第二功率电平。所述斜率变化检测单元可以包含微分器，其被配置成获取所述电压信号的导数，以将所述电压信号转换成所述经调整的电压信号。所述半导体处理工具还可以包含比较器，其被配置成确定所述经调整的电压信号的变化是否超过所述阈值。所述半导体处理工具还可以包含：介于所述半导体处理室与所述光检测器之间的光纤缆线，其被配置成传送由在所述半导体处理室中的等离子体产生的光到达所述光检测器。所述光检测器可以被电连接至所述RF产生器，其中，来自所述半导体处理室的所述光信号被从所述半导体处理室馈送至所述RF产生器。所述光检测器与所述斜率变化检测单元被设置在所述半导体处理室之外。替代地，所述光检测器与所述斜率变化检测单元可以被设置在所述半导体处理室与所述RF产生器之间。所述光检测器与所述斜率变化检测单元可以被设置在所述半导体处理室上。

在特定的实现方案中，一种检测异常等离子体事件的方法可以包含：利用来自RF产生器的信号形成等离子体；以及检测由所述等离子体所产生的波动的光信号。所述检测的方法可以包含：计算所述波动的光信号的光谱密度；以及确定所述波动的光信号的光谱密度与由所述等离子体所产生的波动的光信号的一或多个基准光谱密度相差阈值量。

在特定的实现方案中，计算所述波动的光信号的光谱密度可以利用快速傅立叶变换(FFT)。所述方法可以包括波动的光信号的所述一或多个基准光谱密度，其对应于由在标称条件下所维持的所述等离子体所产生的所述波动的光信号的光谱密度。相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量可以相当于一个标准偏差。相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量可以相当于两个标准偏差。计算所述波动的光信号的光谱密度可以包含：确定在约400kHz的频率下所述波动的光信号的光谱密度。计算所述波动的光信号的光谱密度可以包含：确定在介于约400kHz与约4MHz之间的频率下所述波动的光信号的光谱密度。计算所述波动的光信号的光谱密度可以包含：确定由一或多个RF产生器所产生在多个频率下所述波动的光信号的光谱密度。

在特定的实现方案中，一种设备可以包含信号处理器，其被配置成分析来自从多站式处理工具接收光信号的光检测器的输出信号。所述信号处理器还被配置成：检测由在半导体加工室中形成的等离子体所产生的波动的光信号；计算所述波动的光信号的光谱密度；以及确定所述波动的光信号的光谱密度与由所述等离子体所产生的所述波动的光信号的一个以上基准光谱密度相差阈值量。

在特定的实现方案中，所述波动的光信号的所述一个以上基准光谱密度可以相当于当等离子体维持在标称条件下时所计算的光谱密度。相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量可以相当于一个标准偏差。替代地，相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量可以相当于两个标准偏差。可以在具有约400kHz的频率的RF信号耦合至所述多站式处理工具时，计算所述波动的光信号的光谱密度。可以计算所述波动的光信号的光谱密度以确定在介于400kHz与4MHz之间的频率下所述波动的光信号的光谱密度。可以在耦合至所述多站式处理工具的RF信号的频率下计算所述波动的光信号的光谱密度。

附图说明

本文所公开的各种实现方案以示例且不以限制的方式在附图的图中进行描绘，其中相似的附图标记涉及类似的元件。

图1描绘异常等离子体事件检测设备的第一示例。

图2描绘了第一示例性斜率变化检测单元，其能够检测异常等离子体事件。

图3A和3B描绘了表示斜率变化检测单元的示例性检测响应的波形。

图4描绘了能够检测异常等离子体事件的示例性电路的示意图。

图5显示了表示耦合至加工室的处理站的RF功率与时间的函数关系的波形。

图6A显示另一波形，其表示RF功率输出以及斜率变化检测单元的信号输出。

图6B描绘了一组轮廓，其表示在处理站内的标称操作条件下的光能量波动的光谱密度。

图6C描绘了表示在处理站内的标称操作条件下的光能量波动的光谱密度的一组轮廓，以及表示在异常等离子体事件在处理站内发生时的光能量波动的光谱密度的轮廓。

图6D和6E描绘了图1的第一示例性异常等离子体事件检测设备的替代构造。

图7A描绘了检测和缓解异常等离子体事件的效应的第一示例性技术的流程图。

图7B描绘了用于检测和缓解异常等离子体事件效应的第二示例性技术的流程图。

图8提供可用于实施所公开的实施方案的示例性设备的框图。

图9显示了一种多站式处理工具的实施方案的示意图。

图10显示了用于在半导体衬底上沉积膜的衬底处理设备。

图11描绘了一种多站式处理工具的实现方案。

图12描绘了针对氦气的帕邢(Paschen curve)曲线。

具体实施方式

在以下说明中，描述了许多特定细节，以提供对所述实施方案的完整理解。所公开的实施方案可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践。在其他情况下，公知的工艺操作不再详细描述，以免不必要地使所公开的实施方案难以理解。虽然所公开的实施方案将配合这些特定实施方案进行描述，但应理解这并非意在限制所公开的的实施方案。

在该申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”、以及“半成品集成电路”可互换地使用。本领域技术人员应理解，术语“半成品集成电路”可意指在硅晶片上的许多集成电路制造阶段中的任一阶段期间的该硅晶片。在半导体器件工业中使用的晶片或衬底可具有200mm、或300mm、或450mm的直径。以下详细描述假设本发明是在晶片上实现。然而，本发明并非如此受限。工件可具有各种形状、尺寸以及材料。除了半导体晶片之外，可利用本发明的其他工件包含各种物件，例如印刷电路板、玻璃面板等等。

许多半导体工艺在处理的一个或更多个方面期间使用等离子体。等离子体通常在处理室中在两个电极之间产生，其中，一个电极连接至射频(RF)功率源且另一电极连接至RF地。供应至电极的RF功率可在约200瓦特与约3000瓦特之间。用于驱动等离子体形成的频率可包含高频(HF)分量、低频(LF)、或HF与LF分量。HF频率可以为约13.56MHz或约27MHz；LF频率可以在约300-400kHz之间。其他频率的高频或低频RF功率也可以使用，但“高”频一般意指比“低”频高数个数量级的信号频率，例如与千赫兹相比的兆赫。

在等离子体形成期间可产生的一种类型的异常等离子体事件是在处理室内(例如，围绕喷头或衬底支撑结构(诸如，静电卡盘(ESC))的区域)的高电压击穿、“点燃(lightup)”、或电弧作用。当可用作电极的两个结构是由间隙分隔开时，电弧或高电压击穿可能在若干情况下发生。这些情况通常取决于介于电极之间的电压差、介于电极之间的气体成分、介于电极之间的气体压强、以及介于电极之间的间隔的大小。介于这些因素之间的交互作用的特征可以是帕邢定律，其提供作为压强、间隙距离、以及两个气体相依性参数的函数的高电压击穿电压。启动异常等离子体事件(例如点燃或电弧)所需的电压可以称为“击穿电压”，且为例如填充介于两个电极之间的容积的气体、该气体的压强、及电弧的电位端点之间的距离的函数。该关系由帕邢定律确定，其记载为

其中“V_B”为击穿电压，“p”为压强，“d”为距离，且“a”和“b”为与所涉及气体相关联的凭经验得出的常数。

图12(实施方案1200)描绘针对氦气的帕邢曲线。对数刻度的纵轴表示以伏特为单位的击穿电压(例如，产生电弧或其他类型的异常等离子体事件所需的电压)，而横轴(也是对数刻度)表示以托-cm为单位的压强乘以距离。如图12所显示，最低、或最小的约150V的击穿电压是在帕邢曲线的最低点，其发生在约4托-cm处。这个特性建立两个区域，其中半导体处理可在达到最低击穿电压之前发生—该曲线的最低点的“左侧”与该曲线的最低点的“右侧”。在图12中的竖直虚线近似在这两侧之间的分界线。

一些半导体工艺利用较高的RF功率，以造成沉积时间的减少以及增加衬底生产率。然而，较高的RF功率的使用可能增加电压击穿、电弧、或在处理室内的其他类型的异常等离子体事件的风险。这些事件会造成对衬底、对电极(例如喷头或衬底支撑结构)、以及对室本身的损伤。对衬底不可接受的损伤可能造成衬底报废，且/或可能导致对电极的损伤。此外，受损的室可能需要电极的长的、昂贵的、和/或广泛的维修(例如取代喷头或基座)，这可能导致额外的成本以及半导体处理室的额外停工时间。

因此，期望检测电弧或处理室内的其他类型的异常等离子体事件以及接着缓解这种事件。许多传统的异常等离子体事件检测技术可能造成漏检的以及错误的电弧检测。举例来说，一种常规方法可能包含电压检测方法，其对输送至受驱动电极来产生等离子体的RF电压进行测量，并且确定电压是否达到阈值电压、或接近与阈值电压相差的特定量内；如果如此，则这种系统假设电弧作用可能发生在处理室内。响应于检测到阈值电压，将RF功率降低，或者完全关闭，这进而降低在处理室中的电压并且防止异常等离子体事件发生。该阈值电压一般是使用实验测量所取得的预定数值。然而，该检测方法具有缺点，例如受限于单一预定电压阈值。此外，由于该方法可能需要计算上密集的非常快的电压监测速度且可能无法准确反映异常等离子体事件的实时发生，因此该检测方法可能难以实施。无法准确反映异常等离子体事件的实时发生，可能是由于在电弧事件发生与测得电压之间的潜在时间位移。此外，检测方法可能潜在地对较小的电弧事件不敏感，遭受系统噪声，且可能需要大量的时间及实验来确定并优化适当的阈值电压。

阈值电压检测方法可能具有其他检测限制。举例来说，这样的方法通常检测所测得的电压是否已增加至高于该特定阈值。然而，RF驱动信号包含在各种频率下被驱动的时变电压(例如，周期性波形，例如操作在13.56MHz的正弦信号)，且由等离子体所发出的光强度可能以在检测器输出信号(归因于响应在标称峰值的RF信号由等离子体发出的光的正常强度)中类似的频率分量而振荡，接着，如果阈值电压被适当地设定，则造成额外光发射的异常等离子体事件可能为可检测的。然而，如果异常等离子体事件在等离子体循环的相继峰值之间发生，则该异常等离子体事件可能未被检测到，特别是在与可归因于该RF信号的检测器输出信号中的分量的幅值相比，可归因于异常等离子体事件的检测器输出信号中的分量具有较小的幅值的情况下。举例来说，假设由于RF驱动信号的施加，检测器输出信号的测得电压在平均2V情况下具有0.2V的峰值幅值，电压可能在峰值处增加至2.2V且接着在底部处降低至1.8V(使得峰值到峰值是0.4V)。如果在循环期间当电压于峰值2.2V时发生在检测器输出信号产生0.3V增加量的电弧，则测得的电压将为2.5V，其高于2.4V的阈值(该阈值可指示电弧的发生，如从实验结果所确定的)。然而，如果在循环期间当电压在底部1.8V时电弧发生，则测得的电压将为低于2.4V的阈值的2.1V(1.8V加0.3V)。在这种系统中的阈值不可设定为低于通过施加正常RF驱动信号所产生的峰值输出信号幅值。据此，此检测方法对于检测在交变(例如，正弦)电压循环的若干部分期间发生的小电压异常等离子体事件可能不是有用的。

另一类似的技术可以任选地监测异常等离子体事件。这里，类似于上述方法，测量电压。然而，该电压可以从光检测器的输出获得，该光检测器被配置成测量在室内的光强度并且产生指示该光强度的电压信号。举例来说，在室内所形成的等离子体可取决于等离子体行为而发射不同量的光。该光检测器可因此产生代表等离子体所发射的光强度的电压输出信号。然而，电弧事件可能产生额外的光，其导致由产生对应的电压的该光检测器所产生的电压增加。该电压可能接着以先前针对直接电压监测所探讨的方式进行监测。然而，此技术遭受与先前所探讨的直接电压监测相同的许多缺点，特别是对于如果在光检测器信号的局部最小值期间发生可能无法进行检测的小强度放电事件不敏感。

这些检测方法的另一限制是它们可能无法检测相比于峰值电压与阈值电压之间的差值更小的异常等离子体事件。举例来说，阈值电压可能偏移超过峰值电压特定量，使得各峰值电压、和/或微小的无关紧要电压偏差不接近阈值电压，且因此不导致警报或其他校正动作。然而，有害的异常等离子体事件可能发生在低于在峰值电压与阈值之间的偏移的电压。因此，相比于峰值电压与阈值电压之间的差值，较小的异常等离子体事件可能无法检测。举例来说，如果0.15V的异常等离子体事件发生于2.0V的峰值电压，则测得的电压将低于2.2V阈值，且因而保持未被检测到且未被缓解。

这些常规检测方法也可能对于在处理室内发生的处理的参数设定不利地敏感。举例来说，每次处理参数被变化(例如，RF功率、RF频率、气体物质、室压强等等)时，响应于修改的处理参数对例如电弧作用发生的电压阈值的影响，多个新阈值电压可能是需要的。因此，参数设定的修改可能需要额外的实验法和优化时间，其也可能造成半导体处理工具的不期望停工时间。

因此，本公开的内容包含新颖技术和设备，其用于在半导体处理中的异常等离子体事件检测。一般而言，等离子体可能发射由光检测器(例如光传感器)可检测的光。由等离子体所发射的光可能基于等离子体参数(例如化学物质、RF功率参数(电压等等)、RF频率分量(例如，高频分量、低频分量、或两者)等等)在各种频率振荡或波动。一些示例性等离子体照射振荡频率可能在每数十毫秒一循环的等级，例如约1循环/20ms。与此相比，异常等离子体事件的发生一般相对于由等离子体发射的其他光以相对快的、高频率而发生；例如，在若干纳米的循环的等级。

以下探讨的技术，利用在异常等离子体事件频率期间发生的光能量波动与在标称等离子体操作期间发生的光能量波动之间的差异。可以利用这种差异，以辨识异常等离子体事件。在一些实现方案中，因为异常等离子体事件由于其较高频率可能在光检测器输出信号中导致斜率的突然(例如，高频率)变化，因此，可以确定光电检测器信号在某一时刻的斜率变化。在其他实现方案中，光检测器信号可以通过以下方式归一化：移除该信号的较低频率部分，从而仅留下可指示异常等离子体事件的较高频率部分。在另外的实现方案中，可以对光检测器信号进行例如傅立叶分析(例如，快速傅立叶变换)，或者其他类型的频率光谱分析，以确定各种频率分量的强度幅值。在特别的实现方案中，如果分析的光检测器信号呈现大于某个幅值的高频率分量，则这些频率分量可指示异常等离子体事件。这些异常等离子体事件检测技术可能不同于常规技术，例如上述所述的，这是因为在特定实现方案中，异常等离子体事件检测技术考虑光信号的变化速率。这与常规技术不同，这种常规技术仅依赖于检测到的信号的幅值。

图1描绘了根据一实施方案100的第一示例性异常等离子体事件检测设备。如所显示的，实施方案100包含半导体处理室102、透镜104(其在若干实施方案中可以省略)、连接至透镜104和信号处理器108的光纤缆线106、以及RF产生器110。半导体处理室102在下文更详细探讨，但它可用于利用等离子体的任何半导体处理，例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、原子层蚀刻(ALE)等等。RF产生器110也在下文更详细探讨，且可包含LF功率产生器、HF功率产生器、或两者。透镜104被配置在半导体处理室102内以使得在室内(包含在半导体处理室102中的任何处理站内)产生的光能通过透镜104，经由光纤缆线106而到达信号处理器108。

信号处理器108可以包含光检测器，例如光检测器112(其可以包含光二极管)，其可从半导体处理室102接收光信号并将所接收的光信号转换为电压信号。光检测器112可包含能够检测传递在红外光、可见光、和/或紫外光的各种波长下的能量的任何数量的光子的任何其他类型的光检测电子设备，且可包含例如光谱仪。信号处理器108还可以包含斜率变化检测单元114，其被配置成从光检测器112接收电压信号，如在光检测器与斜率变化检测单元114之间的虚线所表示的。信号处理器108还可以配置成确定在来自光检测器112的电压信号上的变化，并确定在电压信号上的该变化是否指示发生在半导体处理室102内的异常等离子体事件的发生。

在一些实现方案中，斜率变化检测单元114可以将原始光检测器信号与过滤版本的相同信号比较，以确定在原始信号与经过滤信号之间的高频变化。原始信号与经过滤信号之间的比较可以使得能确定异常等离子体事件已经发生。在一些这样的实现方案中，具有由异常等离子体事件所导致的高频分量的信号与不具有该高频分量的信号(由于应用于原始电压信号的低通滤波器的使用等等)进行比较。该比较可以使得能确定在经过滤信号与未过滤版本的信号之间的相对变化。

图2描绘了根据实施方案200的第一示例性斜率变化检测单元。这里，光检测器112与由虚线矩形所围绕的第一示例性斜率变化检测单元214一起显示。来自光检测器112的原始电压信号215被分流并传输至过滤器，其在一些实施方案中可包含缓冲放大器216、低通滤波器218、以及具有阈值/使能信号222的反馈放大器220。接着该经过滤的信号与原始电压信号215一起被传送至高速比较器224。缓冲放大器216可操作以将原始模拟数据与低通滤波器218(其过滤高频信号)隔离，且阈值/使能信号222导致经过滤信号的偏移。

在图2的实施方案中，高速比较器224操作以将原始光检测器电压信号与经过滤的光检测器电压信号进行比较，并确定在信号之间是否已经有变化。举例来说，可就在给定时刻在两个信号之间的差异是否超过阈值量进行判定。响应于在经过滤信号与未过滤信号之间的差异大于该阈值量，这可指示在原始信号中的斜率变化，从而指示异常等离子体事件。在特定实施方案中，如以上所探讨的经过滤的信号可相对于未过滤的信号偏移特定偏移量，其可操作以避免两个信号会彼此串扰的情境(与由于异常等离子体事件导致的情况不同)。高速比较器224还可以包含晶体管-晶体管逻辑(TTL)，其可响应于在经过滤信号与未过滤信号之间的所检测到的变化大于第一阈值而将输出信号226从第一电压变化为第二电压。

图3A和3B根据一实施方案描绘了一种波形，其代表斜率变化检测单元的示例性检测响应。在图3A(实施方案300A)中，模拟原始光检测器电压信号(305)被表示为虚线，经过滤与偏移的电压信号(310)被表示为点线，且输出的TTL信号315被表示为实线。竖直轴以伏特为刻度，且水平轴以时间(以秒)为刻度。如图所显示，所检测的等离子体发光呈具有约0.2V的幅值的正弦波而振荡。在图3B的示例中，图3A的一部分的详细视图被描绘。在这里，异常等离子体事件已发生，且因为高频电弧信号已过滤掉，经过滤的信号维持恒定。然而，在该实例中，可对应于电弧的异常等离子体事件已导致光检测器电压信号的变化。在该实例中，光检测器输出电压信号的变化对应于在光检测器输出电压信号的斜率的增加。响应于在模拟原始光检测器电压信号305与经过滤输出信号310之间的比较彼此偏移第一阈值(例如，在图3B中约0伏特)，高速比较器导致输出的TTL信号315从约0.2V变化至约3.8V。如在图3B中进一步显示的(实施方案300B)，响应于异常等离子体事件发生(例如，电弧)，模拟原始光检测器电压信号305再度变化(例如，在斜率上减少)。响应于模拟原始光检测器信号305在斜率上减少，使得模拟原始光检测器信号305与低通信号310不再彼此偏移大于第一阈值的数值，接着高速比较器造成输出TTL信号315从约3.8V变化回约0.2V。

图4描绘了根据一实施方案400能够检测异常等离子体事件的一示例性电路。实施方案400的电路可代表图1的信号处理器108与图2的第一示例性斜率变化检测单元214的方面。在图4的实施方案中，“模拟光检测器输入”可代表由图2的光检测器112所产生的光电压信号。此外，图4的“来自EIOC的阈值”(V₃)可代表阈值/监测使能信号222，其可以作为由图9的系统控制器950所执行的控制程序的一部分从以太网络输入输出控制器(EIOC)输送。此外，图4的“缓冲器”可代表图2的缓冲放大器216。反馈放大器220(描绘为图4中的“反馈放大器”)将来自EIOC的阈值(V₃)信号与图4的来自缓冲器的输出信号相加(或求和)。来自图4的缓冲器的输出信号通过R1/C1/C2的组合过滤，该R1/C1/C2的组合形成低通滤波器，其与图2的低通滤波器218对应。来自图4的缓冲器的输出信号通过图4的比较器(对应于图2的比较器224)而与组合的模拟光检测器输入(V₂)和正弦波输入(V₄)信号进行比较。响应于组合的模拟光检测器输入和正弦波输入的集合与来自反馈放大器的输出信号的比较，图4的比较器检测异常等离子体事件。在特定实施方案中，比来自反馈放大器的输出信号大阈值量的该组合的模拟光检测器输入和正弦波的集合的幅值导致检测出的异常等离子体事件。

虽然图2的斜率变化检测单元的功能可利用图4的模拟电子电路实现，但在一些其他实现方案中，图2的功能可数字地实现，例如通过场可编程门阵列(FPGA)实现。在一些其他实现方案中，斜率变化检测单元可以使用微分器，其可操作以获取原始光数据信号(例如来自光检测器112的光数据信号)的导数，以确定是否已发生来自光检测器的输出信号的斜率的变化。从微分器的输出信号可与输入信号电压的变化速率(例如相对于时间的导数)成比例。原始光数据信号(例如来自光检测器)的导数可被传输至比较器(例如高速比较器224)的输入端口。高速比较器可实现原始数据信号与阈值之间的比较，以确定原始光数据信号的斜率之间的差异是否超过阈值。在一些实例中，阈值敏感性可取决于在沉积期间的工艺变化而进行调整以避免错误警报。如果变化已超过变化阈值，则比较器224可再次输出在相对于第一电压具有增加的幅值的第二电压下的TTL信号。

在一些实现方案中，斜率变化检测单元可以使用快速傅立叶变换(FFT)以将原始光电压信号转换至频域。可以利用以频域表示的信号，以确定是否若干频率分量(例如与电弧发生(或其他异常等离子体事件)相关联的那些)以大于特定阈值量的强度存在。在一些实现方案中，如果响应于异常等离子体事件发生而检测到(或在超过阈值达一定程度下检测到)非预期的频率，则输出信号会产生。

响应于检测出的异常等离子体事件，例如通过TTL信号的产生，可采取各种反应和行动，例如调整耦合至加工室的RF功率。在一些实例中，调整可包含减少(或完全中断)RF功率(例如，LF、HF、或两者)。在一些这样的实例中，在RF功率的幅值已减少至0之后，在足以使得电弧发生(或在一加工室内的其他异常等离子体事件)能停止的某一时间段之后，RF功率可增加至先前的电平。RF功率的该增加可以对应于线性或非线性增加。在其他的一些实例中，RF功率的调整可包含将RF功率(例如，LF、HF、或两者)减少至非零电平持续某一时间段，且接着将功率增加至相当于原本电平的电平。

图5显示了一种波形500，其代表耦合至室的处理站的RF功率与时间的函数关系。如图5中所显示的，在时间t1，RF功率(由图1的RF产生器110所供应的功率)对应于功率电平P1。在时间t1，响应于检测出的异常等离子体事件，RF功率降低至功率电平P2且维持从时间t1到时间t2的一段时间。在时间t2，将RF功率在时间t2与t3之间逐渐增加(例如渐变)，直到RF输出功率达到电平P1。在一些实施方案中，RF功率减少可以是减少百分比，例如减少10％或30％。然而，应理解的是，所公开的实现方案并不限定于这样的示例，且意指包含RF功率减少任何百分比，例如5％、10％、20％、30％等等。

在一些实现方案中，例如通过将光检测器信号的低通过滤的数据点从对应的未过滤数据点减去而确定异常等离子体事件的强度，可以确定检测到的异常等离子体事件的幅值。可以从对应的未过滤数据点将低通过滤数据点减掉而对例如电弧光强度进行估计。该确定(或可提供异常等离子体事件强度的某些指示的其他确定)，在一些实现方案中，可用于响应异常等离子体事件而确定RF系统调整的程度。举例来说，如果检测的异常等离子体事件具有减小的幅值，则该系统可造成RF产生器切换至在第一电平的较低功率模式。然而，如果检测的RF事件的幅值达到某一阈值幅值，则该系统会造成RF产生器切换至在低于第一电平的第二电平的另一较低功率模式。在这种系统中，可以具有被支持的多个功率电平，其中所支持的功率电平可对应异常等离子体事件强度的不同阈值幅值。在这些实例中，该系统可选择与强度幅值范围(所检测到的电弧事件落入该范围内)相关联的功率电平。

图6A根据实施方案600A显示了另一波形，其表示RF功率以及斜率变化检测单元的输出信号。如图所显示的，RF产生器的RF功率输出振荡，且斜率变化检测单元的输出信号对应于相对平坦的恒定线。在检测到的异常等离子体事件下，斜率变化检测单元的输出信号的幅值增加，且RF功率单元将RF功率输出信号中断。在一些实例中，在斜率变化检测单元信号增加与RF功率输出中的调整之间的响应时间可相当于约2微秒。

在异常等离子体事件(例如，电弧的形成)于半导体晶片的边缘部分上方或下方发生的一些实施方案中，电弧强度和工艺参数可定义RF功率应减少的量。举例来说，在一些实施方案中，高RF功率产生更分散的RF等离子体。因此，将耦合至处理站的RF功率降低可以操作以将等离子体约束在电极之间的区域。举例来说，响应于在半导体晶片的边缘部分处电弧的发生，降低RF功率会降低在晶片边缘上的等离子体密度，并因此将所产生的等离子体集中在电极之间且更靠近晶片中心的区域。降低RF功率也可以操作以降低在电极处的电压，这进而支持减少异常等离子体事件(例如，电弧发生事件)的发生，即使这种事件靠近晶片的中心(远离边缘部分)而发生。异常等离子体事件的强度以及工艺参数也可以用于定义待将RF功率降低的量。举例来说，电弧强度越高，RF功率的减少越多。额外地，对于非常低压强的工艺，与高压强工艺(对于相同的功率、气体、及其他参数)相比，等离子体会是分散的。因此，在这种实例中，功率可能需要降低更多，以导致对等离子体的更大约束。

异常等离子体事件检测装备，例如上述设备，可以以替代的构造进行配置。更具体而言，信号处理器108可配置在不同位置，且可包含不同构造。如上所述，在图1中，信号处理器可配置在不同于处理室内部的位置，例如在工具的不同部分。在一些实现方案中，光信号可从处理室102内的位置传送至信号处理器的光检测器，例如经由光纤缆线106进行。

图6B根据一实施方案描绘了一组轮廓600B，其表示在处理站内的标称操作条件下光能量波动的光谱密度。图6B的竖直轴指示光谱密度的量度(例如，总光谱的百分比)，而图6B的对数刻度水平轴指示频率。因此，该组轮廓600B中的轮廓表示在预定时间段期间响应于在约400kHz(即，±10％)和约13.56MHz(即，±10％)的频率所耦合的RF功率的光能量波动的光谱密度。在图6B的特定示例中，光能量波动的光谱密度是在四个取样周期显示，其中每一轮廓代表在该四个取样周期中的一个取样周期的光能量波动的光谱密度。因此，响应于对加工室的RF功率(例如，包含400kHz和13.56MHz的频率)的耦合，来自等离子体的光信号可能在对应400kHz基本频率(±10％)的第一峰值处波动或振荡，以及在400kHz(例如在约800kHz(±10％)和1600kHz(±10％))的谐波处波动或振荡。此外，应理解的是，来自等离子体的波动的光信号的光谱密度在介于约100kHz与约50MHz之间的频率处仅小量变化。举例来说，在约100kHz的频率处，由等离子体产生的光信号的光谱密度可能在来自等离子体的波动的光信号的总光谱的约0.8％到约1.2％的范围内。

根据实施方案600C，图6C描绘了代表在处理站内的标称操作条件下的光能量波动的光谱密度的一组轮廓，以及代表在处理站内发生异常等离子体事件时的光能量波动的光谱密度的轮廓。类似于图6B，图6C的竖直轴指示光谱密度的量度(例如，总光能量的百分比)，而图6C的对数刻度的水平轴指示频率。该组轮廓610中的轮廓表示在预定时间段期间响应于RF功率(例如，400kHz和13.56MHz)与加工室的耦合的波动等离子体的光能量的光谱密度。在图6C的特定示例中，光能量波动的光谱密度在三个取样周期显示，各自对应于轮廓610中的一者。响应于RF功率(例如，400kHz和13.56MHz)与加工室的耦合，由等离子体所产生的光信号可在对应于400kHz基本频率的第一峰值频率处波动或振荡。由等离子体所产生的光信号可额外地在谐波处波动或振荡，例如在约800kHz和(1600kHz)1.6MHz处。额外地，应理解的是，轮廓610中的每一者的光谱密度在介于约100kHz与约50MHz之间的频率处仅小量变化。

然而，除了轮廓610之外，图6C还描绘了轮廓620，其代表响应于在加工室内发生的异常等离子体事件(例如，电弧)的光能量波动的光谱密度。因此，如图6C显示的，在异常等离子体事件期间，光能量波动的光谱密度在约600kHz与约3.6MHz之间显著增加。在其他实施方案中，在异常等离子体事件期间，光能量波动的光谱密度可以在不同频率范围显著增加，例如在约400kHz(±10％)与约4MHz(±10％)之间。举例来说，在约1MHz(1000kHz)轮廓620的光谱密度(其在室内的异常等离子体事件期间可观察到)对应于约2％的数值。这可以与在标称条件下(例如由轮廓610所指示的)观察的光谱密度加以比较，这对应约1％的值。因此，如图6C中所显示的，异常等离子体事件(例如，由轮廓620所显示的)可通过在特定频率范围之间观察到在等离子体波动的光谱密度上的显著增加而指示。

在图6C的特定示例中，通过在特定频率或在特定范围频率期间，相对于在该特定频率或频率范围的加工室的标称等离子体条件，观察或检测到约100％的光谱密度的增加(例如，从约1％的光谱密度到约2％的光谱密度)，指示异常等离子体事件。额外地，光谱密度的这种增加可以在介于约400kHz(±10％)与4MHz(±10％)之间的频率处观察，但应理解的是，所公开的实现方案不限于这种示例且可包含在其他频率范围(例如低于约400kHz的频率以及高于约4MHz的频率)处所观察到的光谱密度和/或光谱密度轮廓。此外，在其他实现方案中，异常等离子体事件可通过相对于标称操作条件在来自等离子体的波动或振荡信号的光谱密度上的较小增加而指示。举例来说，在特定实现方案中，异常等离子体事件可响应于低于100％(例如75％、50％等等)的光谱密度上的增加而进行识别，且所公开的实现方案不受限于这种示例且可包含在光谱密度上的其他增加。

在某些实现方案中，异常等离子体事件可响应于相对于在标称操作条件下所观察的光谱密度的标准偏差而在光谱密度上的增加而加以识别。因此，在一个示例中，异常等离子体事件可通过首先计算针对代表标称(或基准)等离子体条件的一组轮廓(例如，轮廓610)的光谱密度的标准偏差而进行识别。在另一示例中，移动平均值(以及移动标准偏差)可以在特定持续时间期间进行计算。在另一示例中，标准偏差可使用尺寸上扩大的时间窗与时间的函数关系而持续地进行计算。用于计算标准偏差的方法，或其他统计量度，可取决于在处理站执行的特定工艺且可以在晶片处理期间变化。

响应于利用基准光谱密度而计算标准偏差，异常等离子体事件可响应于观察来自等离子体的波动信号而进行识别，来自等离子体的该波动信号的特征在于具有(例如)比所计算的标准偏差(例如，利用光谱密度上的基准的标准差)大一个标准偏差的幅值的光谱密度轮廓。在另一示例中，异常等离子体事件可响应于观察到具有比所计算的标准偏差(例如，利用基准光谱密度的标准偏差)大两个标准偏差的幅值的光谱密度轮廓而进行识别。然而，所公开的实现方案是意图包含光谱密度轮廓，其指示相对于来自在标称条件下操作的等离子体的波动信号的光谱密度轮廓有任何数量个标准偏差的差异的异常等离子体事件。

短暂返回图1，在特定的实施方案中，信号处理器108可进行编程以对来自光检测器112的原始输出信号执行分析。在这样的实施方案中的一个或更多个中，可以利用来自光检测器112的输出信号的分析，以在处理站内的各种操作条件下确定光能量波动的光谱密度。因此，参照图6C，可以分析表示在预定时间段期间等离子体能量波动的轮廓，以将在各种频率下的光谱密度确定作为等离子体来源的光能量波动的总光谱的分数或百分比。在一些实例中，由信号处理器108所执行的该分析会涉及对来自光检测器112的输出信号执行快速傅立叶变换(FFT)。在对一或更多个预定时间段期间来自光检测器112的输出信号执行FFT之后，光能量波动的光谱密度可以类似于图6B/6C的方式描绘。响应于光能量波动的光谱密度的分析，信号处理器108可确定异常等离子体事件已经发生。在特定实施方案中，异常等离子体事件可以响应于检测到在光能量波动的特定频率处(例如介于约400kHz与约4MHz之间)的光谱密度的增加而进行识别。异常等离子体事件可以响应于观察到相对于在标称等离子体条件期间所观察到的光谱密度具有比阈值量大的幅值的光谱密度而进行识别。在特定实施方案中，举例来说，阈值量可相当于参照在标称等离子体条件期间所计算的光谱密度的一或两个标准偏差。异常等离子体事件可响应于观察到参照在标称等离子体条件期间所计算的光谱密度具有不同于一或两个标准偏差的幅值的光谱密度而进行识别，且所公开的实现方案不限于这种示例。此外，异常等离子体事件可通过检测在除了约400kHz和约4MHz之间之外的频率处的频谱密度的增加来进行识别，且所公开的实现方案不限于这种示例。相反，实现方案意指包含对在等离子体的光能量的振荡或波动的任何范围内的光谱密度的检测。

图6D和6E描绘了图1的第一示例性异常等离子体事件检测设备的替代构造。在图6D中，异常等离子体事件检测设备600D可能不包含光纤缆线。事实上，异常等离子体事件检测设备600D可包含设置在处理室602A处或其上的信号处理单元608A，以使光检测器取得在处理室602A处的等离子体的光信号。来自光检测器612A的输出信号可利用高速比较器614A进行处理。来自高速比较器614A的输出信号接着输送至RF产生器610A。在一些实施方案中，该设备可包含在处理室602A与光检测器612A之间的透镜604。在图6E中，异常等离子体事件检测设备600E包含透镜604B，其经由光纤缆线606B耦合至作为RF产生器610B的部分的信号处理单元608B。在这种实例中，光检测器612B也可以是RF产生器610B的部件。在一些这样的实例中，RF产生器610A可包含高速比较器614B，以便不使用额外的高速比较器。异常等离子体事件检测设备600E的优点是在处理室602B及信号处理单元608B附近的噪声可能不会影响由信号处理单元608B所产生以及使用的信号。

各种技术也可以用于检测和缓解在处理室内的电弧事件。根据一实施方案700A，图7A描绘了检测和缓解异常等离子体事件的效应的第一示例性技术的流程图。该技术起始于701，且在703，检测由波动的等离子体发光所产生的光信号。如上所述，等离子体发射各种波长的光，且例如光检测器112之类的光传感器或光检测器被配置成检测由等离子体发射的光。此外，在705，该光信号被转换成电压信号，且该转换可通过光传感器或光检测器执行。在707，调整电压信号以形成经调整的电压信号。该调整可根据上述技术中的任何技术(例如过滤和/或偏移原始光电压信号(如关于图2所述)，获取原始光电压信号的导数，或使用原始光电压信号的FFT分析)进行。

响应于原始光电压信号进行调整，709确定与调整的电压信号相关联的变化是否超过阈值。该确定可为上述比较中的任一者，例如将过滤的和/或偏移的电压信号(即，调整的电压信号)与原始光电压信号比较，以确定在两个信号之间的任何变化是否超过该阈值。如上所述，在一些实施方案中，就在这两个信号之间的变化是否超过阈值进行确定，这进而可以指示电弧或在处理室内发生的其他类型异常等离子体事件。在这些实施方案中(即，使用经过滤的光信号的实施方案)的确定并非仅基于过滤的和/或偏移的信号本身的变化，而是基于相对于经过滤和/或偏移信号的原始电压信号的变化。举例来说，如在图3B中所显示的，就是相对于过滤的信号的原始电压信号的变化指示电弧或其他类型异常等离子体事件的发生。响应于利用这两种信号，该比较仍然是与经调整的电压信号相关联的确定。该阈值可根据各种参数进行选择，例如变化的速率和变化的量。

在709的一些其他实施方案中，确定正在发生异常等离子体事件可以基于调整的电压信号相对于阈值的变化，例如利用导数和/或FFT方法。这里，该确定可以基于经调整的电压信号的变化。举例来说，导数技术的输出信号可能涉及光信号变化速率的直接相关法，使得该调整的电压信号的确定可直接指示电弧发生。

在711，如果确定出与经调整的电压信号相关联的变化超过该阈值，则可采取缓解行动。这些缓解行动可包含，如上所述，调整RF产生器的输出参数，例如通过将RF功率降低至较低功率电平持续一段时间，且接着使RF功率输出渐变回到初始功率电平。

虽然在图7A中未描绘，但如上所述，该技术还可以包含指示：709的确定造成TTL信号产生并且发送至RF产生器。在一些实施方案中，RF产生器被配置成接收该TTL信号且造成对RF产生器的一或多个参数的响应，例如降低RF产生器的输出功率。该技术的额外方面还可以包含，在703之前或与703同时，通过将RF功率耦合至处理室而在处理室中产生等离子体。

图7B根据一实施方案700B描绘用于检测和缓解异常等离子体事件效果的第二示例性技术的流程图。该技术开始于751，且在752，等离子体响应于来自RF产生器的足够的幅值的信号而形成。在一些实施方案中，RF产生器可以例如产生约400kHz(±10％)与约13.56MHz(±10％)的信号。应理解的是，所公开的的实现方案并非限于这种示例，且可包含各种额外频率。在754，可以检测由等离子体产生的波动的光信号。检测可通过光传感器或光检测器执行。在755，信号处理器可计算波动的光信号的光谱密度。在特定的实施方案中，该计算可以在标称条件下操作等离子体时进行，且可以在数个时间段期间发生。在特定实施方案中，在756，可以确定：波动的光信号的光谱密度不同于一或多个先前计算的波动的光信号的光谱密度。然而，在若干其他实施方案中，756可以包含确定：波动的光信号的光谱密度不同于基准光谱密度。响应于与先前计算的光谱密度、或任何其他类型的基准光谱密度相差可能达阈值量的波动的光信号的光谱密度，信号处理器可能指示异常等离子体事件已经发生。

在一些实施方案中，该半导体处理室可包含两个或者更多个处理站，如以下所述的，且各站的发光可分别进行监测。举例来说，处理室可包含四个处理站，且这些处理站中的每一个可以利用单独的光检测器，其被配置成检测来自对应处理站的光。

此处所述的设备及技术提供优于常规异常等离子体事件检测技术的许多优点。在一些实例中，所述的这些技术，由于光信号可利用可直接向RF产生器产生信号(该RF产生器可响应于该信号)的模拟电路进行处理而允许较快的检测时间及缓解响应时间。在RF产生器与光信号之间的直接连接实现了快速的、有效率的响应时间。与此相比，常规技术可能需要将所检测到的信号发送至处理器来进行分析，以及将另一信号由处理器发送至RF处理器。由于若干异常等离子体事件(例如电弧)可能快速地形成，因此由一些常规技术产生的延迟会对晶片和/或其他装备导致不期望有的损伤。额外地，如上所述，所述的这些技术及设备能够检测出常规方法无法检测的小幅值异常等离子体事件。

如上所述，此处所述设备及技术可以应用于使用等离子体的任何半导体工艺、以及等离子体在其中产生的任何半导体处理室。这些工艺和设备的示例系在以下描述。

等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)设备

在一些实施方案中，晶片加工装备可包含在处理工具中所包括的一或更多PECVD处理站。此处理工具可包含在图6A及6B中在上文所述的特征，举例来说，伴随下述的其他特征。

图8提供了可用于实施所公开的实施方案的示例性设备的框图。如所显示，图8的反应器800包含处理室824，其包围该反应器的其他组件并且用于容纳由例如电容器类型系统(其包含喷头814，其协同接地加热器块820而运作)所产生的等离子体。高频RF产生器804(其连接至匹配网络806)和低频RF产生器802连接至喷头814。由匹配网络806所供应的功率和频率足以从处理气体产生等离子体，例如400-700W的总能量。在本发明的一实现方案中，HFRF产生器和LFRF产生器两者可以在沉积期间使用，而在一些其他实现方案中仅使用HFRF产生器或LFRF产生器。在一典型工艺中，高频RF分量一般在约2-60MHz之间；在至少一个实施方案中，HF分量为约13.56MHz。低频LF分量一般在约250-400kHz之间。在一些实施方案中，RF产生器可考虑为具有HFRF产生器和LFRF产生器两者，且在一些实例中具有匹配网络。

在该反应器内，晶片基座818支撑衬底816。该基座一般包含卡盘、叉、或升降销，其用于在沉积和/或等离子体处理反应期间及之间保持和传送衬底。该卡盘可以是电子卡盘、机械卡盘、或对于在工业和/或研究中的使用可取得的各种其他类型的卡盘。

处理气体经由入口812导入。多条源气体管线810连接至歧管808。这些气体可预混合或不预混合。适当的阀控及质量流量控制机构被用于确保正确的气体在工艺的沉积与沉积后阶段期间输送。在化学前体以液体形式输送的实例中，使用液体流量控制机构。该液体接着被汽化，且在到达沉积室之前在加热至高于其汽化点的歧管中的传送期间与其他处理气体混合。

处理气体经由出口822离开室824。真空泵826(例如，一或多级机械干抽泵和/或涡轮分子泵)通常将气体抽出，并通过闭回路受控流量限制装置(例如节流阀或钟摆阀)在该反应器内维持适当低的压强。

该发明可以在多站式或单站式工具上实现。在特定实施方案中，使用具有4站沉积方案的300mm Novellus Vector^TM工具或具有6站沉积方案的200mm Sequel^TM工具。

根据一实施方案900，图9示出了具有入口加载锁902和出口加载锁904的多站处理工具900的实施方案的示意图，入口加载锁902和出口加载锁904中的一者或两者可以使用远程等离子体源。机械手906在大气压强下被配置成经由大气端口910将晶片从通过舱908装载的晶片盒移动到入口加载锁902中。通过机械手906将晶片放置在入口加载锁902中的基座912上，关闭大气端口910，并且将加载锁抽气。在入口加载锁902使用远程等离子体源的情况下，可以将晶片暴露于加载锁中的远程等离子体处理，然后引入到处理室914。此外，也可以在入口加载锁902中加热晶片，例如，以去除水分和吸附的气体。然后，打开处理室914的室输送端口916，另一个机械手(未示出)将晶片放置在反应器中所示的第一站的基座上的反应器中，以用于处理。虽然图9所示的实施方案包括加载锁，但是应当理解，在一些实施方案中，可以使晶片直接进入处理站。

所描绘的处理室914包括在图9所示的实施方案中从1到4编号的四个处理站。每个站具有加热的基座(对于站1示出为918)和气体管线入口。虽然所描绘的处理室914包括四个站，但是应当理解，根据本公开的处理室可以具有任何合适数量的站。例如，在一些实施方案中，处理室可具有五个或更多个站，而在其它实施方案中，处理室可具有三个或更少个站。

图9还描绘了用于在处理室914内传送晶片的晶片搬运系统990的一种实施方案。在一些实施方案中，晶片搬运系统990可以在各个处理站之间和/或处理站和加载锁之间传送晶片。应当理解，可以采用任何合适的晶片搬运系统。非限制性示例包括晶片传送带和晶片搬运机械手。图9还描绘了用于控制处理工具900的工艺状态和硬件状态的系统控制器950的一种实施方案。系统控制器950可以包括一个或多个存储器装置956、一个或多个大容量存储装置954和一个或多个处理器952。处理器952可以包括CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板等。

虽然在图9中未显示，但工具900可包含反应器800的任何特征，例如针对上述各站的气体及管路，以及真空泵。

在一些实施方案中，系统控制器950控制处理工具900的所有活动。系统控制器950执行系统控制软件958，其存储于大容量储存装置954中，加载到存储器装置956中，且在处理器952中执行。系统控制软件958可包含指令，用于控制时序、气体混合物、气体流率、室和/或站压强、室和/或站温度、清扫条件和时序、晶片温度、RF功率电平、频率、衬底、基座、卡盘和/或接受器位置、以及由处理工具900所执行的特定工艺的其他参数。系统控制软件958可以任何合适的方式配置。例如，可撰写各种处理工具部件子程序或控制对象，以控制用于执行各种处理工具工艺的处理工具部件的操作。系统控制软件958可以任何合适的计算机可读程序语言编码。

在一些实施方案中，系统控制软件958可包含输入/输出控制(IOC)序列指令，以用于控制各种上述参数。举例来说，PECVD工艺可以包含一或多个指令以供系统控制器950执行。用于针对PECVD工艺阶段设定工艺条件的指令可包含在对应的PECVD配方阶段。在一些实施方案中，PECVD配方阶段可顺序配置，以使针对PECVD工艺阶段的所有指令与所述工艺阶段同时执行。

关联于系统控制器950存储于大容量存储装置954和/或存储器装置956的其他计算机软件和/或程序可以在一些实施方案中使用。用于此目的的程序或程序片段的示例，包含衬底定位程序、处理气体控制程序、压强控制程序、加热器控制程序、以及等离子体控制程序。

衬底定位程序可以包含用于装载衬底至基座918上以及控制介于衬底和处理工具900的其他部件之间的间距的处理工具部件的程序代码。

处理气体控制程序可以包含代码，其用于控制气体成分和流率，且选择性地在沉积之前使气体流入一个以上处理站以稳定在处理站中的压强。处理气体控制程序可包含于将气体成分和流率控制于所公开的范围中的任何一者内的代码。压强控制程序可包含用于通过调节(举例来说，在处理站排气系统中的节流阀)进入处理站的气流等操作而控制处理站中的压强的代码。压强控制程序可包含用于将处理站中的压强维持在所公开的压强范围中的任何一者内的代码。

加热器控制程序可以包含代码，其用于控制流至用于加热衬底的加热单元的电流。替代地，加热器控制程序可控制对衬底的传热气体(例如氦)输送。加热器控制程序可包含用于将衬底温度维持在所公开的范围中的任何一者内的指令。

等离子体控制程序可包含用于设定对在一或多个处理站中的处理电极所施加的RF功率电平与频率(例如使用此处所公开的RF功率电平中的任一者)的代码。等离子体控制程序还可以包含用于控制各等离子体暴露的持续时间的代码。

在一些实现方案中，系统控制器950可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云端”或者是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，变化当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些示例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些示例中，系统控制器950接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，系统控制器950可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的示例可以是与一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的在室内的一个或多个集成电路，它们结合以控制室内的工艺。

在一些实施方案中，可以存在与系统控制器950相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏、装置和/或工艺条件的图形软件显示器，以及诸如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等用户输入装置。

在一些实施方案中，由系统控制器950调节的参数会涉及工艺条件。非限制性示例包括处理气体组成和流率、温度、压强、等离子体条件(例如，RF功率电平、频率和暴露时间)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，配方可以利用所述用户界面输入。

用于监控处理的信号可以由系统控制器950的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。用于控制处理的信号可以在处理工具900的模拟和数字输出连接件上输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性示例包括质量流量控制器、压强传感器(例如压强计)、热电偶等。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用，以保持工艺条件。

任何合适的室可用于实施所公开的实施方案。示例性沉积设备包含但不仅限于来自

产品系列、

产品系列、和/或

产品系列的设备，其每一者可购自Lam Research Corp.,(Fremont,California)或者各种其他市售处理系统。这些站中的两个或者更多个可执行相同的功能。类似地，两个以上的站可执行不同的功能。各站可设计或建构成执行如所期望的特定功能/方法。

PECVD处理

许多半导体加工工艺使用等离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)将材料沉积。在典型的PECVD反应中，将衬底暴露于一或多种挥发性前体，其反应和/或分解以在衬底表面上产生所期望的沉积物。PECVD工艺一般开始于使一或多种反应物流入反应室。当等离子体产生时反应物输送可持续，而将衬底表面暴露于等离子体，这进而造成在衬底表面上发生沉积。该工艺持续直到达到所期望的膜厚度，之后，通常将等离子体熄灭且将反应物流动终止。接下来，可以清扫反应室，且可以执行沉积后步骤。

如上所述，在一些实现方案中，在PECVD期间用于驱动等离子体形成的频率可含有高频(“HF”)分量、低频(“LF”)分量、或两者。该HF频率可以为约13.56MHz或约27MHz。用于驱动等离子体形成的HF RF功率可以在约200-3,000W之间。这些功率电平代表所输送的总功率，其可以在多站式处理室中的多个站之间进行分割。等离子体可以在第一功率电平下产生，该第一功率电平可以是在该范围内的任何功率，例如对于单一站的600W，或对于四站式处理室的2,400W，其导致对于四站每一者为600W。等离子体暴露的持续时间取决于所沉积的膜的所期望的厚度。在一些实现方案中，脉冲式PECVD方法可以使用。这些方法可以涉及将前体和/或RF功率电平脉冲式输送。在一些实施方案中，在PECVD期间用于驱动等离子体形成的频率可含有LF和HF分量两者。LF频率可以介于约300-400kHz之间。用于驱动等离子体形成的LF RF功率可以介于约200-2,500W之间。

原子层沉积

在一些实施方案中，某个半导体处理涉及多个膜沉积循环，各自产生“离散的”膜厚度。原子层沉积(ALD)是一种这样的膜沉积方法，但是以重复顺序方式使用的沉积膜的薄层的任何技术可以视为涉及多个循环的沉积，且此处所公开的方法和设备也可以总体上使用于在这样的多循环沉积操作中控制膜厚度。

随着装置和特征尺寸在半导体工业中持续缩小，以及3D装置结构(例如，Intel的三闸晶体管结构)在集成电路(IC)设计中变得更普遍，沉积薄保形膜(相对于下方结构的形状具有均匀厚度的材料膜，即使是非平坦的也如此)的能力将持续更加重要。ALD是膜形成技术，其由于以下事实而非常适用于保形膜的沉积：单一循环的ALD仅沉积单一材料薄层，该厚度受限于在膜形成化学反应本身之前可吸附在衬底表面上(即，形成吸附受限层)的一或多种膜前体反应物的量。多个“ALD循环”可接着使用，以建立所期望厚度的膜，且由于各层是薄的且保形的，所产生的膜实质符合于下方装置结构的形状。在某些实施方案中，各ALD循环包含以下步骤：

使衬底表面暴露于第一前体。

对衬底位于其中的反应室进行清扫。

激活衬底表面的反应，通常利用等离子体和/或第二前体进行。

对衬底位于其中的反应室进行清扫。

各ALD循环的持续时间通常小于25秒或小于10秒。ALD循环的一或多个等离子体暴露步骤可以具有短的持续时间，例如1秒以下的持续时间。由于短的持续时间，等离子体一致性的控制可促进工艺均匀性。等离子体阻抗及所输送的功率的变化是可能影响工艺均匀性的两个因素。

提供了用于控制在具有共享RF功率源的多个处理站的半导体工具中的多循环沉积操作中使用的RF功率的设备和方法。控制RF功率的频率以及施加到共享射频功率源的各个站的功率。

图10根据一实施方案示出了用于在半导体衬底上沉积膜的衬底处理设备。图10的处理设备1000具有单个处理室1002，该处理室1002具有在内部体积空间中的单个衬底保持器1008，该衬底保持器1008可以通过真空泵1018保持在真空下。气体输送系统1001和喷头1006也流体地耦合到该室，以用于输送(例如)膜前体、载气和/或清扫气体和/或处理气体、二次反应物等。图10中还显示了在处理室内产生等离子体的设施。图10中示意性说明的设备提供了用于在半导体衬底上执行膜沉积操作(例如化学气相沉积(CVD)或ALD)的基本设施。

为了简单起见，处理设备1000被描绘为具有用于维持低压环境的处理室主体的独立处理站。然而，应理解的是，如本文所述，多个处理站可以被包括在公共处理工具环境中，例如，在公共反应室内。例如，图11根据实施方案1100描绘了多站式处理工具的实现方案。此外，应理解，在一些实现方案中，可通过一个或一个以上系统控制器以编程方式调节处理设备1000的一个或一个以上硬件参数，包括上文详细论述的那些。

处理设备1000与反应物输送系统1001流体连通，以将处理气体输送至分配喷头1006。反应物输送系统1001包括混合容器1004，混合容器1004用于混合和/或调节处理气体以将其输送至喷头1006。一个或多个混合容器入口阀1020可控制将处理气体引入混合容器1009中。

一些反应物可以在蒸发之前被以液体形式存储并且随后被输送到处理室1002。图10的实现方案包括汽化点1003，其用于汽化将被供应到混合容器1009的液体反应物。在一些实现方案中，汽化点1003可以成为加热的液体注入模块。在一些其他实现方案中，汽化点1003可以是加热的汽化器。在其他实现方案中，可以从处理站消除汽化点1003。

在一些实现方案中，可以在汽化点1003上游提供液体流量控制器(LFC)，以控制用于汽化并输送至处理室1002的液体的质量流量。

喷头1006将处理气体和/或反应物(例如，膜前体)朝向在处理站处的衬底1012分配，其流量由喷头上游的一个或多个阀(例如，阀1020)控制。在图10所示的实现方案中，衬底1012位于喷头1006的下方，并且示出为放置在基座1008上。喷头1006可以具有任何合适的形状，并且可以具有任何合适数量和布置的用于将处理气体分配到衬底1012的端口。

体积空间1007位于喷头1006下方。在一些实现方案中，可以升高或降低基座1008以将衬底1012暴露于体积空间1007和/或变化体积空间1007的体积。任选地，可以在沉积工艺的部分期间降低和/或升高基座1008，以调节体积空间1007内的处理压强、反应物浓度等。

在图10中，喷头1006和基座1008电连接到RF功率源1014和匹配网络1016，以用于为等离子体供电。在一些实现方案中，可以通过控制处理站压力、气体浓度、RF源功率、RF源频率和/或等离子体功率脉冲时序中的一个或多个(例如，经由具有适当机器可读指令的系统控制器)来控制等离子体能量。例如，RF功率源1014和匹配网络1016可以以任何合适的功率操作以形成具有期望的自由基物质组成的等离子体。同样，RF功率源1014可以提供任何合适频率的RF功率。

在一些实现方案中，可以通过一个或多个等离子体监测器原位监测等离子体。在一种情况下，可以通过一个或多个电压、电流传感器(例如，诸如VI探针之类的负载传感器)来监测等离子体功率。此类传感器的示例包括MKS VI-Probe-4100和350。此类传感器可以测量电压、电流和相位差。在某些实现方案中，传感器可以电连接到RF功率源并且可以位于喷头处或附近。在这样的实现方案中，呈现给RF发生器的输出端口的阻抗可以代表等离子体的阻抗。在另一种情况下，可以通过一个或多个光学发射光谱法(OES)传感器来测量等离子体密度和/或处理气体浓度。在一些实现方案中，可基于来自此类原位等离子体监测器的测量值以编程方式调节一个或多个等离子体参数。例如，可以在反馈回路中使用负载传感器，以提供对等离子体功率的程序式控制。应理解的是，在一些实现方案中，可以使用其他监测器来监测等离子体和其他处理特性。这样的监测器可以包括但不限于红外(IR)监测器、声学监测器和压力传感器。

在一些实施方案中，可经由输入/输出控制(IOC)测序指令来控制等离子体。在一个示例中，用于设置用于等离子体激活的等离子体条件的指令可以被包括在工艺配方的相应等离子体激活配方中。在某些情况下，可以按顺序排列工艺配方，以便用于工艺的所有指令与该工艺同时执行。在一些实现方案中，用于设置一个或多个等离子体参数的指令可以被包括在等离子体处理之前的配方中。例如，第一配方可以包括用于设置惰性气体(例如，氦气)和/或反应物气体的流率的指令、用于将等离子体发生器设置为功率设定值的指令以及用于第一配方的时间延迟指令。第二后续配方可以包括用于启用等离子体发生器的指令和用于第二配方的时延指令。第三配方可以包括用于禁用等离子体发生器的指令和用于第三配方的时延指令。应理解的是，在本公开的范围内，可以以任何合适的方式进一步细分和/或迭代这些配方。

在某些沉积工艺中，等离子体激励持续约数秒的时间或更长的持续时间。在本文所述的某些实现方案中，可以在处理循环期间施加更短的等离子体激励。这些时间可能少于50毫秒，其中25毫秒是一个具体示例。如此短的RF等离子体激励需要快速稳定和调谐等离子体。为了实现等离子体的快速稳定和调谐，可以通过两步调谐处理来配置等离子体发生器，该两步调谐处理包括粗调部件和微调部件。在粗调部件中，可以将阻抗匹配预设为特定阻抗。粗调部件可以被预设为使得阻抗的幅值处于例如50欧姆的值。在某些实现方案中，粗调部件可以限于影响阻抗的幅值的调节。在微调部件中，可以允许RF频率相对于基线频率浮动，以便尝试使相位与目标值(例如，零相位值)匹配。按常规，以约13.56MHz的频率生成高频等离子体。在本文公开的各种实现方案中，可以允许频率浮动到不同于该标准值的值，以便使相位与目标值匹配。在某些实现方案中，微调部件可以限于影响阻抗相位的调节。通过在将阻抗匹配固定为预定阻抗的同时允许频率浮动，等离子体可以远远更快地稳定下来。非常短的等离子体激励(例如与ALD或原子层蚀刻(ALE)循环相关的激励)可能会受益于等离子体的快速稳定。

典型沉积循环的前1-2毫秒涉及等离子体的点燃。在点燃等离子体之后，然后进行RF频率的微调以使等离子体相位与目标值匹配。

如上所述，一个或多个处理站可以被包括在多站式衬底处理工具中。图11示出了可以利用等离子体平衡硬件的示例性多站式衬底处理设备。关于设施成本和运营费用，通过使用如同图11所示的多站式处理设备之类的多站式处理设备，可以实现各种效率。例如，单个真空泵可用于通过排空所有四个处理站的废处理气体等来为所有四个处理站创建单个高真空环境。取决于实现方案，每个处理站可以具有其自己的专用喷头用于气体输送，但是可以共享相同的气体输送系统。同样，等离子体发生器设施的某些元件可以在处理站(例如电源)之间共享，但是根据实现方案，某些方面可能是特定于处理站的(例如，如果使用喷头来施加等离子体产生的电位)。再一次，应当理解，通过在每个处理室中使用更多或更少数量的处理站(例如每个反应室2、3、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16个处理站)也可以或多或少地实现这种效率。

图9的衬底处理设备200也可以用于执行ALD处理。这里，单个衬底处理室914包含多个衬底处理站，每个处理站可用于在该处理站处保持在晶片保持器中的衬底上执行处理操作。在该特定实现方案中，示出了具有四个处理站1、2、3和4的多站式衬底处理工具900。其他类似的多站式处理设备根据实现方案以及例如，平行晶片处理的所需水平、尺寸/空间约束、成本约束等可以具有更多或更少的处理站。

在图9中，RF功率在RF功率系统913处产生并分配给站1-4中的每一个。该RF功率系统可以包括一个或多个RF功率源，例如，高频(HFRF)和低频(LFRF)源，阻抗匹配模块和滤波器。在某些实现方案中，功率源可以仅限于高频或低频源。除非另有说明，否则假定所描述的沉积工艺仅使用高频功率。RF功率系统的分配系统关于电抗器对称并且具有高阻抗。这种对称性和阻抗导致大约相等量的功率被传递到每个站。射频功率的在约5％到15％之间的细微差异可能是由于分配系统部件、站对准、温度差异和工艺条件中的容差引起的。

RF功率的微小差异可能会导致晶片与晶片之间的各种膜特性的不均匀性，各种膜特性例如组成、厚度、密度、交联量、化学性质、反应完成、应力、折射率、介电常数、硬度、蚀刻选择性、稳定性、气密性等。在单个站微调等离子体功率并动态响应于站条件变化的能力可能会降低晶片与晶片之间的不均匀性。注意，本方法和设备不限于多站式反应器；本文公开的方法和设备适用于其他RF功率系统，其中多个处理区域共享RF功率源。

系统控制器950还可以用于控制处理工具900及其处理站的工艺条件和硬件状态，以执行ALD。系统控制器950可以提供用于实现沉积工艺的机器可读指令。指令可以控制各种工艺参数，例如DC功率电平，RF偏置功率电平，站与站之间的变化，例如RF功率参数的变化，频率调谐参数，压力，温度等。这些指令可以控制这些参数，以根据本文所述的各种实现方案进行膜堆叠件的原位沉积。

图11是示出具有多个站的示例性多站等离子体反应器中的各个部件的示意图，其中多站利用RF频率调谐来共享RF功率源。如图所示，可以是高频RF功率源的RF功率源1101经由分配网络1121分配到多个站1151。HFRF可以具有大约2-60MHz或大约13.56MHz的频率。在其他实现方案中，除了高频RF功率源之外或代替高频RF功率源，还可以使用低频RF功率源。低频RF功率源可以具有大约100kHz至大约1MHz或大约400kHz的频率。某些可商购的RF功率源具有调谐RF功率源的频率的能力。此类RF功率源的示例包括Advanced Engineer’sParamount系列，MKS’sSurePower系列，Comdel’s CB、CLX和CDX系列以及Huettinger’sTruPlasma系列。

来自RF功率源1101的功率可以被输送通过阻抗匹配系统，该阻抗匹配系统可以包括固定匹配模块1103。在既包含高频RF功率源也包含低频RF功率源的某些实现方案中，也可以存在高通滤波器和/或低通滤波器。另外，在某些实现方案中，来自RF功率源的功率可以被输送通过自动匹配模块。在包括低频RF功率源(无论是作为高频RF功率源的补充还是替代)的实现方案中，低频功率都可以被输送通过固定匹配或自动匹配。在某些实现方案中，可以使用自动匹配模块来使RF功率频率与等离子体的负载的设定阻抗匹配。在其他实现方案中，可以使用固定匹配模块，其不会自动将RF功率频率与等离子体的负载的设定阻抗匹配。

在图11所示的实现方案中，RF功率源1101连接到分配网络1121。分配网络1121可以将由RF功率源1101产生的RF功率分配给多个站1151中的每一个。分配网络1121连接到用于多个站1151中的每个的RF调节器1123。对于多个站1151中的每个，RF调节器1123在喷头1153之前连接到功率参数传感器1133。功率参数传感器1133可以是先前公开的任何类型的传感器，例如负载传感器或OES传感器。RF功率源1101可以从RF控制器1143获得指令，并且变化分配给各站的RF功率的频率。所述指令可以是根据由一个或多个功率参数传感器1133检测到的阻抗进行的频率调节。在其他实现方案中，附加传感器可以测量代表所有站1151中的等离子体的相位的最终相位。然后，RF控制器1143可以根据由附加传感器测得的最终相位来变化分配给所述站的RF功率的频率。在某些实现方案中，RF控制器1143可以包括指令(例如代码)，以变化RF功率的频率，使得阻抗的相位为零或接近零。在图11所示的实现方案中，RF控制器1143可以变化来自各个站上游的RF功率源1101的RF功率的频率。

RF调节器1123由RF控制器1143控制。RF控制器1143可以基于来自每个站1151的传感器1133的测量结果，将各个站的RF功率变化确定的量。在某些实现方案中，RF调节器1123可以是可变的电容器。RF控制器1143可以控制可以变化可变电容器的电容的步进电机(未示出)。可以使用其他方式来变化电容。例如，RF调节器1123也可以是一组具有各自开关的电容器。可以通过激活(接通)具有指定值的多个电容器来控制RF功率。例如，可以选择电容器以为站增加1pF、2pF、4pF、8pF和16pF并联电容。在该示例中，活动(打开)和非活动(关闭)电容器的所有组合都覆盖了0pF至31pF的范围，分辨率为1pF。通过选择要激活的电容器，控制器可以变化给站的RF功率。这种数字控制会比使用步进电机控制可变电容器要快，尤其是当需要覆盖大范围的电容时。根据可用空间和所需的控制量，本领域技术人员将能够使用一个或多个电容器来设计RF调节器，以将RF功率变化一定量。

在其他实现方案中，RF调节器1123可以是可变线圈电感器。RF控制器1143可以控制可变线圈电感器以影响输送到站的RF功率。在某些实现方案中，RF调节器不限于电容器和电感器。在某些实现方案中，其他RF调节器1123可以利用不同的机制(例如谐振器电路或电阻电路)来变化RF功率。

传感器1133测量至少一个RF功率参数。所测量的RF功率参数可以是电压、电流、阻抗、相位或负载功率。可以使用可商购的探针来测量RF功率参数并将测量结果提供给RF控制器1143。也可以测量非RF参数并将其用作RF控制器1143的源信号。例如，来自站等离子体或衬底温度传感器的光发射可以测量站特性并将其馈送到RF控制器1143。可以在每个站附近安装光发射系统以收集由站等离子体发射的光。衬底温度传感器可以使用在衬底下方构建的远程红外检测系统。传感器1133还可以测量多个RF功率参数，或者在某些实现方案中可以使用多个传感器来测量多个RF功率参数。

在一些实现方案中，可以在诸如多循环ALD工艺之类的多步骤工艺中将RF调节器设置为固定值或值的范围。在这样的实现方案中，需要很少或不需要RF功率参数的实时感测以及RF功率的站与站之间的分配的调节。

每个站1151包含与接地基座1157配合工作的喷头1153。所提供的功率和频率足以从处理气体中产生等离子体，例如，每个站大约在50W-6,000W的范围内。功率电平可能根据实现方案的不同而不同。RF功率经由喷头1153连接到站处理区域，并且在施加RF功率时产生或维持等离子体。等离子体通过多种机制使材料沉积到衬底上。例如，等离子体可导致处理气体分解并在衬底表面上反应。在所示的实现方案中，RF电流在基座1157上接地，基座1157连接至地1131。在某些其他实现方案中，RF电流可以在室内的不同位置处接地，例如在喷头处接地。

具有短的循环持续时间的多步骤沉积工艺的等离子体激活步骤可能是简短的。等离子体激活步骤的持续时间可以为约150毫秒或更短(例如，约50毫秒)。由于持续时间短，等离子体浓度的控制会影响工艺的均匀性。等离子体平衡可用于控制等离子体浓度。

虽然在图8-11中未显示，但在这些图中的任何工具可包含任何其他工具的任何特征，例如控制器950，且该控制器可配置成执行针对反应器800的在这里所述的任何指令。此外，分别在图8-10的实施方案800、900、1000中所呈现的室可分别考虑图1的室102以及图6D与6E的室602A和602B。此外，RF产生器110、610A、及610B也可以考虑图8-11的HF RF与LF RF产生器的任何一者、或两者。

除非本公开的内容的上下文另外明确要求，否则在整个权利要求中，术语“包含”、“包含有”等等是以包容性意义而非排他性或穷尽性意义进行解释；即，以“包括但不限于此”的意义。使用单数或复数用语也通常分别包括复数或单数。此外，术语“此处”、“之后”、“以上”、“以下”、及类似的术语涉及作为整体的该申请而非该申请的任何特别部分。当术语“或”参照两个以上项目的列表使用时，该术语涵盖该术语的以下所有解释：在该列表中的项目中的任一者、在该列表中的项目中的全部、以及在该清单中的项目的任何组合。术语“实现方案”意指此处所述技术与方法的实现方案，以及实现结构且包含此处所述技术和/或方法的物理对象。术语“实质上”、“大约”、以及“约”理解为包括与所指示量相差±10％。

Claims (35)

1.一种在半导体处理室中检测异常等离子体事件的方法，所述方法包含：

检测由在所述半导体处理室中的等离子体所发射的光信号，其中所述等离子体响应于来自RF产生器的RF信号而形成；

将所述光信号转换为电压信号；

调整所述电压信号以形成经调整的电压信号；

确定与所述经调整的电压信号相关联的变化是否超过阈值；以及

至少部分基于所述确定，调整来自所述RF产生器的所述RF信号的输出参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述调整所述电压信号以形成所述经调整的电压信号包含：以低通滤波器过滤所述电压信号；以及

所述确定包含：比较所述电压信号与所述经调整的电压信号的变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述调整所述电压信号以形成所述经调整的电压信号还包含：对所述经调整的电压信号施加偏移。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整所述电压信号以形成所述经调整的电压信号包含：获取所述电压信号的第一导数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整所述RF产生器的所述输出参数包含：将所述RF产生器的输出功率从第一功率电平降低至第二功率电平。

6.根据权利要求5所述的方法，其还包含：在将所述RF产生器的所述输出功率从所述第一功率电平降低至所述第二功率电平之后，在第一时间段将所述RF产生器的所述输出功率维持在所述第二功率电平；以及

在所述维持之后，在第二时间段将所述RF产生器的所述输出功率从所述第二功率电平增加至所述第一功率电平。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二功率电平是非零功率电平。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二功率电平是零。

9.根据权利要求1所述的方法，其还包含：

至少部分基于在所述半导体处理室内的光强度或工艺参数，确定RF功率降低的第一量，以及

将所述RF产生器的输出功率电平降低所述第一量，其中

所述工艺参数包含选自由以下工艺参数组成的群组中的一个以上的工艺参数：DC功率电平、RF偏置功率电平、站与站之间的RF功率变异、频率调谐参数、压强和温度。

10.一种半导体处理工具，其包含：

半导体处理室；

RF产生器，其被配置成提供RF功率至所述半导体处理室以产生并维持等离子体；

光检测器，其被配置成检测指示在所述半导体处理室中的等离子体发光的光信号，所述光检测器被配置成将所述光信号转换成电压信号；以及

斜率变化检测单元，其被配置成：

接收所述电压信号，

调整所述电压信号以形成经调整的电压信号，

确定与所述经调整的电压信号相关联的变化是否超过阈值，以及

响应于所述确定，使被配置成导致对所述RF产生器的调整的信号发送至所述RF产生器。

11.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其还包含：

在所述半导体处理室上的透镜，其被配置成允许在所述半导体处理室内的光穿过所述透镜，以及

光纤缆线，其介于所述透镜与所述光检测器之间，且被配置成传送穿过所述透镜的所述光的至少一部分到达所述光检测器。

12.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其中所述斜率变化检测单元还包含：

过滤器，其用于过滤所述电压信号以将所述电压信号转换为所述经调整的电压信号，以及

比较器，其用于比较在所述经调整的电压信号与所述电压信号之间的变化。

13.根据权利要求12所述的半导体处理工具，其中所述比较器包含晶体管-晶体管逻辑(TTL)，其被配置成发送TTL信号至所述RF产生器。

14.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其中所述RF产生器被配置成响应于从所述斜率变化检测单元接收所述信号而将RF功率从第一功率电平降低至第二功率电平。

15.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其中所述斜率变化检测单元还包含：

微分器，其被配置成获取所述电压信号的导数，以将所述电压信号转换成所述经调整的电压信号，以及

比较器，其被配置成确定所述经调整的电压信号的变化是否超过所述阈值。

16.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其还包含：

介于所述半导体处理室与所述光检测器之间的光纤缆线被配置成传送由在所述半导体处理室中的等离子体产生的光到达所述光检测器。

17.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其中：

所述光检测器被电连接至所述RF产生器，且其中

来自所述半导体处理室的所述光信号被从所述半导体处理室馈送至所述RF产生器。

18.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其中：

所述光检测器与所述斜率变化检测单元被设置在所述半导体处理室之外。

19.根据权利要求18的半导体处理工具，其中：所述光检测器与所述斜率变化检测单元被设置在所述半导体处理室与所述RF产生器之间。

20.根据权利要求10所述的半导体处理工具，其中：

所述光检测器与所述斜率变化检测单元被设置在所述半导体处理室上。

21.一种检测异常等离子体事件的方法，其包含：

利用来自RF产生器的信号形成等离子体；

检测由所述等离子体所产生的波动的光信号；

计算所述波动的光信号的光谱密度；以及

确定所述波动的光信号的光谱密度与由所述等离子体所产生的波动的光信号的一或多个基准光谱密度相差阈值量。

22.根据权利要求21所述的方法，其中计算所述波动的光信号的光谱密度包含：利用快速傅立叶变换。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，波动的光信号的所述一或多个基准光谱密度对应于由在标称条件下所维持的所述等离子体所产生的所述波动的光信号的光谱密度。

24.根据权利要求23所述的方法，其中相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量相当于一个标准偏差。

25.根据权利要求23所述的方法，其中相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量相当于两个标准偏差。

26.根据权利要求21所述的方法，其中计算所述波动的光信号的光谱密度包含：确定在约400kHz的频率下所述波动的光信号的光谱密度。

27.根据权利要求21所述的方法，其中计算所述波动的光信号的光谱密度包含：确定在介于约400kHz与约4MHz之间的频率下所述波动的光信号的光谱密度。

28.根据权利要求21所述的方法，其中计算所述波动的光信号的光谱密度包含：确定由一或多个RF产生器所产生在多个频率下所述波动的光信号的光谱密度。

29.一种设备，其包含：

信号处理器，其被配置成分析来自从多站式处理工具接收光信号的光检测器的输出信号，所述信号处理器还被配置成：

检测由在半导体加工室中形成的等离子体所产生的波动的光信号；

计算所述波动的光信号的光谱密度；以及

确定所述波动的光信号的光谱密度与由所述等离子体所产生的所述波动的光信号的一个以上基准光谱密度相差阈值量。

30.根据权利要求29所述的设备，其中所述波动的光信号的所述一个以上基准光谱密度相当于当等离子体维持在标称条件下时所计算的光谱密度。

31.根据权利要求30所述的设备，其中相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量相当于一个标准偏差。

32.根据权利要求30所述的设备，其中相对于来自在标称条件下所维持的所述等离子体的所述波动的光信号的光谱密度，所述阈值量相当于两个标准偏差。

33.根据权利要求29所述的设备，其中在具有约400kHz的频率的RF信号耦合至所述多站式处理工具时，计算所述波动的光信号的光谱密度。

34.根据权利要求33所述的设备，其中计算所述波动的光信号的光谱密度以确定在介于400kHz与4MHz之间的频率下所述波动的光信号的光谱密度。

35.根据权利要求34所述的设备，其中在耦合至所述多站式处理工具的RF信号的频率下计算所述波动的光信号的光谱密度。

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