CN114930493A - 快速电弧检测匹配网络 - Google Patents

Abstract

一种检测射频等离子体处理系统中的等离子体不对称性的方法，该方法包括：向具有近似室对称轴的反应室提供射频功率，并从多个宽带电磁传感器接收射频信号。该方法还包括使用傅里叶分析处理射频信号，并基于射频信号的傅里叶分析确定反应室内已发生等离子体不对称。

Description

快速电弧检测匹配网络

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月10日提交的美国临时申请No.62/959,650和2021年1月8日提交的美国非临时专利申请No.17/145,228的优先权，这两个申请的内容通过引用并入本文。

背景技术

射频(RF)等离子体增强处理广泛用于半导体制造中，以蚀刻不同类型的膜，在低到中等的处理温度处沉积薄膜，以及进行表面处理和清洁。这种处理的特性是采用等离子体，即部分电离的气体，用来从反应室内部的前体生成中性物质(neutral species)和离子，为离子轰击提供能量，和/或执行其它行动。在这种处理期间，控制等离子体密度存在挑战，并且反应室内等离子体的非均匀性影响晶圆处理均匀性和正在制备的集成电路或其它装置的产量。

反应室内的非均匀的等离子体密度可能导致跨越衬底的蚀刻率或某些特性不均匀。在某些系统中，用探针监测反应室内的等离子体密度的均匀性。这种探针可以依靠涂层暴露在等离子体环境中，并且可以使用有源电子器件来推断等离子体密度。这样的系统可能花费数毫秒或更长时间来响应等离子体的改变。发射光谱学也可以用于确定反应室内的等离子体密度轮廓，但这种系统可能需要通过等离子体的多条视线，并且使用复杂的分析来推断非均匀性。这些技术都不足够灵敏和快速以有效地解决非均匀性问题，而且实施起来可能会更加昂贵。

附图说明

当与附图一起阅读时，从下面的详细描述中可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据行业的标准做法，各种特征没有按比例绘制。事实上，为了讨论清楚，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。

图1是根据本公开的实施例的RF等离子体处理系统的侧视图示意图。

图2是根据本公开的实施例的等离子体室的示意性侧视图，其中高带宽传感器安装在电极上的各个位置处。

图3是根据本公开的实施例的双板电极组件的截面图，该双板电极组件具有通过具有到电气地的低分流电容的电连接器提供电压信号的传感器。

图4是根据本公开的实施例的具有嵌入的高带宽电压传感器的基座的截面图。

图5是根据本公开的实施例的基座的示意性侧视图。

图6是根据本公开的实施例的轴对称表面波跨越基座传播的顶视图，其中反应室中的等离子体是轴对称的。

图7是根据本公开的实施例的跨越电极的横向电磁表面波传播的顶视图。

图8是根据本公开的实施例的反应室上以方位角(关于室对称轴)安装的传感器的顶部截面图。

图9是根据本公开的实施例的在反应室的电极、电极基部、顶部电介质板、观察口和电介质壁上以方位角安装的传感器的侧面截面图。

图10是根据本公开的实施例的具有一些传感器阵列位置的电容耦合等离子体反应器室的侧面截面图。

图11是根据本公开的实施例的模型电感等离子体反应器室的侧面截面图。

图12是根据本公开的实施例的具有一些可能传感器位置的RF等离子体处理系统的示意性侧面部分截面图。

图13是根据本公开的实施例的包括RF等离子体处理系统的电介质壁的示意性部分截面图，其中传感器安装在接近电感耦合天线的电介质表面上。

具体实施方式

现在将公开以下要求的主题的说明性示例。为了清楚起见，本说明书中没有描述实际实施方式的所有特征。可以理解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，可以做出许多特定于实施方式的决策，以实现开发者的特定目标，诸如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束将因不同的实施方式而不同。此外，可以理解的是，这样的开发工作，即使是复杂和耗时的，对于那些拥有本公开利益的本领域普通技术人员来说，也是一项常规工作。

此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。在此，术语“大约”当应用于一个值时，一般意指在用于产生该值的装备的公差范围内，或者在一些示例中，意指加减10％，或加减5％，或加减1％，除非另有明确规定。此外，这里在本文所使用的术语“基本上”例如意指大部分、或几乎全部、或全部、或大约51％至大约100％范围的量。此外，这里的示例仅用于说明性的，并为讨论目的而不是以限制的方式呈现。

转向图1，示出了根据本公开的实施例的RF等离子体处理系统100的侧视示意图。RF等离子体处理系统100包括第一RF发生器105和第二RF发生器110、第一阻抗匹配网络115、第二阻抗匹配网络120、护套125、等离子体供电装置以及基座135，等离子体供电装置诸如是喷淋头130或诸如电极之类的等效供电元件。如本文所使用的，等离子体供电装置可以指的是任何引入功率以生成等离子体的装置，并且可以包括例如喷淋头130和/或其它类型的电极以及天线等。

RF等离子体处理系统100可以包括通过一个或多个阻抗匹配网络115、120向反应室140输送功率的一个或多个RF发生器105、110。RF功率从第一RF发生器105通过阻抗匹配网络115流入反应室140中的等离子体中到喷淋头130或侧壁，到喷淋头130以外的电极，或到以电磁方式向等离子体提供功率的感应天线(未示出)，此后，功率从等离子体流到地和/或到基座135和/或到第二阻抗匹配网络120。一般来说，第一阻抗匹配网络115通过调整第一阻抗匹配网络115内的无功部件，例如可变电容器，来补偿反应室140内部的负载阻抗的变化，使喷淋头130和第一阻抗匹配网络115的组合阻抗等于第一RF发生器105的输出阻抗，例如50欧姆。此外，在RF功率的大约加减百分之十的范围内调整频率可以修改反射功率。这里使用的术语“大约”是承认在实践中，相对于范围或值的一些不精确性可能会发生，但仍获得令人满意的结果。这种不精确可能是由于例如操作期间校准的损失或退化或漂移造成的。然而，在这些情况下，所表达的范围或值是使用时操作条件的标称目标。

在某些示例中，第一RF发生器105可以在大约400KHz与150MHz之间的RF频率处提供功率，而连接到基座135的第二RF发生器110可以在比第一RF发生器105的RF频率低的RF频率处供应功率，然而，在某些实施方式中，第二RF发生器110可以不在比第一RF发生器105的RF频率低的RF频率处供应功率。通常，第一和第二RF发生器105、110的频率使得第一RF发生器105的RF频率不是第二RF发生器110的频率的整数倍也不是整数分数。第一和第二RF发生器105、110中的一个或多个也可以调整频率，以便修改反射功率。

阻抗匹配网络115、120被设计为对其内部无功元件进行调整，从而使负载阻抗与源阻抗匹配。一般来说，低反射功率被认为是积极的，然而，本公开的实施例确保在反应室140中维持输送的功率以及朝向第一和第二RF发生器105、110反射回来的功率，并且即使反射功率相对高时，相关联的阻抗匹配网络115、120也可以监测进入和来自反应室140的前向和反射功率，并且使用马达驱动器系统，对可调整的无功元件、例如真空可变电容器做出调整。在某些实施例中，可以使用电子控制的电容器，诸如电子可变电容器的引脚二极管。阻抗匹配网络115、120可以包含测量信号的相位和大小的电路系统，以确定来自预期负载的前向和反射功率的水平。因此，即使在反射功率量高时，本公开的实施例也可以是有效的。如果在一主要频率处存在大量的反射功率，则电容器变化，直到反射功率最小化，例如在该时段内小于大约5瓦特和/或小于大约百分之一，或在某些实施例中，小于1瓦特。通常情况下，不测量谐波频率信号，包括谐波频率处的反射功率。此外，可以在RF功率的大约加减百分之十的范围内调整频率，这可以修改反射功率。

尽管RF等离子体处理系统100具有许多优点，但它们在历史上一直面临着在整个多步骤处理中维持等离子体密度控制的挑战。例如，百分之一的非均匀性量级的设计公差，相对于标称值的密度范围在相同量级，这仍然是一个挑战。随着特征尺寸缩小到大约3nm以下并且层厚小于大于10nm，要想在每一块晶圆上实现最佳的集成电路(IC)产量，就需要逐步更严格控制等离子体和中性物质的均匀性，使其达到1％的水平，甚至更小。反应室内的非均匀的等离子体密度或偏离期望值超过期望范围的平均密度，可能是由反应室的缓慢改变、RF电路的改变或者寄生或次级等离子体的快速增长(在小于毫秒的量级上)引起的，由于不均匀的蚀刻速率，这可能导致整个处理晶圆上的纳米级特征的非均匀性。

因为在整个晶圆上即使是百分之一的蚀刻速率的差异也可能导致先进技术的产量问题，并且因为通常花费大量的时间来完成晶圆处理以看到产量损失，所以需要在可能需要小于大约1毫秒的时间段内及时和准确地检测反应室内的非均匀的等离子体密度或偏离期望范围的等离子体密度，以避免晶圆上不可逆转的偏离期望特征轮廓。

本领域的普通技术人员将理解，电磁(EM)表面波可以在反应室140中的RF供电等离子体内的表面上传播。这些表面波在基波RF驱动频率和RF谐波两者处将具有客观的能量。谐波的平均功率和功率分布是等离子体密度和非均匀性的敏感函数。在本文中，谐波轮廓被定义为表面波的频谱，其频率是基于RF等离子体的反应室140的基波驱动频率的整数倍。例如，如果向反应室140提供2MHz RF驱动功率，则注入的功率将生成该频率处的表面波，该表面波沿着等离子体与反应室140内表面之间的界面传播。通过大约加减百分之十的RF功率来调整频率，可以由此修改反射功率。也可以生成整数倍频率的谐波表面波。例如，2MHz的电磁波可以生成4、6或8MHz的表面波。奇数和偶数谐波(第2、3、4、5等)都可能出现，但在一些示例中，奇数谐波可能占优势。

本公开的各个方面可以提供反应室140及其部件上和周围的传感器位置，可以允许检测和分析RF表面波，以找到反应室140内或附近的多个点处的基波和谐波的振幅和相位。可以通过感测室部件的表面上基波和谐波频率处的rf电压或rf电流来检测这些波。在一些实施例中，电压的传感器将包括配置在电极的表面、基座基部、室壁或带子处或接近电极的表面、基座基部、室壁或带子的拾取器以及将信号从拾取器传达给连接器或电缆的传导线。电流传感器可以包括传导元件，该传导元件可以包括一个或多个环路或部分环路或线性导体，其中传导元件的一端处于参考电势，该参考电势可以为本地电气地。

多个传感器，例如两个或更多个，可以定位在某个室部件上，这将在下文中详细讨论，这些传感器关于室对称轴处于不同角度，用于测量与这种表面波相关联的表面电压或电流。在此，从室的参考点出发，关于对称轴测量的角度被定义为方位角。在一些实施例中，此类传感器可以被定位在与室的对称轴近似相同的距离处。

传感器可以安装在反应室和/或其部件上或周围的各个位置处。例如，传感器可以安装在电极的表面上，诸如基座135和/或喷淋头130的表面上。传感器也可以安装在真空内或真空环境外部的电极的基部上。传感器可以在室内部安装在反应室140的一个或多个金属壁表面上以及包含电介质材料的内壁或外壁区域上或者可以用于感应地向等离子体中提供功率的天线上。传感器也可以放置在无源天线上，该无源天线可以用于感测接近等离子体边界的EM波，或放置在将第一或第二阻抗匹配网络115、120连接到诸如基座135和/或喷淋头130之类的电极、天线或其它向反应室140内的等离子体传输功率的部件的多条传导总线或带子上或接近多条传导总线或带子。传感器也可以连接到电气地。因此，传感器可以从RF等离子体处理系统100的不同部分拾取信号，因为它们在各自的部件表面上传播。

在电极-等离子体界面处，例如在图1中的护套125中，生成RF谐波的频谱，并且波在所有方向上传播，因此所有波分量的振幅和相位将随着电极或支撑基部上的位置而变化。这样的波也沿着与等离子体相邻的金属壁的内表面传播，并传播通过可能与等离子体相邻的任何电介质壁。这种波的振幅和相位响应于等离子体的改变而改变，例如，响应于等离子体密度和非均匀性的改变而改变，响应时间为几微秒的量级或小于几微秒。此外，在电极-等离子体界面上传播的RF谐波表面波的频率和相位分布确定在朝向阻抗匹配网络115、120的电极基部的表面上、在与电极或等离子体-壁界面连接的表面上、或在壁上传播的谐波表面波的频率和相位分布。不同传感器位置处的基波和谐波的信号的振幅和相位允许确定每个频率的总EM波场的哪个部分以方位角对称并且哪个部分是非对称的。

在感应等离子体的情况下，来自等离子体的信号，例如，基波和谐波，可以传播回天线，然后传播到向天线馈电的阻抗匹配网络。基波和谐波RF波两者的频率和相位分布可以用安装在这些表面上的传感器在微秒级上或更快地时间尺度上进行监测，并且可以与指定的范围和相位关系进行比较，作为等离子体不对称性或等离子体密度或导电性改变的指标。来自此类传感器的信号可以通过电缆或其它方式传输到检测器，检测器分析信号的分量频率，以产生每个传感器位置处的每个频率分量的振幅和相位值。

在某些实施方式中，检测到的RF谐波分量的振幅和相位可以由信号分析隔间中的电路(检测器)快速确定，该信号分析隔间可以是分开的金属盒或底盘，或者可以在阻抗匹配网络115、120内或与之连接或成为其一部分。这种振幅和相位可以通过应用算法和等离子体非均匀性校准用于确定等离子体的状态，包括径向分布和不对称性。来自传感器的信号可以由专用电路(检测器)进行傅里叶分析，该专用电路足够快以进行几乎连续的频谱分析，尽可能频繁地更新并产生高速数据流。例如，对于在13.56MHz处的等离子体功率，512个时段可能花费小于50微秒来通过傅里叶分析处理，并且对于当脉冲的每个元素发生在5KHz时的脉冲等离子体，这允许以10KHz的速率更新等离子状态。

基波和谐波的专用傅里叶分析的结果可以存储在分开的存储介质上，该介质可以由与信号分析隔间相关联的分析处理器读取和/或写入。存储的结果或实时信号可以被路由到高速计算处理器，以确定基波和谐波中的每一个的不对称性参数。不对称性参数可以与之前存储在分开的存储介质上(或不同的存储介质上)的值进行比较，使用算法(也可以存储在分开的存储介质上或不同的存储介质上)来快速识别“等离子体故障”状况。然后，分析处理器可以向第一和第二RF发生器105、110以及在某些实施方式中不仅仅是两个RF发生器并且当适当时向与这些发生器相关联的阻抗匹配网络传输适当的命令，例如，在目前的条件下继续进行处理，或对处理条件进行必要的改变。在某些实施方式中，可以使用三个、四个或更多个RF发生器。然后，第一和第二RF发生器105、110可以继续、停止、改变所提供的功率，通过大约加减百分之十的RF功率改变频率以修改反射功率，以一些其它合适的方式做出响应--例如，进入降低功率模式或脉冲模式，或者命令采取某些纠正行动，例如，警报触发、功率中断等，以避免在等离子体故障或其它不可接受的情况下进行不适当的晶圆处理。

用于检测表面波(的电场和磁场)和表征表面波的传感器的位置可以在一些实施例中在晶圆覆盖的区域外部的基座135的外围表面(裸露或被电介质覆盖)上。例如，如果反应室140要处理半径为150mm的圆形晶圆，则安装在基座上的传感器可以位于距离晶圆中心大于150mm的半径处，在某些情况下，晶圆中心可能位于用于控制边缘效应的环形外围电介质下方。传感器可以附加或可替代地位于喷淋头130面向晶圆的表面或外围上，或位于基座135的基部或喷淋头130的基部的表面上，无论这些位置是在抽空的处理环境内还是外部。传感器也可以位于其它各种位置，这将在下文中详细讨论，并且可以连续或周期性地监测以提供处理等离子体的均匀性。

在抽空的处理环境外部、例如在连接基部与阻抗匹配网络115、120中的一个或多个、基座135的基部和/或喷淋头130的带子或总线中使用传感器，可能不需要在反应室140的抽空体积内通过真空馈通件或安装传输电缆来传递信号。这种位置的传感器可以基本上连续地监测基波和谐波EM波。这可以使RF等离子体处理系统100能够连续提供等离子体密度的均匀性，并在非常短的时间内确定是否发生了故障状况或是否继续进行适当的晶圆或衬底处理。

在某些示例实施方式中，本公开可以提供用于检测RF等离子体处理系统100内的等离子体偏离所需“处理窗口”的设备和方法。RF等离子体处理系统100可以包括反应室140，该反应室140可以包括用于将反应气体注入反应室140的喷淋头130并且还可以包括晶圆支撑基座135。然而，在其它实施方式中，喷淋头130可以不向反应室140中注入气体。在一些实施例中，喷淋头130可以被安装为其中心靠近反应室140的近似对称轴，并配备有多个传感器，这些传感器定位在对称轴周围的选定方位角处。此外或可替代地，此类传感器可以被定位在喷淋头130的外围区域中的面向晶圆的表面上，以在晶圆被处理时检测和测量传播的EM表面波。

此外，在一些实施例中，可以存在安装在晶圆支撑基座135的外表面上、在晶圆占据的区域外部的多个传感器，用于检测RF谐波和基波表面波的振幅和相位两者。这种传感器可以暴露于等离子体，或者也可以被电介质或电介质和金属盖子覆盖。此外或者可替代地，传感器可以位于基座135基部的外围上、在抽空体积内或外部和/或在由晶圆定义的平面以下。在一些实施方式中，传感器可以定位在基座基部上，以检测朝向或远离基座的晶圆支撑区域并且在基座基部的表面上传播的表面电磁波。在某些实施例中，传感器可以安装为接近于晶圆平面(例如，小于10厘米)。

可替代地，传感器可以安装在基座135的一部分上，该部分是金属或其它导电材料，并且在大气条件下位于反应室140的抽空区域外部。位于抽空区域外部的传感器可以安装在基座135的一个区域上，该区域与基座对称轴的半径至少是最大基座135半径的50％，甚至是超过最大基座135半径的75％。这样的传感器可以被定位为接近—在一些实施例中在支持基座135的真空密封件的几厘米内，真空密封件例如是O型环。在一些实施例中，从晶圆边缘到传感器的径向和轴向传播距离的总和可以小于大约25cm，或在一些实施例中小于大约15cm，或甚至大约10cm。下面将详细讨论根据本公开的实施例的传感器的具体位置和取向。

转向图2，示出了根据本公开的实施例的在电极上的各个位置安装有高阻抗传感器的等离子体室的示意性侧视图。作为电极的两个部件中的每一个，即，基座235和喷淋头230或等效的其它供电元件，可以使用分开的RF发生器205或210以及阻抗匹配网络215和220。可替代地，电极可以具有向其馈电的多个发生器和匹配网络。沿着基座235的表面的箭头245指示RF电流和功率从底部(偏置)RF发生器210向内流动的径向方向，该RF发生器210通过阻抗匹配网络220与基座235电连接。所产生的电场有助于在电极之间形成等离子体(未示出)以及由箭头250指示的电流和功率的径向向外逆流，该径向向外逆流沿着喷淋头235或其它供电元件的下表面，并最终到喷淋头230或其它供电元件的阻抗匹配网络215中的选择性接地电路。

在某些实施例中，具有来自第一和第二RF发生器205、210和阻抗匹配网络215、220的RF功率的反应室240可以包括基座235的外围上的传感器255，该基座235的外围可以被电介质260覆盖。通信线265可以将信号从每个传感器255传输到傅里叶分析电路(未示出)，该电路计算由每个传感器255拾取的基波频率和谐波频率表面波两者的振幅和相位，在一些实施例中，每个传感器255可以与基座对称轴近似等距。

在一些实施方式中，傅里叶分析电路可以计算周期性电磁表面波形的基波和高阶谐波的大小和相位。由此产生的系列大小，被称为傅里叶系列，及其相位由时间域中的函数和频率域中的函数之间的关系得出。

此外，所公开的匹配网络220的一些实施例可以包含与匹配网络220的RF功率处理和阻抗匹配电路系统或部件分开并RF隔离的信号分析隔间275或匹配网络220的附属物。信号分析隔间275可以包含(一个或多个)傅里叶分析电路(检测器)，用于分析传感器信号并产生RF基波和谐波的数字振幅和相位。信号分析隔间275还可以包含高速数字逻辑或计算处理器，用于分析谐波频率处的信号的相对大小和相位，并得出表征每个频率处的轴对称和非轴对称谐波分量的相对大小及其相对相位的定量参数。此外，在一些实施例中，所公开的匹配网络220可以经由非常快的网络连接到第二RF发生器210以及传感器255所在的反应室240或RF等离子体处理系统200的控制器(未示出)。在一些实施例中，所公开的增强型阻抗匹配网络220可以能够向第一RF发生器205发送命令，以及将其计算的参数传达给处理室控制器和/或工具控制系统。

此外，另一个第一RF发生器205和阻抗匹配网络215也可以电耦接到另一个电极，该电极可以是反应室240中的喷淋头230。在一个实施方式中，第一RF发生器205可以与第二RF发生器210在不同的频率处操作，并且其频率可能不是第二RF发生器210的频率的整数倍。

类似地，阻抗匹配网络215监测来自电极和处理室240的反射功率，并且如果存在来自电极的显著反射功率，则可以进行调整。在一些实施例中，第二RF发生器210可以是400KHz RF发生器、2MHz RF发生器或13.56MHz RF发生器或其它，而第一RF发生器205可以在稍高的频率处操作。在一些实施例中，第一RF发生器205可以在大于25MHz的频率处操作，诸如在60MHz、100MHz或更高频率处操作。

在一个实施例中，第一RF发生器205的主要功能可以是为反应室240供电，以在喷淋头230或诸如电极和基座235之类的另一电源之间生成等离子体，以既生成诸如氟、氯或其组合之类的反应性化学物质，又使来自所生成的等离子体的离子加速并撞击部署在基座235上的晶圆。

部署在上电极表面，即，喷淋头230，面向下电极，即，基座235的一组传感器280可以具有大于连接到该电极的最高频率RF发生器的频率的大约10倍的带宽。在一些实施例中，它们中的每一个可以具有大于大约100欧姆的阻抗，并且在一些实施例中大于500欧姆。传感器280可以是电压或电流传感器，或者可以在单个封装中组合两种能力—例如，其中电流传感器可以包括可以由静电屏蔽件覆盖的一段或多段导线。

在一些实施例中，传感器280具有与阻抗匹配网络215的信号分析隔间285中的傅里叶分析电路的电连接。傅里叶分析电路可以输出来自每个传感器280的不同频率分量的振幅和相位，并将它们与其它传感器280和/或与存储在存储器中的参考水平进行比较。在一些实施例中对信号的分析可以包括振幅或相位或两者的图案识别或采用可以使用神经网络的学习算法的人工智能(Al)或来自传感器280的信号的传统数字算法处理。

傅里叶分析电路找到基波和谐波分量信号、包括振幅和相位两者、的信号处理可以在小于大约10微秒内完成，并且在优选实施例中，对于每个传感器信号可以在1微秒或更少的时间内完成。阻抗匹配网络215的隔离信号分析隔间285可以包含具有大量计算能力的至少一个计算或逻辑处理器，具有采用非常高速的逻辑IC的非常高速(<1ns周期时间)的电路。在一些实施例中，信号分析隔间285中的处理器是可编程的，以便处理室240的供应商或用户可以在阻抗匹配网络215中提供的计算“平台”上提供或实施专属算法或分析软件。

在一些实施例中，用于从信号振幅和相位计算参数的软件程序以及用于确定从可接受的等离子体条件偏移对处理均匀性影响的进一步逻辑算法可以驻留在包含数据存储并连接到信号处理隔间的可移除“插件”部件上。该软件或逻辑计算出RF电磁表面波频谱从标称的该特性或适当操作条件偏移的程度。在此基础上，与控制器相关联的处理器可以在晶圆被错误处理之前，在大约毫秒内“决策”纠正行动或终止处理。在一些实施例中，可以在发生后大约500微秒内对偏移对处理均匀性或其它性质的预期效果进行定量判断，以便在毫秒内可以开始补救行动。此外，可以采取这样的行动，使得对反应室240中此时正在处理的晶圆或衬底的损害最小或没有损害，从而避免该晶圆或衬底的产量损失。

在阻抗匹配网络215的信号分析隔间285中做出的评估和/或决策在一些实施例中可以由非常快速的计算或分析系统使用驻留在插件存储部和/或可拆卸数据处理装置上的算法来执行。在仍然其它的实施例中，在信号分析隔间285中做出的评估决策可以使用模拟或神经网类型的处理器来执行。这种决策可以进一步使用决策算法，该算法可以驻留在可拆卸存储部或处理装置上。然后，纠正行动的命令可以通过高速数据线从阻抗匹配网络215的隔间275迅速传输到RF发生器205，该RF发生器205可以暂时中断、改变或终止对等离子体的功率。这保证了工厂管理层可以及时对该处理室240和RF等离子体处理系统200采取或计划纠正行动。

图2中还示出了一组传感器290，这些传感器被配置在喷淋头230的基部295的外表面上、在大气条件下位于反应室240内的真空区域的外部。在一些实施例中，附加传感器296可以安装在基座基部297上，并通过高速信号电缆连接到所公开的阻抗匹配网络220的信号处理隔间275，与传感器290一样。传感器296位于反应室240的真空环境外部，由于不需要真空馈送，所以大大降低了成本，并且更容易集成到信息和处理网络中。

传感器255可以在一些配置中被部署成感测基座235的表面上的电压和/或电流，并且可以被电介质盖子260覆盖并保护免受等离子体的影响。这种类型和位置的传感器接近晶圆和/或衬底，因此在检测某些指示等离子体不对称性的EM表面波模式方面可能具有灵敏度优势—等离子体不对称性是等离子体非均匀性的重要类型。这些室内传感器255可以使用经由馈通件穿过真空壁的通信线或在一些实施例中使用以光学或以较低频率操作的无线通信链路。

一般来说，可以通过分析来自电压、电流、相位或组合传感器255、280、290和296中任何组的信号来确定喷淋头230和基座235的表面上的EM表面波的每个频率的相位和振幅图案。一般来说，在给定频率处的EM表面波产生与其它频率的信号具有相位关系的电压和电流信号。每个频率和每个点处的电压的大小是来自电极表面上所有点的该频率的所有波的电压的总和。对于轴对称的电极表面，功率被对称地馈入并且等离子体是轴对称的，轴对称的表面波模式将由来自电极所有部分和反应室240中其它表面的波叠加而产生。一般来说，具有以室的对称轴为中心的对称电极的对称室中的完全对称的等离子体将主要具有以基座235的中心为中心的圆形的相等相位和振幅的对称线。

转向图3，示出了根据本公开的实施例的双板电极组件的截面图，该双板电极组件具有通过具有到电极的周围区域并且到电气地的低分流电容的电连接器提供电压信号的宽带宽传感器。在一些实施例中，诸如喷淋头330之类的电极可以包括两个传导板331、332，这些传导板被配置成近似平行，中心对齐，具有与衬底或晶圆大致相同的形状。第一板331的远离第二板332的表面可以暴露在真空环境和等离子体中。第一板331与第二板332分开一段距离，该距离是电介质支承物333的长度。第一板331可以具有嵌入的传感器334，该传感器334的定位器(puck)或拾取器是传导材料并且传感器334的表面与第一板331的远离第二板332的那个表面近似共面。

在一些实施例中，传感器334可以被安装到第一板331中，被具有低介电常数的诸如石英或一些其它合适的材料之类的电介质336围绕。在一些实施例中，电介质336的介电常数可以小于5，并且在一些实施例中，对于无机材料，诸如基于石英的气凝胶，介电常数可以小于2。传感器334可以具有从100kHz延伸到连接到该室的最高驱动频率的至少10倍的高带宽，并且可以能够感测表面电压、表面电流或两者，该最高驱动频率可以高达或高于300MHz。传感器334的灵敏度在一些实施例中在反应室中使用的主要基波RF频率的谐波频率范围内可以变化小于30％。在一些实施例中，来自每个传感器的至少一个引线337连接到真空电信号馈通件339的内导体338，该馈通件的基部341安装在电接地的第二板215中。在一些实施例中，来自每个传感器的引线可以直接连接到位于与332类似位置的电路板，该电路板具有接地平面和检测器电路，一个用于每个传感器，以确定每个频率分量的振幅和相位。

馈通件339的内导体338可以具有到安装在接地的第二板332中的馈通件339的基座341的小分流电容—例如，小于5皮法(pf，并且在一些实施例中小于2pf)，以使得从传感器334加上引线337加上馈通件339到地的总分流电容应该小于5pf并且在一些实施例中小于3pf。在一些实施例中，来自安装到接地的第二板332的基部341的输出可以连接到衰减器(未示出)。在一些实施例中，衰减器可以包括电阻器，该电阻器的电阻大于大约100欧姆。可以存在与该电阻器404并联的接地405的分流电阻器。分流电阻器的电阻可以是例如50欧姆，或者可替代地可以等于将衰减器连接到通信网络或等离子体室的控制器的电缆的阻抗。在检测器而不是如图所示的连接器位于图3中的情况下，来自检测器的信号输出，作为该传感器的每个频率处的电压或电流的振幅和相位，可以传输到可以在匹配网络的隔间中的分析处理器。

每个传感器334可以测量组合电磁表面波模式的电压或电流振幅，具有为等离子体提供功率的所有RF发生器的基波和谐波频率作为分量。基波和谐波频率范围的范围从大约10kHz到高达大约500MHz或更多。在其它实施例中，传感器可以测量从大约100kHz到大约1Ghz的范围的基波和谐波频率处的电压。

图4示出了根据本公开的实施例的具有嵌入的宽带电压传感器的基座的截面图。电压传感器401可以被安装到电极中，诸如基座400中。在一些实施例中，传感器401可以通过电阻器连接到电气地406。传感器401的尖端或定位器可以具有被电介质403(可以可选的是空气或真空)围绕的引线402。在一些实施例中，来自传感器401的引线402可以通过衰减器，衰减器诸如是(一个或多个)电阻器404和分流电阻器405，该分流电阻器405在一些实施例中可以是大约50欧姆并且还可以连接到电气地406。这样的电阻器404可以是无感的，并且可以具有在大约100欧姆与大约100,000欧姆之间范围内的电阻。在一些实施例中，电阻可以在大约500欧姆与大约10,000欧姆之间。电阻器405也可以是无感的。

此外，电介质403应该一般是非磁性的，并且具有低损耗正切，在一些实施例中小于大约0.01或在其它实施例中，小于大约0.001。传感器401的尖端与通往接地电极的引线402之间的分流电容应小于大约5pf，或在一些实施例中小于大约2pf，以使得传感器401与基座400电极之间的电抗在300MHz处应大于大约100欧姆。如此低的分流电容的目的是为了减少传感器401对表面波的负载，使其最小限度地吸收波的能量，并允许波像没有传感器401时那样传播。在这样的条件下，检测到的表面电势将不会与没有这种传感器401的电极上的表面电势有很大的不同。

转向图5，示出了根据本公开的实施例的带有相关联的RF和控制部件的基座的示意性侧视图。基座501电源馈电电路包括RF功率发生器405和阻抗匹配网络506。高速信号线，例如，电缆511、512，将信号从传感器502、503携带到隔间，在一些实施例中，隔间可以在阻抗匹配网络506中或附接到阻抗匹配网络506。数据网络的高速线513将信息从阻抗匹配网络506带到反应室、或发生器、或工具或工厂(未示出)的(一个或多个)控制器514。传感器502、503安装在基座501的基部504上或附近，传感器可以在反应室的真空区域内部或外部。

在一些实施例中，可以存在与阻抗匹配网络506相关联的信号分析、例如故障检测隔间510。信号分析隔间510可以与阻抗匹配网络506的诸如真空电容器和高电压电子器件之类的某些部件进行电气和/或RF隔离。信号分析隔间510经由电缆511、12接收来自传感器502、503的信号。然后，信号分析隔间510将来自每个传感器502、503的信号传至内部电路，该内部电路可以被称为检测器并可以包括诸如晶体管之类的电子部件、和无源部件。在每个频率分量的幅度和相位直接在传感器附近发现的替代实施例中，进入信号分析隔间的信号可以是每个频率分量的幅度和相位，而不是原始信号。

隔间510中的每个检测器(未示出)可以对来自一个传感器502、503或来自可以并行分析的一组传感器的信号进行RF频谱分析。该分析可以包括对一组传感器或者一个或多个传感器502、503在一段时间内的信号进行平均，以减少噪声。在一些实施例中，对于由每个传感器502、503获得的信号的每个频率分量，例如基波和谐波，可以存在来自每个检测器的振幅和相位的输出。然后针对每个谐波信号来自每个检测器的输出可以输入到模数转换器，产生每个测量的谐波的振幅和相位两者的数字化值。

每个频率分量和每个传感器的这些数字振幅和相位值可以在几乎没有延迟的情况下、例如<10微秒输入到与所公开的阻抗匹配网络相关联的信号分析隔间中的高速数字处理器。数字处理器可以分析来自传感器的基波和每个谐波的振幅和相位信息两者，对于基波和谐波两者确定不同表面波模式的相对大小，该模式包括轴对称模式和非轴对称模式。对于每个频率分量可能存在不同的非轴对称模式，其中一个或多个可能是等离子体非均匀性的指标。

在一些实施例中，这种非轴对称模式可以通过驻留在插件上的算法快速识别。将非轴对称模式的大小与等离子体非均匀性百分比相关的参考数据库也可以驻留在该插件或可拆卸的处理器上。数字处理器还可以计算波模式振幅的改变率以及一个或多个波模式振幅的加速度，以确定在不久的将来发生故障的可能性。给定频率处的非轴对称模式的大小的一种度量可以是不同传感器位置处的给定频率表面波的相位之间的差异，这些传感器位置与圆形电极的中心的径向距离相同，对称地位于轴对称室中。可替代地，非轴对称模式的第二指标可以是不同传感器位置处的给定频率表面波的振幅之间的差异，这些传感器位置与对称地位于轴对称室中的圆形电极的中心的径向距离相同。

具有包含多通道检测器系统(未示出)的隔离隔间510的匹配网络506可以同时对在基座501上的各个位置处传播的EM波的电压振幅和相位进行傅里叶分析、数字化并记录。由于固有的噪声，每个确定的电压振幅和相位可以根据需要在短暂的时间间隔内进行平均，并且可以对一组传感器502、503进行平均，以便在相对大量的脉冲上确定相对大小或时间平均。

装备有传感器组或阵列的喷淋头、基座或诸如电极之类的其它供电元件可以被用作测试系统，以生成数据来表征和记录RF处理期间EM波模式的频谱和空间图案与等离子体密度的各种非均匀性之间的关系。在一些实施例中，可以由工程师离线对这些数据进行分析，以对等离子体行为进行表征和分类，并将其放入数据库，该数据库可以存储在可以连接到匹配网络隔间或其它控制器或监测系统的插件存储装置中。

非轴对称EM模式和轴对称EM模式的振幅和相位图案特性之间的关系以及处理和等离子体非均匀性或与适当条件的偏离可以存储在连接到匹配网络的所公开的信号分析隔间的插件中。在RF等离子体处理系统可能被用作生产工具的实施方式中，在监测室的操作时，等离子体的非均匀性和处理可以由此被快速检测出来。例如，如图2中所示的配置的图4中所示的公开类型的传感器可以加装到如图1中所示的RF等离子体系统中。

为了确定处理等离子体是否可能经历了等离子体故障状况，与阻抗匹配网络相关联的信号分析隔间中的分析处理器可以部分地基于一些电极或天线上的驱动频率的预先指定的一组谐波中的每个的非轴对称EM模式的大小来计算参数。然后，在一些实施例中，处理器可以将这些参数与数据库中的参考范围进行比较。这样的参考数据库可以驻留在连接到信号分析隔间的插件上，该信号分析隔间可以是位于阻抗匹配网络中或与阻抗匹配网络相关联的隔间。

数据库可以存储表征各种等离子体条件的参数，以帮助确定是否发生等离子体从可接受的“处理窗口”偏移的情况以及该情况多严重。在一些实施例中，分析可以包括比较来自在距电极中心给定距离处的每个传感器或其组的每个谐波的相位。传感器或一组传感器关于任何方位角的这种相位的差异可能是该谐波模式的生成和/或传播的不对称性的度量，因此可能是等离子体不对称性和非均匀性的度量。在一些实施例中，分析可以包括计算在与对称轴给定距离处的传感器或一组传感器的振幅的差异。传感器或在方位角范围的一组相邻的传感器的这种振幅变化也可以是该谐波模式的生成和/或传播的不对称性的度量，因此可以是等离子体不对称性和非均匀性的度量。

一组谐波中每个谐波的不对称性的定量度量，即参数，可以存储在插件单元中，并且可以通过数据网络传输到室和工具控制器。此外，参数的趋势和加速度可以被计算出来，并与数据库中的参考值和标准进行比较，作为确定是否发生故障状况的处理的一部分。在一些实施例中，当发生这种故障状况时，可以在驻留在隔间中的处理器中执行可以存储在插件上的算法和标准，以确定补救或预防行动的过程。然后，这种行动可以被迅速传输到RF发生器和/或室和/或工具控制器。

在一些实施例中，参数、算法、标准和用于比较参数、参数改变率和参数加速度的规格的所有这些数据库可以驻留在数据存储装置或可拆卸的处理器上，该数据存储装置或可拆卸的处理器可以连接到端口，该端口可以是信号分析隔间的输入/输出端口。基于来自传感器的信号的表面波模式的分析以及由此得出的参数由处理器快速执行，以至于在发生后五毫秒或更短的时间内经由网络可以将任何故障声明和补救行动命令传输到RF发生器，并报告给室或系统的控制器。在一些实施例中，可以在一毫秒内将故障状况和指定的补救行动命令传输到发生器。

在一些实施例中，许多类型的等离子体从期望的等离子体均匀性偏移的情况可以被足够快速检测到，以便工具或室控制器可以在晶圆或衬底被错误处理之前采取措施来纠正等离子体故障状况。在一些情况下，指定的补救行动可能是短暂更改RF功率格式，例如连续波(CW)或脉冲，或在短时段内完全关断电源，或可以停止对当前晶圆的处理并保存晶圆用于之后处理或丢弃晶圆，或可以关闭反应室进行维护。因此，在RF功率的大约加减百分之十的范围内调整频率可以由此修改反射功率。

在某些实施例中，在检测到等离子体故障状况时，与匹配网络相关联的所公开的信号分析隔间可以命令由RF发生器和/或在一些实施例中由匹配网络执行适当的纠正行动。例如，RF处理发生器可以响应于由喷淋头和/或基座上的传感器测量的信号启动终止处理，以结束对晶圆的处理。在具体实施例中，可以调整频率，即在大约千分之一到百分之十的范围内增加或减少。可替代地，可以通过RF等离子体处理沉积系统中断功率，例如，脉冲功率的建立，以停止或脉冲等离子体，从而停止或者大大减少次级等离子体。在一些情况下，在非常短暂的中断之后，指定的补救行动可能会提供然后可以继续处理。在某些实施方式中，可以基于产量数据或其它晶圆诊断通过例如机器学习和/或编程的补救程序来确定补救行动。

转向图6，示出了根据本公开的实施例的轴对称表面波跨越基座传播的顶视图，其中反应室中的等离子体是轴对称的。在图6中，圆圈601是轴对称表面波模式的基波和谐波频率分量的恒定相位和振幅的曲线。圆圈与电极是同心的。当在室中电极和等离子体都是轴对称和同轴时，这些模式是高度主导的。任何频率处的表面波的传播矢量602将是径向的。波将向中心和远离中心传播，并且随着它们传播，这种波将向等离子体注入功率。

转向图7，示出了根据本公开的实施例的跨越电极的横向电磁表面波传播的顶视图。在图7中，特定单个非轴对称模式的恒定相位和相等振幅的线701-704是近似直线和平行的，无论是在基波频率还是其谐波处。这样的表面波可以由部署在RF等离子体沉积系统的基座或喷淋头上的传感器来检测。这种模式可以称为“横向”，这意味着传播方向，如传播矢量705-707所见，从一侧到另一侧或从中央平面到左右两侧跨越电极表面。可能还存在其它非轴对称模式，其中恒定相位的线可能是曲线，其曲率中心从电极中心位移。每个频率的检测器读数可以分解为轴对称模式和(通常是少量的)非轴对称模式的总和，非轴对称模式反映了等离子体的主要非均匀性。通常情况下，该分解可以允许识别横向模式分量和/或一个主要的“偏离中心”或位移的径向模式，任一模式都是等离子体非均匀性配置的特性。等离子体非均匀性配置与特定非轴对称模式的关联是在生产处理之前完成的，作为构建数据库的一部分，该数据库可以驻留于插件单元上或其它地方。

转向图8，示出了根据本公开的实施例的反应室的一个示例性方位角传感器部署的顶视图。在该实施例中，多个传感器800可以在反应室的一个或多个部件周围和/或在反应室本身上以方位角部署。如上文简要讨论的，多个传感器800，在本实施例中可以是四个，可以关于室对称轴805以不同角度定位在某些室部件上，诸如喷淋头和/或基座上，用于测量与表面波相关联的表面电压或电流。在该情况下处于90度间隔，但是在一些实施例中可以处于方位角的规则间隔。

传感器800可以包括拾取改变的电势或磁场的无源传感器800。传感器800可以相对于室对称轴805部署在不同的方位角，用于检测具有不同类型的传播模式的EM波。传感器800可以部署在室对称轴805和/或反应室内的部件或反应室本身周围的等距位置处。类似地，传感器800可以彼此直径相对地部署，以使得传感器800与对称轴之间的间距可以是近似相同的。例如，传感器800-1与800-2之间的距离和800-3与800-4之间的距离近似相同。类似地，每个传感器800位于与室对称轴805的相同距离处。下面将更详细地讨论传感器800的间距和位置的示例。

如图所示，传感器800被部署在直径相对的位置处。例如，传感器800-1与传感器800-3直径相对，而传感器800-2与传感器800-4直径相对。因此，传感器800针对非轴对称等离子体可以发现反应室和/或其部件的不同侧的波形差异，并且当发生波形差异时，提供通知，如上所解释的，以便可以采取补救或主动行动。例如，如果传感器800-1和传感器800-4从其直径相对的位置感测并报告波形的差异，这种差异可以提供谐波异相或具有不同振幅的指示，这可能因此指示存在等离子体非均匀性和不对称性。当在直径相对的检测器之间在由相对传感器拾取的信号中的一个或多个谐波的相对相位或振幅中存在差异时，发生波形的这种差异。

在某些实施例中，可以使用四个传感器800，如图8中所示。然而，在其它实施例中，可以使用不同数量的传感器800，诸如六个、八个、十二个、十四个、十六个、十八个、二十个或更多个传感器800。在一些实施例中，传感器之间的方位角角度可能不相等，尽管如此，可以通过传感器观察非以方位角对称等离子体模式的相同特性。在某些实施方式中，拥有六到十二个传感器800可能是有益的。传感器800的数量越多，则可以收集的数据就越多，从而提供辨别噪声的增强能力和识别非均匀性的灵敏度。然而，通过增加传感器800的数量，数据处理可能会减慢，从而导致补救和预防行动发生得更慢。本领域的普通技术人员将理解，平衡传感器800的数量与期望的数据颗粒度水平，从而可以允许RF等离子体处理得到优化。因此，随着计算能力的提高，以及可以处理数据的速度的提高，增加传感器800的数量可能是有益的。在某些实施例中，特定的传感器800可以有选择地被关断和接通，从而允许控制器访问某些期望数据。例如，在具有八个传感器的系统中，可以选择并关断其中四个传感器，从而减少生成的数据量。在其它实施例中，可以从操作中添加或移除附加的传感器，从而改变生成的数据量。

传感器800还可以包括各种类型的传感器，包括圆形和其它几何形状。在某些实施例中，传感器800可以是圆形的，其面积在大约0.1平方厘米与大约10平方厘米之间。传感器800可以进一步包括表面绝缘体层或涂层，以保护传感器800免受反应室中的等离子体或反应物质的影响，并且还可以包括其它可选的涂层和层，诸如电流传感器的法拉第屏蔽件、铝涂层等。

转向图9，示出了根据本公开的实施例的反应室上以方位角安装的传感器的侧面截面图。在该实施例中，反应室940具有对称轴905，该对称轴905从喷淋头930的中心纵向延伸穿过基座935。在其它实施例中，对称轴05可以从诸如天线之类的另一个电极的中心纵向延伸。多个传感器900可以在反应室940周围和内部以及在诸如喷淋头930和/或基座935之类的特定部件周围或与特定部件相关联地在各个位置处以方位角部署。由于图9是截面，仅图示了每个位置的两个传感器900，然而，在实施RF等离子体监测处理期间可以使用更多个传感器900，如关于图8详细讨论的。

在某些实施例中，传感器900-1可以被部署在喷淋头930的边缘或外围周围。在这样的实施方式中，传感器900-1可以至少部分或完全嵌入喷淋头900-1内部署，并且传感器900-1的外表面可以涂有绝缘层，从而保护传感器900-1免受反应室940内环境的影响。在这样的实施例中，两个或更多个传感器900-1可以在喷淋头930的边缘周围以方位角部署，并且优选地为四个或更多个传感器，从而允许检测RF等离子体处理中的非均匀性和不对称性。

在其它实施例中，传感器900-2可以沿着反应室940的真空内的基座935的边缘部署。如上文关于传感器900-1所解释的，传感器900-2可以部分或完全嵌入基座935中，并且可以包括或可以不包括部署在其外表面上的绝缘层。此外，在一些实施例中，可以具有覆盖它们的电介质保护部。除了部署在真空内部的基座935周围的传感器900-2之外，其它传感器900-3和900-4可以部署在反应室940的真空外部和基座935周围。这样的传感器900-3和900-4可以沿着基座935和/或其基部部分部署在金属表面上。传感器900也可以部署在基座935的其它支撑结构上或者与基座935相关联。

在另一些实施例中，传感器900-5可以部署和/或以其它方式内置到反应室940的侧壁中。在这样的实施例中，其中壁是电介质，传感器900-5可以在外室壁915上部署在反应室940外部，或者可以被内置到侧壁中，以使得传感器900-5在反应室940的真空内。对于金属壁，传感器应当使它们的拾取器暴露于壁的内表面，从而可以感测室内部上的EM场。其它的传感器900-6可以被部署到观察口920中，这些观察口是沿着外室壁915设置的。在这样的实施例中，观察口中的传感器900-6可以位于反应室940的真空外部或位于反应室940内。

在又另一些实施例中，传感器900-7可以部署在位于例如喷淋头930周围的电介质中，而在其它实施方式中，传感器900-7可以部署在位于基座935周围的电介质中。虽然本文讨论了传感器900的具体位置，但传感器900可以位于反应室940中和周围的其它各种位置处。例如，传感器900可以部署在天线或其它部件附近的电介质壁的内部或外部。传感器900可以进一步位于反应室940的金属壁内部的各种其它位置处。

在某些实施例中，为了更准确地监测RF等离子体处理，可以使用传感器900-1—900-7的组合。例如，喷淋头930的边缘周围的传感器900-1可以与基座935的边缘周围的传感器900-2组合。类似地，反应室940外部的传感器900-5的组合可以与位于反应室940内的传感器900-1/900-2组合。在仍然其它的实施例中，可以使用传感器900位置的组合三、四、五、六、七或更多的变化来进一步优化对RF等离子体处理的监测。

转向图10，示出了根据本公开的实施例的模型反应器室的侧面截面图。在该实施例中，示出了位于底部电极周围的多个以方位角部署的传感器1000的示例性位置，在该示例中底部电极是基座1035。与上面关于图9所讨论的传感器1000类似，图10图示了部署在各种位置中的传感器1000。传感器1000-1部署在基座1035的外边缘周围。指示为1000-2的传感器方位角位置部署在反应室1040的内部周围，而传感器方位角位置1000-3部署在与观察口相邻的反应室1040的外围周围。

在本实施例中，在每个位置图示了12个传感器1000，然而在其它实施方式中，可以使用其它数量的传感器1000，包括更少的和更多的。另外，除了明确图示的传感器1000位置之外，还可以使用其它传感器1000位置来进一步增强RF等离子体处理。

转向图11，示出了根据本公开的实施例的反应室的侧面示意性截面图。在该实施例中，图示了传感器1100被部署在电感耦合等离子体源1105的天线周围。因此，传感器1100可以感测来自位于反应室1140内的等离子体源的RF电流或电压。

转向图12，示出了根据本公开的实施例的RF等离子体处理系统的部分截面图。在本实施例中，RF等离子体处理系统1200包括基座1235。基座1235包括沿着基座1235的上部外边缘部署的传感器1240。如上所描述的，传感器1240可以部署在上部外边缘上，嵌入基座1235内，或者可以交替地部署在反应室的真空内部或外部的外边缘周围。

RF等离子体处理系统1200还包括通过通信线1250连接到传感器1240的电路系统1245。当传感器1240接收来自RF等离子体处理系统1200的感测数据时，该数据可以被发送到电路系统1245进行处理。由于电路系统1245相对接近于传感器1240，所以在两者之间转移感测数据所花费的时间可以减少。因此，可以更快地进行由传感器1240感测的电性质的初始计算，然后将初始计算转移到RF等离子体处理系统1200的其它部件1255。其它部件1255可以包括例如RF发生器、阻抗匹配网络、故障检测隔间、反应室的操作控制器、工具的操作控制器、插件装置、信号分析隔间、或连接到RF等离子体处理系统1200的(一个或多个)其它部件。

然后，1200、1255或其它未示出的部件可以调整RF等离子体处理系统1200的各个方面，以纠正由传感器1240检测到并至少部分地在电路系统1245内处理的故障。电路系统1245可以以隔离结构位于反应室的真空外部的基座1235内，以保护电路系统1245免受反应室内状况的影响。在其它实施例中，电路系统1245可以位于基座1235的基部中，或位于接近基座1235的其它区域中。

随着图12图示了RF等离子体处理系统1200的部件的截面图，本领域的普通技术人员将理解，电路系统1245可以在基座1235周围以不同的方位角在近似相同的半径处部署。因此，独立的电路系统1245可以用于每个传感器1240，或者传感器1240可以连接到集中的电路系统1245，该电路系统位于基座1235周围和/或内的一个或多个选择位置中。

转向图13，示出了根据本公开的实施例的电感耦合RF等离子体处理系统的部分截面图。示出传感器1340被配置为接近感应天线1330并且可以安装在与天线相邻的电介质壁(未示出)的外部或内部。

前面的描述，为了解释的目的，使用了特定的术语，以提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说清楚的是，不需要实践本文所述的系统和方法的具体细节。上述对具体示例的描述是为了说明和描述的目的。它们并不打算穷尽或将本公开限制在所描述的精确形式。很明显，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。示出和描述这些示例是为了最好地解释本公开的原理和实际应用，从而使本领域的其它技术人员能够最好地利用本公开和各种示例，并对其进行各种修改，以适合所设想的特定用途。本公开的范围是由所附权利要求和它们的等同物来定义的。

Claims (20)

1.一种用于控制射频功率发生器的自动阻抗匹配网络，包括：

所述自动阻抗匹配网络中的射频隔离隔间，所述射频隔离隔间具有多个信号输入端口和多个宽带射频检测器，每个信号输入端口连接到不同的宽带射频检测器，其中所述多个宽带射频检测器中的每一个包括被配置为根据频率分析信号的电路，并且所述多个宽带射频检测器中的每一个能够外部连接到宽带射频传感器并且从所述宽带射频传感器接收信号，所述宽带射频传感器与反应室相关联；

计算和逻辑处理器，连接到所述多个宽带射频信号检测器的多个输出端，所述计算和逻辑处理器被编程以确定每个频率分量的振幅和相位之间的差异；以及

来自所述计算和逻辑处理器的输出端，被配置为向射频发生器和所述反应室的处理控制器中的至少一个提供输入数据。

2.根据权利要求1所述的自动阻抗匹配网络，进一步包括：至少一个附加输入端口和输出端口，内部连接到所述隔间中的所述计算和逻辑处理器，并且进一步连接到为所述计算和逻辑处理器提供数据和编程指令的存储的能够拆卸的装置。

3.根据权利要求1所述的自动阻抗匹配网络，其中，所述阻抗匹配网络的隔间中的所述多个检测器通过所述信号输入端口连接到所述宽带射频检测器中的至少一个，并且所述宽带无线电检测器部署在所述反应室内或接近所述反应室。

4.根据权利要求1所述的自动阻抗匹配网络，其中，所述多个宽带射频检测器能够被配置为感测其它射频频率处的射频信号，所述其它射频频率包括与向所述反应室提供功率的第二射频发生器相关联的基波和谐波频率。

5.根据权利要求1所述的自动阻抗匹配网络，其中，所述多个宽带射频检测器包含被配置为对到所述多个宽带射频检测器的信号输入的运行时间序列的基波和谐波频率以及相对相位执行傅里叶分析的电路，并且所述多个宽带射频检测器中的每一个具有连接到所述计算和逻辑处理器的输入端口的输出端口。

6.一种自动阻抗匹配网络，包括：

所述自动阻抗匹配网络中的隔间；

所述自动阻抗匹配网络中的隔间内的计算和逻辑处理器以及到所述自动阻抗匹配网络中的隔间的多个信号输入端口，所述信号输入端口各自外部连接到至少一个宽带射频检测器，所述至少一个宽带射频检测器与反应室相关联；以及

来自所述计算和逻辑处理器的输出端口，用于将输入数据提供给射频发生器和所述反应室的处理控制器中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的自动阻抗匹配网络，进一步包括：至少一个输入和输出端口，内部连接到所述隔间中的所述计算处理器并且连接到为所述计算处理器存储数据和编程指令的能够拆卸的装置。

8.根据权利要求6所述的自动阻抗匹配网络，其中，所述自动阻抗匹配网络的隔间中的至少一个宽带射频通过所述信号输入端口连接到所述宽带射频检测器中的至少一个，所述宽带无线电检测器部署在所述反应室内或接近所述反应室。

9.根据权利要求1所述的自动阻抗匹配网络，其中，宽带射频检测器包含对到所述至少一个宽带射频检测器的信号输入的运行时间序列的基波和谐波频率执行傅里叶分析的电路，并向所述计算和逻辑处理器提供由所述至少一个宽带射频检测器接收的信号的基波和谐波频率分量的振幅和相位作为输出。

10.一种用于在基于等离子体的处理中快速检测次级等离子体的方法，该方法包括：

向阻抗匹配网络提供射频电功率，所述阻抗匹配网络自动调整其无功阻抗以使来自发生器的射频功率基本上被反应室吸收；

提供所述阻抗匹配网络的具有多个宽带射频检测器的射频隔离隔间，所述多个宽带射频检测器具有连接到计算处理器的多个输出端，其中每个检测器的输入端外部连接到与所述反应室相关联的宽带射频传感器；

将来自所述反应室中的传感器的信号传导至所述多个宽带射频检测器，所述多个宽带射频检测器执行信号的射频频谱分析并将频谱信息传导至处理器，所述处理器被编程以计算所述宽带射频检测器之间由每个宽带射频检测器检测到的相应频率分量中的每个频率分量的振幅和相位的差异；

确定所述反应室中射频基波和谐波的不对称性；以及

基于不对称性的确定，确定等离子体的对称性是否因次级等离子体而发生快速改变。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，存在至少一个输入和输出端口，所述至少一个输入和输出端口内部连接到所述隔间中的计算处理器，并且进一步连接到为所述计算处理器存储数据和编程指令的能够拆卸的装置，所述计算处理器进一步从所述能够拆卸的装置检索算法以计算针对所述射频发生器和所述阻抗匹配网络中的至少一个的推荐行动。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述反应室内的所述宽带射频检测器在所述反应室内关于电极的对称轴以方位角排列，从而确定与所述电极相邻的等离子体的不对称性。

13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括所述宽带射频检测器分析其它射频频率处的射频信号，所述其它射频频率包括与向所述反应室提供功率的其它射频发生器相关联的基波和谐波频率。

14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括每个宽带射频检测器对来自在电极周围的方位角范围的所述宽带射频传感器的到该宽带射频检测器的信号输入的运行时间序列的基波和谐波频率、振幅和相对相位执行傅里叶分析，并且其中所述计算处理器使用基波和谐波的振幅和相位随方位角的变化来确定与所述电极相邻的等离子体中的不对称性。

15.一种检测射频等离子体处理系统中的等离子体不对称性的方法，该方法包括：

向具有近似室对称轴的反应室提供射频功率；

从多个宽带电磁传感器接收射频信号；

使用傅里叶分析处理所述射频信号；以及

基于所述射频信号的傅里叶分析确定在所述反应室内已发生等离子体不对称。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述确定包括将所述射频信号的傅里叶分析与指示等离子体不对称何时发生的历史数据集进行比较。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，使用傅里叶分析处理所述射频信号包括将在所述反应室的不同侧处拾取的基波和谐波频率中的至少一个的傅里叶分量振幅和相位中的至少一个进行比较。

18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括基于对所述射频信号的傅里叶分析来确定不对称轨迹。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，使用傅里叶分析处理所述射频信号发生在大约1微秒内。

20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括基于根据所述射频信号的傅里叶分析确定在所述反应室内已发生等离子体不对称而向射频发生器提供编程指令。

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