CN1429399A - 调整等离子体加工系统中电极厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种调整等离子体加工系统(6)中能够维持反应室(16)中的等离子体(20、120)的电极组件(10)的相对厚度的方法。电极组件被布置在反应室中，并且包括至少一个具有已由至少一个牺牲保护板(100)限定的下表面的电极。由于在反应室中进行的等离子体加工作业的缘故，电极厚度不均匀。该方法包括下述步骤：形成用于有选择地在所述下表面蚀刻所述至少一个电极的等离子体(120)，之后利用所述等离子体蚀刻所述至少一个电极，从而降低所述至少一个电极厚度(T(X，Z))方向的不均匀性。在工件的加工过程中以及在电极的恢复性等离子体蚀刻过程中，利用声换能器(210)可测量电极的厚度。

Description

调整等离子体加工系统中电极厚度的方法
本申请要求美国临时申请No.60/203909(申请日2000年5月12日)的优先权。
技术领域
本发明涉及等离子体加工系统中使用的电极，更具体地说涉及具有牺牲保护层的电极。
背景技术
在生产集成电路(IC)装置的过程中，等离子体加工系统被用于在半导体制造中从工件(例如半导体基体)上除去材料或者在所述工作上沉积材料。获得IC的最高产量和总体质量的关键因素是等离子体蚀刻和沉积过程的均匀性。
困扰现有等离子体加工系统的问题是获得均匀蚀刻和沉积的等离子体的控制。在等离子体加工系统中，影响蚀刻或沉积均匀性的一个因素是工件上方等离子体密度的空间均匀性。后者由整个系统的设计，尤其是用于产生等离子体的电极(或者等离子体源)的设计决定。
一种提高蚀刻和沉积均匀性的方法是使用分段电极，所述分段电极包含由绝缘体分隔的若干金属电极部分，或者更一般地说，多个电极(即一个或多个电极)。每个电极部分与向各个电极部分提供电力的RF电源电连接。传送给各个电极部分的RF电力的频率、幅度和相位的控制可控制等离子体的等离子体密度分布型，从而控制系统的蚀刻和沉积特性。
某些类型的分段电极具有贴在电极部分面对等离子体的侧面上的硅板。这些硅板的厚度一般为典型的硅圆片厚度的许多倍，例如约为5-10毫米。硅板被用于防止它们所附着的金属电极部分的腐蚀。在缺少硅板的情况下，等离子体中的高能离子能够侵蚀电极，并把电极材料沉积到工件上，这会影响由工件制成的装置的性能。换句话说，由于工件被沉积电极材料，电极可能成为无意中的溅射靶。当工件也由硅制成时，保护性硅板的使用消除了电极的(高能)侵蚀而导致的污染。
困扰等离子体加工系统的另一问题是等离子体化学性质的空间分布及随之而来的其对蚀刻和沉积参数的均匀性，例如就蚀刻过程来说，相对于另一种材料蚀刻一种材料的选择性及这种选择性的空间均匀性的影响的控制。当在氧化物(SiO2)蚀刻中利用氟碳化合物(CF4、C4F8等)时，为了实现SiO2对Si(或者SiN)的最大选择性，同时保持高的蚀刻速率并防止蚀刻停止，需要聚合核素(polymeric species)(CFx，即CF3、CF2等)和活性基团核素(即F)的适当平衡。
于是，在电极部分上使用保护性硅板的另一优点在于被蚀刻的硅可用作等离子体中的清扫核素(scavenging specie)的来源。例如，在涉及氟碳化合物的某些氧化物蚀刻应用中，向基体上方的等离子体中引入硅可导致氟基团的清除。这又会导致改善二氧化硅和硅(及氮化硅)之间的蚀刻选择性。当蚀刻形成于工件上的二氧化硅薄膜时，这效果特别合乎需要。
一般来说，等离子体反应器中的“保护性”、“清除(scavenging)”或“吸收(gettering)”部件被归类为消耗物，因为在蚀刻过程中，这些部件被逐渐消蚀掉，并被看成可更换的“加工套件”的一部分。
在等离子体加工中使用分段电极，或者更一般地说多个电极(即一个或多个电极)的目的是允许在整个工件上局部调整等离子体密度的空间分布，从而实现等离子体蚀刻和沉积的空间一致性。如上所述，各个电极部分由RF电源驱动，所述RF电源的频率、幅度和相位受到独立控制。由于各个电极之下的电场可改变，因此在电极部分之间，从各个硅板消蚀掉的物质的量不同。例如，当加工约5000-10000个圆片(对应于约300小时的RF时间)时，这种有差别的侵蚀会导致相邻硅板之间几毫米的厚度偏差。由于电极和圆片之间的间距较窄(即约20毫米)(这常见于长宽比较大，窄间隙的电容耦合等离子体(CCP)源)，仅仅几毫米的厚度偏差对应于约5-10％的电极-工件间距。这种偏差能够显著影响加工条件。例如，局部工件蚀刻速度差不多可变化500-1000埃/分钟。
由于在许多CCP和感应耦合等离子体(ICP)加工系统中，诸如硅电极板之类的加工套件中的消耗物的侵蚀，困扰当前系统的另一问题是消耗物退化的及时识别和通知，以便进行预防性维护。
在进行化学气相沉积(CVD)类型的沉积操作的反应器中，电极可被设置在等离子体区的顶部，以便把RF功率电容耦合到等离子体中。在等离子体中产生的一定量的沉积物质可沉积在电极上，导致电极厚度不断变化，如果电极是分段电极，并且单独控制向各个电极部分的RF功率供给时更是如此。作为结果产生的电极厚度变化会对等离子体内的RF功率的分布产生不利影响，从而对等离子体的空间均匀性产生不利影响。
发明内容
本发明和等离子体加工系统中使用的电极有关，更具体地说，和在等离子体加工操作中，厚度可能发生不均匀变化的电极有关。这种电极可具有牺牲保护层或保护板。这种电极还可被称为消耗物，并且需要为预防性维护的目的而定期更换。
本发明的第一方面是调整等离子体加工系统中能够维持反应室中的等离子体的电极组件的相对厚度的方法。电极组件被布置在反应室中，并且一开始厚度均匀一致，但是由于用于蚀刻由第一材料制成的第一工件上的第二材料薄膜的第一等离子体对由第一材料制成的牺牲保护层的侵蚀，或者由于电极被用作沉积作业的溅射靶，或者由于在诸如CVD之类的沉积作业中在其上形成一层材料，电极组件的厚度变得不均匀。该方法包括下述步骤：形成用于有选择地蚀刻电极表面或保护层的第二等离子体，随后利用所述第二等离子体蚀刻电极表面或保护层，从而减少厚度方面的变化。
该方法还包括首先从反应室除去第一工件，并用牺牲工件替换第一工件。本发明中，电极组件可包括分段电极或者单一的主电极，或者这些电极的组合。
本发明的第二方面是如上所述的方法，在第一步骤之前，还包括进行实验，以便获得和至少一个保护板的侵蚀速度和侵蚀的空间分布，以及蚀刻至少一个保护板的蚀刻速度和空间蚀刻分布有关的经验数据。该信息最好保存在控制工件的等离子体加工及保护板的等离子体蚀刻的控制系统中。
本发明的第三方面是如上所述的方法，还包括利用发出穿过保护板的声信号的声换能器，就地测量保护板的厚度。返回信号提供和保护板的厚度有关的信息。该信息被转发给控制系统，控制系统评估何时应中断工件的等离子体加工，以便修整电极板，或者何时应通知操作人员更换牺牲电极板。另外，声测量可用于在板蚀刻过程中测量板的厚度，以便评估板何时具有在可接受限度内的厚度差。
本发明的第四方面是监视消耗物的侵蚀，并根据预定的消耗物侵蚀时间表通知操作人员以预防性维护的形式更换加工套件。
本发明的第五方面是监视消耗物上的薄膜生长，并根据预定的清除时间表通知操作人员以预防性维护的形式清洗系统。
附图说明
图1是用于实现本发明的方法的等离子体加工系统的示意横截面图，表示加工工件之前，包含分段电极和电极部分上的保护板的电极组件；
图2表示图1的系统，不过是在已处理若干工件之后，以致由于加工工件时等离子体对板的不同侵蚀，电极部分上的保护板具有不同的厚度；
图3表示图1的系统，但是现在具有牺牲工件和新形成的用于有选择地蚀刻保护板，以便降低板之间的厚度差的等离子体；
图4是工件和布置于工件之上的电极部分的平面图，以等高线的形式图解说明了当单个电极被通电时的蚀刻速度分布，区域H代表蚀刻速度高的区域，区域L代表蚀刻速度低的区域，M代表蚀刻速度中等的区域；
图5表示图2的电极组件，但是具有用于就地并且实时测量保护板的厚度，从而可监视板侵蚀和板蚀刻过程的声换能器和声换能器控制器；
图6是具有保护板、氧化层和声换能器的电极部分的横截面图，表示了保护板、氧化层和声换能器的厚度以及声能(声波)分别经过它们的传播；
图7是声换能器发出和接收信号的信号幅度与时间的关系曲线；
图8是具有若干电极部分和单一保护板的备选电极组件的示意横截面图；
图9是另一备选电极组件的示意横截面图，所述电极组件具有上电极，所述上电极具有与等离子体相邻，并且附着有单一保护板的下表面，和与下表面相反，邻近其布置有与上电极电容耦合的若干电极部分的上表面。
具体实施方式
本发明和等离子体加工系统中使用的电极有关，并且将参考具有牺牲保护层并被用在反应器中对工件进行蚀刻操作的电极进行详细说明。
参考图1，图中表示了具有布置在等离子体反应室16内的电极组件10的等离子体加工系统6。反应室16具有能够支持具有等离子体密度分布型的等离子体20的内部区域18。电极组件10可以是若干已知电极组件中的任意一种，例如分段电极、单个电极、或者由大的单一电极和布置在所述单一电极之上并且与之电容耦合的分段电极组成的多部分电极组件。在美国临时专利申请No.60/185069“MULTI-ZONE RF ELECTRODE FOR FIELD/PLASMAUNIFORMITY CONTROL IN CAPACITIVE PLASMA SOURCES”(登记日2000年2月25日)中公开了分段电极的一个例子。在美国临时专利申请No.60/175284“SEGMENTED ELECTRODEAPPARATUS AND METHOD FOR PLASMA PROCESSING”(登记日2000年1月10日)中公开了多部分电极组件的一个例子。这两件专利申请都作为参考包含于此。如下进一步所述，本发明可适用于除分段电极外的电极组件。但是为了便于举例说明，针对包含分段电极的电极组件说明本发明。
因此，在本发明的一个实施例中，电极组件10包括具有若干平面金属电极部分30的分段电极12，所述平面金属电极部分30均具有上表面30U和下表面30L。下表面30L最接近等离子体20。电极部分30由若干金属中的一种制成，例如铝。电极部分30由绝缘体24分隔，以防止电极部分之间的电联系(例如放电)。绝缘体24可以是由介电材料，例如石英或陶瓷制成的刚性结构。每个电极部分30通过与上表面30U相连的传输线44与RF电源40电连接。RF电源40再与控制传送给电极部分30的RF功率的频率、幅度和相位的主控制系统46相连。例如，如同美国临时专利申请No.60/192508，METHOD ANDAPPARATUS FOR CONTROLLING POWER DELIVERED TO AMULTIPLE SEGMENT ELECTRODE(登记日2000年3月28日)中公开的那样，主振荡器产生提供给各个电极部分的独立移相器和放大器的信号。不同的频率可采用独立的振荡器。
在一个优选实施例中，主控制系统46是具有均电连接的存储器MU、中央处理器CPU(例如Intel公司的PENTIUMTM处理器)和硬盘HD的计算机，所述存储器MU具有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。硬盘HD用作计算机可读辅助存储介质，并且可以是，例如保存和控制系统46执行本发明所需的指令对应的信息的硬盘驱动器，如下所述。控制系统46最好还包括与硬盘HD、存储器MU和中央处理器CPU电连接的磁盘驱动器DD，其中磁盘驱动器能够接受和读取(甚至写)其上保存和控制系统46执行本发明所需的指令对应的信息的计算机可读介质CRM，例如软盘或光盘(CD)。另外，主控制系统46最好具有数据采集和控制能力。优选的控制系统46是诸如可从Texas，Dallas的Dell公司购得的DELL PRECISIONWORKSTATION 610TM之类的计算机。控制系统46控制工件W的等离子体加工和平板100的等离子体蚀刻中系统6的操作。
在各个RF电源40及其对应的电极部分30之间，最好在各条电力线中设置匹配网络MN，以帮助实现阻抗匹配。
系统6还包括支承工件W的工件支承件(例如卡盘)50。工件W是，例如在制备半导体器件的过程中已布图(patterned)的硅圆片。工件W包括上表面S，所述上表面具有薄膜F和/或形成于其上的布图表面特征，包括诸如沟道、触点之类的各种几何结构(图中未示出)。在工件表面S上及在半导体加工中使用的各种表面特征中形成不同膜层的材料包括硅、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、铝、铜、氮化钛(TiN)等。
与工件支承件50和控制系统46电连接的是用于对工件支承件50加偏压的工件支承RF电源56。类似地，和RF电源40的情况一样，在RF电源56和卡盘50之间的传输线中插入匹配网络MN，以使功率传输达到最大。从而，后者用作分段电极12与之电容耦合的下电极。
系统6还包括通过供气管线62与反应室20的内部区域18气动连通的供气系统60，用于向反应室内部区域供气，以便清扫反应室、产生等离子体和向指定的工艺提供恰当的化学物质。供气系统60中包含的特定气体取决于具体应用。但是，对于等离子体蚀刻应用来说，供气系统60包括诸如氯气、溴化氢、八氟环丁烷和其它各种氟碳化合物，以及诸如氩和氦之类的惰性气体，对于化学气相沉积应用来说，包括硅烷、氨、四氯化钨、四氯化钛等。供气系统60与控制系统46电连接，控制系统46控制供气系统的操作。
同样包含在系统6中的是与控制系统46电连接，并且通过真空管线74与反应室16的内部区域18气动连接的真空系统70。真空系统用于对反应室16降压，并且对于大多数工艺来说把压强保持在约1-100mT的水平，不过准确的压强取决于特定的工艺。
电极保护板
电极组件10还包括若干保护板100，每个保护板100均具有下表面100L和附在相应电极部分30的下表面30L上的上表面100U。每个保持板100由与要加工的工件相容或者相同的材料制成，举例来说，硅、碳、锗或者砷化镓。保护板100的厚度T最好比由标准硅圆片构成的工件W的厚度大几倍，即5毫米＜T＜15毫米。在图1中，标记相对于沿Y方向垂直穿过工件W的中心轴A，沿X方向具有不同位置的三个保护板100A、100B和100C。
工件W的等离子体加工
现在参考图2，利用被设计成有选择地蚀刻薄膜F的等离子体20进行工件W上的薄膜F的等离子体加工。为了蚀刻氧化层或者表面特征，等离子体20大多数时候由诸如CF4或者C4F8之类的氟碳气体组成，并且通常希望CF2基团(radical)的浓度高于F、CF及其它核素(species)的浓度。当工件W是由砷化镓或者锗(而不是硅)制成的半导体基体时，化学物质通常类似于用于处理硅的那些化学物质。具体地说，对于砷化镓基体，氧化物通常采用二氧化硅(SiO2)，氮化物通常采用氮化硅(SiN)。事实上，半导体基体蚀刻一般局限于DRAM中的电容、源极/漏极接点的接点通孔及3D VLSI叠层的基体通孔的沟道蚀刻。
但是，当蚀刻工件W上的具体特征时，等离子体20还从保护板100的下表面100L及加工室中的其它可消耗表面侵蚀物质，虽然其速度远远小于薄膜F的蚀刻速度。不幸的是，保护板100的侵蚀速度一般在X和Z方向上并不是空间均匀的。其原因是为了调整蚀刻过程，一般向不同的电极部分提供不同的RF功率水平。例如，和周围的电极部分100A和100C相比，向中央的电极部分100B提供的RF功率较小。因此，中央保护板100B的侵蚀程度不会象边缘的保护板100A和100C那样高。于是，随着时间的流逝，各个电极部分100的厚度T变化不同的量(即TA、TB、TC)，从而在各个保护板之间存在厚度差ΔT(例如，TA-TB，TA-TC和TB-TC)。
虽然在加工一个工件W之后，厚度差ΔT不太显著，但是在加工数百个工件之后，该厚度差能够达到几毫米，如上所述，几毫米的厚度差是分段电极12和工件W之间的间隔距离D的相当大的一部分。由于电极部分20和工件W之间的电容是间隔距离D的函数，因此D的变化导致电极部分和工件之间电场的变化，电场的变化又改变等离子体20的等离子体密度分布型。等离子体密度分布型的这种变化导致当加工工件W时，加工方面不合需要的变化(例如蚀刻速度和薄膜F的蚀刻均匀性)。
板厚度调整过程
现在参考图3，说明调整板100的厚度的过程。这涉及利用设计成有选择地蚀刻保护板100的材料的第二等离子体蚀刻板100，以便降低板之间的厚度差。这里把蚀刻板100以降低板之间厚度差的过程称为“板蚀刻”。
图3表示图2的系统6，其中在工件支承件50上放置牺牲工件WS来替代要处理的工件W。牺牲工件WS最好由和板100相同的材料(或者诸如用于硅加工的石英之类的相容材料)制成，并且用于保护工件支承件50免被蚀刻。从而，对于板100由硅制成的硅半导体加工来说，牺牲工件WS也最好由硅制成，如同将被加工为具有薄膜F的布图装置(patterned device)工件的工件W一样。
一旦牺牲工件WS被放在工件支承件50上，则控制系统46向真空系统70发送电信号，真空系统70把反应室16降压到适当的压强。还可从供气系统60提供诸如氮气之类的清扫气体，以便清扫反应室16。
随后，控制系统46向供气系统60发送电信号，把适合于蚀刻板100的蚀刻气体引入反应室中。蚀刻硅板100的适当气体包括CF4、SF6、Cl2和HBr。最好使用选自目前的具体工艺可用的气体中的一种气体或者气体混合物，以免增加额外的气体管道和气体的成本。例如，如果主要的工艺是利用CF4或C4F8的氧化物蚀刻(例如通常使用的氧化物蚀刻工艺方法要求C4F8、Ar、O2)，则优选使用这些“可用”气体的子集蚀刻硅板100。但是，应变更工艺方案，即压强、气体混合物、RF功率等，以便增大硅蚀刻速度(该工艺可能需要增加存在于清洗/平整(planarizing)等离子体中的氟基团)。具体工艺方案的一个例子如下：以500sccm的流速把SF6气体引入反应室，同时进行抽气以保持250mTorr的室压，另外同时提供2-3kW的RF功率以形成等离子体。
一旦恰当的蚀刻气体被引入内部区域18，控制系统46就起动RF电源40向分段电极30提供RF功率，从而激励气体形成用来有选择地蚀刻板100，以便降低板之间的厚度差，产生如图3中所示状态的新等离子体120。一般来说，等离子体120被设计成蚀刻构成板100的材料。在该材料是硅或锗的情况下，等离子体120具有高浓度的氟(相对于存在于等离子体中的其它基团而言)。
在形成等离子体120之后，最好正比于板100的厚度蚀刻板100，以便降低板之间板厚度T的差别。这是通过恰当地调整RF功率幅度、频率、波形和/或相位，导致板100的有差别的蚀刻速度来实现的。例如，如果和板100A和100C相比，中央板100B需要蚀刻更多，则向中央板提供的RF功率大于向边缘板提供的RF功率。事实上，控制系统46可以只向要进行蚀刻的电极部分接通RF电源。发明人已观察到向单个电极部分30供电会导致形成在相应的电极部分下其密度局部达到最高值的等离子体20。图4中对此进行了图解说明，图4表示了当向单个电极部分供电时的蚀刻速度分布。这种情况下，外围电极部分30P被供电，并且在电极部分30P下工件蚀刻速度最大，如区域H中的等高线所示。事实上，相对于各个电极部分逐一接通RF电源以便“平整”各个电极部分30是有益的。为了维持等离子体20(即当关闭一个电极部分的电源并且向下一电极部分接通电源时，不使等离子体消灭)，RF电源的排序(sequencing)可以有重叠。
在所有板100大体具有相同厚度T，即在板100被平整之前，可进行板蚀刻过程。另一方面，在板100之间厚度T的差异在可接受的限度(例如预定的阈值)内之前，可进行板蚀刻过程。一旦板100之间厚度T的差异在可接受的限度之内，则可评估工件表面WS和电极板的下表面100L之间的间距。随后通过调整卡盘(或者工件)高度，可把所述间距调整到(预定最佳工艺的)标称规定值。
确定板厚度并蚀刻的经验模型
本发明的关键方面是确定进行板蚀刻多长时间，以便实现板的相对厚度方面的恰当调整。进行上述板蚀刻的一种方法以经验数据为基础。获得这样的数据涉及进行第一组实验，所述第一组实验涉及用各种工艺蚀刻工件，记录工艺参数，同时评估板100随着时间侵蚀得有多快，以及板侵蚀的空间分布。随后针对各种工艺利用牺牲工件进行第二组实验，确定板蚀刻过程的蚀刻速度和空间分布。第二组实验会涉及电极部分功率水平的不同组合。为了优化电极板再平整蚀刻步骤，理应需要第二组实验。优化的工艺方案理应考虑总电极RF功率、功率的子电极分布、气流速度、气体种类、压强等的影响。随后以数据库或查寻表的形式，把第一组和第二组实验的数据保存在控制系统46的存储器MU中。该数据可用于确定各种加工参数的设置(例如，室压、RF功率、RF频率、RF幅度、气体混合物等)以及板蚀刻应进行多长时间。在厚度差ΔT降到预定数值之前，一直进行板蚀刻。
声学板厚度测量技术
测量板蚀刻进行多长时间的一种备选技术包括利用声信号测量板100的厚度。这种备选技术还监视板侵蚀，并且确定何时必须通知操作人员更换消耗物。
参考图5，在发明的该实施例中，每个电极部分30包括在上表面30U顶上的绝缘层200和在绝缘层顶上的声换能器210。声换能器210最好是压电的，绝缘层200可以是氧化物或兰宝石。每个声换能器210与驱动换能器的换能器控制器220电连接。换能器控制器220再与控制系统46电连接，控制系统46控制换能器控制器的起动和操作，并且处理由换能器210接收的信号，如下所述。
现在参考图6和7，声换能器210通过绝缘体200、电极30和板100发出声能250的信号S。信号S分别以速度V200、V30和V100传播经过绝缘体200、电极30和板100。信号S从电极30的上表面30U和板100的上表面100U及下表面100L反射。从而产生由声换能器210接收的返回信号S1、S2和S3。和信号S1、S2和S3相关的传播时间为如下给出的t1、t2和t3：
t1＝2d1/V200  t2＝2d2/V30  t3＝2d3/V100
从而，信号S的总传播时间tT＝t1+t2+t3
从而，换能器210发出的信号S的频率fS最好大于1/tT，这为每个信号提供在下一信号被发射之前，完成从换能器210到板100的下表面100L并返回的完整往返行程的足够时间。信号之间的周期为1/fS＝tS。另外，信号S的脉冲宽度为ΔtS，例如，它可以约为tP的5％。
根据上述内容，板100的厚度T对应于d3，这可通过分析信号S1-S3，并且根据上面陈述的关系确定d3推断出。确定板100的厚度T的计算最好在控制系统46中进行。
因此，在工件W的等离子体加工过程中，通过就地测量板100的厚度，可容易地评估何时需要修整电极。此外，通过在板蚀刻过程中测量厚度，可容易地评估何时板厚度差在可接受的限度内。另外，在工件W的等离子体加工过程中，通过就地测量板100的厚度，可容易地评估何时需要更换电极板以及其它消耗物。
参见图1，一旦板蚀刻过程进行了足够的时间，则控制系统100向RF电源40发送电信号(在板平整过程中，不需要向工件支承件50提供任何电力)，以便停止向电极部分30和工件支承件50传送RF功率。随后控制系统46向供气系统60发送电信号，向反应室16的内部区域18内流入清除气体，以便清除反应室中的蚀刻气体。
一旦反应室16被清洗，则除去牺牲基体WS，随后对要加工的其它(即一个或多个)工件W进行等离子体加工。只要需要，继续进行等离子体处理若干工件W，随后进行板蚀刻以恢复板100的厚度分布的循环。
消耗物侵蚀的监视和更换通知
如上所述，在工件W的等离子体加工过程中，通过就地测量板100的厚度，可容易地确定需要更换消耗物的时刻，并且可通知操作人员以便安排预防性维护。参见图5，由控制器220指挥的声换能器210可被用于监视板100的厚度，其中如图6和7中所述，发射和接收的信号可由计算机处理器记录和分析，从而确定瞬时板100的厚度。在等离子体侵蚀过程中，当诸如板100之类的任意消耗物的厚度低于阈值时，即板100的厚度被侵蚀到其标称厚度的50％以内时，则提醒操作人员进行消耗物更换，作为预防性维护计划的一部分。类似地，在薄膜形成过程中，当诸如板100之类的任意消耗物的厚度增大到高于阈值时，即板100的厚度增大量已大于其标称厚度的1％时，则提醒操作人员进行反应室清洗，作为预防性维护计划的一部分。事实上，可采用分级的操作人员通知，例如，在等离子体侵蚀的情况中，消耗物的25％侵蚀导致操作人员警告，消耗物的50％侵蚀导致关于安排预防性维护的操作人员请求，75％的侵蚀导致立即更换消耗物的紧急通知。计算机处理器46可通过集成电路(IC)生产厂内部互联网与集中式工厂服务器相连，以便通知fab操作员和/或位于fab中的设备供应商服务器，借助所述服务器，可通过因特网把通知发送给厂区外的设备供应商。
备选的电极组件
如前所述，出于举例说明的缘故，利用具有分段电极12的电极组件说明本发明的方法。事实上，本发明可应用于其它类型的电极组件。例如，参考图8和电极组件10，单一的保护板100被附到电极部分30的下表面30L上，而不是使用相对于各个电极部分确定尺寸的单独保护板100。一般来说，本发明的方法应用于一个或多个保护板100，其中由于等离子体20的侵蚀的缘故，一个或多个保护板厚度方面的变化为X和Z的函数，即T(X，Z)。这种情况下，厚度差ΔT以厚度方面的最大差值为其度量，例如，
ΔT＝|TMAX-TMIN|
参见图9，另一种可能的电极组件10包括大的上电极180和与上电极180相邻并与之电容耦合的电极部分30，所述上电极180具有与等离子体20相对的上表面180U，如同上述美国临时专利申请No.60/175284中所述那样。对本领域的技术人员来说，按照上面结合分段电极12说明的方式，或者按照与之非常类似的方式，本发明的方法显然适用于这些电极组件以及其它类似的装置，因为可向板100的不同部分施加不同的RF功率水平。
本发明还可用于消除由于电极被用作溅射靶，或者由于在诸如CVD之类的沉积过程中在电极上形成一层材料的缘故，从而在沉积过程中产生的厚度变化。在前一情况下，电极将由要沉积的材料制成，而在后一情况下，要沉积的材料源自在等离子体中分离并电离的气体，电极的主要用途是把RF功率电容耦合到等离子体中或者用作气体喷射电极(gas inject electrode)。
事实上，根据上述详细说明，本发明的许多特征和优点是显而易见的，从而，落入本发明的真实精神和范围内的所述方法的所有这种特征和优点由附加的权利要求覆盖。此外，由于对本领域的技术人员来说，易于进行各种修改和变化，因此不希望把本发明限制于举例说明的确切结构和操作。此外，类似于半导体领域中使用的本质复杂的相关设备和方法，通常最好通过经验确定操作参数的恰当数值，或者通过进行计算机模拟以达到指定应用的最佳设计，实践本发明的方法和设备。因此，所有适当的修改和等同物应被认为落在本发明的精神和范围之内。

Claims (30)

1、一种调整等离子体加工系统中能够维持反应室中的等离子体的电极组件的相对厚度的方法，电极组件被布置在反应室中，并且包括至少一个由于在工件上进行的等离子体加工作业的缘故而导致厚度不均匀的电极，所述方法包括下述步骤：
a)形成用于有选择地蚀刻第一种材料的等离子体；和
b)利用等离子体蚀刻所述至少一个电极，从而使所述至少一个电极恢复均匀厚度。
2、按照权利要求1所述的方法，其中所述电极组件包括至少一个第一种材料的牺牲保护板，所述牺牲保护板具有暴露于各个等离子体的下表面，等离子体加工作业是使所述至少一个牺牲保护板受到侵蚀的蚀刻作业，每个工件由第二种材料的薄膜构成，所述第二种材料的薄膜由以第一种材料制成的支承物承载，并且被所述蚀刻作业蚀刻。
3、按照权利要求2所述的方法，其中所述蚀刻包括向反应室中引入至少一种蚀刻气体。
4、按照权利要求3所述的方法，其中所述至少一种蚀刻气体选自：HBr、Cl2、SF6、CF4、C4F8、C5F8、Ar和O2。
5、按照权利要求2所述的方法，还包括在所述形成步骤之前，从反应室取出第一工件，并用牺牲工件替换第一工件。
6、按照权利要求5所述的方法，其中所述牺牲工件由第一种材料制成。
7、按照权利要求2所述的方法，其中所述至少一个电极包括若干电极部分。
8、按照权利要求2所述的方法，其中所述至少一个电极具有与下表面相反的上表面，并且电极组件还包括布置在所述至少一个电极的上表面附近的若干电极部分。
9、按照权利要求2所述的方法，其中第一种材料是硅。
10、按照权利要求2所述的方法，还包括在所述形成步骤之前，进行实验，以便获得和至少一个保护板的侵蚀速度和侵蚀的空间分布，以及蚀刻至少一个保护板的蚀刻速度和空间蚀刻分布有关的经验数据。
11、按照权利要求10所述的方法，还包括：
在所述形成步骤之前和在进行所述实验之后，把所述经验数据保存在数据库中；和
根据保存在所述数据库中的所述经验数据，进行适量时间的所述蚀刻。
12、按照权利要求2所述的方法，其中，进行所述蚀刻，直到所述至少一个保护板的厚度方面的变化降低到预定数值之前。
13、按照权利要求12所述的方法，其中所述厚度变化被降低到所述至少一个保护板具有大体恒定厚度的程度。
14、按照权利要求2所述的方法，其中所述蚀刻包括测量所述至少一个保护板的厚度。
15、按照权利要求14所述的方法，还包括向控制系统提供板厚度的测量结果，以便控制所述蚀刻中的蚀刻作业。
16、按照权利要求14所述的方法，其中利用声信号完成对所述至少一个保护板的厚度的所述测量。
17、按照权利要求16所述的方法，还包括向控制系统提供薄膜厚度的测量结果，以便控制所述蚀刻中的蚀刻作业。
18、按照权利要求2所述的方法，其中所述至少一个电极由若干电极部分组成，所述蚀刻包括按相继的电极部分对RF功率定序。
19、按照权利要求2所述的方法，其中所述至少一个电极由若干电极部分组成，所述至少一个牺牲保护板由分别附着在相应电极部分的下表面上的若干保护板组成。
20、一种监视等离子体加工室的方法，包括：
在等离子体加工过程中，就地测量等离子体加工室的可消耗部分的厚度；和
当测量的厚度降低到阈值之下时产生指示。
21、按照权利要求20所述的方法，其中所述阈值是标称厚度的50％。
22、按照权利要求20所述的方法，其中所述产生步骤包括在第一阈值产生警告，在低于所述第一阈值的第二阈值产生请求，在低于所述第二阈值的第三阈值产生紧急通知。
23、按照权利要求20所述的方法，其中所述产生步骤包括通知操作人员。
24、按照权利要求20所述的方法，其中所述产生步骤包括通知设备制造商。
25、一种监视等离子体加工室的方法，包括：
在等离子体加工过程中，就地测量等离子体加工室的可消耗部分的厚度；和
当测量的厚度增加到高于阈值时产生指示。
26、按照权利要求25所述的方法，其中所述阈值是标称厚度的1％。
27、按照权利要求25所述的方法，其中所述产生步骤包括通知操作人员。
28、按照权利要求25所述的方法，其中所述产生步骤包括通知设备制造商。
29、一种维护等离子体加工室的方法，包括：
在等离子体加工过程中，就地测量等离子体加工室的可消耗部分的厚度；
当测量的厚度降低到阈值之下时产生指示；和
响应所述指示的产生，更换所述可消耗部分。
30、一种维护等离子体加工室的方法，包括：
在等离子体加工过程中，就地测量等离子体加工室的一部分的厚度；
当测量的厚度增大到高于阈值时，产生指示；和
响应所述指示的产生，清洗所述等离子体加工室。
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