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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsbeobachtung einer Plasmakammer, eines in der Plasmakammer angeordneten Werkstücks und/oder des Plasmas in der Plasmakammer, bei dem zur Anregung und/oder Aufrechterhaltung eines Plasmas zumindest ein Anregungssignal mit einer Anregungsgrundfrequenz in die Plasmakammer eingespeist wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Zustandsbeobachtung einer Plasmakammer, eines in der Plasmakammer angeordneten Werkstücks und/oder des Plasmas in der Plasmakammer, mit zumindest einer Anregungssignalversorgung zur Erzeugung eines Anregungssignals mit einer Anregungsgrundfrequenz.
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Viele Halbleiterherstellungsprozesse oder Prozesse zur Beschichtung von größeren Substraten, wie beispielsweise bei der Beschichtung größerer Glassubstrate, verwenden ein Gasplasma, um einen Herstellungsschritt auszuführen. Dieser Herstellungsschritt kann beispielsweise das Beschichten eines Substrats oder das Ätzen eines Substrats beinhalten. Häufig muss der Zustand des Plasmas genau bekannt sein, um den Prozessschritt richtig kontrollieren zu können. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Plasmabedingungen beobachtet werden können.
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Weiterhin besteht bei Plasmaprozessen häufig das Problem, dass so genannte Arcs auftreten, die zu einer Zerstörung der Substrate, zu einer fehlerhaften Beschichtung, einem fehlerhaften Ätzvorgang oder gar zur Beschädigung der Plasmaanlage führen können. Es ist daher wünschenswert, das Plasma beobachten zu können, bzw. den Zustand des Plasmas erfassen zu können, um so Hinweise auf einen bevorstehenden Arc erhalten zu können und gegebenenfalls gegensteuern zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine zuverlässige Arcdetektion, Zustandsbeobachtung der Plasmakammer, des Werkstücks und/oder des Plasmas erfolgen können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Zustandsbeobachtung einer Plasmakammer, eines in der Plasmakammer angeordneten Werkstücks und/oder des Plasmas in der Plasmakammer, bei dem zur Anregung und/oder Aufrechterhaltung eines Plasmas zumindest ein Anregungssignal mit einer Anregungsgrundfrequenz in die Plasmakammer eingespeist wird, wobei zumindest ein Detektionssignal der Plasmakammer empfangen und analysiert wird und zumindest ein Messsignal mit einer von den Anregungsgrundfrequenzen abweichenden Messsignalfrequenz in die Plasmakammer eingespeist wird. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass zusätzlich zu den Signalen, die zur Anregung und/oder Aufrechterhaltung des Plasmas in der Plasmakammer dienen, ein Messsignal eingespeist wird, welches eine Frequenz aufweist, die deutlich von den Anregungsgrundfrequenzen der Anregungssignale entfernt ist. Wenn eine Änderung des Plasmazustands, der Plasmakammer oder des Werkstücks zu einer Veränderung des Messsignals führt, so kann dies bei einer Frequenz detektiert werden, die hinreichend weit von den Frequenzen der Anregungsgrundsignale entfernt liegt. Dadurch wird die Detektion von Veränderungen des Messsignals bzw. der Seitenbänder des Messsignals vereinfacht. Insbesondere werden diese Veränderungen nicht durch Seitenbänder der Anregungsgrundfrequenzen überlagert. Somit kann eine sehr viel genauere, zuverlässigere und empfindlichere Detektion von Zuständen der Plasmakammer, des Werkstücks sowie des Plasmas erfolgen. Bei den Anregungssignalen kann es sich um Hochfrequenzsignale, Mittelfrequenzsignale oder DC-Signale handeln.
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In einer Variante wird eine Messsignalfrequenz verwendet, die sich zumindest um den Faktor zwei von allen Anregungsgrundfrequenzen unterscheidet. Beispielsweise kann die Messsignalfrequenz deutlich höher gewählt werden als die höchste Anregungsgrundfrequenz. Dadurch kann sichergestellt werden, dass Änderungen des Messsignals oder dass Seitenbänder des Messsignals zuverlässig detektiert werden können.
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In einer Variante weist das Messsignal eine Leistung auf, die zumindest um den Faktor 100 geringer ist als die Leistung des Anregungssignals. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Messsignal den Plasmaprozess und insbesondere das Plasma nicht beeinflusst.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Messsignal eine Leistung aufweist, die um weniger als den Faktor 10 geringer ist als die Leistung eines Anregungssignals. Dies bedeutet, dass die Leistung des Messsignals im Bereich der Leistung eines Anregungssignals liegen kann. Dadurch kann bewusst eine Beeinflussung des Plasmas durch das Messsignal erfolgen. Während im zuerst genannten Fall, wenn also das Messsignal eine sehr viel geringere Leistung aufweist aus jedes Anregungssignal, das Messsignal dauernd eingespeist werden kann und dann das reflektierte Messsignal oder seine Oberwellen beobachtet werden können, kann im zweiten Fall, wenn also das Messsignal eine deutlich höhere Leistung aufweist, das Messsignal gegebenenfalls nur kurzzeitig eingespeist werden, um dann die Signalantwort zu messen. Eine Messung kann auf der Frequenz des Messsignals, auf einer Anregungsgrundfrequenz oder einer anderen Frequenz erfolgen.
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Gemäß einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass das Detektionssignal bei einer Messsignalfrequenz, einer Oberwelle der Messsignalfrequenz, einem Mischprodukt n-ter Ordnung (n > 1) aus zumindest einer Anregungsgrundfrequenz und zumindest einer Messsignalfrequenz und/oder einem Mischprodukt n-ter Ordnung (n > 1) aus zumindest einer Messsignalfrequenz und zumindest einer weiteren Messsignalfrequenz analysiert wird. Aus den detektierten Signalen können Ausschlüsse über das Plasma oder das Werkstück gezogen werden.
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In einer Variante kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Anregungssignal und/oder zumindest ein Messsignal moduliert wird. Dabei kann es sich um eine beliebig geeignete Modulation handeln (Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, etc.).
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Das Detektionssignal kann demoduliert werden und die demodulierten Modulationsseitenbänder können analysiert werden. Die demodulierten Modulationsseitenbänder können dann ebenfalls zur Charakterisierung von Plasma oder Werkstücken eingesetzt werden.
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Das Messsignal kann kontinuierlich oder pulsartig eingespeist werden. Die Art und Weise, wie das Messsignal eingespeist wird, kann von der Leistung des Messsignals abhängen.
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Genaue Informationen über den Zustand des Plasmas, der Plasmakammer oder des Werkstücks können erhalten werden, wenn das Detektionssignal hinsichtlich Phasen-, Frequenz- und/oder Amplitudenschwankungen analysiert wird.
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Das Detektionssignal kann hinsichtlich des Auftretens von Arcs im Plasma analysiert werden. Wenn demnach durch Analyse des Detektionssignals erkannt wird, dass ein Arc aufgetreten ist, oder sich ein Arc entwickelt, können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um das Werkstück und die Plasmakammer bzw. die gesamte Plasmaanlage zu schützen.
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In einer Variante kann vorgesehen sein, dass mehrere Messsignale unterschiedlicher Frequenz in die Plasmakammer eingespeist werden. Dabei können die Summen- oder Differenzfrequenz oder andere Mischprodukte beobachtet werden.
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In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Vorrichtung zur Zustandsbeobachtung einer Plasmakammer, eines in der Plasmakammer angeordneten Werkstücks und/oder des Plasmas in der Plasmakammer, mit zumindest einer Anregungssignalversorgung zur Erzeugung eines Anregungssignals mit einer Anregungsgrundfrequenz, einer Detektionseinrichtung zur Detektion eines Detektionssignals der Plasmakammer und einer der Detektionseinrichtung nachgeordneten Analyseeinrichtung zur Analyse des Detektionssignals, wobei eine Messsignalversorgung zur Erzeugung eines Messsignals mit einer von den Anregungsgrundfrequenzen abweichenden Messsignalfrequenz vorgesehen ist. Sämtliche der vorgenannten Einrichtungen können in einer Plasmaleistungsversorgung realisiert sein. Dadurch kann an zentraler Stelle sowohl die Bereitstellung der Anregungssignale als auch der Messsignale erfolgen. Außerdem kann dort die Detektion und Analyse von Detektionssignalen erfolgen und entsprechende Maßnahmen zur Beeinflussung des Plasmas getroffen werden. Insbesondere kann dadurch besonders schnell auf erkannte Änderungen der Zustände des Plasmas, der Plasmakammer oder des Werkstücks reagiert werden.
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Die Anregungssignalversorgung kann mit einer Anregungssignaleinspeiseeinrichtung zum Einspeisen des Anregungssignals in die Plasmakammer verbunden sein. Beispielsweise kann die Anregungssignalversorgung mit Anregungsantennen, Anregungsspulen oder Anregungselektroden verbunden sein.
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Auch die Messsignalversorgung kann mit einer Messsignaleinspeiseeinrichtung zum Einspeisen des Messsignals in die Plasmakammer verbunden sein. Antennen, Spulen und Elektroden kommen als Messsignaleinspeiseeinrichtungen in Frage.
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Bauelemente können eingespart werden, wenn die Messsignalversorgung mit der Anregungssignaleinspeiseeinrichtung verbunden ist. Dies bedeutet, dass die Anregungssignale und die Messsignale über dieselben Einspeiseeinrichtungen in die Plasmakammer eingespeist werden können. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Messsignalversorgung eigene Einspeiseeinrichtungen zugeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Messsignaleinspeiseeinrichtung oder die Anregungssignaleinspeiseeinrichtung die Detektionseinrichtung ist. Auch dadurch können Bauelemente eingespart werden. Die Einspeiseeinrichtungen können demnach als Detektionseinrichtungen verwendet werden.
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Um das Messsignal modulieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn einspeiseseitig ein Modulator vorgesehen ist. Auch der Modulator kann in einer Plasmaleistungsversorgung angeordnet sein.
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Um modulierte Signale empfangen und analysieren zu können kann die Analyseeinrichtung einen Demodulator umfassen. Auch der Demodulator kann in einer Plasmaleistungsversorgung angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform kann die Messsignalversorgung einen Messsignalgenerator umfassen. Auch der Messsignalgenerator kann in einer Plasmaleistungsversorgung angeordnet sein.
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Um modulierte Signale empfangen und analysieren zu können, kann die Analyseeinrichtung einen Demodulator umfassen. Auch der Demodulator kann in einer Plasmaleistungsversorgung angeordnet sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Zustandsbeobachtung einer Plasmakammer, eines in der Plasmakammer angeordneten Werkstücks und/oder des Plasmas in der Plasmakammer;
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2 beispielhaft ein Frequenzspektrum für eine Vorrichtung, bei der das Plasma mit zwei Anregungssignalen angeregt wird und ein Messsignal eingespeist wird;
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3 Die Darstellung der Veränderung des Spektrums, wenn ein Arc in der Plasmakammer auftritt.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Zustandsbeobachtung einer Plasmakammer 11, eines in der Plasmakammer 11 angeordneten Werkstückstücks 12 und/oder des Plasmas 13 in der Plasmakammer 11. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Plasmaleistungsversorgung 15, die über einen Netzanschluss 16 mit einem Spannungsversorgungsnetz verbunden ist.
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Die Plasmaleistungsversorgung 15 umfasst eine Anregungssignalversorgung 17, die über eine Leitung 18 mit einer als Elektrode ausgebildeten Anregungssignaleinspeiseeinrichtung 19 verbunden ist. Über die Anregungssignaleinspeiseeinrichtung 19 wird demnach ein Anregungssignal bei einer Anregungsgrundfrequenz in die Plasmakammer 11 zur Erzeugung eines Plasmas 13 eingespeist.
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In der Plasmaleistungsversorgung 15 ist weiterhin eine Messsignalversorgung 20 vorgesehen, die ein Messsignal bei einer Messsignalfrequenz ausgibt, wobei die Messsignalfrequenz sich deutlich von der Anregungssignalgrundfrequenz unterscheidet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel koppelt die Messsignalversorgung 20 das Messsignal an der Stelle 21 in die Leitung 18 ein, so dass das Messsignal ebenfalls über die Einspeiseeinrichtung 19 in die Plasmakammer 11 eingespeist wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anregungssignaleinspeiseeinrichtung somit ebenfalls eine Messsignaleinspeiseeinrichtung.
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Darüber hinaus können zusätzlich oder alternativ weitere Messsignalversorgungen 22, 23 vorgesehen sein, die ebenfalls Messsignale bei einer Frequenz ausgeben, die sich von der Anregungsgrundfrequenz unterscheidet. Die Messsignalversorgung 22 koppelt das Messsignal ebenfalls in die Leitung 18 ein, so dass es über die Einspeiseeinrichtung 19 in die Plasmakammer 11 eingespeist wird.
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Die Messsignalversorgung 23 verfügt über eine eigene Messsignaleinspeiseeinrichtung 24, über die das Messsignal in die Plasmakammer 11 eingespeist wird.
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Optional können die Anregungssignalversorgung 17 und/oder eine Messsignalversorgung 20, 22, 23 einen Modulator aufweisen. Beispielhaft sind daher ein Modulator 25 für die Anregungssignalversorgung 17 und ein Modulator 26 für die Messsignalversorgung 23 gezeigt. Zusätzlich zur Anregungssignalversorgung 17 sind auch noch weitere Anregungssignalversorgungen denkbar.
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In der Plasmakammer 11 kommt es zu einer Mischung der Signale unterschiedlicher Frequenz bzw. der modulierten Signale mit weiteren Anregungs- oder Messsignalen. Über die Leitung 18 können derartige Signale zurück zur Plasmaleistungsversorgung 15 übertragen werden und mittel einer Detektionseinrichtung 27 detektiert werden.
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Die Detektionseinrichtung steht mit einer Analyseeinrichtung 28 in Verbindung, in der die detektierten Signale analysiert werden können. Die Detektionseinrichtung 27 und/oder die Analyseeinrichtung 28 können einen Filter 29, 30 aufweisen, um die Detektionssignale zu filtern und die entsprechenden interessierenden Signale auszuwählen.
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Die Analyseeinrichtung 28, die im Ausführungsbeispiel einen Demodulator 32 aufweist, steht wiederum mit einer Steuereinrichtung 31 in Verbindung, durch die die Anregungssignalversorgung 17 und die Messsignalversorgungen 20, 22, 23 gesteuert werden können. Gezeigt ist im Ausführungsbeispiel lediglich eine Verbindung der Steuereinrichtung 31 mit der Messsignalversorgung 20.
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Optional kann eine Impedanzanpassung 33 vorgesehen sein, um die Impedanz der Plasmaleistungsversorgung 15 an die Impedanz des Plasmas 13 anpassen zu können.
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In der 2 ist gezeigt, dass ein Plasma zum einen durch eine Anregungssignalversorgung mit einem Anregungssignal mit einer Anregungsgrundfrequenz fMF angeregt wird. Weiterhin wird das Plasma durch eine zweite Anregungssignalversorgung mit einem Anregungssignal bei einer Anregungsgrundfrequenz fHF angeregt.
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Zusätzlich wird in die Plasmakammer ein Messsignal bei einer Messsignalfrequenz fM eingespeist. Das Messsignal weist eine deutlich geringere Leistung auf als die Anregungssignale. Deshalb ist auf der rechten Seite der Figur eine zweite Skala angegeben, die die Leistung des Messsignals angibt, während die linke größere Skala die Leistung der Anregungssignale angibt. Durch Mischung der Frequenzen fMF, fHF und fM entstehen Seitenbänder im Bereich der Anregungsgrundfrequenzen und der Messsignalfrequenz. Beispielsweise können die Anregungsgrundfrequenzen 1,67 MHz und 13,56 MHz betragen und die Messsignalfrequenz 72 MHz. Die Seitenbänder S1, S2, S3, S4 befinden sich im Abstand der Frequenz fMF und der Frequenz fHF von der Frequenz fM. Diese Seitenbänder S1 bis S4 sind weit genug von den Anregungsgrundfrequenzen fMF und fHF entfernt, um ungestört detektiert werden zu können. Die Seitenbänder können deutlich kleinere Leistungen aufweisen als die Anregungssignale. Aus der 2 wird deutlich, dass die Seitenbänder S1, S2, S3, S4 und das Signal bei fM ungestört von den Frequenzen fMF und fHF sowie deren Seitenbändern detektiert werden können. Es können somit günstige Filter mit geringer Ordnung und damit geringer Dämpfung pro Frequenzdekade eingesetzt werden.
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Die 3 zeigt eine Veränderung des Frequenzspektrums, wenn sich die Eigenschaften des Plasmas aufgrund eines Arcs verändern. Die Seitenbänder S1 bis S4 der Messsignalfrequenz fM nehmen in diesem Fall deutlich ab, während die Amplitude des Messsignals bei der Frequenz fM in diesem Fall zunimmt. So spiegelt sich jede Veränderung des nichtlinearen Plasmas durch eine charakteristische Änderung im Mischspektrum wieder. Im Bereich der Anregungssignale sind keine klaren Seitenbänder mehr zu erkennen. Änderungen in diesen Signalen sind schwer zu messen und zu detektieren. Hier liegt der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass eine Messung bei Frequenzen erfolgen kann, die sehr weit von den Anregungsgrundfrequenzen und deren Seitenbändern entfernt liegen.
