TW201730913A - 用於電漿處理的電弧偵測設備 - Google Patents

Abstract

此處所揭露之實施例大致關於一種電漿處理腔室及用於電弧事件的偵測設備。在一個實施例中，此處揭露一種電弧偵測設備。電弧偵測設備包含探針、偵測電路及資料記錄系統。探針定位為部分地暴露至電漿處理腔室的內部容積。偵測電路配置成從探針接收類比訊號且將輸出訊號輸出以放大類比訊號中呈現的事件。資料記錄系統經通訊耦合以從偵測電路接收輸出訊號。資料記錄系統配置成追蹤內部容積中發生的電弧事件。

Description

用於電漿處理的電弧偵測設備

此處所述的實施例係關於電漿處理腔室中的電弧偵測，且更具體而言，係關於電弧偵測設備及在電漿處理腔室中用於偵測電弧之方法。

由於在電漿處理腔室中兩個間隔緊密的點之間高的電壓差，所以電弧的問題在半導體處理裝置之中幾乎存在於所有電漿環境下。電弧可能造成下層材料的燒熔、基板破裂及/或處理腔室的損傷。

在基板處理期間若未能偵測電弧事件可能導致批次的無法使用或低產量的半導體基板，進而可導致潛在數以千計之收益的損失。

因此，需要用於在電漿處理腔室中改善電弧偵測之裝置及方法。

此處所述的實施例大致關於用於電弧事件的電漿處理腔室及偵測設備。在一個實施例中，此處揭露一種電弧偵測設備。電弧偵測設備包含探針、偵測電路及資料記錄系統。探針部分地暴露至電漿處理腔室的內部容積。偵測電路配置成從探針接收類比訊號且將輸出訊號輸出，以放大類比訊號中呈現的事件。資料記錄系統經通訊耦合，以從偵測電路接收輸出訊號。資料記錄系統配置成追蹤內部容積中發生的電弧事件。

在另一實施例中，此處揭露一種電漿處理腔室。電漿處理腔室包含腔室主體、底座組件、噴淋頭及電弧偵測設備。腔室主體界定內部容積。底座組件佈置於內部容積中。底座組件配置成支撐基板。噴淋頭佈置於內部容積中而在底座組件上方。噴淋頭配置成在內部容積中產生電漿。電弧偵測設備包含探針、偵測電路及資料記錄系統。探針部分地暴露至電漿處理腔室的內部容積。偵測電路配置成從探針接收類比訊號，且將輸出訊號輸出以放大類比訊號中呈現的事件。資料記錄系統經通訊耦合，以從偵測電路接收輸出訊號。資料記錄系統配置成追蹤內部容積中發生的電弧事件。

在另一實施例中，此處揭露在電漿處理腔室中用於偵測電弧事件之方法。此方法包括以下步驟：從探針傳送訊號至偵測電路，該探針定位為部分地在處理腔室的內部容積中；決定在內部容積中是否發生電弧事件；回應於決定已發生電弧事件，標記電弧事件；及輸出放大的訊號至資料記錄系統。

第1圖根據一個實施例，圖示接入電弧偵測設備101的電漿處理腔室100。電漿處理腔室100包括腔室主體102。腔室主體102界定內部容積104。底座組件106佈置於內部容積104中。底座組件106配置成在處理期間支撐基板108。腔室100進一步包括佈置於底座組件106上方的一或更多氣體注入通口或噴淋頭110，用於噴灑藉由氣體供應器114所提供的處理氣體至內部容積104中。噴淋頭110可作用為用於激發處理氣體的電極，而以能量源118形成電漿112。用於激發處理氣體的電極或線圈可以交替的位置佈置。能量源118可為射頻（RF）源。匹配電路116可提供於能量源118及電極之間用於阻抗匹配。真空幫浦126亦可耦合至腔室主體102，以將處理容積維持於所欲的壓力。

電弧偵測設備101包括探針120、資料記錄系統124及偵測電路122。探針120部分地延伸至內部容積104中。探針120配置成藉由在內部容積104中感測波動及不穩定性，而在電漿處理腔室100內側偵測電弧事件。探針120與資料記錄系統124通訊。資料記錄系統124保持對電漿處理期間發生的電弧事件之次數進行追蹤。當電漿電位下降時發生電弧事件。某些電弧事件可具有長達大於100微秒的時間（duration）。其他電弧事件可具有小於100微秒的時間。資料記錄系統124無法感測那些當發生在小於100微秒之範圍的時間之電弧事件。

為了治愈此問題，使用偵測電路122作為介於資料探針120及資料記錄系統124之間的訊號放大系統。偵測電路122將探針120所提供的類比訊號之訊號位準放大至用於資料記錄系統124的特定範圍中。偵測電路122亦可過濾來自探針120的類比訊號，以移除錯誤的電位下降。偵測電路122能夠將較快速的電弧事件與較慢的電弧事件分離開。舉例而言，偵測電路122可包括能夠區別大於或小於100微秒之間的電弧事件之處理器。偵測電路122標記快速的電弧事件（小於100微秒），將代表電位中下降的類比訊號之一部分放大以具有較長的時間，此較長的時間能夠藉由資料記錄系統讀取，且將放大的類比訊號轉換成數位訊號，使得資料記錄系統124能夠記錄電弧事件的發生。此舉允許即時地偵測且分析較短的電弧事件，而可用以標記且停止處理，以避免電弧對電漿處理腔室100的損傷。

腔室100進一步包括控制器125。控制器125可配置成控制處理腔室100的操作。舉例而言，控制器125可與資料記錄系統124通訊，使得當偵測到電弧事件時，資料記錄系統124可將關於事件的發生及/或其他資訊通訊至控制器125，且控制器125可決定處理是否必須暫停。控制器125包括可程式中央處理單元（CPU）128、輸入控制單元及顯示單元，該CPU可與記憶體130及大容量儲存裝置一起操作。支援電路132耦合至CPU用於以傳統的方式支援處理器。

第2圖圖示偵測電路122的一個實施例。偵測電路122顯示為具有輸入202及輸出204的電路200。輸入202將藉由探針120所提供的資訊接收至電路200，該資訊例如表示電漿之狀態的類比訊號。電路200將相對於電弧事件之類比訊號的部分（例如電位中的下降）放大至具有較長的時間，以形成由資料記錄系統124可讀取的形式。資料記錄系統124可讀取的形式可為具有電弧事件之類比輸出訊號，該電弧事件由具有大於100微秒之時間的訊號部分表現。

在一個範例中，電路200將代表電弧事件之類比訊號中的短時間突波轉換成例如步階或其他指示符的數位訊號，該數位訊號具有例如大於100微秒的較長的時間。電路200亦可將來自探針的類比訊號轉換成數位訊號，該數位訊號透過輸出204提供至資料記錄系統124。在一個實施例中，電路200將具有電位下降且小於100微米之時間的類比訊號之部分改變成數位訊號，其中在類比訊號上代表電位下降之部分具有大於100微秒的時間。因此，偵測電路122的輸出訊號為數位化且放大的訊號，而透過電路200的輸出204傳送至資料記錄系統124。

可選地，電路200亦可包括過濾器電路（未顯示）。過濾器電路可配置成移除藉由探針120所提供而低於預定臨界值之類比訊號之部分。舉例而言，過濾器電路可配置成移除藉由探針120所提供而低於預定臨界值之振幅的類比訊號之部分，此部分可為可忽略的電弧或並非代表電弧事件。或者，過濾器電路的過濾功能可在控制器125、偵測電路122、資料記錄系統124之一者的處理器中或其他處理器中實行。

第4圖圖示偵測電路122的另一實施例，更詳細地圖示電路200。輸入202饋送至電路200（以虛線顯示）的操作性放大器406之非反相輸入。操作性放大器406的輸出於節點490處相匯。節點490分岔以回饋至操作性放大器406的反相輸入及另一節點401。節點401分岔至電阻R_a 及電阻R_b 。電阻R_a 於節點403處連接至電阻R_c 。電阻R_a 饋送至操作性放大器408的非反相輸入。電阻R_b 於節點405處連接至電阻R_d 及可變電阻R_e 。可變電阻R_e 於節點407處透過反相輸入及電容C_a 連接至操作性放大器408。操作性放大器408的輸出連接至電阻R_f 。電阻R_f 連接至p-n-p電晶體410。電晶體410的集極端子於節點409處連接至電阻R_g 及單穩態多諧振盪器421。在一個範例中，單穩態多諧振盪器421為從德州儀器公司商業上可取得之單穩態多諧振盪器74HC123E。單穩態多諧振盪器421連接至輸出204。

第3圖根據一個實施例，圖示在電漿處理腔室中用於偵測電弧事件的方法300。方法於操作302處開始。

於操作302處，部分定位於處理腔室之內部容積中的探針發送訊號至偵測電路。從探針發送的訊號為類比訊號。類比訊號代表處理腔室之內部容積中所產生的電漿之狀態。

於操作304處，偵測電路決定在內部容積中是否發生電弧事件。當電漿電位下降時發生電弧事件。因此，偵測電路在藉由探針所提供的類比訊號中搜尋下降。在一個實施例中，偵測電路包括處理器以決定在電漿電位中是否存在相對應於電弧事件的下降。在另一實施例中，處理器可被包括在控制器中。仍在另一實施例中，處理器可為與偵測電路通訊的遠端處理器。

於操作306處，回應於已發生電弧事件之決定，偵測電路標記電弧事件。偵測電路藉由將類比訊號中的電位之下降放大成透過資料模擬系統可讀取的時間來標記電弧事件。舉例而言，偵測電路將電漿電位之下降的時間延長至大於100微秒。此舉建立放大的類比訊號。偵測電路將放大的類比訊號轉換成由資料模擬系統可讀取的數位訊號。因此，偵測電路藉由擷取資料模擬系統無法讀取的類比訊號，且將其放大成可讀取的數位訊號，而作用為介於探針及資料模擬系統之間的橋樑。此舉允許處理腔室的使用者在多重較小電弧事件結合成更大電弧損傷之前，偵測小電弧事件的發生。

於操作308處，偵測訊號將數位訊號輸出至資料記錄系統。當已發生電弧事件時，資料記錄系統通知處理腔室的使用者。此舉允許使用者停止處理且注意電弧損傷。

儘管以上導向特定實施例，可發展其他及進一步實施例而不悖離本揭露案之基本範疇，且本揭露案之範疇係藉由以下的申請專利範圍來決定。

100‧‧‧腔室
101‧‧‧電弧偵測設備
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧內部容積
106‧‧‧底座組件
108‧‧‧基板
110‧‧‧噴淋頭
112‧‧‧電漿
114‧‧‧氣體供應器
116‧‧‧匹配電路
118‧‧‧能量源
120‧‧‧資料探針
122‧‧‧偵測電路
124‧‧‧資料記錄系統
125‧‧‧控制器
126‧‧‧真空幫浦
130‧‧‧記憶體
132‧‧‧支援電路
200‧‧‧電路
202‧‧‧輸入
204‧‧‧輸出
300‧‧‧方法
302-308‧‧‧操作
401‧‧‧節點
403‧‧‧節點
405‧‧‧節點
406‧‧‧操作性放大器
407‧‧‧節點
408‧‧‧操作性放大器
409‧‧‧節點
410‧‧‧p-n-p電晶體
421‧‧‧單穩態多諧振盪器
490‧‧‧節點

承如本揭露案以上所載特徵可詳盡地瞭解，如上概要說明之本揭露案的更特定內容可藉由參考實施例而理解，其中某些圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示此揭露案之通常實施例，且因此不應考量限制其範疇，因為本揭露案可認可其他均等效果的實施例。

第1圖根據一個實施例，圖示具有探針的電漿處理腔室。

第2圖根據一個實施例，圖示與第1圖中的探針一起使用之偵測電路的電路設計。

第3圖根據一個實施例，圖示第1圖之探針的使用方法，以偵測電漿處理腔室中的電弧事件。

第4圖圖示偵測電路的另一實施例，更詳細地圖示第2圖之電路。

為了清楚起見，盡可能地使用相同的元件符號代表共通圖式之間的相同元件。因此，一個實施例之元件可有益地適用於此處所述的其他實施例中。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

(請換頁單獨記載) 無

100‧‧‧腔室

101‧‧‧電弧偵測設備

102‧‧‧腔室主體

104‧‧‧內部容積

106‧‧‧底座組件

108‧‧‧基板

110‧‧‧噴淋頭

112‧‧‧電漿

114‧‧‧氣體供應器

116‧‧‧匹配電路

118‧‧‧能量源

120‧‧‧資料探針

122‧‧‧偵測電路

124‧‧‧資料記錄系統

125‧‧‧控制器

126‧‧‧真空幫浦

130‧‧‧記憶體

132‧‧‧支援電路

Claims (20)

1. 一種電弧偵測設備，包含： 一探針，該探針定位為部分地暴露至一電漿處理腔室的一內部容積；一偵測電路，該偵測電路配置成從該探針接收一類比訊號，且將一輸出訊號輸出以放大該類比訊號中呈現的事件；及一資料記錄系統，該資料記錄系統經通訊耦合，以從該偵測電路接收該輸出訊號，該資料記錄系統配置成追蹤該內部容積中發生的電弧事件。
2. 如請求項1所述之電弧偵測設備，其中該偵測電路可操作以將來自該探針的該類比訊號轉換成一數位訊號。
3. 如請求項1所述之電弧偵測設備，其中該偵測電路包含： 一電路，該電路配置成從該探針接收一輸入，且產生待傳送至該資料記錄系統的一輸出。
4. 如請求項1所述之電弧偵測設備，其中該偵測電路偵測小於100微秒之事件的訊號，且輸出大於100微秒的訊號。
5. 如請求項1所述之電弧偵測設備，進一步包含： 一控制器，該控制器與該電弧偵測設備通訊，該控制器配置成在發生一電弧事件之後，立即停止該電漿處理腔室。
6. 如請求項1所述之電弧偵測設備，其中該偵測電路過濾該類比訊號。
7. 如請求項1所述之電弧偵測設備，其中該偵測電路延長在電漿電位中一下降的一時間。
8. 一種電漿處理腔室，包含： 一腔室主體，該腔室主體界定一內部容積；一底座組件，佈置於該內部容積中，該底座組件配置成支撐一基板；一噴淋頭，佈置於該內部容積中而在該底座組件上方，該噴淋頭配置成在該內部容積中產生一電漿；及一電弧偵測設備，包含：一探針，該探針部分地暴露至一電漿處理腔室的一內部容積；一偵測電路，該偵測電路配置成從該探針接收一類比訊號，且將一輸出訊號輸出以放大該類比訊號中呈現的事件；及一資料記錄系統，該資料記錄系統經通訊耦合，以從該偵測電路接收該輸出訊號，該資料記錄系統配置成追蹤該內部容積中發生的電弧事件。
9. 如請求項8所述之電漿處理腔室，其中該偵測電路可操作以將來自該探針的該類比訊號轉換成一數位訊號。
10. 如請求項8所述之電漿處理腔室，其中該偵測電路包含： 一電路，該電路配置成從該探針接收一輸入，且產生待傳送至該資料記錄系統的一輸出。
11. 如請求項8所述之電漿處理腔室，其中該偵測電路偵測具有小於100µs之一時間的電弧事件。
12. 如請求項8所述之電漿處理腔室，其中該電弧偵測設備進一步包含： 一控制器，該控制器與該電弧偵測設備通訊，該控制器配置成在發生一電弧事件之後，立即停止該電漿處理腔室。
13. 如請求項8所述之電漿處理腔室，其中該偵測電路過濾該類比訊號。
14. 如請求項8所述之電漿處理腔室，其中該偵測電路延長在電漿電位中一下降的一時間。
15. 一種用於在一電漿處理腔室中偵測一電弧事件之方法，包含以下步驟： 從一探針傳送一類比訊號至一偵測電路，該探針定位為部分地在該處理腔室的一內部容積中；決定在該內部容積中是否發生一電弧事件；回應於決定已發生一電弧事件，標記該電弧事件；及輸出一數位訊號至一資料記錄系統。
16. 如請求項15所述之方法，其中決定在該內部容積中是否發生一電弧事件之步驟包含以下步驟： 偵測電漿電位的一下降。
17. 如請求項15所述之方法，其中標記該電弧事件之步驟包含以下步驟： 將電漿電位中具有一下降的該類比訊號之一部分放大至一時間，以形成一放大的類比訊號，該時間可藉由該資料記錄系統讀取；及將該放大的類比訊號轉換成一數位訊號。
18. 如請求項15所述之方法，其中該偵測電路過濾由該探針傳送的該類比訊號。
19. 如請求項15所述之方法，其中該偵測電路標記具有小於100µs之一時間的電弧事件。
20. 如請求項15所述之方法，其中該偵測電路包含： 一電路設計，該電路設計配置成從該探針接收該類比訊號，且產生待傳送至該資料記錄系統的該數位訊號。