TWI460439B - 用來辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法及裝置、及其電腦可讀儲存媒體 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用來偵測電漿處理腔室中之解除吸附的電容耦合靜電探針裝置，以及一種用來偵測電漿處理腔室中之解除吸附的方法。
在處理電漿處理腔室中之基板的期間，一般係將基板夾鉗至溫控夾盤。通常利用靜電夾持來進行夾鉗，其係涉及在基板上產生靜電電荷以使基板吸附至靜電夾盤。由於適當的夾鉗容許適當地控制基板之背側的氦氣冷卻，所以夾鉗為控制基板溫度之重要部份。
在處理步驟之後，需要將基板解除吸附。解除吸附涉及從基板去除靜電電荷，以去除基板與靜電夾盤之間的吸引力。在大部分的情形中，從基板去除靜電電荷係藉由執行使用為了從基板去除靜電電荷而特別調配之電漿的解除吸附電漿步驟來完成。此電漿供應電流以中和基板上之靜電電荷。在去除靜電電荷之後，可使用設於靜電夾盤之本體中的升降銷來向上抬升基板，以從靜電夾盤的表面分離基板，由此容許機械臂從電漿處理腔室移除基板。
恰當的解除吸附對於達到高處理良率及系統產能而言不可或缺。若不將靜電電荷充分地從基板移除，則在升降銷試圖抬高基板，而基板仍然被夾持在靜電夾盤時，晶圓有破損的可能性。當發生此情形時，基板可能破裂且/或以其他方式毀損，而且需要一實質數量的時間及人力來從腔室清理基板的碎片。當開啟腔室以進行清潔時，整個電漿處理系統被取下生產線。因此，不恰當的解除吸附所致的基板破損對於IC製造者而言為昂貴的事件，且若容許其發生則大幅增加持有工具的成本。
由於有關不恰當的解除吸附之嚴重結果，通常執行習知技術中之解除吸附電漿步驟一段特定持續時間，而該持續時間可利用最佳解決方案(best known method，或BKM)之規格來決定。電漿解除吸附步驟的持續期間通常非常保守(亦即，持續長時間)，以確保從基板完全去除靜電電荷。在典型的情形中，不論靜電夾持電荷是否已在僅數秒後被去除，解除吸附之電漿在整個持續期間維持流動。在解除吸附期結束之後，即使並未充分地去除靜電電荷，仍假設可將基板抬升。因此，在習知技術中，解除吸附之電漿的持續期間傾向於相當保守。
若在電漿解除吸附持續期間之極早期發生充分地去除靜電電荷，電漿解除吸附持續期間之餘下部份實質上代表了從已去除足夠之靜電電荷起所浪費的時間，且在電漿解除吸附持續期間之餘下部份的期間，在晶圓上及電漿處理腔室內側並未發生有效的處理。所浪費的時間減少了電漿處理系統之整體產能，而導致電漿工具(作為所製造的裝置之單元的功能)之更高持有成本。再者，在所浪費之持續時間期間，腔室中出現解除吸附之電漿促使腔室構件過早衰退(藉此需要更頻繁的清潔及維護週期)，並/或在就改善及/或增加基板產量方面不具相對應益處之情況下產生了不必要之基板蝕刻。
另一方面，若在解除吸附持續期間結束後不從基板充分地去除靜電電荷，則開始移除基板之步驟常導致基板破損。
有鑑於上述之情形，需要經改善的技術用以偵測是否成功地解除吸附，以及用以使進行解除吸附之步驟所需的持續時間最小化。
在一實施例中，本發明係關於提供一種辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法。該方法包含在處理腔室內執行解除吸附步驟，以由下電極移除基板，其中解除吸附步驟包含產生電漿，該電漿能提供電流以中和基板上之靜電電荷。該方法亦包含在解除吸附步驟期間，使用探針頭來收集特性參數測量數據組。該探針頭係位於處理腔室之表面上，其中該表面極接近一基板表面。該方法進一步包含將特性參數測量數據組與預定範圍作比較。若特性參數測量數據組位於預定範圍內，便由基板去除靜電電荷，並偵測解除吸附情形之信號擾動特性。
以上之發明內容係僅關於揭露於此的許多本發明之實施例其中一者，且不試圖限制陳述於此處之請求項的本發明之範圍。以下將伴隨以下的圖式更詳細地說明本發明之這些及其他特徵。
本發明將參照顯示於隨附圖式中之若干實施例來詳細說明。在以下的說明中，敘述了若干具體細節，以提供對本發明之透徹瞭解。然而，對於熟悉本項技藝者將顯而易見的，本發明可在不具有這些具體細節的一些或全部之情況下加以實施。在其他的情況中，並未詳細說明熟知的處理步驟及/或構造，以不非必要地混淆本發明。
本發明之實施例係有關於利用電容耦合(capacitively-coupled electrostatic,CCE)靜電探針來偵測解除吸附步驟的成功完成。長久以來已利用CCE探針來測量電漿處理參數。CCE探針為該技術領域所熟知，且其細節可由包含例如美國專利第5936413號的公開可用之文獻獲得，該專利之發明名稱為「Method And Device For Measuring An Ion Flow In A Plasma」(1999年8月10日)，並以參考資料的方式結合於此。CCE探針提供了許多優點，包含例如改良的偵測靈敏度、感測器之小尺寸所致的對於電漿之最小擾動、腔室壁上之安裝簡易度、對於感測器頭上之聚合沉積物的不靈敏度。再者，面向電漿之感測器表面通常可由與周圍腔室壁之材料相同的材料所製成，藉此進一步使對電漿之擾動最小化。這些優點使得CCE探針在感測處理參數方面相當合適。
一般而言，CCE探針裝置涉及連接至測量電容之一端子的面向電漿之感測器。在此圖1顯示CCE探針之裝置實例。在圖1中，面向電漿之感測器102(設於腔室130之側壁內)係耦接至測量電容104之一平板104a。測量電容104之另一平板104b係耦接至RF電壓源106。RF電壓源106週期性地供應RF振盪串，且橫跨測量電容進行測量以決定RF振盪串之間的電容電流放電速率。電流測量裝置120係以串列方式設置於測量電容104與RF電壓源106之間，以偵測電容電流放電速率。或者或此外，電壓測量裝置122係耦接在平板104a與接地電位之間，以測量探針頭之電位。關於CCE探針之裝置及CCE探針之操作的細節係在前述的美國專利第5936413號中加以討論，且在此將不進一步討論。
如所述，將導電性材料所製成的探針頭裝置在腔室的表面中。將短RF串應用在探針上，使得電容(Cm)充電且探針表面獲得負電位(相對於接地電位為負數十伏特)。在RF脈波結束之後，探針之電位在Cm放電時減回浮動電位。電位變動的速率係藉由電漿特性來決定。在此放電期間，利用電壓測量裝置122來測量探針之電位Vf，且利用電流測量裝置120來測量流至探針並通過電容的電流。將曲線V(t)及I(t)用來構成然後由信號處理器分析的電流-電壓特性VI。將模型函數套用在這些資料點上，以產生浮動電位Vf之估計值、離子飽和電流Isat及電子溫度Te。進一步的細節可在包含在此處之「討論」中之發明名稱為「Methods for Automatically Characterizing a Plasma」的共同申請案尋得，該共同申請案係在2008年6月26日於美國專利局申請(專利申請案第61/075948號)及在2009年6月2日於美國專利局申請(專利申請案第12/477007號)。
在此由發明人將以下之情況加以理論化：由基板去除靜電電荷容許基板「脫離」ESC夾盤之上表面。由於RF電力係經由ESC夾盤及基板耦接至電漿，所以從ESC夾盤分離基板改變了RF至電漿的電容耦合。此改變轉而導致可由CCE探針所偵測之電漿離子流中(及/或電子溫度中及/或浮動電位中)的改變。
依據本發明之一或更多實施例，提出了創新的技術來幫助偵測解除吸附步驟的成功完成。在此發明人瞭解藉由監測離子流，可使用適當地信號處理軟體及/或硬體來偵測解除吸附之信號擾動特性。或者或此外，可監測電子溫度。藉由監測電子溫度，可使用適當地信號處理軟體及/或硬體來偵測解除吸附之信號擾動特性。或者或此外，可監測探針頭的浮動電位。藉由監測浮動電位，
可使用適當地信號處理軟體及/或硬體來偵測解除吸附之信號擾動特性。在實施例中，信號處理軟體可實施成電腦可讀儲存媒體，其儲存對應至本發明之處理及方法的編碼。
依據本發明之實施例，圖2顯示離子電流(單位時間單位面積之離子流)對時間的曲線圖。在圖2中，離子電流信號顯示指向解除吸附之獨特的信號擾動202或「特徵」(signature)。藉由在預期解除吸附(每一處理配方)之時間範圍中集中偵測，以及藉由使用高靈敏度且抗聚合沉積物的偵測技術(如在此討論之以CCE探針為基礎的技術)，可輕易偵測若非全部則為大部份之解除吸附的狀況。
依據本發明之實施例，圖3顯示探針之浮動電壓對時間的曲線圖。在圖3中，浮動電壓信號亦顯示指向解除吸附之獨特的信號擾動302或「特徵」。藉由在預期解除吸附(每一處理配方)之時間範圍中集中偵測，以及藉由使用高靈敏度且抗聚合沉積物的偵測技術(如在此討論之以CCE探針為基礎的技術)，可輕易偵測解除吸附的狀況。
在一或更多實施例中，當偵測到解除吸附之信號擾動特性時，可立即停止解除吸附之電漿處理，或可容許繼續若干短時間以確保充分移除靜電電荷。無論如何，電漿解除吸附步驟的終止現係基於所偵測到的狀況(亦即真實的解除吸附)，而非基於任意且預先定義之持續時間的屆滿。
在本發明之一或更多實施例中，可針對成功解除吸附一組試驗或試樣基板，憑藉經驗而達到特性參數之測量(如離子流之測量、電子溫度之測量及/或浮動電位之測量)。一旦確定這些特性參數時，可將其用來與來自將來的解除吸附電漿處理之參數讀數作比較，來判定是否已成功地完成解除吸附。
在本發明之一或更多實施例中，可監測離子流信號及/或電子溫度信號及/或浮動電壓信號，來確定電漿解除吸附步驟之有效性。例如，若耗費過長的時間由基板去除靜電電荷，並在受監測的信號中產生前述之解除吸附特徵，則可調整解除吸附電漿處理參數以改善解除吸附之效率。例如，可基於所測量的CCE探針資
料來調整吸附及解除吸附期間施加在基板上的電位。
相對於習知技術之解除吸附偵測技術(如測量背側氦氣冷卻流速)，發明的基於CCE探針之解除吸附偵測技術具有高度靈敏度。此因本發明之實施例使用直接測量到接近處理中基板的反應器壁之離子流的探針。於是，由探針所測量的離子流與到達基板表面的通量關係非常密切，使得此測量成為固有的絕對測量。
此外，由於CCE探針頭傾向小型、埋入電漿處理腔室周圍的面向電漿之結構、且可具有由與腔室之面向電漿的構件之材料相同的材料所形成之面向電漿的探針表面，故對電漿有最小的擾動。再者，由於電流係經由任何可能形成在探針頭之面向電漿的表面上之沉積物電容耦接，所以發明的基於CCE探針之解除吸附偵測技術對於面向電漿之探針頭上之聚合沉積物不敏感。
儘管已利用若干實施例來說明本發明，仍有落入本發明之範圍的變化例、置換物、及相當物。亦應注意有許多實施本發明之方法及設備的替代方式。儘管在此提供了各種實例，仍意圖使這些實例為展示性且不對本發明加以限制。
而且，在此為了方便而提供發明名稱及發明內容，且不應將其用於解釋成此處之專利請求項的範圍。更進一步地，摘要係以極簡短的形式撰寫，並為了方便而在此提供，且於是不應將其用於解釋或限制在申請專利範圍中表達的本發明。若在此使用詞彙「集合」，該詞彙係意圖具有其一般瞭解之數學含意以涵蓋零、一、或大於一組成部分。而且，意圖將以下所附之申請專利範圍解釋成包含落入本發明之真正精神及範圍內的所有變化例、置換物、及相當物。
「討論」部份亦在發明名稱為「Methods for Automatically Characterizing a Plasma」的共同申請案尋得，該共同申請案係在2008年6月26日於美國專利局申請(專利申請案第61/075948號)及在2009年6月2日於美國專利局申請(專利申請案第12/477007號)，並以參考文獻的方式結合於此。
自動將電漿特性化之方法的討論
在電漿處理方面的進步已對半導體產業的成長提供幫助。為了供應典型之電子產品用晶片，可處理數百或數千基板(如半導體晶圓)。為了使製造企業具有競爭力，製造企業需要能以最小處理時間將基板加工成半導體裝置。
典型地，在電漿處理期間，可能產生可導致基板受到負面影響的問題。可改變受處理之基板的品質之一重要因素為電漿本身。為了具有足夠的資料以分析電漿，可利用感測器來收集有關各基板之處理資料。可分析所蒐集之資料以判定問題的起因。
為了幫助討論，圖4顯示電漿系統A-100之一部份中之資料收集探針的簡易示意圖。電漿系統A-100可包含電容耦接至反應器腔室A-104以產生電漿A-106的射頻(RF)源A-102(如RF脈波頻率產生器)。當開啟RF源A-102時，產生橫過可約為26.2毫微法拉(nanofarads,nF)之外部電容A-108的偏壓。在一實例中，RF源A-102每數毫秒(如約5毫秒)可提供一小電力突波(如11.5兆赫)使外部電容A-108充電。當關閉RF源A-102時，偏壓以一極性停留在外部電容A-108上，使得探針A-110產生偏壓以收集離子。當偏壓衰減時，可描繪出如圖5A、5B及6所示之曲線。
熟悉本技藝者察覺探針A-110通常為具有導電性平面之電探針，該導電性平面可倚靠反應器腔室A-104之側壁置放。於是探針A-110直接地暴露至反應器腔室A-104的環境中。可分析由探針A-110所收集之電流及電壓資料。由於某些配方可能導致非導電性沉積層A-116沉積於探針A-110上，故並非所有探針皆可收集可靠的測量結果。然而，熟悉本技藝者察覺，由於PIF(planar ion flux，平面離子流)探針方案不需引出直流(DC)來實施測量，所以PIF探針能不管非導電性沉積層而收集資料。
電漿系統A-100中之電流及電壓信號係利用其他感測器加以測量。在實例中，當關閉RF源A-102時，使用電流感測器A-112及高阻抗電壓感測器A-114來分別測量電流及電壓。然後可標繪由電流感測器A-112及電壓感測器A-114所收集之測量資料以產生電流圖及電壓圖。資料可以手動繪製，或者可將資料輸入軟體
程式中以產生圖表。
圖5A顯示RF充電循環後的電壓對時間之圖表。在資料點B1-202，RF源A-102已在提供RF充電(亦即RF突波)之後關閉。在本實例中，在資料點B1-202，橫過探針A-110之電壓約為-57伏特。當電漿系統A-100回歸至休止狀態(資料點B1-204與B1-206之間的間隔)時，電壓通常達到浮動電壓位勢。在本實例中，浮動電壓位勢從約-57伏特上升至約0伏特。然而，浮動電壓位勢並不必須為0，且可為負或正偏壓電位。
相同地，圖5B顯示RF充電後所收集的電流資料圖。在資料點B2-252，RF源A-102已在提供RF充電之後關閉。在衰退期B2-254期間，可使外部電容A-108之回歸電流放電。在一實例中，於滿量充電(資料點B2-252)時，電流約為0.86mA/cm2
。然而，當電流完全放電時(資料點B2-256)，電流回歸至0。基於該圖，放電花費約75毫秒。由資料點B2-256至資料點B2-258，電容持續放電。
由於電流資料及電壓資料係經過一段時間的收集，所以可藉由調整時間來消除時間變數，以產生電流對電壓之圖表。換言之，所收集之電流資料可針對所收集之電壓資料作配對。圖6顯示RF突波之間的單一時距之電流對電壓之簡單圖表。在資料點C-302，RF源A-102已於提供RF充電後關閉。
藉由在各RF突波期間將非線性擬合應用在所收集之資料，可將電漿A-106特性化。換言之，可決定可將電漿A-106特性化的參數(例如離子飽和、離子飽和斜率、電子溫度、浮動電壓位勢、及其類似者)。儘管可利用所收集之資料將電漿A-106特性化，計算參數的程序仍為需要人力介入的冗長手動程序。在一實例中，當已在各RF突波之後收集資料時(亦即，當已提供RF充電且然後關閉時)，可將資料輸入軟體分析程式中。軟體分析程式可進行非線性擬合，以決定可將電漿特性化的參數。藉由將電漿特性化，工程師可決定如何調整配方，以使低於標準之基板處理最小化。
可惜地，習知技術的分析各RF突波之資料的方法可能需要數
秒或多達數分鐘來完成。由於典型地有非以百萬則以千計的RF突波待分析，使一配方之電漿特性化的總時間可能需要數小時來計算。因此，習知技術之方法並非適時提供用於製程控制之目的之相關資料的有效方法。
現將參照隨附圖式中所顯示之若干實施例來詳述本發明。在以下的說明中，提出許多具體細節以提供對於本發明之透徹瞭解。然而，對於熟悉本項技藝者將顯而易見的，本發明可在不具有這些具體細節的一些或全部之情況下加以實施。在其他的情況中，並未詳細說明熟知的處理步驟及/或構造，以不非必要地混淆本發明。
以下在此說明包含方法及技術之各種實施例。應記得本發明可亦涵蓋包含電腦可讀式媒體的製成物，在該電腦可讀式媒體上儲存了進行發明性技術之實施例的電腦可讀式指令。電腦可讀式媒體可包含例如半導體、磁性物、光磁性物、或其他形式之用以儲存電可讀碼的電腦可讀式媒體。更進一步地，本發明亦可涵蓋實施本發明之實施例的設備。該設備可包含專用及/或可程式電路，以進行關於本發明之實施例的任務。該設備之實例包含一般用途之電腦及/或適當地設計程式而專用的計算裝置，且可包含針對各種關於本發明之實施例的任務而更改的電腦/計算裝置與專用/可程式電路之組合。
如前述，可使用PIF探針法來收集有關可置於反應器腔室環境內之電漿的資料。由感測器(例如PIF探針)所收集的資料可用以使反應器腔室中的電漿特性化。此外，由於感測器使用如圖4所示之收集表面，故亦可決定有關腔室表面的資料。在習知技術中，由PSD探針所收集的資料提供了現成的可分析之資料來源。可惜地，大量可加以收集的資料已使得以適時的方式分析資料成為挑戰。由於可收集數千甚至數百萬的資料點，辨識相關區間以精確地將電漿特性化的任務可能令人退縮，尤其因為資料通常以手動加以分析。因此，所收集的資料在提供適時地將電漿特性化的電漿處理系統方面已不具效用。
然而，若由可收集之數千/數百萬資料點辨識出將電漿特性化所需的相關資料點，則可顯著地減少將電漿特性化所需的時間。依據本發明之實施例，提供一種在相對短的一段時間內自動地將電漿特性化的方法。在此所述的本發明之實施例提供了辨識相關性範圍，以減少可能需要分析以將電漿特性化的資料點之演算法。如在此所討論，相關性範圍係指來自可在各RF突波之間收集之數千或數百萬資料點的較小資料點集。本發明之實施例進一步提供可用於計算將電漿特性化之數值的數學模型之種子值(seed value)。藉由對相關性範圍進行曲線擬合，可計算出可用以將電漿特性化的參數。
可參照以下的圖式及討論而更加瞭解本發明之特徵及優點。
圖7顯示本發明之實施例中的簡單流程圖，該流程圖顯示基板處理期間自動將電漿特性化的步驟。考量其中的情況，已在基板處理期間提供RF充電。
在第一步驟D-402中，收集了電流及電壓資料。在一實例中，在已開啟RF源之後提供RF充電(脈波)。在已關閉RF源之後，可在裝置在反應器腔室的腔室壁的探針(如平面離子流探針)處使用電流感測器及電壓感測器來收集資料。如前述，可由感測器收集之資料點的數目可位於數千或數百萬的範圍內。在一些情況中，可在各RF突波之間收集數千至數萬資料點使得在習知技術中幾乎不可能進行接近即時分析。
在習知技術中，可分配數小時用於分析在半導體基板處理期間所收集的測量資料。在本發明之一態樣中，發明人在此察覺不需要分析各RF突波之間的測量資料來將電漿特性化。相反地，若將曲線擬合應用於資料集的相關性範圍，則可決定可用以將電漿特性化的參數。
在下一步驟D-404中，決定相關性範圍。如前述，相關性範圍係指已在各RF突波之間收集的資料集之子集。在習知技術中，由於資料係以手動分析，所以所收集之大量資料使得計算相關性範圍成為具有挑戰性的任務。在許多情況中，可利用視覺來估計
相關性範圍。在辨識相關性範圍方面，可由資料集之子集實質上消除可能存在的噪音。在一實例中，在複雜之基板處理期間，在探針上可能發生聚合物增生，而導致所收集之資料的一部分受到曲解。例如，資料可能受到影響的部份傾向為一旦電容已完全放電時可收集之資料。在辨識相關性範圍方面，可由分析中去除與聚合物增長相關的資料。換言之，決定相關性範圍可使電漿特性化在不遭受隨機噪音的情況下發生。有關例如如何決定相關性範圍的討論係於稍後的圖8之討論中提供。
在下一步驟D-406中，除了辨識相關性範圍之外，亦可決定種子值。如在此所討論，種子值係指斜率、電子溫度、離子飽和值、浮動電壓位勢、及其類似者等之估計值。有關例如如何估計種子值的討論係於圖8之討論中提供。
利用相關性範圍及種子值來進行曲線擬合。由於曲線擬合必須在下一RF突波前進行，所以用以決定相關性範圍及/或種子值的方法必須利用最小執行時間，並產生接近最終擬合值之數值，藉此減少達到快速的收斂可能需要之曲線擬合的迭代數目。
利用相關性範圍及種子值，可在下一步驟D-408進行非線性擬合(例如曲線擬合)，藉此將電漿在一段更短的時間內特性化，而不需要昂貴之高級電腦。不若習知技術，該方法容許造成單一RF突波所致之衰退期在約20毫秒內特性化，而非需要數分鐘或甚至數小時來處理。利用接近即時分析的能力，可將該方法用作自動控制系統的一部分，已在電漿處理期間提供工程師相關的資料。
圖8顯示本發明之實施例中用以決定相關性範圍及種子值的簡單演算法。將相關於圖9A、9B、9C、及9D來討論圖8。
在第一步驟E-502中，自動地繪製在各RF突波期間所收集的資料。在一實例中，如圖9A所示，將可由電流感測器收集的電流資料繪成電流對時間圖F1-600。在另一實例中，如圖9B所示，可將所收集的電壓資料繪成電壓對時間圖F2-650。儘管資料可產生類似習知技術的圖表，但不若習知技術，所收集的資料不需人工介入而被自動地輸入分析程式中。或者，不需要繪製所收集之測
量資料。相反地，圖表被提供作為說明演算法的視覺實例。
不若習知技術，不對整體資料集作分析以將電漿特性化，反而決定相關性範圍。為了決定相關性範圍，首先可在下一步驟E-504決定百分比衰退點。如此處所討論，百分比衰退點係指原始數值已衰退至原始數值之一定百分比的資料點。在一實施例中，百分比衰退點可代表待分析之資料區間的末端。在一實例中，當關閉RF源時，電流值約為0.86mA/cm2
。該數值係由圖9A的圖表F1-600之資料點F1-602代表。若將百分比衰退點設定成原始數值之10%，則百分比衰退點位於約為0.086mA/cm2
之資料點F1-604。換言之，可藉由將預定的百分比應用至原始數值來決定百分比衰退點，該原始數值係關閉RF源且系統回歸至平衡狀態時之電荷值。在一實施例中，百分比係憑藉經驗而加以決定。在一實施例中，可計算針對各RF突波所收集之資料的第一導數之峰值，來代替利用百分比衰退點決定資料區間的末端。
在下一步驟E-506，演算法可決定離子飽和區間，該離子飽和區間係原始數值與第二衰退點之間的資料子集。如此處所討論，離子飽和區間係指電流-電壓(IV)曲線的區域，在該電流-電壓曲線的區域中，探針電位相對於浮動電位為足夠大的負值，使得朝向探針的電子流可忽略不計。在此區域中，朝向探針之電流伴隨逐漸增加的負電位而緩慢且線性地增加。此外，離子飽和區間為偏壓相對於浮動電位為足夠大的負值，使得探針將收集系統中所有可用離子的狀態。換言之，當偏壓上升至足夠高時，所收集的電流達到「飽和」。而且，如此處所討論，「可用離子」係指衝擊鞘層邊界之離子流，該鞘層邊界可隨著偏壓進一步增加而擴大。
換言之，離子飽和區間為圖9A之資料點F1-602與F1-606之間的區間。在一實施例中，可藉由選取原始數值(亦即F1-602)之百分比來決定第二衰退點。在一實例中，若第二衰退點約為原始數值的95%，則第二衰退點約為0.81mA/cm2
(亦即資料點F1-606)。因此，離子飽和區間係由原始數值(資料點F1-602)至第二衰退點(資料點F1-606)。注意第二資料點係介於原始數值(資料點F1-602)
與百分比衰退點(資料點F1-604)之間。在一實施例中，與百分比衰退點相似，第二衰退點亦可以預定之臨界值為基礎。在一實施例中，百分比係憑藉經驗而決定。
一旦已決定離子飽和區間，則在下一步驟E-508中，可估計斜率(s)及離子飽和度(i0
)。如前述，斜率(s)及離子飽和度(i0
)為可應用於數學模型(以下的方程式2)以決定將電漿離子化之參數的四種子值中之二者。在一實例中，可藉由進行線性回歸來決定斜率(s)。在另一實施例中，演算法亦可藉由選取資料點F1-602與F1-606之間的資料值之平均來決定離子飽和度(i0
)。
在下一步驟E-510中，演算法可決定第一導數改變符號的反曲點。在一實施例中，可藉由辨識百分比衰退點與第二衰退點之間的電流值之第一導數的最小值來計算反曲點。為了說明，圖9C顯示電流信號F3-660之百分比衰退點(F3-664)與原始點(F3-662)之間的數值之第一導數。反曲點為具有-0.012mA/cm2
之數值及指標值226(如資料點F3-666所示)的第一導數(F3-670)之最小資料點。為了決定反曲值，便將指標值標繪至電流信號圖F3-660。在本實例中，當將第一導數之指標值標繪至電流信號F3-660時，則如資料點F3-668所示，反曲值為0.4714mA/cm2
。
在一實施例中，將相關性範圍定義為原始數值與反曲點之間的範圍。此外或替代性地，可設定百分衰退臨界值(如在35%)來代替計算反曲點。在使用憑藉經驗而決定的35%之百分比衰退點的實例中，相關性範圍可落於圖9A之F1-602與F1-604之間。
藉由所辨識之反曲點，可在下一步驟E-512估計電子溫度。電子溫度可藉由使用以上的方程式1來加以估計。用以計算電子溫度的電流及電壓資料係位於躍遷間隔內，該躍遷間隔通常在探針吸引較離子飽和電流少的電流的時候。在一實施例中，測量電流及電壓資料的時間可與反曲點相對應。或者，亦可使用電流-電壓(I-V)曲線之反曲點。由於電子溫度為在對應至電流-電壓區線上之反曲點的時間，針對RF突波而收集之資料的第一導數(如計算百分比衰退點中所決定)的比率，所以產生該數字所需的電腦負擔相當小。
在下一步驟E-514中，演算法可決定浮動電壓位勢。由於浮動電壓位勢係基於所收集之電壓資料來決定，所以可不必先決定如步驟E-504-E-512中所計算的數值，來決定浮動電壓位勢。熟悉本項技藝者察覺浮動電壓位勢為探針在外部電容完全放電之後浮動的電位。典型地，可藉由觀察出現在下一RF突波前夕的信號來決定浮動電壓位勢。然而，由於聚合物增生導致扭曲的可能性，故可能收集到錯誤的資料(亦即噪音)；於是，可藉由取得朝向收集週期的末端而收集的電壓值之平均，來計算浮動電壓位勢。在一實施例中，如圖9B所示，可由資料點F2-652(電壓首先達到其浮動電位的資料點)至資料點F2-654(下一RF突波前夕的資料點)來計算浮動電壓位勢。在另一實施例中，如圖9B所示，浮動電壓位勢可基於窗口F2-656內之電壓值，該窗口F2-656係位於資料點F2-652與F2-654之間。在一實施例中，只要窗口在先前的脈波已衰退大於99%之前開始並在下一脈波開始時結束，則窗口F2-656可為任何大小。在一實施例中，可由提供具有低標準差(誤差)之平均值的窗口來決定浮動電壓位勢。
由前述內容可注意到，決定相關性範圍及種子值的方法說明可能發生在電流、電壓及/或電流-電壓(I-V)曲線中的異常現象。在一實例中，聚合物增生可發生在RF突波的末端。然而，藉由應用
前述的演算法，相關性範圍及種子值便不受到可能發生在處理期間之非預期產物的影響。
一旦已決定相關性範圍且已計算種子值，便可在下一步驟E-516對電壓值繪製電流值，並可應用曲線擬合來產生圖9D之圖表F4-680。在一實例中，可應用如Levenberg-Marquardt演算法之非線性曲線擬合來進行曲線擬合。藉由產生曲線擬合圖並將種子值應用於數學模型(如以下的方程式2)，可決定可用以將電漿特性化的四參數。
如可由本發明之一或更多實施例注意到，提供了在電漿處理期間自動將電漿特性化的方法。藉由決定相關性範圍及一組種子值，可在不需處理通常在單一RF突波之後收集之數千或數百萬資料點的情況下發生電漿特性化。該自動化方法將先前冗長且人工方式的處理轉變成可快速且有效地自動進行的任務。隨著資料分析由數分鐘(或甚至數小時)顯著地縮短成數毫秒，可在電漿處理期間進行電漿特性化而非成為製造後的程序。於是，相關資料可提供深入洞悉目前之電漿環境的能力，從而能產生配方及/或工具調整且能使浪費最小化。
儘管已利用若干實施例來說明本發明，仍有落入本發明之範
圍的變化例、置換物、及相當物。亦應注意有許多實施本發明之方法及設備的替代方式。儘管在此提供了各種實例，仍意圖使這些實例為展示性且不對本發明加以限制。
而且，在此為了方便而提供發明名稱及發明內容，且不應將其用於解釋成此處之專利請求項的範圍。更進一步地，摘要係以極簡短的形式撰寫，並為了方便而在此提供，且於是不應將其用於解釋或限制在申請專利範圍中表達的本發明。若在此使用詞彙「集合」，則該詞彙係意圖具有其一般瞭解之數學含意以涵蓋零、一、或大於一組成部分。而且，意圖將以下所附之申請專利範圍解釋成包含落入本發明之真正精神及範圍內的所有變化例、置換物、及相當物。
102‧‧‧感測器
104‧‧‧測量電容
104a‧‧‧平板
104b‧‧‧平板
106‧‧‧RF電壓源
120‧‧‧電流測量裝置
122‧‧‧電壓測量裝置
130‧‧‧腔室
202‧‧‧信號擾動
302‧‧‧信號擾動
A-100‧‧‧電漿系統
A-102‧‧‧RF源
A-104‧‧‧反應器腔室
A-106‧‧‧電漿
A-108‧‧‧外部電容
A-110‧‧‧探針
A-112‧‧‧電流感測器
A-114‧‧‧電壓感測器
A-116‧‧‧沉積層
本發明係以隨附圖式中之圖形的實例而非限制之方式來說明，且其中相似的參考編號係指相似的元件，且其中：圖1顯示CCE探針的裝置實例。
圖2依據本發明之實施例而顯示離子流對時間的圖表。
圖3依據本發明之實施例而顯示探針之浮動電壓對時間的另一圖表。
「討論」之圖4顯示具有電容耦接至反應腔室之射頻(RF)源以產生電漿的電漿系統之一部份的簡易示意圖。
「討論」之圖5A顯示RF充電後的電壓對時間之圖表。
「討論」之圖5B顯示RF充電後所收集的電流資料。
「討論」之圖6顯示RF突波(burst)之間的單一時距之電流對電壓之簡單圖表。
「討論」之圖7顯示本發明之實施例中的簡單流程圖，該流程圖顯示基板處理期間自動將電漿特性化的所有步驟。
「討論」之圖8顯示本發明之實施例中用以決定相關性範圍及種子值(seed value)的簡單演算法。
「討論」之圖9A顯示RF突波後之電流對時間的實例。
「討論」之圖9B顯示RF突波後之電壓對時間的實例。
「討論」之圖9C顯示反曲點之實例。
「討論」之圖9D顯示應用於電流對電壓圖的曲線擬合實例。
102．．．感測器
104．．．測量電容
104a．．．平板
104b．．．平板
106．．．RF電壓源
120．．．電流測量裝置
122．．．電壓測量裝置
130．．．腔室
Claims (15)
- 一種辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法，包含：在該處理腔室內執行一解除吸附步驟，以由一下電極移除一基板，其中該解除吸附步驟包含產生一電漿，該電漿能提供電流以中和該基板上之靜電電荷；在該解除吸附步驟期間，使用一探針頭來收集一關於將能提供電流之該電漿特性化的資料之特性參數測量數據組，該探針頭係位於該處理腔室之一表面上，其中該表面極接近一甚板表面；以及將該特性參數測量數據組與一關於將能提供電流之該電漿特性化的資料之預定範圍作比較，若該特性參數測量數據組位於該預定範圍內，便由該基板去除該靜電電荷，並偵測該解除吸附情形之該信號擾動特性。
- 如申請專利範圍第1項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法，其中該探針頭係一電容耦合靜電(capacitively-coupled electrostatic,CCE)探針。
- 如申請專利範圍第2項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法，其中該探針頭為一小裝置，其中該探針頭之一面向電漿表面係以與該處理腔室之其他面向電漿元件相似之一材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法，其中該特性參數測量數據組為一離子流測量數據組。
- 如申請專利範圍第1項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法，其中該特性參數測量數據組 為一電子溫度測量數據組。
- 如申請專利範圍第1項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的方法，其中該特性參數測量數據組為一浮動電位測量數據組。
- 一種辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的裝置，包含：一基板，其中將該基板置於該處理腔室內之一下電極上；一產生電漿之裝置，該電漿能提供電流以中和該基板上之靜電電荷；一探針裝置，其中該探針裝置包含一面向電漿感測器，且被設置在該處理腔室之一表面上，該表面極接近該基板之一表面，其中將該探針裝置裝配成在一解除吸附步驟期間至少收集一關於能提供電流之該電漿之特性的資料之特性參數測量數據組；以及一偵測模組，其中將該偵測模組裝配成比較該特性參數測量數據組與一關於能提供電流之該電漿之特性的資料之預定範圍，若該特性參數測量數據組係位於該預定範圍內，便由該基板去除該靜電電荷，並偵測該解除吸附情形之該信號擾動特性。
- 如申請專利範圍第7項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的裝置，其中該面向電漿感測器為一電容耦合靜電(CCE)探針頭。
- 如申請專利範圍第8項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的裝置，其中該面向電漿感測器為一小裝置，其中該面向電漿感測器之一面向電漿表面係以與該處理腔室之其他面向電漿元件相似之一材料所製成。
- 如申請專利範圍第7項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的 解除吸附情形之信號擾動特性的裝置，其中該特性參數測量數據組為一離子流測量數據組。
- 如申請專利範圍第7項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的裝置，其中該特性參數測量數據組為一電子溫度測量數據組。
- 如申請專利範圍第7項之辨識電漿處理系統之處理腔室內的解除吸附情形之信號擾動特性的裝置，其中該特性參數測量數據組為一浮動電位測量數據組。
- 一種電腦可讀儲存媒體，該電腦可讀儲存媒體具有收錄於其中之電腦可讀碼，將該電腦可讀碼裝配成辨識一電漿處理系統之處理腔室內的一解除吸附情形之一信號擾動特性，該電腦可讀碼包含：在該處理腔室內執行一解除吸附步驟以由一下電極移除一基板的編碼，其中該解除吸附步驟包含產生能提供一電流以中和該基板上之一靜電電荷的一電漿；在該解除吸附步驟期間使用一探針頭收集一關於能提供電流之該電漿之特性的資料之特性參數測量數據組的編碼，該探針頭係位於該處理腔室之一表面上，其中該表面極接近一基板表面；以及將該特性參數測量數據組與一關於能提供電流之該電漿之特性的資料之預定範圍作比較的編碼，若該特性參數測量數據組位於該預定範圍內，便由該基板去除該靜電電荷，並偵測該解除吸附情形之該信號擾動特性。
- 如申請專利範圍第13項之電腦可讀儲存媒體，其中該探針頭係一電容耦合靜電(CCE)探針。
- 如申請專利範圍第13項之電腦可讀儲存媒體，其中該特性參數測量數據組係一離子流測量數據組、一電子溫度測量數據組、及一浮動電位測量數據組之其中一者。
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