TWI492671B - 電漿未限制感測器及其方法 - Google Patents

Description

電漿未限制感測器及其方法 【優先權聲明】

根據美國法典第35條第119款第(e)項規定，本申請案係關於並主張共同讓渡之臨時專利申請案第61/013,623號(代理人案號：P1689P/LMRX-P151P1)的優先權，其發明名稱為『電漿未限制感測器』，其發明人為Booth等人，該優先權案申請於2007年12月13號，其揭露內容將藉由參考文獻之方式合併於此。

本發明係關於電漿處理，尤有關於在電漿處理期間偵測電漿未限制現象之感測器及其方法。

電漿處理系統已長久被使用於加工基板(如半導體晶圓)以製作積體電路。電漿可藉由許多不同的方法產生，如電子迴旋加速器共振(ECR,electron-cyclotron-resonance)電漿、感應耦合電漿(ICP,inductively-coupled plasma)、或電容耦合電漿(CCP,capacitive coupled plasma)。在許多情況下，將電漿限制在處理腔室內之特定區域(如正在被加工之基板的正上方區域內)可提供某些益處。

為方便討論，圖1顯示低壓電漿反應器100之例子，在處理期間，反應器100內之電漿受到限制。考慮其中之情形，例如，基板124係置於電極110上，此電極乃安裝於與腔室102相連接之支座120。穿過支座120內部而將電極110連接至遠端電源供應器114，如射頻(RF,radio frequency)功率產生器。當腔室102內之壓力達到期望程度時，處理氣體150(可為化學品混合物)可經由入口104被通入腔室102，此腔室內之壓力可經由泵(未顯示)來降低。為了加工基板124，電極110可將來自於電源供應器114之功率與處理氣體150電容耦合以形成電漿106。通常藉由一組限制環108使電漿106包含在腔室102之期望區域中。在基板加工期間，來自電漿106之氣體(其可包含來自於處理氣體150之化學成分混合物、由在電漿106內之反應所形成之化學成分、及由加工基板124而來的化學副產物)在經由排氣口126被排出腔室102之前，可流經限制環108及非電漿腔室容積128。此路線係由路徑136表示，且該路線通常導致腔室102內部被暴露於高度反應性的氣體中，甚至當包含電漿106時亦如此。

然而，在基板124加工期間，電漿106可能意外地或不受控制地自腔室102內之期望區域遷離。換言之，非受限制電漿138可形成於限制環108外面之腔室102之一區域內。非受限制電漿138之生成係非期望，因為非受限制電漿138可能以會導致下列至少其中一者發生之方式而改變處理電漿106之品質：嚴重地降低在基板124上的成效、損壞腔室102、及損壞支座120。例如，基板124可能由於蝕刻速率或沉積速率的改變而受到損害且/或由於受到微粒缺陷或因非受限制電漿138而產生之元素污染所污染而受到損害。處理腔室102及/或支座120可能由於例如暴露於非受限制電漿138所致之腔室材料之沖蝕或腐蝕而遭受實體損壞。此外，處理腔室102之元件可能遭受電氣損壞，因為非受限制電漿138可能改變電漿功率經由腔室而回復至接地之路徑。在一個例子中，來自於電源供應器114之電漿功率可能經由並非被設計用來傳輸電漿功率之腔室元件而回復至接地。

由上述可察知，電漿未限制現象可由許多不同之因素所造成。例如，若電漿變得不穩定，則電漿可能變為非受限制。在另一個例子中，若電弧作用在處理腔室中發生，則可能發生電漿未限制現象。在又另一個例子中，若製程參數(如電漿電源、電漿組成、氣體供應流量、操作壓力等)變動，則電漿可能變為非受限制。

再者，電漿未限制現象的發生為偶發性且不可預料。不可預料之理由之一為非受限制電漿可能具有不同形態。此外，在基板加工時電漿未限制現象可能具有之特殊效應通常無法預料，因為非受限制電漿顯現多變且不可預料之形態。例如，非受限制電漿可能具有低密度或高密度。在另一例子中，被非受限制電漿佔據之空間可為大或小。在又另一例子中，非受限制電漿可為穩定電漿或為變動、偶發性電漿。甚至在反應器內之非受限制電漿之位置也可能在處理期間改變。

已有許多方法用來偵測電漿未限制現象。一方法包含：利用通常具有多個電極之靜電探針(如電壓電流探針(VI probe)或Langmuir探針)以偵測電漿未限制現象。在一例子中，Langmuir型探針(可為未受保護之電極(通常由金屬製成))可暴露在腔室環境中。由於Langmuir型探針一般會被施加偏壓，如此當探針暴露於電漿時，直流電可從電漿流至電極。例如，Langmuir型探針122被置於期望電漿限制區域外之電漿環境中。利用電流偵測器148，可偵測在Langmuir型探針122上經由電源供應器118之DC電流變化。此外，DC電源供應器(未顯示)可用來施加偏壓於探針上。

然而，Langmuir型探針之操作需求(即電極未受保護且存在與電漿之DC電氣接觸)會限制Langmuir型探針在偵測電漿未限制現象上之效用。此外，由於電漿未限制現象之不可預測性，當基板正在被加工時，Langmuir型探針可能必須連續運作才能生效。然而，連續使用可能導致Langmuir型探針之未受保護之電極暴露於通常在電漿處理期間存在於反應器腔室中之化學物種之混合物。化學物種之混合物(其包含被供給用以加工基板之化學品、產生於處理電漿中之新化學物種、及在基板加工期間形成之化學副產品)一般包含腐蝕成分及沉積成分，其可能會有害地影響Langmuir型探針適當運作的能力。在一例子中，腐蝕成分(如氯、氟、及溴等等)可能導致電極受腐蝕，因而使Langmuir型探針無法適當地運作，例如失去及時且/或準確偵測電漿未限制現象的功能。此外，受腐蝕的電極可能成為微粒缺陷及/或金屬污染的來源，其可間接損壞正在被加工之基板。在另一例子中，混合物的沉積成分(如無機SiOx基副產品及有機CFx基聚合物)可能導致電性絕緣薄膜生成於探針之電極上；因此，此薄膜可能干擾所需之電漿-電極DC接觸，因而阻礙探針準確且/或及時感測到電漿的存在。由上述可察知，Langmuir型探針於偵測電漿未限制現象上可能並不理想。

已使用另一方法來識別在處理期間基板之偏壓的改變，以偵測電漿未限制現象。參考圖1，當由電源供應器114所提供之功率與電漿反應器100內之電漿106互相作用時，可能於基板124上產生偏壓。典型地，可安裝一感測器140(例如於電極110中)，以在處理期間直接量測基板124上之偏壓，而一偏壓偵測器144可用來比較偏壓與臨界值(threshold)。因此，當電漿106之特性因非受限制電漿138而被改變時，感測器140可用來量測偏壓，而偏壓偵測器144可用來偵測偏壓之改變。

此外，或者，藉由量測與基板偏壓相關之參數的改變可間接偵測偏壓之改變。例如，當基板偏壓因非受限制電漿138而改變時，由電源供應器114供給至電極110以維持電漿106之功率也可能改變。因此，利用RF功率偵測器142來監控被供給至電漿106之功率可偵測電漿未限制現象。

然而，監控偏壓以偵測電漿未限制現象的效用係受限於在偵測因電漿未限制現象而引起的偏壓之改變上的困難。當利用較高頻率產生器(如60MHz)產生一電漿時，偵測偏壓之改變會特別困難。由較高頻率產生器所產生之偏壓小，且由於電漿未限制現象通常發生於較低功率位準，故區分電漿未限制現象與DC偏壓信號之改變可能有困難或無法偵測。因此，此技術之效用有限，因為無法可靠地偵測電漿未限制現象。

在又另一先前技術方法中，可利用一光學感測器來偵測電漿未限制現象。熟悉本技藝者察覺電漿通常會發出光。因此，可使用一光學感測器來偵測由非受限制電漿所發出之光。在一例子中，參考圖1，可將光學感測器132裝設於毗鄰透明窗130之處，該透明窗130具有進入期望進行監測之腔室102之區域(在此標示為一通道134)內的視線。因此，當電漿106成為非受限制電漿138時，由非受限制電漿138而來的光進入通道134且可能經由透明窗130而被光學感測器132偵測到。在偵測光時，光學感測器132可傳送出信號給光學信號偵測器146，若此信號高於先前設定之臨界值，光學信號偵測器146可提供一警報，表示已偵測到非受限制電漿138。

然而，使用光學感測器以偵測電漿未限制現象可能有限制，由於難以偵測由非受限制電漿138所發出的光，因為由非受限制電漿138所發出的光明顯比由處理電漿106所發出的光來得暗。此外，將光學感測器132安置於腔室102外面可能難以經由透明窗130『看見(seeing)』此光，因為反應性化學品可能使透明窗130較不透明。換言之，反應化學品可能導致一薄膜層被沉積在透明窗130上，因而明顯地降低被光學感測器132偵測到之光的總量及/或品質。再者，光學感測器之利用性取決於在處理環境中取得觀察入口；然而，在所有可能必須被監測之位置上設置透明窗及/或觀察通道並非永遠可行。

雖然已實施各種方法，各方法皆未提供可靠且廣泛的解決方法以偵測電漿未限制現象。在一例子中，Langmuir型探針易受腐蝕的影響，其可能對探針在鑑別電漿未限制現象之效能有負面影響。在另一例子中，依靠鑑別出偏壓之改變以測定電漿未限制現象可能取決於區分DC偏壓信號上之改變與電漿未限制現象。當DC偏壓信號正由較高頻率產生器(如在60MHz)產生，而非受限制電漿正在較低功率位準發生時，不易辨別此兩者。在又另一例子中，利用光學感測器來偵測由非受限制電漿所發出之光受限於看得見之通道的可獲得性及/或因可能致使看得見之通道變為『看不見』之障礙物而無法偵測光。

在一實施例中，本發明係關於一種在電漿反應器內偵測電漿未限制現象的配置。此配置包含一實施於電漿反應器內之電容型感測器。感測器被實施於電漿限制區域外，感測器用以在感測器暴露於與電漿未限制現象有關之電漿時產生暫態電流。感測器具有至少一層電氣絕緣層，此電氣絕緣層指向與電漿未限制現象有關之電漿。此配置亦包含與感測器電氣連接之偵測電路，用以將暫態電流轉換成暫態電壓信號及處理暫態電壓信號，以確定電漿未限制現象是否存在。

上述之總結僅與揭露於此之本發明之眾多實施例中之其一有關且並不限制本發明之範圍，本發明之範圍乃於申請專利範圍中提出。以下將在本發明之詳細說明並連同附圖，對本發明之上述及其他特徵詳加說明。

本發明現在將參照一些較佳的實施例及舉例性附圖詳細地敘述。為了要提供本發明之全面性的了解，許多的具體的細節會在接下來的敘述中提出。然而對熟悉本技藝者，本發明在沒有這些具體細節的情況下仍可實施。在其他情況下，為了避免不必要地混淆本發明，熟知的製程步驟及/或結構並未詳細地描述。

各種實施例乃描述於下文中，包含方法與技術。應記住本發明亦可涵蓋包含電腦可讀媒體之製品，於電腦可讀媒體上存入電腦可讀指令以執行本發明技術之實施例。例如，電腦可讀媒體可包含用以儲存電腦可讀碼之半導體、磁性的、光磁性的、光學的、或其他形式之電腦可讀媒體。再者，本發明亦可涵蓋用以實施本發明之實施例之設備。上述之設備可包含專屬及/或可程式化電路以實行與本發明之實施例相關之作業。上述設備之例子包含可被適當程式化之一般用途電腦及/或專用計算裝置，且可包含適用於與本發明之實施例相關之各種作業的電腦/計算裝置及專用/可程式化電路之組合。

依據本發明之實施例，設置一非受限制電漿感測器(如電容型感測器)以偵測在電漿處理系統中之電漿未限制現象。本發明之實施例包含對於典型電漿處理環境之腐蝕與沉積不敏感之感測器。本發明之實施例亦包含被裝設在偵測電路上之感測器，此偵測電路至少用來測定電漿處理系統內之未限制現象。

在一實施例中，此感測器可包含被一層以上之電氣絕緣層所保護之導電基板。當感測器被暴露於未限制現象時，跨越電氣絕緣層而形成之暫態電流可經由此感測器流至一電路轉換器。在一實施例中，電路轉換器係用來將此暫態電流轉換成一暫態電壓信號。可傳送暫態電壓信號通過一低通濾波電路，以改善信號-雜訊特性，例如從暫態電壓信號移除高頻成分。此外，可傳送暫態電壓信號通過一組至少用來移除額外頻率之共振濾波器(如LC濾波器)。一旦此暫態電壓信號已經過調節，可比較此信號與先前設定之臨界值，以判定電漿未限制現象之存在。

由上述可察知，由於感測器對於可能在電漿處理期間出現之腐蝕或沉積不敏感，故感測器可在電漿處理期間連續運作，因而增進偵測電漿未限制現象之可能性與及時性。再者，偵測電路能使被感測器感測到之暫態電流轉換成一清晰且強健之信號，其可用來測定電漿未限制現象的存在。

透過附圖與以下討論將使本發明之特徵及優點更容易理解。

依據本發明之實施例，圖2顯示在電漿處理期間之電漿反應器200之簡單示意圖。電漿反應器200可包含一電極210(例如，電容型感測器)，其被安置在期望能偵測電漿未限制現象之區域內。換言之，此區域在電漿限制區域214外面。在一例子中，以使得電極210之外表面暴露於非受限制電漿(如非受限制電漿212)之方式安裝電極210。

因為電漿固有之特性，暴露於電漿的表面可能因為與較重電漿成分(如分子離子)互相作用之較輕電漿成分(如電子)在速度上的差異而形成電荷。因此，當電極210暴露於非受限制電漿212時，電極210之外表面可能遭受充電過程。依據非受限制電漿212之特定特性，電極210外表面可充負電或正電。通常，因為充電過程通常發生直到電極210之外表面已達到與非受限制電漿212平衡之大量電荷為止，故充電程序為一暫態程序。

在一實施例中，當電極210之外表面之暫態充電過程正在發生時，一與外表面暫態電荷電性相反之暫態電荷可被感應生成於電極210內。為了及時識別非受限制電漿的存在，由暫態電荷所感應生成之暫態電流係藉由轉換電路222轉變成暫態電壓信號。因為暫態電壓信號可能包含雜訊，可利用低通濾波器224以移除雜訊。在一例子中，低通濾波器224可用來移除高頻成分(如高頻雜訊)因而改善暫態電壓信號。在一實施例中，為將暫態電壓信號轉換成一調節信號，可利用一組共振LC濾波器226以封鎖特定頻率，如那些典型用來產生電漿之頻率。接著可發送調節信號至臨界值偵測器228，其用以比較調節信號與事先設定之臨界值。若調節信號大於事先設定之臨界值，臨界值偵測器228可產生警報，表示已偵測到非受限制電漿，從而採取適當行動(例如，可關掉電漿且停止加工基板)。

圖3A顯示在本發明之一實施例中，一電容型感測器之具體實現。如圖2所述，一電容型感測器302可實體上安裝於電漿反應器之腔室壁318上。在一實施例中，電容型感測器302可包含至少兩元件：一電氣絕緣外層308及一導電基板304。在一實施例中，電容型感測器302藉由絕緣體316而與安裝表面電氣絕緣。當暫態電荷因非受限制電漿而產生時，暫態電流可被傳送至導電接點314，其藉由電氣接點306與導電基板304相連接。暫態電荷可經由導線310被傳送至偵測電路(未顯示)，導線310可藉夾具312而固定於導電接點314。

導電基板304可由各種材料製成。在一實施例中，導電基板304可由導電材料所製成，如金屬(如鋁、銅、銀、鐵基(Fe-based)等等)或金屬組合/合金。在一實施例中，導電基板304亦可由半導體材料製成，例如高摻雜矽。在一實施例中，導電基板304可由導電陶瓷材料(如矽碳化物)或導電陶瓷之組合物所製成。此外，在一實施例中，導電基板304可由任一導電聚合物或非導電聚合物所製成。在一例子中，導電聚合物可包含但不限於：一包含導電『填料(filler)』之有機聚合物、有機聚苯胺基(polyaniline-based)聚合物、及有機聚苯胺基聚合物之混合物。在又另一實施例中，導電基板304可由導電無機聚合物所製成，例如導電矽酮。由上述可察知，導電基板304可由任何或所有上述之導電材料之組合所製成。

在一實施例中，電氣絕緣外層308可由電氣絕緣材料所製成，如一種SiO₂ (例如石英或玻璃)、陶瓷(如Al₂ O₃ )、工業用聚合物(如PTFE、聚醯亞胺、矽酮(silicone)等等)、一種電漿製程副產品之聚合物(如CFx-based聚合物)、或任何或所有上述之導電材料之組合所製成。在一實施例中，電氣絕緣外層308可由與化學品及典型用於電漿處理器內之電漿的混合物相容之電氣絕緣材料所製成。在一例子中，電鍍鋁係為普遍可發現於電漿蝕刻反應器內(如圖1所示)之成份，因為電鍍鋁相對於典型用來加工基板之化學品係為惰性。因此，由與用於電漿處理期間之化學品相容之電氣絕緣材料(如電鍍鋁)所製成的電氣絕緣外層308可使受到電氣絕緣外層(308)保護之感測器對電漿環境不敏感，且避免電氣絕緣外層成為金屬或微粒污染之來源。

在另一實施例中，電氣絕緣外層308可由導電基板304生成。在一例子中，為電氣絕緣外層308之特徵的電鍍鋁可由鋁基板所生成。在另一例子中，電氣絕緣外層308可由沉積在導電基板304上的薄膜所生成。此薄膜可藉由多種常見的沉積技術而被沉積，沉積技術包含化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積、濺鍍等等。在又另一例子中，電氣絕緣外層308可藉由多種常見的塗佈技術(如熱噴霧法、燒結、熱接合等等)而被塗佈在導電基板304之上。

電氣絕緣外層308之厚度可依絕緣材料的種類而有所不同。在一實施例中，電氣絕緣外層308之厚度必須夠厚，以使導電基板304電氣絕緣，同時當電容型感測器302被暴露於電漿時，此電氣絕緣外層之厚度仍能使適當的電容產生，以生成在偵測電路中可偵測到的可量測電壓。在一實施例中，此薄膜之厚度範圍為10~100微米。

由上述可察知，塗佈在導電基板304上之電氣絕緣外層之數量可變更，只要電氣絕緣外層組可將導電基板304與暴露在非受限制電漿中的感測器(302)之外表面324電氣絕緣。為了說明，圖3C顯示在本發明之實施例中具有兩層電氣絕緣外層320及322的電容型感測器302之橫剖面例。在一例子中，可將電氣絕緣外層322塗佈在電氣絕緣外層320上，以作為製作電容型感測器302之一部分。在此例子中，電氣絕緣外層320可成為『中間黏著層(intermediate glue layer)』，以增進電氣絕緣外層322在導電基板304上之附著性。在另一例子中，電氣絕緣外層320可具有熱膨脹係數，此熱膨脹係數在電氣絕緣外層322之熱膨脹係數及導電基板304之熱膨脹係數之間。此熱膨脹係數可使電容型感測器302對於因熱循環效應而產生的破裂或剝落更具有抵抗性。

在第三個例子中，電氣絕緣外層322可表示已形成在電氣絕緣外層320上的一層沉澱物，由於電器絕緣外層暴露於當基板正在被加工時存於處理腔室中之反應氣體中。因為電容型感測器302可如電容器般運作，電容型感測器392對於在感測器表面上形成額外層不敏感。因此，不像Langmuir型探針，電氣絕緣外層之形成並不抑制感測器偵測非受限制電漿的能力。

回到圖3A，絕緣體316、導電接點314、及夾具312之特定組合可為特殊應用而定製，或可由任何數目之工業用真空饋通裝置所取代。

因此，電容型感測器302可以許多不同的方式安裝於腔室中。在一實施例中，如圖3A所示，可將電容型感測器302安裝於緊鄰腔室壁318之處。在另一個實施例中，電容型感測器302可與腔室壁318齊平。在又另一實施例中，可將電容型感測器302安裝於遠離腔室壁318之處(例如在桿棒或支座的末端上)。

在一實施例中，電容型感測器302可有不同的幾何形狀。由上述可察知，電容型感測器302之形狀可依據製造者的偏好，或依據安裝位置。在一實施例中，如圖3B所示，電容型感測器302可為長方形『釦狀物(button)』，其x及y方向之尺寸約為1英吋而厚度z為0.05英吋。在另一個實施例中，電容型感測器302可為環形(如一環部)以組成在環境內之其他元件，如一環形支座或一環形腔室。通常，敏感度和探針與非受限制電漿(其可能不會佔據整個外部容積)接觸的表面面積成比例。因此，較大探針可能提供較大信號，但也可能捕獲更多雜訊。再者，非常大的探針可能會有擾亂正常電漿製程的風險，例如，改變RF電流返回路徑。因此，感測器的形狀與尺寸可依據製造者的偏好並考慮上述所討論之原則。

如上所述，一旦暫態電流已被產生，暫態電流可被傳送至偵測電路以測定非受限制電漿之存在。接下來幾張圖(圖4A及4B)為暫態電路至偵測電路之流程的例子。

在本發明之實施例中，圖4A顯示電容型感測器及偵測電路之範例電氣模型。單元402顯示電容型感測器之範例電路模型。電容型感測器之外表面(被暴露於電漿之表面)由極板404所表示。電容器406及408各表示可出現於電容型感測器之導電基板上的電氣絕緣外層。由上述可察知，在導電基板上之額外層可在電氣模型中被顯示成額外電容(反之亦然)。在一實施例中，在導電基板上的電氣絕緣外層組之電容係為主要電容。換言之，因電漿沉積產物而形成之層的額外電容相對於偵測器之外層電容為大，因為在串聯中最小的電容係為主要電容。通常，典型的薄膜電容值約為0.1nF/平方公分表面面積。

單元410、420、及430顯示偵測電路之範例電路模型。單元410顯示電流-電壓轉換器(即電路轉換器)模型之例。電流-電壓轉換器係用來轉換由電荷所產生之暫態電流(因極板404暴露於電漿)。在一例子中，跨越電容器406及408而形成之暫態電流(因為暴露於電漿)可經由電阻器414流至電氣接地416，因而將暫態電流轉換成暫態電壓信號，此暫態電壓信號可於點412被讀取。在一實施例中，電阻器414之數值可為1~100k歐姆。

產生於點412之暫態電壓信號接著可被調節以改善信號-雜訊特性。在一實施例中，暫態電壓信號可通過一低通濾波器電路，如顯示於單元420之範例電路。在一實施例中，單元420可包含但不受限於：一電阻器422，連接至一電容器424，其連接至一接地426。元件422及424之組合乃用來自暫態電壓信號移除高頻成分。在一實施例中，電阻器422之數值為100歐姆而電容器424之數值約為100nF。

在一實施例中，暫態電壓信號之信號-雜訊特性可藉由使暫態電壓信號通過一組共振LC濾波器(如出現於單元430中之兩範例)而進一步得到改善。第一LC濾波器可包含一與電容器434並聯之電感器432。同樣地，第二LC濾波器可包含一與電容器438並聯之電感器436。利用共振LC濾波器組，暫態電壓信號可藉由移除並選擇性地封鎖已知及/或預期之頻率而加以改善。例如，若一處理電漿由兩個個別的RF產生器(其在不同頻率運作，如13.56MHz及28MHz)供給電力，由暴露於電漿之電容型感測器產生之暫態電壓信號可包含兩種頻率。因為這些頻率的大小可能會干擾暫態電壓信號的偵測，故共振LC濾波器組可用來封鎖這些頻率。在一例子中，與電容器434並聯之電感器432可封鎖13.56MHz成分，而與電容器438並聯之電感器436可封鎖28MHz成分。典型地，被普遍利用之頻率(例如，2、27及60MHz)類型可為被封鎖之頻率類型。然而，共振LC濾波器組並不限制於僅能封鎖上述之頻率，而可封鎖某個範圍內之頻率(例如，500kHz~200MHz)。由上述可察知，可封鎖之頻率類型可依據使用者之偏好。

一旦暫態電壓信號已被過濾，調節信號可產生於點440。在一實施例中，調節信號(即共振LC濾波器單元430之輸出)可被傳送至臨界值偵測器(未顯示)。臨界值偵測器可比較調節信號與事先設定之臨界值以測定是否已發生電漿未限制事件。

或者，可實施偵測電路，如圖4B所顯示。如圖4B所示之偵測電路與圖4A之偵測電路類似，除了一額外的電容器418以外。在一實施例中，電容器418可在單元410之電流-電壓轉換器中被實施。因為在單元402之電容型感測器有時可能會發生短路，電容器418可保護偵測電路之下游元件(即單元420、430、臨界值偵測器等等)不受損壞。在一實施例中，電容器418之數值可為100nF。在一例子中，若電容型感測器之外層組開始損壞，以使電容型感測器之電氣絕緣特性受到危及，在單元402中之模型電容器406及408可由在電容型感測器(即極板404)及偵測電路元件之間的直接電氣連接加以取代，其可連接至單元410中之點412，此偵測電路亦可能發生短路且被損害。然而，利用電容器418，可避免在電漿與偵測元件之間的直接連接，從而避免偵測電路被損害。此外，即使電容器418由於短路情況而暴露於非受限制電漿，仍可偵測到所產生之暫態電壓信號不同於與未發生短路之感測器相關聯之暫態電壓信號。因此，臨界值偵測器能夠區分兩種暫態電壓信號且甚至能夠判斷電容型感測器已被損害。

由上述可察知，本發明之一個以上之實施例設置電漿未限制感測器以偵測非受限制電漿。由於具有保護電漿未限制感測器之導電基板的一組電氣絕緣外層，電漿未限制感測器乃被保護而免受電漿環境，從而使電漿非限制感測器執行但不因關鍵感測器元件之腐蝕及/或於感測器之導電基板上之電氣絕緣薄膜沉積而遭受性能降級。藉由能夠從電壓信號濾出外來雜訊的偵測電路，此電壓信號可具有更高的品質；因此，提供臨界值偵測器一清晰信號，由此信號可測定一電漿未限制現象。

儘管本發明已參照數個較佳實施例敘述，在本發明之範圍內仍有修改、置換、及等效設計。雖然各種實施例提供於此，本發明之實施例應被視為舉例性而非限制性者。

並且，於此提供之標題與總結乃為便利而不應該用來建構申請專利範圍。再者，摘要係以極簡略形式書寫且乃為便利而提供於此，因此不應該用來建構或限制陳述於申請專利範圍之整體發明。若於此使用用語『組(set)』，此用語的意思為其普遍理解之數學意義，涵蓋零、一、或一個以上的構件。亦應注意本發明有許多可供選擇之實施方法與設備。因此將下述附加的申請專利範圍解釋為包含在本發明之精神及範圍內之所有此類修改、置換、及等效設計。

100．．．電漿反應器

102．．．腔室

104．．．入口

106．．．電漿

108．．．限制環

110．．．電極

114．．．電源供應器

118．．．電源供應器

120．．．支座

122．．．Langmuir型探針

124．．．基板

126．．．排氣口

128．．．非電漿腔室容積

130．．．透明窗

132．．．光學感測器

134．．．通道

136．．．路徑

138．．．非受限制電漿

140．．．感測器

142．．．RF功率偵測器

144．．．偏壓偵測器

146．．．光學信號偵測器

148．．．DC電流偵測器

150．．．處理氣體

200．．．電漿反應器

210．．．電極

212．．．非受限制電漿

214．．．電漿限制區域

222．．．轉換器電路

224．．．低通濾波器

226．．．共振LC濾波器

228．．．臨界值偵測器

302．．．電容型感測器

304．．．導電基板

306．．．電氣接點

308．．．電氣絕緣外層

310．．．導線

312．．．夾具

314．．．導電接點

316．．．絕緣體

318．．．腔室壁

320．．．電氣絕緣外層

322．．．電氣絕緣外層

324．．．感測器之外表面

402．．．單元

404．．．極板

406．．．電容器

408．．．電容器

410．．．單元

412．．．點

414．．．電阻器

416．．．電氣接地

418．．．電容器

420．．．單元

422．．．電阻器

424．．．電容器

426．．．接地

430．．．單元

432．．．電感器

434．．．電容器

436．．．電感器

438．．．電容器

440．．．點

【0017】本發明乃經由實施例而非限制例而在附圖之圖式中加以說明，其中相同參考標號表示相同元件。

圖1顯示一先前技術電漿處理腔室之例子，在處理期間，電漿係受限於此腔室中；圖1闡明目前用以偵測電漿未限制現象之策略。

依據本發明之實施例，圖2顯示在電漿處理期間之電漿反應器之簡單示意圖。

圖3A顯示在本發明之一實施例中，電容型感測器之具體實現。

圖3B顯示在本發明之一實施例中，長方形電容型感測器之例。

圖3C顯示在本發明之實施例中一具有兩層電氣絕緣外層的感測器之橫剖面之例。

圖4A及4B為電漿偵測電路之實施例的示意圖。

200．．．電漿反應器

210．．．電極

212．．．非受限制電漿

214．．．電漿限制區域

222．．．轉換器電路

224．．．低通濾波器

226．．．共振LC濾波器

228．．．臨界值偵測器

Claims (19)

1. 一種用以偵測電漿未限制現象的系統，包含：一感測器，其中該感測器為實施於一電漿反應器內之電容型感測器，該感測器被實施於電漿限制區域外，當該感測器暴露於與該電漿未限制現象有關之電漿時，該感測器係用以產生暫態電流，該感測器具有一外層及一外表面，該外層包含設置於一導電基板上之至少一電氣絕緣層，其中該外層圍繞該導電基板或部分設置於該導電基板與該電漿反應器之腔室壁之間，並且該外表面指向與該電漿未限制現象有關之該電漿；及一偵測電路，與該感測器電氣連接，並用以將該暫態電流轉換成暫態電壓信號及處理該暫態電壓信號，以指示該電漿未限制現象是否存在。
2. 如申請專利範圍第1項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該偵測電路包含一電壓轉換器，並且該電壓轉換器用來將該暫態電流轉換成該暫態電壓信號。
3. 如申請專利範圍第2項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該偵測電路更包含一低通濾波器，並且該低通濾波器用來自該暫態電壓信號移除高頻成分。
4. 如申請專利範圍第3項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該偵測電路更包含一組共振濾波器，並且該組共振濾波器用來封鎖通常與產生處理電漿有關之頻率，並產生一調節之信號。
5. 如申請專利範圍第4項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該偵測電路更包含一臨界值偵測器，並且該臨界值偵測器藉由比較該調節信號與一臨界值，以鑑別何時該電漿未限制現象已發生。
6. 如申請專利範圍第1項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中 該偵測電路包含：一電壓轉換器，用以將該暫態電流轉換成該暫態電壓信號，一低通濾波器，用以自該暫態電壓信號移除高頻成分，一組共振濾波器，用以封鎖通常與產生處理電漿有關之頻率並產生一調節信號，及一臨界值偵測器，用以指示該電漿未限制現象是否存在。
7. 如申請專利範圍第6項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該電壓轉換器包含一電容器，並且該電容器連接在該感測器與該電容器之下游元件之間，俾使該感測器與該電容器之下游元件之間不會直接連接，從而保護該電容器之下游元件免於遭受該感測器所遭遇之短路。
8. 如申請專利範圍第7項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該低通濾波器包含與一接地的電容器相連接之電阻器。
9. 如申請專利範圍第8項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該組共振濾波器中之至少一共振濾波器包含與一第二電容器並連之一電感器。
10. 如申請專利範圍第9項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該導電基板包含下列至少其一：金屬、合金、半導體材料、導電陶瓷材料、及聚合物。
11. 如申請專利範圍第10項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該外層包含下列至少其一：玻璃材料、石英材料、陶瓷材料、聚合物材料、及電鍍鋁。
12. 如申請專利範圍第6項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中係將該感測器安裝於桿棒上，該桿棒附接於該電漿反應器之該 腔室壁，並且該桿棒與該腔室壁電性絕緣。
13. 如申請專利範圍第6項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該感測器係為長方形。
14. 如申請專利範圍第6項之用以偵測電漿未限制現象的系統，其中該感測器係為環形。
15. 一種在電漿處理期間於電漿反應器內偵測電漿未限制現象的方法，該方法包含：偵測暫態電流步驟，當一感測器暴露於與該電漿未限制現象有關之電漿時，藉由該感測器偵測一暫態電流，其中該感測器為實施於該電漿反應器內以及電漿限制區域外之電容型感測器，該感測器具有一外層及一外表面，該外層包含至少一電氣絕緣層，該外層圍繞一基板或部分設置於該基板與該電漿反應器之腔室壁之間，並且該外表面指向與該電漿未限制現象有關之該電漿；轉換步驟，藉由一偵測電路將該暫態電流轉換成一暫態電壓信號，其中該偵測電路與該感測器電氣連接；及處理步驟，處理該暫態電壓信號，以指示該電漿未限制現象是否存在。
16. 如申請專利範圍第15項之在電漿處理期間於電漿反應器內偵測電漿未限制現象的方法，其中將該暫態電流轉換成該暫態電壓信號之該轉換步驟乃由一電壓轉換器執行，並且該偵測電路包含該電壓轉換器。
17. 如申請專利範圍第16項之在電漿處理期間於電漿反應器內偵測電漿未限制現象的方法，其中處理該暫態電壓信號之該處理步驟包含經由一低通濾波器移除高頻成分，並且該偵測電路包含該低通濾波器。
18. 如申請專利範圍第17項之在電漿處理期間於電漿反應器內偵測電漿未限制現象的方法，其中處理該暫態電壓信號之該處理步驟包含利用一組共振濾波器將該暫態電壓信號轉換成一調節信號，該組共振濾波器用來封鎖與產生處理電漿有關之頻率，並且該偵測電路包含該組共振濾波器。
19. 如申請專利範圍第18項之在電漿處理期間於電漿反應器內偵測電漿未限制現象的方法，其中處理該暫態電壓信號之該處理步驟包含經由一臨界值偵測器，比較該調節信號與一臨界值，以鑑別該電漿未限制現象，並且該偵測電路包含該臨界值偵測器。