TWI808992B - 用於點燃電漿系統及用於監控電漿系統之健康的裝置與方法 - Google Patents

用於點燃電漿系統及用於監控電漿系統之健康的裝置與方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的裝置與方法，該裝置與該方法利用一點燃電路來產生一點燃信號，並將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間。感測該點燃電路中之一參數，並比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值。若該所感測到的參數不同於該第一電壓臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況，並可採取一校正動作。

Description

用於點燃電漿系統及用於監控電漿系統之健康的裝置與方法
本發明係關於電漿源，且特定而言係關於用於點燃電漿源及用於使用對一電漿點燃過程之監控來對一電漿源進行故障診斷的一裝置與方法。
在一感應耦合電漿(ICP)源或一變壓器耦合電漿(TCP)源中點燃電漿通常涉及到在電漿導管內施加一高電壓脈衝以首先致使氣體解離成電離狀態，然後產生電漿。高電壓脈衝的持續時間及量值通常固定為某些預定值，該等預定值經設計以在較佳操作狀況下達成電漿解離。習用點燃方案經設計以遞送最高實用脈衝電壓來使氣體解離並形成一電漿。在某些情形中，此方法可對電子裝置施加不必要之應力且亦會跨越經加偏壓電漿區塊施加過高之電場。
在習用電漿源中，所選擇之一較高點燃電壓會導致可阻止點燃之不利氣體狀況。舉例而言，此等不利狀況可包含高氣壓、低氣流或毒化(亦即，氣體中存在污染物)或電子密度不足以形成一初始電漿解離。高點燃電壓會導致一高電場，該高電場繼而會增大氣體發生一雪崩解離之概率，在雪崩解離中，高電場區中之數個電子獲得足夠的能量以將氣體分子電離，藉此在高電場區中釋放更多電子，從而導致氣體發生雪崩解離。在此等習用系統中，在實施此電壓調整之情況下，甚至在有利氣體狀況下，施加高電壓，該高電壓可能會使電子裝置更快速地耗損且可增大電漿導管內部發生電弧的可能性。高電壓點燃脈衝列可導致電弧及降級，電弧及降級繼而又會產生可減小先進半導體處理應用中之高效能晶片之良率的微粒缺陷。
根據一第一態樣，提供一種藉由點燃一電漿密閉容積內之一電漿來判定一電漿系統之健康的方法。該方法包含利用一點燃電路來產生一點燃信號，及將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之周圍區域的一經加偏壓區與一接地區之間。感測該點燃電路中之一參數，並比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值。若該所感測到的參數不同於該第一電壓臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況。
在某些例示性實施例中，該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。在某些例示性實施例中，該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。報告該所判定狀況，並採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作。在某些例示性實施例中，該等校正動作包含檢查一饋送氣體中之一污染物，及清除該污染物之一來源。在某些例示性實施例中，該等校正動作包含提供穿過該電漿密閉容積提供一吹掃氣體以減少該電漿密閉容積中之一污染物之一量。
在某些例示性實施例中，該方法進一步包含判定一解離時間，該解離時間係施加該點燃信號之一時間與該所感測到的參數相對於一第二參數臨限值發生改變之一時間之間的一時間量。在某些例示性實施例中，該方法進一步包含若該解離時間超出一解離時間臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況。在某些例示性實施例中，該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。在某些例示性實施例中，該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。
在某些例示性實施例中，該點燃電路中之該所感測到的參數係該點燃電路中之一電壓。在某些例示性實施例中，該點燃電路中之該所感測到的參數係該點燃電路中之一電流。
根據一第二態樣，提供一種用於藉由點燃一電漿密閉容積內之一電漿來判定電漿系統之健康的裝置。一點燃電路產生一點燃信號。一輸入將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之周圍區域中的一經加偏壓區與一接地區之間。一感測器感測該點燃電路中之一參數。一處理電路比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值，且若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況。
在某些例示性實施例中，該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。在某些例示性實施例中，該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。該處理電路報告該所判定狀況，且該處理電路採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作。在某些例示性實施例中，該等校正動作包含檢查一饋送氣體中之一污染物，及清除該污染物之一來源。在某些例示性實施例中，該等校正動作包含穿過該電漿密閉容積提供一吹掃氣體以減少該電漿密閉容積中之一污染物之一量。
在某些例示性實施例中，該處理電路判定一解離時間，該解離時間係施加該點燃電壓之一時間與該電漿密閉容積中之該所感測到的電壓下降至低於一第二電壓臨限值之一時間之間的一時間量。在某些例示性實施例中，若該解離時間超出一解離時間臨限值，則該處理電路判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況。在某些例示性實施例中，該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。在某些例示性實施例中，該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。
在某些例示性實施例中，該感測器所感測到之該參數係該點燃電路中之一電壓。在某些例示性實施例中，該感測器所感測到之該參數係該點燃電路中之一電流。
本發明係關於一種在一電漿源中點燃電漿之方法。本文中所闡述之例示性實施例，電漿源係一環形電漿源。應理解，本發明亦適用於其他電漿源組態。本發明之電漿源係美國專利第6,872,909號及第9,275,839號所闡述之類型，該等美國專利之內容以其全文引用方式併入本文中。
圖1包含本發明所涉及的用於產生活化氣體之一環形電漿源10之一示意性功能方塊圖。源10包含將電磁能量耦合至一電漿14中之一電力變壓器12。電力變壓器12包含一高導磁率磁芯16、一初級線圈18及一電漿腔室20。電漿腔室20允許電漿14形成變壓器12之一個次級線圈。電力變壓器12可包含額外磁芯以及形成額外初級或次級線圈之導體線圈(未展示)。
電漿腔室20可由一金屬材料(諸如鋁或一耐火金屬等)、一經塗佈金屬(諸如，經陽極處理之鋁)形成，或可由一介電材料(諸如，石英、藍寶石、壓合氧化鋁或其他電介質)形成。電漿腔室20之一或多個側可暴露於一製程腔室22以使得由電漿14產生之反應粒子(自由基)與待處理之一材料或表面直接接觸(未展示)。另一選擇係，電漿腔室20可位於距製程腔室22一定距離處，從而使得活化自由基在於氣體輸送期間帶電荷粒子重組的同時流動至製程腔室22。一樣本固持器23可定位於製程腔室22中以支撐待處理之材料。可相對於電漿之電位而對待處理之材料加偏壓。另一選擇係，電漿源中所產生之反應粒子可用於與製程腔室中所包括的材料進行反應以移除製程腔室中之任何非期望沈積物。反應粒子亦可用於透過與自電漿源之下游(在電漿腔室中)引入之其他氣體反應來產生其他分子。在其他例項中，在電漿源中產生之反應粒子可用於與除了處理腔室之外的可隨時間而累積有非所要沈積物之其他組件(諸如，氣體遞送管路、幫浦前級管路、閥等)中之非期望沈積物反應並移除該等沈積物。
電漿源10亦包括一RF電源供應器50。在某些實施例中，切換電源供應器50包含一電壓供應器24，電壓供應器24直接耦合至具有一切換半導體器件27之一切換電路26。電壓供應器24可係一線電壓供應器或一匯流排電壓供應器。切換半導體器件27可係一組切換電晶體。切換電路26可係一固態切換電路。電路26之一輸出28可直接耦合至變壓器12之初級繞組18。
環形電漿源10可包含用於加速提供一初始解離事件之自由電荷之一構件，該初始解離事件點燃電漿腔室20中之一電漿。初始電離事件可係施加至電漿腔室20之一短高電壓脈衝。脈衝可具有大約500至50,000伏特之一電壓且持續時間可係大約0.1微秒至1000毫秒。500至10,000伏特之一連續RF電壓亦可用於產生初始電離事件，且在氣體解離之後將電壓斷開。可將具有低電離電位之一氣體(諸如，氬、氖或氙)引入至電漿腔室20中以減小點燃電漿所需之電壓。紫外線輻射亦可用於輔助在電漿腔室20中產生提供點燃電漿腔室20中之電漿之初始電離事件之自由電荷。
在某些實施例中，將高電壓脈衝施加至定位於電漿腔室20中之一電極30。注意，電極不必位於電漿腔室內部。而是，電極僅需要將能量(高電壓)耦合至電漿腔室內部之氣體中。舉例而言，可透過由諸如藍寶石等一材料製成之一窗口將能量耦合至氣體中。在某些實施例中，短持續時間之高電壓脈衝被施加至透過一電介質電容性耦合至電漿腔室20之一電極32。在其他實施例中，電漿腔室20暴露於自光學地耦合至電漿腔室20之一源(諸如，一紫外線光源或雷射34)放射之高能量輻射。該輻射達成對電漿進行點燃之初始電離事件。在又一實施例中，高電壓脈衝可被施加至電漿腔室之一電隔離部分，在該電隔離部分中，電加偏壓區與毗鄰接地區係透過分離該兩者之一間隙或介質絕緣體隔離。
環形低場電漿源10亦可包含一電路36，電路36用於量測初級繞組18之電參數。初級繞組18之電參數包含驅動初級繞組18之電流、跨越初級繞組18之電壓、電壓供應器24所產生之匯流排電壓供應或線電壓供應、初級繞組18之阻抗、初級繞組18中之平均功率及初級繞組18中之峰值功率。
另外，電漿源10可包含用於量測電漿14之相關電參數之一構件。電漿14之相關電參數包含電漿電流、環路電壓、阻抗及/或功率。舉例而言，源10可包含一電流探針38，電流探針38定位於電漿腔室20周圍以量測在變壓器12之次級中流動之電漿電流。電漿源10亦可包含一光學偵測器40，光學偵測器40用於量測來自電漿14之光放射。另外，電漿源10可包含一功率控制電路42，功率控制電路42接受來自電流探針38、功率偵測器40及電路26中之一或多者之資料，且然後藉由調整初級繞組18中之電流來調整電漿之功率。
在操作中，一氣體流動至電漿腔室20中直至達到實質上介於1毫托與100托之間的一壓力為止。氣體可包括一惰性氣體、一反應氣體或者至少一種惰性氣體與至少一種反應氣體的一混合。具有切換半導體器件之電路26將一電流供應至感應電漿腔室20內部之一電位之初級繞組18。所感應電位之量值取決於由核心根據法拉第感應定律所產生之磁場及切換半導體器件操作之頻率。可在腔室中起始形成電漿之一電離串級事件。電離事件可係將一電壓脈衝施加至腔室20中之電極30或電容性地耦合至電漿腔室20之電極32。另一選擇係，電離事件可係使腔室20暴露於高能量輻射。
圖2包含根據本發明的包含圖1中所圖解說明類型之一電漿源121之一系統100之一示意性功能方塊圖，電漿源121包含一環形電漿管或區塊120 (在本文中亦被稱為一電漿密閉區120)，在電漿密閉區120中點燃一電漿。圍繞整個區塊環路136之一總電位降在本文中被稱為VLoop。VLoop依據跨越初級線圈之電壓而變化。在一典型環形電漿源中，環路電壓可被允許隨氣體操作壓力而變化，此乃因電漿之阻抗將根據不同操作狀況而改變。亦可藉由針對一給定氣體、流及壓力狀況改變電漿電流設定點來視需要改變環路電位。電漿密閉區120在電漿環路周圍包含(例如)四個介電中斷區134A、134B、134C、134D中之一或多者。為了點燃環路中之電漿，跨越介電中斷區134A、134B、134C、134D中之一或多者施加點燃電壓，例如脈衝或脈衝系列(在本文中被稱為VSpark)。在一成功電漿點燃中，在施加點燃電壓之後，發生解離，且電漿點燃且填充整個環路136。
圖2亦圖解說明根據例示性實施例的用於產生VSpark點燃電壓之點燃系統。點燃系統包含產生初始波形之一換流器電路，亦即切換電源供應器122，該初始波形用於產生VSpark。另一選擇係，可在一不同頻率下自一不同電路產生Vspark。將由換流器電路122產生之信號施加諧振電路124，諧振電路124包含電感器L1及L2以及電容器C1。諧振電路124經調諧以具有在所期望電漿激發電壓VSpark切換頻率下之一諧振頻率。如圖2中所展示，電容器C1與電漿負載並聯。電路124之信號被施加至一變壓器126之初級繞組128。應注意，此特定諧振電路係作為一說明性例示性電路而被說明。可使用可調諧諧振電路之其他類型及組態。
變壓器126之一第一次級繞組130被應用於一第二電路138，其遞送電漿點燃電壓VSpark (通常高於初級環路電壓)。為起始電漿之點燃，將來自電路138之輸出電壓施加至經加偏壓區塊139、140中之一或多者，而將毗鄰區塊141、142接地。區塊139、140、141、142係導電區塊，係由(舉例而言)鋁或其他此類導電材料製成。舉例而言，如所展示，藉由利用一介電材料(諸如，氧化鋁或類型的類似絕緣介電材料)塗佈導電區塊139、140、141、142來使介電中斷區134A、134B、134C、134D可形成於區塊之間。在圖2之特定例示性說明中，將來自電路138之輸出信號(亦即，VSpark)施加至經加偏壓區塊139及140。此會由於經加偏壓區塊139分別與接地區塊142及141之間的電壓差而跨越介電中斷區134A及134C形成一電場。類似地，由於經加偏壓區塊140分別與接地區塊142及141之間的電壓差而會跨越介電中斷區134B及134D形成一電場。此等電場起始在區塊139、140、141、142內部之電漿密閉容積中之電漿之點燃。在完成電漿環路之形成之後，電漿環路用作變壓器126之第二次級繞組132。應注意，即使圖2展示變壓器126的毗鄰於變壓器核心之第二次級繞組132，但實際上正是形成於電漿密閉容積內之電漿自身用作變壓器126之第二次級繞組132。因此，圖2示意性地圖解說明根據本發明之區塊點燃，從而展示使得VSpark及VLoop能夠被驅動遠離變壓器126之同一初級線圈128的兩個次級環路。
根據例示性實施例，在點燃期間的電壓及所得電漿解離受諧振切換電源供應器電路中之電源供應器之切換頻率影響，該諧振切換電源供應器電路包含換流器電路122、儲能電路124及138以及變壓器126，其中在變壓器126之初級線圈周圍之電壓受操作頻率控制。圖3係圖解說明根據例示性實施例的切換頻率與所得點燃電壓VSpark之間的一關係的一圖表。應注意，VSpark及切換頻率的值僅具例示性。參考圖2及圖3，根據變壓器126之各別次級線圈130、132之線圈之匝數比，針對點燃VSpark之電壓以及電漿環路電壓VLoop係初級線圈電壓之多倍。隨著換流器之操作頻率(例如)經由一閘驅動器而朝向電路之自然諧振頻率(=1/sqrt(LC))改變，跨越初級線圈128之電壓朝向一最大值增大，因此對應地增加控制火花電壓VSpark及環路電壓VLoop的次級線圈130、132之電壓(與匝數比*初級線圈電壓成比例)。隨著電漿環路及點燃電路上之電壓增大，形成氣體之一解離從而形成一電漿之概率變高。因此，針對一給定氣流及壓力產生電漿所需之電壓指示電漿區塊中之電子之重組損耗且因此可用作用於量測電漿區塊之表面狀況之一有價值診斷依據。
在某些例示性實施例中，可藉由移除點燃電路中之電容器以改變點燃電路之諧振頻率來調諧VSpark。在一項實施例中，可在點燃電路中使用一可變VSpark繼電器來移除電容並改變諧振頻率。在另一方法中，可使用與RF匹配網路中所使用之電容器類似之可調整電容器來達成相同之結果。
因此根據 本發明，可對影響電漿之點燃之參數做出各種調整及修改。此等調整及修改可基於特定點燃情境之狀況，諸如一冷起動情況或一毒化(亦即，污染情況)。舉例而言，此等調整可包含以下中之一或多者：改變電源供應器(亦即，換流器電路)之切換頻率；改變電源供應器(亦即，換流器電路)之脈衝寬度；透過修改電路之電容及/或修改用於耦合至電漿之電感器之性質來改變電漿解離電子裝置之諧振頻率；經由替代電路在不同電壓位準間切換。
圖4包含展示用於點燃電漿之正峰值電壓之一圖表。根據例示性實施例，位準表示被施加達特定時間週期之火花電壓之峰值(正)值。重要的是應注意，火花電壓可作為在RF頻率下切換之自正峰值切換之負峰值的方形交變脈衝而被施加。可施加此脈衝列達一給定時間以在該時間週期內達成電漿點燃。具體而言，圖4圖解說明以秒單位的被稱為正規化VSpark之一系列VSpark電壓脈衝列之時序，圖4僅展示電壓脈衝包絡中之為正的一半。如圖4中所圖解說明，隨著點燃序列發展，在某些例示性實施例中，跨越介電中斷區134之電壓增大。在圖4中所圖解說明之特定例示性序列中，在若干對連續電漿解離脈衝列中，跨越電漿環路之電壓增大。然而，在每一脈衝列期間，峰值電壓位準係恆定的。在三對連續脈衝列之後，電壓呈現一恆定位準長達後續脈衝列。 在某些例示性實施例中，VSpark信號遵循一正弦曲線波形，該正弦曲線波形具有在圖4中之脈衝列包絡所圖解說明之峰值正值與峰值負值之間擺動的一振幅。在每一脈衝列中正弦曲線脈衝之重複頻率可係大約100 kHz至1000 kHz且通常介於400 kHz與700 kHz之間。如上文所述，圖4僅圖解說明在一給定時間週期內之正弦曲線脈衝之正峰值電壓。如所圖解說明，正峰值電壓之電壓值係在連續脈衝列之間被改變/控制。
圖5包含圖解說明根據一些例示性實施例的圖4之方形點燃序列之邏輯流程之一邏輯流程圖。參考圖5，在步驟S202中，產生並傳輸一電漿點燃命令。接下來，在步驟S204中，針對第一脈衝列選擇一峰值電壓位準VSpark。可基於與特定電漿產生應用相關之各種參數而將點燃脈衝之電壓儲存於一查找表中。接下來，在步驟S206中，產生點燃脈衝列。在此步驟期間，啟用換流器電路122且起動一脈衝計時器。接下來，在步驟S208中，執行一檢查以判定電漿是否已被點燃並產生。若「是」，則流程經由「是」分支S209繼續至步驟S210中之電漿接通模式。若「否」，則經由「否」分支S213在步驟S212中執行一檢查以判定是否已達到規定脈衝持續時間。若尚未達到脈衝持續時間，則沿著「否」分支S211在步驟S208中檢查電漿。直至脈衝持續時間終止為止的此電漿環路檢查經由「否」分支S211及S213繼續，直至達到規定脈衝持續時間為止，且經由「是」分支S215在步驟S214中遞增脈衝數目。接下來，在步驟S216中，執行一檢查以判定是否已達到脈衝之最大數目，亦即是否已完成VSpark順序之最後脈衝。若「否」，則流程沿著「否」分支S217返回至步驟S204，在步驟S204處，選擇VSpark波形中之下一脈衝之一電壓。另一方面，若在步驟S216中判定已達到最後脈衝，則流程沿著「是」分支S219移動至步驟S218，在步驟S218中斷定一點燃失敗已發生。
圖6包含根據例示性實施例的用於點燃電漿之一波形之一圖表，具有三角形或傾斜點燃脈衝列。具體而言，圖6圖解說明以秒為單位的被稱為正規化VSpark之一系列VSpark電壓脈衝列之時序。圖6之圖式與圖4之圖式完全類似，其中兩個脈衝列包絡之間的差異在於：圖4之脈衝列包絡係一「方形」點燃脈衝列包絡，且圖6之脈衝列包絡係一「三角形」點燃脈衝列包絡。如圖6中所圖解說明，隨著點燃序列發展，在某些例示性實施例中，跨越介電中斷區134之電壓增大。在圖6中所圖解說明之特定例示性序列中，在連續電漿解離脈衝中，跨越電漿環路之電壓增大。此外，與圖4及圖5中所圖解說明之方形點燃序列相比，在圖6之三角形點燃序列中，甚至在每一脈衝列期間，電壓位準增大達連續脈衝。在圖6中所圖解說明之特定例示性實施例中，在六個連續脈衝列之後，電壓呈現一恆定位準達後續脈衝列。如圖6中所圖解說明，在一脈衝列期間之峰值電壓未必恆定。舉例而言，在一脈衝列期間，峰值電壓可在脈衝列內隨時間而以一步進式方式變化。
圖7包含根據一些例示性實施例的圖解說明圖6之三角形或傾斜點燃序列之邏輯流程之一邏輯流程圖。參考圖7，在步驟S222中，產生並傳輸一電漿點燃命令。接下來，在步驟S224中，為第一脈衝選擇一電壓位準VSpark。第一點燃脈衝之電壓可係基於與特定電漿產生應用相關之各種參數之一預設值。後續脈衝之一開始電壓位準可等於先前脈衝之結束電壓位準。接下來，在步驟S226中，產生點燃脈衝。在此步驟期間，啟用換流器電路122且起動一脈衝計時器。接下來，在步驟S228中，執行一檢查以判定電漿是否已被點燃並產生。若「是」，則流程經由「是」分支S229繼續至步驟S230中之電漿接通模式。若「否」，則經由「否」分支S233執行一檢查以在步驟S232中判定是否已達到規定脈衝持續時間時間。若尚未達到脈衝持續時間，則流程沿著「否」分支S231移動至步驟S240，在步驟S240處，脈衝之電壓位準增大。此外，在步驟S228中，對電漿進行一檢查。此環路電漿檢查及增大脈衝電壓直至脈衝持續時間終止為止經由「否」分支S231及S233繼續，直至達到規定脈衝持續時間為止，且經由「是」分支S235脈衝數目在步驟S234中遞增。接下來，在步驟S236中，執行一檢查以判定是否已達到脈衝之最大數目，亦即是否已完成VSpark序列之最後脈衝。若「否」，則流程沿著「否」分支S237返回至步驟S224，在步驟S224處，針對VSpark波形中之下一脈衝選擇一電壓。另一方面，若在步驟S236中判定已達到最後脈衝，則流程沿著「是」分支S239移動至步驟S238，在步驟S238中，斷定已發生一點燃失敗。
圖8包含根據一些例示性實施例的上文所詳細闡述的一環形電漿管、電漿區塊或電漿密閉區120之一示意圖，其中連接用於施加點燃電壓VSpark且監控電漿區塊120中之電壓。參考圖8，電漿區塊120中之所監控電壓在本文中被識別為可變VSpark_Readback。如所展示地跨越電漿區塊120或在電漿區塊120上之諸多其他可能位置中之任一者中對電壓VSpark_Readback進行感測。相對於接地電壓之點燃電壓VSpark被展示為跨越電漿區塊120施加。接地參考被展示於電漿區塊120之主體處。
圖9係根據一些例示性實施例的經程式化VSpark點燃脈衝列包絡波形VSpark_Program (被標識為250)隨時間變化之一波形圖。VSpark_Program脈衝列包絡波形250與圖4及圖6中所圖解說明之脈衝列包絡波形類似。如圖9中所展示，VSpark_Program 250之每一脈衝列包含具有相對短持續時間之一初始VSpark_Program電壓斜坡254。每一脈衝列之持續時間係由沿著時間軸之一脈衝列持續時間箭頭256指示。
圖10包含圖解說明根據一些例示性實施例的圖9之時間曲線中所圖解說明之電漿點燃期間進行電壓監控之邏輯流程的一邏輯流程圖。參考圖8至圖10，在步驟S260中，發送一點燃命令。接下來，在步驟S262中，諸如依據一查找表判定VSpark_Program，且基於VSpark_Program將點燃電壓VSpark 施加至電漿區塊120以起始點燃過程。此外，在步驟S272中，感測VSpark_Readback。接下來，在步驟S264中，比較VSpark_Program VP 與VSpark_Readback VR 。若VP ＜ VR ，則在步驟S266中宣佈存在一系統錯誤。若VP = VR ，則在步驟S268中斷定已發生電容性電漿解離，此可由於電漿區塊120中所存在之自由電子不足以進行點燃之一「冷起動」，或電漿區塊120中存在一高程度污染，亦即存在一「毒化」狀況。若VP ＞ VR ，則在步驟S270中斷定，已在某種程度上發生電容性電漿解離且電漿區塊120中存在一中等毒化狀況。
圖11包含根據一些例示性實施例的上文所詳細闡述的環形電漿管、電漿區塊或電漿密閉區120之一示意圖，其中連接用於施加點燃電壓VSpark且因此施加點燃電流ISpark。相對於接地電壓之點燃電壓VSpark被展示為跨越電漿區塊120施加。接地參考被展示於電漿區塊120之主體處。參考圖11，藉由一感測器或感測電路161感測電流ISpark_Readback，感測電路161包含一匝數比為N:1之一變壓器163。可跨越感測電阻Rs感測一感測電壓Vs，感測電流Is通過Rs而形成感測電壓Vs。 Is = ISparkReadback ÷ N；且 Vs = Is × Rs；因此， ISpark_Readback = N× Is = N × Vs/Rs。
圖12包含根據一些例示性實施例的圖解說明在圖9之時間曲線中所圖解說明之電漿點燃期間電流監控之邏輯流程之一邏輯流程圖。參考圖9、圖11及圖12，在步驟S280中發送一點燃命令。接下來，在步驟S282中，諸如依據一查找表判定預期點燃電流ISpark_Program，且基於ISpark_Program而將點燃電壓VSpark施加至電漿區塊120以起始點燃過程。此外，在步驟S292中，感測ISpark_Readback。接下來，在步驟S284中，比較ISpark_Program IP 與ISpark_Readback IR 。若IP ＞ IR ，則在步驟S286中宣佈存在一系統錯誤。若VP = VR ，則在步驟S288中斷定已發生電容性電漿解離，此可由於電漿區塊120中之自由電子不足以進行點燃之一「冷起動」或電漿區塊120中存在一高程度污染，亦即存在一「毒化」狀況。若IP ＜ IR ，則在步驟S290中斷定，已在某種程度上發生電容性電漿解離且電漿區塊120中存在一中等毒化狀況。
圖13A至圖13C包含根據一些例示性實施例的經程式化VSpark點燃波形及所得經感測VSpark_Readback 信號在不同點燃狀況下隨時間變化之波形圖。在圖13A至圖13C所圖解說明之三種情境中，使污染程度(在此等具體實例中，使用N2 氣體作為一污染物)發生變化以產生不同點燃結果。亦即，使毒化程度以圖解說明不同類型之點燃及點燃失敗。圖13A至圖13C之所有情境係在一2托壓力下以2.0標準公升/分鐘(slm)的一氬流動速率實施。在圖13A中，500標準立方釐米/分鐘(sccm)的一流動速率將N2 氣體作為一污染物引入。在圖13B中，以200 sccm之一流動速率將N2 氣體作為一污染物引入。在圖13C中，不引入污染。
參考圖13A，在三個污染程度中之最高污染程度下，不發生解離，因此點燃失敗。在圖13A之不良點燃狀況中，施加高電壓達大量時間，且未產生電漿或未發生局部解離。因此，對中間區塊及對電漿環路施加的電壓保持在由點燃電路之諧振電路判定之高值下。
參考圖13B，在一略低的污染程度下，僅發生局部解離。亦即，未發生全環路解離。在此情形中，毒化(污染物)程度正防止電子圍繞整個電漿環路加速，此意味著電漿環路之點燃失敗。在圖13C之情形中，在不存在污染之情況下，在對電漿區塊施加高電壓之後，會在鄰近經加偏壓區塊之高場區中形成一局部解離。局部解離充當至接地之一電阻路徑，因此在電容器上之電荷通過電阻器釋放時(如圖12中所圖解說明)會減小點燃電壓。一旦電漿環路變完整，由於一電漿之電阻阻抗極低，該電漿環路便會對變壓器之次級環路進行分流，因此有效地降低可維持在初級線圈上之電壓。因此，VSpark及VLoop實質上減小，且發生局部解離。局部解離串接起整個電漿環路，從而形成完全環路解離且使得安全成功地點燃電漿。
圖14A及圖14B包含根據一些例示性實施例的、經程式化VSpark點燃波形VSpark_Program、所得感測VSpark_Readback信號及VLoop信號分別在一冷起動點燃情境及一正常點燃情境下隨時間而變化之兩個波形圖。參考圖14A，在首次點燃嘗試中，由於冷起動狀況(亦即，電漿區塊中缺乏電子)所致的距初始解離之較長時間導致較長總點燃時間(亦即，距VLoop崩潰之較長時間)。在首次點燃嘗試中，距點燃之時間(亦即，總VLoop解離)係大約100 ms。亦即，當VSpark_Readback = VSpark_Program時，距初始解離之時間係大約100 ms，後續接著環路解離，亦即VSpark_Readback ＜＜ VSpark_Program。在圖14B中所圖解說明之第二(正常)點燃時，初始解離及環路解離幾乎立即發生。
圖15A及圖15B包含根據一些例示性實施例經程式化VSpark點燃波形VSpark_Program、所得經感測VSpark_Readback信號及VLoop_Readback信號在毒化(污染)點燃狀況下分別在一長持續時間點燃情境及一失敗點燃情境中隨時間變化之兩個波形圖。參考圖15A及圖15B，在於毒化點燃狀況下進行的5000次點燃嘗試期間，記錄VSpark_Readback及VLoop。在局部解離之後，VSpark_Readback的振幅下降，且VLoop仍繼續斜升至全電壓(此乃因電漿環路未完全閉合，表示一變壓器中之電漿之次級環路係敞開的且可維持較高環路電壓)。當電漿環路形成時，此VLoop驟降(減小至一較低振幅)且與電漿電流X電漿阻抗成比例。如圖15B中所見的信號中之下降所指示，可斷定VSpark_Readback之波動指示電漿區塊中存在電弧或一不穩定電漿環路，此會導致點燃失敗。注意，在1,000次點燃之後，電漿區塊入口被電漿嚴重損壞。據信，如圖15A及圖15B中所展示，當發生初始解離但未形成完整電漿環路時，總持續時間與電漿區塊壽命相關，此乃因形成於經加偏壓電漿區塊之周圍區域中之離子可加速回至電漿區塊表面中且導致保護性介電塗層損壞，因此會縮短區塊之使用壽命，且根據本發明可用作區塊替換及/或製程聯鎖之一觸發。
根據例示性實施例，藉由在一較低點燃電壓下起動，系統能夠在一較低電壓下在較有利氣體狀況下點燃，此會使得電漿區塊內之電場減小(E =V/厚度)，因此減小電介質在高場區中發生徹底崩解的一可能性，而電介質崩解可導致塗層剝離而產生粒子。
本發明方法提供可能的最佳點燃性。此外，根據本發明，可在長期操作中透過點燃電壓之改變實施製程及RPS健康監控。可依據此電壓判定區塊塗層完整性(亦即，電介質強度)及完整性的改變。根據本發明，崩潰電壓亦可用作對區塊不同饋送氣體之一品質控制衡量標準。
當將高電壓施加至區塊以點燃電漿時，若塗層在任何位置處受損且無法維持靜電場，則可一存在寄生電弧事件。當局部電介質崩解強度弱於所施加之電場時，可能會發生此情況且可導致經加偏壓電極之周圍區域中之其他接地區出現一電弧。此可由於在電崩潰期間所引發的電弧損壞而導致此區域中發生塗層腐蝕。可藉由本文中所提供之智慧型點燃方案且經由智慧型學習來將對區塊塗層之此腐蝕及損壞最小化，在智慧型點燃方案中，可使電壓斜升以在最低可能電位下達成電漿觸擊，在智慧型學習中，可施加一給定製程狀況之先前所瞭解電位以觸擊電漿來處理下一基板。
本發明亦提供對電漿點燃狀況之診斷監控。根據例示性實施例，點燃所需之電壓亦提供對系統進行健康檢查之一手段，且可用於在較長時間週期內監控制程狀況之漂移。點燃所需之電壓亦可係保護基板免於因不注意地漂移電漿或區塊狀況而受到不恰當處理之一手段，且可進一步用作在以下情形中監控電漿區塊健康之一手段：區塊由於區塊表面/塗層表面暴露於高反應性電漿環境(尤其係具有鹵素、含O或H之氣體之環境)、或由於其他物種沈積於區塊表面上、由於可冷凝前驅物自製程腔室回流、或由於氣體用於遠端電漿源中，例如含前驅物之C或S或Al等。另一選擇係，此可涉及到對遠端電漿源的面向電漿表面之化學修飾。此可致使點燃所需之時間或電壓發生改變。此等改變可為使用此等遠端電漿源之一系統提供有用診斷以觸發其他製程或維護活動來將電漿狀況重設至控制限制內。此等診斷可用於「晶圓上」處理應用，在該「晶圓上」處理應用中重要輸出之一微小改變可導致給終端使用者造成顯著良率損失。在此等應用中進行可有效地用於監控一電漿源之重要重組之一診斷使得達成一高度的製程控制係有用的。
本發明亦為電漿源提供一「智慧型」(亦即自學習)點燃方案。當利用相同製程來處理多個基板時，根據本發明的用於電漿源之自學習點燃方案可用於將電漿點燃時間最小化。該方法涉及自前幾個基板(學習基板)記錄一製程配方順序中之不同階段之電漿觸擊狀況，且然後使用「所學習」值來處理其餘基板。此確保製程可重複性且最小化/防止可給終端使用者帶來極大損失之碎片事件。典型半導體器件基板價值數萬美元，其通常比一遠端電漿單元本身之成本更高。本發明之智慧型(自學習)方法亦藉由將區塊塗層暴露於高場之時間最小化且將點燃電漿所需之場量值最小化來將區塊腐蝕最小化，因此達成一極佳缺陷表現(例如，將缺陷之產生最小化)，此對於其中與在製程期間產生之膜之缺陷直接相關之器件良率的任何針對晶圓製程而言係重要的。
因此，根據本發明之電漿點燃方法，自電漿區塊中VSpark_Readback/VSpark_Program之比率產生一VSpark_Ratio信號，以判定 並回報電漿點燃在冷起動或毒化狀況下是否發生或點燃是否正常。此引導適用於此情況之任何糾正技術。
此外，根據本發明，將一計時器與VSpark_Ratio = VSpark_Readback/VSpark_Program搭配使用以給出區塊健康之一近似值。通常，局部發生解離且環路不發生解離之時間愈長，對電漿區塊造成之損壞愈大。
此外，根據本發明，可在點燃期間使用成功點燃所需之點燃持續時間及/或VSpark_Program值來判定電漿腔室狀況。
此外，根據本發明，可使用VSpark_Ratio = VSpark_Readback/VSpark_Program信號之雜訊產生弧偵測。如圖16B中所圖解說明，VSpark_Readback 信號在一不成功點燃期間表現出不穩定行為。具體而言，VSpark_Readback之值自值VSpark_Program之下降，但展示出低頻率雜訊，此指示電弧或不穩定電漿形成狀況。因此，偵測此雜訊可用於診斷一電弧或不穩定電漿形成狀況之發生。
此外，根據本發明，應注意，在使用將VSpark偏壓提供至電漿區塊之一經量測電流信號的情況下，本發明之所有元件同樣使用。
圖16包含根據一些例示性實施例的一電漿點燃過程之一示意性邏輯流程圖。參考圖16，在步驟S402中，藉由在t = 0處起動一計時器來開始點燃序列。接下來，在步驟S404中，檢查時間以判定是否已達到時限。在某些例示性實施例中，時限可被設定為5秒至15秒。若達到時限，則流程沿著「否」分支自步驟S404移動至步驟S406，在步驟S406處，由於超出點燃窗時限限制，因此中止序列且報告點燃失敗。然後，流程移動至步驟S436，在步驟S436處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間且記錄點燃期間所達到的最大VSpark_Readback。若未達到時限，則流程沿著「是」分支自步驟S404移動至步驟S408，在步驟S408處，設定VSpark_Program之值，諸如藉由自一查找表獲得值。接下來，在步驟S410中，判定VSpark_Program之值是否小於一預設最大VSpark值。若「否」，則流程沿著「否」分支自步驟S410移動至步驟S412，在步驟S412處，由於超出VSpark限制，因此中止順序且報告點燃失敗。然後，流程移動至步驟S436，在步驟S436處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大VSpark_Readback。若未超出最大VSpark值，則流程沿著「是」分支自步驟S410移動至步驟S414，在步驟S414處，量測VSpark_Readback信號。在步驟S416中，計算VSpark_Ratio信號= VSpark_Readback/VSpark_Program。在步驟S418中，若VSpark-Ratio信號大於1，此意味著VSpark_Readback信號大於VSpark_Program信號，則流程沿著「是」分支自步驟S418移動至步驟S420，在步驟S420處，中止序列且報告一系統錯誤。然後，流程移動至步驟S436，在步驟S436處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大VSpark_Readback。若比率不大於1，則流程沿著「否」分支自步驟S418移動至步驟S422，在步驟S422處，判定比率是否小於某個第一臨限值，該第一臨限值在本文中被稱為臨限值1，在某些特定例示性實施例中係0.90。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S422移動至步驟S424，在步驟S424處，斷定尚未發生初始解離，且流程返回至步驟S404。若比率小於臨限值1，則流程沿著「是」分支自步驟S422移動至步驟S426，在步驟S426處，判定比率是否小於某個第二臨限值，該第二臨限值在本文中被稱為臨限值2，在某些特定例示性實施例中係0.10。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S426移動至步驟S428，在步驟S428處，斷定環路尚未閉合，且因此存在一毒化點燃狀況。然後流程移動至步驟S430，在步驟S430處，增大環路電壓，且然後流程移動至步驟S432，在步驟S432處，判定新的環路電壓是否低於最大容許VLoop值。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S432移動至步驟S438，在步驟S438處，報告一點燃毒化狀況，且發佈需要在重試點燃之前對系統進行吹掃之一通知。然後，流程移動至步驟S436，在步驟S436處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大VSpark_Readback。若新環路電壓低於最大容許VLoop值，則流程沿著「是」分支自步驟S432移動回至步驟S404。
圖17包含根據一些例示性實施例的另一電漿點燃過程之一示意性邏輯流程圖。參考圖17，在步驟S452中，在t = 0處起動一計時器來開始點燃序列。接下來，在步驟S454中，檢查時間t以判定是否已達到時限。在某些例示性實施例中，時限可被設定為5秒至15秒。若達到時限，則流程沿著「否」分支自步驟S454移動至步驟S456，在步驟S456處，由於超出點燃窗時限限制，因此中止順序且報告點燃失敗。然後，流程移動至步驟S480，在步驟S480處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback。若未達到時限，則流程沿著「是」分支自步驟S454移動至步驟S458，在步驟S458處，設定VSpark_Program之值，諸如藉由自一查找表獲得該值。接下來，在步驟S460中，判定VSpark_Program之值是否小於一預設最大VSpark值。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S460移動至步驟S462，在步驟S462處，由於超出VSpark限制，因此中止序列且報告點燃失敗。然後，流程移動至步驟S480，在步驟S480處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback。若未超出最大VSpark值，則流程沿著「是」分支自步驟S460移動至步驟S464，在步驟S464處，量測ISpark_Readback及ILoop_Readback信號。在步驟S466中，判定ISpark_Readback是否超出電弧之一預設臨限電流值I_Arc_臨限值。若超出臨限值，則流程沿著「是」分支自步驟S466移動至步驟S468，在步驟S468處，中止順序且報告潛在電弧。然後，流程移動至步驟S480，在步驟S480處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback。若ISpark_Readback未超出電弧臨限值，則流程沿著「否」分支自步驟S466移動至步驟S470，在步驟S470處，判定ISpark_Readback之電流值是否超出一第一點燃電流臨限值I_Ignitionthreshold1。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S470移動至步驟S474，在步驟S474處，斷定尚未發生初始解離。然後，流程返回至步驟S454。若ISpark_Readback超出I-Ignitionthreshold1，則流程沿著「是」分支自步驟S470移動至步驟S472，在步驟S472處，判定ISpark_Readback是否超出一第二點燃電流臨限值I_Ignitionthreshold2。若是，則流程沿著「是」分支自步驟S472移動至步驟S478，在步驟S478處，斷定且報告已達成一成功點燃。然後，流程移動至步驟S480，在步驟S480處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback。若ISpark_Readback未超出第二點燃電流臨限值I_Ignitionthreshold2，則流程沿著「否」分支自步驟S472移動至步驟S476，在步驟S476處，斷定環路未閉合，且因此存在一毒化點燃狀況。接下來，流程移動至步驟S482，在步驟S482處，增大環路電壓，且然後移動至步驟S484，在步驟S484處判定新的環路電壓是否低於最大容許VLoop值。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S484移動至步驟S486，在步驟S486處，報告一點燃毒化狀況且發佈需要在重試點燃之前吹掃系統之一通知。然後，流程移動至步驟S480，在步驟S480處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback。若新的環路電壓低於最大容許VLoop值，則流程沿著「是」分支自步驟S484移動回至步驟S454。
圖18包含根據一些例示性實施例之另一電漿點燃過程之一示意性邏輯流程圖。參考圖18，在步驟S552中，藉由在t = 0處起動一計時器來開始點燃序列。接下來，在步驟S554中，檢查時間t以判定是否已達到時限。在某些例示性實施例中，時限可被設定為5至15秒。若達到時限，則流程沿著「否」分支自步驟S554移動至步驟S556，在步驟S556處，由於超出點燃窗時限限制，因此中止順序且報告點燃失敗。接下來，流程移動至步驟580，在步驟580處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t，且記錄在點燃期間所達到的最大ISpark_Readback，且記錄ILoop_Readback的值。若未達到時限，則流程沿著「是」分支自步驟S554移動至步驟S558，在步驟S558處，設定VSpark_Program的值，諸如藉由自一查找表獲得值。接下來，在步驟S560中，判定VSpark_Program的值是否小於一預設最大VSpark值。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S560移動至步驟S562，在步驟S562處，由於超出VSpark限制，因此中止順序且報告點燃失敗。接下來，流程移動至步驟580，在步驟580處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback，且記錄ILoop_Readback值。若未超出最大VSpark值，則流程沿著「是」分支自步驟S560移動至步驟S564，在步驟S564處，量測ISpark_Readback及ILoop_Readback信號。在步驟S566中，判定ISpark_Readback是否超出電弧之一預設臨限值電流值I_Arc_Threshold。若超出臨限值，則流程沿著「是」分支自步驟S566移動至步驟S568，在步驟S568處，中止順序，且報告潛在電弧。接下來，流程移動至步驟580，在步驟580處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback，且記錄ILoop_Readback之值。若ISpark_Readback未超出電弧臨限值，則流程沿著「是」分支自步驟S566移動至步驟S570，在步驟S570處，判定ISpark_Readback的電流值是否超出一第一點燃電流臨限值I_Ignitionthreshold1。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S570移動至步驟S574，在步驟S574處，斷定發生初始解離。然後，流程返回至步驟S554。若ISpark_Readback超出I-Ignitionthreshold1，則流程沿著「是」分支自步驟S570移動至步驟S572，在步驟S572處，判定ILoop_Readback是否超出一環路電流臨限值I_Loop_threshold1。若是，則流程沿著「是」分支自步驟S572移動至步驟S578，在步驟S578處，斷定且報告已達成一成功點燃。然後，流程移動至步驟S580，在步驟S580處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback，且記錄ILoop_Readback之值。若ILoop_Readback不超出環路電流臨限值I_Loop_threshold1，則流程沿著「否」分支自步驟S572移動至步驟S576，在步驟S576處，斷定環路未閉合，且因此存在一毒化點燃狀況。接下來，流程移動至步驟S582，在步驟S582處，增大環路電壓，且然後流程移動至步驟S584，在步驟S584處判定新環路電壓是否低於最大容許VLoop值。若否，則流程沿著「否」分支自步驟S584移動至步驟S586，在步驟S586處，報告一點燃毒化狀況，且發佈在重試點燃之前對系統進行吹掃之一通知。接下來，流程移動至步驟580，在步驟580處，宣佈點燃序列完成，記錄點燃時間t且記錄在點燃期間所達到之最大ISpark_Readback，且記錄ILoop_Readback之值。若新環路電壓低於最大容許VLoop值，則流程沿著「否」分支自步驟S584移動回至步驟S554。
如上文所述，本文中所詳細闡述之電漿點燃方法可用於監控總系統之健康及狀態。圖19包含圖解說明根據一些例示性實施例使用電漿點燃參數來監控一電漿源之健康及狀態之一方法之邏輯流程之一邏輯流程圖。參考圖19，在步驟S502中，讀取與電漿點燃相關聯之參數。該等參數包含：時間t、最大VSpark_Readback、ISpark_Readback、ILoop_Readback。在步驟504中，將該等參數儲存於一記憶體及/或處理器件中，諸如一內部控制器、一半導體記憶體、一外部儲存器件或資料比較器、系統控制器、或任何此類器件。在步驟S506中，比較當前參數值與歷史值，該等歷史值可係短期儲存值或長期平均值。依據已知良好狀況判定參數之目標值。在步驟S508中，基於在步驟S506中進行之比較而採取可能校正行動。該等校正行動可包含以下中之一或多者：(i)清洗及/或替換電漿區塊，(ii)增加吹掃時間，(iii)調整RPS設定以達到相同的目標製程效能，(iv)替換RPS，(v)安排腔室或RPS預防性維護，(vi)檢查及/或預置MFC/氣體饋送管路。
雖然已參考本發明概念之例示性實施例而展示及描述了本發明概念，但熟習此項技術者將理解，可在不背離由以下申請專利範圍所界定之本發明概念之精神及範疇的情況下在本文中做出形式及細節上之各種改變。
10‧‧‧電漿源/源/環形電漿源/環形低場電漿源 12‧‧‧電力變壓器/變壓器 14‧‧‧電漿 16‧‧‧高導磁率磁芯 18‧‧‧初級線圈/初級繞組 20‧‧‧電漿腔室 22‧‧‧製程腔室 23‧‧‧樣本固持器 24‧‧‧電壓供應器 26‧‧‧切換電路/電路 27‧‧‧切換半導體器件 28‧‧‧輸出 30‧‧‧電極 32‧‧‧電極 34‧‧‧雷射 36‧‧‧電路 38‧‧‧電流探針 40‧‧‧光學偵測器/功率偵測器 42‧‧‧功率控制電路 50‧‧‧射頻電源供應器/切換電源供應器 100‧‧‧系統 120‧‧‧環形電漿管或區塊/電漿密閉區/電漿區塊/電漿密閉區 121‧‧‧電漿源 122‧‧‧切換電源供應器/換流器電路 124‧‧‧諧振電路/電路/儲能電路 126‧‧‧變壓器 130‧‧‧第一次級繞組/次級線圈 132‧‧‧第二次級繞組/次級線圈 134A‧‧‧介電中斷區 134B‧‧‧介電中斷區 134C‧‧‧介電中斷區 134D‧‧‧介電中斷區 136‧‧‧區塊環路/環路 138‧‧‧第二電路/電路/儲能電路 139‧‧‧經加偏壓區塊/區塊/導電區塊 140‧‧‧經加偏壓區塊/區塊/導電區塊 141‧‧‧區塊/導電區塊/接地區塊 142‧‧‧區塊/接地區塊 161‧‧‧感測電路 250‧‧‧脈衝列包絡波形 254‧‧‧電壓斜坡 256‧‧‧脈衝列持續時間箭頭 C1‧‧‧電容器 Is‧‧‧感測電流 L1‧‧‧電感器 L2‧‧‧電感器 Rs‧‧‧感測電阻 S202‧‧‧步驟 S204‧‧‧步驟 S206‧‧‧步驟 S208‧‧‧步驟 S209‧‧‧步驟 S210‧‧‧步驟 S211‧‧‧步驟 S212‧‧‧步驟 S213‧‧‧步驟 S214‧‧‧步驟 S215‧‧‧步驟 S216‧‧‧步驟 S217‧‧‧步驟 S218‧‧‧步驟 S219‧‧‧步驟 S222‧‧‧步驟 S224‧‧‧步驟 S226‧‧‧步驟 S228‧‧‧步驟 S229‧‧‧步驟 S230‧‧‧步驟 S231‧‧‧步驟 S232‧‧‧步驟 S233‧‧‧步驟 S234‧‧‧步驟 S235‧‧‧步驟 S236‧‧‧步驟 S237‧‧‧步驟 S238‧‧‧步驟 S239‧‧‧步驟 S240‧‧‧步驟 S260‧‧‧步驟 S262‧‧‧步驟 S264‧‧‧步驟 S266‧‧‧步驟 S268‧‧‧步驟 S270‧‧‧步驟 S272‧‧‧步驟 S280‧‧‧步驟 S282‧‧‧步驟 S284‧‧‧步驟 S286‧‧‧步驟 S288‧‧‧步驟 S290‧‧‧步驟 S402‧‧‧步驟 S404‧‧‧步驟 S406‧‧‧步驟 S408‧‧‧步驟 S410‧‧‧步驟 S412‧‧‧步驟 S414‧‧‧步驟 S416‧‧‧步驟 S418‧‧‧步驟 S420‧‧‧步驟 S422‧‧‧步驟 S426‧‧‧步驟 S428‧‧‧步驟 S430‧‧‧步驟 S432‧‧‧步驟 S434‧‧‧步驟 S436‧‧‧步驟 S438‧‧‧步驟 S502‧‧‧步驟 S504‧‧‧步驟 S506‧‧‧步驟 S508‧‧‧步驟 S552‧‧‧步驟 S554‧‧‧步驟 S556‧‧‧步驟 S558‧‧‧步驟 S560‧‧‧步驟 S562‧‧‧步驟 S564‧‧‧步驟 S566‧‧‧步驟 S568‧‧‧步驟 S570‧‧‧步驟 S572‧‧‧步驟 S574‧‧‧步驟 S576‧‧‧步驟 S578‧‧‧步驟 S580‧‧‧步驟 S582‧‧‧步驟 S584‧‧‧步驟 S586‧‧‧步驟 Vloop‧‧‧信號/總電位降/電漿環路電壓/環路電壓 Vs‧‧‧感測電壓 Vspark‧‧‧電漿點燃電壓/點燃電壓 Vspark_readback‧‧‧信號/電壓 Vspark_program‧‧‧點燃波形/點燃脈衝列包絡波形
在以下詳細說明中參考所示多個圖式藉助本發明實施例之非限制性實例詳細地闡述本發明，其中貫穿圖式的各個視圖，相似元件符號表示類似零件。
圖1包含本發明所涉及的用於產生活化氣體之一環形變壓器耦合電漿源之一示意性功能方塊圖。
圖2包含根據一些例示性實施例包含圖1所圖解說明類型之一電漿源之一系統之一示意性功能方塊圖，該系統包含一環形電漿管、區塊或一電漿被點燃之電漿密閉區。
圖3係圖解說明根據一些例示性實施例的切換頻率與所得點燃電壓VSpark之間的一關係的一圖表。
圖4包含根據一些例示性實施例的用於點燃電漿之一波形之一圖表，該波形具有方形點燃脈衝。
圖5包含圖解說明根據一些例示性實施例的圖4之方形點燃序列之邏輯流程之一邏輯流程圖。
圖6包含根據一些例示性實施例的用於點燃電漿之一波形之一圖表，該波形具有三角形的或傾斜的點燃脈衝。
圖7包含圖解說明根據一些例示性實施例的圖6之三角形或傾斜點燃序列之邏輯流程之一邏輯流程圖。
圖8包含根據一些例示性實施例的上文詳細闡述之一環形電漿管、電漿區塊或電漿密閉區、以及用於施加點燃電壓VSpark且監控電漿區塊中之電壓的連接之一示意圖。
圖9係根據一些例示性實施例的經程式化VSpark點燃波形VSpark_Program隨時間變化之一波形圖。
圖10包含圖解說明根據一些例示性實施例的在圖9時間曲線中所圖解說明之電漿點燃期間電壓監控之邏輯流程之一邏輯流程圖。
圖11包含根據一些例示性實施例的環形電漿管、電漿區塊或電漿密閉區及連接之一示意圖，該等連接用於施加點燃電壓VSpark且因此施加點燃電流ISpark且用於監控一電漿區塊中之電流。
圖12包含圖解說明根據一些例示性實施例的在圖9之時間曲線中所圖解說明之電漿點燃期間電流監控之邏輯流程之一邏輯流程圖。
圖13A至圖13C包含根據一些例示性實施例的經程式化VSpark點燃波形及所得經感測VSpark_Readback信號在不同點燃狀況下隨時間而變化之波形圖。
圖14A及圖14B包含根據一些例示性實施例的經程式化VSpark點燃波形VSpark_Program、所得經感測VSpark_Readback 信號及VLoop信號分別在一冷起動點燃情境及一正常點燃情境下隨時間而變化之兩個波形圖。
圖15A及圖15B包含根據一些例示性實施例的在毒化(污染)點燃狀況下，經程式化VSpark點燃波形VSpark_Program、所得經感測VSpark_Readback信號及VLoop信號分別在一長持續時間點燃情境及一失敗點燃情境中隨時間變化之兩個波形圖。
圖16包含根據一些例示性實施例之一電漿點燃過程之一示意性邏輯流程圖。
圖17包含根據一些例示性實施例之另一電漿點燃過程之一示意性邏輯流程圖。
圖18包含根據一些例示性實施例之另一電漿點燃過程之一示意性邏輯流程圖。
圖19包含圖解說明根據一些例示性實施例的使用電漿點燃參數來監控一電漿源之健康及狀態之一方法之邏輯流程之一邏輯流程圖。
10‧‧‧電漿源/源/環形電漿源/環形低場電漿源
12‧‧‧電力變壓器/變壓器
14‧‧‧電漿
16‧‧‧高導磁率磁芯
18‧‧‧初級線圈/初級繞組
20‧‧‧電漿腔室
22‧‧‧製程腔室
23‧‧‧樣本固持器
24‧‧‧電壓供應器
26‧‧‧切換電路/電路
27‧‧‧切換半導體器件
28‧‧‧輸出
30‧‧‧電極
32‧‧‧電極
34‧‧‧雷射
36‧‧‧電路
38‧‧‧電流探針
40‧‧‧光學偵測器/功率偵測器
42‧‧‧功率控制電路
50‧‧‧射頻電源供應器/切換電源供應器

Claims (48)

  1. 一種藉由在一電漿密閉容積(plasma confining volume)內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的方法，其包括：利用一點燃電路來產生一點燃信號；將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；感測該點燃電路中之一參數；比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值；及若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況，其中該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括報告該所判定狀況。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作。
  4. 如請求項3之方法，其中該校正動作包括：檢查一饋送氣體中之一污染物；及清除該污染物之一來源。
  5. 如請求項3之方法，其中該校正動作包括：穿過該電漿密閉容積提供一吹掃氣體以減少該電漿密閉容積中之一 污染物之一量。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括判定一解離時間，該解離時間係施加該點燃信號之一時間與該所感測到的參數相對於一第二參數臨限值發生改變之一時間之間的一時間量。
  7. 如請求項6方法，其進一步包括若該解離時間超出一解離時間臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之該狀況。
  8. 如請求項1之方法，其中該點燃電路中之該所感測到的參數係該點燃電路中之一電壓。
  9. 如請求項1之方法，其中該點燃電路中之該所感測到的參數係該點燃電路中之一電流。
  10. 一種用於藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的裝置，其包括：一點燃電路，其用於產生一點燃信號；一輸入，其用於將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；一感測器，其用於感測該點燃電路中之一參數；一處理單元，其用於比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值，且若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容 積相關聯之一狀況，其中該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。
  11. 如請求項10之裝置，其中該處理單元報告該所判定狀況。
  12. 如請求項10之裝置，其中該處理單元採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作。
  13. 如請求項12之裝置，其中該校正動作包括：檢查一饋送氣體中之一污染物；及清除該污染物之一來源。
  14. 如請求項12之裝置，其中該校正動作包括：穿過該電漿密閉容積提供一吹掃氣體以減少該電漿密閉容積中之一污染物之一量。
  15. 如請求項10之裝置，其中該處理單元判定一解離時間，該解離時間係施加一點燃電壓之一時間與該電漿密閉容積中之一所感測到的電壓下降至低於一第二電壓臨限值之一時間之間的一時間量。
  16. 如請求項15裝置，其中若該解離時間超出一解離時間臨限值，則該處理單元判定與該電漿密閉容積相關聯之該狀況。
  17. 如請求項10之裝置，其中該感測器所感測到的該參數係該點燃電路 中之一電壓。
  18. 如請求項10之裝置，其中該感測器所感測到的該參數係該點燃電路中之一電流。
  19. 一種藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的方法，其包括：利用一點燃電路來產生一點燃信號；將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；感測該點燃電路中之一參數；比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值；及若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況，其中該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包括報告該所判定狀況。
  21. 如請求項19之方法，其進一步包括採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作。
  22. 如請求項21之方法，其中該校正動作包括：檢查一饋送氣體中之一污染物；及清除該污染物之一來源。
  23. 如請求項21之方法，其中該校正動作包括：穿過該電漿密閉容積提供一吹掃(purge)氣體以減少該電漿密閉容積中之一污染物之一量。
  24. 如請求項19之方法，其進一步包括判定一解離(breakdown)時間，該解離時間係施加該點燃信號之一時間與該所感測到的參數相對於一第二參數臨限值發生改變之一時間之間的一時間量。
  25. 如請求項24方法，其進一步包括若該解離時間超出一解離時間臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之該狀況。
  26. 如請求項19之方法，其中該點燃電路中之該所感測到的參數係該點燃電路中之一電壓。
  27. 如請求項19之方法，其中該點燃電路中之該所感測到的參數係該點燃電路中之一電流。
  28. 一種藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的方法，其包括：利用一點燃電路來產生一點燃信號；將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間； 感測該點燃電路中之一參數；比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值；及若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況；及採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作(corrective action)，其中該校正動作包括檢查一饋送氣體中之一污染物及清除(eliminating)該污染物之一來源。
  29. 一種藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的方法，其包括：利用一點燃電路來產生一點燃信號；將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；感測該點燃電路中之一參數；比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值；及若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況；及採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作，其中該校正動作包括穿過該電漿密閉容積提供一吹掃氣體以減少該電漿密閉容積中之一污染物之一量。
  30. 一種藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的方法，其包括： 利用一點燃電路來產生一點燃信號；將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；感測該點燃電路中之一參數；比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值；及若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況；及判定一解離時間，該解離時間係施加該點燃信號之一時間與該所感測到的參數相對於一第二參數臨限值發生改變之一時間之間的一時間量。
  31. 如請求項30方法，其進一步包括若該解離時間超出一解離時間臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之該狀況。
  32. 如請求項31方法，其中該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。
  33. 如請求項31方法，其中該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。
  34. 一種用於藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的裝置，其包括：一點燃電路，其用於產生一點燃信號；一輸入，其用於將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；一感測器，其用於感測該點燃電路中之一參數； 一處理單元，其用於比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值，且若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況，其中該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。
  35. 如請求項34之裝置，其中該處理單元報告該所判定狀況。
  36. 如請求項34之裝置，其中該處理單元採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作。
  37. 如請求項36之裝置，其中該校正動作包括：檢查一饋送氣體中之一污染物；及清除該污染物之一來源。
  38. 如請求項36之裝置，其中該校正動作包括：穿過該電漿密閉容積提供一吹掃氣體以減少該電漿密閉容積中之一污染物之一量。
  39. 如請求項34之裝置，其中該處理單元判定一解離時間，該解離時間係施加一點燃電壓之一時間與該電漿密閉容積中之一所感測到的電壓下降至低於一第二電壓臨限值之一時間之間的一時間量。
  40. 如請求項39之裝置，其中若該解離時間超出一解離時間臨限值，則該處理電路判定與該電漿密閉容積相關聯之該狀況。
  41. 如請求項34之裝置，其中該感測器所感測到的該參數係該點燃電路中之一電壓。
  42. 如請求項34之裝置，其中該感測器所感測到的該參數係該點燃電路中之一電流。
  43. 一種用於藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的裝置，其包括：一點燃電路，其用於產生一點燃信號；一輸入，其用於將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；一感測器，其用於感測該點燃電路中之一參數；一處理單元，其用於比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值，且若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況，其中該處理單元採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作，其中該校正動作包括檢查一饋送氣體中之一污染物及清除該污染物之一來源。
  44. 一種用於藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的裝置，其包括：一點燃電路，其用於產生一點燃信號；一輸入，其用於將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經 加偏壓區與一接地區之間；一感測器，其用於感測該點燃電路中之一參數；一處理單元，其用於比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值，且若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況，其中該處理單元採取與該所判定狀況相關聯之一校正動作，其中該校正動作包括穿過該電漿密閉容積提供一吹掃氣體以減少該電漿密閉容積中之一污染物之一量。
  45. 一種用於藉由在一電漿密閉容積內點燃一電漿來判定一電漿系統之健康的裝置，其包括：一點燃電路，其用於產生一點燃信號；一輸入，其用於將該點燃信號施加於該電漿密閉容積之附近的一經加偏壓區與一接地區之間；一感測器，其用於感測該點燃電路中之一參數；一處理單元，其用於比較該所感測到的參數與一第一參數臨限值，且若該所感測到的參數不同於該第一參數臨限值，則判定與該電漿密閉容積相關聯之一狀況，其中該處理單元判定一解離時間，該解離時間係施加一點燃電壓之一時間與該電漿密閉容積中之一所感測到的電壓下降至低於一第二電壓臨限值之一時間之間的一時間量。
  46. 如請求項45之裝置，其中若該解離時間超出一解離時間臨限值，則該處理電路判定與該電漿密閉容積相關聯之該狀況。
  47. 如請求項46之裝置，其中該狀況係該電漿密閉容積中存在氣體污染。
  48. 如請求項46之裝置，其中該狀況係自由電子密度不足以點燃電漿。
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