用于檢測(cè)等離子處理室中激發(fā)步驟的電容耦合靜電(cce)探針裝置及其方法
【專利摘要】提供一種識(shí)別等離子處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)穩(wěn)定的等離子的方法。該方法包括在該處理室內(nèi)執(zhí)行激發(fā)步驟以生成等離子。該激發(fā)步驟包括在該處理室內(nèi)施加相當(dāng)高氣壓并在該處理室內(nèi)維持低射頻(RF)功率。該方法還包括采用探針頭以采集一組激發(fā)步驟過程中的特性參數(shù)測(cè)量值，該探針頭在處理室的表面上，其中該表面非常接近襯底表面。該方法進(jìn)一步包括將該組特性參數(shù)測(cè)量值與預(yù)定的范圍對(duì)比。如果該組特性參數(shù)測(cè)量值在預(yù)定的范圍內(nèi)，則存在穩(wěn)定的等離子。
【專利說明】用于檢測(cè)等離子處理室中激發(fā)步驟的電容耦合靜電（CCE) 探針裝置及其方法
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980126807. 7、申請(qǐng)日為2009年7月7日、發(fā)明名稱為"用 于檢測(cè)等離子處理室中激發(fā)步驟的電容耦合靜電（CCE)探針裝置及其方法"的發(fā)明專利申 請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在該等離子處理室中的襯底處理過程中，令人滿意的結(jié)果往往需要對(duì)工藝參數(shù)的 密切控制。這對(duì)于如沉積、蝕刻、清潔等用來制造現(xiàn)代高密度集成電路的工藝尤其正確。
[0003] 在特定的蝕刻工藝執(zhí)行中，例如，在襯底上執(zhí)行實(shí)際蝕刻步驟之前，等離子需要 穩(wěn)定以及良好地表征。為了引起穩(wěn)定且良好表征的等離子，往往采用稱作激發(fā)步驟制法 (recipe)的特別制法。在這個(gè)激發(fā)步驟過程中，該等離子處理室采用相對(duì)高的氣壓來確保 等離子引發(fā)（ignition)。通常將射頻（RF)功率保持較低以防止對(duì)襯底和/或室部件造成 無意的損傷。該激發(fā)步驟確保在按照預(yù)定的蝕刻步驟在襯底上開始實(shí)際蝕刻（通常采用較 高的RF功率）之前，室內(nèi)的等離子條件達(dá)到某種預(yù)定的、可接受的程度。因此，盡管激發(fā)步 驟可能包含對(duì)于實(shí)際蝕刻來說不穩(wěn)定的等離子條件，但是激發(fā)步驟是確保滿意的蝕刻結(jié)果 以及每個(gè)襯底的高器件成品率的重要步驟。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，激發(fā)步驟往往按照某種預(yù)定的已知最佳方法或BKM來執(zhí)行任意的時(shí) 間長(zhǎng)度。激發(fā)步驟持續(xù)時(shí)間通常根據(jù)從測(cè)試襯底獲得的反饋數(shù)據(jù)提前憑借經(jīng)驗(yàn)確定，并且 在執(zhí)行每個(gè)蝕刻制法之前執(zhí)行。例如，某些BKM可能需要5秒激發(fā)步驟以確保在蝕刻之前 等離子的可靠引發(fā)和穩(wěn)定。通常執(zhí)行完整的5秒激發(fā)步驟，而不管是否在這5秒持續(xù)時(shí)間 內(nèi)等離子是否在第一、第二、第三或第四秒中引發(fā)并穩(wěn)定。
[0005] 如果在該預(yù)定的激發(fā)步驟持續(xù)時(shí)間中非常早的引發(fā)并穩(wěn)定等離子，該激發(fā)步驟持 續(xù)時(shí)間的其余部分實(shí)際上是浪費(fèi)的時(shí)間，因?yàn)榈入x子已經(jīng)引發(fā)并穩(wěn)定，而且在這段時(shí)間內(nèi) 沒有發(fā)生有用的蝕刻。浪費(fèi)的時(shí)間減少等離子處理系統(tǒng)總的產(chǎn)量，導(dǎo)致更高的持有等離子 工具的成本（是生產(chǎn)的器件單元的函數(shù)）。此外，在這個(gè)浪費(fèi)的時(shí)間中，該室中存在的激發(fā) 等離子會(huì)促使室部件過早的退化（由此迫使更頻繁的清潔和維護(hù)循環(huán)）和/或?qū)е乱r底被 不希望地蝕刻而沒有產(chǎn)生相應(yīng)的與改進(jìn)和/或增加襯底產(chǎn)量有關(guān)的好處。
[0006] 另一方面，如果該激發(fā)步驟結(jié)束后，等離子沒有引發(fā)或者沒有保持穩(wěn)定，在沒有良 好表征的等離子的情況下，開始主蝕刻步驟往往導(dǎo)致?lián)p傷襯底。
[0007] 考慮到前面所述，期望改進(jìn)的技術(shù)以檢測(cè)激發(fā)步驟是否成功和/或最小化執(zhí)行激 發(fā)步驟所需的持續(xù)時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種識(shí)別等離子處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)穩(wěn)定的等離 子的方法。該方法包括在該處理室內(nèi)執(zhí)行激發(fā)步驟以生成等離子。該激發(fā)步驟包括在該處 理室內(nèi)施加相當(dāng)高氣壓和在該處理室內(nèi)維持低射頻（RF)功率。該方法還包括采用探針頭 以采集一組激發(fā)步驟過程中的特性參數(shù)測(cè)量值，該探針頭在處理室的表面上，其中該表面 非常接近襯底表面。該方法進(jìn)一步包括將該組特性參數(shù)測(cè)量值與預(yù)定的范圍對(duì)比。如果該 組特性參數(shù)測(cè)量值在該預(yù)定的范圍內(nèi)，則存在穩(wěn)定的等離子。
[0009] 上面的概述只涉及這里公開的本發(fā)明許多實(shí)施方式的一個(gè)并且不是為了限制本 發(fā)明的范圍，這個(gè)范圍在權(quán)利要求中闡述。本發(fā)明的這些和其他特征將在下面的具體描述 中結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 在附圖中，本發(fā)明作為示例而不是作為限制來說明，其中類似的參考標(biāo)號(hào)指出相 似的元件，其中：
[0011] 圖1示出示例CCE探針裝置。
[0012] 圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中的離子電流（單位時(shí)間單位面積上的離子通量）比時(shí)間的曲 線。
[0013] 圖3示出，按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，離子電流（單位時(shí)間單位面積上的離子通 量）比時(shí)間的曲線。
[0014] 討論的圖4示出等離子系統(tǒng)一部分的簡(jiǎn)單示意圖，具有電容耦合至反應(yīng)器室以產(chǎn) 生等離子的射頻（RF)源。
[0015] 討論的圖5A示出RF充電之后的電壓比時(shí)間圖表。
[0016] 討論的圖5B示出RF充電后采集的電流數(shù)據(jù)的圖表。
[0017] 討論的圖6示出RF爆發(fā)（RFburst)之間的單個(gè)時(shí)間間隔的簡(jiǎn)單電流比電壓圖表。
[0018] 討論的圖7示出在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的簡(jiǎn)單流程圖，說明在襯底處理過程 中自動(dòng)表征等離子的總體步驟。
[0019] 討論的圖8示出，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，確定關(guān)聯(lián)范圍和該種子值的簡(jiǎn)單 算法。
[0020] 討論的圖9A示出RF爆發(fā)之后的電流比時(shí)間示例。
[0021] 討論的圖9B示出RF爆發(fā)之后的電壓比時(shí)間示例。
[0022] 討論的圖9C示出拐點(diǎn)的示例。
[0023] 討論的圖9D示出應(yīng)用于電流比電壓圖表的曲線擬合的示例。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 現(xiàn)在將根據(jù)其如在附圖中說明的幾個(gè)實(shí)施方式來具體描述本發(fā)明。在下面的描述 中，闡述許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，顯然，本發(fā) 明可不利用這些具體細(xì)節(jié)的一些或者全部而實(shí)施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或 結(jié)構(gòu)沒有說明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。
[0025] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及使用電容耦合靜電（CCE)探針以檢測(cè)激發(fā)步驟的成功完 成。CCE探針已經(jīng)長(zhǎng)期用于測(cè)量等離子處理參數(shù)。CCE探針是本領(lǐng)域公知的，并且細(xì)節(jié)可從 公開文獻(xiàn)得到，包括例如美國(guó)專利5, 936, 413,主題為"MethodAndDeviceForMeasuring AnIonFlowInAPlasma"（1999年8月10號(hào)），其通過引用結(jié)合在這里。CCE探針提供 許多優(yōu)點(diǎn)，包括例如改進(jìn)的檢測(cè)敏感度、由于傳感器的小尺寸導(dǎo)致的最小的對(duì)等離子的擾 動(dòng)、容易安裝在室壁上、對(duì)傳感器頭上的聚合物沉積不敏感。此外，該傳感器的面向等離子 的表面往往可由與圍繞該室壁的相同的材料制成，由此進(jìn)一步最小化對(duì)等離子的干擾。這 些優(yōu)點(diǎn)使得非常希望將CCE探針用于感應(yīng)工藝參數(shù)。
[0026] 大體而言，CCE探針裝置包含連接到測(cè)量電容器的一個(gè)板的面向等離子的傳感器。 這里在圖1中示出一個(gè)示例CCE探針裝置。圖1中，面向等離子的傳感器102 (其設(shè)在室130 的壁中）連接到測(cè)量電容器104的一個(gè)板104a。測(cè)量電容器104的另一個(gè)板104b連接到 RF電壓源106。該RF電壓源106周期性提供RF振蕩波列（oscillationtrains)，使得探 針變成負(fù)偏置，并且執(zhí)行跨該測(cè)量電容器的測(cè)量以確定每個(gè)RF振蕩波列結(jié)束之后緊跟著 的電容器電流放電的速率。電流測(cè)量裝置120串聯(lián)在測(cè)量電容器104和RF電壓源106之 間以檢測(cè)該電容器電流放電速率?？商鎿Q地或者額外地，電壓測(cè)量裝置122連接在板104a 和地之間以測(cè)量探針頭的電勢(shì)。關(guān)于CCE探針裝置和CCE探針操作的細(xì)節(jié)在前面提到的美 國(guó)專利5, 936, 413中描述，并且這里將不再進(jìn)一步討論。
[0027] 如所提到的，導(dǎo)電材料制成的探針頭安裝在室的表面中。將短RF波列施加于該探 針，使得該電容器（Cm)充電，并且使得探針的表面獲得負(fù)電勢(shì)（相對(duì)地負(fù)幾十伏特）。在 RF脈沖結(jié)束之后，探針的電勢(shì)隨著Cm放電而衰退回到該空載電勢(shì)（floatingpotential)。 電勢(shì)變化的速率由等離子特性決定。在這個(gè)放電過程中，探針的電勢(shì)Vf利用電壓測(cè)量裝 置122來測(cè)量，而流到該探針并通過電容器Cm的電流利用電流測(cè)量裝置120來測(cè)量。曲線 V(t)和I(t)用來構(gòu)建電流-電壓特性VI，其之后由信號(hào)處理器來分析。將模型函數(shù)擬合 到這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，產(chǎn)生空載電勢(shì)Vf、離子飽和電流Isat和電子溫度Te的估值。更多的細(xì)節(jié)可 在主題為"MethodsforAutomaticallyCharacterizingaPlasma，'、2008 年 6 月 26 好 遞交于美國(guó)專利局（申請(qǐng)?zhí)?1/075, 948)以及2009年6月2日遞交于美國(guó)專利局（申請(qǐng) 號(hào)12/477,007)的共同待決申請(qǐng)中找到，它們包含在這里的討論中。
[0028] 按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，提出創(chuàng)新性的技術(shù)以能夠檢測(cè)激發(fā)步驟的成 功完成。發(fā)明人這里是這樣實(shí)現(xiàn)的，通過監(jiān)測(cè)離子通量，使用適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理系統(tǒng)軟件和/ 或硬件可檢測(cè)該離子通量數(shù)據(jù)中等離子引發(fā)的信號(hào)階躍（signalst?。┨卣?。一旦出現(xiàn)等 離子引發(fā)，可監(jiān)測(cè)該離子通量一段時(shí)間。等離子引發(fā)的信號(hào)階躍特征的監(jiān)測(cè)可在預(yù)計(jì)發(fā)生 等離子引發(fā)的時(shí)間窗內(nèi)執(zhí)行。如果在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)觀察到建立穩(wěn)定的離子通量，那么就說 該等離子穩(wěn)定并認(rèn)為該激發(fā)步驟成功。因此該激發(fā)步驟的成功完成要求檢測(cè)到等離子引發(fā) 事件以及確定對(duì)于給定時(shí)間段后續(xù)的等離子參數(shù)完全滿足特定條件。
[0029] 可替換地或額外地，可監(jiān)測(cè)電子溫度。通過監(jiān)測(cè)電子溫度，可得到額外的驗(yàn)證數(shù)據(jù) 點(diǎn)以檢測(cè)等離子引發(fā)事件。
[0030] 可替換地或額外地，可監(jiān)測(cè)探針頭的空載電勢(shì)。通過監(jiān)測(cè)空載電勢(shì)，可使用適當(dāng)?shù)?信號(hào)處理系統(tǒng)軟件和/或硬件檢測(cè)該空載電勢(shì)數(shù)據(jù)中的等離子引發(fā)的信號(hào)階躍特征。一旦 發(fā)生等離子引發(fā)，則監(jiān)測(cè)空載電勢(shì)一段時(shí)間。如果在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)滿足特定條件，則說等離 子穩(wěn)定并且認(rèn)為激發(fā)步驟成功。與離子通量監(jiān)測(cè)的情況相同，該激發(fā)步驟的成功完成要求 檢測(cè)等離子引發(fā)事件并確定對(duì)于給定時(shí)段內(nèi)后續(xù)等離子參數(shù)完全滿足特定的條件。
[0031] 圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中離子電流（單位時(shí)間單位面積上的離子通量）比時(shí)間的曲 線。圖2中，點(diǎn)200表示激發(fā)步驟開始。點(diǎn)200和點(diǎn)210之間的時(shí)段表示該激發(fā)步驟。步 驟202反映等離子引發(fā)。實(shí)際上，如圖2中可見，從在點(diǎn)204開始，該等離子已經(jīng)穩(wěn)定。由 于該現(xiàn)有技術(shù)BKM要求激發(fā)步驟200開始之后的固定時(shí)間量，所以允許該激發(fā)步驟運(yùn)行直 到在點(diǎn)210該固定的時(shí)段到期。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易理解點(diǎn)204和點(diǎn)210之間的時(shí)間 段實(shí)際上表示浪費(fèi)的時(shí)間，這降低了系統(tǒng)產(chǎn)量并且由于在漫長(zhǎng)的穩(wěn)定后點(diǎn)上存在激發(fā)等離 子而導(dǎo)致可能損傷襯底和/或室部件。
[0032] 圖3示出，按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，離子電流（單位時(shí)間單位面積上的離子通 量）比時(shí)間的曲線。圖3中，點(diǎn)300表示激發(fā)步驟開始。步驟302反映等離子引發(fā)。跟著 該引發(fā)事件之后等離子開始穩(wěn)定。在點(diǎn)304,等離子穩(wěn)定。通過監(jiān)測(cè)離子通量和/或電子溫 度和/或空載電勢(shì)，可檢測(cè)等離子引發(fā)。如果點(diǎn)302 (等離子引發(fā)）和點(diǎn)304之間的時(shí)間段 內(nèi)的等離子條件令人滿意，則蝕刻工藝可從點(diǎn)304開始，由此消除漫長(zhǎng)的浪費(fèi)時(shí)段（如現(xiàn)有 技術(shù)圖2的點(diǎn)204和210之間的時(shí)段）。注意如果一直都檢測(cè)不到等離子引發(fā)（例如，沒有 步驟302)，則認(rèn)為該激發(fā)步驟失敗。這樣，本發(fā)明提供比現(xiàn)有技術(shù)顯著的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)中 蝕刻步驟開始于預(yù)定的激發(fā)步驟持續(xù)時(shí)間的結(jié)束，不管等離子是否已經(jīng)成功引發(fā)和/或已 經(jīng)穩(wěn)定。
[0033] 在本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，在示例蝕刻中，對(duì)于的等離子引發(fā)、對(duì)于該穩(wěn)定 時(shí)段等，特性參數(shù)測(cè)量值（如離子通量測(cè)量值，電子溫度測(cè)量值和/或空載電勢(shì)測(cè)量值）可 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得。一旦對(duì)于某些測(cè)試襯底確定了這些特征參數(shù)，特征參數(shù)模式（pattern)可 用于與從將來的工藝獲得的參數(shù)讀數(shù)對(duì)比，以確定是否成功完成激發(fā)步驟。
[0034] 與現(xiàn)有參數(shù)測(cè)量技術(shù)相比，如測(cè)量入射或反射RF功率或RF阻抗探針，本發(fā)明基于 CCE探針的激發(fā)步驟檢測(cè)技術(shù)是高靈敏的。這是因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施方式使用探針直接測(cè)量 到達(dá)靠近被處理襯底的室壁的離子通量。因此，探針測(cè)量的離子通量與到達(dá)襯底表面的通 量密切相關(guān)，使得這個(gè)測(cè)量值是固有地絕對(duì)測(cè)量值。所以，檢測(cè)系統(tǒng)可驗(yàn)證離子通量是穩(wěn) 定的（例如，沒有過分的振蕩或不穩(wěn)定性）并且在觸發(fā)到蝕刻步驟的過渡（transition)前 處于設(shè)定的控制限度內(nèi)。
[0035] 這個(gè)直接測(cè)量方法與現(xiàn)有技術(shù)（如前面提到的RF功率測(cè)量或阻抗探針測(cè)量） 不同，現(xiàn)有技術(shù)傾向于更間接的測(cè)量并且更有可能提供激發(fā)步驟檢測(cè)的假肯定（false positives)和/或假否定（falsenegatives),并且更難以校準(zhǔn)或使之絕對(duì)。
[0036] 另外，對(duì)等離子的干擾最小，因?yàn)镃CE探針頭傾向于更小、與等離子處理室的周圍 的面向等離子的結(jié)構(gòu)齊平安裝，并且具有由與該室面向等離子的部件相同的材料形成的面 向等離子的探針表面。此外，該創(chuàng)新的基于CCE探針的激發(fā)步驟檢測(cè)技術(shù)對(duì)于面向等離子 的探針頭上的聚合物沉積不敏感，因?yàn)殡娏麟娙蓠詈贤ㄟ^任何形成在探針頭的面向等離子 的表面上的沉積物。
[0037] 盡管本發(fā)明參照其多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式來描述，但是存在改變、置換和等同方式，其 落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)注意有許多實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替代途徑。盡管這里 提供各種示例，但意圖是這些示例是說明性的而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0038] 并且，這里為了方便提供主題和概要，并且不應(yīng)當(dāng)用來解釋這里的權(quán)利要求的范 圍。進(jìn)而，摘要是以高度概括的形式撰寫的并且在這里為了方便而提供，因此不應(yīng)當(dāng)用來解 釋或者限制在權(quán)利要求中表述的總的發(fā)明。如果這里使用了術(shù)語"組"，這種屬于意圖是具 有數(shù)學(xué)意義上的一般理解，涵蓋零個(gè)、一個(gè)或多于一個(gè)元素。還應(yīng)當(dāng)注意，有許多實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明方法和設(shè)備的方式。所以，所以，其意圖是下面所附的權(quán)利要求解釋為包括所有這樣的落 入本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的改變、置換和各種替代等同物。
[0039]該討論還可以在主題為"MethodsforAutomaticallyCharacterizinga 卩1&8!11&"、2008年6月26日在美國(guó)專利局遞交（申請(qǐng)?zhí)?1/075,948)以及2009年6月2日 在美國(guó)專利局遞交（申請(qǐng)?zhí)?2/477,007)的共同待決申請(qǐng)中找到，并且通過引用結(jié)合在這 里。
[0040] 用于自動(dòng)表征等離子的方法的討論
[0041] 等離子處理的進(jìn)步促進(jìn)了半導(dǎo)體工業(yè)的增長(zhǎng)。為了為典型的電子產(chǎn)品供應(yīng)芯片， 可處理數(shù)百或數(shù)千個(gè)襯底（比如半導(dǎo)體晶圓）。為了使制造公司具有競(jìng)爭(zhēng)力，該制造公司必 須能夠在最小的處理時(shí)間內(nèi)將該襯底處理為合格的半導(dǎo)體器件。
[0042] 通常，在等離子處理過程中，可能出現(xiàn)會(huì)對(duì)該襯底造成負(fù)面影響的問題。可能改變 被處理的襯底的品質(zhì)的一個(gè)重要的因素是等離子本身。為了有足夠的數(shù)據(jù)來分析該等離 子，可以使用傳感器收集有關(guān)每個(gè)襯底的處理數(shù)據(jù)?？梢苑治鍪占臄?shù)據(jù)以確定問題的原 因。
[0043] 為了便于討論，圖4顯示了在等離子系統(tǒng)A-100的一部分中的數(shù)據(jù)收集探針的簡(jiǎn) 單示意圖。等離子系統(tǒng)A-100可包括射頻（RF)源A-102(比如脈沖式射頻頻率發(fā)生器）， 其電容耦合于反應(yīng)器室A-104以產(chǎn)生等離子106。當(dāng)射頻源A-102開啟時(shí)，在外部電容器 A-108兩側(cè)產(chǎn)生偏壓，該外部電容器A-108可以約為26. 2納法（nF)。在一個(gè)實(shí)施例中，射頻 源A-102可以每幾個(gè)毫秒（例如，約五毫秒）提供一個(gè)小的電力爆發(fā)（burst)(例如，11. 5 兆赫），導(dǎo)致外部電容器A-108被充電。當(dāng)射頻源A-102被關(guān)閉時(shí)，具有極性的偏壓保留在 外部電容器A-108上，從而探針A-110被偏置以收集離子。隨著該偏壓的衰退，可以追蹤到 如圖5A、5B和6所示的曲線。
[0044] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到，探針A-110通常是具有傳導(dǎo)平面的電探針，該傳導(dǎo)平 面可以靠著反應(yīng)器室A-104的室壁放置。從而探針A-110直接暴露于反應(yīng)器室A-104的環(huán) 境?？梢苑治鲇商结楢-110收集的電流和電壓數(shù)據(jù)。因?yàn)槟撤N配方可能使得非傳導(dǎo)性沉積 層A-116沉積在探針A-110上，所以不是所有的探針都能夠收集可靠的測(cè)量值。然而，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員意識(shí)到，即使有非傳導(dǎo)性沉積層，PIF(平坦離子流）探針也能夠收集數(shù)據(jù)，因 為該P(yáng)IF探針方案不需要吸收直流（DC)以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
[0045] 通過其它傳感器測(cè)量等離子系統(tǒng)A-100中的電流和電壓信號(hào)。在示例中，當(dāng)射頻 源A-102被關(guān)掉時(shí)，分別使用電流傳感器A-112和高阻抗電壓傳感器A-114測(cè)量電流和電 壓。然后繪制從電流傳感器A-112和電壓傳感器A-114收集的測(cè)量數(shù)據(jù)以創(chuàng)建電流圖和電 壓圖。數(shù)據(jù)可以手動(dòng)繪制或者可以將數(shù)據(jù)輸入到軟件程序以創(chuàng)建這些圖。
[0046] 圖5A顯示了在射頻充電周期后的電壓/時(shí)間圖。在數(shù)據(jù)點(diǎn)B1-202,在提供射頻充 電（即，射頻爆發(fā)）之后射頻源A-102已被關(guān)掉。在此示例中，在數(shù)據(jù)點(diǎn)B1-202,探針A-110 兩端的電壓約為負(fù)57伏。當(dāng)?shù)入x子系統(tǒng)A-100返回到安靜狀態(tài)（數(shù)據(jù)點(diǎn)B1-204和B1-206 之間的間隔）時(shí)，該電壓通常達(dá)到空載電壓電勢(shì)。在此示例中，該空載電壓電勢(shì)從約負(fù)57 伏升高到約零伏。然而，該空載電壓電勢(shì)無需非得為零，而可以是負(fù)的或正的偏壓電勢(shì)。
[0047] 類似地，5B顯示了在射頻充電之后收集的電流數(shù)據(jù)的圖表。在數(shù)據(jù)點(diǎn)B2-252,在 已經(jīng)提供射頻充電之后射頻源A-102已被關(guān)掉。在衰退期B2-254期間，外部電容器A-108 的返回電流會(huì)被放電。在一示例中，在完全充電（數(shù)據(jù)點(diǎn)B2-252)時(shí)，電流約為0. 86mA/cm2。 然而，當(dāng)該電流被徹底放電后（數(shù)據(jù)點(diǎn)B2-256)，電流回到零。根據(jù)該圖表，該放電花費(fèi)約 75毫秒。從數(shù)據(jù)點(diǎn)B2-256到數(shù)據(jù)點(diǎn)B2-258,該電容器保持放電。
[0048] 因?yàn)樵撾娏鲾?shù)據(jù)和該電壓數(shù)據(jù)兩者都是在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)被收集的，所以通過協(xié)調(diào) 該時(shí)間以消除時(shí)間變量可以生成電流/電壓圖。換句話說，可以將收集的電流數(shù)據(jù)針對(duì)收 集的電壓數(shù)據(jù)匹配起來。圖6顯示了對(duì)于射頻爆發(fā)之間的單一的時(shí)間間隔的簡(jiǎn)單的電流/ 電壓圖。在數(shù)據(jù)點(diǎn)C-302,在提供射頻充電之后射頻源A-102已被關(guān)掉。
[0049] 通過對(duì)每個(gè)射頻爆發(fā)過程中收集的數(shù)據(jù)施加非線性擬合，可以表征等離子A-106。 換句話說，可以確定表征等離子A-106的參數(shù)（例如，離子飽和度、離子飽和度斜率、電子溫 度、空載電壓電勢(shì)等）。盡管等離子A-106可以用收集的數(shù)據(jù)表征，然而計(jì)算該參數(shù)的過程 是需要人為干預(yù)的沉悶的手動(dòng)過程。在一示例中，當(dāng)每個(gè)射頻爆發(fā)后（即，當(dāng)已經(jīng)提供了射 頻充電然后將其關(guān)閉后）已經(jīng)收集了數(shù)據(jù)時(shí)，該數(shù)據(jù)可以被饋送到軟件分析程序。該軟件 分析程序可執(zhí)行非線性擬合以確定可以表征該等離子的參數(shù)。通過表征該等離子，工程師 能夠確定可以如何調(diào)整配方以最小化該襯底的標(biāo)準(zhǔn)處理。
[0050] 不幸的是，分析每個(gè)射頻爆發(fā)的數(shù)據(jù)的現(xiàn)有技術(shù)方法會(huì)需要若干秒或長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘 的時(shí)間來完成。因?yàn)橥ǔＳ袛?shù)千個(gè)（如果不是數(shù)百萬個(gè)的話）射頻爆發(fā)要分析，所以表征 配方的等離子的總時(shí)間可能要花幾小時(shí)來計(jì)算。結(jié)果，該現(xiàn)有技術(shù)方法無法有效地為工藝 控制目的而提供及時(shí)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。
[0051] 現(xiàn)在參考附圖中描繪的一些實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在下面的描述中， 闡明了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。然而，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說，本發(fā)明沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部仍然可以實(shí)施。在其它情況下，沒有對(duì)已知的 工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。
[0052] 下面描述了包括方法和技術(shù)在內(nèi)的各種實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)記住，本發(fā)明也涵蓋包括 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的制造品，在該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)有用于執(zhí)行本發(fā)明的技術(shù)的各實(shí)施 方式的計(jì)算機(jī)可讀指令。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括，例如，半導(dǎo)體、磁的、光磁的、光學(xué)的或者 其它形式的用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。進(jìn)一步，本發(fā)明還可涵蓋用于實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的各實(shí)施方式的裝置。這樣的裝置可包括用以執(zhí)行與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的任 務(wù)的專用的和/或可編程的電路。這樣的裝置的例子包括恰當(dāng)編程過的通用計(jì)算機(jī)和/或 專用計(jì)算裝置，也可包括適于執(zhí)行與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的各種任務(wù)的計(jì)算機(jī)/計(jì)算裝 置和專用的/可編程的電路的結(jié)合。
[0053] 如上所述，該P(yáng)IF探針法可用于收集關(guān)于該等離子的數(shù)據(jù)，其可位于該反應(yīng)器室 環(huán)境內(nèi)。從傳感器（例如，PIF探針）收集的數(shù)據(jù)可用于表征該反應(yīng)器室中的等離子。而 且，因?yàn)樵搨鞲衅魇褂萌鐖D4中所示的收集表面，所以也可以確定有關(guān)該室表面的數(shù)據(jù)。在 現(xiàn)有技術(shù)中，由該P(yáng)SD探針收集的數(shù)據(jù)提供了可用于分析的現(xiàn)成的數(shù)據(jù)源。不幸的是，可被 收集的巨大的數(shù)據(jù)量使得及時(shí)地分析該數(shù)據(jù)成為挑戰(zhàn)。因?yàn)榭赡苁占瘮?shù)千甚或數(shù)百萬的數(shù) 據(jù)點(diǎn)，識(shí)別關(guān)聯(lián)間隔以準(zhǔn)確地表征等離子成為一個(gè)艱巨的任務(wù)，特別是因?yàn)閿?shù)據(jù)通常是手 動(dòng)分析的。結(jié)果，收集的數(shù)據(jù)對(duì)提供能夠及時(shí)對(duì)等離子表征的等離子處理系統(tǒng)是沒有用的。
[0054] 然而，如果從數(shù)千/數(shù)百萬個(gè)收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)中識(shí)別出表征等離子所必需的關(guān)聯(lián)數(shù) 據(jù)點(diǎn)，那么表征等離子所需的時(shí)間可以明顯減少。依照本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種在相對(duì) 短的時(shí)間段內(nèi)自動(dòng)表征等離子的方法。此處描述的本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用于識(shí)別 該關(guān)聯(lián)范圍以減少表征等離子所需要分析的數(shù)據(jù)點(diǎn)的算法。此處所述的"關(guān)聯(lián)范圍"指的 是從在每個(gè)射頻爆發(fā)之間采集的數(shù)千或數(shù)萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中的更小的一組數(shù)據(jù)點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí) 施方式進(jìn)一步提供了估算可用于計(jì)算表征等離子的值的數(shù)學(xué)模型的種子值。通過對(duì)該關(guān) 聯(lián)范圍執(zhí)行曲線擬合，可以計(jì)算出可用來表征等離子的參數(shù)。
[0055] 參考下面的附圖和討論，可以更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0056] 圖7顯示了，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，描繪用于在襯底處理過程中自動(dòng)表征 等離子的步驟的簡(jiǎn)單流程圖?？紤]以下情況，其中在襯底處理中已經(jīng)提供了射頻充電。 [0057]在第一個(gè)步驟D-402中，收集電流和電壓數(shù)據(jù)。在一個(gè)示例中，在該射頻源被開啟 后，提供射頻充電（脈沖）。在該射頻充電被關(guān)閉后，可以使用電流傳感器和電壓傳感器在 探針（比如平坦離子流探針，其可被安裝到該反應(yīng)器室的室壁）收集數(shù)據(jù)。如上所述，可以 由該傳感器收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量可以在數(shù)千到數(shù)百萬范圍內(nèi)。在一些情況下，在每個(gè)射頻 爆發(fā)之間可以收集數(shù)千到數(shù)萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，使得現(xiàn)有技術(shù)中接近實(shí)時(shí)的分析幾乎不可能。
[0058] 在現(xiàn)有技術(shù)中，可以分配若干小時(shí)來分析在半導(dǎo)體襯底處理過程中收集的測(cè)量數(shù) 據(jù)。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，本發(fā)明的發(fā)明人意識(shí)到，不需要分析每個(gè)射頻爆發(fā)之間的測(cè)量 數(shù)據(jù)以表征等離子。相反，如果將曲線擬合應(yīng)用于數(shù)據(jù)組的關(guān)聯(lián)范圍，可以確定用于表征該 等離子的參數(shù)。
[0059] 在下一個(gè)步驟D-404中，確定關(guān)聯(lián)范圍。如上所述，該關(guān)聯(lián)范圍指的是在每個(gè)射頻 爆發(fā)之間收集的數(shù)據(jù)組的子集。在現(xiàn)有技術(shù)中，因?yàn)閿?shù)據(jù)是手動(dòng)分析的，所以收集的數(shù)據(jù)的 巨大的量使得計(jì)算該關(guān)聯(lián)范圍成為艱巨的任務(wù)。在許多情況下，可以目視估算該關(guān)聯(lián)范圍。 在識(shí)別該關(guān)聯(lián)范圍時(shí)，可以從數(shù)據(jù)組的子集中基本上消除可能存在的噪聲。在一個(gè)示例中， 在復(fù)雜的襯底處理過程中，在該探針上可能發(fā)生聚合物累積，導(dǎo)致收集的數(shù)據(jù)的一部分是 有偏差的。例如，被影響的這部分?jǐn)?shù)據(jù)通常是一旦該電容器已經(jīng)完全被放電后收集的數(shù)據(jù)。 在識(shí)別該關(guān)聯(lián)范圍時(shí)，可以從分析中除去與該聚合物累積有關(guān)的數(shù)據(jù)。換句話說，該關(guān)聯(lián)范 圍的確定使得能夠進(jìn)行等離子表征而不受隨機(jī)噪聲的影響。例如，在后面對(duì)圖8的討論中， 提供了有關(guān)如何確定關(guān)聯(lián)范圍的討論。
[0060] 除了識(shí)別該關(guān)聯(lián)范圍以外，在下一個(gè)步驟D-406中，還可以確定該種子值。此處討 論的"種子值"指的是該斜率、該電子溫度、該離子飽和度值、該空載電壓電勢(shì)等的估算值。 例如，在對(duì)圖8的討論中，提供了有關(guān)如何估算該種子值的討論。
[0061]利用該關(guān)聯(lián)范圍和該種子值執(zhí)行曲線擬合。因?yàn)榍€擬合必須在下一個(gè)射頻爆發(fā) 之前執(zhí)行，所以用于確定該關(guān)聯(lián)范圍和/或種子值的方法必須利用最小的總開銷并產(chǎn)生接 近最終擬合值的值，從而減少實(shí)現(xiàn)快速收斂所需的曲線擬合迭代的次數(shù)。
[0062] 使用該關(guān)聯(lián)范圍和該種子值，在下一個(gè)步驟D-408中，可以執(zhí)行非線性擬合（例 如，曲線擬合），從而使得該等離子能夠在更短的時(shí)間段內(nèi)被表征而無需昂貴的高端計(jì)算 機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)不同，該方法允許來自單一射頻爆發(fā)導(dǎo)致的衰退間隔的結(jié)果在大約20毫秒 內(nèi)被表征，而不是需要幾分鐘乃至幾小時(shí)來處理。具備了這種近似實(shí)時(shí)分析的能力，該方法 可以被用作自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分以在等離子處理過程中向工程師提供關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。
[0063] 圖8顯示了，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，用于確定該關(guān)聯(lián)范圍和種子值的簡(jiǎn)單 算法。將聯(lián)系圖9A、9B、9C和9D對(duì)圖8進(jìn)行討論。
[0064] 在第一個(gè)步驟E-502中，自動(dòng)繪制在每個(gè)射頻爆發(fā)過程中收集的數(shù)據(jù)。在一個(gè)示 例中，由該電流傳感器收集的電流數(shù)據(jù)被繪制到電流/時(shí)間圖F1-600中，比如在圖9A中 所示的那個(gè)。在另一個(gè)示例中，收集的電壓數(shù)據(jù)可被繪制到電壓/時(shí)間圖F2-650中，如圖 9B中所示。盡管該數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生與現(xiàn)有技術(shù)類似的圖表，然而與現(xiàn)有技術(shù)不同，該收集的數(shù) 據(jù)被自動(dòng)饋送到分析程序中而無需人為干預(yù)。替代地，無需繪制收集的測(cè)量數(shù)據(jù)。相反，可 以直接將數(shù)據(jù)饋送到該分析程序中。相反，該圖被用作可視的示例來解釋該算法。
[0065]與現(xiàn)有技術(shù)不同，不分析整個(gè)數(shù)據(jù)組來表征等離子。相反，確定關(guān)聯(lián)范圍。為了確 定關(guān)聯(lián)范圍，在下一個(gè)步驟E-504中，可以首先確定百分比衰退點(diǎn)。此處所述的"百分比衰 退點(diǎn)"指的是原始值衰退到該原始值的某個(gè)百分比的那個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，該百 分比衰退點(diǎn)可代表被分析的數(shù)據(jù)間隔的末尾。在一個(gè)示例中，當(dāng)該射頻源被關(guān)掉時(shí)，該電流 值約為0.86mA/cm2。圖9A的圖表F1-600上的數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-602代表了該值。如果百分比衰 退點(diǎn)被設(shè)定為該原始值的百分之十，該百分比衰退點(diǎn)在數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-604,約為0. 086mA/cm2。 換句話說，通過對(duì)該原始值應(yīng)用預(yù)定義的百分比，可以確定該百分比衰退點(diǎn)，其中該原始值 是當(dāng)該射頻源被關(guān)掉而該系統(tǒng)正返回平衡狀態(tài)時(shí)的電荷的值。在一個(gè)實(shí)施方式中，百分比 是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。在一個(gè)實(shí)施方式中，不是使用百分比衰退點(diǎn)來確定該數(shù)據(jù)間隔的末尾， 而是計(jì)算在每個(gè)射頻爆發(fā)時(shí)收集的數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)的峰值。
[0066] 在下一個(gè)步驟E-506中，該算法可確定該離子飽和區(qū)間，其是該原始值和第二衰 退點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)子集。此處所述的"離子飽和區(qū)間"指的是該電流-電壓（IV)曲線的區(qū) 域，在該區(qū)域中該探針的電勢(shì)相對(duì)于該空載電勢(shì)足夠負(fù)從而到該探針的電子通量是微不足 道的。在此區(qū)域中，到該探針的電流隨著負(fù)電勢(shì)的增加而緩慢且線性地增加。另外，該離子 飽和區(qū)間是一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下該偏壓相對(duì)于該空載電勢(shì)足夠負(fù)從而該探針會(huì)收集該系 統(tǒng)中所有的現(xiàn)有離子。換句話說，當(dāng)該偏壓被升到足夠高時(shí)，收集的電流"飽和"。而且，此 處所述的"現(xiàn)有離子"指的是碰撞在該包層邊界（當(dāng)偏壓進(jìn)一步增加時(shí)其會(huì)擴(kuò)大）上的離 子的通量。
[0067] 換句話說，該離子飽和區(qū)間是與圖9A的數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-602和F1-606的間隔。在一個(gè) 實(shí)施方式中，通過取該原始值的一個(gè)百分比（即，數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-602)可以確定該第二衰退點(diǎn)。 在一個(gè)示例中，如果該第二衰退點(diǎn)是該原始值的約百分之95,該第二衰退點(diǎn)約為0. 81mA/ cm2(即，數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-606)。因此，該離子飽和區(qū)間是從該原始值（數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-602)到該第二 衰退點(diǎn)（數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-606)。注意，該第二衰退點(diǎn)在該原始值（數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-602)和該百分比衰 退點(diǎn)（數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-604)之間。與該百分比衰退點(diǎn)類似，在一個(gè)實(shí)施方式中，該第二衰退點(diǎn)也 可以是基于該預(yù)定義閾值的。在一個(gè)實(shí)施方式中，該百分比是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。
[0068] 一旦確定了該離子飽和區(qū)間，在下一個(gè)步驟E-508中，可以估算該斜率（）和該離 子飽和度（i〇)。如上所述，該斜率0和該離子飽和度是可用于數(shù)學(xué)模型（下面的方 程2)以確定表征等離子的參數(shù)的四個(gè)種子值中的兩個(gè)。在一個(gè)示例中，可以通過執(zhí)行線性 回歸確定該斜率0。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該算法還可以通過取數(shù)據(jù)點(diǎn)F1-602和F1-606 之間的數(shù)據(jù)值的平均值而確定該離子飽和度（U。
[0069]在下一個(gè)步驟E-510中，該算法可確定該拐點(diǎn)，其是該一階導(dǎo)數(shù)改變正負(fù)號(hào)的點(diǎn)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，該拐點(diǎn)可以通過識(shí)別該百分比衰退點(diǎn)和該第二衰退點(diǎn)之間的電流值 的一階導(dǎo)數(shù)的最小值來計(jì)算。為了描繪，圖9C顯示了電流信號(hào)F3-660的百分比衰退點(diǎn) (F3-664)和原始點(diǎn)（F3-662)之間的值的一階導(dǎo)數(shù)。拐點(diǎn)是該一階導(dǎo)數(shù)（F3-670)的最小數(shù) 據(jù)點(diǎn)，其具有-o. 〇12mA/cm2的值和226的索引值（如數(shù)據(jù)點(diǎn)F3-666所示）。為了確定該 轉(zhuǎn)折值，該索引值被映射到電流信號(hào)繪圖F3-660。在此示例中，當(dāng)該一階導(dǎo)數(shù)的索引值被映 射到電流信號(hào)F3-660時(shí)，該轉(zhuǎn)折值是0. 4714mA/cm2,如數(shù)據(jù)點(diǎn)F3-668所示。
[0070] 在一個(gè)實(shí)施方式中，該關(guān)聯(lián)范圍被定義為該原始值和該拐點(diǎn)之間的范圍。附加地 或替代地，百分比衰退閾值可以被設(shè)定（例如，在百分之35)而不是計(jì)算該拐點(diǎn)。在一個(gè)示 例中，使用百分之35的百分比衰退點(diǎn)（其可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定），該關(guān)聯(lián)范圍可降到圖9A的 點(diǎn)F1-602 和F1-604 之間。

【權(quán)利要求】
1. 一種識(shí)別等離子處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)穩(wěn)定的等離子的系統(tǒng)，包括： 裝置，用于在所述處理室執(zhí)行實(shí)際蝕刻步驟之前的激發(fā)步驟以生成等離子，其中所述 裝置包括 裝置，用于在所述處理室內(nèi)施加高的氣壓以確保等離子引發(fā)，以及 裝置，用于在所述處理室內(nèi)維持比實(shí)際蝕刻過程中的射頻功率低的射頻（RF)功率； 裝置，用于采用探針頭以采集一組所述激發(fā)步驟過程中的特性參數(shù)測(cè)量值，通過監(jiān)測(cè) 所述特性參數(shù)測(cè)量值，檢測(cè)等離子激發(fā)的信號(hào)階躍特征，所述探針頭在所述處理室的表面 上，其中所述表面靠近襯底表面；以及 裝置，用于將該組特性參數(shù)測(cè)量值與預(yù)定的范圍對(duì)比，如果該組特性參數(shù)測(cè)量值不在 所述預(yù)定的范圍內(nèi)，則所述等離子不穩(wěn)定并且應(yīng)用校正動(dòng)作，如果該組特性參數(shù)測(cè)量值在 所述預(yù)定的范圍內(nèi)，則存在所述穩(wěn)定的等離子且所述激發(fā)步驟結(jié)束，從而檢測(cè)所述激發(fā)步 驟是否成功并最小化執(zhí)行所述激發(fā)步驟所需的持續(xù)時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述探針頭是電容耦合靜電（CCE)探針。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述探針頭的面向等離子的表面由與所述處理室 的其他面向等離子的部件相同的材料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該組特性參數(shù)測(cè)量值是一組離子通量測(cè)量值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該組特性參數(shù)測(cè)量值是一組電子溫度測(cè)量值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該組特性參數(shù)測(cè)量值是一組空載電勢(shì)測(cè)量值。
【文檔編號(hào)】H05H1/00GK104320899SQ201410422254
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2008年7月7日
【發(fā)明者】杰-保羅·布斯, 道格拉斯·L·凱爾 申請(qǐng)人:朗姆研究公司