TWI448211B - 感測電漿處理室中的非侷限的方法及設備 - Google Patents

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Description

感測電漿處理室中的非侷限的方法及設備
本發明係有關感測電漿處理室中的非侷限的方法及設備。
本發明大體上與基板製造技術相關，特別是關於一種使用以非磁性方式侷限電漿的製程技術。更明確的說，本發明係關於用來在電漿處理室中感測稱之為非侷限之維持侷限電漿之失效的方法及設備。
處理基板時，例如半導體基板或者是使用於平面顯示器製造中之玻璃面板，經常使用到電漿。例如為在電漿室中之基板之部分處理過程，基板被區分為複數個晶粒，或是長方形區域，各個將成為積體電路。基板而後被以一連串的步驟加以處理，在這些步驟中，材料被選擇性的去除(蝕刻)及沉積，以便於其上形成電子組件。
一般而言，電漿室可以透過使用非磁性方法(如石英侷限環，等等)來侷限電漿，以便減少處理室之壁面接觸(wall contact)。此種方法對於降低污染程度及記憶效果而言是有助益的。例如，許多在處理室內之表面係由抗電漿材料(例如，矽、碳化矽、氮化矽、石英等等)所組構成，此等材料有助於降低表面磨耗(surface wear)，而不會實質增加可能會影響基板之污染物。然而，持續地暴露於電漿，導致電漿的攻擊及移除這些保護性材料移除，經常導致表面粒子之污染，因而降低基板產量。
現在參考圖1A，呈現電容性耦合電漿(CCP)處理系統之簡圖。圖1A及其相關圖形1B被簡化，因為與本發明無關之組件已被省略以避免充塞過多無關之特徵。典型之CCP組態通常包括以些微距離相隔之兩個電極，運作方式原則上與電路中之電容器相似。經供電之電極102通常被組構成夾具(chuck)，且進一步可藉由位於傳輸線內孔119中之傳輸線118被耦合至一組RF產生器(未示出)。
經供電之電極102包括被組構之一組正極(pole)及一組負極，來提供靜電夾鉗力(clamping force)，以便將基板104夾鉗於夾頭102，加上電力之電極102可進一步包括偏壓補償電路(未示出)。例如，一組＋300V之正電壓及－300V之負電壓個別施加於這些正負極上，可提供足夠之靜電夾鉗力，使基板104夾鉗於夾頭102。偏壓補償電路在電漿處理期間，藉由提供偏壓補償電壓(Vb )幫助維持跨於基板兩端之持續之靜電夾鉗力。
第二接地電極106通常置於電漿122之上方。RF回返路徑通常遵循電漿處理室之上部的路徑：自接地電極106，經由處理室內襯(liner)114、接地延伸部位116，及沿著傳輸線內孔119之內表面。就低頻之RF訊號(如2MHz)而言，有些蝕刻應用可能需要將上部電極接地。就高頻之RF訊號(如27MHz及/或60MHz)而言，另外的蝕刻應用可能需要將上部電極接地。就所有RF之訊號頻率而言(如2MHz，27MHz及60MHz)，還是有些另外的蝕刻應用可能需要將上部電極接地。接地之電極106進一步可包括多孔矽(perforated silicon)之保護層，可使電漿氣體自氣體分配系統通過以進入電漿處理室。再者，基板104通常與邊緣環103被置於夾頭/加上RF之電極102上。
通常，偏壓補償電壓Vb 的大小正比於接地表面面積(一般為接地電極)對基板表面面積之比值：Vb ＝(接地＿面積/基板＿面積 ) N 〔方程式1〕此處的N通常介於1與4之間。
另外，侷限環組117可置於CCP源與電漿處理室室壁之間，且視需要可進一步被升高或降低，以隔絕基板表面上方之電漿。通常，侷限環組117被組構成為位在環繞著基板之水平周圍之一連串的石英環，且進一步以可變距離的方式被定位在沿著鉛直軸之基板上方。通常，各個侷限環厚度、及任意兩環之間的間隙大小皆被組構成使特定的電漿處理最佳化並控制電漿內之壓力。在某些組態中，侷限環有不同的直徑及厚度。例如，沿著鉛直軸之接近基板之所置之侷限環的直徑可小於離基板較遠之所置之侷限環的直徑。通常，以侷限環組、基板及加上電力之電極所界定的體積可被視為在電漿處理系統內之電漿空間。
半導體工業之現今趨勢在於進一步降低基板之形體尺寸，及新－基板材料的使用，已經挑戰現今之複雜技術。例如，在較大的基板上(例如>300mm)維持處理結果的均勻度已經變得易發困難。為了達到顯著的垂直蝕刻輪廓(profile)及高長寬比(aspect ratio)，可能需要較高的處理功率及較低的壓力。結果，侷限前述之電漿則為一挑戰。如果電漿變得非侷限，如同顯著增加未經控制的電壓般，可能對於所處理之基板及電漿處理室本身兩者造成顯著的損害。
建立偏壓之上限值以降低非侷限電漿之損害，該上限值正比在侷限時晶圓處之穩態偏壓。如果在晶圓處所測量之偏壓超過此上限值，RF被關閉且電漿立即被終止。此關閉方法係利用到以下事實：當電漿因為電極面積比例的改變而在非侷限狀態下時，Vb 會顯著增加。依據公式1，當非侷限發生時，接地面積已經自圖1A中之電極106的面積增加至電漿反應器之整個內部表面的面積。
因為需要有對於穩態或安全Vb值之先備知識，然而，在既有的技術中，決定出正確的電壓上限值是困難的。在許多情況下，尤其是當新的配方被開發出來時，此上限值在最開始時的估計是非常困難的，如果偏壓上限值被設的太低時，通常會導致感測到“錯誤的正壓”；或者如果偏壓上限值被設得太高時，則導致無偵測情形發生，結果損害電漿處理室。
從上述之角度，此處有理想的方法及設備，用來感測電漿處理室中之非侷限。
 發明概述
本發明之一實施例係關於一種用來在電漿處理室中偵測電漿非侷限狀態。電漿非侷限狀態的特徵在於：在該電漿處理室內，在所設計之電漿侷限體積外部，存在的電漿超出預定規範，該方法包含在該電漿處理室內之選取位置內設置感測器。該選取位置鄰近電漿處理室之組件，該組件被組構，以便於在電漿處理期間內若該電漿在該預定規範內被侷限於該所設計之電漿侷限體積內時，引導第一程度之回返的RF電流；於該電漿處理期間內，若該電漿在所設計的電漿侷限體積外部超出該預定規範時，引導第二程度之回返的RF電流，其中該感測器及該所選取之位置被組構以便提供在第一狀態與第二狀態之間具可區辨之差異性的電子參數，該第一狀態為該第一程度之回返的RF電流的特徵，該第二狀態為該第二程度之回返的RF電流的特徵。
該方法進一步包含提供耦合於該感測器之感測資料處理配置。該感測資料處理配置被組構以回應該電子參數，提供通告該電漿處理室是否正處於該電漿非侷限狀況的資料訊號。
下文將參照附圖對於本發明之這些及其他特色做更為詳細之說明。
 較佳實施例之詳細說明
以下將參考如附圖所示之一些較佳實施例，來對於本發明做詳細說明。下文中，先對數個特定的細節做說明以便提供對於本發明之完整理解。然而，對於熟習此技術的人士而言，即使沒有某些或全部特定的細節亦可以施行本發明。另外，已被熟知之處理步驟及/或結構並未被描述。
本發明之實施例中，有具普遍性之非侷限偵測系統(universal plasma unconfinement detection system，UPUDS)，被組構來在電漿處理室中偵測電漿非侷限狀況。一般而言，是多數的電漿處理室中，有經設計的電漿侷限體積(designed plasma confinement volume,DPCV)，作為基板處理用之電漿應於此體積內被產生及維繫。例如，有些電漿處理系統的設計使得所產生之電漿通常被侷限在以頂部電極、四周之聚焦環(focus rings)、及底部電極(其可以包括或不包括邊緣環(edge ring))所界定之體積內。當電漿被侷限在所設計之電漿侷限體積(DPCV)內時，該電漿被稱之為處於侷限狀態，或處於侷限狀況。在此侷限狀態下，在電漿處理室內但在所設計之電漿侷限體積之外部的電漿密度非常低，或幾近為零。
當電漿變成非侷限時，在前述之所設計之侷限體積外部之不同地點的電漿密度超過預先界定之規範(如前文所言，其在電漿處於侷限狀態時，傾向於非常低或是幾近為零)。基於上述所討論之原因，非侷限狀態是不理想的。本發明之實施例被組構來感測此非侷限狀態。
本發明者相信，在侷限狀態中，就處理室而言，回返之RF電流經過某些個已被建立之路徑。就侷限狀態而言之回返之RF電流的圖示呈現於圖1A中之參考號碼150。相反的，在非侷限狀態中，於所設計之侷限體積(DPCV)外部之所增加的電漿會產生額外的、及/或另外之回返的RF電流路徑。就非侷限狀態而言之回返之RF電流的路徑，以參考號碼160及170示於圖1B。這些非侷限狀態之回返之RF電流的路徑經過先前曾遭遇極低之回返之RF電流流或幾乎並無回返之RF電流的處理室組件。藉由偵測經過這些處理室組件之實為非侷限電漿狀況之特徵的回返之RF電流的存在，用以偵測電漿之非侷限狀態之發生的可靠技術因此得以實現。
一般而言，回返之RF電流流之存在為非侷限電漿狀況之特徵，可使用感測器偵測得，該偵測器位於處理室內之預先選定之感測器位置。感測器的位置被選在能在電漿侷限狀態與電漿非侷限狀態間提供具可區辨之差異性之感測訊號的位置。如果訊號處理電路可以自感測訊號來辨別電漿處於侷限狀態或是處於非侷限狀態，則感測訊號中之差異性被稱之為“可區辨的”(discriminable)。
那些熟悉訊號處理技術之人士將馬上理解到：自某一感測訊號來偵測狀態取決於感測器之靈敏度及訊號處理電路之性能之一項或是兩項。感測器之靈敏度通常取決於適當感測器之選取及/或電漿處理室中之感測器之定位。例如，高度靈敏感測器可以不需要被定位於最佳位置來產生感測訊號中之可區辨之差異性。就另一例來說，如果感測器之位置經妥善選取使得該感測器發揮其極大感測性能時，一個較不靈敏之感測器仍然可以產生可區辨之差異性。舉另一例來說，感測器之感測性能不足及/或感測器位置不佳可以藉由智慧型訊號處理演算法來彌補，該演算法可以準確地從劣於最佳之感測訊號來確認電漿處於侷限狀態或是非侷限狀態。因此，此處本發明者之意圖在於：雖然有些感測器及感測器位置較他者為佳，示於實施例中之特定的感測器及/或感測器位置並非為本發明之範疇的限制條件。
在實施例中，拾波線圈(pickup coil)之配置對於處理室組件而言為非接觸性的、鄰近關係，該處理室組件在侷限狀態下通常經歷很少或幾近為零之回返的RF電流。較佳的是(但非絕對必要)，感測器位置位於接近DPCV所界定之體積之外部，及/或DPCV之視線(line－of－sight)外部，以便降低因感測器存在所導入之污染風險，及/或將偵測靈敏度極大化。在實施例中，為了測量回返之RF電流所選取之處理室組件，沿著當電漿為非侷限時所形成之另外之回返的RF電流路徑、及/或額外之回返的RF電流路徑之至少其中之一者來配置為較佳。當處於電漿非侷限狀態下，經過此處理室組件之另外之及/或額外之回返的RF電流路徑的存在將在拾波線圈中感應電壓，所感應之電壓可再經處理(若有需要，經過適當的變壓、放大、及/或濾波，)，以偵測電漿非侷限狀態。
參考附圖及隨後之討論對於本發明之特色與優點可更為明瞭。圖2為電容性耦合電漿處理室之示意簡圖，以幫助對於本發明之實施例的討論。應注意的是，本發明之實施例並非被限定在所示出之特定組態的電漿處理室，也並非被限定在產生及維繫電漿之特定的電漿耦合技術(例如，電容性耦合、電感性耦合、微波等等)。
參考圖2，呈現電漿處理室202，具有所設計之電漿侷限體積(DPCV)204。在圖2之例中，DPCV通常被限定在由上部電極206、侷限環組208、及下部電極210或邊緣環212之配置所界定之體積內。上部電極、侷限環、下部電極及邊緣環代表目前在此產業中可得之以商用而言為合適的個別組件。
此例中，當下部電極210被耦合至RF產生系統214中之一個或多個RF產生器時，上部電極206被接地。RF產生系統214被組構，以提供具有一個或多個RF頻率之RF訊號至下部電極210，來產生處理(例如，蝕刻、剝除、沉積等等)晶圓222之電漿雲(plasma cloud)220，晶圓222顯示配置在下部電極210上。
侷限狀態下，所有的或幾乎所有之所產生的電漿被侷限在前述之DPCV內。在處理室內但在DPCV外部之其餘位置(例如，以參考號碼所標記之230、232、234、236、238)在電漿處於侷限狀態時，遭遇非常少或實質上為零的電漿密度。在侷限狀態下，回返之RF電流遵循已經建立之侷限狀態之回返之RF電流路徑，其路徑之一存在於圖2之例中之傳輸線內孔的表面，以參考號碼240示之。注意，因為不同的處理室設計可以使用不同的組件及/或不同的組件配置，導致有不同侷限狀態之回返的RF電流路徑，因此確切的電流路徑並非本發明之中心特點。鮮明之處乃在於：在侷限狀態下，有被建立之回返的RF電流路徑。
當電漿被侷限時，電漿存在於DPCV之外部。非侷限電漿導致額外或另外之回返的RF電流路徑之生成，部分的回返RF電流現在經由此路徑跟隨。在某些情況下，非侷限狀態之回返RF電流路徑會通過組件部分，這些組件部分在正常的侷限狀態下，遭遇非常少的或實質上並沒有的回返RF電流。
透過被影響的處理室的部分，感測器可以被用來偵測回返RF電流之程度的變化。在實施例中，拾波線圈被做為感測器之用且被定位在鄰近處理室之部分，亦即為非侷限狀態之回返RF電流現今流動之處。非侷限狀態下之較高之回返的RF電流，經由線圈感應較高之電壓。藉由測量線圈中之所感應電壓的大小，可以使用感應器輸出，根據感應線圈中所提供之感應電壓值來區辨侷限狀態及非侷限狀態。在實施例中，區辨任務的進行可使用可編程計算裝置(programmable computing device)，或使用適當之特定電路。
感應器位置234被選擇在鄰近處理室組件244之處。為了避免處理室污染及/或降低對於感應器之與電漿相關之損害，感測器可被遮蔽以遠離侷限及/或非侷限電漿(例如，位在處理室結構之後側、或其他可提供感測器遮蔽之結構後側，只要不會干擾到感測器感測在侷限狀態與非侷限狀態間之回返RF電流程度之變化的能力)。
再者，較佳的感測器位置234之選取位置在於：侷限狀態期間，在該處之感測器線圈中產生非常低或幾乎沒有感應電壓。相反的，位置234之選取位置也在於：在非侷限狀態下，在該處之感測器線圈中產生較高之可區辨的感應電壓。侷限狀態與非侷限狀態間之感應電壓程度的顯著變化有助於增進偵測電漿之非侷限狀態的準確性及/或可靠性。
如前述，感測器位置234被配置在(例如，相鄰但為非接觸關係)處理室部分之鄰近處，該處理室部分在非侷限狀態遭遇較高之回返RF電流。例如，感測器配置在位於處理室部分鄰近處，此處係為當電漿為非侷限時之回返RF電流的聚點，該感測器在非侷限狀態下經由其線圈將會遭遇較高之感應電壓，使得在侷限狀態及非侷限狀態間之區辨任務實質上較為簡單且/或較為準確。熟悉此項技術之人士應理解到：在一個電漿處理室內，可能存有許多個感測器之候選位置，這些候選位置中的一些位置或全部位置可以被使用到。正確位置的選取取決於特定之電漿處理室的設計、感測器之性能、訊號處理電路的性能、及/或演算法而定。
圖3顯示依照本發明之實施例之具普遍性(universal)之電漿非侷限偵測系統300之實例，系統300包括感測器302及感測資料處理配置304。感測器302可代表感應線圈、電容性感測器、或離子感測器。感測資料處理配置304包括固線式(hardwired)及/或可編程之電路(programmable circuitry)，自感測器302所提供之感測訊號來偵測非侷限狀態。
圖4顯示依照本發明之實施例之具普遍性(universal)之電漿非侷限偵測系統400之實例，系統400包括感測器/線圈402、及含高頻變壓器406、電阻408、及觸發式訊號產生器420之感測資料處理配置404。線圈402內之電壓經由適當之導體路徑(如圖4之一對雙絞導體(a twisted pair of conductor)422)被傳輸至變壓器406之初級線圈。參考圖1B之實例，電流拾波線圈以參考號碼174來表示，且該雙絞對以參考號碼172來表示。同時在圖1中，磁場以參考號碼176來表示。
回到圖4，跨電阻408兩端來感測跨過變壓器406之二級線圈之電壓。在此建置中，使用三種個別的RF頻率：2MH z、27MH z、及60MH z將電漿處理室的下部電極加以電力。在此實例之建置中，感測器線圈402之電感被選在約0.3micro－Henry，以及電阻408被選在約40 ohm。觸發式訊號產生器420被組構以自跨電阻408兩端之電位差異來偵測非侷限狀態，該電位差異反映自感測器402之感測訊號值。
圖5顯示依照本發明之實施例之感測器線圈內之電壓圖形，該電壓為用於示範性建置之用於侷限狀態(506)與非侷限狀態(508)之RF輸入功率的函數。如圖5所示，在非侷限狀態(508a)之感測器線圈中之電壓與在侷限狀態(506a)之感測器線圈中之電壓間的差異在底部(bottom)的RF功率100瓦特時約為80 millivolts。此兩個電壓(508a及506a)間之大差異值使得感測器訊號處理配置可以可靠地偵測非侷限狀態。應注意的是，當製程配方改變時，該差異未變。因此，發明者確認本發明之實施例是具普適性的，而且不需要具備對於製程配方的先前知識來探測非侷限狀態。
參考圖5，當底部的RF功率增加時，感測器線圈電壓中之差異以具優勢的方式增加。因此，底部的RF功率在300瓦特時，非侷限狀態(508b)時之感測器線圈中之電壓與侷限狀態(506b)時之感測器線圈中之電壓之差異約在280millivolts。在功率為500瓦特時，非侷限狀態(508c)時之感測器線圈中之電壓與侷限狀態(506c)時之感測器線圈中之電壓之差異約在510 millivolts。因此，本發明之實施例非常適合用於偵測那些為了達到非等向性(anisotropic)蝕刻表面及高長寬比蝕刻而使用高功率製程處方之處理室中的非侷限狀態。
圖6顯示依照本發明之實施例之用來感測電漿處理室中之電漿非侷限狀況的步驟。在步驟602中，感測器設置在處理室中之經選取的位置，該位置可使感測器提供在電漿侷限狀態與電漿非侷限狀態間具有可區辨之變異性的感測訊號。步驟604中，設置感測資料處理配置以接收感測訊號，若電漿非侷限狀況存在於處理室中時，感測資料處理配置會產生資料訊號來通告電漿為非侷限狀態。
從前述中可理解：本發明之實施例可以快速及可靠地偵測電漿處理室中之電漿非侷限狀況，而不必事先先得知處理室中之特定的製程條件。偵測結果可以接著被用來作為觸發式訊號以提出電漿非侷限問題，包括例如以自動方式來觸發電漿處理室的關閉以避免對於處理室組件進一步之損害。
雖然已經利用數個實施例來說明本發明，仍有屬於本發明範疇內之變更、置換、與同等方法及設備。例如，雖然此處之說明乃參考電容式耦合電漿處理室，本發明之實施例亦可以他種型態之電漿處理室來實施，包括如電感式耦合電漿處理室及微波耦合電漿處理室。再者，雖然所繪製之實例使用拾波線圈來偵測處理室某些部分中之回返RF電流以便確認電漿之非侷限狀態是否存在，亦可以使用他種類型的感測器。例如，可以使用電容式感測器。在實施例中，已知可以在非侷限狀態中維持電漿之電容器可以裝配在連通桿(via arm)上，其兩個平板中之一個平板緊密的接地(如使用連通桿)。另一個電容器的平板則暴露於所設計之電漿侷限體積(DPCV)的外部之空間中。可以配置高阻抗電阻以避免在侷限狀態中之電荷累積(charge－up)。一旦非侷限發生，電漿提供外露平板上之電荷，因此改變跨電容器兩端的電壓。接著，跨電容器平板兩端之電壓的改變可以被連接至電容器平板之外部的偵測電路所偵測。或者，亦可使用離子密度偵測器，當電漿在非侷限狀態期間用以偵測處理器特定部分中之電漿的增加。應注意的是，可以有許多其他建置本發明之方法及裝置。因此，以下的申請專利範圍可被詮釋為包括所有在本發明之實質精神及範疇內之其他的、置換或同等的設備及方法。
102．．．被加上電力之電極
102．．．夾具
104．．．基板
106．．．第二接地電極
114．．．處理室內襯liner
116．．．接地延伸部位
117．．．侷限環組
118．．．傳輸線
119．．．傳輸線內孔
122．．．電漿
150．．．在侷限狀態中返回之RF電流的路徑
160．．．在非侷限狀態中返回之RF電流的路徑
170．．．在非侷限狀態中返回之RF電流的路徑
202．．．電漿處理室
204．．．電漿侷限體積(DPCV)
206．．．上部電極
208．．．侷限環組
210．．．下部電極
212．．．或邊緣環
214．．．RF產生系統
220．．．電漿雲
222．．．晶圓
230、232、234、236、238．．．DPCV外部之其餘位置
240．．．傳輸線內孔
234．．．感應器位置
244．．．處理室組件
300．．．電漿非侷限偵測系統系統
302．．．感測器
304．．．感測資料處理配置
400．．．電漿非侷限偵測系統
402．．．感測器/線圈
404．．．感測資料處理配置
406．．．高頻變壓器
408．．．電阻
420．．．觸發式訊號產生器
422．．．一對雙絞導體
174．．．電流拾波線圈
172．．．一對雙絞導體
176．．．磁場
506．．．侷限狀態時，感測器線圈內之電壓為RF輸入功率的函數圖
508．．．非侷限狀態時，感測器線圈內之電壓為RF輸入功率的函數圖
508a．．．在底部的RF功率100瓦特時，非侷限狀態之感測器線圈中之電壓
506a．．．在底部的RF功率100瓦特時，侷限狀態之感測器線圈中之電壓
508b．．．在底部的RF功率300瓦特時，非侷限狀態之感測器線圈中之電壓
506b．．．在底部的RF功率300瓦特時，侷限狀態之感測器線圈中之電壓
508c．．．在底部的RF功率500瓦特時，非侷限狀態之感測器線圈中之電壓
506c．．．在底部的RF功率500瓦特時，侷限狀態之感測器線圈中之電壓
以在附圖中之式樣為例來說明本發明，但本發明並非限制於此例，附圖中相同之參考號碼指渉相同之單元，其中：圖1A為電容性耦合電漿處理室之示意性簡圖，包括處於侷限狀態之回返的RF電流之圖示。
圖1B為圖1A之電漿處理室之示意性簡圖，包括處於非侷限狀態之回返的RF電流之圖示。
圖2呈現依照本發明之實施例之電容性耦合電漿處理室的簡圖，包括用於具普遍性之電漿非侷限偵測系統之感測器的建置。
圖3呈現依照本發明之實施例之具普遍性之電漿非侷限偵測系統之一例，包括感測器及感測資料處理配置。
圖4呈現依照本發明之實施例之具普遍性之電漿非侷限偵測系統之一例，包括感測器/線圈及感測資料處理配置，其包含高頻變壓器、電阻、及觸發式訊號產生器。
圖5呈現依照本發明之實施例之感測器線圈中的電壓圖，該電壓為用於範例裝置之對於侷限狀態及非侷限狀態而言之RF輸入功率的函數
圖6呈現依照本發明之實施例之用來感測在電漿處理室中之電漿非侷限狀況之步驟。
400．．．電漿非侷限偵測系統
402．．．感測器/線圈
404．．．感測資料處理配置
406．．．高頻變壓器
408．．．電阻
420．．．觸發式訊號產生器
422．．．一對雙絞導體

Claims (19)

  1. 一種用來偵測在電漿處理室中之電漿非侷限狀況的方法，其中該電漿非侷限狀況之特徵在於：電漿的一部分存在於一電漿侷限體積外部，且其中該電漿侷限體積係在該電漿處理室之中，該方法包括：在該電漿處理室內之選取位置內設置感測器，其中該選取位置鄰近電漿處理室組件，其中該電漿處理室組件被組構成：若該電漿侷限於該電漿侷限體積內時，於電漿處理期間引導第一程度之回返的射頻(RF)電流，且若該電漿的該部分存在於該電漿侷限體積外部，於該電漿處理期間引導第二程度之回返的該RF電流，且其中在該電漿處理室之中設置該感測器及該選取位置，使得該第一程度之回返的該RF電流低於該第二程度之回返的該RF電流；藉由該感測器產生一輸出訊號，其中該輸出訊號在第一狀態與第二狀態間具可區辨之差異性，以指示該電漿處理室是否經歷該電漿非侷限狀況，其中該輸出訊號的該第一狀態為該第一程度之回返的該RF電流的特徵，且其中該輸出訊號的該第二狀態為該第二程度之回返的該RF電流的特徵；且回應該輸出訊號，提供通告該電漿處理室是否正處於該電漿非侷限狀況的資料訊號。
  2. 如申請範圍第1項之方法，其中該感測器不接觸該電 漿處理室組件。
  3. 如申請範圍第2項之方法，其中該感測器，當位在該選取位置時，係靠近於該電漿處理室組件。
  4. 如申請範圍第1項之方法，其中該感測器為電流-感測線圈。
  5. 如申請範圍第1項之方法，更包括透過一電路，回應該感測器的該輸出訊號，產生一電位差，及透過一訊號產生器，回應該電位差產生該資料訊號。
  6. 如申請範圍第5項之方法，其中該電路包括變壓器及電阻之至少其中之一。
  7. 如申請範圍第6項之方法，其中該選取位置係在該電漿侷限體積的直視線之外。
  8. 如申請範圍第1項之方法，其中該電漿處理室係電容性耦合電漿處理室。
  9. 如申請範圍第1項之方法，其中該電漿處理室係電感性耦合電漿處理室。
  10. 如申請範圍第1項之方法，其中該電漿處理室係使用微波能量以產生該電漿的處理室。
  11. 一種電漿處理系統，用來偵測在一電漿處理室中之電漿非侷限狀況，其中該電漿非侷限狀況之特徵在於：電漿的一部分存在於一電漿侷限體積外部，且其中該電漿侷限體積係在該電漿處理室之中，該電漿處理系統包括： 一感測器，設置於該電漿處理室內之選取位置，其中該選取位置鄰近電漿處理室組件，其中該電漿處理室組件係組構成：若該電漿被侷限於該電漿侷限體積內時，在電漿處理期間引導第一程度之回返的射頻(RF)電流，若該電漿的該部分於該電漿侷限體積外部，則在該電漿處理期間引導第二程度之回返的該RF電流，其中在該電漿處理室之中設置該感測器及該選取位置，使得該第一程度之回返的該RF電流低於該第二程度之回返的該RF電流，其中該感測器被組構以便產生一輸出訊號，其中該輸出訊號在第一狀態與第二狀態間具有可區辨之差異性，以指示該電漿處理室是否經歷該電漿非侷限狀況，其中該第一狀態為該第一程度之回返的該RF電流的特徵，且其中該第二狀態為該第二程度之回返的該RF電流的特徵；一電路，被耦合至該感測器，其中該電路被組構以回應該感測器的該輸出訊號而提供一電位差；及一訊號產生器，建構成回應該電位差而產生通告該電漿處理室是否正在處於該電漿非侷限狀況之資料訊號。
  12. 如申請範圍第11項之電漿處理系統，其中該感測器不接觸該電漿處理室組件。
  13. 如申請範圍第12項之電漿處理系統，其中該感測器，當位在該選取位置時，係靠近於該電漿處理室組件。
  14. 如申請範圍第11項之電漿處理系統，其中該感測器為電流-感測線圈。
  15. 如申請範圍第11項之電漿處理系統，其中該電路包含：一變壓器；及一電阻，建構成基於該變壓器的輸出提供該電位差。
  16. 如申請範圍第15項之電漿處理系統，其中該選取位置係在該電漿侷限體積的直視線之外。
  17. 如申請範圍第11項之電漿處理系統，其中該電漿處理室係電容性耦合電漿處理室。
  18. 如申請範圍第11項之電漿處理系統，其中該電漿處理室係電感性耦合電漿處理室。
  19. 如申請範圍第11項之電漿處理系統，其中該電漿處理室使用微波能量以產生該電漿。
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960670B2 (en) * 2005-05-03 2011-06-14 Kla-Tencor Corporation Methods of and apparatuses for measuring electrical parameters of a plasma process
US8039052B2 (en) * 2007-09-06 2011-10-18 Intermolecular, Inc. Multi-region processing system and heads
US9074285B2 (en) 2007-12-13 2015-07-07 Lam Research Corporation Systems for detecting unconfined-plasma events
CN101970166B (zh) * 2007-12-13 2013-05-08 朗姆研究公司 等离子体无约束传感器及其方法
JP5734185B2 (ja) 2008-07-07 2015-06-17 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ プラズマ処理チャンバ内のプラズマ不安定性事象を検出するための構成、及び、プラズマ不安定性事象を検出する方法
WO2010005929A2 (en) 2008-07-07 2010-01-14 Lam Research Corporation Passive capacitively-coupled electrostatic (cce) probe arrangement for detecting in-situ arcing events in a plasma processing chamber
US8650002B2 (en) * 2009-06-30 2014-02-11 Lam Research Corporation Determining plasma processing system readiness without generating plasma
KR101888324B1 (ko) 2009-11-19 2018-09-06 램 리써치 코포레이션 플라즈마 프로세싱 시스템을 제어하는 방법 및 장치
US8501631B2 (en) 2009-11-19 2013-08-06 Lam Research Corporation Plasma processing system control based on RF voltage
US8901935B2 (en) * 2009-11-19 2014-12-02 Lam Research Corporation Methods and apparatus for detecting the confinement state of plasma in a plasma processing system
US20120083129A1 (en) 2010-10-05 2012-04-05 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for focusing plasma
US9478428B2 (en) 2010-10-05 2016-10-25 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for shielding a plasma etcher electrode
CN102915902B (zh) * 2011-08-02 2015-11-25 中微半导体设备(上海)有限公司 一种电容耦合式的等离子体处理装置及其基片加工方法
US9508530B2 (en) * 2011-11-21 2016-11-29 Lam Research Corporation Plasma processing chamber with flexible symmetric RF return strap
JP5808012B2 (ja) * 2011-12-27 2015-11-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US9390893B2 (en) 2012-02-22 2016-07-12 Lam Research Corporation Sub-pulsing during a state
US9842725B2 (en) 2013-01-31 2017-12-12 Lam Research Corporation Using modeling to determine ion energy associated with a plasma system
US10128090B2 (en) 2012-02-22 2018-11-13 Lam Research Corporation RF impedance model based fault detection
US9462672B2 (en) 2012-02-22 2016-10-04 Lam Research Corporation Adjustment of power and frequency based on three or more states
US9197196B2 (en) 2012-02-22 2015-11-24 Lam Research Corporation State-based adjustment of power and frequency
US10325759B2 (en) 2012-02-22 2019-06-18 Lam Research Corporation Multiple control modes
US9502216B2 (en) 2013-01-31 2016-11-22 Lam Research Corporation Using modeling to determine wafer bias associated with a plasma system
US9295148B2 (en) 2012-12-14 2016-03-22 Lam Research Corporation Computation of statistics for statistical data decimation
US9320126B2 (en) 2012-12-17 2016-04-19 Lam Research Corporation Determining a value of a variable on an RF transmission model
US9368329B2 (en) 2012-02-22 2016-06-14 Lam Research Corporation Methods and apparatus for synchronizing RF pulses in a plasma processing system
US10157729B2 (en) 2012-02-22 2018-12-18 Lam Research Corporation Soft pulsing
US9114666B2 (en) 2012-02-22 2015-08-25 Lam Research Corporation Methods and apparatus for controlling plasma in a plasma processing system
US9171699B2 (en) 2012-02-22 2015-10-27 Lam Research Corporation Impedance-based adjustment of power and frequency
US9408288B2 (en) 2012-09-14 2016-08-02 Lam Research Corporation Edge ramping
US9620337B2 (en) 2013-01-31 2017-04-11 Lam Research Corporation Determining a malfunctioning device in a plasma system
US9779196B2 (en) 2013-01-31 2017-10-03 Lam Research Corporation Segmenting a model within a plasma system
US9107284B2 (en) 2013-03-13 2015-08-11 Lam Research Corporation Chamber matching using voltage control mode
US9119283B2 (en) 2013-03-14 2015-08-25 Lam Research Corporation Chamber matching for power control mode
US9502221B2 (en) 2013-07-26 2016-11-22 Lam Research Corporation Etch rate modeling and use thereof with multiple parameters for in-chamber and chamber-to-chamber matching
US9594105B2 (en) 2014-01-10 2017-03-14 Lam Research Corporation Cable power loss determination for virtual metrology
US10950421B2 (en) 2014-04-21 2021-03-16 Lam Research Corporation Using modeling for identifying a location of a fault in an RF transmission system for a plasma system
US9536749B2 (en) 2014-12-15 2017-01-03 Lam Research Corporation Ion energy control by RF pulse shape
US10049862B2 (en) * 2015-04-17 2018-08-14 Lam Research Corporation Chamber with vertical support stem for symmetric conductance and RF delivery
US9754769B2 (en) * 2015-09-15 2017-09-05 Lam Research Corporation Metrology methods to detect plasma in wafer cavity and use of the metrology for station-to-station and tool-to-tool matching
US20210280399A1 (en) * 2020-03-06 2021-09-09 Applied Materials, Inc. Capacitive sensors and capacitive sensing locations for plasma chamber condition monitoring

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW434698B (en) * 1997-04-16 2001-05-16 Lam Res Corp Methods and apparatus for controlling ion energy and plasma density in a plasma processing system
US6602381B1 (en) * 2001-04-30 2003-08-05 Lam Research Corporation Plasma confinement by use of preferred RF return path
US20030178140A1 (en) * 2002-03-25 2003-09-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Plasma processing apparatus capable of evaluating process performance

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4679007A (en) * 1985-05-20 1987-07-07 Advanced Energy, Inc. Matching circuit for delivering radio frequency electromagnetic energy to a variable impedance load
US5716534A (en) * 1994-12-05 1998-02-10 Tokyo Electron Limited Plasma processing method and plasma etching method
US6221221B1 (en) * 1998-11-16 2001-04-24 Applied Materials, Inc. Apparatus for providing RF return current path control in a semiconductor wafer processing system
US6178919B1 (en) * 1998-12-28 2001-01-30 Lam Research Corporation Perforated plasma confinement ring in plasma reactors
US6242360B1 (en) * 1999-06-29 2001-06-05 Lam Research Corporation Plasma processing system apparatus, and method for delivering RF power to a plasma processing
EP1296772B1 (en) * 2000-06-16 2009-09-09 Ati Properties, Inc. Method for spray forming, atomization and heat transfer
US6872281B1 (en) * 2000-09-28 2005-03-29 Lam Research Corporation Chamber configuration for confining a plasma
JP2002270598A (ja) * 2001-03-13 2002-09-20 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
US6583572B2 (en) * 2001-03-30 2003-06-24 Lam Research Corporation Inductive plasma processor including current sensor for plasma excitation coil
JP2002334866A (ja) * 2001-05-09 2002-11-22 Tokyo Electron Ltd 被覆剤及びそれを施した耐プラズマ性部品
JP4030766B2 (ja) * 2002-01-30 2008-01-09 アルプス電気株式会社 プラズマ処理装置
TWI239794B (en) * 2002-01-30 2005-09-11 Alps Electric Co Ltd Plasma processing apparatus and method
US6744212B2 (en) * 2002-02-14 2004-06-01 Lam Research Corporation Plasma processing apparatus and method for confining an RF plasma under very high gas flow and RF power density conditions
JP4047616B2 (ja) * 2002-04-03 2008-02-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US7227097B2 (en) * 2002-05-08 2007-06-05 Btu International, Inc. Plasma generation and processing with multiple radiation sources
US7083702B2 (en) * 2003-06-12 2006-08-01 Applied Materials, Inc. RF current return path for a large area substrate plasma reactor
US20050022736A1 (en) * 2003-07-29 2005-02-03 Lam Research Inc., A Delaware Corporation Method for balancing return currents in plasma processing apparatus
JP2005077248A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Daihen Corp 高周波電源装置
US7001482B2 (en) * 2003-11-12 2006-02-21 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for improved focus ring
JP4646525B2 (ja) * 2004-02-05 2011-03-09 ヤマザキマザック株式会社 プラズマ検出装置、及びプラズマ検出装置付きレーザ加工機
FR2875304B1 (fr) * 2004-09-16 2006-12-22 Ecole Polytechnique Etablissem Sonde de mesure de caracteristiques d'un courant d'excitation d'un plasma, et reacteur a plasma associe
US7534301B2 (en) * 2004-09-21 2009-05-19 Applied Materials, Inc. RF grounding of cathode in process chamber
JP4149427B2 (ja) * 2004-10-07 2008-09-10 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
US7740736B2 (en) * 2006-06-08 2010-06-22 Lam Research Corporation Methods and apparatus for preventing plasma un-confinement events in a plasma processing chamber
US7482550B2 (en) * 2006-10-16 2009-01-27 Lam Research Corporation Quartz guard ring
US8080479B2 (en) * 2007-01-30 2011-12-20 Applied Materials, Inc. Plasma process uniformity across a wafer by controlling a variable frequency coupled to a harmonic resonator
US9074285B2 (en) * 2007-12-13 2015-07-07 Lam Research Corporation Systems for detecting unconfined-plasma events

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW434698B (en) * 1997-04-16 2001-05-16 Lam Res Corp Methods and apparatus for controlling ion energy and plasma density in a plasma processing system
US6602381B1 (en) * 2001-04-30 2003-08-05 Lam Research Corporation Plasma confinement by use of preferred RF return path
US20030178140A1 (en) * 2002-03-25 2003-09-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Plasma processing apparatus capable of evaluating process performance

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Publication number Publication date
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JP2009543298A (ja) 2009-12-03
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WO2008002938A3 (en) 2008-05-08

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