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1、(10)申请公布号 CN 103098558 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103098558 A *CN103098558A* (21)申请号 201180043322.9 (22)申请日 2011.08.22 12/888,790 2010.09.23 US H05H 1/46(2006.01) H01L 21/3065(2006.01) C23C 16/50(2006.01) (71)申请人 应用材料公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 J陈 M阿优伯 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 陆勍 (54) 发明名称 用于检测。
2、基于电压的等离子体偏移的系统与 方法 (57) 摘要 本发明提供一种在等离子体处理期间藉由直 接监视等离子体处理腔室的射频 （RF） 功率电极 上的直流 (DC) 偏置电压以检测诸如电弧、 微电弧 或其它等离子体不稳定性的等离子体偏移的系统 及方法。受监视的直流偏置电压随后通过连续 多个模拟滤波器与放大器以提供等离子体偏移信 号。该等离子体偏移信号与预设值比较， 并且在 该等离子体偏移信号超过该预设值的点处产生警 报信号。该警报信号随后反馈至系统控制器中， 使得操作者可收到警告和 / 或可使该处理系统停 机。 在某些实施例中， 可藉由单一检测控制单元监 视多个处理区域。 (30)优先权数据 (。
3、85)PCT申请进入国家阶段日 2013.03.08 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/048553 2011.08.22 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/039867 EN 2012.03.29 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103098558 A CN 103098558 A *CN103098558A* 1/2 页 2 1. 一种用于检测等离子体腔室中的等离子体偏移的方法， 所述方法包括 ： 。
4、在等离子体处理期间直接感测所述等离子体腔室中来自射频 (RF) 供电电极的偏置电 压 ； 使用多个模拟滤波器过滤所述偏置电压以获得输出电压信号 ； 比较所述输出电压信号与代表等离子体偏移事件的预设电压值 ； 以及 如果所述输出电压信号超过所述预设电压值， 则产生警报信号。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 还包括在过滤所述偏置电压之前， 使用分压器降低所述 偏置电压。 3. 如权利要求 2 所述的方法， 其中所述过滤所述偏置电压包括使所述偏置电压通过带 通滤波器， 所述带通滤波器被配置成仅供介于约 250Hz 至约 50kHz 之间的频率通过。 4. 如权利要求 2 所述的方法， 其中所述过。
5、滤所述偏置电压包括使所述偏置电压连续通 过低频通滤波器及高频通滤波器。 5. 如权利要求 4 所述的方法， 其中所述低频通滤波器被配置成使低于约 55kHz 的频率 通过， 且所述高频通滤波器被配置成使高于约 230Hz 的频率通过。 6. 如权利要求 2 所述的方法， 还包括在获得所述输出电压信号之前， 使所述偏置电压 通过多个陷波滤波器及低通频滤波器以获得经过滤的直流偏置电压信号， 其中所述低通频 滤波器被配置成使低于 50kHz 的频率通过。 7. 如权利要求 1 所述的方法， 还包括利用数据采集模块连续地收集所述输出电压信 号。 8. 如权利要求 1 所述的方法， 还包括仅当产生警报信。
6、号时使用数据采集模块收集所述 输出电压信号。 9. 一种用于检测等离子体腔室中的等离子体偏移的系统， 所述系统包括 ： 一个或多个电压探针， 每个电压探针经配置以附接于等离子体腔室内的射频电极且在 等离子体处理期间感测所述射频电极的偏置电压 ； 以及 等离子体偏移检测单元， 所述等离子体偏移检测单元包括 ： 一个或多个偏移检测模块， 其中每个偏移检测模块经配置以接收来自所述一个或多个 电压探针中的一者的所述偏置电压， 其中每个偏移检测模块包含多个模拟滤波器， 所述多 个模拟滤波器被排列成过滤所述偏置电压以获得输出电压信号， 以及其中每个偏移模块还 包含比较器， 所述比较器经配置以比较所述输出电。
7、压信号与预设电压信号， 且如果所述输 出电压信号超过所述预设电压信号， 则所述比较器产生警报信号 ； 一个或多个连接端口， 所述连接端口经配置以接收来自主机控制器的所述预设电压信 号且经配置以将所述警报信号发送至所述主机控制器 ； 以及 数据采集模块， 所述数据采集模块经配置以收集来自所述一个或多个偏移检测模块的 每个偏移检测模块的所述输出电压信号且将所述输出电压信号传送至数据登录与诊断系 统。 10. 如权利要求 9 所述的系统， 其中所述一个或多个电压探针的每个电压探针经配置 以承受高达 160 C 的温度。 11. 如权利要求 10 所述的系统， 其中所述一个或多个电压探针的每个电压探针。
8、包含降 压器， 所述降压器经配置以约 100 ： 1 的比例调降所述偏置电压。 权 利 要 求 书 CN 103098558 A 2 2/2 页 3 12. 如权利要求 9 所述的系统， 其中所述偏移检测模块的每一偏移检测模块包含带通 滤波器， 所述带通滤波器经配置以使介于约 250Hz 至约 50kHz 之间的频率通过。 13. 如权利要求 9 所述的系统， 其中所述偏移检测模块的每一偏移检测模块包含低频 通滤波器及高频通滤波器。 14. 如权利要求 13 所述的系统， 其中所述低频通滤波器经配置以使低于约 50kHz 的频 率通过， 且所述高频通滤波器经配置以使高于约 250Hz 的频率通。
9、过， 其中所述偏移检测模 块的每一偏移检查模块包括多个陷波滤波器及低通频滤波器， 所述低通频滤波器经配置用 以在获得所述输出电压信号之前获得经过滤的直流偏置电压信号。 15. 如权利要求 9 所述的系统， 其中所述系统包含至少两个附接于不同射频电极的电 压探针。 权 利 要 求 书 CN 103098558 A 3 1/7 页 4 用于检测基于电压的等离子体偏移的系统与方法 0001 发明背景 技术领域 0002 本发明的实施例大体上涉及在等离子体处理期间检测诸如电弧、 微电弧或其它等 离子体不稳定性的等离子体偏移的系统与方法。 背景技术 0003 在诸如等离子体蚀刻、 等离子体增强化学气相沉。
10、积 (PECVD) 或物理气相沉积 (PVD) 等基板的等离子体处理期间， 偶尔会不可预期地发生等离子体偏移， 例如电弧、 微电 弧或其它等离子体不稳定性。此外， 某些工艺的需求条件实质上提高了电击穿与等离子体 偏移的发生率。 此类等离子体偏移导致偏差的工艺结果、 降低产率且提高系统停产时间。 因 此， 期望在基板的等离子体处理期间检测等离子体偏移以更佳地界定与控制工艺条件， 以 使这些工艺条件具有较少的等离子体偏移。 0004 现有技术尝试检测诸如电弧作用等的等离子体偏移， 涉及测量在射频 (RF) 电源 处或邻近处或者在该射频电源与射频匹配网络之间所产生的射频波形， 其中该射频匹配网 络位。
11、于该射频电源与该处理腔室的等离子体负载之间。所测得的射频波形通常是模拟形 式， 且该波形经数字化， 随后进行数字信号处理。 已发现此种现有技术的方法具有毫秒范围 内的整体采样速率， 此采样速率太低而无法检测且解决数微秒内所发生的电弧或微电弧。 还发现现有技术的等离子体偏移检测法容易发生延迟与扭曲， 导致现有技术的等离子体偏 移检测法对于等离子体不稳定性的实际量的辨识度很差。因此， 需要改进的等离子体偏移 检测设备及方法以克服现有技术的缺点。 发明内容 0005 在一个实施例中， 一种用以在等离子体腔室内检测等离子体偏移的方法包括 ： 在 等离子体处理期间直接感测该等离子体腔室中来自射频 (RF。
12、) 供电电极的偏置电压 ； 使用 多个模拟滤波器过滤该偏置电压以获得输出电压信号 ； 比较该输出电压信号与代表等离子 体偏移事件的预设电压值 ； 以及如果该输出电压信号超过该预设电压值则产生警报信号。 0006 在另一实施例中， 提供一种用于检测等离子体腔室中的等离子体偏移的系统， 该 系统包含一个或多个电压探针以及等离子体偏移检测单元。每个电压探针经配置以附接 于等离子体腔室内的射频电极， 且每个探针在等离子体处理期间感测该射频电极的偏置电 压。 该等离子体偏移检测单元包含一个或多个偏移检测模块、 一个或多个连接端口、 以及数 据采集模块。 每个偏移检测模块经配置以接收来自该一个或多个电压探。
13、针中的一者的该偏 置电压。每个偏移检测模块包含多个模拟滤波器及比较器， 这些模拟滤波器经配置以过滤 该偏置电压以获得输出电压信号， 并且该比较器经配置以比较该输出电压信号与预设电压 信号， 且如果该输出电压信号超过该预设电压信号， 则该比较器产生警报信号。 该一个或多 个连接端口经配置以接收来自主机控制器的该预设电压信号且经配置以将该警报信号发 说 明 书 CN 103098558 A 4 2/7 页 5 送至该主机控制器。 该数据采集模块经配置以收集来自该一个或多个偏移检测模块的每个 模块的该输出电压信号且将该输出电压信号传送至数据登录与诊断系统。 附图说明 0007 为了能详细了解本发明的。
14、上述特征， 可参照数个实施例对本发明做更具体的描述 且简要概括如上， 部分实施例图示在附图中。 然而， 应注意这些附图仅图示本发明的代表性 实施例， 且因此这些附图不应视为本发明范围的限制， 因为本发明可容许做出其它等效实 施例。 0008 图 1 是 PECVD 腔室的示意性剖面图， 本发明可用于该 PECVD 腔室上。 0009 图 2 是根据本发明一个实施例的基于电压的等离子体偏移检测电路的示意性方 块图。 0010 图 3 是根据一个实施例的等离子体偏移检测系统的一个实施例的示意性方块图。 0011 图 4A 至图 4C 是图 2 所示电路的该比较器的功能的图形说明。 0012 图 5。
15、 图示从图 2 的电路登录的数据与原始直流 (DC) 偏置数据进行比较的范例。 0013 图 6 图示图 5 中对应于等离子体偏移的点处的放大图。 0014 图 7 是根据另一实施例的基于电压的等离子体偏移检测电路的示意性方块图。 具体实施方式 0015 本发明提供一种在等离子体处理期间藉由直接监视等离子体处理腔室的射频功 率电极上的直流 (DC) 偏置电压以检测诸如电弧、 微电弧或其它等离子体不稳定性的等离 子体偏移的系统及方法。 受监视的直流偏置电压随后通过连续多个模拟滤波器与放大器以 提供等离子体偏移信号。该等离子体偏移信号与预设值比较， 且在该等离子体偏移信号超 过该预设值的点处产生警。
16、报信号。该警报信号随后反馈至系统控制器中， 使得操作者可收 到警告和 / 或可使该处理系统停机。在某些实施例中， 可藉由单一检测控制单元监视多个 处理区域。 0016 图 1 是等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 腔室 100 的示意性剖面图， 本发明可 用于该 PECVD 腔室 100 上。该 PECVD 腔室 100 包含多个侧壁 102、 底壁 104 及腔室盖 106， 这些侧壁 102、 底壁 104 及腔室盖 106 共同界定处理区域 108。气体分配系统 110 被配置成 穿过该腔室盖 106 以输送气体进入该处理区域 108。该气体分配系统 110 包含气体盒 112， 。
17、该气体盒112具有气体入口114， 该气体入口114接收来自前驱物源111的处理气体且引导 处理气体进入该气体盒 112。该气体分配系统 110 还包含喷头 116， 该喷头 116 具有多个气 体通道118， 这些气体通道118用以把来自该气体盒112的这些处理气体分配至该处理区域 108 中。该气体分配系统 110 还可包含气体盒加热器 120， 例如环形电阻加热器， 以将这些 处理气体加热至期望温度。 0017 该喷头 116 耦接射频电源 122 以将电能提供给该喷头 116 以助于在该处理区域 108 中形成等离子体。因此， 该喷头 116 作为上方供电电极。自动调节式射频 (RF)。
18、 匹配网 络 124 位于该 RF 电源 122 与该喷头 116 之间。在一个实施例中， 以约 13.56MHz 的频率供 应该 RF 功率。 0018 该底壁 104 界定供轴杆 128 使用的通道 126， 该轴杆 128 支撑着基座加热器 130。 说 明 书 CN 103098558 A 5 3/7 页 6 该基座加热器 130 经配置以在该处理区域 108 中支撑基板 101。该基座加热器 130 包含接 地网 132， 该接地网 132 包埋在该基座加热器 130 中且连接至射频 (RF) 接地。因此， 该接地 网 132 作为接地电极以帮助在介于该喷头 116 与该基座加热器 。
19、130 之间的该处理区域 108 中形成等离子体。该基座加热器 130 还包含一个或多个加热元件 134， 例如电阻加热元件， 以将该基板 101 加热至期望的处理温度。 0019 控制系统 150 包含中央处理单元 (CPU)152、 存储器 154 及支持电路 156， 该控制系 统 150 耦接该腔室 100 的各种构件以帮助控制该腔室 100 内的处理工艺。该存储器 154 可 为位于该腔室100或CPU152所在之处或远处的任何计算机可读介质， 例如随机存取存储器 (RAM)、 只读存储器 (ROM)、 软盘、 硬盘或任何其它形式的数字储存器。该支持电路 156 耦接 该中央处理单元。
20、(CPU)152以藉由传统方式支持该中央处理单元152。 这些电路包含高速缓 存(cache)、 电源、 时钟电路、 输入/输出电路与子系统及其它诸如此类者。 软件例程或一系 列程序指令储存于该存储器 154 中， 当藉由该 CPU152 执行该例程或这些程序指令时， 导致 该腔室 100 在腔室内执行多种等离子体处理。 0020 可受益于本发明的沉积腔室包括建构用于沉积氧化物的腔室， 所沉积的氧化物为 例如掺杂碳的氧化硅、 含硅膜及其它含有先进图案化膜 (APF) 的介电材料。沉积腔室的 一个范例是可购自美国加利福尼亚州圣塔克拉拉 （Santa Clara） 市的应用材料 （Applied 。
21、Materials） 公司的腔室。腔室是一种 PECVD 腔室， 该腔室 具有两个隔开的处理区域， 该两个处理区域可用于沉积掺杂碳的氧化硅及其它材料。美国 专利第 5,855,681 号中描述可用于本发明的示范腔室的进一步细节， 该专利以引用方式并 入本文中。虽然该腔室 100 示意性图示为 PECVD 腔室， 但是本发明使用诸如等离子体蚀刻 腔室或 PVD 腔室的其它腔室可达成同等作用。 0021 图2是根据本发明一个实施例的基于电压的等离子体偏移检测电路200的示意性 方块图。 该检测电路200包含高电压探针202， 该高电压探针202直接附接于等离子体腔室 206 内的上方供电电极 20。
22、4， 该上方供电电极 204 为例如图 1 中图示的 PECVD 腔室 100 内的 喷头 116。该电压探针 202 直接耦接该供电电极 204 以在该腔室 206 内进行等离子体处理 期间直接检测该供电电极 204 处的电压。相对于如前述检测该 RF 功率产生器或 RF 匹配网 络 ( 图 1) 处或邻近处的电压的现有技术而言， 直接检测该供电电极 204 处的电压允许达到 远胜于现有技术的等离子体偏移检测灵敏度。例如， 由于该供电电极 204 的大尺寸及该供 电电极 204 在该腔室 206 中与该等离子体的相对位置， 该供电电极 204 的作用如同大型天 线般可收集极小的电磁异常现象，。
23、 例如该腔室 206 中的微电弧， 这些异常现象通常无法使 用常规系统及方法测得。 0022 在一个实施例中， 该电压探针 202 经调适以承受高达及超过约 160 C 的温度， 从 而承受该供电电极 204 处的温度。该电压探针 202 可经配置而具有分压器， 例如 100 ： 1 的 分压器， 以使该供电电极 204 处检测的高电压转换成适合下游仪器使用且落在 15 伏特 (V) 范围内的电压。接着， 藉由 RF 滤波器 208( 例如阻挡超过约 70kHz 的频率 ) 过滤该经 调降的电压， 以提供直流 (DC) 偏置信号， 该直流偏置信号界定为该电压探针 202 经数次射 频 (RF)。
24、 循环的平均电压。之后藉由差分放大器 210( 例如仪表放大器 ) 放大该直流偏置信 号。如图 2 所示， 该差分放大器 210 的正端连接该 DC 偏置信号， 且该差分放大器 210 的负 端连接该腔室接地。共模噪声 ( 例如射频诱导噪声 ) 可能出现于该差分放大器 210 的正端 说 明 书 CN 103098558 A 6 4/7 页 7 与负端上， 在该差分放大器 210 中剔除该共模噪声。快速缓冲器 212 设置在该差分放大器 210 之后， 从而为该电路 200 中的信号处理的下个阶段提供隔离与信号继电缓冲两种作用。 0023 接着， 来自该快速缓冲器 212 的该直流偏置信号通过。
25、一个或多个陷波滤波器 214。 在一个实施例中， 该陷波滤波器 214 是 60Hz 的陷波滤波器。在一个实施例中， 该陷波滤波 器 214 是 50Hz 的陷波滤波器。或者， 该陷波滤波器 214 可包含 60Hz 的陷波滤波器及 50Hz 的陷波滤波器两者。由于该供电电极 204 的作用如同大型接收天线， 因此该供电电极 204 直接收集来自位于该腔室 206 中的多个加热器的非所欲的 60Hz 噪声 ( 北美规定 ) 或 50Hz 噪声 ( 欧洲 / 日本规定 )， 这些加热器为例如图 1 的腔室 100 中所示的气体盒加热器 120 或 基座加热器 130。此非所欲的噪声传给该 DC 。
26、偏置信号且藉由该 ( 这些 ) 陷波滤波器 214 去 除这些非所欲的噪声。该经过滤的 DC 偏置信号随后可通过低通滤波器 216 及放大器 218 以提供经过滤的DC偏置输出信号220， 该低通滤波器216为例如四阶低通滤波器(例如， 阻 挡超过约 50kHz 的频率 )。该经过滤的 DC 偏置输出信号 220 可提供中间诊断信号以用于该 原始 DC 偏置信号的可视化。 0024 在一个实施例中， 来自该 ( 这些 ) 陷波滤波器 214 的该 DC 偏置信号可传送至快速 缓冲器 222， 该快速缓冲器 222 为该后续信号处理提供隔离与信号缓冲作用。该 DC 偏置信 号随后通过低通滤波器 。
27、224( 例如四阶低通滤波器 )， 该低通滤波器 224 经配置使得可通频 率明显低于该低通滤波器 216 的可通频率， 例如该低通滤波器 224 可阻挡超过约 250Hz 的 频率。在该 DC 偏置信号通过该低通滤波器 224 之后， 藉由放大器 226 放大该信号以提供慢 直流偏置输出信号 228。该慢直流偏置输出信号 228 可提供中间诊断信号以用于该慢漂移 DC 偏置电平的可视化。 0025 藉由该电压探针 202 通过该供电电极 204 接收该腔室 206 中的等离子体偏移 ( 例 如电弧 )。该等离子体电弧在该 DC 偏置信号中产生波峰 ( 即， 交流 (AC) 分量 )。可监视该。
28、 经过滤的 DC 偏置输出信号 220 以监视对应于该腔室 206 中的等离子体不稳定度的这些波 峰。然而， 该供电电极 204 还收集该腔室 206 中所产生的其它交流分量， 例如加热元件的开 / 关切换动作。因此， 该原始 DC 偏置中的这些额外的交流 (AC) 分量可能显示在该经过滤 的 DC 偏置输出 220 中， 使得等离子体不稳定性的检测难以辨识。因此， 需要额外的滤波步 骤以达成更可靠的等离子体偏移检测。 0026 在一个实施例中， 在进行进一步信号处理之前， 来自该 ( 这些 ) 陷波滤波器 214 的 该 DC 偏置信号传递至快速缓冲器 230 以进行隔离与信号缓冲。随后该 。
29、DC 偏置信号通过模 拟带通滤波器 232， 该模拟带通滤波器 232 具有特别设计用于检测快速等离子体偏移事件 ( 例如时间尺度介于约 10 微秒至约 1 毫秒之间的事件 ) 的通带。例如， 该带通滤波器 232 的通带可具有约 250Hz 的截止下限值及约 50kHz 的截止上限值。随后该 DC 偏置信号通过 高通滤波器 234 及放大器 236 以提供偏移输出信号 238。在放大器 236 中放大该 DC 偏置信 号之前， 该高通滤波器 234 提供进一步的交流耦合作用且去除任何直流偏差 (DC offset)。 因此， 该偏移输出信号 238 提供额外过滤的信号， 而得以清楚检测该 D。
30、C 偏置中的任何波峰 又不会受到该腔室 206 中的交流 (AC) 噪声扭曲。因此， 该偏移输出信号 238 可用于检测该 腔室 206 中的任何偏移或等离子体不稳定性， 例如电弧或微电弧。 0027 在一个实施例中， 该偏移输出信号 238 馈入比较器 240， 在该比较器 240 中使该偏 移输出信号 238 的值与预设值 239 做比较， 该预设值 239 为例如由使用者提供或经编程写 说 明 书 CN 103098558 A 7 5/7 页 8 入该控制系统 150( 图 1) 中的预设值。如果该偏移输出信号 238 在极短时间段内 ( 例如 1 毫秒)超过该预设值239， 该比较器2。
31、40将信号传输至模拟-数字转换器242以产生数字警 报信号244以标示出该波峰或等离子体偏移。 该警报信号244可反馈至该控制系统150， 在 该控制系统 150 处， 操作者可收到警告和 / 或可使该处理系统停机。 0028 图 3 是使用上述检测电路 200 的等离子体偏移检测系统 300 的一个实施例的示意 性方块图。图 3 所示的该偏移检测系统 300 与双处理区域皆受监视的实施例并用， 例如可 与上述腔室并用。然而， 单处理区域的应用同样适用。 0029 在具有多个欲受监视的处理区域的处理应用中， 每个处理区域内的该供电电极 204 分别由单一电压探针 202 进行监视。每个电压探针。
32、 202 经由电缆 302 连接该 RF 滤波 器 208。来自每个 RF 滤波器 208 的电压信号分别馈入检测控制单元 304， 该检测控制单元 304 包含独自的检测模块 306 以供每个受监视的处理区域使用。该检测模块 306 各自包含 图 2 中的区块 250 及图 7 中的区块 750( 在后续内容中做说明 ) 所包围的该电路 200 的所 有构件。该检测控制单元 304 包含通往该控制系统 150 的联机 308， 以用于接收该 ( 这些 ) 预设值 239 且在该控制系统 150 与每个检测模块 306 之间输出该数字警报信号 244。此外， 该检测控制单元 304 包含数据采。
33、集单元与端口 309( 例如 USB 端口 )， 该数据采集单元与端 口 309 可连接个人计算机 310， 该个人计算机 310 上具有数据登录及诊断软件。在一个实 施例中， 该计算机 310 通过该数据采集端口 309 连续地登录这些经过滤的 DC 偏置输出信号 220、 该慢直流偏置输出信号 228 及该偏移输出信号 238 中的一个或多个。在另一实施例 中， 该计算机 310 通过该数据采集端口 309 仅登录来自一个检测模块 306 的该经过滤的直 流偏置输出信号 220、 该慢直流偏置输出信号 228 及该偏移输出信号 238 中的一个或多个， 以诊断何时该偏移输出信号 238 超。
34、过该预设值 239 且由相应的检测模块 306 产生该警报信 号 244。此功能允许对等离子体处理期间所产生的任何等离子体偏移的大小和持续时间进 行自动登录与诊断。 0030 图 4A 至图 4C 是图 2 的电路 200 中的比较器 240 的功能图。图 4A 图解描述该预设 值 239 或者尺度介于 0 伏特至 10 伏特之间的使用者所编写的触发电平。在此范例中， 指定 预设值为 2.5 伏特。此预设值输入工艺配方中， 且该检测控制单元 304 判读此预设值的范 围限值 (band limit) 为 2.5 伏特 ( 即便在该系统中输入 2.5 伏特的单个正值也如此 )。 图 4B 是该偏。
35、移输出信号 238 与该预设值 239 重迭的图解说明。如图中所标示的多个点 405 处， 该偏移输出信号 238 在多个位置处超过该预设值 239 所界定的范围限值 ( 即， 该偏移输 出信号 238 大于 2.5 伏特或小于 -2.5 伏特 )。图 4C 是对应该偏移输出信号 238 超过该预 设值 239 所界定的范围限值的这些点 405 处发出该警报信号 244 的图解说明。 0031 图 5 图示在欲刺激发生电弧的处理条件期间从该电路 200 登录的数据与原始 DC 偏置数据做比较的范例。信号 501 是直接从供电电极 204 取回而不经任何过滤的原始 DC 偏置数据。信号 502 。
36、是从该经过滤的 DC 偏置信号 220 输出的对应数据。信号 503 是来自 该偏移输出信号 238 的对应数据。信号 504 是该对应的警报信号 244。位于该点 510 处的 该信号波峰与处理期间该腔室内的物理等离子体电弧相关。图 6 图示图 5 中的该点 510 的 放大图。 0032 参阅图 5 与图 6， 可从该原始信号 501 观察到该原始 DC 偏置中的噪声电平相当明 显。此噪声包含如上述藉由该供电电极 204 所收集的 RF 噪声及其它交流 (AC) 分量噪声两 说 明 书 CN 103098558 A 8 6/7 页 9 者。此噪声带来明显扭曲， 而造成难以精确且可靠地检测等。
37、离子体偏移或不稳定性。由于 该 RF 滤波器 208 和该 ( 这些 ) 陷波滤波器 214 已过滤该 DC 偏置信号， 因此信号 502 实质 较少扭曲。如上述， 其它交流 (AC) 分量信号 ( 例如加热器的开启 / 关闭信号 ) 可能出现在 该经过滤的 DC 偏置信号 220 上 ( 如图中的信号 502 所示 )， 而可能导致难以精确且可靠地 检测等离子体偏移。信号 503( 该偏移输出信号 238) 实质上不扭曲， 因而可轻易地检测到 位于该点 510 处的波峰。在此例子中， 该信号 503 在约 20 微秒的时间内大幅超过该 1.0 伏 特的预设值 239。相应地， 在该点 510。
38、 处产生该警报信号以标示出该检测的等离子体偏移。 再者， 如图 6 所示， 每个警报脉冲具有固定的脉冲宽度。因此， 当电弧持续一段延长时间时， 可触发多个警报信号。 0033 图 7 是根据另一实施例的基于电压的等离子体偏移检测电路 700 的示意性方块 图。 该偏移检测电路700的多个方面与该偏移检测电路200的这些方面相同或相似。 因此， 使用相同的附图标记表示该两个电路之间的相同构件。 0034 该检测电路 700 包含该高电压探针 202， 该高电压探针 202 直接附接于该供电电 极 204。该电压探针 202 利用分压器 ( 例如 100 ： 1 的分压器 ) 调降该电压。藉由 R。
39、F 滤波 器 208 过滤该经调降的电压以提供直流 (DC) 偏置信号。藉由差分放大器 210 放大该直流 (DC) 偏置信号。如图 7 所示， 该差分放大器 210 的正端连接该 DC 偏置信号， 且该差分放大 器 210 的负端连接该腔室接地。来自该差分放大器 210 的该 DC 偏置信号通过高通滤波器 234， 该高通滤波器 234 去除该 DC 偏置信号中的任何 DC 偏差或漂移。发现消除此点处的该 DC 偏置中的直流 (DC) 分量以实质提高后续处理该交流 (AC) 分量的动态范围。 0035 该快速缓冲器 212 设置在该高通滤波器 234 之后， 以为该信号处理的下个阶段提 供隔。
40、离与信号继电缓冲两种作用。 接着， 如参照图2所述使来自该快速缓冲器212的该直流 偏置信号通过一个或多个陷波滤波器 214。随后使该 DC 偏置信号通过低通滤波器 716( 例 如四阶低通滤波器， 例如可阻挡超过约 55kHz 的频率 ) 及放大器 218 以提供经过滤的 DC 偏 置输出信号 720。 0036 该经过滤的 DC 偏置输出信号 720 传送至该快速缓冲器 222， 该快速缓冲器 222 为 后续的信号处理提供隔离与信号缓冲作用。该经过滤的 DC 偏置信号 720 随后通过高通滤 波器 724( 例如四阶高通滤波器 )， 例如该高通滤波器 724 可阻挡低于约 230Hz 的。
41、频率。较 之于该偏移检测电路200中所使用的该带通滤波器232， 该低通滤波器716与该高通滤波器 724 的组合可在该低截止频率 ( 例如 230Hz) 与该高截止频率 ( 例如 55kHz) 附近提供更陡 峭的阻带及更急剧的转变。 0037 随后自该高通滤波器 724 可传递该 DC 偏置信号通过一个或多个陷波滤波器 728 以提供来自该腔室的该 DC 偏置信号中的噪声的额外过滤步骤。举例而言， 在处理期间开启 与关闭该气体盒加热器 120 可能促使该 DC 偏置信号产生多种不同频率的噪声。一旦判断 出这些特定频率， 可选择一个或多个陷波滤波器 728 以去除这些特定频率。随后在该放大 器。
42、 236 中放大该经过滤的信号以提供偏移输出信号 738。随后该偏移输出信号 738 馈入该 比较器 240 中， 在该比较器 240 中比较该偏移输出 738 的值与该预设值 239。如果该偏移输 出信号 738 在指定时间段内超过该预设值， 该比较器 240 将信号传送至该模拟 - 数字转换 器 242 以产生该数字警报信号 244 以标示出该波峰或等离子体偏移。该警报信号 244 可反 馈至该控制系统 150 中， 在该控制系统 150 处， 操作者可收到警告和 / 或可使该处理系统停 说 明 书 CN 103098558 A 9 7/7 页 10 机。 0038 因此， 本发明提供一种。
43、藉由直接监视等离子体处理腔室的射频 (RF) 功率电极上 的直流(DC)偏置电压以检测等离子体处理期间的等离子体偏移(例如电弧、 微电弧或其它 等离子体不稳定性 ) 的系统和方法。该受监视的 DC 偏置电压随后通过连续多个模拟滤波 器及放大器以提供等离子体偏移信号。该等离子体偏移信号与预设值做比较， 且在该等离 子体偏移信号超过该预设值的点处产生警报信号。随后该警报信号反馈至系统控制器中， 使得操作者可收到警告和 / 或可使该处理系统停机。在某些实施例中， 可藉由单一检测控 制单元监视多个处理区域。 0039 虽然以上内容揭示本发明的多个实施例， 但是在不偏离本发明的基本范围下， 可 做出本发。
44、明的其它或进一步实施例， 且本发明范围由后附权利要求所界定。 说 明 书 CN 103098558 A 10 1/7 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 103098558 A 11 2/7 页 12 图 2 说 明 书 附 图 CN 103098558 A 12 3/7 页 13 图 3 图 4A 说 明 书 附 图 CN 103098558 A 13 4/7 页 14 说 明 书 附 图 CN 103098558 A 14 5/7 页 15 图 5 说 明 书 附 图 CN 103098558 A 15 6/7 页 16 图 6 说 明 书 附 图 CN 103098558 A 16 7/7 页 17 图 7 说 明 书 附 图 CN 103098558 A 17 。