用于检测和分类发弧的基于电流的方法和设备技术

提供一种用于使用电源电路和发弧检测装置产生等离子体的设备和技术。电源电路具有包括被围在室中的阴极并且适于产生功率相关参数。发弧检测配置通讯地耦接到电源电路并且适于通过比较功率相关参数与之少一个阈值来估计室中的发弧的严重性。根据各种实施，响应于功率相关参数与之少一个阈值的比较测量发弧出现、发弧持续时间、严重性和／或能量。根据另一实施，上述测量的数量被累计和／或进一步处理。还提供用于当电流尖峰在阈值电平之上时检测发弧的设备和方法。该方法和设备还用于基于电压和电流信号以及每一个信号超出阈值的持续时间来分类发弧事件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于检测和分类设备中的发弧的方法和设备，尤其涉 及在物理气相沉积过程中通过4企测电流和电压以及计时每个超过一个或多 个阈值的持续时间来检测和分类发弧的方法和设备。
技术介绍
诸如物理气相沉积(PVD)等溅镀沉积是用以将薄且高度均匀的各种材 料层沉积到许多物体上的处理，例如，沉积一金属层到基板上，诸如形成 集成电路(IC)时所使用的晶圓等。在直流电(DC)溅镀处理中，欲沉积的材料 (目标)和将接受被沉积的材料(晶圓)的基板被置放在专用真空室中。将真空室排空，接着以低压填满诸如氩等惰性气体。将晶圆电连接到高压电源的阳极(或其附近)，阳极通常在大地电位或接 近大地电位。溅镀室的墙壁亦处于此电位。将典型上由金属形成的目标置 放于真空室并且电连接到高压电源的阴极。目标亦可由绝缘材料形成。通 过电源在目标(阴极)和阳极之间产生电场。当阳才及和阴极之间的电位到达 200-400伏特时，在众所皆知的Paschen(帕申)曲线的超导区域的惰性气体中 建立辉光放电。当在Paschen(帕申)曲线的超导区域中操作辉光放电时，从气体分裂出 价电子且流向阳极(接地)，而最后的正电荷离子化气体原子(即，等离子体) 被加速越过电场的电位且以足够的能量冲击阴极(目标)，藉以使目标材料的分子能够与目标实际分离，或溅镀。被喷出原子实际上畅通无阻地行进 过低压气体和等离子体，其中某一些降落在基板上且在基板上形成目标材 料的涂层。在理想条件下，结果是在室中有一大群均匀的目标分子，留下 均匀厚度的最后沉积在室和其内容物(如，晶圓)上。此涂层通常是各向同性 的，符合室中的物体形状。此作用的自然结果是目标材料随着溅镀更多材 料会变得更薄。和目标材料的真空室被小心地设计成试图维持统一的电场，及再次根据Paschen曲线，辉光放电原则上可维持在电场力的一范围上。然而，无法完 全维持电场的统一，并且一些因素会影响目标上的辉光放电的统一和耗损， 这些因素包括室中产生的热电流和其他机械异常，诸如目标校准失当等。 为了补偿这些异常，商业用PVD溅镀机器通常结合在目标上以固定速度旋 转大磁铁的机构。此旋转用于干扰室中的电磁场，将等离子体撞打在目标 的区域集中于较小和移动区上。在以固定速率旋转磁铁的同时维持室中的 固定功率可提高目标的耗损的统一，增加目标寿命，及通常将室中分子目 标材料分布维持的更均匀。当磁铁在目标上旋转时，局部几何、热、及其 他变化使室的集总电阻抗产生变化。由于被組配成运送固定功率到辉光放 电的电源，维持固定功率所需的室电压和电流之间的关系根据阻抗变化而 改变。若监^L室电压和电流，则可观察到清楚的室电压和电流的周期变化， 周期等于磁铁的旋转周期。甚至以旋转磁铁机构适当地试图稳定辉光放电，特定条件仍会导致电 场的局部集中，使辉光放电能够通过Paschen曲线的超导区域到发弧区。 PVD期间的发弧导致经由等离子体中的电子或离子从阳极到目标的不想要 的低阻抗路径，不想要的路径通常包括接地，及由于诸多因素所导致的发 弧，诸如目标材料的污染(即，内含物)、目标的结构(如，表面)内的内含物、 不适当的目标校直(alignment)(如，阴极和阳极的校直不当)、真空漏泄、 及/或来自诸如真空油脂等其他来源的污染等因素。目标污染包括&02或 A1203。PVD期间的发弧是在半导体晶圓上形成集成电路时产量降低缺陷的其 中一原因。尽管一般金属沉积典型上低于l微米(micron)厚，但是发弧导 致晶圆上的金属局部较厚的沉积。当发弧出现时，室的电磁场的能量集中9在比想要的小的目标的区域(如，目标缺陷的附近)，如此会移开目标的固体 片段。所移开的目标材料的固体片段可能比晶圆上预期的均匀涂层厚度大， 若大片段落在晶圓上，则可能导致欲在那位置形成的集成电路的故障。随 后的照相平版印刷处理根据想要的电路图案蚀刻掉所沉积的金属层的各种 区域，留下金属导体路径。因为发弧导致具有比周遭金属大的厚度的局部 缺陷(区域)，所以在随后处理中不可能完全蚀刻缺陷区，导致不想要的电路 路径(即，短路)在芯片上。半导体芯片具有由绝缘体层所分开的多个金属层，藉由如上述的沉积、图案化、及蚀刻金属层形成各个金属位准(level )。 一 层中的局部缺陷亦可能扭曲在随后照相平版印刷步骤中成像到晶圆上的覆 盖图案，因此导致覆盖层中的缺陷。制造目前集成电路的晶圓涉及上千个个别处理步骤、通过各个处理步 骤增加的晶圆的值和最后的各个个别集成电路晶粒(die)。被用于将晶圓处 理成集成电路的PVD溅镀设备中的发弧可能使得晶圆的部分无法用于其想 要的目的，因此增加制造成本。使用没有发弧产生的内含物的目标材料是 最小化集成电路制造缺陷的其中 一 方法，但是目标材料可能在其制造期间 或之后遭到污染。在溅镀操作之前发现目标污染以防止发弧缺陷无论在时 间和费用二者上都所费不赀。而就随机产量损失而言未以实时方法发现发 弧缺陷也是同样昂贵的，例如由制造商操作沉积室，直到产生发弧的目标 内含物净皮彻底濺镀为止。而且，当在发弧期间移开目标的固体片段时，目 标的表面会被进一步破坏，并且那附近的未来发弧可能性增加。缺乏实时发弧检测，改善行动是依据可得到的参数数据。测量由于发 弧所导致的缺陷层数量相当昂贵，例如通过被设计成发现短路的电测试， 或藉由在金属沉积之后以激光扫描晶圓的表面。这些测试要花时间运作， 延迟生产，或由于时间延长而发生不想要的产量损失。因为诸如任何程度 的短路等缺陷可能影响集成电路功能，所以想要避免由于賊镀沉积期间的 发弧所导致的破坏。因此，实时发弧检测能够较快识别生产损失的来源，并检测处理工具 或目标本身内的最初故障，此二者可使集成电路制造应用更有效。如上述，发弧可能将固体材料投进室内，假设下落在集成电路的晶圆 上的固体材料的任何此种片段具有破坏至少 一 集成电路的高度可能。因此， 对集成电路的晶圆的可能破坏的 一统计指示是处理步骤期间所发生的发弧10数目。假设因为猛烈的发弧可能比相对温和的发弧延展更多的固体材 料到更广的区域，所以由个别发弧对集成电路晶圆所导致的预期破坏是递送到发弧的能量的单调增加函数也是合理的。因此，可以估算PVD溅镀处理步骤期间发生的发弧数目与实时的发弧的严重性二者的系统在估算特定PVD賊镀步骤所导致的可能破坏上是有效的工具。众所周知，当在辉光放电处理中发弧发生时，室的集总阻抗数值快速 递减。当此发生时，包含电源和互连机构的电力运送系统的驱动点阻抗中 的串联电感的存在会导致室的阳极和阴极间所观察到的电压数值快速下 降。观察室电压并且将它与固定阈值比较是检测发弧的存在的普遍方法， 可藉由将一般示波器装附到阴极及将示波器探针的地线装附到室来快速完 成此。有了可藉由使用自由运转的示波器来观察电压而可用肉眼看得到的 平均室处理电压的估算，可将示波器的触发点设定在比预期电压大的电压 (以此种方式所观察到的电压相对于示波器参考值而言是负的)。当示波器触 发时，由于发弧所导致的最后电压波形可被观察到，并且亦可同时经由适 当电流探针来观察到电流。已研发出模拟检测发弧的此方法和计算在处理 步骤的进程中所如此获得的发生数目的系统。此途径的已知缺点是随着室 电压因为如上述随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在物理气相沉积处理中检测和分类发弧的方法，该方法包括：　监视等离子体产生设备的电源电压和电流；　当所述电压下降到预定第一电压阈值之下时，检测每一实例；　当所述电压下降到预定第一电压阈值之下时，计时每一实例的持续时间；　 　当电流尖峰在预定第一电流阈值之上时，检测每一实例；　当电流尖峰在预定第一电流阈值之上时，计时每一实例的持续时间；　将电压下降到预定第一电压阈值之下时的每一实例及电流尖峰在预定第一电流阈值之上时的每一实例分类当作发弧事件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-3-17 60/783,3461. 一种在物理气相沉积处理中检测和分类发弧的方法，该方法包括监视等离子体产生设备的电源电压和电流；当所述电压下降到预定第一电压阈值之下时，检测每一实例；当所述电压下降到预定第一电压阈值之下时，计时每一实例的持续时间；当电流尖峰在预定第一电流阈值之上时，检测每一实例；当电流尖峰在预定第一电流阈值之上时，计时每一实例的持续时间；将电压下降到预定第一电压阈值之下时的每一实例及电流尖峰在预定第一电流阈值之上时的每一实例分类当作发弧事件。2、 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤决定电压是否为稳定模式、上升过渡模式和下降过渡模式的其中之一。3、 根据权利要求2所述的方法，还包括步骤维持当电压是在稳定模式中时所发生的发弧事件的计数和对应的持续 时间；维持当电压是在上升过渡模式中时所发生的发弧事件的计数和对应的 持续时间；以及维持当电压是在下降过渡模式中时所发生的发弧事件的计数和对应的 持续时间。4、 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤 基于监视等离子体产生设备的电源电压和电流分类发弧事件。5、 根据权利要求4所述的方法，还包括步骤 在预定时间周期期间将电压下降和电流尖峰同时发生的发弧事件实例分配到第 一类别；将没有相应的具有低于预定时间的累计持续时间的同时发生的电流尖 峰的一或多个电压下降的发弧事件实例分配到第二类别；将没有相应的具有大于预定时间的累计持续时间的同时发生的电流尖 峰的一或多个电压下降的发弧事件实例分配到第三类别；将没有相应的具有低于预定时间的累计持续时间的同时发生的电压下 降的一或多个电流尖峰的发弧事件实例分配到第四类别；将没有对应的具有大于预定时间的累计持续时间的同时发生的电压下 降的 一或多个电流尖峰的发弧事件实例分配到第五类别。6、 根据权利要求5所述方法，还包括步骤 计算第 一 类别的发弧事件实例的扫描能量。7、 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在每次检测到电压下降到预定第一阈值之后的过渡保持周期内，禁止 检测预定第一阈值之下的电压下降；以及在每次检测到预定第 一 阈值之上的电流尖峰之后的过渡保持周期内， 禁止检测预定第 一 阈值之上的电流尖峰。8、 根据权利要求1所述的方法，还包括步-彈在扫描循环期间调整预定第 一 电压阈值以追踪电源电压中的緩慢变化。9、 根据权利要求1所述的方法，其中，在时钟周期中测量所述电压下 降的持续时间和电流尖峰的持续时间。10、 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤当电压下降在预定第二电压阈值之下时，检测每一发弧事件实例； 当电流尖峰在预定第二电流阈值之上时，检测每一发弧事件实例。11、 一种在等离子体产生设备中决定一发弧事件的方法，该方法包括步骤监碎见电源电 流;获取指示所监视的电流的电流信号；以及 决定所述电流信号是否超出指示一发弧信号的预定电流阈值。12、 根据权利要求11所述的方法，还包括步骤 监视电源的电压；获取指示所监视的电压的电压信号；以及 决定所述电压信号是否超出指示一发弧信号的预定电压阈值。13、 根据权利要求12所述的方法，还包括步骤计时当所述电流超出预定电流阈值时所发生的每一发弧事件的持续时间。14、 根据权利要求13所述的方法，还包括步骤 计时当所述电压超出预定电压阈值时所发生的每一发弧事件的持续时间。15、 根据权利要求14所述的方法，还包括步骤 分类每一发弧事件。16、 根据权利要求15所述的方法，还包括步骤 计算第一类发弧事件的扫描能量。17、 根据权利要求16所述的方法，还包括步骤 计算一发弧能量，其中所述发弧能量是多个扫描能量的累积总和。18、 一种在等离子体产生设备中检测发弧的方法，该方法包括步骤 向所述等离子体产生设备提供电源以在目标和晶圆之间建立离子化气体；提供用于检测电源电压和电源电流的接口 ； 在设定的频率处将所述电压与电压阈值相比较；以及 在所述设定的频率处将所述电流与电流阈值相比较； 依照所述电压与所述电压阈值的比较和依照所述电流与所述电流阈值 的比较决定是否发生一发弧事件。19、 根据权利要求18所述的方法，还包括步骤 在发弧事件每一检测之后，将所述电压与所述电压阈值的比较和所述电流与所述电流阈值的比较延迟一过渡延迟周期。20、 根据权利要求19所述的方法，还包括步骤 生成功率相关参数；将所述功率相关参数与至少一个阈值相比较以决定在等离子体产生设 备中发弧的严重性；以及响应于所述电功率相关参数与所述至少一个阈值的比较而测量发弧的 持续时间。21、 一种在等离子体产生室中检测一发弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦F克劳斯，保罗R布达，雷蒙德W哈里斯，
申请(专利权)人：施耐德自动化公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]