專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)表征等離子體的方法
自動(dòng)表征等離子體的方法
背景技術(shù)：
等離子體處理的進(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。通常，在等離子體處理過(guò)程中，可能出現(xiàn)會(huì)對(duì)該襯底造成負(fù)面影響的問(wèn)題?？赡芨?變被處理的襯底的品質(zhì)的一個(gè)重要的因素是等離子體本身。為了有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)分析該等 離子體，可以使用傳感器收集有關(guān)每個(gè)襯底的處理數(shù)據(jù)。可以分析收集的數(shù)據(jù)以確定問(wèn)題 的原因。為了便于討論，圖1顯示了在等離子體系統(tǒng)100的一部分中的數(shù)據(jù)收集探頭的簡(jiǎn) 單示意圖。等離子體系統(tǒng)100可包括射頻(RF)源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104以產(chǎn)生等離子體106。當(dāng)射頻源102開(kāi)啟時(shí)，在外部電容器108兩側(cè) 產(chǎn)生偏壓，該外部電容器108可以約為沈.2納法(nF)。在一個(gè)實(shí)施例中，射頻源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108被充電。當(dāng)射頻源102被關(guān)閉時(shí)，具有極性的偏壓保留在外部電容器108上， 從而探頭110被偏置以收集離子。隨著該偏壓的衰退，可以追蹤到如圖2A、2B和3所示的 曲線(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到，探頭110通常是具有傳導(dǎo)平面的電探頭，該傳導(dǎo)平面 可以靠著反應(yīng)器室104的室壁放置。從而探頭110直接暴露于反應(yīng)器室104的環(huán)境?？梢?分析由探頭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116沉積 在探頭110上，所以不是所有的探頭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)探頭也能夠收集數(shù)據(jù)，因?yàn)樵揚(yáng)IF探頭方 案不需要吸收直流(DC)以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。通過(guò)其它傳感器測(cè)量等離子體系統(tǒng)100中的電流和電壓信號(hào)。在示例100中，當(dāng) 射頻源102被關(guān)掉時(shí)，分別使用電流傳感器112和高阻抗電壓傳感器114測(cè)量電流和電壓。 然后繪制從電流傳感器112和電壓傳感器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。圖2A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)202，在提供射頻充電 (即，射頻爆發(fā))之后射頻源102已被關(guān)掉。在此示例中，在數(shù)據(jù)點(diǎn)202，探頭110兩端的電 壓約為負(fù)57伏。當(dāng)?shù)入x子體系統(tǒng)100返回到安靜狀態(tài)(數(shù)據(jù)點(diǎn)204和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(wú)需非得為零，而可以是負(fù)的或正的偏壓電勢(shì)。類(lèi)似地，圖2B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)252，在已 經(jīng)提供射頻充電之后射頻源102已被關(guān)掉。在衰退期2M期間，外部電容器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)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)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)256到數(shù)據(jù)點(diǎn)258，該電容器保持放電。
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(guò)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(huà)說(shuō)，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(lái)。圖3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)302，在提供射頻充電之后射頻源102已被關(guān)掉。通過(guò)對(duì)每個(gè)射頻爆發(fā)過(guò)程中收集的數(shù)據(jù)施加非線(xiàn)性擬合，可以表征等離子體106。 換句話(huà)說(shuō)，可以確定表征等離子體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)。盡管等離子體106可以用收集的數(shù)據(jù)表征，然而計(jì)算該參數(shù)的過(guò)程 是需要人為干預(yù)的沉悶的手動(dòng)過(guò)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(xiàn)性擬合以確定可以表征該等離子體的參數(shù)。通過(guò)表征該等離子體，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。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(lái)完成。因?yàn)橥ǔＳ袛?shù)千個(gè)(如果不是數(shù)百萬(wàn)個(gè)的話(huà))射頻爆發(fā)要分析，所以表征 配方的等離子體的總時(shí)間可能要花幾小時(shí)來(lái)計(jì)算。結(jié)果，該現(xiàn)有技術(shù)方法無(wú)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)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種在襯底處理過(guò)程中自動(dòng)表征等離子體的方 法。該方法包括收集一組工藝數(shù)據(jù)，其至少包括有關(guān)電流和電壓的數(shù)據(jù)。該方法還包括為 該組工藝數(shù)據(jù)鑒別關(guān)聯(lián)范圍，其中該關(guān)聯(lián)范圍包括該組工藝數(shù)據(jù)的子集。該方法進(jìn)一步包 括確定一組種子值。該方法又包括使用該關(guān)聯(lián)范圍和該組種子值執(zhí)行曲線(xiàn)擬合，其中該曲 線(xiàn)擬合使得該等離子體能被自動(dòng)表征。上述發(fā)明內(nèi)容只涉及本文披露的本發(fā)明的許多實(shí)施方式之一，而不是為了限制本 發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍如權(quán)利要求所述。在下面本發(fā)明的具體實(shí)施方式
部分，結(jié)合附 圖，對(duì)本發(fā)明的這些及其他特征進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。


本發(fā)明是以附圖中各圖中的實(shí)施例的方式進(jìn)行描繪的，而不是通過(guò)限制的方式， 其中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)指示類(lèi)似的元件，其中圖1顯示了等離子體系統(tǒng)的一部分的簡(jiǎn)單示意圖，其中射頻(RF)源電容耦合于反 應(yīng)器室以產(chǎn)生等離子體。圖2A顯示了射頻充電之后的電壓/時(shí)間圖。圖2B顯示了在射頻充電之后收集的電流數(shù)據(jù)的圖表。圖3顯示了射頻爆發(fā)之間的單一時(shí)間間隔的簡(jiǎn)單的電流/電壓圖。圖4顯示了，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，描繪在襯底處理過(guò)程中自動(dòng)表征等離 子體的全部步驟的簡(jiǎn)單流程圖。圖5顯示了，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，一種用于確定關(guān)聯(lián)范圍和種子值的簡(jiǎn)
單算法。圖6A顯示了在射頻爆發(fā)之后的電流/時(shí)間的示例。
圖6B顯示了射頻爆發(fā)之后的電壓/時(shí)間的示例。圖6C顯示了轉(zhuǎn)折點(diǎn)的示例。圖6D顯示了施加到電流/電壓圖的曲線(xiàn)擬合的示例。
具體實(shí)施例方式現(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(lái) 說(shuō)，本發(fā)明沒(méi)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(méi)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。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)可讀代碼的計(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(zhuān)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(guò)的通用計(jì)算機(jī)和/或 專(zhuān)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(zhuān)用的/可編程的電路的結(jié)合。如上所述，該P(yáng)IF探頭法可用于收集關(guān)于該等離子體的數(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探頭)收集的數(shù)據(jù)可用于表征該反應(yīng)器室中的等離子體。 而且，因?yàn)樵搨鞲衅魇褂萌鐖D1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探頭收集的數(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(wàn)的 數(shù)據(jù)點(diǎn)，鑒別關(guān)聯(lián)間隔以準(zhǔn)確地表征等離子體成為一個(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)等離子體表征的等離子體處理系統(tǒng)是 沒(méi)有用的。然而，如果從數(shù)千/數(shù)百萬(wàn)個(gè)收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)中鑒別出表征等離子體所必需的關(guān)聯(lián) 數(shù)據(jù)點(diǎn)，那么表征等離子體所需的時(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)表征等離子體的方法。此處描述的本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用 于鑒別該關(guān)聯(lián)范圍以減少表征等離子體所需要分析的數(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(wàn)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)算表征等離子體的值的數(shù)學(xué)模型的種子值。通 過(guò)對(duì)該關(guān)聯(lián)范圍執(zhí)行曲線(xiàn)擬合，可以計(jì)算出可用來(lái)表征等離子體的參數(shù)。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)。圖4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(guò)程中自動(dòng)表征 等離子體的步驟的簡(jiǎn)單流程圖。考慮以下情況，其中在襯底處理中已經(jīng)提供了射頻充電。在第一個(gè)步驟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(kāi)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 探頭(比如平坦離子流探頭，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(wàn)范圍內(nèi)。在一些情況下，在每個(gè)射頻
6爆發(fā)之間可以收集數(shù)千到數(shù)萬(wàn)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。在現(xiàn)有技術(shù)中，可以分配若干小時(shí)來(lái)分析在半導(dǎo)體襯底處理過(guò)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)以表征等離子體。相反，如果將曲線(xiàn)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 該等離子體的參數(shù)。在下一個(gè)步驟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。 在鑒別該關(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(guò)程中，在該探頭上可能發(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)。 在鑒別該關(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(huà)說(shuō)，該關(guān)聯(lián)范 圍的確定使得能夠進(jìn)行等離子體表征而不受隨機(jī)噪聲的影響。例如，在后面對(duì)圖5的討論 中，提供了有關(guān)如何確定關(guān)聯(lián)范圍的討論。除了鑒別該關(guān)聯(lián)范圍以外，在下一個(gè)步驟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5的討論中，提供了有關(guān)如何估算該種子值的討論。利用該關(guān)聯(lián)范圍和該種子值執(zhí)行曲線(xiàn)擬合。因?yàn)榍€(xiàn)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(kāi)銷(xiāo)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(xiàn)擬合迭代的次數(shù)。使用該關(guān)聯(lián)范圍和該種子值，在下一個(gè)步驟408中，可以執(zhí)行非線(xiàn)性擬合(例如， 曲線(xiàn)擬合)，從而使得該等離子體能夠在更短的時(shí)間段內(nèi)被表征而無(wú)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(lái)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(lái)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體處理過(guò)程中向工程師提供關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。圖5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6A、6B、6C和6D對(duì)圖5進(jìn)行討論。在第一個(gè)步驟502中，自動(dòng)繪制在每個(gè)射頻爆發(fā)過(guò)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600中，比如在圖6A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650中，如圖6B中所示。 盡管該數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生與現(xiàn)有技術(shù)類(lèi)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(wú)需人為干預(yù)。替代地，無(wú)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(lái)解釋該算法。與現(xiàn)有技術(shù)不同，不分析整個(gè)數(shù)據(jù)組來(lái)表征等離子體。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6A的圖表600上的數(shù)據(jù)點(diǎn)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)604，約為0. 086mA/cm2。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)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(lái)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。在下一個(gè)步驟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(xiàn)的區(qū)域，在 該區(qū)域中該探頭的電勢(shì)相對(duì)于該空載電勢(shì)足夠負(fù)從而到該探頭的電子通量是微不足道的。 在此區(qū)域中，到該探頭的電流隨著負(fù)電勢(shì)的增加而緩慢且線(xiàn)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)從而該探頭會(huì)收集該系統(tǒng)中所 有的現(xiàn)有離子。換句話(huà)說(shuō)，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。換句話(huà)說(shuō)，該離子飽和區(qū)間是與圖6A的數(shù)據(jù)點(diǎn)602和606的間隔。在一個(gè)實(shí)施方 式中，通過(guò)取該原始值的一個(gè)百分比(即，數(shù)據(jù)點(diǎn)60 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)606)。因此，該離子飽和區(qū)間是從該原始值(數(shù)據(jù)點(diǎn)60 到該第二衰退點(diǎn)(數(shù)據(jù)點(diǎn) 606)。注意，該第二衰退點(diǎn)(比如數(shù)據(jù)點(diǎn)608)在該原始值(數(shù)據(jù)點(diǎn)60 和該百分比衰退 點(diǎn)(數(shù)據(jù)點(diǎn)604)之間。與該百分比衰退點(diǎn)類(lèi)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。一旦確定了該離子飽和區(qū)間，在下一個(gè)步驟508中，可以估算該斜率(s)和該離子 飽和度(io)。如上所述，該斜率(S)和該離子飽和度Gci)是可用于數(shù)學(xué)模型(下面的方程 2)以確定表征等離子體的參數(shù)的四個(gè)種子值中的兩個(gè)。在一個(gè)示例中，可以通過(guò)執(zhí)行線(xiàn)性 回歸確定該斜率(S)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該算法還可以通過(guò)取數(shù)據(jù)點(diǎn)602和606之間的 數(shù)據(jù)值的平均值而確定該離子飽和度(、)。在下一個(gè)步驟510中，該算法可確定該轉(zhuǎn)折點(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，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)可以通過(guò)鑒別該百分比衰退點(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(lái)計(jì)算。為了描繪，圖6C顯示了電信號(hào)660的百分比衰退點(diǎn)(664) 和原始點(diǎn)(66 之間的值的一階導(dǎo)數(shù)。轉(zhuǎn)折點(diǎn)是該一階導(dǎo)數(shù)(670)的最小數(shù)據(jù)點(diǎn)，其具 有-0.012mA/cm2的值和226的索引值(如數(shù)據(jù)點(diǎn)666所示)。為了確定該轉(zhuǎn)折值，該索引 值被映射到電信號(hào)繪圖660。在此示例中，當(dāng)該一階導(dǎo)數(shù)的索引值被映射到電信號(hào)660時(shí)， 該轉(zhuǎn)折值是0. 4714mA/cm2,如數(shù)據(jù)點(diǎn)668所示。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轉(zhuǎn)折點(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3 而不是計(jì)算該轉(zhuǎn)折點(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
6A的點(diǎn)602和604之間。
'￥
k
V 5 _ f ............ \
.搬 Vlin. / / .
艦
ri
yynses\
/I,___|\
a
y表格1 參數(shù)定義
鑒別該轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，在下一個(gè)步驟512中，可以估算該電子溫度。可以使用上面的方 程1估算該電子溫度。用于計(jì)算該電子溫度的電流和電壓數(shù)據(jù)在該轉(zhuǎn)變間隔范圍內(nèi)，該轉(zhuǎn) 變間隔通常是當(dāng)探頭吸收比該離子飽和電流更小的電流時(shí)。在一個(gè)實(shí)施方式中，該電流和 電壓數(shù)據(jù)被測(cè)量的時(shí)間可以對(duì)應(yīng)于該轉(zhuǎn)折點(diǎn)。替代地，也可以使用該電流-電壓(i-v)曲 線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。因?yàn)樵撾娮訙囟仁窃趯?duì)應(yīng)于該電流-電壓曲線(xiàn)上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的時(shí)間對(duì)射頻爆發(fā) 收集的數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)(是在計(jì)算百分比衰退點(diǎn)中確定的)的比，產(chǎn)生該數(shù)值所需的計(jì)算 總開(kāi)銷(xiāo)最小。在下一個(gè)步驟514中，該算法可確定該空載電壓電勢(shì)。因?yàn)樵摽蛰d電壓電勢(shì)是根 據(jù)收集的電壓數(shù)據(jù)確定的，可以確定該空載電壓電勢(shì)而不必首先確定在步驟504-512中計(jì) 算的值。本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到，空載電壓電勢(shì)是在該外部電容器被完全放電之后該探 頭空載的電勢(shì)。通常，該空載電壓電勢(shì)可以通過(guò)看恰好在下一個(gè)射頻爆發(fā)之前的信號(hào)而確 定。然而，由于聚合物累積導(dǎo)致變形的可能性，可能會(huì)收集到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)(即，噪聲)；因此， 可以通過(guò)對(duì)在接近該收集時(shí)間段的末端收集的電壓值求平均值而計(jì)算該空載電壓電勢(shì)。在 一個(gè)實(shí)施方式中，該空載電壓電勢(shì)可以從數(shù)據(jù)點(diǎn)652(該電壓首次達(dá)到其空載電勢(shì)的數(shù)據(jù) 點(diǎn))到數(shù)據(jù)點(diǎn)654(恰好在下一個(gè)射頻爆發(fā)之前的數(shù)據(jù)點(diǎn))計(jì)算，如圖6B中所示。在另一個(gè) 實(shí)施方式中，該空載電壓電勢(shì)可以基于窗656內(nèi)的電壓值，該窗656位于數(shù)據(jù)點(diǎn)652和6M 之間，如圖6B中所示。在一個(gè)實(shí)施方式中，窗656可以是任何尺寸的，只要該窗開(kāi)始于先前 脈沖衰退超過(guò)百分比99之前并在下一個(gè)脈沖開(kāi)始時(shí)結(jié)束。在一個(gè)實(shí)施方式中，該空載電壓 電勢(shì)可以從提供具有低標(biāo)準(zhǔn)偏差(誤差)的平均值的窗中確定。從上文可以看出，用于確定該關(guān)聯(lián)范圍和該種子值的方法考慮了在電流、電壓和/ 或電流-電壓(i-v)曲線(xiàn)中可能出現(xiàn)的異常。在一個(gè)示例中，聚合物累積可能在射頻爆發(fā) 的末尾發(fā)生。然而，通過(guò)應(yīng)用上述算法，該關(guān)聯(lián)范圍和該種子值不受處理過(guò)程中可能出現(xiàn)的 意外的假象的影響。一旦確定了該關(guān)聯(lián)范圍并計(jì)算出該種子值，在下一個(gè)步驟516中，可以對(duì)比該電 壓值繪制該電流值，并可以應(yīng)用曲線(xiàn)擬合以生成圖6D的圖表680。在一個(gè)示例中，可以應(yīng)用 非線(xiàn)性曲線(xiàn)擬合(比如Levenberg-Marquardt算法)來(lái)執(zhí)行該曲線(xiàn)擬合。通過(guò)生成曲線(xiàn)擬 合圖表并將該種子值應(yīng)用于該數(shù)學(xué)模型(比如下面的方程2)，可以確定用于表征該等離子
體的四個(gè)參數(shù)。/ =I [方程2]表格2 參數(shù)定義
權(quán)利要求
1.一種在襯底處理過(guò)程中自動(dòng)表征等離子體的方法，包含收集一組工藝數(shù)據(jù)，所述組工藝數(shù)據(jù)至少包括有關(guān)電流和電壓的數(shù)據(jù)；為所述組工藝數(shù)據(jù)鑒別關(guān)聯(lián)范圍，其中所述關(guān)聯(lián)范圍包括所述組工藝數(shù)據(jù)的子集；確定一組種子值；以及使用所述關(guān)聯(lián)范圍和所述組種子值執(zhí)行曲線(xiàn)擬合，其中所述曲線(xiàn)擬合使得所述等離子 體能被自動(dòng)表征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中針對(duì)在每個(gè)射頻(RF)充電后收集的所述組工藝數(shù) 據(jù)鑒別所述組工藝數(shù)據(jù)的所述關(guān)聯(lián)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述鑒別所述關(guān)聯(lián)范圍包括以下至少一項(xiàng)計(jì)算所述組工藝數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)的峰值，以及確定百分比衰退點(diǎn)，所述百分比衰退點(diǎn)代表低于原始數(shù)據(jù)值的水平，其中所述關(guān)聯(lián)范 圍在所述原始數(shù)據(jù)值和所述百分比衰退點(diǎn)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述鑒別所述關(guān)聯(lián)范圍進(jìn)一步包括鑒別轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 其中所述關(guān)聯(lián)范圍由所述原始數(shù)據(jù)值和所述轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的范圍表示，所述轉(zhuǎn)折點(diǎn)是所述百 分比衰退點(diǎn)和第二衰退點(diǎn)之間的所述電流值的一階導(dǎo)數(shù)，所述第二衰退點(diǎn)在所述原始數(shù)據(jù) 值和所述百分比衰退點(diǎn)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述組種子值包括斜率、電子溫度、離子飽和度值 和空載電壓電勢(shì)中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述確定所述組種子值包括確定離子飽和區(qū)間， 其中所述離子飽和區(qū)間涉及從所述原始數(shù)據(jù)值到所述第二衰退點(diǎn)的間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述斜率是通過(guò)執(zhí)行所述離子飽和區(qū)間的線(xiàn)性回 歸而確定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述離子飽和度值是通過(guò)對(duì)所述離子飽和區(qū)間內(nèi) 的數(shù)據(jù)值求平均值而確定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電子溫度是通過(guò)取在所述轉(zhuǎn)折點(diǎn)收集的數(shù)據(jù) 的一階導(dǎo)數(shù)而確定的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述空載電壓電勢(shì)是通過(guò)對(duì)從初始空載電壓電 勢(shì)點(diǎn)到第二射頻充電之前的數(shù)據(jù)點(diǎn)收集的電壓數(shù)據(jù)求平均值而確定的。
11.一種包含嵌入了計(jì)算機(jī)可讀代碼的程序存儲(chǔ)介質(zhì)的制品，所述計(jì)算機(jī)可讀代碼被 配置為用于在襯底處理過(guò)程中自動(dòng)表征等離子體，包含用于收集一組工藝數(shù)據(jù)的代碼，所述組工藝數(shù)據(jù)至少包括有關(guān)電流和電壓的數(shù)據(jù)；用于為所述組工藝數(shù)據(jù)鑒別關(guān)聯(lián)范圍的代碼，其中所述關(guān)聯(lián)范圍包括所述組工藝數(shù)據(jù) 的子集；用于確定一組種子值的代碼；以及用于使用所述關(guān)聯(lián)范圍和所述組種子值執(zhí)行曲線(xiàn)擬合的代碼，其中所述曲線(xiàn)擬合使得 所述等離子體能被自動(dòng)表征。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，其中針對(duì)在每個(gè)射頻(RF)充電后收集的所述組工藝 數(shù)據(jù)鑒別所述組工藝數(shù)據(jù)的所述關(guān)聯(lián)范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制品，其中所述用于鑒別所述關(guān)聯(lián)范圍的代碼包括以下至少一項(xiàng)用于計(jì)算所述組工藝數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)的峰值的代碼，以及用于確定百分比衰退點(diǎn)的代碼，所述百分比衰退點(diǎn)代表低于原始數(shù)據(jù)值的水平，其中 所述關(guān)聯(lián)范圍在所述原始數(shù)據(jù)值和所述百分比衰退點(diǎn)之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制品，其中所述用于鑒別所述關(guān)聯(lián)范圍的代碼進(jìn)一步包括 用于鑒別轉(zhuǎn)折點(diǎn)的代碼，其中所述關(guān)聯(lián)范圍由所述原始數(shù)據(jù)值和所述轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的范圍表 示，所述轉(zhuǎn)折點(diǎn)是所述百分比衰退點(diǎn)和第二衰退點(diǎn)之間的所述電流值的一階導(dǎo)數(shù)，所述第 二衰退點(diǎn)在所述原始數(shù)據(jù)值和所述百分比衰退點(diǎn)之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制品，其中所述組種子值包括斜率、電子溫度、離子飽和度 值和空載電壓電勢(shì)中的至少一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述用于確定所述組種子值的代碼包括用于確 定離子飽和區(qū)間的代碼，其中所述離子飽和區(qū)間指的是從所述原始數(shù)據(jù)值到所述第二衰退 點(diǎn)的間隔。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制品，其中用于確定所述斜率的代碼包括用于執(zhí)行所述離 子飽和區(qū)間的線(xiàn)性回歸的代碼。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制品，其中用于確定所述離子飽和度值的代碼包括用于對(duì) 所述離子飽和區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)值求平均值的代碼。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制品，其中用于確定所述電子溫度的代碼包括用于取在所 述轉(zhuǎn)折點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)的代碼。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制品，其中用于確定所述空載電壓電勢(shì)的代碼包括用于對(duì) 從初始空載電壓電勢(shì)點(diǎn)到第二射頻充電之前的數(shù)據(jù)點(diǎn)收集的電壓數(shù)據(jù)求平均值的代碼。
全文摘要
提供一種在襯底處理過(guò)程中自動(dòng)表征等離子體的方法。該方法包括收集一組工藝數(shù)據(jù)，其至少包括有關(guān)電流和電壓的數(shù)據(jù)。該方法還包括為該組工藝數(shù)據(jù)鑒別關(guān)聯(lián)范圍，其中該關(guān)聯(lián)范圍包括該組工藝數(shù)據(jù)的子集。該方法進(jìn)一步包括確定一組種子值。該方法又包括使用該關(guān)聯(lián)范圍和該組種子值執(zhí)行曲線(xiàn)擬合，其中該曲線(xiàn)擬合使得該等離子體能被自動(dòng)表征。
文檔編號(hào)H05H1/24GK102067739SQ200980124648
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者克里斯托弗·索格林森, 杰-保羅·布斯, 道格拉斯·凱爾 申請(qǐng)人:朗姆研究公司