專利名稱：檢測(cè)等離子體工藝異常的頻率監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)與變頻射頻(RF)電源耦合的RF驅(qū)動(dòng)的等離子 體工藝腔室內(nèi)的異常情況的裝置和方法，尤其涉及用于制造例如電子顯示器或 半導(dǎo)體電路的電子工件的工藝腔室。
背景技術(shù)：
通過在各種工藝腔室中執(zhí)行一系列的工藝步驟來制造例如電子平板顯示 器和半導(dǎo)體集成電路的電子器件。這些工藝步驟通常包括在等離子體工藝腔室 中執(zhí)行的步驟，例如在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積腔室或等離子體濺射腔室中 執(zhí)行的沉積步驟，或者在等離子體蝕刻腔室中執(zhí)行的蝕刻歩驟。將任何在等離 子體存在于腔室內(nèi)時(shí)用于執(zhí)行制造電子器件的歩驟的該腔室認(rèn)為是等離子體 工藝腔室。當(dāng)在等離子體工藝腔室內(nèi)進(jìn)行工件處理時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障。這些故障可 以包括損壞的腔室部件、需要清潔或其它例行保養(yǎng)的腔室部件或者損壞的工 件。如果在故障出現(xiàn)后不暫停等離子體工藝，則會(huì)存在對(duì)腔室部件或工件產(chǎn)生 更嚴(yán)重?fù)p壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，盡可能快地檢測(cè)這些故障以便能夠暫停等離子體工 藝是很重要的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種用于通過檢測(cè)變頻RF電源是否移動(dòng)到所建立的下限和上 限之外而檢測(cè)RF驅(qū)動(dòng)的等離子體工藝腔室內(nèi)的異常情況的裝置和方法。本發(fā)明在與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和RF電源結(jié)合時(shí)非常有用，其中調(diào)節(jié)RF電源 的頻率以使RF電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和等離子體工藝腔室之中的阻抗匹配最優(yōu)化， 從而RF電源的頻率響應(yīng)于等離子體工藝腔室提供的負(fù)載阻抗的變化而改變。本發(fā)明的第一方面適應(yīng)性地建立第一對(duì)頻率上限和下限。在新的工藝步驟 開始之后或者在釆樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)之后，采樣保持電路
對(duì)RF電源的頻率進(jìn)行采樣。建立作為采樣的頻率的函數(shù)的第一對(duì)頻率上限和 下限。第一比較器電路重復(fù)地(即，周期性地或連續(xù)地)對(duì)RF電源的頻率和第 一對(duì)頻率限值進(jìn)行比較，并且如果所述頻率變得小于第一下限或大于第一上限 則發(fā)出警報(bào)信號(hào)。優(yōu)選地，建立第一對(duì)頻率限值以在工藝腔室正常工作時(shí)使電源頻率保持在 頻率上限和下限之間。從而，電源頻率超出所述頻率限值能夠可靠地指示工藝 腔室內(nèi)的異常情況，例如損壞的腔室部件、需要清潔或其它例行保養(yǎng)的腔室部 件或者損壞的工件。優(yōu)選地，當(dāng)新工件的等離子體處理開始時(shí)或者在工件處理狀態(tài)中的任何改 變之后，更新該第一對(duì)頻率限值。通過重復(fù)對(duì)RF電源頻率采樣并且建立作為 采樣頻率的函數(shù)的第一對(duì)頻率限值的前述步驟而進(jìn)行更新。該更新本質(zhì)上使頻率限值適應(yīng)于工藝腔室條件的偏移，由此使頻率限值能 夠比固定頻率限值的間隔更窄。因此，與固定且間隔更寬的頻率限值相比，適 應(yīng)性地建立的頻率限值能夠更靈敏地檢測(cè)工藝腔室中的異常情況。本發(fā)明的第二方面建立第二對(duì)頻率上限和下限，其不是作為電源頻率的函 數(shù)而被適應(yīng)性地更新。比較器電路將RF電源的頻率與第二對(duì)頻率限值進(jìn)行比 較，并且，如果電源頻率位于該限制之外，該比較器電路發(fā)出表示工藝腔室中 的異常情況的第二警報(bào)信號(hào)。優(yōu)選地，在工件處理的狀態(tài)改變時(shí)，例如當(dāng)新工 件的等離子體處理開始時(shí)或者在工件處理狀態(tài)的任何改變之后，進(jìn)行該比較。盡管本發(fā)明的第一方面和第二方面中的任一方面都能夠獨(dú)立于另一方面 而被使用，但優(yōu)選將它們一起使用，因?yàn)樗鼈兙哂谢パa(bǔ)和協(xié)同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 具體地，盡管由于第二頻率限制不適應(yīng)為電源頻率的函數(shù)，該第二頻率限值通 常必須比第一頻率限值間隔更寬，但本發(fā)明的第二方面具有能夠檢測(cè)未進(jìn)行處 理時(shí)出現(xiàn)的異常情況的優(yōu)點(diǎn)，例如當(dāng)工件被轉(zhuǎn)移進(jìn)或轉(zhuǎn)移出該腔室時(shí)接地母線 的破損。


圖1為根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)工藝腔室中異常情況的裝置的方塊圖。圖2為顯示在五個(gè)工件序列的正常等離子體處理期間RF電源頻率與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖。圖3為與圖2相似的關(guān)系圖，但示出了在第三和第五襯底的等離子體處理 期間的異常情況。圖4為使用適應(yīng)性頻率限值的本發(fā)明第一方面的方法的流程圖。 圖5為使用非適應(yīng)性頻率限值的本發(fā)明第二方面的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
1、等離子體工藝綜述圖1表示根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)工藝腔室內(nèi)異常情況的常規(guī)RF驅(qū)動(dòng)的等離 子體工藝腔室10和新型電路20-24。該等離子體工藝腔室可以為任何類型的用于執(zhí)行等離子體工藝的腔室，所 述等離子體工藝用于制造例如電子顯示器或半導(dǎo)體集成電路的電子器件。例 如，等離子體工藝腔室可以為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積腔室、濺射腔室或者 等離子體蝕刻腔室。圖示的等離子體工藝腔室10包括未示出的RF耦合電極，其被連接為接 收從常規(guī)RF電源12輸出的RF功率。RF耦合電極用于將RF功率耦合到腔 室內(nèi)的等離子體。例如，RF電極可以為電容耦合電極、電感線圈或者微波波 導(dǎo)。該工藝腔室還可以從一個(gè)或多個(gè)未示出的附加電源，例如微波、RF或DC 電源，接收電功率。常規(guī)的工藝控制器16，典型地為可編程計(jì)算機(jī)，執(zhí)行被稱作工藝步驟的 步驟序列，該步驟序列為在該腔室內(nèi)對(duì)工件執(zhí)行制造工藝所需。例如，該工藝 控制器向轉(zhuǎn)移工件的機(jī)械手以及調(diào)節(jié)工藝氣體進(jìn)出該腔室的氣體閥發(fā)送控制 信號(hào)。對(duì)本發(fā)明重要的是，工藝控制器通過向電源傳輸頻率控制信號(hào)FC而控制 由RF電源12產(chǎn)生的RF功率輸出的頻率，所述頻率控制信號(hào)FC為其值代表 所需頻率的模擬或數(shù)字電信號(hào)。此外，該工藝控制器通過向電源傳輸可以為二 進(jìn)制電信號(hào)的工藝控制信號(hào)PC而控制RF電源輸出打開或者關(guān)閉。為了使電源的RF輸出阻抗與工藝腔室提供的負(fù)載阻抗相匹配，將常規(guī) RF阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14連接在電源的輸出和工藝腔室之間。在一些常規(guī)系統(tǒng)中， 通過調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電容器或電感器而不需調(diào)節(jié)RF電源的頻率，可以使阻抗匹配最優(yōu)化。在被稱作變頻阻抗匹配的其它常規(guī)系統(tǒng)中，阻抗匹配方法包括調(diào)節(jié)RF電 源的頻率。在變頻阻抗匹配系統(tǒng)中，電源頻率響應(yīng)于工藝腔室提供的負(fù)載阻抗 的變化而改變。這是對(duì)于本發(fā)明最有效的阻抗匹配系統(tǒng)類型。下述討論假設(shè)對(duì) 工藝控制器編程為控制電源的頻率以使阻抗匹配最優(yōu)化。然而，本發(fā)明的所有 方面還應(yīng)用于通過阻抗匹配控制裝置控制電源頻率的系統(tǒng)，所述阻抗匹配控制 裝置或者被嵌入在電源中，或者獨(dú)立于電源或工藝控制器而單獨(dú)設(shè)置。如在本發(fā)明的背景技術(shù)中所述，當(dāng)在等離子體工藝腔室內(nèi)對(duì)工件進(jìn)行處理 時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障或其它異常情況。該故障或其它異常情況可能是損壞的腔 室部件、需要清潔或其它例行保養(yǎng)的腔室部件或例如破裂的玻璃襯底的損壞工 件。如果在嚴(yán)重的異常情況出現(xiàn)后不暫停等離子體工藝，則存在對(duì)腔室部件或 工件產(chǎn)生更嚴(yán)重?fù)p壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，盡可能快地檢測(cè)腔室內(nèi)的故障或其它異常 情況以便能夠暫停等離子體工藝很重要。本發(fā)明基于在發(fā)現(xiàn)工藝腔室內(nèi)的故障或其它異常情況時(shí)通常改變RF電源 12的頻率。具體地，工藝腔室10內(nèi)的嚴(yán)重異常情況通常會(huì)改變腔室內(nèi)等離子 體的特性，由此改變?cè)撉皇姨峁┙oRF電源的負(fù)載阻抗。這使工藝控制器16 中的常規(guī)阻抗匹配算法改變RF電源的頻率，以便將電源和該腔室提供的已改 變的負(fù)載阻抗之間恢復(fù)為最佳的阻抗匹配。圖2和圖3為表示在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝腔室10 中連續(xù)處理的五個(gè)工件時(shí)RF電源12的頻率與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖。在圖示的 工藝中，每個(gè)工件為其上制造有液晶顯示器的玻璃襯底，并且在對(duì)每個(gè)襯底上 執(zhí)行單一沉積步驟。縱軸代表RF電源的頻率，橫軸代表時(shí)間，其中，在時(shí)間 l和時(shí)間2之間處理第一工件，在時(shí)間2和時(shí)間3之間處理第二工件，等等， 直至在時(shí)間5和時(shí)間6之間處理第五工件。圖2示出了在正常工作的等離子體工藝腔室中可能發(fā)生的電源頻率的變 化，而圖3示出了在第三工件的處理期間可能由工件中的等離子體弧光和破裂 而引起的頻率偏移以及在開始處理第五工件之前可能由幾個(gè)斷裂的基座接地 母線而引起的頻率偏移。在圖3中，等離子體弧光產(chǎn)生兩個(gè)圖示的窄頻尖峰， 其中一個(gè)向上， 一個(gè)向下。對(duì)于第三工件的剩余處理，第三工件的玻璃襯底的
隨后破裂引起頻率向上突升，而當(dāng)RF功率重新開始處理第五工件時(shí)，在將第 四工件轉(zhuǎn)移出腔室并且將第五工件轉(zhuǎn)移進(jìn)腔室期間斷裂的接地母線使電源頻 率明顯降低。本發(fā)明意欲檢測(cè)例如圖3中所示的頻率偏移。廣泛地說，本發(fā)明建立頻率 上限和下限(由U和L表示)，在該上限和下限之間，在工藝腔室中沒有異 常情況時(shí)RF電源的頻率保持正常。將電源的頻率與頻率限值相比較。如果電 源的頻率變得小于下限L或變得高于上限U，則本發(fā)明產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)，由此警 告工藝腔室中的異常情況。優(yōu)選地，在腔室內(nèi)對(duì)工件進(jìn)行等離子體工藝步驟的 全部時(shí)間中，重復(fù)地(例如，周期性地或連續(xù)地)執(zhí)行該比較。本發(fā)明進(jìn)一步包括用于建立前述頻率上限和下限的有利的方法和裝置。在 解釋本發(fā)明的該方面之前，將更詳細(xì)地討論電源頻率的改變。圖2示出了對(duì)于圖示的PECVD工藝電源頻率在每個(gè)沉積步驟期間逐漸改 變。對(duì)該行為的主要貢獻(xiàn)是來自每個(gè)沉積步驟期間的化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)品殘?jiān)谇?室中的累積，這使該腔室提供的RF負(fù)載阻抗在每個(gè)沉積步驟期間逐漸改變。 此外，存在兩個(gè)連續(xù)工件之間電源頻率的實(shí)質(zhì)突變，其可能超出在單個(gè)工件處 理期間電源頻率的改變。在圖示的工藝中，在處理完五個(gè)工件之后，清理該腔 室以去除累積的殘?jiān)?，由此圖2所示的圖案重復(fù)用于下一輪的五個(gè)工件。盡管在圖2和圖3中未示出，當(dāng)開始處理每個(gè)連續(xù)工件時(shí)還存在電源頻率 的瞬變。該瞬變出現(xiàn)在腔室中等離子體的最初形成期間。在對(duì)單一工件執(zhí)行的單一工藝步驟期間最大的電源頻率改變通常大大小 于在連續(xù)工藝步驟中或者在多個(gè)連續(xù)工件中的最大頻率偏移。例如，在圖2 所示的工藝中，在對(duì)單一工件執(zhí)行的單一工藝步驟內(nèi)的最大電源頻率改變大約 為3kHz。相反，在五個(gè)連續(xù)工件的處理期間，電源頻率從開始處理第一工件 時(shí)的13380kHz變化到結(jié)束處理第五工件時(shí)的13345kHz，其累積頻率變化為 35kHz。2、適應(yīng)性頻率限值(本發(fā)明的第一方面)本發(fā)明的第一方面(圖4)通過利用在單一工藝步驟期間或者在單一工件 的處理期間相對(duì)小的電源頻率偏移而以高靈敏度檢測(cè)異常工藝情況。在開始等 離子體工藝步驟或開始工件的等離子體處理(步驟101)之后不久，對(duì)RF電 源的頻率采樣并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(步驟103)，所述存儲(chǔ)器可以是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)
器或者在常規(guī)采樣保持電路中的存儲(chǔ)器。建立上頻率限值和下頻率限值(U和L)與采樣電源頻率之間的函數(shù)(步驟104)。然后，將電源的頻率與上述的頻率限值相比較(步驟105)。如果電源的 頻率變得小于下限或者變得大于上限，本發(fā)明產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)A1，由此警告在 工藝腔室中的異常情況。優(yōu)選地，在對(duì)工件執(zhí)行等離子體工藝步驟的全部時(shí)間 中重復(fù)地(例如周期性地或連續(xù)地)執(zhí)行該比較(步驟106)。當(dāng)完成等離子體工藝步驟時(shí)，或者當(dāng)在等離子體腔室內(nèi)完成對(duì)工件的處理 時(shí)，該比較或警報(bào)信號(hào)的發(fā)出被禁止，即被暫停(步驟106)。當(dāng)新的工藝步 驟開始時(shí)，或者當(dāng)對(duì)新工件的等離子體處理開始時(shí)(步驟101)，再次對(duì)RF 電源的頻率采樣并且在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)新采樣的頻率值(步驟103)。重新建立 下頻率限值和上頻率限制與電源頻率的最新采樣值之間的函數(shù)(步驟104)。 然后可以重新開始上述的電源頻率與頻率限值之間的比較(步驟105)。優(yōu)選地，通過從電源頻率的采樣值中減去預(yù)設(shè)的頻率偏差或者通過將該采 樣值與略小于l的預(yù)設(shè)比例因子相乘，確定頻率下限L。類似地，優(yōu)選地，通 過將預(yù)設(shè)頻率偏差加到電源頻率的采樣值上或者通過將該采樣值與略大于1 的預(yù)設(shè)比例因子相乘，確定頻率上限U。優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)選擇預(yù)設(shè)偏差或比例因子以便所得到的頻率限值將僅略超出 在單一工藝步驟或者對(duì)單一工件的等離子體處理期間正常遇到的頻率范圍之 外。例如，假設(shè)在單一工件的處理期間最大電源頻率變化大約為+/—31^。優(yōu) 選地，預(yù)設(shè)頻率偏差應(yīng)當(dāng)略大于最大變化，這樣預(yù)設(shè)的上頻率偏差和下頻率偏 差的適宜值為5kHz?；蛘撸绻褐诠に嚥襟E期間電源頻率總是相對(duì)于步驟開始時(shí)的值下 降，則上頻率偏差可以小于下頻率偏差。在圖2的例子中，上、下頻率偏差的 適宜值分別為5kHz和3kHz。當(dāng)?shù)谝还ぜ奶幚碓跁r(shí)間1開始時(shí)，采樣電源頻 率為13380kHz，由此將下頻率限值和上頻率限值分別設(shè)為L產(chǎn)13375kHz和 U產(chǎn)13383kHz (下標(biāo)是指該限值所應(yīng)用的工件)。在建立限值L,和U!之后， 會(huì)重復(fù)地將它們與在第一工件處理期間的電源頻率相比較。類似地，當(dāng)?shù)谖骞?件的處理在時(shí)間6開始時(shí)，采樣電源頻率為13348kHz，由此將下頻率限值和 上頻率限值分別設(shè)為L5=l3343kHz和U5=1335lkHz。在建立限值L5和U5之后， 會(huì)重復(fù)地將它們與在第五工件處理期間的電源頻率相比較。 圖3表示在第三工件的處理期間的異常情況將會(huì)通過到目前為止所述的 本發(fā)明的第一方面進(jìn)行檢測(cè)。會(huì)檢測(cè)出第一等離子體弧光的發(fā)生，這是因?yàn)槠?使電源頻率超出頻率上限U3。會(huì)檢測(cè)出第二等離子體弧光的發(fā)生，這是因?yàn)?其使電源頻率降至頻率下限L3之下。還會(huì)檢測(cè)出在弧光之后玻璃襯底的破裂，這是因?yàn)槠涫闺娫搭l率超出頻率上限u3。3、不適應(yīng)于采樣頻率的頻率限值(本發(fā)明的第二方面)圖3還示出了本發(fā)明的第一方面不能夠檢測(cè)出在工藝步驟之間發(fā)生的設(shè) 備故障，即，在一個(gè)工藝歩驟的結(jié)束和下一工藝步驟的開始之間，在關(guān)閉RF 電源和等離子體期間所出現(xiàn)的故障。在圖3中示出的故障使第五工件的等離子 體處理期間的電源頻率比第四工件的處理期間低35kHz。由于基于開始處理第 五工件時(shí)的電源頻率而適應(yīng)性地建立了頻率上下限115和L5，所以該故障使頻 率限值向下偏移與電源頻率相同的量35kHz。因此，電源頻率沒有與頻率限值 交叉，不能檢測(cè)出異常情況。如在圖3的第四和第五工件之間所示，在連續(xù)工件的處理之間故障的一般 原因是基座接地母線的破損。每次將工件轉(zhuǎn)移進(jìn)或轉(zhuǎn)移出工藝腔室時(shí)，通常會(huì) 降低和升高支撐工件的基架或基座。該移動(dòng)最終會(huì)使-一些連接在可移動(dòng)基座和 固定電性接地的腔室壁之間的柔性電性接地母線破裂。在用于制造平板顯示器 的PECVD腔室中，基座典型地具有40或50條空間分布的接地母線。如果20% 或更多的接地母線破裂，則由于通過PECVD工藝沉積的薄膜不能夠具有所需 性質(zhì)而使可能毀壞該工件。由于基座移動(dòng)出現(xiàn)在工件轉(zhuǎn)移的過程中，當(dāng)在連續(xù) 工件的處理之間關(guān)閉RF電源和等離子體時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)接地母線的破裂。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基座接地母線的破裂引起電源頻率的偏移，如在圖3所示的 第四和第五工件之間的偏移。頻率偏移大約與破裂的接地母線的百分比成比 例。本發(fā)明的第二方面(圖5)能夠檢測(cè)在工藝步驟之間或者在連續(xù)工件的等 離子體處理之間出現(xiàn)的故障，例如剛才討論的接地母線破裂。本發(fā)明的第二方 面建立第二頻率下限LL和第二頻率上限UU，其不適于作為電源頻率新近采 樣的函數(shù)。在開始新的工藝步驟之后，或者在腔室內(nèi)開始對(duì)新工件的等離子體 處理之后(步驟201)，將RF電源的頻率與第二頻率限值相比較(步驟203)。 如果電源頻率限小于第二頻率下限LL或者大于第二頻率上限UU，則會(huì)產(chǎn)生 警報(bào)信號(hào)A2，由此警告工藝腔室中的異常情況。本發(fā)明的該第二方面能夠檢 測(cè)在工藝歩驟之間或者在不同工件的處理之間發(fā)生的故障或者其它異常情況。 更具說明性地，本發(fā)明的第一和第二方面可以分別被稱為使用適應(yīng)性頻率 限值的電源頻率比較和使用非適應(yīng)性頻率限值的電源頻率比較。為了將在下面 解釋的原因，適應(yīng)性和非適應(yīng)性頻率限值也可以被稱作窄間隔頻率限值和寬間 隔頻率限值。第二 (非適應(yīng)性)頻率上限UU和下限LL可以是固定的，或者它們可以具有作為工藝歩驟參數(shù)的函數(shù)的不同的預(yù)定值，例如正在執(zhí)行的工藝歩驟或者 自清理該腔室起已經(jīng)處理的工件數(shù)量。無論如何，優(yōu)選地，第二 (非適應(yīng)性)頻率上限UU和第二頻率下限LL的預(yù)定值應(yīng)當(dāng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，從而當(dāng)在 工藝腔室中沒有任何嚴(yán)重異常情況下執(zhí)行給定的工藝步驟時(shí)，觀測(cè)的電源頻率 范圍保持在頻率上限UU和頻率下限LL之間。典型地，由于等離子體化學(xué)、 RF功率以及其它參數(shù)的不同，電源頻率的正常范圍對(duì)于不同的工藝歩驟將不 同。因此，優(yōu)選地，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立對(duì)于意欲在工藝腔室中執(zhí)行的每個(gè)工藝的不 同頻率限值。參照?qǐng)D2和圖3所示的PECVD工藝，在處理五個(gè)工件而未介入腔室清理 期間，電源頻率范圍為13345kHz 13380kHz。優(yōu)選地，第二 (非適應(yīng)性)頻 率上限UU和第二頻率下限LL應(yīng)當(dāng)被分別設(shè)為略低于和略高于該范圍的值。 例如，適宜的頻率下限LL為13335kHz，適宜的頻率上限UU為13390kHz。 圖3表示由于在處理第五工件期間電源頻率正好低于第二下限LL，因此該方 法會(huì)檢測(cè)出在第四和第五工件之間所示出的故障。或者，如果己知在清理每個(gè)腔室之后，在第一工件和第五工件之間電源頻 率一直下降，則可以將第二 (非適應(yīng)性)頻率下限和上限LL和UU設(shè)置為工 件數(shù)量的函數(shù)。例如，對(duì)于第一工件，預(yù)定的頻率下限和上限可以分別為13365 和13390kHz，而對(duì)于清理腔室之后的第五工件分別為13333和13358kHz。可以單獨(dú)使用本發(fā)明的第一方面(適應(yīng)性極限)或者第二方面(非適應(yīng)性 極限)，但優(yōu)選地， 一起使用本發(fā)明的這兩個(gè)方面，因?yàn)樗鼈兙哂谢パa(bǔ)和協(xié)同 的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本發(fā)明的第一方面(具有適應(yīng)性限值)具有能夠使該限值間隔 更窄的優(yōu)點(diǎn)，由此能夠改善檢測(cè)異常的靈敏性。然而，本發(fā)明該方面的缺點(diǎn)在 于其不能夠檢測(cè)在沒有進(jìn)行等離子體處理期間出現(xiàn)的異常，例如正轉(zhuǎn)移工件 時(shí)。本發(fā)明的第二方面(具有非適應(yīng)性限值)克服了該缺陷；S卩，它能夠檢測(cè) 出現(xiàn)在任何時(shí)間的異常，包括在沒有執(zhí)行等離子體工藝時(shí)出現(xiàn)的異常。然而， 其缺點(diǎn)在于非適應(yīng)性限值典型地不能夠像適應(yīng)性限值那樣窄，由此它不可以檢 測(cè)產(chǎn)生相對(duì)小的頻率偏移的異常。在圖2示出的前述PECVD工藝的實(shí)際測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)因?yàn)檫m應(yīng)性限值 能夠具有更窄間隔，所以等離子體室內(nèi)玻璃襯底的破裂和弧光是通過本發(fā)明的 第一方面(適應(yīng)性限值)比通過本發(fā)明的第二方面(非限制性限值)可以被更 可靠地檢測(cè)出的兩種類型的異常。如上所述，適應(yīng)性限值L和U能夠僅間隔 開8kHz，而固定的、非適應(yīng)性限值LL和UU必須被間隔開約55kHz。玻璃襯 底的破裂和弧光通常產(chǎn)生突然的電源頻率偏移，其在使用相對(duì)窄的適應(yīng)性限值 比較時(shí)大到足以觸發(fā)異常警報(bào)，而在使用相對(duì)寬的非適應(yīng)性限值比較時(shí)不足以 觸發(fā)異常警報(bào)。相反，當(dāng)工件被轉(zhuǎn)移進(jìn)或者轉(zhuǎn)移出工藝腔室時(shí)接地母線的破裂只能用已經(jīng) 討論的本發(fā)明第二方面的非適應(yīng)性限值檢測(cè)。幸運(yùn)的是，如果破裂的接地母線 的數(shù)量大到足以不利地影響等離子體工藝的空間均勻性，則所得到的電源頻率 的偏差會(huì)大到足以超過相對(duì)寬間隔的、非適應(yīng)性限值。當(dāng)一起使用本發(fā)明的第一和第二方面時(shí)，每次更新適應(yīng)性限值(第一方面) 時(shí)，僅需要執(zhí)行一次與非適應(yīng)性限值的比較(第二方面)，其典型地為每個(gè)工 藝步驟一次或者每個(gè)工件一次。在使用非適應(yīng)性限值的比較確定在更新適應(yīng)性 限值之前沒有異常出現(xiàn)之后，隨后的使用適應(yīng)性限值的重復(fù)比較足以檢測(cè)出可 能在剩余的工藝步驟中的任何異常。當(dāng)新的工藝步驟開始時(shí)或者對(duì)新工件的等離子體處理開始時(shí)，典型地需要 一定時(shí)間來穩(wěn)定該等離子體。在被稱作穩(wěn)定時(shí)間期間的該最初穩(wěn)定周期，電源 頻率可能會(huì)暫時(shí)偏離其正常范圍。因此，為了避免錯(cuò)誤警報(bào)，優(yōu)選地，根據(jù)本 發(fā)明兩個(gè)方面的頻率比較或警報(bào)的觸發(fā)在緊跟開始新的工藝步驟或者開始新 工件的等離子體處理之后的預(yù)定穩(wěn)定周期期間應(yīng)當(dāng)被禁止(即，被暫停)(步 驟102和202)。這可以通過在RF電源停用期間和在每次RF電源變得能起 作用后的最初穩(wěn)定周期期間禁止比較或者警報(bào)的觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)。由于相同的原 因，優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)適應(yīng)根據(jù)本發(fā)明第一方面的頻率限值，對(duì)電源頻率的采樣應(yīng) 該延遲至預(yù)定穩(wěn)定周期之后(步驟102)。優(yōu)選地，對(duì)于各個(gè)工藝，應(yīng)當(dāng)根據(jù)
經(jīng)驗(yàn)確定穩(wěn)定時(shí)間，但作為例子，在我們的試驗(yàn)中我們確定適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定時(shí)間周 期為l秒 5秒。為了幫助診斷異常警報(bào)是怎樣觸發(fā)的，本發(fā)明的第一和第二方面可以產(chǎn)生 有區(qū)別的信號(hào)。然而，這通常不是必須的，由此如果發(fā)生異常，本發(fā)明的兩個(gè) 方面可以產(chǎn)生相同的警報(bào)信號(hào)。4、裝置實(shí)現(xiàn)優(yōu)選地，可編程通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所有上述的采樣操作、比較操作、頻率限 值確定、穩(wěn)定時(shí)間延遲以及發(fā)出警報(bào)信號(hào)。優(yōu)選地，與計(jì)算機(jī)連接的常規(guī)計(jì)算 機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)頻率限值和采樣電源頻率。盡管在說明書或者權(quán)利要求書中將 本發(fā)明描述為包括一個(gè)或多個(gè)電路，例如包括采樣保持電路和比較器電路，但 是通用可編程計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為在該電路的范圍內(nèi)。參照?qǐng)Dl，可編程通用計(jì)算機(jī)可以取代除了等離子體腔室10、 RF電源12以及RF阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14的 所有圖示部件。在圖1中，工藝控制器16典型地控制在腔室內(nèi)執(zhí)行的所有工藝參數(shù)，并 典型地產(chǎn)生可以用于啟動(dòng)在前述段落中所述的穩(wěn)定周期的工藝控制信號(hào)。該工 藝控制信號(hào)可以直接由工藝控制器產(chǎn)生，或者可以通過將工藝控制器產(chǎn)生的多 個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯組合而產(chǎn)生。例如，可以由工藝控制器產(chǎn)生并且適于用作啟動(dòng) 穩(wěn)定周期的工藝控制信號(hào)的信號(hào)包括指示以下情況的信號(hào)(1)當(dāng)?shù)入x子體 腔室開始新的工件處理步驟時(shí)；(2)當(dāng)?shù)入x子體腔室內(nèi)的化學(xué)或電氣情況意 欲改變時(shí)；(3)當(dāng)RF電源接通或者從備用狀態(tài)轉(zhuǎn)換到激活狀態(tài)時(shí)；或者(4) 當(dāng)RF電源從提供低的備用功率電平變化到超出預(yù)定閾值的功率電平或者高到 足以執(zhí)行等離子體工藝的功率電平時(shí)。本發(fā)明的兩個(gè)方面需要將電源頻率與上限和下限相比較?？梢赃B接頻率計(jì) 數(shù)器以接收電源輸出的衰減部分并測(cè)量其頻率。然而，通常，由于變頻電源 12典型地接收控制電源輸出頻率的模擬或數(shù)字頻率控制信號(hào)FC，所以這不是 必須的。工藝控制器16典型地產(chǎn)生頻率控制信號(hào)FC并將其發(fā)送到電源的頻 率控制輸入端。因此，本發(fā)明能夠接收頻率控制信號(hào)并使用其值代表電源的頻 率。作為在可編程計(jì)算機(jī)上實(shí)施本發(fā)明的可選方法，圖1表示利用不需要可編 程的電路20-38的實(shí)現(xiàn)。在圖l的電路中，常規(guī)的采樣保持電路20通過對(duì)由
工藝控制器16提供的前述頻率控制信號(hào)FC的值進(jìn)行采樣和存儲(chǔ)而實(shí)現(xiàn)圖4 的步驟103。通過可以是移位寄存器電路的常規(guī)延遲線路22提供優(yōu)選的穩(wěn)定 延遲(圖4的步驟102和圖5的步驟202)。通過采樣控制信號(hào)SC控制采樣保持電路20，優(yōu)選地，所述采樣控制信號(hào) SC由與邏輯門24產(chǎn)生，所述與邏輯門的輸入為工藝控制信號(hào)PC和由延遲線 22的輸出提供的工藝控制信號(hào)的延遲形式。當(dāng)?shù)入x子體工藝關(guān)閉時(shí)所得的采 樣控制信號(hào)為假，而當(dāng)工藝控制信號(hào)PC表示等離子體工藝已經(jīng)開始時(shí)，在由 穩(wěn)定時(shí)間延遲22所施加的延遲之后，所得的采樣控制信號(hào)變?yōu)檎?，并且然?當(dāng)工藝控制信號(hào)PC表示等離子體工藝已經(jīng)結(jié)束時(shí)恢復(fù)為假。第一比較器電路接收來自采樣保持電路的輸出的采樣頻率，并將第一頻率 上限U和下限L確定為采樣頻率值的函數(shù)(圖4的步驟104)。作為選擇，響 應(yīng)與采樣控制信號(hào)SC轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，第一比較器在存儲(chǔ)器電路32中存儲(chǔ)第一限 值L和U。通過將頻率控制信號(hào)FC與第一頻率上限U和下限L進(jìn)行比較， 第一比較器電路產(chǎn)生第一警報(bào)信號(hào)Al (圖4的步驟105)。優(yōu)選地，將第二頻率上限UU和下限IX的預(yù)定值存儲(chǔ)在同樣的存儲(chǔ)器電 路32中。第二比較器電路通過將頻率控制信號(hào)FC與從存儲(chǔ)器32接收的第二 頻率上限UU和下限LL進(jìn)行比較而產(chǎn)生第二警報(bào)信號(hào)A2(圖4的步驟105)。邏輯或門36將第一警報(bào)信號(hào)Al和第二警報(bào)信號(hào)A2進(jìn)行組合以產(chǎn)生復(fù)合 警報(bào)信號(hào)。除了當(dāng)采樣控制信號(hào)SC為真時(shí)，邏輯與門38禁止警報(bào)輸出(圖4 的步驟106和101;圖5的步驟201)。
權(quán)利要求
1、一種用于在變頻RF電源向等離子體腔室內(nèi)的異常RF阻抗提供RF功率時(shí)發(fā)出信號(hào)的裝置，包括采樣保持電路，具有采樣輸入端、控制輸入端和輸出端，其中，所述采樣輸入端適于接收表示由RF電源提供的RF功率的頻率的頻率控制信號(hào)，其中所述控制輸入端適于接收具有至少第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的采樣控制信號(hào)，并且其中當(dāng)采樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)時(shí)，所述采樣保持電路在其輸出端保持最近時(shí)間的頻率控制信號(hào)的值；以及第一比較器電路，適于接收頻率控制信號(hào)，其中所述第一比較器電路重復(fù)地將由頻率控制信號(hào)表示的頻率與第一頻率下限和第一頻率上限進(jìn)行比較，并且當(dāng)由頻率控制信號(hào)表示的頻率小于第一頻率下限或者大于第一頻率上限時(shí)產(chǎn)生第一警報(bào)信號(hào)；其中連接所述第一比較器電路以接收所述采樣保持電路的輸出；以及其中所述第一比較器電路響應(yīng)于所述采樣保持電路的輸出而建立第一頻率下限和第一頻率上限，從而該第一頻率下限和第一頻率上限分別小于和大于由所述采樣保持電路的輸出表示的頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一比較器電路建立第一頻率下限等于由所述采樣保持電路的輸出 表示的頻率與頻率偏差的差值；以及所述第一比較器電路建立第一頻率上限等于由所述采樣保持電路的輸出 表示的頻率與所述頻率偏差的加和值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括 第二比較器電路，適于接收所述頻率控制信號(hào)，其中當(dāng)由所述頻率控制信號(hào)表示的頻率小于第二頻率下限或者大于第二頻率上限時(shí)，所述第二比較器電 路產(chǎn)生第二警報(bào)信號(hào)；其中所述第二頻率下限和第二頻率上限具有獨(dú)立于所述采樣保持電路的 輸出的預(yù)定值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，當(dāng)RF電源停用時(shí)以及在 每次RF電源變得激活之后的最初穩(wěn)定期間，禁止所述第一比較器電路和第二 比較器電路產(chǎn)生第一或第二警報(bào)信號(hào)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于， 所述第一頻率下限大于或者等于所述第二頻率下限；以及 所述第一頻率上限小于或者等于所述第二頻率上限。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一比較器和第二比 較器為相同的比較器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一警報(bào)信號(hào)和第二比較信號(hào)相同。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，當(dāng)RF電源停用時(shí)以及在 每次RF電源變得激活之后的最初穩(wěn)定期間，禁止所述第一比較器電路產(chǎn)生第 一警報(bào)信號(hào)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在等離子體腔室開始新的工件處理步驟時(shí)的預(yù)定延遲之后，所述采樣控制 信號(hào)從所述第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)；以及 所述預(yù)定的延遲大于或等于0。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，在將新的工件轉(zhuǎn)移進(jìn)所述等離子體腔室之后在該等離子體腔室中啟動(dòng)等 離子體時(shí)的預(yù)定延遲之后，所述采樣控制信號(hào)從所述第一狀態(tài)改變至第二狀 態(tài)；以及所述預(yù)定的延遲大于或等于0。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述等離子體腔室內(nèi)的化學(xué)或電氣條件改變時(shí)的預(yù)定延遲之后，所述采 樣控制信號(hào)從所述第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)；以及 所述預(yù)定的延遲大于或等于0。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，當(dāng)所述RF電源不提供至少預(yù)定的功率電平時(shí)，所述采樣控制信號(hào)采用第 一狀態(tài)，并且當(dāng)所述RF電源開始提供至少所述預(yù)定的功率電平時(shí)的預(yù)定延遲 之后，所述采樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)；以及所述預(yù)定的延遲大于或等于0。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述功率的預(yù)定電平為高到足以在等離子體腔室內(nèi)執(zhí)行等離子體工藝的 功率電平。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述頻率控制信號(hào)和采樣 控制信號(hào)為相同的電信號(hào)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，建立所述第一頻率下限和第一頻率上限，從而在緊接第一周期之后，在等離子體腔室內(nèi)單一工件的處理期間，RF電源的頻率保持在第一頻率下限和第 一頻率上限之間。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，建立所述第一頻率下限和第一頻率上限，從而在緊接第一周期之后，在等 離子體腔室中執(zhí)行單一工藝步驟期間，RF電源的頻率保持在第一頻率下限和 第一頻率上限之間。
17、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，建立所述第二頻率下限和第二頻率上限，從而在等離子體腔室的正常操作 期間，RF電源的頻率保持在第二頻率下限和第二頻率上限之間。
18、 一種當(dāng)變頻RF電源向等離子體腔室內(nèi)的異常RF阻抗提供RF功率 時(shí)發(fā)出信號(hào)的方法，包括下述步驟提供具有采樣輸入端、控制輸入端以及輸出端的采樣保持電路； 將頻率控制信號(hào)與采樣輸入端耦合，所述頻率控制信號(hào)表示由RF電源所提供的RF功率的頻率；將采樣控制信號(hào)與控制輸入端耦合，所述采樣控制信號(hào)至少具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)；當(dāng)所述采樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)時(shí)，所述采樣保持電路在 采樣控制電路的輸出端保持最近時(shí)間的頻率控制信號(hào)值；響應(yīng)于采樣保持電路的輸出而建立第一頻率下限和第一頻率上限，從而使 第一頻率下限和第一頻率上限分別小于和大于由所述采樣保持電路的輸出所 表示的頻率；將由頻率控制信號(hào)表示的頻率與第一頻率下限和第一頻率上限進(jìn)行重復(fù) 比較，以確定由頻率控制信號(hào)表示的頻率是否小于第一頻率下限或者大于第一 頻率上限；以及當(dāng)所述比較步驟判斷由所述頻率控制信號(hào)表示的頻率小于第一頻率下限 或者大于第一頻率上限時(shí)，產(chǎn)生第一警報(bào)信號(hào)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述建立步驟包括 建立第一頻率下限等于由所述采樣保持電路的輸出表示的頻率與頻率偏差的差值；以及建立第一頻率上限等于由所述采樣保持電路的輸出表示的頻率與所述頻 率偏差的加和值。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一歩包括以下步驟當(dāng)由所述頻率控制信號(hào)表示的頻率小于第二頻率下限或者大于第二頻率上限時(shí)，產(chǎn)生第二警報(bào)信號(hào)；其中，所述第二頻率下限和第二頻率上限具有獨(dú)立于所述采樣保持電路的 輸出的預(yù)定值。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下述步驟 在所述等離子體腔室開始新的工件處理歩驟時(shí)的預(yù)定延遲后，將所述采樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)； 其中所述預(yù)定延遲大于或等于0。
22、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下述步驟在所述等離子腔室內(nèi)的化學(xué)或電氣條件改變時(shí)的預(yù)定延遲后，將所述采樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)； 其中所述預(yù)定的延遲大于或等于0。
23、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下述步驟 當(dāng)所述RF電源不提供至少預(yù)定的電平功率時(shí)，將所述采樣控制信號(hào)設(shè)置為第一狀態(tài)；以及當(dāng)所述RF電源開始提供所速至少預(yù)定的電平功率時(shí)，在預(yù)定的延遲之后， 將所述采樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)； 其中所述預(yù)定的延遲大于或等于0。
24、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述頻率控制信號(hào)和采 樣控制信號(hào)為相同的電信號(hào)。
25、 一種在變頻RF電源向等離子體腔室內(nèi)的異常RF阻抗提供RF功率 時(shí)發(fā)出信號(hào)的方法，包括下述歩驟在等離子體腔室內(nèi)提供等離子體； 提供頻率控制信號(hào)；將來自RF電源的RF功率提供給等離子體，其中響應(yīng)于該頻率控制信號(hào) 的值，所述RF電源建立該RF功率的頻率；響應(yīng)于在所述等離子體和RF電源之間反映的RF功率而調(diào)節(jié)所述頻率控 制信號(hào)的值；提供具有采樣輸入端、控制輸入端和輸出端的采樣保持電路； 將所述頻率控制信號(hào)與采樣輸入端耦合；將控制輸入端與至少具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的采樣控制信號(hào)耦合； 當(dāng)所述采樣控制信號(hào)從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)時(shí)，所述采樣保持電路在該采樣保持電路的輸出端保持最近時(shí)間的頻率控制信號(hào)的值；響應(yīng)于所述采樣保持電路的輸出而建立第一頻率下限和第一頻率上限，從而該第一頻率下限和第一頻率上限分別小于和大于由所述采樣保持電路的輸出表示的頻率；將由所述頻率控制信號(hào)表示的頻率與所述第一頻率下限和第一頻率上限 進(jìn)行重復(fù)比較，以確定由所述頻率控制信號(hào)表示的頻率是否小于第一頻率下限 或者大于第一頻率上限；以及當(dāng)所述比較步驟確定由所述頻率控制信號(hào)表示的頻率小于第一頻率下限 或者大于第一頻率上限時(shí)，產(chǎn)生第一警報(bào)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測(cè)等離子體工藝異常的頻率監(jiān)控裝置和方法，其通過檢測(cè)變頻RF電源的頻率是否超出所建立的上限和下限而檢測(cè)RF驅(qū)動(dòng)的等離子體工藝腔室內(nèi)的異常情況。在第一方面，在新的工藝步驟開始之后或者在采樣控制信號(hào)改變狀態(tài)之后，建立第一對(duì)上限和下限為采樣的電源頻率的函數(shù)。在第二方面，第二對(duì)上限和下限不與所述電源的頻率相適應(yīng)。優(yōu)選地，將兩方面一起使用，以檢測(cè)異常情況的不同出現(xiàn)。
文檔編號(hào)H05H1/24GK101155460SQ20071014578
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者崔壽永, 樸范秀, 約翰·M·懷特, 金宏順, 霍夫曼·詹姆斯 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司