檢測等離子體工藝異常的頻率監控的製作方法

2023-05-28 21:37:06 1

專利名稱：檢測等離子體工藝異常的頻率監控的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測與變頻射頻(RF)電源耦合的RF驅動的等離子 體工藝腔室內的異常情況的裝置和方法，尤其涉及用於製造例如電子顯示器或 半導體電路的電子工件的工藝腔室。
背景技術：
通過在各種工藝腔室中執行一系列的工藝步驟來製造例如電子平板顯示 器和半導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 中執行的步驟，例如在等離子體增強化學氣相沉積腔室或等離子體濺射腔室中 執行的沉積步驟，或者在等離子體蝕刻腔室中執行的蝕刻歩驟。將任何在等離 子體存在於腔室內時用於執行製造電子器件的歩驟的該腔室認為是等離子體 工藝腔室。當在等離子體工藝腔室內進行工件處理時，有時會出現故障。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的腔室部件或者損壞的工 件。如果在故障出現後不暫停等離子體工藝，則會存在對腔室部件或工件產生 更嚴重損壞的風險。因此，儘可能快地檢測這些故障以便能夠暫停等離子體工 藝是很重要的。發明內容本發明涉及一種用於通過檢測變頻RF電源是否移動到所建立的下限和上 限之外而檢測RF驅動的等離子體工藝腔室內的異常情況的裝置和方法。本發明在與阻抗匹配網絡和RF電源結合時非常有用，其中調節RF電源 的頻率以使RF電源、匹配網絡和等離子體工藝腔室之中的阻抗匹配最優化， 從而RF電源的頻率響應於等離子體工藝腔室提供的負載阻抗的變化而改變。本發明的第一方面適應性地建立第一對頻率上限和下限。在新的工藝步驟 開始之後或者在釆樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態之後，採樣保持電路
對RF電源的頻率進行採樣。建立作為採樣的頻率的函數的第一對頻率上限和 下限。第一比較器電路重複地(即，周期性地或連續地)對RF電源的頻率和第 一對頻率限值進行比較，並且如果所述頻率變得小於第一下限或大於第一上限 則發出警報信號。優選地，建立第一對頻率限值以在工藝腔室正常工作時使電源頻率保持在 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的腔室部 件或者損壞的工件。優選地，當新工件的等離子體處理開始時或者在工件處理狀態中的任何改 變之後，更新該第一對頻率限值。通過重複對RF電源頻率採樣並且建立作為 採樣頻率的函數的第一對頻率限值的前述步驟而進行更新。該更新本質上使頻率限值適應於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 應性地建立的頻率限值能夠更靈敏地檢測工藝腔室中的異常情況。本發明的第二方面建立第二對頻率上限和下限，其不是作為電源頻率的函 數而被適應性地更新。比較器電路將RF電源的頻率與第二對頻率限值進行比 較，並且，如果電源頻率位於該限制之外，該比較器電路發出表示工藝腔室中 的異常情況的第二警報信號。優選地，在工件處理的狀態改變時，例如當新工 件的等離子體處理開始時或者在工件處理狀態的任何改變之後，進行該比較。儘管本發明的第一方面和第二方面中的任一方面都能夠獨立於另一方面 而被使用，但優選將它們一起使用，因為它們具有互補和協同的優點和缺點。 具體地，儘管由於第二頻率限制不適應為電源頻率的函數，該第二頻率限值通 常必須比第一頻率限值間隔更寬，但本發明的第二方面具有能夠檢測未進行處 理時出現的異常情況的優點，例如當工件被轉移進或轉移出該腔室時接地母線 的破損。


圖1為根據本發明用於檢測工藝腔室中異常情況的裝置的方塊圖。圖2為顯示在五個工件序列的正常等離子體處理期間RF電源頻率與時間的函數關係圖。圖3為與圖2相似的關係圖，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為使用適應性頻率限值的本發明第一方面的方法的流程圖。 圖5為使用非適應性頻率限值的本發明第二方面的方法的流程圖。
具體實施方式
1、等離子體工藝綜述圖1表示根據本發明用於檢測工藝腔室內異常情況的常規RF驅動的等離 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於執行等離子體工藝的腔室，所 述等離子體工藝用於製造例如電子顯示器或半導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化學氣相沉積腔室、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RF電源12輸出的RF功率。RF耦合電極用於將RF功率耦合到腔 室內的等離子體。例如，RF電極可以為電容耦合電極、電感線圈或者微波波 導。該工藝腔室還可以從一個或多個未示出的附加電源，例如微波、RF或DC 電源，接收電功率。常規的工藝控制器16，典型地為可編程計算機，執行被稱作工藝步驟的 步驟序列，該步驟序列為在該腔室內對工件執行製造工藝所需。例如，該工藝 控制器向轉移工件的機械手以及調節工藝氣體進出該腔室的氣體閥發送控制 信號。對本發明重要的是，工藝控制器通過向電源傳輸頻率控制信號FC而控制 由RF電源12產生的RF功率輸出的頻率，所述頻率控制信號FC為其值代表 所需頻率的模擬或數字電信號。此外，該工藝控制器通過向電源傳輸可以為二 進位電信號的工藝控制信號PC而控制RF電源輸出打開或者關閉。為了使電源的RF輸出阻抗與工藝腔室提供的負載阻抗相匹配，將常規 RF阻抗匹配網絡14連接在電源的輸出和工藝腔室之間。在一些常規系統中， 通過調節匹配網絡內的電容器或電感器而不需調節RF電源的頻率，可以使阻抗匹配最優化。在被稱作變頻阻抗匹配的其它常規系統中，阻抗匹配方法包括調節RF電 源的頻率。在變頻阻抗匹配系統中，電源頻率響應於工藝腔室提供的負載阻抗 的變化而改變。這是對於本發明最有效的阻抗匹配系統類型。下述討論假設對 工藝控制器編程為控制電源的頻率以使阻抗匹配最優化。然而，本發明的所有 方面還應用於通過阻抗匹配控制裝置控制電源頻率的系統，所述阻抗匹配控制 裝置或者被嵌入在電源中，或者獨立於電源或工藝控制器而單獨設置。如在本發明的背景技術中所述，當在等離子體工藝腔室內對工件進行處理 時，有時會出現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的腔室部件或例如破裂的玻璃襯底的損壞工 件。如果在嚴重的異常情況出現後不暫停等離子體工藝，則存在對腔室部件或 工件產生更嚴重損壞的風險。因此，儘可能快地檢測腔室內的故障或其它異常 情況以便能夠暫停等離子體工藝很重要。本發明基於在發現工藝腔室內的故障或其它異常情況時通常改變RF電源 12的頻率。具體地，工藝腔室10內的嚴重異常情況通常會改變腔室內等離子 體的特性，由此改變該腔室提供給RF電源的負載阻抗。這使工藝控制器16 中的常規阻抗匹配算法改變RF電源的頻率，以便將電源和該腔室提供的已改 變的負載阻抗之間恢復為最佳的阻抗匹配。圖2和圖3為表示在等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝腔室10 中連續處理的五個工件時RF電源12的頻率與時間的函數關係圖。在圖示的 工藝中，每個工件為其上製造有液晶顯示器的玻璃襯底，並且在對每個襯底上 執行單一沉積步驟。縱軸代表RF電源的頻率，橫軸代表時間，其中，在時間 l和時間2之間處理第一工件，在時間2和時間3之間處理第二工件，等等， 直至在時間5和時間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，等離子體弧光產生兩個圖示的窄頻尖峰， 其中一個向上， 一個向下。對於第三工件的剩餘處理，第三工件的玻璃襯底的
隨後破裂引起頻率向上突升，而當RF功率重新開始處理第五工件時，在將第 四工件轉移出腔室並且將第五工件轉移進腔室期間斷裂的接地母線使電源頻 率明顯降低。本發明意欲檢測例如圖3中所示的頻率偏移。廣泛地說，本發明建立頻率 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 源的頻率變得小於下限L或變得高於上限U，則本發明產生警報信號，由此警 告工藝腔室中的異常情況。優選地，在腔室內對工件進行等離子體工藝步驟的 全部時間中，重複地(例如，周期性地或連續地)執行該比較。本發明進一步包括用於建立前述頻率上限和下限的有利的方法和裝置。在 解釋本發明的該方面之前，將更詳細地討論電源頻率的改變。圖2示出了對於圖示的PECVD工藝電源頻率在每個沉積步驟期間逐漸改 變。對該行為的主要貢獻是來自每個沉積步驟期間的化學反應副產品殘渣在腔 室中的累積，這使該腔室提供的RF負載阻抗在每個沉積步驟期間逐漸改變。 此外，存在兩個連續工件之間電源頻率的實質突變，其可能超出在單個工件處 理期間電源頻率的改變。在圖示的工藝中，在處理完五個工件之後，清理該腔 室以去除累積的殘渣，由此圖2所示的圖案重複用於下一輪的五個工件。儘管在圖2和圖3中未示出，當開始處理每個連續工件時還存在電源頻率 的瞬變。該瞬變出現在腔室中等離子體的最初形成期間。在對單一工件執行的單一工藝步驟期間最大的電源頻率改變通常大大小 於在連續工藝步驟中或者在多個連續工件中的最大頻率偏移。例如，在圖2 所示的工藝中，在對單一工件執行的單一工藝步驟內的最大電源頻率改變大約 為3kHz。相反，在五個連續工件的處理期間，電源頻率從開始處理第一工件 時的13380kHz變化到結束處理第五工件時的13345kHz，其累積頻率變化為 35kHz。2、適應性頻率限值(本發明的第一方面)本發明的第一方面(圖4)通過利用在單一工藝步驟期間或者在單一工件 的處理期間相對小的電源頻率偏移而以高靈敏度檢測異常工藝情況。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)之後不久，對RF電 源的頻率採樣並存儲在存儲器中(步驟103)，所述存儲器可以是計算機存儲
器或者在常規採樣保持電路中的存儲器。建立上頻率限值和下頻率限值(U和L)與採樣電源頻率之間的函數(步驟104)。然後，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 頻率變得小於下限或者變得大於上限，本發明產生警報信號A1，由此警告在 工藝腔室中的異常情況。優選地，在對工件執行等離子體工藝步驟的全部時間 中重複地(例如周期性地或連續地)執行該比較(步驟106)。當完成等離子體工藝步驟時，或者當在等離子體腔室內完成對工件的處理 時，該比較或警報信號的發出被禁止，即被暫停(步驟106)。當新的工藝步 驟開始時，或者當對新工件的等離子體處理開始時(步驟101)，再次對RF 電源的頻率採樣並且在存儲器中存儲新採樣的頻率值(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採樣值之間的函數(步驟104)。 然後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)。優選地，通過從電源頻率的採樣值中減去預設的頻率偏差或者通過將該採 樣值與略小於l的預設比例因子相乘，確定頻率下限L。類似地，優選地，通 過將預設頻率偏差加到電源頻率的採樣值上或者通過將該採樣值與略大於1 的預設比例因子相乘，確定頻率上限U。優選地，應當選擇預設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單一工件的等離子體處理期間正常遇到的頻率範圍之 外。例如，假設在單一工件的處理期間最大電源頻率變化大約為+/—31^。優 選地，預設頻率偏差應當略大於最大變化，這樣預設的上頻率偏差和下頻率偏 差的適宜值為5kHz。或者，如果己知在工藝步驟期間電源頻率總是相對於步驟開始時的值下 降，則上頻率偏差可以小於下頻率偏差。在圖2的例子中，上、下頻率偏差的 適宜值分別為5kHz和3kHz。當第一工件的處理在時間1開始時，採樣電源頻 率為13380kHz，由此將下頻率限值和上頻率限值分別設為L產13375kHz和 U產13383kHz (下標是指該限值所應用的工件)。在建立限值L,和U!之後， 會重複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，當第五工 件的處理在時間6開始時，採樣電源頻率為13348kHz，由此將下頻率限值和 上頻率限值分別設為L5=l3343kHz和U5=1335lkHz。在建立限值L5和U5之後， 會重複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通過到目前為止所述的 本發明的第一方面進行檢測。會檢測出第一等離子體弧光的發生，這是因為其 使電源頻率超出頻率上限U3。會檢測出第二等離子體弧光的發生，這是因為 其使電源頻率降至頻率下限L3之下。還會檢測出在弧光之後玻璃襯底的破裂，這是因為其使電源頻率超出頻率上限u3。3、不適應於採樣頻率的頻率限值(本發明的第二方面)圖3還示出了本發明的第一方面不能夠檢測出在工藝步驟之間發生的設 備故障，即，在一個工藝歩驟的結束和下一工藝步驟的開始之間，在關閉RF 電源和等離子體期間所出現的故障。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。由於基於開始處理第 五工件時的電源頻率而適應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，不能檢測出異常情況。如在圖3的第四和第五工件之間所示，在連續工件的處理之間故障的一般 原因是基座接地母線的破損。每次將工件轉移進或轉移出工藝腔室時，通常會 降低和升高支撐工件的基架或基座。該移動最終會使-一些連接在可移動基座和 固定電性接地的腔室壁之間的柔性電性接地母線破裂。在用於製造平板顯示器 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，則由於通過PECVD工藝沉積的薄膜不能夠具有所需 性質而使可能毀壞該工件。由於基座移動出現在工件轉移的過程中，當在連續 工件的處理之間關閉RF電源和等離子體時，經常出現接地母線的破裂。我們已經發現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。本發明的第二方面(圖5)能夠檢測在工藝步驟之間或者在連續工件的等 離子體處理之間出現的故障，例如剛才討論的接地母線破裂。本發明的第二方 面建立第二頻率下限LL和第二頻率上限UU，其不適於作為電源頻率新近採 樣的函數。在開始新的工藝步驟之後，或者在腔室內開始對新工件的等離子體 處理之後(步驟201)，將RF電源的頻率與第二頻率限值相比較(步驟203)。 如果電源頻率限小於第二頻率下限LL或者大於第二頻率上限UU，則會產生 警報信號A2，由此警告工藝腔室中的異常情況。本發明的該第二方面能夠檢 測在工藝歩驟之間或者在不同工件的處理之間發生的故障或者其它異常情況。 更具說明性地，本發明的第一和第二方面可以分別被稱為使用適應性頻率 限值的電源頻率比較和使用非適應性頻率限值的電源頻率比較。為了將在下面 解釋的原因，適應性和非適應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的函數的不同的預定值，例如正在執行的工藝歩驟或者 自清理該腔室起已經處理的工件數量。無論如何，優選地，第二 (非適應性)頻率上限UU和第二頻率下限LL的預定值應當根據經驗進行選擇，從而當在 工藝腔室中沒有任何嚴重異常情況下執行給定的工藝步驟時，觀測的電源頻率 範圍保持在頻率上限UU和頻率下限LL之間。典型地，由於等離子體化學、 RF功率以及其它參數的不同，電源頻率的正常範圍對於不同的工藝歩驟將不 同。因此，優選地，根據經驗建立對於意欲在工藝腔室中執行的每個工藝的不 同頻率限值。參照圖2和圖3所示的PECVD工藝，在處理五個工件而未介入腔室清理 期間，電源頻率範圍為13345kHz 13380kHz。優選地，第二 (非適應性)頻 率上限UU和第二頻率下限LL應當被分別設為略低於和略高於該範圍的值。 例如，適宜的頻率下限LL為13335kHz，適宜的頻率上限UU為13390kHz。 圖3表示由於在處理第五工件期間電源頻率正好低於第二下限LL，因此該方 法會檢測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腔室之後，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 (非適應性)頻率下限和上限LL和UU設置為工 件數量的函數。例如，對於第一工件，預定的頻率下限和上限可以分別為13365 和13390kHz，而對於清理腔室之後的第五工件分別為13333和13358kHz。可以單獨使用本發明的第一方面(適應性極限)或者第二方面(非適應性 極限)，但優選地， 一起使用本發明的這兩個方面，因為它們具有互補和協同 的優點和缺點。本發明的第一方面(具有適應性限值)具有能夠使該限值間隔 更窄的優點，由此能夠改善檢測異常的靈敏性。然而，本發明該方面的缺點在 於其不能夠檢測在沒有進行等離子體處理期間出現的異常，例如正轉移工件 時。本發明的第二方面(具有非適應性限值)克服了該缺陷；S卩，它能夠檢測 出現在任何時間的異常，包括在沒有執行等離子體工藝時出現的異常。然而， 其缺點在於非適應性限值典型地不能夠像適應性限值那樣窄，由此它不可以檢 測產生相對小的頻率偏移的異常。在圖2示出的前述PECVD工藝的實際測試中，我們發現因為適應性限值 能夠具有更窄間隔，所以等離子體室內玻璃襯底的破裂和弧光是通過本發明的 第一方面(適應性限值)比通過本發明的第二方面(非限制性限值)可以被更 可靠地檢測出的兩種類型的異常。如上所述，適應性限值L和U能夠僅間隔 開8kHz，而固定的、非適應性限值LL和UU必須被間隔開約55kHz。玻璃襯 底的破裂和弧光通常產生突然的電源頻率偏移，其在使用相對窄的適應性限值 比較時大到足以觸發異常警報，而在使用相對寬的非適應性限值比較時不足以 觸發異常警報。相反，當工件被轉移進或者轉移出工藝腔室時接地母線的破裂只能用已經 討論的本發明第二方面的非適應性限值檢測。幸運的是，如果破裂的接地母線 的數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 的偏差會大到足以超過相對寬間隔的、非適應性限值。當一起使用本發明的第一和第二方面時，每次更新適應性限值(第一方面) 時，僅需要執行一次與非適應性限值的比較(第二方面)，其典型地為每個工 藝步驟一次或者每個工件一次。在使用非適應性限值的比較確定在更新適應性 限值之前沒有異常出現之後，隨後的使用適應性限值的重複比較足以檢測出可 能在剩餘的工藝步驟中的任何異常。當新的工藝步驟開始時或者對新工件的等離子體處理開始時，典型地需要 一定時間來穩定該等離子體。在被稱作穩定時間期間的該最初穩定周期，電源 頻率可能會暫時偏離其正常範圍。因此，為了避免錯誤警報，優選地，根據本 發明兩個方面的頻率比較或警報的觸發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後的預定穩定周期期間應當被禁止(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 作用後的最初穩定周期期間禁止比較或者警報的觸發來實現。由於相同的原 因，優選地，應當適應根據本發明第一方面的頻率限值，對電源頻率的採樣應 該延遲至預定穩定周期之後(步驟102)。優選地，對於各個工藝，應當根據
經驗確定穩定時間，但作為例子，在我們的試驗中我們確定適當的穩定時間周 期為l秒 5秒。為了幫助診斷異常警報是怎樣觸發的，本發明的第一和第二方面可以產生 有區別的信號。然而，這通常不是必須的，由此如果發生異常，本發明的兩個 方面可以產生相同的警報信號。4、裝置實現優選地，可編程通用計算機實現所有上述的採樣操作、比較操作、頻率限 值確定、穩定時間延遲以及發出警報信號。優選地，與計算機連接的常規計算 機存儲設備存儲頻率限值和採樣電源頻率。儘管在說明書或者權利要求書中將 本發明描述為包括一個或多個電路，例如包括採樣保持電路和比較器電路，但 是通用可編程計算機應當被認為在該電路的範圍內。參照圖l，可編程通用計算機可以取代除了等離子體腔室10、 RF電源12以及RF阻抗匹配網絡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執行的所有工藝參數，並 典型地產生可以用於啟動在前述段落中所述的穩定周期的工藝控制信號。該工 藝控制信號可以直接由工藝控制器產生，或者可以通過將工藝控制器產生的多 個信號進行邏輯組合而產生。例如，可以由工藝控制器產生並且適於用作啟動 穩定周期的工藝控制信號的信號包括指示以下情況的信號(1)當等離子體 腔室開始新的工件處理步驟時；(2)當等離子體腔室內的化學或電氣情況意 欲改變時；(3)當RF電源接通或者從備用狀態轉換到激活狀態時；或者(4) 當RF電源從提供低的備用功率電平變化到超出預定閾值的功率電平或者高到 足以執行等離子體工藝的功率電平時。本發明的兩個方面需要將電源頻率與上限和下限相比較。可以連接頻率計 數器以接收電源輸出的衰減部分並測量其頻率。然而，通常，由於變頻電源 12典型地接收控制電源輸出頻率的模擬或數字頻率控制信號FC，所以這不是 必須的。工藝控制器16典型地產生頻率控制信號FC並將其發送到電源的頻 率控制輸入端。因此，本發明能夠接收頻率控制信號並使用其值代表電源的頻 率。作為在可編程計算機上實施本發明的可選方法，圖1表示利用不需要可編 程的電路20-38的實現。在圖l的電路中，常規的採樣保持電路20通過對由
工藝控制器16提供的前述頻率控制信號FC的值進行採樣和存儲而實現圖4 的步驟103。通過可以是移位寄存器電路的常規延遲線路22提供優選的穩定 延遲(圖4的步驟102和圖5的步驟202)。通過採樣控制信號SC控制採樣保持電路20，優選地，所述採樣控制信號 SC由與邏輯門24產生，所述與邏輯門的輸入為工藝控制信號PC和由延遲線 22的輸出提供的工藝控制信號的延遲形式。當等離子體工藝關閉時所得的採 樣控制信號為假，而當工藝控制信號PC表示等離子體工藝已經開始時，在由 穩定時間延遲22所施加的延遲之後，所得的採樣控制信號變為真，並且然後 當工藝控制信號PC表示等離子體工藝已經結束時恢復為假。第一比較器電路接收來自採樣保持電路的輸出的採樣頻率，並將第一頻率 上限U和下限L確定為採樣頻率值的函數(圖4的步驟104)。作為選擇，響 應與採樣控制信號SC轉變為真，第一比較器在存儲器電路32中存儲第一限 值L和U。通過將頻率控制信號FC與第一頻率上限U和下限L進行比較， 第一比較器電路產生第一警報信號Al (圖4的步驟105)。優選地，將第二頻率上限UU和下限IX的預定值存儲在同樣的存儲器電 路32中。第二比較器電路通過將頻率控制信號FC與從存儲器32接收的第二 頻率上限UU和下限LL進行比較而產生第二警報信號A2(圖4的步驟105)。邏輯或門36將第一警報信號Al和第二警報信號A2進行組合以產生複合 警報信號。除了當採樣控制信號SC為真時，邏輯與門38禁止警報輸出(圖4 的步驟106和101;圖5的步驟201)。
權利要求
1、一種用於在變頻RF電源向等離子體腔室內的異常RF阻抗提供RF功率時發出信號的裝置，包括採樣保持電路，具有採樣輸入端、控制輸入端和輸出端，其中，所述採樣輸入端適於接收表示由RF電源提供的RF功率的頻率的頻率控制信號，其中所述控制輸入端適於接收具有至少第一狀態和第二狀態的採樣控制信號，並且其中當採樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態時，所述採樣保持電路在其輸出端保持最近時間的頻率控制信號的值；以及第一比較器電路，適於接收頻率控制信號，其中所述第一比較器電路重複地將由頻率控制信號表示的頻率與第一頻率下限和第一頻率上限進行比較，並且當由頻率控制信號表示的頻率小於第一頻率下限或者大於第一頻率上限時產生第一警報信號；其中連接所述第一比較器電路以接收所述採樣保持電路的輸出；以及其中所述第一比較器電路響應於所述採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於和大於由所述採樣保持電路的輸出表示的頻率。
2、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述第一比較器電路建立第一頻率下限等於由所述採樣保持電路的輸出 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於由所述採樣保持電路的輸出 表示的頻率與所述頻率偏差的加和值。
3、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，進一步包括 第二比較器電路，適於接收所述頻率控制信號，其中當由所述頻率控制信號表示的頻率小於第二頻率下限或者大於第二頻率上限時，所述第二比較器電 路產生第二警報信號；其中所述第二頻率下限和第二頻率上限具有獨立於所述採樣保持電路的 輸出的預定值。
4、 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，當RF電源停用時以及在 每次RF電源變得激活之後的最初穩定期間，禁止所述第一比較器電路和第二 比較器電路產生第一或第二警報信號。
5、 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於， 所述第一頻率下限大於或者等於所述第二頻率下限；以及 所述第一頻率上限小於或者等於所述第二頻率上限。
6、 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述第一比較器和第二比 較器為相同的比較器。
7、 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述第一警報信號和第二比較信號相同。
8、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，當RF電源停用時以及在 每次RF電源變得激活之後的最初穩定期間，禁止所述第一比較器電路產生第 一警報信號。
9、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，在等離子體腔室開始新的工件處理步驟時的預定延遲之後，所述採樣控制 信號從所述第一狀態改變至第二狀態；以及 所述預定的延遲大於或等於0。
10、 根據權利要求l所述的裝置，其特徵在於，在將新的工件轉移進所述等離子體腔室之後在該等離子體腔室中啟動等 離子體時的預定延遲之後，所述採樣控制信號從所述第一狀態改變至第二狀 態；以及所述預定的延遲大於或等於0。
11、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，在所述等離子體腔室內的化學或電氣條件改變時的預定延遲之後，所述採 樣控制信號從所述第一狀態改變至第二狀態；以及 所述預定的延遲大於或等於0。
12、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，當所述RF電源不提供至少預定的功率電平時，所述採樣控制信號採用第 一狀態，並且當所述RF電源開始提供至少所述預定的功率電平時的預定延遲 之後，所述採樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態；以及所述預定的延遲大於或等於0。
13、 根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述功率的預定電平為高到足以在等離子體腔室內執行等離子體工藝的 功率電平。
14、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述頻率控制信號和採樣 控制信號為相同的電信號。
15、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，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後，在等離子體腔室內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、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，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後，在等 離子體腔室中執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、 根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，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、 一種當變頻RF電源向等離子體腔室內的異常RF阻抗提供RF功率 時發出信號的方法，包括下述步驟提供具有採樣輸入端、控制輸入端以及輸出端的採樣保持電路； 將頻率控制信號與採樣輸入端耦合，所述頻率控制信號表示由RF電源所提供的RF功率的頻率；將採樣控制信號與控制輸入端耦合，所述採樣控制信號至少具有第一狀態和第二狀態；當所述採樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態時，所述採樣保持電路在 採樣控制電路的輸出端保持最近時間的頻率控制信號值；響應於採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於和大於由所述採樣保持電路的輸出所 表示的頻率；將由頻率控制信號表示的頻率與第一頻率下限和第一頻率上限進行重複 比較，以確定由頻率控制信號表示的頻率是否小於第一頻率下限或者大於第一 頻率上限；以及當所述比較步驟判斷由所述頻率控制信號表示的頻率小於第一頻率下限 或者大於第一頻率上限時，產生第一警報信號。
19、 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述建立步驟包括 建立第一頻率下限等於由所述採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於由所述採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、 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，進一歩包括以下步驟當由所述頻率控制信號表示的頻率小於第二頻率下限或者大於第二頻率上限時，產生第二警報信號；其中，所述第二頻率下限和第二頻率上限具有獨立於所述採樣保持電路的 輸出的預定值。
21、 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，進一步包括下述步驟 在所述等離子體腔室開始新的工件處理歩驟時的預定延遲後，將所述採樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態； 其中所述預定延遲大於或等於0。
22、 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，進一步包括下述步驟在所述等離子腔室內的化學或電氣條件改變時的預定延遲後，將所述採樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態； 其中所述預定的延遲大於或等於0。
23、 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，進一步包括下述步驟 當所述RF電源不提供至少預定的電平功率時，將所述採樣控制信號設置為第一狀態；以及當所述RF電源開始提供所速至少預定的電平功率時，在預定的延遲之後， 將所述採樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態； 其中所述預定的延遲大於或等於0。
24、 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述頻率控制信號和採 樣控制信號為相同的電信號。
25、 一種在變頻RF電源向等離子體腔室內的異常RF阻抗提供RF功率 時發出信號的方法，包括下述歩驟在等離子體腔室內提供等離子體； 提供頻率控制信號；將來自RF電源的RF功率提供給等離子體，其中響應於該頻率控制信號 的值，所述RF電源建立該RF功率的頻率；響應於在所述等離子體和RF電源之間反映的RF功率而調節所述頻率控 制信號的值；提供具有採樣輸入端、控制輸入端和輸出端的採樣保持電路； 將所述頻率控制信號與採樣輸入端耦合；將控制輸入端與至少具有第一狀態和第二狀態的採樣控制信號耦合； 當所述採樣控制信號從第一狀態改變至第二狀態時，所述採樣保持電路在該採樣保持電路的輸出端保持最近時間的頻率控制信號的值；響應於所述採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於和大於由所述採樣保持電路的輸出表示的頻率；將由所述頻率控制信號表示的頻率與所述第一頻率下限和第一頻率上限 進行重複比較，以確定由所述頻率控制信號表示的頻率是否小於第一頻率下限 或者大於第一頻率上限；以及當所述比較步驟確定由所述頻率控制信號表示的頻率小於第一頻率下限 或者大於第一頻率上限時，產生第一警報信號。
全文摘要
本發明公開了一種檢測等離子體工藝異常的頻率監控裝置和方法，其通過檢測變頻RF電源的頻率是否超出所建立的上限和下限而檢測RF驅動的等離子體工藝腔室內的異常情況。在第一方面，在新的工藝步驟開始之後或者在採樣控制信號改變狀態之後，建立第一對上限和下限為採樣的電源頻率的函數。在第二方面，第二對上限和下限不與所述電源的頻率相適應。優選地，將兩方面一起使用，以檢測異常情況的不同出現。
文檔編號H05H1/24GK101155460SQ20071014578
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月5日 優先權日2006年9月21日
發明者崔壽永, 樸範秀, 約翰·M·懷特, 金宏順, 霍夫曼·詹姆斯 申請人:應用材料股份有限公司