用於對一等離子處理系統進行工具匹配和故障排除的方法

2023-05-18 01:33:26

專利名稱：用於對一等離子處理系統進行工具匹配和故障排除的方法
技術領域：
本發明系與一電子裝置的製造有關。更具體而言，本發明系關於一種用以校驗一等離子處理系統的方法及系統。
背景技術：
各種採用離子化氣體的加工方式—例如等離子蝕刻和反應式離子蝕刻—之重要性正在不斷增加，尤其是在半導體裝置製造方面。尤其令人感興趣的是用於蝕刻工藝的裝置。電容式及感應式耦合的等離子蝕刻系統可以用於半導體裝置的加工和製造。一等離子處理系統一般包括一個其中帶有一等離子腔室的等離子反應器。一射頻功率發生器向等離子腔室提供射頻功率。
作為等離子成形的主要驅動力，射頻頻率和功率應當是受到最細緻控制的參數。令人遺憾的是，大多情況下並不能做到這一點。例如，圖1顯示為一電子裝置和加工反應器生成射頻功率的射頻網絡10。具體而言，為實現射頻等離子生成，射頻功率發生器12通過電纜16連接至本地自動化匹配網絡14。從本地自動化匹配網絡14，機械射頻連接線18接至處理腔室20。處理腔室20包含陰極22，該陰極通過影響等離子體鞘26中的處理氣體24而生成一射頻等離子。
在射頻網絡10中，存在若干局限。例如，射頻功率發生器12，雖然包含固態技術，但仍然是一個龐大的系統，佔據一過大的清潔室地面面積。因此，射頻網絡10的性能經常因發生器布置問題所引起的安裝依賴性而受到負面影響。本地自動化匹配網絡14之目的是通過對射頻功率發生器12與處理腔室20(射頻負載)之間存有巨大差異的阻抗進行匹配，將射頻功率有效地從射頻功率發生器12傳送至等離子處理氣體24的射頻負載。
射頻網絡10的另一個局限涉及處理腔室20本身。在處理腔室20內，對電子裝置，例如一半導體晶片，進行定位和處理，從而獲得某種希望的結果，諸如蝕刻或沉積。關於處理腔室20，存在兩個重大局限。首先，即使在安裝依賴性和因本地自動化匹配網絡14所帶來的多變性已知的情況下，對射頻功率的控制仍然主要是基於在射頻功率發生器上測得的數據。另外，儘管某一給定功率級的射頻功率發生器12包括電壓、電流和相位角三個變量，但已知的系統一般僅以瓦特單位來測量和控制射頻功率。
關於等離子處理腔室，可能存在許多其它問題。等離子處理腔室在經過長時間的使用後，由於腔室磨損和聚合物沉積，可能不能產生相同的結果。其它諸如不當的硬體組配及不足的力矩要求等問題可能亦會導致等離子處理腔室產生不一致的產量。
為保證等離子處理腔室保持一致的結果，需要一種迅速而準確的方法來校驗腔室硬體部件的正確組配，並排除腔室式等離子處理系統的故障。

發明內容
一種測試一等離子處理系統的方法，其包括一腔室，一射頻功率源和一匹配網絡。從所述射頻功率源向所述腔室生成一射頻功率信號，但不觸發所述腔室內的任何等離子。在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，測量所述腔室收到的所述射頻功率信號的電壓值、所述射頻功率信號的電流值和所述射頻功率信號的相位。基於所述電壓值、電流值和相位，計算出代表所述腔室阻抗的一數值。然後，將所述計算值與一參考值加以對比，以確定所述等離子處理系統中的任何缺陷。所述參考值代表一無缺陷腔室的阻抗。


附圖併入本說明書並構成本說明書的組成部分，其圖解說明本發明的一個或多個實施例，並且與詳細說明一起用以解釋本發明的原理和實施方法。在附圖中圖1系一示意圖，其以圖解方式顯示用於在一等離子蝕刻設備中構建一種等離子處理環境的一常規射頻網絡。
圖2系一示意圖，以圖解方式顯示根據本發明的一實施例用以校驗一等離子處理系統的一系統。
圖3系一適合於實施本發明諸方面的計算機系統的框圖。
圖4系一流程圖，其以圖解方式顯示根據本發明的一實施例用以校驗一等離子處理系統的一方法。
圖5系一流程圖，其以圖解方式顯示根據本發明的一實施例對一等離子處理系統進行工具匹配的一方法。
具體實施例方式
本文藉助一等離子處理系統說明本發明的實施例。所屬領域的技術人員將會意識到，關於本發明的下列詳細說明僅是舉例說明性的，並無意於在任何意義上加以限制。此等技術人員受益於本說明的基礎上可以很容易地聯想出本發明的其它實施例。現在將詳細參照附圖中圖解說明的本發明的實施方式。在所有圖紙及下列詳細說明中將採用相同的附圖標記來表示相同或類似的部件。
為清晰起見，文中沒有顯示和描述該些實施方式的所有常見特徵。當然，應了解，在任何實際實施形式的開發中，必須做出無數針對實施形式的決策以實現開發者的特定目標，例如，符合與應用及商業有關的限制條件，且該些特定目標將因實施形式不同及開發者不同而有所不同。而且，應了解，此一開發工作可能既複雜又耗時，但對於受益於該揭示內容的所屬領域的技術人員而言仍是一項常規工程設計任務。
根據本發明的一實施例，部件、處理步驟及/或數據結構可以採用各種類型的作業系統(OS)、計算平臺、固件、電腦程式、計算機語言及/或通用機器加以實施。該方法可以作為一種在處理電路中運行的已編程過程來運行。該處理電路可以採用處理器與作業系統的多種組合方式，或者亦可作為一獨立的裝置。該過程可以作為由此種硬體、獨立硬體或硬體的任何組合執行的指令來加以實施。軟體可以存儲在可由一機器讀取的一程序存儲裝置中。
此外，所屬領域的技術人員將會看到，亦可使用一具較低通用性質的裝置，例如硬接線裝置、現場可編程邏輯裝置(FPLD)，包括現場可編程邏輯門陣列(FPGA)及複雜可編程邏輯裝置(CPLD)、特定用途集成電路(ASIC)等，此不偏離本文所揭示之發明性概念的範圍和精神。
根據本發明的一實施例，該方法可以實施於一數據處理計算機上，例如一個人計算機、工作站計算機、主計算機或高性能伺服器，該等計算機其運行於一作業系統(OS)上，例如可從美國加利福尼亞州帕洛阿爾託市的SunMicrosystems Inc.購買的Solaris、可從華盛頓州雷蒙德市的微軟公司購買的MicrosoftXP和Windows2000、或各種版本的Unix作業系統，例如可從若干提供商購買的Linux。該方法亦可實施於一多處理器系統上，或一計算環境中，該計算環境包括各種外圍設備，例如輸入裝置、輸出裝置、顯示器、指示裝置、存儲器、存儲裝置、用於向和自(一或多個)處理器傳輸數據的媒體接口等。另外，此種計算機系統或計算環境可以接入區域網或網際網路。
圖2是一示意圖，其以圖解方式描述根據本發明的一實施例用以校驗一等離子處理系統的一系統200。在該系統200中，射頻(RF)功率發生器202向安裝於一等離子處理腔室206內的底部電極204提供射頻功率。射頻電流可在底部電極204與頂部接地電極205之間流動。根據本發明的一實施例，該射頻功率發生器202可以是一雙頻發生器，例如2MHhz和27MHz。所屬領域的技術人員應當了解，上述實例無限定意義，亦可使用其它頻率，而此並不偏離本文所揭示的發明性概念。
一匹配網絡208將射頻功率發生器202連接至腔室206。為將射頻功率有效地從射頻功率發生器202轉送到腔室206(射頻負載)，匹配網絡208對射頻功率發生器202與腔室206之間的阻抗進行匹配。所屬領域的技術人員將會看到，匹配網絡208有各種各樣的設計形式，所有設計形式均通過調整至一最小反射功率來運作。
在腔室206與匹配網絡208之間，一傳感器210在腔室206的輸入端耦合至系統200。該傳感器210測量腔室206接收到的射頻功率信號的電壓、電流和相位角。根據本發明的一實施例，該傳感器210可以是，例如，一電壓/電流探頭(VI探頭)或一網絡分析儀。所屬領域的技術人員將會知道，有許多種類的電壓、電流及相位傳感器可以應用於本發明。
一計算機系統212自傳感器210接收測量數據(電壓、電流及相位)。該計算機系統212允許一用戶通過分析所接收到的數據驗證該等離子處理系統是否存在任何缺陷，以及腔室硬體部件是否正確組配。該計算機系統212的算法將在圖4的流程圖下進行進一步的討論。圖3是一適合於實施本發明諸發明的一計算機系統300的框圖。如圖3所示，計算機系統300包括一總線302，該總線將主要的子系統連接在一起，例如一中央處理器304、一系統存儲器306(一般為隨機存取存儲器RAM)、一輸入輸出(I/O)控制器308、一外接設備，例如通過顯示適配器312連接的一個顯示屏310、串行接口314及316、一鍵盤318、一固定磁碟驅動器320、一用於接納一軟磁碟324的軟盤驅動器322、一用於接納一光碟328的光碟驅動器326。系統存儲器306可以包含圖4所述的算法。系統可以接入許多其它裝置，例如一通過串行接口314接入的指示裝置(如一滑鼠器)和一通過串行接口316接入的數據機332。數據機332可以通過一電話鏈路提供與一遠端伺服器的直接連接，或通過一POP(接入點)提供與網際網路的直接連接。或者，可以通過一網絡接口適配器334，採用所屬領域的技術人員已知的任何網絡接口系統(如Ethernet，xDSL，AppleTalkTM)接入一局域或廣域網絡。
許多其它裝置或子系統(圖中未顯示)亦可以一類似方式接入本系統。另外，如下文所述，實施本發明不一定需要圖3所示的全部裝置。此外，亦可使用與圖3所示方式不同的方式連接裝置及子系統。由於諸如圖3所示的一計算機系統的運行已為所屬領域的技術人員所熟知，故本申請中不做詳盡討論，以免使本討論內容變得過於複雜。資以實施本發明的代碼可以實用方式放置在系統存儲器306中，或者存儲在諸如固定磁碟320、軟磁碟324或光碟328等存儲媒體上。
圖4系一流程圖，其根據本發明的一實施例以圖解方式說明一用於排除一等離子處理系統故障的方法。從402開始，用大約0mTorr的壓力在腔室206中形成一真空。該腔室206可以是「清潔」腔室，其中沒有待處理的任何晶片或流動的氣體。在404，一射頻功率信號正在沒有流動氣體的腔室內生成。例如，一約10瓦或以下、頻率為2MHz或27MHz的較低功率可不觸發任何等離子的情況下通過腔室206生成。在406，傳感器210測量無等離子的腔室206所接收到的射頻功率信號的電壓、電流以及相位角。在408，計算機系統212接收和記錄射頻功率信號的實測電壓值、電流值和相位角。計算機系統212依據實測數據計算出腔室阻抗。
所屬領域的技術人員將會看到，腔室阻抗是一個複雜的量，其與射頻功率發生器202的交流電流(正向功率)以及電阻和電抗(腔室部件)之間的互相作用相關。下列等式可以說明上述關係Z＝R+jX等式1R＝|Z|cosθ等式2X＝|Z|sinθ等式3|Z|＝V/I其中，Z代表腔室的阻抗，R代表電阻，X代表電抗，θ是相位角，V是實測電壓值，I是實測電流值。
腔室阻抗可受許多因素影響，例如氣體壓力、氣體類型、射頻功率、腔壁狀況、射頻接地、晶片類型、晶片放置以及功率耦合。因此，如果射頻負載發生任何變化，例如腔壁發生聚合，或處理腔室各種部件的陽極氧化塗層磨蝕，則電壓值和電流值就會發生變化，腔室阻抗亦會相應發生改變。
由於腔室206被設定至真空狀態，該射頻功率信號通過真空腔室的相位角θ大約為90°。由於相位角θ大約是90°，電阻R大約為零。因此，腔室阻抗大部分是電抗。所計算的數值可以代表阻抗的絕對值。
在410，計算機系統將所計算的腔室阻抗與一阻抗基線加以對比，確定是否存在任何缺陷。該阻抗基線是同類型等離子處理腔室在製造時在真空條件下的平均阻抗。為舉例說明之目的，一無等離子腔室的平均阻抗可以是，例如，15Ω。如果一同類型的無等離子腔室的實測阻抗偏離15Ω至少約10％，例如達到19Ω，則表明可能存在缺陷。在此種情況下，在412，需要檢查腔室是否存在問題。潛在缺陷包括但不限於下列情況不當的硬體組配、不足的力矩要求、採用了不合標準的部件、硬體部件缺失、腔室磨損和飛弧、聚合物沉積。在414處識別並確定了潛在問題之後，可在402處開始反覆執行故障排除過程，對系統進行校驗。
可能有必要進行工具匹配，以確保所生產的全部等離子腔室均沒有缺陷。通過對比相同型號、類型或設計的所有處理腔室的腔室阻抗，可以識別任何有缺陷的等離子腔室。圖5系一流程圖，其根據本發明的一實施例以圖解方式說明一等離子處理系統的工具匹配方法。從502開始，使用，例如，一大約0mTorr的壓力在各腔室206中形成一真空。各腔室206可以是「清潔」腔室，其中沒有待處理的任何晶片或流動的氣體。在504，一射頻功率信號正在沒有氣體流動且因而亦沒有等離子的各腔室內生成。例如，一約10瓦或以下、頻率為2MHz或27MHz的較低功率可在不觸發任何等離子的情況下通過各腔室206生成。在506，各腔室傳感器210測量無等離子的各腔室206所接收到的射頻功率信號的電壓、電流以及相位角。在508，各腔室計算機系統212接收和記錄射頻功率信號的實測電壓值、電流值和相位角。各腔室計算機系統212依據實測數據計算處腔室阻抗值。
由於腔室206被設定至一真空狀態，該射頻功率信號通過真空腔室的相位角θ大約為90°。由於相位角θ大約是90°，電阻R大約為零。因此，腔室阻抗大部分是電抗。所計算的數值可以代表阻抗的絕對值。
在510，計算機系統將各腔室阻抗加以對比，確定是否存在任何缺陷。為舉例說明之目的，以一27MHz的射頻功率信號給數個相同類型無任何等離子的腔室計算出的阻抗值可能是15.8Ω、19.2Ω、14.9Ω、16.2Ω和15.9Ω。如果某個腔室的阻抗計算值偏離阻值計算值之平均值至少約10％，則該腔室可能存在問題。在上述說明中，需要對阻抗計算值為19.2Ω的腔室進行檢查，確定是否存在問題。在此種情況下，需要在512處對上述腔室進行檢查，確定是否存在問題。潛在缺陷可能包括但不限於下列情況不當的硬體組配、不足的力矩要求、採用了不合標準的部件、硬體部件缺失、腔室磨損和飛弧、聚合物沉積。在514處識別並確定潛在的問題之後，可從502處開始反覆執行故障排除過程，對系統進行校驗。
雖然本文已對本發明的實施例和應用做了展示和描述，但獲益於本發明揭示內容的所屬領域的技術人員可以明顯地看出，在不偏離本文發明性概念的前提下可以有比上述更多的修改。因此，本發明僅受隨附權利要求精神的限制。
權利要求
1.一種測試一等離子處理系統的方法，所述系統具有一腔室、一射頻功率源和一匹配網絡，所述方法包括從所述射頻功率源向所述腔室生成一射頻功率信號，但不觸發所述腔室內的任何等離子；在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，測量所述腔室接收到的所述射頻功率信號的一電壓值、所述射頻功率信號的一電流值和所述射頻功率信號的一相位；基於所述電壓值、所述電流值和所述相位，計算出代表所述腔室阻抗的一數值；及將所述數值與一參考值加以對比，確定所述等離子處理系統內的任何缺陷，所述參考值代表一無缺陷腔室的阻抗。
2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包括當所述計算數值不在所述參考值至少約10％的範圍內時，檢查所述等離子處理系統。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述射頻功率信號包括一高頻功率。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述射頻功率信號包括一低頻功率。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述生成進一步包括使所述射頻功率信號的阻抗與所述腔室的阻抗相匹配。
6.一種為多個等離子處理腔室進行工具匹配的方法，該方法包括為每一腔室生成一射頻功率信號，但不觸發每一腔室內的任何等離子；在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，測量每一腔室接收到的所述射頻功率信號的一電壓值、所述射頻功率信號的一電流值和所述射頻功率信號的一相位；基於所述電壓值、所述電流值和所述相位角，計算出代表每個腔室的阻抗的一數值；機將每一腔室的所述計算值與其它腔室加以對比。
7.根據權利要求6所述的方法，其進一步包括在一腔室的一計算值偏離其它腔室的平均值至少約10％時，隔離一等離子處理腔室。
8.根據權利要求6所述的方法，其中所述功率包括一高頻功率。
9.根據權利要求6所述的方法，其中所述功率包括一低頻功率。
10.根據權利要求6所述的方法，其中所述生成進一步包括使所述射頻功率信號的阻抗與每一腔室的所述阻抗相匹配。
11.一種用於測試一等離子處理系統的設備，所述等離子處理系統包括一無等離子腔室、一生成一射頻功率信號的射頻功率源以及一匹配網絡，所述設備包括一耦合至所述無等離子腔室的傳感器，在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，所述傳感器測量所述無等離子腔室接收到的所述射頻功率信號的一電壓值、一電流值和一相位角；及一耦合至所述傳感器的計算機系統，所述計算機系統基於所述電壓值、所述電流值以及所述相位角計算一代表所述腔室的一阻抗的數值，並將所述計算值與一參考值加以對比，以確定所述等離子處理系統內的任何缺陷，所述參考值代表一無缺陷腔室的阻抗。
12.根據權利要求11所述的設備，其中所述計算機系統在所述計算值偏離所述參考值至少約10％時會發出警告。
13.根據權利要求11所述的設備，其中所述射頻功率信號包括一高頻功率。
14.根據權利要求11所述的設備，其中所述射頻功率信號包括一低頻功率。
15.一種用於測試一等離子處理系統的設備，所述等離子處理系統包括一腔室、一射頻功率源和一匹配網絡，所述設備包括生成構件，其從所述射頻功率源向所述腔室生成一射頻功率信號，但不觸發所述腔室內的任何等離子；測量構件，其在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，測量所述腔室接收到的所述射頻功率信號的一電壓值、所述射頻功率信號的一電流值和所述射頻功率信號的一相位角；計算構件，其基於所述電壓值、所述電流值和所述相位，計算代表所述腔室的一阻抗的一數值；及對比構件，其將所述計算值與一參考值加以對比，以確定所述等離子處理系統內的任何缺陷，所述參考值代表一無缺陷腔室的阻抗。
16.一種用以對多個等離子處理腔室進行工具匹配的設備，該設備包括生成構件，其為每一腔室生成一射頻功率信號，但不觸發每一腔室內的任何等離子；測量構件，其在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，測量每一腔室接收到的所述射頻功率信號的一電壓值、所述射頻功率信號的一電流值和所述射頻功率信號的一相位；計算構件，其基於所述電壓值、所述電流值和所述相位角，計算代表每一腔室的一阻抗的一數值；及對比構件，其將每一腔室的所述計算值與其它腔室加以比較。
17.一種可由一機器讀取的程序存儲裝置，其以有形方式包含一指令程序，所述指令程序可由所述機器執行以實施一用以測試一包括一腔室、一射頻功率源和一匹配網絡的等離子處理系統的方法，該方法包括從所述射頻功率源向所述腔室生成一射頻功率信號，但不觸發所述腔室內的任何等離子；在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，測量所述腔室接收到的所述射頻功率信號的一電壓值、所述射頻功率信號的一電流值和所述射頻功率信號的一相位角；基於所述電壓值、所述電流值和所述相位角，計算代表所述腔室的一阻抗的一數值；及將所述計算值與一參考值加以對比，以確定所述等離子處理系統內的任何缺陷，所述參考值代表一無缺陷腔室的阻抗。
18.一種可由一機器讀取的程序存儲裝置，其以有形方式包含一指令程序，所述指令程序可由所述機器執行以實施一為多個等離子處理腔室進行工具匹配的方法，該方法包括為每一腔室生成一射頻功率信號，但不觸發每一腔室內的任何等離子；在影響所述腔室的其它參數保持恆定的情況下，測量每一腔室接收到的所述射頻功率信號的一電壓值、所述射頻功率信號的一電流值和所述射頻功率信號的一相位；基於所述電壓值、所述電流值和所述相位，計算出代表每個腔室的一阻抗的一數值；及將每一腔室的所述計算值與其它腔室加以對比。
全文摘要
本發明揭示一種測試一包括一腔室、一射頻功率源以及一匹配網絡的等離子處理系統的方法。從所述射頻功率源向所述腔室生成一射頻功率信號，但不觸發所述腔室內的任何等離子。在影響所述腔室的其它參數均保持恆定的情況下，對所述腔室收到的所述射頻功率信號的電壓、所述射頻功率信號的電流以及所述射頻功率信號的相位進行測量。基於所述電壓、電流和相位計算出代表所述腔室阻抗的一個數值。將所述數值與一個參考值加以對比，從而確定所述等離子處理系統內的任何缺陷。所述參考值代表一無缺陷腔室的阻抗。
文檔編號H01J37/32GK1698177SQ03824681
公開日2005年11月16日 申請日期2003年9月26日 優先權日2002年9月26日
發明者阿芒·阿沃揚, 賽義德·加法爾·加法利安-德黑蘭尼 申請人:藍姆研究公司