检测等离子体工艺异常的频率监控制造技术

本发明专利技术公开了一种检测等离子体工艺异常的频率监控装置和方法，其通过检测变频ＲＦ电源的频率是否超出所建立的上限和下限而检测ＲＦ驱动的等离子体工艺腔室内的异常情况。在第一方面，在新的工艺步骤开始之后或者在采样控制信号改变状态之后，建立第一对上限和下限为采样的电源频率的函数。在第二方面，第二对上限和下限不与所述电源的频率相适应。优选地，将两方面一起使用，以检测异常情况的不同出现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测与变频射频(RF)电源耦合的RF驱动的等离子 体工艺腔室内的异常情况的装置和方法，尤其涉及用于制造例如电子显示器或 半导体电路的电子工件的工艺腔室。
技术介绍
通过在各种工艺腔室中执行一系列的工艺步骤来制造例如电子平板显示 器和半导体集成电路的电子器件。这些工艺步骤通常包括在等离子体工艺腔室 中执行的步骤，例如在等离子体增强化学气相沉积腔室或等离子体溅射腔室中 执行的沉积步骤，或者在等离子体蚀刻腔室中执行的蚀刻歩骤。将任何在等离 子体存在于腔室内时用于执行制造电子器件的歩骤的该腔室认为是等离子体 工艺腔室。当在等离子体工艺腔室内进行工件处理时，有时会出现故障。这些故障可 以包括损坏的腔室部件、需要清洁或其它例行保养的腔室部件或者损坏的工 件。如果在故障出现后不暂停等离子体工艺，则会存在对腔室部件或工件产生 更严重损坏的风险。因此，尽可能快地检测这些故障以便能够暂停等离子体工 艺是很重要的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于通过检测变频RF电源是否移动到所建立的下限和上 限之外而检测RF驱动的等离子体工艺腔室内的异常情况的装置和方法。本专利技术在与阻抗匹配网络和RF电源结合时非常有用，其中调节RF电源 的频率以使RF电源、匹配网络和等离子体工艺腔室之中的阻抗匹配最优化， 从而RF电源的频率响应于等离子体工艺腔室提供的负载阻抗的变化而改变。本专利技术的第一方面适应性地建立第一对频率上限和下限。在新的工艺步骤 开始之后或者在釆样控制信号从第一状态改变至第二状态之后，采样保持电路对RF电源的频率进行采样。建立作为采样的频率的函数的第一对频率上限和 下限。第一比较器电路重复地(即，周期性地或连续地)对RF电源的频率和第 一对频率限值进行比较，并且如果所述频率变得小于第一下限或大于第一上限 则发出警报信号。优选地，建立第一对频率限值以在工艺腔室正常工作时使电源频率保持在 频率上限和下限之间。从而，电源频率超出所述频率限值能够可靠地指示工艺 腔室内的异常情况，例如损坏的腔室部件、需要清洁或其它例行保养的腔室部 件或者损坏的工件。优选地，当新工件的等离子体处理开始时或者在工件处理状态中的任何改 变之后，更新该第一对频率限值。通过重复对RF电源频率采样并且建立作为 采样频率的函数的第一对频率限值的前述步骤而进行更新。该更新本质上使频率限值适应于工艺腔室条件的偏移，由此使频率限值能 够比固定频率限值的间隔更窄。因此，与固定且间隔更宽的频率限值相比，适 应性地建立的频率限值能够更灵敏地检测工艺腔室中的异常情况。本专利技术的第二方面建立第二对频率上限和下限，其不是作为电源频率的函 数而被适应性地更新。比较器电路将RF电源的频率与第二对频率限值进行比 较，并且，如果电源频率位于该限制之外，该比较器电路发出表示工艺腔室中 的异常情况的第二警报信号。优选地，在工件处理的状态改变时，例如当新工 件的等离子体处理开始时或者在工件处理状态的任何改变之后，进行该比较。尽管本专利技术的第一方面和第二方面中的任一方面都能够独立于另一方面 而被使用，但优选将它们一起使用，因为它们具有互补和协同的优点和缺点。 具体地，尽管由于第二频率限制不适应为电源频率的函数，该第二频率限值通 常必须比第一频率限值间隔更宽，但本专利技术的第二方面具有能够检测未进行处 理时出现的异常情况的优点，例如当工件被转移进或转移出该腔室时接地母线 的破损。附图说明图1为根据本专利技术用于检测工艺腔室中异常情况的装置的方块图。图2为显示在五个工件序列的正常等离子体处理期间RF电源频率与时间的函数关系图。图3为与图2相似的关系图，但示出了在第三和第五衬底的等离子体处理 期间的异常情况。图4为使用适应性频率限值的本专利技术第一方面的方法的流程图。 图5为使用非适应性频率限值的本专利技术第二方面的方法的流程图。具体实施方式1、等离子体工艺综述图1表示根据本专利技术用于检测工艺腔室内异常情况的常规RF驱动的等离 子体工艺腔室10和新型电路20-24。该等离子体工艺腔室可以为任何类型的用于执行等离子体工艺的腔室，所 述等离子体工艺用于制造例如电子显示器或半导体集成电路的电子器件。例 如，等离子体工艺腔室可以为等离子体增强化学气相沉积腔室、溅射腔室或者 等离子体蚀刻腔室。图示的等离子体工艺腔室10包括未示出的RF耦合电极，其被连接为接 收从常规RF电源12输出的RF功率。RF耦合电极用于将RF功率耦合到腔 室内的等离子体。例如，RF电极可以为电容耦合电极、电感线圈或者微波波 导。该工艺腔室还可以从一个或多个未示出的附加电源，例如微波、RF或DC 电源，接收电功率。常规的工艺控制器16，典型地为可编程计算机，执行被称作工艺步骤的 步骤序列，该步骤序列为在该腔室内对工件执行制造工艺所需。例如，该工艺 控制器向转移工件的机械手以及调节工艺气体进出该腔室的气体阀发送控制 信号。对本专利技术重要的是，工艺控制器通过向电源传输频率控制信号FC而控制 由RF电源12产生的RF功率输出的频率，所述频率控制信号FC为其值代表 所需频率的模拟或数字电信号。此外，该工艺控制器通过向电源传输可以为二 进制电信号的工艺控制信号PC而控制RF电源输出打开或者关闭。为了使电源的RF输出阻抗与工艺腔室提供的负载阻抗相匹配，将常规 RF阻抗匹配网络14连接在电源的输出和工艺腔室之间。在一些常规系统中， 通过调节匹配网络内的电容器或电感器而不需调节RF电源的频率，可以使阻抗匹配最优化。在被称作变频阻抗匹配的其它常规系统中，阻抗匹配方法包括调节RF电 源的频率。在变频阻抗匹配系统中，电源频率响应于工艺腔室提供的负载阻抗 的变化而改变。这是对于本专利技术最有效的阻抗匹配系统类型。下述讨论假设对 工艺控制器编程为控制电源的频率以使阻抗匹配最优化。然而，本专利技术的所有 方面还应用于通过阻抗匹配控制装置控制电源频率的系统，所述阻抗匹配控制 装置或者被嵌入在电源中，或者独立于电源或工艺控制器而单独设置。如在本专利技术的
技术介绍
中所述，当在等离子体工艺腔室内对工件进行处理 时，有时会出现故障或其它异常情况。该故障或其它异常情况可能是损坏的腔 室部件、需要清洁或其它例行保养的腔室部件或例如破裂的玻璃衬底的损坏工 件。如果在严重的异常情况出现后不暂停等离子体工艺，则存在对腔室部件或 工件产生更严重损坏的风险。因此，尽可能快地检测腔室内的故障或其它异常 情况以便能够暂停等离子体工艺很重要。本专利技术基于在发现工艺腔室内的故障或其它异常情况时通常改变RF电源 12的频率。具体地，工艺腔室10内的严重异常情况通常会改变腔室内等离子 体的特性，由此改变该腔室提供给RF电源的负载阻抗。这使工艺控制器16 中的常规阻抗匹配算法改变RF电源的频率，以便将电源和该腔室提供的已改 变的负载阻抗之间恢复为最佳的阻抗匹配。图2和图3为表示在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺腔室10 中连续处理的五个工件时RF电源12的频率与时间的函数关系图。在图示的 工艺中，每个工件为其上制造有液晶显示器的玻璃衬底，并且在对每个衬底上 执行单一沉积步骤。纵轴代表RF电源的频率，横轴代表时间，其中，在时间 l和时间2之间处理第一工件，在时间2和时间3之间处理第二工件，等等， 直至在时间5和时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在变频ＲＦ电源向等离子体腔室内的异常ＲＦ阻抗提供ＲＦ功率时发出信号的装置，包括：采样保持电路，具有采样输入端、控制输入端和输出端，其中，所述采样输入端适于接收表示由ＲＦ电源提供的ＲＦ功率的频率的频率控制信号，其中所述控制输入端适于接收具有至少第一状态和第二状态的采样控制信号，并且其中当采样控制信号从第一状态改变至第二状态时，所述采样保持电路在其输出端保持最近时间的频率控制信号的值；以及第一比较器电路，适于接收频率控制信号，其中所述第一比较器电路重复地将由频率控制信号表示的频率与第一频率下限和第一频率上限进行比较，并且当由频率控制信号表示的频率小于第一频率下限或者大于第一频率上限时产生第一警报信号；其中连接所述第一比较器电路以接收所述采样保持电路的输出；以及其中所述第一比较器电路响应于所述采样保持电路的输出而建立第一频率下限和第一频率上限，从而该第一频率下限和第一频率上限分别小于和大于由所述采样保持电路的输出表示的频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴范秀，崔寿永，约翰M怀特，金宏顺，霍夫曼詹姆斯，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]