基于rf阻抗模型的故障检测的制作方法
【技术领域】
[0001]本实施例涉及基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在等离子体系统中，信号源产生射频(RF)信号以提供至等离子体腔。当信号由等离子体腔接收时，等离子体腔内的气体被点燃以在等离子体腔内产生等离子体。
[0003]等离子体被用于衬底上的许多操作，例如清洁衬底、加工衬底、在衬底上进行氧化物沉积、蚀刻衬底等。在操作进行期间，会面对多种阻抗。例如，在等离子体腔内可能存在等离子体无约束。又如，可能存在起弧或等离子体漏失。这些事件降低了晶片产量并增加了与执行操作关联的时间和成本。
[0004]就是在该背景下，提出了本公开中描述的实施例。
【发明内容】
[0005]公开的实施例提供用于基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的装置、方法和计算机程序。应当理解，当前实施例可以多种方式实现，例如工艺、装置、系统、设备或计算机可读介质上的方法。下面描述若干实施例。
[0006]在一些实施例中，本文描述的系统和方法利于检测和分类RF驱动的等离子体反应器内的等离子体干扰，在所述RF驱动的等离子体反应器内RF信号是脉冲波。脉冲信号的一个例子是振幅调制信号，振幅调制信号中RF信号的振幅受调制。
[0007]本文描述的系统和方法利于确定多个事件，例如起弧事件、无约束等离子体事件、等离子体漏失事件、等离子体不稳定事件等。使用一个或多个预定义阈值以检测故障或事件的系统和方法在工件的加工过程中被使用。预定义阈值被用来检测故障，故障被分类在多个类别中的一个中。当被分类的故障被确定为持续预定时间段或出现预定次数，则确定事件发生。事件是基于故障分类被分类的。故障和事件的检测和分类利于确定等离子体过程是否已偏离其正常工作。另外，事件的分类提供对产生该事件的等离子体系统的一个或多个部件的标识。
[0008]在一些实施例中，描述了检测等离子体系统中的潜在故障的方法。该方法包括访问等离子体系统的一个或多个部件的模型。该等离子体系统包括等离子体腔、RF发生器以及在等离子体腔和RF发生器之间的传输线。该方法进一步包括接收关于将RF功率提供给等离子体腔的数据。RF功率使用包括一个或多个状态的配置经由传输线提供至等离子体腔。该一个或多个状态在向等离子体腔提供功率期间不断地重复。该方法也包括使用数据以在向等离子体腔提供RF功率期间产生在模型输出处的模型数据。模型数据关联于一个或多个状态中的一个。该方法包括在一个或多个状态中的一个的期间检查模型数据。所述检查是检查一个或多个变量，所述变量表征等离子体系统的等离子体过程的性能。该方法包括标识在一个或多个状态中的一个状态期间针对一个或多个变量的潜在故障。该方法还包括确定在一个或多个状态中的一个状态期间潜在故障已发生一预定时间段，以使潜在故障被标识为事件。该方法包括对事件进行分类。
[0009]在多个实施例中，描述了用于确定与等离子体系统关联的故障的方法。该方法包括:接收与提供RF功率关联的数据。该数据是从传感器接收的。该方法还包括通过等离子体系统的一个或多个部件的计算机产生模型传播数据以确定在计算机产生模型的输出处的模型数据。等离子体系统包括RF发生器、经由RF电缆耦合至RF发生器的阻抗匹配电路以及经由RF传输线耦合至阻抗匹配电路的等离子体腔。该方法进一步包括:产生与来自模型数据的一个或多个变量关联的值；确定与一个或多个变量关联的值是否满足对应的一个或多个阈值；并一旦确定一个或多个变量的一个或多个值无法满足一个或多个阈值则产生故障。该方法包括:确定故障是否发生了预定时间段；并一旦确定故障发生了预定时间段就产生事件。该方法包括对事件进行分类。
[0010]在若干实施例中，描述了一种等离子体系统。等离子体系统包括产生和提供在输出处的RF信号的RF发生器。RF信号使用包括一个或多个状态的配置而被提供。一个或多个状态在RF信号提供期间不断地重复。等离子体系统进一步包括阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路连接至RF发生器以从RF发生器接收RF信号以产生经修正的RF信号。等离子体系统又包括RF传输线，该RF传输线耦合至阻抗匹配电路以将经修正的RF信号传递至等离子体腔。等离子体腔连接于RF传输线，以经由RF传输线接收经修正的RF信号以产生等离子体。等离子体系统进一步包括耦合至RF发生器的输出的传感器以及耦合至传感器的主机系统。主机系统包括处理器，用于访问等离子体系统的部件的模型，用于从传感器接收关于RF信号提供的数据，并使用该数据在RF信号提供期间产生在模型输出处的模型数据。模型数据关联于一个或多个状态中的一个状态。处理器在一个或多个状态中的一个状态期间检查模型数据。检查是检查表征等离子体腔内的等离子体过程的性能的一个或多个变量。处理器标识在一个或多个状态中的一个状态期间针对一个或多个变量的潜在故障。处理器进一步在一个或多个状态中的一个状态期间确定潜在故障是否已发生了预定时间段，由此将潜在故障标识为事件。处理器对事件作出分类。
[0011]本文描述的系统和方法的各实施例的一些优势包括不需要使用外部电路以监测电压和/或电流和/或光信号。例如，不需要受限于脉冲兼容性并受RF发生器的双模(例如多状态等)频率调谐和多个独立非零脉冲状态抑制的外部监视器(比如电压探头、电流探头、光传感器等)确定等离子体系统中是否已发生故障。又如，本文描述的系统和方法减少了在足够靠近等离子体反应器的电极的位置使用外部监视器的必要性。电压探头提供不准确的事件检测，因为在RF脉冲信号的一个状态下由电压探头检测到的事件当事件在相反状态下尚未发生时在RF脉冲信号的相反状态期间也被检测到。又如，不需要将外部电路耦合至等离子体系统中的节点，例如阻抗匹配电路的输入、阻抗匹配电路的输出、RF传输线等，以测量该节点处的电压或电流。外部电路的使用有时不是具有成本效益的。
[0012]本文描述的系统和方法的进一步优势包括辨别与实际事件相关联的复电压和电流变化的能力。例如，使用模型以及精密的电压和电流探头(例如国家标准和技术机构(NIST)探头等)有助于减少检测到不实的事件的机会。又如，将通过内部RF发生器复阻抗监视电路(例如NIST探头等)测得的RF发生器输出阻抗转换成RF建模的变量(例如在RF驱动的电极(例如卡盘等)处观察到的功率、电流、电压、阻抗等)从而实现等离子体故障检测。等离子体故障检测通过计算在等离子体系统的计算机生成模型的输出处的RF功率和阻抗变量(例如功率、电流、电压、阻抗等)并将一个或多个建模的变量的改变关联于等离子体系统中的故障而实现。建模的变量与关联于不同故障的多个阈值相比较以允许分辨对等离子体而言唯一的故障和事件。使用精密的电压和电流探头、计算机产生模型以及与不同故障关联的阈值提高了辨认实际事件的机会。
[0013]本文描述的系统和方法的其它优势包括提供基于状态的事件检测。例如，对于由RF发生器产生的RF信号的每种状态使用不同的变量阈值和/或不同的变量变化阈值。不同的变量阈值和/或不同的变量变化阈值有助于检测不同状态期间的事件。
[0014]本文描述的系统和方法的又一些优势包括考虑沿RF路径的变量，所述RF路径包括RF电缆、耦合至RF电缆的阻抗匹配电路、耦合至阻抗匹配电路的RF传输线以及耦合至RF传输线的电极。例如，当使用外部监视器而不使用如本文所述的计算机生成模型时，为了测量在靠近阻抗匹配电路的位置处的变量，不考虑沿RF传输线的RF路径。这种欠考虑导致事件的错误确定。
[0015]本文描述的系统和方法的进一步优势包括:确定事件的类型，例如起弧、等离子体漏失、等离子体不稳、等离子体无约束等；以及基于事件的类型控制等离子体系统。例如，当事件被确定为起弧时，等离子体系统的操作被禁止。又如，当事件被确定为等离子体不稳时，控制等离子体工具的操作以改变被提供至等离子体工具的功率量。
[0016]其它方面从下面的详细说明结合附图将变得明显。
【附图说明】
[0017]结合附图参照下面的详细说明，实施例将得以最好地理解。
[0018]图1A是根据本公开描述的实施例的基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的等离子体系统的方框图。
[0019]图1B是根据本公开描述的实施例的基于RF阻抗模型的故障检测的等离子体系统的方框图。
[0020]图1C示出根据本公开描述的实施例从RF脉冲信号的多个状态的故障产生事件的图表。
[0021]图2示出根据本公开描述的实施例使用模型相比使用起弧检测传感器的多个图表。
[0022]图3是根据本公开描述的实施例用来阐述当使用传感器而不使用模型进行检测时故障或事件的检测缺乏的图表。
[0023]图4是根据本公开描述的实施例用来阐述模型的使用提供对故障或事件的确定性指示的图表。
[0024]图5是根据本公开描述的实施例用来检测等离子体系统中的故障的方法的流程图。
[0025]图6是根据本公开描述的实施例示出基于RF信号的状态、RF发生器的操作的变化和/或RF信号的子状态的变化改变一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值的方法的流程图。
[0026]图7示出根据本公开描述的实施例用来展示RF信号的子状态的多个图表。
【具体实施方式】
[0027]下面的实施例描述了基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的系统和方法。显然，当前实施例没有这些具体细节中的一些或全部也可实践。在其它情况下，为了不至于不必要地模糊当前实施例，公知的过程操作未被详细描述。
[0028]图1A是用于基于RF阻抗模型的故障检测的等离子体系统100的实施例的方框图。等离子体系统100包括等离子体腔112、阻抗匹配电路114、一个或多个RF发生器116以及用于产生模型数据124的主机系统120。在一些实施例中，模型数据124包括变量值，例如复电压和电流、阻抗、复正向功率、复反射功率、复传递功率等。在一些实施例中，复电压和电流包括电压量级V、电流量级I以及电压和电流之间的相位Φ。
[0029]在多个实施例中，当通过RF发生器116产生RF脉冲信号时，对于RF脉冲信号的每个状态产生模型数据124。例如，对于通过其中一个RF发生器116产生的RF脉冲信号的状态SI产生第一组模型数据，而对于RF脉冲信号的状态SO产生第二组模型数据。
[0030]状态SI和SO是连续的。例如，状态SO的实例顺序地跟随SI状态的实例。在该例子中，Si状态的另一实例顺序地跟随SO状态的实例。
[0031]RF信号的状态(例如SI等)具有功率电平，该功率电平排除(例如不同于)RF信号的另一状态(例如SO等)的功率电平。例如，RF信号的状态SI具有多个功率值，例如功率量级等，这些功率值不同于RF信号的状态SO的多个功率值。
[0032]在一些实施例中，通过RF发生器116之一产生的RF信号是连续波RF信号，例如具有一种状态而不是两个或更多个状态等。例如，连续波RF信号具有状态SI或状态S0。在这些实施例中，对于连续波RF信号产生模型数据124。
[0033]处理气(例如含氧气体、含氟气体等)被提供在等离子体腔112的上电极134和卡盘136之间。卡盘136的例子包括静电卡盘(ESC)和磁性卡盘。含氧气体的例子包括氧气而含氟气体包括四氟甲烷(CF4)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)等。此外，由RF发生器116产生的RF信号经由阻抗匹配电路114被提供至ESC 136以在等离子体腔112内产生等尚子体。
[0034]当在等离子体腔112内加工工件138时，RF发生器116内的一个或多个传感器(例如探头、电压和电流探头等)感测RF发生器116输出处的RF信号以产生表征变量的数据。例如，探头118感测其中一个RF发生器116的输出处的RF信号以产生表征输出处的复电压和电流或阻抗的数据。RF发生器116中的一个的输出被用来将RF信号提供给阻抗匹配电路114。RF发生器116经由相应的通信电缆117将数据发送至主机系统120。
[0035]当在等离子体腔112内产生等离子体时，在状态SI或状态SO期间，主机系统120基于从RF发生器116接收的数据产生模型数据124。所接收的数据包括变量值，其例子已在前面给出。模型数据124在模型126的输出处产生，该模型数据124被存储在主机系统120的存储设备中。存储设备的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘、易失性存储器、非易失性存储器、存储盘的冗余阵列、闪存等。
[0036]模型126是等离子体工具130的一个或多个部件的计算机产生模型。例如，模型126是将对应的一个或多个RF发生器116耦合至阻抗匹配电路114的一个或多个RF电缆的计算机产生模型，或者是阻抗匹配电路114的计算机产生模型，或者是将阻抗匹配电路114耦合至等离子体腔112的RF传输线127的至少一部分的计算机产生模型，或者是卡盘136的下电极的计算机产生模型。又如，模型126是一个或多个RF电缆和阻抗匹配电路114的组合的计算机产生模型，或者是RF电缆和阻抗匹配电路114以及RF传输线127的至少一部分的组合的计算机产生模型，或者是一条或多条RF电缆和阻抗匹配电路114和RF传输线127的至少一部分以及卡盘136的下电极的组合的计算机产生模型。再如，模型126是阻抗匹配电路114和RF传输线127的至少一部分的组合的计算机产生模型，或者是阻抗匹配电路114和RF传输线127的至少一部分以及卡盘136的下电极的组合的计算机产生模型。
[0037]RF电缆之一将RF发生器116之一耦合至阻抗匹配电路114，另一 RF电缆将另一RF发生器116耦合至阻抗匹配电路114，而又一 RF电缆将又一 RF发生器116耦合至阻抗匹配电路114。
[0038]RF传输线127包括传输线部分和圆柱体部分。传输线部分包括由RF包鞘围绕的RF棒。圆柱体部分包括经由RF带连接至RF棒的RF圆柱体。
[0039]主机系统120的处理器基于等离子体工具130的一个或多个部件的参数产生模型
126。例如，一个或多个部件的模型126具有与一个或多个部件相似的特征，例如电阻、电容、电感、阻抗、电压、电流、复电压和电流等。又如，模型126具有与等离子体工具130的一个或多个部件相同数量的电容器和/或电感器，并且模型126的电容和/或电感以与该一个或多个部件中连接的方式相同的方式彼此连接，例如串联、并联等。为了提供解说，当阻抗匹配电路114包括与电感器串联耦合的电容器时，模型126也包括与电感器串联耦合的电容器。
[0040]又如，等离子体工具130的一个或多个部件包括一个或多个电气组件，例如电容器、电感器、电阻器等，并且模块126包括一个或多个部件的设计，例如计算机产生模型。在一些实施例中，计算机产生模型是基于从主机系统120的输入设备(例如鼠标、键盘、指示笔、触摸板、键盘等)接收的输入信号通过主机系统120的处理器产生的。输入设备经由输入/输出(I/O)接口连接至CPU 158。由用户作出一个或多个选择以产生输入信号。输入信号标识电气组件以包括在模型126中，并标识电气组件的彼此耦合方式，例如串联、并联等。又如，等离子体工具130的一个或多个部件包括电气组件以及电气组件之间的硬件连接，并且一个或多个部件的模型126包括电气组件的和硬件连接的软件表示。在一些实施例中，电气组件包括电阻器之间的连接、电感器之间的连接和/或电容器之间的连接。
[0041]基于经由RF电缆从传感器118接收的变量以及模型126中的要素(例如电感器、电容器、电阻器等)的特征，主机系统120的处理器计算模型126输出处的模型数据124，例如一个或多个变量值等。例如，主机系统120的处理器计算模型126中彼此串联的组件的阻抗之和并将该和加上从传感器118接收的阻抗值。又如，主机系统120的处理器计算模型12