使用喷头电压变化的故障检测的制作方法

使用喷头电压变化的故障检测的制作方法
【专利摘要】本发明涉及使用喷头电压变化的故障检测。提供了用于检测等离子体处理系统的处理状态的方法和系统。一方法包括：从射频(RF)功率源向等离子体处理系统的喷头提供RF功率以及在布置在等离子体处理系统中的衬底运行处理操作。该方法还包括：使用串联式连接在RF功率源和喷头之间的电压探针感测喷头的电压。在处理操作的运行期间，电压的感测产生电压值。该方法包括：将电压值与被预定义用于正在运行的处理操作的电压检查带进行比较。该比较被配置为检测电压值在电压检查带之外的时间。该方法还包括：当该比较检测到电压值在电压检查带之外时生成警报。警报进一步被配置为基于被预定义的用于处理操作的电压检查带识别故障的类型。
【专利说明】
使用喷头电压变化的故障检测
技术领域
本发明的实施方式涉及半导体晶片处理设备工具，更具体地，涉及使用喷头电压变化检测故障的系统和方法。
【背景技术】
[0001]—些半导体处理系统可以在处理室中的衬底上沉积薄膜时采用等离子体。通常，衬底被布置在所述处理室中的基座上。为了使用化学气相沉积创建薄膜，通过喷头向处理室提供一种或多种前体。
[0002]在处理期间，射频(RF)功率可以被提供给喷头或电极来产生等离子体。例如，RF功率可以被提供给嵌入在基座台板内的电极，基座台板可以由非导电材料(如陶瓷)制成。基座的另一导电部分可以连接到RF地线或另一显著不同的电位。
[0003]当电极由RF功率激励时，在衬底和该喷头之间产生RF场以在晶片和该喷头之间产生等离子体。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是一种用于在衬底(如晶片)上沉积从气态(即，蒸气)到固态的薄膜的等离子体沉积类型。PECVD系统将液体前体转变成气相前体，气相前体被输送到室。
[0004]但是，在处理期间，常常没有不适当的故障排除和/或系统停机时间，就难以确定工艺变化或故障的原因。
[0005]就是在这种背景下，产生了本发明。

【发明内容】

[0006]本公开的实施方式提供了利用在半导体处理工具中实现的喷头的电压感测以识别和检测可能影响处理操作的状态的实施方式。在一个实施方式中，描述的系统包括根据输送到处理系统的功率利用电压探针，以在操作过程中感测电压的变化，从而会发送需要注意或者需要校正的特定状态的信号并识别该特定状态。
[0007]从电压探针收集的电压数据被映射到带内和带外的校准数据，其被配置成识别一个或多个特定的故障。例如，使用从该喷头的电压变化获得的数据，可以检测各种部件和/或系统故障。实施例的检测可以识别晶片错位、前体故障、阀失灵、射频开路或短路的状态、以及其它。在一个实施方式中，系统可以用已知的可靠的部件和系统进行校准。使用电压探针，将基准站电压和自然变化保存到数据库或文件中。变化可限定带，在该带中，对于在特定的处理操作期间的站，所述电压是预期的。在操作过程中，电压探针可以测量电压的变化，并且根据相对于基准站电压的变化，系统将识别组件/系统故障或能识别组件/系统故障。在一个实施方式中，当电压变化超出自然变化时，设置警报。在另一个实施方式中，当检测到故障状态时，产生报告。在另一个实施方式中，图形用户界面可识别该状态并建议/推荐纠正。在又一实施方式中，随时间的推移发生的故障可以被保存到数据库以供历史评价和/或解析分析。
[0008]在一实施方式中，提供了一种用于检测等离子体处理系统的处理状态的方法。所述方法包括:从RF功率源向所述等离子体处理系统的喷头提供射频(RF)功率；以及在布置在所述等离子体处理系统中的衬底上运行处理操作。所述方法还包括:使用串联式连接在RF功率源和喷头之间的电压探针感测所述喷头的电压。在所述处理操作的所述运行期间，所述电压的所述感测产生电压值。所述方法包括:将所述电压值与被预定义用于正在运行的所述处理操作的电压检查带进行比较。所述比较被配置为检测所述电压值在所述电压检查带之外的时间。所述方法还包括:当所述比较检测到所述电压值在所述电压检查带之外时生成警报。所述警报进一步被配置为基于所述被预定义的用于所述处理操作的所述电压检查带识别故障的类型。
[0009]在另一实施方式中，提供了一种等离子体处理系统。该系统包括:用于支撑衬底的基座;喷头，其用于供给工艺气体到所述等离子体处理系统内和所述衬底上;射频(RF)功率源，其用于提供RF功率至所述等离子体处理系统的喷头。该系统还包括:电压探针，其串联式连接在所述RF功率源和所述喷头之间。所述电压探针被配置为在所述处理操作的运行期间感测电压值以在所述等离子体处理室中的所述衬底上沉积材料。该系统还包括:控制器，其被配置成接收所感测到的所述电压值，并将所感测的所述电压值与被预定义用于正在运行的所述处理操作的电压检查带进行比较。所述比较被配置为检测所述电压值在所述电压检查带之外的时间，并且进一步被配置为当所述比较检测到所感测的所述电压值在所述电压检查带之外时生成警报。所述警报被配置为基于所述被预定义用于所述处理操作的所述电压检查带识别故障的类型。
[0010]如本文中所使用的，警报应广义地认为是表示状态的数据。这些数据可以表示为图形的形式、文本形式、可听形式、报告形式、通知形式、历史数据形式、故障信号形式、信息形式、或者它们中的两种或更多种的组合。
[0011]在各种实施例中，但不限制其它类型的故障和/或状态，一些系统状态包括晶片错位、或前体输送失灵、或阀操作失灵、或电短路状态、或电开路状态。
[0012]具体而言，本发明的一些方面可以描述如下:
1.一种用于检测等离子体处理系统的处理状态的方法，其包括，
从射频(RF)功率源向所述等离子体处理系统的喷头提供RF功率；
在布置在所述等离子体处理系统中的衬底运行处理操作；
使用串联式连接在所述RF功率源和所述喷头之间的电压探针感测所述喷头的电压，在所述处理操作的所述运行期间，所述电压的所述感测产生电压值；
将所述电压值与被预定义用于正在运行的所述处理操作的电压检查带进行比较，所述比较被配置为检测所述电压值在所述电压检查带之外的时间；以及
当所述比较检测到所述电压值在所述电压检查带之外时生成警报，所述警报进一步被配置为基于所述被预定义的用于所述处理操作的所述电压检查带识别故障的类型。
2.根据条款I所述的方法，其还包括，在所述衬底或另一个衬底上运行第二处理操作，所述第二处理状态与被预定义的用于所述第二处理的相应的电压检查带相关联。
3.根据条款I所述的方法，其还包括，
对所述等离子体处理系统执行校准操作，所述校准操作产生用于定义所述处理状态的所述电压检查带的信息，将该信息保存到数据库并且在所述比较操作期间被访问。
4.根据条款3所述的方法，其中所述校准操作生成用于与多个处理操作相关的多个电压检查带的信息，其中所述多个电压检查带中的每一个对应于特定系统状态。
5.根据条款5所述的方法，其中所述特定系统状态中的状态包括晶片错位、或前体输送失灵、或阀的操作失灵、或电短路状态、或电开路状态。
6.根据条款I所述的方法，其中所述处理操作是被配置成在所述衬底上沉积材料层的沉积处理。
7.根据条款I所述的方法，其中所述等离子体处理系统包括多个站，并且每个站包括电压探针中的一个以从所述多个站中的相应的站的喷头感测电压。
8.根据条款7所述的方法，其中所生成的所述警报识别生成所述警报的状态和站。
9.根据条款8所述的方法，其中所述状态是晶片错位、或前体输送失灵、或阀的操作失灵、或电短路状态、或电开路状态中的一种。
10.一种等离子体处理系统，其包括，
用于支撑衬底的基座；
喷头，其用于供给工艺气体到所述等离子体处理系统内和所述衬底上；
射频(RF)功率源，其用于提供RF功率至所述等离子体处理系统的喷头；
电压探针，其串联式连接在所述RF功率源和所述喷头之间，所述电压探针被配置为在处理操作的运行期间感测电压值以在所述等离子体处理室中的所述衬底上沉积材料；以及控制器，其被配置成接收所感测到的所述电压值，并将所感测到的所述电压值与被预定义用于正在运行的所述处理操作的电压检查带进行比较，所述比较被配置为检测所述电压值在所述电压检查带之外的时间，并且进一步被配置为当所述比较检测到所感测到的所述电压值在所述电压检查带之外时生成警报，所述警报被配置为基于所述被预定义的用于所述处理操作的所述电压检查带识别故障的类型。
11.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中所述控制器被配置成对所述等离子体处理系统执行校准操作，所述校准操作产生用于定义用于所述处理状态的所述电压检查带的信息，所述控制器将该信息保存到数据库以用于在所述比较操作期间访问。
12.根据条款11所述的等离子体处理系统，其中所述校准操作产生用于与多个处理操作相关的多个电压检查带的信息，其中所述多个电压检查带中的每一个对应于故障类型中的特定类型。
13.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中所述故障的类型包括晶片错位、或前体输送失灵、或阀的操作失灵、或电短路状态、或电开路状态。
14.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中所述等离子体处理系统包括多个站，并且每个站包括所述电压探针中的一个以从所述多个站中的相应的站的喷头感测电压。
15.根据条款10所述的等离子体处理系统，其中所生成的所述警报识别生成所述警报的状态和站。
【附图说明】
[0013]图1示出了用于处理晶片以例如在其上形成膜的衬底处理系统。
[0014]图2根据本发明的一实施方式示出了一种示例性的室，该室利用电压探针以在操作期间监控喷头的电压，并将所检测到的数据返回给控制器模块以用于处理和识别故障或状态。
[0015]图3和4根据一实施方式示出了多站式处理工具的顶视图，其中提供了四个处理站。
[0016]图5根据一个实施方式示出了在处理站1、2、3和4中的每一个提供电压探针的示范性示图。
[0017]图6A至6C图示说明了在该喷头14处的电压检测的结果，从而检测在特定站的晶片位移。
[0018]图7根据一实施方式示出了一实施例，其中，使用利用电压探针检测到的喷头电压处理前体故障检测。
[0019]图8A和SB根据一实施方式示出了一实施例，其中，在操作过程中对于具体的失灵，也可以使用所感测到的喷头的电压监控和检测供应气体的阀失灵。
[0020]图9A和9B根据一实施方式示出了利用电压探针以检测喷头的电压和电压的变化从而检测在处理室的短路的一实施例。
[0021]图1OA和1B示出了一实施例，其中可以监控喷头的电压变化，以确定和检测站正在经历电开路状态时的状态。
[0022]图11根据一实施方式示出了用于控制系统的控制模块。
【具体实施方式】
[0023]本公开的实施方式提供了处理室的实施方式，处理室用于处理半导体晶片。在一实现方案中，提供了通过感测电压变化使得能够检测系统状态或故障的方法和系统。在本文所定义的各种实施例中，电压变化是在等离子体处理室的喷头处感测的。基于所感测到的电压或与预期电压的偏差或电压的范围，可识别或确定特定的状态。
[0024]应当理解，本发明的实施方式可用许多途径实现，途径如工艺、装置、系统、设备或方法。下面描述若干实施方式。
[0025]膜的沉积优选在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中执行。PECVD系统可采用多种不同形式。PECVD系统包括容纳一或多个晶片且适合用于晶片处理的一或多个室或“反应器”(有时包括多个站)。每个室可容纳一或多个晶片以进行处理。一或多个室维持晶片在限定的一或多个位置(在该位置中有或没有移动，例如，有或没有转动、振动或其它摇动)。在处理期间，进行沉积的晶片可在反应器室内从一个站被传送到另一个。当然，膜沉积可全部发生在单个站或者膜的任何部分可在任意数量的站被沉积。在处理中，每个晶片被基座、晶片卡盘和/或其它晶片保持装置保持在合适位置上。对某些操作而言，该装置可包括加热器，比如加热板，以加热晶片。
图1示出了示例性的CVD系统。膜的沉积优选在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中执行。PECVD系统可采用多种不同形式。PECVD系统包括容纳一或多个晶片且适合用于晶片处理的一或多个室或“反应器”(有时包括多个站)。每个室可容纳一或多个晶片以进行处理。一或多个室维持晶片在限定的一或多个位置(在该位置中有或没有移动，例如，有或没有转动、振动或其它摇动)。在处理期间，进行沉积的晶片可在反应器室内从一个站被传送到另一个。当然，膜沉积可全部发生在单个站或者膜的任何部分可在任意数量的站被沉积。
[0026]在处理中，每个晶片被基座、晶片卡盘和/或其它晶片保持装置保持在合适位置上。对某些操作而言，该装置可包括加热器，比如加热板，以加热晶片。例如，在图1中的反应器10包含处理室24，该处理室24包封反应器的其它组件并容纳等离子体。等离子体可以由电容器型系统产生，该系统包含结合接地加热器块20工作的喷头14。连接至匹配网络60的高频(HF)射频(RF)产生器02和低频(LF)RF产生器04和喷头14连接。由匹配网络60供应的功率和频率可足以从工艺气体产生等离子体。
[0027]在反应器内，晶片基座18支持衬底16。基座18通常包含卡盘、叉、或者升降销，以在沉积和/或等离子体处理反应期间和之间保持并传输衬底。卡盘可以是静电卡盘、机械卡盘、或者各种其它类型的卡盘。工艺气体经由入口 12导入。多个源气体管线10连接至歧管508。气体可以预混合或者不预混合。采用适当的阀门与质量流量控制机构，以保证在处理的沉积和等离子体处理阶段期间输送适当的气体。
[0028]工艺气体经由出口22输出室24。真空栗26 (例如一级或二级机械干式栗和/或涡轮分子栗)通过使用闭环控制的流限制设备(诸如节流阀或者摆阀)，从反应器抽取工艺气体并维持反应器内的适当低压。在各种实施方式中，晶片可以在每个沉积和/或沉积后等离子体退火处理之后换位直至所有所需的沉积和处理完成，或者可以在将晶片换位之前在单个站进行多个沉积和处理。
[0029]尽管这种系统运行良好，但需要测量系统来监控处理以检测故障或不正确的处理状态。在图2的实施例中，该室可以是用于PECVD或ALD的工具。通过实施计量功能，例如，经由一个或多个电压探针实施，检测每个站上的任何部件的故障是可能的。在一些实施例中，方法被执行，以使用VI传感器(例如，电压探针108)检测各种组件和晶片的放置故障。
[0030]图2示出了衬底处理系统100，其被用于处理晶片101。该系统包括具有下室部分102b和上室部分102a的室102。中心柱被配置来支撑基座140，基座140在一实施方式中是接地电极。喷头14经由RF匹配60被电耦合到功率源(例如，一个或多个RF功率发生器50)。功率源5O由控制模块110 (例如控制器)控制。控制模块110被配置为通过执行工艺输入和控制109来操作衬底处理系统100。工艺输入和控制108可包括工艺配方，比如功率电平、定时参数、工艺气体、晶片101的机械运动等，以在晶片101上沉积或形成膜。
[0031]中心柱还被示出为包括升降销120，升降销120由升降销控制装置122控制。升降销120被用于从基座140抬升晶片101以使末端执行器能拾取晶片并在晶片101被末端执行器放置后降低晶片1I。衬底处理系统100还包括连接到工艺气体114 (例如，来自一设施的气体化学品供应源)的气体供应歧管112。根据被执行的处理，控制模块110通过气体供应歧管112控制工艺气体114的输送。然后，选定的气体流入喷头14并被分配在限定于喷头14面向晶片101的面和停留在基座140上的晶片101之间的空间容积中。
[0032]射频匹配60可以耦合到RF分配系统107，RF分配系统17提供RF功率至系统100。例如，如果系统100是成组的站中的一个站，如下面的图3中所示，那么RF分配系统107被用于提供RF功率至系统100。然后，在操作期间，被输送的RF功率通过电压探针108以感测喷头14的电压。从电压探针108收集的电压数据被映射到带内和带外的校准数据，所述带内和带外的校准数据被配置成识别一个或多个特定的故障。
[0033]例如，利用喷头电压变化，通过由电压探针108读取的数据，可以检测各种部件和/或系统故障。示例性的检测可以识别晶片错位、前体故障、清洁干燥空气(CDA)的阀的故障、射频开路/短路故障、及其它。
[0034]一种方法包括用已知的可靠的组件和系统校准系统。使用电压探针，将基准站电压和自然变化保存到数据库或文件中。在操作过程中，电压探针108可以测量电压的变化，并根据与基准站电压的偏差，系统将识别组件/系统故障或使得组件/系统故障能被识别。在一实施方式中，当电压变化超出自然变化时，设置警报。
[0035]此外还示出了围绕基座140外部区域的承载环200。承载环200被配置为坐落在承载环支撑区域上，承载环支撑区域是从在基座140中心的晶片支撑区域下来的台阶。承载环包括其盘结构的外边缘侧(例如，外半径)和其盘结构最靠近晶片101所在处的晶片边缘侧(例如，内半径)。承载环的晶片边缘侧包括多个接触支撑结构，多个接触支撑结构被配置来在承载环200被蜘蛛式叉180抬升时抬升晶片101。因此，承载环200与晶片101—起被抬升且可被转动到另一个站(例如，在多站式系统中)。
[0036]图3示出了多站式处理工具的顶视图，其中设置有四个处理站。该顶视图是下室部分102b(例如，为了图解，去除了上室部分102a)，其中四个站可被蜘蛛式叉226访问。每个蜘蛛式叉或叉包括第一臂和第二臂，每个臂围绕基座140的每一侧的一部分被设置。在该视图中，蜘蛛式叉226用虚线画出以表达它们在承载环200下面。使用啮合和旋转机构220的蜘蛛式叉226被配置来同时从站升高和抬起承载环200(即，从承载环200的下表面)，接着在降低承载环200(其中承载环中的至少一个支撑晶片101)之前将至少一或多个站转动到下一位置以便进一步的等离子体加工、处理和/或膜沉积可在各晶片101上进行。如上所述，有时在旋转后晶片可能不能适当地放置在基座上，并且电压感测被配置为识别这样的状态，例如，识别错位的晶片所处的站。在一实施方式中，每个站将包括用于感测电压的电压探针108。在一些实施方式中，每个站可以包括一个以上的电压探针，例如，不同的探针对每个不同的RF频率源。
[0037]图4示出了具有入站装载锁302和出站装载锁304的多站式处理工具300的实施方式的示意图。机械手306在大气压下被配置来经由大气端口 310将衬底从通过舱(pod)308装载的晶舟移动到入站装载锁302。入站装载锁302被耦合到真空源(未图示)，使得当大气端口310被关闭时，入站装载锁302可被抽空。入站装载锁302还包括与处理室102b接口的室传送端口316。因此，当室传送端口316被打开时，另一机械手(未图示)可将衬底从入站装载锁302移动到第一处理站的基座140以进行处理。
[0038]所述处理室102b包括四个处理站，在图3所示实施方式中从I到4进行编号(S卩，站S1、S2、S3和S4)。在一些实施方式中，处理室102b可被配置为维持低压环境使得可用承载环200在处理站之间传送衬底而不经历真空破坏和/或暴露于空气。图3中所示的每个处理站包括处理站衬底保持器(就站I而言示出在318处)和工艺气体输送管线入口。
[0039]图5示出了在处理站1、2、3和4中的每一个站设置电压探针的一个示例性示图。处理站可以是上面图3和4所描述的。如图所示，RF功率在此实施例中通过低频发生器(LF)和高频发生器(HF)提供。在一个实施方式中，高频发生器在13.56MHz的频率下提供功率，低频发生器在400kHz的频率下提供功率。但是应当理解的是，这些频率仅是示例性的。低频发生器和高频发生器通过匹配电路以及连接RF功率到分配系统(诸如图2的分配系统107)的滤波器親合。
[0040]电压探针108沿着功率馈送件串联式耦合，功率馈送件连接所述分配系统107和在各个站中的喷头14中的每一个。在一个实施方式中，单一的电压探针108串联式连接在每个喷头14和分配系统107之间，例如，13.56MHz的电压探针。在另一个实施方式中，多于一个的电压探针108可以串联连接在每个站的喷头14和分配系统107之间。在一些实施方式中，电压探针108用于从提供较宽的频率操作的功率源探测电压是可行的。例如，虽然电压探针108可被设计为13.56MHz，但电压探针可以是能够在约13.56MHz的较宽的频率范围内使用。在还有的其它实施方式中，可以使用可以在白色的频率范围(如10kHz至100MHz)内运行的电压探针。
[0041]一般情况下，只要电压探针被提供并根据输送到喷头14的功率耦合到喷头14，就能够感测由所述处理站所经历的电压。如上所述，感测在喷头14的电压会产生不同的电压读数，具体取决于工艺条件。在一个实施方式中，工艺条件的数据库是预校准的，并被分配给预期的电压读数。在操作过程中，感测在喷头14处的电压的变化将使得能产生特定的电压读数。在示出的实施例中，电压传感器的输出被传送到系统控制器110。系统控制器可以经由图形用户界面或显示屏幕或报告提供信息。
[0042]这些电压读数然后可以与来自数据库(例如来自以前的校准电压)的预期电压读数比较。在具体的实施例中，程序指令使得能显示故障或潜在的计量问题或警示识别故障或潜在的计量问题。在一实施方式中，根据被执行的处理操作的不同，预期的特定电压读数将识别故障或系统缺陷的类型。下面参照在处理中的特定的检测到的变化，提供这些检测到的电压变化的实施例，特定的检测到的变化与电压读数是相关的。
[0043]图6A至6C图示说明了在喷头14处感测的电压的结果，其检测在特定站的晶片错位。图6A示出了 4个站中的每个的电压读数。该实施例被提供来说明与在站I的喷头的电压操作相关联的电压带。虽然在图6A-6C中示出了其它站的电压，但是限定了电压检查带的该图示只涉及在站l(stn-l)的喷头处所感测的电压。此外，该图示显示了当晶片在站I的基座上错位约2毫米时，在图6B所示的电压的变化将发生。在这个实施例中，在站I由电压探针感测到的电压将产生在电压检查带之外的电压。将晶片在站I被正确设定并使用上面讨论的电压探针复查在喷头的电压，以进行确认。
[0044]图6C示出了，由电压探针在该喷头14感测到的电压现在已经返回到大致电压检查带的中心区域。因此，对于在其它站中的每个感测到的其它电压的电压检查带将有它们自身的电压检查带，它们自身的电压检查带在运行期间进行验证，以确定是否已检测到晶片错位。在一实施方式中，可以执行晶片错位检测，以确定晶片错位2毫米发生时，站上的电压是否增加了 15V。如果其它站不具有晶片错位，则其它站将具有保持在其各自的电压检查带内的电压。
[0045]图7示出了一实施例，其中使用利用上述的电压探针108检测到的喷头电压处理前体的故障检测。在这个实施例中，在正常操作期间，喷头电压被示出为在范围介于约68V和71V之间的安全操作带内操作，当前体不存在或在前体输送中存在故障时，将检测到不同的电压信号，该电压信号将刚好在安全工作带以下。因此，喷头电压感测可用于检测前体故障。应当理解的是，所提供的实施例与所提供的电压范围仅仅是示例性的，并且每个处理操作将有自己的归一化的或预期的安全工作带，以便在操作期间响应于从喷头感测电压能检测故障。
[0046]图8A和SB示出了一个实施例，其中，在操作期间，也可以使用喷头的感测到的电压监控和检测供应气体的阀故障的特定故障。图8A示出了在处理期间四个处理站中的每一个的正常状态。站4的电压检查带被突出显示来说明在正常操作期间电压被预期的区域。如上所述，每个站可以具有它自己的电压检查带(例如，范围，在该范围内电压被认为是可接受的)。在其它实施方式中，每个站可共享相同的电压检查带。电压检测带不同或相同的情况将取决于在每个处理站的工艺条件和正在执行的操作。通常，单一的处理站将有其自己的用于具体处理操作的电压检查带，其将表示在处理中或在晶片处理的系统组件中或它们的组合中故障或失灵是否已经出现。
[0047]在图SB的具体实施例中，对于站的电压信号被示出为已经下降到电压检查带外，这标志着喷头电压变化与阀故障相关联。在一个实施例中，阀可以提供气体，如清洁干燥空气(CDA)，或在半导体晶片的处理过程中使用的其它气体。此外，这个实施例说明，如果在特定的站，例如站4上，该阀中的一个被打开，那么就发生约15伏的电压降。
[0048]图9A和9B示出了利用电压探针以检测喷头的电压和电压的变化，从而检测在处理室中的短路的一实施例。在图9A所示的实施例中，示出了用于处理和氧化物配方的正常电压带。在此处理期间，示出了站2具有在正常电压带外的电压，这表示短路。在正常电压带内的其它处理站根据该电压读数被认为没有短路。在这个实施例中，认为是正常的电压带是由4个处理站共享的。因此，短路的站可以通过喷头电压变化测量来检测，该测量基于可以存储在数据库中的校准数据进行比较和分析。
[0049]图9B示出了在处理操作期间利用的不同电压的一实施例。也就是说，在不同的时间，对于每个处理站被认为是可接受的电压将是在特定的可接受的带内。可接受的带没有在图9B示出，但应理解，是集结在站1、3和4中的每个的电压读数的附近。在这个实施例中，站2不与其它站的电压读数集结，从而表明该站经历了短路，因为其电压已向着零伏下降。相比较而言，如果开路状态被检测到，则电压读数实际上增大到超出正常带。
[0050]图1OA和1B示出了其中可以监控喷头电压变化以识别和检测当站正在经历电开路状态时的状态的实施例。电开路状态与上面描述的电短路是反的。当经历电开路状态时，示出站2的电压电平的峰值超出在图1OA中的正常电压带。此外，用于其它站的其它电压保持在电压带内，该电压带对于该实施例在多个站之间共享。
[0051]图1OB说明了一实施例，其中当电压增大超出由其它未经历电开路状态的站所经历的电压的集结束时，不同的功率周期也将检测站2的打开状态。该图示已经被提供来表明，利用耦合至喷头14的电压探针108能够在操作期间精确检测处理系统的故障和状态。
[0052]此外，检测各种电压也可以关联并映射到存储在数据库中的校准数据，使得查找操作可以快速识别特定的电压变化表明什么，并且可以向系统的用户或操作者提供作为警报、或者作为报告、或作为图形用户数据的信息。通过以这种方式监控喷头的电压，可以识别影响或能够影响该处理操作的多种系统状态，从而提供了在线类型的计量，使得表面的特定状态在操作期间可以被纠正或调整。
[0053]图11示出了用于控制上述系统的控制模块800。在一实施方式中，图1的控制模块110可包括示例性部件中的一些。例如，控制模块800可包括处理器、存储器和一或多个接口。控制模块800可被用于部分地基于感测值来控制系统中的设备。仅举例而言，控制模块800可基于感测值和其他控制参数来控制阀802、过滤器加热器804、栗806以及其他设备808中的一或多个。控制模块800从仅作为示例的压力计810、流量计812、温度传感器814和/或其他传感器816接收感测值。控制模块800还可被用于在前体输送和膜沉积的过程中控制工艺条件。控制模块800将通常包括一或多个存储器设备和一或多个处理器。
[0054]控制模块800可控制前体输送系统和沉积装置的活动。控制模块800执行包括指令集的计算机程序，所述指令集用于控制工艺时序、输送系统温度、跨越过滤器的压差、阀位置、气体混合物、室压、室温、晶片温度、RF功率电平、晶片卡盘或基座位置以及特定工艺的其他参数。控制模块800还可监控压差以及将气相前体输送从一或多个路径自动切换到一或多个其他路径。存储在与控制模块800相关联的存储器设备上的其他计算机程序可在一些实施方式中被采用。
[0055]通常会有与控制模块800相关联的用户界面。用户界面可包括显示器818(例如显示屏和/或该装置和/或工艺条件的图形软件显示器)以及诸如指点设备、键盘、触摸屏、话筒等用户输入设备820。
[0056]用于控制前体输送、沉积和工艺序列中的其他工艺的计算机程序可以任何常用计算机可读编程语言编写:例如，汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其他。编译的目标代码或脚本由处理器执行以完成程序中所识别的任务。
[0057]控制模块参数与工艺条件有关，诸如，例如过滤器压差、工艺气体组分和流率、温度、压强、等离子体条件(比如RF功率电平和低频RF频率)、冷却气压、以及室壁温度。
[0058]系统软件可以许多不同方式被设计或配置。例如，多种室部件子例程或控制对象可被编写来控制执行创造性的沉积工艺所需要的室部件的操作。用于此目的的程序或程序段的示例包括衬底放置代码、工艺气体控制代码、压强控制代码、加热器控制代码和等离子体控制代码。
[0059]衬底放置程序可包括用于控制用来将衬底装载到基座或卡盘上以及用来控制衬底和其他室部件(比如气体入口和/或靶)之间的间隔的室部件的程序代码。工艺气体控制程序可包括用于控制气体组分和流率以及可选地用于在沉积之前使气体流入室中以便稳定室中的压强的代码。过滤器监控程序包括将测定的差与预定值进行比较的代码和/或用于切换路径的代码。压强控制程序可包括用于通过调整例如室的排放系统中的节流阀来控制室中的压强的代码。加热器控制程序可包括用于控制流向用于加热前体输送系统中的部件、衬底和/或该系统的其他部分的加热单元的电流的代码。替代地，加热器控制程序可控制传热气体(比如氦)到晶片卡盘的输送。
[0060]在沉积过程中可被监控的传感器的示例包括但不限于质量流量控制模块、压力传感器(比如压力计810)和位于输送系统、基座或卡盘中的热电耦(例如温度传感器814)。经恰当编程的反馈和控制算法可与来自这些传感器的数据一起用来维持希望的工艺条件。前述内容描述了本发明的实施方式在单或多室半导体处理工具中的实施。
[0061]在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实施例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，该半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
[0062]广义而言，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)传送到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
[0063]在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，从而可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监控制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实施例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些实施例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该类型工具。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而为分布式，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实施例可以是与结合以控制室上的工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
[0064]在非限制性的条件下，示例性的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
[0065]如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、组合工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
[0066]出于阐释和描述的目的已经提供了实施方式的上述说明。它无意于穷尽或限制本发明。特定实施方式的单个元素或特征一般并不受限于该特定实施方式，而是在适用的情况下可以互换以及可被用在选定的实施方式中，即使没有特别示出或描述。特定实施方式的单个元素或特征也可以多种方式变化。这样的变化不被认为是对本发明的背离，且所有这样的修改意在被包括在本发明的范围内。
[0067]虽然出于清楚理解的目的对前述实施方式进行了一定程度的详细描述，但应当理解，某些改变和修改可在所附权利要求的范围内进行。据此，所呈现的实施方式应当被视为说明性的而非限制性的，且这些实施方式并不受限于此处给出的细节，而是可在权利要求的范围和等同方案内被修改。
【主权项】
1.一种用于检测等离子体处理系统的处理状态的方法，其包括， 从射频(RF)功率源向所述等离子体处理系统的喷头提供RF功率； 在布置在所述等离子体处理系统中的衬底运行处理操作； 使用串联式连接在所述RF功率源和所述喷头之间的电压探针感测所述喷头的电压，在所述处理操作的所述运行期间，所述电压的所述感测产生电压值； 将所述电压值与被预定义用于正在运行的所述处理操作的电压检查带进行比较，所述比较被配置为检测所述电压值在所述电压检查带之外的时间；以及 当所述比较检测到所述电压值在所述电压检查带之外时生成警报，所述警报进一步被配置为基于所述被预定义的用于所述处理操作的所述电压检查带识别故障的类型。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括，在所述衬底或另一个衬底上运行第二处理操作，所述第二处理状态与被预定义的用于所述第二处理的相应的电压检查带相关联。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括， 对所述等离子体处理系统执行校准操作，所述校准操作产生用于定义所述处理状态的所述电压检查带的信息，将该信息保存到数据库并且在所述比较操作期间被访问。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述校准操作生成用于与多个处理操作相关的多个电压检查带的信息，其中所述多个电压检查带中的每一个对应于特定系统状态。5.根据权利要求5所述的方法，其中所述特定系统状态中的状态包括晶片错位、或前体输送失灵、或阀的操作失灵、或电短路状态、或电开路状态。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理操作是被配置成在所述衬底上沉积材料层的沉积处理。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理系统包括多个站，并且每个站包括电压探针中的一个以从所述多个站中的相应的站的喷头感测电压。8.根据权利要求7所述的方法，其中所生成的所述警报识别生成所述警报的状态和站。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述状态是晶片错位、或前体输送失灵、或阀的操作失灵、或电短路状态、或电开路状态中的一种。10.一种等离子体处理系统，其包括， 用于支撑衬底的基座； 喷头，其用于供给工艺气体到所述等离子体处理系统内和所述衬底上； 射频(RF)功率源，其用于提供RF功率至所述等离子体处理系统的喷头； 电压探针，其串联式连接在所述RF功率源和所述喷头之间，所述电压探针被配置为在处理操作的运行期间感测电压值以在所述等离子体处理室中的所述衬底上沉积材料；以及控制器，其被配置成接收所感测到的所述电压值，并将所感测到的所述电压值与被预定义用于正在运行的所述处理操作的电压检查带进行比较，所述比较被配置为检测所述电压值在所述电压检查带之外的时间，并且进一步被配置为当所述比较检测到所感测到的所述电压值在所述电压检查带之外时生成警报，所述警报被配置为基于所述被预定义的用于所述处理操作的所述电压检查带识别故障的类型。
【文档编号】H01L21/66GK106024662SQ201610197416
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】苏尼尔·卡普尔, 亚思万斯·兰吉内尼, 亚伦·宾汉姆, 图安·纽伦
【申请人】朗姆研究公司