检测等离子体工艺异常的频率监控的制作方法

专利名称：检测等离子体工艺异常的频率监控的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。发明内容本发明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。本发明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。本发明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。本发明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。尽管本发明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，但本发明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。


图1为根据本发明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发明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发明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表示根据本发明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。对本发明重要的是，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。这是对于本发明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，本发明的所有 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。如在本发明的背景技术中所述，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。本发明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和时间6之间处理第五工件。图2示出了在正常工作的等离子体工艺腔室中可能发生的电源频率的变 化，而图3示出了在第三工件的处理期间可能由工件中的等离子体弧光和破裂 而引起的频率偏移以及在开始处理第五工件之前可能由几个断裂的基座接地 母线而引起的频率偏移。在图3中，等离子体弧光产生两个图示的窄频尖峰， 其中一个向上， 一个向下。对于第三工件的剩余处理，第三工件的玻璃衬底的
随后破裂引起频率向上突升，而当RF功率重新开始处理第五工件时，在将第 四工件转移出腔室并且将第五工件转移进腔室期间断裂的接地母线使电源频 率明显降低。本发明意欲检测例如图3中所示的频率偏移。广泛地说，本发明建立频率 上限和下限(由U和L表示)，在该上限和下限之间，在工艺腔室中没有异 常情况时RF电源的频率保持正常。将电源的频率与频率限值相比较。如果电 源的频率变得小于下限L或变得高于上限U，则本发明产生警报信号，由此警 告工艺腔室中的异常情况。优选地，在腔室内对工件进行等离子体工艺步骤的 全部时间中，重复地(例如，周期性地或连续地)执行该比较。本发明进一步包括用于建立前述频率上限和下限的有利的方法和装置。在 解释本发明的该方面之前，将更详细地讨论电源频率的改变。图2示出了对于图示的PECVD工艺电源频率在每个沉积步骤期间逐渐改 变。对该行为的主要贡献是来自每个沉积步骤期间的化学反应副产品残渣在腔 室中的累积，这使该腔室提供的RF负载阻抗在每个沉积步骤期间逐渐改变。 此外，存在两个连续工件之间电源频率的实质突变，其可能超出在单个工件处 理期间电源频率的改变。在图示的工艺中，在处理完五个工件之后，清理该腔 室以去除累积的残渣，由此图2所示的图案重复用于下一轮的五个工件。尽管在图2和图3中未示出，当开始处理每个连续工件时还存在电源频率 的瞬变。该瞬变出现在腔室中等离子体的最初形成期间。在对单一工件执行的单一工艺步骤期间最大的电源频率改变通常大大小 于在连续工艺步骤中或者在多个连续工件中的最大频率偏移。例如，在图2 所示的工艺中，在对单一工件执行的单一工艺步骤内的最大电源频率改变大约 为3kHz。相反，在五个连续工件的处理期间，电源频率从开始处理第一工件 时的13380kHz变化到结束处理第五工件时的13345kHz，其累积频率变化为 35kHz。2、适应性频率限值(本发明的第一方面)本发明的第一方面(图4)通过利用在单一工艺步骤期间或者在单一工件 的处理期间相对小的电源频率偏移而以高灵敏度检测异常工艺情况。在开始等 离子体工艺步骤或开始工件的等离子体处理(步骤101)之后不久，对RF电 源的频率采样并存储在存储器中(步骤103)，所述存储器可以是计算机存储
器或者在常规采样保持电路中的存储器。建立上频率限值和下频率限值(U和L)与采样电源频率之间的函数(步骤104)。然后，将电源的频率与上述的频率限值相比较(步骤105)。如果电源的 频率变得小于下限或者变得大于上限，本发明产生警报信号A1，由此警告在 工艺腔室中的异常情况。优选地，在对工件执行等离子体工艺步骤的全部时间 中重复地(例如周期性地或连续地)执行该比较(步骤106)。当完成等离子体工艺步骤时，或者当在等离子体腔室内完成对工件的处理 时，该比较或警报信号的发出被禁止，即被暂停(步骤106)。当新的工艺步 骤开始时，或者当对新工件的等离子体处理开始时(步骤101)，再次对RF 电源的频率采样并且在存储器中存储新采样的频率值(步骤103)。重新建立 下频率限值和上频率限制与电源频率的最新采样值之间的函数(步骤104)。 然后可以重新开始上述的电源频率与频率限值之间的比较(步骤105)。优选地，通过从电源频率的采样值中减去预设的频率偏差或者通过将该采 样值与略小于l的预设比例因子相乘，确定频率下限L。类似地，优选地，通 过将预设频率偏差加到电源频率的采样值上或者通过将该采样值与略大于1 的预设比例因子相乘，确定频率上限U。优选地，应当选择预设偏差或比例因子以便所得到的频率限值将仅略超出 在单一工艺步骤或者对单一工件的等离子体处理期间正常遇到的频率范围之 外。例如，假设在单一工件的处理期间最大电源频率变化大约为+/—31^。优 选地，预设频率偏差应当略大于最大变化，这样预设的上频率偏差和下频率偏 差的适宜值为5kHz。或者，如果己知在工艺步骤期间电源频率总是相对于步骤开始时的值下 降，则上频率偏差可以小于下频率偏差。在图2的例子中，上、下频率偏差的 适宜值分别为5kHz和3kHz。当第一工件的处理在时间1开始时，采样电源频 率为13380kHz，由此将下频率限值和上频率限值分别设为L产13375kHz和 U产13383kHz (下标是指该限值所应用的工件)。在建立限值L,和U!之后， 会重复地将它们与在第一工件处理期间的电源频率相比较。类似地，当第五工 件的处理在时间6开始时，采样电源频率为13348kHz，由此将下频率限值和 上频率限值分别设为L5=l3343kHz和U5=1335lkHz。在建立限值L5和U5之后， 会重复地将它们与在第五工件处理期间的电源频率相比较。 图3表示在第三工件的处理期间的异常情况将会通过到目前为止所述的 本发明的第一方面进行检测。会检测出第一等离子体弧光的发生，这是因为其 使电源频率超出频率上限U3。会检测出第二等离子体弧光的发生，这是因为 其使电源频率降至频率下限L3之下。还会检测出在弧光之后玻璃衬底的破裂，这是因为其使电源频率超出频率上限u3。3、不适应于采样频率的频率限值(本发明的第二方面)图3还示出了本发明的第一方面不能够检测出在工艺步骤之间发生的设 备故障，即，在一个工艺歩骤的结束和下一工艺步骤的开始之间，在关闭RF 电源和等离子体期间所出现的故障。在图3中示出的故障使第五工件的等离子 体处理期间的电源频率比第四工件的处理期间低35kHz。由于基于开始处理第 五工件时的电源频率而适应性地建立了频率上下限115和L5，所以该故障使频 率限值向下偏移与电源频率相同的量35kHz。因此，电源频率没有与频率限值 交叉，不能检测出异常情况。如在图3的第四和第五工件之间所示，在连续工件的处理之间故障的一般 原因是基座接地母线的破损。每次将工件转移进或转移出工艺腔室时，通常会 降低和升高支撑工件的基架或基座。该移动最终会使-一些连接在可移动基座和 固定电性接地的腔室壁之间的柔性电性接地母线破裂。在用于制造平板显示器 的PECVD腔室中，基座典型地具有40或50条空间分布的接地母线。如果20% 或更多的接地母线破裂，则由于通过PECVD工艺沉积的薄膜不能够具有所需 性质而使可能毁坏该工件。由于基座移动出现在工件转移的过程中，当在连续 工件的处理之间关闭RF电源和等离子体时，经常出现接地母线的破裂。我们已经发现基座接地母线的破裂引起电源频率的偏移，如在图3所示的 第四和第五工件之间的偏移。频率偏移大约与破裂的接地母线的百分比成比 例。本发明的第二方面(图5)能够检测在工艺步骤之间或者在连续工件的等 离子体处理之间出现的故障，例如刚才讨论的接地母线破裂。本发明的第二方 面建立第二频率下限LL和第二频率上限UU，其不适于作为电源频率新近采 样的函数。在开始新的工艺步骤之后，或者在腔室内开始对新工件的等离子体 处理之后(步骤201)，将RF电源的频率与第二频率限值相比较(步骤203)。 如果电源频率限小于第二频率下限LL或者大于第二频率上限UU，则会产生 警报信号A2，由此警告工艺腔室中的异常情况。本发明的该第二方面能够检 测在工艺歩骤之间或者在不同工件的处理之间发生的故障或者其它异常情况。 更具说明性地，本发明的第一和第二方面可以分别被称为使用适应性频率 限值的电源频率比较和使用非适应性频率限值的电源频率比较。为了将在下面 解释的原因，适应性和非适应性频率限值也可以被称作窄间隔频率限值和宽间 隔频率限值。第二 (非适应性)频率上限UU和下限LL可以是固定的，或者它们可以具有作为工艺歩骤参数的函数的不同的预定值，例如正在执行的工艺歩骤或者 自清理该腔室起已经处理的工件数量。无论如何，优选地，第二 (非适应性)频率上限UU和第二频率下限LL的预定值应当根据经验进行选择，从而当在 工艺腔室中没有任何严重异常情况下执行给定的工艺步骤时，观测的电源频率 范围保持在频率上限UU和频率下限LL之间。典型地，由于等离子体化学、 RF功率以及其它参数的不同，电源频率的正常范围对于不同的工艺歩骤将不 同。因此，优选地，根据经验建立对于意欲在工艺腔室中执行的每个工艺的不 同频率限值。参照图2和图3所示的PECVD工艺，在处理五个工件而未介入腔室清理 期间，电源频率范围为13345kHz 13380kHz。优选地，第二 (非适应性)频 率上限UU和第二频率下限LL应当被分别设为略低于和略高于该范围的值。 例如，适宜的频率下限LL为13335kHz，适宜的频率上限UU为13390kHz。 图3表示由于在处理第五工件期间电源频率正好低于第二下限LL，因此该方 法会检测出在第四和第五工件之间所示出的故障。或者，如果己知在清理每个腔室之后，在第一工件和第五工件之间电源频 率一直下降，则可以将第二 (非适应性)频率下限和上限LL和UU设置为工 件数量的函数。例如，对于第一工件，预定的频率下限和上限可以分别为13365 和13390kHz，而对于清理腔室之后的第五工件分别为13333和13358kHz。可以单独使用本发明的第一方面(适应性极限)或者第二方面(非适应性 极限)，但优选地， 一起使用本发明的这两个方面，因为它们具有互补和协同 的优点和缺点。本发明的第一方面(具有适应性限值)具有能够使该限值间隔 更窄的优点，由此能够改善检测异常的灵敏性。然而，本发明该方面的缺点在 于其不能够检测在没有进行等离子体处理期间出现的异常，例如正转移工件 时。本发明的第二方面(具有非适应性限值)克服了该缺陷；S卩，它能够检测 出现在任何时间的异常，包括在没有执行等离子体工艺时出现的异常。然而， 其缺点在于非适应性限值典型地不能够像适应性限值那样窄，由此它不可以检 测产生相对小的频率偏移的异常。在图2示出的前述PECVD工艺的实际测试中，我们发现因为适应性限值 能够具有更窄间隔，所以等离子体室内玻璃衬底的破裂和弧光是通过本发明的 第一方面(适应性限值)比通过本发明的第二方面(非限制性限值)可以被更 可靠地检测出的两种类型的异常。如上所述，适应性限值L和U能够仅间隔 开8kHz，而固定的、非适应性限值LL和UU必须被间隔开约55kHz。玻璃衬 底的破裂和弧光通常产生突然的电源频率偏移，其在使用相对窄的适应性限值 比较时大到足以触发异常警报，而在使用相对宽的非适应性限值比较时不足以 触发异常警报。相反，当工件被转移进或者转移出工艺腔室时接地母线的破裂只能用已经 讨论的本发明第二方面的非适应性限值检测。幸运的是，如果破裂的接地母线 的数量大到足以不利地影响等离子体工艺的空间均匀性，则所得到的电源频率 的偏差会大到足以超过相对宽间隔的、非适应性限值。当一起使用本发明的第一和第二方面时，每次更新适应性限值(第一方面) 时，仅需要执行一次与非适应性限值的比较(第二方面)，其典型地为每个工 艺步骤一次或者每个工件一次。在使用非适应性限值的比较确定在更新适应性 限值之前没有异常出现之后，随后的使用适应性限值的重复比较足以检测出可 能在剩余的工艺步骤中的任何异常。当新的工艺步骤开始时或者对新工件的等离子体处理开始时，典型地需要 一定时间来稳定该等离子体。在被称作稳定时间期间的该最初稳定周期，电源 频率可能会暂时偏离其正常范围。因此，为了避免错误警报，优选地，根据本 发明两个方面的频率比较或警报的触发在紧跟开始新的工艺步骤或者开始新 工件的等离子体处理之后的预定稳定周期期间应当被禁止(即，被暂停)(步 骤102和202)。这可以通过在RF电源停用期间和在每次RF电源变得能起 作用后的最初稳定周期期间禁止比较或者警报的触发来实现。由于相同的原 因，优选地，应当适应根据本发明第一方面的频率限值，对电源频率的采样应 该延迟至预定稳定周期之后(步骤102)。优选地，对于各个工艺，应当根据
经验确定稳定时间，但作为例子，在我们的试验中我们确定适当的稳定时间周 期为l秒 5秒。为了帮助诊断异常警报是怎样触发的，本发明的第一和第二方面可以产生 有区别的信号。然而，这通常不是必须的，由此如果发生异常，本发明的两个 方面可以产生相同的警报信号。4、装置实现优选地，可编程通用计算机实现所有上述的采样操作、比较操作、频率限 值确定、稳定时间延迟以及发出警报信号。优选地，与计算机连接的常规计算 机存储设备存储频率限值和采样电源频率。尽管在说明书或者权利要求书中将 本发明描述为包括一个或多个电路，例如包括采样保持电路和比较器电路，但 是通用可编程计算机应当被认为在该电路的范围内。参照图l，可编程通用计算机可以取代除了等离子体腔室10、 RF电源12以及RF阻抗匹配网络14的 所有图示部件。在图1中，工艺控制器16典型地控制在腔室内执行的所有工艺参数，并 典型地产生可以用于启动在前述段落中所述的稳定周期的工艺控制信号。该工 艺控制信号可以直接由工艺控制器产生，或者可以通过将工艺控制器产生的多 个信号进行逻辑组合而产生。例如，可以由工艺控制器产生并且适于用作启动 稳定周期的工艺控制信号的信号包括指示以下情况的信号(1)当等离子体 腔室开始新的工件处理步骤时；(2)当等离子体腔室内的化学或电气情况意 欲改变时；(3)当RF电源接通或者从备用状态转换到激活状态时；或者(4) 当RF电源从提供低的备用功率电平变化到超出预定阈值的功率电平或者高到 足以执行等离子体工艺的功率电平时。本发明的两个方面需要将电源频率与上限和下限相比较。可以连接频率计 数器以接收电源输出的衰减部分并测量其频率。然而，通常，由于变频电源 12典型地接收控制电源输出频率的模拟或数字频率控制信号FC，所以这不是 必须的。工艺控制器16典型地产生频率控制信号FC并将其发送到电源的频 率控制输入端。因此，本发明能够接收频率控制信号并使用其值代表电源的频 率。作为在可编程计算机上实施本发明的可选方法，图1表示利用不需要可编 程的电路20-38的实现。在图l的电路中，常规的采样保持电路20通过对由
工艺控制器16提供的前述频率控制信号FC的值进行采样和存储而实现图4 的步骤103。通过可以是移位寄存器电路的常规延迟线路22提供优选的稳定 延迟(图4的步骤102和图5的步骤202)。通过采样控制信号SC控制采样保持电路20，优选地，所述采样控制信号 SC由与逻辑门24产生，所述与逻辑门的输入为工艺控制信号PC和由延迟线 22的输出提供的工艺控制信号的延迟形式。当等离子体工艺关闭时所得的采 样控制信号为假，而当工艺控制信号PC表示等离子体工艺已经开始时，在由 稳定时间延迟22所施加的延迟之后，所得的采样控制信号变为真，并且然后 当工艺控制信号PC表示等离子体工艺已经结束时恢复为假。第一比较器电路接收来自采样保持电路的输出的采样频率，并将第一频率 上限U和下限L确定为采样频率值的函数(图4的步骤104)。作为选择，响 应与采样控制信号SC转变为真，第一比较器在存储器电路32中存储第一限 值L和U。通过将频率控制信号FC与第一频率上限U和下限L进行比较， 第一比较器电路产生第一警报信号Al (图4的步骤105)。优选地，将第二频率上限UU和下限IX的预定值存储在同样的存储器电 路32中。第二比较器电路通过将频率控制信号FC与从存储器32接收的第二 频率上限UU和下限LL进行比较而产生第二警报信号A2(图4的步骤105)。逻辑或门36将第一警报信号Al和第二警报信号A2进行组合以产生复合 警报信号。除了当采样控制信号SC为真时，逻辑与门38禁止警报输出(图4 的步骤106和101;图5的步骤201)。
权利要求
1、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。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一比较器电路建立第一频率下限等于由所述采样保持电路的输出 表示的频率与频率偏差的差值；以及所述第一比较器电路建立第一频率上限等于由所述采样保持电路的输出 表示的频率与所述频率偏差的加和值。
3、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括 第二比较器电路，适于接收所述频率控制信号，其中当由所述频率控制信号表示的频率小于第二频率下限或者大于第二频率上限时，所述第二比较器电 路产生第二警报信号；其中所述第二频率下限和第二频率上限具有独立于所述采样保持电路的 输出的预定值。
4、 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，当RF电源停用时以及在 每次RF电源变得激活之后的最初稳定期间，禁止所述第一比较器电路和第二 比较器电路产生第一或第二警报信号。
5、 根据权利要求3所述的装置，其特征在于， 所述第一频率下限大于或者等于所述第二频率下限；以及 所述第一频率上限小于或者等于所述第二频率上限。
6、 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一比较器和第二比 较器为相同的比较器。
7、 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一警报信号和第二比较信号相同。
8、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当RF电源停用时以及在 每次RF电源变得激活之后的最初稳定期间，禁止所述第一比较器电路产生第 一警报信号。
9、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在等离子体腔室开始新的工件处理步骤时的预定延迟之后，所述采样控制 信号从所述第一状态改变至第二状态；以及 所述预定的延迟大于或等于0。
10、 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，在将新的工件转移进所述等离子体腔室之后在该等离子体腔室中启动等 离子体时的预定延迟之后，所述采样控制信号从所述第一状态改变至第二状 态；以及所述预定的延迟大于或等于0。
11、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述等离子体腔室内的化学或电气条件改变时的预定延迟之后，所述采 样控制信号从所述第一状态改变至第二状态；以及 所述预定的延迟大于或等于0。
12、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述RF电源不提供至少预定的功率电平时，所述采样控制信号采用第 一状态，并且当所述RF电源开始提供至少所述预定的功率电平时的预定延迟 之后，所述采样控制信号从第一状态改变至第二状态；以及所述预定的延迟大于或等于0。
13、 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述功率的预定电平为高到足以在等离子体腔室内执行等离子体工艺的 功率电平。
14、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频率控制信号和采样 控制信号为相同的电信号。
15、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，建立所述第一频率下限和第一频率上限，从而在紧接第一周期之后，在等离子体腔室内单一工件的处理期间，RF电源的频率保持在第一频率下限和第 一频率上限之间。
16、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，建立所述第一频率下限和第一频率上限，从而在紧接第一周期之后，在等 离子体腔室中执行单一工艺步骤期间，RF电源的频率保持在第一频率下限和 第一频率上限之间。
17、 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，建立所述第二频率下限和第二频率上限，从而在等离子体腔室的正常操作 期间，RF电源的频率保持在第二频率下限和第二频率上限之间。
18、 一种当变频RF电源向等离子体腔室内的异常RF阻抗提供RF功率 时发出信号的方法，包括下述步骤提供具有采样输入端、控制输入端以及输出端的采样保持电路； 将频率控制信号与采样输入端耦合，所述频率控制信号表示由RF电源所提供的RF功率的频率；将采样控制信号与控制输入端耦合，所述采样控制信号至少具有第一状态和第二状态；当所述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 采样控制电路的输出端保持最近时间的频率控制信号值；响应于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，从而使 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所 表示的频率；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重复 比较，以确定由频率控制信号表示的频率是否小于第一频率下限或者大于第一 频率上限；以及当所述比较步骤判断由所述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。
19、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述建立步骤包括 建立第一频率下限等于由所述采样保持电路的输出表示的频率与频率偏差的差值；以及建立第一频率上限等于由所述采样保持电路的输出表示的频率与所述频 率偏差的加和值。
20、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一歩包括以下步骤当由所述频率控制信号表示的频率小于第二频率下限或者大于第二频率上限时，产生第二警报信号；其中，所述第二频率下限和第二频率上限具有独立于所述采样保持电路的 输出的预定值。
21、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤 在所述等离子体腔室开始新的工件处理歩骤时的预定延迟后，将所述采样控制信号从第一状态改变至第二状态； 其中所述预定延迟大于或等于0。
22、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤在所述等离子腔室内的化学或电气条件改变时的预定延迟后，将所述采样控制信号从第一状态改变至第二状态； 其中所述预定的延迟大于或等于0。
23、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括下述步骤 当所述RF电源不提供至少预定的电平功率时，将所述采样控制信号设置为第一状态；以及当所述RF电源开始提供所速至少预定的电平功率时，在预定的延迟之后， 将所述采样控制信号从第一状态改变至第二状态； 其中所述预定的延迟大于或等于0。
24、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述频率控制信号和采 样控制信号为相同的电信号。
25、 一种在变频RF电源向等离子体腔室内的异常RF阻抗提供RF功率 时发出信号的方法，包括下述歩骤在等离子体腔室内提供等离子体； 提供频率控制信号；将来自RF电源的RF功率提供给等离子体，其中响应于该频率控制信号 的值，所述RF电源建立该RF功率的频率；响应于在所述等离子体和RF电源之间反映的RF功率而调节所述频率控 制信号的值；提供具有采样输入端、控制输入端和输出端的采样保持电路； 将所述频率控制信号与采样输入端耦合；将控制输入端与至少具有第一状态和第二状态的采样控制信号耦合； 当所述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该采样保持电路的输出端保持最近时间的频率控制信号的值；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；将由所述频率控制信号表示的频率与所述第一频率下限和第一频率上限 进行重复比较，以确定由所述频率控制信号表示的频率是否小于第一频率下限 或者大于第一频率上限；以及当所述比较步骤确定由所述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。
全文摘要
本发明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。
文档编号H05H1/24GK101155460SQ20071014578
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月5日 优先权日2006年9月21日
发明者崔寿永, 朴范秀, 约翰·M·怀特, 金宏顺, 霍夫曼·詹姆斯 申请人:应用材料股份有限公司