CN111926308B - 一种等离子体放电异常的处理方法 - Google Patents

一种等离子体放电异常的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子体放电异常的处理方法，其步骤包括：步骤S1：淀积工艺开始时，检测等离子体放电过程中输出电流Io是否超过最大电流设定值Imax，当Io＞Imax时，判断放电过程中有Imax电弧发生；若Io＜Imax，则继续比较Io是否超过电流设定值Ix，其中Ix＜Imax；步骤S2：当输出电流Io＞Ix时，同时需比较输出电压Uo是否超过电压设定值Ux；当Io＞Ix且Uo＜Ux时，判断放电过程中有U×I电弧发生；步骤S3：比较输出电压波动ΔU和设定值dU，当ΔU大于dU时，判断放电过程中有dU电弧发生。本发明具有原理简单、操作简便、自动化程度高、检测精度高、处理效果好等优点。

Description

一种等离子体放电异常的处理方法
技术领域
本发明主要涉及到等离子增强化学气相技术领域，特指一种等离子体放电异常的处理方法。
背景技术
PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是等离子增强化学气相技术的简称，是目前AlOx、SiONx、SiNx等薄膜制备的一种主要技术。其原理是：反应气体中的电子在外电场中加速获得能量与反应气体发生初级反应，使得气体分子电离分解，从而形成等离子体。等离子体中大量的化学活性的离子、中性原子和分子生成物向薄膜生长表面输运，同时互相之间发生次级反应。到达薄膜生长表面的各种初级反应产物和次级反应产物被衬底吸附，并与表面发生反应，同时其他产物释放出去，最终形成薄膜。
在淀积工艺等离子体放电过程中会因短路产生电弧，电弧可能会造成基片的卡点烧焦以及工艺结束时膜厚不足等问题。为避免短路，现有的解决方法是监控电源的放电功率，通过功率来判断是否有短路。当功率偏差达到一定阈值，如功率偏差范围超过放电功率设定值的15％-45％，则判断有电弧发生，控制程序会进行报警处理从而停止当前淀积工艺运行。报警处理完毕后，现场工艺人员再根据经验手动设置需补充的淀积工艺时间，完成之前停止的淀积工艺。
以上现有控制程序通过功率偏差来判断是否发生电弧存在的方式存在以下缺点：
(1)功率偏差灵敏度不够，等到功率严重偏差时，基片卡点可能已经烧焦。
现有技术中控制程序仅设置淀积工艺放电时功率偏差报警功能，电源放电过程中有功率有偏差是正常的，并且功率偏差与打弧之间并没有强线性关系，有时候功率稳定，但是电弧会很多，有时候功率偏差较大，但电弧却不多。所以通过功率偏差来判断短路报警必须要功率偏差达到阈值并且持续了一段时间才能确保较大概率是放电短路，阈值若设置严苛则容易误判正常的偏差，影响生产效率，阈值若设置宽松则容易造成短路时间过长烧焦基片卡点。
(2)抑弧时损失的能量难以估算，一般都是依靠工艺人员的经验来估计补镀时间。
功率偏差与抑弧所损失的能量无强线性关系，无法通过功率偏差来计算出要补充的电离能量。现有技术中工艺人员只能通过经验值预估损失的能量从而手动补上抑弧损失的能量，既依赖经验又不够精确，经常会有补镀工艺膜厚不足的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、自动化程度高、检测精度高、处理效果好的等离子体放电异常的处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种等离子体放电异常的处理方法，其步骤包括：
步骤S1：淀积工艺开始时，检测等离子体放电过程中输出电流Io是否超过最大电流设定值Imax，当Io＞Imax时，判断放电过程中有Imax电弧发生；若Io＜Imax，则继续比较Io是否超过电流设定值Ix，其中Ix＜Imax；
步骤S2：当输出电流Io＞Ix时，同时需比较输出电压Uo是否超过电压设定值Ux；当Io＞Ix且Uo＜Ux时，判断放电过程中有U×I电弧发生；
步骤S3：比较输出电压波动ΔU和设定值dU，当ΔU大于dU时，判断放电过程中有dU电弧发生。
作为本发明方法的进一步改进：所述Imax设定值范围35-80A。
作为本发明方法的进一步改进：所述Ix设定值范围30-65A.
作为本发明方法的进一步改进：所述Ux设定值范围80-200V.
作为本发明方法的进一步改进：所述dU设定值范围15％U-45％U。
作为本发明方法的进一步改进：所述抑制处理Imax电弧时间T1、U×I电弧时间T2、dU电弧时间T3均为30-200us。
作为本发明方法的进一步改进：还包括判断放电过程中是否发生严重短路的步骤，即：当放电过程中有Imax电弧、U×I电弧发生时，自动统计其次数；当一定时间内电弧计数超过设定值Ax，即电弧增长率A＞Ax，进行报警处理，工艺停止；若A＜Ax，程序自动延长淀积工艺时间。Ax与放电功率、反应腔室压力等因素相关，根据具体情况Ax＝N1次/N2秒，N1取值150-1000次，N2取值1-10秒。
作为本发明方法的进一步改进：所述延长淀积工艺时间通过下式获取：
修正系数ξ*(Imax电弧计数*T1+U×I电弧计数*T2+dU电弧计数*T3)*(Ton+Toff)/Ton
上式中修正系数ξ取值0.8-1.2，Ton表示电源脉冲开启时间，Toff表示电源脉冲关闭时间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的等离子体放电异常的处理方法，原理简单、操作简便、自动化程度高、检测精度高、处理效果好，在控制程序中设置严格的电弧计数方法，若短时间内增长了大量的电弧计数，则说明淀积工艺放电时大概率发生严重短路，可直接停止工艺，防止卡点烧焦，较通过功率偏差判断更为快速与精准。若电弧计数未达到停止工艺判断标准，控制程序可以自动结合电源设定的抑弧参数，计算出抑弧所损失的能量，再换算成时间，通过延长工艺时间来保证基片沉积膜厚达到预想效果。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
控制程序中判定电弧的种类主要有三种，即Imax电弧、U×I电弧和dU电弧。
如图1所示，本发明的一种等离子体放电异常的处理方法，其步骤包括：
步骤S1：淀积工艺开始时，控制程序检测等离子体放电过程中输出电流Io是否超过最大电流设定值Imax，当Io＞Imax时，判断放电过程中有Imax电弧发生；若Io＜Imax，则继续比较Io是否超过电流设定值Ix，其中Ix＜Imax。
步骤S2：当输出电流Io＞Ix时，同时需比较输出电压Uo是否超过电压设定值Ux。当Io＞Ix且Uo＜Ux时，判断放电过程中有U×I电弧发生。
步骤S3：控制程序比较输出电压波动ΔU和设定值dU，当ΔU大于dU时，判断放电过程中有dU电弧发生。
作为较佳的实施例，本实例中根据淀积步工艺过程的气体流量、反应腔室内压力、放电功率、占空比等工艺参数，优选的Imax设定值范围35-80A，Ix设定值范围30-65A，Ux设定值范围80-200V，dU设定值范围15％U-45％U。抑制处理Imax电弧时间T1、U×I电弧时间T2、dU电弧时间T3为30-200us。
作为较佳的实施例，本实例中进一步包括判断放电过程中是否发生严重短路的步骤，即：根据上述描述，当放电过程中有Imax电弧、U×I电弧发生时，控制程序自动统计其次数；当一定时间内电弧计数超过设定值Ax，即电弧增长率A＞Ax，程序进行报警处理，工艺停止。若A＜Ax，程序自动延长淀积工艺时间。Ax与放电功率、反应腔室压力等因素相关，根据具体情况Ax＝N1次/N2秒，N1取值150-1000次，N2取值1-10秒。
进一步，本发明提供了获取延长淀积工艺时间的方法，即：
修正系数ξ*(Imax电弧计数*T1+U×I电弧计数*T2+dU电弧计数*T3)*(Ton+Toff)/Ton
上式中修正系数ξ取值0.8-1.2，Ton表示电源脉冲开启时间，Toff表示电源脉冲关闭时间。
对于判断短路的话，目前是用到Imax电弧和U×I电弧，但是放电参数(如功率、占空比、压力)不同，硅片大小不同等判断标准就会不同，其判断核心就是一方面要兼顾生产效率，另一方面要减少漏判。
通过采用本发明的上述处理方法，能够通过统计电弧计数方法，产生严重短路时直接报警处理停止工艺，可有效防止卡点烧焦；进一步通过统计电弧计数方法，控制程序通过延长淀积工艺时间的计算公式自动补镀，既提高了生产效率又保证了镀膜效果。
实施例一：
以166mm×166mm硅片为例，电源放电功率17500W，占空比Ton为4ms，Toff为80ms，反应腔室内压力220Pa，Imax设定值为75A，Ix设定值为50A，Ux设定值为200V，dU设定值40％。
当输出电流Io＞Imax，电源进行一次抑弧操作并计一次Imax电弧；当Io＞Ix且Uo＜Ux时，电源进行一次抑弧操作并计一次U×I电弧；当输出电压波动ΔU＞dU，电源进行一次抑弧操作并计一次dU电弧。
在一定时间内统计电弧计数中，Imax电弧增长率A1超过150次/4秒，U×I电弧增长率A2为400次/4秒则判断为严重短路进行报警处理，工艺停止。否则通过延长淀积工艺时间的计算公式进行自动补镀，保证镀膜最终效果。该实施例中T1＝T2＝150us，T3＝80us，修正系数0.98。
实施例二：
以210mm×210mm硅片为例，电源放电功率20000W，占空比Ton为5ms，Toff为80ms，反应腔室内压力230Pa，Imax设定值为80A，Ix设定值为55A，Ux设定值为220V，dU设定值40％。
当输出电流Io＞Imax，电源进行一次抑弧操作并计一次Imax电弧；当Io＞Ix且Uo＜Ux时，电源进行一次抑弧操作并一次U×I电弧；当输出电压波动ΔU＞dU，电源进行一次抑弧操作并计一次dU电弧。
在一定时间内统计电弧计数中，Imax电弧增长率A1超过180次/4秒，U×I电弧增长率A2为500次/4秒则判断为严重短路进行报警处理，工艺停止。否则通过延长淀积工艺时间的计算公式进行自动补镀，保证镀膜最终效果。该实施例中T1＝T2＝120us，T3＝60us，修正系数0.95。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种等离子体放电异常的处理方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S1：淀积工艺开始时，检测等离子体放电过程中输出电流Io是否超过最大电流设定值Imax，当Io＞Imax时，判断放电过程中有Imax电弧发生；若Io<Imax，则继续比较Io是否超过电流设定值Ix，其中Ix＜Imax；
步骤S2：当输出电流Io＞Ix时，同时需比较输出电压Uo是否超过电压设定值Ux；当Io＞Ix且Uo＜Ux时，判断放电过程中有U×I电弧发生；
步骤S3：比较输出电压波动ΔU和设定值dU，当ΔU大于dU时,判断放电过程中有dU电弧发生；
还包括判断放电过程中是否发生严重短路的步骤，即：当放电过程中有Imax电弧、U×I电弧发生时，自动统计其次数；当一定时间内电弧计数超过设定值Ax，即电弧增长率A>Ax，进行报警处理，工艺停止；若A<Ax，程序自动延长淀积工艺时间；
所述延长淀积工艺时间通过下式获取：
修正系数ξ*(Imax电弧计数*T1+U×I电弧计数*T2+dU电弧计数*T3)*(Ton+Toff)/Ton
上式中修正系数ξ取值0.8-1.2，Ton表示电源脉冲开启时间，Toff表示电源脉冲关闭时间；T1为Imax电弧时间，T2为U×I电弧时间、T3为dU电弧时间。
2.根据权利要求1所述的等离子体放电异常的处理方法，其特征在于，所述Imax设定值范围35-80A。
3.根据权利要求1所述的等离子体放电异常的处理方法，其特征在于，所述Ix设定值范围30-65A。
4.根据权利要求1所述的等离子体放电异常的处理方法，其特征在于，所述Ux设定值范围80-200V。
5.根据权利要求1所述的等离子体放电异常的处理方法，其特征在于，所述dU设定值范围15％U-45％U。
6.根据权利要求1所述的等离子体放电异常的处理方法，其特征在于，抑制处理Imax电弧时间T1、U×I电弧时间T2、dU电弧时间T3均为30-200us。
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