CN1280886C

CN1280886C - 频率调制终点侦测方法与应用该方法的制程设备

Info

Publication number: CN1280886C
Application number: CN 01110381
Authority: CN
Inventors: 李世琛
Original assignee: Winbond Electronics Corp
Current assignee: Winbond Electronics Corp
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: CN1379458A

Abstract

本发明提供一种频率调制(frequency modulated)终点侦测(endpoint detecting)方法及其制程设备。在正常状态下，控制装置的控制信号控制制程装置，制程装置进行制造过程时产生一制程信号。依据制程信号，以频率调制方式，输出与该控制信号同步的同步信号。依据控制信号与同步信号的关联性定义判断标准，所述判断标准是将同步信号或放大的同步信号和控制信号的振幅比值是否处于一定范围内作为判断标准。监测控制信号与制程信号，当控制信号与同步信号不合乎判断标准时的时间点为终点时间。本发明的侦测方法可以去除该制程信号中与该控制信号不同步的部分所造成的影响，能准确的寻找到该终点时间。

Description

频率调制终点侦测方法与应用该方法的制程设备

本发明是关于一种终点侦测方法与相关的制程设备，尤指一种以频率调制(frequency modulated)方式来寻找出一终点时间的方法以及相关的制程设备。

于半导体制造过程中，终点侦测方法是非常重要的。终点侦测方法的好坏，关系到制造过程时间的控制，也就关系到产品的品质。请参阅第1图，第1图为一种现有的制程设备。制程设备10包含有一制程装置12、一控制装置14以及一终点侦测装置16。制程装置12中可以进行所希望的一制造过程，并提供一制程信号(process signal，PS)。控制装置14提供制程装置12所需的能量以及开关等的控制信号(control signal，CS)，用以控制制程装置12。终点侦测装置16监测制程信号PS，依据一套终点侦测方法来判定制程装置12是否于合理的工作状态。当终点侦测装置16侦测到制程装置12的状态已经超出既定的判断标准，这个时间点即为终点时间，而终点侦测装置16就接着告知控制装置14，控制装置14做出相对应的动作，可能是停止制造过程，或是变换制造过程参数以进入下一步骤的制造过程。

譬如说，当制程设备10是一套等离子体蚀刻系统时，制程装置12可以是一个真空舱，控制装置14可以是提供真空舱的电源供应器，以提供RF等离子体电源以及一般电源，而终点侦测装置16侦测真空舱中因等离子体放电所产生的光强度信号。以光强度信号来判断真空舱中等离子体蚀刻状态。

一般而言，终点侦测方法是于制造过程进行了一段时间，进入稳定状态后才开始运用的，如此，可以避免因为制造过程刚刚开始的不稳定状态而导致误判。

大多数的已知的终点侦测方法是单纯的以监测制程装置12所产生的制程信号PS作为判断的依据。其中一种终点侦测方法是先平均一开始一段时间的制程信号PS作为一个标准平均值，然后将现在的制程信号PS与标准平均值做比较，来决定现在是否为终点时间。如第2图所示，先平均0到T_a时间的制程信号PS得到一个标准平均值I_a，如果现在的制程信号PS小于0.9I_a时就是终点时间。当然比较的方法有许多种的变化，以获得较佳的结果。然而像这样的终点侦测方法假定了制造过程的结果仅仅与制程装置12中的状态相关，所以只能适用于整个制程设备10是处在稳定状况的情形下。

虽然，在人为的控制之下，人都希望制程设备10是处在稳定的状况下，但是，往往会有许多的突发的噪声会影响到制程装置12中的状态。譬如说，控制装置14可能因为接地不良或零件老化等外在的因素而使制程装置12所得到的电源突然间产生了很大的降压或是升压(power surge)，那终点侦测装置16便容易将震荡的发生时间误判为终点时间，可能使整个制造过程过早停止。

另一种克服突发的噪声所导致的问题的方法是运用时间平均值的方法，利用现在的制程信号PS与先前一定数量的制程信号PS的平均值为比较的准则以降低噪声的影响。但是，这种方法相对的需要更长的一段的制造过程时间才能够判断到终点时间，也就是判断的时间点将会延后，这往往是许多的制造过程所不能接受的。

有鉴于此，本发明的主要目的，在于提供一种频率调制终点侦测方法与应用该方法的制程设备，能够在不增加制造过程时间的条件下，可以免除掉噪声的影响，而精确的寻找到终点时间。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种频率调制终点侦测方法，适用于寻找一制程装置进行中的一制造过程的终点时间，该侦测方法包含有：

于一既定正常状态下，以一控制装置提供一控制信号以控制该制程装置并进行该制造过程，该制程装置于进行该制造过程时产生一制程信号；

依据该制程信号，以一频率调制方式，输出一与该控制信号同步的同步信号；

依据该既定正常状态下的该控制信号与该同步信号的关联性定义一判断标准，所述判断标准是将同步信号或放大的同步信号和控制信号的振幅比值是否处于一定范围内作为判断标准；以及

监测该控制信号与该同步信号，当该控制信号与该同步信号不合乎该判断标准时的时间点即为该终点时间。

一种频率调制终点侦测方法的制程设备，包含有：

一控制装置，用以提供一控制信号；

一制程装置，受该控制信号控制以进行一制造过程，并产生一制程信号；以及

一终点侦测装置，包含有一滤波器或锁相放大器，依据该制程信号，以输出一与该控制信号同步的同步信号，该终点侦测装置用以监测该制程信号以及该控制信号，当该控制信号与该同步信号不合乎一判断标准时，即提供一终点信号与该控制装置，以变更该制程装置中的制造过程。

本发明相比现有技术具有如下优点：

根据上述的目的，本发明提出一种频率调制终点侦测方法，适用于寻找一制程装置进行中的一制造过程的终点时间。该侦测方法先于一既定正常状态下，以一控制装置提供一控制信号以控制该制程装置并进行该制造过程，该制程装置于进行该制造过程时产生一制程信号。接着，依据该制程信号，以一频率调制方式，输出一与该控制信号同步的同步信号。并依据该既定正常状态下的控制信号与同步信号的关联性定义一判断标准，所述判断标准是将同步信号或放大的同步信号和控制信号的振幅比值是否处于一定范围内作为判断标准。本发明的方法接着监测该控制信号与该制程信号，当该控制信号与该同步信号不合乎该判断标准时的时间点即为该终点时间。

再者，应用上述方法，本发明另提出一种制程设备，包含有一控制装置、一制程装置以及一终点侦测装置。该控制信号可以提供一控制信号。该制程装置受该控制信号控制以进行一制造过程，并产生一制程信号。该终点侦测装置中包含有滤波器或锁相放大器，依据该制程信号，以输出一与该控制信号同步的同步信号。该终点侦测装置，用以监测该制程信号以及该控制信号，当该控制信号与该同步信号不合乎一判断标准时，即提供一终点信号与该控制装置，以变更该制程装置中的制造过程。

本发明的优点在于可以滤除外在噪声的影响，因为外在噪声通常是与控制信号不同步，所以判断标准便可以免除掉外在噪声的影响，终点时间可以被精确的找到。就算控制信号受到外在噪声而有轻微变化，也可以应用简单的同步信号的振幅与控制信号的振幅的比例运算达到去除外在噪声的影响的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

第1图为一种现有的制程设备；

第2图为一种现有的终点侦测方法的示意图；

第3图为本发明的制程设备；

第4图为本发明的终点侦测方法的示意图；

第5图为第3图中的终点侦测装置的第一种实施例；以及

第6图为第3图中的终点侦测装置的第二种实施例。

符号说明：

10、30~制程设备；12、32~制程装置；14、34~控制装置；16、36~终点侦测装置；38~RF电源；40~等离子体浓度；42~光强度信号；46~固定频率噪声；48~随机噪声；50~滤波器；52~判断电路；54~锁相放大器。

请参阅第3图，第3图为本发明的制程设备。本发明提出一种制程设备30，包含有一制程装置32、一控制装置34以及一终点侦测装置36。制程装置32用以进行一制造过程，并产生一制程信号PS。控制装置34提供一控制信号CS与制程装置32，用以控制制造过程。终点侦测装置36中含有滤波器或锁相放大器，依据制程信号，以输出一与控制信号同步的同步信号。终点侦测装置36用以监测制程信号PS以及控制信号CS，当控制信号CS与同步信号不合乎一判断标准时，即提供一终点信号SS与控制装置34，以变更制程装置32中的制造过程，所述判断标准是将同步信号或放大的同步信号和控制信号的振幅比值是否处于一定范围内作为判断标准。

本发明的终点侦测方法的精神，在于除了监测制程装置32所产生的制程信号PS外，并且同时监测控制装置34所提供的控制信号CS，然后才去判断制程装置32中的状态。以频率响应(frequency response)的观念而言，制程信号PS中一定包含有与控制信号CS同步的同步信号。如果控制信号CS、制程装置32的脉冲响应以及同步信号分别以x(t)、h(t)以及y(t)表示，则彼此的关系可以下列第1式来表示。

y(t)＝h(t)conv x(t) ----------(1)

以频率领域(frequency domain)表示则变成

Y(f)＝H(f)*X(f) ----------(2)

本发明的终点侦测方法即是监测控制信号x(t)以及同步信号y(t)，借此得到制程装置32的脉冲响应H(t)，也就是制程装置32的状态，然后找出终点时间。如果控制信号x(t)是以一个固定的第一频率w₁发送，那同步信号y(t)的频率必定等于第一频率w₁或第一频率w₁的整数倍。因此，可以用一滤波器来滤除同步信号y(t)之外的制程信号PS。也就是说，制程信号PS中一些因为外在噪声所导致的不同频率的信号将被滤除，所以本发明的终点侦测方法将不受到外在噪声所影响而误判。就算控制信号x(t)受到外在噪声而变化，然而制程装置32的脉冲响应H(t)的判断是由同步信号y(t)与控制信号x(t)而获得，所以并不会随着控制信号x(t)的大小而改变，可以很明确的代表制程装置32的状态。

为了说明上的方便，在此以一套等离子体蚀刻系统来当作制程设备30来说明本发明的终点侦测方法。制程装置32可以是一个真空舱，控制装置34可以是提供真空舱的电源供应器，电源供应器提供了13.56MHz的射频(RF)电源(控制信号CS)给真空舱，用来使真空舱产生等离子体。而终点侦测装置36侦测真空舱中因等离子体放电所产生的光强度信号(制程信号PS)，来判断真空舱中等离子体蚀刻状态。请参阅第4图，第4图为本发明的终点侦测方法的示意图。虚线的正弦波表示RF电源38的电压变化，频率为13.56MHz。而真空舱中的等离子体浓度40以及光强度信号42都大约与RF电源38的电压绝度值成正比，所以也同步的增减，频率均为13.56*2MHz。当然，制程设备30会有不同频率的其它电源供应，所以会产生一些固定频率噪声46，如第4图中的方波所示，也有一些随机噪声48的发生，均会对光强度信号有轻微的影响。但是，因为不同频率的关系，固定频率噪声46以及随机噪声48对光强度信号的贡献会被滤除，所以并不会对终点时间的判断造成影响。

请参阅第5图，第5图为第3图中的终点侦测装置的第一种实施例。终点侦测装置36中可以包含一个滤波器50(同步信号产生器)以及一个判断电路52。滤波器50可以设定为滤除同步信号外的制程信号PS，判断电路52依据一判断标准而发送终点信号SS。如果控制信号CS以一第一频率ω₁发送，则同步信号将以第一频率ω₁的整数倍的第二频率ω₂发送。也就是说。滤波器50可以滤除制程信号PS中第二频率ω₂之外的部分，仅仅保留同步信号。控制信号CS包含有第一振幅A₁以及一第一相位角θ₁，同步信号包含有一第二振幅A₂以及一第二相位角θ₂。而判断标准为第一振幅A₁、第一相位角θ₁、第二振幅A₂以及第二相位角θ₂彼此的关联性。譬如说，当第一相位角θ₁与该第二相位角θ₂相差一预定值时，第一振幅A₁与第二振幅A₂的比值要于一定范围内。第一相位角θ₁与第二相位角θ₂的差异值表示时间的延迟，这可以由实验或经验获得。如果第一振幅A₁与第二振幅A₂的比值超过计定范围，则判断电路52就发送终点信号SS，表示现在即为终点时间。

请参阅第6图，第6图为第3图中的终点侦测装置的第二种实施例。终点侦测装置36包含有一锁相放大器(lock-in-amplifier)54(即是同步信号产生器)以及一判断电路52。锁相放大器54运用相位的侦测来改善信号噪声比(signal-to-noise ratio，S/N)。锁相放大器54以控制信号CS的第一频率为调制频率，在一预定的相位差下，用以放大制程信号PS中与控制信号CS同步的部分，以输出一同步信号。相位差表示时间的延迟，这可以由实验获得。如此，制程信号PS中与控制信号CS不同步的部分，也就是噪声，便被滤除。如果放大的同步信号中的第二振幅A₂与控制信号CS的第一振幅A₁的比值不在一定范围内，则判断电路52就发送终点信号SS，表示现在即为终点时间。

本发明的控制信号CS可以是任何会影响制程装置状态的电源或信号，所以第一频率ω₁并不限定于13.56MHz，控制信号CS可以随着机台等离子体源(plasma source)以及信号灵敏度的考量而选择。

相较于现有的终点侦测方法，本发明同时以控制信号CS以及制程信号PS作为终点时间的判断，并且，本发明更提出了滤除制程信号PS中噪声所造成的影响的方法，所以可以精确的找到终止时间。也就是说，可以对制造过程时间达到良好的控制。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求并结合说明书及附图为准。

Claims

1.一种频率调制终点侦测方法，适用于寻找一制程装置进行中的一制造过程的终点时间，其特征是：该侦测方法包含有：

2.如权利要求1所述的频率调制终点侦测方法，其特征是：该控制信号包含有一第一振幅以及一第一相位角，该同步信号包含有一第二振幅以及一第二相位角，而该判断标准为该第一振幅、第一相位角、第二振幅以及第二相位角彼此的关联性。

3.如权利要求2所述的频率调制终点侦测方法，其特征是：该判断标准包含有：

该第一相位角与该第二相位角相差一预定值时，该第一振幅与该第二振幅的比值于一定范围内。

4.如权利要求1所述的频率调制终点侦测方法，其特征是：该制程装置为一等离子体制程装置。

5.如权利要求1所述的频率调制终点侦测方法，其特征是：该制造过程为一等离子体蚀刻制造过程。

6.如权利要求1所述的频率调制终点侦测方法，其特征是：该控制信号为该控制装置所提供的等离子体电源，而该等离子体电源是以一第一频率发送。

7.如权利要求6所述的频率调制终点侦测方法，其特征是：该第一频率为13.56MHz。

8.如权利要求1所述的频率调制终点侦测方法，其特征是：该制程装置包含有一真空舱，而该制程信号为于该真空舱进行一等离子体制造过程时，因等离子体放电所产生的一光强度信号。

9.一种频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该制程设备包含有：

一控制装置，用以提供一控制信号；

一终点侦测装置，包含有滤波器或锁相放大器，依据该制程信号，以输出一与该控制信号同步的同步信号，该终点侦测装置用以监测该制程信号以及该控制信号，当该控制信号与该同步信号不合乎一判断标准时，即提供一终点信号与该控制装置，以变更该制程装置中的制造过程，且所述判断标准是将同步信号或放大的同步信号和控制信号的振幅比值是否处于一定范围内作为判断标准。

10.如权利要求9频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该控制信号包含有一第一振幅以及一第一相位角，该同步信号包含有一第二振幅以及一第二相位角，而该判断标准为当该第一相位角与该第二相位角相差一预定值时，该第一振幅与该第二振幅的比值于一定范围内。

11.如权利要求9频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该同步信号产生器为一锁相放大器，其依据一预定的相位差，用以放大该制程信号中与该控制信号同步的部分，以输出一同步信号。

12.如权利要求11频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该控制信号包含有一第一振幅，该同步信号包含有一第二振幅，而该判断标准为该第二振幅与该第一振幅的比值必须于一定范围内。

13.如权利要求9频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该同步信号产生器为一滤波器，用以滤除该制程信号中与该控制信号不同步的部分以输出一同步信号。

14.如权利要求9频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该制程装置为一等离子体制程装置。

15.如权利要求9频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该制造过程为一等离子体蚀刻制造过程。

16.如权利要求9频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该控制信号为该控制装置所提供的等离子体电源，该等离子体电源是以一第一频率发送。

17.如权利要求16频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该第一频率为13.56MHz。

18.如权利要求9频率调制终点侦测方法的制程设备，其特征是：该制程装置包含有一真空舱，而该制程信号为于真空舱进行一等离子体制造过程时，因等离子体放电所产生的一光强度信号。