CN1672252A - 等离子体处理系统中的整合阶梯式统计过程控制 - Google Patents

Abstract

一种自动程序控制系统，用于控制具有用于处理衬底的室的等离子体处理系统。该自动程序控制系统包括在所述室内设置的第一传感器，该第一传感器用于进行与第一参数有关的第一组测量，该第一参数与至少部分设置在所述室内的结构有关。在处理该衬底期间执行第一组测量。自动程序控制系统还包括第一逻辑电路，被耦合以接收来自第一传感器的第一组测量结果。第一逻辑电路用于在处理期间使用SPC方法分析该第一组测量结果。自动程序控制系统还包括第二逻辑电路，被耦合以接收来自第一逻辑电路的第一信号，该第二逻辑电路用于在该第一信号表示该处理有错误的情况下，在完成所述处理之前则停止进行处理。

Description

等离子体处理系统中的整合阶梯式统计过程控制

技术领域

本发明涉及用于提高在衬底上制造集成电路的效率的设备和方法，这种衬底例如在IC制造中使用的半导体衬底或在平板显示器制造中使用的玻璃板。具体而言，本发明涉及将阶梯式统计处理功能整合到等离子体处理系统环境中的设备和方法，以使制造、安装、检验(qualifying)、维护、和/或升级等离子体处理系统更有效。

背景技术

等离子体处理系统已使用了相当一段时间。这些年来，已经在不同程度上引入并采用了使用感应耦合等离子体源、电子回旋共振(electron cyclotron resonance，缩写为ECR)源、电容源、和类似物等的离子体处理系统，以处理半导体衬底和玻璃板。在处理期间，典型地采用多个沉积和/或蚀刻步骤。在沉积期间，将材料沉积到衬底表面(例如玻璃板或晶片表面)上。例如，包含各种形式的硅、二氧化硅、金属、和类似物的沉积层可在衬底表面上形成。相反，可采用蚀刻来有选择地从衬底表面上的预定区域去除材料。例如，可在衬底的各层中形成例如通孔、触点、或沟槽等蚀刻特征。在沉积和蚀刻应用中，可执行多个步骤，以在一个或多个层中获得材料的适当沉积和/或可接受的蚀刻特性。

当集成电路变得更复杂且其操作速度提高时，电路设计者将更大数目的器件(例如晶体管、电阻器、电容器、和类似物等)封装到衬底上的更小的区域内。并且，为了获得更高的速度，电路设计者频繁地利用特殊并昂贵的材料来沉积和/或蚀刻用于形成最终的IC的层。为了满足这些需要，就制造和操作而言，等离子体处理系统也变得很复杂和昂贵。

在半导体工业中，给定等离子体处理系统的所有权成本(thecost of ownership，销售成本)对于等离子体设备出售者和IC制造者都是主要问题。简单地讲，就获得和操作每单位产品(例如，成功处理的每个衬底)的等离子体处理系统所花费的时间、劳动强度、和金钱而言，给定等离子体处理系统的所有权成本可视作成本。

对于设备出售者，降低所有权成本的一种方式是减少与制造、安装、和检验用于生产的等离子体处理系统有关的时间和劳动强度。例如，设备出售者努力使生产满足特定系统规格的等离子体处理系统所需要的时间和劳动强度最小。在安装过程中，设备出售者也试图使在将所制造的等离子体处理设备的各个部件安装到客户位置处的工作单元中涉及的时间和劳动强度最小。在检验过程中，设备出售者努力使确保所安装的等离子体处理系统能满意地执行客户/IC制造者所需要的特定过程所需要的时间和劳动强度最小。通过减少制造、安装、和检验用于生产的等离子体处理系统所需要的时间和劳动强度，设备出售者能降低系统获得成本，且能够将所节约的成本的一些或全部传递给其客户(即，购买用于制造IC的等离子体系统的IC制造者)，从而降低了等离子体处理系统的所有权成本。

在将给定等离子体处理系统投入生产使用后，进一步降低等离子体处理系统的所有权成本的一种方式是提高产量，即，提高任一给定时间段成功处理的衬底的数量。在此方法中，将获得等离子体处理系统的成本视作沉入成本(sunk cost)，且如果能优化该等离子体处理系统，以每单位时间制造更大量的商业上可接受的已处理衬底，则降低了制造每个商业上可接受的已处理衬底的实际成本。

进一步降低所有权成本的另一方式是提高等离子体处理系统的使用，例如，通过使系统不生产进行维护和/或升级的时间最小以便可使用系统在百分比更大的时间内进行生产。由于与例如清洁等离子体处理室、诊断和更换破损部分、和为随后的生产使用进行维护后重新检验系统的过程是非常耗时的，所以维护是个大问题。在某种意义上，使等离子体处理系统保持情况良好和使IC瑕疵数最小的某种维护是不可避免的。然而，不必要的维护不必要地减少了采用给定系统进行生产的时间。更糟的是，对某些系统的不正确的维护步骤和/或间隔可导致对等离子体处理系统的严重损坏和/或损坏很多昂贵的衬底。

在计量学中，设备出售者和类似的IC制造者检查已处理的衬底，以寻找不可接受的瑕疵，并将从这样的检查得到的信息作为制造、安装、检验、操作、和升级过程中的反馈。例如，可作为系统制造过程的一部分对一个或多个衬底进行处理，以使得设备出售者能检查已处理的衬底，和确定所制造的等离子体处理系统是否复合预定的系统规格。又例如，在将所制造的等离子体处理系统的各个部件运送到客户位置并重新安装后，可在其中处理一个或多个衬底，且可检查已处理的衬底，以确定等离子体处理系统是否已经正确地安装在客户位置。再例如，在特定过程方法的检验周期中，可处理一个或多个衬底，以使得程序工程师能确定等离子体处理系统是否能令人满意地符合预定系统规格。如果衬底显示不可接受的瑕疵等级，则可约请专家来检修等离子体系统和处理衬底的周期，且可继续检查已处理的衬底，根据从已处理的衬底得到的数据检修等离子体处理系统，直到使等离子体处理系统符合规格并认为对生产使用是满意的为止。

尽管已处理的衬底可供给在等离子体处理系统的制造、安装、和检验中有用的某些数据，但是仍存在与主要依赖于衬底数据来指导制造、安装、和检验过程的缺点。例如，如果一过程包括多个步骤，每个步骤都具有自己的气体混合物、气体压力、RF电压和动力调整、和持续时间，则通过检查后加工的衬底，难以准确地确定，哪个步骤中的哪个参数不符合规格，从而可能是瑕疵源。在计量学中，人们可回头查阅日志文件来获得更多的信息，但是此过程不是整合的，且在发现问题之前需要一个或多个晶片生产(且可能生产一个或多个晶片)。

并且，处理衬底、检查已处理的衬底、和根据从已处理的衬底获得的数据检修等离子体处理系统的整个周期可花费大量时间。如果需要多个周期来纠正制造、安装、或检验问题，则多个周期时间增加了使等离子体处理系统在生产线上进行生产所需要的总时间和劳动强度，从而即使在产生单个IC之前，也造成所有权成本较高。

一旦将等离子体处理系统置于生产中，就周期性地检查由等离子体处理系统输出的已处理衬底，以获得关于系统性能的信息。尽管设备制造者试图在问题出现之前创建清洁和/或更换部件的维护时间表，但有时仍会发生设备故障。由于原衬底、已处理衬底、和等离子体处理系统都是昂贵的，所以促使IC制造者尽可能迅速地检测故障，使对衬底和/或等离子体系统的其它子系统的进一步的损害最小，并纠正已发现的故障，使等离子体处理系统迅速恢复在线。

在典型的情况下，一旦确定已处理的衬底包含不可接受的大量瑕疵，则可约请专家来检修等离子体处理系统。有经验的专家根据其经验和从有瑕疵的衬底获得的数据，能相当精确地猜到可能的瑕疵源，并执行适当的维护步骤来解决这些可能的缺陷源。一旦执行了维护步骤，则可处理一个或多个衬底，且可再次检查输出衬底，以确定是否已经纠正了瑕疵。如果它们继续存在，则可执行其它维护步骤，且可处理其它衬底，以再次确定是否已经纠正了瑕疵。

有时，IC制造者和/或系统出售者可能希望升级等离子体处理系统的硬件和/或软件，以解决问题或提高系统能力。一旦安装了新硬件和/或软件，通常，通过最新升级的等离子体处理系统生产一批或多批衬底，以检查已处理的衬底，确保升级的等离子体处理系统如所设计的那样工作。

再者，尽管已处理的衬底能提供在监控在安装的和/或升级的等离子体处理系统中IC的生产中有用的某些数据，也存在与主要依赖于衬底数据来指导等离子体处理系统的操作和/或维护有关的缺点。如前面的实例中所讨论的，如果过程涉及多个步骤，每个步骤都具有自己的气体混合物、气体压力、RF电压和动力调整、和持续时间，则通过检查后加工的衬底，难以准确地确定，哪个步骤中的哪个参数不符合规格，从而可能是瑕疵源。并且，处理衬底、检查已处理的衬底、和根据从已处理的衬底获得的数据检修等离子体处理系统可能花费大量时间。如果需要多个周期，则多个周期时间增加了修复故障和使等离子体处理系统恢复在线进行生产使用所需要的总时间和劳动强度，从而造成每个成功处理的衬底的平均成本更高。

鉴于上述，提供了一种理想的改进设备和方法，用于提高制造、安装、检验、操作、维护、和/或升级等离子体处理系统的过程中的效率。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种用于控制具有室的等离子体处理系统，该室用于处理衬底。该方法包括在室内设置第一传感器，该第一传感器用于在处理期间监控室内的第一参数和用于输出第一数据。该方法还包括提供用于分析从传感器获得的第一数据的逻辑电路，该分析在处理期间执行。如果第一数据表示处理有错误，则该方法包括输出响应于该分析的第一信号。

在另一实施例中，本发明涉及用于控制具有室的等离子体处理系统的自动程序控制系统，该室用于处理衬底。自动程序控制系统包括设置在室中的第一传感器，该第一传感器用于对与至少部分设置在室内的结构有关的第一参数进行第一组测量。在处理衬底期间执行第一组测量。自动程序控制系统还包括逻辑电路，该逻辑电路被耦合以接收来自第一传感器的第一组测量结果。第一逻辑电路用于在处理期间分析第一组测量结果。也包括第二逻辑电路，该逻辑电路被耦合以接收来自第一传感器的第一信号，且如果第一信号表示处理有错误，则在完成处理之前停止处理。

下面将结合附图和本发明的详细描述更详细地描述本发明的这些和其它特点。

附图说明

实施例用于说明本发明，并非对本发明进行不当的限制，在附图中，相同标号表示相同的部件，其中：

图1是描述现有技术如何使用统计过程控制(SPC)的现有技术示意图。

图2A是简化图，示出了根据本发明的一个方面，在制造、安装、检验、操作、维护、和升级过程中，SPC到各个步骤的整合阶梯式应用。

图2B是简化图，示出了根据本发明的一方面，SPC到生产流程的各个步骤的整合阶梯式应用。

图3示出了根据本发明的一方面的用于改进的自动控制系统(ACS)的逻辑电路图，该ACS与本发明的IS-SPC整合在一起。

图4A至图4C示出用于IS-SPC使用的三个典型测试方法以及期望值的不同表格。

图5示出了根据本发明的一个实施例，数据收集是如何在采用IS-SPC的等离子体处理系统中执行的示意图。

具体实施方式

现在将参看在附图中示出的根据本发明的多个优选实施例详细描述本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，对本领域技术人员而言显而易见的是，本发明没有这些具体细节的一些或全部也可实施。在其它实例下，为了避免不必要地模糊本发明，没有详细描述众所周知的过程步骤和/或结构。

为了便于讨论本发明的优点，图1示出了描述现有技术中如何使用统计过程控制(statistical process control，缩写为SPC)的现有技术示意图。一般而言，SPC在现有技术中应用于后生产衬底和伴随后生产衬底的数据日志文件。参看图1，示出了衬底102、104、和110，表示大量衬底中的多个衬底。衬底102、104、和110通常是所生产的晶片，将在等离子体系统112中进行处理，以产生处理过的衬底122、124、和130。随后利用处理过的衬底122、124、和130产生所完成的IC或平板产品。数据日志文件140作为衬底处理部分产生。

在典型的现有技术实例中，将SPC应用于数据日志文件140，在处理每组衬底(其可具有10、20、或50个衬底)后输出该数据日志文件140。在某些切割边缘的现有技术系统中，在通过等离子体处理系统112完成每个衬底的处理时，甚至可以一个衬底接一个衬底地执行SPC。通过检查后生产衬底，可能确定处理过的衬底是否包含数量不可接受的瑕疵。如果检测到数量不可接受的瑕疵，则可检查后生产数据日志文件，以更好地理解瑕疵的原因。

如所述的，在理想情况下，有经验的专家能十分迅速地减少造成瑕疵的原因，并能采取适当的纠正措施，例如适当的维护步骤或某些子系统的更换。一旦采取了纠正措施，则处理新的生产衬底，并再次检查处理过的衬底以及其数据日志文件，以确定是否已经纠正问题。如果问题继续存在，则可采取其它纠正措施，且在整个周期重复，直到问题得到矫正。

这里，本发明人已观察到，现有技术方法具有某些固有的缺点。例如，在后生产数据日志文件和后生产衬底上整合SPC系统对于IC制造者来说通常是漫长而艰难的过程。一旦运送、安装、和检验等离子体处理系统，则客户/IC制造者必须处理足够多的样本衬底，以产生足够多的参考数据，从而对后生产衬底和数据日志文件执行SPC系统。并且，由于在后生产数据上执行SPC系统需要使用经过培训的员工来实现适当的计算环境、管理数据库、以及操纵过程方法以获得必要数据，并将数据日志文件与SPC系统整合在一起，所以即使已经证明等离子体处理系统对于生产是合格的，也通常需要大量等待时间和劳动强度来实现附加SPC系统。对于客户/IC制造者而言，由于上述计算环境的实现、数据库的管理、和将SPC与日志文件输出整合一般不是IC制造者的核心能力，所以负担是相当重的。

更重要地，由于现有技术在后产生数据上应用SPC，所以如果在处理一个衬底或许多或一批衬底时存在问题，则这种问题直到下一次将SPC应用于后产生衬底或数据时才被检测到。根据SPC在现有技术中是每隔多久就被应用的，这可导致在检测到问题之前一个、一打、多打生产晶片被损坏。由于生产晶片、用于其处理的处理气体、以及等离子体系统运行时间是昂贵的，所以现有技术方法还有很多有待改进之处。

并且，即使现有技术在完成每个衬底的处理后以衬底为基础应用SPC，后生产SPC方法意味着至少一个衬底将必须通过有缺陷的处理周期，从而在检测到问题之前被损坏。由于生产晶片是昂贵的，所以即使毁坏一个生产晶片也是不希望的。再者，如果问题在处理周期中一个较早的步骤中出现，则直到完成整个处理周期这种问题才被现有技术后生产SPC方法检测到。如半导体工业中的技术人员所理解的，现有技术中检测和消除生产问题所需要的长周期时间是非常不利的。

更进一步，如果允许过程继续直到完成，则给定子系统所存在的问题可能导致对其它子系统造成进一步的损害。这是因为，等离子体处理涉及腐蚀性非常强的气体、经常是高密度等离子体、以及非常高的电压和RF功率电平。因此，如果没有及时停止处理，则一个子系统的故障可能对其它子系统产生多米诺效应。

和将SPC应用于后生产衬底或数据的现有技术方法相比，图2A是根据本发明的一个方面的简化图，示出在制造、安装、检验、操作、维护、和升级工艺期间将SPC整合阶梯式应用于各个步骤。为了提高数据粒度，本发明人认识到，SPC的阶梯式应用应优选与用于等离子体处理系统自身的自动控制系统整合在一起。这与经由独立于等离子体处理系统的自动控制机构的附加SPC系统将SPC应用于输出衬底/数据的现有技术方法大不相同。

作为术语在本文中使用时，统计分析或统计过程控制(statisticalprocess control，SPC)是指对所测得的参数或其导出物或所测量的一组参数的统计行为进行分析，并将这种行为与具有历史统计限制的行为进行比较。这样的统计分析或SPC可产生关于所测得的参数是否在可接受的范围内或特定子系统或系统是否显示出表示特定处理状态或表示故障或其它问题的行为或趋势。

SPC的整合阶梯式应用在一方面涉及在为了与预定规格一致而测试室的工艺期间或在处理测试衬底或生产衬底期间对感兴趣的各种参数以高粒度实时或接近实时或大致连续或周期性地进行记录和统计分析。举例来说可使用设置在室中的一个或多个传感器执行记录，同时举例来说可使用适当的计算电路或计算机系统执行统计分析。

在为了一致性测试室的情形下，不涉及衬底，但是可以一定的方式训练等离子体处理系统的各个子系统，以使用SPC方法记录和统计分析相关参数。在处理测试衬底的情形下，非生产衬底(其中该衬底是用来降低成本的坯料衬底或便于有效和/或精确测量的特定衬底)通过等离子体系统进行处理。对比是生产衬底的处理，这涉及使用生产衬底来产生在生产完成的IC或平板产品中使用的加工过的衬底。

SPC的阶梯式应用是指大致实时或数据被记录后不久使用SPC方法对参数数据记录和统计分析，以迅速确定所测得的参数是否在允许容差内。与其中随着处理周期的结束而获得生产数据日志文件然后将该生产数据日志文件进行统计分析的现有技术方法相比，SPC的阶梯式应用确保了所测得的参数数据在处理期间(优选在其中发生测量的相同处理步骤期间)被统计分析，以提高数据粒度，并使控制系统能与之整合，及时采取行动，以防止对衬底造成不必要的损害或对等离子体处理系统造成潜在损坏。在优选实施例中，在每个处理步骤期间对每个参数进行多次测量，且在进行每个测量后优选实时或接近实时执行统计分析。

整合是指将阶梯式SPC系统嵌入或结合到等离子体处理系统的自动控制机构中。通过将SPC功能整合到系统的自动控制系统中，可能使用阶梯式SPC系统的输出来控制等离子体处理系统的操作(例如，如果检测到所测得的一个参数具有严重问题，则在处理周期中间立即停止处理)。相反，也可能和/或使用特定方法操纵控制系统，以提高数据收集和统计分析的效率和/或精度。并且，将SPC功能整合到控制系统中减轻了客户/IC制造者获得SPC和统计分析的负担、获得分离的SPC的负担、和与现有技术中所获得的相同将SPC系统与后生产数据日志文件整合的负担。

再参看图2A，在等离子体处理系统的制造工艺期间，可应用整合到等离子体处理系统的控制系统中的本发明的IS-SPC。这里，即使在撞击任何等离子体或进行任何工艺之前，可测量子系统和得出测量结果，以建立基线数据库和/或测试与预定规格一致的各种子系统。在测试期间，在每个处理步骤期间，传感器优选多次测量与每个测得的参数有关的各种统计元素。例如，可打开气体处理压力系统，以测量各种气体压力的平均值、最大值、最小值、标准偏差等。再例如，可接着打开氦冷却系统，以测量与箝位电压、氦流、氦压力、漏流、冷却期间的晶片问题等有关的响应。又例如，可接着打开RF系统，以测量前向RF功率、反射的RF功率、RF匹配调谐位置等。当然，这里提到的顺序仅为示范性的，为了测量参数数据，其它执行顺序无疑也是可能的。

重要的是指出，以阶梯式方式记录参数数据并对其进行统计分析，从而，如果在任何步骤中检测到任何测量的参数有统计学上重要的偏差，则可立即停止处理，以消除发现的问题。由于本发明的IS-SPC方法与系统的自动控制系统整合，可以为有效的和/或精确的统计测量定制的方式单独训练子系统，且更容易停止处理，以分离问题源，且甚至在单个衬底被处理和/或可能被浪费之前立即解决问题。

一旦等离子体处理系统经过没有等离子体的测试，则可接着撞击等离子体，以便于随着开启等离子体而进行参数数据测量和统计分析。根据一个实施例，可使用设计为便于对相关参数进行有效和精确的记录和统计分析的一个或多个测试方法处理一个或多个测试衬底。由于本发明的IS-SPC与系统的自动控制系统整合，所以不需要限制对生产衬底和生产方法的处理。因此，整合有利地允许系统制造者以自动并简化的方式利用与测试衬底和/或测试方法有关的特定特征，以探测测试下的等离子体处理系统的限制。

所收集和统计分析的参数数据可允许系统制造者开发等离子体系统到其它处理的应用，而不是简单地测试正在进行的处理的适合性。例如，这允许系统制造者平衡一个等离子体处理系统到多个市场的开发投资。并且，测试衬底可能比生产衬底便宜得多。另一方面，系统制造者也可根据需要在IS-SPC测试期间采用生产衬底和生产方法。

系统制造者通常在制造期间建立用于各个相关参数的基线数据库。所述基线数据库包括可接受的系统性能的期望的数据范围，且可为测试衬底/方法组合或生产衬底/方法组合而产生。对于每个数据参数，提供了各种期望的统计元素(即，平均值、中值、最大值、最小值、上警戒线、下警戒线等)。基线数据库也可包括专业知识信息，允许SPC逻辑电路迅速诊断故障。例如，在出故障的RF电源的反射的RF功率信号特征中观察到的特定图案可在制造工艺期间被记录，并在基线数据库中被提供，以允许SPC逻辑电路在生产期间迅速诊断电源已经出故障。

可在确保安装正确的安装工艺期间、在随后的检验、生产、维护、和升级工艺中使用基线数据库。一般而言，控制整合IS-SPC逻辑电路或算法、测试衬底、伴随测试衬底的特定方法、和/或用于测试衬底/方法组合或用于生产衬底/方法组合的基线数据库可被系统制造者装成打包，用于随后的安装、检验、生产、维护、和升级工艺中。

在安装期间，如图2A中所示再次使用IS-SPC。在安装工艺中，使用用于测试衬底/方法组合的基线数据库或用于生产衬底/方法组合的基线数据库，以阶梯式方式再次测量参数数据并对其进行统计分析，以确保安装工艺是正确的。由于以大致实时的方式或在以阶梯式方式记录后单独测量参数并根据所提供的基线数据库对其进行统计分析，所以当训练每个子系统时，执行安装的工程师能迅速地检测到问题，并分离发现的任何问题源。

在很多情形下，无需浪费单个衬底就可检测安装错误并消除安装错误(例如在将衬底放入室中之前或等离子体点火之前检测到问题的情形)。所检测到的问题及其症状也可添加到数据库中，以建立有关安装期间遇到的可能问题的知识库。所述信息可由制造者平衡，例如为了重新设计某些子系统，以使将来的某些安装错误最小。

在每个生产运行期间，再次应用IS-SPC。以实时的方式或在以阶梯式方式被记录后不久再次单独测量参数数据，并根据所提供的基线数据库对其进行统计分析。参看图2B，示出具有三个步骤：步骤1、步骤2、步骤3的示范性工艺。如所示出的，可在时间250-266进行多个有关特定参数的测量。将这些测量结果输入统计分析模块260，该统计分析模块260利用参考基线数据库270大致实时或在作出测量之后不久确定所测得的参数是否落在可接受的范围内。当然，在典型实例中，在处理步骤1-3中在各个时间测量多个参数。统计分析形成信号280，该信号280可输入等离子体处理系统的自动控制机构和/或用户接口模块，以通知用户状态。

由于IS-SPC逻辑电路和基线数据库由系统制造者提供，所以使在客户/IC制造者的部分上要求的用来执行SPC的努力度极大地最小化。并且，由于本发明将统计分析系统与用于等离子体系统的控制系统整合，所以如果在任何生产工艺步骤中在任何测得的参数中检测到统计上重要的偏差，则在浪费任何另外的继续已经有缺陷的工艺的时间之前或在可对等离子体处理系统的其它子系统造成进一步的损坏之前，可停止该工艺。

在释放处理气体之前和/或等离子体点火之前检测到问题的情形下，可节约生产衬底。如果在特定步骤中检测到所测得的参数有问题，则由于以大致实时的方式或在被记录后不久以阶梯式方式单独测量参数，并根据所提供的数据库对其进行统计分析，所以当特定参数值开始偏离所期望的范围时，工艺工程师能迅速查明所关注的特定参数、与这种参数有关的特定子系统、以及特定步骤、或甚至特定工艺步骤的子步骤。这种信息能极大地加速修复工艺，以使等离子体处理系统能迅速恢复生产。

在生产期间，被记录的参数数据(这可包括与例如最大值、最小值、平均值、标准偏差等每个测得的参数有关的很多统计元素)，或也可将导出物或其分析添加到数据库中，以使得系统制造者能更清楚地理解与给定子系统有关的降级趋势。这在图2B中用箭头282示意性地表示。所述信息使得制造者能随着时间的推移优化维护周期，以便可维护正确的子系统，和/或在适当时间更换其，以使故障最小，以及避免进行不必要的维护，这不必要地中断了生产进度。如果降级趋势表示某些子系统一贯过早地磨损，所述信息也可由系统制造者平衡，以重新设计某些子系统。

再参看图2A，在预定维护时间中也可将IS-SPC应用于检测是否需要致力于可能预定更换和/或维护的其它子系统。通过将供给的基线数据库用于测试衬底/方法组合或生产衬底/方法组合，和通过以阶梯式方式测量和统计分析参数数据，维护工程师可迅速发现问题并应用任何必要的维护。

由于测试衬底/方法组合及其基线数据库可产生不同于生产期间从IS-SPC获得的信息的信息，所以IS-SPC的维护时间应用，特别是使用测试衬底/方法组合的IS-SPC的维护时间应用，是特别有利的。在很多情形下，无需浪费单个测试衬底或生产衬底(例如，如果在处理气体释放或等离子体点火之前的步骤中检测到问题)，可检测到这些问题和/或将其解决。也可将使用测试衬底/方法或生产衬底/方法在维护期间测量的参数数据添加到数据库中，以提高对降级趋势的理解和优化未来的维护周期。

系统制造者可对工厂中的参考等离子体处理系统进行升级，并在其上运行IS-SPC系统，为此升级获得更新的基线数据库。一旦系统制造者对升级满意，则其可提供升级硬件和/或软件和/或方法以及更新的基线数据库(以及可选地任何更新的测试衬底/方法)给其客户，以便于在现场进行迅速而有效的升级。升级硬件和/或软件可安装在客户系统上和/或升级测试或生产衬底/方法可在客户系统中执行，且可将IS-SPC应用于迅速发现和分离工程师待消除的任何问题。

利用IS-SPC，无需浪费单个衬底(例如在将衬底放入室中之前或等离子体点火之前)，就可检测到升级错误并将此错误消除。并且，由于制造者供应更新的基线数据库和任何更新的测试衬底/方法，所以可使客户/制造者更新SPC系统所需要的时间和努力度、以及对生产的任何伴随的中断最小。这与现有技术情况大不相同，在现有技术中，即使正确进行升级，客户/IC制造者仍被迫投入大量时间和努力来升级附加SPC系统，以对与升级有关的后生产数据日志文件正确进行统计分析。

应当注意，本发明没有对可测量的参数类型、可进行测量的频率、或可进行测量的具体步骤进行限制。如众所周知的，不同类型的探测器或测量装置可具有不同的等离子体处理系统执行方式，以测量不同参数。这些探测器或测量装置在商业上易于得到，且其信息可在文献中发现。可测量的参数的实例包括各种压力相关的或体积相关的或流量相关的参数(例如氦气压力、各种处理气体压力、氦流、每种处理气体流)、各种AC、DC、和/或RF相关参数(例如，电压、电流、功率等)、各种温度相关参数(例如，卡盘温度、等离子体温度、衬底温度等)、各种等离子体相关参数(例如，各种发光测量、离子密度等)。这些参数中的每个可用单个测量装置测量，或通过分布在等离子体处理系统中的各个位置处的多个装置测量。

关于数据测量频率，尽管以较高的数据存储和处理要求为代价，较高的频率仍通常提供所测得的参数的更详细的图片。然而，数据储存和计算能力是便宜的，且每天都在提高，且对于一些系统，可能每几分钟、每分钟、每秒、每微秒、每纳秒、或甚至每皮秒、和在之间的任何时间(这取决于人们希望付出多少计算能力和测量仪器的能力)测量参数。关于其中可作出一个或多个测量的步骤，可在开动每个子系统之前、期间、和之后(例如，在衬底放入和去除之前、期间、和之后，在处理气体释放之前、期间、和之后，在打开RF功率之前、期间、和在之后，在等离子体点火之前、期间、和之后，等)进行一个或多个测量。

图3示出根据本发明的一方面用于与本发明的IS-SPC方法整合的改进的自动控制系统(ACS)的逻辑框图。参看图3，整合的IS-SPC/ACS系统300包括两个主模块：群组工具控制器302和制程模块控制器304。群组工具控制器302包括大多数用户接口部件，而制程模块控制器304包括用于执行IS-SPC的逻辑电路、以及用于执行自动进程控制的电路。

群组工具控制器302可包括例如用于允许人工操作者与等离子体处理系统交互的用户接口模块306等惯用的群组工具控制模块。群组工具控制器302也可包括用于执行进程调度、工艺步骤等的工厂自动化模块308。也可包括群组控制模块310，用于控制衬底在组成等离子体处理系统的这组室中的各个室中的路线。群组工具控制器302也可包括用于管理生产方法的方法管理模块312。模块306-312和其它群组工具控制模块在本领域中是众所周知的，且为了简洁起见这里没有详细描述。与这些模块相关的另外的信息举例来说可在可从加利福尼亚州弗里蒙特市的Lam ResearchCorporation得到的2300 Transport Module操作手册中找到，结合于此处作为参考。

除了上述的已知前端模块外，根据本发明的一方面，群组工具控制器302也可包括嵌入的IS-SPC方法管理编辑器314，其允许人工操作员输入和编辑IS-SPC采用的方法。IS-SPC方法管理编辑器314允许客户/IC制造者定制专用于IS-SPC目的的特定处理方法，例如为了便于参数的测量，以监控工具降级。IS-SPC方法管理编辑器314也执行方法管理功能，例如方法版本控制、方法释放控制等。以此方式，如果需要使已记录的测量数据与用于产生这种测量数据的具体方法相关，则为IS-SPC目的编辑和/或使用的方法可易于被跟踪。

根据本发明的一个方面，群组工具控制器302可进一步包括嵌入的IS-SPC输出处理程序316，该输出处理程序316用于根据IS-SPC引擎的数据输出与用户和/或其它系统交互。IS-SPC输出处理程序316和IS-SPC方法管理编辑器314可被认为是IS-SPC系统的前端部分的主要部件。IS-SPC输出处理程序316将在下文中进一步进行讨论。

制程模块控制器304包括例如实时进程控制所典型采用的模块等惯用的后端模块。因此，可包括用于根据指定的方法参数控制和监控进程环境的制程控制模块330、用于通过运行寿命管理和跟踪衬底的数据管理模块332、用于收集与进程运行有关的数据的数据收集模块334。模块330-334和其它后端模块在现有技术中是众所周知的，且为了简洁起见这里没有详细描述。与这些模块和其它模块有关的另外的信息举例来说可在也可从上述加利福尼亚州弗里蒙特市的Lam Research Corporation得到2300 Versys^TM ProcessModule操作手册。

除了上述已知的后端模块外，根据本发明的一方面，制程模块控制器304还可包括嵌入的IS-SPC模块350，所述IS-SPC模块350包括嵌入的IS-SPC方法数据库352。嵌入的IS-SPC方法数据库352表示在IS-SPC中使用的制造者供给且由客户/IC制造者创建/编辑的方法数据库。为了帮助执行这些方法，根据本发明的一方面，也提供了嵌入的IS-SPC控制模板数据库354。模板体现出SPC的方法策略，且可将给定模板应用于多个方法，以便于其执行。

根据本发明的一个方面，制程模块控制器304进一步包括嵌入的IS-SPC基线数据库356。一般而言，嵌入的IS-SPC基线数据库356可包括与所测得的参数有关的很多统计元素，且在执行采用特定IS-SPC方法的特定IS-SPC进程时表示与测量的参数有关的期望。嵌入的IS-SPC基线数据库通常但非必要地由系统制造者提供，且可由在使用一个或多个等离子体处理系统期间收集的数据不时补充。

IS-SPC引擎360可执行从嵌入的IS-SPC方法数据库352和嵌入的IS-SPC模板数据库354选择的给定方法相关模板，以产生测量数据和便于统计分析。IS-SPC引擎360进一步包括统计分析逻辑电路或算法，以对照嵌入的IS-SPC数据日志文件356统计分析测量的数据。测量数据被记录在嵌入的IS-SPC数据日志文件362中，这可随后被分析以查明故障源，从而进一步理解等离子体处理系统的各个子系统的降级趋势，从而便于优化维护时间表表等。

在生产衬底上执行生产方法或在非生产衬底上执行为IS-SPC目的定制的方法期间，大致实时或在进行数据测量后不久对测量数据进行统计分析。为了通知此状态的人工操作员，可将分析结果装入前端群组工具控制器302中的IS-SPC输出处理程序316中，以警告人工操作员任何错误情况，或完全停止处理。

图4A-4C示出三种不同的表格(matrix，矩阵)，示出为了IS-SPC用途提供的三个示范性测试方法及其期望值。在制造、安装、检验、生产、维护、和升级期间，这些表格举例来说可由作为用于IS-SPC用途的基线数据库的部分的系统制造者提供。在图4A中，提供用于测试压力控制系统的方法和期望的响应。注意到在图4A中，在六步骤进程中不需要将晶片用于测试压力控制系统。用于各个参数的设定点和期望的平均压力响应，如标称限制环位置和晶片区域压力(WAP)所表示的，是已知的。当然，所提供的基线数据库也可包括与那些期望的参数(例如，平均值、中值、最大值、最小值、上警戒线、下警戒线等)有关的其它统计元素。

在图4B中，提供用于测量氦冷却控制系统的方法和期望的响应。注意到，在图4B中，出现晶片，但在两步骤进程中不要求将等离子体点火用于测试氦冷却系统。各种参数的设定点和期望的平均压力响应，如标称He流和标称He压力所表示的，是已知的。当然，所提供的基线数据库也可包括与那些期望的参数(例如，平均值、中值、最大值、最小值、上警戒线、下警戒线等)有关的其它统计元素。

在图4C中，提供用于测量RF电压和功率的方法和期望的响应、以及室压力。与图4A和图4B相反，在图4C的测试期间出现晶片，且将等离子体点火。各种参数的设定点和期望的平均响应，如标称偏压、标称限制环位置(confinement ring position)、2MHz反射功率和27MHz反射功率所表示的，是已知的。当然，所提供的基线数据库也可包括与那些期望的参数(例如，平均值、中值、最大值、最小值、上警戒线、下警戒线等)有关的其它统计元素。

根据本发明的一个实施例，图5示出如何在采用IS-SPC的等离子体处理系统中执行数据收集。数据收集的挑战和在阶梯式SPC中使用的分析包括对来自不同传感器和不同制动器和例如在原始数据上操作的算术函数等其它数据源的大量数据的管理、和以为状态显示、SPC用途、和反馈控制获得所需要的数据粒度而无需控制处理逻辑电路的方式对数据取样的需要。另一挑战涉及这样一种需要，尽管通信信道可能不时经历不确定的拥塞和/或等待时间，仍将来自传感器、激励器、和其它数据源的数据以及时的方式传输到SPC引擎进行分析。

在优选实施方式中，举例来说根据功能性、取样要求中的类似性、或位置将传感器和/或制动器分为各个组。每组传感器和/或制动器优选连接到分布在整个系统中的I/O模块控制器502。每个I/O模块控制器502从连接到其的传感器和/或制动器执行局部数据收集，并将数据输出到连接到其的制动器。例如，给定I/O模块控制器502可能快得像每5ms就扫描所有连接到其的传感器和/或制动器。扫描之间的时间可由传感器数量、和/或涉及的制动器、给定I/O模块控制器502的计算能力、和实时控制要求确定。

I/O模块控制器502配置为向制程模块控制器(process modulecontroller，PMC)504报告收集的数据，优选仅报告收集的自从最后一次扫描已改变的数据。存在至少两种方式在I/O模块控制器502和PMC 504之间通信。对于时间临界(time-critical)数据，I/O模块控制器502可通过例如VME等局部总线技术连接到PMC 504，和可通过直接内存存取(direct memory access，DMA)技术将数据直接下载到PMC 504。使用直接连接I/O，可将等待时间保持在微秒范围内或更低。

I/O模块控制器502也可通过网络连接连接到PMC 504，该网络连接例如利用加利福尼亚州圣何塞的Echelon Corporation的LonWorks(LON)技术的网络连接。优选使用LonWorks技术，因为相关的延迟和等待时间特征比例如以太网等包交换网络技术更确定。也可利用其它具有必要等待/延迟特征的网络连接技术。例如，由于给定I/O模块控制器的远程性质或其它电缆相关问题，网络连接是优选的。

为了进一步调制在各个I/O模块控制器和PMC之间传输的数据量，对于来自一些传感器和/或制动器的数据，PMC软件也可指定仅对接收保持改变的时间长于给定时间段的数据、或改变幅度大于指定阈值的数据。

接着，将由PMC 504接收的数据沿至少两条不同路径进行处理。对于状态数据路径506，独立执行的线程获得来自各个I/O模块控制器的所有传感器和/或制动器数据，该数据到用户界面模块508进行显示。由于为了显示目的而利用状态数据，所以这种执行线程的状态数据在PMC 504中具有较低的优先级，且以适于显示的速度(例如以每1秒的速度)继续数据收集(或经过轮询，或经过事件驱动)。

对于跟踪数据路径510，跟踪数据通过另一独立执行的线程被收集，且为SPC目的使用。因此，较快的数据收集速度是优选的(例如，100ms或与状态数据情形下的1秒相比更快)。然而，数据收集速度可能根据需要被配置。并且，用于收集跟踪数据的执行线程可在PMC 504中比用于状态数据的执行线程具有更高的优先级。在一个实施例中，用于收集跟踪数据的执行线程可具有甚至比控制致动器(也在图5中示出)的控制线程更高的优先级。

然而，快速的跟踪数据收集速度可导致大的PMC 504处理负荷。因此，根据本发明的一方面，通过指定为了SPC目的待收集的仅来自某些传感器和/或制动器和/或其它数据源的数据，操作者可过滤数据。并且，用户也可指定来自不同传感器和/或制动器和/或其它数据源的数据被以不同速度收集或以不同方式处理，和/或仅当改变幅度超过给定阈值或改变持续时间超过一定时间段时收集来自某些传感器和/或致动器和/或其它数据源的数据。再次，数据收集可通过轮询获得，或数据收集可以是事件驱动的。

更重要的是，沿跟踪数据路径510为SPC目的收集的每片数据被加盖时间戳，以反映其相对时间。在为了阶梯式SPC目的跟踪数据被UI 508接收时，加盖时间戳使得跟踪数据被精确地重新构造。因此，即使在PMC 504和UI 508之间的通信信道(由以太网连接512示出)经历拥塞或延迟时，与每片数据有关的时间戳使得数据相对于各片数据之间的相对时间被精确地重新构造。为了SPC目的，各片数据之间的相对时间是最重要的，尤其在进程大小减少时更是如此。

一旦数据被加盖时间戳，则保持了数据的完整性，且接着可以任何适于SPC目的的速度将加盖时间戳的跟踪速据报告给UI 508。在一个实例中，每1秒就将加盖时间戳的跟踪数据报告给UI 508。

PMC 504也可利用为控制目的而收集的数据。因此，示出控制数据路径516，该控制数据路径可独立于跟踪数据收集和状态数据收集被收集。用于控制目的的数据收集频率取决于很多变量，包括当与给定传感器相关的传感器数据改变时快速响应是否是重要的。

由于本发明将PMC 504内的数据收集和处理沿不同的功能路径分开，所以可调整与这些不同的功能路径有关的数据收集和处理，以满足不同功能的不同需要，而不降低PMC的处理能力。对于状态显示，较低优先级执行线程和较低的数据收集速度确保PMC504没有被压倒(overwhelm)。为了SPC目的，执行线程具有较高的优先级，且数据收集速度也较快，但是该数据可由操作者过滤。因此，用于SPC目的的跟踪数据以较高的分辨率和较低的等待时间但以不压倒PMC 504的方式被收集。

将跟踪数据印上时间戳使得相对的时间信息即使在PMC 504和SPC引擎之间的通信路径具有不确定的延迟和/或等待时间时也被保存。因此，尽管这种基于包的交换网络具有不确定的等待时间和/或延迟，本发明也允许使用廉价且可广泛得到的包交换网络设备(例如以太网设备)。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种用于控制具有室的等离子体处理系统的方法，所述室用于处理衬底，所述方法包括以下步骤：

在所述室内设置第一传感器，所述第一传感器用于在所述处理期间在所述室内监控第一参数和用于输出第一数据；提供用于分析从所述传感器获得的所述第一数据的逻辑，所述分析在所述处理期间被执行；

如果所述第一数据表示所述处理有错误，则输出响应于所述分析的第一信号。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于收到所述第一信号，在完成所述处理之前，停止所述处理。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括在数据库中储存所述第一数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一参数用于测量所述室内的压力。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一参数用于测量与至少部分设置在所述室内的结构相关的电压。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一参数用于测量与至少部分设置在所述室内的结构相关的温度。

7.一种用于使用自动程序控制系统控制具有室的等离子体处理系统的方法，所述室用于在多步骤程序中处理衬底，所述方法包括以下步骤：

在所述室中设置第一传感器，所述第一传感器用于进行关于第一参数的第一组测量，所述第一参数与至少部分设置在所述室内的结构相关，在所述多步骤程序的给定步骤中执行所述第一组测量；

提供用于分析从所述传感器获得的第一组测量结果的逻辑，所述分析在所述处理期间被执行；

如果所述对所述第一组测量结果的分析表示所述处理有错误，则将响应于所述分析的第一信号输出到所述自动程序控制系统。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述分析在所述多步骤程序的所述给定步骤中被执行。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括在完成所述处理之前使用所述自动程序控制系统停止所述处理，所述停止响应于所述第一信号的接收。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用统计方法执行所述分析。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述分析包括将由所述第一组测量计算出的第一值与在基线数据库中提供的第一基线值进行比较，所述第一基线值由所述等离子体处理系统的制造者提供。

12.根据权利要求7所述的方法，还包括在日志文件中储存所述第一组测量结果。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括在确定所述错误源的过程中利用所述第一组测量结果。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括在优化与所述等离子体处理系统相关的维护时间表的过程中利用所述日志文件。

15.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一参数和压力有关。

16.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一参数和电压有关。

17.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一参数和温度有关。

18.一种自动程序控制系统，用于控制具有室的等离子体处理系统，所述室用于处理衬底，所述系统包括：

第一传感器，设置在所述室内，所述第一传感器用于进行与第一参数有关的第一组测量，所述第一参数与至少部分设置在所述室内的结构有关，在所述处理所述衬底期间执行所述第一组测量；

第一逻辑电路，被耦合以接收来自所述第一传感器的第一组测量结果，所述第一逻辑电路用于在所述处理期间分析所述第一组测量结果；

第二逻辑电路，被耦合以接收来自所述第一逻辑电路的第一信号，所述第二逻辑电路用于：如果所述第一信号表示所述处理有错误，在完成所述处理之前，则停止所述处理。

19.根据权利要求18所述的自动程序控制系统，其中，所述处理包括多个步骤，在将所述衬底放置在所述室中的期间，所述分析在所述多个步骤的给定步骤中被执行。

20.根据权利要求19所述的自动程序控制系统，其中，使用统计方法执行所述分析。

21.根据权利要求20所述的自动程序控制系统，其中，所述分析包括将由所述第一组测量计算出的第一值与在基线数据库中提供的第一基线值进行比较，所述第一基线值由所述等离子体处理系统的制造者提供。

22.根据权利要求18所述的自动程序控制系统，还包括用于储存所述第一组测量结果的日志文件。

23.根据权利要求18所述的自动程序控制系统，其中，所述第一参数和压力有关。

24.根据权利要求18所述的自动程序控制系统，其中，所述第一参数和电压有关。

25.根据权利要求18所述的自动程序控制系统，其中，所述第一参数和温度有关。

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