TWI322447B - Method for toolmatching and troubleshooting a plasma processing system - Google Patents

Description

1322447 玖、發明說明： 【相關申請】 本申5月案申请專利範圍以發明人Armen八乂❶丫扣及Seyed

Jafar Jafarian-Tehrani在2002年9月20曰申請的美國臨時專 利申請序號60/414,108之利益下及其全部皆併入本文中做 參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明關於製造一電子裝置。更特別地，本發明關於驗 證一電漿處理系統的一方法及系統。 【先前技術】 各種離子化氣體的製程型式’如電漿蝕刻及反應性離子 银刻特別在半導體裝置製造的領域日益重要。特別有趣是 使用在蝕刻製程的裝置。電容式及電感式電漿蝕刻系統可 以使用在半導體裝置的製程與製造。一電漿處理系統典型 地包括具有一電漿腔體的一電漿反應器。一RF功率產生器 提供RF功率給該電漿腔體。 形成電漿的主要驅動力，RF頻率及功率應該是最需要控 制的參數。不幸地，最典型地這不是該情形。例如，圖1 表示RF網路1〇其產生功率用在一電子裝置及製造反應器。 特別地，為了製造產生RF電漿，RF功率產生器12藉纜線16 連接到區域自動匹配網路14。從區域自動匹配網路14，j 機械式RF連接線1 8到達製程腔體2〇。製程腔體2〇包括陰極 22其影響電漿鞘26内的製程氣體24以產生—RF電聚。 在RF網路1 〇，存在某些限制。例如，尺卩功率產生器12， 0 \88VS8393 DOC -6 - 1322447 當包含固態技術，仍舊是一塊體系統其消耗掉一不必要的 潔淨室地板的空間。結果，RF網路10的功能常由於產生器 放置的相關裝設受到不利影響。區域自動匹配網路14的目 的是利用匹配RF功率產生器12與製程腔體2〇 (RF負載）之 間大不相同的阻抗，提供從RF功率產生器12有效轉換RF# 率到電漿製程氣體24的RF負載。 RF網路10進一步的限制關於製程腔體2〇本身。在製程腔 體20内，電子裝置，如一半導體晶圓，被放置及處理以達 到某些耑要的結果如鞋刻或沉積β關於製程腔體2 〇，存在 兩個重要的限制。首先’縱然已知設置的相關性及由於區 域自動匹配網路14的變異，該RF功率主要的控制是根據在 RF功率產生器12的量測。進一步，雖然RF功率產生器12對 一已給的功率等級由三個變數電壓、電流及相位角組成， 已知系統通常僅以瓦特單位量測及控制RF功率。 可以存在許多其他問題伴隨該電漿處理腔體。該電漿處 理腔體在長時間使用後因為腔體磨損及高分子沉積可以不 產生相同結果。其他問題如不適當的硬體組裝及不適合的 力矩要求也可以引起電漿處理腔體產生不一致的產率。 為了保存電聚處理腔體-致的結果，存在—需要快速及 精確的方法以驗證腔體硬體零件的準確組裝及電漿處理腔 體的故障尋找。 【發明内容】 一種測試具有一腔體'一 RF功率源及一匹配網路之電漿 處理系統的方法❶從RF功率源產生—RF功率訊號至腔體，

Ο \88\88393 DOC 1322447 不點燃任何電漿在腔體内。量測被腔體接收的RF功率訊號 之電壓、RF功率訊號之電流、及RF功率訊號之相位，而固 定影響腔體常數的其他參數。根據該電壓、電流、及相位 計算代表腔體阻抗的值。該值接著與一參考值比較以決定 電漿處理系統中的任何缺陷。該參考值是代表一無缺陷腔 體的阻抗值。 【實施方式】 本發明的具體實施例說明在文中的一電漿處理系統。那 些熟知此項技藝人士將了解本發明下面的詳細說明僅是說 明的及沒有任何方式的限制。本發明其他具體實施例將已 建議該熟知此項技藝人士具有本揭露的益處。詳細做參考 實施本發明如說明在關。相同的參考指標將用在全部附 圖及下列的詳細說明表示相同或相似的零件。 為了 β晰起見，並不是所有描述在文中實施的例行特徵 都表示及說明。當然’豸了解在開發任何該真正的實施， 為了達到開發者特定的目的，許多製作規格必須做決定， 如與應用及商業相關的限制相容’及這些特；t目標將從 製作改變至另-製作以及從—開發者改變至另一開發者 而且，其將了解該開發的努力可能是複雜的及花費時間 具有本揭露的益處的例行

然而將是那些熟知此項技藝人士 性工程工作。 根據本發明一具體實施例， 結構可以使用各種型式的操作 電腦程式、電腦語言、及/或— 元件 '製程步驟、及/或數據 系統（0S)、計算平台、韌體、 般目的的機器來製作。該方

〇\88\88393 00C *· 8 - 1322447 法可以了程式化製程在一製程線路上運算。該製程線路可 採用α争夕處理器及操作系統組合或單獨裝置的型式。該 製程可以利用該硬體，單獨硬體或任何其組合執行說明來 疋成。該軟體可以儲存在一機器可讀的程式儲存裝置上。 亚且，那些熟知此項技藝人士將了解一較不普遍目的的 特性之裝置，如硬線裝置，場效可程式邏輯裝置（FpLD)， 包括場效可程式閘極陣列（FPGA)及複雜可程式化邏輯裝置 (CPLD) ’特殊應用積體電路（ASIC)或相似者也可以使用而 不偏離揭露在文中的本發明觀念的精神及範圍。 根據本發明一具體實施例，本發明可以實施在一數據處 理電腦如一個人電腦、工作站電腦、主機電腦、或運算一 os的高功能伺服器如pal〇 AU〇，California的Sun MiCrosystems公司之商用 s〇Uris@，Redm〇nd，Washingt〇n 的 Microsoft Corporation 商用 Microsoft® window⑧ XP 及 Window® 2000，或各種Unix操作系統的版本如可以從許多 販賣商買到的Linix。該方法也可以實施在一多重處理系 統，或在一計算環境包括各種周邊如輸入裝置、輸出裝置、 顯示器、指向裝置、記憶體、儲存裝置、轉換數據進出處 理器的媒體界面及相似者。並且，該電腦系統或計算環境 可以是區域網路或跨過網際網路。 圖2是說明根據本發明一具體實施例用來驗證一電漿崖 理系統之一系統200的圖示。在系統2〇〇 ,射頻（RF)功率產 生器202供給RF功率到配置在一電漿處理腔體2〇6内的底電 極204。RF電流可以在底電極204與頂端接地電極205之間流 ΟΛ88\88393 D0C -9· 通°根據本發明一具體實施例，RF功率產生器202可以是產 生例如2 Mhz與27 Mhz的雙頻產生器。那些熟知此項技藝人 士將了解上面所示的實施例不企圖限制及可以使用其他頻 率而不偏離揭露在文中的本發明觀念的精神及範圍。 一匹配網路208連接RF功率產生器202到腔體206。為了從 RF功率產生器202提供一有效率的rf功率轉換到腔體206 (RF負載），該匹配網路208匹配&1?功率產生器2〇2與腔體2〇6 之間的阻抗。那些熟知此項技藝人士將了解匹配網路2〇8 存在s午多種設計，所有操作利用調整至最小的反射功率。 一感測器210藕合到系統2〇〇在腔體2〇6的輸入口，其位在 腔體206與匹配網路208之間。該感測器21〇量測腔體2〇6接 收的RF功率訊號之電壓、電流及相位角。根據本發明一具 粗κ %例，該感測器21 〇可以，例如，一電壓/電流探針（VI 探針）或一網路分析儀。那些熟知此項技藝人士將了解許多 種電壓、電流及相位角感測器可以應用到本發明。 電腦系統2 1 2從感測器21 〇接收量測的數據（電壓、電流 及相位角）。該電腦系統212容許使用者利用分析該接收的 數據驗邊電漿處理系統是否沒有任何缺陷及腔體硬體零件 >·且裒疋否正確。電腦系統2丨2内的運算法進一步討論在下面 圖4的机私圖《圖3描述適合實施本發明方面的一電腦系統 300的方塊圖。如圖3所示，電腦系統3包括一匯流排Μ? 其連接主要的次系統如一中央處自器3〇4 —系統記憶體 3〇6(典型地RAM)，—輸出/輸入（I/O)控制器308，一外接裝 置如經顯示器營幕轉換器312的一顯示器蝥幕31〇、串列埠

Ο \88\88J93 DOC 1322447 3 14及316、一鍵盤318、一硬碟機320、一軟碟機322操作接 ·- 收一軟碟324及CD-ROM播放機326操作接收一 CD-ROM 328。該系統記憶體306可以包括說明在圖4的運算法。可以 連接許多其他裝置如經串列埠314連接的指向裝置33〇(例 如，一滑鼠）及經串列埠3 16連接的一數據機332。數據機332 可以經一電話連線提供連接到一遠端伺服器及經一 pOp (撥 接節點）到網際網路。或者，一網路界面轉換器334可以用 來接面到一區域或大區域網路，使用任何那些熟知此項技 藝人士所知的網路界面系統（例如，Ethernet、xDSL、 AppleTalkTM)。 許多其他裝置或次系統（未表示）可以以一相似方式連 接。而且，對圖3所示所有裝置是不需要全提出來實施本發 明，討論如下。進一步，裝置及次系統可以如圖3所示不同 方式連接。如圖3所示電腦系統的操作是本技藝習知及不詳 細討論在本應用，以致使本發明不至於過度複雜。完成本 發明的指令可以實施地配置在系統記憶體3〇6内或儲存在 儲存媒體如硬碟320、軟碟324或CD-ROM 328上。 圖4是說明根據本發明一具體實施例用來故障尋找一電 漿處理糸統之一方法的流程圖示。以402為起點，腔體2〇6 產生一真空壓力約OmTorr。腔體206可以是一"清淨的"腔 體，沒有任何要處理的晶圓或流通氣體。在4〇4，沒流通歲 體在腔體中產生RF功率訊號。例如，一低功率，如約1〇瓦 或較低些’在2 Mhz或27 Mhz可以經腔體206不點燃任何電 聚而產生。在406 ’感測器21〇量測無電漿的腔體206接收的

0\8S\S839J.DOC -11 - 1322447 電壓、電流及RF功率訊號相位角。在4〇8，電腦系統2丨2接 收及記錄量測的電壓、電流&RF功率訊號。該電腦系統212 從量測的數據計算腔體的阻抗。 那些熟知此項技藝人士將了解腔體的阻抗是一複數量相 關於來自RF功率產生器202(前送功率）的八〇電流與電=及 電抗（腔體零件）之間的交互作用。下列方程式說明上面的關 係： 方程式1 方程式2 方程式3 Z=R+jX R= |Z I cos Θ X= |Z I sin Θ

Iz l=v/i 其中Z是腔體的阻抗，R是電阻’ χ是電抗，㊀是相位角’ V疋量測.的電壓及I是量測的電流。 該腔體的阻抗可以受許多因素的影響如：氣壓、氣體型 式、RF功率、腔壁條件、氣壓、RF接地、晶圓型式、晶圓 放置、及功率藕合。因此，假如RF負載發生任何改變，如 腔壁的聚合及在各種製程腔體元件上陽極化塗層磨損，電 壓與電流及該腔體的阻抗將改變。 因為腔體206設定在真空，通過該真空腔體的RF#率訊號 之相位角Θ是約90。》因為該相位角θ是約9〇。，電阻R約為〇。 因此，腔體的阻抗主要是電抗。該計算值可以阻抗的絕對 值代表。 在4 1 0，電腦系統比較計算的腔體阻抗與阻抗基線以決定 是否存在任何缺陷。該阻抗基線是在製造時間在相同型式

Ο \88\88393 DOC -12· 1322447 的真空之電漿製程腔體的平均阻抗。為了說明目的，無電 驳腔體的平均阻抗可以是，例如，1 5 Ω。假如相同型式的 無電漿腔體的量測阻抗偏離超過至少丨5 Ω的[〇%，例如， 19 Ω，可能存在缺陷。在41 2的情形’為了缺陷必需檢查腔 體。可能的缺陷可以包括但非限定下列：不適當的硬體組 裝、不恰當的力矩要求、使用次標準零件、漏失硬體零件、 腔體磨損及電弧放電、高分子沉積。在414驗證及修護可能 的問題後’可以重複在402的故障尋找製程以驗證該系統。 工具匹配可以疋需要的確認所有製造的電聚腔體是沒有 缺陷的。利用比較所有相同模型、型式或設計的製程腔體 之腔體阻抗’可以能夠確認任何缺陷的電漿腔體。圖5是說 明根據本發明一具體實施例用來工具匹配一電漿處理系統 之一方法的流程圖示。以5〇2為起始，每一腔體2〇6產生一 真空壓力’例如’約〇mT〇rr。每一腔體2〇6可以是一"清淨 的"腔體，沒有任何要處理的晶圓或流通氣體。在5〇4，沒 流通氣體通過每一腔體，在每一腔體中產生1^功率訊號， 及因此沒有電漿。例如低功率，如約1G瓦或較低些， 在2 Mhz或27 Mhz，可以經每一腔體2〇6不點燃任何電漿而 產生。在506，每一腔體感測器21〇量測每一無電漿的腔體 206接收的電壓、電流及RF#率訊號相位角。在5〇8，每一 腔體電腦系統212接收及記錄量測的電壓、電流及rf功率！ 號相位角。該每一腔體電腦系統212從量測的數據計算腔體 的阻抗。 因為腔體206設定在真空，通過該真空腔體的灯功率訊號

〇 \88\S8393 DOC -13· 1322447 之相位角Θ是約90°。因為該相位角㊀是約9〇。，電阻R約為〇 β 因此’腔體的阻抗主要是電抗。該計算值可以阻抗的絕對 值代表。 在5 1 0，電腦系統比較每一腔體阻抗以決定是否存在任何 缺陷。為了說明目的，具有一rF功率訊號27 Mhz&有任何 電漿的相同型式的許多腔體之計算的阻抗可以是158 Ω、 19·2Ω、14_9Ω、16·2Ω、15.9Ω。假如一腔體計算的阻抗 偏離超過至少中值計算阻抗的丨〇%，可能存在缺陷。在上 面的說明，具有一計算阻抗19·2 Ω的腔體需要檢查可能的 缺陷。可能的缺陷可以包括但非限定下列：不適當的硬體 組裝、不恰當的力矩要求 '使用次標準零件、漏失硬體零 件、腔體磨損及電弧放電 '高分子沉積。在5 14驗證及修護 可能的問題後，可以重複在502的故障尋找方法以驗證所有 腔體是沒有缺陷。 雖然已表示及$明本發明的具體實施例與應肖，對熟知 具有本揭露好處的技藝之人士將是明顯的，許多比上面提 到的更多修正是可能的而不偏離本文的發明觀念。因此， 本發明不僅僅限定在附錄的中請專利範圍之精神。 【圖式簡單說明】 附圖併入文中及組成本說明 或更多個具體實施例，及結合 原理及實施。 附圖中： 書的一部份，說明本發明一 詳細說明，用來解釋本發_明 圖1是說明一傳統的RF網路用 來建立一電漿钱刻裝置内

O:\8g\S8393 DOC -14. 1322447 一電漿製程環境之圖示。 圖2是說明根據本發明一具體實施例用來驗證一電漿處 理系統之一系統的圖示。 圖3是適合實施本發明方面的電腦系統之方塊圖。 圖4是說明根據本發明一具體實施例用來驗證一電漿處 理系統之一方法的流程圖示。 圖5是說明根據本發明一具體實施例用來工具匹配一電 漿處理系統之一方法的流程圖示。 【圖式代表符號說明】 10 RF網路 12 RF功率產生器 14 區域自動匹配網路 16 .纜線 18 機械式RF連接線 20 製程腔體 22 陰極 24 製程氣體 26 電漿鞠 200 電漿處理系統 202 RF功率產生器 204 底電極 一 205 頂端接地電極 206 電漿處理腔體 2 0 8 匹配網路 0 \88\88393 DOC -15- 1322447 2 1 0 感測器 212 電腦系統 3 00 電腦系統 3 02 匯流排 304 中央處理器 306 系統記憶體 308輸出/輸入（1/0)控制器 3 1 0 顯示器螢幕 312 顯示器螢幕轉換器 3 14 串列埠 316 串列埠 318 鍵盤 320 硬碟機 322 軟碟機 324 軟碟 326 CD-ROM播放機 328 CD-ROM 330指向裝置 332 數據機 334 網路界面轉換器 O:\88\88393.DOC •16-

Claims (1)

1322447 产"月;Γ日衝更)正替換買| 第092126671號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年I】月） 拾、申請專利範圍： :種測試具有腔體、RF功率源、及匹配網路之電聚處理 系統的方法’該方法包括： 在一預先決定的固定頻率，從RF功率源產生RF功率訊 號至該腔體而沒點燃任何電漿在該腔體内； 量測被該腔體接收的該RF#率訊號的電壓、該RF功率 訊號的電流、及該RF功率訊號的相位； 根據該電壓、該電流、及該相位計算代表該腔體的阻 抗值；及 比較該值與參考值以決定在電製處理系統中的任何缺 陷，該參考值代表無缺陷腔體阻抗的值。 2.如申請專利範圍第丨項的方法，進一步包括： 當該值不在至少該參考值約1〇%之内時，檢查該電聚處理 系統。 3.如申請專利豸圍第旧的方法，其中該奸功率訊號包括一 高頻功率。 4·如申請專利範圍第！項的方法，其中該灯功率訊號包括低 頻功率。 5. 如申請專利範圍第丨項的方法，其中該產生包括、 匹配該RF功率訊號的阻抗與該腔體的阻抗。 6. —種用來匹配許多電漿處理腔體之阻抗的方法，該方法 包括： 在一預先決定的固定頻率，產生RF功率訊號給每個腔 體而不點燃任何電漿在每個腔體内； 88393-981109.doc 1322447 量測被該腔體接收的該RF功率訊號的電壓、該RF功率 訊號的電流、及該RF功率訊號的相位； 根據該電壓、該電流、及該相位計算代表每個腔體的 阻抗值：及 比較每個腔體與其他腔體的該值。 7. 如申請專利範圍第6項的方法，進一步包括： 當腔體的值偏離其他腔體的平均值至少約丨〇%時，隔離 電漿處理腔體。 8. 如申請專利範圍第6項的方法，其中該功率包括高頻功 率。 9. 如申請專利範圍第6項的方法，其中該功率包括低頻功 率。

如申請專利範圍第6項的方法，其令該產生進一步包括： 匹配該RF功率訊號的阻抗與每個腔體的該阻抗。 一種用來測試電漿處理系統的設備，具有無電漿的腔 體、產生RF功率訊號的RF#率源在一預先決定的固定頻 率、及匹配網路，該設備包括： 感測器藕合到該無電漿的腔體，該感測器量測在該無 電漿的腔體接收的電壓、電流、及RF功率訊號的相位；及 電腦系統藕合到該感測器，該電腦系統根據該電壓、 該電流、及該相位計算一代表該腔體的阻抗值，及比較 該值與參考值以決定在電漿處理系統中的任何缺陷該 參考值代表無缺陷腔體阻抗的值。 1 2.如申明專利範圍第11項的設備，其令該電腦系統當該值 88393-981109.doc 不在至少該參考值約10%之内時，發出警告。 13. 如申請專利範圍第丨丨項的設備，其中該111?功率訊號包括 南頻功率。 14. 如申請專利範圍第^項的設備，其中該rf功率訊號包括 低頻功率。 15’種用來測s式電椠處理系統的設備’具有腔體、rf功率 源、及匹配網路，該設備包括： 在一預先決定的固定頻率，從RF功率源產生RF功率訊 號給該腔體而不點燃任何電漿在該腔體内的方法； 里測被s玄腔體接收的該RF功率訊號的電壓、該rf功率 號的電流、及該RF功率訊號的相位； 根據a玄電壓、該電流、及該相位計算代表該腔體的阻 抗值之方法；及 比較6亥值與參考值以決定在電衆處理系統中的任何缺 陷的方法’該參考值代表無缺陷腔體的阻抗。 16. —種用來匹配許多電漿處理腔體之阻抗的設備，該設備 包括： 在一預先決定的固定頻率’產生RF功率訊號給每個腔 體而不點燃任何電漿在每個腔體内的方法； 量測被每個腔體接收的該RF功率訊號的電壓、該叮功 率訊號的電流、及該RF功率訊號的相位； 根據§亥電壓、該電流、及該相位計算代表每個腔體的 阻抗值之方法；及 比較每個腔體與其他腔體的該值之方法。 88393-981109.doc 1322447 17·—種可由機11讀取的程式儲存裝置，由機n指令可執行 的明確地具體化程式以實施用來測試具有腔體、灯功率 源、及匹配網路的方法，該方法包括： 在一預先決定的固定頻率，從RF功率源產生rf功率訊 號給該腔體而不點燃任何電漿在該腔體内； 量測被該腔體接收的該RF功率訊號的電壓、該功率 訊號的電流、及該RF功率訊號的相位； 根據該電壓、該電流、及該相位計算代表該腔體的阻 抗值；及 比較該值與參考值以決定在電漿處理系統中的任何缺 陷’該參考值代表一無缺陷腔體的阻抗。 18· —種可由機器可讀取的程式儲存裝置，由機器指令可執 行的明確地具體化程式以實施用來匹配許多電漿處理腔 體之阻抗的方法，該方法包括： 在一預先決定的固定頻率’產生RF功率訊號給每個腔 體而不點燃任何電漿在每個腔體内； 量測被每個腔體接收的該RF功率訊號的電壓、該rF功 率訊號的電流、及該RF功率訊號的相位； 根據該電墨、該電流、及該相位計算代表每個腔體的 阻抗值；及 比較每個腔體與其他腔體的該值。 88393-981109.doc 1322447 第092126671號專利申請案 中文圖式聲換夏(9?年_11_且)

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