TWI617687B - 用於濺鍍設備之監測方法及監測系統 - Google Patents

Abstract

一種用於一濺鍍設備之監測方法，包含下列步驟。當濺鍍設備進行預濺鍍製程時，取得濺鍍設備之電力訊號。依據電力訊號取得電力訊號之趨勢分佈。比較趨勢分佈是否符合預定條件。當趨勢分佈符合預定條件時，決定預濺鍍製程之進行時間。

Description

用於濺鍍設備之監測方法及監測系 統

本發明是有關於一種監測方法及監測系統，且特別是一種用於濺鍍設備之監測方法及監測系統。

物理氣相沈積(physical vapor deposition；PVD)為使用物理方式在真空條件下進行薄膜沈積的技術。常見的物理氣相沈積技術包含濺鍍技術(sputter)和蒸鍍(evaporation)技術，其中濺鍍技術係利用高能量粒子對靶材轟擊，使在靶材上的原子被擊出而沈積在被鍍物上，而蒸鍍技術係藉由對蒸鍍材料加熱，以利用蒸鍍材料在高溫時所具備的飽和蒸氣壓來沈積在被鍍物上。因濺鍍技術具有可於低溫操作且控制較為容易等優點，故濺鍍技術已廣泛應用在例如半導體和顯示面板的生產上。另一方面，對於濺鍍設備來說，由於金屬靶材存在有表面氧化的問題，為了獲得較佳的鍍膜品質或避免產生電弧作用(arcing)，會在進行濺鍍製程之前，預先進行預濺鍍(pre-sputter)製程，以將在金屬靶材上的氧化物去除。然而，若是預濺鍍時間太短，則會有氧化物去除不完全的問題。相對地，若是預濺鍍時間太長，則會有電能和金屬靶材消耗過多的問題。

本發明的目的是在於提供一種用於濺鍍設備之監測方法及監測系統，可準確估測濺鍍設備的預濺鍍時間，進而可同時達到完全去除金屬靶材之氧化物以及有效降低電能和金屬靶材消耗的效果。

根據本發明之上述目的，提出一種用於一濺鍍設備之監測方法，此監測方法包含下列步驟。當濺鍍設備進行預濺鍍製程時，取得濺鍍設備之電力訊號。依據電力訊號取得電力訊號之趨勢分佈。比較趨勢分佈是否符合預定條件。當趨勢分佈符合預定條件時，決定預濺鍍製程之進行時間。

依據本發明之一實施例，上述監測方法更包含下列步驟。對電力訊號進行平滑處理，以去除電力訊號之高頻部分。對電力訊號進行微分處理，以得到電力訊號對時間之微分值。比較微分值與一閾值，以決定是否開始進行比較趨勢分佈與預定條件之步驟。

依據本發明之又一實施例，上述預定條件為微分值在連續多個時間點時均在一斜率範圍中。

依據本發明之又一實施例，上述電力訊號為電壓訊號、電流訊號或功率訊號。

根據本發明之上述目的，另提出一種監測系統，包含訊號擷取模組、電力監測模組和訊號分析模組。訊號擷取模組用以取得濺鍍設備進行預濺鍍製程時之電力訊號。電力監測模組用以依據電力訊號取得電力訊號之趨勢分 佈。訊號分析模組用以依據趨勢分佈和預定條件決定預濺鍍製程之進行時間。

依據本發明之一實施例，上述電力監測模組包含平滑處理單元、微分處理單元和比較單元。平滑處理單元用以對電力訊號進行平滑處理，以去除電力訊號之高頻部分。微分處理單元用以對電力訊號進行微分處理，以得到電力訊號對時間之微分值。比較單元用以比較微分值與一閾值，並根據比較結果來控制訊號分析模組。

依據本發明之又一實施例，上述預定條件為微分值在連續多個時間點時均在一斜率範圍中。

依據本發明之又一實施例，上述電力訊號為電壓訊號、電流訊號或功率訊號。

100‧‧‧監測系統

110‧‧‧訊號擷取模組

120‧‧‧電力監測模組

122‧‧‧平滑處理單元

124‧‧‧微分處理單元

126‧‧‧比較單元

130‧‧‧訊號分析模組

140‧‧‧資料庫

300‧‧‧監測方法

302、304、306、308‧‧‧步驟

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示本發明實施例用於濺鍍設備之監測系統的示意圖；〔圖2〕係繪示〔圖1〕之電力監測模組的示意圖；〔圖3〕係繪示本發明實施例用於濺鍍設備之監測方法的示意圖；〔圖4〕係繪示應用本發明實施例進行對預濺鍍製程之監測時製程電壓與時間之關係的示意圖； 〔圖5A〕至〔圖5C〕係繪示應用本發明實施例進行對預濺鍍製程之監測時製程電壓對時間之微分值與時間之關係的示意圖；以及〔圖6〕係繪示使用光譜儀進行對預濺鍍製程之監測時強度與時間之關係的示意圖。

請參照圖1，圖1係繪示本發明實施例監測系統100的示意圖。監測系統100係應用在濺鍍設備的監測上，且其包含訊號擷取模組110、電力監測模組120、訊號分析模組130和資料庫140。訊號擷取模組110用以取得濺鍍設備進行預濺鍍製程時之電力訊號。此電力訊號可以是電壓訊號、電流訊號或功率訊號等。電力監測模組120用以即時監測電力訊號，使得操作者可依據監測的電力訊號來判斷預濺鍍製程是否有異常的情況發生，且電力監測模組120用以依據電力訊號取得電力訊號之趨勢分佈。訊號分析模組130用以依據電力訊號之趨勢分佈和預定條件來決定預濺鍍製程之進行時間。當電力訊號之趨勢分佈符合預定條件時，可停止此預濺鍍製程，且所經過之時間決定為預濺鍍製程之進行時間。此外，由訊號擷取模組110所擷取的的電力訊號、電力訊號之趨勢分佈和所決定之預濺鍍製程之進行時間等資訊可儲存在資料庫140中。資料庫140可存放在本地磁碟(圖未繪示)或是藉由網際網路存取來存放在雲端空間(圖未繪示)中，但不限於此。

進一步地，請參照圖2，電力監測模組120包含平滑處理單元122、微分處理單元124和比較單元126。平滑處理單元122用以對電力訊號進行平滑處理，以去除電力訊號之高頻部分。平滑處理單元122可使用移動平均法(moving average)或希爾伯特-黃轉換(Hilbert-Huang Transform)對電力訊號進行處理，以將電力訊號中超過特定頻率的成分消除。微分處理單元124用以對電力訊號進行微分處理，以得到電力訊號對時間之微分值。此微分值代表電力訊號於特定時間之斜率。比較單元126用以比較電力訊號對時間之微分值與一閾值，並根據比較結果來控制訊號分析模組130。

監測系統100監測濺鍍設備時所進行的流程說明如下。請參照圖3，圖3係繪示本發明實施例監測方法300的流程圖。監測方法300係用以在濺鍍設備進行預濺鍍製程時對濺鍍設備進行監測。首先，進行步驟302，當濺鍍設備進行預濺鍍製程時，取得濺鍍設備之電力訊號。電力訊號為濺鍍設備進行預濺鍍製程時的電壓訊號、電流訊號或功率訊號等。

接著，進行步驟304，依據電力訊號取得電力訊號之趨勢分佈。電力訊號的高頻成分通常為雜訊，故在取得濺鍍設備之電力訊號後，首先可對電力訊號進行平滑處理，以消除電力訊號之高頻部分，然後再對消除高頻成分後的電力訊號進行微分處理。在一些實施例中，可不對電力訊號進行平滑處理而直接對電力訊號進行微分處理。進行微分 處理後的所得到的微分值再與一閾值進行比較，以決定是否開始進行後續步驟(即進行步驟306)。此閾值可依據不同的操作環境而做對應調整。在一些實施例中，平滑處理可在對電力訊號進行微分處理後進行。若是微分值低於閾值，則代表電力訊號具有明顯變化，也就是說，在金屬靶材上的氧化物逐漸被去除。直到微分值高於閾值後，代表對在金屬靶材上的氧化物之去除趨緩且接近完成，監測方法300接著進行到步驟306。

在步驟306中，比較趨勢分佈是否符合預定條件。此趨勢分佈可以是進行微分處理後的所得到的微分值，或是再將此微分值經過正規化處理後所得到的正規化斜率。在本發明實施例中，預定條件為微分值在連續多個時間點時均在一斜率範圍中，例如：在連續整數次的時間點時，所有對應的微分值均在±0.01伏特/秒(V/S)內。而在其他實施例中，此預定條件可依據不同的操作環境而做對應調整。若趨勢分佈符合預定條件，則停止濺鍍設備的預濺鍍製程，且進行步驟308，決定所經過之時間為預濺鍍製程之進行時間。反之，若趨勢分佈不符合預定條件，則重複步驟306，直到趨勢分佈符合預定條件為止。

以下說明依據本發明實施例進行對濺鍍設備的監測所得到的結果，其中取得的電力訊號為電壓訊號，閾值設定為1V/S，且預定條件設定為在連續10次的時間點的斜率均在±0.01V/S內。圖4係繪示應用本發明實施例進行對預濺鍍製程之監測時製程電壓與時間之關係的示意圖，在第一 階段中，由於預濺鍍製程開始進行不久，在金屬靶材上的氧化物之消除較為緩慢，使得製程設備的整體電阻值維持在相對高點，故製程設備的製程電壓亦維持在660V以上之相對高點。

在預濺鍍製程開始進行一段時間後，進入到第二階段。在第二階段中，在金屬靶材上的氧化物之去除速率增快，使得製程設備的電阻值逐漸降低，故製程設備的製程電壓亦逐漸降低。在第二階段中，製程電壓的變化程度較大，即製程電壓對時間的斜率大於1V/S。

在大部分的氧化物被去除後，接著進入到第三階段，其中在金屬靶材上的氧化物之去除速率減緩，使得製程設備的製程電壓之改變速率亦逐漸減緩。在第三階段中，由於製程電壓對時間的斜率小於1V/S，故開始進行斜率與預設條件的比較。在第150秒時，由於連續10次的時間點的斜率均在±0.01V/S內，代表在金屬靶材上的氧化物已完全被去除，濺鍍設備維持在穩定狀態，故決定預濺鍍時間為150秒，且在此時也可選擇停止由濺鍍設備所進行的預濺鍍製程。

在第四階段中，由於在金屬靶材上的氧化物已完全被去除，故製程設備的製程電壓大致維持在565V左右。由於在第四階段中已無應被去除的氧化物，若可在第150秒，即依據本發明實施例所決定的預濺鍍時間，及時停止預濺鍍製程，可避免濺鍍設備繼續進行預濺鍍製程而導致電能和金屬靶材的過度消耗。

圖5A至圖5C係繪示應用本發明實施例進行對預濺鍍製程之監測時製程電壓對時間之微分值與時間之關係的示意圖，其中圖5A為對製程電壓進行微分處理後的結果，圖5B為進一步對微分值進行平滑處理後的結果，且圖5C為進一步對經過平滑處理後的微分值進行正規化處理後的結果。由圖5A至圖5C可知，在經過微分處理、平滑處理和正規化處理後，可使製程電壓的分析更為容易，且可便利閾值和/或預定條件的設定，進而確保決定預濺鍍時間的結果的準確度。

使用光譜儀以對本發明實施例進行驗證。圖6係繪示使用光譜儀進行對預濺鍍製程之監測時強度與時間之關係的示意圖。在圖6中，點線曲線代表對應金屬靶材之鉬原子(molybdenum；Mo)之光譜訊號的強度，而虛線曲線代表對應濺鍍設備中氬原子(argon；Ar)之光譜訊號的強度。比較圖6和圖4可知，鉬原子與氬原子之光譜訊號的強度變化與製程電壓的變化具有高度相關性，且在大約第150秒後，鉬原子與氬原子之光譜訊號的強度大致維持在一定準位。上述驗證證明本發明實施例所決定的預濺鍍時間具高度準確性。相較於使用光譜儀，本發明係直接擷取由濺鍍設備直接提供的電力訊號來分析，因此可降低監測濺鍍設備之硬體成本。

綜上所述，本發明之監測方法及監測系統應用在濺鍍設備的監測上，可準確估測濺鍍設備的預濺鍍時間， 進而可同時達到完全去除金屬靶材之氧化物以及有效降低電能和金屬靶材消耗的效果。

Claims (8)

1. 一種用於一濺鍍設備之監測方法，包含：當該濺鍍設備進行一預濺鍍(pre-sputter)製程以去除該濺鍍設備之一金屬靶材上的氧化物時，取得該濺鍍設備之一電力訊號；依據該電力訊號取得該電力訊號之一趨勢分佈；比較該趨勢分佈是否符合一預定條件；以及當該趨勢分佈符合該預定條件時，決定該預濺鍍製程之一進行時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之監測方法，更包含：對該電力訊號進行一平滑處理，以去除該電力訊號之高頻部分；對該電力訊號進行一微分處理，以得到該電力訊號對時間之一微分值；比較該微分值與一閾值，以決定是否開始進行比較該趨勢分佈與該預定條件之步驟。
3. 如申請專利範圍第1項所述之監測方法，其中該預定條件為該微分值在連續複數個時間點時均在一斜率範圍中。
4. 如申請專利範圍第1項所述之監測方法，其中該電力訊號為一電壓訊號、一電流訊號或一功率訊號。
5. 一種用於一濺鍍設備之監測系統，包含：一訊號擷取模組，用以取得該濺鍍設備進行一預濺鍍製程時之一電力訊號，該預濺鍍製程係用以去除該濺鍍設備之一金屬靶材上的氧化物；一電力監測模組，用以依據該電力訊號取得該電力訊號之一趨勢分佈；以及一訊號分析模組，用以依據該趨勢分佈和一預定條件決定該預濺鍍製程之一進行時間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之監測系統，其中該電力監測模組包含：一平滑處理單元，用以對該電力訊號進行一平滑處理，以去除該電力訊號之高頻部分；一微分處理單元，用以對該電力訊號進行一微分處理，以得到該電力訊號對時間之一微分值；以及一比較單元，用以比較該微分值與一閾值，並根據比較結果來控制該訊號分析模組。
7. 如申請專利範圍第5項所述之監測系統，其中該預定條件為該微分值在連續複數個時間點時均在一斜率範圍中。
8. 如專利申請範圍第5項所述之監測系統，其中該電力訊號為一電壓訊號、一電流訊號或一功率訊號。