專利名稱：處理室中工藝終點的檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個或多個實施例涉及在處理室中進行工藝終點檢測的方法和裝置，所述處理室包括但不限于半導(dǎo)體處理室。具體地，本發(fā)明的一個或多個實施例涉及在半導(dǎo)體處理室中對清洗工藝進行工藝終點檢測的方法和裝置。
背景技術(shù)：
如公知的，處理室(例如，但不限于，用來沉積半導(dǎo)體膜的處理室和用來蝕刻半導(dǎo)體膜的處理室)需要定期清洗，以去除每次在其中處理晶片或襯底而形成的殘余物(例如，這些處理室可以在處理完一個或多個晶片之后進行清洗)。為清洗處理室，需要進行一段時間(“清洗時間”)的清洗工藝，這段時間通常由基本上去除所有在處理室中形成的殘余物的要求來決定。這種清洗工藝通常包括等離子體工藝。
可以通過監(jiān)測處理室內(nèi)形成的等離子體的輻射輸出來檢測等離子體清洗工藝的終點。通過檢測處理室內(nèi)特定化學(xué)組分的出現(xiàn)或消失(如對被監(jiān)測輻射的分析所表明的)來識別終點。但是，已發(fā)現(xiàn)這種等離子體清洗工藝在某些環(huán)境下不適宜，這是因為等離子體組分會物理地轟擊處理室的內(nèi)部件，這種物理轟擊會損壞這些內(nèi)部件。
高密度等離子體、化學(xué)氣相沉積(“HDP CVD”)處理室(例如加利福尼亞州Santa Clara的應(yīng)用材料公司生產(chǎn)的)可用在各種應(yīng)用領(lǐng)域，例如，但不限于，用來沉積摻氟硅玻璃(“FSG”)膜、用來沉積無摻雜硅玻璃(“USG”)膜、用來沉積摻磷硅玻璃(“PSG”)膜、用來沉積用于淺溝槽隔離(“STI”)的膜等。在這些應(yīng)用中所采用的一種或多種沉積工藝之后進行定期清洗工藝。為避免上述對處理室內(nèi)部件的物理轟擊，用于應(yīng)用材料公司HDP CVD處理室的典型清洗工藝是“隱秘”(“dark”)清洗工藝，即一種遠(yuǎn)程地(即在處理室外)形成等離子體、并且遠(yuǎn)程產(chǎn)生的等離子體進入處理室來進行清洗工藝的化學(xué)工藝。
圖1示出了應(yīng)用材料公司HDP CVD室的示意圖。如圖1所示的，HDP CVD室100包括加熱-冷卻盤110、線圈組件120、內(nèi)室壁130、晶片支架140、節(jié)流閥&閘閥組件150、渦輪泵160、前極管道165、粗調(diào)閥170和180、渦輪閥190、遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器200、遠(yuǎn)程等離子體注射管210和遠(yuǎn)程等離子體注射集管(injection manifold)220。在典型的沉積工藝過程中，沉積前驅(qū)氣通過如230、240和250所圖示的噴嘴進入室100，并且氣態(tài)沉積殘余物從室100通過節(jié)流閥&閘閥組件150和渦輪泵160排出。在這種典型的沉積工藝過程中，在控制器(未示出)的控制下，粗調(diào)閥170和渦輪閥190關(guān)閉，而粗調(diào)閥180打開。而且，在沉積工藝過程中，殘余物在內(nèi)室壁130上形成。在典型的清洗工藝過程中，等離子體在遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器200內(nèi)產(chǎn)生，并且等離子體通過遠(yuǎn)程等離子體注射管210和遠(yuǎn)程等離子體注射集管220流入室100內(nèi)。在這種典型的清洗工藝過程中，在控制器的控制下，粗調(diào)閥170和渦輪閥190打開，而粗調(diào)閥180關(guān)閉。遠(yuǎn)程產(chǎn)生的等離子體組分與殘余物相互作用生成氣態(tài)副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物會被低真空泵(未示出)通過前極管道165從室100中排出。
如所公知的，對于每次應(yīng)用的最佳清洗時間是許多變量的復(fù)雜函數(shù)，這些變量包括但不限于清洗工藝開始時以及清洗工藝過程中處理室內(nèi)表面上殘余物的厚度、處理室內(nèi)部件的溫度；沉積工藝過程中所用的沉積/濺射比；以及殘余物的化學(xué)組成。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，上述隱秘清洗工藝在一預(yù)定時間之后終止(清洗終點)，即清洗終點根據(jù)“時間依賴型”(“by-time”)算法確定。但是，這種時間依賴型算法并不可靠，其中一個原因是由于室的冷卻造成溫度變化，從而導(dǎo)致沉積工藝變化。某些用于確定隱秘清洗工藝的清洗終點的現(xiàn)有技術(shù)方案需要利用“燒傷盒”(“bumbox”)來將等離子體擊入(strike)氣態(tài)沉積副產(chǎn)物中。但是，這種方案由于通常需要使用高壓而存在一定問題，不可靠，并且會產(chǎn)生電子噪音問題。
據(jù)此，本領(lǐng)域需要用于確定隱秘清洗工藝的清洗終點的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個或多個實施例有益地滿足了本領(lǐng)域的上述需要，提供了用于確定在室中進行的清洗工藝的終點的方法和裝置。具體地，本發(fā)明的一個實施例是一種方法，包括步驟(a)將被清洗工藝的副產(chǎn)物吸收的輻射導(dǎo)入室的排出管道；(b)檢測副產(chǎn)物對輻射的吸收率測量值；以及(c)當(dāng)吸收率測量值落在預(yù)定窗口(window)內(nèi)時，即確定為終點。


圖1示出了應(yīng)用材料公司的高密度等離子體、化學(xué)氣相沉積(“HDPCVD”)處理室的示意圖；圖2示出了圖1所示的HDP CVD處理室的示意圖，其還包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施例而制備的終點檢測儀；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制得的EPD 300的方框圖；圖4示出了圖2所示的HDP CVD處理室的示意圖，其中顯示了室的內(nèi)表面和清洗工藝排出口的內(nèi)表面；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例如何確定清洗終點的曲線圖；圖6是表示作為對圖1所示的HDP CVD室清洗不足或過度清洗的函數(shù)的粒子累加的曲線。
具體實施例方式
圖6是表示作為對圖1所示的高密度等離子體、化學(xué)氣相沉積(“HDP CVD”)處理室100清洗不足或過度清洗的函數(shù)的粒子累加的曲線(這里所用的術(shù)語“粒子累加”指在晶片上進行處理步驟而被累積到晶片上的粒子。例如，人們可能測量進行處理步驟之前晶片上的粒子數(shù)，并測量處理步驟之后晶片上的粒子數(shù)。這兩個數(shù)之間的差值即粒子累加的數(shù)值。)。如在“背景技術(shù)”部分中所述的，用于由加利福尼亞州SantaClara的應(yīng)用材料公司生產(chǎn)的HDP CVD處理室的典型清洗工藝是“隱秘”清洗工藝，即遠(yuǎn)程地(即在室100外)形成等離子體、并且遠(yuǎn)程產(chǎn)生的等離子體進入室100來進行清洗工藝。如圖6所示的，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)如果清洗工藝(即去除在沉積工藝過程中沉積在室100的內(nèi)室壁130上的殘余物的工藝)結(jié)束過早(“清洗不足”)，也就是在去除了100％的殘余物之前結(jié)束，則會出現(xiàn)劣質(zhì)的“粒子”表現(xiàn)，即大量的粒子累加。發(fā)明人相信在沉積硅玻璃膜的沉積工藝之后的清洗不足出現(xiàn)劣質(zhì)“粒子”表現(xiàn)的來源或原因是SiO2粒子。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)如果清洗工藝結(jié)束過遲(“清洗過度”)，也就是在去除了100％的殘余物之后一段時間再結(jié)束，也會出現(xiàn)劣質(zhì)的“粒子”表現(xiàn)。發(fā)明人相信清洗過度出現(xiàn)劣質(zhì)“粒子”表現(xiàn)的來源或原因是內(nèi)室壁130表面與清洗等離子體相互作用而生成的氟化鋁粒子。結(jié)果，如在圖6中所見的，對于具體的清洗工藝，存在最佳的清洗窗口區(qū)域，即窗口510，在這個窗口內(nèi)避免了清洗不足或清洗過度而導(dǎo)致產(chǎn)生粒子。
圖2示出了圖1所示的HDP CVD處理室的示意圖，其還包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施例而制備的終點檢測儀300。一個這樣的實施例用來檢測處理室清洗工藝的終點，其中SiF4氣體作為清洗工藝的副產(chǎn)物從室100排出。這個實施例可用在各種應(yīng)用領(lǐng)域，例如，但不限于，用來沉積摻氟硅玻璃(“FSG”)膜、用來沉積無摻雜硅玻璃(“USG”)膜、用來沉積摻磷硅玻璃(“PSG”)膜、用來沉積用于淺溝槽隔離(“STI”)的膜、用來沉積氮化硅(“SiN”)膜等。
根據(jù)這個實施例，紅外輻射(“IR”)光譜法用來追蹤并檢測在預(yù)定SiF4氣體水平的清洗終點。這樣，這個實施例可用來確定清洗工藝的清洗終點，其中基本不會產(chǎn)生被用于標(biāo)準(zhǔn)的光譜學(xué)終點技術(shù)的光。例如，這個實施例可用來確定清洗工藝的清洗終點，其中遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器生成被注入室100內(nèi)的等離子體。如何制備這種遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。例如，但不限于，遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器可以包括微波發(fā)生器，其將微波發(fā)射進氣體通過的腔體內(nèi)。
如圖2所示，終點檢測器300(“EPD 300”)設(shè)置在室100的前極管道165附近。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制得的EPD 300的方框圖。如圖3所示，IR源400輸出其波長與SiF4氣體吸收波段的至少一部分(例如SiF4氣體振動模式的吸收波段)基本重疊的紅外輻射。根據(jù)一個實施例，該波長大致等于約1020nm。IR源400的IR輻射輸出通過窗口(未示出)被注入圖2所示的室100的室排出系統(tǒng)的前極管道165中的預(yù)定體積內(nèi)。再如圖3所示，EPD 300包括設(shè)置在調(diào)制盤410上的濾波器420和425。調(diào)制盤410設(shè)置在前極管道165對著IR源400的一側(cè)上，來接收穿過前極管道165上的另一個窗(未示出)而傳遞的輻射。濾波器420透射的輻射的波長段基本為已吸收IR源400輸出的紅外輻射的SiF4分子的輸出波長(例如，濾波器420可以透射中點為約972nm的波長段的輻射)，而濾波器425是中性密度濾波器，其透射的輻射的波長段近似濾波器420所透射的波長段(例如，濾波器425可以透射中點為約909nm的波長段的輻射)。仍如圖3所示的，響應(yīng)控制器440的信號，電動機430使調(diào)制盤410旋轉(zhuǎn)(從而使濾波器420和425旋轉(zhuǎn))。
再如圖3所示，濾波器420和425所透射的輻射通過傅立葉變換拉曼(“FTR”)光譜儀460處理來提供輸出信號，這些信號作為控制器440的輸入以用于分析。例如，控制器440所接收的、對應(yīng)于穿過濾波器425的輻射的輸出信號用來確定背景，該背景從控制器440所接收的、對應(yīng)于穿過濾波器420的輻射的輸出信號中被扣除。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，F(xiàn)TR光譜儀460的信號輸出(“1x信號”)乘以(例如，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任一種方法來放大1x信號)因子20以提供第二信號(“20x信號”)，而20x信號用來作為控制器440的輸入用于分析。接著，經(jīng)背景修正后的20x信號被監(jiān)測，并且一種創(chuàng)造性算法被用來確定清洗終點。
如下將要詳細(xì)描述的，這種創(chuàng)造性算法基于從室100中脫除SiF4，以及背景修正過的20x信號與粒子表現(xiàn)的相關(guān)性。IR源400、調(diào)制盤410、濾波器420、濾波器425、FTR光譜儀460可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任一種方法制得，并且可以購買，例如可從康涅狄格州East Hartford的MKS Instruments公司購買?？刂破?40可以是個人計算機，或者可以是操縱室100的控制器計算機。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解到，20x信號用來提供方便的信號水平(例如，20x信號提供合適的電壓分辨率)，但是本發(fā)明的其他實施例并不限于20x信號的使用。實際上，存在監(jiān)測1x信號，或者監(jiān)測任意其他信號水平的其他實施例。此外，雖然已描述利用調(diào)制盤進行背景修正的實施例，但本發(fā)明的其他實施例并不受限于此。實際上，存在利用分束器以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式進行背景修正的其他實施例。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易認(rèn)識到，1x信號以及由此得到的20x信號提供了在清洗工藝過程中SiF4氣體在前極管道165中的IR吸收率值。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每當(dāng)20x輸出信號達到預(yù)定電壓水平，創(chuàng)造性算法即檢測到清洗終點。根據(jù)這個實施例，預(yù)定電壓水平對應(yīng)于從室100和前極管道165的抽出口中去除SiF4的預(yù)定百分率。圖4示出了HDP CVD處理室100的示意圖，其中顯示了室100的內(nèi)表面(室表面面積“B”)和排出口的內(nèi)表面(抽出口表面面積“A”)。根據(jù)創(chuàng)造性算法，控制器440確定去除的SiF4百分率，如下 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每當(dāng)從室100的內(nèi)表面和抽出口的內(nèi)表面去除了97.5％的清洗工藝產(chǎn)生的SiF4時，即認(rèn)為室100已經(jīng)100％干凈了，清洗終點已找到。有益地，根據(jù)這個實施例，EPD 300在清洗工藝過程中通過追蹤SiF4的去除來動態(tài)地調(diào)整清洗時間以保持室中穩(wěn)定的清潔水平。這樣，如果抽出口面積A改變，則對室達到100％清潔程度時SiF4去除百分率的確定也會改變。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例如何確定清洗終點的曲線圖。如圖5所示的，20x信號的振幅繪制在以電壓作為函數(shù)的縱坐標(biāo)和以時間作為函數(shù)的橫坐標(biāo)的坐標(biāo)系內(nèi)(應(yīng)該認(rèn)識到，20x信號的頂部平坦區(qū)是由于所用的電壓標(biāo)度已達飽和)。如圖5所示的，對應(yīng)于95％SiF4去除率的電壓幅度導(dǎo)致清洗不足的室，對應(yīng)于97.5％SiF4去除率的電壓幅度導(dǎo)致100％清洗的室，而對應(yīng)于100％SiF4去除率的電壓幅度導(dǎo)致清洗過度的室。這樣，如圖5所示，窗口500對應(yīng)于最佳的清洗窗口，其中由清洗不足或清洗過度所引起的粒子累加達到最小。有益地，根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，最佳清洗終點出現(xiàn)在從室和抽出口100％去除SiF4所需時間之前。而且，EPD 300通過測量SiF4氣體清洗副產(chǎn)物的IR吸收率，并且每次在相同水平下觸發(fā)清洗終點，而不考慮室狀態(tài)，來在變化的工藝和硬件條件下動態(tài)地調(diào)整清洗時間，從而保持室中穩(wěn)定的清潔水平。而且，由于最佳的清洗時間比對應(yīng)于100％SiF4去除率的時間短，所以本發(fā)明實施例的應(yīng)用可以減少清洗氣體的使用，并且由于清洗時間更短，則生產(chǎn)能力更高。注意，應(yīng)用本發(fā)明的這個實施例之后，雖然前極管道165內(nèi)可能存在某些沉積物，但室已經(jīng)100％清潔了。還注意，由于前極管道165并不是室100中粒子的來源，所以完全地清洗前極管道165并不重要。
在本發(fā)明的其他實施例中，這種創(chuàng)造性算法可延展到提供作為終點時間的百分率的清洗過度。
如上所述，根據(jù)一個實施例，在按下面所描述的方法、通過監(jiān)測SiO2和氟化鋁粒子而確定的最優(yōu)清洗窗口內(nèi)，EPD 300動態(tài)地調(diào)整清洗時間，來提供穩(wěn)定的、低粒子、高產(chǎn)量的室清洗。下面描述對于預(yù)定的處理步驟，用來確定對應(yīng)于圖5中所示窗口500的電壓水平的方法的一個實施例。步驟1選擇20x信號上的一個電壓水平來確定清洗工藝的終點(例如，最初，電壓水平應(yīng)該足夠低以與清洗過度相對應(yīng))。步驟2利用EPD 300和所選定的電壓水平監(jiān)測清洗工藝來確定終點。步驟3利用預(yù)定的處理步驟處理預(yù)定數(shù)量的晶片；根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任一種方法來確定每個晶片的粒子累加；并確定粒子累加的平均量。步驟4逐級增加用來確定清洗工藝終點的電壓水平，并且在每級都重復(fù)步驟3。電壓水平應(yīng)該最終增加到對應(yīng)于清洗不足的足夠高的水平。如上所述，每級所確定的粒子累加的平均量應(yīng)該減小到最小值，然后隨著從清洗過度狀態(tài)進入清洗不足狀態(tài)再增加。最終，對應(yīng)于窗口500的電壓水平基本圍繞著(在預(yù)先確定的量之內(nèi))粒子累加平均量的最小值。如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠輕易認(rèn)識到的，除了以清洗過度開始，再移至清洗不足以外，上述工藝可以替換為以清洗不足開始，再移至清洗過度。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，前面的描述是僅為說明和描述的目的而提出的。這樣，本說明書并非意在窮舉本發(fā)明或?qū)⒈景l(fā)明精確地限定在所公開的形式內(nèi)。例如，可以使用任意的確定清洗工藝的一種或多種氣態(tài)副產(chǎn)物吸收率的方法。此外，實施例也可以結(jié)合任意清洗工藝(例如但不限于等離子體清洗工藝(隱秘的或非隱秘的)和非等離子體清洗工藝)和任意種類的處理室(例如但不限于沉積室和蝕刻室)來使用。
權(quán)利要求
1.一種確定在室中進行的清洗工藝的終點的方法，包括如下步驟將被所述清洗工藝的副產(chǎn)物吸收的輻射導(dǎo)入所述室的抽出管道內(nèi)；檢測所述副產(chǎn)物對所述輻射的吸收率的測量值；以及當(dāng)所述吸收率測量值落在預(yù)定窗口內(nèi)時即確定所述終點。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定窗口對應(yīng)于所述室的100％清洗，以及所述抽出管道預(yù)定部分的小于100％的清洗。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述清洗工藝是隱秘清洗工藝，所述導(dǎo)入步驟包括導(dǎo)入紅外輻射。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述檢測步驟包括檢測所述副產(chǎn)物在吸收所述輻射之后發(fā)射出的其他輻射。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述檢測步驟還包括利用傅立葉變換拉曼光譜儀來分析所述其他輻射。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述檢測步驟還包括產(chǎn)生表示所述測量值的輸出信號。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述確定步驟還包括當(dāng)所述輸出信號落在所述預(yù)定窗口內(nèi)時即確定所述終點。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中第二輸出信號是所述輸出信號的預(yù)定倍數(shù)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中當(dāng)所述輸出信號落在所述預(yù)定窗口內(nèi)時確定所述終點的步驟包括當(dāng)所述輸出信號落在預(yù)定水平以下時確定終點的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述副產(chǎn)物是SiF4。
11.一種用來確定在室中進行的清洗工藝的終點的裝置，包括輻射源，其將被所述清洗工藝的副產(chǎn)物吸收的輻射發(fā)送進所述室的抽出管道內(nèi)；檢測器，其檢測所述副產(chǎn)物發(fā)射出的其他輻射以及背景輻射的測量值；分析儀器，其分析所述其他輻射和所述測量值來確定所述副產(chǎn)物的輻射吸收率的測量值；和控制器，當(dāng)所述吸收率測量值達到預(yù)定窗口時，其產(chǎn)生終點信號。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述預(yù)定窗口對應(yīng)于所述室的100％清洗，以及所述抽出管道預(yù)定部分的小于100％的清洗。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述清洗工藝是隱秘清洗工藝，所述輻射源包括紅外輻射源。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述檢測器包括透射所述其他輻射的濾波器和透射其波長段接近所述其他輻射波長的輻射的濾波器。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述分析儀器包括傅立葉變換拉曼光譜儀。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述分析儀器產(chǎn)生表示所述測量值的輸出信號。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中當(dāng)所述輸出信號落在所述預(yù)定窗口內(nèi)時，所述控制器產(chǎn)生所述終點信號。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中當(dāng)所述輸出信號落在預(yù)定水平以下時，所述控制器產(chǎn)生所述終點信號。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述副產(chǎn)物是SiF4。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于確定在室中進行的清洗工藝的終點的方法和裝置。具體地，本發(fā)明的實施例是包括如下步驟的方法(a)將清洗工藝的副產(chǎn)物吸收的輻射導(dǎo)入所述室的抽出管道內(nèi)；(b)檢測副產(chǎn)物對所述輻射的吸收率的測量值；以及(c)當(dāng)所述吸收率測量值落在預(yù)定窗口內(nèi)時確定所述終點。
文檔編號H01L21/00GK1777973SQ02827549
公開日2006年5月24日 申請日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者拉克斯曼·穆魯蓋什, 加里·R·阿爾 申請人:應(yīng)用材料公司