專利名稱：監(jiān)控電漿制程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于半導(dǎo)體制程，特別有關(guān)于一種半導(dǎo)體電漿反應(yīng)室的電漿制程控制方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制程技術(shù)中，電漿制程(plasma process)最早是利用氧電漿去除光阻，之后則發(fā)展出以四氟化碳(CF4)與氧氣混做為反應(yīng)氣體，蝕刻硅或氮化硅材料。而目前，電漿制程的應(yīng)用更為廣泛，可蝕刻的材質(zhì)也日益多樣化。
電漿(plasma)的主要產(chǎn)生機制，主要將適當?shù)臍怏w導(dǎo)入真空室后，以射頻電源(Radio frequency，RF)使氣體產(chǎn)生熾熱放電。氣體可能被游離或解離，呈離子化(ionized)，產(chǎn)生等量的正負離子、或電子，具有高活性的化學反應(yīng)性質(zhì)，進行蝕刻或沉積制程。
一般半導(dǎo)體晶圓的電漿蝕刻，主要將晶圓置放于電漿蝕刻機臺的蝕刻反應(yīng)室中，使電漿反應(yīng)室呈密閉狀態(tài)而進行真空泵抽氣至低壓狀態(tài)。蝕刻壓力的范圍則根據(jù)不同的制程條件(recipe)而定，接著將反應(yīng)氣體輸送至反應(yīng)室中，以射頻場使氣體游離。在輸送氣體的過程中，反應(yīng)室內(nèi)仍保持以真空泵抽氣，以抽出反應(yīng)后的氣體，以避免某些蝕刻產(chǎn)物殘留，而損傷晶圓上的組件或材質(zhì)。當蝕刻反應(yīng)完成后，則停止送氣，并關(guān)閉射頻反應(yīng)器，而持續(xù)抽氣以完全抽除反應(yīng)生成物。最后灌入氮氣破除真空后，則可開啟反應(yīng)室取出晶圓。
因此，對于電漿反應(yīng)室中電漿產(chǎn)生的條件監(jiān)控，也直接影響制程品質(zhì)，特別是對于電漿蝕刻機臺的穩(wěn)定性控制尤其重要。由于習知的電漿反應(yīng)室制程控制，受限于無法直接量測反應(yīng)室內(nèi)的電漿狀況，因此通常以間接的手法進行反應(yīng)室的調(diào)控。例如量測電漿機臺對控片(monitor wafers)的蝕刻速率，以及分析控片在既定蝕刻制程條件下的蝕刻狀況，以作為實際投片時的蝕刻基準?；蛘?，借由調(diào)整機臺參數(shù)，來改變反應(yīng)室內(nèi)電漿的狀況。
然而，上述方式其缺點之一在于不是直接測量電漿反應(yīng)室的電漿參數(shù)，而是借由控片測試電漿狀態(tài)，往往需要預(yù)先花費相當多的時間試驗新的蝕刻制程，而當蝕刻狀況不若預(yù)期時，也無法直接確認是由于電漿反應(yīng)室的電源功率、反應(yīng)室壓力或氣體流量所造成，必須反復(fù)進行測試。另外，其缺點之二在于隨著晶圓尺寸增大至300mm，因此模擬制程條件用的控片的成本也隨之增高。再者，其缺點之三在于，控片未必能全然反應(yīng)出實際晶圓在電漿蝕刻制程中可能產(chǎn)生的各種狀況，使得在線人員做出不正確的判斷，可能導(dǎo)致晶圓實際投產(chǎn)后，其蝕刻品質(zhì)不如預(yù)期，造成高昂損失。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種監(jiān)控電漿制程的方法，借由臨場直接量測電漿參數(shù)而可監(jiān)控電漿制程的方法。
本發(fā)明的另一個目的借由臨場直接量測電漿反應(yīng)室的電漿參數(shù)與機臺參數(shù)，用以調(diào)控電漿反應(yīng)室的機臺參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一種監(jiān)控電漿制程的方法，包括下列步驟提供一電漿反應(yīng)室；進行一既定電漿制程，并同時臨場量測該電漿反應(yīng)室的電漿參數(shù)；以及，根據(jù)其電漿參數(shù)值評估電漿反應(yīng)室的制程品質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種監(jiān)控電漿制程的方法，包括下列步驟提供一電漿反應(yīng)室；在該電漿反應(yīng)室中對一晶圓進行一既定電漿制程，并同時臨場量測電漿反應(yīng)室的電漿參數(shù)與記錄其機臺參數(shù)；由該電漿參數(shù)值評估該機臺參數(shù)值是否偏移；以及，若偏移，根據(jù)該電漿參數(shù)值回饋控制下一晶圓的電漿制程機臺參數(shù)。
在上述方法中，電漿參數(shù)可為電漿反應(yīng)室中的電子密度與電子碰撞頻率，且該電漿反應(yīng)室為射頻放電的低壓電漿蝕刻反應(yīng)室，以進行一電漿蝕刻制程。
上述方法的優(yōu)點在于直接量測電漿反應(yīng)室的電漿品質(zhì)，可以準確而快速的評估制程狀況，而提升制程品質(zhì)。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施例中的一種監(jiān)控電漿制程的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例一的一種監(jiān)控電漿制程的方法流程。
圖3A與圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施例中的蝕刻率管制圖與電子碰撞頻率管制圖。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例二的一種監(jiān)控電漿制程的方法流程。
符號說明10電漿反應(yīng)室； 12上電極；14下電極； 16射頻產(chǎn)生器；18偏壓電源； 20晶圓；22電漿； 24反應(yīng)氣體入口；26真空抽氣口； 30控制器；40量測裝置； 50監(jiān)控裝置；USL最高限制值； LSL最低限制值；S202～S206流程步驟； S402～SS408流程步驟。
具體實施例方式
為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、及優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合所附圖式，作詳細說明如下參見圖1，所示為根據(jù)本發(fā)明的一實施中的一種監(jiān)控電漿制程的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。在電漿反應(yīng)室10中，包含上電極12與下電極14。上電極12連接一射頻產(chǎn)生器(RF generator)16。一般射頻產(chǎn)生器中可包含射頻電源與匹配網(wǎng)絡(luò)(未顯示)，將射頻電源功率轉(zhuǎn)移到電漿反應(yīng)室10中。在較佳實施例中，電漿反應(yīng)室10為電漿蝕刻反應(yīng)室。
下電極14可連接一射頻電源18，并接地，以控制偏壓功率。晶圓20則放置于下電極14上，當電漿反應(yīng)室10開始運作時，則上下電極12與14間充滿電漿22，撞擊晶圓20進行電漿蝕刻制程。而電漿反應(yīng)室10可由出口26抽氣，將反應(yīng)室10中的壓力降至一般電漿蝕刻制程所需的300mTorr或以下。而電漿反應(yīng)室10可借由氣體輸入口24輸入制程的反應(yīng)氣體，經(jīng)射頻電源將氣體離子化后形成電漿。
仍參見圖1，電漿反應(yīng)室10中的機臺參數(shù)可借由一控制器30控制，機臺參數(shù)可包含電源功率、電漿反應(yīng)室壓力與反應(yīng)氣體流率等等。另外，為了臨場量測電漿反應(yīng)室10在電漿制程中實際的電漿狀態(tài)，則將反應(yīng)室10與一量測裝置40耦接，用以在電漿制程中，直接量測電漿參數(shù)。
對于電漿反應(yīng)室而言，電漿參數(shù)為電子密度(electron density)、電子碰撞頻率(electron collision rate)與電子溫度(electron temperature)等等，是評估電漿狀態(tài)的直接因子。因此，量測裝置40可采用美國專利第5861752與第5705931號中，由Klick所提出的直接量測電漿參數(shù)的裝置與方法，借由其裝置與方法，是借由其裝置臨場量測電漿位移電流(diaplacment current)后，借由該方法以非線性理論計算求得電漿參數(shù)，如電子密度與電子碰撞頻率?；蛘?，量測裝置40亦可采用微波干涉計(microwave interferometer)，亦可量測出該電漿參數(shù)。
而上述借由控制器30所設(shè)定與記錄的電漿反應(yīng)室10的機臺參數(shù)，以及量測裝置40所量測得到的電漿參數(shù)值，均傳送至監(jiān)控裝置50進行數(shù)據(jù)分析與處理。監(jiān)控裝置50可為一計算機主機或一高等過程控制器，以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，監(jiān)控該電漿反應(yīng)室10的制程品質(zhì)。
以下以實施例詳細說明根據(jù)圖1的系統(tǒng)架構(gòu)所進行的本發(fā)明的臨場監(jiān)控電漿制程的方法。
實施例一參見圖2，所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例一的一種監(jiān)控電漿制程的方法流程。
首先進行步驟S202提供一電漿反應(yīng)室，如圖1所示的電漿蝕刻反應(yīng)室10，可借由控制器30設(shè)定機臺參數(shù)，并記錄實際的機臺參數(shù)值，另外并耦接一量測裝置40，如美國專利第5861752號中，由Klick所提出量測電漿參數(shù)的裝置與應(yīng)用其第5705931號的量測方法，或借由微波干涉計，用以臨場量測電漿參數(shù)。
接著進行步驟S204進行一既定電漿制程，并同時臨場量測電漿反應(yīng)室的電漿參數(shù)。如在300mTorr以下的壓力進行一電漿蝕刻制程。以電漿蝕刻制程為例，通?？山栌煽刂破?0設(shè)定反應(yīng)室10中的機臺參數(shù)，如RF放電的電源功率、反應(yīng)室10的壓力以及反應(yīng)氣體流量等等。因此在機臺參數(shù)設(shè)定后，則進行既定的電漿制程，而在制程進行中，則借由量測裝置40量測該反應(yīng)室10中的電漿參數(shù)的數(shù)值，如電子密度值與電子碰撞頻率值。
最后，則進行步驟S206根據(jù)電漿參數(shù)值評估電漿反應(yīng)室的制程品質(zhì)。借由監(jiān)控裝置50根據(jù)量測裝置40所量測的資料進行分析。
由于電漿參數(shù)值直接反應(yīng)電漿品質(zhì)，如電漿的密度與強度，而電漿品質(zhì)直接影響對于晶圓的制程結(jié)果，因此直接根據(jù)量測得的電漿參數(shù)值評估電漿制程品質(zhì)，可取代以往以量測晶圓的結(jié)果來評估制程品質(zhì)的不便。在一較佳情況中，直接以電漿參數(shù)的數(shù)值建立趨勢圖(trend chart)或管制圖(controlchart)，預(yù)先建立可容許的最高與最低限制值(USL與LSL)，以實時評估電漿反應(yīng)室10的電漿品質(zhì)是否超過既定標準。而在另一較佳情況中，可同時建立電漿參數(shù)值與一般電漿蝕刻率的管制圖，以進行雙重管制，如圖3A與圖3B所示。
由圖3A與圖3B中可以看出，由于電漿蝕刻率與電子碰撞密度有關(guān)，因此兩者管制圖的變化曲線大致相同，也因此臨場測量的電子碰撞密度，可以比傳統(tǒng)需等待量測蝕刻厚度后計算的蝕刻率，更能實時快速的反應(yīng)電漿反應(yīng)室10的制程品質(zhì)。
而除了上述以一般管制圖的標準評估電漿參數(shù)值外，在另一較佳情況中，亦可根據(jù)習知的統(tǒng)計制程控制(Statistic process control，SPC)方法評估該電漿參數(shù)值是否超過標準，主要借由統(tǒng)計方法分析，更能準確評估電漿參數(shù)值所反應(yīng)的電漿品質(zhì)意義。而另外，由于所量測得的電漿參數(shù)值直接反應(yīng)電漿品質(zhì)，因此，即使反應(yīng)室中10無晶圓存在，亦可以用以評估制程品質(zhì)。對于電漿制程的評估而言，可以大幅減少測試晶圓的成本。
實施例二參見圖4，所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例二的一種監(jiān)控電漿制程的方法流程，其特點在于利用電漿參數(shù)值對電漿制程進行回饋控制(feedback control或run-to-run control)。
首先進行步驟S402提供一電漿反應(yīng)室。如圖1中的電漿蝕刻反應(yīng)室10，分別借由控制器30與量測裝置40量測機臺參數(shù)與電漿參數(shù)。
接著進行步驟S404在電漿反應(yīng)室中對晶圓進行既定電漿制程，并同時臨場量測電漿反應(yīng)室的電漿參數(shù)與記錄電漿反應(yīng)室的機臺參數(shù)。如利用美國專利第5861752號中，由Klick所提出量測電漿參數(shù)的裝置與應(yīng)用其第5705931號的量測方法，或借由微波干涉計量測電漿的電子密度與電子碰撞頻率。
既定的電漿蝕刻制程，乃先借由控制器30設(shè)定反應(yīng)室10中的機臺參數(shù)，如RF放電的電源功率、反應(yīng)室10的壓力以及反應(yīng)氣體流量等等。在機臺參數(shù)設(shè)定后，則進行既定的電漿制程，而在制程進行中，借由量測裝置40量測該反應(yīng)室10中的電漿參數(shù)的數(shù)值，如電子密度值與電子碰撞頻率值，而控制器30亦量測反應(yīng)室10的實際機臺參數(shù)值。一般而言，機臺參數(shù)的實際值通常會與設(shè)定值有少許偏差。
其次進行步驟S406由電漿參數(shù)值評估機臺參數(shù)值是否偏移。在一實施例中，借由監(jiān)控裝置50根據(jù)控制器30記錄的機臺參數(shù)值，與量測裝置40所量測的臨場電漿參數(shù)值進行評估。
以往調(diào)整電漿蝕刻機臺參數(shù)設(shè)定時，其調(diào)整結(jié)果必須等待晶圓制程結(jié)束后，分析晶圓的制程品質(zhì)才能得知。然而借由本發(fā)明的方法，利用臨場量測得到的電漿參數(shù)值，即可快速確認機臺參數(shù)的調(diào)整，會對電漿品質(zhì)造成何種影響。因此，若電漿參數(shù)偏移時，則可確認是哪項機臺參數(shù)值的偏移所造成的結(jié)果，并評估機臺參數(shù)的偏移情形。而其評估方式可采用統(tǒng)計制程控制(SPC)方法評估該機臺參數(shù)值是否達到明顯偏移。
接著進行步驟S408若偏移，根據(jù)該電漿參數(shù)值回饋控制下一晶圓的電漿制程機臺參數(shù)。在較佳情況中，監(jiān)控裝置50可利用統(tǒng)計制程控制(SPC)評估機臺參數(shù)值是否出現(xiàn)偏移情況，若已達到顯著偏移，則將該訊息送回該控制器，在下一晶圓進行電漿蝕刻制程時，調(diào)整電漿蝕刻反應(yīng)室10的機臺參數(shù)設(shè)定，確保電漿制程品質(zhì)維持恒定。而此機臺參數(shù)調(diào)整，亦可利用習知的高等過程控制(Advanced Process Control)的方法計算調(diào)整的幅度，以調(diào)整該控制器30的設(shè)定。
根據(jù)上述實施例一與實施例二的說明可明顯看出，借由臨場量測電漿反應(yīng)室10中的電漿參數(shù)，可以直接得知電漿品質(zhì)。因此本發(fā)明的優(yōu)點之一在于可以直接借由臨場電漿參數(shù)值監(jiān)控晶圓的制程品質(zhì)，而無須等待晶圓制程后以儀器測量其制程品質(zhì)。而本發(fā)明的優(yōu)點之二則在于借由臨場量測的電漿參數(shù)值，可以直接評估電漿反應(yīng)室10的機臺參數(shù)設(shè)定是否有所偏移，若偏移則可快速進行回饋控制，使電漿反應(yīng)室10的制程條件維持恒定，也借此確保晶圓的制程品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控電漿制程的方法，包括下列步驟提供一電漿反應(yīng)室；進行一既定電漿制程，并同時臨場量測該電漿反應(yīng)室的一電漿參數(shù)；以及根據(jù)該電漿參數(shù)值評估該電漿反應(yīng)室的制程品質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿反應(yīng)室為進行射頻放電的電漿蝕刻反應(yīng)室，并在小于或等于300mTorr下進行該電漿制程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿參數(shù)為該電漿反應(yīng)室中的電子密度及/或電子碰撞頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿參數(shù)更包含該電漿反應(yīng)室中的電子溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電子密度與電子碰撞頻率是借由量測電漿位移電流后，經(jīng)由非線性理論計算求得，或借由一微波干涉計量測而得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中根據(jù)該電漿參數(shù)評估該電漿反應(yīng)室的蝕刻品質(zhì)，是將該電漿參數(shù)值與一預(yù)設(shè)電漿參數(shù)管制標準比較，評估該電漿參數(shù)值是否超過該標準。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中根據(jù)該電漿參數(shù)值評估該電漿反應(yīng)室的蝕刻品質(zhì)，是根據(jù)一統(tǒng)計制程控制方法評估該電漿參數(shù)值是否超過標準。
8.一種監(jiān)控電漿制程的方法，包括下列步驟提供一電漿反應(yīng)室；在該電漿反應(yīng)室中對一晶圓進行一既定電漿制程，并同時臨場量測該電漿反應(yīng)室的一電漿參數(shù)與記錄該電漿反應(yīng)室的一機臺參數(shù)；由該電漿參數(shù)值評估該機臺參數(shù)值是否偏移；以及若偏移，根據(jù)該電漿參數(shù)值回饋控制下一晶圓的電漿制程機臺參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿反應(yīng)室為進行射頻放電的電漿蝕刻反應(yīng)室，并在小于或等于300mTorr下進行該電漿制程。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿參數(shù)為該電漿反應(yīng)室中的電子密度及/或電子碰撞頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿參數(shù)更包含該電漿反應(yīng)室中的電子溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電子密度與電子碰撞頻率是借由量測電漿位移電流后，經(jīng)由非線性理論計算求得，或借由一微波干涉計量測而得。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該機臺參數(shù)為該電漿反應(yīng)室的電源功率、壓力及/或氣體流率。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中由該電漿參數(shù)值評估該機臺參數(shù)值是否偏移，是根據(jù)一統(tǒng)計制程控制方法評估該電漿參數(shù)值是否偏移。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中若該電漿參數(shù)值偏移，則以一高等過程控制方法回饋控制下一晶圓的電漿制程機臺參數(shù)的設(shè)定。
16.一種監(jiān)控電漿蝕刻制程的方法，包括下列步驟提供一電漿蝕刻反應(yīng)室；在該電漿蝕刻反應(yīng)室中進行一既定電漿蝕刻制程，并同時臨場量測該電漿蝕刻反應(yīng)室的一電漿參數(shù)與記錄該電漿蝕刻反應(yīng)室的一機臺參數(shù)，其中，該電漿參數(shù)包含電子密度與電子碰撞頻率；以及由該電漿參數(shù)值評估該電漿蝕刻反應(yīng)室的蝕刻制程品質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿蝕刻反應(yīng)室為射頻放電的反應(yīng)室，并在小于或等于300mTorr下進行該電漿蝕刻制程。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電漿參數(shù)更包含該電漿反應(yīng)室中的電子溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該電子密度與電子碰撞頻率是借由量測電漿位移電流后，經(jīng)由非線性理論計算求得，或借由一微波干涉計量測而得。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中該機臺參數(shù)為該電漿反應(yīng)室的電源功率、壓力及/或氣體流率。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中由該電漿參數(shù)值評估該電漿蝕刻反應(yīng)室的蝕刻制程品質(zhì)，是將該電漿參數(shù)值與一預(yù)設(shè)電漿參數(shù)管制標準比較，評估該電漿參數(shù)值是否超過該標準。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中由該電漿參數(shù)值評估該電漿蝕刻反應(yīng)室的蝕刻制程品質(zhì)，是根據(jù)一統(tǒng)計制程控制方法評估該電漿參數(shù)值是否偏移。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的監(jiān)控電漿制程的方法，更包含下述步驟由該電漿參數(shù)值評估該機臺參數(shù)值是否偏移；若偏移，根據(jù)該電漿參數(shù)值回饋控制該電漿制程機臺參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中由該電漿參數(shù)值評估該機臺參數(shù)值是否偏移，是根據(jù)一統(tǒng)計制程控制方法評估該電漿參數(shù)值是否偏移。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的監(jiān)控電漿制程的方法，其中若該電漿參數(shù)值偏移，則以一高等過程控制方法回饋控制該電漿制程機臺參數(shù)的設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種監(jiān)控電漿制程的方法，包括下列步驟提供一電漿反應(yīng)室；進行一既定電漿制程，并同時臨場量測該電漿反應(yīng)室的電漿參數(shù)，如電子碰撞頻率與電子密度；以及，根據(jù)其電漿參數(shù)值評估電漿反應(yīng)室的制程品質(zhì)。
文檔編號H01L21/00GK1508842SQ20031011826
公開日2004年6月30日 申請日期2003年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者邱顯光, 詹博文, 彭寶慶, 邱遠鴻, 陶宏遠 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司