專利名稱：基于廢氣阻抗的端點檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對電子器件生產(chǎn)過程的監(jiān)測和控制方法，尤其涉及一種對蝕刻制程或 工藝腔清潔過程的監(jiān)控系統(tǒng)與方法。工藝腔清潔過程可通過遠程等離子體源或其它化學手 段完成。
背景技術(shù)：
等離子體蝕刻、干化學蝕刻、化學氣相沉積(CVD)和等離子體增強型化學氣相沉積 (PECVD)制程是半導體、平板顯示器、光電技術(shù)和紡織品生產(chǎn)的重要組成部分。蝕刻包括等 離子體型與簡單的化學反應物型，用于選擇性地除去部分薄膜或進行其它表面處理。化學 氣相沉積和等離子體增強型化學氣相沉積制程通常用于低溫下沉積介電薄膜，據(jù)以作為防 蝕消耗層或介電層。與采用化學氣相沉積(CVD)方法或等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)方法沉 積介電薄膜相關(guān)的一項非加值但很重要的制程步驟是對工藝腔及其相關(guān)連的部件進行等 離子體清潔，以便清除沉積制程之后殘留的薄膜。在沉積制程中，薄膜被有目的地沉積在基 板上，例如但不限于半導體基板。半導體基板從工藝腔中取出后，便對工藝腔進行清潔，此 舉是沉積制程成功與否的關(guān)鍵步驟，但卻非半導體元件制造的一部分。工藝腔清潔的一般 方式是應用等離子體使沉積的薄膜揮發(fā)。大多數(shù)以等離子體為基礎(chǔ)的制程均運用到施加射頻功率使工藝腔清潔氣體分解 的基本原理。因為清潔工藝腔是一個必不可少但無加值效果的步驟，清潔時間應盡量減少 到最短。此外，過長的清潔過程會減損工藝腔組件的品質(zhì)，因而產(chǎn)生影響良率(yield)的粒 子。因此，為了盡量降低生產(chǎn)成本同時最大限度地提高制程步驟的良率，必須通過端點檢測 手段及時停止清潔步驟。許多已有的射頻端點檢測方法是基于監(jiān)測輸送射頻功率的各組成部分。當薄膜 脫離工藝腔部件時，由薄膜揮發(fā)而產(chǎn)生的副產(chǎn)品在等離子體中的容積降低。這種等離子體 成份容積的變化引起射頻功率傳輸電路的阻抗發(fā)生改變，因此而導致射頻電壓，電流，相位 角和自偏置電壓的相應改變。通過監(jiān)測這些訊號的變化，可以準確判定射頻端點。值得注 意的是，由于訊號分析算法的補償功能，各批作業(yè)的薄膜類型，薄膜厚度或圖案密度不必一 致，也可讓端點檢測器正常工作?，F(xiàn)已有多種儀器被設(shè)計成能在半導體制程時監(jiān)測輸送射頻功率的組件，以此確定原位等離子體工藝腔清潔步驟的端點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開的實施例對應的系統(tǒng)和方法，在下面的說明書和權(quán)利要求書里將做進 一步的說明。結(jié)合附圖及權(quán)利要求書，通過下述描述本發(fā)明公開的實施例的優(yōu)勢和特性將 顯而易見。依據(jù)本發(fā)明公開的實施例，提供一種與排氣管道(foreline)(廢氣管道或排氣管 道)有關(guān)的測量工藝腔清潔過程排放氣體的阻抗的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一遠程等離子體源、一 工藝腔、一排氣管、一電極組件、一射頻功率傳輸網(wǎng)路和一檢測器。遠程等離子體源與工藝 腔相連，并提供工藝腔用于清潔工藝腔的氣體。排氣管也與工藝腔相連，工藝腔清潔氣體通 過排氣管從工藝腔排出。位于排氣管中的電極組件暴露于從工藝腔排出的廢氣中。電極組 件與射頻功率傳輸網(wǎng)路連接，接收射頻功率傳輸網(wǎng)絡(luò)的射頻信號。施加于電極組件的射頻 信號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電。與電極組件相連的檢測器檢測輸送射頻信 號的各個組成部分，以確定工藝腔清潔步驟的端點。端點可根據(jù)與電極組件與排氣管間的 等離子體放電相關(guān)的阻抗變化被探測到。依據(jù)本發(fā)明公開的另一實施例，提供一種與排氣管道有關(guān)的測量工藝腔清潔過程 排放氣體的阻抗的系統(tǒng)。這種工藝腔清潔可以是不需射頻電源或遠程等離子體源激發(fā)化學 反應的化學氣相沉積工藝腔的化學清潔過程。該系統(tǒng)包括一工藝腔清潔氣體源、一工藝腔、 一排氣管、一電極組件、一射頻功率傳輸網(wǎng)路和一檢測器。工藝腔清潔氣體源連接工藝腔， 可提供工藝腔用于清潔工藝腔的氣體。排氣管也與工藝腔連接，工藝腔清潔氣體通過排氣 管從工藝腔排出。位于排氣管中的電極組件暴露于從工藝腔排出的廢氣中。電極組件與射 頻功率傳輸網(wǎng)路連接，接收射頻功率傳輸網(wǎng)路的射頻信號。施加于電極組件的射頻信號引 發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電。與電極組件相連的檢測器檢測輸送射頻信號的各 個組成部分，以確定工藝腔清潔步驟的端點。端點可根據(jù)與電極組件與排氣管間的等離子 體放電相關(guān)的阻抗變化被探測到。依據(jù)本發(fā)明公開的另一實施例，提供一種確定蝕刻過程或工藝腔清潔過程端點的 方法。該方法包括連接遠程等離子體源至工藝腔。遠程等離子體源可向工藝腔提供電離的 氣體(蝕刻氣體或工藝腔清潔氣體)。另外，非電離的蝕刻氣體或工藝腔清潔氣體也可以提 供給工藝腔。蝕刻或工藝腔清潔氣體通過排氣管從工藝腔排出。位于排氣管(排氣管道)中 的電極組件暴露于從工藝腔排出的蝕刻或工藝腔清潔的廢氣中。施加于電極組件的射頻信 號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電。檢測器收集一個或多個與電極組件及排氣管 間的等離子放電相關(guān)的參數(shù)。端點可根據(jù)一個或多個與等離子放電相關(guān)的參數(shù)來確定。依據(jù)本發(fā)明公開的另一實施例，規(guī)定一種在基板上形成的器件。該器件包含一個 或多個在基板上的鍍層。鍍層是使用化學氣相沉積(CVD)或等離子體增強型化學氣相沉積 (PECVD)制程在制程機臺的工藝腔內(nèi)沉積而成的。在預定數(shù)量的鍍層被沉積后，工藝腔可用 由與工藝腔連接的遠程等離子體源提供的清潔氣體進行清潔。這一工藝腔清潔過程的端點 可由位于排氣管內(nèi)的檢測電路來確定，排氣管是與CVD工藝腔相連接的。CVD工藝腔清潔氣 體通過排氣管從工藝腔排出。位于排氣管中的電極組件接收射頻信號而引發(fā)電極組件與排 氣管間的等離子體放電。檢測電路收集一個或多個與電極組件及排氣管間的等離子放電相關(guān)的參數(shù)。端點可根據(jù)一個或多個與等離子放電相關(guān)的參數(shù)確定。上述器件可以是半導體 器件，顯示器件，紡織品和/或光電器件。依據(jù)本發(fā)明公開的另一實施例，提供一種端點檢測器。該端點檢測器包括一電極 組件，一射頻驅(qū)動電源及檢測電路。電極組件可以位于工藝腔的排氣管內(nèi)。電極組件暴露 于從工藝腔排出的工藝腔清潔廢氣中。與電極組件相連的射頻驅(qū)動電源將一個射頻信號施 加于電極組件，該射頻信號引起貼近電極組件和排氣管的工藝腔清潔廢氣發(fā)生等離子體放 電。與電極組件相連的檢測電路可收集多個與等離子放電相關(guān)的參數(shù)并根據(jù)對等離子放電 的測量而確定端點。依據(jù)本發(fā)明公開的另一實施例，提供一種端點檢測器。該端點監(jiān)測器包括一電極 組件，一射頻驅(qū)動電源，檢測電路及接口電路。電極組件可以位于連接工藝腔的排氣管內(nèi)。 電極組件可暴露于從工藝腔排出的工藝腔清潔廢氣中。與電極組件相連的射頻驅(qū)動電源將 一個射頻信號施加于電極組件，該射頻信號引發(fā)電極組件與排氣管的等離子體放電。與電 極組件相連的檢測電路收集與等離子放電相關(guān)的參數(shù)。接口電路與制程機臺，遠程等離子 體源，射頻驅(qū)動電源及檢測電路連接。該接口電路可從遠程等離子體源收到一個觸發(fā)信號， 依據(jù)這個接收到的觸發(fā)信號，射頻驅(qū)動電源發(fā)出射頻信號。該接口電路也可向制程機臺的 處理電路提供各種信號，這些信號是依據(jù)與等離子體放電相關(guān)的測量參數(shù)得到的。制程機 臺的處理電路可從依據(jù)與等離子體放電相關(guān)的測量參數(shù)得到的各種信號確定端點并根據(jù) 此端點停止向工藝腔提供工藝腔清潔氣體。


為了更完整地理解本發(fā)明公開及其優(yōu)點，參考以下說明與相應附圖，其中各附圖 中相同參照號碼對應了相同的特征，其中
圖IA和IB描述了等離子體放電的阻抗值與三氟化氮(NF3)分壓的關(guān)系和相位角與三 氟化氮(NF3)分壓的關(guān)系。圖2為在先技術(shù)采用射頻測量原位工藝腔清潔位置的方塊圖； 圖3為典型的原位工藝腔射頻清潔過程中阻抗數(shù)據(jù)圖4A和4B為依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的基于廢氣阻抗的端點檢測器的方塊圖； 圖5為另一依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的基于廢氣阻抗的端點檢測器的方塊圖； 圖6A、6B和6C描述了依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的電極組件的示例； 圖7為依據(jù)本發(fā)明公開實施例從Novellus Sequel PECVD機臺的遠程等離子體清潔過 程中取得的電壓，電流和相位的數(shù)據(jù)圖8為相位信號隨時間而變化的數(shù)據(jù)圖，主導信號變化的是化學成分的改變，而不是 壓力；
圖9為說明等離子體阻抗如何隨化學成分的改變而變化數(shù)據(jù)曲線圖；以及 圖10為依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的一種遠程等離子體源(RPS)清潔沉積系統(tǒng)過程 中確定端點的可行方法的邏輯流程圖。本發(fā)明公開的優(yōu)選實施例在附圖中加以說明，其中各圖中相同的附圖標記對應于 相同或相應的部件。
具體實施例方式本發(fā)明公開提供一種與排氣管有關(guān)的測量廢氣阻抗的系統(tǒng)以滿足前述需求。該系 統(tǒng)包括一遠程等離子體源、一工藝腔、一排氣管、一電極組件、一射頻功率傳輸網(wǎng)路和一檢 測器。遠程等離子體源連接工藝腔，可提供工藝腔用于清潔工藝腔的氣體。排氣管也與工 藝腔連接，工藝腔清潔廢氣通過排氣管從工藝腔排出。位于排氣管中的電極組件暴露于從 工藝腔排出的廢氣中。電極組件與射頻驅(qū)動電源連接，接收來自射頻驅(qū)動電源的射頻信號。 施加于電極組件的射頻信號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電。與電極組件相連的 檢測器檢測輸送射頻信號的各個組成部分，以確定工藝腔清潔步驟的端點。端點可根據(jù)與 電極組件和排氣管間的等離子體相關(guān)的阻抗變化被探測到。上述工藝腔可被用于等離子體蝕刻、干化學蝕刻、化學氣相沉(CVD)和等離子體增 強化學氣相沉積(PECVD)的制程。為了便于解釋，本發(fā)明公開著重于CVD和PECVD制程。不 過，本發(fā)明公開的實施例可適用于前述的各工藝過程以及其它本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的類似 工藝過程。美國發(fā)明專利US5576629 (Turner等人)曾公開以探測工藝腔清潔端點為目的對 射頻負載阻抗變化監(jiān)測的概念，對于所有目的該專利作為參考文件納入本文。Turner等人 教示通過監(jiān)測阻抗的組成部分(電壓、電流和相位角)來檢測躍變，該躍變揭示射頻負載的 等離子體部分的化學變化。用于半導體制造業(yè)的等離子體增強型化學氣相沉積和化學氣相 沉積制程歷來依賴于原位射頻工藝腔清潔步驟去除沉積在工藝腔內(nèi)壁及組件上的薄膜。因 此，將測量裝置插入RF功率的使用點可提供理想的電壓(V)、電流(I)和相位角(Φ )數(shù)據(jù) 串，用以探測清潔過程的端點。圖IA和IB描述了等離子體放電的阻抗值與三氟化氮(NF3)分壓的關(guān)系和相位角 與三氟化氮(NF3)分壓的關(guān)系。這些圖式顯示RF負載的復數(shù)阻抗(等離子體阻抗)對于清 潔氣體例如三氟化氮濃度的敏感性。參考應用物理期刊(J. Appl. Phys. )1999年86期第 9 卷 4825-4835 頁，W. R. Entley, J. G. Langan, B. S. Felker, and Μ. A. Sobolewski 發(fā)表的 “電負性放電利用效率的優(yōu)化阻抗相位角的重要性”。圖2為在先技術(shù)采用射頻測量原位工藝腔清潔位置的方塊圖，這種在先技術(shù)布置 包括射頻功率發(fā)電機202，局部匹配網(wǎng)路204，檢測器206，工藝腔208，機臺控制器210和端 點檢測電路212。在這種布置中射頻功率通過射頻電路214到達工藝腔208，以電離清潔工 藝腔所用的氣體216。檢測器206可以是由Forth-Rite Technologies，LLC提供的射頻 傳感器Sense-Rite 。該傳感器在美國專利US7345428和US7403764中均有說明。對于所 有目的這兩項專利均作為參考文獻納入本文。如圖所示檢測器206安裝在匹配網(wǎng)路后的射 頻功率“使用點”上。這個檢測器可包括功能齊全的獨立的軟件以用于數(shù)據(jù)采集和查看，并 可與更高層次的用于故障檢測及分類的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)合為一體。圖3為典型的原位工藝腔射頻清潔過程中的阻抗數(shù)據(jù)圖。該資料與涉及圖1A、1B 及圖2的在先技術(shù)布置。與復雜且往往難以解釋的光發(fā)射端點數(shù)據(jù)不同，基于阻抗的端點檢測數(shù)據(jù)很容易 解釋。在工藝腔清潔過程開始時，薄膜從工藝腔的各部分被剝離。由于排放廢氣的密度沒 有變化，主導射頻負載阻抗的等離子體化學機制也沒有變化。其結(jié)果是阻抗的部分或全部 組成部分產(chǎn)生微小的(如果有的話)變化，如圖3的A區(qū)域的曲線所示(這里應指出，相位角Φ往往是最敏感的參數(shù)并最早預示即將發(fā)生的化學變化)。不過，隨著薄膜的剝落，其排出 物在等離子體化學中的數(shù)量密度開始發(fā)生變化，從而引起電壓、電流及相位發(fā)生躍遷性的 變化，如圖3的B區(qū)域所示。實際上，電壓及電流的躍遷對于單層薄膜是單一的，對于多層薄 膜則是階梯型的。這種轉(zhuǎn)變一直持續(xù)到等離子體化學重新穩(wěn)定(圖中C區(qū)域)，此時薄膜剝落 物的成分在等離子體阻抗中已經(jīng)不存在，而對阻抗起作用的唯一成分是清潔氣體本身。因 此，對基于阻抗端點曲線可作簡單的解釋先是一個穩(wěn)定區(qū)域，相應于工藝腔中各部位的薄 膜均被浸蝕，然后是由于薄膜脫落而引起的躍變區(qū)域，當阻抗的組成部分回到穩(wěn)定的數(shù)值 時，清潔過程即完成。浸蝕工藝腔的所有表面(Α區(qū)域)；薄膜脫落從而改變其排放物在等離子體阻抗中 的密度(B區(qū)域)；薄膜被清除，等離子體阻抗中不含薄膜排放物的成分(C區(qū)域)。基于阻抗的原位射頻工藝腔清潔過程的端點檢測方法實施簡便，耐用，不會發(fā)生 任何形式的退化，成本效益高，高信噪比使該方法在性能上優(yōu)于任何其它技術(shù)。然而由于工 藝腔清潔技術(shù)的不斷發(fā)展，目前許多機臺(半導體，顯示器和太陽能)使用遠程等離子體清 潔(RPC)的技術(shù)。這意味著沒有射頻功率經(jīng)過主電路提供給清潔工藝過程。不過，如能將 其適當?shù)匕惭b在排氣管內(nèi)，基于阻抗的端點檢測仍然是最可行的解決方法，如圖4所示。圖4Α和4Β為依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的基于廢氣阻抗的端點檢測器的方塊 圖。系統(tǒng)400包括射頻功率發(fā)電機402，局部匹配網(wǎng)路404，遠程等離子體源406，工藝腔 408，制程機臺控制器410，射頻電路426，電極組件424，排氣管422和端點檢測電路412。遠 程等離子體源406連接制程機臺420內(nèi)的工藝腔。在預定數(shù)量的沉積制程后，遠程等離子體 源406可提供工藝腔用于清潔工藝腔的組件和內(nèi)壁的清潔氣體416。射頻功率主傳輸電路 (402和404)可能存在也可能不存在(例如BPSG化學氣相沉積制程)。但是，提供這種化學氣 相沉積制程的機臺仍可使用遠程等離子體源來清潔工藝腔。工藝腔清潔氣體的廢氣通過排 氣管422排出。本發(fā)明將電極組件424安裝在排氣管422內(nèi)。該電極組件暴露在工藝腔清 潔廢氣中。由射頻電路426施加于電極組件424的射頻信號可引起電極組件424及排氣管 422附近的氣體發(fā)生等離子體放電。該圖所示射頻電路可包括用于采集電壓、電流、相位、 阻抗、反射射頻功率或與射頻信號相關(guān)的其它類似參數(shù)。這種電路可包括由Forth-Rite Technologies提供的Sense-Rite 技術(shù)和Trace-Rite 技術(shù)。端點檢測電路連接并接收 一個或多個與局部等離子放電相關(guān)的被采集的參數(shù)，以確定工藝腔清潔過程的端點。通過在工藝腔的排氣管內(nèi)產(chǎn)生一小型的等離子體，基于阻抗端點檢測技術(shù)可極為 有效地應用于采用遠程等離子體清潔(RPC)技術(shù)的機臺。電極組件424暴露在排氣管內(nèi)壓力和化學環(huán)境中，因此當射頻功率施加到電極上 時，就會在包含清潔工藝腔廢氣的排氣管內(nèi)產(chǎn)生小型的放電。圖4B為依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的基于廢氣阻抗的端點檢測器的方塊圖。系 統(tǒng)430包括射頻功率發(fā)電機402，局部匹配網(wǎng)路404，反應物輸送系統(tǒng)427，工藝腔408，制程 機臺控制器410，電離能傳輸網(wǎng)路電路428，電極組件424，排氣管422和端點檢測電路412。 反應物輸送系統(tǒng)426連接制程機臺420的工藝腔408。反應物輸送系統(tǒng)406可提供蝕刻氣 體或工藝腔清潔氣體416，用于蝕刻制程的各個層次或在預定數(shù)量的沉積制程后清潔工藝 腔的部件和內(nèi)壁418。圖4B所示系統(tǒng)與4A所示系統(tǒng)相似。不同的是圖4B不僅限于離子化的蝕刻氣體
11或工藝腔清潔氣體。反應物輸送系統(tǒng)可提供化學反應物，該反應物可使工藝腔中的薄膜揮 發(fā)。如前面對圖4A的描述，射頻功率主傳輸電路(402和404)可能存在也可能不存在(例如 BPSG化學氣相沉積制程)。這種化學氣相沉積仍可使用RPS進行工藝腔清潔。揮發(fā)的薄膜廢 氣從排氣管422排出。位于排氣管內(nèi)的電極組件424暴露于揮發(fā)的薄膜排出物中。由電離 能傳輸網(wǎng)絡(luò)電路428產(chǎn)生的電離能施加于電極組件424上，可引發(fā)或引起電極組件424及 排氣管422附近的等離子體放電。施加于電極組件上的電離能信號引起電極組件和排氣管 內(nèi)部的等離子體放電。雖然一實施例可使用13. 56兆赫茲(MHz)，其它實施例可使用任何從 直流電(DC)至IOOMHz或更高頻率的電離能。本圖所示的電離能傳輸網(wǎng)絡(luò)可包括檢測電路 用于采集電壓、電流、相位、阻抗、反射射頻功率或其它與電離能量信號相關(guān)的類似參數(shù)。這 種電路可包括由 Forth-Rite Technologies 提供的 Sense-Rite 技術(shù)和 Trace-Rite 技術(shù)。端點檢測電路連接并接收一個或多個與局部等離子放電相關(guān)的被采集的參數(shù)，以確 定工藝腔清潔過程的端點。圖5為另一依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的基于廢氣阻抗的端點檢測器的方塊圖。 系統(tǒng)500包括射頻功率發(fā)電機502，處理電路504，固定阻抗匹配網(wǎng)路506，安全聯(lián)鎖裝置 508，遠程等離子體清洗設(shè)備接口 510，端點檢測電路512，電極組件514，工藝腔516和排氣 管518。射頻功率發(fā)電機502通過檢測電路512和固定匹配網(wǎng)路506提供射頻信號，以便 將該射頻信號提供給電極組件514。該射頻信號可在排氣管518中產(chǎn)生局部放電。工藝腔 清潔過程中排氣管內(nèi)的環(huán)境是工藝腔清潔廢氣從工藝腔516排出。處理電路504可與射頻 功率發(fā)電機502，RPC設(shè)備接口 510，安全聯(lián)鎖裝置508相接，從而提供一個觸發(fā)信號。在某 些環(huán)境中，觸發(fā)信號可由RPC接口 510提供，以通過處理電路504啟動射頻功率發(fā)電機502 發(fā)出射頻信號520。處理電路504也可確定增益、補償，射頻功率設(shè)定點，射頻反射功率和射 頻輸送功率，并包括單機數(shù)據(jù)顯示及分析的電路和軟件。這種分析可包括端點檢測。安全 聯(lián)鎖裝置508可確定真空，外殼完整和射頻功率的狀況，以使固定匹配網(wǎng)路給電極組件514 提供射頻信號。圖6A、6B和6C描述了依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的電極組件的示例。電極組件 600包括電極602和604電極，該電極組件可裝置在一個輪廓分明的空腔或空間606內(nèi)。如 圖6B所示，電極組件可放置在排氣管的環(huán)境610中，而使電極暴露于工藝腔清潔氣體612 中。另一實施例可將電極組件放置在工藝腔的環(huán)境中，以使電極暴露于工藝腔的化學環(huán)境 中。當射頻信號施加于電極602和604，將會引發(fā)局部放電608。主要的放電可發(fā)生在電極 604和602和空腔內(nèi)壁614之間。由于電極接近排氣管內(nèi)壁616，放電608將延續(xù)到排氣管 中。圖6C顯示電極組件600在工藝腔環(huán)境622中，電極暴露于工藝腔的化學環(huán)境624中。 圖6C中的電極接近工藝腔內(nèi)壁620，放電608將延續(xù)到工藝腔內(nèi)。電極組件600可用不銹 鋼或鎳制造，電極被裝置在輪廓分明的空腔606中。本發(fā)明公開的實施例可用于監(jiān)測化學 工藝制程。雖然本段討論的是發(fā)生在與蝕刻制程相關(guān)的揮發(fā)性化學過程中的化學變化，本 工藝也可用于監(jiān)測由熱處理而產(chǎn)生的化學變化。使用通用的13. 56MHz射頻功率(低功率)產(chǎn)生小型局部的等離子體608，可將測量 技術(shù)，端點檢測電路和軟件與制程機臺的整合硬件相結(jié)合，以用于解決RPC端點檢測的問 題。本工藝中不存在光路維護的問題，由于電極及其周圍腔體暴露于清潔化學的等離子體 環(huán)境中而具有自潔作用，使得電極表面和周圍腔體不受污染而保持原狀。與原位射頻清潔技術(shù)具有相同的功能，從檢測電路得來的數(shù)據(jù)很容易解釋(參閱圖7)，本工藝對于等離子體 增強型化學氣相沉積/化學氣相沉積的RPC工藝腔清潔過程端點檢測，是一種可行的方法。圖7為依據(jù)本發(fā)明公開實施例從Novellus Sequel PECVD機臺的遠程等離子體清 潔過程中取得的電壓、電流和相位的數(shù)據(jù)圖。在工藝腔清潔過程的初始階段A區(qū)域，薄膜從 工藝腔的各組件上被剝離。由于薄膜剝落物在排放廢氣中的密度沒有變化，主導射頻負載 阻抗的等離子體化學機制也沒有變化。其結(jié)果是阻抗的部分或全部組成部分產(chǎn)生微小的 (如果有的話)變化，如圖7的A區(qū)域的曲線所示。不過，隨著薄膜的剝落，其排出物在等離 子體化學中的數(shù)量密度開始發(fā)生變化，從而引起電壓、電流及相位發(fā)生躍遷性的變化，如圖 7的B區(qū)域所示。實際上，電壓及電流的躍遷對于單層薄膜是單一的，對于多層薄膜則是階 梯型的。這種轉(zhuǎn)變一直持續(xù)到等離子體化學重新穩(wěn)定(圖中C區(qū)域)，此時薄膜剝落物的成 分在等離子體阻抗中已經(jīng)不存在?；谧杩沟倪h程等離子體工藝腔清潔過程的端點檢測方法實施簡便，耐用，不會 發(fā)生任何形式的退化，成本效益高，高信噪比使該方法在性能上優(yōu)于任何其它技術(shù)。圖8為相位信號隨時間而變化的數(shù)據(jù)圖，主導信號變化的是化學成分的改變，而 不是壓力。在A區(qū)域，提供工藝腔1900sCCm氬氣(Ar)但沒有壓力控制。B區(qū)域的工藝腔 壓力控制在4 Torr (T)0在C區(qū)域，提供工藝腔Ar和三氟化氮(NF3)的混合氣體，壓力為 4 T0從這三個區(qū)域可以清楚地看到B區(qū)域和C區(qū)域間的化學成分變化清楚地表明化學作 用如何主導檢測到的相位信號。圖9為說明等離子體阻抗如何隨化學成分的改變而變化數(shù)據(jù)曲線圖。該圖顯示殘 余氣體分析儀(RGA)數(shù)據(jù)和基于廢氣阻抗端點信號隨時間變化的曲線。在A區(qū)域，提供給 工藝腔的氣體只有氬氣。在B區(qū)域，氬氣和三氟化氮被提供給工藝腔。曲線902、904、906 和908是基于阻抗的信號曲線，而910、912和914是基于殘余氣體分析的信號。根據(jù)基于 阻抗的信號，端點發(fā)生在75秒。此后等離子體化學物質(zhì)轉(zhuǎn)變成以氟氣為主。圖9清楚地表 明，等離子體阻抗的變化是由工藝腔清潔廢氣的化學成分的變化而決定的。圖10為依據(jù)本發(fā)明公開實施例構(gòu)成的一種遠程等離子體源(RPS)清潔沉積系統(tǒng) 過程中確定端點的可行方法的邏輯流程圖。該方法的操作1000從方框1002開始，此處遠 程等離子體源(RPS)與工藝腔相連。在方框1004中，清潔氣體可由RPS提供給工藝腔。在 方框1006中，工藝腔清潔氣體通過排氣管從工藝腔排出。在方框1008中位于排氣管內(nèi)的 電極組件暴露在工藝腔清潔廢氣中。在方框1010中一個射頻信號施加于電極組件。該射 頻信號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電。在方框1012中，一個或多個與等離子體 放電相關(guān)的參數(shù)被收集。這些參數(shù)可包括與射頻信號相關(guān)的電壓，與射頻信號相關(guān)的電流， 與射頻信號相關(guān)的相位角，射頻信號的輸送功率和射頻信號的阻抗，射頻信號的電阻，與射 頻信號相關(guān)的電源發(fā)射功率或反射功率，和/或射頻信號的電抗。在方框1014中，端點電 路可根據(jù)與等離子放電相關(guān)的一個或多個收集的參數(shù)確定工藝腔清潔過程的端點。這些參 數(shù)可被分析、組合、對比或運用其它運算來確定工藝腔中的化學變化。該方法還可進一步包括一個由RPS提供的觸發(fā)信號，從而啟動射頻信號。此舉使 排氣管內(nèi)的射頻信號只是在工藝腔清潔過程中才施加，用以確定何時到達清潔端點。在非 清潔的制程過程中，沒有必要在排氣管內(nèi)引發(fā)等離子體。工藝腔清潔步驟可根據(jù)確認的端 點被終止。終止工藝腔清潔步驟可包括停止由RPS到工藝腔的供氣和停止對電極組件施加
13射頻信號。這種工藝腔清潔可發(fā)生在化學氣相沉積制程機臺的工藝腔和等離子體增強型化 學氣相沉積制程機臺的工藝腔。制程機臺制作的鍍層是器件(例如半導體器件、顯示器件或 光電器件)的一部分。制程機臺內(nèi)的處理電路器可與收集一個或多個與等離子體放電相關(guān)的參數(shù)的檢 測器連接。檢測器可將所收集的原始參數(shù)信號提供給制程機臺，然后機臺根據(jù)檢測器提供 的信號確定端點?；蛘?，檢測器確定端點并將端點信號提供給制程機臺。另一實施例可提供一種通過化學氣相沉積或等離子體增強型化學氣相沉積制程 制作在基板上的器件，如半導體器件、光電器件或顯示顯示器件。此外，采用化學氣相沉積 沉積或等離子體增強型化學氣相沉積制程產(chǎn)生的鍍層，可以是沉積在一個工件上的保護層 或裝飾層，該工件可以是紡織品、透鏡、玻璃基板(例如但不限于建筑玻璃)，甚至首飾。在器 件的制作過程中可在制程機臺的工藝腔中沉積一個或多個鍍層。工藝腔可定期用工藝腔 清潔氣體進行清洗，該工藝腔清潔氣體是由與化學氣相沉積工藝腔相連的遠程等離子體源 (RPS)提供的。工藝腔清潔端點可由位于與CVD工藝腔相連的排氣管內(nèi)的檢測電路來決定。 來自CVD工藝腔的廢氣從排氣管排出，檢測電路收集與排氣管內(nèi)工藝腔清潔廢氣中的等離 子體放電相關(guān)的參數(shù)。通過檢測阻抗或其它與等離子體放電相關(guān)的參數(shù)就可確定工藝腔清 潔過程的端點?？傊景l(fā)明公開提供了一個系統(tǒng)，用來測量與排氣管有關(guān)的廢氣的阻抗。這一系 統(tǒng)可能(或可能不)包括一遠程等離子體源、一工藝腔、一排氣管、一電極組件、一射頻驅(qū)動 電源和一檢測器。工藝腔清潔氣體可能由或可能不由遠程等離子體源(RPS)提供。排氣管 也與工藝腔相連，工藝腔清潔氣體通過排氣管從工藝腔里排出。位于排氣管內(nèi)的電極組件 暴露于從工藝腔排出的廢氣中。與射頻功率傳輸電路相連的電極組件接收由射頻驅(qū)動電源 發(fā)出的射頻信號。施加于電極組件的射頻信號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電。 與電極組件相連的檢測器檢測傳輸射頻信號的各組成部分，以確定組成工藝腔清潔過程的 端點。端點可根據(jù)與等離子體放電相關(guān)的阻抗變化而檢測到。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，可能用于本文的詞語“極大地”或“近似地”是指 為其對應物提供一個行業(yè)公認的容限。這樣一個行業(yè)公認的容限范圍可從百分之一以下到 百分之二十，并且對應于但不僅限于部件的價值，集成電路制程變化，溫度變化，上升和下 降次數(shù)，和/或熱噪聲。還可以理解，可能用于本文的“可連接”包括直接連接和通過其它 部件、元件、電路或組件的間接連接，對于間接連接，所加進的部件、元件、電路或組件不會 修改一個信號所給的信息，但可能改變該信號的電流值、電壓值和/或功率值。本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員還可以理解，推斷的連接(即推斷一個元件與另一個元件的連接)包括兩元件間的 直接和間接連接，如上面對“可連接”的解釋。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還可以理解，可能用于 本文的“有利的比較”指比較兩個或兩個以上的元件、項目、信號等而得到一個理想的關(guān)系。 例如，當理想的關(guān)系是信號1的幅值比信號2的幅值大，當信號1的幅值大于信號2的幅值 或信號2的幅值小于信號1的幅值時，可達到有利的比較。本文使用的術(shù)語僅用于說明本發(fā)明的各代表實施例，而不是用以限制本發(fā)明的范 圍。如本文所用單數(shù)形式的“一”、“一個”和“這個”所指物也包括其復數(shù)形式，除非上下文 另有明確說明。進一步應理解，用于本說明書的“包括”和/或“組成”可理解為具體指定 的功能、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個或多個其他功能、整數(shù)、步驟、操作、元件部件和/或組合的存在或添加。 本發(fā)明中所有方法、步驟及功能要素的相應結(jié)構(gòu)、材料、動作和等同物也包括任何 結(jié)構(gòu)、材料或動作，用以與其它具體聲明的要素結(jié)合而起作用。對本發(fā)明描述僅用以說明和 描述，并非從形式上限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可明確理解，任何不違背本發(fā) 明范圍和精神所做的修改和變化，均屬本發(fā)明專利保護的范圍。具體實施例的選擇和說明 是為了最有效地解釋本發(fā)明的原理和實際應用，并讓其他本領(lǐng)域一般技術(shù)人員理解公開的 各實施例并且可作各種修改以適合所期望的特殊用途。
權(quán)利要求
一種用于測量廢氣阻抗的系統(tǒng)，其特征在于包括一反應物輸送系統(tǒng)；一與反應物輸送系統(tǒng)連接的工藝腔，反應物輸送系統(tǒng)用于提供反應物，反應物用于使工藝腔內(nèi)的薄膜揮發(fā)；一排氣管，揮發(fā)的薄膜廢氣通過排氣管從工藝腔中排出；一電極組件，位于排氣管內(nèi)，電極暴露于從工藝腔排出的揮發(fā)的薄膜廢氣中；一與電極組件相連接的電離能輸送網(wǎng)路，電離能輸送網(wǎng)路用于將電離能信號施加于電極組件，其中施加于電極組件的電離能信號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電；以及一與電極組件相連接的檢測器，檢測器用于檢測正在工藝腔內(nèi)進行的一工藝過程的端點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)進一步包括接口電路可連接反應物輸送系統(tǒng)，電離能量輸送電路和檢測器，接口電路用于接收反 應物輸送系統(tǒng)傳來觸發(fā)信號，電離能量輸送系統(tǒng)因觸發(fā)信號而啟動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)進一步包括接口電路可與反應物輸送系統(tǒng)、電離能量輸送電路和檢測器連接，接口電路用于將從 檢測器來的端點信號提供給反應物輸送系統(tǒng)，反應物輸送系統(tǒng)可根據(jù)該端點信號停止向工 藝腔輸送反應物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的工藝腔包含在化學氣相沉積(CVD) 制程機臺內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的CVD制程機臺用于沉積器件的鍍層， 器件可為半導體器件，紡織品，顯示器件和光電器件中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的檢測器收集至少一個以下所列參數(shù)電離能的電壓； 電離能的電流； 電離能的相位角； 電離能的輸送功率； 電離能的阻抗(Z); 電離能的電阻(R)； 電離能的電抗(X)；以及與電離能相關(guān)的發(fā)電機的發(fā)出功率或反射功率信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的檢測器收集射頻信號的阻抗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的檢測器包括用于確定正在工藝腔內(nèi) 進行的工藝過程的端點的處理電路，端點是根據(jù)至少一個以下所列參數(shù)而確定的電離能的電壓； 電離能的電流； 電離能的相位角； 電離能的輸送功率；電離能的阻抗(Z); 電離能的電阻(R)； 電離能的電抗(X)；以及與電離能相關(guān)的發(fā)電機的發(fā)出功率或反射功率信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的檢測器與反應物輸送系統(tǒng)接口，其 中反應物輸送系統(tǒng)中的處理電路用于根據(jù)檢測器所提供的信號確定正在工藝腔內(nèi)進行的 工藝過程的端點，這些信號包括至少一個以下所列參數(shù)電離能的電壓； 電離能的電流； 電離能的相位角； 電離能的輸送功率； 電離能的阻抗(Z); 電離能的電阻(R)； 電離能的電抗(X)；以及與電離能相關(guān)的發(fā)電機的發(fā)出功率或反射功率信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的包含工藝腔并與檢測器相連接的 制程機臺包括用于根據(jù)檢測器所提供的信號確定正在工藝腔內(nèi)進行的工藝過程的端點的 處理電路，這些信號包括至少一個以下所列參數(shù)電離能的電壓； 電離能的電流； 電離能的相位角； 電離能的輸送功率； 電離能的阻抗(Z); 電離能的電阻(R)； 電離能的電抗(X)；以及與電離能相關(guān)的發(fā)電機的發(fā)出功率或反射功率信號。
11.一種方法，其特征在于包括將一遠程等離子體電源與一工藝腔連接； 從遠程等離子體電源向工藝腔提供工藝腔清潔氣體； 通過排氣管從工藝腔排放工藝腔清潔廢氣；一位于排氣管內(nèi)的電極組件暴露在從工藝腔排出的工藝腔清潔廢氣中； 將一射頻信號施加于電極組件，其中施加于電極組件的射頻信號引發(fā)電極組件與排氣 管間的等離子體放電；收集至少一個和電極組件與排氣管間等離子體放電相關(guān)的參數(shù)；以及 根據(jù)至少一個與等離子體放電相關(guān)的參數(shù)確定工藝腔清潔過程的端點。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的方法進一步包括用從遠程等離 子體電源的觸發(fā)信號啟動射頻信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的方法進一步包括根據(jù)確定的端 點終止工藝腔清潔。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的根據(jù)確定的端點終止工藝腔清潔 包括停止從遠程電極電源向工藝腔確保提供工藝腔清潔氣體；以及 停止施加射頻信號于電極組件，其中停止施加射頻信號于電極組件終止電極組件與排 氣管間的等離子體放電。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的工藝腔包含在化學氣相沉積 (CVD)機臺內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的CVD制程機臺用于沉積器件的鍍 層，器件可為半導體器件，紡織品，顯示器件和光電器件中的一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的收集至少一個和電極組件與排氣 管間等離子體放電相關(guān)的參數(shù)，收集的參數(shù)包括至少一個以下所列參數(shù)電離能的電壓； 電離能的電流； 電離能的相位角； 電離能的輸送功率； 電離能的阻抗(Z); 電離能的電阻(R); 電離能的電抗(X)；以及與電離能相關(guān)的發(fā)電機的發(fā)出功率或反射功率信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的制程機臺內(nèi)的處理電路與檢測器 相連，該檢測器可收集至少一個與電極組件和排氣管間等離子體放電相關(guān)的參數(shù)，該處理 電路可根據(jù)檢測器提供的信號確定工藝腔清潔的端點。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的檢測器內(nèi)的處理電路用于收集至 少一個與電極組件和排氣管間等離子體放電相關(guān)的參數(shù)，該處理電路可根據(jù)檢測器提供的 信號確定工藝腔清潔的端點，檢測器可與制程機臺接口并提供端點信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于至少一個和等離子體放電相關(guān)的參數(shù)包 括阻抗。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括一裝置，該裝置包括 一基板；至少一個在基板上的鍍層，該至少一個鍍層是在化學氣相沉積(CVD)制程機臺的一化 學氣相沉積工藝腔內(nèi)產(chǎn)生的；工藝腔，用來自與CVD工藝腔相連的遠程等離子體電源提供的工藝腔清潔氣體進行清 潔，工藝腔清潔步驟的端點是由位于連接CVD工藝腔的排氣管的檢測電路確定，排氣管用 于排放來自CVD工藝腔的工藝腔清潔廢氣，檢測電路用于引發(fā)排氣管內(nèi)工藝腔清潔廢氣中 的等離子體放電并收集與等離子體放電相關(guān)的參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于該裝置包括至少一個以下所列器件 一半導體器件；一顯示器件； 一光電器件；以及一紡織品。
23.一種端點檢測器，其特征在于包括一電極組件，位于排氣管內(nèi)，電極暴露于從工藝腔排出的廢氣中； 一連接電極組件的射頻驅(qū)動電源，射頻驅(qū)動電源用于將射頻信號施加于電極組件，其 中施加于電極組件的射頻信號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電；以及 連接電極組件的檢測電路，檢測電路用于 收集電極組件與排氣管間等離子體放電參數(shù)；以及 根據(jù)收集的等離子體放電參數(shù)確定蝕刻制程的端點。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的端點檢測器，其特征在于該檢測器進一步包括 可與遠程等離子體電源，射頻電源和檢測電路相連的接口電路，該接口電路用于 接收來自遠程電極電源的觸發(fā)信號，根據(jù)該觸發(fā)信號射頻電源啟動射頻信號；以及 根據(jù)端點信號向反應物源提供來自檢測電路的端點信號停止向工藝腔提供反應物。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的端點檢測器，其特征在于蝕刻制程包括 一工藝腔清潔步驟；一薄膜去除；或 一鍍層蝕刻。
26.一種端點檢測器，其特征在于包括一電極組件，位于排氣管內(nèi)，電極暴露于從工藝腔排出的廢氣中； 一連接電極組件的射頻驅(qū)動電源，射頻驅(qū)動電源用于將射頻信號施加于電極組件，其 中施加于電極組件的射頻信號引發(fā)電極組件與排氣管間的等離子體放電；以及 連接電極組件的檢測電路，檢測電路用于 收集電極組件與排氣管間等離子體放電參數(shù)；可與制程機臺、遠程等離子體電源、射頻驅(qū)動電源及檢測電路連接的接口電路，該接口 電路用于接收來自遠程等離子體電源的觸發(fā)信號，根據(jù)該觸發(fā)信號射頻電源啟動射頻信號；以及向制程機臺內(nèi)的處理電路提供收集到的基于等離子體放電的信號，處理電路用于由收 集到的信號確定端點，處理電路用于根據(jù)端點信號停止向工藝腔提供反應物。
27.一種用于測量揮發(fā)的薄膜廢氣的阻抗的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 一反應物輸送系統(tǒng)；一連接反應物輸送系統(tǒng)的工藝腔，反應物輸送系統(tǒng)用于提供反應物，反應物用于揮發(fā) 工藝腔內(nèi)的一種薄膜；一電極組件，電極暴露于工藝腔內(nèi)的揮發(fā)的薄膜廢氣中；一個連接電極組件的電離能輸送電路，電離能輸送電路用于向電極組件施加電離能信 號，其中施加于電極組件的電離能量信號引發(fā)電極組件附近的等離子體放電；以及一連接電極組件的檢測器，該檢測器用于檢測工藝腔中揮發(fā)的薄膜廢氣的化學成分的變化。
28.一種用于測量揮發(fā)的薄膜廢氣的阻抗的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 一反應物輸送系統(tǒng)；一連接反應物輸送系統(tǒng)的工藝腔，反應物輸送系統(tǒng)用于提供反應物，反應物用于工藝 腔內(nèi)的揮發(fā)；一電極組件，電極暴露于工藝腔內(nèi)的揮發(fā)的化學成分中；一個連接電極組件的電離能輸送電路，電離能輸送電路用于向電極組件施加電離能信 號，其中施加于電極組件的電離能量信號引發(fā)電極組件附近的等離子體放電；以及一連接電極組件的檢測器，該檢測器用于檢測工藝腔中揮發(fā)的化學成分中的化學組分變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量與排氣管相關(guān)的廢氣的阻抗的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一遠程等離子體電源、一工藝腔、一排氣管、一電極組件、一射頻驅(qū)動電源和一檢測器。遠程電極電源連接工藝腔，用于向工藝腔提供工藝腔清潔氣體。排氣管也與工藝腔相連，工藝腔清潔廢氣通過排氣管從工藝腔中排出。電極組件位于排氣管內(nèi)，暴露在從工藝腔排出的廢氣中。電極組件連接射頻驅(qū)動電源，接收來自射頻驅(qū)動電源的射頻信號。施加于電極組件的射頻信號引發(fā)電極組件及排氣管間的等離子體放電。與電極組件相連的檢測器檢測工藝腔的工藝腔清潔過程的端點。端點可根據(jù)與電極組件和排氣管之間等離子體放電相關(guān)的阻抗變化而檢測到。
文檔編號H01L21/3065GK101971300SQ200980107986
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者E·魯, J·坎農(nóng), T·R·特納 申請人:福斯瑞科技公司