CN105097603B - 工艺腔室检测装置及检测工艺腔室中工艺环境的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工艺腔室检测装置及检测工艺腔室中工艺环境的方法，在工艺腔室中设置有检测工艺腔室中工艺环境的装置，所述装置包括检测器和检测电路；检测电路包括稳压电源和测试电阻，稳压电源的一端接地，稳压电源的另一端与测试电阻的一端电连接；测试电阻的另一端与检测器电连接；检测器置于工艺腔室的腔体的内部，检测器用于检测所述工艺腔室内的离子流密度。检测工艺腔室中工艺环境的方法的工作步骤如下：开始工艺，在工艺腔室中激发产生等离子体后，测量所述测试电阻两端的电压；然后根据测得的所述电压计算工艺腔室内离子流的密度，与离子流的密度的正常值范围进行比对。本发明的工艺腔室和方法达到实时检测腔室中工艺环境的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体生产领域，特别是涉及一种半导体生产领域中的工艺腔室检测装置。
背景技术
现有技术中，预清洗（Preclean）技术是铜互连工艺中非常重要的一环，预清洗保证了器件的可靠性。
在28nm技术节点，将采用超低介电常数材料（ultra low k material，k<2.5）作为制作介质层的材料，然而超低介电常数材料通常结构疏松，非常柔软，为多孔结构，如常见的SiOCH。
当进行预清洗工艺时，容易对超低介电常数材料造成等离子体损伤，即使是使用H2等还原性气体为工艺气体进行化学反应型预清洗，也容易对超低介电常数材料的成分及属性造成影响，大多表现在介质材料的K值升高以及介质材料表面疏水性变差等。为此需要实时检测预清洗工艺中晶圆附近离子流的密度，预防离子流对超低介电常数材料造成损伤。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够实时检测工艺腔室中工艺环境的工艺腔室及方法，以提高产品优良率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种工艺腔室检测装置，在所述工艺腔室中设置有检测所述工艺腔室中工艺环境的装置，所述装置包括检测器和检测电路；所述检测电路包括稳压电源和测试电阻，所述稳压电源的一端接地，所述稳压电源的另一端与所述测试电阻的一端电连接；所述测试电阻的另一端与所述检测器电连接；所述检测器置于所述工艺腔室的腔体的内部，所述检测器用于检测所述工艺腔室内的离子流密度。
作为一种可实施方式，所述检测器的检测点位于放置在所述工艺腔室中的晶圆的附近，且所述检测器的检测点与放置在所述工艺腔室中的晶圆的上表面处于同一水平面。
作为一种可实施方式，所述工艺腔室包括固定所述晶圆的环形压边；在所述环形压边的上表面设置凹槽；所述检测器放置在所述环形压边的凹槽内。
作为一种可实施方式，所述凹槽与所述环形压边的内环的距离为0.5cm。
作为一种可实施方式，，所述检测器为检测探针或环形检测线圈，所述检测器为金属材质。
作为一种可实施方式， 所述检测器为检测线圈，所述凹槽为环形凹槽，且所述凹槽与所述环形压边同轴设置。
作为一种可实施方式，所述检测线圈的直径为0.6 mm至0.8mm。
作为一种可实施方式，所述检测器为检测探针，所述检测探针在所述凹槽内的高度为0.7mm。
作为一种可实施方式，所述检测探针为直径为0.8mm至1.2mm的圆柱形金属探针。
作为一种可实施方式，所述稳压电源的正极接地，负极与所述测试电阻电连接，且所述稳压电源的的输出电压小于或等于-40伏。
作为一种可实施方式，所述检测电路还包括滤波器，所述滤波器的一端连接到所述测试电阻，另一端连接到所述检测器。
本发明还提供一种检测工艺腔室中工艺环境的方法，所述方法采用一种检测工艺腔室中工艺环境的装置，所述装置包括检测器和检测电路；所述检测电路包括稳压电源和测试电阻，所述稳压电源的一端接地，所述稳压电源的另一端与所述测试电阻的一端电连接；所述测试电阻的另一端与所述检测器电连接；所述方法的工作步骤如下：
将所述检测器置于所述工艺腔室的腔体的内部；
开始工艺，在工艺腔室中激发产生等离子体后，测量测试电阻两端的电压；
然后根据测得的所述电压计算所述工艺腔室内离子流的密度，与离子流的密度的正常值范围进行比对。
作为一种可实施方式，当离子流的密度高于正常值范围时，停止工艺。
作为一种可实施方式，测量所述测试电阻两端的电压后，根据以下公式计算离子流的密度，
，其中，V为所述测试电阻两端的电压，R为所述测试电阻的阻值，S为检测器的检测点的表面积。
作为一种可实施方式，所述离子流的密度的正常值范围为0.1 uA/cm 2 ～0.25 uA/ cm 2 。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明的工艺腔室中设置了检测腔室中的装置，该装置能够在不影响工艺过程的同时，对晶圆表面的离子流密度进行实时检测，能够及时发现离子流的异常，进而预防离子流对介质层的超低介电常数材料造成损伤。
附图说明
图1为本发明的工艺腔室的一个实施例在工作状态时的结构示意图；
图2为图1所示的工艺腔室在工作状态时环形压边与晶圆的位置关系示意图；
图3为本发明的工艺腔室的检测工艺腔室中工艺环境的装置的实施例一的结构示意图；
图4为本发明的工艺腔室的检测工艺腔室中工艺环境的装置的实施例二的局部结构示意图；
图5为本发明的检测工艺腔室中工艺环境的装置的检测电路的滤波器的电路示意图。
具体实施方式
为了解决离子流对超低介电常数材料造成损伤的问题，提出了一种新的工艺腔室来实现实时检测，进而在离子流密度超出正常值的时候停止工艺，避免出现不合格产品。
以下以预清洗腔室为例（即工艺腔室为预清洗腔室）并结合附图，对本发明的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，图1为预清洗腔室在工作状态时的结构示意图，预清洗腔室100包括腔体110、筛网结构180、加热器130、加热基座140（Heater）、射频系统150、螺旋管线圈160与石英顶170。
螺旋管线圈160安装在石英顶170上，本实施例中，射频系统150采用2MHz的电源。
作为一种可实施方式，预清洗腔室100还包括环形压边120（Edge ring），环形压边120位于加热器130上，用来固定晶圆（Wafer）。环形压边120由绝缘材料制成。
请结合图2所示，其为预清洗腔室在工作状态时环形压边与晶圆的位置关系示意图，本实施例中，需要进行预清洗处理的晶圆放置在预清洗腔室100的加热器130上，晶圆和加热器130接触并置于其中部。当进行预清洗工艺时，加热器130和环形压边120上升到工艺位置后，环形压边120均匀地压在晶圆的边缘，将其固定，防止晶圆偏移。
预清洗工艺进行时，射频系统150将工艺气体H2激发为和H自由基，其中的会导致介质层的超低介电常数材料中的C元素减少，进而导致K值升高；另外由于介质层的超低介电常数材料通常比较疏松、多孔；如果晶圆表面附近存在较多的离子，离子会在鞘层电压的作用下，对晶圆进行轰击，导致沟槽形貌发生变化。虽然预清洗腔室100中接地的筛网结构180会过滤掉一部分，而让大部分H自由基到达晶圆表面进行预清洗工艺。但是筛网结构180不能有效过滤掉的残留就会对超低介电常数材料造成损伤。因此本发明设置了检测粒子流密度的装置来实时检测工艺过程中晶圆表面的离子流的密度，预防其对介质层的超低介电常数材料的损伤，从而提高后续铜互连工艺的可靠性和产品良率。
请参阅图3所示，其为本发明的检测工艺腔室中工艺环境的装置的实施例一的结构示意图，本发明的检测工艺腔室中工艺环境的装置200包括检测器210和检测电路，检测器210与所述检测电路连接；检测电路包括测试电阻230与稳压电源240，稳压电源240的一端接地，另一端与测试电阻230电连接；测试电阻230的另一端与检测器210电连接。检测器210用于检测所述腔室内的离子流密度。
作为一种可实施方式，检测器210的检测点位于放置在预清洗腔室100中的晶圆140的附近，且检测器210的检测点与放置在预清洗腔室100中的晶圆140的上表面处于同一水平面。如图3所示，检测器210置于腔体110的内部，此时检测器210的检测点与放置在预清洗腔室100中的晶圆140的上表面处于同一平面。这种设计保证了检测器210的检测精度，使得检测器检测时晶圆附近的离子流密度。测试电阻230与稳压电源240置于腔体110的外部，这样可以避免检测离子流密度的装置影响晶圆工艺，同时可以节省空间。检测器210实时检测预清洗腔室100中晶圆140附近离子流的密度，当离子流的密度出正常值范围，则停止预清洗工艺进行原因排查，例如是否筛网结构180的接地端受破坏等，使用本发明的检测腔室工艺环境的装置能够实时检测离子流密度，及时发现离子流的异常现象，能够预防离子流对超低介电常数材料造成损伤。
作为一种可实施方式，请结合图3和图4所示，在环形压边120的上表面设置凹槽，检测器210放置在所述环形压边的凹槽内，凹槽与环形压边120的内环122的距离为0.5cm。本实施例中检测器的检测点与晶圆边缘的水平距离为0.7cm至1cm。检测器固定在凹槽中，保证了检测器不与晶圆接触，同时又保证了在不影响工艺过程的前提下，进行实时检测。
作为一种可实施方式，检测器210为检测探针或环形检测线圈。图3实施例一中检测器210为检测探针。请参阅图4所示，其为本发明的检测预清洗腔室离子流的装置的实施例二的局部结构示意图，图4实施例二中检测器210为环形检测线圈。
当检测器210为检测线圈时，凹槽为环形的凹槽，且凹槽与环形压边同轴设置，即凹槽的中心轴与环形压边120的中心轴重合。
作为一种可实施方式，参见图3，当检测器210为检测探针时，检测探针为直径0.8mm至1.2mm （优选为1mm）的圆柱形，其在凹槽内的高度为0.7mm。
当检测器210为检测线圈时，检测线圈的直径为0.6 mm至0.8mm，优选为0.7mm。图4中实施例二中检测线圈的截面为圆形，其直径为0.7mm。
作为一种可实施方式，检测器210为金属材质，检测器的材质优选为铜、铝。
作为一种可实施方式，稳压电源240的输出电压小于或等于-40伏。足够负的电压值保证检测器210上收集到的离子流为饱和离子流，只有饱和离子流才能够反应出晶圆附近的真实的离子流密度。
作为一种可实施方式,检测工艺腔室中工艺环境的装置200还包括滤波器250，滤波器250置于腔体110的外部。滤波器250起到避免射频系统150的信号通过腔体110干扰到检测器210的作用，本实施例中滤波器250使用简单的RF过滤器。
请参阅图5所述，其为滤波器250的电路示意图，在滤波器的电路中设置电阻R，电阻R的一端接地，且设置一个电感L与电阻R串联，在电阻R的两端并联一个电容C。
滤波器250的一端连接到测试电阻230，另一端连接到检测器210，滤波器250串联在检测器210与测试电阻230之间的电路上。
本发明的检测工艺腔室中工艺环境的方法，以预清洗腔室为例，其工作步骤如下：
步骤A：开始预清洗工艺，在腔体110中激发产生等离子体后，测量测试电阻230两端的电压；
步骤B：根据测得的电压计算腔体110内离子流的密度，与离子流的密度的正常值范围进行比对。
作为一种可实施方式，在步骤B之后还有步骤C：当离子流的密度高于正常值范围时，停止预清洗工艺。
作为一种可实施方式，测量测试电阻230两端的电压后，根据以下公式计算离子流的密度，
，其中，V为测试电阻230两端的电压，R为测试电阻230的阻值，S为检测器210的检测点（即距离晶圆最近的一端）的表面积。
作为一种可实施方式，正常工艺时，离子流的密度的正常值范围为0.1 uA/cm 2 ～0.25 uA/cm 2 。
本发明涉及的工艺腔室中设置了检测其工艺环境的装置，该装置能够对工艺腔室内的离子流密度进行实时检测，能够及时发现离子流密度的异常，进而预防离子流对介质层的损伤，提高后续铜互连工艺的可靠性和产品良率。除上述实施例中的预清洗腔室外，本发明的工艺腔室可以是其它等离子体沉积薄膜的系统，这些系统可应用于半导体芯片制造，同时也可用于太阳能电池生产领域、LED制造领域，适用领域很广。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种工艺腔室检测装置，其特征在于，在所述工艺腔室中设置有检测所述工艺腔室中工艺环境的装置，所述装置包括检测器和检测电路；所述检测电路包括稳压电源和测试电阻，所述稳压电源的一端接地，所述稳压电源的另一端与所述测试电阻的一端电连接；所述测试电阻的另一端与所述检测器电连接；所述检测器置于所述工艺腔室的腔体的内部，所述检测器用于检测所述工艺腔室内的离子流密度。
2.根据权利要求1所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述检测器的检测点位于放置在所述工艺腔室中的晶圆的附近，且所述检测器的检测点与放置在所述工艺腔室中的晶圆的上表面处于同一水平面。
3.根据权利要求2所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述工艺腔室包括固定所述晶圆的环形压边；在所述环形压边的上表面设置凹槽；所述检测器放置在所述环形压边的凹槽内。
4.根据权利要求3所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述凹槽与所述环形压边的内环的距离为0.5cm。
5.根据权利要求4所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述检测器为检测探针或环形检测线圈，所述检测器为金属材质。
6.根据权利要求5所述的工艺腔室检测装置，其特征在于， 所述检测器为检测线圈，所述凹槽为环形凹槽，且所述凹槽与所述环形压边同轴设置。
7.根据权利要求6所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述检测线圈的直径为0.6mm至0.8mm。
8.根据权利要求5所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述检测器为检测探针，所述检测探针在所述凹槽内的高度为0.7mm。
9.根据权利要求8所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述检测探针为直径为0.8mm至1.2mm的圆柱形金属探针。
10.根据权利要求1所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述稳压电源的正极接地，负极与所述测试电阻电连接，且所述稳压电源的的输出电压小于或等于-40伏。
11.根据权利要求1所述的工艺腔室检测装置，其特征在于，所述检测电路还包括滤波器，所述滤波器的一端连接到所述测试电阻，另一端连接到所述检测器。
12.一种检测工艺腔室中工艺环境的方法，其特征在于，所述方法采用一种检测工艺腔室中工艺环境的装置，所述装置包括检测器和检测电路；所述检测电路包括稳压电源和测试电阻，所述稳压电源的一端接地，所述稳压电源的另一端与所述测试电阻的一端电连接；所述测试电阻的另一端与所述检测器电连接；所述方法的工作步骤如下：
将所述检测器置于所述工艺腔室的腔体的内部；
开始工艺，在工艺腔室中激发产生等离子体后，测量测试电阻两端的电压；
然后根据测得的所述电压计算所述工艺腔室内离子流的密度，与离子流的密度的正常值范围进行比对。
13.根据权利要求12所述的检测工艺腔室中工艺环境的方法，其特征在于，当离子流的密度高于正常值范围时，停止工艺。
14.根据权利要求12所述的检测工艺腔室中工艺环境的方法，其特征在于，测量所述测试电阻两端的电压后，根据以下公式计算离子流的密度，
，其中，V为所述测试电阻两端的电压，R为所述测试电阻的阻值，S为检测器的检测点的表面积。
15.根据权利要求12所述的检测工艺腔室中工艺环境的方法，其特征在于，所述离子流的密度的正常值范围为0.1 uA/cm 2 ～0.25 uA/cm 2 。
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