CN107466420B - 用于腔室清洁终点的原位蚀刻速率确定 - Google Patents

Abstract

本文所述的实施例涉及用于确定清洁终点的方法。可在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺，以确定由第一斜率所限定的清洁时间函数。可在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺，以确定由第二斜率所限定的清洁时间函数。可比较第一及第二斜率以确定清洁终点时间。

Description

用于腔室清洁终点的原位蚀刻速率确定

技术领域

本公开的实施例总体上涉及用于确定处理腔室清洁终点的方法。更具体而言，本文描述的实施例涉及用于腔室清洁终点检测的原位蚀刻速率确定的方法。

背景技术

清洁时间在半导体制造工艺及设备生产力中常常为重要的因素。清洁时间通常代表清洁制造设备的部件所需的时间量。清洁工艺常常被周期性地执行以增加制造设备的可利用寿命。由于制造设备中的次佳的处理环境，清洁工艺也减少制造有缺陷的微器件的机率。因此，与设备清洁相关联的清洁时间在颗粒减少及产量效率上具有相对大的影响。

不充足的清洁时间可造成反应产物及副产物在制造设备中的非期望的堆积，从而可导致增加的器件缺陷及工艺漂移。另一方面，过度的清洁时间可导致长时间暴露于腐蚀性环境，从而可导致制造设备部件的过早劣化。此外，过度的清洁时间在产量上通常具有负面的影响。

当前用于确定清洁时间的终点检测方法通常牵涉监控次级自由基或等离子体信号。传统方法包括对终点确定使用残余气体分析(RGA)、光学发射光谱(OES)、非分散红外线光谱(NDIR)等等。然而，由于次佳的度量条件，这些方法可能提供不精确的终点确定。例如，对于RGA缺乏次级等离子体分解可能导致确定适合的终点的不精确数据。在另一示例中，对OES于检测位置处缺乏自由基/等离子体可能不利地影响终点数据。此外，执行上述分析所需的仪器可以是惊人地昂贵且可能无法在意图执行终点检测的所有类型的设备上兼容。

因此，本领域需要针对终点检测的改进方法。

发明内容

在一个实施例中，提供一种终点检测的方法。此方法包括以下步骤：在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺，且于第一等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第一蚀刻速率。可确定由两个或更多时间间隔所限定的第一斜率，且第一斜率可有关于时间限定第一蚀刻速率。可在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺，且于第二等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第二蚀刻速率。可确定由两个或更多时间间隔所限定的第二斜率，且第二斜率可有关于时间限定第二蚀刻速率。可比较第一斜率和第二斜率，以确定清洁终点时间。

在另一实施例中，提供一种终点检测的方法。此方法包括以下步骤：在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺，且于第一等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第一蚀刻速率。可确定由两个或更多时间间隔所限定的第一斜率，且第一斜率可有关于时间限定第一蚀刻速率。可在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺，且可于第二等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第二蚀刻速率。可确定由两个或更多时间间隔所限定的第二斜率，且第二斜率可有关于时间限定第二蚀刻速率。可确定由两个或更多时间间隔所限定的终点时间范围，且在终点时间范围内可比较第一斜率和第二斜率，以于第一斜率与第二斜率基本上相等的点处确定清洁终点时间。

仍在另一实施例中，提供一种终点检测的方法。此方法包括以下步骤：在清洁腔室环境中执行第一清洁工艺，且针对第一清洁工艺确定第一蚀刻速率。可在清洁腔室环境中执行第二清洁工艺，且可针对第二清洁工艺确定第二蚀刻速率。第一蚀刻速率及第二蚀刻速率可限定第一斜率。可在非清洁腔室环境中执行第三清洁工艺，且可针对第三清洁工艺确定第三蚀刻速率。可在非清洁腔室环境中执行第四清洁工艺，且可针对第四清洁工艺确定第四蚀刻速率。第三蚀刻速率及第四蚀刻速率可限定在第一斜率的约2％内的一斜率。可在第一斜率与第二斜率基本上相等处确定清洁终点时间。

附图说明

为了可详细了解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施例得到上述简要概括的本公开的更具体的描述，实施例中的一些在所附附图中描绘。然而，要注意的是，所附附图仅描绘示例性实施例，且因此不应被考虑为对其范围的限制，因为可允许其他等效的实施例。

图1示出根据本文所述的实施例的用于确定清洁工艺终点时间的方法的操作。

图2示出根据本文所述的实施例的描述针对在清洁腔室环境及非清洁腔室环境中执行的等离子体工艺的有关于时间的蚀刻速率的曲线图。

图3示意性示出根据本文所述的实施例的处理系统，其中可实施方法的实施例。

图4示出根据本文所述的实施例的用于确定清洁工艺终点时间的方法的操作。

图5示出根据本文所述的实施例的描述针对在非清洁腔室环境中执行的等离子体工艺的有关于沉积时间或沉积厚度的蚀刻速率的曲线图。

为了帮助了解，尽可能地使用相同的附图标记来指示附图中共有的相同元件。应考虑一个实施例中的元件及特征可有益地并入其他实施例中而无须进一步说明。

具体实施方式

本文所述的实施例涉及用于确定清洁终点的方法。可在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺，以确定由第一斜率限定的清洁时间函数。可在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺，以确定由第二斜率限定的清洁时间函数。可比较第一及第二斜率以确定清洁终点时间。

图1示出用于确定清洁工艺终点时间的方法100的操作。于操作110处，可在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺。如本文所述的清洁腔室环境为在腔室的处理体积内的各种部件上基本上不含有材料沉积的腔室环境。等离子体清洁工艺可利用原位生成的等离子体，或等离子体可远程地生成。可利用适合的等离子体生成技术(诸如电感耦合、电容耦合或热学等离子体生成技术)以形成清洁等离子体。

可利用各种清洁化学物以形成清洁等离子体。用于形成清洁等离子体的适合的前体材料包括含氟材料、含氯材料、含氧材料等。构想到，可选择清洁等离子体化学物来与沉积于腔室环境中的材料反应。在一个实施例中，于第一等离子体清洁工艺期间，可利用由NF₃形成的氟自由基。通常执行操作110以对等离子体清洁工艺的后续比较(诸如操作140的等离子体清洁工艺)限定基准参考。应理解，如以下所述，基准参考可能是热不稳定的。

图2示出描述针对在清洁腔室环境及非清洁腔室环境中执行的等离子体工艺的有关于清洁时间的蚀刻速率的曲线图200。曲线202代表在清洁腔室环境中有关于时间的蚀刻速率，且曲线204代表在非清洁腔室环境中有关于时间的蚀刻速率。如图所示，曲线202的斜率随着时间轻微地增加，且相信此增加可归因于在清洁腔室环境的中工艺腔室部件温度的增加，而非在清洁腔室环境的中增加的温度所造成的清洁自由基的再结合。

返回参照图1，方法100于操作120处通过在第一等离子体清洁工艺期间以两个或更多时间间隔206、208(见图2)确定第一蚀刻速率而继续。尽管叙述两个时间间隔，应考虑可选择更多时间间隔以调查第一蚀刻速率。两个或更多时间间隔206、208可限定清洁终点范围210。第一蚀刻速率代表在特定时间量内所移除的材料量，例如如图2中图示，第一蚀刻速率可于第一时间间隔206及第二时间间隔208处确定。在一个实施例中，第一蚀刻速率可对应于第一时间间隔206，且第二蚀刻速率可对应于第二时间间隔208。第一蚀刻速率可在主第一等离子体清洁工艺中确定，且第二蚀刻速率可在次级第一等离子体清洁工艺中确定。

于操作130处，可确定由两个或更多间隔206、208所限定的曲线202的第一斜率。第一斜率可通过选择曲线202在清洁终点范围210内上的一点而确定，且第一斜率可以是所选择点处的切线。因此，第一斜率通常有关于时间限定清洁腔室环境的第一蚀刻速率。

于操作140处，可在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺。非清洁腔室环境不同于清洁腔室环境，因为材料沉积存在于非清洁腔室环境内的各种部件上。在一个实施例中，第二等离子体清洁工艺可类似于第一等离子体清洁工艺。因此，可在第一及第二等离子体清洁工艺两者中利用相同或类似的化学物及处理条件。

于操作150处，在第二等离子体清洁工艺期间可以两个或更多时间间隔206、208确定第二蚀刻速率。曲线204代表在非清洁腔室环境中有关于时间的第二蚀刻速率。通常，于操作120期间利用的时间间隔与操作150期间利用的时间间隔相同。类似于第一蚀刻速率，第二蚀刻速率代表在特定时间量内所移除的材料量，例如如上所述，第二蚀刻速率可于第一时间间隔206及第二时间间隔208处确定。在一个实施例中，第二蚀刻速率代表热氧化蚀刻速率。

在一个实施例中，第三蚀刻速率可对应于第一时间间隔206，且第四蚀刻速率可对应于第二时间间隔208。第三蚀刻速率可在主第二等离子体清洁工艺(即，第三等离子体清洁工艺)中确定，且第二蚀刻速率可在次级第二等离子体清洁工艺(即，第四等离子体清洁工艺)中确定。在一个实施例中，第二蚀刻速率(即第三及第四蚀刻速率)可通过适合的度量设备确定，诸如光学度量设备，例如，椭偏仪(ellipsometer)等。

于操作160处，可对曲线204确定通过两个或更多间隔206、208所限定的第二斜率。类似于操作130中的第一斜率的确定，第二斜率可通过选择曲线204上的在清洁终点范围210内的一点而确定，且第二斜率可以是所选择点处的切线。因此，第二斜率通常有关于时间限定非清洁腔室环境的第二蚀刻速率。

应注意，第二曲线204可对第一曲线202具有渐近的关系。在清洁终点范围210内第一曲线202及第二曲线204之间的差值(Δ)212相信是由第一曲线202的热不稳定性所造成的。

于操作170处，可比较第一斜率及第二斜率，以确定清洁终点时间。通常，第一斜率及第二斜率可相差小于约5％，诸如在约2％内。在清洁终点范围210内的清洁终点时间可于第一斜率与第二斜率基本上相等时确定。如本文所利用的，基本上相等的斜率是指第一斜率与第二斜率相差不超过约2％。

可选地，在确定清洁时间终点后，可对清洁时间终点添加额外的清洁时间量，以确保彻底的清洁。在一个实施例中，额外的清洁时间量可小于总清洁时间的约5％。

图3示意性示出工艺系统300，其中可实施方法100的实施例。构想到，本文所述的方法100提供有益的原位清洁终点确定，而无须利用与传统终点检测工艺相关联的外部设备。工艺系统300包括第一远程等离子体源302及第二远程等离子体源304，这些分别耦合至第一工艺腔室306及第二工艺腔室308。第一及第二工艺腔室306、308在执行清洁工艺后通常经由前级线路(foreline)310排空。

图4示出用于确定清洁工艺终点时间的方法400的操作。于操作410处，可在非清洁腔室环境中执行等离子体清洁工艺。在某些实施例中，清洁工艺可类似于关于操作140所述的工艺。于操作420处，可确定有关于沉积时间或沉积厚度的蚀刻速率，以生成蚀刻速率数据。于操作430处，可分析蚀刻速率数据以确定在曲线图上绘制的数据斜率中的反曲点或改变，该反曲点或改变指示清洁终点。因此，可利用蚀刻速率数据来确定清洁终点和/或可执行清洁工艺以充分清洁工艺腔室或处理腔室部件的时间量。

图5示出描述针对在非清洁腔室环境中执行的等离子体工艺的有关于沉积时间或沉积厚度的蚀刻速率的曲线图500。曲线图500描绘有关于沉积时间或沉积厚度的蚀刻速率的数据501。数据501包括第一斜率502，该第一斜率502代表从工艺腔室环境主动移除材料的蚀刻速率。数据501也包括第二斜率506，该第二斜率506代表并无材料被主动地移除或以增加的速率被移除的蚀刻速率。第二斜率506相信指示与清洁腔室环境相关联的蚀刻速率。

数据501的反曲点504呈现于第一斜率502与第二斜率506之间的一点，其中这些斜率502、506为不同的。可利用反曲点504来确定清洁终点，其中腔室环境经充分地清洁但非过度清洁。类似于方法100，在经由反曲点504的分析来确定清洁时间终点后，可对清洁时间终点添加额外的清洁时间量，以确保彻底的清洁。在一个实施例中，额外的清洁时间量可小于总清洁时间的约5％。

传统终点检测方法通常分析在前级线路310中的流出物。然而，于各个腔室306、308内的清洁蚀刻速率可能不同，且由于从多重腔室监测单一流出物流，可能指示有缺陷的终点。本文所述的方法可应用至腔室306、308的各者，且构想到，由于针对各个分开的腔室的独立的终点检测，可改善终点检测。例如，本文所述的方法可在各种单一或多重腔室架构中实施，诸如在由美国加州的应用材料股份有限公司可取得的系统上实施。

综上所述，可通过在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺且在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺来确定原位终点检测。可针对第一及第二等离子体清洁工艺得到清洁时间函数，且可比较这些函数的斜率来确定适合的清洁终点。也可通过对标示清洁腔室环境的蚀刻速率数据的反曲点进行分析来确定终点检测。构想到，利用本文所述的方法可改善清洁终点时间精确度，且改善产量，同时防止由于过度清洁造成对腔室部件的损伤。

尽管上述内容针对本公开的实施例，可设计本公开的其他及进一步的实施例而不背离本公开的基本范围，且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (19)

1.一种终点检测的方法，包含以下步骤：

在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺；

在所述第一等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第一蚀刻速率；

确定通过所述两个或更多时间间隔所限定的第一斜率，其中所述第一斜率有关于时间限定所述第一蚀刻速率；

在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺；

在所述第二等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第二蚀刻速率；

确定由所述两个或更多时间间隔所限定的第二斜率，其中所述第二斜率有关于时间限定所述第二蚀刻速率；及

比较所述第一斜率与所述第二斜率，以确定清洁终点时间。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述清洁腔室环境不具有材料沉积物。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一等离子体清洁工艺及所述第二等离子体清洁工艺利用基于氟的化学物、基于氯的化学物、基于氧的化学物、或这些化学物的结合及混和。

4.如权利要求1所述的方法，其中针对所述第一等离子体清洁工艺的所述两个或更多时间间隔以及针对所述第二等离子体清洁处理的所述两个或更多时间间隔为相同的。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述两个或更多时间间隔限定终点时间范围。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述终点时间范围是通过比较所述第一斜率与所述第二斜率而确定的。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：

在确定所述清洁终点时间后，对所述清洁终点时间添加小于5％的总清洁时间的清洁时间量。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一等离子体清洁工艺限定基准参考。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述基准参考是热不稳定的。

10.一种终点检测的方法，包含以下步骤：

在清洁腔室环境中执行第一等离子体清洁工艺；

在所述第一等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第一蚀刻速率；

确定由所述两个或更多时间间隔所限定的第一斜率，其中所述第一斜率有关于时间限定所述第一蚀刻速率；

在非清洁腔室环境中执行第二等离子体清洁工艺；

在所述第二等离子体清洁工艺期间，以两个或更多时间间隔确定第二蚀刻速率；

确定由所述两个或更多时间间隔所限定的第二斜率，其中所述第二斜率有关于时间限定所述第二蚀刻速率；

确定由所述两个或更多时间间隔所限定的终点时间范围；及

在所述终点时间范围内比较所述第一斜率及所述第二斜率，以于所述第一斜率与所述第二斜率基本上相等的一点处确定清洁终点时间。

11.如权利要求10所述的方法，其中针对所述第一等离子体清洁工艺的所述两个或更多时间间隔及针对所述第二等离子体清洁工艺的所述两个或更多时间间隔为相同的。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述第一等离子体清洁工艺限定基准参考。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述基准参考是热不稳定的。

14.一种终点检测的方法，包含以下步骤：

在清洁腔室环境中执行第一清洁工艺；

针对所述第一清洁工艺确定第一蚀刻速率；

在所述清洁腔室环境中执行第二清洁工艺；

针对所述第二清洁工艺确定第二蚀刻速率，其中所述第一蚀刻速率及所述第二蚀刻速率限定第一斜率；

在非清洁腔室环境中执行第三清洁工艺；

针对所述第三清洁工艺确定第三蚀刻速率；

在所述非清洁腔室环境中执行第四清洁工艺；

针对所述第四清洁工艺确定第四蚀刻速率，其中所述第三蚀刻速率及所述第四蚀刻速率限定在所述第一斜率的约2％内的第二斜率；及

在所述第一斜率与所述第二斜率基本上相等处确定清洁终点时间。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一清洁工艺限定基准参考。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述基准参考是热不稳定的。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述第一清洁工艺、所述第二清洁工艺、所述第三清洁工艺及所述第四清洁工艺利用基于氟的化学物、基于氯的化学物、基于氧的化学物、或这些化学物的结合及混和。

18.如权利要求14所述的方法，进一步包含以下步骤：

通过在所述第一斜率与所述第二斜率相等的间隔上比较所述第一斜率与所述第二斜率来确定终点时间范围。

19.如权利要求14所述的方法，进一步包含以下步骤：

在确定所述清洁终点时间后，对所述清洁终点时间添加小于5％的总清洁时间的清洁时间量。