CN1345081A - 半导体处理系统及其控制湿度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种新的半导体处理系统,包括用包含水蒸汽的一种或多种工艺处理气体处理半导体衬底的处理室,用于把水蒸汽或者一种或多种其产物母体输入处理室的装置、与处理室连接的排气管道、用于检测样品区域中的水蒸汽的吸收光谱设备和控制处理室中的水蒸汽含量的控制装置。还提供用于控制半导体处理室中水蒸汽含量的方法。该系统和方法便于测量和控制在水蒸汽作为工艺处理气体存在的半导体处理室中的水蒸汽含量。

Description

半导体处理系统及其控制湿度的方法
技术领域
本发明涉及新的半导体处理系统。本发明还涉及用于在半导体处理室中控制湿度的方法。该系统和方法可供在半导体加工设备中精确控制湿度用。对于在使用水蒸汽作处理气体的工艺过程中制造半导体器件本发明具有特定的适用性。
背景技术
近来，半导体制造业中使用的一些干法(即，气相)工艺已采用水蒸汽作处理气体。呈水蒸汽状态的水分一般和其他一些处理气体共同存在于处理室内。像这样的工艺方法包括，例如，湿法氧化、化学气相沉积铜(Cu-CVD)以及光致抗蚀剂和后蚀刻残渣去除处理。
在上述的一些工艺方法中，把要处理的半导体晶片放进处理室。可以把液体状态的水分输入处理室，接着在处理室中被蒸发，或者例如，用携带气体把蒸汽状态的水分输入处理室。用另一种方法，例如，通过在处理室中的氢(H2)和氧(O2)在高温时的反应可以就地形成水蒸汽。然而在所有情况下，由于在引到处理室的气体输送管内和/或在处理室本身里发生的吸附-解吸现象的严重影响，所以处理室内的湿度难以控制。
根据以上所述，表明在处理室里面湿度的现场测量不但对于工艺研制而且在大量生产中对于评估有助于确保半导体处理中的均匀性的一轮到一轮工艺过程可再现性会是一种非常有用的手段。
能够用于水蒸汽测量的分析设备中间是通常称之为残剩气体分析仪(RGA)的一类质谱仪。例如见，D.Lichtman，Residual GasAnalysis：Past，Present and Future，J.Vac.Sci.Technol，A8(3)(1990)。质谱仪工作时要求大约10-5乇范围内的压力，然而半导体加工设备的工作压力常常是较高的，例如在从大约0.1到760乇的范围内。所以，质谱仪需要取样装置和专用真空泵，而因此在结构上既昂贵又不紧凑。而且，放置质谱仪的差级抽真空室一般会有难以去除和严重限制质谱仪的水蒸汽测量灵敏度的高含量的残剩水蒸汽。
发射光光谱测定法已广泛用于监测等离子体加工。就原理而论，发射光光谱测定法应该用来监测加工设备中出现的水蒸汽。然而，发射光光谱是非常复杂的，而且，在非等离子体加工中不能够使用这种方法。
在考虑工艺过程化学的研究情况中已广泛使用另外一些光谱方法。例如见Dreyfus et al，Optical Diagnostics of Low Pressure Plasmas，Pure and Applied Chemistry，57(9)，pp.1265-1276(1985)。然而，像这样的一些方法通常需要专门改装的容器。例如，通常在研究另外一些方法中已注意到用内腔式激光器光谱测定法监测现场水分的可能性。例如见G.W.Atkinson，High Sensitivity Detection of Water ViaIntracavity Laser Spectroscopy，Microcontawination，94 ProceedingsCanon Communications(1994)。
通常对于在大气压或接近大气压下操作的工艺过程来说，常规的气体分析仪已用于现场水分测量。例如，见Smoak et al，Gas ControlImproves Epiyield，Semiconductor International，pp.87-92(June1990)。根据上述的方法，一部分工艺处理气体被抽入取样器，然后取样器把试样释放到分析仪。然而，由于水分往往会吸附在取样器的表面，所以在测量水分中使用取样品不是最理想的。此外，当这样的方法需要容纳常规气体分析仪的相当大空间而该空间一般至少是在半导体制造净化室时这样的方法常常是不希望用的。
Tapp等人的U.S.Patent 5,241,851中公开用于测量工艺过程环境中的瞬时水分浓度和完全干燥特性的一种方法。根据这种方法，水分分析仪交替地取处理室排出废气流的试样和由标准气体发生器产生的气体的试样。调节标准气体发生器的输出一直到分析仪显示流出废气流和标准气体流之间没有差别为止。因为标准气体发生器的输出中的含水量是已知的，所以能够测定流出废气流中的水含量。然而，当这样的系统需要标准气体发生器以及影响流出废气流和标准气体流之间开关的复杂管道时这样的系统是复杂而不方便的。此外，有从标准气体发生器到处理室的回流引起有害物质对正制作的产品沾污的危险。
发明概述
为了满足半导体加工工业的需要和克服相关技术中的缺点，本发明的一个目的是提供便于以精确而快捷的方式监测和控制存在在工艺处理气体中的水蒸汽含量的半导体处理系统。
本发明的进一步目的是提供用于在发明的系统上能够实施控制在半导体处理室中水分含量的方法。
到这里对于精通技术的普通人来说，在查看说明书，附图和附加的权利要求书时本发明的其他目的和状况将是显而易见的。
根据本发明的第一种状况，提供新的半导体处理系统。该系统包括用一种或多种包括水蒸汽的气体处理半导体衬底的处理室、用于把水蒸汽或者一种或多种其产物母体输送到处理室的装置、与处理室连接的抽气管道、用于检测试样区域中的水蒸汽的吸收光谱设备、和控制处理室中水蒸气含量的控制装置。控制装置包括响应来自吸收光谱测量设备的信号的控制器、把控制信号输送到用于检测水蒸汽或其产物母体的装置的控制器。
根据发明的另一种状况，提供用于控制半导体处理室中的含水量的一些方法。把水蒸汽或者用于形成水蒸汽的一种或多种产物母体输送到处理室。水蒸汽将用作工艺处理气体。用吸收光谱测定法测量样品区域中水蒸气含量。根据吸收光谱测量控制处理室中的水蒸汽含量。
附图的简略描述
根据下面结合附图对其最佳实施例的详细描述，本发明的一些目的和优点将显而易见，在附图中相同数词表示同样的元件，而其中：
图1是根据本发明的典型状况的半导体处理系统的横截面图；
图2A和2B是能够用于根据本发明的半导体处理系统和方法的一些典型水分发生器的图；
图3是能够用于本发明的半导体处理系统的典型吸收光谱测量设备的平面视图；
图4是由根据本发明的半导体处理系统产生的红外光谱；
图5是根据本发明的典型的水分稀释方案图；
图6是根据本发明的典型半导体处理系统的示意图；
图7是根据本发明的另外的典型半导体处理系统的示意图；和
图8是根据本发明的另外的典型半导体处理系统的示意图。
发明的最佳实施例的详细描述
现在参阅以横截面表示根据本发明的典型状况的半导体处理系统1的图1将描述根据本发明的一些半导体处理系统和一些方法。
半导体处理系统1包括半导体处理室2，在容器2里面把半导体衬底(晶片)3放置在衬底架4上。为了交代清楚仅仅表示单个晶片处理器。本发明也适用于许多晶片处理器。
为把一种工艺处理气体或多于一种的工艺处理气体输送到处理室2设置一个或多个进气口5。为保证这些工艺处理气体的均匀性，在输入处理室2以前最好在混合集气腔5′使它们预先混合。通过在处理室2中的排气孔6并且通过排气管道7从处理室2排出废气。
根据本发明的一种状况，该处理系统适用于进行像蚀刻和某种化学气相沉积之类的真空处理。在上述的情况中，处理室2可以是带有与排气管道7连接的真空泵20的一种抽真空容器。另一方面，该处理系统能够进行像常压CVD和热氧化处理之类大体上在大气压下的工艺过程，其中使处理室2保持大约有轻微真空的大气压。
在处理期间确定在容器2中存在的加工材料中间包括水蒸汽。所以本发明对使用水蒸汽作加工材料的某种氧化、化学气相沉积(CVD)和干法蚀刻工艺方法含有特定的适用性。更准确地说，本发明对包括，例如湿法氧化、Cu-CVD和光致抗蚀剂及后蚀刻残渣去除处理的一些工艺方法具有特定的适用性。这些工艺方法除水蒸汽以外可能还需要反应或者没有反应(惰性)的气体物质，而且反应气体能够呈等离子体状态或者非等离子体状态。
在上述的工艺方法中，能够用各种各样方法把水蒸汽输入到处理室2。例如，能够用携带气体或者不用携带气体输入水蒸汽。可以用水蒸汽发生器15产生水蒸汽，而然后为了在输入到到处理室2以前与其他工艺处理气体混合而被输入到混合气体的集气腔5′。可以把水蒸汽直接输入到处理室2里。
包括没有所希望的含水量的周期在内，工艺过程中的所希望的含水量可以改变，取决于具体的工艺过程。在某些情况中仅在某些工艺步骤期间有水蒸汽或者在不同的工艺步骤有不同的含水量可能是有利的。
参阅图2A，水蒸汽发生器例如可以是起泡器或蒸发器22。携带气体通过管道23输入到容器24，并且使气体通过容器24中装有的水而膨泡。通过管道23′从起泡器排出含水分的携带气体。水蒸汽浓度是携带气体在水中的接触时间以及温度和压力的函数。随着水蒸汽从容器排出，容器24中的水平面降低而通过管道25能够输入淡水。用外加热器26可以调节容器24中水的温度。
参阅图2B，水蒸汽发生器附加有一条或更多条加热的渗气管27，能够用加热器28控制渗气管27的温度。渗气管27包括能装液体水的心子29。一般用水分扩散透过的聚合材料30密封心子29。携带气体流过管道31，因而擦过聚合物表面而变得湿润。携带气体中水分的浓度是与携带气体流速成反比，而随心子温度升高而增加。
直接把液体水输入处理室2更是可以行得通的，其中在升高温度时液体水就汽化。在上述的情况中，液体质量流量控制器能够用于进入处理室的流量控制。
作为一种另外的可供选择的方法，能够在处理室2中从包括经由分开的管道输入到处理室的氧和氢的原始材料(产物母体)就地产生水蒸汽。能够用在各个管道上的一些质量流量控制器控制这些进入容器的材料的流量。
水蒸汽输入到容器的具体方法将部分地取决于正进行的工艺过程。例如，在Cu-CVD的情况中，可以把水蒸汽添加到含有产物母体铜的输送气流、而在光致抗蚀剂和后蚀刻残渣去除工艺过程中，把水蒸汽以湿润的臭氧(O3)的方式输入到处理室可能是最理想的。在湿法氧化工艺过程中通过把氧气和氢气输入到氧化容器的就地形成可能是最理想的。
1.测量系统的工作原理
当分子在频率为ν的光的光径上吸收光时，根据比尔定律所测得的吸收可以换算到感兴趣的物质的分压，按照下列公式： T ( ν ) = I ( ν ) I 0 ( ν ) = exp ( - α ( ν ) cl )
或者，在小吸收的情况中，按照下列公式： I 0 ( ν ) - I ( ν ) I 0 ( ν ) = α ( ν ) cl
在上面的公式中，T(ν)是在频率ν时的透射率、I(ν)是通过试样室以后在探测器上测得的光强度、I0(ν)是在没有吸收的情况下的光强度、α(ν)是在频率ν时的吸收系数、c是吸收物质的密度和I是光径长度。一般用谱线形函数(ν)和强度因子S表示吸收系数α，按照下面公式：
α＝SK(ν)其中具有众所周知的Gaussian、Lorentzian或Voigt形式。
为了消除低频噪声源，传感器最好采用具有二次谐波检波的波长调制光谱测定法。在频率f时用调制幅度m调制激光器输出，按照下面公式：
v→ν+m cos(2πft)＝ν+m cosθ为了获得在2f相位上的分量，解调检测器信号。在α(ν)的Fourier展开式中解调信号(ν2)与2f项成正比，如下面公式所示： V 2 = C I 0 ScI ∫ - π π K ( ν + m cos θ ) cos ( 2 θ ) dθ 其中S和K(ν)对于通常在半导体加工设备的排气管道内存在的压力和温度范围的水蒸汽吸收光谱是可以应用的。在数值上假设一个Voigt分布图求积分值。由检测器和信号处理电子仪器的特性曲线测定比例常数C。在原理上，根据原始方法可以求C的数值，但是，测量已知c、l、k(ν)和m的V2/I0，从而推导出C是更切实可行的。检验信号处理电子仪器特性曲线产生与水蒸汽浓度线性变化的特性曲线和为保证在时间范围内在电子仪器特性曲线中不存在显著的漂移而周期地重复校正是重要的。相信每年一次的校正将是有益的。
2.测量设备部件
参阅图1和3，半导体处理系统包括检测和测量加工设备中的水蒸汽浓度的吸收光谱测量设备8。来自SOPRA SA，Bois Colombes，France的相配的测量设备在市场上是可以得到的，并且在一篇或更多篇U.S.Nos.5,742,399、5,818,578、5,835,230、5,880,850、5,949,537、5,963,336、5,991,696和6,084,668中描述相配的测量设备。
吸收光谱测量设备8包括处于与样品区域11光通讯中的光源9和探测器10，光源9和探测器10可以是光电二极管。在这样的典型实施例中，把样品区域11设置在处理室排气管道7内。然而，可以把样品区域配置在除排气管道以外像从处理室起的上游之类的位置。这样能给正输入到处理室的气体采样。另外，样品区域可以是在处理室本身的里面或者在处理室的下游分析排出废气的取样部分的其他位置上。
为了探测水蒸汽，应用发射表示水蒸汽特性的波长的光的光源是重要的。发射在水蒸汽分子吸收非常强的光谱区段的光的激光光源导致在测量灵敏度方面的改善。
可以使用任何适宜的波长可调的光源。目前可以买得到的光源中间，二极管激光光源因为其狭窄的线宽(小于大约10-3厘米-1)和在发射波长上的比较高的强度(大约0.1到几个毫瓦)所以是最好的。如在M，Feher etal，Spectrochimica Acta A 51 pp.1579-1599(1995)中所述，二极管最好是分布反馈(DFB)类型的，确保单模发射，即，为了保证二极管在单一频率上发射。根据本发明的最佳状况，采用在大约1.368微米上工作的InGaAsP/InP分布反馈(DFB)二极管激光器作光源9以便利用H2O在近红外中的最强的吸收线。
然而，在本发明中采用的相配的光源不限于二极管激光器。例如，可以使用像光纤激光器和量子级联激光器之类的取相似尺寸和用简单的电子线路可调谐的其他类型的激光器。当这样的激光器在市场上可以买得到的时候预计会使用这样的激光器。
光源电子线路控制应用于二极管激光器或其他光源的电流以使其发射被水蒸汽吸收的特定波长的光。随着用于激光二极管的电流升大，波长增长或减短取决二极管类型。一些激光器电流控制器在技术上是熟悉的而在市场上是可以买得到的，例如ILX Lightwave LDX-3620。
所述的光源9产生的光束12穿过至少透射光的窗口13发射到样品区域11。使测量设备形成光束12被在样品区域内的一个或多个光反射表面反射并且穿过入射样品区域11穿过的同一窗口出射样品区域的构造。用另一种方法，光束入射和出射样品区域的窗口可以是不同的并且可以配置在样品区域11的不同侧面上。也可以使测量设备形成光束从光入射窗口直接通过样品区域在样品区域中没有被反射的情况下穿过光出射窗口的构造。
可以形成或是与划定样品区域界限的周期分开或是与划定样品区域界限的周壁组合的光反射表面14。光反射表面最好是抛光过的金属。像这样的高反射率的表面是最理想的，可以用一层或更多层像金之类的反射材料、其他金属层或高反射率介质涂层覆盖该表面以便增大其反射率。此外，为了使在光反射表面上形成的沉积物造成的不良影响减至最低程度，也可配置用于使光反射表面加热的加热器。
图3表示能够用于本发明的典型吸收光谱测量设备8。如所示的那样，测量容器40包括能够配置在排气管道7(或者处理室2)内的许多反射镜(或者一个具有许多表面的反射镜)，因此形成一种多通路的容器。这样就使光束能多次通过试样区域。通过用这种方式增加有效光径长度，因此提高测量设备的灵敏度。像这样的一种容器能够具有例如最多到17米的光径长度。各种各样的多通路设计中间，用于本发明的容器最好是Herriott类型的，如图所示。
吸收光谱测量设备8可以进一步包括用于反射从光源9出射、穿过光射入窗口13进入样品区域的光束12的第一和第二反射镜16、17。为了巧妙地利用光束想像其他一些反射镜方案。如图所示的反射镜16、17是平均的，但是如果希望平行校正光束则可选择的方法是使反射镜16、17成曲形。
像光电二极管之类的探测器10对与二极管激光器发射的波长相同的波长的光起反应。
探测器10对样品区域出射穿过光入射窗口13的光起反应。探测器10最好是一种InGaAs光电二极管。一些相配的探测器，例如用于近红外探测、具有10兆赫宽放大器的EG&G InGaAs C30641，在市场上是可以买得到的。
探测器电子线路接收来自探测器的输出并产生一个与在所希望的波长上的光吸收有关的输出。把吸收(A)定义为A＝1-T，其中T是透射率，即，在测得有水蒸汽的情况下探测的光强度对在没有水蒸汽的情况所测得的强度的比率。通过计算机应用已知的校正数据可以把该吸收转换到分子杂质浓度。
可以采用控制二极管激光器发射的光的波长的各种各样方法。例如，用反馈装置可以把激光器波长锁定到所希望的值。用另一种方法，这种方法可以通过用锯齿形函数在包括水分吸收谱线中的所希望的波长的区域调制二极管电流快速和重复扫描而产生光谱。根据在工艺过程中使用或形成的别的物质选择没有干扰的区域。为了提高灵敏度可以将一些连续光谱平均起来。这些技术方法中的两种是熟悉。例如见Feher et al.，Tunable Diode Laser Monitoring of Atmospheric TraceGas Constituents，Spectrochimica Acta，A51，pp.1579-1599(1995)和Webster et al.，Infrared Laser Absorption：Theory and Applications，Laser Remote Chemical Analysis，R.M.Measuews(Ed.)，Wiley，NewYork(1988)。
通过调制二极管电流和波长并且在调制频率上或者在它的其中之一个较高次谐波上解调探测器信号可以在灵敏度方面获得进一步的改善。这种技术被称为谐波检测光谱法。见Feher et al.，Tunable DiodeLaser Monitoring of Atmospheric Trace Gas Constituents，Spectrochimica Acta，A51，pp.1579-1599(1995)和Webster et al.，Infrared Laser Absorption：Theory and Applications in Laser RemoteChemical Analysis，R.M.Measuews(Ed.)，Wiley，New York(1988)。
恰当的信号调制和数字数据处理使以最高达0.5赫的采样速度测量水分分压是可以行得通的。另外，由于传感器是基于只随水分浓度、光的光径长度、气体分压和分子参数(例如，振子强度)而定的入射激光器光的吸收，所以就原理上而论，传感器不需要校正。
根据本发明的典型实施例，例如使用对水蒸汽吸收入射光的波长范围扫描的重复电流发生器以10赫调制激光器波长。如上所述，还对二极管施加以128千赫的第二次调制而为选择与调制信号(256千赫)中的二次谐波同相的探测器信号的分量采用相敏检波。这样就产生如图3所示的光谱。
软件查出在扫描期间的最小信号值和最大信号值。最小和最大信号值之间的差异被称之为“峰-峰”信号或“pp2f”。从与吸收峰相对应的探测器信号中的DC分量求出光强度的吸收值。在峰的任何一边上插入DC信号跟踪用来作由于吸收所引起光强度上变化方面的校正。
用上面的计算公式(2)相对于压力和温度范围以及调制幅度m的选择值预先计算好pp2f值的真值表。在使传感器初始化时把真值表装入存储器。用真值表、光强度和相对于电子线路增益计算的恒定系数把测量的pp2f值转换成吸收量。然后根据比尔定律用公式(1)把吸收量转换到水分浓度。
为了提供水分浓度以及像系统压力、激光器功率等等的一些关键参数的实时显示，可以直接连接监视器。D/A转换器用于提供与水分信号成正比的0-5V模拟输出以及如所要求的报警信号。
系统不断记录随时间而变的有关水分的数据。可以周期性地保存数据，例如，对于ASCII文件可以周期性地存储在像可拆装的硬磁盘机之类的存储器。在每隔二秒采集一个数据点的情况下选择每隔二十分钟存储数据是足可以的。温度控制
根据本发明，与所测得的样品区域11中的水蒸汽含量相对应的信号被用来控制水分输入装置以便能够以所希望的方式控制水分含量。把控制信号从吸收光谱测量设备8输送到控制器21，而控制器21本身又把控制信号输送到水蒸汽发生器15。控制器21可以采取精通技术的人所熟悉的各种各样形式，但是最好是可编程序列逻辑控制器(PLC)或者其他类型的逻辑控制器。
首先可以在所选择的排气管或其他测量位置上确定水分调整点。一旦在一定点建立了水分调整点，以后便可以用控制器和水分发生器完成反馈控制循环技术(例如，proportional-integral-derivative)。由此可见，通过调节水分发生器的控制变量可以控制水分发发生器的输出。控制变量可以是，例如取决于所使用的水分发生器具体类型的温度、携带气体流速或者气体或液体流速。
控制含水量的方式将取决于水蒸汽发生器的特性。例如，在借助于有或没有携带气体的水蒸汽流添加水分的情况下，控制器21可用向调节进入容器总的水分流量的质量流量控制器发送控制信号。同样，在直接把液体水注入到容器的情况下，可以根据水分测量，控制液体质量流量控制器。
哪里使用装有水的起泡器或蒸发器来输入水分，控制器21就向控制在容器24中的水的温度的加热器24发送控制信号。如果有携带气体的话，那么作为一个附加的或替换的办法，能够控制通过管道23输入到起泡器或蒸发器的携带气体的流速。
哪里使用温敏渗气管27来输入水分，就能够用发自控制器21的信号通过加热器28用与以上所述相同的方法来控制渗气管的温度，和/或可以控制管道30中携带气体的流速。
为了便于改进水分含量调节中的响应时间，可以采用水分稀释方案。图5表示这样进行的典型方案。为调节在离开水分发生器15的出口中的水分浓度提供一股或多股稀释气体气流35。为了根据发自控制器21的信号控制含有水分的气体流动气流和/或稀释气体气流的流量，在水分发生器出口导管和/或稀释气体气流导管35上配置质量流量控制器36。
通过改变含有水分的气流和稀释气体气流的相对流量从而能够控制最后的气流中的水分含量。稀释气体气流可以是一种惰性气体，最好是与含有水分气流中的携带气体一样的气体类型。例如，稀释气体可以含有一种或多种工艺处理气体，例如，在工艺过程中使用的反应气体。稀释气体应该具有比含有水分的气流中的含水量低的含水量。
U.S.Patent Nos.5,635,620、5,587,519、5,937,836、5,928,415、5,922,286和5,900,214对一种设备描述了混合和稀释气体的各种各样的方法。为了进一步改进响应时间可以根据这些专利文献进一步变更以上所述的水分稀释方案的配置。
就现场形成水分来说，例如，在氢氧和氧气反应期间，通过控制在管道上的质量流量控制器可以控制两种反应物之一或者两种反应物的流速。最好是，控制限制反应的反应物，例如在氧气过多时的氢气的流速。可选择的方法是，为了控制作为反应产物形成的水蒸汽，可以用控制器21经由处理室加热器来控制像反应温度之类的物理变量。
图6表示说明本发明第一典型实施例的示意图。在这种构造中，样品区域是在处理室排气管道7内。传感器8例如以图1中所表示的方式与离开处理室2的排气管道7连接。传感器向本身又把控制信号输送到水分发生器15的控制器21提供在样品区域有含水量征兆的信号。水分发生器15根据上述的信号把水分直接添加到在气体混合集气腔5′中的有或没有携带气体的工艺处理气体中。
在气体管道5中的工艺处理气体在进入处理室2以前可以在气体混合集气腔5′内有效地预混合。工艺处理气体的预混合充分保证均匀的反应混合物导致更均匀的处理。
在这样的实施例中，由于水分传感器8监视排出处理室2的气体中的含水量，所以用传感器能够避免在容器2中加工沾污的可能性。另外，可以实现目前设备的改型而不改变目前的气体管道系统和一直到处理室的入口的一些控制。
在处理室2正进行的工艺过程中的化学现象和化学过程会导致在一系列工艺过程期间水分的产生或消耗。因此，排出气体的水分传感器测量或在处理室内所选择点上的水分传感器测量不会提供水分要添加到系统的直接提示。
图7是说明根据本发明进一步提出上述问题的状况的半导体处理系统的示意图。这个实施例考虑到在正被输到处理室2的气体混合物中含水量的直接测量。
使工艺处理气体在输送到处理室2以前从混合集气腔5′通过水分传感器8的样品区域。用传感器8把在气体混合物中有水分征兆的信号传送到控制器21。通过采用如上所述的控制策略(例如，比例-积分-微分)，能够恰当地控制水分发生器15的输出。把有或没有携带气体的水蒸汽、或者水蒸汽产物母体直接输入到混合集气腔5′或直接输入到处理室2。
可选择的方法是，在水分传感器8的下游和在处理室2的上游可以使用分流阀31。当打开时，分流阀使气体混合物能进入处理室2，而当关闭时，使气体混合物直接流向排气口。如果气体混合物的水分含量是预先决定的含量或范围，则打开分流阀而使气体流向处理室2。要不然，关闭分流阀，气体混合物就流向排气口。在这样的方法中，开始在容器2中加工以前能够使均匀反应混合物中的水分浓度稳定。
根据本发明以上所述的状况的最佳方法包括把半导体衬底放入处理室2。在工艺过程分流阀31处于关闭(即处理室分流)位置的情况中使工艺处理气体在其各个调整点上开始流动。不断地测量均匀气体混合物中的水分浓度而且被水分传感器控制在预定的含量或范围。当水分浓度是在技术要求内时而且可以选择在这样的状况下经过一段预定的时间以后打开工艺过程分流阀31。因而使均匀的反应混合物能流入处理室2。然后可以选择在水分传感器不断监视和控制的情况下开始半导体加工。
图8说明本发明进一步的典型实施例。在这种构造中，工艺处理气体在混合集气腔5′混合以后，工艺处理气体混合物被阀门32分成两部分。第一，样品部分的工艺处理气体混合物通过阀门32并继续流过用于水分含量分析的水分传感器8。以上所述的第一部分通过系统是用泵34抽吸的，并随排气而逸离。第二工艺处理气体部分的气体混合物当阀门33处于打开位置时被输入到处理室2。阀门33是常关闭的，但是在用传感器8测量的气体混合物水分含量达到预定的水分含量或范围以后打开。控制通过水分传感器8的流速与流向处理室2的总的气体无关。所以输送到混合集气腔5′的总的气体应该满足水分传感器和工艺过程两者的流量技术要求。
根据本发明以上所述的状况的最佳方法包括把半导体衬底放入处理室2。在分流阀33处于关闭位置的情况中使工艺处理气体在其各个调整点上流动。用水分传感器8不断地测量均匀气体混合物中的水分浓度并且被控制器21和水分发生器15用以上所述的方式控制在预定的含量和范围。当水分浓度是在技术要求范围内时而且可以选择在这样的状况下经过一段预定的时间以后，把控制信号输送到阀门33，打开阀门33，使均匀的反应混合物能流到处理室2。然后可以选择在水分传感器不断监视和控制的情况下开始半导体加工。
这样的配置通过采用以上所述的一种恰当的控制循环为在输送给处理室2以前反应气体混合物中稳定的水分浓度创造条件。这样的实施例进一步确保输入处理室的气体没有通过水分传感器。因而排除由水分传感器引起的可能的工艺过程中的沾污。另外，因为在这样的配置中的水分传感器不是供处理室用的气体系统中的组合部分，所以在传感器不正常工作的情况下拆离传感器而不采取放弃使用处理室是可以行得通的。
当参考本发明的特定实施例详细描述完本发明中，在没有脱离附加的权利要求书的范围的情况下可以进行各种各样的改变和变换并且可以使用同等物，这对于精通技术的人来说，将是显而易的。

Claims (38)

1.一种半导体处理系统，包括：
用一种或多种包括水蒸汽的工艺处理气体来处理半导体衬底的处理室；
用于把水汽或者一种或多种其产物母体输送到处理室的装置；
与处理室连接的排气管道；
用于检测样品区域内的水蒸汽的吸收光谱系统；和
控制处理室中水蒸汽含量的控制系统，控制系统包括响应来自吸收光谱测量系统的信号并向用于输送水蒸汽或其产物母体的装置发送控制信号的控制器。
2.根据权利要求1的半导体处理系统，其中样品区域是在处理室的下游。
3.根据权利要求1的半导体处理系统，进一步包括用于除水蒸汽外的一种或多种工艺处理体与水蒸汽或其产物母体预先混合的在处理室的上游的气体混合集气腔。
4.根据权利要求3的半导体处理系统，其中样品区域是在处理室的下游。
5.根据权利要求3的半导体处理系统，其中样品区域是在气体混合集气腔的下游和在处理室的上游。
6.根据权利要求5的半导体处理系统，进一步包括在样品区域的下游和在处理室的上游的阀门，根据来自控制器的信号控制阀门以使来自样品区域的气体能进入处理室。
7.根据权利要求3的半导体处理系统，其中样品区域是在气体混合集气腔的下游并且是与处理室平行。
8.根据权利要求7的半导体处理系统，进一步包括在混合集气腔的下游和在处理室的上游的阀门，根据来自控制器信号控制阀门以使来自混合集气腔的气体能进入处理室。
9.根据权利要求1的半导体处理系统，其中用于输送水蒸汽或其产物母体的装置包括一种起泡器，该起泡器包括装有液体水的容器和用于使携带气体进入水中起泡的携带气体进气口。
10.根据权利要求9的半导体处理系统，其中起泡器进一步包括受来自控制器的控制信号控制的加热器。
11.根据权利要求9的半导体处理系统，进一步包括在携带气体进气口上的流量控制器，受来自控制器的控制信号控制。
12.根据权利要求1的半导体处理系统，其中用于输送水蒸汽或其产物母体的装置包括一条或多条与携带气体管道连接的温敏渗气管。
13.根据权利要求12的半导体处理系统，其中一条或多条温敏渗气管包括受来自控制器的控制信号控制的加热器。
14.根据权利要求12的半导体处理系统，进一步包括在携带气体管道上的流量控制器，受来自控制器的控制信号控制。
15.根据权利要求1的半导体处理系统，其中用于输送水蒸汽或其产物母体的装置包括与氧气源连接的氧气管道和与气源连接的氢气管道。
16.根据权利要求1的半导体处理系统，其中用于输送水蒸汽或其产物母体的装置包括与液体水源连接的液体水管道。
17.根据权利要求1的半导体处理系统，其中处理室的构成氧化系统、蚀刻系统或化学气相沉积系统的部件。
18.根据权利要求17的半导体处理系统，其中处理室构成铜化学气相沉积系统的部件。
19.根据权利要求1的半导体处理系统，其中用于输送水蒸汽或其产物母体的装置包括为接收一种包括水蒸汽的气体连接的第一管道、为接收稀释气体连接的第二管道、为使包括水蒸汽的气体与稀释气体混合的连接的第一和第二管道、与处理室连接用于向处理室输送混合气体的第三管道、与第一管道连接的流量控制器和/或与第二管道连接的流量控制器，响应来自控制器的控制信号的流量控制器(S)。
20.一种用于控制半导体处理室中的水蒸汽含量的方法，包括步骤为：
把水蒸汽或者一种或多种用于形成水蒸汽的产物母体输入到处理室，在其中水蒸汽被用作工艺处理气体；
用吸收光谱，测量样品区域中的水蒸汽含量；和
根据吸收光谱测量，控制处理室中的水蒸汽含量。
21.根据权利要求20的方法，其中样品区域是在处理室的下游。
22.根据权利要求20的方法，进一步包括，使一种或多种除水蒸汽以外的气体与水蒸汽或其产物母体在处理室的上游预先混合。
23.根据权利要求22的方法，其中样品区域是在处理室的下游。
24.根据权利要求22的方法，其中样品区域是在预混合点的下游和在处理室的上游。
25.根据权利要求24的方法，进一步包括，根据吸收光谱测量，控制配置在样品区域的下游和在处理室的上游的阀门，以使来自样品区域的气体能进入处理室。
26.根据权利要求22的方法，其中样品区域是在预混合点的下游而与处理室平行。
27.根据权利要求26的方法，进一步包括，根据吸收光谱测量，控制配置在预混合点的下游和在处理室的上游的阀门，以使来自预混合点的气体能进入处理室。
28.根据权利要求20的方法，其中使携带气体通过起泡器中的水起泡而产生水蒸汽。
29.根据权利要求28的方法，进一步包括根据吸收光谱测量，控制起泡器内的温度。
30.根据权利要求28的方法，进一步包括根据吸收光谱测量，控制携带气体的流速。
31.根据权利要求20的方法，其中使携带气体在一条或多条温敏渗气管上面通过而产生水蒸汽。
32.根据权利要求31的方法，进一步包括根据吸收光谱测量，控制一条或多条温敏渗气管的温度。
33.根据权利要求31的方法，进一步包括根据吸叫光谱测量，控制携带气体的流速。
34.根据权利要求20的方法，其中一个或多个用于形成水蒸汽的产物母体包括氧气和氢气。
35.根据权利要求20的方法，其中通过使液体水输入到处理室和使液体水加热而产生水蒸汽。
36.根据权利要求20的方法，其中处理室构成氧化系统，蚀刻系统或化学气相沉积系统的部件。
37.根据权利要求36的方法，其中处理室构成铜化学气相沉积系统的部件。
38.根据权利要求20的方法，其中在输送到处理室以前通过向包括水蒸汽的气流添加稀释气流并且调节稀释气体气流和/或包括水蒸汽的气流的流速来控制水蒸汽含量，由此形成具有所希望的水蒸汽含量的混合气体气流，其中把混合气体气流输入到处理室。
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