CN1766162A - 气体泄漏探测器及制程气体监控 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理一个或多个平板显示器基板的等离子增强化学气相淀积系统的方法与装置，该装置包含一用来容纳气体的真空淀积腔、一用来分析该反应腔内气体并提供反馈的残余气体分析器以及一用来监控来自该气体分析器的反馈的控制器。一种用来辨识一用于处理一个或多个平板显示器基板的等离子增强化学气相淀积系统中的制程干扰的方法，该方法包括：测定作为时间函数的分压曲线的过去斜率；根据通过一残余气体分析器所测得的分压测量值来计算出一新的曲线斜率；比较该过去斜率与新斜率；以及发送一信号给一操作者。

Description

气体泄漏探测器及制程气体监控
技术领域
本发明的实施例涉及平板显示器与半导体晶片的制程与方法，特别是涉及用于监控平板显示器制程系统状态的方法与系统。
背景技术
化学气相淀积(CVD)在半导体工业中被广泛地用于在一基板上淀积，如本征的或经掺杂的无定型硅(a-Si)、氧化硅(SixOy)、氮化硅(SirNs)和氮氧化硅等薄膜。现代半导体CVD制程，通常在一真空腔中进行，其利用前体气体进行分解与反应来形成想要的薄膜。在淀积过程中，为了在低温和相对较高的淀积速率下淀积薄膜，在该真空腔中由这些前体气体形成等离子。这些制程就是己知的等离子增强化学气相淀积制程，或称之为PECVD。然而，如高密度等离子化学气相淀积(HDP-CVD)等其它系统也可用来进行淀积制程。化学气相淀积半导体反应腔是由铝所制成，其包含一个用来支撑基板的支撑件以及一个用来通入所需前体气体的入口。当使用等离子时，该气体入口与/或该基板支撑件连接至一电源，例如一射频功率源(RF power source)。一个真空泵也连接至该反应腔，以控制该腔中的压力及移除各种气体和在淀积过程中所产生的污染物。
在所有的半导体制程中，必须使该反应腔中的污染物的量达到最少。在淀积过程中，薄膜不仅会淀积在基板上，也会淀积在该反应腔中的腔壁、屏蔽罩、基板支撑件与其它表面上。在后续的淀积步骤中，该腔体表面上的薄膜可能碎裂或剥落，导致污染物掉落在该基板上。此种情形可能会损害基板上的特定器件或使其发生问题。
因此须周期性地清洗该化学气相淀积腔。当进行清洗步骤的部份过程中或在清洗后，也需测定该反应腔的气体泄漏情况。目前，在测定气体泄漏时，将反应腔气体抽空，和关闭用来将该反应腔与真空泵分隔开的隔离阀，并测定该反应腔中是否有压力升高的情形。如有发生气体泄漏情况，压力将会升高；若无真空泄漏状况时，该压力将会保持定值。进行此升压测试可能需花费10分钟。视测试频率的多少，在整个24小时中，可能需要花上2-3小时来进行一反应腔的压降测试。
若压力升高值未落在预期的范围内，则该反应腔可能正处于漏气的状况。漏气现象可能是因为制程气体阀门未能完全密闭的缘故。或在用来将反应腔与大气环境隔离开的任何O形环上发生泄漏情形，例如该系统中，如观察口、反应腔盖子和将氧气、氮气与氩气引入该反应腔中的入料口等处发生泄漏。不正常的压力升高可能与，如由该系统反应腔壁中所蒸发或释出的水或异丙醇等清洗溶剂有密切关联。当压力升高是判断系统压力是否正常的唯一指标时，很难确定哪些状况可能是造成非预期的压力升高的原因。
目前清洗周期的频率与时间，通常是通过反复试验或以过去实验所收集的资料来决定。例如，可能安排一反应腔在处理一预定数量的基板后，不论该反应腔中的状态如何都进行清洗步骤。而且通常会将清洗周期中增加20％-30％的额外的清洗时间，而不考虑到这些额外的清洗时间可能对反应腔和反应腔中的元件造成的损害。
因此，在本领域中需要一种改善的方法与系统，用以探测：系统的气体泄漏；区分该泄漏是大气泄漏、内部制程气体泄漏和溶剂挥发导致的腔分压变化；以及用于持续监控和肌记录反应腔状态，以预估一用来处理平板显示器基板的PECVD系统的清洗效率与产能。
发明内容
本发明总地提供一种用于处理一个或多个平板显示器基板的等离子增强化学气相淀积系统的方法与装置，该装置包含一用于容纳气体的真空淀积反应腔、一用来分析该反应腔内气体并提供反馈的残余气体分析器，以及一用于监控来自该气体分析器的反馈的控制器。本发明还提供一种用于在一等离子增强化学气相淀积系统中辨识制程干扰的方法，该淀积系统是用于处理平板显示器基板。该方法包括：测定作为时间函数的分压曲线的过去斜率；根据由一残余气体分析器所测得的分压测量值，计算出一新的曲线斜率；比较该过去斜率与新斜率；以及发送一信号给一操作者。
附图说明
为了更详细了本发明的上述特征，可通过参考实施例，其中有些在附图中示出，对以上简述的本发明进行更进一步的说明。然而需注意的是，该些附图所示，仅是本发明的典型实施例，因此不应用来限制本发明的范围。本发明应包含其它等效实施例。
图1是等离子增强化学气相淀积系统的一个实施例的剖面图。
图2为一图表，其说明所获得的，作为等离子增强化学气相淀积系统的时间的函数的两气体分压测量值。
附图标记说明
61  气体歧管                63  气体分析器
100 系统                    106 腔壁
108 底部                    110 盖组件
121 穿孔区域                122 气体分配板组件
128 孔                      131 沟状孔
133 反应腔                  135 基板支组件
137 轴                      138 套管
139 气体导管                141 制程区域
142 开口                    150 排气室
152 排气口                  154 真空隔离阀
164 上表面                  166 下表面
170 制程气体源              180 入口
182 清洗气体源              250 控制器
280 阀
具体实施方式
图1显示等离子增强化学气相淀积系统100的一个实施例的剖面示意图，该系统可购自应用材料公司的AKT分部(AKT，a division of AppliedMaterials，Inc.，of Santa Clara，California)。该系统100包含一真空淀积反应腔133，该反应腔133具有腔壁106与一底部108，该腔壁106和底部108部分定义出一制程区域141。该腔壁106与该底部108通常由一整块的铝或其它与制程兼容的材料所制成。该腔壁106具有一开口142，用来将一平板显示器基板传送至该反应腔133中或从中取出。平板显示器基板的具体例子包括玻璃基板、聚合物基板与其它类似基板。虽然本发明实施例参考PECVD系统来做说明，然而，本发明其它实施例也可应用于集群式处理系统、串联系统、单机系统等。
一控制温度的基板支撑组件135设置于该反应腔133内的中央。该支撑组件135在制程中，用于支撑一平板显示器基板。该基板支撑组件135具有一铝的主体，该主体内部至少包封一个埋入式加热器(未绘出)。如电阻元件等加热器连接至任意一电源，并可控制地加热该支撑组件135与位于支撑组件135上方的该平板显示器基板至一预定温度。在一CVD制程中，通常根据欲淀积材料的淀积制程参数，该加热器会将该平板显示器基板维持在介于约150℃至约460℃的一恒定温度。
通常，该支撑组件135具有一下表面166与一上表面164。该上表面164构成为用于支撑该平板显示器基板。该下表面166则有一轴137与其连接。该轴137将该支撑组件135连接至一升举系统(未显示)，以在一较高的制程位置与一利于传送该基板出入该反应腔133的较低位置之间移动该支撑组件135。该轴137还为该系统100中该支撑组件135与其它组件之间的电性与热连接的导线提供一个导管。该反应腔133的底部108构成为用于容纳一连接至一残余气体分析器63的气体导管139。该残余气体分析器可以是任何类型的质谱仪，但以四极式质谱仪为佳。或者，该质谱仪可以是一高解析质谱仪。该残余气体分析器63构成为用于测量该系统中各个气体的组成与分压。如史丹佛研究系统公司(Stanford Research Systems)等多家供货商均可提供四极式质谱仪。该残余气体分析器63与一控制器250相连。该控制器250还可与该制程和清洗气体入料管线、排气阀及其它组件相联，以控制该反应腔的气体分配、入料与排出。
一风箱(未显示)可连接在该轴137与围绕该轴137的套管138之间。该风箱在该制程区域141和该反应腔133之间提供一真空密封。虽然该基板并未置于反应腔133中，但其仍旧处于与制程区域141相同压力的真空环境下。因此，该残余气体分析器63可通过该样品通道口对该反应腔状态进行取样，同时允许该支撑组件135的垂直移动。
该支撑组件135可另外支撑一周围遮蔽边框(circumscribing shadowframe，未显示)。通常，该遮蔽边框构成为用于避免材料淀积在该平板显示器基板边缘与该支撑组件135上，而使基板不会粘在该支撑组件135上。该支撑组件135具有多个孔128，这些孔128贯穿该支撑组件135，以用于容纳多个升举销(未显示)。这些升举销通常由陶瓷或阳极化铝所构成。这些升举销可以通过任意一升举盘(未显示)而相对于该支撑组件135进行动作，由该支撑表面(未显示)伸出，使得该基板与该支撑组件135分离开来。
该反应腔133进一步包含一盖组件110，其提供一上边界于该制程区域141。该盖组件110通常可被移除或开启，以检修该反应腔133。该盖组件110可由铝(Al)所制成。该盖组件110包含一排气室150，其构成为用于引导来自该制程区域141的气体与制程副产物，并排出该反应腔133。
该盖组件110通常包含一入口180，通过该入口180，制程和清洗气体可通过一气体歧管61引入该反应腔133中。该气体歧管61连接至一制程气体源170和一清洗气体源182。该清洗气体源182通常提供一如氟基清洗剂，该清洗气体被引入该反应腔133中，以移除反应腔硬体设备上的淀积副产物与膜。可使用氟化氮(NF3)作为清洗气体，以提供氟自由基。如氮气(N2)、氧气(O2)与氩气(Ar)等其它清洗气体也可与氟化氮(NF3)并用以提供氟自由基。该清洗气体源182可结合一个构成为用于产生刻蚀等离子的远程等离子清洗源。此类远程等离子清洗源，一般远离该反应腔133，和可以是一个高密度等离子源，例如一微波等离子系统、环型等离子产生装置或类似装置。
在一实施例中，一阀280设置于该清洗源182与该气体歧管61之间。该阀280构成为用于选择性地允许或避免清洗气体进入该气体歧管61中。在清洗过程中，该阀280设置为允许该清洗气体自该清洗气体源182通过该气体歧管61，该些清洗气体被引导通过该入口180而进入该制程区域141，以刻蚀该腔壁内部与其它内部组件。在淀积过程中，该阀280设置为避免清洗气体通过该气体歧管61。如此一来，该阀280可将清洗步骤与淀积步骤隔离开来。
该反应腔133进一步包含一气体分配板组件122，其连接至该盖组件110的一内面。该气体分配板组件122包含一穿孔区域121，通过该穿孔区域121可将制程与清洗气体分配至制程区域141。该气体分配板组件122的穿孔区域121实质上具有与该平板显示器基板相似的面积、大小与形状，通过该气体分配板组件122，而向该反应腔133提供均匀的气体分布。
在操作过程中，淀积制程气体通过该气体歧管61与入口180，流入该反应腔133。这些气体随后流经该气体分配板组件122的穿孔区域121，而进入该制程区域141。可使用一射频功率供应器(未显示)，在该气体分配板组件122与该支撑组件135之间供应电功率，以激发该制程气体混合物产生等离子。该等离子中的组成会发生反应，以在位于该支撑组件135上的基板表面上淀积一层想要的薄膜。通常选择适合该基板尺寸的射频功率，以驱动化学气相淀积制程。
该淀积制程气体可通过一环绕该制程区域141的沟状孔131，而从该反应腔133排放至该排气室150。这些气体会由该排气室150通过一真空隔离阀154，而进入一排气口152，该排气口152包含一排出导管60连接至一外接真空泵(未显示)。
该残余气体分析器63构成为用于测量不限数量的气体，然而提供反馈至该控制器的软件则可能限制在同一时间测量10种气体。该残余气体分析器可测量该系统中的气体成分与各气体的分压。因此，该控制器可同时监控该系统中这些气体成分的浓度与性质。该控制器可追踪整个腔压力的变化、各个气体成分和该气体组成，因此可指示出一制程干扰或其它制程变化。结束后，通过逐点标出作为时间函数的气体分压所制成的曲线的斜率可被纪录下来。通过追踪趋势、预测想要的清洗或淀积气体入料参数或提供其它分析支持，此历史数据可用于改进制程性能。
图2显示所得到的作为时间函数的一等离子增强化学气相淀积系统的氧气与氮气的分压测量值。当通过该残余气体分析器收集到连续浓度数据时，该控制器可注意到分压与时间函数曲线的斜率变化。若通过该隔离阀154将该制程区域141及排气区域150与该真空泵隔离，所测量到的氧气与氮气分压会同时升高，而该控制器会警告操作者该系统发生大气气体泄漏(atmospheric leak)情况。在图2中的垂直虚线的左方部分显示当该隔离阀154开启时的氮气与氧气压力。垂直虚线显示在关闭该隔离阀154的同时，由于大气气体泄漏至该反应腔中而造成氮气与氧气的压力升高。上述情形为图2中垂直虚线右方所示部份。氩气也可与氧气及氮气一同被追踪，且其分压对时间的作图也显示出一类似氧气与氮气般的曲线。然而，由于在大气气体中氩气的浓度较低，因此所测得的氩气压力低于氮气与氧气的压力。在图2所示实施例中，当系统发生一大气气体泄漏时，将会在短于10秒钟的时间内对操作者提出示，而仅能追踪该系统中的系统压力升高的传统升压测试则将花费至少6至10分钟的时间。该控制器可连续追踪分压测量值并计算分压斜率，可使用传统的统计分析工具与计算方法来计算。使用此种连续且实时的残余气体分析器的优点很多。总体来讲，将可比监控这些系统内压降的方法更快地探测整个制程。并可通过该残余气体分析器更快速地探测到大气气体泄漏。
来自该分析器的个别化学分压反馈，可用于判断制程气体是否泄漏至该系统中而造成压力上升。来自该分析器的反馈的追踪历程可用于发展新的制程或预测未来的清洗周期。来自该分析器的反馈还可用于追踪反应腔清洗用溶剂，如水或异丙醇等的分压变化，因而避免操作者将仅是该系统中的清洗溶剂蒸发或释出的情形误信为发生大气气体的漏气现象。
最后，该分析器对于周期性清洗是理想的。该周期性清洗步骤是将多种惰性气体周期性地引入该反应腔中；抽空该反应腔内的所有气体；以及引导另外的惰性气体进入该反应腔，以减少该反应腔表面上的颗粒与水分或其它溶剂成分。由于该分析器能连续测定溶剂成分，故该分析器是理想的。因此，当溶剂或颗粒物质浓度达到稳定时，得以确认一清洗方法的周期性清洗效果。
虽然上述说明指出本发明多个实施例，然而，在不偏离本发明范围的情况下，还可举出本发明的其它进一步的实施例。本发明范围由权利要求确定。

Claims (36)

1.一种等离子增强化学气相淀积系统，用于处理一个或多个平板显示器基板，该系统包括：
一真空淀积反应腔，用于容纳气体；
一残余气体分析器，用于分析所述反应腔中的所述气体，并提供反馈；以及
一控制器，用以监控来自所述残余气体分析器的所述反馈。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器可控制流入所述反应腔的气体流。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器可控制所述反应腔排出气体流。
4.如权利要求1所述的是统，其特征在于，所述气体分析器是一质谱仪。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述质谱仪是一四极式质谱仪。
6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器可纪录制程数据。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述残余气体监控器可分析至少两种气体。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述至少两种气体为氮气与氧气。
9.一种在用于处理平板显示器基板的等离子增强化学气相淀积系统中，用于辨识一制程干扰的方法，所述方法包括：
测定作为时间函数的分压曲线的一过去斜率；
根据由一残余气体分析器所获得的分压测量值，计算出一新的曲线斜率；
比较所述过去斜率与所述新斜率；以及
发送一信号给一操作者。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，发送给所述操作者的所述信号是经过选择，以通知所述操作者有制程干扰或无制程干扰。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过以下步骤来测定所述过去斜率：
监控多个分压测量值；以及
进行传统统计分析以确定一平均值与一偏差值。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少两种气体被监控和分析。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少两种气体的作为时间函数的气体分压测量值的过去斜率与新斜率被纪录。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少两种气体的斜率上的变化被相互比较。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述至少两种气体在所述过去斜率与所述新斜率的比较中具有相似的变化时，通知所述操作者。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少两种气体是氧气与氮气。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少两种气体进一步包括氩气。
18.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述气体分析器是一质谱仪。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述质谱仪是一四极式质谱仪。
20.如权利要求9所述的方法，进一步包括发送一信号至一控制器。
21.一种用于监控一真空腔内的泄漏现象的探测器，所述探测器包括：
一气体分析器，用于监控一真空腔内的一种或多种大气气体，所述一种或多种大气气体是选自氮气、氧气与氩气；以及
一控制器，用于接收来自所述气体分析器的数据，以确定所述一种或多种大气气体是否泄漏至所述真空腔中。
22.如权利要求21所述的探测器，其特征在于，所述控制器可控制流入所述真空腔的所述制程气体。
23.如权利要求21所述的探测器，其特征在于，所述控制器可控制所述真空腔的所述排出气体。
24.如权利要求21所述的探测器，其特征在于，所述气体分析器是一质谱仪。
25.如权利要求24所述的探测器，其特征在于，所述质谱仪是一四极式质谱仪。
26.如权利要求23所述的探测器，其特征在于，所述控制器纪录制程数据。
27.如权利要求21所述的探测器，其特征在于，所述气体监控器分析至少两种气体。
28.如权利要求27所述的探测器，其特征在于，所述至少两种气体为氮气与氧气。
29.一种用于处理一个或多个基板的腔，其包括：
一腔，选自由一化学气相淀积腔、一物理气相淀积腔和一刻蚀腔所构成的群组；
一真空来源，连接至所述腔；以及
一质谱仪，连接至所述腔。
30.如权利要求29所述的腔，进一步包括一控制器。
31.如权利要求30所述的腔，其特征在于，所述控制器控制所述制程气体流入所述腔中。
32.如权利要求30所述的腔，其特征在于，所述控制器控制所述真空来源。
33.如权利要求29所述的腔，其特征在于，所述质谱仪是一四极式质谱仪。
34.如权利要求29所述的腔，其特征在于，所述质谱仪分析至少两种气体。
35.如权利要求34所述的腔，其特征在于，所述至少两种气体为氮气与氧气。
36.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器与所述系统相联，以将信息提供给所述操作者。
CNA2005101087427A 2004-10-12 2005-09-29 气体泄漏探测器及制程气体监控 Pending CN1766162A (zh)

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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