CN1777973A - 处理室中工艺终点的检测 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于确定在室中进行的清洗工艺的终点的方法和装置。具体地，本发明的实施例是包括如下步骤的方法：(a)将清洗工艺的副产物吸收的辐射导入所述室的抽出管道内；(b)检测副产物对所述辐射的吸收率的测量值；以及(c)当所述吸收率测量值落在预定窗口内时确定所述终点。
Description
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及在处理室中进行工艺终点检测的方法和装置，所述处理室包括但不限于半导体处理室。具体地，本发明的一个或多个实施例涉及在半导体处理室中对清洗工艺进行工艺终点检测的方法和装置。
背景技术
如公知的，处理室(例如，但不限于，用来沉积半导体膜的处理室和用来蚀刻半导体膜的处理室)需要定期清洗，以去除每次在其中处理晶片或衬底而形成的残余物(例如，这些处理室可以在处理完一个或多个晶片之后进行清洗)。为清洗处理室，需要进行一段时间(“清洗时间”)的清洗工艺，这段时间通常由基本上去除所有在处理室中形成的残余物的要求来决定。这种清洗工艺通常包括等离子体工艺。
可以通过监测处理室内形成的等离子体的辐射输出来检测等离子体清洗工艺的终点。通过检测处理室内特定化学组分的出现或消失(如对被监测辐射的分析所表明的)来识别终点。但是，已发现这种等离子体清洗工艺在某些环境下不适宜，这是因为等离子体组分会物理地轰击处理室的内部件，这种物理轰击会损坏这些内部件。
高密度等离子体、化学气相沉积(“HDP CVD”)处理室(例如加利福尼亚州Santa Clara的应用材料公司生产的)可用在各种应用领域，例如，但不限于，用来沉积掺氟硅玻璃(“FSG”)膜、用来沉积无掺杂硅玻璃(“USG”)膜、用来沉积掺磷硅玻璃(“PSG”)膜、用来沉积用于浅沟槽隔离(“STI”)的膜等。在这些应用中所采用的一种或多种沉积工艺之后进行定期清洗工艺。为避免上述对处理室内部件的物理轰击，用于应用材料公司HDP CVD处理室的典型清洗工艺是“隐秘”(“dark”)清洗工艺，即一种远程地(即在处理室外)形成等离子体、并且远程产生的等离子体进入处理室来进行清洗工艺的化学工艺。
图1示出了应用材料公司HDP CVD室的示意图。如图1所示的，HDP CVD室100包括加热-冷却盘110、线圈组件120、内室壁130、晶片支架140、节流阀&闸阀组件150、涡轮泵160、前极管道165、粗调阀170和180、涡轮阀190、远程等离子体发生器200、远程等离子体注射管210和远程等离子体注射集管(injection manifold)220。在典型的沉积工艺过程中，沉积前驱气通过如230、240和250所图示的喷嘴进入室100，并且气态沉积残余物从室100通过节流阀&闸阀组件150和涡轮泵160排出。在这种典型的沉积工艺过程中，在控制器(未示出)的控制下，粗调阀170和涡轮阀190关闭，而粗调阀180打开。而且，在沉积工艺过程中，残余物在内室壁130上形成。在典型的清洗工艺过程中，等离子体在远程等离子体发生器200内产生，并且等离子体通过远程等离子体注射管210和远程等离子体注射集管220流入室100内。在这种典型的清洗工艺过程中，在控制器的控制下，粗调阀170和涡轮阀190打开，而粗调阀180关闭。远程产生的等离子体组分与残余物相互作用生成气态副产物，这些副产物会被低真空泵(未示出)通过前极管道165从室100中排出。
如所公知的，对于每次应用的最佳清洗时间是许多变量的复杂函数，这些变量包括但不限于：清洗工艺开始时以及清洗工艺过程中处理室内表面上残余物的厚度、处理室内部件的温度；沉积工艺过程中所用的沉积/溅射比；以及残余物的化学组成。根据现有技术，上述隐秘清洗工艺在一预定时间之后终止(清洗终点)，即清洗终点根据“时间依赖型”(“by-time”)算法确定。但是，这种时间依赖型算法并不可靠，其中一个原因是由于室的冷却造成温度变化，从而导致沉积工艺变化。某些用于确定隐秘清洗工艺的清洗终点的现有技术方案需要利用“烧伤盒”(“bumbox”)来将等离子体击入(strike)气态沉积副产物中。但是，这种方案由于通常需要使用高压而存在一定问题，不可靠，并且会产生电子噪音问题。
据此，本领域需要用于确定隐秘清洗工艺的清洗终点的方法和装置。
发明内容
本发明的一个或多个实施例有益地满足了本领域的上述需要，提供了用于确定在室中进行的清洗工艺的终点的方法和装置。具体地，本发明的一个实施例是一种方法，包括步骤：(a)将被清洗工艺的副产物吸收的辐射导入室的排出管道；(b)检测副产物对辐射的吸收率测量值；以及(c)当吸收率测量值落在预定窗口(window)内时，即确定为终点。
附图说明
图1示出了应用材料公司的高密度等离子体、化学气相沉积(“HDPCVD”)处理室的示意图；
图2示出了图1所示的HDP CVD处理室的示意图，其还包括根据本发明的一个实施例而制备的终点检测仪；
图3示出了根据本发明的一个实施例制得的EPD 300的方框图；
图4示出了图2所示的HDP CVD处理室的示意图，其中显示了室的内表面和清洗工艺排出口的内表面；
图5示出了根据本发明的一个实施例如何确定清洗终点的曲线图；
图6是表示作为对图1所示的HDP CVD室清洗不足或过度清洗的函数的粒子累加的曲线。
具体实施方式
图6是表示作为对图1所示的高密度等离子体、化学气相沉积(“HDP CVD”)处理室100清洗不足或过度清洗的函数的粒子累加的曲线(这里所用的术语“粒子累加”指在晶片上进行处理步骤而被累积到晶片上的粒子。例如，人们可能测量进行处理步骤之前晶片上的粒子数，并测量处理步骤之后晶片上的粒子数。这两个数之间的差值即粒子累加的数值。)。如在“背景技术”部分中所述的，用于由加利福尼亚州SantaClara的应用材料公司生产的HDP CVD处理室的典型清洗工艺是“隐秘”清洗工艺，即远程地(即在室100外)形成等离子体、并且远程产生的等离子体进入室100来进行清洗工艺。如图6所示的，发明人已发现如果清洗工艺(即去除在沉积工艺过程中沉积在室100的内室壁130上的残余物的工艺)结束过早(“清洗不足”)，也就是在去除了100％的残余物之前结束，则会出现劣质的“粒子”表现，即大量的粒子累加。发明人相信在沉积硅玻璃膜的沉积工艺之后的清洗不足出现劣质“粒子”表现的来源或原因是SiO2粒子。发明人还发现如果清洗工艺结束过迟(“清洗过度”)，也就是在去除了100％的残余物之后一段时间再结束，也会出现劣质的“粒子”表现。发明人相信清洗过度出现劣质“粒子”表现的来源或原因是内室壁130表面与清洗等离子体相互作用而生成的氟化铝粒子。结果，如在图6中所见的，对于具体的清洗工艺，存在最佳的清洗窗口区域，即窗口510，在这个窗口内避免了清洗不足或清洗过度而导致产生粒子。
图2示出了图1所示的HDP CVD处理室的示意图，其还包括根据本发明的一个实施例而制备的终点检测仪300。一个这样的实施例用来检测处理室清洗工艺的终点，其中SiF4气体作为清洗工艺的副产物从室100排出。这个实施例可用在各种应用领域，例如，但不限于，用来沉积掺氟硅玻璃(“FSG”)膜、用来沉积无掺杂硅玻璃(“USG”)膜、用来沉积掺磷硅玻璃(“PSG”)膜、用来沉积用于浅沟槽隔离(“STI”)的膜、用来沉积氮化硅(“SiN”)膜等。
根据这个实施例，红外辐射(“IR”)光谱法用来追踪并检测在预定SiF4气体水平的清洗终点。这样，这个实施例可用来确定清洗工艺的清洗终点，其中基本不会产生被用于标准的光谱学终点技术的光。例如，这个实施例可用来确定清洗工艺的清洗终点，其中远程等离子体发生器生成被注入室100内的等离子体。如何制备这种远程等离子体发生器是本领域技术人员所公知的。例如，但不限于，远程等离子体发生器可以包括微波发生器，其将微波发射进气体通过的腔体内。
如图2所示，终点检测器300(“EPD 300”)设置在室100的前极管道165附近。图3示出了根据本发明的一个实施例制得的EPD 300的方框图。如图3所示，IR源400输出其波长与SiF4气体吸收波段的至少一部分(例如SiF4气体振动模式的吸收波段)基本重叠的红外辐射。根据一个实施例，该波长大致等于约1020nm。IR源400的IR辐射输出通过窗口(未示出)被注入图2所示的室100的室排出系统的前极管道165中的预定体积内。再如图3所示，EPD 300包括设置在调制盘410上的滤波器420和425。调制盘410设置在前极管道165对着IR源400的一侧上，来接收穿过前极管道165上的另一个窗(未示出)而传递的辐射。滤波器420透射的辐射的波长段基本为已吸收IR源400输出的红外辐射的SiF4分子的输出波长(例如，滤波器420可以透射中点为约972nm的波长段的辐射)，而滤波器425是中性密度滤波器，其透射的辐射的波长段近似滤波器420所透射的波长段(例如，滤波器425可以透射中点为约909nm的波长段的辐射)。仍如图3所示的，响应控制器440的信号，电动机430使调制盘410旋转(从而使滤波器420和425旋转)。
再如图3所示，滤波器420和425所透射的辐射通过傅立叶变换拉曼(“FTR”)光谱仪460处理来提供输出信号，这些信号作为控制器440的输入以用于分析。例如，控制器440所接收的、对应于穿过滤波器425的辐射的输出信号用来确定背景，该背景从控制器440所接收的、对应于穿过滤波器420的辐射的输出信号中被扣除。根据本发明的一个实施例，FTR光谱仪460的信号输出(“1x信号”)乘以(例如，根据本领域技术人员公知的任一种方法来放大1x信号)因子20以提供第二信号(“20x信号”)，而20x信号用来作为控制器440的输入用于分析。接着，经背景修正后的20x信号被监测，并且一种创造性算法被用来确定清洗终点。
如下将要详细描述的，这种创造性算法基于从室100中脱除SiF4，以及背景修正过的20x信号与粒子表现的相关性。IR源400、调制盘410、滤波器420、滤波器425、FTR光谱仪460可根据本领域技术人员公知的任一种方法制得，并且可以购买，例如可从康涅狄格州East Hartford的MKS Instruments公司购买。控制器440可以是个人计算机，或者可以是操纵室100的控制器计算机。本领域的技术人员应该理解到，20x信号用来提供方便的信号水平(例如，20x信号提供合适的电压分辨率)，但是本发明的其他实施例并不限于20x信号的使用。实际上，存在监测1x信号，或者监测任意其他信号水平的其他实施例。此外，虽然已描述利用调制盘进行背景修正的实施例，但本发明的其他实施例并不受限于此。实际上，存在利用分束器以本领域技术人员公知的方式进行背景修正的其他实施例。
本领域的技术人员容易认识到，1x信号以及由此得到的20x信号提供了在清洗工艺过程中SiF4气体在前极管道165中的IR吸收率值。根据本发明的一个实施例，每当20x输出信号达到预定电压水平，创造性算法即检测到清洗终点。根据这个实施例，预定电压水平对应于从室100和前极管道165的抽出口中去除SiF4的预定百分率。图4示出了HDP CVD处理室100的示意图，其中显示了室100的内表面(室表面面积“B”)和排出口的内表面(抽出口表面面积“A”)。根据创造性算法，控制器440确定去除的SiF4百分率，如下：
根据本发明的一个实施例，每当从室100的内表面和抽出口的内表面去除了97.5％的清洗工艺产生的SiF4时，即认为室100已经100％干净了，清洗终点已找到。有益地，根据这个实施例，EPD 300在清洗工艺过程中通过追踪SiF4的去除来动态地调整清洗时间以保持室中稳定的清洁水平。这样，如果抽出口面积A改变，则对室达到100％清洁程度时SiF4去除百分率的确定也会改变。
图5示出了根据本发明的一个实施例如何确定清洗终点的曲线图。如图5所示的，20x信号的振幅绘制在以电压作为函数的纵坐标和以时间作为函数的横坐标的坐标系内(应该认识到，20x信号的顶部平坦区是由于所用的电压标度已达饱和)。如图5所示的，对应于95％SiF4去除率的电压幅度导致清洗不足的室，对应于97.5％SiF4去除率的电压幅度导致100％清洗的室，而对应于100％SiF4去除率的电压幅度导致清洗过度的室。这样，如图5所示，窗口500对应于最佳的清洗窗口，其中由清洗不足或清洗过度所引起的粒子累加达到最小。有益地，根据本发明的这个实施例，最佳清洗终点出现在从室和抽出口100％去除SiF4所需时间之前。而且，EPD 300通过测量SiF4气体清洗副产物的IR吸收率，并且每次在相同水平下触发清洗终点，而不考虑室状态，来在变化的工艺和硬件条件下动态地调整清洗时间，从而保持室中稳定的清洁水平。而且，由于最佳的清洗时间比对应于100％SiF4去除率的时间短，所以本发明实施例的应用可以减少清洗气体的使用，并且由于清洗时间更短，则生产能力更高。注意，应用本发明的这个实施例之后，虽然前极管道165内可能存在某些沉积物，但室已经100％清洁了。还注意，由于前极管道165并不是室100中粒子的来源，所以完全地清洗前极管道165并不重要。
在本发明的其他实施例中，这种创造性算法可延展到提供作为终点时间的百分率的清洗过度。
如上所述，根据一个实施例，在按下面所描述的方法、通过监测SiO2和氟化铝粒子而确定的最优清洗窗口内，EPD 300动态地调整清洗时间，来提供稳定的、低粒子、高产量的室清洗。下面描述对于预定的处理步骤，用来确定对应于图5中所示窗口500的电压水平的方法的一个实施例。步骤1：选择20x信号上的一个电压水平来确定清洗工艺的终点(例如，最初，电压水平应该足够低以与清洗过度相对应)。步骤2：利用EPD 300和所选定的电压水平监测清洗工艺来确定终点。步骤3：利用预定的处理步骤处理预定数量的晶片；根据本领域技术人员公知的任一种方法来确定每个晶片的粒子累加；并确定粒子累加的平均量。步骤4：逐级增加用来确定清洗工艺终点的电压水平，并且在每级都重复步骤3。电压水平应该最终增加到对应于清洗不足的足够高的水平。如上所述，每级所确定的粒子累加的平均量应该减小到最小值，然后随着从清洗过度状态进入清洗不足状态再增加。最终，对应于窗口500的电压水平基本围绕着(在预先确定的量之内)粒子累加平均量的最小值。如本领域技术人员能够轻易认识到的，除了以清洗过度开始，再移至清洗不足以外，上述工艺可以替换为以清洗不足开始，再移至清洗过度。
本领域的技术人员将认识到，前面的描述是仅为说明和描述的目的而提出的。这样，本说明书并非意在穷举本发明或将本发明精确地限定在所公开的形式内。例如，可以使用任意的确定清洗工艺的一种或多种气态副产物吸收率的方法。此外，实施例也可以结合任意清洗工艺(例如但不限于等离子体清洗工艺(隐秘的或非隐秘的)和非等离子体清洗工艺)和任意种类的处理室(例如但不限于沉积室和蚀刻室)来使用。
Claims (19)
1.一种确定在室中进行的清洗工艺的终点的方法，包括如下步骤：
将被所述清洗工艺的副产物吸收的辐射导入所述室的抽出管道内；
检测所述副产物对所述辐射的吸收率的测量值；以及
当所述吸收率测量值落在预定窗口内时即确定所述终点。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述预定窗口对应于所述室的100％清洗，以及所述抽出管道预定部分的小于100％的清洗。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述清洗工艺是隐秘清洗工艺，所述导入步骤包括导入红外辐射。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述检测步骤包括检测所述副产物在吸收所述辐射之后发射出的其他辐射。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述检测步骤还包括利用傅立叶变换拉曼光谱仪来分析所述其他辐射。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述检测步骤还包括产生表示所述测量值的输出信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述确定步骤还包括当所述输出信号落在所述预定窗口内时即确定所述终点。
8.如权利要求6所述的方法，其中第二输出信号是所述输出信号的预定倍数。
9.如权利要求7所述的方法，其中当所述输出信号落在所述预定窗口内时确定所述终点的步骤包括当所述输出信号落在预定水平以下时确定终点的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述副产物是SiF4。
11.一种用来确定在室中进行的清洗工艺的终点的装置，包括：
辐射源，其将被所述清洗工艺的副产物吸收的辐射发送进所述室的抽出管道内；
检测器，其检测所述副产物发射出的其他辐射以及背景辐射的测量值；
分析仪器，其分析所述其他辐射和所述测量值来确定所述副产物的辐射吸收率的测量值；和
控制器，当所述吸收率测量值达到预定窗口时，其产生终点信号。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述预定窗口对应于所述室的100％清洗，以及所述抽出管道预定部分的小于100％的清洗。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述清洗工艺是隐秘清洗工艺，所述辐射源包括红外辐射源。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述检测器包括透射所述其他辐射的滤波器和透射其波长段接近所述其他辐射波长的辐射的滤波器。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述分析仪器包括傅立叶变换拉曼光谱仪。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述分析仪器产生表示所述测量值的输出信号。
17.如权利要求16所述的装置，其中当所述输出信号落在所述预定窗口内时，所述控制器产生所述终点信号。
18.如权利要求17所述的装置，其中当所述输出信号落在预定水平以下时，所述控制器产生所述终点信号。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述副产物是SiF4。
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