CN1947215A - 控制等离子制程系统中的制程条件的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明是提供使用等离子沉积来处理位于处理室中基材上方的膜层的方法与系统。等离子是被形成在处理室中，而且适用于处理膜层的制程气体混合物是在一组制程条件下流入处理室中。制程气体混合物可以包括含硅气体与含氧气体以沉积硅玻璃，其在某些状况中亦可以被掺杂以获得特定所欲的光学性质。在处理膜层过程中是监控参数，使得该些制程条件可以根据参数值、膜层的光学性质与该些制程条件之间的关系而被改变。

Description

控制等离子制程系统中的制程条件的方法和系统

技术领域

本发明是有关于用于控制等离子制程系统中制程条件的方法及系统。

背景技术

目前已经投入许多努力发展光纤网络系统，以作为电子基础网络的替代物。在此新兴技术中，光脉冲(而非电流脉冲)是被使用以实施如此多样的网络功能，例如传送、数据排序与其它型式的传输与处理。这样的功能可以藉由许多分离的组件来达成，但是对于几乎所有发展的光学网络系统为不可或缺的是光波导结构，其中该光波导结构用以导引光线自一位置传播至另一位置。例如，在一积极被发展的特定应用中，光波导被用以限制与携带符合密波长分割多任务(dense wavelength division multiplexed，DWDM)协议的光信号。这样的一协议藉由分离的波长组件多任务化而增加了以个别光信号携带的信息的量，藉以增加由光学网络系统容纳的有效频宽。

为了说明光波导在这样系统中的使用，图1A提供一典型光纤波导100的截面图。光波导包括两主要构件，即光线传播通过的核心104与限制住光线的包覆层。包覆层至少包含围绕核心104的上包覆层102与下包覆层106。为了确保光线能被限制住，包覆层通常完全地围绕住核心104，其中该包覆层一般亦具有较低的折射率(refractive index，RI)。核心104与包覆层的折射率的差异使得光线能藉由在核心104之中完全内反射而被限制住。图1A绘示了示范性光线108的完全内反射的概念，限制角θ_c表示光线所能入射至核心/包覆界面而不漏光的角度上限。

当更多的波长组件被并入DWDM系统中光波导信道中时，对于光学组件执行排序、切换、增加/下降与其它功能的需求有对应的增加。许多光子组件具有执行这样功能的能力，例如包括有滤光器、调制器、放大器、耦合器、多任务化器、交叉连接器(cross connects)、数组波导光栅(arrayedwaveguide gratings)、能源分割器、星型耦合器(star couplers)与其它组件。然而，当光学网络技术成熟时，目标即是去整体地整合不同光子组件至单一结构(例如硅芯片或玻璃基材)上。

对于这样的发展已经付出了许多努力，但是企图将光波导与光子组件整合至单一芯片上却面临很大挑战。有一些方式尝试着去修正整体整合电子组件的技术，但是却遭遇许多困难。这些困难常常来自于光子与电子应用的基本差异。例如，光子应用在规模上比电子应用大得多，有时候是大至1-2大小次方。这个在规模上的差异使得需要在光子应用中沉积更厚的膜层，其中膜层通常具有数至数十微米的厚度。

这个增加的厚度的结果为在结构均匀性的更大的变化。此外，用以整体整合电子组件的技术已经着重于将材料的介电常数最佳化(这是因为其在电子应用中的重要性)。相对地，光子应用却对于材料的光学特性(例如折射率与双折射)敏感。对于由SiO₂膜层制成的典型波导，核心与包覆层可以具有差异小于1％的折射率，有时候产品规格使用重要的五数字来定义所需要的折射率。常发现的是，用以制造在电子应用中结构的方法与材料仅是不符合光子应用的光学需求。

广泛被使用于制造光波导的习知技术为火焰水解(flame hydrolysis)。该技术不仅消耗成本，且在对于大基材而言所制造结构的均匀性并不佳。其它技术已被使用以企图减轻热应力，其是分别地沉积光核心形成于其上的下方包覆层，以及后续沉积上方包覆层于光核心上方与光核心之间。被使用的特定技术即为等离子强化化学气相沉积(PECVD)。使用PECVD形成的光波导结构的实例是显示于图1B中。

图1B中结构110的截面图显示了三个光核心104，藉以对应于三个光波导100。光线以垂直于页面的方向而传送通过每一光核心104。光核心104是形成于下方包覆层106上方，该下方包覆层106本身是形成于基材112上方。上方包覆层102是利用PECVD而被沉积。PECVD技术的使用众所皆知的是会制造具有大量氢杂质的膜层，大量氢杂质造成了了包覆层中所不希望的折射率的不均匀性。这样的不均匀性的负面效应会因PECVD沉积的非均匀特性而会更加恶化，这是因为部分包覆层在接近每一部分核心可能会非常薄。这些特征会干扰光传送且造成不符合要求的传播损失。

因此，对于用以制造光波导的改良方法与系统是有持续需要的，其中该光波导满足严格折射率需求、能抵抗碎裂、并且在制造环境拥有高效能使用性。

发明内容

这些标准在本发明不同实施例中被满足，其是藉由在处理室中并入有监控装置以在处理膜层过程中(例如在制造光波导的过程中)监控一或更多参数。监控装置收集的信息被用于回馈安排中以调整制程条件并在膜层沉积时藉以达到膜层所希望光学性质。该回馈安排大致上依赖先前决定而藉由监控装置量测、所希望光学特征与制程条件的参数之间关系。这样的关系可以经由发展评估系统来管理，其中该发展评估系统具有自我修正能力而使得额外数据的累积能改善其效能，例如藉由专家系统或神经网络来实施。该回馈安排允许了形成步阶折射率光波导(其中该光波导对于核心与包覆层具有狭隘限制折射率性质)或允许了形成渐进式折射率(graded-index)光波导(其中核心具有以精确控制方式变化的折射率)。

因此，在一实施例中，是提供一种用于处理膜层的方法，其中该膜层是位于在处理室中的基材上方。等离子是被形成在处理室中，而且适用于处理膜层的制程气体是根据设定有制程条件的预设算法流入处理室中。制程气体可以包括含硅气体与含氧气体以沉积硅玻璃，其在某些状况中亦可以被掺杂以获得特定希望的光学性质。该预设算法可以被最佳化以控制膜层的垂直轮廓，或在一些实施例中被最佳化以控制膜层的水平轮廓。在处理膜层厚度超过3μm过程中是监控参数，使得该些制程条件可以根据参数值、膜层的光学性质与该些制程条件之间的关系而被改变。这样的改变可以藉由发展评估系统来付诸实行。该参数可以至少包含制程参数(例如有关等离子侦测的制程参数)或可以至少包含膜层性质参数(例如由反射仪或椭圆仪量测值所决定者)。在一实施例中，该参数至少包含膜层的应力。在其它实施例中，该参数至少包含膜层的均匀性。

本发明方法可以在具有处理室、等离子生成系统、基材支撑件、气体输送系统、压力控制系统、感应器与控制器的厚膜层制程系统中实施。存储器是与控制器耦接并包括计算机可读储存媒体，其中该计算机可读储存媒体具有内嵌的计算机可读程序以根据上述实施例来指示厚膜层制程系统的操作。

附图说明

本发明的本质与优点将可由前述说明与所伴随的图式而更佳了解，其中：

图1A为光纤波导的内部图，其说明了完全内反射的原理；

图1B为光波导结构的截面图，其中该光波导结构是使用PECVD以形成包覆层；

图2为根据本发明一实施例的示意图；

图3显示根据本发明一特定实施例用于控制设备的软件的分级控制结构的方块图；

图4为用于处理膜层的本发明特定实施例的一流程图；

图5显示PECVD沉积结果，其说明了氧化硅膜层被沉积时对于氧化硅膜层的折射率的效应；

图6A-6C显示PECVD沉积结果，其说明了沉积时间、沉积速率、折射率与应力的效应；以及

图7A-7C显示根据本发明一实施例的PECVD沉积结果，其说明了功率步长对于沉积速率、折射率与应力的效应。

主要组件符号说明

100  光纤波导

102  上包覆层

104  核心

106  下包覆层

108  光线

110  结构

112  基材

204  处理室

208  参数监控装置

212  室管理件

216  制程条件

220  发展评估系统

224  知识数据库

327  监控装置

370  计算机程序

373  制程选择件次程序

375  制程排序件次程序

377a 室管理件次程序

377b 室管理件次程序

377c 室管理件次程序

380  基材定位次程序

383  制程气体控制次程序

384  监控装置控制次程序

385  压力控制次程序

387  加热器控制次程序

390  等离子控制次程序

404  区块

408  区块

412  区块

416  区块

420  区块

424  区块

428  区块

具体实施方式

本发明实施例允许了在处理室中沉积厚膜层于基材上而能在膜层沉积时对于光学性质维持严格控制。如同本文中使用的，“厚”膜层具有大于3μm的厚度，且在光子应用中具有比在电子应用中更厚1-2次方大小。在一些实施例中，膜层被沉积为具有大于5μm的厚度。本发明实施例允许了当沉积膜层时在垂直方向上提供了仔细的光学性质控制，亦在水平方向上横越晶圆表面提供了仔细的光学性质控制。这样的特征在控制晶圆折射率的二维均匀性是有用的。这样的二维控制亦被提供于本发明实施例中以确保整体厚度均匀性、掺杂质浓度均匀性与应力均匀性，这些控制会比在电子应用中更为为精确地被控制。

该控制可以根据本发明使用一或多个下述机制来加以达成。第一，本发明实施例可以由预设算法来起始，其中该算法的是被建构为用来控制膜层的垂直轮廓。第二，制程条件与/或膜层性质的原位监控及回馈可以被用来修正该算法，以能更精确控制这些性质。在一些状况中，虽然也可以利用其它型式人工智能技术，可以被包含神经网络学习算法在定义这样的回馈。

这些机制被实施于本发明实施例中，其具有整合于制程设备的发展评估系统，是绘示于图2中。如图2所示，室管理件212是根据特定制程条件216用以控制处理室204的操作。该些制程条件216足以定义出如何在处理室204中有效沉积膜层。例如，在使用PECVD方法来沉积的一实施例中，制程条件216可以规定进入处理室204的前驱物气体的流率、生成等离子的RF电源、以及由室与/或基材加热系统所维持的温度，还可以规定其它可能的制程条件。为了说明，虽然应当了解本发明实施例亦可以应用于其它用于光子与光学应用的制程(包括蚀刻、退火等等)，以下描述有时候是指沉积膜层而言。

起始沉积膜层可以藉由预设算法以控制垂直轮廓来进行。接着，当膜层正被沉积时，能够与该膜层光学性质与制程条件216有相关性的参数值是以参数监控装置208加以监控，其中该参数监控装置208可以被包含在处理室204之中。在一些实施例中，参数监控装置208可以至少包含量测膜层性质(例如反射仪或椭圆仪)的装置。在其它实施例中，参数监况装置208可以至少包含等离子侦测系统以量测RF符合输出参数，例如RF阻抗、负载与微调电容、RF电流、峰至峰电压、直流偏压等等。参数值、膜层光学性质与制程条件之间的关系以发展评估系统220绘制出，其中该发展评估系统220可以依据佣以绘制关系的储存在知识数据库224中的数据。例如，发展评估系统220可以至少包含准备估算所监测的参数的专家系统或神经网络，藉以决定所监测的参数应为何值以达到所希望的膜层光学性质，并决定如何修正制程条件以达到或维持适当的监测参数值。这样的监控与估算可以经由沉积厚膜层(周期性地或持续性地)来加以执行，以达到严密的控制完全被沉积的膜层的光学性质。

许多不同型式CVD设备的任何一个可以并入于本发明实施例中。例如，CVD设备可以至少包含PECVD设备，其中该PECVD设备是被建构以沉积厚膜层、蚀刻厚膜层、退火厚膜层、与/或其它光学应用。适当的处理室的实例是详细地被描述于共同受让的美国专利US5,558,717与US5,853,607之中，其在此是被并入本文以作为参考。

为了建构用以沉积厚膜层的设备，相对于类似的用于沉积相当薄的膜层的CVD设备，可以进行许多修正。例如，厚膜层的光学性质已知在基材边缘是很敏感的。因此，希望能够在水平方向上扩大等离子横越基材以在许多方面上(例如厚度、掺杂质浓度与应力)能改善均匀性。基材可以藉由夹环而被维持在处理室的承载座上。在一实施例中，与膜层沉积配置比较时，该配置是为平坦的且水平地延伸，使得能最终改善晶圆边缘的光学性质而改善均匀性。

同样地，当使用使用于膜层层沉积的配置时，沉积厚膜层倾向于制造在基材边缘为松弛的膜层。边缘膜层品质会造成松弛副产物的累积，该松弛副产物降低了沉积系统的泵抽真空能力。本案发明人已经发现了增加用来生成等离子的电极间隙开口可改善膜层品质，尤其是在边缘，因而减低边缘松弛副产物的累积。因此，在本发明一些实施例中，PECVD设备而具有延伸且平坦的承载座与增加的电极间隙开口(这两者都会改善厚膜层的沉积)是被使用。在一些实施例中，这些方法亦可以容纳甚至更大的沉积区域。

处理膜层可以使用计算机程序产品来实施，其中该计算机程序产品是由利用系统控制软件的控制器来执行，系统控制软件的示范性结构即显示于图3中。根据本发明的一特定实施例，该图包括该系统控制软件、计算机程序370的阶层控制结构的方块图。

为了实施一制程，使用者输入制程数字与处理室数字以进入制程选择件次程序373以响应于选单。该制程设定是为预设的用以实行特定制程的初始制程条件216，且是由预定义的设定数字加以辨识。

每一制程设定包括预设的算法，该算法用以控制被处理的膜层的垂直轮廓。此外，如以下所将更详细描述者，这些制程条件216可以在制程过程中利用发展评估系统220而互动地被修正藉以能够更有效地控制。制程选择件次程序373定义了：(i)所欲处理室；以及(ii)所欲初始制程条件216的制程设定藉以操作处理室来执行所希望的制程。对于制程设定的初始制程条件216可以至少包含例如制程气体组成与流率、温度、压力、等离子状况(例如RF电力程度与低频率RF频率)、冷却气体压力、及室壁温度。这些初始制程条件是以适合的界面被提供给使用者。

制程排序件次程序375至少包含程序代码，其中该程序代码是用以接受自制程选择件次程序373所辨识出的处理室与初始制程条件组，与用以控制操作不同处理室。多个使用者可以输入制程设定数字与处理室数字，或者一个使用者可以输入多个制程设定数字与处理室数字，因此排序件次程序375能将所选择的制程排序为所希望的顺序。较佳者，排序件次程序375包括一程序代码以执行下述步骤：(i)监控处理室的操作以决定该些室是否正被使用；(ii)决定何制程正在使用的处理室中被实施；以及(iii)根据处理室与所希望执行的制程型式来执行所希望的制程。也可使用传统监控处理室的方法，例如轮询(polling)。当将哪一欲被执行的制程排序时，排序件次程序375会将目前使用的处理室状态与对于一所选定制程的所希望制程条件互相比较、或考虑每一特定输入要求的使用者的”年龄”、或考虑任何其它系统程序设计者所希望包括以决定排序优先权的相关因素。

一旦排序件次程序375决定哪一处理室与制程设定组合将接着被执行，排序件次程序375藉由传送该特定制程设定至一室管理件次程序377a-c，其中该室管理件次程序377a-c根据由排序件次程序375决定的制程设定而控制了在处理室中的多个制程工作。例如，室管理件次程序377a至少包含用于在处理室中光波导沉积制程操作的程序代码。室管理件次程序377亦控制了不同室组件次程序的执行，其中该不同室组件次过程控制了需要用来实施所选择程序设定的室组件的操作。室组件次程序的实例为基材定位次程序380、制程气体控制次程序383、监控装置控制次程序384、压力控制次程序385、加热器控制次程序387与等离子控制次程序390。熟习该技艺的人士将可了解的是，根据在处理室中欲执行何制程而可以包含有其它室控制次程序。

于操作时，室管理件次程序377a根据被执行的特定制程设定而选择性地排序或呼叫制程组件次程序。室管理件次程序377a排序了制程组件次程序类似于排序件次程序375排序了何处理室与制程设定将接着被执行。典型地，室管理件次程序377a包括有以下步骤：监控不同室组件、根据制程参数而决定何组件需要被操作以执行制程设定、与执行一室组件次程序以响应于监控与决定步骤。

室管理件次程序377a亦接收了来自发展评估系统220的指令以修正制程条件。这样的修正是藉由发展评估系统220自监控装置327接收的数据而被决定，以确保在制程过程中达到特定希望的特征。来自发展评估系统220的指令可以连续的或周期性的更新制程条件。发展评估系统220与室管理件377a之间互动的效应在制程中能够将制程特征个体化，而非严格地遵循制造程序。每一制程藉由实施指定的初始制程条件而起始，但是在那些对于每一实施的制程条件造成了个体化的变更。这些变更可以在每一次执行制程时而不一样，本质地考虑到可能影响制程的外部参数的微小差异。在整个制程包括这样的个体化变更致使了结果的更大均匀性。这样改善的均匀性在不同实施例中可以至少包含改善的整体厚度均匀性、改善的掺杂质浓度均匀性、改善的应力均匀性等等。

以下将描述特定室组件次程序的操作。基材定位次程序380至少包含用于控制室组件的程序代码，其中该室组件是用来在处理室中负载基材于所希望高度。制程气体控制次程序383具有用来控制制程气体组成与流率的程序代码。制程气体控制次程序383控制了安全关闭阀的开启/关闭位置，并且亦能上升/下降质量流控制器以获得所希望的气体流率。如同所有室组件次程序一样，制程气体控制次程序383是由室管理件次程序377a所激活，制程气体控制次程序383并自室管理件次程序接收制程条件的规格，其定义了所希望的气体流率。典型地，制程气体控制次程序383是藉由以下来操作：开启气体供给管线与重复地(i)读出所需要的质量流控制器；(ii)将读数与自室管理件次程序377a接收及或许藉由发展评估系统216修正的所希望流率相互比较；(iii)调整气体供给管线的流率至所需要程度。再者，制程气体控制次程序383包括了以下步骤：用于监控非安全流率的气体流率、与当侦测出非安全状态时用于激活安全关闭阀。

在一些制程中，在反应性气体导入反应室的前，惰性气体(例如氦或氩)流入处理室中以稳定化处理室的压力。对于这些制程，制程气体控制次程序383是被程序设计为包括以下步骤：将惰性气体流入反应室中持续一段需要的时间以稳定化反应室压力，以及前述步骤可以接着被执行。此外，当制程气体(例如四乙氧基硅烷(TEOS))自液体前驱物挥发时，制程气体控制次程序383被写入为包括以下步骤：在气泡化组件使传送气体(例如氦)经由液体前驱物气泡化，或导入载流气体(例如氦或氮)至液体注入系统。

监控装置控制次程序384至少包含用于控制监控装置的程序代码。程序代码的特定本质可依据何种监控装置型式是被控制而定，且在某些情况中，程序代码可以包括提供控制不同型式的监控装置。例如，若监控装置至少包含反射仪，监控装置是藉由将多色彩光线反射远离基材并光谱地分析反射的光谱而作动，因此程序代码设定了何时进行量测与若反射仪具有多个光源时应使用何光源。若监控装置至少包含椭圆仪，装置是藉由将单一色彩光线反射远离基材并计算基材厚度而作动，因此程序代码设定了何时进行量测与使用何波长的光线。在一些情况中，监控装置可以至少包含组合的椭圆仪/反射仪，在此情况中程序代码额外地协调了是否要激活椭圆仪功能或反射仪功能。

压力控制次程序385至少包含用于控制处理室压力的程序代码，其中控制处理室压力是藉由调整在处理室中排气系统的节流阀开口的大小。根据总制程气体流量、处理室尺寸、与排气系统的抽气设定点压力，节流阀开口的大小是被设定以控制处理室压力至所希望程度。当压力控制次程序385被激活时，所希望的或目标压力程度是自室管理件次程序377a接收。压力控制次程序385是藉由读出连接至反应室的一或多个传统压力计而操作以量测反应室压力、将量测值与目标压力比较、自对应于目标压力的储存的压力表获得PID值、以及根据自压力表获得的PID值调整节流阀。或者，压力控制次程序385可以被写入以开启或关闭节流阀至特定开口大小以调整反应室至所希望压力。制程过程中的压力变化可以根据自发展评估系统216接收的指令来进行。

加热器控制次程序387至少包含用于控制电流至加热单元的程序代码，其中该加热单元是用来加热基材320。加热器控制次程序387亦藉由室管理件次程序377a而被激活，且接收目标或设定点温度参数。加热器控制次程序387藉由量测位于承载座内热电偶的电压输出量测了温度，其中该承载座是用来支撑处理室内的基材，并将所量测温度与设定点温度相互比较，以及增加或减少施加至加热单元的电流以获得设定点温度。藉由查阅在储存的转换表中对应的温度，或是藉由使用四次多项式计算温度，即自所量测电压获得温度。当使用内嵌回路以加热承载座时，加热器控制次程序387渐渐地控制了施加至该回路的电流上升/下降。此外，可以包括内建失去安全模式以侦测制程安全符合性，且若处理室没有适当地设定的话，该内建失去安全模式可以关闭加热单元的操作。在制程过程中基材温度可以根据自发展评估系统216所接收的指令而被修正。

等离子控制次程序390至少包含用于设定低与高频率RF电力位阶的程序代码，与用于设定所使用的低频率RF频率，其中该低与高频率RF电力位阶是被施加至处理室中的制程电极。类似于前述处理室组件次程序的是，等离子控制次程序390是由室管理件次程序377a所激活，且其操作可以在制程过程中根据自发展评估系统216所接收的指令来修正。

以上反应器描述主要是为了示范目的用，且本发明方法并不限定于任何特定设备或任何特定等离子激化方法。

以上根据本发明实施例有关于程序代码如何实施膜层的处理的概述是如图4的流程图所示。在区块404，是在处理室中形成等离子；并且，在区块408，制程气体是流入处理室中。在制程过程中膜层的垂直轮廓是利用预设的算法而被控制，如区块412所示。在区块416，参数在制程过程中是被监控，例如制程参数或膜层性质参数。例如，这样的参数可以藉由使用反射仪与/或椭圆仪量测而被监控。在区块420，制程条件可以根据参数之间关系、所希望膜层的光学性质与目前制程条件而被改变。这样的关系的辨识可以藉由例如施加神经网络基底学习算法以提供回馈与/或前馈信息(区块424)来达到。一旦形成膜层，膜层可以被退火(区块428)，通常是退火于800-1100℃的温度。

这样的神经网络基底算法可以使用图案辨识算法以辨识哪制程条件的值可以最有效地达到所希望的沉积膜层的性质。在图案辨识算法的特定实施中，可靠性因此藉由以一组有保证的数据来发展评估系统220而被确保，其中该数据是对所沉积膜层的性质影响的不同因素负责，如同特定量测参数所定义者。以下将详细地讨论这些数据的一些实例。尤其，是使用不同样本制程条件以实验性地决定对膜层性质(例如光学膜层性质)的效应。对应于膜层性质的可量测参数与制程条件之间的结果关系是用以发展评估系统220。结果被储存在知识数据库224中以待当评估系统220呈现以新数据而被使用。在已知值之间内插与以新结果修正知识数据库224的能力使评估系统220能可靠地决定适当的制程条件及当累积新数据时能自我更正。

神经网络以自适应的方式作动。例如，网络能够以期待得到特定膜层性质的特定方式指示室管理件改变制程条件。若膜层性质后续被量测且被发现是不同于期待值(例如具有带大的折射率)，该信息能够被回馈至网络，网络接着自我修正而随着时间其改善了定义制程条件的精确性。亦可以使用其它发展评估系统的型式。例如，在实施例中，发展评估系统至少包含专家系统。在其它实施例中，亦有该技艺人士熟知的人工智能系统被适用于本文描述的功能。

示范性膜层沉积结果

许多实验已经被实施以说明可被发展评估系统使用的效应。结果是使用未掺杂硅玻璃(USG)的沉积而针对实验被特别地呈现，且本案发明人已经证实对于掺杂硅玻璃(包括磷硅玻璃(PSG)与溴磷硅玻璃(BPSG))的沉积存在有类似的趋势。在以下揭示的特定实施例中，是使用USG、PSG与BPSG的组合来形成光波导。

与第5-7C图关联的实验是被执行以于类似状态下在200mm硅晶圆上沉积USG。前驱物气体SiH₄与N₂O是在相同电源、压力与基材温度状态下以实质上相同流率被供给至处理室。在每一实验中，是针对不同沉积时间执行一些次数，且所沉积膜层的性质是被量测。

图5与第6A-6C图的结果绘示了折射率、沉积速率与当静态沉积状态时所沉积膜层应力的趋势。这些结果证明了在真实制程条件下，在制程条件、所量测参数与膜层的光学性质之间具有复杂的相互影响作用。图5显示的数据是摘要出一些结果，且是藉由量测介于750mm与23000mm之间厚度的USG膜层的折射率来得到。折射率是以一提供反射仪数据的监控装置来决定，且厚度是以提供椭圆仪数据的监控装置来决定。是绘示有平均折射率值(钻石形)与1-σ标准差值(方块形)。左方纵坐标是指量测值的绝对值，且右方纵坐标是指自RI＝1.4585的参考值的相对变化。如同所示者，折射率显示出随着膜层厚度而大致上增加的趋势。增加的大小是在超过15000nm的厚度增加约为ΔRI＝0.0025。以电子应用而言，这样的折射率变化将远超过可接受者，但是对于光学应用的效能具有不利的影响。比静态沉积参数对于折射率更精确的控制是以本发明实施例中发展评估系统所提供。

图6A-6C提供了作为沉积时间函数的沉积速率、折射率与应力的个别结果。数据是被收集于两不同速率上，该两不同速率是被标示为”Date 1”与”Date 2”，其中”Date 1”在三个图中是以圆形来显示，而”Date 2”在三个图中是以方块形来显示。在所有情况中，数据是使用实心符号来显示，而对于图6A与图6B显示的沉积速率与折射率结果，1-σ标准差结果是以空心符号来显示。这样的1-σ结果是被直接提供予图6B的折射率结果，但是与膜层差异相关联以供予图6A的沉积速率结果。此外，所有结果包括一些标示为”2nd膜层”的数据。这些数据对应于完成第一膜层沉积的后而形成在第一膜层上的第二膜层，因此就某种意义而言，第二膜层的沉积可以被视为第一膜层沉积的延伸，且其反应于数据中。

图6A、6B、6C的结果为数据的实例，其中数据是在具有膜层性质的相关联条件下被提供以发展评估系统。这些数据显示了增加沉积速率、增加折射率、与当所沉积膜层厚度增加时减少压缩应力的清楚趋势。这些差异趋势可以被解释为导因于在沉积过程中当膜层成长时有效等离子RF电力的减少。因此，一旦评估系统被发展了，其藉由在沉积过程中改变制程条件而响应以解释效应。在一实施例中，发展评估系统在沉积过程中实施了功率步长程序，因此等离子RF电力增加了以解释其在膜层成长过程中有效减少。这样的功率步长可以非连续地被执行或连续性地被执行，且在此显示出的结果证明了在此描述的控制机制的有效性。当然，可了解的是，这样的功率步长实例仅为示范说明用，许多其它在制程参数上不同型式的变化可以被应用在其它实施例中。

图7A-7C的不同参数的结果是绘示出实施功率步长的成功性。这些结果是被显示为图6A-6C中静态制程条件下结果的对等物，其中图7A显示了沉积速率作为沉积时间函数的结果，图7B显示了折射率作为沉积时间函数的结果，图7C显示了应力作为沉积时间函数的结果。沉积速率为制程参数的例子，且折射率为膜层性质参数的例子。在每一图中，实心钻石形用以显示使用静态制程条件而沉积的结果以作为比较，且空心圆形用以显示使用非连续功率步长而沉积的结果。RF功率步长是使用了四个步长，分别为(P₀-5％)、P₀、(P₀+5％)、(P₀+10％)，其中P₀为使用于产生图6A-6C的静态RF功率步长。电力是被步进于160秒的固定间隔。

如图7A所示，这样的一个功率步长造成了约13000/min的约恒定沉积速率。当与使用静态制程条件而产生的增加的沉积速率比较时，该恒定性是尤其值得注意的。图7B额外地显示出功率步长所沉积膜层的折射率可以比静态制程状态更能够紧密地被限制住。例如，图7B显示出对于静态制程状态约0.0013的折射率差异，但是当使用功率步长时显示出小于0.0003的差异。此外，当使用功率步长时，应力差异是降低了，如同图7C中与静态制程状态的结果来比较所显示者。

图7A-7C中结果大致上显示了制程条件上有利的变化可以藉由图6A-6C数据获得的发展信息的型式直接来达到。甚至可以藉由持续地调整RF功率位阶(而非使用非连续步长)而更严格地控制参数。另外，该紧密的控制可以藉由使用发展评估系统提供的其它制程条件(例如基材温度、前驱物流量程度、压力等等)的回馈来进行。再者，可以执行发展使得其它参数可以被监控且被用于改变制程条件。这可包括制程参数(例如等离子侦测法所提供者)，且可包括除了折射率的外的其它膜层性质参数。

而且，图7A-7C已经被呈现以绘示出维持参数的恒定值，而在替代的实施例中，制程条件是藉由发展评估系统而被控制以达到膜层中参数的特定希望的差异。例如，在许多光波导应用中，核心的折射率RI_core与包覆层的折射率RI_clad皆较佳为恒定值，且RI_clad＜RI_core。这样的光波导一般被称为”步阶-折射率”波导。然而，在其它应用中，较佳是形成“渐进-折射率”波导，其中核心的折射率RI_core会改变。在一应用中，半径为r_core的核心的折射率的所希望差异大约是以方程式

${\mathrm{RI}}_{\mathrm{core}}={\mathrm{RI}}_{\mathrm{core}}^{\left(0\right)}\sqrt{1-2\frac{{\mathrm{RI}}_{\mathrm{core}}^{\left(0\right)}-{\mathrm{RI}}_{\mathrm{clad}}}{{\mathrm{RI}}_{\mathrm{clad}}}{(r/r_{\mathrm{core}})}^2}$

来表示而作为通过核心的半径r的函数。在波导中这样的一个特定渐进-折射率差异能够以本发明实施例提供的回馈来达到，且不容易以静态制程状态来实施。

在一特定实施例中，本发明的方法与系统是用以形成具有图1B结构的光波导。下方包覆层106至少包含USG膜层，其是形成在硅基材112上而以SiH₄与N₂O为前驱物气体。核心104至少包含PSG，其是以SiH₄、N₂O与PH₃前驱物气体来形成。上方包覆层102至少包含BPSG，其是以SiH₄、N₂O、PH₃与B₂H₆前驱物气体来形成。下方包覆层、核心与上方包覆层的每一者已经狭隘地限制住藉由发展评估系统所建立的折射率。典型的厚度为USG下方包覆层约15μm、PSG核心约7μm、BPSG上方包覆层约15μm。

在阅读过以上描述之后，熟习该技艺的人士可在不脱离本发明精神下进行其它变更。例如，虽然本发明是针对等离子沉积制程进行详细描述，本发明原理亦可以被应用于其它非等离子沉积制程(例如MOCVD制程)。而且，虽然本文描述是着重于含硅的厚膜层的沉积，本发明的方法与系统亦可以被应用于非含硅的厚膜层的沉积(例如III-V与/或II-VI族半导体厚膜层)。这些均等物与替代方式亦被包括于本发明范围之中。因此，本发明的范围不应仅受限于所描述的实施例，而应由权利要求来定义。

Claims (43)

1.一种用于处理处理室中基材上方膜层的方法，该方法至少包含下列步骤：

根据设定有制程条件的预设算法将制程气体流入该处理室中，其中该制程气体是适用于处理位于该基材上方的该膜层；

在处理膜层厚度超过3μm的过程中监控参数；以及

根据参数值、膜层的光学性质与该些制程条件之间的关系改变该些制程条件。

2.如权利要求1所述的方法，该方法更包含自该制程气体于该处理室中形成等离子的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其中监控该参数至少包含在处理膜层厚度超过5μm的过程中监控该参数的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其中该预设算法是被最佳化以控制该膜层的垂直轮廓。

5.如权利要求1所述的方法，其中该预设算法是被最佳化以控制该膜层的水平轮廓。

6.如权利要求1所述的方法，其中改变该些制程条件是被执行以响应于该参数的改变。

7.如权利要求1所述的方法，其中该参数至少包含制程参数。

8.如权利要求1所述的方法，其中该参数至少包含膜层性质参数。

9.如权利要求8所述的方法，其中该参数至少包含反射仪量测值。

10.如权利要求8所述的方法，其中该参数至少包含椭圆仪量测值。

11.如权利要求1所述的方法，其中该参数至少包含该膜层的应力均匀性。

12.如权利要求1所述的方法，其中改变该些制程状条件藉由一发展评估系统(trained evaluation system)而被执行。

13.如权利要求12所述的方法，其中该发展评估系统至少包含专家系统。

14.如权利要求12所述的方法，其中该发展评估系统至少包含神经网络。

15.如权利要求1所述的方法，其中改变该些制程条件是被执行以在处理该膜层过程中维持该膜层光学性质的实质上恒定值。

16.如权利要求1所述的方法，其中改变该些制程条件是被执行以在处理该膜层过程中经由该膜层光学性质的所欲差异来沉积该膜层。

17.如权利要求1所述的方法，其中该制程气体至少包含含硅气体与含氧气体。

18.如权利要求1所述的方法，其中处理该膜层至少包含沉积该膜层。

19.如权利要求1所述的方法，其中处理该膜层至少包含蚀刻该膜层。

20.如权利要求1所述的方法，该方法更包含将该膜层退火。

21.一种用于在处理室中的基材上方形成光波导的方法，该方法至少包含下列步骤：

在该处理室中形成等离子；

根据设定有制程条件的预设算法将含硅气体与含氧气体流入该处理室，以在该基材上形成膜层；

在处理膜层厚度超过3μm的过程中是监控该膜层的折射率值；以及

根据该折射率值与该些制程条件之间的关系来改变该些制程条件。

22.如权利要求21所述的方法，其中监控该折射率值的步骤至少包含在处理膜层厚度超过5μm的过程中监控该膜层的该折射率值。

23.如权利要求21所述的方法，其中该预设算法是被最佳化以控制该膜层的垂直轮廓。

24.如权利要求21所述的方法，其中该预设算法是被最佳化以控制该膜层的水平轮廓。

25.如权利要求21所述的方法，其中改变该些制程条件是藉由发展评估系统而被执行。

26.如权利要求25所述的方法，其中该发展评估系统至少包含专家系统。

27.如权利要求25所述的方法，其中该发展评估系统至少包含神经网络。

28.如权利要求21所述的方法，其中改变该些制程条件是被执行以在沉积过程中维持该折射率值的实质上恒定值。

29.如权利要求21所述的方法，其中改变该些制程条件是被执行以在沉积过程中经由该折射率值的所欲差异来沉积该膜层。

30.如权利要求21所述的方法，其中改变该些制程条件的步骤至少包含增加用于维持该等离子的RF电源。

31.如权利要求30所述的方法，其中该RF电源是被非连续性地增加。

32.如权利要求30所述的方法，其中该RF电源是被持续性地增加。

33.如权利要求21所述的方法，其更包含将该膜层退火。

34.一种厚膜层制程系统，至少包含：

壳体，定义出处理室；

等离子生成系统，被操作地耦接至该处理室；

基材支撑件，用以在基材处理过程中固持基材；

气体输送系统，用以引导气体进入该处理室；

压力控制系统，用以在该处理室中维持选定压力；

感应器，用以在该处理室内的处理过程中监控参数；

控制器，用以控制该等离子生成系统、该气体输送系统、该感应器与该压力控制系统；以及

存储器，与该控制器耦接，该存储器至少包含一计算机可读媒体，该计算机可读媒体具有内嵌其中的计算机可读程序，用以指示该厚膜层制程系统的操作，其中该计算机可读程序包括：

数个控制该等离子生成系统以在该处理室中形成一等离子的指令；

数个控制该气体输送系统以根据设定有制程条件的预设算法将制程气体流动的指令，其中该制程气体是适用以在该基材上沉积该膜层；

数个控制该感应器以在处理膜层厚度超过3μm的过程中监控该参数的指令；以及

数个根据参数值、膜层的光学性质与该些制程条件之间的关系来改变该些制程条件的指令。

35.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中监控该参数的所述指令至少包含数个用于在处理膜层厚度超过3μm时监控参数的指令。

36.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中该预设算法是被最佳化以控制该膜层的垂直轮廓。

37.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中该预设算法是被最佳化以控制该膜层的水平轮廓。

38.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中所述改变该些制程条件的指令是被执行以响应于该参数的改变。

39.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中该感应器至少包含反射仪。

40.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中该感应器至少包含椭圆仪。

41.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中该感应器是用以量测该膜层的应力。

42.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中所述改变该些制程条件的指令是被执行以在沉积该膜层过程中维持该膜层光学性质的实质上恒定值。

43.如权利要求34所述的厚膜层制程系统，其中所述改变该些制程条件的指令是被执行以经由该膜层光学性质的所欲差异来沉积该膜层。

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