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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 USC 119(e) die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/165,477, die am 22. Mai 2015 eingereicht wurde und die in ihrer Gänze in die vorliegende Anmeldung durch Rückbezug ausdrücklich einbezogen ist.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Halbleitervorrichtungen werden in einer Vielfalt von elektronischen Anwendungen, wie z. B. Personalcomputern, Mobiltelefonen, Digitalkameras und anderen elektronischen Geräten, verwendet. Halbleitervorrichtungen werden in der Regel gefertigt, indem sequenziell isolierende oder dielektrische Schichten, leitfähige Schichten und halbleitende Materialschichten über einem Halbleitersubstrat abgeschieden werden, und die verschiedenen Materialschichten unter Verwendung von Lithografie strukturiert werden, um eine integrierte Schaltung (IC) und Elemente darauf auszubilden. Da Fortschritte in Verfahrenstechniken zu verzeichnen sind, weisen ICs der neueren Generationen komplexere Schaltungen als ICs der vorangegangenen Generationen. Damit jedoch diese Fortschritte umgesetzt werden, sind ähnliche Entwicklungen in der IC-Verarbeitung und -Herstellung erforderlich.
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Während der Herstellung von Halbleitervorrichtungen werden verschiedene Verarbeitungsschritte verwendet, um integrierte Schaltungen auf einem Halbleiter-Wafer zu fertigen. Einer der schwierigsten Faktoren in der kontinuierlichen Entwicklung zu immer kleineren Vorrichtungsgrößen und einer höheren Schaltungsdichte besteht darin, beständig Schaltungen mit kleineren kritischen Abmessungen innerhalb eines vorgegebenen Fehlerfensters zu bilden. Zum Beispiel werden Größen von Halbleitermerkmalen oft optischen und elektrischen messtechnischen Untersuchungen unterzogen, die auf ein fotolithografisches Strukturieren und Ätzen folgen, um sicherzustellen, dass kritische Abmessungen innerhalb akzeptabler Grenzen liegen.
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Obwohl bisherige Verfahren und Vorrichtungen zum Durchführen der Verarbeitungsschritte im Allgemeinen für ihre vorgesehene Zwecke geeignet waren, waren sie nicht im Hinblick auf alle Aspekte vollständig zufriedenstellend. Infolgedessen wäre es wünschenswert, eine Lösung für eine Prozesssteuerung bei Halbleiterherstellungsvorgängen bereitzustellen.
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US 2006/0137612 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stromabwärts durchgeführten Dissoziation von Gasen. Dabei wird das Erzeugen eines Plasmas in einer Plasmakammer und das Vermischen dieses Plasmas mit einem zweiten Gas in einer stromabwärts gelegenen Region offenbart.
US 2002/0179248 A1 offenbart einen Plasmaprozess zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen mit zwei separat dem Gasfluss zugeführten Gasspezies, von denen eine in einer Plasmaphase ist. Die vermischten Gase werden anschließend in einem zweiten Plasmaprozess aktiviert.
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US 2002/0036066 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Substrate zu bearbeiten. Dabei wird in einer abgegrenzten Kammer ein Plasma erzeugt, und das Plasma wird stromabwärts mit einem zweiten Gas vermischt. Zur Prozesskontrolle wird eine Flussrate der Gase und eine Leistung eines Plasmagenerators sowie eine Temperatur des Substrats überwacht.
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US 2004/0086434 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, um Gegenstände mit mithilfe eines Plasmas erzeugten Radikalen zu bearbeiten. Dabei wird ein Plasma räumlich getrennt erzeugt, mit einer zweiten Gasspezies vermischt, um Radikale zu erzeugen, und der Gegenstand einem Fluss der Radikale ausgesetzt. Durch die Verwendung eines Ionenfilters werden dabei verbesserte Prozessbedingungen angestrebt.
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US 2009/0047447 A1 offenbart ein Verfahren, um Oberflächenablagerungen zu entfernen und innere Oberflächen eines Gasphasenabscheidungs-Reaktors zu passivieren. Dabei wird in einer Toroid-förmigen, von einer Prozesskammer durch ein Ventil abgegrenzten Plasmakammer ein Plasma erzeugt, welches anschließend in die Prozesskammer eingeführt wird.
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WO 03/065132 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Regelung eines Prozesses. Dazu werden Gasspezies in einer Prozesskammer in einer mit einer Pumpe verbundenen Gasleitung durch eine Kombination eines Massenspektrometers und eines optischen Sensors analysiert. Zur Anregung und Ionisierung der Prozessgase wird zusätzlich eine Anregungsquelle zur Erzeugung von metastabilen Gasspezies verwendet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die erfindungsgemäße Lösung wird durch eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5 sowie durch ein Verfahren nach dem Anspruch 9 bereitgestellt.
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird. Es ist zu beachten, dass gemäß dem Standardverfahren in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Bearbeitungssystems in einer Halbleiterfertigung gemäß einigen Ausführungsformen;
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2A ist ein schematisches Vorderseitendiagramm eines Gasmischelements gemäß einigen Ausführungsformen;
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2B ist ein schematisches Rückseitendiagramm eines Gasmischelements gemäß einigen Ausführungsformen;
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3A ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Erfassungsmoduls gemäß einigen Ausführungsformen, bevor es an einem Gasmischelement angebracht wird;
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3B ist eine Querschnittsansicht eines Erfassungsmoduls gemäß einigen Ausführungsformen, das an einem Gasmischelement angebracht ist;
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4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Zuführen von Plasmamaterial zu einer Prozesskammer, gemäß einigen Ausführungsformen, und
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5 ist ein Diagramm, das die Intensität eines Wellenlängenspektrums von Licht gegenüber der Prozesszeit darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die nachstehende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale des vorliegenden Gegenstands bereit. Konkrete Beispiele von Lösungen und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich lediglich Beispiele und sind nicht im beschränkenden Sinne gedacht. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung geschieht zum Zweck der Einfachheit und Klarheit und sie schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.
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Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z. B. „unterhalb”, „unter”, „unterer”, „oberhalb”, „oberer” und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Bauelements zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor, während und nach dem Verfahren vorgesehen werden können, und einige der beschriebenen Vorgänge für andere Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder eliminiert werden können.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Plasmabearbeitungssystems 1 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Plasmabearbeitungssystem 1 ist derart ausgelegt, dass es einen oder mehrere Wafer 5 bearbeitet. Der zu bearbeitende Wafer 5 kann eine Halbleiter-, eine Leiter- und/oder eine Isolationsschicht umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Wafer 5 geschichtete Halbleiter. Zu Beispielen gehören das Aufschichten einer Halbleiterschicht auf einem Isolator, wie z. B. ein SOI-Substrat (Silizium auf einem Isolator), ein Silizium-auf-Saphir-Substrat, oder ein Silizium-Germanium-auf-Isolator-Substrat, oder das Aufschichten eines Halbleiters auf Glas, um einen Dünnschichttransistor (thin film transistor, TFT) herzustellen. Der Wafer 5 kann mehreren Verarbeitungsschritten, wie z. B. Lithografie, Ätzen und/oder Dotieren, unterzogen werden, bevor ein fertiger Die ausgebildet wird.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Plasmabearbeitungssystem ein Remote-Plasma-Modul 10, ein Stoffmischelement 20, eine Prozesskammer 30, ein Erfassungsmodul 40, ein Steuermodul 50, eine Plasmagas-Zufuhreinheit 71 und mehrere Prozessgas-Zufuhreinheiten 72 und 73. Zusätzliche Merkmale können zu dem Wafer-Bearbeitungssystem hinzugefügt werden und einige der nachstehend beschriebenen Merkmale können in anderen Ausführungsformen des Wafer-Bearbeitungssystems ersetzt oder eliminiert werden.
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Das Remote-Plasma-Modul 10 ist derart ausgelegt, dass es mindestens ein Plasma zuführt und steuert, um Prozessanwendungen in der Prozesskammer 30 zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Remote-Plasma-Modul 10 eine Stromquelle, ein Steuermodul und eine Plasmakammer. Ein oder mehrere induktive Spulenelemente, die zu der Plasmakammer benachbart angeordnet sind, sind mit einer Hochfrequenz-Plasmastromquelle gekoppelt. Das Plasmaquellgas (nicht in der Plasma-Phase) 60 von der Plasmagas-Zufuhreinheit 71 wird zum Plasma 60' angeregt, wenn das Plasmaquellgas 60 dem Remote-Plasma-Modul 10 zugeführt wird. Das Remote-Plasma-Modul 10 liefert ferner das Plasma 60' an das Stoffmischelement 20. In einigen Ausführungsformen führt das Remote-Plasma-Modul 10 mehrere verschiedene Plasmen der Prozesskammer 30 zu und liefert diese an sie.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die Plasmagas-Zufuhreinheit 71 einen Vorratsbehälter 711 und eine Gassteuerung 712. Der Vorratsbehälter 711 ist derart ausgelegt, dass er ein Plasmaquellgas 60 aufbewahrt, das an das Remote-Plasma-Modul 10 geliefert werden soll. Das Plasmaquellgas 60 kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus O2, H2O, NH3, N2 und H2 besteht. Die Gassteuerung 712 ist derart ausgelegt, dass sie die Verbindung und Förderrate des Plasmaquellgases 60 an das Remote-Plasma-Modul 10 steuert. Die Gassteuerung 712 kann Vorrichtungen, wie z. B. Ventile, Durchflussmesser, Sensoren und dergleichen, umfassen. In einigen Ausführungsformen wird die Gassteuerung 712 durch das Steuermodul 50 gesteuert und empfängt Befehle von diesem.
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In einigen Ausführungsformen umfassen die Prozessgas-Zufuhreinheiten 72 und 73 ähnliche Komponenten wie die Plasmagas-Zufuhreinheit 71. Zum Beispiel umfasst die Prozessgas-Zufuhreinheit 72 einen Vorratsbehälter 721 und eine Gassteuerung 722. Der Vorratsbehälter 721 ist derart ausgelegt, dass er ein Prozessgas 61 enthält. Die Gassteuerung 722 ist derart ausgelegt, dass sie die Verbindung und Förderrate des Prozessgases 61 an das Stoffmischelement 20 steuert. Die Prozessgas-Zufuhreinheit 73 umfasst einen Vorratsbehälter 731 und eine Gassteuerung 732. Der Vorratsbehälter 731 ist derart ausgelegt, dass er ein Prozessgas 62 enthält. Die Gassteuerung 732 ist derart ausgelegt, dass sie die Verbindung und Förderrate des Prozessgases 62 an das Stoffmischelement 20 steuert.
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Das von den Prozessgas-Zufuhreinheiten 72 und 73 zugeführte Prozessgas 61 und 62 kann dem von der Plasmagas-Zufuhreinheit 71 zugeführten Plasmaquellgas 60 gleich sein oder von ihm verschieden sein. In einigen Ausführungsformen ist das Plasmaquellgas 60 Stickstoff, das Prozessgas 61 umfasst Silan (SiH4), und das Prozessgas 62 umfasst Wolframhexafluorid (WF6). In einigen Ausführungsformen werden die Prozessgase 61 und 62 dem Stoffmischelement 20 zugeführt, ohne dass sie in Plasma, wie das Plasma 60' von der Plasmagas-Zufuhreinheit 71, umgewandelt werden (d. h. sie werden nicht in der Plasma-Phase zugeführt).
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Das Stoffmischelement 20 ist derart ausgelegt, dass es Gase und Plasma von verschiedenen Quellen empfängt und das Gemisch an die Prozesskammer 30 leitet. In einigen Ausführungsformen ist das Stoffmischelement 20 derart ausgelegt, dass es Gase und Plasma von verschiedenen Quellen empfängt und all die Stoffe mischt, bevor sie in die Prozesskammer 30 gelangen. In einigen Ausführungsformen wird kein Gas dem Stoffmischelement 20 zugeführt, aber ein oder mehrere verschiedene Plasmen werden über das Stoffmischelement 20 der Prozesskammer 30 zugeführt.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Stoffmischelement 20 einen darin ausgebildeten Fließweg 21, der einen Durchfluss eines Gases oder eines Plasmas ermöglicht. In einigen Ausführungsformen umfasst das Stoffmischelement 20 ferner mehrere Einlassöffnungen (wie z. B. die Einlassöffnungen 22, 25 und 26), ein Sichtfenster 23 und eine Auslassöffnung 24. Die Einlassöffnungen 22, 25 und 26, das Sichtfenster 23 und die Auslassöffnung 24 sind mit dem Fließweg 21 verbunden.
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In einigen Ausführungsformen ist das Stoffmischelement 20 über die Einlassöffnung 22 mit dem Remote-Plasma-Modul 10 verbunden. Eine Gasleitung 11, wie in 1 dargestellt, ist zwischen dem Remote-Plasma-Modul 10 und der Einlassöffnung 22 des Stoffmischelements 20 angeschlossen. Außerdem ist das Stoffmischelement 20 über die Auslassöffnung 24 mit der Prozesskammer 30 verbunden. Eine Gasleitung 12, wie in 1 dargestellt, ist zwischen der Prozesskammer 30 und der Auslassöffnung 24 des Stoffmischelements 20 angeschlossen. Die Gasleitungen 11 und 12 können ein Schlauch, eine Röhre oder eine ähnliche Einrichtung sein. In einigen Ausführungsformen werden die Gasleitungen 11 und 12 abnehmbar mit dem Stoffmischelement 20 verbunden und werden an dem Stoffmischelement 20 mithilfe geeigneter Einrichtungen, wie z. B. Schrauben, befestigt. In einigen Ausführungsformen sind die Einlassöffnung 22 und die Auslassöffnung 24 an zwei Enden des Fließweges 21 ausgebildet.
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In einigen Ausführungsformen ist das Stoffmischelement 20 über die Einlassöffnung 25 mit der Prozessgas-Zufuhreinheit 72 verbunden, und das Stoffmischelement 20 ist über die Einlassöffnung 26 mit der Prozessgas-Zufuhreinheit 73 verbunden. Wie in 1 dargestellt, ist die Einlassöffnung 25 mit dem Fließweg 21 an einem Knotenpunkt P1 verbunden, und die Einlassöffnung 26 ist mit dem Fließweg 21 an einem Knotenpunkt P2 verbunden. Der Knotenpunkt P1 ist stromaufwärts des Knotenpunkts P2 angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass andere Abwandlungen und Modifikationen an Ausführungsformen der Offenbarung vorgenommen werden können. In einigen Ausführungsformen sind zum Beispiel der Knotenpunkt P1 und der Knotenpunkt P2 in derselben Position angeordnet.
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Das Sichtfenster 23 ist mit dem Fließweg 21 verbunden, um eine Erfassung des Plasmas 60' zu ermöglichen, bevor das Plasma 60' an den Knotenpunkten P1 und P2 ankommt. In einigen Ausführungsformen ist, wie in 1 dargestellt, das Sichtfenster 23 an einem Kontenpunkt P0 mit dem Fließweg 21 verbunden. Der Knotenpunkt P0 ist stromaufwärts der Knotenpunkte P1 und P2 angeordnet. Das heißt, die Knotenpunkte P1 und P2 befinden sich weiter von der Einlassöffnung 22 entfernt als der Knotenpunkt P0. Nachdem das Plasma 60' dem Stoffmischelement 20 über die Einlassöffnung 22 zugeführt wurde, fließt folglich das Plasma 60' zuerst durch den Knotenpunkt P0, dann durch die Knotenpunkte P1 und P2. Danach verlässt das Plasma 60' das Stoffmischelement 20 über die Auslassöffnung 24.
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2A zeigt ein schematisches Vorderseitendiagramm des Stoffmischelements 20 gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Stoffmischelement 20 einen Hauptkörper 200. Die Einlassöffnung 22 und die Auslassöffnung 24 sind auf derselben Außenfläche des Hauptkörpers 200, wie z. B. der Vorderfläche 201 des Hauptkörpers 200, ausgebildet. Die Einlassöffnung ist benachbart zu einem oberen Ende des Hauptkörpers 200 ausgebildet, und die Auslassöffnung 24 ist benachbart zu einem unteren Ende des Hauptkörpers 200 ausgebildet.
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2B zeigt ein schematisches Rückseitendiagramm des Stoffmischelements 20 gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen sind die zwei zusätzlichen Einlassöffnungen 25 und 26 auf einer der Außenflächen (wie z. B. der Rückfläche 202) des Hauptkörpers 200 ausgebildet, und das Sichtfenster 23 ist ebenfalls auf einer der Außenflächen (wie z. B. der Rückfläche 202) des Hauptkörpers 200 ausgebildet. Die zwei zusätzlichen Einlassöffnungen 25 und 26 sind benachbart zu dem unteren Ende des Hauptkörpers 200 ausgebildet, und das Sichtfenster 23 ist benachbart zu dem oberen Ende des Hauptkörpers 200 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen sind die Einlassöffnung 22 und das Sichtfenster 23 an zwei gegenüberliegenden Außenflächen des Hauptkörpers 200 ausgebildet. Außerdem ist die Einlassöffnung 22 auf das Sichtfenster 23 ausgerichtet. Folglich sind die Einlassöffnung 22 und das Sichtfenster 23 entlang derselben Achse angeordnet.
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Die Ausgestaltung des Stoffmischelements 20 kann variiert werden. In einigen Ausführungsformen ist das Sichtfenster 23 auf einer beliebigen Außenfläche des Hauptkörpers, wie z. B. einer Rückfläche 203 oder einer Seitenfläche, die die Vorderfläche 201 mit der Rückfläche 203 des Hauptkörpers 200 verbindet, ausgebildet.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist die Prozesskammer 30 derart ausgelegt, dass sie das Gas von dem Stoffmischelement 20 verwendet, um einen oder mehrere Wafer 5 zu bearbeiten. In einigen Ausführungsformen verwendet die Prozesskammer 30 ein Remote-Plasma (wie z. B. das Plasma 60') und ein oder mehrere Prozessgas(e) (wie z. B. die Prozessgase 61 und 62), um eine abgeschiedene Schicht auf einem in der Prozesskammer 30 angeordneten Wafer 5 auszubilden. Obwohl die Ausführungsform unter Bezugnahme auf den Abscheidungsprozess beschrieben wird, sind die Ausführungsformen diesbezüglich jedoch nicht beschränkt. Vielmehr kann ein beliebiger Prozess, der Plasma verwendet, wie z. B. plasmaunterstützte Ätzprozesse, Plasmabehandlungsprozesse oder dergleichen, von den Ausführungsformen profitieren. Alle derartigen Plasmaprozesse und Remote-Plasma-Prozesse sollen vom Umfang der Ausführungsformen vollständig umfasst sein.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die Prozesskammer 30 eine Befestigungsplattform 31 und einen Duschkopf 32. Die Befestigungsplattform 31, zum Beispiel ein elektrostatischer Chuck (ESC), ist in der Prozesskammer 30 der Offenbarung zum Stützen des Wafers 5 angeordnet. Die Befestigungsplattform 31 kann drehbar sein und kann Heizmechanismen umfassen, um das Substrat 5 während des Abscheidungsprozesses zu erwärmen. Obwohl eine einzige Befestigungsplattform 31 in 1 dargestellt ist, versteht es sich, dass eine beliebige Anzahl von Befestigungsplattformen 31 innerhalb der Prozesskammer 30 zusätzlich aufgenommen werden kann.
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In einigen Ausführungsformen ist der Duschkopf 32 derart ausgelegt, dass er das Gas von dem Stoffmischelement 20 empfängt und das Gas in einer dünnen und gleichmäßigen Verteilung in der Prozesskammer 30 weiter verteilt. Der Duschkopf 32 kann eine kreisförmige Ausgestaltung mit Öffnungen aufweisen, die gleichmäßig um den Duschkopf 32 verteilt sind. Prozessbedingungen, wie z. B. ein Druck innerhalb der Prozesskammer 30, können durch eine Pumpe gesteuert werden.
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3A ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Erfassungsmoduls gemäß einigen Ausführungsformen, bevor es an einem Gasmischelement angebracht wird. In einigen Ausführungsformen ist das Erfassungsmodul 40 ein optisches Emissionsspektrometer. Jedoch können andere Abwandlungen und Modifikationen an Ausführungsformen der Offenbarung vorgenommen werden. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassungsmodul 40 zum Beispiel feste Sender und einstellbare Empfänger (fixed transmitters and tunable receivers (FTTR)). Der FTTR ist für eine Echtzeiterfassung der Bedingung des Plasmas 60' in dem Fließweg 21 ausgelegt.
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Das Erfassungsmodul 40 umfasst gemäß einigen Ausführungsformen einen Rechner 41 (1), eine Signalleitung 42 und eine Abfragebaugruppe 43. Die Abfragebaugruppe 43 ist mit dem Rechner 41 über die Signalleitung 42 verbunden. Die Abfragebaugruppe 43 umfasst ein Spektrofotometer 431, ein Substrat 432 und ein Dichtelement 433. Das Spektrofotometer 431 misst eine Lichtstrahlintensität als eine Funktion dessen Farbe (Wellenlänge). Das Spektrofotometer 431 ist elektrisch mit der Signalleitung 42 verbunden und physisch mit dem Substrat 432 verbunden. Das Substrat 432 umfasst ein durchsichtiges Glas.
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Das Dichtelement 433, wie z. B. ein Dichtring, ist zwischen einer Fläche des Substrats 432, die gegenüber der Fläche liegt, an der das Spektrofotometer 431 angeordnet ist, und dem Stoffmischelement 20 angeordnet. Insbesondere umfasst, wie in 3A dargestellt, das Sichtfenster 23 einen Durchgang, der sich entlang einer geraden Achse M erstreckt. Der Durchgang umfasst eine erste Innenwand 231, eine zweite Innenwand 232 und eine dritte Innenwand 233. Die erste Innenwand 231 verbindet die Rückfläche 202 mit der zweiten Innenwand 232, und die dritte Innenwand 233 verbindet die zweite Innenwand 232 mit dem Fließweg 21. Die erste und die dritte Innenwand 231 und 233 erstrecken sich parallel zu der geraden Achse M. Die zweite Innenwand 232 ist zu der ersten und der dritten Innenwand 231 und 233 senkrecht angeordnet. Eine kreisförmige Rille 234 ist im Umfang der zweiten Innenwand 232 ausgebildet. Das Dichtelement 433 ist in der kreisförmigen Rille 234 angeordnet. Jedoch können andere Abwandlungen und Modifikationen an Ausführungsformen der Offenbarung vorgenommen werden. In einigen anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen ist eine Rille auf dem Substrat 432 ausgebildet, und das Dichtelement 433 ist in der Rille des Substrats 432 angeordnet.
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Das Dichtelement 433 der Baugruppe ist auf dem Stoffmischelement 20 angeordnet, und die Abfragebaugruppe 43 ist entsprechend dem Sichtfenster 23 des Stoffmischelements 20 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Abfragebaugruppe 43 über das Spektrofotometer 431 mithilfe geeigneter Einrichtungen an dem Stoffmischelement 20 befestigt. Zum Beispiel ist, wie in 3A dargestellt, das Spektrofotometer 431 auf der Rückfläche 202 mithilfe mehrerer Schrauben 434 befestigt. Jede der Schrauben 434 führt durch ein auf dem Spektrofotometer 431 ausgebildetes Durchgangsloch 4311 hindurch und kommt mit einem Loch 204 mit einem Innengewinde auf der Rückfläche 202 in Eingriff.
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Nachdem das Spektrofotometer 431 auf dem Stoffmischelement 20 befestigt wurde, wird in einigen Ausführungsformen, wie in 3B dargestellt, das Dichtelement 433 komprimiert, damit es sich verformt. Folglich wird das Sichtfenster 23 des Stoffmischelements 20 abgedichtet, und ein Gasleck in dem Fließweg 21 wird verhindert.
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In einigen Ausführungsformen ist die Breite des Substrats 432 größer als jene des Sichtfensters 23. Außerdem ist die Breite des Spektrofotometers 431 in zur Achse M senkrechter Richtung, entlang welcher sich das Sichtfenster 23 erstreckt, größer als jene des Substrats 432.
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Der Rechner 41 ist derart konfiguriert, dass er die relative Intensität eines Wellenlängenspektrums von Licht innerhalb des Fließwegs 21 bestimmt. Während des Betriebs geht das Plasma 60' durch den Knotenpunkt P0 in dem Fließweg 21 hindurch, und wird vom Spektrofotometer 431 durch das Sichtfenster 23 gesehen. Die erfassten Daten aus der optischen Emissionsspektrometrie werden anschließend im Rechner 41 gespeichert und analysiert, wobei Ergebnisse der Echtzeiterfassung ausgegeben werden, die der Intensität eines Wellenlängenspektrums von Licht innerhalb des Fließwegs 21 entsprechen, wie in 5 dargestellt.
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Das Steuermodul 50 (siehe 1), ist derart ausgelegt, dass es einige der Parameter des Bearbeitungssystems 1 steuert. In einigen Ausführungsformen steuert das Steuermodul 50 das Remote-Plasma-Modul 10 auf der Grundlage einer Ausgabe von dem Rechner 31 des Erfassungsmoduls 40. Wenn zum Beispiel die Intensität eines Spektrums von Lichtwellenlängen innerhalb des Fließwegs 21 außerhalb eines eingestellten Bereichs liegt, triggert das Steuermodul 50 ein Signal, um das Remote-Plasma-Modul 10 außer Betrieb zu setzen, und generiert ein Warnsignal. Folglich wird die Zufuhr des Plasmas 60' zu dem Stoffmischelement 20 angehalten, und der Bediener wird aufgefordert, eine Wartung des Remote-Plasma-Moduls 10 durchzuführen. In einigen Ausführungsformen wird das Remote-Plasma-Modul 10 durch ein anderes Remote-Plasma-Modul 10 ersetzt, damit die Zufuhr des Plasmas 60' für den Plasmaprozess fortgesetzt wird.
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4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren 100 zum Reinigen eines Wafers und Ausbilden einer Materialschicht (Materialschichten) unter Verwendung von Plasma gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Zur Veranschaulichung wird das Ablaufdiagramm zusammen mit den in 1 bis 3 dargestellten schematischen Ansichten beschrieben. Einige der beschriebenen Stufen können für andere Ausführungsformen ersetzt oder eliminiert werden.
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Das Verfahren 100 beginnt bei einem Vorgang 101, in dem ein Plasma mithilfe eines Remote-Plasma-Moduls (wie z. B. des Remote-Plasma-Moduls 10) erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen wandelt das Remote-Plasma-Modul 10 das Plasmagas 60 (nicht in der Plasma-Phase) von der Plasmagas-Zufuhreinheit 71 in ein Plasma 60' um. Das Plasmagas aus der Plasmagas-Zufuhreinheit 71 kann Stickstoff sein. In einigen Ausführungsformen erzeugt das Remote-Plasma-Modul 10 für eine eingestellte Zeitdauer durchgehend das Plasma 60'. Jedoch können einige Abwandlungen und Modifikationen an Ausführungsformen der Offenbarung vorgenommen werden. In einigen Ausführungsformen erzeugt das Remote-Plasma-Modul 10 periodisch das Plasma 60', und zwischen jedem einzelnen Zeitraum wird kein Plasma, oder es wird ein anderes Plasma mit anderen Stoffen angeregt.
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Bei Vorgang 102 wird das Plasma 60' von dem Remote-Plasma-Modul 10 in ein Stoffmischelement (wie z. B. das Stoffmischelement 20) geleitet. In einigen Ausführungsformen ist das Stoffmischelement 20 außerhalb des Remote-Plasma-Moduls 10 angeordnet und von ihm beabstandet. Das Plasma 60' wird über eine Gasleitung 11 an das Stoffmischelement 20 geliefert. Die Gasleitung 11 verbindet die Auslassöffnung des Remote-Plasma-Moduls 10 mit der Einlassöffnung 22 des Stoffmischelements 20.
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In einigen Ausführungsformen geht das Plasma 60', nachdem es in das Stoffmischelement 20 geleitet wurde, durch den Fließweg 21 in dem Stoffmischelement 20 hindurch und fließt zu der Prozesskammer 30 für einen Plasmaprozess. Das Plasma 60' wird über eine Gasleitung 12 an die Prozesskammer 30 geliefert. Die Gasleitung 11 verbindet die Auslassöffnung 24 des Remote-Plasma-Moduls 10 mit der Einlassöffnung der Prozesskammer 30.
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Die Einlassöffnung der Prozessklammer 30 kann direkt mit dem Duschkopf 32 der Prozesskammer 30 verbunden sein.
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In einigen Ausführungsformen wird das Plasma von dem Remote-Plasma-Modul 10 über einen Kanal an die Prozesskammer 30 geleitet. Der Kanal ist der Reihe nach aus der Gasleitung 11, dem Fließweg 21 und der Gasleitung 12 aufgebaut. Das Remote-Plasma-Modul 10 ist mit einem stromaufwärtigen Ende des Kanals verbunden, und die Prozesskammer 30 ist mit einem stromabwärtigen Ende des Kanals verbunden.
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Bei Vorgang 103 werden ein oder mehrere Prozessgase dem Stoffmischelement 20 zugeführt. In einigen Ausführungsformen werden die Zufuhr des Prozessgases und die Zufuhr des Plasmas oder eines anderen Stoffes von dem Remote-Plasma-Modul 10 gleichzeitig durchgeführt. Zum Beispiel werden die Prozessgase 61 und 62 dem Stoffmischelement 20 zugeführt, während das Plasma 60' oder ein anderer Stoff von dem Remote-Plasma-Modul 10 dem Stoffmischelement 20 zugeführt wird. Daher werden die Prozessgase 61 und 62 und das Plasma 60' oder der Stoff in dem Fließweg 21 des Stoffmischelements 20 gemischt.
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Jedoch können andere Abwandlungen und Modifikationen an Ausführungsformen der Offenbarung vorgenommen werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann zum Beispiel die Zufuhr des Prozessgases beginnen, bevor das Plasma 60' in das Stoffmischelement 20 geleitet wird. Alternativ kann die Zufuhr des Prozessgases beginnen, nachdem das Remote-Plasma-Modul 10 die Zufuhr jeglichen Stoffes anhält. Das Plasma 60' von dem Remote-Plasma-Modul 10 wird nicht mit dem anderen Gas vermischt oder an die Prozesskammer 30 geliefert. In einigen Ausführungsformen ist der Vorgang 103 eliminiert, und es wird kein Gas an das Stoffmischelement 20 geliefert.
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Bei Vorgang 104 werden die Parameterdaten des Plasmas 60' in dem Stoffmischelement 20 durch ein Erfassungsmodul (wie z. B. das Erfassungsmodul 40) erfasst. In einigen Ausführungsformen überwacht das Erfassungsmodul 40 das Plasma 60', indem die optische Wellenlänge des Plasmas 60' stromaufwärts des in dem Stoffmischelement 20 ausgebildeten Fließwegs 21 gemessen wird. Zum Beispiel ist das Sichtfenster 23, durch welches das Erfassungsmodul 40 das Plasma 60' sieht, direkt der Einlassöffnung 21 zugewandt, die zum Empfangen des Plasmas 60' von dem Remote-Plasma-Modul 10 verwendet wird. Da die Parameterdaten des Plasmas 60' erfasst werden, bevor es mit anderen Stoffen in dem Fließweg 21 vermischt wird, ist die Genauigkeit der Erfassung verbessert.
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Jedoch sollte die Anordnung des Erfassungsmoduls 40 nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt sein. In einigen Ausführungsformen werden zum Beispiel die Parameterdaten des Plasmas 60' erfasst, nachdem das Plasma 60' mit einem anderen Stoff in dem Fließweg 21 vermischt wurde, und das Erfassungsmodul 40 überwacht die Bedingungen eines Gemisches aus dem Plasma 60' und den Prozessgasen 61 und 62 in dem Fließweg 21.
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Bei Vorgang 105 werden die Parameterdaten mit einer eingestellten Parametervorgabe verglichen. In einigen Ausführungsformen werden die Parameterdaten durch den Rechner 41 des Erfassungsmoduls 40 verarbeitet. Der Rechner 41 kann derart programmiert sein, dass er Parameterdaten, wie z. B. die Plasmaelektronendichte und/oder die Plasmaelektronen-Kollisionsrate von der Abfragebaugruppe 43 auswertet. In einigen Ausführungsformen vergleicht der Rechner 41 während und/oder im gesamten Plasmaprozess fortlaufend die Parameterdaten mit einer eingestellten Parametervorgabe, die zuvor in dem Rechner 41 programmiert wurde.
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Bei Vorgang 106 wird der Betrieb des Remote-Plasma-Moduls 10 beendet, wenn die Parameterdaten außerhalb der eingestellten Parametervorgabe liegen. In einigen Ausführungsformen bewegen sich die gemessenen Parameterdaten über die obere oder untere Grenze der Vorgaben hinaus, und entsprechende Daten werden an das Steuermodul 50 übertragen, welches den Betrieb des Remote-Plasma-Moduls 10 oder den Betrieb der Reaktionskammer 32 beendet. Folglich kann ein Fehler des Substrats 5, der auf eine Zufuhr von ungeeignetem Plasma zurückzuführen ist, vermieden werden. In einigen Ausführungsformen ist, wie in 5 dargestellt, die eingestellte Parametervorgabe ein von dem Erfassungsmodul 40 erfasster Intensitätsbereich der Wellenlänge. Der Intensitätsbereich beträgt im Fall einer Erfassung von Stickstoffplasmagas ungefähr 2,5 (willkürliche Einheiten) bis ungefähr 4,5 (willkürliche Einheiten).
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Nach Vorgang 105 wird in einigen Ausführungsformen das Remote-Plasma-Modul 10 durch ein anderes Remote-Plasma-Modul 10 ersetzt. Ähnlich dem ursprünglichen Remote-Plasma-Modul 10 wird das neue Remote-Plasma-Modul 10 mit dem Stoffmischelement 20 verbunden, um der Prozesskammer 30 Plasma für den Plasmaprozess zuzuführen. Das durch das neue Remote-Plasma-Modul 10 zugeführte Plasma wird ebenfalls fortlaufend durch das Erfassungsmodul 40 überwacht, um die ordnungsgemäßen Bearbeitungsergebnisse des in der Prozesskammer durchgeführten Plasmaprozesses zu gewährleisten.
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Vorstehend beschriebene Ausführungsformen zum Steuern von Plasma in einer Halbleiterfertigung verwenden das Erfassungsmodul für eine Echtzeitüberwachung des dem Stoffmischelement durch das Remote-Plasma-Modul zugeführten Plasmas. Das Remote-Plasma-Modul hält die Plasmazufuhr an, wenn die gemessenen Plasma-Parameterdaten nicht innerhalb der programmierten/eingestellten Plasma-Parametervorgaben bleiben. Daher werden die Eigenschaften des Plasmaprozesses stabilisiert. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren zum Berechnen der Ätzrate einer mit einem Plasma von einem Remote-Plasma-Modul geätzten Schicht, reduziert das offenbarte Verfahren außerdem das Risiko eines Fehlers, der durch eine Zufuhr von Plasma mit ungeeigneter Dichte verursacht wird. Folglich wird die Produktausbeute verbessert und die Herstellungskosten werden gesenkt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Plasmabearbeitungssystem bereitgestellt. Das System umfasst ein Remote-Plasma-Modul. Das Remote-Plasma-Modul ist mit einem stromaufwärtigen Ende eines Kanals verbunden und zum Erzeugen eines Plasmas ausgelegt. Das System umfasst ferner eine Prozesskammer. Die Prozesskammer ist mit einem stromabwärtigen Ende des Kanals verbunden und zum Empfangen des Plasmas von dem Remote-Plasma-Modul für einen Plasmaprozess ausgelegt. Das System umfasst außerdem ein Stoffmischelement. Das Stoffmischelement umfasst einen Fließweg, der als ein Abschnitt des Kanals gestaltet ist. Außerdem umfasst das System ein Erfassungsmodul. Das Erfassungsmodul ist mit dem Fließweg verbunden und zum Überwachen von mindestens einem Parameter des Plasmas in dem Fließweg ausgelegt.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Plasmabearbeitungssystem bereitgestellt. Das System umfasst ein Remote-Plasma-Modul, das zum Erzeugen eines Plasmas ausgelegt ist. Das System umfasst ferner ein Stoffmischelement, das zum Empfangen des Plasmas ausgelegt ist. Das System umfasst außerdem eine Prozesskammer, die zum Empfangen des Plasmas von dem Stoffmischelement für eine Bearbeitung ausgelegt ist. Außerdem umfasst das System ein Erfassungsmodul, das zum Überwachen des Plasmas in dem Stoffmischelement ausgelegt ist.
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Gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Steuern eines Plasmas in einer Halbleiterfertigung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen des Plasmas durch ein Remote-Plasma-Modul. Das Verfahren umfasst ferner ein Leiten des Plasmas von dem Remote-Plasma-Modul in ein Stoffmischelement. Das Verfahren umfasst außerdem ein Erfassen von Parameterdaten des Plasmas in dem Stoffmischelement. Außerdem umfasst das Verfahren ein Vergleichen der Parameterdaten mit einer eingestellten Parametervorgabe. Wenn die Parameterdaten außerhalb der eingestellten Parametervorgabe liegen, wird der Betrieb des Remote-Plasma-Moduls beendet.
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Obwohl die Ausführungsformen und ihre Vorteile ausführlich beschrieben wurden, versteht es sich, dass hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Ausführungsformen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen. Des Weiteren soll der Umfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die konkreten, in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens, der Vorrichtung, der Herstellung, der Materialzusammensetzung, der Einrichtung, der Prozesse und Schritte beschränkt werden. Ein Durchschnittsfachmann wird aus der Offenbarung leicht verstehen, dass Prozesse, Vorrichtungen, die Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte, die zurzeit vorliegen oder nachträglich entwickelt werden und die im Wesentlichen dieselbe Funktion erfüllen oder ein im Wesentlichen gleiches Ergebnis erzielen wie die entsprechenden hier beschriebenen Ausführungsformen, gemäß der Offenbarung verwendet werden können. Demzufolge sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Umfangs solche Prozesse, Vorrichtungen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte mit einbeziehen. Außerdem bildet jeder Anspruch eine gesonderte Ausführungsform, und die Kombinationen verschiedener Ansprüche und Ausführungsformen liegen im Umfang der Offenbarung.
