DE60036145T2

DE60036145T2 - Anlage zur Abgasidentifizierung

Info

Publication number: DE60036145T2
Application number: DE60036145T
Authority: DE
Inventors: Eric Chevalier; Philippe Maquin; Roland Bernard
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: FR2788854B1; US6643014B2; ATE371858T1; EP1022559A1; JP2010078616A; JP2000214092A; FR2788854A1; EP1022559B1; US20030160956A1; DE60036145D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine industrielle Anlage mit mindestens einem Behälter mit kontrolliertem Druck und einem System zur Analyse der in dem Behälter mit kontrolliertem Druck enthaltenen Gase.
Die in den letzten Jahren in der Halbleiterindustrie erzielten Fortschritte hängen wesentlich zusammen mit der zunehmenden Integration von elektronischen Schaltungen auf wenige Quadratmillimeter großen Bauteilen, und zwar auf immer größeren (Durchmesser 200 mm bis 300 mm) Siliziumsubstraten.
Für die Herstellung solcher Schaltungen sind zahlreiche (bis zu 400) technologische Schritte erforderlich.
Darunter spielen Vakuumbehandlungsschritte eine wesentliche Rolle, sowohl wegen ihrer durchgehenden Produktionskapazitäten während des gesamten Herstellungsprozesses als auch wegen ihrer Funktionen, die geometrischen Kriterien des Bauteils einzuhalten.
Die Einrichtung eines Systems zur Verfahrensanalyse vor Ort identifiziert die Fehler bereits bei ihrer Entstehung, was die Reaktionszeit verringert, während der viele Lose produziert werden können.
Aus diesem Grund besteht große Nachfrage nach Vor-Ort- und Echtzeit-Fehlersuche und Kontrolle der unter Vakuum erfolgenden Halbleiter-Fertigungsverfahren per Plasma.
Diese Nachfrage wird nicht nur hinsichtlich der Kammern deutlich erkennbar, wo die verschiedenen Schritte durchgeführt werden, sondern auch bezüglich der verschiedenen Bauteile, die die Pumpleitungen bilden.
Bei den Inspektionsschritten vor Ort ist die Analyse von organischen Elementen, Teilchen, Schimmel, Metallionen, sowie jeglicher Gase in gasförmiger Form oder an der Kondensationsgrenze wichtig, denn sie ermöglicht es,
zu ermitteln, ob die optimalen Fertigungsbedingungen erreicht sind; beispielsweise ermöglicht eine In-situ-Analyse im Vakuumpumpsystem unterhalb der Prozesskammer eine bessere Kontrolle der Umgebung der Siliziumplatten, wodurch die Produktionsleistungen verbessert werden.
Die Alterung der die Maschine bildenden mechanischen Bauteile einzuschätzen und folglich durch vorbeugende Wartung einwandfrei die Wartungsplanung der Maschine zu managen und dabei zu verhindern, dass es zum Zwischenfall kommt.
Das Problem, das bei der Einrichtung einer Gasanalysetechnik auftritt, liegt bei den Investitionskosten und dem Nutzen, der durch eine vorbeugende Erfassung der Fehler erfolgt verglichen mit den von den Verfahren erzeugten Produktions- und Qualitätskosten.
Außerdem muss das Gasanalysesystem immer kleiner sein, um die Integration der Pumpsysteme und der Halbleiterausrüstungen zu berücksichtigen.
Ein Gasanalysator, der von 0,1 mbar bis 1000 mbar arbeitet, würde eine Fehlersuche bei den reaktiven Spezies während der Verfahrensschritte ermöglichen; dieses bis zum Ausgang der Vakuumanlage, was eine bessere Kontrolle der in die Atmosphäre ausgestoßenen Gase gewährleistet.
Bekannt ist die Gasrückstandsanalyse („RGA") per Massenspektrometer, mit der man alle neutralen oder geladenen Gasspezies erfassen kann. Die Moleküle werden in der Regel in einer Ionisationskammer durch Elektronen ionisiert, die aus der Thermoemission eines Heizdrahts hervorgegangen sind. Diese Technologie ist bei einem Druck unter 10^–6 mbar anwendbar, über 10^–5 mbar wird die Antwort nicht linear und über 10^–4 mbar kann der Heizfaden zerstört werden.
Für eine Gasanalyse im gewünschten Intervall (0,1 bis 1000 mbar) ist die Einrichtung des Differenzialpumpens erforderlich, um den Druck im Inneren der Analysezelle zu senken, um die Zerstörung des Heizfadens zu verhindern. Diese Differentialpumpvorrichtung enthält mehrere Vakuumpumpen und zahlreiche Ventile.
Auf Grund des Einsatzes mehrerer Vakuumpumpen und Ventile sind die Kosten für einen mit Hochdruck (0,1 bis 1000 mbar) arbeitenden Gasanalysator sechsmal höher als für einen Analysator des Typs RGA, der lediglich das Restvakuum analysiert; dadurch wird er verglichen mit den Kosten für die Maschine, die Halbleiter fertigt und verglichen mit der quantitativen und qualitativen Leistung selbiger vom Preis her unerschwinglich.
Außerdem nimmt ein Massegasanalysator mit Differenzialpumpen viel Platz ein, denn er integriert mehrere voluminöse Vakuumbauteile. Dieses macht seine Integration in die aktuellen Vakuumanlagen schwierig, die häufig mehrere Fertigungskammern enthalten.
Deshalb sind trotz Nachfrage seitens der Industrie nur wenige Vakuumanlagen mit einem Gasanalysator ausgestattet.
Außerdem ist die Nutzung der optischen Emissionsspektroskopie an Anlagen zur Halbleiterfertigung bekannt. Die Emissionsspektroskopie wird eingesetzt, um das Ende des Angriffs bei Verfahren zum Ätzen von Schaltungen oder Halbleiter-Bauteilen zu erfassen. Bei dem analysierten Plasma handelt es sich um dasjenige, das vom Reaktor der Anlage erzeugt wird, wobei letztere ganz einfach mit einem Emissionsspektrometer ausgestattet ist, das das Licht des Ätzverfahrens analysiert, was eine Steuerung der Schritte des Verfahrens selbst ermöglicht.
Zweck der Erfindung ist der Einsatz der optischen Emissionsspektroskopie, um nicht die Schritte des Herstellungs- oder Ätzverfahrens der Halbleiterausrüstung zu steuern, sondern alle gasförmigen Bestandteile der Vakuumumgebung der Anlage.
Zu diesem Zweck bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage, die mindestens einen Behälter (3) mit kontrolliertem Druck einschließt und ein System zur Analyse der in einem Behälter mit kontrolliertem Druck enthaltenen Gase, wobei das System zur Gasanalyse eine Vorrichtung zum Ionisieren der zu analysierenden Gase enthält und eine Vorrichtung zur Analyse der ionisierten Gase, die einen Strahlungssensor enthält, der in der Nähe des Bereichs der Plasmaerzeugung liegt, verbunden mit einem optischen Spektrometer, das die Entwicklung des Strahlungsspektrums analysiert, das vom erzeugten Plasma emittiert wird. Eine solche Anlage ist durch Dokument US-A-5825485 bekannt.
Gemäß der Erfindung enthält die Vorrichtung zum Ionisieren der zu analysierenden Gase eine Plasmaquelle des Typs ICP, die ausgehend von den zu analysierenden Gasen ein Plasma erzeugt, kombiniert mit einem Hochfrequenzgenerator und das System zur Gasanalyse ist durch ein äußeres Anschlussstück an den Behälter angesetzt, in dem die zu analysierenden Gase enthalten sind.
Bei der Plasmaquelle handelt es sich um eine Hochfrequenz-Plasmaquelle vom Typ ICP. Letztere erfordert einen Nichtleiter aus Quarz oder Aluminiumoxid (das hängt von der chemische Beschaffenheit der Abgase ab: fluorhaltige Gase reagieren stark mit Quarz), der die Dichtheit und die Transparenz der elektromagnetischen Wellen gewährleistet.
Der Strahlungssensor kann eine Optikfaser sein, die die Erfassung und den Transport des vom erzeugten Plasma emittierten Strahlungsspektrums zum optischen Spektrometer übernimmt.
Die Quelle ermöglicht die Herstellung eines Plasmas ausgehend von den im Behälter vorhandenen Gasen, und zwar bei laufendem Betrieb der Anlage und für niedrige Drücke bis zum Atmosphärendruck.
Die Ionisationsausbeute, die mit diesen Arten von Plasmaquellen erzielt wird, liegt bei circa 10% bei einem Druck von 10^–1 mbar, daher ist eine große Empfindlichkeit bei den Messungen festzustellen.
Nach der Lichtbeugung analysiert das optische Spektrometer in Echtzeit die Entwicklungen und Strahlungen, die von den Atomen, Molekülen und Ionen emittiert werden, welche durch die freien Elektronen des Plasmas angeregt werden.
Somit ermöglicht der kombinierte Einsatz einer Plasmaquelle, die bei Atmosphärendruck arbeiten kann und eines Systems zur optischen Emissions-Spektralanalyse eine ständige Diagnose der Gase, die sich innerhalb eines Behälters mit kontrolliertem Druck befinden.
Für den Betrieb der Ionisationsquelle ist die Verwendung eines Differenzialpumpens nicht erforderlich, dieses vermindert das Volumen des Gasanalysators und daher lässt er sich leicht in die Halbleiter-Anlage integrieren (in Reihe oder vermittels eines Standardverbindungsstücks).
Schließlich sind die Kosten für diese optische Analysetechnik gering, denn sie verbindet lediglich eine Ionisationsquelle mit einem optischen Sensor. Dieses erleichtert die allgemeine Einführung an den Vakuumleitungen der Anlagen, welche in der Halbleiterindustrie verwendet werden.
Weitere Vorteile und Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Art und Weise des Aufbaus eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Das System zur Gasanalyse 1 gemäß der Erfindung ist dazu bestimmt, die Analyse von Abgasen zu ermöglichen, die in einem Behälter unter kontrolliertem Druck 3 enthalten sind. Dieser Behälter 3 kann beispielsweise eine Vakuumleitung 3 einer Anlage zur Herstellung von Halbleiter-IC (nicht dargestellt) sein.
Das Funktionsprinzip des Systems zur Gasanalyse 1 beruht auf der Ionisation der Gase und der Analyse des Strahlungsspektrums, das sich aus der Ionisation der Gase ergibt.
Zu diesem Zweck enthält das System zur Analyse der Gase 1 eine Vorrichtung zum Ionisieren der zu analysierenden Gase, bestehend aus mindestens einer dedizierten Plasmaquelle 2, im Kontakt mit den Gasen des Behälters 3, die auf der Grundlage der zu analysierenden Gase ein Plasma erzeugt. Diese Plasmaquelle 2 wird durch einen Generator 6 versorgt, der an den gewählten Plasmaquellentyp 2 angepasst ist.
Die Plasmaquelle 2 ist eine Hochfrequenz-Plasmaquelle vom Typ ICP. In diesem Fall ist der Generator 6 ein HF-Generator.
Zur Plasmaanalyse enthält das System zur Analyse der Gase 1 gemäß der Erfindung eine Vorrichtung für die Analyse der ionisierten Gase 4, 5 vom Typ optisches Spektrometer, mit einer in der Nähe der dedizierten Plasmaquelle 2 gelegenen Sonde 4, die die Entwicklung eines vom erzeugten Plasma emittierten Strahlungsspektrums analysiert. Die Vorrichtung zur Analyse der ionisierten Gase 4, 5 enthält eine Sonden-Optikfaser 4, von der ein Ende in der Nähe der Plasmaquelle 2 liegt, innerhalb des analysierten Behälters 3, und deren anderes Ende an ein optisches Emissionsspektrometer 5 angeschlossen ist. Die Strahlungen, die von den Atomen, Molekülen und durch die freien Elektronen des Plasmas angeregten Ionen emittiert werden, werden vermittels der Optikfaser 4 zum optischen Emissionsspektrometer 5 übertragen. Das optische Emissionsspektrometer 5 analysiert die Entwicklungen dieser Strahlungen und leitet daraus Informationen bezüglich der Bestandteile der ionisierten Gase ab.
Bei der auf der Figur dargestellten Art und Weise des Aufbaus wird das System 1 gemäß der Erfindung an einen Behälter, wie zum Beispiel eine Leitung 3, durch ein äußeres Verbindungsstück 7 angesetzt.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsart beschränkt, sondern ohne von der Erfindung abzuweichen sind zahlreiche Varianten möglich, die dem Fachmann verständlich sind.

Claims

Anlage, die mindestens einen Behälter (3) mit kontrolliertem Druck einschließt und ein System zur Analyse der im Behälter mit kontrolliertem Druck enthaltenen Gase (1), wobei das System zur Gasanalyse (1) – eine Vorrichtung (2, 6) zum Ionisieren der zu analysierenden Gase enthält; und – eine Vorrichtung (4, 5) zur Analyse der ionisierten Gase einen Strahlungssensor (4) einschließt, der in der Nähe des Ionisationsbereichs liegt, verbunden mit einem optischen Spektrometer (5), das die Entwicklung des Strahlungsspektrums analysiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2, 6) zum Ionisieren der zu analysierenden Gase eine Plasmaquelle (2) des Typs ICP einschließt, die ausgehend von den zu analysierenden Gasen ein Plasma erzeugt, kombiniert mit einem Hochfrequenzgenerator (6) und dadurch gekennzeichnet, dass das Analysesystem (1) durch ein äußeres Anschlussstück (7) an den Behälter (3) angesetzt wird, in dem die zu analysierenden Gase enthalten sind.