DE69628623T2 - Verfahren zur Detektion von gasförmigen, molekularen Spezien in den Kammerabgasen einer Halbleiterprozesskammer, und damit ausgerüstetes Halbleiterverarbeitungssystem - Google Patents

Verfahren zur Detektion von gasförmigen, molekularen Spezien in den Kammerabgasen einer Halbleiterprozesskammer, und damit ausgerüstetes Halbleiterverarbeitungssystem Download PDF

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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterverarbeitungssystem, das ein absorptionsspektroskopisches Messsystem zum Messen einer gasförmigen molekularen Spezies umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Detektieren einer gasförmigen molekularen Spezies in dem Halbleiterverarbeitungssystem.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen (IC's) ist es wichtig, einen extrem geringen Partialdruck von molekularen Verunreinigungen in der Prozesskammer zu haben. Insbesondere Wasserdampf ist besonders schädlich für Vorrichtungen, die in den Prozessinstrumenten gefertigt werden. Wasserdampf muss zum Beispiel in einer Aluminiumätzkammer eliminiert oder minimiert werden, um reproduzierbare Ätzprozesse zu erzielen. Wenn sie während der Verarbeitung Wasserdampf ausgesetzt sind, wird auch die Korrosion von Metallisierungsschichten der Vorrichtung beschleunigt, wodurch die Produktionsausbeute wesentlich reduziert wird.
  • Molekulare Verunreinigungen können auf verschiedenen Wegen in die Prozesskammer eingeführt werden. Molekulare Verunreinigungen können zum Beispiel in den Prozessgasen vorhanden sein, die während der Verarbeitung in die Kammer eingeführt werden. Molekulare Verunreinigungen, wie beispielsweise Feuchtigkeit sind auch in der Luft vorhanden, der die Kammer während der Wartung des Prozessinstruments ausgesetzt ist. Luft und Wasser können auch jedes Mal in die Kammer eingeführt werden, wenn ein Substrat in die Kammer eingeführt wird. Molekulare Verunreinigungen können auch von den Substraten selbst nach der Einführung in die Prozesskammer freigesetzt werden oder aus den Prozessbedingungen selbst hervorgehen. Während einer Plasmaverarbeitung oder schneller thermischer Verarbeitung können die molekularen Verunreinigungen auch die Form von Reaktionsnebenprodukte annehmen oder im Fall von Wasserdampf von dem Substrat oder den Kammeroberflächen nach dem Heizen freigegeben werden.
  • Molekulare Verunreinigungen, die mit einem Substrat in die Prozesskammer eingeführt werden, werden typischerweise durch Spülen der Kammer mit einem reinen Gas entfernt, indem die Kammer evakuiert wird, oder durch eine Reihe von Zyklen aus Unterdrucksetzung und Evakuierung.
  • Im Falle einer Kammerevakuierung wird der Basisdruck in der Kammer als Maß für den Umfang der Entfernung von molekularen Verunreinigungen verwendet. Wenn umgekehrt die Spültechnik genutzt wird, wird die Kammer mit einem reinen Gas während einer Zeitdauer gefüllt, die üblicherweise durch die Erfahrung der Bedienungsperson bestimmt wird.
  • Das Ausmaß der Entfernung atmosphärischer Verunreinigungen aus der Prozesskammer kann auch durch die Messung der Wasserdampfkonzentration in der Kammer bestimmt werden. Eine derartige Technik ist besonders nützlich, wenn die Verunreinigung daher rührt, dass die Prozesskammer während der Wartung der Auflenatmosphäre ausgesetzt wurde, und dass ein Substrat in die Kammer eingeführt wurde. Wasserdampf kann sowohl an den Oberflächen innerhalb der Prozesskammer als auch an der Oberfläche des Substrats anhaften. Er ist in der Atmosphäre in einer Menge von etwa 1–2% vorhanden und ist der am schwierigsten durch Evakuieren oder Spülen zu entfernende Bestandteil der Atmosphäre.
  • Bei Produktionseinrichtungen des Standes der Technik werden oft Teilchenüberwachungseinrichtungen dazu verwendet Teilchenverschmutzungen in situ zu überwachen. Es ist bekannt, Teilchenüberwachungseinrichtungen in der Abgasleitung der Prozessinstrumenten anzuordnen. (Siehe z. B. P. Borden, Monitoring Vacuum Process Equipment: In Situ Monitors – Design and Specification", Microcontamination, 9(1), Seiten 43–47 (1991)). Obschon derartige Teilchenüberwachungseinrichtungen nützlich sein können, um Prozessereignisse zu verfolgen, die die Erzeugung von Teilchen zur Folge haben, können sie nicht dazu verwendet werden, molekulare Konzentrationen zu überwachen.
  • Unter den Analysewerkzeugen, die bei der Messung von molekularen Verunreinigungen verwendet werden können, findet sich eine Art von Massenspektrometer, das üblicherweise als Restgasanalysator (RGA) bezeichnet wird. (Siehe z. B. D. Lichturan, Residual Gas Analysis: Past, Present and Future, J. Vac. Sci. Technol., A 8(3) (1990)). Massenspektrometer erfordern im Allgemeinen Drücke in dem Bereich von etwa 10–6 kPa (10–5 Torr), während der Betriebsdruck von Halbleiterverarbeitungsinstrumenten oft bei Drücken in dem Bereich von etwa 0,013 bis 101,3 kPa (0,1 bis 760 Torr) liegt. Demzufolge erfordern Massenspektrometer Probenentnahmesysteme und zugehörige Vakuumpumpen. Massenspektrometer sind im Allgemeinen sowohl teuer als auch nicht sehr kompakt gebaut. Zudem trägt die differentiell gepumpte Kammer, in der das Massenspektrometer untergebracht ist, einen hohen Pegel an restlichem Wasserdampf bei, der schwer zu entfernen ist und der die Empfindlichkeit des Massenspektrometers für Wasserdampfmessungen erheblich begrenzt.
  • Optische Emissionsspektroskopie wird weithin zum Überwachen von Plasmaprozessen verwendet. Im Prinzip kann optische Emissionsspektroskopie dazu verwendet werden, molekulare Verunreinigungen in dem Prozessinstrument zu überwachen. Das optische Emissionsspektrum ist jedoch sehr kompliziert und dieses Verfahren kann bei Nicht-Plasmaprozessen nicht verwendet werden.
  • Andere spektroskopische Techniken wurden bei Forschungssituationen ausgedehnt eingesetzt, um die Prozesschemie zu studieren. (Siehe z. B. Dreyfus et al., Optical Diagnostics of Low Pressure Plasmas, Pure and Applied Chemistry, 57(9), Seiten 1265–1276 (1985)). Diese Techniken erfordern jedoch im Allgemeinen speziell modifizierte Prozesskammern und wurden nicht allgemein zur Untersuchung von Verunreinigungen verwendet. Zum Beispiel wurde die Möglichkeit der in situ Feuchtigkeitsüberwachung durch Intracavity-Laserspektroskopie allgemein in einem Übersichtsartikel dieser Technik erwähnt. (Siehe z. B. G. W. Atkinson, High Sensitivity Detection of Water via Intracavity Laser Spectroscopy, Microcontamination, 94 Proceedings Canon Communications (1994)).
  • Schließlich wurden konventionelle Gasanalysatoren bei der in situ Feuchtigkeitsmessung verwendet, üblicherweise bei Prozessen, die bei oder nahe Atmosphärendruck ablaufen. (Siehe z. B. Smoak et al., Gas Control Improves Epi Yield, Semiconductor International, Seiten 87–92 (Juni 1990)). Entsprechend solcher Techniken wird ein Teil des Prozessgases in eine Probenentnahmevorrichtung extrahiert, die dann die Probe zu dem Analysator liefert. Die Verwendung einer Probenentnahmevorrichtung ist jedoch bei der Messung von Feuchtigkeit unerwünscht, denn Feuchtigkeit neigt dazu, an den Oberflächen der Probenentnahmevorrichtung zu adsorbieren. Zudem ist dieses Verfahren oft unpraktisch, da es beträchtlichen Raum zur Unterbringung herkömmlicher Gasanalysatoren erfordert. Es ist allgemein bekannt, dass in einem Beinraum zur Halbleiterfertigung freier Raum typischerweise äußerst gering ist.
  • Ein Verfahren zum Messen der Ist-Feuchtigkeitskonzentration und der Trocknungseigenschaften einer Prozessumgebung ist in dem US-Patent 5 241 851 von Tapp et al. offenbart. Gemäß diesem Verfahren untersucht ein Gasanalysator abwechselnd das Abgas aus der Prozesskammer und das von einem Standardgasgenerator erzeugte Gas. Die Ausgabe des Standardgasgenerators wird angepasst, bis der Analysator keinen Unterschied zwischen dem Abgas- und dem Standardgasstrom anzeigt. Weil der Feuchtigkeitsgehalt in der Ausgabe des Standardgasgenerators bekannt ist, kann der Pegel in dem Abgasstrom bestimmt werden. Dieses System ist jedoch unbequem und kompliziert, da es einen Standardgasgenerator und komplizierte Leitungen bedingt, um zwischen dem Abgas- und dem Standardgasstrom umzuschalten. Zudem besteht die Gefahr eines Rückstroms aus dem Standardgasgenerator zu der Prozesskammer, der zu einer Verunreinigung führt.
  • A. Fried et al., Applied Optics 30 (1991), Seiten 1916–32 (Fried et al.) betrifft ein vielseitiges System mit einem integrierten abstimmbaren Diodenlasersystem für Umgebungsmessungen von Carbonylsulfid (Fried et al., auf Seite 1916, Titel). Fried et al. offenbaren, dass ein speziell entworfenes Permeationskalibrierungssystem zu diesem Zwecke eingesetzt wird (Fried et al., auf Seite 1920, rechte Spalte, Zeilen 34–36). In diesem Permeationskalibrierungssystem sind drei Permeations-Wafervorrichtungen mit unterschiedlichen Permeationsraten in getrennten Kammern untergebracht (Fried et al., der die Seiten 1920–21 überbrückende Satz). Über ein Teflon-Dreiwege-Magnetventil reißt ein kontrollierter Strom von Ultra-Null-Luft kontinuierlich das Kalibriergas aus jeder Kammer mit in eine Hauptausgangsleitung oder eine Ablassleitung (Fried et al. auf Seite 1921, linke Spalte, Zeilen 8–13). Fried et al. offenbaren außerdem, dass Carbonylsulfid-Kalibriergas in die Probenleitung am Systemeinlass unter Verwendung eines Teflon-Dreiwege-Magnetventils eingeführt wird (Fried et al. auf Seite 1920, rechte Spalte, Zeilen 32–34).
  • P. B. Davies et al., Journal of Applied Physics 71 (1992), Seiten 6125–35 (Davies et al.) betrifft die Infrarotlaserdiagnostik bei Methanplasmen in der Chemischen-Dampf-Abscheidung (Davies et al., Seite 612 im Titel). Davies et al. offenbaren, dass ein Reaktor aus einem Pyrexkreuz mit zwei Seitenarmen besteht, die für die Diodenlaseroptik verwendet werden (Davies et al. auf Seite 6126, linke Spalte, Zeilen 22–26). Davies et al. offenbaren auch die Verwendung der Diodenlaserspektroskopie zum Detektieren von CH4, C2H2, C2H4, C2H6 und CH3 (Davies et al. auf Seite 6126, linke Spalte, Zeilen 3–6). Davies et al. offenbaren außerdem, dass angenommen werden kann, dass CH3 auf den Bereich des Reaktors beschränkt ist, der von Plasma erfüllt ist, während stabile Moleküle in die kurzen Seitenanschlüsse diffundieren können, durch die der Lichtstrahl tritt (Davies et al. auf Seite 6128, linke Spalte, Zeilen 21–24).
  • Grisar et al., Proceedings of the 24th ISATA International Symposium in Automotive Technology and Automation, Florenz, Italien, 20. – 24. Mai 1991, Seiten 283–87 (Grisar et al.) betrifft ein schnelles Abgasprobenentnahmesystem zur Erfüllung der Bedingungen, die mit Zuständen und Dynamiken von Motoren verknüpft sind (Grisar et al., Seite 284, Zeilen 2–4). Grisar et al. offenbaren, dass die Versorgungsleitungen des Systems als kollineare Wärmetauscher ausgebildet sind, die die Platzierung des Analysators in einem bequemen Abstand von dem Motor gestatten (Grisar et al., Seite 285, Zeilen 3–5). Grisar et al. offenbaren außerdem, dass Tests mit einem dynamischen Teststand mit einem Einzylinder-Ottomotor durchgeführt wurden (Grisar et al., Seite 286, Zeilen 1–2).
  • Um den Erfordernissen der Halbleiterverarbeitungsindustrie zu genügen und die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Halbleiterverarbeitungssystem bereitzustellen, das ein absorptionsspektroskopisches System zum Detektieren von gasförmigen, molekularen Verunreinigungen umfasst, das eine genaue, unmittelbare und in situ Bestimmung von gasförmigen, molekularen Verunreinigungen in einem Halbleiterverarbeitungsinstrument gestattet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Detektieren von gasförmigen molekularen Spezies in dem Halbleiterverarbeitungssystem bereitzustellen.
  • Andere Aufgaben und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden für den durchschnittlichen Fachmann beim Studium der Beschreibung, der Zeichnungen und Ansprüche offenbar werden, die hier angefügt sind.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterverarbeitungssystem bereitgestellt. Das Halbleiterverarbeitungssystem umfasst eine Prozesskammer zur Verarbeiten eines Halbleitersubstrats. Die Prozesskammer umfasst eine daran angeschlossene Abgasleitung. Die Abgasleitung umfasst einen Probenbereich, wobei im Wesentlichen das ganze Kammerabgas durch den Probenbereich tritt.
  • Das Verarbeitungssystem umfasst außerdem ein absorptionsspektroskopisches Messsystem zum Detektieren einer gasförmigen molekularen Spezies. Das Messsystem umfasst eine Lichtquelle und einen Hauptdetektor in optischer Verbindung mit dem Probenbereich durch eines oder mehrere lichtdurchlässige Fenster. Die Lichtquelle lenkt durch eines der einen oder mehreren lichtdurchlässigen Fenster einen Lichtstrahl in den Probenbereich, und der Lichtstrahl tritt durch den Probenbereich und verlässt den Probenbereich durch eines der einen oder mehreren lichtdurchlässigen Fenster. Der Hauptdetektor spricht auf den den Probenbereich verlassenden Lichtstrahl an.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren einer gasförmigen molekularen Spezies in dem Kammerabgas einer Halbleiterprozesskammer. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist eine Halbleiterprozesskammer eine daran angeschlossene Abgasleitung auf. Die Abgasleitung umfasst einen Probenbereich. Durch die Abgasleitung wird das im Wesentlichen ganze Kammerabgas aus der Kammer entfernt und durch den Probenbereich geleitet.
  • Eine gasförmige molekulare Spezies wird durch ein absorptionsspektroskopisches Verfahren detektiert, indem ein Lichtstrahl aus einer Lichtquelle in den Probenbereich durch eines oder mehrere lichtdurchlässige Fenster geleitet wird. Der Lichtstrahl tritt durch den Probenbereich und tritt aus dem Probenbereich durch eines oder mehrere lichtdurchlässige Fenster aus und der durch eines oder mehrere lichtdurchlässige Fenster aus der Zelle austretende Lichtstrahl wird detektiert.
  • Das neue System und das neue Verfahren gestatten eine genaue, zeitgleiche und in situ Detektion von gasförmigen molekularen Spezies in einem Abgas einer Halbleiterprozesskammer. Anwenden lassen sie sich insbesondere bei der Prozesssteuerung der Halbleiterverarbeitung. Es können zum Beispiel die zeitabhängige Feuchtigkeitskonzentration und die Trocknungseigenschaften einer Halbleiterprozessumgebung überwacht werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den folgenden beiliegenden Zeichnungen offenbar werden:
  • Die 1A und 1B sind seitliche Schnittansichten von Überwachungssystemen gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Die 2A und 2B sind Querschnittsansichten von Kammerabgas-Überwachungssystemen gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist eine graphische Auftragung der Wasserdampfkonzentration gegen die Ätzprozessdauer gemäß Beispiel 1; und
  • 4 ist eine graphische Auftragung der Kohlenmonoxidkonzentration gegen die Ätzprozessdauer gemäß Beispiel 2.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Die obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung wurden durch die Verwendung eines spektroskopischen Verfahrens zum Messen der gasförmigen molekularen Spezies in einem Kammerabgas gelöst, wobei im Wesentlichen der gesamte Strom des Abgases aus der Kammer durch einen spektroskopischen Probenbereich geleitet wird. Auf diese Weise können sehr schnell Messungen durchgeführt werden, die Änderungen des aktuellen Verunreinigungsgehalts in dem Abgas verfolgen.
  • So wie sie hier gebraucht werden, werden die Begrisse "gasförmige molekulare Spezies", "molekulare Verunreinigung" und "Verschmutzung" als äquivalent betrachtet und betreffen eine molekulare Gas- oder Dampfspezies, die Gegenstand der absorptionsspektroskopischen Messung ist. Ebenso bedeutet der Begriff "der im Wesentlichen ganze Abgasstrom", so wie er hier verwendet wird, etwa 90 – 100 Volumenprozent des gesamten Abgasstroms aus der Kammer.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die 1A und 2A beschrieben werden, die seitliche Schnittansicht beziehungsweise eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Halbleiterverarbeitungssystem wiedergeben.
  • Das System 1 umfasst eine Halbleiter-Prozesskammer 2, in der ein Halbleitersubstrat 3 auf einem Substrathalter 4 angeordnet ist. Um der Prozesskammer 2 ein Prozessgas oder mehrere Gase zuzuführen, ist ein Gaseinlass 5 vorgesehen. Abgas aus der Prozesskammer 2 wird durch eine Abgasöffnung 6 in der Prozesskammer 2 und durch eine Abgasleitung 7 abgeführt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Verarbeitungssystem dafür geeignet Vakuumprozesse durchzuführen, wie beispielsweise Ätz-, Sputter-, Ionenimplantierungs- und chemische Dampfabscheidungsprozesse (CVD). In einem solchen Fall ist die Prozesskammer 2 eine Vakuumkammer und eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe kann an die Abgasleitung 7 angeschlossen sein. Die Vakuumpumpe kann an eine andere Pumpe und/oder einen (nicht gezeigten) Gaswäscher angeschlossen sein. Beispiele für Vakuumpumpen, die in diesen Prozessen eingesetzt werden können, sind mechanische Dreh- oder Wälzkolbenpumpen, Tiefsttemperaturpumpen, Sorptionspumpen und Turbomolekularpumpen. Alternativ kann das Verarbeitungssystem Prozesse wie beispielsweise CVD bei Atmosphärendruck durchführen, wobei die Prozesskammer 2 auf etwa Atmosphärendruck mit einem leichten Vakuum gehalten wird.
  • Die Prozesse verlangen oft reaktive oder nichtreaktive (inerte) Gasspezies, die in einem Plasma- oder Nicht-Plasmazustand sein können. Beispiele von reaktiven Gasen, die in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden können, umfassen SiH4, HCl und Cl2, vorausgesetzt der Feuchtigkeitspegel ist kleiner als 1000 ppm. Die reaktiven Gase sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Jedes beliebige Inertgas, wie beispielsweise O2, N2, Ar oder HZ, kann in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden.
  • Um gasförmige, molekulare Verunreinigungen in den Prozessinstrumenten zu detektieren und zu messen, umfasst das erfindungsgemäße Halbleiterverarbeitungssystem ein absorptionsspektroskopisches Meßsystem 8 zum Messen einer gasförmigen molekularen Spezies. Das absorptionsspektroskopische Messsystem umfasst eine Lichtquelle 9 und einen Detektor 10, der eine Photodiode sein kann, in optischer Verbindung mit einem Probenbereich 11 in der Abgasleitung 7.
  • Abhängig von der Verfügbarkeit einer geeigneten Lichtquelle, kann jede beliebige interessierende molekulare Verunreinigung detektiert werden. Zum Beispiel können durch das Messen der Dämpfung von Licht aus einer Diodenlaserquelle, die Licht mit einer für die Verunreinigung charakteristischen Wellenlänge emittiert, Wasserdampf, Stickoxid, Kohlenmonoxid und Methan oder andere Kohlenwasserstoffe detektiert werden.
  • Laserlichtquellen, die Licht in spektralen Bereichen emittieren, in denen interessierende Moleküle am stärksten absorbieren, führen zu Verbesserungen der Messempfindlichkeit. Insbesondere Lichtquellen, die bei Wellenlängen länger als etwa 2 μm emittieren, werden bevorzugt, da viele der molekularen Verunreinigungen starke Absorptionsbänder in diesem Bereich haben.
  • Es kann jede beliebige Lichtquelle mit abstimmbarer Wellenlänge verwendet werden. Unter den derzeit verfügbaren Lichtquellen werden Diodenlaser-Lichtquellen wegen ihrer schmalen Linienbreite (weniger als etwa 10–3cm–1) und vergleichsweise hohen Intensität bei der Emissionswellenlänge (etwa 0,1 bis zu mehreren Milliwatt) bevorzugt.
  • Beispiele von Laserdioden umfassen Diodenlaser des Bleisalz- und GaAs-Typs. Der Laser des Bleisalz-Typs erfordert Tiefsttemperaturen zum Betrieb und emittiert Infrarotlicht (d. h. Wellenlängen größer als 3 um), während der Diodenlaser des GaAs-Typs nahe bei Raumtemperatur arbeiten kann und in dem Nahinfrarot-Bereich emittiert (0,8–2 μm).
  • Kürzlich wurden Diodenlaser beschrieben (siehe "Mid-infrared wavelengths enhance trace gas sensing", R. Martinelli, Laser Focus World, März 1996, S. 77), die Sb als Zusatz zu GaAs (oder anderen III-V Verbindungen wie AsP) umfassen. Diese Dioden emittieren Licht mit einer Wellenlänge größer als 2 um, während sie bei –87,8°C arbeiten. Auch wenn eine solche niedrige Temperatur nicht günstig ist, so ist sie doch im Vergleich zu den Tiefsttemperaturen (weniger als –170°C) von Vorteil, die durch Bleisalz-Laser erfordert werden. Der Betrieb ähnlicher Laser bei 4 μm und 12°C wurde ebenfalls berichtet (siehe, Lasers und Optronics, März 1996). Diodenlaser der oben beschriebenen Art werden vorzugsweise bei Temperaturen von zumindest –40°C arbeiten. Die Verwendung thermoelektrischer Kühlvorrichtungen zur Temperaturregelung bei diesen Temperaturen macht diese Lichtquellen weniger kompliziert, als die Diodensysteme mit tieferen Temperaturen. Um die Verwendung dieser Laser erstrebenswerter zu machen, ist eine Verbesserung der optischen Eigenschaften gegen den Strompegel wichtig.
  • Zum Beispiel sollten Monomode-Dioden verfügbar sein (d. h. Dioden, deren Emission bei einer festen Temperatur und festem Betriebsstrom bei einer einzigen Wellenlänge liegt, wobei Emissionen bei anderen Wellenlängen zumindest 40 dB weniger intensiv sind).
  • Zur Verwendung bei der Erfindung geeignete Lichtquellen sind nicht auf die oben beschriebenen Diodenlaser beschränkt. Es kommen zum Beispiel andere Arten von Lasern in Betracht, die ähnlich bemessen und durch einfache elektrische Mittel abstimmbar sind, wie beispielsweise Faserlaser und Quantenkaskadenlaser. Die Verwendung derartiger Laser kommt in Betracht, wenn sie kommerziell erhältlich werden.
  • Ein Lichtstrahl 12, der durch die beschriebene Lichtquelle 9 erzeugt wird, wird durch ein lichtdurchlässiges Fenster 13, das in der Wand der Abgasleitung 7 angeordnet sein kann, in den Probenbereich 11 übertragen. Das Messsystem kann so konfiguriert sein, dass der Lichtstrahl 12 durch eine lichtreflektierende Fläche 14 in dem Probenbereich reflektiert wird und den Probenbereich 11 durch das gleiche Fenster verlässt, durch das es in den Probenbereich eintritt. Als Alternative können die Fenster, durch die der Lichtstrahl in den Probenbereich eintritt und ihn verlässt verschieden sein und auf unterschiedlichen Seiten der Abgasleitung angeordnet sein. Das Messsystem kann auch so konfiguriert sein, dass der Lichtstrahl von einem Lichteinlassfenster aus gerade durch den Probenbereich hindurch und durch ein Lichtauslassfenster tritt, ohne in dem Probenbereich reflektiert zu werden.
  • Die Licht reflektierende Fläche 14 kann entweder separat ausgebildet sein oder integral mit einer Wand der Abgasleitung 7. Die Licht reflektierende Fläche 14 ist vorzugsweise ein poliertes Metall. Da eine hohe Reflektivität dieser Fläche wünschenswert ist, kann die Fläche mit einer oder mehreren Schichten eines reflektierenden Materials, wie beispielsweise Gold, anderen Metallschichten oder einer hoch reflektierenden dielektrischen Beschichtung beschichtet sein, um ihre Reflektivität zu erhöhen. Um zudem nachteilige Effekte zu minimieren, die durch auf den Licht reflektierenden Flächen gebildete Ablagerungen erzeugt werden, kann auch eine Heizvorrichtung zum Heizen der Licht reflektierenden Fläche vorgesehen sein.
  • Wenn in Bezug auf 1B eine spektroskopische Messung in einem Teil der Abgasleitung gemacht wird, der nicht mit der Kammer in gerader Linie verbunden ist, sondern mit der Kammer nach einer Biegung in der Leitung verbunden ist, wurde ermittelt, dass die Entfernung eines kleinen Teils des Abgases an der Biegung besonders vorteilhaft ist, da die Fluiddynamiken in dem Messbereich beträchtlich verbessert werden. Eine Biegung in der Abgasleitung stromabwärts von dem Probenbereich ergibt Wirbel, die vergleichsweise langsam sind, um auf Konzentrationsänderungen stromaufwärts zu reagieren.
  • In einem solchen Fall kann eine fluidstabilisierende Menge von Abgas durch eine oder mehrere Fluidstabilisierungsleitung(en) 15 entfernt werden. Dadurch können die Wirbel wirksam verhindert oder minimiert werden. Die durch die Fluidstabilisierungsleitung 15 entfernte Abgasmenge beträgt weniger als 10 Volumenprozent des gesamten Abgasstroms aus der Kammer.
  • In Bezug zu 2A kann das absorptionsspektroskopische Messsystem 8 außerdem zumindest einen ersten Spiegel 16 zum Reflektieren des Lichtstrahls 12 von der Lichtquelle 9 durch das lichtdurchlässige Fenster 13 in den Probenbereich 11 und zumindest einen zweiten Spiegel 17, 18 zum Reflektieren des aus dem Probenbereich 11 austretenden Lichtstrahls 12 zu dem Hauptdetektor 10 umfassen. Der Spiegel 16 ist vorzugsweise gekrümmt, um den Lichtstrahl zu kollimieren, da das Licht aus der Diodenlaserquelle divergent ist. Die Spiegel 17, 18 sind ebenso vorzugsweise gekrümmt, um den parallelen Lichtstrahl auf den Detektor 10 zu fokussieren.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in 2B dargestellt ist, kann der Winkel des lichtdurchlässigen Fensters 13 eingestellt werden, so dass der Einfallswinkel des Laserlichts relativ zu einem Winkel senkrecht zu dem Fenster erhöht oder erniedrigt werden kann. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft, weil die Reflexion des Laserlichts zurück zu dem Laser angepasst und minimiert werden kann. Derartige Reflexionen können sowohl das Laserrauschen erhöhen (z. B. durch Rückkopplung in den Hohlraum) als auch zu Interferenzringen führen (z. B. durch Ausbilden eines Etalons mit den Laserreflexionsflächen), die die Messempfindlichkeit reduzieren.
  • Das Anordnen des Fensters 13 unter einem Winkel vermittelt auch den weiteren Vorteil, dass bequem ein zweiter Detektor 19 für die Detektion des reflektierten Teils des einfallen Lichtstrahls verwendet werden kann. Man beachte, dass die Figuren nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind und das Fenster 13 in Wirklichkeit so klein wie erforderlich sein kann. Auch der Winkel zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und dem von dem Spiegel 14 reflektierten Lichtstrahl ist in Wirklichkeit kleiner als angezeigt. Daher ist die Bedeutung der Anordnung des Fensters 13 unter einem Winkel größer, als es von einer oberflächlichen Betrachtung der 2A und 2B erscheinen mag.
  • Das lichtdurchlässige Fenster 13 kann zusätzlich auf einer Oberfläche gegenüber der dem Probenbereich gegenüberliegenden Seite mit einer Beschichtung versehen werden, um einen Teil des Lichtstrahls 12 zu reflektieren. Die Subtraktion des Signals für den reflektierten Teil des Strahls von dem Signal des transmittierten Teils kann genauere Absorptionsmessungen ergeben. Unter den kommerziell erhältlichen Beschichtungsmaterialien werden metallische Beschichtungen bevorzugt. Geeignete beschichtete Fenster sind kommerziell von verschiedenen Lieferanten wie Oriel, Melles Griot und Newport verfügbar.
  • In dem System kann ein zweiter Detektor 19, der ebenso eine Photodiode sein kann, zum Messen des Teils 20 des Lichtstrahls, der von dem lichtdurchlässige Fenster 13 reflektiert wird, sowie Mittel zum Abziehen dieses Referenzsignals von einer durch den Hauptdetektor 10 erhaltenen Signals vorgesehen sein. Ein Operationsverstärker in einer in der Literatur beschriebenen Konfiguration (siehe Z. B. Moore, J. H. et al., Building Scientific Apparatus, Addison Wesley, London, (1983)) kann als das Mittel zum Subtrahieren des Referenzsignals dienen.
  • Das reflektierte Licht zeigt keine Absorption durch die interessierenden Moleküle in dem Probenbereich und liefert daher ein Referenzsignal. Durch Abziehen des Referenzsignals von demjenigen des Lichts, das durch die Zelle tritt (das mit dem Hauptdetektor gemessen wird) können Schwankungen in der Lichtquelle kompensiert werden. Dies ermöglicht auch eine erhöhte Empfindlichkeit auf Signaländerungen aufgrund von molekularen Spezies in der Prozesskammer 2. Obschon Zweistrahl-Techniken, die die Subtraktion eines Referenzstrahls verwenden, allgemein bekannt sind, erfordern sie üblicherweise einen zugehörigen Strahlteiler, d. h. ein optisches Element, dessen Funktion es ist, den Lichtstrahl zu teilen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Eintrittsfenster der Kammer diese Funktion erfüllen, ohne zusätzliche Komponenten zu erfordern. Das Verhältnis des transmittierten zu dem an diesem Fenster reflektieren Licht kann durch die Verwendung einer geeigneten Beschichtung für das Fenster kontrolliert werden.
  • Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine Laserdiode, die auf einer genau geregelten Temperatur gehalten wird. Die Temperatur der Laserdiode wird üblicherweise mit einer Genauigkeit von zumindest plus minus 0,1°C geregelt. Geeignete Diodenlaser und Temperaturregler sind im Rahmen des Standes der Technik allgemein bekannt und von verschiedenen Herstellern verfügbar. Bleisalz-Laser sind von Laser Analytics Division der Laser Corp. und GaAs-Laser von Sensors Unlimited, Inc.
  • erhältlich. Ein geeigneter Temperaturregler ist der Lake Shore DRC-910A Temperaturregler (für Tiefsttemperaturen) oder irgendeines der vielen Modelle von ILX Lightwave, Inc. für den Betrieb nahe Raumtemperatur.
  • Eine Lichtquellenelektronik regelt den an den Diodenlaser angelegten Strom, so dass der Diodenlaser Licht einer speziellen Wellenlänge emittiert, die durch die molekularen Verunreinigungen absorbiert wird, die man zu messen wünscht. Wenn der an die Laserdiode angelegt Strom variiert, nimmt die Wellenlänge entsprechend des Diodentyps zu oder ab. Laserstromregler sind im Rahmen des Standes der Technik bekannt und kommerziell erhältlich. Ein geeigneter Regler ist der ILX Lightwave LDX-3620.
  • Ein Detektor, wie beispielsweise eine Photodiode, reagiert auf Licht der gleichen Wellenlänge, wie sie von dem Diodenlaser emittiert wird. Geeignete Detektoren sind im Rahmen des Standes der Technik bekannt und kommerziell erhältlich, wie beispielsweise der Graseby HgCdTe Model 1710112 für Infrarotdetektion oder der EG&G InGaAs C30641 für Nahinfrarotdetektion mit einem Verstärker mit 10 MHz Bandbreite. Der Detektor 10 spricht auf den Lichtstrahl 12 an, der von einer Oberfläche in der Abgasleitung reflektiert wird und durch eines oder mehrere der lichtdurchlässigen Fenster 13 austritt. Detektorelektroniken empfangen das Ausgangssignal aus dem Detektor und erzeugen ein Ausgangssignal, das mit der Absorptionsstärke des Lichts in dem gewünschten Wellenlängenbereich in Beziehung steht. Die Absorptionsstärke, d. h. das Verhältnis zwischen der detektierten Lichtintensität beim Vorhandensein der interessierenden molekularen Verunreinigungen und der Intensität, die bei ihrem Fehlen beobachtet würde, kann durch einen Computer unter Verwendung bekannter Kalibrierungsdaten in eine Konzentration der molekularen Verunreinigungen umgewandelt werden.
  • Es können verschiedene Verfahren zur Regelung der Wellenlänge des von dem Diodenlaser emittierten Lichts verwendet werden. Die Laserwellenlänge kann zum Beispiel auf den gewünschten Wert durch ein Rückkopplungssystem verriegelt werden oder kann wiederholt über einen Bereich gefahren werden, der die gewünschte Wellenlänge enthält, um ein Spektrum zu erzeugen. Aufeinanderfolgende Spektren können Bemittelt werden, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Diese beiden Techniken sind bekannt. (Siehe z. B. Feher et al., Tunable Diode Laser Monitoring of Atmospheric Trace Gas Constituents, Spectrochimica Acta, A 51, Seiten 1579– 1599 (1995) und Webster et al., Infrared Laser Absorption: Theory and Applications, Laser Remote Chemical. Analysis, R. M. Measuews (Hrsgb.), Wiley, New York (1988)).
  • Weitere Verbesserungen der Empfindlichkeit können durch Modulieren des Diodenstroms und der Wellenlänge und Demodulation des Detektorsignals bei der Modulationsfrequenz oder einer ihrer höheren Harmonischen erzielt werden. Diese Technik ist als Spektroskopie mit Detektion von Harmonischen bekannt. (S. Feher et al., Tunable Diode Laser Monitoring of Atmospheric Trace Gas Constituents, Spectrochimica Acta, A 51, Seiten 1579–1599 (1995) und Webster et al., Infrared Laser Absorption: Theory and Applications, Laser Remote Chemical Analysis, R. M. Measuews (Hrsgb.), Wiley, New York (1988)).
  • Bei einem besonders effektiven Absorptionssystem mit Detektion von Harmonischen kann die Amplitude der Lichtquellenmodulation auf einen Wert eingestellt werden, der den Wert des harmonischen Signals in der Mitte des detektierten Absorptionsmerkmals maximiert. Bei diesem System sind die Lichtquelle und der Detektor in einer Kammer enthalten, die von dem Probenbereich isoliert ist, und der Kammerdruck wird auf einen Druck geregelt, der größer als der Atmosphärendruck ist. Durch unter Druck Setzen der Kammer kann das detektierte Signal maximiert werden, wodurch genaue Messungen in einer Probe mit einer Genauigkeit bis in den Bereich von Teilen je Milliarde (ppb) ermöglicht werden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Vielzahl von Spiegeln (oder ein Spiegel mit mehreren Facetten) in der Abgasleitung 7 angeordnet werden. Dies gestattet es, dass das Licht mehrmals durch den Probenbereich tritt. Durch diese Erhöhung der effektiven Weglänge wird die Empfindlichkeit des Messsystems erhöht.
  • Mehrfachdurchgangszellen sind in der Lage die Empfindlichkeit des Messsystems zu erhöhen, indem sie die effektive Weglänge erhöhen, die der Lichtstrahl zurücklegt. Unter diesen Zellen kann die planare Mehrfachdurchgangszelle in den Richtungen parallel und senkrecht zu der Ebene der Lichtausbreitung beliebig klein gemacht werden. Wegen ihrer Größe ist die planare Mehrfachdurchgangszelle besonders gut für die Verwendung bei existierenden Halbleiterverarbeitungsinstrumenten geeignet.
  • Die in dieser Anmeldung vorgestellte besondere Zelle ist eine polygonale, planare Mehrfachdurchgangszelle. Die Zelle umfasst einen Probenbereich, der von einer Vielzahl von Wänden mit lichtreflektierenden Flächen eingefasst ist. Als Ergebnis der regelmäßigen Form kann der Lichtstrahl von jeder Wand reflektiert werden, bevor er die Zelle verlässt. Weil der Lichtstrahl in der gleichen Ebene bleibt, kann die Abmessung der Zelle minimal gehalten werden.
  • Das folgende Beispiel veranschaulicht, dass die Systeme und Verfahren der Erfindung besonders nutzbringend bei der Detektion von gasförmigen molekularen Spezies sind.
  • BEISPIEL 1
  • Wie oben beschrieben wird die Feuchtigkeitskonzentration in einem Halbleiterverarbeitungssystem während des Ätzens unter Verwendung des oben beschriebenen Betriebsverfahrens überwacht.
  • Als Halbleiterverarbeitungssystem wird ein Applied Materials Precision 500 Plasmaätzssystem in Verbindung mit einem TDLAS Messsystem verwendet. Das Messsystem ist für Wasserdampfmessungen ausgelegt, um die Trocknungseigenschaften der Prozesskammer zu bestimmen.
  • Der Probenbereich des Messsystems ist in der Abgasleitung des Ätzinstruments angeordnet. Die lichtdurchlässigen Eintritts- und Austrittsfenster sind direkt gegenüber voneinander in den Wänden der Abgasleitung mit dem dazwischen angeordneten Probenbereich angeordnet, so dass das von der Laserdiode emittierte Licht durch das Einlassfenster zu dem Auslassfenster gerade hindurchtritt.
  • Die Diode wird durch Sensors Unlimited Inc. hergestellt und besteht aus InGaAsP/InP. Die Diode wird so gefertigt, dass sie Licht in dem Wellenlängenbereich emittiert, der 1,3686 Mikrometer beinhaltet, wo eine starke Absorption durch Wasserdampf auftritt. Die Diode ist von der Art mit verteilter Rückkopplung (DFB), die für eine Monomode-Emission sorgt, d. h. um sicher zu stellen, dass die Diode bei einer einzigen Frequenz emittiert, wie es beschrieben ist in M. Feher et al., Spectrochimica Acta, A 51, Seiten 1579–1599 (1995). Die Diode ist auf einem thermoelektrischen Kühler angebracht, der durch einen miniaturisierten Hytek 5610 Proportionaltemperaturregler auf 25°C geregelt wird. Der Laserstrom wird durch einen ILX Lightwave ILX 3620 geregelt.
  • Die Diode ist im Brennpunkt eines zur Achse exzentrischen Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 1,27 cm (0,5 Zoll) platziert, der den Diodenlaserstrahl kollimiert. Der Spiegel weist eine polierte Aluminiumfläche auf. Der Detektor ist ein EG&G C30642, der eine InGaAs Photodiode mit einem Durchmesser von 2 mm ist. Das Detektorausgangssignal wird durch einen Vorverstärker der Analog Modules Inc. verstärkt. Das System ist extrem kompakt und kann (mit Ausnahme des Stromreglers) in einem Würfel von etwa 15,24 cm (6 Zoll) auf jeder Seite untergebracht werden.
  • Die Wellenlänge des von der Laserdiode emittierten Lichts wird auf den charakteristischen Wert (d. h. 1,3686 um) unter Verwendung eines zu der Laserdiode zurückgekoppleten Signals verriegelt. Um korrekt auf die Wellenlänge zu verriegeln, wird ein Signal verwendet, das der dritten Ableitung des Absorptionssignals entspricht. Feuchtigkeitsmessungen werden beim Eintritt des Substrats in die Prozesskammer gestartet und nach dem Abschluss des Prozesses beendet, wobei Messungen über Intervalle von einer Sekunde Bemittelt werden. Die Daten werden unmittelbar verrechnet, wobei die Ergebnisse zu dem Prozessregler des Ätzinstruments zurückgeführt werden.
  • Nach dem Laden des Halbleitersubstrats in die Prozesskammer wird das System evakuiert bis der Wasserdampf-Partialdruck 2,7 kPa (20 mTorr) ist. An diesem Punkt werden 30 sccm BCl3, 40 sccm Cl2, 250 sccm He und 9,4 sccm CHCl3 in die Prozesskammer eingeführt. Nach einer Minute werden die Gasströme abgeschaltet und der Feuchtigkeitspegel nimmt nach der Reaktion mit dem restlichen BC13 allmählich wieder annähernd seinen vorherigen Pegel an.
  • 3 ist eine graphische Darstellung des Wasserdampfdrucks gegen die Prozessdauer. Der Feuchtigkeits-Partialdruck fällt wegen der folgenden schnellen Reaktion von BC13 mit Wasserdampf unter detektierbare Werte: 2BCl3 + 3H2O = B2O3 (fest) + 6HCl
  • Wenn der Feuchtigkeits-Partialdruck zu hoch ist, ist somit eine zu frühe Zugabe von BC13 zu dem Prozess nachteilig, weil eine übermäßig hohe Zahl von Teilchen gebildet werden wird. Teilchen haben bekannter Weise schädliche Wirkungen auf die Halbleiter-Vorrichtungen. Andererseits ist das Vorhandensein von Wasserdampf während verschiedenen Ätzprozessen, wie zum Beispiel Aluminiumätzen, inakzeptabel. BC13 ist daher notwendig, um die letzten Reste von Wasserdampf zu eliminieren. Das erfindungsgemäße System kann dazu verwendet werden, zu ermitteln, wann der Feuchtigkeits-Partialdruck hinreichend niedrig ist, um die Zugabe von BC13 zu gestatten und auch um zu verifizieren, dass die Zugabe von BC13 ausreicht, um restlichen Wasserdampf vollständig zu entfernen.
  • BEISPIEL 2
  • Unter Verwendung des gleichen, oben in Bezug auf Beispiel 1 beschriebenen Ätzwerkzeugs wird CO in einem ASH-Prozess überwacht, bei dem Photoresist von einem geätzten Substrat entfernt wird. In dem Messsystem ist eine von Laser Photonics Corp. hergestellte Bleisalzdiode in einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Kaltkopf von Laser Analytics montiert. Eine asphärische, antireflektierend beschichtete F/1 ZnSe-Linse mit einem Durchmesser von 2,54 Servomotor (1 Zoll) wird zum Kollimieren des Strahls verwendet. Der Detektor ist ein Graseby HgCdTe, Modell 1710112, mit einem Verstärker mit einer Bandbreite von 10 MHz. Der Laserstrom wird durch einen ILX Lightwave ILX 3620 geregelt und die Temperatur wird durch einen Regler Lake Shore DRC-910A geregelt. Die Wellenlänge des von der Laserdiode emittierten Lichts wird unter Verwendung eines zu der Laserdiode rückgekoppleten Signals auf den charakteristischen Wert für CO, d. h. 4,7 μm verriegelt. Es wird ein Signal verwendet, das der dritten Ableitung des Absorptionssignals entspricht.
  • Nach dem Laden des Halbleitersubstrats in die Ätzkammer wird O2 mit einer Flussrate von 60 sccm in die Kammer eingeführt. Der Druck wird während des Prozesses auf 0,20 kPa (1,5 Torr) gehalten und die CO-Messungen werden den ganzen Prozess hindurch durchgeführt. Die Messungen werden in Intervallen von einer Sekunde gemittelt.
  • Die Ergebnisse aus den CO-Messungen sind in 4 dargestellt, die den CO-Dampfdruck gegen die Prozessdauer zeigt. Die graphische Auftragung zeigt, dass der Endpunkt des Prozesses nach etwa 6 Minuten auftritt, wobei das CO in der Prozesskammer an diesem Punkt abfällt.
  • Die obigen Beispiele zeigen, dass das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren gut zur Überwachung von gasförmigen molekularen Spezies in einer Abgasleitung geeignet sind.
  • Zusätzlich zu den obigen Anwendungen, ist die Erfindung insbesondere bei einer Ladeschleusenkammer anwendbar. Immer wenn ein Wafer in eine Halbleiterverarbeitungskammer eingeführt wird, wird er im allgemeinen zuerst in einer Ladeschleusenkammer platziert, die gespült und/oder zyklisch evakuiert wird, um atmosphärische Luft oder andere Verunreinigungen zu entfernen. Der Wafer wird dann aus der Ladeschleusenkammer in die eigentliche Prozesskammer transferiert. Das Ausmaß des erforderlichen Spulens und/oder zyklischen Evakuierens kann durch den in dem Vakuumzyklus erzielten Druck bestimmt werden. Dies ist jedoch keine spezifische Messung und zeigt nicht an, ob der Restdruck primär auf Wasser (üblicherweise ein Ergebnis davon, dass das Substrats Luft ausgesetzt wird) oder auf anderen Spezies beruht, die aus dem Substrat ausgast (üblicherweise aus den vorhergehenden Prozessschritten). Es ist daher besonders nutzbringend, den Wasserdampf in der Ladeschleusenkammer zu überwachen. Ein derartiges Verfahren ist besonders nützlich bei einer Ladeschleusenkammer, die nur mit Spülung arbeiten, da Vakuummessungen nicht machbar sind.
  • Durch Anordnung des Diodenlasersystems in der Abgasleitung einer Ladeschleusenkammer ist es möglich, den Wasserdampf in dem Ladeschleusenabgas nach einem Spülzyklus zu messen. Falls der erforderliche Feuchtigkeitspegel in dem Prozess bekannt ist, kann die Spülzeit optimiert werden, so dass sie gerade auszureichen, damit die erforderliche Reinheit bereitgestellt wird. Da Transferschritte zwischen Prozessen dafür bekannt sind, einen merklichen Teil der verfügbaren Prozesskammerzeit in der Halbleiterindustrie auszumachen, können durch diese Vorgehensweise merkliche Kostenvorteile erzielt werden.
  • Auf ähnliche Weise kann ein Feuchtesensor, der in dem Auslass irgendeiner Kammer platziert ist, dazu verwendet werden, die Länge des anfänglichen Spül- oder Vakuumzyklus zu bestimmen, der oft verwendet wird, um atmosphärische Bestandteile nach dem Laden von Wafern aus dem Beinraum, einem vorhergehenden Prozessschritt, einer Ladeschleusenkammer oder einer Transferkammer zu beseitigen.

Claims (36)

  1. Halbleiterverarbeitungssystem (1) mit: – einer Halbleiterprozesskammer (2) zur Verarbeitung eines Halbleitersubstrats (3), wobei die Kammer (2) eine mit ihr verbundene Abgasleitung (7) aufweist, wobei die Abgasleitung (7) einen Probenbereich (11) umfasst, wobei im Wesentlichen das ganze Kammerabgas durch den Probenbereich (11) tritt, – einem absorptionsspektroskopischen Messsystem (8) zum Detektieren einer gasförmigen, molekularen Spezies mit einer Lichtquelle (9) und einem Hauptdetektor (10) in optischer Verbindung mit dem Probenbereich (11) durch eines oder mehrere lichtdurchlässige Fenster (13), wobei die Lichtquelle (9) so angeordnet ist, dass sie einen Lichtstrahl (12) in den Probenbereich (11) durch eines der einen oder mehreren lichtdurchlässige Fenster (13) lenkt, wobei der Lichtstrahl (12) durch den Probenbereich (11) tritt und aus dem Probenbereich (11) durch eines der einen oder mehreren lichtdurchlässigen Fenster (13) austritt, und der Hauptdetektor (10) so angeordnet ist, dass er auf den aus dem Probenbereich (11) austretenden Lichtstrahl (12) anspricht.
  2. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das absorptionsspektroskopische System (8) ein absorptionsspektroskopisches System mit einem abstimmbaren Diodenlaser ist.
  3. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das absorptionsspektroskopische System (8) ein absorptionsspektroskopisches System mit Detektion einer Harmonischen ist.
  4. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 3, wobei die verwendete Harmonische eine zweite Harmonische ist.
  5. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 3, wobei die verwendete Harmonische eine vierte Harmonische ist.
  6. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, außerdem mit einem zweiten Detektor (19) zum Erfassen des Teils (20) des einfallenden Lichtstrahls, der von dem einen der einen oder mehreren lichtdurchlässigen Fenster (13) reflektiert wird, durch das der Lichtstrahl in den Probenbereich (11) tritt.
  7. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 6, außerdem mit Mitteln zum Subtrahieren eines von dem zweiten Detektor (19) bereitgestellten Referenzsignals von einem von dem Hauptdetektor (10) bereitgestellten Signal.
  8. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der Probenbereich (11) in der Abgasleitung (7) zwischen und in Verbindung mit der Halbleiterprozesskammer (2) und einer Vakuumpumpe angeordnet ist.
  9. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 8, wobei als das Halbleiterverarbeitungssystem ein Ätzsystem, ein System zur chemischen Dampfabscheidung, ein Ionenimplantationssystem, ein Sputtersystem oder ein System zur schnellen Wärmebehandlung gewählt wird.
  10. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 9, wobei das Halbleiterverarbeitungssystem ein Ätzsystem ist, das aus einem Oxidätz- oder Metallätzsystem gewählt wird.
  11. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Prozesskammer (2) so ausgelegt ist, dass sie bei ungefährem Atmosphärendruck arbeitet.
  12. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterprozesskammer (2) dafür ausgelegt ist, eine Plasmaatmosphäre zu enthalten.
  13. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterprozesskammer (2) dafür ausgelegt ist, eine reaktive Gasatmosphäre zu enthalten.
  14. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das absorptionsspektroskopische Messsystem (8) dafür ausgelegt ist, eine Wasserdampfkonzentration zu messen.
  15. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der Lichtstrahl durch ein erstes lichtdurchlässiges Fenster tritt, bevor er in den Probenbereich eintritt, und der Lichtstrahl durch ein zweites lichtdurchlässiges Fenster tritt, nachdem er den Probenbereich durchquert hat, wobei der Lichtweg von dem ersten und dem zweiten lichtdurchlässigen Fenster im Wesentlichen linear ist.
  16. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der Lichtstrahl so angeordnet ist, dass er im Probenbereich (11) von einer oder mehreren lichtreflektierenden Flächen (14) reflektiert wird.
  17. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei der Probenbereich (11) in einer Messzelle enthalten ist.
  18. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 17, wobei die Messzelle eine Messzelle mit Mehrfachdurchgang ist.
  19. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das System außerdem eine Fluidstabilisierungsleitung (15) zum Entfernen von weniger als etwa 10 Volumenprozent des gesamten Abgasstroms aus der Halbleiterprozesskammer (2) umfasst.
  20. Halbleiterverarbeitungssystem nach Anspruch 1, außerdem mit einem Alarmsystem, das aktiv wird, wenn die detektierte gasförmige, molekulare Spezies eine vorbestimmte Detektionsgrenze erreicht.
  21. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies in dem Kammerabgas einer Halbleiterprozesskammer, die Teil eines Halbleiterverarbeitungssystems ist, wobei: eine gasförmige, molekulare Spezies durch ein absorptionsspektroskopisches Verfahren durch Lenken eines Lichtstrahls (12) aus einer Lichtquelle (9) durch ein oder mehrere lichtdurchlässige Fenster (13) in einen Probenbereich (11), wobei der Lichtstrahl (12) durch den Probenbereich (11) tritt und aus dem Proberibereich (11) durch eines der einen oder mehreren 1ichtdurchlässigen Fenster (13) austritt, und durch Erfassen. des aus dem Probenbereich (11) durch eines der einen oder mehreren lichtdurchlässigen Fenster (13) austretenden Lichtstrahls (12) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halbleiterprozesskammer (2) vorgesehen ist, die eine mit ihr verbundene Abgasleitung (7) aufweist, wobei die Abgasleitung (7) den Probenbereich (11) beinhaltet und wobei im Wesentlichen das ganze Abgas der Halbleiterprozesskammer durch die Abgasleitung (7) aus der Kammer (2) entfernt wird, wobei das entfernte Abgas durch den Probenbereich (11) tritt.
  22. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei das absorptionsspektroskopische Verfahren ein absorptionsspektroekopisches Verfahren mit einem abstimmbaren Diodenlaser ist.
  23. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei das absorptionsspektroskopische Verfahren ein absorptionsspektroskopisches Verfahren mit Detektion einer Harmonischen ist.
  24. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 23, wobei die verwendete Harmonische eine zweite Harmonische ist.
  25. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 23, wobei die verwendete Harmonische eine vierte Harmonische ist.
  26. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, außerdem mit dem Erfassen des Teils des einfallenden Lichtstrahls, der von dem einen der einen oder mehreren lichtdurchlässigen Fenster (13) reflektiert wird, durch das der Lichtstrahl in den Probenbereich (11) tritt.
  27. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 26, außerdem mit dem Subtrahieren eines von dem zweiten Detektor (19) bereitgestellten Referenzsignals von einem von dem Hauptdetektor (10) erhaltenen Signal.
  28. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei die Kammer (2) bei ungefährem Atmosphärendruck arbeitet.
  29. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei die Kammer (2) durch eine Vakuumpumpe, ein Gebläse oder eine Reinigungskammer in Verbindung mit der Abgasleitung (7) evakuiert wird.
  30. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei die Prozesskammer (2) eine Plasmaatmosphäre enthält.
  31. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei die Prozesskammer (2) eine reaktive Gasatmosphäre enthält.
  32. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei die molekulare Spezies Wasserdampf ist.
  33. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei der Lichtstrahl durch ein erstes lichtdurchlässiges Fenster tritt, bevor er in den Probenbereich eintritt, und der Lichtstrahl durch ein zweites lichtdurchlässiges Fenster tritt, nachdem er den Probenbereich durchquert hat, wobei ein Lichtweg von dem ersten und dem zweiten lichtdurchlässigen Fenster im Wesentlichen linear ist.
  34. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, wobei der Lichtstrahl im Probenbereich von einer oder mehreren lichtreflektierenden Flächen (14) reflektiert wird.
  35. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, außerdem mit dem Entfernen von weniger als etwa 10 Volumenprozent des gesamten Abgasstroms aus der Halbleiterprozesskammer (2).
  36. Verfahren zur Detektion einer gasförmigen, molekularen Spezies nach Anspruch 21, außerdem mit dem Bereitstellen eines Alarmsystems, das aktiv wird, wenn die detektierte gasförmige, molekulare Spezies eine vorbestimmte Detektionsgrenze erreicht.
DE69628623T 1995-10-10 1996-10-07 Verfahren zur Detektion von gasförmigen, molekularen Spezien in den Kammerabgasen einer Halbleiterprozesskammer, und damit ausgerüstetes Halbleiterverarbeitungssystem Expired - Lifetime DE69628623T3 (de)

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