DE69830730T2

DE69830730T2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des endpunktes in einem kammerreinigungsprozess

Info

Publication number: DE69830730T2
Application number: DE69830730T
Authority: DE
Inventors: T. Wendell BLONIGAN; T. James GARDNER
Original assignee: AKT Inc
Current assignee: AKT Inc
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: WO1999006610A1; TW409289B; KR20060083994A; EP1007762B1; US6881276B2; JP2001527151A; DE69830730D1; US6534007B1; KR20010022529A; US20030159711A1; EP1007762A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insgesamt auf eine chemische Gasphasenabscheidungs-(CVD-)Behandlung, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Reinigung einer CVD-Kammer.
CVD wird in weitem Umfang in der Halbleiterindustrie zum Abscheiden von Filmen unterschiedlicher Arten, wie intrinsisches und dotiertes amorphes Silicium (a-Si), Siliciumoxid (Si_xO_y), Siliciumnitrid (Si_rN_s), Siliciumoxynitrid, und dergleichen auf einem Substrat verwendet. Die moderne Halbleiter-CVD-Behandlung erfolgt gewöhnlich in einer Vakuumkammer unter Verwendung von Vorläufergasen, die zur Bildung des gewünschten Films dissoziieren und reagieren. Um Filme bei niedrigen Temperaturen und mit relativ hohen Abscheidungsraten abzuscheiden, kann ein Plasma aus den Vorläufergasen in der Kammer während der Abscheidung gebildet werden. Solche Prozesse sind als plasmaverstärkte CVD-Prozesse oder PECVD bekannt.
CVD-Halbleiterbehandlungskammern nach dem Stand der Technik bestehen aus Aluminium und haben einen Halter für das Substrat sowie eine Öffnung für den Eintritt der benötigten Vorläufergase. Wenn ein Plasma verwendet wird, sind der Gaseinlass und/oder der Substrathalter mit einer Leistungsquelle verbunden, beispielsweise einer Hochfrequenz-(RF-)Leistungsquelle. An die Kammer ist auch eine Vakuumpumpe angeschlossen, um den Druck in der Kammer zu steuern und um verschiedene Gase und Teilchen zu entfernen, die während der Abscheidung erzeugt werden.
Bei der gesamten Halbleiterbehandlung müssen Teilchen in der Kammer auf einem Minimum gehalten werden. Die Teilchen werden gebildet, weil während des Abscheidungsprozesses der Film nicht nur auf dem Substrat, sondern auch auf Wänden und verschiedenen Installationsteilen, wie Abschirmungen, dem Substrathalter und dergleichen, in der Kammer abgeschieden werden. Während der darauf folgenden Abscheidungen kann der Film an den Wänden usw. reißen oder sich abschälen, wodurch Verunreinigungsteilchen auf das Substrat fallen können.
Dies verursacht Probleme und Schäden an speziellen Bauelementen auf dem Substrat. Beschädigte Bauelemente müssen ausgesondert werden.
Wenn große Glassubstrate, beispielsweise mit Größen von bis zu 360 mm × 450 mm oder noch größer, zur Herstellung von Dünnfilmtransistoren für die Verwendung als Rechnerbildschirme und dergleichen behandelt werden, können auf einem einzigen Substrat mehr als eine Million Transistoren ausgebildet werden. Das Vorhandensein von Verunreinigungen in der Behandlungskammer ist in diesem Fall noch schwerwiegender, da der Rechnerbildschirm und dergleichen nicht funktioniert, wenn er durch Teilchen geschädigt wird. In diesem Fall muss das ganze große Glassubstrat ausgesondert werden.
Deshalb muss die CVD-Kammer periodisch gereinigt werden, um angesammelte Filme von vorherigen Abscheidungen zu entfernen. Das Reinigen erfolgt gewöhnlich dadurch, dass ein Ätzgas, insbesondere ein Fluor enthaltendes Gas, wie Stickstofftrifluorid (NF₃), in die Kammer eingeführt wird. Ein Standardverfahren zur Durchführung dieses Reinigungsverfahrens besteht darin, einen konstanten NF₃-Strom in die Kammer zu führen. Aus dem Fluorenthaltenden Gas wird ein Plasma injiziert, das mit Beschichtungen aus früheren Abscheidungen an den Kammerwänden und Installationseinrichtungen, beispielsweise Beschichtungen aus a-Si, Si_xO_y, Si_rN_s, SiON und dergleichen, sowie mit irgendwelchen anderen Materialien in der Kammer reagiert. Insbesondere erzeugt das NF₃ freie Fluorradikale "F*", die mit Si-enthaltenden Rückständen reagieren.
Die Reaktion bildet gasförmige Fluor-enthaltende flüchtige Produkte, die durch das Kammerabsaugsystem abgepumpt werden können. Auf dieses Verfahren folgt gewöhnlich eine Stickstoffreinigung.
Wenn die flüchtigen Stoffe abgepumpt sind, bleibt der F*-Beitrag zum Gesamtdruck niedrig, bis keine Rückstände mehr verblieben sind, mit denen das F* reagieren kann. Dann nimmt der F*-Beitrag zum Gesamtdruck, und somit der Gesamtdruck an sich zu. Diesen Anstieg kann man dazu nutzen, den Endpunkt des Reinigungsvorgangs zu erfassen, indem der Gesamtdruck mit einem Manometer überwacht wird und abgewartet wird, bis ein vom Benutzer festgelegter Endpunktdruck erreicht ist.
Diese Technik ist beispielsweise für Änderungen in der Manometerdruckablesung über der Zeit, d.h. der "Manometerdruck-Nullpunktverschiebung", anfällig. Solche Änderungen gibt es bei einem jeden solchen Instrument. Sie können gewöhnlich durch geeignete Kalibriertechniken unterbunden werden. Wenn die Änderung derart ist, dass das Manometer wenig abweicht, kann es scheinen, dass der Prozess den Endpunkt nicht erreicht. In diesem Fall wird die Reinigung unbegrenzt ausgeführt oder bis eine vorgegebene Zeit erreicht wird, die als "Zeitsperre nach Vorgabe" bezeichnet wird. Auch wenn die Kammer gereinigt ist, wird der Durchsatz verringert und werden die Kosten erhöht, letzteres insbesondere, weil NF₃ wesentlich teurer als jedes andere Prozessgas ist. Das Strömenlassen einer großen und konstanten NF₃-Menge ist kostspielig und ineffizient.
Wenn andererseits das Manometer stark abweicht, kann der vorgegebene Druck vor dem Endpunkt erreicht werden, was zu einer unvollständigen Reinigung führt. Es können Rückstände in der Kammer verbleiben, die eine potenzielle Quelle für Verunreinigungsteilchen sind.
Ein Weg zum Bewahren von NF₃ besteht darin, an dem Ventileinlass für NF₃ einen Regler zu installieren. Der Regler ermöglicht es, dass NF₃ so strömt, dass der NF₃-Druck in der Kammer konstant gehalten wird. Auf diese Weise ist der Durchsatz nicht länger von der Lösung abhängig, dass der Endpunkt des Reinigungsvorgangs bei Verwendung des Anstiegs des NF₃-Pegels nicht erfasst werden kann, da der Druck gemäß Auslegung konstant ist.
Die US 5,632,821 beschreibt ein Verfahren zur Durchführung eines Nachbehandlungsprozesses nach einer In-situ-Reinigung zum Entfernen von Rückstandsmaterial, das in einer Reaktionskammer nach einem CVD-Prozess zurückgeblieben ist. Der Nachbehandlungsprozess weist ein Nachbehandlungsgas auf, welches ein Element enthält, das auch der Dünnfilm aufweist und das mit einem Reinigungsgas zur Bildung eines flüchtigen Produkts reagiert. Ferner ist ein plasmabildendes System vorgesehen.
Die US 5,308,414 stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zeit bereit, bei welcher ein Plasmaätzprozess beendet werden sollte. Das Verfahren erzeugt wenigstens ein Ätzprodukt und eine Plasmakontinuum-Emission. Diese Emissionen werden überwacht, und es wird ein Beendigungssignal erzeugt, wenn sie divergieren.
Die US 5,348,614 beschreibt ein Verfahren zur dynamischen Einstellung der Konzentration von einem oder mehreren Reaktionsteilnehmern in einem plasmagestützten Ätz- oder Abscheidungsprozess. Die Konzentrationen der Spezies werden aktinometrisch überwacht, und die Konzentration wird durch Einstellen des Stroms in die Kammer aufrechterhalten.
Die US 4,491,499 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der optimalen Zeit, bei welcher ein Plasmaätzprozess beendet werden sollte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Reinigen einer Behandlungskammer gerichtet, das eine optoelektronische Erfassung des Abschlusses oder des Endpunkts des Reinigungsvorgangs aufweist, wenn eine Ration von Emissionslinien einen Schwellenwert erreicht. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte. In der Kammer wird ein Plasma aus Reinigungsgas bereitgestellt. Die Stärke von Emissionslinien von wenigstens einem Reinigungsgas und der Hintergrundemission in der Kammer werden überwacht. Es wird ein Verhältnis zwischen der Stärke und der Reinigungsgas-Emissionslinie und der Stärke der Hintergrundemission bestimmt und über einen Zeitraum überwacht. Das bestimmte Verhältnis wird mit einem vorgegebenen Schwelleneichwert verglichen. Basierend auf dem Vergleichsschritt wird der Strom des Reinigungsgases gesteuert.
Bei einer Ausführungsform dissoziiert das Plasma des Reinigungsgases einen Teil der Moleküle des Reinigungsgases wenigstens teilweise. Die Emissionslinienstärke eines Bestandteils des teilweise dissoziierten Reinigungsgases kann überwacht und bei dem obigen Verhältnis verwendet werden.
Zu den Ausführungen der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Ausgestaltungen gehören. Die Kammer kann eine CVD-Kammer sein. Das Reinigungsgas kann NF₃ mit einem Partialdruck im Bereich von etwa 13,3 und 266 Pa (0,1 und 2,0 Torr), und insbesondere von etwa 133 Pa (1,0 Torr) sein. Der Bestandteil des teilweise dissoziierten Reinigungsgases kann Fluor aufweisen. Die überwachte Reinigungsgas-Emissionslinie kann etwa 740 nm betragen. Die Emissionsstärke des Hintergrundgases kann der Emissionsstärke einer Vielzahl von Hintergrundgasen entsprechen, wie sie durch einen neutralen Dichtefilter gemessen wird. Zu dem Steuerschritt kann der Schritt des Beginns einer vorher eingestellten Verzögerungspe riode basierend auf dem Vergleichsschritt und das Steuern des Gasstroms nach dem Ende der vorher eingestellten Verzögerungsperiode gehören. Die vorher eingestellte Verzögerungsperiode kann sowohl bei der Hardware als auch bei der Software ausgeführt werden.
Bei einer Ausführungsform wird ein Reinigungssystem für eine Behandlungskammer bereitgestellt, das eine Reinigungszuführung mit einem mit einem Ventil versehenen Einlass für einen Eintritt ins Innere der Kammer zum Führen eines Reinigungsgases in den Innenraum der Kammer aufweist. Zum Erfassen einer elektromagnetischen Strahlung in dem Innenraum der Kammer wird ein Detektor mit einem optischen Eingang verwendet. Der Detektor hat einen ersten Kanal zum Erfassen einer relativen Stärke einer Emissionslinie, die einem Bestandteil des Reinigungsgases entspricht, sowie einen zweiten Kanal zum Erfassen einer relativen Stärke einer Emissionslinie, die den Hintergrundgasen entspricht. Zum Bestimmen eines normalisierten Signals wird eine Einrichtung verwendet, die ein Signal aus dem ersten Kanal und ein Signal aus dem zweiten Kanal benutzt. Der Wert des normalisierten Signals ist bezüglich gleichzeitiger entsprechender Änderungen der Stärke des von dem ersten Kanal gemessenen Signals und der Stärke des von dem zweiten Kanal gemessenen Signals im Wesentlichen invariant.
Zu den Ausführungen der Erfindung können die folgenden gehören. Das System kann weiterhin einen neutralen Dichtefilter zum Filtrieren eines Eingangs zum zweiten Kanal haben, so dass der zweite Kanal die relative Stärke von Emissionslinien einer Anhäufung der Hintergrundgase misst. Die Einrichtung kann Software oder eine Schaltung oder beides sein. Das System kann weiterhin einen Zeitgeber aufweisen, der eine vorgegebene Verzögerungsperiode einstellt. Der Zeitgeber kann als Hardware, Software oder beides eingesetzt werden. Der Detektor kann an der Außenseite der Kammer angeordnet werden, um die Strahlung im Innenraum der Kammer durch einen transparenten Sichtkanal zu überwachen, oder er kann direkt im Inneren der Kammer angeordnet werden.
Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Reinigen einer Behandlungskammer bereitgestellt, bei welchem der Abschluss oder der Endpunkt des Reinigungsvorgangs optoelektronisch erfasst wird, wenn ein Verhältnis von Emissionslinien einen Schwellenwert erreicht. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. In der Kammer wird ein Plasma eines Reinigungsgases bereitgestellt. Es wird die Stärke von Emissionslinien des Reinigungsgases und wenigstens eines Hintergrundgases der Kammer überwacht. Unter Verwendung der Stär ke der Emissionslinie des Reinigungsgases und der Stärke der Emission des Hintergrundgases wird ein normalisiertes Signal so bestimmt, dass der Wert des normalisierten Signals bezüglich gleichzeitiger entsprechender Änderungen bei den Hintergrundgas- und Reinigungsgassignalstärken im Wesentlichen invariant ist. Das normalisierte Signal wird über eine Zeitperiode überwacht. Das normalisierte Signal wird mit einem vorher eingestellten Schwellenwert verglichen. Basierend auf dem Vergleichsschritt wird der Gasstrom gesteuert.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine beträchtlich verringerte Reinigungsgasmenge zum Reinigen einer Kammer erforderlich ist, da nur die NF₃-Menge verwendet wird, die zum Reinigen der Kammer tatsächlich erforderlich ist. Es ergibt sich ein geringerer Verbrauch an teurem NF₃, da eine Ist-Zeit-Überwachung der Reinigung verwendet wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Endpunkt einer Kammerreinigung bestimmt werden kann. Wenigstens aus diesen Gründen ist der Reinigungsprozess billiger als bei bisherigen Verfahren. Schließlich werden Probleme hinsichtlich Manometerabweichung und Zeitsperre nach Vorgabe im Wesentlichen beseitigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer PECVD-Kammer zum Abscheiden von Dünnfilmen auf einem Substrat, die gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
2 ist ein Ablaufdiagramm einer Vorrichtung zur Durchführung eines Reinigungsverfahrens der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm, das optoelektronische invertierende Vorverstärkersignale von Fluor- und Hintergrundemissionen über der Zeit für zwei unterschiedliche Plasmaleistungen zeigt.
4 ist ein Diagramm, das optoelektronische invertierte Signale von F*- und Hintergrundemissionen, ein dem Verhältnis der obigen optoelektronischen Signale entsprechendes normalisiertes Signal, ein End-Bit-Signal und ein verstärktes Kammer-Manometersignal jeweils über der Zeit zeigt.
5 ist ein Diagramm, das ein normalisiertes Signal und ein End-Bit-Signal für die beiden Plasmaleistungen von 3 zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein End-Bit-Signal verglichen mit den verschiedenen Gas-"Stärken" zeigt, die durch einen Rückstands-Gasanalysator (RGA) erhalten werden.
Gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen stehen für gleiche Bauelemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das am 22. November 1994 für Robertson et al. ausgegebene US-Patent 5,366,585 mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von leitenden Oberflächen in einem Plasmabehandlungsreaktor", das auf die Zessionarin der vorliegenden Erfindung übertragen ist, offenbart eine PECVD-Kammer, bei der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Natürlich lässt sich die Erfindung auch bei zahlreichen anderen Arten von CVD-Einrichtungen sowie bei Einrichtungen für andere Abscheidungsverfahren verwenden.
Wie in 1 gezeigt ist, hat eine PECVD-Vorrichtung 130 einen Suszeptor 135 mit einem Schaft 137. Der Suszeptor 135 ist mittig in einer Vakuumabscheidungsprozesskammer 133 angeordnet. Der Suszeptor 135 hält ein Substrat, wie eine Glasplatte (nicht gezeigt), in einem Substratbehandlungs- oder Reaktionsbereich 141. Zum Anheben und Absenken des Suszeptors 135 ist ein Hubmechanismus (nicht gezeigt) vorgesehen. Von einer Steuereinrichtung werden Befehle für den Hubmechanismus gegeben. Die Substrate werden in die Kammer 133 und aus ihr durch eine Öffnung 142 in einer Seitenwand 134 der Kammer 133 durch ein Robotblatt (nicht gezeigt) transportiert.
Die Abscheidungsprozessgase strömen durch einen Sammler 61 und einen Einlass 126 in die Kammer 133. Die Gase strömen dann durch eine perforierte Sperrplatte 124 und eine Anzahl von Löchern 121 einer Behandlungsgas-Verteilungsstirnplatte 122 (angezeigt durch kleine Pfeile in dem Substratbehandlungsbereich 141 von 1). Zum Anlegen einer elektrischen Leistung zwischen der Gasverteilungsstirnplatte 122 und dem Suszeptor 135 kann eine RF-Leistungszufuhr (nicht gezeigt) verwendet werden, um das Prozessgasgemisch zur Bildung eines Plasmas anzuregen. Die Bestandteile des Plasmas reagieren so, dass ein gewünschter Film auf der Oberfläche des Substrats auf dem Suszeptor 135 abgeschieden wird.
Die Abscheidungsprozessgase können aus der Kammer durch eine den Substratbehandlungsbereich 141 umgebende schlitzförmige Öffnung 131 in eine Auslasskammer 150 abgeführt werden. Aus der Auslasskammer 150 strömen die Gase durch ein Vakuumsperrventil 154 und in einen Absaugauslass 152, der an eine externe Vakuumpumpe (nicht gezeigt) angeschlossen ist.
Ein Manometer 63 misst den Gesamtdruck der Gase in der Kammer 133. Natürlich kann das Manometer 63 durch zahlreiche andere Arten von Sensoren für einen Gesamtdruck mit gleich guten Ergebnissen ersetzt werden. Beispielsweise kann ein Ionisationsmessgerät verwendet werden.
Gemäß 2 hat die Kammer 133 wenigstens eine NF₃-Gaszuführung 59. Abhängig von den Umständen des Prozesses können auch andere Gaszuführungen verwendet werden. 2 zeigt beispielsweise auch eine Zuführung 57 für Argon (Ar).
Es ist ein optoelektronischer Endpunktdetektor 39 vorgesehen, der durch ein Fenster 38 ins Innere der Kammer 113 sieht. Zum Erfassen der Lichtemissionsstärke bei einer Fluoremissionslinie F* durch Filtern der Kammeremission durch ein Filter 39 wird ein erster Kanal 33 mit einer ersten F*-Faser 70 verwendet. D.h., dass wie bei jeder atomaren oder molekularen Spezies Fluor Strahlung nur bei bestimmten Wellenlängen absorbiert und emittiert. Wenn ein Photon emittiert und absorbiert wird, entspricht seine Energie der Differenz zwischen zwei zugelassenen Energiewerten der Atome oder Moleküle der Spezies. Die Energieniveaus können dadurch untersucht werden, dass die Differenzen zwischen ihnen beobachtet werden. Jede solche Differenz entspricht einer "Emissionslinie". Die Emissionslinien für irgendeine gegebene Spezies variieren in der Stärke stark. Eine charakteristische Emission von F* liegt bei 704 Nanometer (nm). Der Pegel dieser Emission kann kontinuierlich durch einen Photodetektor überwacht werden, der Lichtstärke in ein elektrisches Signal umwandelt. Wenn das F* mit den früheren Abscheidungen reagiert (d.h. verbraucht wird), ist die 704-nm-Emissionsstärke gering. Wenn die früheren Abscheidungen durch Reinigung entfernt sind, steigt das F*-Emissionsniveau, da nur wenige Rückstände verblieben sind, mit denen F* reagieren kann.
Dieser Anstieg von F* bezeichnet somit das Ende des Reinigungsvorgangs, oder eher seinen "Endpunkt".
Der Endpunktdetektor hat auch einen zweiten Kanal 35 mit einer Hintergrundfaser 69 zum Überwachen der gesamten Hintergrund-Lichtemission. Vor oder gerade nach dem Verlassen der Fasern 69 und 70 wird das Licht durch einen geeigneten Filter geführt, so dass entweder die F*-Emission oder die Hintergrundemission gemessen wird. Die Hintergrund-Lichtemission kann mit einem Breitband-Neutraldichtefilter 32 gefiltert werden. Der Filter 32 ermöglicht es, dass der zweite Kanal Hintergrundgasbeiträge misst, die bei vielen unterschiedlichen Wellenlängen, nicht nur bei einer speziellen Wellenlänge, vorhanden sein können. D.h., dass diese Art von Filter Beiträge über einen weiten Bereich von Wellenlängen aufweist. Die Fasern 69 und 70 übertragen Lichtsignale vom Fenster 38 durch Filter 32 und 34 zu einem Paar von Standard-Photodetektoren 30. Nach der Messung durch die Photodetektoren 30 werden Signale abgegeben, die der Größe der Lichtstärke von entweder F* oder dem Hintergrund entsprechen.
Durch optoelektronisches Teilen der F*-Emission durch die Hintergrundemission unter Verwendung von Firmware und einer Schaltung auf einer gedruckten Leiterplatte kann ein normalisiertes Signal aufgebaut werden. Natürlich kann die gedruckte Leiterplatte und die zugehörige Schaltung durch Software ersetzt werden, um die gleichen Funktionen auszuführen.
Die oben beschriebene Teilung ist nicht der einzige nutzbare Algorithmus. Beispielsweise können Subtraktions- oder zahlreiche anderen arithmetische Funktionen an den Signalen ausgeführt werden, um ein normalisiertes Signal zu erhalten, das zur Überwachung des Endpunkts verwendet werden kann. Eine Anforderung an dieses normalisierte Signal ist, dass sein Wert bezogen auf gleichzeitige entsprechende Änderungen der Stärke der von dem ersten und zweiten Kanal gemessenen Signale im Wesentlichen invariant ist. Wenn beispielsweise die F*-Emissionssignalstärke und die Hintergrund-Emissionssignalstärke beide aufgrund einer Abscheidung auf dem den Photodetektoren zugewandten Fenster oder aufgrund sich ändernder Pegel der angelegten HF-Leistung abnehmen, kann das normalisierte Signal im Wesentlichen das gleiche bleiben.
Eine Detektorelektronik 31 überwacht dieses normalisierte Signal in Ist-Zeit und bestimmt, wann das normalisierte Signal einem Schwellenwert-Eichsignal entspricht, das aus einer sauberen Bezugskammer erhalten wird.
Wenn das normalisierte Signal diesen Endpunkt dadurch gefunden hat, dass es dem Schwellenwertsignal entspricht, kann die Konsistenz des Endpunkts durch einen vom Benutzer ausgewählten "Hardware-Überätzungs"-Zeitgeber 69 geprüft werden. Der Hardware-Überätzungs-Zeitgeber 68 erstellt einen Wartezeitraum in der Detektorelektronik 31, während dessen der Wert des normalisierten Signals überwacht und geprüft wird, um zu gewährleisten, dass es fortfährt, den Eichwert zu überschreiten. Der Hardware-Überätzungs-Zeitgeber dient dazu, den Endpunkt für Kammerschwankungen oder -anomalien "unempfindlich zu machen". Wenn die Detektorelektronik 31 feststellt, dass während der Hardware-Überätzungs-Zeit das normalisierte Signal keiner sauberen Kammer entspricht, wird der Hardware-Überätzungs-Zeitgeber 68 rückgesetzt. Wenn die Detektorelektronik 31 einmal über der gesamten Hardware-Überätzungs-Zeit zufrieden gestellt worden ist, wird ein zusätzliches Signal, das nur ein einziges Bit sein kann, auf das hier als "Getan-Bit 67" Bezug genommen wird, einem Reinigungsprogramm 55 übermittelt, was anzeigt, dass die Kammer für die darauf folgenden Schritte in dem Reinigungsprogramm bereit ist (beispielsweise weiteres Überätzen, Altern, usw.). Die Detektorelektronik 31 kann dann auf Empfang von beispielsweise einem "Ermöglichungsbit" 72 rückgesetzt werden.
Ein weiterer Schritt kann durch einen Software-Überätzungs-Zeitgeber 71 ausgeführt werden. Der Software-Überätzungs-Zeitgeber 71 ist dem oben erwähnten Hardware-Überätzungs-Zeitgeber 68 ähnlich mit der Ausnahme, dass der Software-Überätzungs-Zeitgeber 71 durch die Software des Reinigungsprogramms 55 erstellt wird, das auf dem Rechner 50 läuft. Der Software-Überätzungs-Zeitgeber 71 kann entweder mit oder ohne Hardware-Überätzungs-Zeitgeber 68 betrieben werden.
Nachdem im Betrieb das letzte Substrat, auf dem eine Schicht abzuscheiden war, aus der Kammer 133 entfernt worden ist, kann die Kammer 133 gereinigt werden. Der Benutzer stellt einen Gasstrom in die Kammer 113 her, aus dem ein Plasma erzeugt wird. Ein Verfahren zum Durchführen dieser Reinigung ist in der mit gleichem Datum eingereichten US-Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zur Kammerreinigung mit reduzierten Kosten", übertragen auf die Zessionarin der vorliegenden Erfindung, beschrieben. Insbesondere wird bei dieser Aus führungsform ein NF₃-Strom hergestellt. Dies kann einen Druckbereich in der Kammer 133 von etwa 13,3 Pa bis etwa 266 Pa (0,1 bis etwa 2,0 Torr) bei einem Abstand von Suszeptor 135 zur Gasstirnplatte 122 von etwa 500 mil bis 2500 mil erzeugen. Zu erwähnen ist, dass das Plasma der Gase entweder in situ in der Kammer 133 oder ex situ in einer entfernten Plasmakammer gebildet werden kann. Bei der letzteren Ausführung treten die Gase aus der entfernt liegenden Plasmakammer in die Kammer 133 aus einem gesonderten, mit Ventil versehenen Einlass ein. Weitere Einzelheiten der entfernt liegenden Plasmakammer finden sich in dem US-Patent 5,788,778, eingereicht am 16. September 1996 mit dem Titel "Abscheidungskammer-Reinigungsverfahren unter Verwendung einer entfernt liegenden Erregerquelle mit hoher Leistung", das auf die Zessionarin der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
Zur Erzeugung eines Plasmas wird eine RF-Leistung von etwa 1000 W bis etwa 4000 W entsprechend Leistungsdichten von etwa 0,5 W/cm² bis etwa 3 W/cm² Substratfläche angelegt. Die unterschiedlichen abgeschiedenen Materialien ändern sich in den Geschwindigkeiten, mit denen sie gereinigt oder entfernt werden. Beispielsweise reinigt ein Plasma, das grob innerhalb des obigen Energiebereichs liegt, mit einer Geschwindigkeit von etwa 3000 Ångström pro Minute bis etwa 4000 Ångström pro Minute für a-Si und mit einer Geschwindigkeit von etwa 6000 Ångström pro Minute bis etwa 7500 Ångström pro Minute für SiN.
Wie oben erwähnt, nimmt die von dem ersten Kanal 33 gemessene F*-Emissionslinie in der Stärke zu, wenn die Kammer sauber ist, da weniger abgeschiedenes Material für die Reaktion mit den freien Fluorradikalen F* zur Verfügung steht und somit die freien Fluorradikale F* nicht in Lösung gehen. 3 zeigt den Anstieg des F*-Signals für einen Film, der aus drei Zyklen von 3500 Ångström Siliciumnitrid und 600 Ångström a-Si besteht. Dieser "Anstieg" ist tatsächlich ein "Abfall" in 3, da die Spannungssignale in dieser Figur und in den 4 und 5 invertiert werden. Insbesondere zeigt 3 die invertierten Spannungssignale des Photodiodenvorverstärkers, die von Photodetektoren 30 für das 3000-W-704-nm-F*-Emissionsliniensignal 21 und für das Hintergrund-Emissionsliniensignal 23 gemessen werden. Diese Signale sind als Funktionen der Zeit für zwei unterschiedliche Werte einer angelegten Plasmaleistung von 3000 W bzw. 1500 W gezeigt (die 1500-W-Kurven sind gestrichelt, die 1500-W-F*-Linie ist als Kurve 22 gezeigt, die entsprechende Hintergrundlinie ist die Kurve 24). Bei etwa 50 s nimmt das F*-Signal 21 in der Stärke (für den Fall, dass die invertierte Vorverstärkerspannung stärker negativ wird) bis zur Sättigung zu. Da das F*-Signal 21 in der Stärke zunimmt, kann der Kammerdruck entsprechend steigen. Tatsächlich entspricht bei diesem Beispiel der F*-Anstieg einem Anstieg im Kammerdruck auf einem Bereich von etwa 33 Pa (0,25 Torr) bis etwa 60 Pa (0,45 Torr). Andererseits nimmt das Hintergrund-Emissionssignal 23 ab (wird weniger negativ), bis ein Sättigungswert erreicht ist. Der Endpunkt tritt ein, wenn die beiden Signale sich jeweils auf Sättigungswerten befinden (der Sättigungswert für jedes Signal ist insgesamt anders). 3 zeigt, dass unabhängig von der Plasmaleistung die beiden Sätze der Kurven 21 und 23 sowie 22 und 24 sich an einem Endpunkt sättigen, der etwa zwischen 50 bis 75 s einzutreten scheint.
4 zeigt die invertierten Spannungssignale des Photodiodenvorverstärkers als Funktion der Zeit für einen ähnlichen Film, obwohl die a-Si-Schicht dieses Films nur 500 Ångström dick ist. Man sieht erneut, dass das F*-Signal 26 am Endpunkt zunimmt und das Hintergrundsignal 28 abnimmt. Ebenfalls deutlich sichtbar ist ein schneller Anstieg des Werts des normalisierten Signals 25 am Endpunkt, das das Verhältnis der Stärken des F*-Signals 26 und des Hintergrundsignals 28 darstellt. Das normalisierte Signal 25 wird mit einem geeichten Verhältnis einer "sauberen" Kammer verglichen, das vom Benutzer gesetzt werden kann. Wenn das normalisierte Signal 25 kleiner als das geeichte Verhältnis ist, ist der Endpunkt noch nicht erreicht. Wenn das normalisierte Signal 25 dem kalibrierten Verhältnis gleich ist, ist der Endpunkt erreicht. In 4 ist bei etwa 53 s ein Sprung im normalisierten Signal 25 sichtbar. Dieser Sprung führt dazu, dass das normalisierte Signal 25 größer ist als das geeichte Verhältnis und entspricht somit dem Endpunkt.
Wenn das normalisierte Signal 25 einmal größer ist als das kalibrierte Schwellenwertverhältnis, ist der Endpunkt erreicht, und der Hardware-Überätzungs-Zeitgeber 68 in der Detektorelektronik 31 kann gestartet werden, was, wie vorstehend erläutert, dazu beiträgt, die Konsistenz des Endpunkts dadurch zu unterstützen, dass Streuanzeigen des Endpunkts aufgrund von Druckschwankungen, usw. beseitigt werden. Dieser Zeitgeber kann vom Benutzer beispielsweise auf 0, 2, 5, 10 oder 15 s eingestellt werden. Während dieser Zeit fährt die Detektorelektronik 31 fort, zu prüfen, dass das normalisierte Signal 25 mit dem kalibrierten Schwellenwertverhältnis vergleichbar ist. Wenn die Signale divergieren, wird die Detektorelektronik 31 rückgesetzt, um wieder auf eine richtige Signalanpassung zu warten. Wenn die Hardware-Überätzung erfolgreich abgeschlossen ist, ändert die Detektorelektronik 31 den Zustand des Getan-Bits 67 von "bestätigt" auf "unbestätigt" oder von "hoch" auf "niedrig". In 4 geschieht dies bei etwa 53 s. Der Empfang des Getan-Bits 67 kann wiederum einen zusätzlichen Software-Überätzungs-Zeitgeber 71 in dem Reinigungsprogramm 55 beginnen lassen. Dem Zeitraum dieses Zeitgebers folgend, können nachfolgende Reinigungsschritte oder Behandlungsschritte ausgeführt werden.
5 zeigt die normalisierten Signale für die Daten, die in 3 angezeigt sind, wo das Reinigungsverfahren mit zwei Plasmaleistungen verwendet wird. Die Kurve 52 zeigt das normalisierte Signal bei einem 3000-W-Plasma, während die Kurve 54 das normalisierte Signal bei einem 1500-W-Plasma zeigt. Die Kurve 54 ist nicht so stark wie die Kurve 52, und die Zeit zum Erreichen des Endpunkts ist größer. Trotzdem ist das Niveau der Signalsättigung konsistent. Dies zeigt, dass das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung in vorteilhafter Weise bei Plasmen mit unterschiedlichen Leistungen verwendet werden können.
Bei einer verwandten Form können das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung auch dann verwendet werden, wenn die Detektoreingänge weniger effizient sind. Beispielsweise ist es häufig der Fall, dass die Transparenz des die Detektoren von der Kammer 133 trennenden Fensters 38 sich ändert, wenn sich versehentlich Abscheidungsfilme auf dem Fenster 38 aufbauen (diese Wirkungsgradänderung wirkt ähnlich wie eine Änderung der Plasmaleistung). Dies verhindert nicht, dass das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung zweckmäßig sind, da die Signalsättigung trotz der Änderung der Fenstertransparenz noch effektiv erfasst werden kann.
6 zeigt Stärkesignale, gemessen an einem Rückstandsgas-Analysator ("RGA") für die Gasmassen, die Fluor (Signal 62) und Siliciumfluorid (SiF₃, Signal 64) entsprechen. Ebenfalls gezeigt ist das Getan-Bit-Signal 66 aus der Detektorelektronik 31. Im Gegensatz zu den Signalen in 3 bis 5 sind diese Signale nicht invertiert.
Diese RGA-Signale werden als eine Prüfung bei dem oben erörterten optoelektronischen Verfahren gemessen. Die y-Achse hat willkürliche Einheiten. Die Einheiten der x-Achse sind Sekunden. Das Diagramm zeigt, dass das Fluorsignal 64 ansteigt und das Siliciumfluoridsignal 62 abfällt, so dass sie sich bei etwa 50 s schneiden. Dieser Schnittpunkt kann als "RGA-Endpunkt" bezeichnet werden. Dieser Schnittpunkt tritt gerade vor der Signalsättigung und der Bestätigung des Getan-Bits 66 auf, die bei etwa 62 s in Erscheinung tritt. Somit stimmt der RGA-Endpunkt annähernd mit dem von der Detektorelektronik 31 bestimmten überein. Der genaue Zeitpunkt, bei dem die Detektorelektronik 31 den Endpunkt bestimmt hat, ist bei diesem Beispiel als quadratischer Punkt 57 gezeigt.
Die vorstehende Ausführungsform wurde unter Bezug auf bestimmte Gase beschrieben. Insbesondere wurden Ar als Inertgas und NF₃ als Reinigungsgas verwendet. Es können auch andere inerte Edelgase und molekulare Gase verwendet werden, wie Helium, Neon, Krypton, Xenon und molekularer Stickstoff, sowie andere Gase mit ähnlichen Eigenschaften. Darüber hinaus können andere Reinigungsgase ebenfalls verwendet werden, beispielsweise CF₄, C₂F₆ und SF₆, sowie andere Gase mit ähnlichen Reinigungseigenschaften. Häufig enthalten diese Gase Fluor.
Das Reinigungsverfahren kann dazu verwendet werden, eine Anzahl von abgeschiedenen Filmen abzureinigen. Beispielsweise können Filme von Si_xO_y, Si_rN_s, a-Si, Polysilicium und SiON nach der Erfindung entfernt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde bezogen auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellte und beschrieben Ausgestaltung beschränkt. Stattdessen wird der Rahmen der Erfindung durch die beiliegenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Verfahren zum Erfassen des Endpunkts eines Plasmaprozesses zum Abreinigen eines aus früheren Abscheidungen angesammelten Films von einer Wand in einer Abscheidungskammer (133), wobei das Verfahren den Schritt aufweist: (a) Bereitstellen eines Plasmas eines Reinigungsgases im Inneren einer Abscheidungskammer (133), um von einer Wand in der Abscheidungskammer einen von früheren Abscheidungen angesammelten Film abzureinigen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist: (b) Erfassen der Stärke einer Reinigungsgasemissionslinie, (c) Erfassen der Stärke einer Hintergrundemission in der Kammer (133) und (d) Erfassen, wann das Verhältnis zwischen der Stärke der Reinigungsgasemissionslinie und der Stärke der Hintergrundemission einen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, welches vor dem Bereitstellungsschritt weiterhin den Schritt aufweist, in der Abscheidungskammer (133) einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess auszuführen, der einen Film an einer Innenwand der Kammer abscheidet, wobei der Bereitstellungsschritt dahingehend wirkt, den Film zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt zur Erfassung der Stärke einer Hintergrundemission das Erfassen der Stärke der Emissionslinie von wenigstens einem Hintergrundgas aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Erfassens der Stärke einer Hintergrundemission das Erfassen der Stärke der Emissionslinie einer Vielzahl von Hintergrundgasen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Erfassens der Stärke einer Hintergrundemission das Erfassen der Stärke der gesamten Hintergrundlichtemission aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Erfassens der Stärke einer Hintergrundemission das Erfassen der Stärke von vielen unterschiedlichen Wellenlängen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Erfassens der Stärke einer Hintergrundemission das Koppeln von Licht aus dem Inneren der Kammer (133) zu einem zweiten Photodetektor (30) durch ein neutrales Dichtefilter (32) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem – der Schritt des Erfassens der Stärke der Reinigungsgasemissionslinie das Koppeln von Licht aus dem Inneren der Kammer (133) zu einem ersten Photodetektor (30) durch einen ersten optischen Filter (34) aufweist, der Licht nur bei der Wellenlänge der Reinigungsgasemissionslinie durchlässt und – der Schritt des Erfassens der Stärke einer Hintergrundemission das Koppeln von Licht aus dem Inneren der Kammer (133) zu einem zweiten Photodetektor (30) durch einen optischen Breitbandfilter (32) aufweist, der Licht bei einem breiteren Band von Wellenlängen als der erste optische Filter (34) durchlässt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist: – Signalisieren, dass der Reinigungsprozess erst abgeschlossen worden ist, nachdem das Verhältnis den Schwellenwert überschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Signalisierschritt weiterhin den Schritt aufweist: Nachdem das Verhältnis den Schwellenwert überschritten hat, Überwachen des Verhältnisses während einer Warteperiode vor der Signalisierung, dass der Reinigungsprozess abgeschlossen worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem – zu dem Bereitstellungsschritt gehört, dass das Plasma wenigstens einen Teil der Moleküle des Reinigungsgases dissoziiert und – der Schritt des Erfassens der Stärke der Reinigungsgasemissionslinie das Erfassen der Stärke einer Emissionslinie eines Bestandteils des teilweise dissozierten Reinigungsgases aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Erfassens der Stärke einer Hintergrundemission das Erfassen der Stärke eines Bereichs von Wellenlängen aufweist, der die Hintergrundgasemissionslinie einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereitstellungsschritt die Schritte aufweist: – Ausbilden eines Reinigungsgasplasmas in einer entfernt liegenden Plasmakammer, die von der Abscheidungskammer (133) getrennt ist, und – Zuführen von Plasma aus der entfernt liegenden Plasmakammer zu der Abscheidungskammer (133).
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Bereitstellungsschritt den Schritt aufweist: Bilden des Reinigungsgasplasmas in situ in der Abscheidungskammer (133).