JP2006121072A - リーク検出器及びプロセスガスモニタ - Google Patents

Abstract

【課題】 リークを検出するための改良された方法及びシステムの提供。
【解決手段】 １枚以上のフラットパネルディスプレイ基板を処理するためのプラズマ増強型化学気相堆積システムであって、ガスを含有するように構成されたプロセスチャンバ１３３と、プロセスチャンバ内のガスを分析するとともにフィードバックをするように構成された残留ガス分析器６３と、ガス分析器からのフィードバックをモニタするためのコントローラ２５０を備えている。時間の関数として分圧のラインのヒストリカルな勾配を求めるステップと、残留ガス分析器６３による分圧測定に基づいたラインの新規な勾配を計算するステップと、ヒストリカルな勾配と新規な勾配を比較するステップと、オペレータに信号を送るステップとを含む方法により、プラズマ増強型化学気相堆積システム内のプロセス不調を確認する。
【選択図】 図１

Description

発明の背景

発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、フラットパネルディスプレイ及び半導体ウェハ処理及び方法に関し、更に詳細には、フラットパネルディスプレイ処理システムの状態をモニタするための方法及びシステムに関する。

関連技術の説明
[0002]化学気相堆積（ＣＶＤ）は、基板上に真性のものやドープされたアモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ）、酸化シリコン（Ｓｉ_xＯ_y）、窒化シリコン（Ｓｉ_rＮ_s）、酸窒化シリコンのような膜を堆積するために半導体産業で広く用いられている。現代の半導体ＣＶＤ処理は、一般的には、所望の膜を形成するために解離し反応させる前駆ガスを用いることにより真空チャンバ内で行われる。低温と比較的高い堆積速度で膜を堆積するために、プラズマが堆積の間チャンバ内で前駆ガスから形成し得る。このようなプロセスは、プラズマ増強型ＣＶＤプロセス又はＰＥＣＶＤとして知られる。ＨＤＰ‐ＣＶＤのような他のシステムも望ましいものである。

[0003]当該技術のＣＶＤ半導体処理チャンバの状態はアルミニウムから作られ、基板の支持体と必要とされる前駆ガスを注入するためのポートを含んでいる。プラズマが用いられる場合、ガス流入口及び/又は基板支持体は、高周波（ＲＦ）電源のような、電源に接続される。真空ポンプは、チャンバ内の圧力を制御し且つ堆積の間生成される種々のガスや汚染物質を除去するためにチャンバに接続される。

[0004]全ての半導体処理においては、チャンバ内の汚染物質は最小限に維持されなければならない。堆積プロセスの間、膜は基板上に堆積するだけでなく、チャンバ内の壁、シールド、基板支持体、他の表面にも堆積する。その後の堆積の間、チャンバ表面上の膜は亀裂又は剥離することがあり、基板上に汚染物質が落ちる。このことによって、基板上の特定のデバイスに問題や損傷が引き起こされる。

[0005]従って、ＣＶＤチャンバは定期的に洗浄されなければならない。洗浄法の一部又は別のものとして、チャンバはガスリークが検査される。現在、リーク検査のために、チャンバガスが排気され、真空ポンプからチャンバを分離する分離バルブが閉じられ、チャンバ内の圧力増加（あるならば）が測定される。リークがある場合には、圧力は増加するが、真空リークがない場合には、圧力は一定のままである。この昇圧速度試験は行うのに１０分掛かることがある。２４時間にわたっては、試験の頻度に依存して一チャンバの圧力低下試験が２から３時間まで加えられ得る。

[0006]圧力増加が予期された範囲内にない場合には、チャンバはリークを起こしているものである。リークはプロセスガスバルブにおける不完全なシールから起こることがある。或いは、処理チャンバに大気酸素、窒素、及びアルゴンを導入しているシステム内の、例えば、ビューポート、チャンバリッド、フィードスルーポート等の大気からチャンバをシールするために用いられるＯ‐リングいずれか全体にリークすることがある。最終的に、異常な圧力増加はシステム内のチャンバ壁から蒸発又はアウトガス（脱着）する水又はイソプロピルアルコールのような洗浄溶剤の関数であるものである。圧力増加がシステム内の圧力異常の指示だけである場合、これらの状態が予期していない圧力増加の原因であると決定することは難しいことである。

[0007]現在、洗浄サイクルの頻度や継続時間は、典型的には、トライアルエラー、又は経験上集められたヒストリカルなデータによって決定される。例えば、チャンバの条件に無関係に、前もって決められた基板数を処理した後にチャンバは洗浄が予定されてもよい。持続時間に関して、過剰な洗浄時間がチャンバ及びその中に含まれるコンポーネントに引き起こすことがある損傷を考慮せずに、典型的には、洗浄時間の過剰の２０〜３０パーセントが洗浄サイクルに加えられる。

[0008]それ故、システムリークを検出し；大気リーク、内部プロセスガスリーク、溶剤蒸発チャンバの分圧変化を識別し；効率的な将来の生産を予測するためにチャンバ状態を一貫してモニタし記録するとともにフラットパネルディスプレイ基板を処理するように構成されたＰＥＣＶＤシステムを洗浄するための改良された方法及びシステムが当該技術において求められている。

発明の概要

[0009]本発明は、一般的には、ガスを含有するように構成された真空堆積プロセスチャンバと、プロセスチャンバ内のガスを分析しフィードバックをするように構成された残留ガス分析器と、ガス分析器からのフィードバックをモニタするためのコントローラとを備えている１枚以上のフラットパネルディスプレイ基板を処理するプラズマ増強型化学気相堆積システムの方法及び装置を提供する。また、本発明は、一般的には、時間の関数として分圧に関するラインのヒストリカルな勾配を求めるステップと、残留ガス分析器により分圧測定に基づいてラインの新しい勾配を計算するステップと、ヒストリカルな勾配と新しい勾配を比較するステップと、オペレータに信号を送るステップとを含むフラットパネルディスプレイ基板を処理するように構成されたプラズマ増強型化学気相堆積システム内のプロセス不調を確認するための方法を提供する。

[0010]本発明の上記特徴が詳細に理解され得るように、上記で簡単に纏められた本発明の更に具体的な説明は、添付された図面にその一部が示されている実施形態の参照によるものである。しかしながら、添付された図面は本発明の典型的な実施形態しか例示していないので、本発明の範囲を制限するものではなく、他の同等な効果的な実施形態を許容できることに留意すべきである。

詳細な説明

[0013]図１は、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システム１００の一実施形態を示す概略断面図であり、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社の子会社、ＡＫＴから入手可能である。システム１００は、真空堆積プロセスチャンバ１３３を含んでいる。プロセスチャンバ１３３は、処理領域１４１を部分的に画成する壁１０６と底面１０８を有する。壁１０６と底面１０８は、典型的には、アルミニウムのユニタリーブロック又は処理と適合する他の物質から製造される。壁１０６は、プロセスチャンバ１３３の内外にフラットパネルディスプレイ基板を搬送するための開口１４２を有する。フラットパネルディスプレイ基板の例は、ガラス基板、ポリマー基板等が含まれる。本発明の種々の実施形態はＰＥＣＶＤシステムに関して記載されるが、本発明の他の実施形態はクラスタプロセスシステム、インラインシステム、スタンドアロンシステム等に適用することができる。

[0014]温度制御された基板支持アセンブリ１３５は、処理チャンバ１３３内の中央に配置されている。支持アセンブリ１３５は、処理の間フラットパネルディスプレイ基板を支持するように構成されている。基板支持アセンブリ１３５は、少なくとも１つの組み込まれたヒータ（図示せず）を封入するアルミニウム本体を有してもよい。抵抗素子のようなヒータは任意の電源に結合され、前もって決められた温度に支持アセンブリ１３５とその上に配置されたフラットパネルディスプレイ基板を制御可能に加熱する。典型的には、ＣＶＤプロセスにおいて、ヒータは堆積される物質の堆積処理パラメータに依存して、約１５０℃〜約４６０℃の均一な温度でフラットパネルディスプレイ基板を維持する。

[0015]一般的には、支持アセンブリ１３５は、下側１６６及び上側１６４を有する。上側１６４は、フラットパネルディスプレイ基板を支持するために構成される。下側１６６はそこに結合したステム１３７を有する。ステム１３７は、支持アセンブリ１３５をプロセスチャンバ１３３の内外への基板搬送を容易にする、上の処理位置と下の位置の間に支持アセンブリ１３５を移動させるリフトシステム（図示せず）に結合する。ステム１３７は支持アセンブリ１３５とシステム１００の他のコンポーネント間に電気的熱電対導線のコンジットを更に備えている。

[0016]処理チャンバ１３３の底面１０８は、ガスコンジット１３９を残留ガス分析器６３に収容するように構成されている。残留ガス分析器は質量分析計のあらゆるタイプであってもよいが、好ましくは四重極質量分析計である。或いは、質量分析計は高分解能の質量分析計とすることができる。残留ガス分析器６３はシステム内の各々個別のガスの分圧や組成を測定するように構成される。スタンフォードリサーチシステムのようないくつかの販売業者が四重極質量分析計を供給することができる。残留ガス分析器６３はコントローラ２５０と連通している。コントローラ２５０は、プロセスガスやパージガス供給ライン、排気バルブ、及びガス分配器、流入口、及びチャンバの排気を制御する他のコンポーネントとも連通している。

[0017]ベローズ（図示せず）は、ステム１３７とそれを囲むスリーブ１３８間で結合することができる。ベローズは、処理領域１４１と処理チャンバ１３３間の真空シールを与える。基板は処理チャンバ１３３にないが、依然として領域１４１と同様の圧力で真空下にある。従って、支持アセンブリ１３５の垂直移動を可能にしつつ、残留ガス分析器６３は試料ポートをによってプロセスチャンバ状態を試料採取することができる。

[0018]支持アセンブリ１３５は、更に、囲んでいるシャドーフレーム（図示せず）を支持することができる。一般的には、シャドーフレームは、基板が支持アセンブリ１３５に付着しないように、フラットパネルディスプレイ基板のエッジと支持アセンブリ１３５での堆積を防止するように構成される。支持アセンブリ１３５は、複数のホール１２８がそれを通って配置され、複数のリフトピン（図示せず）を受けるように構成されている。リフトピンは、典型的には、セラミック又は陽極酸化アルミニウムから構成されている。リフトピンは、任意のリフトプレート（図示せず）により支持アセンブリ１３５に相対して動作することができ、支持表面（図示せず）から突き出、それによって支持アセンブリ１３５に対して隔置された位置に基板を配置する。

[0019]処理チャンバ１３３は、更に、リッドアセンブリ１１０を含み、これは処理領域１４１に上部の境界を与える。リッドアセンブリ１１０は、典型的には、処理チャンバ１３３を点検するために取り外され又は開放し得る。リッドアセンブリ１１０は、アルミニウム（Ａｌ）から製造することができる。リッドアセンブリ１１０は排気プレナム１５０を含み、これは処理領域１４１から処理チャンバ１３３の外に均一にガスと処理副生成物を送るように構成されている。

[0020]リッドアセンブリ１１０は、典型的には、プロセスガスや洗浄ガスはガスマニホールド６１を通って処理チャンバ１３３に導入される注入ポート１８０を含んでいる。ガスマニホールド６１はプロセスガス源１７０と洗浄ガス源１８２に結合されている。洗浄ガス源１８２は、典型的には、フッ素ラジカルのような洗浄物質を供給し、処理チャンバハードウェアから堆積副生成物や膜を除去するために処理チャンバ１３３に導入される。ＮＦ₃はフッ素ラジカルを供給するために洗浄ガスとして用いることができる。Ｎ₂、Ｏ₂、Ａｒのような他の洗浄ガスもフッ素ラジカルを供給するためにＮＦ₃と組合わせることができる。洗浄ガス源１８２はエッチングプラズマを生成するために構成されたリモートプラズマ洗浄源を組み込むことができる。そのようなリモートプラズマ洗浄源は、典型的には、処理チャンバ１３３から離れており、マイクロ波プラズマシステム、トロイダルプラズマ生成器又は類似のデバイスのような高密度プラズマ源であってもよい。

[0021]一実施形態においては、バルブ２８０は洗浄源１８２とガスマニホールド６１間に配置することができる。バルブ２８０は、洗浄ガスをガスマニホールド６１に入れることを選択的に可能にし又は防止するように構成されている。洗浄中、バルブ２８０は、洗浄ガスを洗浄ガス源１８２からガスマニホールド６１内に通過させるよう構成され、内部チャンバ壁とその中に含有する他のコンポーネントをエッチングするために処理領域１４１への注入ポート１８０を介して送られる。堆積中、バルブ２８０はプロセスガスをガスマニホールド６１に移ることを防止するように構成される。この方法において、バルブ２８０は洗浄プロセスを堆積プロセスと分離する。

[0022]処理チャンバ１３３は、更に、リッドアセンブリ２１０の内側に結合されたガス拡散プレートアセンブリ１２２を含んでいる。ガス拡散プレートアセンブリ１２２は、それを通ってプロセスガスや洗浄ガスが処理領域１４１に分配される貫通領域１２１を含んでいる。ガス拡散プレートアセンブリ１２２の貫通領域１２１は、本質的にフラットパネルディスプレイ基板と同様の面積、サイズ、形をもつとともに処理チャンバ１３３へガス拡散プレートアセンブリ１２２を通過する均一な拡散を与えるように構成されている。

[0023]動作中、堆積プロセスガスはガスマニホールド６１と注入ポート１８０を通って処理チャンバ１３３に流される。その後、ガスは、ガス拡散プレートアセンブリ１２２の貫通領域１２１を通って処理領域１４１に流される。ＲＦ電源（図示せず）は、ガス拡散プレートアセンブリ１２２と支持アセンブリ１３５間に電力を加えてプロセスガス混合物を励起してプラズマを形成するために用いることができる。プラズマの成分は、支持アセンブリ１３５上の基板の表面上に所望の膜を堆積するように反応する。ＲＦ電力は、一般的には、化学気相堆積プロセスを駆動させるために基板のサイズと比例して選ばれる。

[0024]堆積プロセスガスは、プロセスチャンバ１３３から処理領域１４１を囲むスロット型オリフィス１３１を通って排気プレナム１５０に排気することができる。排気空間１５０から、ガスは外部真空ポンプ（図示せず）に接続する排出コンジット６０を備えている排出口１５２へ真空シャットオフバルブ１５４を通って流される。

[0025]残留ガス分析器６３は制限無く多くのガスを測定するように構成することができるが、コントローラにフィードバックをするソフトウェアは一度に１０種類のガスに制限されるものである。残留ガス分析器は、ガスの組成とシステムにおける各ガス成分の分圧の双方を測定する。従って、システム内のガス成分の同一性と濃度を同時にモニタすることができる。コントローラは、全体のチャンバ圧、個別のガス成分、ガス組成の変化を追跡することができるので、プロセス不調又は他のプロセス変化が示される。時間が経つにつれて、時間の関数としてガスの分圧をプロットすることにより形成されるラインの勾配を記録することができる。このヒストリカルなデータは、傾向を追跡し、所望の洗浄又は堆積ガス流入口パラメータを予測し、又は他の分析的なサポートを与えることによりプロセス性能を改善するために用いることができる。

[0026]図２は、プラズマ増強型化学気相堆積システムの時間の関数として観察した酸素と窒素の分圧測定を示すチャートである。連続的な濃度情報が残留ガス分析器により収集されるので、コントローラは時間の関数として分圧の勾配における変化を認めることができる。処理領域１４１と排気領域１５０が分離バルブ１５４によって真空ポンプから分離されるとき、測定された酸素と窒素の分圧が同時に増加する場合には、コントローラはシステム内に大気リークがあることをオペレータに警告することができる。図２において破線の左側の部分は、分離バルブ１５４が開放している間のＮ₂とＯ₂の圧力を示す。破線の垂直線で示された時間で分離バルブ１５４を閉じると、チャンバ内の大気リークの存在により、Ｎ₂とＯ₂の圧力の増加が生じる。このことは、図２におけるグラフの破線の垂直線の右側のグラフの部分である。アルゴンも、酸素と窒素と共に検査することができ、時間の関数としてその分圧はＮ₂とＯ₂に匹敵する勾配を示す。しかしながら、大気中のＡｒ濃度が低いために、測定したＡｒの圧力はＮ₂とＯ₂より低い。図２で示される実施例においては、オペレータは１０秒未満にシステムに大気リークがあるという警告を受け、システムにおけるシステム圧力上昇のみを追跡する従来の昇圧速度試験においては少なくとも６分〜１０分掛かった。コントローラは連続して分圧測定を追跡するとともに分圧の勾配を計算することができる。従来の統計分析ツールや計算を用いることができる。

[0027]連続のリアルタイムで残留ガス分析器を用いる利点は多い。一般的に、プロセスの軌跡は、システムの圧力低下をモニタするシステムより速く検出される。大気リークは、残留ガス分析器により速く検出することができる。分析器から個別の化学分圧フィードバックは、プロセスガスがシステムにリークするので、圧力増加を引き起こしているか求めるために用いることができる。分析器からのフィードバックのヒストリカルな追跡は新規なプロセス法を開発するために又は将来の洗浄サイクルを予測するために用いることができる。分析器からのフィードバックは、水又はイソプロピルアルコールのようなチャンバを洗浄するために用いられる溶剤の分圧の変化を追跡するために用いることができるので、システムにおいて単なる洗浄溶剤の蒸発又は脱着である場合に、オペレータが大気リークがあるという誤った診断を防止することができる。

[0028]最終的には、分析器は、チャンバに不活性ガスを循環的に導入し、チャンバから全てのガスを排気し、追加の不活性ガスをチャンバに導入してチャンバ表面に沿って微粒子や水又は他の溶剤含量を減少させるという循環的な洗浄プロセスのサイクルパージが望ましい。分析器は、連続して溶剤を試験することができることから望ましい。従って、洗浄法としてサイクルパージの有効性は、溶剤又は微粒子の濃度が固定しているときに確立される。

[0029]前述は本発明の実施形態に関するが、本発明の更に多くの実施形態が本発明の基本的な範囲から逸脱することなく構成されてもよく、本発明の範囲は次の特許請求の範囲によって決定される。

図１は、プラズマ増強型化学気相堆積システムの実施形態の断面図である。 図２は、プラズマ増強型化学気相堆積システムの時間の関数として２つのガスの分圧測定の観察を示すチャートである。

符号の説明

６１…ガスマニホールド、６３…ガス分析器、１００…システム、１０６…壁、１０８…底面、１１０…リッドアセンブリ、１２１…貫通領域、
１２２…ガス分散プレートアセンブリ、１２８…ホール、１３１…スロット型オリフィス１３３…プロセスチャンバ、１３５…基板支持アセンブリ、１３７…ステム、１３８…スリーブ、１３９…ガスコンジット、１４１…処理領域、１４２…開口、１５０…排気プレナム、１５２…排気口、１５４…真空シャットオフバルブ、１６４…上側、１６６…下側、１７０…プロセスガス源、１８０…注入ポート、１８２…洗浄ガス源、２５０…コントローラ、２８０…バルブ

Claims (36)

1. １枚以上のフラットパネルディスプレイ基板を処理するためのプラズマ増強型化学気相堆積システムであって、
   ガスを含有するように構成された真空堆積プロセスチャンバと、
   該プロセスチャンバ内の該ガスを分析するとともにフィードバックをするように構成された残留ガス分析器と、
   該残留ガス分析器から該フィードバックをモニタするためのコントローラと、
   を備えている、前記システム。
2. 該コントローラが該チャンバへのガスフローを制御する、請求項１記載のシステム。
3. 該コントローラが該チャンバからのガスの排気を制御する、請求項１記載のシステム。
4. 該ガス分析器が質量分析計である、請求項１記載のシステム。
5. 該質量分析計が四重極質量分析計である、請求項４記載のシステム。
6. 該コントローラがプロセスデータを記録する、請求項３記載のシステム。
7. 該残留ガスモニタが少なくとも２種のガスを分析する、請求項１記載のシステム。
8. 該少なくとも２種のガスが窒素と酸素である、請求項７記載のシステム。
9. フラットパネルディスプレイ基板を処理するように構成されたプラズマ増強型化学気相成長システム内のプロセス不調を確認する方法であって、
   時間の関数として分圧のラインのヒストリカルな勾配を求めるステップと、
   残留ガスアナライザによって分圧測定に基づいたラインの新規な勾配を計算するステップと、
   該ヒストリカルな勾配と新規な勾配を比較するステップと、
   オペレータに信号を送るステップと、
   を含む、前記方法。
10. オペレータへの該信号が、プロセス不調があるか又はプロセス不調がないことを該オペレータに知らせるように選ばれる、請求項９記載の方法。
11. 該ヒストリカルな勾配が、
    複数の分圧測定をモニタする工程と、
    従来の統計分析を行って平均と偏差を求める工程と、
    によって求められる、請求項９記載の方法。
12. 少なくとも２種のガスがモニタされ分析される、請求項９記載の方法。
13. 該少なくとも２種のガスの時間の関数として該分圧測定の該ヒストリカルな勾配と新規な勾配が記録される、請求項１２記載の方法。
14. 少なくとも２種のガスの該勾配の変化が相互に比較される、請求項１３記載の方法。
15. 該少なくとも２種のガスの、該ヒストリカルな勾配と比較した該新規な勾配の変化が同様である場合に、該オペレータに知らせる、請求項１４記載の方法。
16. 該少なくとも２種のガスが酸素と窒素である、請求項１３記載の方法。
17. 該少なくとも２種のガスが、更にアルゴンを含んでいる、請求項１６記載の方法。
18. 該ガス分析器が質量分析計である、請求項９記載の方法。
19. 該質量分析計が四重極質量分析計である、請求項１８記載の方法。
20. 信号をコントローラに送るステップを更に含む、請求項９記載の方法。
21. 真空チャンバ内でリークをモニタする検出器であって、
    真空チャンバ内で窒素、酸素、アルゴンより選ばれた１種以上の大気ガスをモニタするように構成されたガス分析器と、
    該ガス分析器からのデータを受け取って該１種以上の大気ガスが該真空チャンバにリークしているかを決定するように適合されたコントローラと、
    を備えている、前記検出器。
22. 該コントローラが該チャンバへのプロセスガスフローを制御する、請求項２１記載の検出器。
23. 該コントローラが該チャンバからのガスの排気を制御する、請求項２１記載の検出器。
24. 該ガス分析器が質量分析計である、請求項２１記載の検出器。
25. 該質量分析計が四重極質量分析計である、請求項２４記載の検出器。
26. 該コントローラがプロセスデータを記録する、請求項２３記載の検出器。
27. 該ガスモニタが少なくとも２種のガスを分析する、請求項２１記載の検出器。
28. 該少なくとも２種のガスが窒素と酸素である、請求項２７記載の検出器。
29. １種以上の基板を処理するためのチャンバであって、
    化学気相堆積チャンバ、物理気相堆積チャンバ、又はエッチングチャンバからなる群より選ばれたチャンバと、
    該チャンバに結合した真空源と、
    該チャンバに結合した質量分析計と、
    を備えている、前記チャンバ。
30. コントローラを更に備えている、請求項２９記載のチャンバ。
31. 該コントローラが該チャンバへのプロセスガスフローを制御する、請求項３０記載のチャンバ。
32. 該コントローラが該真空源を制御する、請求項３０記載のチャンバ。
33. 該質量分析計が四重極質量分析計である、請求項２９記載のチャンバ。
34. 該質量分析計が少なくとも２種のガスを分析する、請求項２９記載のチャンバ。
35. 該少なくとも２種のガスが窒素と酸素である、請求項３４記載のチャンバ。
36. 該コントローラがシステムと連通していて該オペレータに情報を与える、請求項１記載のシステム。

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