TW201825873A - 在基板處理系統的基板區域中原位偵測氧的系統和方法 - Google Patents

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伊利亞 卡里諾夫斯基
豪寬 方
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Abstract

一種測量系統，用以測量在基板上方之中性氣體物種的濃度，該測量系統包含位於一腔室中以支撐一基板的一基板支撐件。一電漿來源於該腔室中在該基板上方產生電漿。該電漿產生具有較一中性氣體物種更高之離子化能量的亞穩態物種(metastable species)。該亞穩態物種將位於該基板上方的該中性氣體物種激發。一光學放射光譜(OES)感測器在該電漿來源產生該電漿的同時測量來自該基板上方的一位置之光譜。一控制器係用以基於所測量的該光譜而判定該基板上方的一區域中的該中性氣體物種的一濃度，及基於該濃度而選擇性地對該基板進行處理。

Description

在基板處理系統的基板區域中原位偵測氧的系統和方法
本申請案主張於2016年9月28日提申的美國臨時專利申請案第62/400,860號之優先權。上述申請案之全部揭露內容係藉由參照而納入本文中。
本揭露內容係關於基板處理系統，且更具體而言係關於在基板處理系統中原位偵測分子氧的系統及方法。
這裡所供應之先前技術描述係為了大體上呈現本發明之背景。在此先前技術章節中敘述的成果之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請期間不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。
基板處理系統可用以蝕刻基板(例如，半導體晶圓)上的膜。基板處理系統一般包含處理腔室、氣體分配裝置、及基板支撐件。在處理期間，基板係配置在基板支撐件上。可將不同的氣體混合物導入處理腔室中。可使用射頻(RF)電漿來活化化學反應。
在一些情況中，偵測在基板之上表面附近之痕量級(trace level)的分子氧(O2 )的係重要的。舉例而言，一些光阻剝除或表面改質處理對於下層膜之氧化係非常敏感的。目前測量真空腔室中之痕量級的分子氧之的方法一般係使用殘餘氣體分析儀(RGA，residual gas analyzer)。RGA之操作係藉由使用可將氣體離子化並基於四極光譜來偵測質量的開放式離子源(OIS，open ion source)或封閉式離子源(CIS，closed-ion-source)而達成。RGA一般具有小於1/每百萬(ppm)的靈敏度。OIS偵測系統係直接裝設至處理腔室，且具有10-4 托的最大操作壓力。CIS偵測系統一般需要差動泵送系統，且因此具有降低之靈敏度。此外，RGA之靈敏度因氣體腐蝕而隨時間衰減(在分子氫(H2)處理之情況下約1年)，並接著需要進行昂貴的更換。
一種測量系統，用以測量在基板上方之中性氣體物種的濃度，該測量系統包含位於一腔室中以支撐一基板的一基板支撐件。一電漿來源於該腔室中在該基板上方產生電漿。該電漿產生具有較一中性氣體物種更高之離子化能量的亞穩態物種(metastable species)。該亞穩態物種將位於該基板上方的該中性氣體物種激發。一光學放射光譜(OES)感測器在該電漿來源產生該電漿的同時測量來自該基板上方的一位置之光譜。一控制器係用以基於所測量的該光譜而判定該基板上方的一區域中的該中性氣體物種的一濃度。
在其他特徵中，該控制器係用以基於該濃度而選擇性地處理該基板。
在其他特徵中，該控制器藉由對所測量的該光譜在一預定波長的一強度、與一預定基準進行比較而判定該中性氣體物種的該濃度。該控制器藉由使用一查閱表而判定該中性氣體物種的該濃度，該查閱表係藉由所測量的該光譜在一預定波長的一強度而進行索引。該控制器藉由使用一預定函數、及所測量的該光譜在一預定波長的一強度而判定該中性氣體物種的該濃度。
在其他特徵中，該電漿來源藉由使用不包含該中性氣體物種的一電漿氣體混合物而產生該電漿。供應至該電漿來源的一電漿氣體混合物包含氦。該亞穩態物種包含氦亞穩態物種。
在其他特徵中，該電漿氣體混合物更包含選自於由氬、氖、及分子氮所組成之群組的至少一氣體。該中性氣體物種包含分子氧。該中性氣體物種包含分子氮。該OES感測器對與包含該基板的一平面平行行進之光譜進行測量。該腔室包含一視埠。一準直管係配置在該視埠與該OES感測器之間以準直該光譜。該準直管具有大於5：1的深寬比(aspect ratio)。該中性氣體物種包含氧物種，且該氦亞穩態物種增強該氧物種在777 nm及844 nm其中至少一者的特徵放射光譜。
測量基板上方之中性氣體物種的濃度之方法，包含：將一基板配置在一腔室中的一基板支撐件上；及於該腔室中在該基板上方產生電漿。該電漿產生具有較一中性氣體物種更高之離子化能量的亞穩態物種。該亞穩態物種將位於該基板上方的該中性氣體物種激發。該方法包含：於該電漿存在同時藉由使用一光學放射光譜(OES)感測器而測量來自該基板上方的一位置之光譜；及基於所測量的該光譜而判定該基板上方的一區域中的該中性氣體物種的一濃度。
在其他特徵中，該方法更包含基於該濃度而選擇性地處理該基板。
在其他特徵中，判定該中性氣體物種的該濃度之步驟包含對所測量的該光譜在一預定波長的一強度、與一預定基準進行比較。判定該中性氣體物種的該濃度之步驟包含使用藉由所測量的該光譜在一預定波長的一強度而進行索引的一查閱表。
判定該中性氣體物種的該濃度之步驟包含使用一預定函數、及所測量的該光譜在一預定波長的一強度。該方法包含供應不包含該中性氣體物種的一電漿氣體混合物。該方法包含供應包含氦的一電漿氣體混合物。該亞穩態物種包含氦亞穩態物種。
在其他特徵中，該電漿氣體混合物更包含選自於由氬、氖、及分子氮所組成之群組的至少一氣體。該中性氣體物種包含分子氧。該中性氣體物種包含分子氮。該方法包含對與包含該基板的一平面平行行進之光譜進行測量。
在其它特徵中，該方法包含設置一視埠、及將一準直管配置在該視埠與該OES感測器之間以準直該OES感測器所接收的該光譜。該準直管具有大於或等於5：1的深寬比。
在其他特徵中，該中性氣體物種包含分子氧物種，且該氦亞穩態物種增強該氧物種在777 nm及844 nm其中至少一者的特徵放射光譜。
本揭露內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體範例係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
在一些範例中，本揭露內容係關於用以於基板處理系統中偵測痕量級(trace level)之分子氧(O2 )的偵測系統及方法。更具體而言，該等偵測系統及方法利用光學放射光譜儀(OES)來為對氧化敏感之處理判定在基板附近的殘餘分子氧(O2 )之存在及/或濃度。在一些範例中，對氧化敏感之處理可包含光阻剝除處理、或其他氧敏感處理。該等偵測系統及方法可用以在運行生產處理之前對基板處理系統進行認證，或用以做為生產處理中的一步驟。
雖然可藉由使用殘餘氣體分析儀(RGA)或質譜儀而在真空腔室中測量O2 ，然而這些裝置非常昂貴且不一定測量到在基板表面附近的O2 。舉例而言，在阻劑剝除處理期間所使用的腔室壓力下(例如，約1托)，O2 之濃度可能隨著在處理腔室中的位置而變化。換言之，O2 的濃度可於泵送排氣管線中的下游區域中(RGA一般位於此處)產生變化。因此，RGA測量不一定與基板表面附近的O2 的位準相對應。
OES已經用以測量真空腔室或電漿中的激發物種及判定電漿蝕刻步驟之終點。然而，欲藉由偵測系統偵測的目標氣體物種為O2 的中性分子，而O2 的中性分子可能不會在處理基板上方被激發。在沒有激發O2 之情況下 ，則沒有放射出的光學輻射，因此OES手段無法在這些處理條件下直接運作。
該等偵測系統及方法於電漿來源中觸發He電漿。在一些範例中，亦可將一或更多其他不含氧的氣體(例如，氬(Ar)、分子氮(N2 )、或氖(Ne))供應至處理腔室。舉例而言，可為了穩定He電漿或其他原因而提供這些額外氣體。
He電漿產生高能且長壽的He亞穩態物種(metastable species)，其具有足夠高的能量來將O2 激發或離子化。He亞穩態物種很容易通過噴淋頭中的 孔。另外，OES感測器係加以最佳化地配置，使得其僅偵測來自在基板上方之腔室容積(在噴淋頭及基板之間)中的氣體物種之光學放射。在一些範例中，將高深寬比(aspect ratio)的準直管佈置在OES感測器前方以準直入射光，使得僅與基板表面平行傳播的光係加以偵測。
該等偵測系統及方法使用OES感測器以偵測高度敏感的背景分子氧(O2 )濃度。該等偵測系統及方法與包含光學視埠的現有腔室設計相容。在一些範例中，該等偵測系統及方法使用氦(He)電漿以增強O物種的特徵放射(例如，在777 nm、844 nm、及/或其他波長所發現的放射波長)。在一些範例中，放射線的強度係與一預定值進行比較，且若強度小於該預定值則執行一後續處理。
在一些範例中，O物種之濃度亦可與O2 濃度在量上相關聯。對於特些氣體物種及壓力/功率條件而言，O物種之濃度係與O2 濃度大致成正比。在一些範例中，放射線的強度係做為對一校準查閱表進行取用的索引，該校準查閱表輸出O2 濃度。圖7中顯示了在O物種放射線(由OES感測器輸出)與O2 濃度(由RGA感測器輸出)之間的關係。在其他範例中，放射線的強度係做為輸出O2 濃度 之函數的輸入變數 。
該等偵測系統及方法對分子氧O2 的背景濃度為高度敏感的。該等偵測系統及方法能夠藉由使用直接電漿或下游電漿而偵測位於基板區域上方之痕量級的分子氧。該等偵測系統及方法在無需侵入性偵測探針之情況下執行原位偵測。該等偵測系統及方法可用以偵測腔室洩漏、及來自洩漏或脫氣的背景氧。該等偵測系統及方法亦使原子級低氧化電漿處理得以進行。
可在用於光阻剝除、灰化、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、蝕刻或其他基板處理步驟的基板處理系統中使用該等偵測系統及方法。現在參照圖1。顯示了基板處理腔室100之範例。雖然顯示並描述特定的基板處理腔室，但該等方法可藉由使用其他類型的基板處理系統來實行。
基板處理腔室100包含下腔室區域102及上腔室區域104。下腔室區域102係由腔室側壁表面108、腔室底部表面110、及氣體分配裝置114的下表面所界定。
上腔室區域104係由氣體分配裝置114的上表面、及圓頂118的內表面所界定。在一些範例中，圓頂118係置於第一環形支撐件121上。在一些範例中，第一環形支撐件121包含用以輸送處理氣體至上腔室區域104的一或更多間隔的孔123。在一些範例中，處理氣體係藉由該一或更多間隔的孔123而在向上方向上以一銳角(相對於包含氣體分配裝置114之平面)輸送，但是亦可使用其它角度/方向。在一些範例中，在第一環形支撐件121中的氣體流動通道134將氣體供應至一或更多間隔的孔123。
第一環形支撐件121可置於第二環形支撐件125上，該第二環形支撐件125界定了用以從氣體流動通道129輸送處理氣體至下腔室區域102的一或更多間隔的孔127。在一些範例中，氣體分配裝置114中的孔131係與孔127對準。在其它範例中，氣體分配裝置114具有較小的直徑且不需要孔131。在一些範例中，處理氣體係藉由一或更多間隔的孔127而在向下方向上朝基板以一銳角(相對於包含氣體分配裝置114之平面)輸送，但是亦可使用其它角度/方向。
在其他範例中，上腔室區域104為具有平坦的頂部表面之圓柱形，且可使用一或更多平坦的感應線圈。在更其他範例中，可使用在噴淋頭與基板支撐件之間具有一間隔部的單一腔室。
基板支撐件122係設置在下腔室區域102中。在一些範例中，基板支撐件122包含靜電卡盤(ESC)，但是亦可使用其它類型的基板支撐件。基板126於蝕刻期間係配置在基板支撐件122的上表面上。在一些範例中，基板126的溫度可藉由加熱板117、具有流體通道之可選性的冷卻板、及一或更多感測器(未顯示)而控制 ；但是亦可使用任何其他合適的基板支撐件溫度控制系統。
在一些範例中，氣體分配裝置114包含一噴淋頭(例如，具有複數間隔的孔135的板133)。該複數間隔的孔135從板133的上表面延伸至板133的下表面。在一些實施例中，間隔的孔135具有在從0.1英吋至0.75英吋之範圍內的直徑。在一些範例中，噴淋頭係由導電材料(例如，鋁)或具有由導電材料製成之嵌入式電極的非導電材料(例如，陶瓷)所製成。
一或更多感應線圈140係圍繞圓頂118的外部而設置。當通電時，一或更多感應線圈140於圓頂118內產生電磁場。在一些範例中，使用上線圈及下線圈。氣體注入器142注入來自氣體輸送系統150-1的一或更多氣體混合物。
在一些實施例中，氣體輸送系統150-1包含一或更多氣體來源152、一或更多閥154、一或更多質量流量控制器(MFC) 156、及一混合歧管158，但是亦可使用其他類型的氣體輸送系統。可使用一氣體分流器(未顯示)以改變氣體混合物的流率。可使用另一氣體輸送系統150-2以供應蝕刻氣體或蝕刻氣體混合物至氣體流動通道129及/或134(在來自氣體注入器142的蝕刻氣體之外另外供應，或取代來自氣體注入器142的蝕刻氣體)。
合適的氣體輸送系統係顯示並描述於共同受讓的美國專利申請案第14/945,680號(發明名稱為「Gas Delivery System」，申請日為2015年12月4日)中，其內容係藉由參照完整納入本文中。合適的單一或雙氣體注入器及其它氣體注入位置係顯示並描述於共同受讓的美國臨時專利申請案第62/275,837號(發明名稱為「Substrate Processing System with Multiple Injection Points and Dual Injector」，申請日為2016年1月7日)中，其內容係藉由參照完整納入本文中。
在一些範例中，氣體注入器142包含以向下方向引導氣體的一中央注入位置、及以相對於向下方向的一角度注入氣體的一或更多側邊注入位置。在一些範例中，氣體輸送系統150-1以第一流率將氣體混合物的第一部分輸送至氣體注入器142的中央注入位置，並以第二流率將氣體混合物的第二部分輸送至氣體注入器142的側邊注入位置。在其它範例中，藉由氣體注入器142輸送不同的氣體混合物。在一些實施例中，氣體輸送系統150-1輸送調諧氣體至氣體流動通道129與134、及/或至將於以下描述之處理腔室中的其它位置。
電漿產生器170可用以產生輸出至一或更多感應線圈140的RF功率。電漿190係於上腔室區域104中產生。在一些實施例中，電漿產生器170包含RF來源172、及匹配網路174。匹配網路174將RF來源172的阻抗與一或更多感應線圈140的阻抗相匹配。在一些範例中，氣體分配裝置114係連接至一參考電位(例如接地)。閥178及泵浦180可用以控制下腔室區域102及上腔室區域104內的壓力及將反應物抽空。
控制器176係與氣體輸送系統150-1與150-2、閥178、泵浦180、及/或電漿產生器170通訊以控制吹掃氣體(purge gas)、處理氣體之流量、RF電漿及腔室壓力。在一些範例中，電漿係藉由一或更多感應線圈140而維持在圓頂118內。一或更多氣體混合物係藉由使用氣體注入器142 (及/或孔123)而從腔室的頂部部分導入，且電漿係藉由使用氣體分配裝置114而限制圓頂118中。在一些範例中，控制器176可包含查閱表177，其藉由線強度值而對中性氣體物種進行索引。僅以舉例而言，查閱表177可基於777 nm之O的線強度值而輸出O2 濃度。
在一些範例中，RF偏壓184係加以提供且包含RF來源186及可選性的匹配網路188。RF偏壓功率可用以在氣體分配裝置114與基板支撐件之間產生電漿，或在基板126上產生自偏壓以吸引離子。控制器176可用以控制RF偏壓功率。
光學放射光譜(OES)感測器196係連接至進入下腔室區域102中的視埠198或窗口，及連接至控制器176(或另一電腦(未顯示))。在一些範例中，準直管 197可配置在OES感測器196與視埠198之間以對光進行準直。在一些範例中，準直管197具有高深寬比。在其他範例中，OES感測器196在沒有準直管之情況下直接附接至視埠。在一些範例中，深寬比係大於5 。在一些範例中，深寬比係大於10。在一些範例中，視埠198及準直管197係配置在一平面上，該平面係與在基板126之表面上方的一區域平行。
現在參照圖2， 顯示了根據本揭露內容的另一基板處理系統210之範例。基板處理系統210包含處理腔室212及氣體分配裝置213，該氣體分配裝置213包含具有間隔的通孔215之板214或噴淋頭。在一些範例中，如以下將進一步描述，可將遠距電漿供應至氣體分配裝置213或於氣體分配裝置213中產生遠距電漿。可於處理腔室212中配置基板支撐件216(例如，底座或托板)。在使用期間，可將基板218(例如，半導體基板或其他類型的基板)配置於基板支撐件216上。
基板處理系統210包含氣體輸送系統220。僅以舉例而言，氣體輸送系統220可包含：一或更多氣體來源222-1、222-2、…、及222-N(統稱為氣體來源222)，其中N為大於零的整數；閥224-1、224-2、…、及224-N (統稱為閥224)；及質量流量控制器(MFC) 226-1、226-2、...、及226-N(統稱為MFC 226)。氣體輸送系統220之輸出可在歧管230中進行混合並輸送至遠距電漿來源、及/或氣體分配裝置213。氣體輸送系統220供應電漿氣體化學品。
控制器240可連接至對處理腔室212中之操作參數(例如，溫度、壓力等)進行監控的一或更多感測器241。可設置加熱器242以根據需要而加熱基板支撐件216及基板 218。可設置閥250及泵浦252以從處理腔室212將氣體抽空。
僅以舉例而言，可設置電漿產生器228 。在一些實施例中，電漿產生器228為下游電漿來源。電漿產生器228可包含電漿管、感應線圈、或用以產生遠距電漿的另一裝置。僅舉例而言，電漿產生器228可使用射頻(RF)或微波功率而使用上述氣體化學品產生遠距電漿。在一些範例中，感應線圈係纏繞在噴淋頭的上柄部周圍且係由RF來源及匹配網路所產生之RF信號加以激發。通過感應線圈之RF信號將流動通過柄部的反應性氣體激發成為電漿狀態。控制器240可用以控制氣體輸送系統220、加熱器242、閥250、泵浦252、及遠距電漿產生器228所產生的電漿。
OES感測器260係連接至進入處理腔室212中的視埠264或窗口，及連接至控制器240(或另一電腦(未顯示))。在一些範例中，視埠264係配置成平行於基板218之表面。在一些範例中，可使用準直管265。在一些範例中，準直管265具有高的深寬比。在其他範例中，準直管係加以省略。在一些範例中，該深寬比大係於5。在一些範例中，該深寬係比大於10。在一些範例中，視埠264及準直管265係配置在一平面上，該平面係與在基板126之表面上方的一區域平行。
He電漿激發產生高能量的亞穩態物種，以增強來自背景O2 的特徵放射。該等偵測系統及方法可用以在無需侵入式探針之情況下進行原位偵測，且為高度靈敏的偵測手段。該等偵測系統及方法對O2 之偵測具有超過6個對數尺度(decade)的高動態範圍。該系統的元件使用壽命長且維護相對容易。
在使用感應耦合電漿的一些範例中，ICP功率係設定於500W-5kW之間的範圍內，但亦可使用其他功率位準。在一些範例中，腔室壓力係設定於20 mT與10 T之間的範圍內，但亦可使用其他腔室壓力。在一些範例中，He的流率係設定在從50 sccm至20,000 sccm的範圍內。在一些範例中，電漿氣體包含He。在一些範例中，電漿氣體包含He及一或更多其他載送氣體，例如氬(Ar)、分子氮(N2 )、或分子氫(H2 )。
現在參照圖3，顯示了偵測基板上方之區域中的分子氧位準的方法300。在310，將基板配置於處理腔室中的基板支撐件上。在314，將氦氣供應至處理腔室。在一些範例中，額外的氣體(例如，載送氣體)可與氦氣一起供應。在318，於處理腔室中觸發電漿。在322， 藉由使用OES感測器而在處理腔室中取得測量的光譜。在326，對氧放射線進行追蹤、及/或隨著時間對強度進行辨識及追蹤。在328，將所測量光譜之放射線與基準光譜之放射線進行比較。在332，基於該比較而判定腔室中的分子氧之位準。
現在參照圖4A，方法350包含上述之步驟310至326。在326之後，該方法於360對氧放射線強度值與預定值進行比較。在364，該方法判定氧放射線強度是否低於預定值。若364成立，則氧化位準係足夠低的，並於370對基板進行處理。若364不成立，則氧化位準太高，並於374不對基板進行處理。
在一些範例中，處理係於所測量的氧化位準大於預定位準時進行，且於所測量的氧化位準低於預定位準時不進行。
現在參照圖4B，顯示了與圖4A中之方法350類似的方法380。在方法380中，基板係於線強度下降至預定值以下後立刻進行處理。否則，在判定基板不能進行處理之前，方法380會持續對線強度與預定值進行比較達一預定週期。若364不成立(線強度不低於預定值)，則方法380繼續至384，並判定該預定週期是否達到。若384不成立，則方法返回至364。若384成立，則該方法繼續至386，不對基板進行處理且方法380結束。
現在參照圖5-6，氧O之尖峰強度可藉由使用He電漿而增強。尖峰係於777 nm及844 nm偵測到，而其與來自He電漿放射線之原生性尖峰係明顯不同的。在777 nm的O之特徵放射線與He放射線相距了至少15 nm，而這係完全在一般的OES解析度界線內。在一些範例中，777 nm的尖峰強度衰減係與RGA O2 (質量32)信號衰減相關聯。
現在參照圖7，He電漿增強了777 nm之放射強度。O放射強度係顯著地高於單獨之基於氧的電漿(例如，4倍)。與信噪比(S/N ratio)相比較，所測量的信號強度使得該方法能夠偵測到超過6個對數尺度之O濃度差異。 O物種之OES信號強度衰減可與連接至腔室前級管線(chamber foreline)之RGA所做出的測量相關聯(如圖7中所示)。
現在參照圖8，該等偵測系統及方法利用由ICP電漿來源加以激發且透過噴淋頭擴散之高能He亞穩態物種。氦亞穩態物種具有在20-23 ev之間的能階，該能階可使在基板上方之區域中的O2 物種活化。O2 之離子化界線係在12-14 eV之間。在一些範例中，OES視埠係配置且定向成平行於基板表面，而這使得吾人能夠對在基板上方之O2 微量進行偵測。
在偵測氧物種之外，該等偵測系統及方法可用以偵測其他中性氣體物種(假定氦亞穩態原子能量係足以進行激發或離子化)。舉例而言，該等偵測系統及方法可用以偵測氮N2 ，相對於He亞穩態原子的20-23eV離子化能量，氮N2 具有約15.4 eV之離子化能量。雖然針對前述電漿處理、及基板附近的O2 位準之判定可使用相同的電漿來源，但亦可使用獨立的電漿來源產生He電漿以將亞穩態He原子注入至基板附近的區域中。此外，雖然對He進行揭露，但亦可使用 對應之亞穩態原子具有較欲偵測之中性氣體物種更高的離子化能量之其它氣體。
以上所述在本質上僅為說明且係決非意欲限制本揭示內容、其應用、或使用。本揭示內容的廣泛教示可以多種方式執行。因此，雖然此揭示內容包含特殊的例子，但本揭示內容的真實範圍應不被如此限制，因為其他的變化將在研讀圖示、說明書及以下申請專利範圍後變為顯而易見。吾人應理解方法中的一或多個步驟可以不同的順序(或同時)執行而不改變本揭示內容的原理。另外，儘管每個實施例中皆於以上敘述為具有特定的特徵，但相關於本揭示內容之任何實施例中所敘述的該等特徵之任何一或多者可在其他實施例之任一者的特徵中實施、及/或與之組合而實施，即使該組合並未明確說明亦然。換言之，上述實施例並非互相排除，且一或多個實施例之間的排列組合仍屬於本揭示內容的範圍內。
元件之間(例如，在模組、電路元件，半導體層等之間)的空間和功能上的關係係使用各種術語來表述，其中包括「連接」、「接合」、「耦接」、「相鄰」、「接近」、「在頂端」、「上方」、「下方」和「配置」。除非明確敘述為「直接」，否則當於上述揭示內容中描述第一和第二元件之間的關係時，該關係可為第一及二元件之間沒有其他中間元件存在的直接關係，但也可為第一及二元件之間(空間上或功能上)存在一或多個中間元件的間接關係。如本文中所使用，詞組「A、B和C中至少一者」應解讀為意指使用非排除性邏輯OR的邏輯(A OR B OR C)，且不應解讀為「A中至少一者、B中至少一者、及C中至少一者」。
在一些實行例中，控制器為系統的一部分，其可為上述範例的一部分。此等系統可包括半導體處理設備，其包含一個以上處理工具、一個以上腔室、用於處理的一個以上平臺、及/或特定處理元件(基板基座、氣流系統等)。這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體基板或基板處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱作為「控制器」，其可控制該一個以上系統之各種的元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型，控制器可加以編程以控制本文中所揭露的任何製程，其中包含：處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、出入工具、及其他轉移工具、及/或與特定系統連接或介接的負載鎖之基板傳送。
廣義而言，控制器可定義為電子設備，其具有各種不同的積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用終點量測等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位信號處理器(DSP)、定義為特殊應用積體電路(ASIC)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)的形式與控制器通訊的指令，該等設定定義了用以在半導體基板上、對基板、或系統執行特定製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或基板的晶粒之製造期間內完成一或多個處理步驟。
在一些實行例中，控制器可為電腦的一部分或連接至電腦，該電腦係與系統整合、連接至系統、以其他方式網路連至系統、或其組合。舉例而言，控制器可為在「雲端」或工廠主機電腦系統的整體或部分，可允許基板處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監測製造操作的當前進度、檢查過往製造操作的歷史、檢查來自複數個製造操作的趨勢或性能度量、改變目前處理的參數、設定目前操作之後的處理步驟、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠端電腦被傳遞至系統。在一些例子中，控制器接收數據形式的指令，該數據明確指定於一或多個操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。吾人應理解參數可專門用於將執行之製程的類型與配置控制器以介接或控制之工具的類型。因此，如上面所述，控制器可為分散式的，例如藉由包含一或多個分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的(例如本文中所述之製程及控制)作業。一個用於此等目的之分散式控制器的例子將為腔室上的一或多個積體電路，連通位於遠端(例如在平台級或作為遠端電腦的一部分)的一或多個積體電路，其結合以控制腔室中的製程。
不受限制地，示例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-潤洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何可關聯或使用於半導體基板的製造及/或生產中之其他的半導體處理系統。
如上面所述，依據將由工具執行的一個以上處理步驟，控制器可與下述通訊：一或多個其他工具電路或模組、其他工具元件、群組工具、其他工具介面、毗鄰工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一個控制器、或用於材料傳送的工具，該等用於材料傳送的工具將基板的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或裝載埠。
100‧‧‧基板處理腔室
102‧‧‧下腔室區域
104‧‧‧上腔室區域
108‧‧‧腔室側壁表面
110‧‧‧腔室底部表面
114‧‧‧氣體分配裝置
117‧‧‧加熱板
118‧‧‧圓頂
121‧‧‧第一環形支撐件
122‧‧‧基板支撐件
123‧‧‧孔
125‧‧‧第二環形支撐件
126‧‧‧基板
127‧‧‧孔
129‧‧‧氣體流動通道
131‧‧‧孔
133‧‧‧板
134‧‧‧氣體流動通道
135‧‧‧孔
140‧‧‧感應線圈
142‧‧‧氣體注入器
150-1‧‧‧氣體輸送系統
150-2‧‧‧氣體輸送系統
152‧‧‧氣體來源
154‧‧‧閥
156‧‧‧質量流量控制器 (MFC)
158‧‧‧混合歧管
170‧‧‧電漿產生器
172‧‧‧RF來源
174‧‧‧匹配網路
176‧‧‧控制器
177‧‧‧查閱表
178‧‧‧閥
80‧‧‧泵浦
184‧‧‧RF偏壓
186‧‧‧RF來源
188‧‧‧匹配網路
190‧‧‧電漿
196‧‧‧光學放射光譜(OES)感測器
197‧‧‧準直管
198‧‧‧視埠
210‧‧‧基板處理系統
212‧‧‧處理腔室
213‧‧‧氣體分配裝置
214‧‧‧板
215‧‧‧通孔
216‧‧‧基板支撐件
218‧‧‧基板
220‧‧‧氣體輸送系統
222-1~222-N‧‧‧氣體來源
224-1~224-N‧‧‧閥
226-1~226-N‧‧‧質量流量控制器(MFC)
228‧‧‧電漿產生器
230‧‧‧歧管
240‧‧‧控制器
241‧‧‧感測器
242‧‧‧加熱器
250‧‧‧閥
252‧‧‧泵浦
260‧‧‧OES感測器
264‧‧‧視埠
265‧‧‧準直管
300‧‧‧方法
310‧‧‧步驟
314‧‧‧步驟
318‧‧‧步驟
322‧‧‧步驟
326‧‧‧步驟
328‧‧‧步驟
350‧‧‧方法
360‧‧‧步驟
364‧‧‧步驟
370‧‧‧步驟
374‧‧‧步驟
380‧‧‧方法
384‧‧‧步驟
386‧‧‧步驟
本揭示內容從實施方式及隨附圖式可更完全了解，其中
根據本揭露內容，圖1為包含偵測系統的基板處理系統之範例的功能方塊圖；
根據本揭露內容，圖2為包含偵測系統的基板處理系統之另一範例的功能方塊圖。
圖 3-4B為繪示了判定基板處理腔室中的分子氧位準之流程圖的範例之流程圖；
圖5為繪示了在各種波長測量到的光譜強度之範例的曲線圖；
圖6為圖5之一部分的放大曲線圖；
圖7為繪示了測量到的光譜強度之範例的曲線圖，該光譜強度隨著OES及RGA之處理時間而改變；及
圖8為繪示了氦及氧光學放射的能量圖之範例的曲線圖。
在圖式中，元件符號可被再次使用以辨別相似及/或相同的元件。

Claims (14)

  1. 一種測量系統，用以測量在基板上方之中性氣體物種的濃度，該測量系統包含： 一腔室； 一基板支撐件，位於該腔室中以支撐一基板； 一電漿來源，用以於該腔室中在該基板上方產生電漿，其中該電漿產生具有較一中性氣體物種更高之離子化能量的亞穩態物種(metastable species)，且其中該亞穩態物種將位於該基板上方的該中性氣體物種激發； 一光學放射光譜(OES)感測器，用以在該電漿來源產生該電漿的同時測量來自該基板上方的一位置之光譜；及 一控制器，用以基於所測量的該光譜而判定該基板上方的一區域中的該中性氣體物種的一濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該控制器係用以基於該濃度而在該基板上選擇性執行一處理。
  3. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該控制器藉由對所測量的該光譜在一預定波長的一強度、與一預定基準進行比較而判定該中性氣體物種的該濃度。
  4. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該控制器藉由使用一查閱表而判定該中性氣體物種的該濃度，該查閱表係藉由所測量的該光譜在一預定波長的一強度而進行索引。
  5. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該控制器藉由使用一預定函數、及所測量的該光譜在一預定波長的一強度而判定該中性氣體物種的該濃度。
  6. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該電漿來源藉由使用不包含該中性氣體物種的一電漿氣體混合物而產生該電漿。
  7. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中供應至該電漿來源的一電漿氣體混合物包含氦，且其中該亞穩態物種包含氦亞穩態物種。
  8. 如申請專利範圍第7項之測量系統，其中該電漿氣體混合物更包含選自於由氬、氖、及分子氮所組成之群組的至少一氣體。
  9. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該中性氣體物種包含分子氧。
  10. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該中性氣體物種包含分子氮。
  11. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該OES感測器對與包含該基板的一平面平行行進之光譜進行測量。
  12. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該腔室包含一視埠，且更包含配置在該視埠與該OES感測器之間以準直該光譜的一準直管。
  13. 如申請專利範圍第1項之測量系統，其中該準直管具有大於5：1的深寬比(aspect ratio)。
  14. 如申請專利範圍第7項之測量系統，其中該中性氣體物種包含氧物種，且其中該氦亞穩態物種增強該氧物種在777 nm及844 nm其中至少一者的特徵放射光譜。
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