TW202224049A - 快速腔室真空洩漏檢查硬體和維護程序 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用於偵測處理腔室內真空洩漏的方法及設備。更具體而言，該方法及裝置係關於利用光譜量測裝置，如光譜量測儀，來決定當處理腔室保持在洩漏測試壓力下時處理腔室內的洩漏率。光譜量測裝置決定處理腔室內一或更多種氣體的增加速率，並可用以決定處理腔室是否通過或未通過洩漏測試。

Description

快速腔室真空洩漏檢查硬體和維護程序
本揭示案的實施例一般係關於用於半導體處理的設備及方法。更具體而言，所揭示的方法及設備係關於半導體處理腔室內的洩漏偵測。
處理半導體基板以用於廣泛的應用，包括整合元件及微元件的製造。在處理期間，將基板放置在處理腔室內的基座或基板支撐件上。使用極其精確的製程條件及氣體流速來處理半導體。此在磊晶沉積製程及快速熱處理中尤其如此。處理腔室的真空密封對於防止外部空氣或處理氣體在操作期間洩漏到處理腔室中是很重要的。若真空部件或密封在製程之間破壞，大量基板可能會在偵測到洩漏之前穿過腔室運行並被污染。
傳統的洩漏測試需要冷卻腔室並運行標準壓力上升率測試，以偵測部件故障引起的任何洩漏。該製程可包括冷卻腔室、穩定腔室內的溫度及壓力、在抽氣及隔離腔室之後獲取上升速率資料、重新加熱腔室及重新定性用於半導體處理的腔室。此製程需要大量時間來冷卻處理腔室並將處理腔室重新加熱到處理溫度。一旦被再次加熱，在能夠再次處理基板之前，必須重新定性及調節處理腔室。冷卻、重新加熱及重新定性會導致大量停機時間及生產損失。替代方法包括使用氦洩漏量測工具來量測腔室內的氦量。儘管該等系統有時能夠量測少量洩漏，但是傳統製程則需要系統的大量停機時間，此減少了腔室可用於半導體處理的時長。
因此，需要一種改進的方法及設備，用於快速偵測由部件磨損或故障引起的小型真空或密封洩漏，同時將腔室保持在處理溫度。
本揭示案大體係關於用於偵測半導體處理腔室內真空洩漏的方法及設備。在一個實施例中，本文描述了用於偵測真空洩漏的方法。該方法包括將處理腔室從第一壓力抽氣至第二壓力，其中第二壓力小於第一壓力。該方法進一步包括啟用光譜量測儀，並在將腔室抽氣至第二壓力後關閉腔室隔離閥。在採樣時間內，使用光譜量測儀從導管收集光譜資料。根據光譜資料計算腔室洩漏率。
在另一實施例中，處理基板的方法包括執行洩漏偵測測試。洩漏偵測測試包括將處理腔室抽氣至洩漏測試壓力，啟用光譜量測儀，在將處理腔室抽氣至第二壓力後關閉腔室隔離閥，在採樣時間內使用光譜量測儀從導管收集光譜資料；及根據光譜資料計算腔室洩漏率。在洩漏偵測測試之後，處理腔室在收集光譜資料之後從洩漏測試壓力洩漏到大於洩漏測試壓力的處理壓力，並且在將處理腔室抽氣至處理壓力之後，對多個基板執行基板處理操作。在對多個基板執行基板處理操作之後，重複執行洩漏偵測測試。
在又一實施例中，描述了用於處理基板的處理腔室。處理腔室包括限定處理容積的腔室主體、處理氣體入口及處理氣體出口。處理氣體出口包括流體耦接在處理容積與排氣幫浦之間的第一導管，安置在處理容積與排氣幫浦之間的腔室隔離閥，及流體耦接至處理容積與腔室隔離閥之間的第一導管的光譜量測儀。控制器耦接至處理腔室。控制器被配置為將處理腔室抽氣至洩漏測試壓力，啟用光譜量測儀，在將腔室抽氣至洩漏測試壓力後關閉腔室隔離閥，在採樣時間內使用光譜量測儀從第一導管收集光譜資料，並根據光譜資料計算腔室洩漏率。
本揭示案的實施例大體係關於用於半導體處理的設備及方法。更具體而言，本揭示案係關於熱處理腔室內真空洩漏的偵測。用於偵測真空洩漏的設備包括附接至腔室隔離閥上方的處理腔室真空系統的光發射光譜儀。光發射光譜儀量測排氣管線內不同氣體的濃度，並決定洩漏率。在一些實施例中，光發射光譜儀量測N 2及/或O 2向處理腔室中的洩漏。
透過利用本文描述的光發射光譜儀及方法，能夠以小於0.5毫托/分鐘的洩漏率偵測腔室洩漏。在與處理腔室相同的溫度下，每隔幾個小時，能夠在不到三分鐘的時間內偵測到腔室洩漏。因此，不需要降低處理腔室的溫度，並且可在短時框內偵測到少量洩漏，而無需人工干預或處理腔室的大量停機時間。每四小時運行一次測試洩漏的先前方法會導致工具可用性下降約3%。本揭示案的實施例將工具可用性的下降減少至工具可用性的僅0.5%下降。
第1圖是根據一個實施例的基板處理系統100的示意性剖面圖。系統100是群集工具，其包括第一腔室102、第二腔室104、第三腔室106、第四腔室108、第五腔室110及限定包含中央移送機器人116的移送空間118的中央移送腔室112。系統100進一步包括耦接至系統100的控制器120。控制器120經程式設計為執行複數個指令，用於系統100的操作以製造半導體元件，包括中央移送機器人116的操作及腔室102-110及裝載腔室114的操作。如第2A圖所示，控制器120包括用記憶體255及大型儲存裝置操作的可程式設計中央處理單元(central processing unit; CPU)、輸入控制單元及顯示單元（未示出）。控制器120包括用於透過處理腔室中的感測器監控基板處理的硬體，並監控前驅物、處理氣體及吹掃氣體流。支援電路258耦接至中央處理單元252，用於以習用方式支援處理器。腔室102-110各自安置在中央移送腔室112周圍並與其耦接。中央移送機器人116被配置成透過移送空間118在裝載腔室114與一或更多個腔室102-110之間移送基板。
儘管未在第1圖中示出，但是系統100的腔室102、104、106、108及/或110可進一步包括一或更多個遠端電漿源，及一或更多個用於前驅氣體、載氣及其他處理氣體的氣體源。系統100亦可包括複數個部件，如感測器及控制器，該等控制器被配置成控制一些或所有腔室102-110中的壓力、溫度、氣流及氣體組成。系統100因此可被配置成形成期望的結構及裝置。腔室102、104、106、108及/或110中的每一者可為多種不同類型的半導體處理腔室之一。示例性腔室包括磊晶沉積腔室、快速熱處理(rapid thermal processing; RTP)腔室、蝕刻腔室、熱化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)腔室、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced CVD; PECVD)腔室或清潔腔室。
第2A圖是根據一個實施例的沉積腔室200a的示意性剖面圖。沉積腔室200a可為第1圖中的腔室102-110中的任何一者。本文描述的沉積腔室200a是磊晶沉積腔室或熱沉積腔室。沉積腔室200a大體用於在諸如基板202的基板上生長磊晶膜。沉積腔室200a在基板202的整個頂表面250上產生前驅物的交叉流。
沉積腔室200a包括上主體256、安置在上主體256下方的下主體248及安置在上主體256與下主體248之間的流動模組212。上主體256、流動模組212及下主體248形成腔室主體。安置在腔室主體內的是基座206、上圓頂208、下圓頂210、複數個上燈241及複數個下燈243。控制器120耦接至腔室200a，並且可用於控制本文描述的所有腔室製程。基座206安置在上圓頂208與下圓頂210之間。複數個上燈241安置在上圓頂208與蓋254之間。蓋254包括安置在其中的複數個感測器（未示出），用於量測沉積腔室200a內的溫度。複數個下燈243安置在下圓頂210與地面201之間。複數個下燈243形成下燈組件245。
在上圓頂208與下圓頂210之間形成處理容積236。處理容積236中安置有基座206。基座206包括其上安置有基板202的頂表面。基座206附接至軸218。該軸連接至運動組件220。運動組件220包括一或更多個致動器230及/或調節裝置，上述各者提供軸218及/或基座206在處理容積236內的移動及/或調節。
基座206可包括安置在其中的升降銷孔207。升降銷孔207的經尺寸設定以容納升降銷232，用於在執行沉積製程之前或之後從基座206提升基板202。當基座206從處理位置下降到移送位置時，升降銷232可擱置在升降銷止動件234上。
流動模組212包括複數個處理氣體入口214、複數個吹掃氣體入口264及一或更多個排氣出口216。複數個處理氣體入口214及複數個吹掃氣體入口264安置在流動模組212中與一或更多個排氣出口216相對的一側。襯裡263安置在流動模組212的內表面上，並且保護流動模組212免受沉積製程期間使用的反應性氣體的影響。處理氣體入口214及吹掃氣體入口264的定位使得氣體平行於安置在處理容積236內基板202的頂表面250而流動。
處理氣體入口214經由處理氣體導管253流體連接至處理氣體源251。吹掃氣體入口264經由吹掃氣體導管260流體連接至吹掃氣體源262。一或更多個排氣出口216經由排氣導管278流體連接至排氣幫浦257。
參考洩漏裝置295透過參考洩漏導管256流體耦接至處理氣體導管253。參考洩漏隔離閥259沿著參考洩漏導管256安置，並且位於參考洩漏隔離閥259與處理氣體導管253之間。在洩漏偵測的校準期間，參考洩漏裝置295可在洩漏氣體進入處理容積236之前透過參考洩漏導管256排放少量洩漏氣體進入處理氣體導管253。可由參考洩漏裝置295排放的少量洩漏可為約0.005 sccm到約3 sccm，如約0.01 sccm到約2 sccm，如約0.02 sccm到約1 sccm。在一些實施例中，洩漏氣體的量小於約0.03 sccm，如小於約0.025 sccm。在一些實施例中，參考洩漏裝置295是小型氣體面板。參考洩漏隔離閥259可打開，以允許洩漏氣體透過參考洩漏導管256散逸。參考洩漏隔離閥259以其他方式關閉，並將參考洩漏裝置295密封隔離處理容積236。在一些實施例中，參考洩漏隔離閥259用於在處理氣體流經處理氣體入口214期間保護參考洩漏裝置295。
腔室隔離閥271沿著排氣導管278安置在排氣出口216與排氣幫浦257之間。腔室隔離閥271能夠打開或關閉，以在排氣出口216與排氣幫浦257之間形成密封，使得當腔室隔離閥271關閉時，沒有氣體透過排氣導管278從處理容積236散逸。光譜量測儀292及真空計293流體連接至排氣出口216與腔室隔離閥271之間的排氣導管278。
在腔室隔離閥271與排氣幫浦257之間額外安置有節流閥272。節流閥272被配置成在基板處理期間控制穿過排氣導管278的氣體流速。在一些實施例中，節流閥272及腔室隔離閥271可為相同的。然而，有時很難僅用節流閥272或腔室隔離閥271中的一者來控制穿過排氣導管278的處理氣體流。例如，節流閥272可能不會在處理容積236與排氣幫浦257之間形成完全密封。儘管隔離閥271大體能夠在處理容積236與排氣幫浦257之間形成密封，但是隔離閥271在基板處理期間精確控制處理氣體流量方面可能效率較低。然而，在一些實施例中，可使用能夠形成充分密封的閥，同時執行洩漏校準並在基板處理期間精確控制穿過排氣導管278的氣體流速。
光譜量測儀292流體地或光學地耦接至排氣導管278。光譜量測儀292是光譜儀，且用於量測排氣導管278內的氣體組成。光譜量測儀292可透過第一量測儀導管269流體耦接至排氣導管278。第一量測儀導管269可具有安置在其上的第一閥267，使得第一閥267流體地安置在光譜儀表292與第一量測儀導管269到排氣導管278的連接部之間。第一閥267被配置為在處理容積236內的基板處理期間關閉。關閉第一閥267防止處理氣體流向光譜量測儀292，因為光譜量測儀292可能對曝露於處理氣體較為敏感。在沉積腔室200a內的真空洩漏檢查期間，第一閥257打開。來自排氣導管278的氣體流入光譜量測儀292，且光譜量測儀292決定排氣導管278內一或更多種氣體的濃度。
在一些實施例中，光譜量測儀292是光發射光譜儀，如遠端電漿光發射光譜儀。光譜量測儀292用於量測250奈米至約1000奈米，如約300奈米至約900奈米，如300奈米至約880奈米範圍內的光發射。在一些實施例中，在原位電漿腔中量測氣體樣本的光發射範圍。在其他實施例中，光譜量測儀292可光學耦接至排氣導管278，並透過安置在排氣導管278側面的視窗（未示出）量測排氣導管278內的氣體濃度。該視窗可伴隨有安置在排氣導管278的一部分的內表面周圍的一或更多個反射器。
真空計293流體耦接至排氣導管278。真空計293被配置成量測排氣導管278內的壓力。真空計293有助於決定系統內是否存在任何重大洩漏，並且亦在光譜量測儀292的校準期間使用。真空計293可為壓力計，並且可具有小於0.01托的精度，如小於5毫托，如小於1毫托。在一些實施例中，真空計293經由第二真空計導管299流體耦接至排氣導管278。第二量測儀導管299一端耦接至排氣導管278，且相對端耦接至真空計293。安置在第二量測儀導管299上的是第二閥266。第二閥266沿著第二量測儀導管299安置在排氣導管278與真空計293之間。第二閥266類似於第一閥267，因為第二閥266可在基板處理期間關閉，並在如本文所述的真空洩漏檢查期間打開。當關閉時，第二閥266可將真空計293關閉而與排氣導管278隔離，使得處理氣體不會到達真空計293。
排氣幫浦257可為在基板處理腔室內使用的任何合適的氣體幫浦。排氣幫浦257可為排氣組件（未示出）的一部分。在一些實施例中，排氣幫浦257與多個處理腔室一起使用，並且取決於處理腔室內的期望壓力及真空來調節強度。
第2B圖是根據另一實施例的沉積腔室200b的示意性剖面圖。沉積腔室200b可為第1圖中的腔室102-110中的任何一者。沉積腔室200b是快速熱處理(rapid thermal processing; RTP)腔室。示例性RTP腔室可包括可從加州聖克拉拉市的應用材料公司獲得的RADIANCE®或RADIANCEPlus腔室；然而，亦可考慮其他製造商提供的腔室。沉積腔室200b大體用於在基板（如基板202）上沉積膜，以形成半導體元件。沉積腔室200b將前驅物沉積到基板202的頂表面250上。
沉積腔室200a包括上加熱組件275、主體274、基底285、基座281、第一視窗284、複數個高溫計289、複數個光導管286、處理氣體源251、排氣幫浦257及吹掃氣體源262。
上加熱組件275安置在沉積腔室200a的主體274的頂部。主體274可為環繞基底285並支撐上加熱組件275的一個部件或複數個部件。主體274可包括處理氣體入口215、吹掃氣體入口217及排氣出口279。具有穿過其形成的複數個孔278的第一視窗284安置在主體274的上部內，使得第一視窗284擱置在主體274的一部分的頂部上。第一視窗284進一步用作由上加熱組件275發射的輻射的輻射視窗。在一些實施例中，第一視窗284是石英視窗。
上加熱組件275安置在第一視窗284上方，並藉由第二視窗276與第一視窗284分開。第二視窗276及第一視窗284在處理容積280上方形成分配氣室。上加熱組件275耦接至上板276，並包括複數個燈277，用於快速加熱處理空間280及基板250的頂表面。燈277被一或更多個冷卻通道包圍。上加熱組件275內的燈可由如控制器120的控制器控制。來自上加熱組件275的輻射穿過第一視窗284及第二視窗276進入處理空間280。或者（未示出），上加熱組件275是下加熱元件，並且被配置為加熱基板202的背面，例如，將其安置在基板202下方並將輻射引導到基板202的背面。
基底285安置在主體274內及基座281下方。基底285可用於支撐基座281。基底285可為水冷基底，並且具有安裝在頂表面上以反射輻射的反射器283，使得反射器283將來自上加熱組件275的輻射反射到基座281及基板202的背面。基座281被配置為支撐基板202，並且被安置在基底285的頂部及第一視窗284的下方。
基板202的局部區域的溫度由高溫計289量測。高溫計289被配置成透過量測由基板202發射的輻射來量測基板202的溫度。來自基板202的輻射被發射到穿過基底285安置的光導管286中。光導管286經定位以接收來自沿著基板202的不同徑向位置的輻射。每個光導管286的上部282鄰近基板202及基座281的下側定位，而每個光導管286的下部287則附接至撓性光纖288。撓性光纖288安置在光導管286與高溫計289之間，並將光導管286的下端光學耦接至高溫計289，使得光導管286及撓性光纖288將由基板202及/或基座281發射的輻射傳輸到高溫計289。每個光導管286位於基底285內，使得光導管上部282與基底285的上表面齊平或略低於基底285的上表面，如略低於反射器283的上表面或與其齊平。在一些實施例中，光導管286直接連接至高溫計289，而不使用撓性光纖288。
高溫計289連接至控制器120，控制器120回應於量測的基板溫度來控制供應到上加熱組件275的功率。在一些實施方式中，如對於200毫米的基板，上加熱組件275使用複數個燈，如187個燈277，以將高度準直的輻射從鎢鹵素燈移送至處理空間280。在一些實施方式中，如對於300毫米的基板，上加熱組件275可使用複數個燈，如409個燈277。本文揭示的燈的數量及配置是示例性的，可使用其他數量及配置的燈。
類似於第2A圖的沉積腔室200a的處理氣體入口214，處理氣體入口215經由處理氣體導管253流體連接至處理氣體源251。吹掃氣體入口217經由吹掃氣體導管260流體連接至吹掃氣體源262。排氣出口279經由排氣導管278流體連接至排氣幫浦257。
如參考第2A圖所述，參考洩漏裝置295經由參考洩漏導管256流體耦接至處理氣體導管253，並且參考洩漏隔離閥259沿著參考洩漏導管256安置在參考洩漏隔離閥259與處理氣體導管253之間。
如參考第2A圖所述，腔室隔離閥271沿著排氣導管278安置在排氣出口279與排氣幫浦257之間。光譜量測儀292及真空計293流體連接至排氣出口279與腔室隔離閥271之間的排氣導管278。節流閥272額外安置在腔室隔離閥271與排氣幫浦257之間。
排氣幫浦257可為在基板處理腔室內使用的任何合適的氣體幫浦。排氣幫浦257可為排氣組件（未示出）的一部分。在一些實施例中，排氣幫浦257與多個處理腔室一起使用，並且取決於處理腔室內的期望壓力及真空來調節強度。
控制器120可控制高溫計289、上加熱組件275、處理氣體源251、參考洩漏裝置295、排氣幫浦257、光譜量測儀292、真空計293中的任何一者，及閥259、267、268、271、272中的任何一者。
第3圖是根據一個實施例的量測第2A圖或第2B圖的處理腔室之一者內的洩漏率的方法300。方法300包括如本文所述的第一操作302、第二操作304、第三操作306、第四操作308、第五操作310、第六操作312、第七操作314、第八操作316、第九操作318及第十操作320。
第一操作302是校準操作。在處理系統或群集工具上執行安裝或維護之後，執行第一操作302。第一操作302用於校準光譜量測儀292及/或真空計293。第一操作302可包括參照第4圖描述的所有操作或其他替代校準方法。在一些實施例中，光譜量測儀292及/或真空計293在整個方法300中在額外或替代點處進行校準。本文參照第4圖進一步詳細描述第一操作302。
第二操作304包括將處理腔室從第一壓力泵降至第二壓力，第二壓力小於第一壓力。第一壓力可為在沉積操作的最後部分期間或者在校準製程之後腔室已經被加壓後的處理腔室（如沉積腔室200a、200b中的一者）的壓力。在一些操作中，若在沒有將腔室恢復到基板處理壓力的情況下校準腔室，則第一壓力及第二壓力可相等。在第二操作304期間，沒有氣體從處理氣體或吹掃氣體源流入腔室。在第二操作304期間或之前，氣體停止從處理氣體及/或吹掃氣體源流入腔室。第二壓力是每個導管（如導管253、256、260、266、278或299）內的最少量氣體洩漏到處理容積（如處理容積236及280）中的壓力。第二壓力亦可稱為測試壓力或洩漏測試壓力。
當處理腔室內的壓力降低時，來自導管的氣體回流到腔室內，並從腔室內的氣體沉積物中除氣。此使得偵測進入處理腔室的洩漏更加困難。因此，腔室內的壓力應足夠低，以移除腔室內的氣體，從而形成真空，但亦應足夠高，以減少任何回流效應。第二壓力可在第二操作304期間透過在抽氣循環期間監測來自導管253、256、260、266、278或299中的一或更多者的排放來決定，使得排放強度在第二壓力下低於可接受臨限值。或者，可在第一操作302期間預先決定第二壓力。在一些實施例中，第一壓力為約20托至約200托，如約50托至約150托，如約60托至約100托，如約70托至約90托，如約80托。在一些實施例中，第二壓力小於約500毫托，如約20毫托至約300毫托，如約30毫托至約250毫托，如約50毫托至約200毫托，如約75毫托至約150毫托，如約80毫托至約120毫托，如約100毫托。
在該操作期間，處理腔室可保持在基板處理溫度。在量測洩漏率的方法300期間，將處理腔室保持在基板處理溫度縮短了處理腔室的停機時間，且因此增加了腔室的可用性。基板處理溫度可為約100℃到約800℃，如約100℃到約750℃，如約200℃到約750℃。在使用磊晶沉積腔室的實施例中，如第2A圖的沉積腔室200a，基板處理溫度是約250℃到約800℃，如約300℃到約750℃。在使用RTP室的實施例中，如第2B圖的沉積腔室200b，基板處理溫度為約150℃至約450℃，如約200℃至約400℃。在熱板加熱器系統中，基板處理溫度為約100℃至約700℃，如約100℃至約650℃。
第三操作306包括啟用光譜量測儀，如光譜量測儀292。啟用光譜量測儀292可包括打開光譜量測儀292或開始用光譜量測儀292採樣。在一些實施例中，光譜量測儀292在後台連續運行，但是在第三操作306期間，開始收集及/或保存光譜採樣資料。光譜採樣資料可儲存在控制器內，如控制器120。當啟用光譜量測儀時，打開排氣導管與光譜量測儀之間的閥，如第一閥267，以允許氣體從排氣導管流到光譜量測儀。
第四操作308包括關閉腔室隔離閥，如腔室隔離閥271。腔室隔離閥關閉以密封處理容積，如處理容積236、280。當腔室隔離閥關閉時，光譜量測儀量測排氣導管內不同氣體的濃度，並藉由在處理容積中延伸，使得第三操作306及第四操作308重疊或同時執行。此在穩定時間內進行，與此同時腔室隔離閥關閉以形成密封。穩定時間可從約1秒到約20秒，如約1秒到約15秒，如約2秒到約10秒。穩定時間後，應關閉腔室隔離閥，並將處理容積與排氣幫浦隔離。在一些實施例中，在隔離閥271關閉後，光譜量測儀與排氣導管之間的閥打開。
第五操作310包括藉由使用光譜量測儀從排氣導管（如排氣導管278）內採樣光譜資料。光譜資料是藉由使用光發射光譜學(optical emission spectroscopy; OES)獲得的。在第五次操作期間收集OES光譜資料，以決定排氣導管內一或更多種氣體的濃度。光譜資料的採樣可透過從排氣導管獲取複數個氣體樣本來執行。此可包括使排氣導管中存在的少許固定量的氣體流入光譜量測儀內的樣本容積，如光譜量測儀的原位電漿腔。隨後對樣本體積內的氣體進行光學分析，以決定樣本容積內一或更多種氣體的濃度。在本文描述的操作中，量測N 2、氮、氧、O 2、氫或氬中的一或更多者的濃度。第五操作310及第二、第三、第四及第六操作304、306、308、312可在與第十操作320期間處理基板的溫度相似的溫度下執行。在一些實施例中，第五操作310期間的溫度大於約250℃，如大於約400℃，如大於約500℃，如大於約750℃。
收集排氣導管內氣體的多個樣本。在一些實施例中，排氣導管內的氣體以約20個樣本/分鐘至約150個樣本/分鐘的速率量測，如約30個樣本/分鐘至約120個樣本/分鐘，如約45個樣本/分鐘至約100個樣本/分鐘，如約60個樣本/分鐘。樣本可被收集達共計約15秒至約100秒的時長，如約20秒至約90秒，如約30秒至約75秒，如約30秒至約50秒，如約32秒。因此，可採集約5個樣本到約180個樣本，如約20個樣本到約180個樣本，如約30個樣本到約120個樣本。
增大採樣數量及頻率可提高資料及趨勢分析的解析度，從而揭示處理腔室內的洩漏。採樣大體進行不到約兩分鐘，以減少洩漏偵測期間處理腔室的停機時間。當使用OES採集樣本時，能夠決定排氣導管內氣體的元素組成，並且能夠決定一或更多種氣體的濃度，無論使用何種處理氣體。
第六操作312在第五操作310之後執行，並且包括計算光譜資料的樣本中一或更多者內的氣體濃度增大的強度。透過量測與空氣洩漏相關的一或更多種氣體濃度的增大速率來決定樣本中氣體濃度增大的強度。在本文描述的實施例中，量測的氣體包括N 2、氮、氧、O 2及氬。在控制器120中計算氣體濃度增大的強度。從外部環境、另一個腔室、排氣系統部件或氣體面板部件中之一者進入處理腔室的可接受的大氣洩漏率由使用者決定。可接受的洩漏率決定了一或更多種氣體濃度的可接受的增大率。在一些操作中，第六操作312可在第五操作310期間與光譜資料的收集同時執行。在其他實施例中，收集所有光譜資料，隨後計算處理腔室內的純度。
第七操作314包括停用光譜量測儀並打開腔室隔離閥。在第五操作310期間已經採集了光譜資料樣本之後，可關閉光譜量測儀與排氣導管之間的閥，並且停用光譜量測儀。可同時或直接在此後重新打開腔室隔離閥以解封處理腔室。光譜量測儀與排氣導管之間的閥可關閉，以在基板處理期間保護光譜量測儀免受處理氣體的影響。第七操作314可視情況在第六操作312之前、繼之以此操作或在其後執行，使得當光譜量測儀被停用且腔室隔離閥打開時，或者在光譜量測儀被停用且腔室隔離閥打開之後，計算處理腔室的氣體濃度增大的強度。
第八操作316包括將樣本的氣體濃度增大的強度與在第一操作302期間量測的氣體濃度增大的校準強度進行比較，以決定洩漏率並決定處理腔室通過還是未通過洩漏測試。氣體濃度增大的校準強度可為增大值的速率，在該速率下處理腔室將不能通過洩漏測試，使得一旦強度值超過校準強度，處理腔室將具有超過預定最大洩漏值的洩漏。參考第4圖更詳細地描述了決定校準純度的方法。在一些實施例中，在光譜量測儀被停用並且腔室隔離閥打開之前執行第八操作316。可替代地繼之以第六操作312執行第八操作。
在一些實施例中，若在第八操作316期間，決定處理腔室具有超過預定限值的洩漏，則可執行額外的處理操作。在額外操作期間，透過打開參考洩漏裝置與處理氣體導管（如處理氣體導管253）之間的閥來啟動參考洩漏裝置，如參考洩漏裝置295，並且該參考洩漏裝置釋放預設量的洩漏氣體。在一些實施例中，預設量的洩漏氣體為約0.005 sccm至約3 sccm，如約0.01 sccm至約2 sccm，如約0.02 sccm至約1 sccm。在一些實施例中，預設量的洩漏氣體小於約0.03 sccm，如小於約0.025 sccm。光譜量測儀隨後可以類似於關於第五操作510描述的方式量測排氣導管內的氣體濃度。隨著可預測量的預知氣體被釋放到處理腔室中，控制器隨後可決定根據原始洩漏決定的純度計算是否正確，或者系統是否應該被重新校準及/或洩漏測試是否執行了額外的時間。可在第八操作316先於第七操作314執行的實施例中執行該額外操作。在第七操作314之前執行額外操作，使得光譜量測儀仍然處於活動狀態，並且腔室隔離閥仍然關閉。此確保了純度測試與洩漏測試之間的量測一致性，同時參考洩漏裝置主動提供參考洩漏。
第九操作318包括將處理腔室抽氣至處理壓力。處理壓力可為第三壓力，使得第三壓力大於第二壓力。在一些實施例中，第三壓力與第一壓力相同。在其他實施例中，第一壓力與第三壓力不同。在本文揭示的實施例中，第三壓力為約20托至約200托，如約50托至約150托，如約60托至約100托，如約70托至約90托，如約80托。增大處理腔室內的壓力可透過使一或更多種氣體從處理氣體入口或吹掃氣體入口流動來實現。
第十操作320包括在諸如沉積腔室200a、200b之一者的處理腔室內處理一或更多個基板。一或更多個基板的處理包括在基板上執行半導體形成操作，如沉積操作。在第十操作320期間已經處理了一或更多個基板之後，可重複或循環第二至第十操作302-320。該循環可在預定的時間段內重複，或者在處理腔室內處理了設定數量的基板之後重複。在重複循環第二至第十操作302-320之後，可再次執行預防性維護，並且可重新開始執行整套方法300。
在一些操作中，在每n個基板之前/之後執行洩漏偵測操作，使得在處理腔室內處理n個基板之前/之後執行洩漏偵測操作。在其中在處理預定數量的基板之間執行洩漏測試的實施例中，洩漏測試在處理腔室內已經處理了約2至約2000個基板之後執行，如約25至約1000個基板，如約100至約750個基板。在其他實施例中，在預定操作時間之後，如約1小時至約24小時，如約2小時至約12小時，如約3小時至約5小時之後執行洩漏偵測操作。在一些實施例中，至少每24小時系統運行一次洩漏偵測操作。在其他實施例中，在已經執行系統維護及/或處理腔室已經長時間閒置之後執行洩漏偵測操作。
第4圖是根據一個實施例的在維護後校準洩漏偵測系統的詳細校準操作302。操作302包括在第一操作402期間對處理腔室執行預防性維護，在第二操作404期間將處理腔室抽氣至第一壓力，在第三操作406期間對光譜資料進行採樣並量測處理腔室內隨時間的壓力，在第四操作408期間填充校準表，及在第五操作410期間計算處理腔室的合格/不合格純度值。
對處理腔室執行預防性維護的第一操作402視情況在校準操作302開始時完成。預防性維護可包括處理腔室的定期清潔、處理腔室內部件的維修、處理腔室內部件的更換或處理腔室的改裝。預防性維護可在處理腔室的整個壽命期間進行。
在對處理腔室執行預防性維護之後，處理腔室大體執行數個初始操作程序來預熱處理腔室。此包括將處理腔室抽氣至處理壓力，並使一或更多個測試基板運行穿過處理腔室。
將處理腔室抽氣至第一壓力的第二操作404包括將處理腔室內的壓力從維護後壓力或處理壓力降低至類似於上述第二壓力的壓力。在一些實施例中，壓力降低至約20毫托至約300毫托，如約30毫托至約250毫托，如約50毫托至約200毫托，如約75毫托至約150毫托，如約80毫托至約120毫托，如約100毫托。將處理腔室抽氣至校準壓力可分階段進行，使得在抽氣停止之前，處理腔室被抽氣達設定的時長，並且腔室被隔離以執行第三操作406，如下所述。在一些實施例中，在不到60秒，如不到30秒的時間內，將處理腔室抽氣至校準壓力。在一些實施例中，以約0.1秒至約60秒，如約3秒至60秒，如約5秒至約15秒，執行將處理腔室抽氣至校準壓力的步驟。
在第二操作404的同時，可執行第三操作406，從處理腔室採樣光譜資料並量測壓力隨時間的變化。如上所述，光譜資料的採樣由光譜量測儀執行，如光譜量測儀292。可以與第3圖的方法300在第五操作310期間量測光譜資料類似的方式，來執行光譜資料的採樣。在第三操作406期間，暫時停止處理腔室的抽氣，並且使用腔室隔離閥271隔離該腔室，從而可針對抽氣停止時的壓力來決定腔室內氣體的上升速率。
使用壓力計，如真空計293，量測壓力及壓力隨時間的變化。當處理腔室被抽氣至校準壓力時，可透過進行週期性的壓力量測來計算壓力隨時間的變化。可將曲線擬合至壓力變化量測值，以決定壓力隨時間的變化。
在第三操作406期間獲得光譜資料及壓力資料之後，可透過計算處理腔室內一或更多種氣體濃度的變化率來將光譜資料轉換成強度值。
在第四操作408期間，計算得出的強度值及壓力值相對於彼此繪製，以形成校準表。可針對約0.2毫托/分鐘至約100毫托/分鐘，如約0.3毫托/分鐘至約75毫托/分鐘，如約0.4毫托/分鐘至約50毫托/分鐘，如約0.5毫托/分鐘至約40毫托/分鐘的移除速率決定校準表。強度值可為任意值，其由處理腔室內一或更多種氣體濃度的變化率決定。大體上，較高的強度值等於處理腔室內一或更多種氣體濃度的較大變化率。校準表亦可用於決定在第3圖的洩漏測試操作期間使用的最佳壓力，如關於第3圖的方法300的第二操作304描述的第二壓力。
可循環第二操作404、第三操作406及第四操作408以填充完整的校準表。如上所述，執行第二操作404以在處理腔室被隔離之前將處理腔室抽氣至設定壓力，並且執行處理腔室內氣體的採樣以獲得光譜資料。光譜資料伴隨有腔室內氣體的標準上升操作速率，以決定設定壓力下處理腔室的洩漏率。該操作的循環填充了處理腔室內不同壓力的完整校準表。
在第五操作410期間，決定合格/不合格純度值。使用在第四操作408期間形成的校準表及最大可接受的洩漏值來決定合格/不合格純度值。最大可接受的洩漏值可為使用者輸入，並且在一些實施例中為約0.1毫托/分鐘至約1毫托/分鐘，如約0.3毫托/分鐘至約0.7毫托/分鐘，如約0.5毫托/分鐘。當被輸入校準表時，藉由外推法或藉由將可接受的純度值與先前測得的洩漏率相匹配，決定洩漏試驗合格或不合格的可接受純度值。每次對腔室進行預防性維護時，可重新計算合格/不合格純度限值。
在一些實施例中，利用校準洩漏來決定合格/不合格臨限值。在該實施例中，在第二操作404及第三操作406期間，在處理腔室已經顯示為不洩漏之後，在校準洩漏打開的情況下重複使用光譜量測儀進行強度測試。校準洩漏打開，以為使用者合格/不合格標準的速率釋放氣體。因此，在使用校準洩漏期間計算的氣體濃度增大的強度成為合格/不合格的臨限值。
第5圖是圖表500，示出了數個試驗中處理腔室內樣本的量測純度。使用與上述方法類似的方法來使用量測的純度。在該圖表上，純度值由y軸上的任意污染率（即一或更多種氣體濃度隨時間的增大）表示。圖表左側502示出了無洩漏時執行的試驗。圖中顯示了未洩漏O 2506的測得污染率及未洩漏N 2508的測得污染率。圖表右側504示出了存在洩漏時執行的試驗，如由參考洩漏裝置295發出的洩漏。參考洩漏可能是約0.3毫托/分鐘的洩漏。圖中示出了洩漏O 2510的測得污染率及洩漏N 2512的測得污染率。如圖表500所示，當將未洩漏N 2508試驗值與洩漏N 2512試驗值進行比較時，能夠看出進入處理腔室的N 2污染率顯著更高。當將未洩漏O 2506試驗值與洩漏O 2510試驗值進行比較時，進入處理腔室的O 2污染率亦顯著更高。
第6圖是圖表600，示出了數個試驗中處理腔室內的測得壓力。圖表600比較了在純度測試開始及結束時，當存在洩漏時及當處理腔室內無洩漏時的壓力量測值。在左側602，使用壓力計（如真空計293）決定無洩漏的初始壓力606，並與無洩漏的最終壓力608進行比較。如圖所示，即使無洩漏，處理腔室內的壓力亦會有很小的變化。在右側604，使用壓力計決定具有洩漏的初始壓力610，並與具有洩漏的最終壓力612進行比較。處理腔室內的壓力變化很小，但即使不存在洩漏，壓力變化亦大致相當於所示的壓力變化。因此，處理腔室內的壓差偵測處理腔室內少量洩漏的能力有限，如小於約1毫托的洩漏，如小於約0.5毫托的洩漏。如第5圖所示，透過使用光譜量測及偵測某些氣體濃度的增大率來計算純度值，更容易偵測到洩漏。
如本文所述，當依賴壓力資料時，決定處理腔室內洩漏的存在或嚴重程度的難度通常是較為困難的。因此，諸如本文所述的方法可提供偵測處理腔室內的洩漏或洩漏率的改進方法。低壓下處理腔室的光譜量測可提供準確及精確的洩漏率值。監控腔室的洩漏率有助於決定腔室部件是否已出現故障，並減少被腔室污染的基板數量。最大洩漏率可由使用者輸入，使得系統此後可自動化，並且若洩漏率超過最大洩漏率輸入，系統會警告使用者。
本文描述的方法可用於任何數量的處理腔室，但是本文提供了磊晶沉積腔室及RTP腔室的實例。本文描述的方法特別適用於磊晶沉積腔室及RTP腔室，因為通常在該等腔室中執行的沉積步驟對外部大氣洩漏導致的污染高度敏感。
儘管前述針對本揭示案的實施例，但是在不脫離本揭示案的基本範疇的情況下，可設計本揭示案的其他及進一步的實施例，並且本揭示案的範疇由所附專利申請範圍決定。
100:系統 102:第一腔室 104:第二腔室 106:第三腔室 108:第四腔室 110:第五腔室 112:中央移送腔室 114:裝載腔室 116:中央移送機器人 118:移送空間 120:控制器 200:沉積腔室 200a:沉積腔室 200b:沉積腔室 201:地面 202:基板 206:基座 207:升降銷孔 208:上圓頂 210:下圓頂 212:流動模組 214:處理氣體入口 215:處理氣體入口 216:排氣出口 217:吹掃氣體入口 218:軸 220:運動組件 230:致動器 232:升降銷 234:升降銷止動件 236:處理容積 241:上燈 243:下燈 245:下燈組件 248:下主體 250:頂表面 251:處理氣體源 252:中央處理器 253:處理氣體導管 254:蓋 255:記憶體 256:參考洩漏導管 257:排氣幫浦 258:支援電路 259:參考洩漏隔離閥 260:吹掃氣體導管 262:吹掃氣體源 263:襯裡 264:吹掃氣體入口 266:第二閥 267:第一閥 268:閥 269:第一量測儀導管 271:閥 272:閥 274:主體 275:上加熱組件 276:第二視窗 277:燈 278:排氣導管 278:排氣導管 279:排氣出口 280:處理容積 281:基座 282:光導管上部 283:反射器 284:第一視窗 285:基底 286:光導管 287:下部 288:撓性光纖 289:高溫計 292:光譜量測儀 293:真空計 295:參考洩漏裝置 299:第二量測儀導管 300:方法 302:操作 304:操作 306:操作 308:操作 310:操作 312:操作 314:操作 316:操作 318:操作 320:操作 402:第一操作 404:第二操作 406:第三操作 408:第四操作 410:第五操作 500:圖表 502:左側 504:右側 506:未洩漏O 2508:未洩漏N 2510:洩漏O 2512:洩漏N 2600:圖表 602:左側 604:右側 606:無洩漏的初始壓力 608:無洩漏的最終壓力 610:具有洩漏的初始壓力 612:具有洩漏的最終壓力
為了能夠詳細理解本揭示案的上述特徵，可參考實施例對以上簡要概述的本揭示案進行更具體的描述，其中一些實施例在附圖中示出。然而，應當注意，附圖僅示出了示例性實施例，因此不應被認為是對其範疇的限制，並且可允許其他同等有效的實施例。
第1圖是根據一個實施例的基板處理系統的示意性剖面圖。
第2A圖是根據一個實施例的處理腔室的示意性剖面圖。
第2B圖是根據另一實施例的處理腔室的示意性剖面圖。
第3圖是根據一個實施例的量測第2A圖或第2B圖的處理腔室中一者內的洩漏率的方法。
第4圖是根據一個實施例的校準洩漏偵測系統的方法。
第5圖是圖示在數個試驗中處理腔室內樣本的測得純度的圖表。
第6圖是圖示在數個試驗中處理腔室內測得的初始及最終壓力的圖表。
為了便於理解，儘可能使用相同的元件符號來表示附圖中相同的元件。可設想一個實施例的元件及特徵可有益地併入其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
300:方法
302:操作
304:操作
306:操作
308:操作
310:操作
312:操作
314:操作
316:操作
318:操作
320:操作

Claims (20)

  1. 一種偵測一真空洩漏的方法，包括以下步驟： 將一處理腔室從一第一壓力抽氣至一第二壓力，其中該第二壓力小於該第一壓力； 啟用一光譜量測儀； 在將該腔室抽氣至該第二壓力後關閉一腔室隔離閥； 在一採樣時間內使用該光譜量測儀從一導管收集光譜資料；及 利用該光譜資料計算一腔室洩漏率。
  2. 如請求項1所述的方法，進一步包括以下步驟： 在收集該光譜資料之後，將該處理腔室從該第二壓力抽氣至大於該第二壓力的一第三壓力；及 在將該處理腔室抽氣至該第三壓力之後，執行一基板處理操作。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該腔室隔離閥位於該光譜量測儀下游的該腔室的一排氣導管中，並且隔離該處理腔室。
  4. 如請求項1所述的方法，其中該收集該光譜資料之步驟執行達約15秒至約100秒。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該光譜資料包括該導管內氧、氮或氧及氮的濃度。
  6. 如請求項1所述的方法，其中透過將該導管內氣體濃度隨時間增大的一強度與氣體濃度隨時間增大的一預定校準強度進行比較，來計算該腔室洩漏率。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該第二壓力是在一校準操作期間計算的一預定壓力。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該第二壓力是一前級管線氣體流最低的壓力。
  9. 一種處理一基板的方法，包括以下步驟： 執行一洩漏偵測測試，包括以下步驟： 將一處理腔室抽氣至一洩漏測試壓力； 啟用一光譜量測儀； 在將該腔室抽氣至該第二壓力後關閉一腔室隔離閥； 在一採樣時間內使用該光譜量測儀從一導管收集光譜資料；及 利用該光譜資料計算一腔室洩漏率； 在收集該光譜資料之後，將該處理腔室從該洩漏測試壓力抽氣至大於該洩漏測試壓力的一處理壓力；及 在將該處理腔室抽氣至該處理壓力之後，對多個基板執行一基板處理操作；及 重複執行一洩漏偵測測試。
  10. 如請求項9所述的方法，其中該多個基板包括複數個基板。
  11. 如請求項9所述的方法，其中該洩漏偵測測試在不到300秒的時間內進行。
  12. 如請求項9所述的方法，其中該洩漏偵測測試在高於約250℃的一溫度下進行。
  13. 如請求項9所述的方法，其中該洩漏測試壓力為約20毫托至約300毫托。
  14. 如請求項9所述的方法，其中該光譜量測儀在為約250奈米至約1000奈米的一波長下測量輻射。
  15. 一種用於處理一基板的處理腔室，包括： 一腔室主體，該腔室主體限定一處理容積； 一處理氣體入口； 一處理氣體出口，該處理氣體出口包括： 流體耦接在該處理容積與一排氣幫浦之間的一第一導管； 安置在該處理容積與該排氣幫浦之間的一腔室隔離閥；及 一光譜量測儀，其流體耦接至該處理容積與該腔室隔離閥之間的該第一導管；及 一控制器，該控制器被配置成： 將該處理腔室抽氣至一洩漏測試壓力； 啟用該光譜量測儀； 將該腔室抽氣至該洩漏測試壓力後，關閉該腔室隔離閥； 在一採樣時間內使用該光譜量測儀從該第一導管收集光譜資料；及 根據該光譜資料計算一腔室洩漏率。
  16. 如請求項15所述的處理腔室，進一步包括： 一第二導管，該第二導管流體耦接在該第一導管與該光譜量測儀之間；及 一量測儀隔離閥，該量測儀隔離閥沿著該第二導管安置在該第一導管與該光譜量測儀之間。
  17. 如請求項15所述的處理腔室，進一步包括： 一處理氣體源； 一處理氣體導管，該處理氣體導管安置在該處理氣體源與該處理氣體入口之間；及 一參考洩漏裝置，該參考洩露裝置流體耦接至該處理氣體源與該處理氣體入口之間的該處理氣體導管。
  18. 如請求項17所述的處理腔室，其中一參考洩漏隔離閥安置在該參考洩漏裝置與該處理氣體導管之間。
  19. 如請求項15所述的處理腔室，其中一真空計流體耦接至該腔室隔離閥與該處理容積之間的該第一導管。
  20. 如請求項15所述的處理腔室，其中該光譜量測儀是一光發射光譜儀。
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