TW393676B - In situ monitoring of contaminants in semiconductor processing chambers - Google Patents
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Description
Α7 Β7
五、發明説明（） 14 截 流 閥 16 南 真 空 泵 18 控 制 閘 閥 20 截 流 閥 22 最 終 入 π 閥 24 旁 通 閥 28 氣 體 鋼 瓶 30， 32 鋼 瓶 截 流 閥 36 質 量 流 控 制 器 38， 40 三 通 閥 42 水 氣 分 析 儀 44 殘 餘 氣 體 分 析 儀 46 專 屬 的 渦 輪 泵 48 控 制 閥 52 高 真 空 A 54 控 制 閘 閥 56 感 應 器 水 !分析 儀 58 第 一 三 通 閥 60 第 二 三 通 閥 62 針 閥 64 截 流 閥 66 專屬 泵 68 四 通 閥 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· •1Τ 發明詳細說明： 本發明提供了 一種用.來測量在一半導體製程反應室 中之污染物的設備，該設備包括一製程反應室，及一或多 個微感應器，其中該等微感應器是設在可接受從該反應室 排出的排放氣體且可即時測量一或多種污染物的濃度的 位置。一小體積的排放氣體被一專屬之較小的高真空泵抽 出通過一或多個微感應器。.該等微感應器被選取用以測 量，如水分，氧氣，二氧化碳，或其組合等，之氣體污染 物。包含薄膜感應器之即時監測器是較佳的。 本發明之設備包含一製程反應室，其最好是包括了一 氣體入口及一排放孔，與該氣體入口相連之一或多種處理 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（210Χ297公釐） 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經满部中央標準局员-τ消費合作社印製 A7 ____B7__ 五、發明説明（） 〜 發明领域： 本發明大致上係關於測量在一製程中的污染物的方 法及設備。更特定地，本發明係闞於測董被用來製造半導 髏之製程反應室中之污染物的方法及設備。 發明眢景： 一種目前用來測量在一半導髏製程反應室中之污染 物的裝置為一殘餘氣體分析儀（RGA)其較佳地包括 quadropole技術。為了要監測在製成壓力下的污染物，— 專屬渦輪泵經反應室氣體抽出通過一控制閥或一節流孔 進入該分析儀。此一殘餘氣鳢分析儀體積大且昂贵，而且 無法於處理氣II中之污染物進入到該反應室之前里測它 們。 第1圈（習用技術）為一半導體製程反應室10的示$ 圈，其一開始由一粗略泵（roughing pump)12經由一打開的 截流閥14柚真空。一高真空泵16,如一低溫泵，經由— 控制閘閥18藉由將該截流《 14蘭閉及將一第二截流_2〇 打開而將該反應室抽真空。該高真空泵16於半導雜晶圓 的處理期間仍持續對反應室10抽泵。一或多種處理氣禮 (有兩種示出）選擇性地經由一最终入口間22被送至該製 程反應室或經由一旁通間24直接送至該粗略泵12·該等 處理氣«典型地是從氣《鋼瓶26, 28經由鋼瓶截流間 30，32被提供。該等氣體的流率典型地由質量洗控制器 34，36來加以控制•三通« 38, 40可被用來選擇性地將
第4T 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X 297公釐） f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
經濟部中央榡牟局貝工消费合作社印^ A7 __五、發明説明（） 處理氣體連通至反應室10或連通至粗略泵12。每一三通 閾可用位在出口處的一 T形閥或兩個截流間來取代。 一種即時水分分析儀42可被用來在處理氣體進入該 反應室10之前監測處理氣誼。一較佳的水分分析儀具有 一其上塗覆一鋇薄膜之石英結晶微平衡感應器且市面上 有售’其由Millipore公司以ILM為商標所產製。美國專 利第5,339,675及第5,477,716號牟利描述了用來監測在被 導入該半導體製程反應室中之處理氣體内的水分的薄膜 感應器6 一殘餘氣體分析儀44測量在製程反應室1〇中之污染 物。所關心的污染物典型地包含水分，氧氣，及二氧化埃。 一專屬的渦輪泵46將一小«積的氣《I從該反應室1〇經由 —控制閥48或一節流孔柚出來《在該反應室1〇中之氣禮 的取樣是由一截流閥來選取，該截流閥舆該渴輪泵46及 該粗略泵12相關》 該殘餘氣體分析儀44不會在升高的壓力，如典型地 於供應該反應室10之處理氣體管路中所發現者，下操作β 额外的處理氣髏監測器典型地被用來監測在處理氣禮内 的冷染物。因此，對於一種用來監測在處理氣體令及在一 製程反應室中之污染物的設備及方法存在著需求。 的及概诚： 本發明提供一種在一半導體製程反應室中之污染物 的即時監測方法及設備。依據本發明之方法及設備，一小 第5頁 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS ) M規格（2丨GX297公着） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 A,' 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 體積的排放氣髖被一專屬的高真空泵抽出通過一或多個 微感應器。該等微感應器被選取用以測量氣《污染物，如 水分，氧氣，二氧化碳及其混合者。即時ϋ測器最好是包 含一薄膜感應器。該等即時褽測器被作成可選擇在該處理 氣ϋ中或在該製程反應室中之污染物的測量。 祖式簡車扮Ββ : 本發明之上述特徵，優點及目標可藉由以下參照附圖 之本發明的實施例之詳知說明而被瞭解》 然而，應被瞭解的是，附圈所顯示的只是本發明之典 型的實施例，因此不應被認為是本發明之範团的限制。 第1固（習用技，術）為-丰導體製程反應室的示意®，該反 應室具有一用來濟】量入口氣it的_.水分之微..感應器 及一用來測量離開該製程反應室的氣嫌污染物之 殘餘,氣體分析儀； 第·2 «為、為一半導體製程反應室的示意圖，該反應室具有 —微感應器其可選擇性地與入口氣體或排放氣碰 相連逋用以測董進入及離聞激反應室的氣體淳染 物；及 第3明為第2圈中之半導體i程-反應务及微感應器之另一 示意圖。 照就明： 10 半導嫌製程反應室 12 粗略泵 第6耳 本紙張尺度) A4規丨〇χ 297公楚^ —- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 - Α7 Β7
五、發明説明（） 14 截 流 閥 16 南 真 空 泵 18 控 制 閘 閥 20 截 流 閥 22 最 終 入 π 閥 24 旁 通 閥 28 氣 體 鋼 瓶 30， 32 鋼 瓶 截 流 閥 36 質 量 流 控 制 器 38， 40 三 通 閥 42 水 氣 分 析 儀 44 殘 餘 氣 體 分 析 儀 46 專 屬 的 渦 輪 泵 48 控 制 閥 52 高 真 空 A 54 控 制 閘 閥 56 感 應 器 水 !分析 儀 58 第 一 三 通 閥 60 第 二 三 通 閥 62 針 閥 64 截 流 閥 66 專屬 泵 68 四 通 閥 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· •1Τ 發明詳細說明： 本發明提供了 一種用.來測量在一半導體製程反應室 中之污染物的設備，該設備包括一製程反應室，及一或多 個微感應器，其中該等微感應器是設在可接受從該反應室 排出的排放氣體且可即時測量一或多種污染物的濃度的 位置。一小體積的排放氣體被一專屬之較小的高真空泵抽 出通過一或多個微感應器。.該等微感應器被選取用以測 量，如水分，氧氣，二氧化碳，或其組合等，之氣體污染 物。包含薄膜感應器之即時監測器是較佳的。 本發明之設備包含一製程反應室，其最好是包括了一 氣體入口及一排放孔，與該氣體入口相連之一或多種處理 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（210Χ297公釐） 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 氣體源，一與該排放孔相連之高真空泵，一或多個即時監 測器，及一或多個閥，該等閥是位在能選擇性地將該等即 時監測器與該一或多種處理氣體源相連接或與從該製程 反應室排出之氣體的一部分相連接的位置。 本發明提供了一種用來測量在一半導體製程反應室 中之污染物的方法，其包括的步驟為：讓來自於該製程反 應室之排放氣體流經一或多個微感應器，及即時測量一或 多種污染物的濃度。本發明之方法最好包含以下步驟的组 合：用一高真空泵將該製程反應室抽真空，及讓即時監測 器選擇性地與從該製程反應室流出之排放氣體或與旁通 繞過該製程反應室之處理氣體相連通。 該方法及設備可與任何的製程反應室一起使用，而最 適合的是在半導體晶圓上金屬層的物理氣相沉積中所遇 到的低壓高溫環境。 本發明之進一步的說明將參照特定的實施例。 第2圖為一半導體製程反應室10的示意圖，該反應 室一開始由一粗略系_(roughing pump)12經由一打開的截 流閥1 4抽真空。一高真空泵5 2 ’如一低溫系’經由一控 制閘閥54藉由將該截流閥1 4關閉及將一第二截流閥20 打開而將該反應室抽真空。該高真空泵於半導體晶圓 的處理期間仍持續對反應室10抽泵。一或多種處理氣體 (有兩種示出）選擇性地經由一最終入口閥22被送至該製 程反應室或經由一旁通閥24直接送至該粗略泵1 2 °該等 處理氣體典型地是從氣體鋼瓶26，28經由鋼瓶截流閥 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11111「I 裝 II n I 訂I 旅 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中"·標準局員工消费合作社印繁 Α7 Β7 五、發明説明（） 30’ 32被提供。該等氣髖的流率典型地由質量流控制器 34，36來加以控制。三通閥38, 4〇可被用來選擇性地將 處理氣tt連通至反應室1〇或連通至粗略泵12»每一三通 閥可用位在出口處的一 T形铒或兩個截流閥來取代。 一微感應器水分分折儀56被設在可選擇性地讓處理 氣髖源或來自於該製程反應室之排放氣種的一部分輿一 第一二通閥58及一第二三通踊60相連通的位置。處理氣 禮及排放氣體被一高真空泵66抽出通過該微感應器，且 其流率是由一針閥62’或一具有可調整電感的孔口來控 制•一截流閥64於需要時將該微感應器56與該粗略閥12 隔離開來。或者’該截流閥可將該微感應器56與該高其 空栗隔離開來’及一小的渦輪分子泵或一牵引泵即足以將 该處理氣體或該反應室排放氣體抽出通遇該監測器* 用於其它污染物之微感應器可補充或取代該水分分 析儀56。較佳的即時監測器具有一薄貘感應器其吸收氣饉 污染物》—較佳的水分分析儀具有一塗在一石英結經微平 衡感應器上之鋇薄膜。其它氣體污染物的監測器包括用來 監測氧氣之鈦基的微感應器。 第3圖為第2圈中之製程反應室1〇及微感應器56的 一示意緝其中該第一及第二三通閾58，60被一四通閥68 所取代，其讓微感應器56選擇性地輿處理氣體源或與來 自於反應室之排放氣趙的一部分相連通。 該微感應器56最好是在該製程反應室1〇被該粗略泵 12及該高真空泵52柚真空之後於晶圆處理期間離開該製 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇χ 297公釐） --------^、裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ
A A7 ___B7 _ 五、發明説明（） 程反應室10之污染物。在入α氣體中之污染物在需要時 可在該入口氣體管路被該粗略泵L2抽其空之後被監測。 在晶圖處理期間’入口處理氣體及反應室排出氣體的監測 是藉由同時切換該第一及第二三通閥58, 60(第2圖）或該 四通閥68來加以選擇的。 雖然前述是以本發明的一較佳實施例來說明，但本發 明之其它及進一步的實施例可在不偏離本發明之基本範 困之下被達成，且本發明之範圍是由下面的申請專利範圍 來界定· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 、1Τ 經濟部中央標举局負工消費合作社印製 第10Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐）
Claims (1)
- Α8 Β8 C8六、申請專利範圍 * 一種用來測量在一半導體製程反應室中之污染物的方 法’其至少包括下列步驟： 讓來自於該製程反應室之排放氣體—流經一〜或多個微 感應器；及 即時測量一或多種污染物的濃度 2’如申請專利範圍第1項所述之方法’其中至少一歡感應 器包會一薄膜感應翠。 3.如申請專利範团第1項所述之方法，其中至少一微感應 器為一即時監测器，其包含…塗、覆了鋇之石英結晶。 气.如申請專利範圍第1項所迷之方法，其中__專屬的泵將 排放氣鱧抽出該製程反應室並通過該、微感應器9 5. 如申請專利範園第1項所述之方法，其更包括將該微處 理器選擇性地與流由一該製程ϋ室之排放氣體相連 通。 經濟部中央樣準局員工消費合作杜印装 --------、裝— — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6. —種用來測量在一半導雅製程反應室冲之一支多種氣體 污染物的方法，其至少包括下列步驟： 用一高真空泵將該該製程反應室执真空；及 讓一或多個即時監測器選擇也地與從該製程展應室 流出之排放氣體或輿旁通線過該製程反應室之處理氣 第11贯 本紙張尺度適用中關家標準（CNS) Μ規格（21ηχ297公後） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 雅相連通*, 7_如申請專利範固第6項所述之方法，其中至少一即時監 測器包含一薄膜感應器》 8.如申請專利範園第6項所述之方法，其中至少一即時監 測器包含一塗覆了鎖之石英結晶？ 9t如申請專利範圍第6項所述'之方法，其中水分的即時濃 度是持續被測量。 1?·如申請專利範固第6項所述之方法其中該製程反應室 為一 fVD製程反應室。 11. 一-種用來测量在一半導體製程反應室中之污染物的設 備，該設備至少包括： 一製程反應室；及 一或多個微感惠器，其中該等微感應器^是設在可接 受從該反應室排出的排放氣體且可命時測-t 一或多種 污率物的渡度的位置〇 12. 如申請專利範園第n項所述之設備，-貧中至少一微感 應器包含一薄膜感應器。 第12貰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨〇 X 297公釐） --------1 I —-- - I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 k 393676 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 13. 如申請專利範面第11項所述之設備，其中至少一微感 應器為一即時監測器，其包含一塗覆了麵之石英結晶。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 14. 如申請專利範圍第11項所述之設備，其中一專屬的泵 將排放氣體柚出該製程反應室並通過該截感應器。 15. 如申請專利範面第11項所述之設備1 2 3其更包括一或多 個閥用以將該微處理器選擇性地與流出該製程反應室 之排放氣體相連通。 16. —種用來測量在一半導禮製程反應室本之ϋ物的設 備，該設備至少包括： —製程反應.室.，其包.括一.，氣.體入口及一，排放孔」 與該氣體入口相連之一或多卷處理氣嫌源 了與該排放孔相連之高真空泵； X 一或多傭都時監测器；及 一或多個間，該等閥是位在能選擇性地將該等即時 監測器與該一或多種處理氣鸪源相連接鬼寒從該製程-反應室-排出之、氣體的一部分相連接的位置。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 1 7\如t請專利範圍第16項所述之設備，其中至少一即对 監測器包含一薄膜感應器。 2 18.如申請專利範圍第16項所述之設備，其私至少一即時 3 第13貫 393676 韶 C8 D8六、申請專利範圍 監測器包含一塗覆了辑之石英結晶》 1 9.如申請專利範圍第1 6項所述之設像，其中水分的即時 濃度悬持續被測量。 20>如申請專利範固第1 6項所述之設備，一其中該製程反應 室為一 PVD製程反應室。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k丨 裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第Η頁 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）
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