TW440895B - Method and apparatus for optical detection of effluent composition - Google Patents

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Ί ·； Α7 Β7 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 五、發明說明（ 發明領域 本發明係關於半莘體晶片製造中用以監控製程反應 室之排出物流之組成成份，更特定說來’本發明係關於利 用光學偵測自一反應室之排出物流中的電漿組成成份。 發明背景： 層膜的形成是現代半導體元件中最主要的一個步 驟，如在基材或晶团上沉積一層介電層、金屬或半導體 層’這些層膜可以利用廣為所知的化學氣相沉積（CVD)、 物理氣相沉積（PVD)或其它方法而形成之，其中在熱化學 氣相沉積製程中*反應氣體係被引至基材表面並產生熱感 生之化學反應，而形成欲製成之層膜。 在典型的電漿加強式化學氣相沉積製程中，反應氣體 和電漿是無關的’電衆係由外加能量而形成，例如將射頻 能量給予一靠近基材表面的反應區域。這種電漿通常被稱 為共同條件下所形成之電漿，即臨場（in situ)電衆，此電 漿内具有如離子及活性原子的高能量物質，它們能夠提升 沉積膜層之品質，並能夠輻射出自深紫外線至紅外線區域 的能量· 一般沉積系統在進行基材之處理過程中都會留下一 些不需要的殘餘物，這些留在沉積系統的殘餘物若久未經 清除，那麼沉積系統及晶圓的性能將會變差或變得不可 靠’特別是在今日半導體元件高積集度的嚴格要求條件 下，傳統的基材處理系統已顯得不符需求，所以半導體製 第2頁 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公爱_ ! ! — r !裝· —，1!訂· — ― ----I . (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 _____B7五、發明說明（） 造商必須要對其現有的沉積系統進行升級和汰換，以使其 製程控制與產能能符合所需，進而維持其在現代半導體製 造業界中的競爭力。舉一例來說，沉積系統中所需要提升 的能力在於提供有效並經濟之清洗反應室的能力，以改善 製造元件的品質及整體效益》 一般說來，目前所採用的清洗程序有兩種*其中乾洗 (dry cleaning)可以在不拆卸反應室之零組件及可在沉積 製程反應中進行的原則下清洗反應室，它是利用清洗氣體 或電漿將反應室中的殘留物揮發掉，然後再以抽氣系統將 之從反應室内部除去’它可以在每一晶片處理完成之後進 行，也可以在多片晶片處理完畢後再進行之。另一種清洗 程序則為濕洗（wet cleans) ’它通常是用在需要打開製程反 應室及利用清洗液實際掃除反應室的狀況下。濕洗是相當 耗時的，而且會破壞整個產品流程及其產出。但是定期清 洗卻是極度需要的’因為形成在反應室中的殘留物可能帶 來的效應包含晶圓污染及製程飄移（pro cess drift)(即沉積 率的改變），其中造成製程飄移的因素為反應室中熱及電 特性的改變。因為現行元件之漸細微化走向，使得雜質及 污染粒子對元件造成的傷害變成極需關注的焦點，所以對 反應室進行適當的清洗動作乃是提升晶片處理過程之順 利性、元件產出良率及較佳的產品特性所必需的。 某些時候，臨場電漿可以應用在乾洗的過裎中，但某 些沉積系統卻沒有能力執行臨場電漿清洗之步驛，如化學 氣相沉積系統。一般說來’電漿加強式物理氣相沉積系統 第3頁 --I I I —-1 I F ί I I I · - — llll--* — I — — — — — — I t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 B7 ____ 五、發明說明（） 的反應室零組件可以符合内沉積（inter-deposition)臨場電 漿清洗所需》然而，只有在某些反應室壓力或其它條件下 才能形成或維持臨場電漿之清洗動作，如所使用的清洗氣 體：臨場電漿清洗還會降低反應室零組件的使用壽命或使 後續的晶圖製程變差。甚且，臨場電漿清洗的效率和電裝 密度及其分体有關，對某些地方的清洗效果可能和其它地 方不同，所以，一般都會避免在任何環境下進行臨場電漿 清洗的過程。另一個捨臨場電漿清洗而使用遠端清洗的原 因是，在使用遠端清洗時前氟酸（PFCs)的光放射量可以降 低。 遠端電漿產生系統（remote plasma generating system) 早已被使用在製程反應室的清洗中，某些遠端電漿產生系 統係使用波導將微波能量自一微波源傳輸至一導管，前導 氣體於是就轉換成為電漿。使用微波能量來產生電衆是非 常有效率的’而且通常都會比臨場電漿清洗具有更高的清 洗率。 想要得到最大的晶圓產量、使用最少的清洗物質、減 低清洗過程中設備的耗損、並進而增加硬體壽命及降低定 期維修的頻率’就應該要知道何時結束乾洗程序是最好 的。光終點偵測法長久以來被用以決定臨場電漿清洗過程 的終點’某一種光終點憤測系統利用一光偵測器測量同條 件下發光放電所放出來的光，氣體一經離子化，電聚就會 輻射出各種波長的光，此光的強度也隨波長而有所不同， 所以會在頻率軸上形成各種不同的特性分佈或姨譜，只要 第 本紙張尺度適用中國困家楳準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----.1-1 itr II 装！ !— 訂·！！·線' f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> C7 D7 厶 AQ89 5 五、創作説明（） 觀察故射頻譜就可以知道在電漿中存在有什麼分子或哪 些物質。但是，遠端電漿清洗系統卻不能使用這種光終點 偵測法’因為電漿係產生在製程反應室的上游，所以所觀 察到的故射頻譜並不能夠反應出整個清洗過程中反應室 化學物質的改變。 也有其它方法被用在遠端電漿清洗的終點決定上，清 洗時間固定對某特定狀況來說，該固定的清洗時間就會頰 得太長或太短’這是由於硬體狀況變差所造成的清洗效率 改變、操作設定的改變、及沉積條件的些微變動所致。 從上述可知’電漿清洗過程必須是有效率及完整的， 提供一終點偵測方法及設備以強化基材製程設備的使 用、並降低反應室零組件的過度腐蝕也是有必要的。另 外’終點偵測法必須能夠指出可靠的清洗過程終點，而不 受任何清洗條件的改變而有所影響》 發明目的及概述： 本發明利用在抽氣流内形成電漿，並測量該電漿的光 輻射，而提供一種能夠偵測製程反應室排出物之組成成价 裝------訂------線 (讀先閲讀背面之注意?項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在 ， 成器 形測 漿偵 電光 將 I 物至 出導 排光 的的 室來 應出 反射 程放 製中 用漿 利電 , 將 。中窗 備例視 設施 一 與實， 法一 内 方穴 的一 就就 ， 長 片波 光的 濾定 此特 整些另 調這， 由，光 經光的 ， 的來 片長出 光波發 濾定所 一 特份 有一成 間某各 之測浆 器偵電 測器之 偵測量 及偵測 窗讓待 梘以所 在可是 偵 加 外 以 可 也 育 5 第 & 0 家 國 國 中 用 逍 Μ -S Ν |釐 公 7 9 2 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 A7 ^B7 五、發明說明（） 測器及濾光片來偵測電漿 %求組成的其它成价’某一電聚成份 的相對濃度就可經由對單-波長光進行觀測而得知β 在另-實施例中’反應室清洗過程中自由氟的存在可 以使用遠端電衆產生器中清洗前導氣體的氟來監控之，在 抽氣流中自由氣的相對濃度則可由電漿在氟特性波長的 光子放射強度得知’此相對濃度在反應室清洗過程完畢及 自由氟不再和反應室的殘留物結合在一起之後就會增 加，一經偵測到放射量的改變，清洗過程就告結束》 若欲進一步了解本發明之標的及其優點，請遠行參考 本文中的詳細說明，並可同時參閲圖示之說明。 圖式簡箪說明： 第1Α圖為一具有排出物電漿穴之製程系統的示意圖， 第1Β圓為一具有同軸電漿穴之基材製程系統的#意圏； 第2Α圖為電漿穴之一實施例的示意圖； 第2Β圖為一同轴電漿穴之示意剖面圖； 第2C圖為第2Β圈之電漿穴的部份剖面圖； 第2D®共軸電漿穴的立镇分解圖囷； 第3Α函為本發明一實施例中，具單—偵測器之感測器的 示意圖； 第3 Β圖為本發明另一實施例中，具兩個偵測器之感測器 的示意圖： 第3C圖為本發明另一實施例中’具多個偵測器之感測器 的示意圖： 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公t) I n I— t— I It n H ϋ I ^aJ4 1 n a·— tf n I ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（） 第4圖為本發明一實施例中，具一遠端電聚產生器及一排 出物電梁穴之製裎系統示意圖； 第5A圖為在反應室清洗過程前後，排出電衆之放射光波 長與相對強度之關係座標囷； 第5B圖為排出電漿之波長與放射強度改變量之關係座標 圖； 第6圖為在清洗過程中排出電衆之某一故射波長強度相對 於正規化時間之關係座標圖； 第7圖為在清洗過程中’偵測器位移之效應圖； 第8A圖說明在數個清洗步驟中，_一下游電聚穴之可重後 性； 弟8 B圖說明電聚穴之射頻對僧測器輸出之可重覆性的影 響； 第9圖說明一下游電漿穴在用於終點決定時，經過上千次 清洗動作後的可靠度。 圈號鉗照說明= -----.—，_l ------K--------^--------- (請先閲讀背面之注意ί項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 10 製程系統 11 基材處理系統 12 製程反應室 13 陰極 14 氣流源 15 箭頭 16 真空幫浦 17 導電牆 18 前線 19 絕緣體 20 fttf •士 ert 即流閥 21 同軸電漿穴 22 電漿穴 23 光感測器 第7頁 本纸張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 _B7 五、發明說明（） 24 電源供應器 25 光感測器 26 感測器 27 視窗 28 控制器 30 匹配網路 32 陰極 34 陽極 36 絕緣隔離物 40 電漿穴 42 共軸部份 44 橫向部份 46 濾光片 48 滅光片 50 電漿穴之一部份 52 環繞邊框 54 中空 56 薄牆 58 底部 60 絕緣板 62 陰極板 64 螺絲 66 0形環 68 0形環 70 0形環 72 把手連接器 74 插入式連接器 76 導線 78 中央導電物 80 BNC接頭 82 外側導體 84 封蓋板 86 壓力板 88 封蓋螺絲 90 金屬螺絲 92 絕緣隔離物 94 肩部 96 領部 100 共軸電漿穴 301 光物鏡 303 發光放電區域 305 濾光片 307 偵測器 309 第一分光器 31 1 第一光束 313 第二光束 3 15 輸入光束 317 濾光片 ί <1 n n _^1 l· LI 4. n 1 n n ^-OJ* n .^1 It- n t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4d〇B9 5 C7 D7 五、創作說明（） 3 19 i慮 光 片 321 第 一 偵 測 器 323 第 二 偵 測 器 325 感 測 器 329 第 二 分 光 器 40 1 遠 端 微 波 電 漿產生器 403 微 波 源 501 第 一 放 射 曲 線 503 第 二 放 射 曲 線 601 終 點 603 最 小 時 間 605 第 一 預 定 位 準 607 第 二 預 定 位 準 610 過 度 蝕 刻 時 間 700 圖 701 電 漿 穴 702 第 一 線 704 第 二 線 706 清 洗 過 程 800 圖 802 第 一 曲 線 804 第 一 曲 線 806 2% 808 終 點 8 1 0 圖 812 第 一 曲 線 814 第 二 曲 線 816 終 點 900 線 族 902 電 漿 穴 904 正 規 化 清 洗 時間 906 清 洗 之 開 始 908 清 洗 之 終 點 I----I I I L--f -裝----1! — 訂---fill--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印5衣 發明#細說明： I 一範例系統 第1 A圖為本發明一實施中的一製程系統1 0之簡化 圖，其中一製程反應室12(如可用在半導體元件製造的反 應室）自一氣體源14接收氣體；可用以形成介電物質層’ 如梦的氧化物或珍的氮化物；也可用以形成金屬層’如 第9頁 本紙張尺度適用中囷國家標軍（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 39 5 C7 D7 五、創作說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鋁、銅、飲、白金或鎢··也可以形成基材上的半導體物質 層，如矽、鍺、或一混合半導體，如矽晶圊、或絕緣層上 有半導禮材料之晶圓。上述物質，，氧化物"及”氮化物"分別 指的是二氧化矽及氮化矽’儘管化學氣相沉積法所形成的 物質並没有準確的原子量比。一真空繁浦16經由一前線 (f〇reliiie)18連接至製程反應室，其中該前線為一導管，該 真空幫浦1 6利用其與氣體源供給的氣流結合，可以將製 程反應室内的壓力建立並維持在一定值上，也可選擇性地 使用節流閥2 0 ’以進一步對反應室的签力進行控制β 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 將氣體導進製程反應室12，氣體通常都在裡頭反應而 在基材上形成一層物質，或是進行其它製程，如姓刻或清 洗β排出物可能包含未反應的氣體及反應室產生之副產 物，這些排出物由一真空幫浦16經由前線18將之抽出》 電漿穴22由一電源供應器24給予能量，並據此自柚 氣流之排出物形成電漿，一感測器2 6被放置在前線1 8的 視窗27之外部，它能夠偵測出電漿放射出的光，並將之 轉換成電之伏特訊號。電漿放射出的光能指出電漿内部質 之種類及其濃度，因為當電漿受激時，不同種之物質將會 放射出不同波長的光，而就某一憤測的波長來說*其振幅 大小可以指出柚氣流中某一特定物質的量或濃度》電漿穴 放置在節流閥之下游，所以能夠縮短與製程反應室的距 離，但電漿穴中的電漿仍能與製程反應室互相隔絕。 一控制器2 8用以接收感測器2 6發出的訊號，控制器 可以根據所接收的訊號進行計算及比輕工作，以進行對製 第10育 本紙張尺度適用中困Η家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 經濟部智慧財產局βκ工消費合作社印製 4 4 ^ C7 --------D7 _ 五、創作說明（） 程參數的控制，如氣流率、抽氣率、反應室製程、基材溫 度、基材在反應室中的位置、及電漿能量和/或工作點。例 如’當感測器發出訊號指出製程已結東時，控制器可以關 閉從氣流源1 4流進製程反應室12的氣流》 此電源供應器24即是市場上用來發螢光的切換式電 源供應器，它能夠產生3 1仟赫茲、約3 0瓦特的能量，這 種電源供應器比起一般用於產生臨場電漿的電源供應 器’這種電源供應器顯得便宜輕巧許多，因為一般用於產 生臨場電漿的電源供應器在較高頻率下通常需要提供數 仟瓦的射頻能量至製程反應室》此外，這種切換式電源供 應器可以使用標準的1 l〇V，6〇Hz電線或一般的插座，而不 需要額外的設備。另也可使用其它種類的電源供應器，如 放大振盪器，它也可以自標準插座提供適當的能量予電菜 穴。 市面上31仟赫茲操作頻率的安定器很適合提供電源 至電漿穴’因為相較於更高頻率時的負載匹配，此頻率下 源阻抗的匹配負載（matching load to source impedances)是 簡化的’在沒有任何負載匹配的情況下，估計傳輸至電漿 的電源約有12-15瓦特。一匹配網路30被放置於電源供 應器24及電漿穴22之間，用以增加傳輸至電漿的電源， 這使得電源供應器的供應量可以更小，或可以使電漿穴於 更廣的操作條件下在前線18處產生電漿，這些操作條件 包含前線壓力及排出物组成成份等等。若論及電漿穴離子 蝕刻的操作壽命，則可能需要更高的操作頻率。 第11頁 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐> I I I I ---1 L II ! ^ — — — — — — ^-» — —— — — — 1· {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C7 ______D7五、創作說明（） 在臨場電衆系統中所撰播& > Τ町进释的操作頻率一般都需要在 幾個因子當中取得平衡，這些因子就如電漿產生效率、電 衆均句度、電裝製裎特性、電磁干擾及電源供應器的又寸 及其花費。一般的操作頻率是^ Α 卞疋li.56仟赫茲，Έ：能在各個 因子當中取得平衡，Fcc (FederaI c〇mmunicati〇n c〇mmission)並已指明其商業用途。本發明在操作頻率的 選擇上具有較大的範圍，因為其所在乎的電漿特性為電漿 的光故射，其中電漿可以是較少量的或稀釋的，也可以使 用更低的電源供應器供應量，所以也能夠將不受歡迎的電 磁輻射量限制住。 第1B圖為本發明另一實施例中之一基材處理系統“ 的簡化困’其系統11具有一同軸電漿穴21,電漿穴21 具有一延長的陰極’其約莫與抽氣流共轴，即圖中箭頭15 所指的軸。陰極經由一絕緣體19與電漿穴的導電牆17電 性隔離’ 一電源供應器24則連接至陰極和電漿穴的導電 牆’此導電牆即為電漿穴的陽極，電漿穴的光放射經由一 視窗27傳至光感測器23及25 » II電漿穴 第2A闺為電漿22之一實施例的簡示圖，電漿可以經 由不同方式（電容式、電感式、或兩者共有之）將輸入能量 耦合而產生電漿，在此所舉的例子則為電容式耦合電漿。 加上電壓的陰極32和接地的陽極34以一絕緣隔離物36 隔開，此絕緣隔離物是以符合前線環境之具適當介電崩溃 強度的材料所製成。在某些應用當中*適合的絕緣物材料 第121 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A'4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ad〇89b C7 ______-___D7_ - 五、創作說明（） 包含乙缩醛樹脂，如鐵弗龍的聚四氟乙烯或陶磁<陽極h 及陰極32由鋁製成，也可由其它各種不同導電材科製成， 其中陰極32是一圓柱狀鋁棒，但也可以是細線狀，陶狀

或其它式樣。電漿穴經由前線使氣流的損耗變得最，j、 Q 4 ’且 能可靠地使發光故電電漿點火及維持。 電漿穴的設計使得產生電漿用之電源供應器的使用 可以更小、有效率、簡單且價格更低廉，但仍不失足夠的 光放射，以監控排出物的組成。前線電漿的大小及密度只 需要能夠產生足夠的光，以應柚氣流成份之監控，且能約 操作在一可選擇之低電源下，以控制電漿物質的分解即 可，這和臨場電漿需要實體上足夠大才能在反應室中進行 製程的特性大有不同。此外，電漿穴也可以操作在很廣的 壓力範圍下，因其操作壓力不受臨場電漿過程的必要條件 所限制。 電漿穴22及感測器26置於節流閥2〇的下游可以使 製程反應室内的氣流混亂被控制在可忽略的範圍内，所以 在現有的製程系統中增加光偵測器及電漿穴是可行的，不 儘如此，此光偵測器及電漿穴可以設計在製程系統中更上 游的位置’如在一抽氣埠或反應室中的一抽氣位置。 第2B圖是第圖中電漿穴40的簡化剖面圖，其中 陰極有一共軸部份42、及一橫向部份44 ’並與電漿穴牆 17以一絕緣體19電性隔離；陰極及電漿穴牆係由鋁合金 製成；視窗27由一般稱作兹寶石的單晶礬土所構成，當 然也可以由其它物質構成，如一般稱作石英的融熔玻璃， 第13頁 未紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公爱） inl!l·l·ll--裳--1 ----- 訂· — 11 — 111 .線 (琦先閱讀背面之>it事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 C7 D7 五、創作說明（） 但視窗材料的選擇一定要以與電漿排出物成份及電漿可 能的光放射傳導物相符為原則；濾光片46及48被放置於 視窗與光感測器25及23之間，以選擇觀察電漿穴中電漿 之光放射的某些特定頻率光。另一方面，感測器可以送出 一訊號至光頻譜分析儀，以進行各未經過濾之光放射頻率 的分析，雖然圖中顯示兩個濾光片及感測器，實則也可使 用較多或較少的感測器及濾光片。 第2C圖是第2B圈之電漿穴的一部份50剖面圖，其 中陰極13的共軸部份42由環繞邊框52將之固定，這可 以降低共抽部份有方切端點（square cut ends)時的電漿侵 姓情形，陰極的橫向部份44部份中空，環繞中空部份的 是相當薄的牆56，薄播的存在增加了陰極共軸部份42及 陰極底部58的熱阻抗。 絕緣體19係由礬土陶瓷製成，並用以使陰極13和電 漿穴胰17隔離；絕緣板60則由如鐵弗龍的聚四氟乙締製 成，用以使鋁陰極板62和電漿穴牆17隔離。在排出物及 電漿穴中形成的電漿包含氟的系統中特別需要聚四氣乙 烯；螺絲64機械性及電性地將陰極底部58連接至陰極板 62 ;三0形環66,68,70構成封蓋，以避免電漿或排出物對 電性連接造成腐蝕或自電漿穴中跑出來。 一把手連接器72由該螺絲附著至陰極板62，一插入 式連接器74將把手連接器72電性地連接至一 BNC接頭 80的中央導體78，BNC接頭的外側導體82則電性地轉人 至一封蓋板84，封蓋板經由封蓋螺絲88電性地棋合至— 第U頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} C7 D7 五、創作說明（） 壓力板86，並堪續經由金屬螺絲90電性地耦合至電漿穴 牆17，螺絲90將金屬壓力板86靠住一絕緣隔離物92， 絕緣隔離物由乙縮醛樹脂製成，但也可以是其它各種具電 性隔離功能的材料製成，絕緣隔離物的肩部94能夠將螺 絲90和陰極板62互相隔離，其領部96在組裝時包固住 陰極板的邊緣。 第2D圖為一共軸電漿穴100的簡化剖觀圖。 第3A圖是一感測器326的簡示圖。感測器可包含一 光物鏡301，用以經由視窗27收集發光放電區域303發 出的光線。在一較佳實施例中，光物鏡301是不需要的， 因為視窗本身就很接進近發光放電區3 03 »在另一實施例 中，光是透過視窗27及一濾光片305行進至一偵測器307 上，偵測器可以是任何一種的光感測器，如光二極體或 光電晶體。為求簡化資料轉換起見，感測器的響應可以 不必是線性的《濾光片是一種帶通濾光片，它是以標的 光波長為其最大透過光區的，感測器也可直接放在前線 18的視窗27外以收取光線，或者可經由光管或光纖纜線 (未顯示）將發光放電所產生的的光傳至一遠端位置，如此 可以保留製程反應室附近的空間。 第3Β圖是一具雙偵測器之感測器的簡單示意圖。 一分光器309將光物鏡301收極到的光分作兩束光，即 第一光束311及第二光東313，光束強度幾乎完全相等t 各約等於輸入光束315的一半，但也可以是不相等的， 比如可依感測器的感測度及某些特定頻率的光放射強度 第15頁 本紙尺度適¥ _國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公釐) ~ — 〈靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ' 丨 —— I! — 訂—III — 線 經濟部智慧財產局員工消f合作社印ΜΛ

經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 而有不等’特別是該兩東光為特定待測頻率之光時。濾 光片317及319分別被故置在第一光束311及一第一 貞 測器321之間、及第一光束313及一第二債測器323之 間，使得每一感測器都能對應到不同的光波長，其中一 只債測器可用以監控一指示波長，而另一只可用以測量 背景輻射的光波長特性；另一方面說來，背景輻射可以 由一宽頻偵測器（不使用滅光片）測量之，如此就可以觀測 到整個發光放電的總強度’並進而確保電衆穴正處於正 常狀態，或是可將訊號強度正規化等等。 第3 C圖為具多偵測器之感測器的簡化圖，其中第一 分光器將將輸入光束分作多道光束，這些光束再經過第 二分光器而形成額外的光東’每一分光束的穿透及反射 特性和感測器的感測度特性一樣，可根據待監控的波長 及其強度而進行訂做之。 ΠΙ電漿穴與遠端電漿產生器相輔為用 第4®說明本發明的另一實施例，其中一氣流源14 提供一前導氣體至遠端微波電漿產生器401，如c2F6，CF 或NF3。微波電漿產生器利用一微波源403將前導氣體 轉換成電漿，電槳接著就被送進製程反應室丨2，此電衆 包含氟活性原子及其它電漿物質，另上述之微波源可以 為一磁子’遠端電漿的發光故電區一般都侷限在遠端電 漿產生器中。氟活性原子會與反應室中的殘留物（如#的 氧化物）結合在一起而產生揮發性混合物（如氟化梦），^ 些混合物可利用抽氣系統將之自反應室中移出。典, 第16頁 本紙張尺度適用t固國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） ----1--------裝 Λ H ϋ i« ϋ n 訂i n a 1· It I <請先M讚背面之沒意事項再填窝本頁) Λ 4 0 8 9 5 α _ D7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、創作說明（） 微波電漿產生器操作在2.4 5 G赫茲下，並能非常有效地 分解前導氣體及產生化學活性氟活性原子，在前導氣髏 相當穩定、且在低頻下很難將之分解時，這種微波電漿 產生器就格外顯出其重要性，上述之低頻係指形成臨場 電漿所需要的操作頻率。一般估計微波電漿產生器能分 解高至99.99°/。的NF3，而將之轉換成各種需要的物質， 這種效益不單改善了清洗效率，同時也簡化了反應室排 出物的管理’因為一般都想要限制前導氣體的放射量， 以避免溫室效應的熱化現象。 IV實驗結果 第5A圈為利用一 NF3前導氣體對一具有矽之氧化物 的反應室進行遠端電漿清洗之後所得到的排出物放射光 譜，其中一層1〇,〇〇〇埃的矽氧化物由四乙基矽酸氧化物 (TEOS)利用一電聚加強式化學氣相沉積法形成在反應室 内，第一放射曲線5 0 1表示清洗過程剛開始時之放射情 況，第二放射曲線503則表示清洗過程結束時之放射情 況。 第5B圖顯示遠端電漿清洗過程之開始與结束間的放 射改變量，在圖中用了數個波長以偵測清洗過程的終 點，圈中在440及778nm出現的峰值為SiF的放射量， 在704nm則為原子氟的放射量。在清洗過程中，氟與反 應室中矽的氧化物结合在一起而形成SiFx，將之以抽氣 系統抽離至反應室之外。在清洗過程中，氟在系統中因 產生SiFx而被消耗了，但在矽氣化物殘留物被氟清理完 第17頁 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用尹國國家標準<CNS)A4規格（210 x 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C7 -------------____五、創作說明（) 之後’抽氣流裡的氟濃度就會增加，此氟濃度的增加可 用以決定清洗過程的終點。在清洗動作末端時，選擇一 起始為高、但結束為低的峰值能夠增加峰值的訊號雜訊 比’當選用的峰值為Sih、且反應室已經清洗時，那麼 所觀測到的濃度曲線就會是起始高而隨即下降的走勢， 當然也可以選擇觀測其它的峰值，端視反應室内所存在 之特定化學物質而定。 第6圖顯示一清洗實驗中，光感測器所感測到的氟 辛值之正規訊號強度’清洗過程終點的決定當以終點必 須在一最小時間603之後' 訊號的改變率（斜車）必須要超 過第一預定位準605、且訊號的改變率接著必須降到一第 二預定位準605以下為原則。斜率之第一預定位準指的 是反應室排出物之氟增加量’斜率之第二預定位準指的 則是氟濃度已經到達一穩定狀態。一般說來，遠端電菜 源及清洗用前導氣鱧在氟濃度抵達一穩定狀態時就會被 關閉’但某些製程在反應室内需因要進形過度蝕刻，而 必須將清洗用電漿在反應室内維持一段時間。本實驗 中，過度蚀刻時間610内所有的條件都維持不變，經過 過度蝕刻時間後再將遠端電漿關閉a 這種終端偵測法較諸傳統的視覺偵測法或固定時間 偵測法有數項的優點，其一為本發明能夠決定清洗用電 漿在何時效車會開始下降°比如說，視覺偵測法可用在 未經完全清洗之反應室部份的觀測’如此可方便增加整 個電漿清洗的時間，這不僅不當地混亂了整個產品流 第18頁 <請先W讀背面之沒意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用_國困家棵準（CNS)A4規格（210x297公i) C7 D7 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 五、創作說明（） 程’同時也增加了電漿的使用，故花費及與前導氣體相 關的PFC放射也被增加；另一方面，固定時間清洗法會 因清洗條件的改變或硬體（比如一般用在遠端微波電聚 產生器所使用之磁子的壽命問題會造成前導氣體分解效 率的下降）而形成清洗不足的狀況。 除了可用在清洗過程決定其終點外，製程反應室排 出物的監控也可以數種不同的方法行之，例如，一般都 想要知道磁子的功率輸出或是遠端電漿產生器的改變效 率，這些都可以經由監控排出物流而偵測未經轉換的前 導氣體得知，也就是說即便在電漿穴不能將大量的前導 氣體分解成電漿的情況下，電漿穴也會將未經轉換的前 導氣體激發而使其產生特性放射》 這種偵測方法可測量整個製程反應室的排出物，所 以也就能告知反應室内的整體狀況。但若利用在反應室 内之一點進行製程監控的方法還必需要考慮感測器之置 放位置，這樣會增加許多的不確定性。本方法利用測量 排出物而得到反應室内的情況資訊，所以能對反應室内 的狀沉提供更強健的指示能力。 第7圖之圖700說明了以一不同偵測器取代射頻電 漿清洗動作所用偵測器所產生的結果。第一曲線為 在射頻電漿清洗過程中電漿穴701光偵測器之輸出之’ 其中電漿穴係置於製程系統的排出物流中；第二曲線704 為一傳統光偵測器偵測光放射量之輸出，此臨場電漿之 放射可由製程反應室之視窗偵測得到，其中兩曲線都被 第19頁 (請先閲讀背面之注*事項再填寫本頁) '裝-!丨訂·！ It —--*線 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 公蜚） 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製

4.4089 ^ C7 ________D7 五、創作說明（） 正規化到相關偵測器的最大輸出，X軸則被正規化至全 部之清洗時間，此兩曲線有其相似之處，尤其是在清洗 過程706的終點處，相似處說明了下游電裝穴可以取代 傳統偵測器在這種清洗過程中經由一反應室視窗監控臨 場電漿的角色。 第8A圖之圖800中說明了下游電漿穴所用終點偵測 器之可重覆性。第一曲線802所顯示的是在電漿清洗過 程中下游電漿穴偵測器的正規化訊號輸出，在每一清洗 過程之前’ 一層約1微米厚的矽氧化物就形成在反應室 内’其中矽氧化物的形成是以TEOS當作矽來源，沉積 及清洗過程重覆了 82次。第二曲線804顯示在82次測 試之後的訊號輸出標準差，在清洗過程的終點時，此訊 號輪出標準差小於2% 806，也就是指端點偵測的變動性 很低》 第8B圖之圖810中顯示偵測器輸出之標準差，其中 偵測器是在供給射頻能量予下游電漿穴之一系列清洗過 程中進行的光偵測，第一曲線812顯示的為在一反應室 之清洗過程中，下游電漿穴在3 1仟赫茲下所得到的偵測 器輸出（82個樣品）之標準差，其中該頻率由一電子安定 器（ballast)供給》第二曲線814顯示的為在一反應室之清 洗過程中，下游電漿穴在3 50仟赫茲下所得到的偵測器 輸出（10個樣品）之標準差，其中該頻率由一射頻產生器 供给。在終點處816，兩線的標準差都小於5% ’這是一 些製程中所允許的標準差，但是電子安定器要比射頻產 第20T 1 — !* ΙΓ!-裝·丨—丨丨—丨丨訂！----線 * (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中圏國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) C7 -—--— __ D7________ 五、創作說明（） 生器便宜許多，且在較低頻率下電漿穴之電極侵蝕要較 嚴重所以即使低頻產生器比較便宜，仍然需要使得陰 極表面區域和陽極表面區域更緊密匹配’且在使用一低 頻產生器予一電漿穴時，需要提供較大區域面積的電 極。 第9圖為一線族900，圖中說明1,33 5片晶片在一正 規化清洗時間904中所得到的一電漿穴902輪出之資 料’其中各線間的散開程度會隨正規化清洗時間而有不 同’但即使在清洗過程之開始906處的散開程度很大， 但在終點908處的散開程度卻相當小，該處之可重覆性 類得更為重要。所以，一般都希望下游電漿穴可以穩定 指出一經過一千次的清洗循環週期之清洗過程的終點。 本發明在參考較佳實施例及特定例子中進行說明， 熟知此項技術者可以根據本發明而進行各種不同或取代 性的實施例’例如製程反應室的選擇為電漿加強式化學 氣相沉積反應室、物理氣相沉積反應室、或電漿穴、或 感測器的加入與否都可以視不同的設計組態而有所變 更。多重感測器的擺設可以有多種不同的方式，包含在 發光放電區域提供多個視窗=1甚且，清洗過程中待清洗 的膜層應該是矽甲烷基的矽氡化物、矽氮化物、金屬、 半導體材料或其它材料，故上述說明並非用以限定本發 明之範圍，本發明之範圍當以後述的專利範園為基準。 第21頁 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-------訂*---- 線 經濟部智慧財產局員工消费合作社印制取

Claims (1)

1. A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 六、申請导利範圍 一種用以決定一真$反應室申一排出物的—組成成份的 方法，該方法至少包含下列步驃： (a) 自該排出物中形成一電漿；及 (b) 偵測該電漿中某一特定波長之光放射量。 2，如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之步驟（b) 更包含偵測一第二特定波長之光放射量。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之電漿係 形成在一基材處理系統的一前線裡。 4. 一種用β控制基材處理系统中之製程參數之方法，該方 法至少包含下列步驟： (a) 導入一氣流進入一製程反應室，此時製程參數為 第一值； (b) 自該製程反應室中送出排出物； (c) 自該排出物中形成電漿； (d) 偵測該電漿中之一特定波長之光放射量；及 (e) 將製程參數改變至一第二值，以應該光放射量之 改變。 5. 如申請專利範園第4項所述之方法，其中上述之製程參 數為供給一遠端電漿產生器的電量。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS),A4規格（210 X 297公釐） — — — ·裝---------訂--------•'5^ (請先閱讀背面之注意事項再填隹本頁) A8 B8 C8

   六、申請專利範圍 .如申請專利範園第4項所述之方法，其中上述之製程參 數為氣流率。 7. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中上述之第二製 程參數係控制成能對一第二特定波長進行偵測。 8. —種用以自製程反應室中清洗殘留物之方法該方法至 少包含下列步驟： U)在一遠端微波電漿產生器的含氟前導氣流中形成 一清洗電漿； (b) 使該清洗電漿自該遠端微波電漿產生器流進該製 程反應室； (c) 利用一柚氣系統將排出物抽離該反應室； (d) 利用該排出物形成一指示電漿； (e) 監控該指示電漿中一第二特定波長之光強度，以 決定光強度的改變量；及 (f) 在發生一特定光強度改變量之後，停止該清洗電 漿流入該製程反應室。 諳 先 閱 璜 背 面 之 注 I I 裝 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之殘留物 至少包含矽的氧化物，該矽的氧化物係為一四乙基矽酸 氧化物（ethylorthosilane)經過化學氣相沉積製程所產生 的0 第23頁 本紙張尺度適用争國囤家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 六 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 10.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之殘留物 至少包含矽的氧化物，該矽的氧化物係因矽甲烷經過化 學氣相沉積步驟而產生β U.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之殘留物 至少包含氮化矽° 12. 如申請專利範圍第8項所述之方法*其中上述之殘留物 至少包含半導體材料。 13. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之殘留物 至少包含一金屬·> 14. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述之特定波 長能指出一自由氟濃度。 1 5. —種用以在一基材處理系統中加上一光偵測器的方 法，該方法至少包含下列步驟： (a) 裝設一電漿穴於該基材處理系統之一製程反應室 及一真空幫浦之間，該電漿穴包含一视窗； (b) 電性耦合一電源供應器至該電漿穴； (c) 提供一感測器，該感測器能透過該視窗偵測光， 該感測器根據所偵測到的該光，提供一訊號至該基材處 理系統的一控制器9 第24頁 D n n n >^1 f— n T— —UK n . · I .n n n n i pt-^51- [ n I n n I * 1 <請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱〉 440895 cl

   六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16‘一種用以監控一遠端電漿產生 认ha . 今士 及王路芝一輸出的方法，茲万 法至少包含下列步驟： (a) 利用一前導氣體在該遠端電漿產生器形成電漿物 質； (b) 使該電漿物質自該逮端電漿產生器流入一電漿 穴，該電漿穴係位於該遠端電漿產生器及一真空幫浦之 間； (c) 利用該電漿穴以將該電漿物質形成一指示電漿： (d) 利用一偵測器偵測該指示電衆的一第二波長，其 中上述之特定波長能指出該遠端電漿產生器之該輸出 的一組成成份。 17. —種用以決定真空反應室中排出物之一組成成份的設 備，該設穐至少包含： 一氣流源，用以提供一氣流予該真空反應室； 一真空幫浦，用以產生一柚氣氣流，以將該真空反 應室内之排出物抽出； 一電漿穴，置於該真空反應室與該真空幫浦之間； 一電源供應器’電性耦合至該電漿穴’及 一感測器，用以偵測形成在該電漿穴之電漿所發出 之光。 18, 如申請專利範圍第17項所述之設備’纟中該設備更包 第25貫_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 « 297公釐） 1 V L II ! I · ------ - - ^* — — 1 —----線 {請先閱讀背面之注意事項再夂頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 六、申請專利範圍 含一濾光片，置於該電漿穴和該感測器之間。 1 9如申請專利範圍第1 7項所述之設備，其中該感測器提 供一訊號予一光頻譜分析儀。 20如申請專利範圍第1 7項所述之設備，其中該設備更包 含一視窗，用以自該電漿提供一光予該感測器。 2 1.如申請專利範圍第1 7項所述之設備，其中該電源供應 器為一切換式電源供應器。 22. 如申請專利範圍第17項所述之設備，其中該電漿穴包 含一電極，該電極與一真空導管的一牆之部份共轴。 23. 如申請專利範圍第17項所述之設備，其中該設備更包 含複數個感測器，用以偵測複數個特定波長之光。 24. —種用以在製程反應室中處理一基材的設備，該設備至 少包含： 一氣流源，用以提供一氣流至該製程反應室； 一真空幫浦，用以將該製程反應室中的排出物抽 出； 一電漿穴，置於該製程反應室及該真空幫浦間； 一電源供應器，電性耦合至該電漿穴； 第26頁 (請先閱讀背面之注意事項再填窵本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） 440895 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局βΚ工消費合作杜印製 六、申請專利範圍 一偵測器，該電漿穴中之電漿所放出—特定波長之 光，及 一控制器，用以自該感測器接收一訊號’更能夠控 制該製程反應室中一基材的一製程參數β 25‘如申請專利範圍第24項所述之設備，其中該電源供應 器為一切換式電源供應器。 26‘如申請專利範圍第24項所述之設備，其中該設備更包 含複數個感測器’用以偵測複數個特定波長之光。 2 7 ‘ 一種在一反應室清洗過程中，用以決定該清洗過程之終 點的設備，該設備至少包含： 一基材處理反應室； 一遠端電漿產生器，用以提供電漿物質至該基材處 .理反應室，該遠端地間產生器自一氣流源接收一前導氣 體； 一真空幫浦，用以將該基材處理反應室中的排出物 抽出； 一電漿穴，置於該基材處理反應室及該真空贅浦 間： 一電源供應器，電性耦合至該電漿穴；及 一感測器，用以偵測排出物在該電漿穴中形成的電 漿所放出之一特定波長的光； 第27貫 -lit — —ini —.1 I I · 1 — l — — I —-IT, — — — — — — — — (請先閲磧背面之注意事項再f本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS>A4規格（2〗〇χ297公爱） S 9 9 r·,:; 4 A8B8C8D8 六、申請卑利範圍一控制器，用以自該感測器接收—訊號’更能夠控 制該遠端電漿產生器在該訊號指出該清洗過程的該終 點時，將該遠端電漿產生器關閉g -)111111 «—ΙΙΙΙΙ — i (請先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 第2日T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSXA4規格（210 X 297公爱）