TWI277164B - Leak detector and process gas monitor - Google Patents

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TWI277164B
TWI277164B TW094133387A TW94133387A TWI277164B TW I277164 B TWI277164 B TW I277164B TW 094133387 A TW094133387 A TW 094133387A TW 94133387 A TW94133387 A TW 94133387A TW I277164 B TWI277164 B TW I277164B
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Description

1277164 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明實施例大致有關於平面顯示器與半導體晶 處理與方法。更明確而言,本發明係關於用以監控平 示器處理系統狀態的方法與系統。 【先前技術】 化學氣相沉積(CVD)在半導體工業中被廣泛地用 一基材上沉積諸如原本或經摻雜的無定型矽(a-Si)、氧 (SixOy)、氮化矽(SirNs)與氮氧化矽等薄膜。現代半 CVD製程通常在一真空室中執行,其係利用前驅氣體 分解與反應來形成想要的薄膜。在沉積過程中,為了 溫與相對較高的沉積速率下沉積薄膜,會於該真空室 該些前驅氣體形成電漿。此類製程即是習知的電漿 CVD製程,或稱之為PECVD。然,諸如HDP-CVD等 系統亦可用來進行沉積製程。 化學氣相沉積半導體處理室係由鋁所製成,其包 個用來支撐基材的支撐件以及一用來通入所需前驅氣 入口。當使用電漿時,該氣體入口與/或該基材支撐件 接至一電源,例如一射頻功率來源(R F P 0 W e r S 〇 u r c e) 真空幫浦亦連接至該處理室,以控制該室中的壓力及 各種氣體與在沉積過程中所產生的污染物。 在所有的半導體製程中,必須使該處理室中的污 的量達到最少。在沉積過程中,薄膜不僅會沉積在基柄 圓之 面顯 來在 化矽 導體 進行 在低 中由 強化 其他 含一 體的 會連 〇 —— 移除 染物 •上, 5
I277J64 亦會沉積在該處理室中的室壁、遮罩、基材支撐件與 表面上。在後續的沉積步驟中,該室表面上的薄膜可 裂或剝落,而污染或掉落在該基材上。此種情形可能 害基材上的特定元件或使之發生問題。 因此需週期性地清洗該化學氣相沉積室。當進行 步驟的部份過程中或於清洗後,亦需測定該處理室的 洩漏情形。目前,在測定氣體洩漏時,會將處理室氣 空,並關閉用來將該處理室與真空幫浦分隔開的隔離 並測定該處理室中是否有壓力升高的情形。如有發生 洩漏情況,壓力將會升高;若無真空洩漏狀況時,該 將會保持定值。執行此升壓測試可能需花費1 〇分鐘。 試頻率的多寡,在整個24小時中,可能需要花上2-3 來進行一處理室的壓降測試。 若壓力升高值未落在預期的範圍内,則該處理室 正處於漏氣的狀況。漏氣現象可能是因為處理氣體閥 能完全密閉的緣故。或在用來將處理室與大氣環境阻 的任一個0形環上發生洩漏情形,例如該系統中諸如 口、處理室蓋子與將氧氣、氮氣與氬氣導入該處理室 入料口等處發生洩漏。不正常的壓力升高可能與諸如 系統處理室壁中所蒸發或釋出之水或異丙醇等清洗溶 密切關聯。當壓力升高是判斷系統壓力是否正常的唯 標時,很難判斷出有哪些狀況可能是造成非預期之壓 高的原因。目前清洗週期的頻率與時間通常是藉由反 試或過去實驗所收集的資料來決定。例如,可能安排 其他 能碎 會損 清洗 氣體 體抽 閥, 氣體 壓力 視測 小時 可能 門未 隔開 觀察 中之 由該 劑有 一指 力升 覆嘗 一處 6 Γ277164 態 加 洗 偵 程 紀 之 基 包 理 來 以 5 測 氣 理室在處理一預定數量之基材後,不論該處理室中的狀 如何都執行清洗步驟。且通常會將清洗週期中增 20 %-3 0%之額外的清洗時間,而不顧慮到這些額外的清 時間可能對處理室與處理室中的組件造成傷害。
因此,在相關領域中需要一種改善的方法與系統,用以 測··系統的氣體洩漏;區分該洩漏是大氣洩漏、内部製 氣體洩漏與溶劑揮發室分壓變化;以及用來持續監控與 錄處理室狀態,以預估一用來處理平面顯示器基材 PECVD系統的清洗效率與產能。 【發明内容】 本發明大致提供一種用於處理一或多個平面顯示器 材之電漿強化化學氣相沉積系統的方法與裝置,該裝置 含一用來容納氣體之真空沉積處理室、一用來分析該處 室内氣體並提供回饋的殘餘氣體分析器以及一用來監控 自該氣體分析器之回饋的控制器。本發明亦提供一種用 在一電漿強化化學氣相沉積系統中辨識製程干擾的方法 該沉積系統係用來處理平面顯示器基材。該方法包括: 定為時間函數之分壓曲線的過去斜率;根據藉由一殘餘 體分析器所測得之分壓測量值,計算出一新的曲線斜率 比較該過去斜率與新斜率;以及發送一訊號給一操作者 【實施方式】 第1圖顯示一電漿強化化學氣相沉積系統實施例100 K77.164
的不意剖面圖’該糸統可講自應用材料公司之 A K T分《ώρ (AKT, a division of Applied Materials, Inc., of Santa Clara, California)。該系統100包含一真空沉積處理室133 該處理室133具有室壁106與一底部108,該底部1〇8部 份定義出一處理區域141。該室壁106與該底部1〇8通常 由一整塊的鋁或其他與處理過程相容的材料所製成。該室 壁106具有一開口 142,用來將一平面顯示器基材傳送至 該處理室1 3 3中或從中取出。平面顯示器基材之範例包括 玻璃基材、聚合物基材與其他類似基材。雖然本發明實施 例係參考PECVD系統來做說明,然,本發明其他實施例 亦可應用至叢集處理系統、串聯系統、單機系統等。 一控制溫度的基材支撐組件 1 3 5係放置於該處理室 1 3 3内的中央。該支撐組件1 3 5係於處理過程中用來支撐 一平面顯示器基材。該基材支撐組件i 3 5可能具有一鋁主 體’且該主體内部包藏至少一個後入式加熱器(embedded heater,未繪出)。諸如電阻元件等加熱器係耦合至一選用 電源’並可控制地加熱該支撐組件1 3 5與位於支撐組件1 3 5 上方的該平面顯示器基材至一預定溫度。在一 CVD製程 中,通常根據欲沉積材料的沉積製程參數,該加熱器會將 該平面顯示器基材維持在介於約l5〇°c至約46〇°c的一恆 定溫度。 大體上,該支撐組件丨35具有一下表面166與一上表 面164。該上表面164係設計用來支撐該平面顯示器基材。 該下表面1 66則有一軸1 3 7與之耦合。該軸1 3 7係將該支 1277164
撐組件1 3 5耦合至一舉升系統(未顯示),以在一較高的處 理位置與一利於傳送該基材出入5亥處理室133的較低位置 間移動該支撐組件1 3 5。該轴1 3 7額外提供一個導管,用 來安置電性與熱連接該系統1 〇〇中該支撐組件1 35與其他 組件的導線。該處理室1 3 3之底部1 〇 8係設計用來容納一 連接至一殘餘氣體分析器63的氣體導管139。該殘餘氣體 分析器可以是任何機型的質譜儀,但以四極式質譜儀為 佳。或者,該質譜儀可以是一高解析質譜儀。該殘餘氣體 分析器6 3係用來測量該系統中各個氣體的組成與分壓。諸 如史丹佛研究系統公司(Stanford Research Systems)等多 家供應商均有提供四極式質譜儀。該殘餘氣體分析器63 與一控制器250相聯絡。該控制器250亦可能與該處理與 清洗氣體入料管線、排氣閥與其他組件相聯絡,以控制該 處理室的氣體配送、入料與排出動作。 一風箱(未顯示)可能耦合在該軸1 3 7與圍繞該軸i 3 7 的套管1 3 8之間。該風箱在該處理區域1 4 1該處理室1 3 3 之間提供一真空密閉作用。雖然該基材並未置於處理室 1 3 3中,但其仍舊處於與區域1 4 1相同壓力的真空環境下。 因此’該殘餘氣體分析器63可透過該樣品口對該處理室狀 態進行取樣,同時允許該支撐組件丨3 5的垂直移動。 該支撐組件135可額外支撐一周圍遮蔽邊框 (circumscribing shadow frame,未顯示)。大致而言,該遮 蔽邊框係用來避免材料沉積在該平面顯示器基材邊緣與該 支撐組件1 3 5上,而使基材不會黏在該支撐組件1 3 5上。
1277164 該支撐組件1 3 5具有多個孔1 2 8,該些孔1 2 8係貫 撐組件 1 3 5,以用來容納多個頂針(未顯示)。該些 常由陶瓷或陽極化鋁所構成。該些頂針可藉由一選 舉升盤(未顯示)而相對於該支撐組件1 3 5進行運作 該支撐表面(未顯示)伸出,而使得該基材與該支撐組 分離開來。 該處理室1 3 3更包含一蓋組件1 10,其係提供 界給該處理區域1 4 1。該蓋組件11 0通常可被移除或 以檢修該處理室133。該蓋組件110可由鋁(A1)所製 蓋組件110包含一排氣室150,其係用來引導來自 區域14 1的氣體與製程副產物並排出該處理室1 3 3。 該蓋組件110通常包含一入口 180,透過該入α 製程與清洗氣體可藉由一氣體歧管 61導入該處理 中。該氣體歧管61耦合至一製程氣體來源170與一 體來源 1 8 2。該清洗氣體來源通常提供一諸如氟自 清洗劑,該清洗氣體被引入該處理室13 3中,以移 室硬體設備上的沉積副產物與薄膜。可使用氟化I 作為清洗氣體,以提供氟自由基。諸如氮氣(Ν2)、氧 與氬氣(Αι·)等其他清洗氣體亦可與氟化氮(NF3)併 供氟自由基。該清洗氣體來源1 8 2可合併一個用來 刻電漿的遠端電漿清洗來源。此類遠端電漿清洗來 遠離該處理室 133,且可能是一個高密度電漿來源 一微波電漿系統、環型電漿產生裝置或類似裝置等 在一實施例中,一閥2 8 0可能安置於該清洗來 穿該支 頂針通 用性的 ,而由 件135 —上邊 ,開啟, 成。該 該處理 〖180, 室 133 清洗氣 由基等 除處理 L (NFs) 氣(〇2) 用以提 產生钱 源一般 ,例如 〇 源180 10
1277164 與該氣體歧管6 1之間。該閥2 8 0係用來選擇性地允許 免清洗氣體進入該氣體歧管 6 1中。在清洗過程中, 2 80係經配置,以允許該清洗氣體自該清洗氣體來源 進入該氣體歧管 6 1中,該些清洗氣體被引導通過該 1 8 0而進入該處理區域1 4 1,以蝕刻該内室壁與其他内 件。在沉積過程中,該閥2 8 0係經配置以避免清洗氣 入該氣體歧管61。如此一來,該閥280可將清洗步驟 積步驟隔離開來。 該處理室1 3 3更包含一配氣盤組件122,其係耦 該蓋組件11 0的一内面。該配氣盤組件1 2 2包含一穿 域1 2 1,透過該穿孔區域1 2 1可將製程與清洗氣體配 處理區域1 4 1。該配氣盤組件1 22之穿孔區域1 2 1實 具有與該平面顯示器基材相似的面積、大小與形狀, 該配氣盤組件1 22而提供均勻的氣體分佈至該處理室 中。 在操作過程中,沉積製程氣體通過該氣體歧管6 1 口 1 8 0流入該處理室1 3 3。該些氣體隨後流經該配氣 件1 22之穿孔區域1 2 1而進入該處理區域14 1。可使 射頻功率供應器(未顯示)在該配氣盤組件1 22與該支 件1 3 5之間供應電功率,以激發該處理氣體混合物產 漿。該電漿中的組成會發生反應以在位於該支撐組件 上的基材表面上沉積一想要的薄膜。通常選擇適合該 尺寸的射頻功率,以驅動化學氣相沉積製程。 該沉積製程氣體可透過一環繞該處理區域1 4 1的 或避 該閥 182 入口 部組 體進 與沉 合至 孔區 送至 質上 通過 133 與入 盤組 用一 樓組 生電 135 基材 溝狀 11 1277164 孔1 3 1而從該處理室1 3 3排放至該排氣室1 5 0。該些氣體 會由該排氣室150通過一真空隔離閥154而進入一排氣口 152,該排氣口 152包含一排出導管60連接至一外接真空 幫浦(未顯示)。
該殘餘氣體分析器63可被配置用來測量不限數量的 氣體,然而提供回饋至該控制器的軟體則可能限制於同一 時間測量1 0種氣體。該殘餘氣體分析器可測量該系統中的 氣體成分與各氣體的分壓。因此,該控制器可同時監控該 系統中該些氣體成分的濃度與性質。該控制器可追蹤整個 室壓力的變化、各個氣體成分以及該氣體組成,因此可指 示出一製程干擾或其他製程變化。結束後,藉由逐點繪示 一氣體分壓所製成的一時間函數曲線的斜率可被紀錄下 來。此過去的數據可用來追蹤趨勢、預測想要的清洗或沉 積氣體入料參數或提供其他分析支援而得以改進製程性 能。 第2圖係顯示所得到一電漿強化化學氣相沉積系統之 氧氣與氮氣的分壓測量值,該分塵測量值為時間的函數。 藉由該殘餘氣體分析器所收集到的連續濃度資料,該控制 器可注意到分壓與時間函數曲線的斜率變化。若藉由該隔 離閥154將該處理區域141及排氣區域150與該真空幫浦 隔離,所測量到的氧氣與氮氣分壓會同時升高,而該控制 器可能警告操作者該系統發生大氣氣體洩漏(atmospheric leak)情況。在第2圖中之垂直虛線的左方部分顯示當該隔 離閥1 54開啟時的氮氣與氧氣壓力。垂直虛線顯示在關閉 12 1277164 該隔離閥1 5 4的同時,由於大氣氣體洩漏至該處理室中而 造成氮氣與氧氣的壓力升高。上述情形為第2圖中垂直虛 線右方所示部份。氬氣亦可與氧氣及氮氣一同被追蹤,且 其分壓對時間的作圖亦顯示出一類似氧氣與氮氣般的曲 線。然而,由於在大氣氣體中氬氣的濃度較低,因此所測 得的氬氣壓力低於氮氣與氧氣的壓力。在第2圖所顯示範 例中,當系統發生一大氣氣體洩漏時,將會在短於1 〇秒鐘 的時間内對操作者提出警示,而僅能追蹤該系統中之系統 壓力升高的傳統升壓測試則將花費至少6至10分鐘的時 間。該控制器可連續追蹤分壓測量值並計算分壓斜率,可 使用傳統的統計分析工具與計算方法來計算之。 使用此種連續且即時之殘餘氣體分析器的優點繁多。
測測用來估如作發 該室氣 债偵可。預諸操為 。理性 地地饋升或縱免信 器處惰 快速回上程追避誤 析該的 更快壓力製來而形 分入外 法更分壓的用因情 該引額 方器學成新可,的 要地導 之析化造展亦化出 需性引 降分別而發饋變釋 能期及 壓體個中來 回壓或 可週以 内氣的統用的分發 亦體 ., 統 餘器系可 器的蒸 中氣體 系殘析該程析劑劑 驟性氣 些該分至歷分溶溶 步惰有 該由該漏蹤該洗洗。洗種所 控藉自洩追自清清象清數的 監可來否的來室之現性將内 比並。是饋。理中氣期係室 可。漏體回期處統漏周驟理 將程洩氣之週等系的在步處 , 過體程器洗醇該體,洗該 說程氣製析清丙是氣後清空 來製氣斷分的異僅氣最性抽 體個大判該來或將大 期; 整整到來自未水者生 週中 13 1277164 體進入該處理室,以減少該處理室表面上的顆粒與水分或 其他溶劑成分。由於該分析器能連續測定溶劑成分,故需 要該分析器。因此,當溶劑或顆粒等成分濃度達到穩定時, 得以確認一清洗方法的週期性清洗效果。雖然上述說明係 指出本發明數個實施例,然,在不偏離本發明範圍下,亦 可能創造出其他與更多的本發明實施例。本發明範圍係由 下附申請專利範圍所界定。
【圖式簡單說明】 為了更詳細了解上述本發明特徵,可配合該些繪示成 附圖之實施例更進一步了解上述本發明說明。然而需注意 的是,該些附圖所顯示的僅是本發明之示範實施例,因此 不應用來限制本發明範圍。本發明範圍應包含其他等效實 施例。 第1圖係電漿強化化學氣相沉積系統之一實施例的剖 面圖。 第2圖為一圖表,其繪示由一電漿強化化學氣相沉積 系統所獲得之兩氣體分壓測量值,該兩氣體分壓測量值為 時間的函數。 139氣體導管 1 4 1處理區域 142 開口 【主要元件符號說明】 61 氣體歧管 63 氣體分析器 100系統 14 室壁 150排氣室 底部 1 5 2排氣口 盖組件 154真空阻斷閥 穿孔區域 164上表面 配氣盤組件 166下表面 孔 170製程氣體來源 溝狀孔 180 入口 處理室 1 8 2清洗氣體來源 基材支撐組件 250控制器 軸 280閥 套管 15

Claims (1)

1277164 十、申請專利範圍: 1. 一種電漿強化化學氣相沉積系統,用以處理一或多個 平面顯示器基材,該系統包括: 一真空沉積處理室,用以容納氣體; 一殘餘氣體分析器,用以分析該處理室中的該氣體, 並提供回饋;以及 一控制器,用以監控來自該殘餘氣體分析器的該回饋。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該控制器可 控制流入該處理室的氣體流。 3. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該控制器可 控制該處理室排出氣體流。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該氣體分析 器係一質譜儀。 5. 如申請專利範圍第4項所述之系統,其中該質譜儀係 一四極式質譜儀。 6. 如申請專利範圍第3項所述之系統,其中該控制器可 紀錄製程數據。
16 1277164 7. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該殘餘氣體 監控器可分析至少兩種氣體。 8. 如申請專利範圍第7項所述之系統,其中該至少兩種 氣體為氮氣與氧氣。
9. 一種在一用於處理平面顯示器基材之電漿強化化學氣 相沉積系統中用以辨識一製程干擾的方法,該方法包括: 測定為時間函數之分壓曲線的一過去斜率; 根據藉著一殘餘氣體分析器所獲得之分壓測量值,計 算出一新的曲線斜率; 比較該過去斜率與該新斜率;以及 發送一訊號給一操作者。 10. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中發送給該操 作者之該訊號係經選擇,以通知該操作者有製程干擾或無 製程干擾。 11. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中藉由以下步 驟來測定該過去斜率: 監控多個分壓測量值;以及 執行傳統統計分析以測定一平均值與一偏差值。 17 1277164 12. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中該至少兩種 氣體被監控與分析。 13. 如申請專利範圍第12項所述之方法,其中該至少兩 氣體之呈時間函數的氣體分壓測量值的過去斜率與新斜率 被紀錄。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法,其中該至少兩 種氣體之斜率上的變化被相互比較。 15. 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中,當該至 少兩種氣體在該過去斜率與該新斜率的比較中具有相似的 變化時,通知該操作者。 16. 如申請專利範圍第13項所述之方法,其中該至少兩 種氣體係氧氣與氮氣。 17. 如申請專利範圍第16項所述之方法,其中該至少兩 種氣體更包括氬氣。 18. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中該氣體分析 器係一質譜儀。 18 1277164 19. 如申請專利範圍第18項所述之方法,其中該質譜儀 係一四極式質譜儀。 20. 如申請專利範圍第9項所述之方法,更包括發送一訊 號至一控制器。
2 1. —種用來監控一真空室内之洩漏現象的偵測器,該偵 測器包括: 一氣體分析器,用以監控一真空室内的一或多種大氣 氣體,該一或多種大氣氣體係選自於由氮氣、氧氣與氬氣 所構成之群組中;以及 一控制器,適於接收來自該氣體分析器的數據,以判 斷該一或多種大氣氣體是否洩漏至該真空室中。 22. 如申請專利範圍第21項所述之偵測器,其中該控制 器可控制流入該真空室的該些處理氣體。 23. 如申請專利範圍第21項所述之偵測器,其中該控制 器可控制該真空室排出該些氣體。 24. 如申請專利範圍第21項所述之偵測器,其中該氣體 分析器係一質譜儀。 19 1277164 25. 如申請專利範圍第24項所述之偵測器,其中該質譜 儀係一四極式質譜儀。 26. 如申請專利範圍第23項所述之偵測器,其中該控制 器紀錄處理數據。
27. 如申請專利範圍第21項所述之偵測器,其中該氣體 監控器分析至少兩種氣體。 28. 如申請專利範圍第27項所述之偵測器,其中該至少 兩種氣體為氮氣與氧氣。 29. 一種用於處理一或多個基材的室,其包括: 一室,係選自於由一化學氣相沉積室、一物理器相沉 積室與一蝕刻室所構成之群組中; 一真空來源,係耦合至該室;以及 一質譜儀,係搞合至該室。 30. 如申請專利範圍第29項所述之室,更包括一控制器。 3 1. 如申請專利範圍第3 0項所述之室,其中該控制器控 制多種處理氣體流入該室中。 20 1277164 32. 如申請專利範圍第3 0項所述之室,其中該控制器控 制該真空來源。 33. 如申請專利範圍第29項所述之室,其中該質譜儀係 一四極式質譜儀。
34. 如申請專利範圍第29項所述之室,其中該質譜儀分 析至少兩種氣體。 35. 如申請專利範圍第29項所述之室,其中該至少兩種 氣體為氮氣與氧氣。 36. 如申請專利範圍第1項所述之系統,其中該控制器與 該系統相連絡,以將資訊提供給該操作者。 (S ) 21 1277164 七、指定代表圖: (一) 、本案指定代表圖為:第1圖。 (二) 、本代表圖之元件代表符號簡單說明:
61 氣體歧管 63 氣體分析器 100 系統 106 室壁 108 底部 11 0 蓋組件 1 2 1 穿孔區域 122 配氣盤組件 128 ?L 1 3 1 溝狀孔 1 3 3 處理室 135 基材支撐組件 137 軸 138 套管 139 氣體導管 1 4 1 處理區域 142 開口 150排氣室 1 5 2排氣口 154 真空阻斷閥 164 上表面 166 下表面 170 製程氣體來源 180 入口 1 8 2 清洗氣體來源 250控制器 280 閥 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示 發明特徵的化學式:
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