TWI459488B - 在電漿離子佈植過程中測量摻質濃度的方法 - Google Patents

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Description

在電漿離子佈植過程中測量摻質濃度的方法
本發明大致是關於一種處理基板的方法，且特別是有關於一種在摻雜製程中，用來測量基板上之摻質濃度的方法。
在諸如電漿增強型化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PE-CVD)製程、高密度電漿化學氣相沉積(high density plasma chemical vapor deposition,HDP-CVD)製程、電漿浸潤式離子佈植(plasma immersion ion implantation,P3I)製程，以及電漿蝕刻(plasma etch)之類的電漿製程中，恰當地控制離子劑量是相當重要的。積體電路製造中之離子佈植製程，特別需要恰當的設備和控制方法，方能在半導體基板上達到想要的離子劑量。
離子佈植的劑量一般所指的是，在每單位面積中穿過被處理基板表面之全部離子的數量。被佈植的離子會自行擴散至基板的內容積中。佈植離子密度(每單位容積的離子數)主要的變異發生在延著離子通量的方向上，通常是垂直於基板表面的方向上。延著垂直方向之離子密度(每單位容積的離子數)的分佈形成了離子佈植深度的輪廓(profile)。用以調節離子佈植劑量(每單位容積的離子數)的設備和控制系統有時會被稱為劑量測定計(dosimetry)。
離子佈植可在離子束佈植設備和電漿浸潤式離子佈植設備中進行。離子束佈植設備(可產生窄離子束(narrow ion beam)且必需逐行掃描(raster-scanned)基板的表面)通常一次僅能佈植一種原子。在這種設備中的離子流可被精準地測量並進行全時積分(integrated over time)，而計算出真正的劑量。因全部離子束皆會撞擊基板，且離子束中的原子種類均為已知，所以可獲得精準的離子佈植劑量。這對於離子束佈植設備是非常重要的，因為離子束佈植機使用的是直流離子源(其輸出電流會產生顯著的漂移(drift))，且所使用的各種網格(grid)和電極同樣也會產生飄移(此是因受到直流電源的影響使得沉積材料會堆積在組件表面)。所以，離子束佈植設備必須具備精確的測定計。將精確監控的離子束以全時積分來計算出一瞬間電流的佈植劑量，且當劑量達到預定的目標值時，製程即停止。
相對地，電漿浸潤式離子佈植反應器在測量摻雜劑量時，即會遭遇一因難的問題。一般而言，入射進基板之離子的原子重量並無法被精確地測定，因這種反應器使用了含有理想離子佈植物質以及其它物質的前驅物氣體。例如，在硼的電漿浸潤式離子佈植中，一般會使用多種元素的化合物，例如前驅物二硼烷，此時硼原子和氫原子都會入射進基板中。因此難以從所測量之電流中測定硼的劑量。其它在電漿浸潤式離子佈植反應器中的劑量測定之因難點在於，電漿離子會連續地撞擊全部基板，所以難以有效地測量在基板上全部的離子流量。相反的，僅能以間接方式，從非常小區域中的量測去推算出摻雜劑量。特別是在使用無線射頻(radio frequency,RF)電漿源功率或是RF電漿偏壓功率源的反應器中更是如此。
所以，需要一種能在電漿佈植製程中之決定出預設摻質濃度終點(end point)的方法。
本發明之具體實施方式提供了一種在電漿佈植製程中用來偵測預定摻質濃度終點的方法和設備。在一具體實施方式中，提供了一種在電漿佈植製程中用來偵測基板表面摻質濃度的方法，包含：將一基板置於一處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低於約250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿；將由該電漿所產生之一光線穿過該基板，其中該光線由該基板之該上表面進入並由該下表面離開基板；由位於該基板下方的一感測器接收該光線。此方法更包含：產生一訊號，其與該感測器所接收到的該光線成比例；在一摻雜製程中，以一摻質佈植該基板；在摻雜製程中，當基板達到最終之摻質濃度時，產生多組光訊號，其與由該感測器所接收到之該光線的一減少量成比例；及停止對該基板進行佈植。
在一些具體實施方式中，此方法包含產生多組與一增加之摻質濃度成比例之訊號。自電漿所產生的光線包含紅外線、可見光、紫外線、或上述之組合。在一實例中，光線包含紅外線。通常來說，在電漿佈植過程中，基板溫度是介於約0℃至約90℃的範圍內，較佳為介於約25℃至約45℃的範圍內。
在一些具體實施方式中，摻質為硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或上述之組合。摻質的最終濃度範圍為1×1014 cm-2 至1×1018 cm-2 ，較佳為5×1015 cm-2 至1×1017 cm-2 。在一實例中，摻質為硼，且摻雜製程包含將基板暴露於硼的前驅物之中，例如三氟硼烷、二硼烷、及其之電漿、其之衍生物、或其之組合。在另一實例中，摻質為磷，且摻雜製程包含將基板暴露於磷的前驅物之中，例如三氟化磷(trifluorophosphine)、膦、其之電漿、其之衍生物、或其之組合。在另一實例中，摻質為砷，且摻雜製程包含將基板暴露於砷的前驅物之中，例如胂、其之電漿、和其之衍生物。
在另一具體實施方式中，提供了一種在電漿佈植製程時偵測基板表面摻質濃度的方法，包含：將一基板置於一處理腔室中，其中基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低於約250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿；將一光線穿過該基板，其中光線從基板之下表面進入基板，且從基板之上表面離開基板，且該光線是由一位於基板下方之光源所產生；以及由位於基板上方之一感測器接收該光線。此方法更包含：產生一與該感測器所接收之光線成比例之訊號；在摻雜製程中，以一摻質佈植該基板；在該摻雜製程中，產生多組光訊號，其與由該感測器所接收到之該光線的一減少量成比例；當基板上之最終摻質濃度達到時，產生一終點訊號，其與該感測器所接收之該光線成比例；及停止佈植該基板。
具體實施方式所提供之光源為雷射，例如紅外線雷射。光線包含紅外線、可見光、紫外線、或上述之組合。在一實例中，該感測器位於處理腔室中之一噴頭組件上或與其耦接。光源則可耦接至一基板支撐組件、內或位於其上。該基板支撐組件具有一靜電吸盤。
在特定實例中，該感測器可位於該噴頭組件上或其中，且該光源配置成可實質引導該光線朝向該感測器。該光源可為耦接至一遠端光源的光纖，例如可發射雷射光的雷射光源。在一些具體實施方式中，在一校正步驟中，可將由該電漿所產生的光訊號值大小自該光訊號值中扣除。
在另一具體實施方式中，提供了一種在電漿佈植製程時之偵測基板表面摻質濃度的方法，包含：將基板置於處理腔室中，其中基板具有上表面和下表面，且基板溫度低於約250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿，並使一光線穿過基板。此方法更包含：由一感測器接收該光線；產生一起始訊號，其與該感測器所接收到之該光線成比例；在一摻雜製程中，以一摻質佈植該基板；與一增加的摻質濃度成比例地來調控由該感測器所接收到之該光線；當基板上最終摻質濃度達成時，產生一終點訊號，其與該感測器所接收之該光線成比例；及停止佈植該基板。
在一實例中，光線由電漿產生，且該感測器所接收之光隨著所增加之摻質濃度成比例地減少，且該感測器示位在該基板下方。在另一實例，光線由位於基板下方的光源(例如，雷射光源)所產生，且該感測器所接收之光隨著所增加之摻質濃度成比例地減少，且該感測器是位於該基板下方。在另一實例中，光線是由位於該基板上方的一光源所產生，且該感測器所接收之光隨著所增加之摻質濃度成比例地減少，其中該感測器是位於該基板上方。
在另一具體實施方式中，提供了一種在電漿佈植製程中偵測一基板表面上摻質濃度的方法，包含：將一基板置於處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低於約250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿；由位於該基板上方之一光源產生一光線；將該光線傳送至該基板之該上表面，且將該基板之上表面上的該光線反射朝向位於該基板上方之一感測器。此方法更包含：產生一訊號，其與該感測器所接收之該光線成比例；在一摻雜製程中，以一摻質佈植該基板；在該摻雜製程中產生多組光訊號，其與該感測器所接收之該光線之一增加量成比例；當該基板具有最終之摻質濃度時，產生一終點訊號，其與該感測器所接收之光線成比例；及停止佈植該基板。
具體實施方式所提供之光線可以相對於一橫越該基板上表面之平面約成45°至90°的夾角被照向該基板之上表面。此夾角較佳約為75°至約90°，更佳為實質約90°。在一實例中，光源位可耦接至一噴頭組件或其中，且該感應器示設在該噴頭組件或其上，且光源的配置方式是可將基版上的該光線反射朝向該感測器。
在另一具體實施方式中，提供了一種在電漿佈植製程中偵測一基板表面摻質濃度的方法，包含：將一基板置於一處理腔室中，其中該基板具有上表面和下表面，且基板溫度低於約250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿；從該基板之上表面將一光線反射，並以一感測器來接收該光線。此方法更包含：產生一起始訊號，其與該感測器所接收到之該光線成比例；在一摻雜製程中，以一摻質佈植該基板；隨著該摻質濃度之增加而比例地增加由該感測器所接收到之該光線；當基板達到最終之摻質濃度時，產生一終點訊號，其與該感測器所接收到之該光線成比例；及停止佈植該基板。
本發明之具體實施方式提供了在電漿離子佈植系統中，使用光學感測器測量摻質濃度的方法和設備。如此即可以具有效率之方式控制電漿離子佈植的終點(end point)。
第1圖係依據本發明之一具體實施方式所繪示之電漿腔室100的等距剖面簡圖。電漿腔室100被配置成可進行電漿增強型化學氣相沉積製程(plasma enhanced chemical vapor deposition,PE-CVD)、高密度電漿化學氣相沉積製程(high density plasma chemical vapor deposition,HDP-CVD)、電漿增強型原子層沉積製程(plasma enhanced atomic layer deposition,PE-ALD)、離子佈植製程、蝕刻製程、和其它電漿製程。
電漿腔室100具有環狀(toroidal)電漿源101，其耦接至電漿腔室100的腔體103。腔體103具有腔壁105，其與腔蓋106和腔底108耦接，進而界定出內容積110。電漿腔室100的其它例子可參見美國專利第6,939,434號和第6,893,907號，其全文在此做為參考資料。
內容積110包含處理區125，其形成於氣體分配組件121和基板支撐組件123之間。圍繞在基板支撐組件123之一部分處設有一抽氣區，其經由閥門126(設在腔底108的埠口127上)可專一性地與真空幫浦124連接。在一具體實施方式中，閥門126為節流閥，用以控制從內容積110所產生，且經由埠口127而流至真空幫浦124的氣流或蒸氣。在一具體實施方式中，閥門126在操作時沒有使用O型環(o-ring)，在2005年4月26日提申之美國專利申請第11/115,956號(現已公開為美國專利公開第2006-0237136號)中有更詳細的描述，在此做為參考資料。
環狀電漿源101位於腔體110的腔蓋106上。在一具體實施方式中，環狀電漿源101具有第一管道150A(通常為「U」形)和第二管道150B(通常為「M」形)。管道150A和管道150B各別包含至少一天線170A和170B。天線170A和170B設計來使誘導耦合電漿可分別被形成在每一管道150A/150B之各別的內容積155A/155B中。如第2圖所示，每一天線170A/170B耦合至一功率源(例如RF電漿功率源171A/172A)之螺旋圈(winding)或是一線圈。RF阻抗匹配系統171B/172B也分別和天線170A/170B耦接。製程氣體(例如氦氣、氬氣和其它氣體)可被輸入至管道150A、150B之各別的內部區域155A、155B中。在一具體實施方式中，具有摻質前驅物氣體的製程氣體被輸入至每一管道150A/150B的內部區域155A/155B。在一具體實施方式中，製程氣體從氣板(gas panel)130A或130B輸入至環形電漿源101中。在另一具體實施方式中，製程氣體可從氣板135(與電漿腔室100之腔蓋106中的埠口130連接)被傳輸通過氣體分配組件121。
在一具體實施方式中，管道150A/150B的對側端耦接至形成於電漿腔室100之腔蓋106中的各別埠口131A-131D(在這個角度中僅繪示了131A和131B)。在製程期間，製程氣體被輸入到每一管道150A/150B的內部區域155A/155B，且在天線170A/170B施加了RF功率，以產生循環的電漿路徑(其通過埠口131A-131D和處理區125)。詳言之，在第1圖中，此循環的電漿路徑經過埠口131A至埠口131B，反之亦然，並穿過氣體分配組件121和基板支撐件中間的處理區125。每一管道150A/150B具有電漿通道140(耦接在各管道150A/150B的端口和埠口131A-131D之間)。在一具體實施方式中，電漿通道140被設計成可分裂和加寬形成於每一管道150A/150B之中的電漿路徑。
氣體分配組件121具有環形壁122和穿孔板132。環形壁122、穿孔板132、和腔蓋106形成氣室230。穿孔板132之中包含複數個開口133，以對稱或非對稱圖形(或複數個圖形)方式形成。在一具體實施方式中，摻質前驅物氣體經由連接到氣板130A之氣體分配組件121，而輸送至處理區125。製程氣體，例如摻質前驅物氣體，從埠口130輸送至氣室230。一般而言，摻質前驅物氣體含有欲求摻質元素的摻質前驅物，例如，硼(一種在矽中為p型導電雜質)或磷(一種在矽中為n型導電雜質)。硼、磷、或其它摻質元素(例如砷、銻)的氟化物和/或氫化物可作為摻質前驅物氣體。在一實例中，用來佈植硼摻質之摻質前驅物氣體包括三氟化硼(BF3 )或二硼烷(B2 H6 )。氣體流過開口133並進入穿孔板132之下的處理區125。在一實例中，穿孔板具有RF偏壓，以助於產生和/或保持在處理區125中的電漿。
基板支撐組件123具有上方板142，並可作為陰極組件。上方板142具有平滑的基板支撐表面143，用以支撐基板於其上。上方板142具有一嵌入式電極145(連接至直流功率源146)，用以在製程中於基板與上方板142的基板支撐表面143之間產生靜電吸引力。在一具體實施方式中，嵌入式電極145也可做為可提供電容性RF能量至處理區125的電極。嵌入式電極145經由RF阻抗匹配電路147B與RF電漿偏壓功率147A耦接。
基板支撐組件123也包含舉升銷組件160。此舉升銷組件160具有複數個舉升銷，經由選擇性地抬升且將基板支撐於上方板142的方式來傳送一或多個基板，且該些舉升銷並彼此間隔以容納機器臂於其中。
第2圖繪示了第1圖中之電漿腔體100的等距俯視簡圖。電漿腔體100的腔壁105具有基板埠口107，可選擇性地以狹縫閘門(未繪示)進行封閉。製程氣體經由耦接至埠口130的氣板130A，輸送至氣體分配組件121。一或多種製程氣體經由氣板130B，輸送至環狀源(toroidal source)(例如管道150A和150B)。
請再參考第1圖，電漿腔室100更包含控制器170，用以監視和控制在電漿腔室100中執行的製程。控制器170與一或多個感測器連接，用以取樣、分析、和儲存所量測之資料。在一個具體實施方式中，控制器170具有執行不同製程之控制任務的能力。控制器170連接至電漿腔室100的可操作部份，並將控制訊號傳送至此部份。控制器170依據量測之資料進行製程參數的調整，並執行封閉迴圈控制任務以達成想要的製程結果。在本發明之一具體實施方式中，控制器170用以執行一或多種摻質劑量控制、終點偵測、和其它的控制任務。
在一具體實施方式中，光學感測器730被裝置在基板支撐表面143的下方，並與控制器170耦接。光學感測器730用於感測從處理區125所產生之電漿中發出之具有特定波長或頻率的光線。發射光包含紅外線、可見光、紫外線、或上述的組合。在一具體實施方式中，光學感測器730適以偵測紅外線。當基板在處理區125中進行處理時，發射光先穿過位基板支撐表面143上的基板，之後到達光學感測器730。當基板上的摻質濃度低時，從電漿中所發射出來的光可實質穿透基板，並到達下方之光學感測器130。但當基板上表面之摻質濃度增加時，基板上表面會變為不透明，並使到達光學感測器的光變少。依據基板中之摻質濃度和穿透基板並被偵測到的光線量之間的關係，可操作控制器170來決定出基板上的一目標摻質濃度。之後，即終止離子佈植製程。
第3圖繪示出可用來偵測如具體實施方式所述之電漿離子佈植終點之製程方法300的流程圖。所繪示的方法可應用於第4-9B圖中所示之具體實施方式中。
在步驟302中，需處理的基板702被置於處理區125之中，該處理區125位在穿孔板132和基板支撐組件123之間。在步驟304中，在開始離子佈植製程前，先進行光學感測器730和控制器170的校正。在一具體實施方式中，校正的方式為產生一入射在基板702之上的光線，並由光學感測器730偵測所接收之光線量，之後再參考所測得之光線量，將所接收之光線量作為摻質濃度的背景值。在步驟306中，進行電漿離子佈植，以在基板702上植入摻質。在步驟308中，當離子佈植被導入時，控制器170會依據光學感測器730所接收之光線量，得到當時在基板702中的摻質佈植濃度。由光學感測器730所偵測之光線，包含穿過基板702或由基板702所反射之光線。在步驟310中，當摻質濃度達到理想或最終濃度時，控制器170即輸出一控制訊號以停止電漿離子佈植製程。
第4圖繪示出可用來偵測如具體實施方式所述之電漿離子佈植之最終摻質濃度終點(end point)之製程方式400的流程圖。在步驟402中，基板置於處理腔室之中，其中該基板具有一上表面和一下表面。在步驟404的摻雜製程中，基板可被保持(不論以加熱或冷卻)在低於約250℃的溫度，較佳為在約0℃至於90℃的範圍內，更佳為從約25℃至約45℃。在步驟406中，產生一電漿於處理腔室中之基板的上方。在步驟408中，由電漿所產生的光線穿過基板。光線包含紅外線、可見光、紫外線，或上述之組合。在一實例中，光線含有紅外線。光線從基板的上表面進入並由基板的背面穿出。之後，在步驟410中，光線由位於基板下方的感測器接收。
方法400更提供用以產生一與感測器所接收之光成比例之訊號的步驟412。方法400在如第5圖中所配置之電漿腔室中進行。通常，此方法包含產生多組與所增加之摻質濃度成比例的訊號。在步驟414中，基板在摻雜製程中被植入摻質。在步驟416中，在摻雜製程中，產生了多組與所減少之光量(由感測器接收)成比例之光訊號。在步驟418中，當基板上的摻質達到最終濃度時，產生了一與感測器所接收的光線成比例之終點訊號。之後在步驟420中，當基板具有理想的最終摻質濃度時，即停止摻雜製程。
以下列摻質摻雜基板，例如硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或上述之組合。基板最終之摻質濃度在約1×1014 cm-2 和約1×1018 cm-2 的範圍內，較佳為從約5×1015 cm-2 至約1×1017 cm-2 。在一個實例中，摻質為硼，且摻雜製程包含將基板暴露於硼的前驅物之中，例如三氟硼烷、二硼烷、其之電漿態、其之衍生物、或其之組合。在其它的實例中，摻質為磷，且摻雜製程包含將基板暴露於磷的前驅物之中，例如三氟化磷(trifluorophosphine)、膦、其之電漿、其之衍生物、或其之組合。在另一個實例中，摻質為砷，且摻雜製程包含將基板暴露於砷的前驅物之中，例如胂、其之電漿態、和其之衍生物。
第5圖所示為進行摻質濃度測量時，用以決定摻質製程終點之設備。此設備具有光學感測器730，裝置於如第1圖中所示之電漿腔體100中，並用於執行方法400。基板702暴露於電漿704(產生於穿孔板132和基板支撐組件123之間)之中。如所示，穿孔板132為接地，且基板支撐組件123經由RF阻抗匹配電路147B耦接至RF偏壓功率147A。電漿704由RF電漿偏壓功率147A所產生之RF功率產生。耦接至控制器170之光學感測器730係位於基板702的下方。
基板702在低於約250℃的溫度下進行處理，較佳為低於約100℃，更精確為介於0℃至90℃的範圍內，更佳為從約25℃至約45℃。當基板702在電漿環境中進行製程時，從電漿704所發射出的光線706，穿過基板702並入射至光學感測器730之上。在一具體實施方式中，在環境溫度低於約250℃時，基板702對光線而言是透明的。光學感測器730產生一與所感測之光線量成比例之量測訊號至控制器170，以回應所偵測之光線。
在操作時，離子性雜質也會被饋入有摻質的基板702中。所用摻質的例子包含，但不限於，硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、和上述之組合。所繪示之具體實施方式中，典型植入於基板702中的摻質為硼摻質，並在電漿佈植中使用二硼烷(B2 H6 )做為電漿前驅物。硼離子物的電漿入射到基板702的上表面。為了控制植入於基板702中之硼摻質的劑量，控制器170依據由光學感測器730所提供之量測訊號，得出了所植入之硼摻質的濃度。在進行離子佈植時，少量的光線穿過基板702後，由控制器170即時得出之基板702中的硼摻質濃度即增加。當達到理想的或最終摻質濃度時，控制器170輸出一控制訊號以停止供應電漿前驅物，進而終止了離子佈植製程。在一具體實施方式中，目標摻質濃度為約1×1014 cm-2 至約1×1018 cm-2 的範圍內，較佳為約5×1015 cm-2 至約1×1017 cm-2 。
如上所述，依據透過基板而被偵測之光線量而得出基板中之摻質濃度。然而，在基板中的目標摻質濃度相對較高的例子中，當基板更不透明時，從電漿中所發出之光線強度可能不足以穿過基板。
第6圖繪示出用以在此所述具體實施方式之電漿佈植製程中偵測最終摻質濃度的終點之方法600的流程圖。方法600在如第7圖中所配置之電漿腔室中進行。在步驟602中，基板被放置於處理腔室內，其中此基板具有一上表面和一下表面。在步驟604中，基板可被保持在低於約250℃的溫度(不論以加熱或冷卻的方式)，較佳為低於約100℃，更精確為在0℃和約90℃的範圍之間，較佳為從約25℃至約45℃。在步驟606中，一電漿係產生於處理腔室或電漿腔室中之基板上。
在步驟608中，由光源(即，電射光源)所產生之光線穿過基板。光源置於基板之下，且於基板上裝設一感測器。於是，光線從基板的下表面進入，並由基板的上表面穿出。在步驟610中，光線由安裝在基板上方的感測器接收。光線包含紅外線、可見光、紫外線，或上述之組合。在一實例中，光線含有紅外線，例如從紅外線電射中所發出之紅外線。
在一些具體實施方式中，感測器可裝在噴頭組件(耦接至處理腔室)上。並且，光源可耦接至基板支撐組件、內、或其上。在一實例中，基板支撐組件為靜電吸盤。
在一個特定實例中，感測器裝在噴頭組件的裡面或上面，且光源裝設的方式為將光實質導向感測器的方向。光源為耦接至遠端光源的光纖，例如可發射雷射光的電射光源。在其它實施方式中，感測器依據從電漿所發出之光線而產生一電漿光訊號。在校正步驟中，光訊號值需扣除由電漿所產生之光的訊號值。
方法600更提供了步驟612，用以產生一與感測器所接收之光成比例的訊號。通常來說，此方法包含產生多組與所增加之摻質濃度成比例的訊號。在步驟614中，基板在摻雜製程中被植入摻質。在步驟616中，摻雜製程中，產生了多組與偵測器所接受之光減少的量成比例的光訊號。在步驟618中，當基板達到最終摻質濃度，產生與感測器所接收之光成比例的終點訊號。接下來在步驟620中，當基板具有理想之摻質濃度時，即停止摻雜製程。
以下列摻質摻雜基板，例如硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或上述之組合。基板之最終摻質濃度介於約1×1014 cm-2 至約1×1018 cm-2 的範圍內，較佳為從約5×1015 cm-2 至約1×1017 cm-2 。在一實例中，摻質為硼，且摻雜製程包含將基板暴露於三氟硼烷、二硼烷、其之電漿態、其之衍生物、或其之組合中。在其它的實例中，摻質為磷，且摻雜製程包含將基板暴露於三氟化磷(trifluorophosphine)、膦、其之電漿、其之衍生物、或其之組合之中。在另一實例中，摻質為砷，且摻雜製程包含將基板暴露於胂、其之電漿態、和其之衍生物中。
第7圖表示一用以偵測摻雜製程終點的裝置(當測量摻質濃度時)，可用在第1圖中旳電漿腔室100內，且可用來執行方法600。裝置具有與光纖722連接的光源720(例如雷射光源)。光纖722被導引穿過基板支撐組件123。光學感測器730排列在基板支撐組件123之上表面上方，並面對光纖722的位置。在一具體實施方式中，光學感測器730嵌入在穿孔板132中。
在操作時，光纖722將光線724(例如電射光)從光纖的一端723發射至基板702的背面。光線724包含紅外線、可見光、紫外線，或上述之組合。發射光724穿過基板702，之後入射到光學感測器730上。在離子佈植製程中，因基板702的摻質量增加，使基板702變得更加不透明，這使得光線724中可穿透基板的光線(部份)725減少(亦即光學感測器730所接收的光線量減少)。依據由光學感測器730所吸收之電射(穿透)的量，控制器170可得到真正在基板702中的摻質濃度。當基板702達到目標摻質濃度後，控制器170即輸出一控制訊號以終止離子佈植製程。
第8圖繪示了一方法800的流程圖，可在進行所述具體實施方式之電漿佈植製程時，用來偵測最終摻質濃度的終點。方法800用於如第9A-9B中所配置之電漿腔室中進行製程。在步驟802中，將基板放置於處理腔室中，其中此基板具有上表面和下表面。在步驟804中，基板可被保持在低於約250℃的溫度(不論以加熱或冷卻方式)，較佳為低於約100℃，更佳為在約0℃至約90℃的範圍內，更佳為從約25℃至約45℃。在步驟806中，電漿產生在處理腔室中的基板上。
在步驟808中，由基板上方之光源(即，電射光源)所產生之光線，傳送至基板的上表面並產生反射。在步驟810中，反射光由置於基板上方的感測器接收。光線包含紅外線、可見光、紫外線，或上述之組合。在一實例中，光線含有紅外線，例如從紅外線電射所發出。
本發明之具體實施方式之光線射向基板的上表面的角度(相對於基板上表面所延伸之平面)約在45°至90°之間。較佳角度在75°至90°之間，更佳為實質角度約90°。光源可耦接至噴頭組件或在噴頭組件之中，感測器可置於噴頭組件之上或耦接至噴頭組件，且光源的擺放方式為可使光線從基板上反射至感測器。
光源為耦接至遠端光源(例如發射電射光的電射光源)的光纖。在一實例中，基板支撐組件為靜電吸盤。在另一具體實施方式中，電漿所產生之光訊號值在校正步驟中被從光訊號值中扣除。
方法800更提供了步驟812，用以產生與感測器所接收的光成比例的訊號。通常來說，此方法包含產生多組與所增加之摻質濃度成比例的訊號。在步驟814中，基板在摻雜製程中被植入摻質。在步驟816中，在摻質製程中產生了多組與所增加之光量(由感測器接收)成比例的訊號。在步驟818中，當基板具有最終摻質濃度時，會產生一與感測器所接收的光成比例的終點訊號。之後在步驟820中，當基板達到理想的摻質濃度時，即終止摻進製程。
以下列摻質摻雜基板，例如硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或上述之組合。基板最終之摻質濃度介於約1×1014 cm-2 至約1×1018 cm-2 的範圍內，較佳為從約5×1015 cm-2 至約1×1017 cm-2 。在一個實例中，摻質為硼，且摻雜製程包含將基板暴露於三氟硼烷、二硼烷、其之電漿態、其之衍生物、或其之組合。在其它的實例中，摻質為磷，且摻雜製程包含將基板暴露於三氟化磷(trifluorophosphine)、膦、其之電漿、其之衍生物、或其之組合之中。在另一個實例中，摻質為砷(arsenic)，且摻雜製程包含將基板暴露於胂(arsine)、其之電漿態、和其之衍生物之中。
在另一具體實施方式中，第9A-9B圖表示了一種在測量基板上表面之摻質濃度時，用來偵測摻雜製程終點的裝置。此裝置可用於第1圖中的電漿腔室100，並可用來執行方法800。如第9A-9B圖所示，光源720的位置接近於基板支撐組件123的上表面，與光學感測器730同在基板的一側。基板702暴露於電漿704(產生於穿孔板132和基板支撐組件123之間)之中。
在一具體實施方式中，光源720用以發射入射光726(例如電射光)，與基板702的上表面的法線近乎垂直。光線726照射在基板702的上表面並產生反射，之後到達光學感測器730。當摻質被植入基板702時，光線726的反射部份728(由光學感測器730接收)會因基板中進一步增加之摻質量而發生變化。依據由光學感測器730所偵測之反射部份728，控制器170可得出在基板702中正確的摻質量。當基板中達到理想之最終摻質濃度時，控制器170即輸出一控制訊號以終止離子佈植製程。光線726包含紅外線、可見光、紫外光、或上述的組合。
第9A圖繪示了安裝在基板702上方的光源720和光學感測器730。光源720和光學感測器730分別耦接至或安裝在腔壁、腔蓋、氣體分佈組件(例如穿孔板132)、或在電漿腔室其它的內表面上(未繪示)。第9B圖也表示了安裝在基板702上方的光源720和光學感測器730。在一個具體實施方式中，光源720為連接至光纖722的遠端光源(例如雷射光源)。光纖722被導引穿通穿孔板132。在操作時，光纖722從底端721發射光線726(例如電射光)。
這裡需要瞭解的是，所述之方法和機制，一般可應用於測量植入基板中之即時(real time)的摻質濃度。在進行校正時使用特定等級的紅外線和特定形態的摻質可達成此目的。所以，本發明之方法和裝置可被用於監控各種摻質的劑量，例如砷、磷、氫、氧、氟、矽、和其它用於電漿製程的物質。
在其它的具體實施方式中，提供了一個在電漿佈植製程中用以偵測基板表面摻質濃度的方法，包含：將基板放置於處理腔室內，其中此基板具有上表面和下表面，且溫度低於約250℃；在處理腔室中的基板上產生一電漿，並傳送一穿過此基板光線。這個方法更包含：由一感測器接收此光線；產生一起始訊號(與感測器所接受的光成比例)；在摻雜製程中將摻質植入基板；感測器所接收的光線與所增加之摻質濃度成比例變化；當基板具有最終摻質濃度時，產生一與感測器所接收之光成比例的終點訊號；及停止將摻質植入基板中。
在一實例中，光線由電漿產生，由感測器所接收的光線量隨著所增加之摻質濃度比例而減少，且感測器係位於基板的下方。在另一個實例中，光線由位於基板下方的光源產生(即，電射光源)，由感測器所接收的光線量隨著所增加之摻質濃度比例而減少，且感測器位於基板的下方。在另一個實例中，光線由位於基板上方之光源產生，由感測器所接收的光線量隨著所增加之摻質濃度比例而減少，且感測器位於基板的上方。
在另一個具體實施方式中，提供了一個在電漿佈植製程中用以偵測基板表面摻質濃度的方法，包含：將基板放置於處理腔室內，其中此基板具有上表面和下表面，且溫度低於約250℃；在處理腔室中的基板上產生一電漿，並從基板的上表面反射光線且以一感測器接收此光線。這個方法更包含：產生一起始訊號(與感測器所接受的光成比例)；在摻雜製程中將摻質植入基板；感測器所接收的光線隨著所增加之摻質濃度比例而增加；當基板具有最終摻質濃度時，產生一與感測器所接收之光成比例的終點訊號；及停止將摻質植入基板中。
在另一個具體實施方式中，多組光學感測器被置於基板的下方，例如置於基板支撐組件內，光學感測器可用以監視在基板的表面之摻質濃度均勻度。
上述為本發明之具體實施方式，在不離開基本範圍的情況下，可建議其它的具體實施方式。本發明的範圍決定於以下的申請專利範圍。
100．．．電漿腔室
101．．．環狀電漿源
103．．．腔體
105．．．腔壁
106．．．腔蓋
107．．．埠口
108．．．腔底
110．．．內容積
125．．．處理區
121．．．氣體分配組件
122．．．環形壁
123．．．基板支撐組件
124．．．真空幫浦
125．．．處理區
126．．．閥門
127．．．埠口
130．．．埠口
130A．．．氣板
130B．．．氣板
131A．．．埠口
131B．．．埠口
131C．．．埠口
131D．．．埠口
132．．．穿孔板
308．．．步驟
310．．．步驟
400．．．製程方法
402．．．步驟
404．．．步驟
406．．．步驟
408．．．步驟
410．．．步驟
412．．．步驟
414．．．步驟
416．．．步驟
418．．．步驟
420．．．步驟
600．．．製程方法
602．．．步驟
604．．．步驟
606．．．步驟
608．．．步驟
610．．．步驟
612．．．步驟
614．．．步驟
616．．．步驟
133．．．開口
135．．．氣板
140．．．通道
142．．．上方板
143．．．基板支撐表面
145．．．電極
146．．．直流功率源
147A．．．RF電漿偏壓功率
147B．．．RF阻抗匹配電路
150A．．．管道
150B．．．管道
155A．．．內容積
155B．．．內容積
160．．．舉升銷組件
170．．．控制器
170A．．．天線
170B．．．天線
171A．．．RF電漿功率源
171B．．．RF阻抗匹配系統
172A．．．RF電漿功率源
172B．．．RF阻抗匹配系統
230．．．氣室
618．．．步驟
620．．．步驟
702．．．基板
704．．．電漿
706．．．光線
720．．．光源
721．．．底端
722．．．光纖
723．．．光纖的一端
724．．．光線
728．．．反射部份
730．．．光學感測器
800．．．製程方法
802．．．光纖
804．．．光纖
806．．．光纖
808．．．光纖
810．．．光纖
812．．．光纖
814．．．光纖
816．．．光纖
818．．．光纖
300．．．製程方法
302．．．步驟
820．．．光纖
726．．．入射光
本發明已簡述於上，所繪示的附圖可做為本發明具體實施例的參考。需要注意的是，所繪示的附圖僅為本發明之具體實施例的態樣，不應被視為是對本發明範圍之限制，本發明也可允許其它相等效果的具體實施例。第1圖係依據本發明之一具體實施方式所繪示之電漿腔室等距剖面圖。
第2圖係繪示第1圖中之電漿腔室之等距俯視圖。
第3圖係依據本發明所述之一具體實施方式所繪示，在電漿佈植製程中，偵測最終摻質濃度終點的流程圖。
第4圖係依據本發明所述之另一具體實施方式所繪示，在電漿佈植製程中，偵測最終摻質濃度終點的流程圖。
第5圖係繪示如何以光學感測器，在第1圖所示之電漿腔室中，即時控制基板中之摻質濃度的簡圖。
第6圖係依據本發明所述之另一具體實施方式所繪示，在電漿佈植製程中，偵測最終摻質濃度終點的流程圖。
第7圖係繪示以光學感測器偵測電漿離子摻雜製程終點的另一具體實施方式。
第8圖係依據本發明所述之另一具體實施方式所繪示，在電漿佈植製程中，偵測最終摻質濃度終點的流程圖。
第9A-9B圖係繪示以光學感測器偵測電漿離子摻雜製程終點之其它的具體實施方式。
123．．．基板支撐組件
132．．．穿孔板
147A．．．RF電漿偏壓功率
147B．．．RF阻抗匹配電路
170．．．控制器
702．．．基板
704．．．電漿
720．．．光源
726．．．入射光
728．．．反射部份
730．．．光學感測器

Claims (25)

  1. 一種在電漿佈植製程期間用來偵測一基板表面之摻質濃度的方法，包含：將一基板置於一處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且該基板溫度低於250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿；將由該電漿所產生之一光線穿過該基板，其中該光線由該基板之該上表面進入並由該基板之該下表面離開；由位於該基板下方的一感測器接收該光線；產生一訊號，其與該感測器所接收到的該光線成比例；在一摻雜製程中，以一摻質佈植該基板；產生多組光訊號，其與在該摻雜製程中由該感測器所接收到之該光線的一減少量成比例；當該基板具有一最終摻質濃度時，產生一與由該感測器所接收到之該光線成比例的終點訊號；及停止對該基板進行佈植。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含產生多組訊號，其與該摻質之一增加濃度成比例。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光線包含紅外線、可見光、紫外線、或上述之組合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該光線包含紅外線。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該基板在該摻雜製程時之溫度範圍為0℃至90℃。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該摻質是選自由下列物質所組成之族群，包含硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或上述之組合。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該摻質的最終濃度範圍在5×1015 cm-2 至1×1017 cm-2 。
  8. 一種在一電漿佈植製程期間用來偵測一基板表面摻質濃度的方法，包含：將一基板置於一處理腔室中，其中基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低於約250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿；將一光線穿過該基板，其中該光線從該基板之該下表面進入且從該基板之該上表面離開，且該光線是由一位於該基板下方之光源所產生；由位於該基板上方之一感測器接收該光線；產生一與該感測器所接收之該光線成比例的訊號；在一摻雜製程中，以一摻質佈植該基板； 在該摻雜製程中，產生多組光訊號，其與由該感測器所接收到之該光線的一減少量成比例；當基板具有一最終摻質濃度，產生一終點訊號，其與該感測器所接收之該光線成比例；及停止佈植該基板。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該光源為一紅外線雷射。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該感測器位於一噴頭組件之上或耦接至該噴頭組件，其中該噴頭組件位於該處理腔室之中。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該光源耦接至該基板支撐組件或位於該基板支撐組件之中。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該光源位於該基板支撐組件之上或位於該基板支撐組件之中，且該感測器位於該噴頭組件之上或位於該噴頭組件之中，且該光源係配置成可導引該光線實質朝向該感測器。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該光源為一光纖，耦接至一遠端光源，且該遠端光源適以發射一雷射光線。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該基板在該摻雜製程時之溫度範圍為0℃至90℃。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該摻質是選自由下列物質所組成之族群，包含硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或上述之組合。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該摻質的最終濃度範圍在5×1015 cm-2 至1×1017 cm-2 間。
  17. 一種在電漿佈植製程期間用來偵測一基板表面摻質濃度的方法，包含：將一基板置於處理腔室中，其中該基板具有一上表面和一下表面，且基板溫度低於約250℃；於該處理腔室中之該基板上方產生一電漿；由位於該基板上方之一光源產生一光線；以一相對於延伸跨過該基板上表面之平面而成45°至90°的角度，將來自該光源之該光線傳送至該基板之該上表面，且將來自該基板上表面的該光線反射朝向位於該基板上方之一感測器；產生一訊號，其與該感測器所接收之該光線成比例；在一摻雜製程中，以一摻質佈植該基板；在該摻雜製程中產生多組光訊號，其與該感測器所接 收之該光線之一增加量成比例；當該基板具有一最終摻質濃度時，產生一終點訊號，其與該感測器所接收之該光線成比例；及停止佈植該基板。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該角度的範圍為75°至90°。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該基板在該摻雜製程時之溫度範圍為0℃至90℃。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該摻質是選自由下列物質所組成之族群，包含硼、磷、砷、銻、氮、氧、氫、碳、鍺、或上述之組合，且該摻質之該最終濃度範圍在5×1015 cm-2 至1×1017 cm-2 間。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該光源為一紅外線雷射。
  22. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該感測器係設置在一噴頭組件上或耦接至該噴頭組件，其中該噴頭組件位於該處理腔室之中。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中該光源 是耦接至該噴頭組件或位於該噴頭組件之中。
  24. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該光源是耦接至一噴頭組件或位於該噴頭組件之中，其中該感測器位於該噴頭上或耦接至該噴頭，且該光源是配置成可反射該光線離開該基板並朝向該感測器。
  25. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該光源為一光纖，其耦接至一雷射。
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