TWI640039B - 端點增強器系統及在晶圓蝕刻製程中用於光學端點偵測之方法 - Google Patents

端點增強器系統及在晶圓蝕刻製程中用於光學端點偵測之方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種用於蝕刻一半導體晶圓之系統，其包含：一真空蝕刻腔室，其包括具有一大氣側及一真空側之一觀察孔窗口；一光纖纜線，其以光學方式耦接至該觀察孔窗口之該大氣側，其中該光纖纜線經組態以接收及傳輸一端點信號；及一端點增強器，其經組態以將該端點信號自該真空蝕刻腔室引導至該光纖纜線。

Description

端點增強器系統及在晶圓蝕刻製程中用於光學端點偵測之方法
100‧‧‧半導體製造系統
105‧‧‧電漿製程裝置
110‧‧‧真空腔室/腔室/蝕刻腔室
112‧‧‧觀察孔窗口/腔室觀察孔/觀察孔/端點窗口
200‧‧‧端點增強器/增強器
202‧‧‧開口/孔隙
204‧‧‧開口/孔隙
302‧‧‧光纖纜線
304‧‧‧腔室壁
306‧‧‧外部觀察孔/外部觀察孔窗口
308‧‧‧內部觀察孔/內部觀察孔窗口
902‧‧‧觀察孔窗口
904‧‧‧觀察孔窗口
906‧‧‧觀察孔窗口
1000‧‧‧端點增強器
1002‧‧‧孔隙
1004‧‧‧孔洞
圖1為包括具有本文所描述之一或多個特徵之電漿蝕刻裝置之製造系統的方塊圖。
圖2為用於光學端點偵測之端點增強器之實施例的示意圖。
圖3為根據某些實施例的安裝於腔室觀察孔中之端點增強器之實施例的示意圖。
圖4為展示針對使用端點增強器之實施例之貫通晶圓通孔蝕刻腔室的RF小時資料之實例的表格。
圖5說明光學信號端點增強器之實施例。
圖6說明圖5之光學端點增強器之實施例的前視圖。
圖7說明圖5之光學端點增強器之實施例的後視圖。
圖8說明根據安裝於蝕刻腔室中之端點增強器之實施例上之蝕刻製程而積聚的副產物。
圖9說明根據某些實施例的根據蝕刻腔室中之中部及外部觀察孔窗口上之蝕刻製程而積聚的副產物。
圖10為用於光學端點偵測之端點增強器之另一實施例的示意圖。
圖11說明圖10之端點增強器之實施例的透視圖。
本文所提供之標題(若存在)係僅出於方便起見，且未必影響本發明之範疇或意義。
圖1示意性地描繪電漿製程裝置105，其可為半導體製造系統100之部分。在一實例平行板組態中，RF功率被描繪為施加至電極中之一者(在圖1之實例中為上部電極)，而另一電極(在圖1中被描繪為壓板)通常電接地。晶圓被展示為定位於壓板上且歸因於所施加之RF功率而經受電漿。
將理解，電漿製程裝置105可以其他方式予以組態。舉例而言，其他電漿製程系統可使RF功率施加至壓板且使頂部電極接地。數種其他組態亦係可能的。
在一實施例中，電漿製程裝置105執行貫通晶圓通孔(through-wafer-via,TWV)蝕刻作為半導體製造系統100之部分。在電漿蝕刻期間，使用端點偵測以控制所需蝕刻之量。在一項實施例中，使用光發射光譜學(optical emission spectroscopy,OES)以監測光學端點光譜。
電漿系統中之OES蝕刻端點偵測依賴於隨著經曝露表面之元素組成(elemental composition)改變而改變的電漿螢光。不同化學材料隨著進入電漿而發射不同波長，從而使電漿之顏色變化。使用光學光譜儀(optical spectrometer)量測來自電漿之光發射。經由光纖纜線將端點信號轉移至光譜儀。光纖纜線將端點信號自腔室通過腔室上之端點觀察孔窗口112轉移至光譜儀。
為了達成一致的端點信號，由OES光譜儀監測之光學信號需要在蝕刻製程期間穩固。在一實施例中，來自電漿製程之副產物積聚於觀察孔窗口上，此情形可縮減通過觀察孔窗口傳輸至光纖纜線中之信號。隨著蝕刻副產物聚集於觀察孔上，信號變得愈來愈弱，此情形可阻礙監測蝕刻之能力。在一實施例中，當信號低於臨限值時，信號弱。在另一實施例中，當信號之功率位準低於臨限值時，信號弱。
一種維持清潔觀察孔窗口之方式係當該窗口變髒時更換該窗口。更換窗口涉及使真空腔室通風，此情形可需要若干小時之工具停工時間且在使該腔室返回生產之前重新鑑定該腔室。
在本發明之一項實施例中，提供一種用於蝕刻一半導體晶圓之系統，其中該系統包含：一真空蝕刻腔室，其包括具有一大氣側及一真空側之一觀察孔窗口；一光纖纜線，其以光學方式耦接至該觀察孔窗口之該大氣側，該光纖纜線經組態以接收及傳輸一端點信號；及一端點增強器，其具有一外徑、一第一長度、一第二長度、一第一內徑及一第二內徑，使得該端點增強器之一前側沿著該第一長度包括對應於該第一內徑之一第一開口，且該端點增強器之一後側沿著該第二長度具有對應於該第二內徑之一第二開口，該後側緊鄰於該觀察孔窗口之該真空側，且該前側曝露於該真空蝕刻腔室之內部。
在本發明之另一實施例中，提供一種蝕刻一半導體晶圓之方法，其中該方法包含：提供一晶圓；提供包括一觀察孔窗口之一電漿蝕刻腔室；在該電漿蝕刻腔室內部緊鄰於該觀察孔窗口安裝一端點增強器；在該電漿蝕刻腔室中對該晶圓進行電漿蝕刻；及將一端點信號通過該端點增強器中之一開口且通過該觀察孔窗口傳輸至一光纖纜線，當該端點信號達到一臨限值時，該電漿蝕刻結束。
在本發明之一另外實施例中，提供一種用於蝕刻一半導體晶圓之系統，其中該系統包含：一真空蝕刻腔室，其包括具有一大氣側及一真空側之一觀察孔窗口；一光纖纜線，其以光學方式耦接至該觀察孔窗口之該大氣，該光纖纜線經組態以接收及傳輸一端點信號；及一端點增強器，其具有前側、一後側、一外徑及一孔隙，該孔隙經組態以將該端點信號自該真空蝕刻腔室引導至該光纖纜線，該孔隙包含通過該端點增強器自該前側延伸至該後側之複數個叢集孔洞(clustered hole)。
在一實施例中，在蝕刻腔室中使用端點增強器會在腔室清潔之間延長RF小時。此情形縮減腔室停工時間，其又增加生產輸送量，同時縮減腔室清潔之次數、替換零件之成本及零件清潔成本。
圖2為用於光學端點偵測之端點增強器200之實施例的示意圖。在所說明實施例中，端點增強器200包含大約0.60"長的鋁圓筒，其中大約½"內徑之開口202位於一個末端上，開口202可轉變至大約¼"內徑之開口204。
圖3為根據一實施例的安裝於腔室觀察孔112中之端點增強器200的示意圖。光纖纜線安裝於觀察孔112中以接收及傳輸端點信號。端點增強器200適配於真空腔室110內，此無需破壞任何真空密封，因此不影響真空腔室110之完整性。
腔室110之腔室壁304內之腔室觀察孔112包含外部觀察孔306及內部觀察孔308。增強器200直接地適配於腔室110中，其對接靠著觀察孔窗口308。參看圖2及圖3，端點增強器200在真空腔室110之端點窗口112內被安裝成與內部觀察孔窗口308齊平。較大開口202被安裝成朝向內部觀察孔窗口308，且較小開口204被安裝成朝向真空腔室110。較小開口204包含光學信號開口，且用以控制光纖纜線302之視場。光纖纜線302在真空腔室110外部安裝至外部觀察孔窗口306上。端點增強器之小孔隙204允許將光自電漿引導至光纖纜線302，同時最小化經曝露窗口表面積。在一實施例中，增強器之孔隙204經加工以防止離軸反射。
在其他實施例中，端點增強器200之外徑及長度可經修改以匹配於真空腔室觀察孔尺寸。端點增強器200之孔隙204可經修改以匹配於光纖纜線302之外徑。
圖4為說明針對使用端點增強器200之實施例之貫通晶圓通孔蝕刻腔室的RF小時資料之實例的表格。在一實施例中，歸因於由端點增強器200引入之改良，現在將用於此等腔室之腔室清潔規格或在腔室清潔之間的時間設定為95小時，而先前規格為60小時。
圖5、圖6及圖7說明光學信號端點增強器200之一項實施例。圖5及圖7說明孔隙202及204，且展示緊鄰於內部觀察孔308而置放的端點增強器200之側。圖6說明較小孔隙204，且展示在腔室110中曝露於真空的端點增強器200之側。
圖8說明根據安裝於蝕刻腔室110中之端點增強器200之實施例上之蝕刻製程而積聚的副產物。
圖9說明在蝕刻腔室110及端點增強器200中根據觀察孔窗口902、904、906上之蝕刻製程而積聚的副產物。觀察孔窗口904及906為不用於將端點信號傳輸至光纖纜線302之額外觀察孔，但其指示在蝕刻製程期間發生之副產物積聚。歸因於蝕刻製程，觀察孔窗口904、906變得覆蓋有膜，其中觀察孔窗口906在中心包括蝕刻副產物之重沈積物。
與此對比，在蝕刻製程期間，端點增強器200覆蓋觀察孔窗口902。對應於面對腔室110之內部的小孔隙204，觀察孔窗口902在中心具有略微發白的沈積物。歸因於端點增強器200，較少蝕刻副產物沈積至觀察孔窗口902上。
圖10為用於光學端點偵測的包含孔隙1002之端點增強器1000之另一實施例的示意圖。端點增強器1000之孔隙1002包含以同心圓而配置之複數個叢集孔洞，該等同心圓具有自端點增強器之中心點起量測的直徑d1、d2及d2。在所說明實施例中，端點增強器1000包含大約0.60"長且具有大約1.5"之外徑的鋁圓筒，其中具有27個大約1/16"直徑之孔洞。1/16"直徑之孔洞1004被配置如下：十五(15)個孔洞形成具 有3/8"直徑d3之圓，九(9)個孔洞形成具有0.22"直徑d2之圓，且三(3)個孔洞形成具有0.086"直徑d1之圓。
在其他實施例中，端點增強器1000之外徑及長度可經修改以匹配於真空腔室觀察孔尺寸。形成孔隙1002之同心圓之數目可大於或小於三。端點增強器1000之叢集孔洞可大於或小於1/16"，且可以其他圖案而配置，諸如，蜂窩圖案、加特林圖案(Gatling pattern)及其類似者。端點增強器1000之孔隙中的孔洞之數目可變化以適合於正用於腔室110之蝕刻類型，且可變化以適合於端點偵測準則。
圖11說明圖10之端點增強器1000之實施例的透視圖。
申請人已表明端點增強器改良在腔室清潔之間的時間。端點增強器為被動解決方案，其在生產環境中為實務的。該端點增強器易於製造、製造成本便宜，且易於使用。
可在任何真空腔室中利用光學信號端點增強器之實施例以較好地監測端點信號。可在監測電漿之應用中使用光學信號端點增強器，以用於蝕刻、沈積或殘氣分析。端點增強器為被動且經濟的設計。該增強器堅實、緊密、易於清潔，且易於安裝有非移動零件。端點增強器係由與工具及製程相容之材料製成。增強器可由在工具及製程內具有長使用壽命之材料製成。舉例而言，鋁增強器安裝於蝕刻腔室中，以用於使用光學端點偵測之貫通晶圓通孔(TWV)氯蝕刻、氮化物氟化蝕刻、BCl3/Cl2蝕刻、其他類型之蝕刻、電漿製程及其類似者。
端點增強器之實施例可用於真空腔室內將光引導至光纖之應用中，諸如，在半導體處理中之光學監測，及薄膜沈積之端點偵測。端點增強器亦可用於需要監測光學信號之其他應用中。端點增強器亦可用於非真空應用中。端點增強器經設計成用於窗口或觀察孔被期望為變得根據製程而塗佈之應用。增強器之安裝縮減聚集於窗口上之沈積量，且提供腔室內之電漿或其他製程之較好觀察。
術語
除非上下文另有明確要求，否則貫穿描述及申請專利範圍，詞語「包含」及其類似者應被認作具包括性意義，此與排他性或窮盡性意義相反；換言之，具「包括但不限於」之意義。如本文通常所使用之詞語「耦接」係指可直接地連接抑或藉助於一或多個中間元件而連接之兩個或兩個以上元件。另外，當用於本申請案中時，詞語「本文中」、「上文」、「下文」及含有類似意思之詞語應指本申請案整體，而非本申請案之任何特定部分。在上下文准許時，以上【實施方式】中使用單數或複數數目之詞語亦可分別包括複數或單數數目。關於兩個或兩個以上項目之清單之詞語「或」，彼詞語涵蓋該詞語之所有以下解譯：該清單中之項目中之任一者、該清單中之所有項目，及該清單中之項目之任何組合。
本發明之實施例之以上【實施方式】並不意欲為窮盡性的或將本發明限於上文所揭示之精確形式。熟習相關技術者將認識到，儘管上文出於說明性目的而描述本發明之特定實施例及實例，但在本發明之範疇內，各種等效修改係可能的。舉例而言，儘管以給定次序呈現製程或區塊，但替代實施例可以不同次序執行具有步驟之常式或使用具有區塊之系統，且可刪除、移動、添加、再分、組合及/或修改一些製程或區塊。此等製程或區塊中之每一者可以多種不同方式予以實施。又，儘管有時將製程或區塊展示為連續地執行，但此等製程或區塊可代替地並行地執行，或可在不同時間執行。
本文所提供之本發明之教示可應用於其他系統，未必是上文所描述之系統。可組合上文所描述之各種實施例之元件及動作以提供另外實施例。
儘管已描述本發明之一些實施例，但此等實例例係僅作為實例而呈現，且並不意欲限制本發明之範疇。實際上，本文所描述之新穎 方法及系統可以多種其他形式予以體現；此外，在不脫離本發明之精神的情況下，可進行本文所描述之方法及系統之形式的各種省略、取代及改變。隨附申請專利範圍及其等效者意欲涵蓋將屬於本發明之範疇及精神之此等形式或修改。

Claims (20)

  1. 一種端點增強器(endpoint booster)，其具有一前側及一後側、及包含一孔隙(aperture)，該孔隙經組態以將一端點信號自一真空蝕刻腔室引導(channel)至一光纖纜線，該孔隙包括自該前側延伸至該後側之複數個叢集孔洞(clustered holes)，該端點增強器之該後側經組態以被安裝緊鄰於該真空蝕刻腔室之一壁內之一觀察孔窗口之一真空側，該端點增強器之該前側經組態以曝露於該真空蝕刻腔室之內部，該前側包括一移除埠(removal port)，該移除埠經組態以接收一移除工具，從而允許一操作者(operator)自該真空蝕刻腔室內移除該端點增強器以清潔該觀察孔窗口。
  2. 如請求項1之端點增強器，其中歸因於在該真空蝕刻腔室中之半導體晶圓蝕刻期間的該觀察孔窗口上之副產物沈積，該端點增強器經組態以增加在腔室清潔之間的時間。
  3. 如請求項1之端點增強器，其中該複數個叢集孔洞形成圍繞一中心點之至少兩個環及該孔隙包括一第一直徑，及不同於該第一直徑之一第二直徑。
  4. 如請求項3之端點增強器，其中該中心點沒有該複數個叢集孔洞之任一叢集孔洞，使得該端點信號不通過該中心點。
  5. 如請求項3之端點增強器，其中該複數個叢集孔洞包括具有該第一直徑之一第一孔洞環(ring of holes)。
  6. 如請求項5之端點增強器，其中該複數個叢集孔洞進一步包括具有該第二直徑之一第二孔洞環。
  7. 如請求項3之端點增強器，其中該至少兩個環形成圍繞該中心點之同心圓。
  8. 如請求項1之端點增強器，其中每一叢集孔洞具有大約1/16"之一直徑。
  9. 如請求項1之端點增強器，其中該複數個叢集孔洞形成一蜂窩圖案。
  10. 如請求項6之端點增強器，其中該第一孔洞環之每一孔洞具有不同於該第一直徑及該第二直徑之一第三直徑。
  11. 如請求項10之端點增強器，其中該第二孔洞環之每一孔洞具有不同於該第一直徑、該第二直徑、及該第三直徑之一第四直徑。
  12. 如請求項1之端點增強器，其中該複數個叢集孔洞之每一叢集孔洞係沿著該端點增強器之一長度逐漸變細(tapered)。
  13. 如請求項1之端點增強器，其中該移除埠包括一穿線孔(threaded hole)來允許該操作者將該移除工具連接至該移除埠並接合(engage)該端點增強器。
  14. 一種用於蝕刻一半導體晶圓之系統，該系統包含：一真空蝕刻腔室，其包括具有一大氣側(atmospheric side)及一真空側之一觀察孔窗口；一光纖纜線，其以光學方式耦接(coupled)至該觀察孔窗口之該大氣側，該光纖纜線經組態以接收及傳輸一端點信號；及一端點增強器，其具有一前側及一後側、及包含一孔隙，該孔隙經組態以將一端點信號自一真空蝕刻腔室引導至一光纖纜線，該孔隙包括自該前側延伸至該後側之複數個叢集孔洞，該端點增強器之該後側經組態以被安裝緊鄰於該真空蝕刻腔室之一壁內之一觀察孔窗口之一真空側，該端點增強器之該前側經組態以曝露於該真空蝕刻腔室之內部，該前側包括一移除埠，該移除埠經組態以接收一移除工具，從而允許一操作者自該真 空蝕刻腔室內移除該端點增強器以清潔該觀察孔窗口。
  15. 如請求項14之系統，其中該孔隙包括一第一直徑，及不同於該第一直徑之一第二直徑。
  16. 如請求項15之系統，其中該複數個叢集孔洞形成圍繞該端點增強器之一中心點之至少兩個環，該至少兩個環形成具有該第一直徑之一第一同心圓及具有該第二直徑之一第二同心圓。
  17. 如請求項16之系統，其中形成該第一同心圓之每一孔洞具有不同於該第一直徑及該第二直徑之一第三直徑，及形成該第二同心圓之每一孔洞具有不同於該第一直徑、該第二直徑、及該第三直徑之一第四直徑。
  18. 如請求項14之系統，其中該複數個叢集孔洞之每一叢集孔洞係沿著該端點增強器之一長度逐漸變細。
  19. 如請求項16之系統，其中該中心點沒有該複數個叢集孔洞之任一叢集孔洞，使得該端點信號不通過該中心點。
  20. 如請求項14之系統，其中該移除埠包括一穿線孔來允許該操作者將該移除工具連接至該移除埠並接合該端點增強器。
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