TWI842930B - 用於使用光學發射光譜來進行偵測的方法 - Google Patents

Abstract

於此的一個或多個實施例關於用於使用光學發射光譜進行偵測的方法。在這些實施例中，光信號從處理腔室傳送到光學發射光譜儀（OES）。OES識別光子的發射峰，峰與來自光子的輻射的光強度相對應，以決定每種前驅物氣體和反應產物的濃度。OES將數據結果的輸入信號發送到控制器。控制器可基於比較在沉積期間即時調整處理腔室內的處理變量。在其他實施例中，控制器可基於在沉積處理之前接收的處理腔室殘留物的輸入信號與在沉積處理之後接收的處理腔室殘留物的輸入信號的比較，而自動觸發處理腔室清潔。

Description

用於使用光學發射光譜來進行偵測的方法

於此描述的一個或多個實施例大體上關於用於半導體處理中進行偵測的方法，且更具體地，關於用於使用光學發射光譜來進行偵測的方法。

基板經處理以用於各種應用，包括製造積體裝置和微裝置。一種處理基板的方法包括在基板的上表面上沉積材料（諸如半導體材料或導電材料）。例如，外延是一種沉積處理，其將各種材料的膜沉積在處理腔室中的基板的表面上。外延處理能夠在處理腔室內的某些處理條件下通過化學氣體前驅物的反應在基板上產生如此高品質的膜。處理條件的示例是溫度、壓力和前驅物流率。

沉積期間的氣體前驅物和反應副產物的濃度影響膜的性質。上面討論的處理腔室內的每個處理條件都會影響氣體前驅物和反應副產物的濃度。因此，通常需要改變處理條件以達到所期望濃度的氣體前驅物和反應副產物。然而，通常難以偵測氣體前驅物和反應副產物，從而難以改變處理條件。通常藉由打開處理腔室並手動檢查部件來檢查和測試處理腔室。然而，這種檢查和測試是及時的，且通常需要將處理腔室從生產中取出，需要沖洗並完全冷卻處理腔室，接著進行較長的回復處理。

因此，存在有用於偵測和校正外延腔室中的氣體前驅物、反應產物和殘留物的方法的需求。

於此的一個或多個實施例關於一種用於使用光學發射光譜進行偵測的方法。

在一個實施例中，一種用於調節處理腔室內的處理變量的方法包括以下步驟：使一種或多種前驅物流入處理腔室中；在處理腔室內進行沉積處理；從處理腔室向光學發射光譜儀發射光子；用光學發射光譜儀識別發射峰；從光學發射光譜儀向控制器發送輸入信號；使用控制器將輸入信號與儲存值進行比較；及基於比較調整處理腔室內的處理變量。

在另一個實施例中，一種用於調節外延腔室內的處理變量的方法包括以下步驟：打開靠近光學發射光譜儀的控制閥，其中控制閥佈置在前級管線中；使一種或多種前驅物流入外延腔室中；在外延腔室內進行沉積處理；從外延腔室向光學發射光譜儀發射光子；用光學發射光譜儀識別發射峰；從光學發射光譜儀向控制器發送輸入信號；使用控制器將輸入信號與儲存值進行比較；及基於比較即時調整外延腔室內的處理變量。

在另一個實施例中，一種用於決定是否觸發腔室清潔處理的方法包括以下步驟：將第一系列的光子從處理腔室發射到光學發射光譜儀；用光學發射光譜儀識別發射峰；從光學發射光譜儀向控制器發送第一系列的輸入信號；將第一系列的輸入信號儲存在控制器中；關閉靠近光學發射光譜儀的控制閥，其中控制閥佈置在前級管線中；使一種或多種前驅物流入處理腔室中；在處理腔室內執行處理；停止一種或多種前驅物的流動；打開靠近光學發射光譜儀的控制閥；從處理腔室向光學發射光譜儀發射第二系列的光子；用光學發射光譜儀識別發射峰；從光學發射光譜儀向控制器發送第二系列的輸入信號；將第二系列的輸入信號儲存在控制器中；將第一系列的輸入信號與第二系列的輸入信號進行比較；及基於比較決定是否觸發腔室清潔處理。

在以下描述中，闡述了許多具體細節以提供對本揭露書的實施例的更徹底的理解。然而，對於熟悉本領域者顯而易見的是，可在沒有這些具體細節的一個或多個的情況下實施本揭露書的一個或多個實施例。在其他情況下，未描述公知的特徵，以避免混淆本揭露書的一個或多個實施例。

於此的一個或多個實施例關於一種用於使用光學發射光譜進行偵測的方法。在這些實施例中，前驅物氣體流入執行沉積處理的處理腔室中。如上所述，前驅物氣體的濃度對於半導體裝置的效能和膜品質很重要。因此，以有效且準確的方式測量前驅物氣體的濃度在半導體處理中是有利的。在這些實施例中，光學發射光譜用以測量處理腔室內的前驅物氣體、反應產物和殘留物。

光學發射光譜使用光學發射光譜儀（OES）裝置來測量氣體的濃度。在於此所述的實施例中，光子從處理腔室被傳送到OES。OES識別光子的發射峰，發射峰對應於來自光子的輻射的光強度，以決定每種前驅物氣體和反應產物的濃度。OES將數據結果的輸入信號發送到控制器。控制器將輸入信號與儲存的值進行比較，並基於結果調整處理條件。

在這些實施例中，控制器可在比較輸入信號和所儲存的值之後以各種方式調整處理條件。例如，基於比較，控制器可在沉積期間即時調整處理腔室內的處理變量。在其他實施例中，控制器可基於在沉積處理之前接收的處理腔室殘留物的輸入信號與在沉積處理之後接收的處理腔室殘留物的輸入信號的比較，自動觸發處理腔室清潔。這樣，於此描述的方法有利地提供了一種有效且準確的方式來測量外延腔室中的前驅物氣體、反應產物和殘留物的濃度。因此，處理腔室可在偵測期間保持生產。

第1A圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統100的示意圖。處理系統100包括處理腔室102。在一些實施例中，處理腔室102是適於執行外延矽沉積處理的外延腔室。然而，在其他實施例中，也可使用其他處理腔室，且也可執行其他沉積處理。當執行沉積處理時，前驅物氣體流入處理腔室102中。處理系統100還包括OES 103。OES 103配置成接收從處理腔室102通過前級管線104行進的光子105。當OES 103接收光子105時，OES 103測量由原子或分子在他們的從激發態到低能態的轉變期間所發射的光子105的波長。每個元素都有一組可用以識別元素的特徵波長。這樣，在這些實施例中，OES 103可用以偵測氣體前驅物和反應產物的元素組成，及在沉積期間以及沉積前後，在處理腔室102中的氣體前驅物和反應產物的變化，如以下將進一步討論的。

在這些實施例中，前級管線104將處理腔室102連接至真空泵115。另外，前級管線104將處理腔室102和真空泵115二者均連接至淨化氣體源116和OES 103。在處理系統100內是隔離閥106、壓力控制閥108、控制閥110、控制閥112和控制閥114。每個閥用以將處理系統100的某些部分彼此隔離。另外，每個閥可用於調節前級管線104的某些部分內的壓力。

例如，在第1A圖中，隔離閥106沿著前級管線104佈置。當隔離閥106關閉時，隔離閥106用以將處理腔室102與真空泵115的壓力隔離。此外，當隔離閥106關閉時，隔離閥106用以將光子105的路徑隔離，使得光子105從處理腔室102直接通過前級管線104流向OES 103。控制閥110用以控制OES 103何時接收通過前級管線104行進的光子105。當控制閥110打開時，它允許OES 103從處理腔室102接收通過前級管線104行進的光子105。當控制閥110關閉時，它將OES 103與處理腔室102隔離。這樣，當控制閥110關閉時，它阻止OES 103接收光子105。因此，在第1A圖所示的具有將隔離閥106關閉及將控制閥110打開的配置中，OES 103與處理腔室102流體連通，使得OES 103在沉積之前、沉積期間及/或沉積之後偵測處理腔室102內的氣體前驅物和反應產物。沿著前級管線104佈置的壓力控制閥108用以調節在真空泵115和處理腔室102之間的壓力。

在一些實施例中，處理系統100包括淨化氣體源116。當控制閥112打開時，淨化氣體可從淨化氣體源116流入前級管線104中，從而幫助維持處理系統100內的安全狀況。淨化氣體可為惰性氣體及/或清潔氣體。可使用的示例淨化氣體為N₂ 、H₂ 或HCl。當控制閥114關閉時，控制閥114用於將真空泵115與淨化氣體源116和OES 103隔離。然而，當控制閥114打開時，來自淨化氣體源116的淨化氣體可從OES 103抽空。控制閥114還可用以調節在真空泵115和OES 103之間的壓力。

處理系統100還包括接收來自OES 103的輸入信號117的控制器118。控制器118配置成基於從OES 103接收的輸入信號117監視處理腔室102的操作。控制器可包括中央處理單元（CPU）、記憶體和支持電路。軟體常式可儲存在記憶體中，記憶體可為隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、硬碟驅動器或其他形式的數位儲存器。軟體常式可基於接收到的輸入信號117與儲存值的比較或者基於在不同時間接收到的不同輸入信號117的比較來調整在處理腔室102內的處理變量，這將在下面進一步詳細討論。

第1B圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統100的示意圖。第1B圖中所示的至少一個實施例類似於第1A圖中所示的至少一個實施例。然而，在這個實施例中，與第1A圖中所示的隔離閥106相比，隔離閥106位於更上游，使得處理腔室102可與OES 103隔離。這樣，若隔離閥106與壓力控制閥108皆關閉，且控制閥110打開，可在隔離閥106和壓力控制閥108之間的前級管線104中偵測光子105，而與在處理腔室102中進行的連續處理相隔離。在隔離閥106和壓力閥108之間偵測光子105允許監測處理腔室102下游的氣體前驅物和反應產物，從而有利地允許監測在處理系統100內不同位置處的氣體前驅物和反應產物。

第1C圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統100的示意圖。第1C圖所示的至少一個實施例類似於第1B圖所示的實施例。然而，在這個實施例中，與第1B圖所示的壓力控制閥108相比，壓力控制閥108位於更上游。這樣，若隔離閥106和壓力控制閥108皆關閉，則可在壓力控制閥108和真空泵115之間的前級管線104中偵測光子105，而與處理腔室102相隔離。在壓力控制閥108和真空泵115之間偵測光子105允許監測處理腔室102下游並朝向真空泵115的氣體前驅物和反應產物，從而再次有利地允許監測在處理系統100內不同位置處的氣體前驅物和反應產物。

第1D圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統100的示意圖。第1D圖所示的至少一個實施例類似於第1A圖所示的至少一個實施例。然而，在這個實施例中，處理腔室102和OES 103定位成更靠近在一起，並且僅與將它們分開的控制閥110直接流體耦合。當控制閥110打開時，處理腔室102和OES 103的更緊密定位允許光子105更直接地流到OES 103，這可有利地提高監測精確度。與第1A圖類似，當第1D圖中的隔離閥106關閉時，隔離閥106用以隔離光子105的路徑，使得光子105通過打開的控制閥110直接行進通過前級管線104到OES 103。因此，在第1D圖所示將隔離閥106關閉的配置中，OES 103與處理腔室102流體耦合，使得其在沉積期間或在沉積之前及沉積之後偵測處理腔室102內的氣體前驅物和反應產物。

第1E圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統100的示意圖。第1E圖所示的至少一個實施例類似於第1D圖所示的至少一個實施例。然而，在這個實施例中，噴嘴120位於處理腔室102與OES 103之間。噴嘴120產生壓力差以幫助控制在處理腔室102與OES 103之間的氣體流動。這樣，氣體濃度的監測可由OES 103在不同的流率下測量。可基於由OES 103識別的發射峰來改變氣體流率以獲得期望的結果，這將在下面進一步詳細描述。

第2圖是根據於此所述的至少一個實施例的方法200的流程圖。在這些實施例中，方法200是用第1A-1E圖所示的系統和裝置執行的，但不限於這些系統和裝置，且可用其他類似的系統和裝置執行。

在方塊202中，將一種或多種前驅物流入處理腔室102中。可使用的前驅物的示例是SiH₄ 、PH₃ 或HCl，然而也可使用許多其他前驅物。在一些實施例中，處理腔室102是外延腔室。然而，在其他實施例中，也可使用其他處理腔室。在方塊204中，在處理腔室102內執行沉積處理。可在處理腔室102內執行外延沉積處理，然而也可在處理腔室102內執行其他沉積或蝕刻處理。

在方塊206中，將光子105從處理腔室102發射到OES 103。當OES 103接收光子105時，OES 103測量由原子或分子在其躍遷期間從激發態到低能態所發射的光子105的波長。每個元素都具有一組特徵波長，特徵波長可用以識別元素。這樣，在這些實施例中，OES 103可用以偵測氣體前驅物和反應產物的元素組成以及它們在沉積期間在處理腔室102中的變化。

在方塊208中，用OES 103識別發射峰，以監測處理腔室102內的一種或多種前驅物和反應產物。來自光子105的輻射的光強度顯示對於一種或多種前驅物的某些原子的定義明確的波長的峰。例如，可測量一種或多種前驅物的Si、H、P和Cl原子的峰的強度，以決定氣體濃度。這些測量可用以決定在沉積處理期間，氣體濃度是否變化、已經達到穩定或已經達到預定的設定點。

在方塊210中，將輸入信號117從OES 103發送到控制器118。在方塊212中，控制器118將接收到的輸入信號117與記憶體中的儲存值進行比較。在方塊214中，處理變量基於比較在處理腔室102內即時調整。可改變的處理變量包括流率、處理腔室102內的壓力及/或處理腔室102的溫度。通常，前驅物的濃度和反應產物在沉積期間漂移。漂移可能是由於處理變量的變化（諸如流率、處理腔室102內的壓力或處理腔室102的溫度的變化）而引起的。為了補償這種漂移，可即時改變一個或多個其他處理變量。可將這些變化從控制器118即時發送到處理腔室102，使得在沉積期間實現期望的氣體濃度，從而改善膜品質。

第3圖是根據於此所述的至少一個實施例的方法300的流程圖。在這些實施例中，方法300是用第1A-1E圖所示的系統和裝置執行的，但不限於這些系統和裝置，並且可用其他類似的系統和裝置執行。

在方塊302中，將第一系列的光子105從處理腔室102發射到OES 103。當OES 103接收光子105時，OES 103測量由原子或分子在其躍遷期間從激發態到低能態所發射的光子105的波長。每個元素都具有一組特徵波長，特徵波長可用以識別元素。這樣，在這些實施例中，OES 103可用以偵測殘留物的元素組成以及它們在沉積之前和之後在處理腔室102中的變化。

在方塊304中，用OES 103識別發射峰，以監測處理腔室102內的殘留物。來自光子105的輻射的光強度顯示對於殘留物的某些原子的定義明確的波長的峰。例如，可測量殘留物的Si、H、P和Cl原子的峰的強度，以決定氣體濃度。這些測量可用以決定在沉積之前及之後，殘留物是否變化、已經達到穩定或已經達到預定的設定點。

在方塊306中，將第一系列的輸入信號117從OES 103發送到控制器118。在方塊308中，將第一系列的輸入信號117儲存在控制器118中。在方塊310中，將控制閥110關閉。如上所述，當控制閥110關閉時，其阻止OES 103接收光子105。在方塊310中阻止OES 103接收光子105提供了防止OES 103偵測到在沉積期間的處理腔室102內的殘留物濃度的優點。在沉積期間，與前驅物氣體相比，殘留物濃度通常太小。這樣，為了對處理腔室102內的殘留物進行適當的比較，優選地在沉積之前及/或之後進行測量。

在方塊312中，類似於上述的方塊202，將一種或多種前驅物流入處理腔室102中。可使用的前驅物的示例是SiH₄、PH₃或HCl，然而也可使用許多其他前驅物。在一些實施例中，處理腔室102是外延腔室。然而，在其他實施例中，也可使用其他處理腔室。在方塊314中，類似於上述的方塊204，在處理腔室102內執行沉積處理。可在處理腔室102內執行外延沉積處理，然而也可在處理腔室102內執行其他沉積或蝕刻處理。

在方塊316中，停止一種或多種前驅物的流動，從而結束沉積處理。在方塊318中，將控制閥110打開。如上所述，當控制閥110打開時，其允許OES 103從處理腔室102接收光子105。因此，OES 103可在沉積處理完成之後偵測殘留物濃度。真空泵115還可將處理腔室102抽空成低壓，諸如低於100mTorr，這可幫助準確地測量殘留物濃度。

在方塊320中，將第二系列的光子105從處理腔室102發射到OES 103。在方塊322中，用OES 103識別發射峰以監測處理腔室102內的殘留物。在方塊324中，將第二系列的輸入信號117從OES 103發送到控制器118。在方塊326中，將第二系列的輸入信號117儲存在控制器118中。

在方塊328中，將第一系列的輸入信號117與第二系列的輸入信號117進行比較。在這些實施例中，比較處理腔室102內的殘留物濃度。第一系列的輸入信號117可對應於沉積處理之前的殘留物濃度，第二系列的輸入信號117可對應於沉積處理之後的殘留物濃度。基於第一系列的輸入信號117和第二系列的輸入信號117的比較，在方塊330中，控制器118可觸發要在處理腔室102內執行的腔室清潔。例如，若某個原子的發射峰相差某個百分比（諸如，相差40％、相差20％或相差10％），則可觸發腔室清潔。然而，控制器118可配置成基於任何一組標準來觸發腔室清潔。

方法200和300中描述的實施例有利地允許即時監測氣體前驅物、反應產物和殘留物。方法200允許即時地改變處理腔室102中的處理變量以獲得期望的結果。方法300允許腔室清潔自動改變以獲得期望的結果。因此，當使用方法200和300時，對處理腔室102的偵測和測試更加有效，從而防止了將處理腔室102從生產中取出來進行手動檢查的需要。

儘管前述內容涉及本發明的實施例，但是在不背離本發明的基本範圍的情況下，可設計本發明的其他和進一步的實施例，且本發明的範圍由以下的申請專利範圍決定。

100:處理系統 102:處理腔室 103:OES 104:前級管線 105:光子 106:隔離閥 108:壓力控制閥 110:控制閥 112:控制閥 114:控制閥 115:真空泵 116:淨化氣體源 117:輸入信號 118:控制器 120:噴嘴 200:方法 202:方塊 204:方塊 206:方塊 208:方塊 210:方塊 212:方塊 214:方塊 300:方法 302:方塊 304:方塊 306:方塊 308:方塊 310:方塊 312:方塊 314:方塊 316:方塊 318:方塊 320:方塊 322:方塊 324:方塊 326:方塊 328:方塊 330:方塊

為了可詳細地理解本揭露書的上述特徵的方式，可藉由參考實施例來獲得上文簡要概述的本揭露書的更詳細的描述，在附隨的圖式中顯示了一些實施例。然而，應當注意，附隨的圖式僅顯示了本揭露書的典型實施例，且因此不應被認為是對其範圍的限制，因為本揭露書可允許其他等效的實施例。

第1A圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統的示意圖；第1B圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統的示意圖；第1C圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統的示意圖；

第1D圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統的示意圖；

第1E圖是根據於此所述的至少一個實施例的處理系統的示意圖；

第2圖是根據於此所述的至少一個實施例的方法的流程圖；及

第3圖是根據於此所述的至少一個實施例的方法的流程圖。

為了促進理解，在可能的情況下使用了相同的元件符號標記來表示圖式中共有的相同元件。可預期的是，一個實施例的元件和特徵可有益地併入其他實施例中，而無需進一步敘述。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

200:方法

202:方塊

204:方塊

206:方塊

208:方塊

210:方塊

212:方塊

214:方塊

Claims (20)

1. 一種用於調節一處理腔室內的多個處理變量的方法，包含以下步驟：使一種或多種前驅物流入該處理腔室中；在該處理腔室內進行一沉積處理；從該處理腔室向一光學發射光譜儀發射多個光子；用該光學發射光譜儀識別多個發射峰；從該光學發射光譜儀向一控制器發送多個輸入信號；使用該控制器將該等輸入信號與多個儲存值進行比較；及基於該比較調整該處理腔室內的多個處理變量。
2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：關閉一前級管線上的一隔離閥，以將該處理腔室與一真空泵隔離。
3. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：打開一前級管線上的一壓力控制閥以調節在該處理腔室和一真空泵之間的一壓力。
4. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：使來自一淨化氣體源的一淨化氣體流入一前級管線中。
5. 如請求項1所述之方法，其中該沉積處理是一外延沉積處理。
6. 如請求項1所述之方法，其中該一種或多種前驅物包括SiH₄、PH₃或HCl。
7. 如請求項1所述之方法，其中該等處理變量包括一氣體流率、一處理腔室壓力和一處理腔室溫度。
8. 一種用於調節一外延腔室內的多個處理變量的方法，包含以下步驟：打開靠近一光學發射光譜儀的一控制閥，其中該控制閥佈置在一前級管線中；使一種或多種前驅物流入該外延腔室中；在該外延腔室內進行一沉積處理；從該外延腔室向該光學發射光譜儀發射多個光子；用該光學發射光譜儀識別多個發射峰；從該光學發射光譜儀向一控制器發送多個輸入信號；使用該控制器將該等輸入信號與多個儲存值進行比較；及基於該比較即時調整該外延腔室內的多個處理變量。
9. 如請求項8所述之方法，進一步包含以下步驟：關閉該前級管線上的一隔離閥以將該外延腔室與一真空泵隔離。
10. 如請求項8所述之方法，進一步包含以下步驟：打開該前級管線上的一壓力控制閥以調節在該外延腔室和一真空泵之間的一壓力。
11. 如請求項8所述之方法，進一步包含以下步驟：使來自一淨化氣體源的一淨化氣體流入該前級管線中。
12. 如請求項8所述之方法，其中該一種或多種 前驅物包括SiH₄、PH₃或HCl。
13. 如請求項8所述之方法，其中該等處理變量包括一氣體流率、一處理腔室壓力和一處理腔室溫度。
14. 一種用於決定是否觸發一腔室清潔處理的方法，包含以下步驟：將一第一系列的光子從一處理腔室發射到一光學發射光譜儀；用該光學發射光譜儀識別多個發射峰；從該光學發射光譜儀向一控制器發送一第一系列的輸入信號；將該第一系列的輸入信號儲存在該控制器中；關閉靠近該光學發射光譜儀的一控制閥，其中該控制閥佈置在一前級管線中；使一種或多種前驅物流入該處理腔室中；在該處理腔室內執行一處理；停止該一種或多種前驅物的流動；打開靠近該光學發射光譜儀的該控制閥；從該處理腔室向該光學發射光譜儀發射一第二系列的光子；用該光學發射光譜儀識別多個發射峰；從該光學發射光譜儀向控制器發送一第二系列的輸入信號；將該第二系列的輸入信號儲存在該控制器中；將該第一系列的輸入信號與該第二系列的輸入信號進 行比較；及基於該比較決定是否觸發一腔室清潔處理。
15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：關閉該前級管線上的一隔離閥，以將該處理腔室與一真空泵隔離。
16. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：打開該前級管線上的一壓力控制閥以調節在該處理腔室和一真空泵之間的一壓力。
17. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：使來自一淨化氣體源的一淨化氣體流入該前級管線中。
18. 如請求項14所述之方法，其中該沉積處理是一外延沉積處理。
19. 如請求項14所述之方法，其中該一種或多種前驅物包括SiH₄、PH₃或HCl。
20. 如請求項14所述之方法，其中該等處理變量包括一氣體流率、一處理腔室壓力和一處理腔室溫度。

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