TWI594352B - 用於半導體製程處理監視及控制之旋轉吸收光譜 - Google Patents

Description

用於半導體製程處理監視及控制之旋轉吸收光譜

本發明的實施例一般關於半導體製程設備，更具體地，關於用於半導體製程的方法與設備。

光學發射光譜是一種常用的技術以偵測某些半導體製的終點，例如電漿蝕刻製程。舉例來說，反應物電漿轉換或產品物種發射光子，該光子能被偵測及用於決定電漿製程的終點。該被偵測的光子可被監測，基於用於反應物的增加信號或用於產品的減少信號，一終點可被決定。當反應物或產品達任一者到特定濃度(即，跨越一門檻值的個別信號)時，該終點即被辨認出。

然而，當形成在基板上的積體電路或其它設備的設備節點與特徵尺寸持續縮小，增加的製程控制變得更為重要。發明者觀察到傳統的光學發射光譜，及其它傳統終點偵測技術，可能無法提供想要的靈敏度，以滿意地控制基板製程。舉例來說，一製程腔室內不同物種所提供的信號可能會 交疊，不合需要地提供一低信噪比中，對精微製程控制而言，那是不合需要的。

從而，發明者提供用於半導體生產製程監視與控制之改良的設備與方法。

用於半導體生產製程監視與控制的方法與設備提供於此。在一些實施例中，用於基板製程的設備可包括：一製程腔室，用以處理在該製程腔室的一內部容積內的一基板；一輻射源，佈設於該製程腔室的外側，用以提供一頻率在約200GHz至約2THz的輻射，經由在該真空製程腔室的一牆的一介電質窗口，進入該內部容積通孔；一偵測器，在該信號已經通過該內部容積後，用以偵測該信號；及一控制器，耦接到該偵測器並配置以根據該被偵測到的信號，決定內部容積內的該物種的組合。

在一些實施例中，一種用以監視一基板製程腔室的方法可包括：在一製程腔室內執行一製程；提供輻射在約200GHz至約2THz的一頻率到該基板製程腔室的一內部容積；在該輻射已經通過該內部容積後偵測該輻射；及由使用一分子旋轉吸收強度分析於該被偵測到的輻射，特徵化該內部容積的內容物。

在一些實施例中，該特徵化可包括以下其中之一或多個：在該製程的該執行結果期間控制該製程；決定該製程的一終點；鑑別製程腔室內的特徵；比較該製程腔室與一第二製程腔室間的該執行結果；該第二製程腔室被用來執行該 相同的製程；或決定在該製程腔室的該執行結果中的一缺點。

在一些實施例中，非短暫性計算機可讀介質，該介質具有儲存於其上的指令，當由一處理器執行時，造成該處理器執行一監視一基板製程腔室的方法可包括：在一製程腔室內執行一製程；在約200GHz至約2THz的頻率，提供輻射進該基板製程腔室的一內部容積中；在該輻射已通過該內部體積後，偵測該輻射；及由使用一分子旋轉吸收強度分析於該被偵測的輻射，特徵化該內部容積的內容物。

本發明的其他與進一步實施例描述如下。

100‧‧‧基板製程系統

102‧‧‧基板製程腔室

104‧‧‧內部容積

106‧‧‧氣源

108‧‧‧射頻電力供應

110‧‧‧比較電路

112‧‧‧電漿

114‧‧‧基板支撐

116‧‧‧基板

118‧‧‧支撐系統

120‧‧‧控制器

122‧‧‧中央處理單元

124‧‧‧記憶體

126‧‧‧支撐電路

128‧‧‧輻射源

130‧‧‧偵測器

132‧‧‧介電質窗口

134‧‧‧反射器

136‧‧‧第二介電質窗口

140‧‧‧淋浴噴頭

142‧‧‧同心線圈

202/204/206/208/210‧‧‧步驟

本發明的實施例，簡要總結於上及更詳細討論於下的，能由參考描繪於附圖中之發明的說明性實施例而了解。然而，應當注意附圖僅描繪本發明典型的實施例，因為本發明可以接納其它同樣有效的實施例，因此不考量限制其範圍。

第1圖為依據本發明的一些實施例的一基板製程系統的示意側視圖。

第2圖為依據本發明的一些實施例的用於監視一基板製程室的方法之流程圖。

為了便於理解，已在可能之處使用了相同的標號，以指定相同的元件，該等元件常見於圖示中。該些圖示並未依比例繪製，但為了清楚起見，可被簡化。可以預期的是一實施例的元件與特徵，可實益地包含於其他實施例而無需詳述。

本發明的實施例提供用於使用分子旋轉吸收光譜，以診斷半導體生產製程的健康狀況的方法與設備。適合的半導體生產製程之非限制性例子包括容積製程、電漿增強容積製程等等。

來自一分子(至第一階)的旋轉光譜需求分子具有偶極矩及要有其電荷中心與質量中心間的差異，或等價地不相似的電荷間之分割。就是這偶極矩促使電磁輻射的電場施加一扭矩於該分子，造成它旋轉的更快(激發)或更慢(去激發)。有益的頻率範圍由該頻帶所限定，在該範圍內分子具有旋轉光譜響應。在某些實施例中，此頻率範圍可在約200GHz至約2THz。在其他實施例中，頻率範圍可以是由約10GHz至約2THz的大範圍。這是光譜新且未探索的部份，其充滿了用於特徵化半導體生產製程的獨特的分子資訊。

舉例而言，電漿蝕刻化學是十分複雜的。就介電質蝕刻而言，碳氟化合物氣體化學被用來蝕刻介電質材料，例如SiO₂、SiN之類的。蝕刻電漿化學包括反應氣體分子片段，例如CF、CF₂、CF₃、C₂F₂等等，及腐蝕氣體分子片段。知道每一片段的小部分，盡可能準確地利於使用的製程製作方法的組成理解。此知識能被用於比較蝕刻室的執行結果。依據本發明的實施例之監視的方法及使用由分子旋轉吸收光譜所獲得的資訊能提供這有用的資訊。

因為電漿內的實際密度和溫度被量測，當與傳統使用的射頻功率、腔室壓力、氣流等等相較，電漿製程可使用該被量測的密度和溫度為設定點而被控制。舉例而言，在某 些實施例中，該製程可替代被控制以標定物種密度、物種溫度、及腔室設定範圍，而不是設定腔室壓力、射頻功率、氣流之類的典型製程參數傳統地用於控制一半導體基板製程。腔室的設定可包括製程參數、射頻功率或之類的，其能於一事先設定範圍內變化，而不在製程過程中，被保留為固定的值。舉例而言，腔室設定範圍能設定一上限與下限於一特定製程過程中功率或其它可變製程參數能被改變者。當避免失控製程時，界定腔室設定範圍能有利地提供製程靈活性。然後，該功率、壓力、氣流等等，可由腔室行為特性的模型或計算方法確定。執行基板上的特定製程之設定可基於來自標靶量測的密度與溫度偏差量，且可能於作業窗口中變化，該等操作窗口設立於用於製程腔室中執行特殊製程的處理方法。在這種方式下，該製程在基板上控制了所需量測的電漿。對於不同的腔室而言(該等腔室可能導致些微不同的功率、壓力、氣流之類的作業情況，供每一各別腔室實現該想要的物種標靶)，這種方法有利允許當實現較佳的在基板結果時，產生於不同腔室間的電漿生成變異。

發明的設備使用例子包括使用分子旋轉吸收強度以執行用於基板製程的終點偵測，例如在電漿蝕刻腔室內、使用分子旋轉吸收光譜強度以鑑別一電漿製程腔室內的特徵，並比較用於相同製程之腔室間的執行結果、及使用分子旋轉吸收光譜強度以執行用於半導體製程腔室的缺點偵測。

舉例而言，第1圖為依據本發明的一些實施例的一基板製程系統100的示意側視圖。該基板製程系統100通常 可包括一基板製程腔室102，該基板製程腔室102具有一內部容積104。一氣源106可流暢地耦接到內部容積104以提供一或多種氣體至內部體積，舉例而言，以處理基板、清理面向製程腔室面的內部容積或之類的。氣源106可以任何合適的方式，流暢地耦接到該內部容積104，例如由氣體進口、淋浴噴頭、噴嘴或之類的。一淋浴噴頭140示意性地顯示在第1圖中。

在某些實施例中，一射頻(RF)電力供應108可操作地耦接到該製程腔室102以提供一射頻能量足夠形成及/或維持一電漿112於內部容積104中。一比較電路110可沿著射頻傳輸接線提供至腔室，以最小化任何反射回該射頻電力供應108的射頻能量。該射頻電力供應108可以任何合適的方式耦接到腔室，例如電容地耦接(如圖示)、電感地耦接(如虛線所示)或之類的。在某些實施例中，射頻電力供應108可經由一或多個同心線圈142，電感地耦接到該腔室中。

一基板支撐114佈設於該製程腔室102的內部容積104中以支撐其上的一基板116。基板通常可以是任何使用在容積製程的適合的基板，比如，半導體晶圓、玻璃面板或之類的。

支撐系統118包括使用以利執行在製程腔室102中的預先製程的元件。這些元件通常包括不同的製程腔室102的子系統(例如，氣體控制板、氣體分配導管、真空與排氣子系統與之類的)與裝置(例如，電源、製程控制儀器與之 類的)。

一控制器120可以本文所述的方式，設置以利基板製程系統100控制。該控制器120通常包含一中央處理單元122、一記憶體124與支撐電路126，且直接地或選擇性地經由其他和製程腔室及/或支撐系統相關聯的計算器(或控制器)，耦接到並控制該製程腔室102與支撐系統118。該中央處理單元122可以是任何形式的一般性、使用於工業設定的計算器處理器。軟體程序能被儲存於該記憶體124，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟或硬碟、或其它形式的近端或遠端數位儲存器。支撐電路126傳統上耦接到中央處理單元122，也包含快取、時脈電路、輸入輸出子系統、電源及之類的。該軟體程序，當由中央處理單元122所執行時，轉變該中央處理單元為一特定目的的計算器(控制器)120，該控制器120控制基板製程系統100，使得該製程依據本發明而被執行。軟體程序也可由一第二控制器而被儲存及/或執行，該第二控制器位於基板製程系統100遠端。

一輻射源128設置以發射頻率範圍介於數百GHz至幾THz間之輻射。舉例而言，在某些實施例中，此頻率範圍可以約200GHz至約2THz。在其它實施例裏，該頻率範圍可在更大的範圍裏，介於約10GHz至約2THz。提供在這些頻率內的輻射有利地促使獲得定量物種資訊，包括所有於製程腔室內的極性物種：自由基、中性粒子或離子。此外，典型地用在基板製程的低溫電漿不產生具有這些頻率的輻射，從而有利地提供低噪環境(即，允許高信噪比建立)。輻射 可經由一介電質窗口132，提供至製程腔室102的內部容積104中，該介電質窗口132對該輻射而言是透明的。在某些實施例中，輻射源128可包含一射頻信號源與相關電路，倍增射頻能量的頻率數次，以獲得想要的頻率。在某些實施例中，該射頻信號源可以是一調頻射頻信號源，能在一段頻率範圍內提供射頻能量，使得多個所需的頻率能被提供而不需要不同的輻射源128。

一偵測器130設置以在輻射已穿越該內部容積104後，接收該輻射。該偵測器130配置以在一輻射強度已穿越該內部容積104(即，在某些輻射已被內部容積104中的物種吸收後)後，偵測該輻射強度。偵測器130送數據到控制器120(或某些其它控制器)，代表一頻帶上的輻射強度，使得內部容積104的內容物能被特徵化，詳述於下。

輻射源128與偵測器130的位置可以變化。舉例而言，輻射源128與偵測器130可配置以經由相同的介電質窗口132，發射與接收輻射。在這樣的實施例中，輻射可自相對的腔室牆反射，或一或多個反射器134可設置以增進反射輻射的品質。另外，該輻射源128與偵測器130可配置以經由不同的介電質窗口132，發射與接收該輻射。舉例而言，輻射源128與偵測器130可佈設於製程腔室102(顯示於第1圖的虛線)的相對側，或某些其它位置，一第二介電質窗口136可設置以允許輻射離開該製程腔室102。哪裡沒有直接的視線，輻射可能由一或多個腔室牆表面及/或反射器134反射，自輻射源128行至偵測器130。反射器134可由任何適合的材 料所製造，該材料用以反射由輻射源128所生成波長範圍內的輻射。此外，反射器134可由任何適合的材料所製造，該材料用於或關於一製程腔室，該製程腔室能經受製程腔室操作環境且可簡易地清理。

關於基板116，雖然第1圖顯示輻射源128水平地提供輻射，在某些實施例中，輻射源128可提供輻射垂直向該基板116，且使用反射器134來導向輻射，隨意穿越製程腔室。在其它實施例中，輻射源128可提供輻射垂直向基板116，使得輻射反射離基板116。

有利的是，由於使用頻率的範圍，本發明不需要高品質反射來操作，例如，由於低噪訊環境提供高的信噪比。舉例而言，由於當在操作時位於製程腔室中，腔室牆表面或該一或多個反射器可能隨時間而變得骯髒，與習知設備與技術相比，該等處的可能需要乾淨及高反射的表面。

輻射源128與偵測器130的位置可被選擇以提供一所需品質的信號(即，足夠以特徵化腔室內容物)。舉例而言，一或多個介電質窗口132(或136)可設置於腔室的一主體內、在接近電漿形成處的一源區中、在腔室內容物被消耗的一泵口區或之類的。多個反射器134可設置以導致輻射跨越通過內部容積數次，來改進由偵測器130偵測到的輻射所獲得之數據的可靠性。

使用代表由偵測器130獲得的輻射強度之數據，各種腔室內容物的特徵化可被取得。這種特徵化可被用來控制正在製程腔室102內執行的製程，以監控製程腔室102的狀 態，或比較製程腔室102的執行結果與可能執行相同製程的一不同製程腔室102。

舉例而言，第2圖描繪一方法200的流程圖，該方法200依據本發明的某些實施例，用以監視一基板製程腔室。該方法200可於任何適合的基板製程系統內執行，例如上述用作說明的基板製程系統100。在某些實施例中，方法200可起始於步驟202，一製程可被執行於一製程腔室中。該方法可以是典型地實行於基板製程的任何製程，例如蝕刻、沈積或之類的。接著，於步驟204，輻射在約數百GHz至幾THz的頻率下，可被提供到基板製程腔室的一內部容積中(例如，在一頻率下提供在內部體積中之物種的分子資訊)。在步驟206，輻射在其已穿過內部體積後被偵測到。於步驟208，藉使用一分子旋轉吸收強度分析於該被偵測的輻射，內部容積的內容物可被特徵化。

在某些實施例中，如步驟210所示，在步驟208的內部容積特徵化可包括在該製程的該執行結果期間控制該製程、決定該製程的一終點、鑑別製程腔室內的特徵、比較該製程腔室與一第二製程腔室間的該行結果，該第二製程腔室被用來執行該相同的製程，或決定在該製程腔室的該執行結果中的一缺點其中一或多個。

當上述內容被導引至本發明的實施例，其他及進一步的本發明的實施例可在不偏離其基本範圍下設計。

202/204/206/208/210‧‧‧步驟

Claims (20)

1. 一種用於基板製程的設備，包含：一製程腔室，用以處理在該製程腔室的一內部容積內的一基板；一輻射源，佈設於該製程腔室的外側，用以提供輻射在約200GHz至約2THz的一頻率，經由在該真空製程腔室的一牆的一介電質窗口，進入該內部容積；一偵測器，在該信號已經通過該內部容積後，用以偵測該信號；及一控制器，耦接到該偵測器並配置以根據該被偵測到的信號，決定該內部容積內的物種的該組合。
2. 如請求項1所述之設備，進一步包含：一氣源，用以提供一或多種氣體至該內部容積；及一射頻信號源，用以提供射頻能量至該內部容積，從提供至該內部容積的該一或多種氣體形成一電漿。
3. 如請求項1所述之設備，進一步包含：一或多個反射器，佈設於該內部容積內，用以反射來自該輻射源的該信號至該偵測器。
4. 如請求項1至請求項3任一所述之設備，其中該偵測器被配置以在一輻射強度已穿越該內部容積後，偵測該輻射強度。
5. 如請求項1至請求項3任一所述之設備，其中該選定的輻射的該頻率提供在該內部容積內的物種的分子資訊。
6. 一種用以監視一基板製程腔室的方法，包含：在一製程腔室內執行一製程；提供輻射在約200GHz至約2THz的一頻率到該基板製程腔室的一內部容積；在該輻射已經通過該內部容積後偵測該輻射；及由使用一分子旋轉吸收強度分析於該被偵測到的輻射，特徵化該內部容積的內容物。
7. 如請求項6所述之方法，其中該特徵化包括在該製程的該執行結果期間控制該製程。
8. 如請求項6所述之方法，其中該特徵化包括決定該製程的一終點。
9. 如請求項6所述之方法，其中該特徵化包括鑑別製程腔室內的特徵。
10. 如請求項6所述之方法，其中該特徵化包括比較該製程腔室與一第二製程腔室間的該執行結果，該第二製程腔室被用來執行該相同的製程。
11. 如請求項6所述之方法，其中該特徵化包括決定在該製程腔室的該執行結果中的一缺點。
12. 如請求項6至請求項11任一所述之方法，其中提供輻射於該等頻率利於獲得定量物種資訊，該定量物種資訊包括於該製程腔室內的一或多種極性物種。
13. 如請求項12所述之方法，其中於該製程腔室內的該一或多種極性物種包括自由基、中性粒子或離子物種。
14. 如請求項6至請求項11任一所述之方法，其中該使用的輻射的該頻率不同於由使用於該製程腔室內的一電漿產生的輻射的一頻率。
15. 如請求項6至請求項11任一所述之方法，其中該執行過的製程為一蝕刻製程或一沈積製程其中之一。
16. 如請求項6至請求項11任一所述之方法，其中被選擇的該輻射的該頻率提供在該內部容積內的物種分子資訊。
17. 一種非短暫性計算機可讀介質，該介質具有儲存於其上的指令，當由一處理器執行時，造成該處理器執行一監視一基板製程腔室的方法，包含： 在一製程腔室內執行一製程；在約200GHz至約2THz的一頻率，提供輻射進該基板製程腔室的一內部容積中；在該輻射已通過該內部容積後，偵測該輻射；及由使用一分子旋轉吸收強度分析於該被偵測的輻射，特徵化該內部容積的內容物。
18. 如請求項17所述之非短暫性計算機可讀介質，其中被選擇的該輻射的該頻率提供在該內部容積內的物種分子資訊。
19. 如請求項17所述之非短暫性計算機可讀介質，其中該特徵化包括以下其中至少一項：在該製程的該執行結果期間控制該製程；決定該製程的一終點；鑑別製程腔室內的特徵；比較該製程腔室與一第二製程腔室間的該執行結果，該第二製程腔室被用來執行該相同的製程；或決定在該製程腔室的該執行結果中的一缺點。
20. 如請求項17所述之非短暫性計算機可讀介質，其中提供輻射於該頻率利於獲得定量物種資訊，該定量物種資訊包括於該製程腔室內的一或多種極性物種。