專利名稱：通過痕量氣體濃度的監(jiān)測來檢測晶圓等離子處理中的電弧事件的制作方法
通過痕量氣體濃度的監(jiān)測來檢測晶圓等離子處理中的電弧
事件
背景技術(shù)：
等離子處理裝置被用于通過包括蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積 (CVD)、離子注入及光阻移除的技術(shù)來處理基板。一種典型的用于等離子處理的等離子 處理裝置包括包含上、下電極的反應(yīng)室。介于這些電極之間的射頻等離子產(chǎn)生能量離子 和中性物種，蝕刻該反應(yīng)室內(nèi)部的該晶圓基板和室部件。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方式中，提供了在半導(dǎo)體等離子處理裝置中檢測基板電弧的方法。 將基板放置在等離子處理裝置的反應(yīng)室內(nèi)的基板支撐件上。將工藝氣體引入該反應(yīng)室。 由該工藝氣體生成等離子，且用該等離子處理該基板。監(jiān)測在等離子處理過程中在該反 應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的選定氣體物種的實時光譜信號強度。該選定氣體物種是由基板電弧事件產(chǎn) 生的。當該強度高于臨界值時，該電弧事件被檢測到。在另一個實施方式中，等離子處理裝置包括基板載臺，支撐位于反應(yīng)室內(nèi)部的基板。氣體供給，使用氣體分配構(gòu)件將工藝氣體供應(yīng)至該反應(yīng)室內(nèi)部。電源，向該反 應(yīng)室內(nèi)部供應(yīng)能量并激勵該工藝氣體至等離子狀態(tài)，用以處理該基板。氣體傳感器，適 用于在等離子處理過程中監(jiān)測該反應(yīng)室內(nèi)的氣體物種，以識別由基板電弧產(chǎn)生的氣體物 種。警報器，當由基板電弧產(chǎn)生的氣體物種被識別到時產(chǎn)生警示信號。


圖IA是等離子裝置的示例性實施方式的橫剖面視圖。圖IB是電感耦合等離子處理裝置的橫剖面視圖。圖2A是來自強度作為原子質(zhì)量的函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的實時信號，用于在氬等 離子中處理覆著有機光阻的硅試片(siliconcoupon)。圖2B是來自強度作為原子質(zhì)量的函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的實時信號，用于在氬等 離子中的處理過程中處理覆著有機光阻的硅試片，導(dǎo)熱膏用于該試片的背面。圖2C是來自強度作為原子質(zhì)量函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的實時信號，用于在氬等離 子中的處理過程中處理硅試片。圖3是來自強度作為原子質(zhì)量函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的實時信號，用于在CF4等離 子中處理硅試片。圖4A是電弧事件發(fā)生期間來自強度作為原子質(zhì)量函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的實時信 號，用于在氬等離子中處理覆著有機光阻的硅試片。圖4B是電弧事件發(fā)生期間來自強度作為時間函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的實時信號， 用于在氬等離子中處理覆著有機光阻的硅試片。圖5是來自強度作為原子質(zhì)量函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的實時信號，用于CF4/N2氣體 混合物，其中沒有等離子產(chǎn)生。
具體實施例方式半導(dǎo)體材料可通過選擇性地建立和移除材料層，被制作為具體的電子器件，例如晶體管、二極管、電容器等等。在集成電路制作中，單個芯片上器件數(shù)目的持續(xù)增加 和最小特征尺寸的相應(yīng)減小，已經(jīng)對集成電路制作的許多制作步驟提出了日益困難的需 求，該制作步驟包括將不同材料層沉積在有時困難的拓撲結(jié)構(gòu)上，以及在那些層上移除 材料和形成特征。等離子體增強的化學(xué)氣相沉積(PECVD)可被用于在半導(dǎo)體集成電路中形成各種 薄膜。舉例來說，PECVD可形成具有高純度和高品質(zhì)的薄膜，例如Si02、Sl3N4、Si或 類似物。在形成薄膜的反應(yīng)過程中，原料可以氣體組分的形式被供應(yīng)至反應(yīng)室，從而使 氣體分子在氣體中和在該基板的表面被熱解離和組合，從而形成薄膜。蝕刻是用于從給定基板移除半導(dǎo)體或其他材料的層，并在集成電路上形成特征 的已知技術(shù)。舉例來說，通過沉積掩模覆層例如有機光阻，可以在基板層形成孔(例如 溝或通孔)。經(jīng)過蝕刻之后，該掩模層可被圖案化為溝、微孔或通孔。歸因于與濕式蝕刻的各種方法相比的更好的溶解性和改進的尺寸和形狀控制能 力，等離子蝕刻在生產(chǎn)電子器件中是特別值得注意的。因此，在要求更好的圖案控制和 勾勒(例如處理半導(dǎo)體晶圓以形成大尺寸集成器件和集成電路)的情況下，等離子蝕刻被 積極利用。在包括干式蝕刻或沉積的微電子制造中，等離子體反應(yīng)器可被應(yīng)用于在半導(dǎo)體 晶圓上完成各種工藝。晶圓被放置在該反應(yīng)器的真空室內(nèi)部，且工藝氣體，包括蝕刻或 沉積氣體，被引入至該室。這些氣體被激勵點火并維持等離子。視形成等離子的這些氣 體的組成而定，該等離子可被用于從該晶圓蝕刻特定的材料或可被用于沉積材料的薄膜 層至該晶圓上。該處理室被配置為當射頻(RF)能量被施加至該處理室的一個或多個電極 時，接收工藝氣體(即蝕刻化學(xué)品)。該處理室內(nèi)的壓力同樣被控制用于特定工藝。通 過將該所需RF能量施加至該電極，該室內(nèi)的這些工藝氣體被激發(fā)從而建立等離子。該等 離子由此產(chǎn)生，以便完成該半導(dǎo)體晶圓的選定層的所需蝕刻。隨著集成電路器件繼續(xù)縮減其物理尺寸和其工作電壓，其相關(guān)的成品率變得對 影響關(guān)鍵特征的任何缺陷更加敏感。晶圓表面上的缺陷在光刻和蝕刻步驟中會局部破壞 圖案轉(zhuǎn)移。這些缺陷的一個來源與電弧事件有關(guān)，電弧事件會發(fā)生在晶圓的等離子處理過 程中。通常，電弧指的是瞬時高密度等離子絲，其在該反應(yīng)器內(nèi)的兩個表面和/或該晶 圓之間攜帶電流?；咫娀≈傅氖前l(fā)生在反應(yīng)器與晶圓之間、或者晶圓內(nèi)的兩個位置之 間的電弧?；咫娀】赡軐?dǎo)致該晶圓的材料降解，包括不受歡迎的材料濺射、材料沉積 或一些材料的高溫揮發(fā)。盡管電弧通常具有小的直徑和短的持續(xù)時間，電弧的能量密 度會導(dǎo)致重大損害，即使該總功耗小。舉例來說，基板電弧事件能夠產(chǎn)生細微的凹陷 (即，在微米數(shù)量級上)，這會損害關(guān)鍵特征，包括柵結(jié)構(gòu)、金屬間電介質(zhì)層(無機的或 有機的)或金屬互連線，導(dǎo)致集成電路元件故障或失靈。因此，需要一種實時檢測基板 電弧的可靠方法，以確保在多個晶圓被損壞之前，這些經(jīng)歷基板電弧的等離子處理裝置 被離線處理，用以維修。
提供一種 通過由該等離子處理裝置內(nèi)的基板電弧產(chǎn)生的氣體物種的實時監(jiān)測和 氣體物種的識別，檢測基板電弧的方法。晶圓內(nèi)部或晶圓表面與等離子室表面之間的基 板電弧事件將揮發(fā)性物種釋放入該等離子。舉例來說，基板電弧事件會引起該基板的快 速升溫并釋放與硅、鋁、銅(即含鋁、銅或硅物種)或有機材料(即光阻或有機電介質(zhì)) 有關(guān)的揮發(fā)性分解產(chǎn)物，導(dǎo)致該晶圓表面附近的分解產(chǎn)物濃度突然增大或大幅度上漲。 例如，與光阻分解有關(guān)的產(chǎn)物會產(chǎn)生更多的穩(wěn)定分子，其能夠擴散到位于該晶圓表面附 近的能夠測量氣體濃度的傳感器。另一方面，與該硅、鋁或銅有關(guān)的分解產(chǎn)物可能在監(jiān) 測之前就濃縮在該晶圓表面上。盡管基板電弧事件能夠產(chǎn)生氣態(tài)物種(例如，來自有機材料分解)，但是由于工 藝氣體(即，蝕刻氣體或CVD氣體)的高背景濃度，某些氣態(tài)物種可能是不可監(jiān)測的。 用于蝕刻的工藝氣體的示例包括碳氫化合物氣體(例如CxHy)、氟碳化合物氣體(例如 CxFy)、氫氟碳化合物氣體(例如CxHyFz)、含鹵氣體(例如NF3、HBr, Cl2)、含氧氣體 (例如O2)、含氮氣體(例如N2、NH3)或惰性氣體(例如He、Ar)。用于薄膜沉積的工 藝氣體的示例包括選自由SiH4、SiF4, Si2H6,正硅酸四乙酯(TEOS)、四甲基環(huán)四硅氧烷 (TMCTS)組成的組的含硅反應(yīng)氣體及其混合物。用于薄膜沉積的這些工藝氣體可包括 H2> O2> N2> NH3> NF3> N2O 和 NO，及其混合物。圖1揭示用于蝕刻的示例性半導(dǎo)體材料等離子處理裝置100。等離子處理裝置 100包括反應(yīng)室102，其包含基板支撐件104，在等離子處理過程中基板106被支撐在其 上。在該反應(yīng)室102內(nèi)部用于支撐基板106的該基板支撐件104可包括夾緊器件，優(yōu)選 靜電卡盤，其在處理過程中可操作性地將該基板106夾緊在該基板支撐件104上。顯示于圖1中的該示例性等離子處理室100包括噴頭電極組件，其具有構(gòu)成該反 應(yīng)室102的壁的頂板108和連接至該頂板108的噴頭電極110。氣體供給112，經(jīng)由噴頭 電極110供應(yīng)工藝氣體至該反應(yīng)室102內(nèi)部。噴頭電極110包括多個延伸貫穿該噴頭電 極110厚度的氣體通道114，用于將工藝氣體注入位于噴頭電極110和該基板支撐件104 之間的等離子反應(yīng)室102的空間。該工藝氣體流經(jīng)噴頭電極110并進入該反應(yīng)室102內(nèi)部。接著，該工藝氣體在 該等離子處理室100內(nèi)通過電源116A，例如RP源驅(qū)動噴頭電極110，和/或位于從約 0.3至約600MHz的一個或多個頻率(例如2MHz、13.56MHz、60MHz)的電源116B驅(qū)動 該基板支撐件104內(nèi)的電極位于從約0.3至約600MHz的一個或多個頻率(例如2MHz、 13.56MHz、60MHz)，被激勵至等離子狀態(tài)。施加至該噴頭電極110的該RF能量可被轉(zhuǎn) 變?yōu)橥瓿刹煌墓に嚥襟E，例如當不同氣體組成被供應(yīng)至該等離子處理裝置100。在另一 個實施方式中，噴頭電極110可接地。在一個實施方式中，通過從兩個RF源至該噴頭電極110和/或該基板支撐件104 供應(yīng)RF能量，該等離子可在等離子處理室100內(nèi)部被激勵，或者該噴頭電極110可電性 接地并且位于單一頻率或多個頻率的RF能量可被供應(yīng)至該基板支撐件104。此外，可在 噴頭電極110和基板支撐件104外部提供等離子約束環(huán)組件118以將該等離子限制在介于 該噴頭電極110和基板支撐件104之間的該空間內(nèi)。等離子約束環(huán)和用于RF電容耦合等 離子體反應(yīng)器的二次接地的詳細討論可見于共同受讓的美國專利號5,534,751，其在此處 納入?yún)⒖肌?br> 一旦基板電弧事件發(fā)生并且釋放與分解產(chǎn)物有關(guān)的氣態(tài)物種，最好在這些氣體 被稀釋入這些工藝氣體的動態(tài)流并且這些分解產(chǎn)物在該蝕刻氣體內(nèi)的濃度下降到低于該 氣體監(jiān)測器的監(jiān)測極限之前，監(jiān)測這些分解產(chǎn)物。通過由具有采樣結(jié)構(gòu)122的氣體傳感器120收集揮發(fā)性分解產(chǎn)物用于分析并且沿 氣體管線124運送至氣體傳感器，可檢測到與基板電弧有關(guān)的氣態(tài)物種。為了防止這些 氣態(tài)物種的冷凝，可加熱氣體管線124。對于更高靈敏度的與基板電弧有關(guān)的該氣態(tài)物 種，采樣結(jié)構(gòu)122可被放置在放于基板支撐件104上的該基板106附近。在一個實施方式中，采樣結(jié)構(gòu)122可為放于該等離子約束環(huán)118外部的管。示 例性的采樣管材料可包括石英、硅、硅氮化物或硅碳化物或其它耐等離子性陶瓷材料例 如氧化釔。在另一個實施方式中，采樣結(jié)構(gòu)122可為直接嵌入噴頭電極110的通道。一 旦檢測到基板電弧，警報器126產(chǎn)生信號。舉例來說，該警報器126可為聲音警報、視 覺警報、電子記錄或指導(dǎo)操作員采取糾正措施使基板電弧最小化或終止等離子處理。在另一個實施方式中，如圖2所揭示，通過在低壓下(即低于50mTOrr)供應(yīng)工 藝氣體至真空室和向該氣體應(yīng)用射頻(RF)能量，電感耦合等離子(ICP)處理裝置200可 被用于材料在基板上的沉積(例如等離子增強化學(xué)氣相沉積或PECVD)和等離子蝕刻。 圖2是ICP等離子處理裝置200的實施方式的橫剖面視圖。ICP等離子處理室的示例是由 位于加利福尼亞州費利蒙市的Lam研究有限公司制造的TCP 蝕刻或沉積系統(tǒng)。舉例來 說，該ICP等離子處理裝置同樣揭示于共同受讓的美國專利號4,948,458中，其被整體納 入?yún)⒖?。反?yīng)室202包括基板支撐件204，用于支撐位于該反應(yīng)室202內(nèi)部的基板206。 電介質(zhì)窗208構(gòu)成反應(yīng)室202的頂壁。工藝氣體通過氣體分配構(gòu)件210被噴射入該反應(yīng) 室202內(nèi)部。氣體分配構(gòu)件210的舉例包括噴頭、氣體噴射器或其他合適的設(shè)施。氣體 供給212通過氣體分配構(gòu)件210將工藝氣體供應(yīng)入反應(yīng)室202內(nèi)部。一旦將工藝氣體引入反應(yīng)室202內(nèi)部，它們就被向反應(yīng)室202內(nèi)部供應(yīng)能量的 能源216激勵至等離子狀態(tài)。優(yōu)選地，該能源216是由RF源218A和RF阻抗匹配電路 218B提供能量以電感耦合RF能量至反應(yīng)室202的外部板狀天線。將RF能量應(yīng)用至板 狀天線產(chǎn)生的電磁場激勵該工藝氣體在基板206上部形成高密度等離子P (例如1Oll-1O12 離子/cm3)。電介質(zhì)窗208在板狀天線之下，氣體分配構(gòu)件210被放置在電介質(zhì)窗208下方。 高密度等離子產(chǎn)生在氣體分配構(gòu)件210和基板206之間的地帶，用于基板206的沉積或蝕刻。與圖1的實施方式類似，通過用具有采樣結(jié)構(gòu)222的氣體傳感器220收集這些氣 態(tài)物種用于分析并且沿氣體管線224運送至氣體傳感器，可檢測到與基板電弧有關(guān)的氣 態(tài)物種。為了防止這些分解產(chǎn)物的冷凝，可加熱氣體管線224。對于更高靈敏度的分解 產(chǎn)物，采樣結(jié)構(gòu)222被放置在放于基板支撐件204上的基板206附近。一旦檢測到基板 電弧，警報器226產(chǎn)生警示信號。舉例來說，該警報器226可為聲音警報、視覺警報、 電子記錄或指導(dǎo)操作員采取糾正措施使基板電弧最小化或終止等離子處理。在優(yōu)選的實施方式中，該氣體傳感器120/220可為質(zhì)譜儀，優(yōu)選地，殘余氣體 分析(RGA)質(zhì)譜儀。RGA質(zhì)譜儀適于在真空系統(tǒng)內(nèi)測量痕量氣體濃度并且通過分析該樣 品氣體運轉(zhuǎn)。該樣品氣體被電離并且這些離子被四極電場采用直流電(DC)與射頻(RF)電位的組合基于質(zhì)荷比分離。該儀器測量該離子通量對質(zhì)荷比，并且因此提供該樣品氣體的詳細化學(xué)分析。該RGA可配備電子倍增器用于超高靈敏度或者更高的掃描速度(例 如單一質(zhì)量20Hz或更高)。在優(yōu)選的實施方式中，該RGA可被用于監(jiān)測光阻的分解副產(chǎn) 物，其在超過(over)該背景工藝氣體時是可測得的。舉例來說，在等離子處理過程中， 質(zhì)譜儀會產(chǎn)生實時信號。來自該質(zhì)譜儀的實時信號可包括原子質(zhì)量的全光譜(例如高達 200AMU)或者在單一質(zhì)量的收集。如上所述，歸因于工藝氣體的高背景濃度，并不是所有與基板電弧事件有關(guān)的 氣態(tài)物種易被檢測到。舉例來說，在實時RGA質(zhì)譜表征過程中，與基板電弧事件有關(guān)的 該氣態(tài)物種與該工藝氣體會產(chǎn)生重疊峰(即兩個峰在同一個AMU)。在這種情況下，由于 這些氣態(tài)物種相對于該工藝氣體的較低濃度，與這些氣態(tài)物種有關(guān)的峰會不能監(jiān)測到。因此，與基板電弧有關(guān)的選定氣體物種在存在工藝氣體的情況下必須是易于檢 測到的。通過將ω在沒有電弧事件的情況下該工藝氣體的基線(或參考)光譜信號與 ( )在基板電弧事件過程中的光譜信號進行對比，與基板電弧有關(guān)的選定氣體物種可被識 另O。通過對比這兩個不同的光譜信號，與基板電弧有關(guān)的選定氣體物種會易于識別。在備選實施方式中，該氣體傳感器可包括電感耦合等離子光發(fā)射(ICP-OE)光 譜儀、紅外吸收光譜儀或傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀。然而，對于某些應(yīng)用，該 ICP-OE和FTIR技術(shù)會不是很令人滿意，因為監(jiān)測不同氣體的能力強烈依賴于原子和分 子結(jié)構(gòu)。實施例1為了模擬等離子處理過程中的電弧事件，硅試片(大約3cmX3cm)被覆著193nm 的有機光阻膜層并且隨后在等離子處理過程中在氬等離子中熱分解。這些試驗證明，使 用該RGA質(zhì)譜技術(shù)，在惰性氣體等離子中有機光阻副產(chǎn)物的熱分解是可監(jiān)測的。這些 試驗是在由LAM研究有限公司(加利福尼亞州費利蒙市)制造的2300 EXELAN FLEX-3X 電介質(zhì)蝕刻系統(tǒng)中完成的，并且氣體物種是用由斯坦福研究系統(tǒng)公司(加利 福尼亞州，森尼韋爾市)制造的RGA200殘余氣體分析儀監(jiān)測。該熱分解試驗是通過在硅試驗試片(大約3cmX3cm)上覆著193nm有機光阻并且 在氬等離子中等離子處理該試驗試片來完成。每個試驗試片被放置在裸露的硅晶圓上。 200SCCM氬的氣體混合物在室壓80mTorr下被引入該蝕刻室。雙頻RF能量被施加至該 下電極，在約2MHz頻率下約1500W和在約60MHz頻率下約800W。該下電極的溫度被 設(shè)定在約60°C ；該上電極的溫度被設(shè)定在約120°C。在等離子處理過程中，該硅晶圓的 溫度比該下電極的溫度，被設(shè)定為約60°C，高約20°C至約30°C。安裝在該硅晶圓上的 該試驗試片的溫度潛在地比較高，取決于該試片與該硅晶圓之間的熱耦合程度。在這種 情況下，伴隨欠佳的熱接觸，該試驗試片有望獲得比該硅晶圓更高的溫度。總工藝時間 為約120秒。在等離子處理過程中，流經(jīng)該處理室的氣體組成被RGA質(zhì)譜監(jiān)測。該等 離子體暴露與加熱的組合導(dǎo)致了該有機光阻的熱分解。圖2A是來自強度(以任意單位) 作為原子質(zhì)量(原子質(zhì)量單位或AMU)函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀的有機光阻在氬等離子中分解 的實時信號。為了識別與有機光阻分解有關(guān)的該原子質(zhì)量峰，測量了來自RGA質(zhì)譜儀的硅以 及具有未分解的光阻膜層的硅的實時信號。對于ω在氬等離子中的沒有試片的裸露硅晶圓，和(ii)在氬等離子中的與具有導(dǎo)熱膏的裸露硅晶圓接觸的光阻覆膜的硅試片，重復(fù) 上面所述的該試驗條件。為了防止熱分解，該導(dǎo)熱膏被施加至該試驗試片背面，以方便將等離子處理產(chǎn) 生的熱量從該光阻膜層移除。這導(dǎo)致相比于沒有導(dǎo)熱膏的情況，該試驗試片的溫度更 低。裸露硅試片和該光阻覆著的具有導(dǎo)熱膏的硅試片的RGA質(zhì)譜儀實時信號分別描述于 圖2B和2C。圖2A-2C的實時信號是在等離子工藝的最初幾秒鐘內(nèi)測量的。對比圖2A-2C，已確定原子質(zhì)量86處的峰與有機光阻的熱分解有關(guān)，其隨著等 離子工藝的繼續(xù)，同樣呈現(xiàn)出作為時間函數(shù)的逐漸衰減。因此，該試驗已經(jīng)證明光阻的 該熱分解在質(zhì)量86處產(chǎn)生了超高峰。
然而，盡管質(zhì)量86處的峰被識別為光阻分解的潛在指示，使用氟基蝕刻氣體會 潛在地掩蓋質(zhì)量86處的與光阻分解有關(guān)的該峰。使用CF4氣體而非氬氣來處理裸露硅試 片，重復(fù)上面所述的試驗。CF4等離子中的裸露硅的該RGA質(zhì)譜儀實時信號被描述于圖 3。從圖3的該實時信號，已經(jīng)確定在不存在有機光阻的情況下，CF4等離子被質(zhì)量85處 和質(zhì)量86處的兩個強峰所表征。因此，如果該工藝氣體是氟碳基化合物(例如CF4),監(jiān) 測質(zhì)量峰86以指示有機光阻分解會令人不十分滿意。實施例2在下一組試驗中，電弧事件中的有機光阻分解產(chǎn)物被RGA質(zhì)譜檢測到。如上所 述，這些試驗是在2300 EXELAN FLEX-3X 電介質(zhì)蝕刻系統(tǒng)加上RGA200殘余氣 體分析儀上完成的，用于等離子處理過程中氣體濃度的實時分析。硅試片被覆膜193nm有機光阻并且在氬等離子中經(jīng)歷等離子處理。在等離子處 理過程中，流經(jīng)該處理室的這些氣體組成被RGA質(zhì)譜監(jiān)測。為了引起電弧，通過將金屬 線連接至該試片，光阻覆膜的晶圓被連接至部分接地的裸露硅試片(約3cmX3cm)。在室壓80mTorr下，將575SCCM的氬氣流引入該蝕刻室。將具有在約27MHz 頻率下約1000W的能量的RF能施加至該下電極。該下電極的溫度被設(shè)定為約20°c;該 上電極的溫度被設(shè)定為約80°C。在等離子處理過程中，流經(jīng)該處理室的氣體組成被RGA 質(zhì)譜監(jiān)測。該硅晶圓被暴露在等離子工藝約60秒，處理約25秒后，在其中檢測到電弧 事件。試驗完成后，通過該硅試片和該噴頭電極的視覺檢查，確定該電弧事件。該硅試 片和噴頭電極兩者均呈現(xiàn)出變色，該變色是由電弧引起的損害的特征。圖4A是有機光阻在氬等離子中分解的強度(以任意單位)作為原子質(zhì)量(原子質(zhì) 量單位或AMU)函數(shù)的該RGA質(zhì)譜儀的實時信號。圖4A中感興趣區(qū)域(即質(zhì)量12.1、 質(zhì)量15、質(zhì)量25.3、質(zhì)量26.3和質(zhì)量85.6)，由黑色箭頭標示。圖4B是質(zhì)量12.1、質(zhì) 量15、質(zhì)量25.3、質(zhì)量26.3和質(zhì)量85.6的強度作為等離子處理時間函數(shù)的RGA質(zhì)譜儀 的實時信號。如圖4B所描述，在約20秒處五個原子質(zhì)量在強度上急劇增大。從約25 至30秒，這五個原子質(zhì)量達到最大強度。在約35秒處，這五個原子質(zhì)量的強度降到它 們的初始水平。因此，這個試驗已經(jīng)證明，與電弧事件有關(guān)的光阻熱分解在質(zhì)量12.1、 質(zhì)量15、質(zhì)量25.3、質(zhì)量26.3和質(zhì)量85.6處引起了超高峰。如上所述，氟基蝕刻氣體的使用會潛在地掩蓋指示與電弧事件有關(guān)的光阻分解 發(fā)生的這些質(zhì)量峰。通過將150SCCMCF4/50N2在80mTorr壓力下流入該蝕刻室，完成 CF4/N2蝕刻氣體混合物的氣體濃度實時分析。沒有等離子產(chǎn)生。CF4/N2氣體混合物的RGA質(zhì)譜儀的實時信號描述于圖5。從圖5，來自該質(zhì)譜儀的〔^/^2實時信號在質(zhì)量 12.1和25.3處被強峰表征，潛在地掩蓋了由電弧引起的任何強度增大。對比圖4A和圖 5的實時信號，已確定，引起質(zhì)量15和質(zhì)量26.3處的超高峰的電弧事件易于在CF4蝕刻 氣體中測得。
這些優(yōu)選實施方式僅僅是描述性的，不應(yīng)當被以任何方式認為是限制性的。本 發(fā)明的范圍由所提交權(quán)利要求書，而不是前面的敘述給出，并且落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的 所有改變和等同將被涵蓋在其中。
權(quán)利要求
1.在半導(dǎo)體等離子處理裝置中檢測基板電弧的方法，包括 將基板放置在等離子處理裝置的反應(yīng)室內(nèi)的基板支撐件上； 將工藝氣體引入至該反應(yīng)室；從該工藝氣體產(chǎn)生等離子； 用該等離子處理該基板；監(jiān)測在等離子處理過程中該反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的選定氣體物種的實時光譜信號強度，其 中該選定氣體物種由基板電弧事件產(chǎn)生；以及 檢測當該強度高于臨界值時的該電弧事件。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該基板包括鋁、銅、硅、有機電介質(zhì)或有機光阻；且由 該基板電弧事件產(chǎn)生的該選定的氣體物種包括含鋁、銅或硅的物種和/或該有機材料的 分解產(chǎn)物。
3.權(quán)利要求1的方法，進一步包括識別由該基板電弧事件產(chǎn)生的選定的氣體物種，包括在沒有該基板電弧事件的情況下，監(jiān)測該工藝氣體的實時光譜信號強度； 在該基板電弧事件過程中監(jiān)測實時光譜信號的強度；以及將在沒有該基板電弧事件情況下該工藝氣體的實時光譜信號強度與在該基板電弧事 件過程中的實時光譜信號強度進行對比。
4.權(quán)利要求1的方法，其中監(jiān)測實時光譜信號強度是由殘余氣體分析(RGA)質(zhì) 譜儀、電感耦合等離子光發(fā)射(ICP-OE)光譜儀、紅外吸收光譜儀或傅里葉變換紅外 (FTIR)光譜儀完成的。
5.權(quán)利要求3的方法，其中該選定的氣體物種包括分解產(chǎn)物，其在殘余氣體分析儀 (RGA)上在12、15、25、26、85或86原子質(zhì)量單位(AMU)處產(chǎn)生信號。
6.權(quán)利要求1的方法，進一步包括當檢測到電弧事件時產(chǎn)生警示信號，以終止該等離 子工藝。
7.權(quán)利要求1的方法，其中將工藝氣體引入至該反應(yīng)室是通過經(jīng)由噴頭注入工藝氣體 完成的；且監(jiān)測選定的氣體物種的實時光譜信號強度包括從該噴頭內(nèi)的通道或鄰近該基 板的采樣管收集氣體物種。
8.權(quán)利要求1的方法，其中用等離子處理該基板包括(a)半導(dǎo)體、金屬或電介質(zhì)的 等離子蝕刻；或(b)導(dǎo)電或介電材料的沉積。
9.權(quán)利要求8的方法，其中用于等離子蝕刻的該工藝氣體包括碳氫化合物氣體、氟碳 化合物氣體、氫氟碳化合物氣體、含商氣體、含氧氣體、含氮氣體和惰性氣體及其混合 物。
10.權(quán)利要求8的方法，其中用于沉積的工藝氣體包括選自單獨的SiH4、SiF4, Si2H6,正硅酸四乙酯(TEOS)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)或與包括H2、02、N2 > NH3> NF3、N2O和NO的輔助工藝氣體的組合及其混合物的含硅反應(yīng)氣體。
11.等離子處理裝置包括基板載臺，用于支撐位于反應(yīng)室內(nèi)部的基板； 氣體供給，使用氣體分配構(gòu)件將工藝氣體供應(yīng)至該反應(yīng)室內(nèi)部； 電源，向該反應(yīng)室內(nèi)部供應(yīng)能量且激勵該工藝氣體至等離子狀態(tài)，用以處理該基板；氣體傳感器，適用于在等離子處理過程中監(jiān)測該反應(yīng)室內(nèi)的氣體物種，以識別由基 板電弧產(chǎn)生的氣體物種；以及警報器，當識別到由基板電弧產(chǎn)生的氣體物種時，用以生成警示信號。
12.權(quán)利要求11的等離子處理裝置，其中該氣體傳感器是殘余氣體分析(RGA)質(zhì) 譜儀、電感耦合等離子光發(fā)射(ICP-OE)光譜儀、紅外吸收光譜儀或傅里葉變換紅外 (FTIR)光譜儀。
13.權(quán)利要求11的等離子處理裝置，其中該氣體傳感器是殘余氣體分析(RGA)質(zhì)譜 儀，適用于監(jiān)測在等離子處理過程中來自工藝氣體的實時質(zhì)譜信號，且由基板電弧產(chǎn)生 的該氣體物種是有機光阻的分解產(chǎn)物。
14.權(quán)利要求11的等離子處理裝置，其中該等離子處理裝置是適用于半導(dǎo)體、金屬或 電介質(zhì)的等離子蝕刻機；或適用于沉積導(dǎo)電或介電材料的沉積室。
15.權(quán)利要求11的等離子處理裝置，其中該氣體分配構(gòu)件是噴頭。
16.權(quán)利要求15的等離子處理裝置，進一步包括適用于在等離子處理過程中收集來自該反應(yīng)室的氣體物種的采樣結(jié)構(gòu)；以及適用于將氣體物種傳輸至該氣體傳感器的氣體管線。
17.權(quán)利要求16的等離子處理裝置，其中該采樣結(jié)構(gòu)是該噴頭內(nèi)的通道或者鄰近該基 板載臺的管；且該氣體管線被加熱。
18.權(quán)利要求11的等離子處理裝置，其中該氣體分配構(gòu)件是噴頭電極；且該電源是 射頻(RF)電源。
19.權(quán)利要求18的等離子處理裝置，進一步包括等離子約束環(huán)組件，位于該噴頭電極 和該基板載臺的外部。
全文摘要
提供了檢測半導(dǎo)體等離子處理裝置中的基板電弧的方法。將基板放置在等離子處理裝置的反應(yīng)室內(nèi)的基板支撐件上。將工藝氣體引入該反應(yīng)室。由該工藝氣體產(chǎn)生等離子，且用該等離子處理該基板。監(jiān)測在等離子處理過程中該反應(yīng)室中產(chǎn)生的選定氣體物種的實時光譜信號強度。該選定氣體物種是由基板電弧事件生成的。當該強度高于臨界值時，該電弧事件被檢測到。
文檔編號H01L21/203GK102027576SQ200980117499
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者埃里克·赫德森 申請人:朗姆研究公司