專(zhuān)利名稱(chēng)：用于壁膜監(jiān)測(cè)的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體工業(yè)中集成電路的制造。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體工業(yè)中集成電路(IC)的制造通常在等離子處理室內(nèi)使用等離子體來(lái)產(chǎn)生或輔助表面化學(xué)反應(yīng)，這種化學(xué)反應(yīng)是從襯底去除物質(zhì)以及向襯底沉積物質(zhì)所必須的。通常，等離子體是在處理室中的真空條件下通過(guò)將電子加熱到足以維持與處理氣體進(jìn)行電離碰撞的能量而產(chǎn)生的。另外，經(jīng)過(guò)加熱的電子可能具有足以維持分離碰撞的能量，因此要選擇預(yù)定條件下(比如室壓、氣體流速等等)的一組特定氣體來(lái)產(chǎn)生帶電核素以及能夠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的核素，這些核素應(yīng)該適用于處理室內(nèi)所進(jìn)行的具體處理過(guò)程(例如將物質(zhì)從襯底上去除的蝕刻工藝，或是將物質(zhì)添加到襯底上的沉積工藝)。
半導(dǎo)體工業(yè)不斷致力于生產(chǎn)更小的IC并提高合格IC的產(chǎn)量。因此，用來(lái)處理IC的材料處理設(shè)備必須滿(mǎn)足蝕刻及沉積工藝日益嚴(yán)格的性能要求(例如速度、選擇性、關(guān)鍵尺寸，等等)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用來(lái)在等離子體處理室內(nèi)監(jiān)測(cè)壁膜的方法與設(shè)備。本發(fā)明有利地提供了一種方法與設(shè)備，它們使得半導(dǎo)體制造商能夠滿(mǎn)足對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)中所使用的材料處理設(shè)備更嚴(yán)格的性能要求。
本發(fā)明有利地提供了一種等離子體處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)中主要包括一個(gè)等離子體室和一個(gè)使用在等離子體室內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中包括一個(gè)第一微波反射鏡和一個(gè)第二微波反射鏡，它們各有一個(gè)凹面。第一微波反射鏡與第二微波反射鏡被安裝在等離子體室內(nèi)，并使得第二微波反射鏡的凹面正對(duì)著第一微波反射鏡的凹面。本發(fā)明還包括一個(gè)與第一微波反射鏡相連的電源。該電源被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生一個(gè)微波信號(hào)。本發(fā)明包括一個(gè)檢測(cè)器，它至少與第一微波反射鏡及第二微波反射鏡中的一個(gè)相連，該檢測(cè)器被設(shè)置來(lái)測(cè)量等離子體室內(nèi)微波信號(hào)的真空諧振電壓。本發(fā)明還包括一個(gè)與檢測(cè)器相連的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)置來(lái)比較第一測(cè)量真空諧振電壓與第二測(cè)量真空諧振電壓。所述的控制系統(tǒng)被設(shè)置來(lái)判定第二測(cè)量真空諧振電壓是否超過(guò)了一個(gè)門(mén)限值。
本發(fā)明還有利地提供了一種在等離子體室內(nèi)監(jiān)測(cè)壁膜的方法。該等離子室包括一個(gè)帶有凹面的第一微波反射鏡、一個(gè)帶有凹面且凹面正對(duì)著第一微波反射鏡的凹面的第二微波反射鏡、一個(gè)與第一微波反射鏡相連且被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生微波信號(hào)的電源以及一個(gè)與第一微波反射鏡和第二微波反射鏡中的至少一個(gè)相連的檢測(cè)器。本發(fā)明的方法所包括的步驟有向等離子體室內(nèi)裝入晶片、將電源輸出的微波信號(hào)的頻率設(shè)置為一個(gè)諧振頻率，以及測(cè)量等離子體室中微波信號(hào)的第一真空諧振電壓。該方法還包括的步驟有對(duì)晶片進(jìn)行處理、測(cè)量等離子體室內(nèi)微波信號(hào)的第二真空諧振電壓以及利用第一測(cè)量真空諧振電壓為參考值來(lái)判斷第二測(cè)量真空諧振電壓是否超過(guò)某個(gè)門(mén)限值。


參照以下的詳細(xì)說(shuō)明、特別是結(jié)合附圖考慮時(shí)，將能更全面地了解本發(fā)明，并且本發(fā)明的附帶優(yōu)勢(shì)也會(huì)變得更為明顯，在以下附圖中
圖1A根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了一種用于等離子體處理室的壁膜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖；圖1B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了一個(gè)微波反射鏡經(jīng)過(guò)放大分解的剖面圖，該微波反射鏡上帶有一個(gè)開(kāi)孔、一個(gè)微波窗以及相關(guān)的支架結(jié)構(gòu)；圖2示出了一種范例性空腔傳輸函數(shù)的圖形表示，該圖展示了若干縱向諧振以及各自的自由頻譜范圍；圖3示出了直流偏置電壓隨平均薄膜厚度或晶片數(shù)量的示范性變化的圖形表示；圖4根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了一種在等離子體處理室中監(jiān)測(cè)壁膜厚度的方法的流程圖；以及圖5根據(jù)本發(fā)明的一種替代實(shí)施例示出了一種用于等離子體處理室中的壁膜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體工業(yè)中集成電路的制造。本發(fā)明有利地提供了一種方法與設(shè)備，它們使得半導(dǎo)體制造商能夠滿(mǎn)足對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)中所使用的材料處理設(shè)備更嚴(yán)格的性能要求。
改善材料處理設(shè)備性能的一種方法是在制造過(guò)程中監(jiān)測(cè)并控制處理室內(nèi)等離子體電子濃度。理想情況下，等離子體電子濃度被維持在使得正在進(jìn)行的處理均勻地作用在接受處理的襯底的整個(gè)表面上。
用來(lái)測(cè)量等離子體電子濃度的范例設(shè)備是一種微波系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有超過(guò)等離子體電子頻率的合適高頻。該設(shè)備中包括一對(duì)浸入等離子體中的反射鏡。微波電源被接入第一反射鏡上的第一微波端口，并且利用一個(gè)檢測(cè)器來(lái)監(jiān)測(cè)微波功率通過(guò)諧振腔的傳輸，該諧振腔由正對(duì)著的反射鏡構(gòu)成。所述的檢測(cè)器與第一反射鏡上的第二端口相連或是與第二反射鏡上的第二端口相連。對(duì)于一束高斯射束來(lái)說(shuō)，空腔傳輸發(fā)生在離散的頻率上。所述的離散頻率對(duì)應(yīng)于各反射鏡最高點(diǎn)之間的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，如下式所示
vm,n,q=v0,0,q=c2nd(q+12)---(1)]]>其中v0，0，q是模式階次q的諧振頻率(假使只有縱向模式，即m＝n＝0)，c是真空中的光速，n是反射鏡之間所包含的介質(zhì)的折射率，而d則是反射鏡間距(最高點(diǎn)至最高點(diǎn))。在真空中n＝1，但是等離子體的存在或者更具體地說(shuō)是一群自由電子的存在導(dǎo)致了折射率的下降或是空腔諧振頻率v0，0，q的明顯提高(平移)。對(duì)于給定的模式q，頻率的平移可能與折射率n有關(guān)，隨后的(集成)電子密度<ne>可由下列方程表示⟨ne⟩≅8π2ϵ0e2v0Δv---(2)]]>對(duì)于v0＞＞ωpe/2π成立。要了解更多的細(xì)節(jié)，使用上述系統(tǒng)來(lái)測(cè)量等離子體電子密度在國(guó)際(專(zhuān)利)申請(qǐng)PCT/US00/19539(根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利60/144880)、國(guó)際(專(zhuān)利)申請(qǐng)PCT/US00/19536(根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利60/144883)、國(guó)際(專(zhuān)利)申請(qǐng)PCT/US00/19535(根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利60/144878)、國(guó)際(專(zhuān)利)申請(qǐng)PCT/US00/19540(根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利60/166418)中有所說(shuō)明，上述專(zhuān)利在此都通過(guò)引用被包含進(jìn)來(lái)。
除了監(jiān)測(cè)等離子體電子密度以外，監(jiān)測(cè)處理室內(nèi)的等離子體化學(xué)特性也是很有好處的。特別地，監(jiān)測(cè)處理室壁上聚合薄膜的形成是很有好處的，聚合薄膜的形成是吸收了等離子體化學(xué)物質(zhì)、包括蝕刻產(chǎn)物的襯底表面化學(xué)物質(zhì)、光致抗蝕劑(襯底掩膜材料)化學(xué)物質(zhì)以及壁化學(xué)物質(zhì)之間復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物而引起的。當(dāng)室內(nèi)的薄膜生長(zhǎng)過(guò)量時(shí)，薄膜的內(nèi)應(yīng)力就會(huì)變得巨大從而導(dǎo)致剝落。室內(nèi)的薄膜剝落會(huì)在處理過(guò)程中造成特定的產(chǎn)物，這些產(chǎn)物會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)處理的襯底上的器件造成毀滅性的影響。為了對(duì)抗這個(gè)問(wèn)題，要對(duì)材料處理設(shè)備進(jìn)行周期性的停機(jī)與清理。需要一種精確的方法和設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)薄膜生長(zhǎng)，以避免有價(jià)值的襯底被破壞或是“工具故障”導(dǎo)致過(guò)高的運(yùn)行成本。
本發(fā)明提供了一種診斷工具，該工具被用來(lái)精確地監(jiān)測(cè)等離子體處理室內(nèi)的薄膜生長(zhǎng)，從而使得在處理室內(nèi)以高效的方式處理的器件具有可重復(fù)的質(zhì)量。
在圖1A中示出了符合本發(fā)明的等離子體處理系統(tǒng)10的一種實(shí)施例。等離子體處理系統(tǒng)10中包括一個(gè)等離子體室20以及一個(gè)用在等離子體室內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)30。所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中主要包括至少一個(gè)多模諧振腔35、電源60、檢測(cè)器70以及控制系統(tǒng)80。多模諧振腔35最好包括一個(gè)開(kāi)放式的諧振腔，該諧振腔帶有至少一個(gè)反射面，并且所述的反射面可以具有平面與/或非平面的幾何形狀。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，在等離子體室20內(nèi)提供了所述的反射面?；蛘咭部梢栽诘入x子體室20之外提供至少一個(gè)反射面。
等離子體室20主要包括一面基壁22、一面頂壁24以及包括第一側(cè)壁26和第二側(cè)壁27在內(nèi)的側(cè)壁。等離子室20還包括一個(gè)襯底固定器(或夾盤(pán)部件)28，該固定器具有一個(gè)晶片平面29-如襯底固定器28的上表面，在該平面上放置一個(gè)襯底14，以便在等離子體室20內(nèi)對(duì)該襯底進(jìn)行處理。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，多模諧振腔35包括與電源60相連的第一微波反射鏡40以及與檢測(cè)器70相連的第二微波反射鏡50。多模諧振腔在等離子體室20內(nèi)沿一根與襯底固定器28的晶片平面大致平行的軸延伸。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，第一微波反射鏡40帶有一個(gè)凹面42且被安裝在等離子體室20中。第二微波反射鏡50帶有一個(gè)凹面52并且也被安裝在等離子體室20中?；蛘?，反射鏡表面也可以是平坦與/或突起的表面。
在圖1A所示的實(shí)施例中，第一反射鏡40與等離子體室20的側(cè)壁26整合在一起，第二反射鏡50則與等離子體室20的側(cè)壁27整合在一起。第二微波反射鏡50的凹面52正對(duì)著第一微波反射鏡40的凹面42。當(dāng)反射鏡之間的距離等于反射鏡的曲率半徑時(shí)，這種幾何結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為共焦幾何結(jié)構(gòu)。在一種備選實(shí)施例中，反射鏡被排列成一種半共焦的結(jié)構(gòu)，其中第一反射鏡(由曲率半徑R的凹面構(gòu)成)與第二反射鏡間的距離為d＝R，所述的第二反射鏡由一個(gè)平面構(gòu)成。在一種備選實(shí)施例中，間距d被調(diào)節(jié)得與共焦結(jié)構(gòu)中兩面反射鏡的曲率半徑都不相同，也和半共焦結(jié)構(gòu)中第一反射鏡的曲率半徑不同。在一種備選實(shí)施例中，各面反射鏡的曲率半徑是獨(dú)立的。所述間距以及各曲率半徑的選擇對(duì)于那些精通諧振腔設(shè)計(jì)技術(shù)的人來(lái)說(shuō)是眾所周知的。
電源60與第一微波反射鏡40相連，并且被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生一個(gè)微波信號(hào)。多模諧振腔35中的微波信號(hào)最好沿著與襯底固定器28的晶片平面29大致平行的軸45延伸。控制系統(tǒng)80與電源60相連，并且被調(diào)節(jié)改變下列屬性中的至少一項(xiàng)輸出頻率、輸出功率、輸出相位以及電源60的工作狀態(tài)。例如，控制系統(tǒng)80可以令電源60在不同的時(shí)間改變其工作狀態(tài)，比如在等離子體室20中形成等離子體之前、之間或之后。
控制系統(tǒng)80還與檢測(cè)器70相連。檢測(cè)器70最好被設(shè)置來(lái)測(cè)量至少一個(gè)發(fā)射微波信號(hào)并提供發(fā)射信號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且檢測(cè)器70還被設(shè)置來(lái)測(cè)量至少一個(gè)反射微波信號(hào)并提供反射信號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)?；蛘?，檢測(cè)器70也可以被設(shè)置來(lái)測(cè)量至少一個(gè)發(fā)射微波信號(hào)并提供發(fā)射信號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)，或是檢測(cè)器70被設(shè)置來(lái)測(cè)量至少一個(gè)反射微波信號(hào)并提供反射信號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
圖1A所示的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)30的實(shí)施例中還包括與第二微波反射鏡50相連的檢測(cè)器70。檢測(cè)器70被設(shè)置來(lái)測(cè)量等離子體室20內(nèi)微波信號(hào)的真空諧振電壓?？刂葡到y(tǒng)80與檢測(cè)器70相連，并且被設(shè)置來(lái)比較第一測(cè)量真空諧振電壓與第二測(cè)量真空諧振電壓?？刂葡到y(tǒng)80被設(shè)置來(lái)判定第一測(cè)量真空諧振電壓與/或第二測(cè)量真空諧振電壓是否超過(guò)了一個(gè)門(mén)限值?？刂葡到y(tǒng)80還被設(shè)置來(lái)判定第一測(cè)量真空諧振電壓與第二測(cè)量真空諧振電壓之間的差值是否超過(guò)了一個(gè)門(mén)限值?？刂葡到y(tǒng)80最好還能測(cè)定信號(hào)頻率、信號(hào)幅度以及信號(hào)質(zhì)量(Q)。
在圖1A所示的實(shí)施例中，微波反射鏡40和50被浸在處理等離子體12中，并且凹面42和52彼此正對(duì)著對(duì)方。微波功率由電源60通過(guò)微波開(kāi)孔送至第一反射鏡40，檢測(cè)器70被設(shè)置通過(guò)與正對(duì)面的第二反射鏡50相連來(lái)監(jiān)測(cè)空腔傳輸。檢測(cè)器70可以與正對(duì)著有微波功率輸入的反射鏡的反射鏡相連，這正是圖1A中所示的情況，或者檢測(cè)器也可以與有微波功率輸入的反射鏡相連(即圖1A中的第一反射鏡40)。就像下文中將要進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的那樣，在微波輸入端、檢測(cè)器以及分別連接微波輸入端和檢測(cè)器的各反射鏡之間插入了微波窗，以保持等離子體處理室20內(nèi)的真空完整性。
圖1B示出了用于第一反射鏡40的微波窗組件90的詳細(xì)示意圖，該微波窗被用來(lái)提供從電源60經(jīng)過(guò)室壁26上的開(kāi)孔44到第一反射鏡40的耦合。最好再為第二反射鏡50提供一個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的窗口組件90，該窗口被用來(lái)提供從第二反射鏡50經(jīng)過(guò)室壁27上的開(kāi)孔到檢測(cè)器70的耦合。
圖1B中所示的微波窗組件90包括一個(gè)微波窗92，該微波窗被固定在窗緣94和第一反射鏡40的背面46之間。在圖1B所示的實(shí)施例中，窗口92被安裝在第一反射鏡40的背面46上的一個(gè)內(nèi)凹部分48中。微波窗92被安裝在設(shè)置于窗緣94上的第一O形環(huán)96以及設(shè)置在第一反射鏡40的背面46上的第二O形環(huán)97之間。多個(gè)固定器98被用來(lái)機(jī)械連接窗緣94與第一反射鏡40，使得微波窗92穩(wěn)固地安裝在第一反射鏡40的背面46上。窗口92位于波導(dǎo)開(kāi)孔95以及波導(dǎo)開(kāi)孔44的正中間，開(kāi)孔95延伸穿過(guò)窗緣94，開(kāi)孔44則延伸穿過(guò)第一反射鏡40。矩形波導(dǎo)開(kāi)孔44和95的尺寸對(duì)應(yīng)于特定的工作微波頻帶，并且利用EDM制造。通常，處理材料會(huì)形成在真空或窗口92的處理面上，但是處理材料形成的速度不同于它形成在暴露于等離子體的反射鏡面上的速度。微波窗92由電介質(zhì)材料制造，比如氧化鋁(藍(lán)寶石)、氮化鋁、石英、聚四氟乙烯(PTFE/Teflon)或Kapton。窗口92最好用藍(lán)寶石制造，因?yàn)樗c氧化蝕刻過(guò)程相容。
反射鏡40與50最好用鋁制造。在備選實(shí)施例中，最好對(duì)反射鏡40和50進(jìn)行10至50微米厚的陽(yáng)極氧化處理，或是用氧化釔(Y2O3)之類(lèi)的材料涂覆。
微波電源60最好是可以電子調(diào)節(jié)的壓控Gunn二極管振蕩器(VCO)。當(dāng)VCO的變?nèi)荻O管被直流電壓偏置時(shí)，VCO的輸出頻率可在某個(gè)頻譜范圍內(nèi)變化。因此，VCO的技術(shù)指標(biāo)中通常包括中心頻率、帶寬以及最小輸出功率。例如，在35GHz的頻率上，有一種商用VCO是LLC的Millitech(20 Industrial Drive East，South Deerfield，MA 01373-0109)供應(yīng)的WBV-28-20160RI Gunn二極管振蕩器。這種VCO的技術(shù)規(guī)格中包括35GHz的中心頻率、正負(fù)1GHz的帶寬以及40mW的最小輸出功率。偏置調(diào)節(jié)范圍一般從+25V延伸至-25V，調(diào)節(jié)該偏置電壓即可改變VCO的輸出頻率。在備選實(shí)施例中，可以結(jié)合上述VCO使用倍頻器(MUD-15-16F00)或三倍頻器(MUT-10-16F00)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高頻率的工作，如70GHz和105GHz。利用上述構(gòu)造就可以分別實(shí)現(xiàn)中心頻率70GHz、正負(fù)2GHz帶寬、最小輸出功率0.4至0.9mW以及中心頻率105GHz、正負(fù)3GHz帶寬、最小輸出功率0.4至0.7mW。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用了來(lái)自FarranTechnology LTD(Ballincollig，Cork，Ireland)的商用94GHz VCO(GV-10型)。GV-10型VCO具有94GHz的中心頻率，正負(fù)750MHz的帶寬，10mW的最小輸出功率以及-0至-25V的變?nèi)菡{(diào)節(jié)范圍。
檢測(cè)器70最好是一種通用的二極管檢測(cè)器，比如可以從LLC的Millitech購(gòu)得的那些。例如，DXP-15-RNFW0和DXP-10-RNFW0分別是使用在V頻帶(50至75GHz)和W頻帶(75至110GHz)中的通用檢測(cè)器。
圖1A中所示的本發(fā)明實(shí)施例帶有一個(gè)控制系統(tǒng)80，該控制系統(tǒng)中包括一個(gè)與電源60相連的鎖定電路82，以及檢測(cè)器70?？刂葡到y(tǒng)80最好能夠帶有一臺(tái)與鎖定電路82相連的計(jì)算機(jī)。鎖定電路82可以用來(lái)將微波電源60輸出的微波信號(hào)的頻率鎖定在一個(gè)預(yù)先選定的空腔諧振頻率上。鎖定電路82將一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)(比如1kHz、10mV幅度的方波)疊加在一個(gè)直流電壓上，該直流電壓充分接近某個(gè)電壓，并且相關(guān)的輸出VCO頻率與圖1A所示的諧振腔中反射鏡40和50之間的預(yù)定縱向頻率一致(即VCO的輸出頻率落在了選定的空腔諧振頻率的“包圍”之內(nèi))。檢測(cè)器70所檢測(cè)到的信號(hào)被提供給鎖定電路82，在鎖定電路中該信號(hào)代表空腔傳輸函數(shù)(傳輸功率對(duì)頻率)的第一導(dǎo)數(shù)。從檢測(cè)器70輸入到鎖定電路82的信號(hào)提供了一個(gè)誤差信號(hào)，根據(jù)該誤差信號(hào)就可以調(diào)節(jié)VCO偏置電壓的直流部分，從而將VCO輸出頻率驅(qū)動(dòng)到與預(yù)定縱向諧振的峰值相關(guān)的頻率上，如圖2所示。圖2提供了一種示例空腔傳輸函數(shù)(來(lái)自一種負(fù)極性檢測(cè)器)，該函數(shù)中顯示出若干縱向諧振以及各自的自由頻譜范圍(FSR)。圖2中所示的空腔傳輸可以通過(guò)在充分大于FSR的適當(dāng)頻率范圍上掃描VCO來(lái)獲得。
如上所述，在室20內(nèi)引入等離子體會(huì)造成圖2中所示的各個(gè)諧振的頻率偏移(即根據(jù)方程(1)當(dāng)電子密度提高或折射率下降時(shí)，圖2中的各個(gè)諧振(點(diǎn))會(huì)向右平移)。因此，一旦VCO的輸出頻率被鎖定在一個(gè)選定的空腔諧振點(diǎn)上，就可以記錄有與沒(méi)有等離子體時(shí)的直流偏置電壓，并根據(jù)電壓差和相應(yīng)的VCO校正來(lái)確定所選諧振點(diǎn)的頻率偏移。例如，在晶片處理中，每當(dāng)用于材料處理的處理工具收到一片新的晶片，就要在等離子體點(diǎn)燃之前記錄一次直流偏置電壓。此后，該測(cè)量值被作為真空諧振電壓。一旦形成了等離子體，就要以時(shí)間函數(shù)的形式為給定的晶片獲取直流偏置電壓，并記錄時(shí)變的電壓差或最終的電子密度(通過(guò)方程(2))。
然而，隨著材料薄膜在反射鏡40和50的表面上形成，真空諧振頻率以及相應(yīng)的空腔折射系數(shù)都將改變。實(shí)際上，真空空腔折射系數(shù)通常會(huì)提高，從而導(dǎo)致諧振向較低的頻率漂移。例如，圖3示出了直流偏置電壓隨平均薄膜厚度(或晶片數(shù)量)的典型變化。對(duì)于大多數(shù)材料薄膜和1mV的電壓分辨率來(lái)說(shuō)，可以從晶片至晶片或批次至批次地監(jiān)測(cè)壁膜生長(zhǎng)到5微米(精度)之內(nèi)。
圖4示出了監(jiān)測(cè)偏置電壓的方法流程圖，該偏置電壓代表了晶片至晶片的薄膜厚度。該過(guò)程從裝入晶片并為(處理)室準(zhǔn)備好處理?xiàng)l件(即抽空處理室，開(kāi)啟氣流等等)的步驟100開(kāi)始。一旦裝入了晶片，就選擇一個(gè)空腔諧振，并對(duì)鎖定電路編程以將VCO輸出頻率鎖定為所選的諧振頻率。
在步驟102，獲取發(fā)射與/或反射的測(cè)量數(shù)據(jù)。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟102至少要測(cè)量一個(gè)真空諧振電壓并記錄下來(lái)。
在步驟104中上述流程根據(jù)存儲(chǔ)在處理計(jì)算機(jī)上的處理方法繼續(xù)進(jìn)行。一旦處理完成或是在處理過(guò)程中的任意時(shí)刻，都可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。例如，將真空諧振電壓與為之前的晶片進(jìn)行的電壓測(cè)量值做比較，特別是與“干凈”的處理室真空諧振電壓做比較。
在步驟106，控制系統(tǒng)80判定測(cè)量數(shù)據(jù)是否顯示出室壁上的薄膜厚度有問(wèn)題。例如，控制系統(tǒng)80判斷真空諧振電壓是否超過(guò)了一個(gè)設(shè)定的門(mén)限值，該門(mén)限值對(duì)應(yīng)于一個(gè)薄膜厚度(比如500微米)。如果門(mén)限值未被達(dá)到，并且當(dāng)前批次還未完成-如步驟112中判定的那樣，那么就在步驟108中裝入下一晶片，并對(duì)其處理(即對(duì)下一晶片重復(fù)步驟100、102、104和106)。如果門(mén)限值被達(dá)到，那么就在步驟110置起警告標(biāo)志。如果當(dāng)前批次尚未完成，那么就在步驟108載入該批次中的下一晶片并對(duì)其處理(即重復(fù)步驟100、102、104和106)，直到當(dāng)前批次中所有的晶片都完成處理為止。在步驟114判斷警告標(biāo)志是否已經(jīng)被置起。如果警告標(biāo)志已被置起，那么就在步驟120通知操作員，并在進(jìn)行工具清理與預(yù)防性維護(hù)之后安排下一批次的處理。如果標(biāo)志未被置起，那么就在步驟116繼續(xù)進(jìn)行下一批次的襯底處理。
本發(fā)明提供了一種監(jiān)測(cè)等離子體室內(nèi)的壁膜的方法，如圖1A中所示。例如，等離子體室20包括一個(gè)多模諧振腔，該諧振腔帶有一個(gè)第一反射面、一個(gè)正對(duì)著第一反射面的第二反射面、一個(gè)與第一反射面相連且被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生微波信號(hào)的電源以及與第一反射面及第二反射面中的至少一個(gè)相連的檢測(cè)器。本發(fā)明的該方法包括的步驟有將電源輸出的微波信號(hào)頻率設(shè)置為一個(gè)諧振頻率，以及利用至少一個(gè)檢測(cè)器測(cè)量等離子體室內(nèi)的發(fā)射和/或反射微波能量。該方法還包括處理測(cè)量數(shù)據(jù)以及判斷測(cè)量數(shù)據(jù)是否超過(guò)了一個(gè)門(mén)限值的步驟。
在圖5中示出了符合本發(fā)明的等離子體處理系統(tǒng)10的一種備選實(shí)施例。該備選實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)10中包括許多與第一實(shí)施例中相同的部件。例如，等離子體處理系統(tǒng)10(圖5)中包括等離子體室20和用在等離子體室內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)30。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常包括至少一個(gè)多模諧振腔35、電源60、檢測(cè)器70以及控制系統(tǒng)80。多模諧振腔35最好包括一個(gè)開(kāi)放式的諧振腔，該諧振腔具有至少一個(gè)反射面，并且所述的反射面可以具有平面及/或非平面的幾何形狀。在圖示的實(shí)施例中，反射面被安裝在等離子體室20內(nèi)?；蛘?，也可以將至少一個(gè)反射面安裝在等離子體室20之外。
多模諧振腔通常包括一個(gè)第一微波反射鏡40和一個(gè)第二微波反射鏡50。
圖示的實(shí)施例還提供對(duì)入射到窗口92上的功率反射的監(jiān)測(cè)，其中微波功率通過(guò)窗口92耦合到諧振腔中。圖5示出了與圖1A非常相似的原理圖例，除了3端口定向耦合器130被插在微波輸入端(即VCO)60與輸入反射鏡40之間以外。3端口定向耦合器與第二檢測(cè)器140相連，后者則與控制系統(tǒng)80相連。范例3端口耦合器可從Millitech購(gòu)得，如CL3-15-R2000N和CL3-10-R2000N，分別用于V頻帶和W頻帶應(yīng)用場(chǎng)合。圖5中所示的3端口耦合器130使得人們能夠截取與功率成比例的信號(hào)，該功率和從窗口92反射回來(lái)的微波信號(hào)以及空腔發(fā)射信號(hào)有關(guān)?；蛘咭部梢允褂?端口耦合器來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)射及反射信號(hào)。
作為對(duì)圖4中所示程序的替代方案，如果均勻性不在規(guī)定的限度內(nèi)，就在中途中止某個(gè)批次的處理。在這種實(shí)施例中，當(dāng)晶片襯底被重新裝入時(shí)系統(tǒng)會(huì)跟蹤哪些晶片仍需要被處理。
這里需要指出的是，本文中所描述及說(shuō)明的范例實(shí)施例提出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而并非要以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。
根據(jù)以上的講述，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種改進(jìn)與變型。因此應(yīng)該理解，在附帶權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，可以本文中所詳細(xì)說(shuō)明的方式不同的方式來(lái)運(yùn)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種使用在等離子體室中的壁膜監(jiān)測(cè)器，所述的壁膜監(jiān)測(cè)器包括至少一個(gè)多模諧振腔；與所述的至少一個(gè)多模諧振腔相連的電源，所述的電源被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，該激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述多模諧振腔的至少一種模式；與所述的至少一個(gè)多模諧振腔相連的檢測(cè)器，所述的檢測(cè)器被設(shè)置來(lái)測(cè)量所述的激勵(lì)信號(hào)；以及與所述的檢測(cè)器相連的一個(gè)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被設(shè)置來(lái)將至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)與一個(gè)對(duì)應(yīng)于壁膜厚度的門(mén)限信號(hào)做比較。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)多模諧振腔中包括至少一個(gè)反射面，該反射面適用于被提供在等離子體室內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)多模諧振腔中包括至少一個(gè)反射面，該反射面適用于被提供在等離子體室外。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的第二反射鏡的所述凹面與所述第一鏡的所述凹面相對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的電源被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生多個(gè)微波信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)多模諧振腔包括至少一個(gè)反射鏡，該反射鏡具有適用于反射所述微波信號(hào)的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)反射鏡還包括具有凹面、平面及凸面中的至少一種的反射鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)反射鏡還包括具有凹面且適用于安裝在等離子體室內(nèi)的第一反射鏡；具有凹面且適用于安裝在等離子體室內(nèi)的第二反射鏡，所述第二反射鏡的所述凹面與所述第一反射鏡的第一凹面相對(duì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的檢測(cè)器被設(shè)置來(lái)測(cè)量至少一個(gè)反射微波信號(hào)，并提供反射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)多模諧振腔中包括至少一面帶有開(kāi)孔的反射鏡，該開(kāi)孔適合于發(fā)射所述的微波信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的檢測(cè)器被設(shè)置來(lái)測(cè)量至少一個(gè)發(fā)射微波信號(hào)并提供發(fā)射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的發(fā)射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)包括下列項(xiàng)目中的至少一項(xiàng)幅度數(shù)據(jù)、頻率數(shù)據(jù)、相位數(shù)據(jù)以及定時(shí)數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的控制系統(tǒng)將發(fā)射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)與所述的對(duì)應(yīng)于壁膜厚度的門(mén)限信號(hào)進(jìn)行比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的發(fā)射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)中包括至少一個(gè)真空諧振電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的反射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)中包括下列項(xiàng)目中的至少一項(xiàng)幅度數(shù)據(jù)、頻率數(shù)據(jù)、相位數(shù)據(jù)以及定時(shí)數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的控制系統(tǒng)將反射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)與所述的對(duì)應(yīng)于壁膜厚度的門(mén)限信號(hào)進(jìn)行比較。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的反射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)中包括至少一個(gè)真空諧振電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的控制系統(tǒng)被設(shè)置來(lái)判斷一個(gè)測(cè)量真空諧振電壓是否超過(guò)了對(duì)應(yīng)于壁膜厚度的所述門(mén)限信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的電源通過(guò)所述等離子體室壁上的開(kāi)孔耦合到所述的至少一個(gè)多模諧振腔中。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，還包括第一微波窗與第二微波窗中的至少一個(gè)，第一微波窗安裝在所述的電源與所述的至少一個(gè)多模諧振腔之間，第二微波窗則安裝在所述的檢測(cè)器與所述的至少一個(gè)多模諧振腔之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的第一微波窗與所述的第二微波窗都由電介質(zhì)材料制成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的第一微波窗與所述的第二微波窗都由氧化鋁、氮化鋁、石英、聚四氟乙烯和Kapton中的至少一種制成。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，還包括安裝在所述電源與所述至少一個(gè)多模諧振腔之間的定向耦合器，所述的定向耦合器被設(shè)置來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)往所述至少一個(gè)多模諧振腔的發(fā)射功率以及來(lái)自所述至少一個(gè)多模諧振腔的反射功率中的至少一個(gè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的電源包括至少一個(gè)壓控振蕩器。
25.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的檢測(cè)器包括至少一個(gè)二極管。
26.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的檢測(cè)器包括至少一個(gè)二極管。
27.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)反射平面中含有鋁。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)反射面經(jīng)過(guò)了陽(yáng)極氧化。
29.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的至少一個(gè)反射面中含有氧化釔。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的控制系統(tǒng)適合于改變輸出頻率、輸出功率、輸出相位以及所述電源的工作狀態(tài)中的至少一項(xiàng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的控制系統(tǒng)被設(shè)置來(lái)為所述的多模諧振腔確定第一模式的標(biāo)稱(chēng)頻率，并將所述電源的輸出頻率改變?yōu)榛镜扔谒鰳?biāo)稱(chēng)頻率的值。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述的控制系統(tǒng)還被設(shè)置從所述的檢測(cè)器接收一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，并向所述的電源提供一個(gè)相應(yīng)的誤差信號(hào)以調(diào)節(jié)電源的輸出頻率。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壁膜監(jiān)測(cè)器，其中所述至少一個(gè)多模諧振腔沿著與襯底固定器的晶片平面大致平行的軸延伸，其中襯底固定器安裝在等離子體室內(nèi)。
34.一種等離子體處理系統(tǒng)，包括一個(gè)等離子體室；以及一種用在所述等離子體室內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括至少一個(gè)多模諧振腔；與所述的至少一個(gè)多模諧振腔相連的電源，所述的電源被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，該激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述多模諧振腔的至少一種模式；與所述的至少一個(gè)多模諧振腔相連的檢測(cè)器，所述的檢測(cè)器被設(shè)置來(lái)測(cè)量所述的激勵(lì)信號(hào)；以及與所述的檢測(cè)器相連的一個(gè)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被設(shè)置來(lái)將至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)與一個(gè)對(duì)應(yīng)于壁膜厚度的門(mén)限信號(hào)做比較。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述的電源通過(guò)等離子體室壁上的開(kāi)孔耦合到所述的多模諧振腔。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述的檢測(cè)器通過(guò)等離子體室壁上的開(kāi)孔耦合到所述的多模諧振腔。
37.一種監(jiān)測(cè)等離子體室中壁膜的方法，該等離子體室中包括一個(gè)多模諧振腔、一個(gè)與多模諧振腔相連且被設(shè)置來(lái)產(chǎn)生微波信號(hào)的電源以及一個(gè)與多模諧振腔相連且被設(shè)置來(lái)提供發(fā)射測(cè)量數(shù)據(jù)及反射測(cè)量數(shù)據(jù)中的至少一種的檢測(cè)器，所述的方法包括下列步驟將晶片裝入等離子體室；將電源輸出的微波信號(hào)的頻率設(shè)為諧振頻率；測(cè)量等離子體室內(nèi)微波信號(hào)的第一真空諧振電壓；處理晶片；測(cè)量等離子體室內(nèi)微波信號(hào)的第二真空諧振電壓；以及用第一測(cè)量真空諧振電壓作為參考值來(lái)判斷第二測(cè)量真空諧振電壓是否超過(guò)了一個(gè)門(mén)限值。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括下列步驟將微波信號(hào)的頻率鎖定在一個(gè)預(yù)先選定的諧振頻率上；從檢測(cè)器接收一個(gè)檢測(cè)信號(hào)；以及向電源提供一個(gè)相應(yīng)的誤差信號(hào)以便將微波信號(hào)的輸出頻率調(diào)節(jié)到與預(yù)先選定的縱向諧振峰值相關(guān)的頻率。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述的門(mén)限值對(duì)應(yīng)于一個(gè)預(yù)定的等離子體室壁膜厚度。
全文摘要
一種壁膜監(jiān)視系統(tǒng)，包括在一個(gè)等離子體處理室內(nèi)的第一和第二微波反射鏡，各反射鏡具有一個(gè)凹面。第二反射鏡的凹面正對(duì)著第一反射鏡的凹面。一個(gè)電源耦合到第一反射鏡并且產(chǎn)生一個(gè)微波信號(hào)。一個(gè)檢測(cè)器連接到第一和第二反射鏡中的至少一個(gè)，并且被配置為測(cè)量微波信號(hào)的真空諧振電壓。一個(gè)控制系統(tǒng)連接到檢測(cè)器，其比較第一測(cè)量電壓和第二測(cè)量電壓并確定第二電壓是否超過(guò)一個(gè)閾值。一種在等離子體室內(nèi)監(jiān)測(cè)壁膜的方法，包括把一個(gè)晶片裝入室內(nèi)，設(shè)置微波信號(hào)輸出的頻率為一個(gè)諧振頻率，并測(cè)量微波信號(hào)的第一真空諧振電壓。該方法包括處理所述晶片，測(cè)量微波信號(hào)的第二真空諧振電壓，并使用第一測(cè)量電壓作為參考電壓來(lái)確定第二測(cè)量電壓是否超過(guò)一個(gè)閾值。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1575405SQ02821122
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月24日
發(fā)明者埃里克·J·斯特朗, 理查德·帕森斯 申請(qǐng)人:東京電子株式會(huì)社