專利名稱：使用光發(fā)射光譜儀的原位劑量監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式主要涉及處理襯底的方法和裝置。具體地說，本發(fā)明的 實施方式涉及用于在半導(dǎo)體襯底的等離子體處理過程中監(jiān)控-一種或多種物種 的劑量的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在等離子體處理諸如等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝、高密 度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)工藝、等離子體浸入離子注入工藝(Pin) 和等離子體刻蝕工藝期間，控制離子劑量是很重要的。集成電路制造中離子注 入工藝尤其需要以在半導(dǎo)體襯底上獲得預(yù)期離子劑量的設(shè)備和控制系統(tǒng)。
離子注入的劑量一般指通過被處理的襯底的虛擬表面平面的每單位面積 的離子總數(shù)。注入的離子本身在整個襯底體積上分布。注入的離子密度(每單 位體積的離子數(shù))的主要變化沿離子通量的方向發(fā)生，通常相對于襯底表面的 垂直方向(垂直)。沿垂直方向的離子密度分布(每單位體積的離子)稱為離 子密度深度輪廓。用于調(diào)整離子劑量(每單位面積的離子)的儀器和控制系統(tǒng) 常稱為劑量測定。
可以在離子束注入裝置和等離子體浸入離子注入裝置中執(zhí)行離子注入。產(chǎn) 生窄離子束的離子束注入裝置，必須在襯底的表面上光柵掃描，通常一次僅注 入單獨的原子物種。對所述裝置中的離子電流精確測量并對時間積分來計算實 際的劑量。由于全部離子束撞擊襯底并且由于該離子束中的原子物種已知，因 此，可以精確確定離子注入劑量。這在離子束注入裝置中是很重要的，原因在 于它使用DC離子源，該DC離子源經(jīng)歷輸出電流的明顯漂移，以及離子注入 裝置中使用的不同柵極和電極也漂移(由于DC源易于使沉積的材料聚集在各 部件表面上)。相應(yīng)地，精確的劑量測定在離子束注入裝置中是很重要的。精 確監(jiān)控的離子束電流對時間積分來計算瞬時電流注入劑量，并且一旦該劑量達 到預(yù)定目標(biāo)值就停止工藝。
5相反，等禽子體浸入離子注入反^^器在劑量測定存在問題。通常，入射在 襯底上的離子的原子重量不能被精確確定，原因在于所述反應(yīng)器應(yīng)用包含所需 離子注入物種和其他物種的前驅(qū)氣體。例如，由于純硼在室溫下是固體，因此 硼的等離子體浸入離子注入必須采用多物種氣體諸如B2H6作為等離子體前驅(qū) 物，以便硼和氫離子都入射在襯底上。因此，由測到的電流來確定硼劑量是困 難的。等離子體浸入離子注入反應(yīng)器中實施劑量測定的其他困難在于等離子體 離子連續(xù)撞擊整個襯底，從而難以在到達襯底的總離子電流的襯底上方實現(xiàn)直 接測量。替代地，該劑量必須由對很小面積進行測量而間接推斷。在一些等離 子體浸入離子注入反應(yīng)器中遇到的另一困難是腔室中的電磁噪聲或干涉的存
在，這可能妨礙離子電流的精確測量。這對于應(yīng)用RF (射頻)等離子體源功 率或RF等離子體偏置功率的反應(yīng)器來說尤其明顯。
應(yīng)用DC (或脈沖DC)等離子體源功率的等離子體浸入離子注入反應(yīng)器 由于來自等離子體的物質(zhì)沉積在內(nèi)部反應(yīng)器組件上導(dǎo)致等離子體離子電流容 易漂移。因此所述反應(yīng)器需要精確的實時劑量測定。通過在晶圓支撐基座中或 在襯底外圍外部的陰極中提供小孔，使等離子體離子通過并到達陰極的內(nèi)部體 積中已經(jīng)解決了該問題。電極一般稱為法拉第杯(Faradycup)，面向孔并被 偏置以收集通過該孔的離子。陰極的內(nèi)部可被抽空至比等離子體腔室略低的壓 力以確保通過孔的離子的有效收集。陰極內(nèi)部的電流傳感器測量離子收集電極 和其偏置源之間的電流。該電流可用作劑量測定測量的基礎(chǔ)。所述設(shè)置的一個 問題在于電流測量不能區(qū)分不同的原子物種，并由此不能提供關(guān)心物種(例如， 硼)的準(zhǔn)確測量。另一問題在于測到的電流從電流傳感器傳輸?shù)酵獠靠刂破骰?處理器可能由于等離子體反應(yīng)器的噪聲電磁環(huán)境而被失真。
另一問題在于陰極中的孔對理想的等離子體環(huán)境造成干擾，原因在于該孔 可能扭轉(zhuǎn)襯底外圍的鄰近電場。而且，通過該孔的等離子體可能引起一些問題， 通過濺射孔表面或者通過在孔內(nèi)部體積表面上沉積，需要孔內(nèi)部的定期清洗。
應(yīng)用RF等離子體源功率的等離子體浸入離子注入反應(yīng)器中，精確或?qū)崟r 劑量測量通常不重要。這部分由于RF等離子體對沉積在內(nèi)部腔室部件上的材 料是相對不滲透的，從而，與應(yīng)用DC等離子體源的反應(yīng)器相比，晶圓表面上 的離子通量不會明顯漂移。而且，所述反應(yīng)器中的實時劑量測量是困難的。例 如，當(dāng)離子電流測量傳輸?shù)酵獠靠刂破骰蛱幚砥鲿r，所述反應(yīng)器的苛刻的RF環(huán)境將使在陰極內(nèi)部(如上所述)的離子電流測量失真。為了避免這種問題， 注入劑量可根據(jù)到達目標(biāo)劑量需要的預(yù)計或估計時間來可靠地控制。然而，實 時劑量控制隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸變得越來越小而更加需要。
因此，需要在等離子體處理腔室，諸如RF等離子體浸入離子注入反應(yīng)器 中的精確實時劑量測定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要提供用于在不同的處理腔室中的等離子體處理期間監(jiān)控離子 劑量的方法和裝置。
本發(fā)明的一個實施方式提供一種用于處理襯底的方法，包括獲得在等離子 體反應(yīng)器中產(chǎn)生的等離子體的至少一種屬性和等離子體的一種或多種離子的 劑量之間的相關(guān)性，其中等離子體反應(yīng)器配置為執(zhí)行等離子體工藝，以及等離 子體反應(yīng)器包括配置為監(jiān)控等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生的等離子體的至少一種屬 性的傳感器，在等離子體反應(yīng)器中定位襯底，在等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生等離子 體以開始等離子體工藝，使用傳感器獲得等離子體的至少一種屬性的實時值， 以及根據(jù)等離子體的至少一種屬性的實時值和等離子體的至少一種屬性和等 離子體中的一種或多種離子的劑量之間的相關(guān)性來確定等離子體工藝的終點。
本發(fā)明的另一實施方式提供一種用于處理襯底的裝置，其包括限定處理容 積的處理腔室；定位在處理容積中的導(dǎo)電支撐基座，連接至氣體儀表盤并平行 導(dǎo)電支撐基座定位的氣體分配組件，其中RF等離子體偏置功率源耦接在氣體 分配組件和導(dǎo)電支撐基座之間，與處理容積流體連接的環(huán)形等離子體源，配置 為監(jiān)控處理容積中產(chǎn)生的等離子體的一種或多種屬性的傳感器，以及耦接至傳 感器的控制器，其中控制器配置為接收并分析來自傳感器的信號。
本發(fā)明的再一實施方式提供一種用于將預(yù)期劑量的元素注入到襯底的方 法，其包括提供具有配置為監(jiān)控激發(fā)態(tài)的元素的屬性的傳感器的等離子體反應(yīng) 器，生成該元素的屬性和該元素的劑量值之間的相關(guān)性，在等離子體反應(yīng)器中 定位襯底，在等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生包含激發(fā)態(tài)元素的等離子體，使用傳感器 獲得元素的實時劑量值，使用元素的屬性和元素的劑量值之間的相關(guān)性來確定 元素的實時劑量值，以及當(dāng)實時劑量值在預(yù)期值的誤差范圍內(nèi)時終止等離子 體。


因此為了得到并可詳細理解本發(fā)明的以上所述特征，將參照附圖中示出的 實施方式對以上簡要概述的本發(fā)明進行更具體的描述。然而，值得注意，由于 本發(fā)明可以允許其他等效實施例，因此附圖僅示出本發(fā)明的典型實施例，并不 意在限定其范圍。
圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的等離子體腔室的截面等視
圖2示意性示出圖1的等離子體腔室的俯視等視圖； 圖3示意性示出硼離子密度分布關(guān)于深度的結(jié)果圖； 圖4示意性示出硼注入的劑量和測得的摻雜劑峰強度之間的線性關(guān)系圖； 圖5示意性示出注入工藝期間等離子體中的離子物種的峰強度； 圖6示意性示出硼注入工藝的PIIT (峰強度對時間積分)和劑量值之間的 線性關(guān)系；
圖7示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于等離子體工藝的終點 檢測的方法；
圖8示意性示出使用含硼等離子體的工藝中的腔室壓力與測得的硼峰強 度的關(guān)系圖。
為了便于理解，盡可能使用相同的附圖標(biāo)記來表示圖中共同的相同元件。 預(yù)期在一個實施方式中公開的所述元件可以方便地使用在其他實施方式中，而 不進一步敘述。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方式提供用于在等離子體工藝中監(jiān)控離子劑量的方法和實 施所述方法的裝置。
圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的等離子體腔室1的橫截面等 視圖。等離子體腔室1可配置用于等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工 藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)工藝、離子注入工藝、刻蝕工 藝和其他等離子體工藝。
等離子體反應(yīng)器1包括耦接至等離子體腔室1的主體3的環(huán)形等離子體源100。主體3包括耦接至蓋子10和底部15的側(cè)壁5，并限定內(nèi)部容積20。在 2002年6月5日提交的，在2005年9月6日授權(quán)的美國專利No. 6,939，434中， 以及在2004年2月24日提交的，在2005年5月17日授權(quán)的美國專利No. 6,893,907中可以找到等離子體腔室1的其他實施例，在此引入兩個專利的全 部內(nèi)容作為參考。
內(nèi)部容積20包括形成在氣體分配組件200和襯底支架300之間的處理區(qū) 25。抽吸區(qū)30圍繞襯底支架300的一部分。抽吸區(qū)30通過設(shè)置在底部15中 形成的端口 45中的閥35與真空泵40選擇連接。在一個實施方式中，閥35 是節(jié)流閥，適于控制來自內(nèi)部容積20的氣體或蒸汽的流動并通過端口 45流到 真空泵40。在一個實施方式中，閥35在沒有使用O型環(huán)下操作，并在2005 年4月26日提交的美國專利申請公開號No. 2006/0237136中進一步描述，在 此引入其全部內(nèi)容作為參考。
環(huán)形等離子體源100設(shè)置在主體3的蓋子10上。在一個實施方式中，環(huán) 形等離子體源IOO包括具有一般"U"形的第一管道150A，以及具有一般"M" 形的第二管道150B。第一管道150A和第二管道150B每個分別包括至少一個 天線170A禾口 170B。天線170A和170B配置為分別在每個管道150A/150B的 內(nèi)部區(qū)域155A/155B內(nèi)形成龜感耦合等離子體。如圖2所示，每個天線 170A/170B可以是耦接至功率源，諸如RF功率源171A/171B的繞組或線圈。 RF阻抗匹配系統(tǒng)172A/172B還可以耦接至每個天線170A/170B。工藝氣體， 諸如氦、氬和其他氣體可以分別提供給每個管道150A、 150B的內(nèi)部容積區(qū)域 155A、 155B。在一個實施方式中，工藝氣體可包含含摻雜劑氣體，其提供給 每個管道150A/150B的內(nèi)部區(qū)域155A/155B。在一個實施方式中，工藝氣體可 從氣體儀表盤130B分配給環(huán)形等離子體源100。在另一實施方式中，工藝氣 體可從連接至形成在等離子體腔室1的主體3中的端口 55通過氣體分配組件 200分配。
在一個實施方式中，每個管道150A/150B的相對端耦接至形成在等離子 體腔室1的蓋子10中的各個端口 50A-50D (在該圖中僅示出50A和50B)。 在處理期間，工藝氣體提供給每個管道150A/150B的內(nèi)部區(qū)域155A/155B，以 及RF功率施加給每個天線170A/170B，以產(chǎn)生經(jīng)過端口 50A-50D和處理區(qū) 25的循環(huán)等離子體路徑。具體地，在圖1中，循環(huán)等離子體路徑經(jīng)過端口 50A到端口 50B，或反之亦然，經(jīng)過氣體分配組件200和襯底支架300之間的處理 區(qū)25。每個管道150A/150B包括耦接在管道150A/150B的各個端部和端口 50A-50D之間的等離子體通道部分400。在一個實施方式中，等離子體通道部 分400配置為分開并加寬形成在每個管道150A/150B內(nèi)的等離子體路徑。
氣體分配組件200包括環(huán)形壁210和有孔板220。環(huán)形壁210、有孔板220 和蓋子10限定增壓室230。有孔板220包括多個貫穿形成的對稱或不對稱圖 案的開口221。在一個實施方式中，含摻雜劑的工藝氣體可從連接至氣體儀表 盤130A的氣體分配組件200分配到處理區(qū)25。工藝氣體，諸如含摻雜劑氣體， 可從端口 55提供給增壓室230。 一般地，含摻雜劑氣體是包含摻雜劑雜質(zhì)原 子，諸如硼(硅中p型導(dǎo)電雜質(zhì))或磷(硅中n型導(dǎo)電雜質(zhì))和揮發(fā)性物種諸 如氟和/或氫的化學(xué)組成。因此，硼的氟化物和/或氫化物，磷化物或其他摻雜 劑諸如砷、銻等可以是摻雜劑氣體。例如，使用硼摻雜劑的情形下含摻雜劑氣 體可以包含三氟化硼(BF3)或乙硼垸(B2H6)。氣體可通過開口 221流入到 有孔板220下方的處理區(qū)25。在一個實施方式中，有孔板220是RF偏置以有 助于產(chǎn)生和/或維持處理區(qū)25中的等離子體。
襯底支架300包括上部板310和陰極組件320。上部板310具有配置為支 撐其上襯底的光滑襯底支撐表面310B。上部板310包括嵌入電極315，其連 接至DC功率源306以便于處理期間襯底和上部板310的襯底支撐表面310B 之間的靜電吸引。在一個實施方式中，嵌入電極315還可用作用于向處理區(qū) 25提供電容RF能量的電極。嵌入電極315可經(jīng)由RF阻抗匹配電路305B耦 接至RF偏置功率305A。
襯底支架300還可包括升降桿組件500，其包括多個升降桿510，配置為 通過選擇性升降并支撐上部板310上方的襯底來傳送一個或多個襯底。升降桿 510隔開以允許機械手葉片定位在二者之間。
圖2示意性示出圖1中所示的等離子體腔室1的俯視等視圖。等離子體腔 室1的側(cè)壁5具有襯底端口7，其可通過狹口閥(未示出)選擇性密封。工藝 氣體通過耦接至該端口 55的氣體儀表盤130A提供給氣體分配組件200。 一種 或多種工藝氣體可通過氣體儀表盤130B提供給第一和第二管道150A、 150B。
等離子體腔室1進一步包括控制器600，其配置為來監(jiān)控并控制等離子體 腔室1中執(zhí)行的工藝?？刂破?00可與一個或多個傳感器連接并配置為用于采樣、分析并存儲傳感器數(shù)據(jù)。'在一個實施方式中，控制器600可具有對不同工
藝執(zhí)行控制任務(wù)的能力?？刂破?00可連接至等離子體腔室1的操作零件并將 控制信號發(fā)送給操作零件?？刂破?00可通過根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)來調(diào)整工藝參數(shù) 而執(zhí)行閉合回路控制任務(wù)以實現(xiàn)預(yù)期的工藝結(jié)果。
如圖1所示，光發(fā)射光譜儀601與形成在主體3上的石英窗口相鄰設(shè)置。 光發(fā)射光譜儀601配置為定量測量來自等離子體腔室1內(nèi)產(chǎn)生的等離子體中的 激發(fā)物種的光發(fā)射。等離子體中的激發(fā)物種可能通過發(fā)射光從激發(fā)能級衰變回 較低的能級。由于不同原子能級之間的躍遷，發(fā)射光的波長可用于識別激發(fā)物 種、在一個實施方式中，發(fā)射光的強度可反應(yīng)包括一種或多種物種的等離子體 中的不同物種的濃度或分布。等離子體一般產(chǎn)生電磁輻射，其包括具有光譜波 長，即，從約180nm到約1100nm的發(fā)射。這些發(fā)射的一部分可通過光譜儀來 檢測，諸如光發(fā)射光譜儀601，或其他適宜的儀器諸如裝配有一個或多個光電 二極管的光譜過濾器的單色儀。
光發(fā)射光譜儀(OES) 601可包括相鄰石英窗口 6設(shè)置的透鏡602。透鏡 602可配置為將通過石英窗口 6的等離子體輻射準(zhǔn)直至連接至分光計604的光 纖603中。分光計604基于波長來光譜分離輻射并產(chǎn)生對于一個或多個空間分 離的波長的檢測信號?？刂破?00中的數(shù)據(jù)采集器可用于以周期采樣速率來采 集表示分離波長的數(shù)據(jù)，由此得到等離子體中的離子物種的特征。采集的數(shù)據(jù) 可進行處理并分析用于產(chǎn)生對RF等離子體偏置功率305A、 RF等離子體源功 率171A/171B、氣體儀表盤130A/130B、泵40，或等離子體1的其他可控組件 的控制信號來調(diào)整工藝參數(shù)，例如，壓力、功率強度、流速、工藝時間。
其他傳感器還可用于測量等離子體腔室1中的工藝屬性。在一個實施方式 中，配置為測量等離子體中的不同物種的分布的質(zhì)量分布傳感器605可定位在 氣體分配組件200中。在另一實施方式中，電壓/電流傳感器606可設(shè)置在RF 阻抗匹配電路305B和嵌入電極315之間以監(jiān)控提供給嵌入電極315的電流和 電壓。
在本發(fā)明的一個實施方式中，通過分光計，諸如光發(fā)射光譜儀601，測得 的等離子體的一種或多種離子物種的峰強度可用于監(jiān)控并控制等離子體工藝 中的一種或多種離子劑量，所述等離子體工藝例如，等離子體增強化學(xué)氣相沉 積(PECVD)工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)工藝、離子注入工藝、刻蝕工藝和其他等離子體工藝。
在--個實施方式中，含摻雜劑等離子體中的一種或多種離子物種的峰強度 可用于控制等離子體浸入離子注入工藝的劑量。
襯底上的離子注入的實際劑量可通過后工藝測量來確定，諸如二次離子質(zhì)
譜儀(SIMS)。離子注入完成時，襯底可利用SIMS來測量，其中襯底的較
小點被濺射而四極子質(zhì)譜儀感測二次離子發(fā)射作為濺射深度的函數(shù)以獲得關(guān)
于關(guān)心物種的深度的離子注入密度分布。圖3示意性示出測試襯底中硼注入密
度分布關(guān)于深度的結(jié)果，測試襯底在相同工藝條件在不同的時間周期，分別為
5秒、10秒、20秒、30秒和40秒注入硼。圖3的x軸表示襯底的測得點的深 度。y軸表示每立方厘米離子數(shù)的總硼濃度。每個襯底中的硼的實際劑量(每 平方厘米的離子數(shù))可通過總濃度對深度積分來計算。
-一般地，由OES測得的等離子體中的離子物種的峰強度隨著腔室壓力的 增加和RF偏置功率的功率級別的增加而顯著增加，例如，來自RF偏置功率 305A的功率級別。峰強度隨著處理氣體的流速的增加和RF功率源的功率級 別的增加而略微增加，例如，RF等離子體源171A/171B。
已經(jīng)觀察到在工藝參數(shù)保持相同的工藝期間摻雜劑的劑量與摻雜劑的峰 強度具有基本線性相關(guān)性。圖4示意性示出對于硼注入劑量和測得的摻雜劑峰 強度之間的線性關(guān)系。X軸表示使用光發(fā)射光譜儀在注入工藝期間的硼峰強度 (平均)。Y軸表示由襯底的SIMS測量計算的襯底中的硼濃度。如圖4所示， 硼濃度與硼峰強度基本成線性。
在本發(fā)明的一個實施方式中，關(guān)心物種的峰強度和該物種的劑量的線性相 關(guān)性，諸如圖4中所示的線性相關(guān)，可在工藝前獲得，以及估計的劑量可由在 工藝期間的峰強度測量和線性相關(guān)性獲得。
本發(fā)明的一個實施方式提供一種劑量控制方法，該方法通過使用關(guān)心物種 的峰強度測量來確定終點。
圖5示意性示出注入工藝期間等離子體中的離子物種的峰強度。X軸表示 時間。Y軸表示峰強度，其可使用OES測量。細線條區(qū)域的大小表示峰強度 和注入時間的乘積(下文稱為PUT)。在工藝期間，PIIT可通過測得的峰強 度對時間積分來計算?；揪€性相關(guān)在PUT和劑量之間己觀察到。
圖6示意性示出硼注入工藝的PIIT和劑量值之間的線性關(guān)系。X軸表示由從工藝的OES的峰強度測量計算的PIIT值。Y軸表示由在工藝后執(zhí)行的 SIMS的實際劑量測量。5個采樣襯底的成對劑量-PIIT表現(xiàn)為基本線性關(guān)系， 如通過實線y=2xl013x+9xl015表示。相應(yīng)地，等離子體工藝的劑量可由實時 PUT值和PUT和劑量之間的預(yù)定相關(guān)性原位確定。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于等離子體工藝的終點檢測的 方法700。
在步驟710，可確定一種或多種關(guān)心物種的劑量和相應(yīng)的一種或多種物種 的PIIT之間的相關(guān)性。該確定可通過執(zhí)行目標(biāo)工藝的大量測試運行來實施。 可以計算每個測試運行的PUT并且可以得到每個測試運行的實際劑量。在一 個實施方式中，可以用對多個成對的劑量-PIIT值的査找表的形式來獲得相關(guān) 性。對于給定的PIIT值可通過査詢查找表而獲得劑量。當(dāng)給定的PIIT值落入 在査找表中的兩個PUT值之間時，對相應(yīng)的劑量可執(zhí)行插值。在另一實施方 式中，相關(guān)性可以用數(shù)學(xué)公式的形式，諸如線性多項式而獲得，以及給定PIIT 值的劑量可通過將給定的PUT值代入數(shù)學(xué)公式來獲得。
步驟720中，可以開始等離子體工藝。該步驟可包括在等離子體腔室中定 位襯底，抽空等離子體腔室，通入工藝氣體，和/或產(chǎn)生等離子體。
在步驟730， 一種或多種關(guān)心物種的峰強度可使用分光計，諸如OES來 周期性測量。
在步驟740，實時PUT值可通過每個峰強度測量對時間積分來計算。 在步驟750，實時劑量可使用實時PIIT值和預(yù)定相關(guān)性來確定。 在步驟760，可將實時劑量與預(yù)期劑量來比較。如果已經(jīng)獲得了預(yù)期劑量， 則在步驟770結(jié)束工藝。如果預(yù)期計量仍未獲得，則工藝繼續(xù)。在一個實施方 式中，可執(zhí)行步驟765來根據(jù)實時峰強度和/或劑量值調(diào)整操作參數(shù)。
即使在等離子體中存在對稱漂移，當(dāng)預(yù)期峰強度隨著時間短期或長期增加 或減小時，方法700也可用于有效地調(diào)整注入時間來實現(xiàn)設(shè)定誤差極限內(nèi)的預(yù) 期劑量。因此，即使處理環(huán)境隨時間變化，方法700也提供生產(chǎn)的極大連續(xù)性。 在另一實施方式中，當(dāng)在工藝運行的中間發(fā)生等離子體中斷時，方法700 可用于"修復(fù)"襯底。
本發(fā)明迸一步提供通過監(jiān)控等離子體中的一種或多種物種的峰強度來監(jiān) 控工藝菜單的方法。當(dāng)由于氣體、等離子體或工藝不穩(wěn)定和設(shè)定極限外的溢出導(dǎo)致的特定離子物種的峰強度不在設(shè)定的菜單內(nèi)時，諸如通過OES監(jiān)控的峰 強度，可用于阻斷工藝。 ''
如上所述，等離子體中的離子物種的峰強度隨著增加的腔室壓力而增加。
已經(jīng)觀察到通過OES測得的峰強度與腔室壓力基本成線性。圖8示意性示出 使用含硼等離子體的工藝中腔室壓力和測得的硼峰強度的關(guān)系圖。峰強度和腔 室壓力的線性關(guān)系可用于監(jiān)控工藝期間的等離子體壓力。可映射壓力條件以設(shè) 定峰強度的極限以及當(dāng)峰強度溢出設(shè)定的極限外時可阻斷該工藝。
在另一實施方式中，可監(jiān)控一種或多種離子物種的峰強度來確保準(zhǔn)確的氣 體以準(zhǔn)確的流速提供給腔室。
雖然本申請描述了硼(B)的離子注入，但本發(fā)明的方法和裝置可用于監(jiān) 控和控制砷(As)、磷(P)、氫(H)、氧(O)、氟(F)、硅(Si)和等 離子體工藝中使用的氣體物種的劑量。
雖然本發(fā)明的方法和裝置根據(jù)等離子體浸入離子注入工藝來描述，但本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)它適合于其他等離子體工藝，諸如等離子體增強化學(xué)氣 相沉積(PECVD)工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)工藝、 離子注入工藝和刻蝕工藝。
雖然前述針對本發(fā)明的實施方式，在不偏離本發(fā)明的基本精神范圍下，可 設(shè)計本發(fā)明的其他和進一步實施方式，本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種用于處理襯底的方法，包括獲得在等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生的等離子體的至少一種屬性和等離子體的一種或多種離子的劑量之間的相關(guān)性，其中等離子體反應(yīng)器配置為執(zhí)行等離子體工藝，以及等離子體反應(yīng)器包括配置為監(jiān)控等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生的等離子體的至少一種屬性的傳感器；在等離子體反應(yīng)器中定位襯底；在等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生等離子體以開始等離子體工藝；使用所述傳感器獲得等離子體的至少一種屬性的實時值；以及根據(jù)所述等離子體的至少一種屬性的實時值和所述等離子體的至少一種屬性和所述等離子體中的一種或多種離子的劑量之間的相關(guān)性來確定等離子體工藝的終點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括根據(jù)所述等離 子體的至少一種屬性的實時值和所述等離子體的至少一種屬性和等離子體中 的一種或多種離子的劑量數(shù)量之間的相關(guān)性來調(diào)整所述等離子體反應(yīng)器的參 數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述等離子體的至少一種 屬性由等離子體中的一種或多種離子的光發(fā)射強度來計算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述傳感器是光發(fā)射光譜儀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一種屬性是所述 光發(fā)射強度對時間的積分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述相關(guān)性是査找表。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種屬性是等離 子體中的離子物種的光發(fā)射強度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲得所述等離子體的至少 一種屬性和等離子體中的一種或多種離子的劑量數(shù)量之間的相關(guān)性，包括執(zhí)行所述等離子體工藝的多個測試運行并獲得對于每個所述多個測試運 行的所述等離子體的至少一個屬性；以及獲得對于所述多個測試運行的每個的實際劑量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進一步包括生成所述等離 子體的至少一種屬性和對于所述多個測試運行的每個的所述實際劑量之間的 相關(guān)性。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述等離子體工藝是等離 子體浸入離子注入工藝。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述一種或多種離子包 括硼、砷、磷、氫、氧、氟、硅、或其組合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述等離子體工藝包括等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、離子注入 工藝和等離子體刻蝕工藝其中之一。
13. —種用于處理襯底的裝置，包括 限定處理容積的處理腔室； 定位在處理容積中的導(dǎo)電支撐基座；連接至氣體儀表盤并平行于所述導(dǎo)電支撐基座定位的氣體分配組件，其中 射頻等離子體偏置功率源耦接在氣體分配組件和導(dǎo)電支撐基座之間； 與所述處理容積流體連接的環(huán)形等離子體源；配置為監(jiān)控處理容積中產(chǎn)生的等離子體的一種或多種屬性的傳感器，以及 耦接至所述傳感器的控制器，其中該控制器配置為接收并分析來自傳感器 的信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述傳感器是光發(fā)射光 譜儀。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述光發(fā)射光譜儀定位 在形成于所述處理腔室上的窗口外。
16. —種用于將預(yù)期劑量的元素注入到襯底中的方法，包括 提供具有配置為監(jiān)控激發(fā)態(tài)的元素的屬性的傳感器的等離子體反應(yīng)器； 生成該元素的屬性和該元素的劑量值之間的相關(guān)性； 在等離子體反應(yīng)器中定位襯底，在等離子體反應(yīng)器中產(chǎn)生包含激發(fā)態(tài)元素的等離子體； 使用傳感器獲得元素的實時劑量值；使用元素的屬性和元素的劑量值之間的相關(guān)性來確定元素的實時劑量值；以及當(dāng)實時劑量值在預(yù)期值的誤差范圍內(nèi)時終止等離子體。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述屬性從激發(fā)態(tài)的所 述元素的光發(fā)射強度來獲得。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述屬性是所述光發(fā)射 強度對時間的積分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，生成所述相關(guān)性包括 執(zhí)行多個所述注入的測試運行并監(jiān)控對于所述多個測試運行每個的所述元素的屬性；以及獲得所述多個測試運行每個的實際劑量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，進一歩包括生成所述元 素的屬性和所述實際劑量的査找表。
全文摘要
本發(fā)明主要提供了用于在等離子體工藝期間監(jiān)控離子劑量的方法和裝置。本發(fā)明的一個實施方式提供一種用于處理襯底的方法，包括生成所述等離子體的至少一種屬性和劑量數(shù)量之間的相關(guān)性。
文檔編號H01J37/317GK101308770SQ20081000821
公開日2008年11月19日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者塞奧-米·喬, 馬耶德·A·福阿德 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司