專利名稱：用發(fā)射光譜學/殘余氣體分析儀結合離子電流的劑量測定的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例主要涉及處理基板的方法和裝置。尤其涉及半導體基板 的等離子體工藝過程中一個或多個元素的劑量監(jiān)控的方法和裝置。
背景技術：
在等離子體工藝中控制離子劑量是很重要的，例如等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)工藝、高密度等離子體化學汽相沉積(HDPCVD)工藝、等離 子體浸沒離子注入工藝(P3I)和等離子體蝕刻工藝。集成電路制作中的離子 注入工藝尤其需要以在半導體基板上獲得理想的離子劑量的儀器和控制。離子注入中的劑量主要指通過處理中的基板的虛曲面的每單元面積的離 子總量。注入的離子分布在基板的整體體積中。注入的離子密度(每單位體積 的離子量)沿著離子流的方向發(fā)生主要變化，離子流方向通常為相對于基板表 面正交(垂直的)的方向。沿垂直方向的離子密度(每單位體積的離子數(shù))的 分布稱為離子注入深度剖面。調節(jié)離子注入劑量(每單位面積的離子量)的儀 器和控制系統(tǒng)有時稱為劑量測定。離子注入可在離子束注入裝置和等離子體浸沒離子注入裝置中完成。產(chǎn) 生必須在基板表面經(jīng)過光柵掃描的窄離子束的離子束注入裝置通常每次只注 入單一的原子元素。精確測量這種裝置中的離子電流并對時間進行積分以計算 實際劑量。因為整個離子束都進入基板且離子束中的原子元素已知，因此離子 注入量能精確的測量。在離子束注入裝置中這一點至關重要，因為其采用了在 輸出電流中會有顯著偏移的直流離子源，且在束注入器中采用的各種柵格和電 極也偏移(由于直流源易于受組件表面上沉積的材料的聚集物的影響)。因此， 離子束注入裝置中精確的劑量測定是至關重要的。將精確監(jiān)控的離子束電流對 時間進行積分以計算瞬時電流注入劑量，且一旦劑量達到預定的目標值則停止 工藝。相比之下，等離子體浸沒離子注入反應器在劑量測定上存在一個難題。通常基板上的入射離子的原子量不能精確測量，因為這樣的反應器采用包含所 需離子注入元素和其它元素的氣體前體。例如，由于純硼在室溫下是固體，對 硼的等離子體浸沒離子注入必須采用多元素氣體如B2H6作等離子體前體，這樣 硼和氫離子都留在基板上。結果，從測量電流中得到硼的劑量很困難。在等離 子體浸沒離子注入反應器中實現(xiàn)劑量測定的另一個難點是等離子體離子不斷 的撞擊整個基板，因此在到達基板的整個離子流的基板上方很難實現(xiàn)直接測量 法。反之，只能從很小面積上得到的測量間接推斷劑量。這尤其適用于采用RF (射頻)等離子體電源或RF等離子體偏壓電源的反應器。采用直流(或脈沖直流)等離子體電源的等離子體浸沒離子注入反應器 對等離子體離子流中來自等離子體的內(nèi)在反應器組件上材料的沉積導致的偏 移很敏感。這樣的反應器因此需要精確的實時劑量測定。這個問題已經(jīng)通過在 晶片支撐基座或基板外圍外的陰極上提供一個小孔得到解決，使等離子體離子 穿進陰極的體積內(nèi)。有時被稱為法拉第杯的電極對著該孔，并設置偏壓以聚集 通過小孔的離子。陰極內(nèi)部可以抽空到比等離子體室稍低的氣壓以確保有效的 聚集通過小孔的離子。陰極內(nèi)的電流傳感器測量離子聚集電極和偏壓電源之間 的電流。此電流能用作劑量測定法的基礎。這種配置的一個問題是不同原子元 素之間的電流測量無法區(qū)分，因此不能提供對所關心元素(如硼)的精確測量。 另一個問題是從陰極內(nèi)的電流傳感器到外部控制器或處理器的測量電流的傳 輸可能由于等離子體反應器的嘈雜電磁環(huán)境而失真。另一個問題是陰極內(nèi)的孔對理想的等離子體環(huán)境構成了干擾，因為該孔 能使基板外圍附近的電場失真。此外，穿過小孔的等離子體通過噴濺小孔表面 或在小孔內(nèi)表面沉積也能引發(fā)問題，需要對小孔內(nèi)部進行定期清洗。在采用RF等離子體電源的等離子體浸沒離子注入反應器中，精確的或實 時的劑量測量通常不是特別重要。這要部分歸因于RF等離子體相對不受內(nèi)室 組件上的材料沉積影響，因此晶片表面的離子流與采用直流等離子體源的反應 器相比沒有顯著偏移。而且，在這樣的反應器中實時的劑量測量是困難的。例 如，這種反應器的惡劣的射頻環(huán)境將使陰極(如上所述)內(nèi)獲得的離子流測量 在傳到外部控制器或處理器的過程中失真。為避免這種問題，基于達到目標注 入劑量而預知的或評估的時間，注入劑量能得到可靠的控制。然而，由于半導 體設備中的部件尺寸越來越小，因此越來越需要實時的劑量控制。因此，在等離子體處理室中需要精確的實時劑量測定，比如射頻等離子 體浸沒離子注入反應器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明主要提供等離子體工藝中實時控制離子劑量的方法和裝置。本發(fā)明的一個實施例提供了一種處理基板的方法，該方法包括定位反應 器中的基板，該反應器配置成實施等離子體工藝；通過給等離子體反應器施加 射頻偏壓在等離子體反應器中產(chǎn)生等離子體，啟動等離子體工藝；利用配置為 監(jiān)控在等離子體反應器中產(chǎn)生的等離子體的至少一個屬性的第一傳感器獲得 等離子體的至少一個屬性的值；利用配置成監(jiān)控配置為給等離子體反應器施加 射頻偏壓的射頻偏壓電源的至少一個屬性的第二傳感器獲得射頻偏壓電源的 至少一個屬性的值；以及從等離子體的至少一個屬性值與射頻偏壓源的至少一 個屬性值中確定等離子體中一個或多個離子元素的實時劑量值。本發(fā)明的另一個實施例提供了一種處理基板的裝置，該裝置包括限定工 藝體積的工藝室；安置在工藝體積內(nèi)的導電支撐基座；連接到氣板并與導電支 撐基座平行安置的氣體分配組件，其中射頻等離子體偏壓電源連接在氣體分配 組件和導電支撐基座之間；配置成監(jiān)控工藝體積內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的一個或多 個屬性的第一傳感器；配置成監(jiān)控射頻等離子體偏壓電源的一個或多個屬性的 第二傳感器；以及連接到第一和第二傳感器的控制器，其中控制器配置成接收 并分析來自第一和第二傳感器的信號。本發(fā)明的另一個實施例提供了一種將所需劑量的材料注入基板的方法， 該方法包括定位等離子體反應器中的基板，該等離子體反應器具有配置成在等 離反應器中產(chǎn)生等離子體的射頻偏壓源；利用射頻偏壓源產(chǎn)生包括等離子體反 應器中的材料的等離子體；利用配置成監(jiān)控等離子體反應器中的等離子體的一 個屬性的第一傳感器獲得等離子體中材料屬性的一個值；利用配置成監(jiān)控射頻 偏壓源的至少一個屬性的第二傳感器獲得射頻偏壓源至少一個屬性的值；利用 材料的屬性值和射頻偏壓源的至少一個屬性值來確定材料的實時劑量值；以及 當實時劑量值在所需劑量的誤差范圍內(nèi)時終止等離子體。


所以可以詳細理解上述本發(fā)明特征的方式，且可以參考實施例對本發(fā)明 的上述概要進行更詳細的描述，有些實施例在附圖中闡述。然而，值得一提的 是附圖只闡述了典型的實施例，因此不應理解為對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明 承認其它同樣有效的實施例。圖1示意性闡述了依照本發(fā)明的一個實施例的等離子體室的等距橫截面圖；圖2示意性的闡述了圖1中等離子體室的等距俯視圖； 圖3示意性的闡述了利用質量分布傳感器和電流傳感器監(jiān)控實時劑量的 示范性方法；圖4示意性的闡述了從饋電點到安置在等離子體附近的基板表面的電流/ 電壓轉換值的方法；圖5闡述了依照本發(fā)明的一個實施例的等離子體處理的端點檢測方法的 流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施例提供了等離子體工藝中控制實時離子劑量的方法和實現(xiàn) 該方法的裝置。圖1依照本發(fā)明的一個實施例示意性的闡述了等離子體室1的等距橫截 面圖。等離子體室1可為等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)工藝、高密度 等離子體汽相沉積(HDPCVD)工藝、離子注入工藝、蝕刻工藝以及其它離子工 藝進行配置。等離子體室1包括連接到等離子體室1的主體3的環(huán)形等離子體源100。 主體3包括連接到蓋子10和底部15的側壁5，該側壁限制了內(nèi)部體積20?？?以在于2002年6月5日遞交，于2005年9月6日授權的美國專利No. 6939434 和于2004年2月24日遞交，于2005年5月17日授權的美國專利No. 6893907 中找到其它的等離子體室1的例子，這里完整的引入這兩個專利作為參考。內(nèi)部體積20包括在氣體分配組件200和基板支撐300之間形成的處理區(qū) 25。抽吸區(qū)30圍繞基板支撐300的一部分。抽吸區(qū)30通過設置在底部15中形成的端口 45中的閥35與真空泵40進行有選擇連接。在一個實施例中，閥 35在沒有0型環(huán)的情況下運行，且在于2005年4月26日遞交的美國專利申 請No. 2006/0237136中作了進一步描述，這里完整的引入該申請作為參考。環(huán)形等離子體源100設置在主體3的蓋子10上。在一個實施例中，環(huán)形 等離子體源100包括具有"U"型的第一導管150A和具有"M"型的第二導管 150B。第一導管150A和第二導管150B各分別包含至少一根天線170A和170B。 天線170A和170B配置為在各個導管150A/150B的內(nèi)部區(qū)155A/155B中分別形 成感應耦合等離子體。如圖2中所示，每根天線170A/170B可以使連接到電源 如射頻等離子體電源171A/172A的繞組或線圈。射頻阻抗匹配系統(tǒng)171B/172B 也可連接到每根天線170A/170B?？蓪⒐に嚉怏w如氦氣、氬氣和其它氣體分別 送入各個導管150A、 150B的內(nèi)部區(qū)155A、 155B。在一個實施例中，工藝氣體 可以包括包含有提供給各個導管150A/150B的內(nèi)部區(qū)155A/155B的氣體的摻雜 劑。在一個實施例中，工藝氣體可從氣板130B傳給環(huán)形等離子體源100。在 另一個實施例中，工藝氣體可從氣板130A通過氣體分配組件200傳輸，其中 氣板連接到等離子體室1的主體3中形成的端口 55。在一個實施例中，導管150A/150B的各個相對端連接到等離子體室1的 蓋子10中形成的各個端口 50A-50D (圖中只示出了 50A和50B)。處理過程中， 工藝氣體供應到各個導管150A/150B的內(nèi)部區(qū)155A/155B，射頻電源施加到每 根天線170A/170B，以產(chǎn)生通過端口 50A-50D和處理區(qū)25傳播的循環(huán)等離子 體通道。具體來說，在圖1中，循環(huán)等離子體通道穿過端口 50A到端口 50B， 或反之亦然，通過氣體分配組件200和基板支撐300之間的處理區(qū)25。每個 導管150A/150B包含連接到導管150A/150B的各端和端口 50A-50D之間的等離 子體管道裝置400。在一個實施例中，等離子體管道裝置400配置成分離并擴 展在各個導管150A/150B內(nèi)形成的等離子體通道。氣體分配組件200包括環(huán)形壁210和多孔板220。環(huán)形壁210和多孔板 220以及蓋子10限定穩(wěn)壓室230。多孔板220包括多個以對稱或非對稱形式形 成的開口 221。在一個實施例中，含有摻雜劑的工藝氣體可從連接到氣板130A 的氣體分配組件200傳送到處理區(qū)25。諸如含摻雜劑的氣體的工藝氣體可從 端口 55提供給穩(wěn)壓室230。通常，含摻雜劑的氣體是由摻雜劑雜質原子組成 的化學物質，如硼(硅中的P型導電性雜質)或磷(硅中N型導電性雜質)和揮發(fā)性元素如氟和/或氫。因此，硼氟化物和/或氫化物、磷化物或其它摻雜 劑元素如砷、銻等都可以是摻雜劑氣體。例如用硼摻雜劑的情形含摻雜劑的氣 體可以包含三氟化硼(BF:,)或乙硼烷(B晶)。該氣體可流過開口 221進入多孔板220下面的處理區(qū)25。在一個實施例中，多孔板220為射頻偏壓，以幫 助產(chǎn)生和/或維持處理區(qū)25中的等離子體。基板支撐300包括上層板310和陰極組件320。上層板310具有配置為支 撐其上的基板的平滑的基板支撐表面310B。上層板310包括連接到直流電源 306以促進工藝中上層板310的基板和基板支撐表面310B之間的靜電吸引力 的內(nèi)置電極315。在一個實施例中，內(nèi)置電極315也可用作給處理區(qū)25提供 電容性射頻能量的電極。內(nèi)置電極315可經(jīng)由射頻阻抗匹配電路305B連接到 射頻等離子體偏壓源305A?；逯?00也可包括升降桿組件500，升降桿組件包含多個配置成通過 舉起和支撐上層板310上的基板傳送一個或多個基板的升降桿，且隔開一定空 間允許在其之間安裝機械刀片。圖2示意性示出了圖1中所示等離子體室l的等距俯視圖。等離子體室 1的側壁5具有可由狹縫閥(圖中未示出)選擇性密封的基板端口 7。工藝氣 體由連接到端口 55的氣板130A供應到氣體分配組件200。 一種或多種工藝氣 體可通過氣板130B供應給環(huán)形源150A、 150B。等離子體室1還包括配置為監(jiān)控和控制在等離子體室1中實施的工藝的 控制器600。該控制器600可與一個或多個傳感器連接，且配置成采樣、分析 并存儲傳感數(shù)據(jù)。在一個實施例中，控制器600可有為不同工藝實現(xiàn)控制任務 的能力?？刂破?00可連接到等離子體室1的操作部分，并向操作部分發(fā)送控 制信號。控制器600通過根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調節(jié)處理參數(shù)可執(zhí)行閉環(huán)控制任務， 以得到想要的處理結果。在本發(fā)明的一個實施例中，控制器600可配置成實現(xiàn) 一種或多種元素的劑量控制、終點檢測和其它控制任務。在一個實施例中，射頻探針606安置在射頻阻抗匹配電路305B和內(nèi)置電 極315之間的饋電點607上。射頻探針606可為電壓/電流耦合器或定向耦合 器。射頻探針可由個別器械取代，如電壓探針和電流探針。射頻探針606可以 同時或幾乎同時測量射頻電壓、射頻電流和射頻電壓與射頻電流之間的瞬間阻 抗相角?？傠娏骰螂娏鲗嵅?總電流和阻抗相角余弦的乘積，或吸收的偏壓功率與偏壓的商)可直接測量或從射頻探針606的間接測量計算得到。測量電流可 為RMS (均方根)電流、峰值電流或峰峰電流。測量電流可用來估算離子劑量 率和/或劑量，而離子劑量率和/或劑量可用來控制劑量或確定終點。測量電 流可用作控制劑量率。等離子體處理過程中，由射頻探針606測量的射頻電流充分反應從接地 電極如多孔板220流向射頻偏壓電極如內(nèi)置電極315 (或設置在偏壓電極上的 基板)的輻板的電流總量。在本發(fā)明的一個實施例中，可以計算轉換，將饋電 點607處的射頻電壓/電流值轉換為設置在內(nèi)置電極315上的基板處的射頻電 壓/電流值。該轉換將依照圖4進行詳細描述。在一個實施例中，離子電流可以為對應最小射頻電壓值的射頻電流值。 利用射頻電壓最小值確定離子電流值的詳細說明可在由Mark A.Sobolewski 編著，2001年出版的Journal of Applied Physics, Volumne 90，(應用物理 學刊物，巻90)， No. 6， pp. 2660-2671的"High-density Plasma Using Radiao Frequency Current and Voltage Measurements (禾廿用身寸步員電流禾口電壓領!j量方 法測量高密度等離子體中的離子流)"中找到。然而從射頻探針606獲得的電流值通常不等于將執(zhí)行等離子體工藝的一 種或多種離子元素的電流，至少部分是因為在等離子體中有別的離子元素。例 如，在用B2H6作等離子體前體的等離子體注入過程中意欲將硼離子注入基板。 該等離子體可包括離子B"和H+且硼和氫離子都將留在基板上。從射頻探針606 獲得的電流值既包括硼離子也包括氫離子的電流。為獲得想要的硼的劑量，需 要獲得射頻探針測量的電流中硼電流相對于總離子電流的比率。在本發(fā)明的一個實施例中，利用配置成監(jiān)控等離子體反應器中產(chǎn)生的等 離體子體的質量分布傳感器可在原地獲得關心的一種或多種離子元素的比率。 質量分布傳感器可以是光學發(fā)射分光計、殘氣分析儀、地面質譜儀或任意合適 的傳感器。在圖1所示的一個實施例中，光學發(fā)射分光計601臨近在主體3中形成 的石英窗6設置。該光學發(fā)射分光計601配置成定量測量等離子體室1內(nèi)產(chǎn)生 的等離子體中受激元素的光學發(fā)射。等離子體中的受激元素從發(fā)射光的激發(fā)能 級向較低能級衰變。由于躍遷是在顯著不同的原子能級之間進行的，因此發(fā)射光的波長可用來鑒別受激元素。在一個實施例中，發(fā)射光的強度可反映包含一 種或多種元素的等離子體中不同元素的濃度或分布。等離子體通常產(chǎn)生電磁輻射，該電磁輻射包含具有光學譜中波長的發(fā)射光，如波長從約180nm到約 1100nm。這些發(fā)射光的一部分能被分光計檢測到，如光學發(fā)射分光計601或其 它合適的設備，如配備有一個或多個光電二極管的光譜過濾器的單色儀。光學發(fā)射分光計(OES) 601可包括設置在石英窗6附近的透鏡602。透 鏡602可配置成校準通過石英窗6進入連接到分光計604的光纖電纜603的輻 射。分光計604在光譜上基于波長將輻射分離，并為一個或多個空間分離的波 長產(chǎn)生檢測信號?？刂破?00中的數(shù)據(jù)采集器可用來收集反映分離的波長的數(shù) 據(jù)，從而以周期采樣率獲得等離子體中離子元素的屬性。處理并分析采集到的 數(shù)據(jù)以產(chǎn)生控制信號，該控制信號送往射頻等離子體偏壓源305A、射頻等離 子體電源171A/172A、氣板130A/130B、泵40或任意其它等離子體室1的可控 制組件以校準處理參數(shù)，例如壓力、功率密度、流速、工藝持續(xù)時間。在一個實施例中，圖1中所示的殘氣分析儀608可設置在側壁5上。該 殘氣分析儀608與處理區(qū)25流體連接，因此該殘氣分析儀608可分離、識別 并測量處理區(qū)25種所有元素的量。該殘氣分析儀608能監(jiān)控實時的等離子體 行為，并提供數(shù)據(jù)以計算等離子體中不同離子元素的比率。該殘氣分析儀608 連接到控制器600，控制器600可處理和分析從殘氣分析儀608處得到的測量 結果以產(chǎn)生控制信號，產(chǎn)生的控制信號提供給射頻等離子體偏壓源305A、射 頻等離子體電源171A/172A、氣板130A/130B、泵40或等離子體室1的任意其 它可控制組件用來校準處理參數(shù)，例如壓力、功率密度、流速或工藝持續(xù)時間。在另一個實施例中，質譜儀605配置成測量可安置在氣體分配組件200 中的等離子體中不同元素的分布。與殘氣分析儀608或光學發(fā)射分光計601 類似，質譜儀605可實時監(jiān)控等離子體并在等離子體工藝中給可執(zhí)行閉環(huán)控制 以得到想要結果的控制器600提供測量。在本發(fā)明的一個實施例中，質量分布傳感器，如光學發(fā)射分光計601、殘 氣分析儀608、質譜儀605或任意其它合適的設備，可與等離子體電流傳感器 如射頻探針606 —起使用，以監(jiān)控感興趣的一種或多種離子元素的實時劑量、 檢測終點或得到想要的處理結果。圖3示意性的闡述了利用質量分布傳感器連 同電流傳感器一起監(jiān)控實時劑量的一種示范性方法700。如圖3所示，基板703由在電極704和接地電極701之間產(chǎn)生的等離子 體702處理。電極704通過饋電點714處的阻抗匹配電路706與偏壓電源707 連接。等離子體702由偏壓電源707施加的射頻功率產(chǎn)生。射頻探針705在饋電點714連接到電極704。射頻探針705配置成監(jiān)控施 加到電極704的射頻偏壓的實時電壓、電流和相位。設置質量分布傳感器710 監(jiān)控等離子體中的一種或多種離子元素的實時質量分布。質量分布傳感器710 可以為光學發(fā)射分光計、殘氣分析儀或質譜儀中的一種。質量分析傳感器710 和射頻探針705都連接到處理器720，處理器720配置成根據(jù)來自質量分布傳 感器710和射頻探針705的測量結果計算實時劑量值。在一個實施例中的處理器720可編程為評估離子注入劑量。這將如圖3 所示，在圖3中所示的處理器720內(nèi)部的流程圖中完成。處理器720可追蹤來 自射頻探針705的瞬時電流值的輸入流。在方塊709中從射頻探針705的輸入 可計算離子流總量。此離子流總量可通過將每個電流值與從射頻探針705得到 的阻抗相角的余弦相乘得到。為得到更精確的實現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明中后面將要提 到的一個特征，在方塊708中，射頻探針705的電壓、電流和阻抗相角的測量 可從饋電點714向基板703的表面轉換。同時，質量分布數(shù)據(jù)可從質量分布傳感器710輸入到處理器720。在方塊 711中，從質量分布傳感器710的測量結果可計算等離子體702中感興趣的一 種或多種離子元素的瞬時比率。然后，在圖3中的方塊712中，將離子比率和離子流總量結合起來獲得 一種或多種感興趣的離子元素的實際離子電流。在一個實施例中， 一種離子元 素的實際離子電流可通過將離子比率、離子流總量、離子元素的電荷的倒數(shù)和 基板703表面積的倒數(shù)相乘得到。在方塊713中通過將實際離子流對時間進行積分可得到感興趣的離子元 素的實時劑量值。圖4示意性的闡述了一種方法800，將來自饋電點的電流/電壓值轉換到 設置在等離子體附近的基板表面。方法800可用在圖3中的方塊708中。如圖4所示，來自設置在饋電點處的射頻探針802的電壓/電流輸入首 先在數(shù)字轉換器804中數(shù)字化以在時域中離散電壓/電流值。在步驟806中執(zhí) 行快速傅立葉變換，將電壓/電流測量值轉換到頻域。在步驟808中，利用校準數(shù)據(jù)810為射頻探針向電壓/電流測量添加校正。校準射頻探針的詳細描述可在于2004年10月23日遞交的編號為No. 10/971772(代理人案巻號No. 9615) 的共同待決的美國專利申請總找到，這里引入其全部內(nèi)容作為參考。在步驟812中，饋電點到基板表面的轉換將在時域中操作為校準的電壓 /電流測量。在步驟814中，對頻域中轉換的電壓/電流值進行傅立葉反變換。 則可得到時域中基板表面的電壓/電流瞬時值，并可用在精確的程序監(jiān)控和控 制中。此饋電點到基板表面轉換的詳細描述可在于2004年10月23日遞交的 編號為No. 10/971772 (代理人案巻號No. 9615)的共同待決的美國專利申請中 找到，這里引入其全部內(nèi)容作為參考。圖5根據(jù)本發(fā)明的一個實施例闡述了等離子體處理的終點檢測的一種方 法900的流程圖。在步驟910中，待處理的基板可設置在等離子體反應器中。在步驟920中，可啟動等離子體工藝。此步驟可包括給等離子體室抽氣、 流入處理氣體和/或產(chǎn)生等離子體。在歩驟930中，等離子體反應器中的等離子體的離子流總量可利用射頻 探針監(jiān)控。例如，連接到饋電點附近的射頻偏壓電源的射頻探針。在一個實施 例中，可執(zhí)行饋電點到基板表面的轉換以獲得基板表面附近的離子流總量。在步驟940中，等離子體反應器中的等離子體的質量分布可利用質量分 布傳感器進行監(jiān)控，如光學發(fā)射分光計、殘氣分析儀或質譜儀。感興趣的一種 或多種離子元素的比例可從質量分布傳感器的測量結果進行瞬時計算。在歩驟950中，感興趣的一種或多種離子元素的實時劑量值可利用步驟 940中計算的一種或多種離子元素的比率和步驟930中計算的離子流總量進行 計算。實時劑量值的計算可包括離子元素的實際離子流和將實際離子流對時間 進行積分。實際離子流的計算可包括將離子元素比率、離子流總量、離子元素 的電荷的倒數(shù)和基板表面積的倒數(shù)相乘得到。在步驟960中，將實時劑量值與所需劑量值比較。如果實時劑量值在所 需劑量值的誤差范圍內(nèi)，則處理過程在步驟980中終止。否則，處理過程將繼 續(xù)反復執(zhí)行步驟930、 940、 950和960。在一個實施例中，執(zhí)行步驟970調整 工作參數(shù)以匹配實時劑量值，得到閉環(huán)控制。本發(fā)明中描述了硼(B)的離子注入法，本發(fā)明的方法和裝置也可用來監(jiān)測和控制砷(As)、磷(P)、氫(H)、氧(0)、氟(F)、硅(Si)以及其它等離子體工藝中使用的元素。雖然本發(fā)明描述了根據(jù)等離子體浸沒離子注入工藝的方法和裝置，本領 域的技術人員理解此方法和裝置也能用在其它的等離子體工藝中，如等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)工藝、高密度等離子體化學汽相沉積(HDPCVD) 工藝、離子注入工藝以及蝕刻工藝。根據(jù)前面所述的本發(fā)明的實施例，在不偏離本發(fā)明基本使用范圍的情況 下可設計出其它的和進一步的實施例，本發(fā)明的使用范圍由下面的權利要求限 定。
權利要求
1.一種處理基板的方法，包括在等離子體反應器中定位基板，該等離子體反應器配置成執(zhí)行等離子體工藝；在等離子體反應器中產(chǎn)生等離子體，通過將射頻偏壓施加到等離子體反應器啟動等離子體工藝；利用第一傳感器獲得等離子體的至少一個屬性的值，該第一傳感器配置成監(jiān)控等離子體反應器中產(chǎn)生的等離子體的至少一個屬性；利用第二傳感器獲得射頻偏壓源的至少一個屬性的值，該第二傳感器配置成監(jiān)控射頻偏壓源的至少一個屬性，該射頻偏壓源配置成將射頻偏壓施加到等離子體反應器；以及從等離子體的至少一個屬性值和射頻偏壓源的至少一個屬性值確定等離子體中一個或多個離子元素的實時劑量值。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)等離子體中一個 或多個離子元素的實時劑量值調整等離子體反應器的參數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，等離子體的至少一個屬性包 括等離子體中一個或多個離子元素在等離子體中所有游離基中的比值。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一傳感器為光學發(fā)射 分光計、質譜儀和殘氣分析儀中的一種。
5. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二傳感器為連接到射 頻偏壓源的饋電點的射頻電壓/電流探針。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，確定等離子體中一種或多種 離子元素的實時劑量值包括利用第一傳感器測量的等離子體的至少一個屬性的實時值確定等離子體 中一種或多種離子元素比率的實時值；利用第二傳感器測量的射頻偏壓源的至少一個屬性值確定電流總量的實 時值；通過將等離子體中一種或多種離子元素的比率與電流總量相乘計算一種 或多種離子元素的電流值；以及將一種或多種離子元素的電流值對時間進行積分。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，確定電流總量的實時值包括 將電流總量從射頻偏壓源饋電點轉換到基板表面。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于， 一種或多種離子元素包括硼 (B)、砷(As)、磷(P)、氫(H)、氧(0)、氟(F)、硅(Si)及其化合物。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，等離子體工藝包括等離子體 增強化學汽相沉積(PECVD)工藝、高密度等離子體化學汽相沉積(HDPCVD) 工藝、離子注入工藝和等離子體蝕刻工藝。
10. —種處理基板的裝置，包括 定義處理體積的處理室；安置在處理體積內(nèi)的導電支撐基座；連接到氣板且平行于導電支撐基座的氣體分配組件，其中射頻等離子體偏壓電源耦合在所述氣體分配組件和所述導電支撐基座之間；配置成監(jiān)控處理體積內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的一個或多個屬性的第一傳感器； 配置成監(jiān)控射頻等離子體偏壓電源的一個或多個屬性的第二傳感器；以及 耦合到所述第一傳感器和第二傳感器的控制器，其中控制器配置成接收并分析來自所述第一和第二傳感器的信號。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的裝置，其特征在于，所述第一傳感器為光學發(fā)射分光計、質譜儀和殘氣分析儀中的一種。
12. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第二傳感器為射頻電 壓/電流探針。
13. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第二傳感器為連接到 射頻等離子體偏壓電源的射頻電壓/電流探針。
14. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述控制器配置成利用所 述第一傳感器的測量法結合第二傳感器的測量法監(jiān)控處理體積內(nèi)產(chǎn)生的等離 子體中的一種或多種離子元素的劑量。
15. 根據(jù)權利要求IO所述的裝置，其特征在于，還包括與處理體積流體連 接的環(huán)形等離子體源。
16. —種向基板中注入所需劑量的材料的方法，包括 定位等離子體反應器中的基板，該等離子體反應器具有配置成在等離子體反應器中產(chǎn)生等離子體的射頻偏壓源；利用射頻偏壓源產(chǎn)生包括等離子體反應器中材料的等離子體； 利用配置成監(jiān)控等離子體反應器中的等離子體的一個屬性的第一傳感器獲得等離子體中材料的屬性值；利用配置成監(jiān)控射頻偏壓源的至少一個屬性的第二傳感器獲得射頻偏壓 源的至少一個屬性值；利用該材料的屬性值和射頻偏壓源的至少一個屬性值確定該材料的實時 劑量值；以及當實時劑量值在所需劑量誤差范圍內(nèi)時終止等離子體。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，該材料的屬性為等離子體 中該材料的比率。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一傳感器為光學發(fā) 射分光計、質譜儀和殘氣分析儀中的一種。
19. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二傳感器為配置成 測量射頻偏壓源的電壓、電流和相位的射頻電壓/電流探針。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括將射頻偏壓源的至 少一個屬性轉換為基板表面附近的離子電流的至少一個屬性。
全文摘要
本發(fā)明主要提供了在等離子體工藝中控制實時離子劑量的方法和裝置。在一個實施例中，離子劑量可利用從質量分布傳感器的等離子體的原地測量結合從射頻探針的原地測量進行控制。
文檔編號H01J37/00GK101256942SQ20081008273
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權日2007年3月2日
發(fā)明者卡提克·雷馬斯瓦米, 塞奧-米·喬, 田中努, 馬耶德·阿里·福阿德 申請人:應用材料股份有限公司