專利名稱：：利用氣體注入孔的pecvd的光發(fā)射干涉測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及等離子體處理設(shè)備，更具體地，涉及具有用于監(jiān)測(cè)和控制等離子體處理的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的等離子體反應(yīng)器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：等離子體處理在半導(dǎo)體器件和硅基微型電路的制造中廣泛使用。它們也應(yīng)用在例如波導(dǎo)和光學(xué)器件制造的其它非半導(dǎo)體設(shè)備和許多非硅基器件(基于例如GaAs的m-V族材料的器件)中。等離子體處理通常分為兩種，即蝕刻和沉積。在等離子體蝕刻技術(shù)中，將基板暴露給反應(yīng)氣體等離子體，并通過(guò)形成揮發(fā)副產(chǎn)物從該表面去除材料。通過(guò)利用不受腐蝕的掩模使基板圖案化，可以將圖案有效地轉(zhuǎn)移到基板表面層。在等離子體沉積(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD))中，將氣態(tài)的前體引入到低壓等離子體中，其中進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生沉積在基板上作為薄膜的固態(tài)副產(chǎn)物。例如，SiH4和N20一般用于制造Si02膜。對(duì)于這兩種技術(shù)，重要的是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間或"終點(diǎn)"終止該工藝。對(duì)于蝕刻工藝，這可以是去除特定層的點(diǎn)，而對(duì)于沉積工藝其可以是沉積了所希望膜厚度的點(diǎn)。描述了基于光學(xué)技術(shù)的許多終點(diǎn)方法。光發(fā)射光譜術(shù)(OES)依靠監(jiān)測(cè)由等離子體發(fā)射的輻射并且使在特定波長(zhǎng)的發(fā)射變化與等離子體變化相關(guān)聯(lián)。當(dāng)膜被蝕刻和去除時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種變化，因?yàn)檫@會(huì)產(chǎn)生等離子體組成上的變化。該技術(shù)可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)蝕刻終點(diǎn)，但由于在沉積膜時(shí)不會(huì)出現(xiàn)這樣的變化，所以這對(duì)于在沉積工藝中確定膜厚度是沒(méi)用的。通過(guò)測(cè)量由于從膜的上下表面反射的光的干涉而引起的反射光的幅度變化，干涉測(cè)量可以用于測(cè)量膜的厚度。當(dāng)膜厚度變化時(shí)(在蝕刻工藝的情況下降低，或在沉積工藝中增加)，反射光的強(qiáng)度隨厚度d以循環(huán)的方式變化，對(duì)應(yīng)于l個(gè)周期，給出如下d=入/2n其中入是反射光的波長(zhǎng)；和n是在特定波長(zhǎng)的膜的折射率。一般從外部提供反射的光的源(例如激光器或連續(xù)源)。然而，等離子體本身可以用作該源，在這種情況該技術(shù)稱為光發(fā)射干涉測(cè)量(OEI)。原則上，該技術(shù)對(duì)于蝕刻和沉積工藝將都可用。對(duì)于所有光學(xué)技術(shù)共同的是，需要提供監(jiān)測(cè)發(fā)射或反射輻射所需的光學(xué)透明且真空密閉的窗口。對(duì)于OEI，理想地定位該窗口以便觀察一般從基板表面反射的等離子體發(fā)射。然而，為了有效，該窗口的存在不應(yīng)使該等離子體局部混亂，因?yàn)檫@會(huì)影響被監(jiān)測(cè)的基板區(qū)域。這在采用近的電極間隔以保持良好膜質(zhì)量的平行板PECVD系統(tǒng)中尤其是如此。而且，對(duì)于隨著長(zhǎng)時(shí)間正確運(yùn)行的技術(shù)，在存在反應(yīng)性等離子體和工藝副產(chǎn)物時(shí)該窗口必須保持光學(xué)清晰。Curtis(US專利No.4，328，068)描述了在蝕刻工藝中使用OEI作為終點(diǎn)技術(shù)。將用于收集等離子體發(fā)射的光管塞進(jìn)等離子體中并因此擾亂等離子體。而且，沒(méi)有提供任何措施防止光學(xué)部件由于蝕刻工藝隨著時(shí)間的退化。同樣，Auda等(US專利No.5,223,914)描述了在蝕刻工藝期間利用干涉測(cè)量模式的光譜儀測(cè)量膜厚度。通過(guò)石英窗口觀察等離子體,該石英窗口沒(méi)有提供保護(hù)以不受等離子體環(huán)境影響。Curtis或Auda等考慮到了監(jiān)測(cè)沉積工藝。Sawin等(US專利No.5，450，205)使用OEI來(lái)利用電荷耦合器件(CCD)檢測(cè)器陣列監(jiān)測(cè)橫跨處理晶片表面的多個(gè)點(diǎn)。這使大的窗口(50mm)成為必要，其對(duì)于所論述的蝕刻應(yīng)用來(lái)說(shuō)是可接受的，但對(duì)于平行板PECVD應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不可接受的。通過(guò)沒(méi)有提供保護(hù)以不受等離子體環(huán)境影響的窗口觀察該等離子體。Pirkle等(US專利No.5,846,373)描述了使用OEI來(lái)測(cè)量沉積工藝中的膜厚度。通過(guò)裝配在腔室壁中的窗口觀察該等離子體，但沒(méi)有提供任何措施來(lái)保護(hù)窗口不受沉積的影響。Chen等(US專利No.6,071,375)論述了借助通過(guò)位于等離子體和窗口之間的預(yù)腔室的清洗氣流保護(hù)安裝窗口的壁。Chen等沒(méi)有教導(dǎo)將窗口放置在電極內(nèi)并且該結(jié)構(gòu)不可應(yīng)用于平行板PECVD系統(tǒng)。Ookawa等(US專利No.6,758,941)描述了一種位于噴淋頭氣體分布電極中的窗口。借助位于電極中的高縱橫比的孔保護(hù)該窗口不受等離子體環(huán)境的影響。在近電極間隔的結(jié)構(gòu)，例如平行板PECVD中，這些特征會(huì)局部擾亂等離子體。需要將窗口裝配到平行板PECVD系統(tǒng)中的裝置，以便該窗口不擾亂等離子體并且其允許與晶片垂直地觀察等離子體，準(zhǔn)許利用OEI的膜厚度測(cè)量。'因此，需要提高等離子體蝕刻工藝的處理狀態(tài)功能的最佳化。在現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有提供本發(fā)明所帶來(lái)的好處。因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)，其克服了現(xiàn)有技術(shù)器件的不足，且其構(gòu)成對(duì)半導(dǎo)體處理技術(shù)進(jìn)步的顯著貢獻(xiàn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于處理基板的等離子體設(shè)備，包括真空室；用于在所述真空室中產(chǎn)生等離子體的至少一個(gè)電源；用于支撐基板的基板基座；具有擁有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔的氣體分布系統(tǒng)的上電極組件；與所述標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔的至少一個(gè)光通信的檢測(cè)器，所述檢測(cè)器測(cè)量穿過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔發(fā)射的等離子體發(fā)射；與所述檢測(cè)器和所述電源電通信的控制系統(tǒng)；以及布置在所述上電極組件中的光學(xué)部件，用于觀察穿過(guò)所述噴淋頭孔的等離子體發(fā)射。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于監(jiān)測(cè)基板的等離子體處理的方法，該方法包括如下步驟在真空室內(nèi)的基板基座上定位該基板；通過(guò)上電極組件的氣體分布系統(tǒng)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔引入氣體；從所述真空室內(nèi)的所述氣體產(chǎn)生等離子體；在基板的等離子體處理期間監(jiān)測(cè)所述等離子體，利用位于所述上電極組件的所述氣體分布系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)部件，通過(guò)收集和測(cè)量^過(guò)至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔發(fā)出的等離子體發(fā)射進(jìn)行所述的監(jiān)測(cè)；以及基于所述監(jiān)測(cè)步驟終止所述的等離子體。前面己略述了本發(fā)明的一些相關(guān)目的。這些目的應(yīng)解釋為僅僅是對(duì)所構(gòu)思的發(fā)明的更多主要特征和應(yīng)用中的一些的說(shuō)明?？梢酝ㄟ^(guò)以不同的方式應(yīng)用所公開(kāi)的發(fā)明或者在該公開(kāi)的范圍內(nèi)修改本發(fā)明來(lái)獲得許多其它的有益結(jié)果。因此，本發(fā)明的其它目的和更充分的理解，除了結(jié)合附圖由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍之外，還可通過(guò)參考
發(fā)明內(nèi)容和具體實(shí)施方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容為了概述本發(fā)明，本發(fā)明包括一種用于在基板的等離子體處理期間通過(guò)位于等離子體系統(tǒng)的上電極中的標(biāo)準(zhǔn)氣體噴淋頭的標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔提高等離子體工藝的光學(xué)檢測(cè)的方法和設(shè)備。本發(fā)明的特征在于提供一種用于處理基板的等離子體設(shè)備，該設(shè)備包括真空室和用于在真空室中產(chǎn)生等離子體的至少一個(gè)電源。該真空室具有用于支撐基板的基板基座和上電極組件。基板基座和上電極組件可以是RF供電的和/或RF接地的。具有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔的標(biāo)準(zhǔn)氣體分布系統(tǒng)提供在上電極組件中。至少一個(gè)光纖傳感器定位在標(biāo)準(zhǔn)氣體分布系統(tǒng)的至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔內(nèi)。由光纖傳感器接收的信號(hào)(在基板的等離子體處理期間產(chǎn)生的等離子體發(fā)射的測(cè)量)可以反射自真空室內(nèi)的基板表面或其它的已知材料。可以對(duì)準(zhǔn)該光纖傳感器以便接收的信號(hào)垂直于基板的表面。而且還提供了一種控制系統(tǒng)，其與光纖傳感器以及在真空室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的電源電通信，以響應(yīng)于通過(guò)光纖傳感器接收的讀數(shù)(測(cè)量結(jié)果)終止和/或調(diào)節(jié)等離子體工藝。另外，提供位于上電極組件中的窗口，用于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的噴淋頭孔觀察等離子體發(fā)射。本發(fā)明的另一特征在于提供一種用于監(jiān)測(cè)基板的等離子體處理的方法。該方法包括將基板定位在真空室內(nèi)的基板基座上的步驟。通過(guò)上電極組件的氣體分布系統(tǒng)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔將處理氣體引入真空室中。該噴淋頭可以是接地的和/或RF供電的。在真空室內(nèi)由處理氣體產(chǎn)生等離子體。在基板的等離子體處理期間監(jiān)測(cè)所產(chǎn)生的等離子體的光發(fā)射。使用位于上電極組件的氣體分布系統(tǒng)的至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔內(nèi)的至少一個(gè)光纖傳感器，來(lái)檢測(cè)基板的等離子體處理。由光纖傳感器接收的信號(hào)(在基板的等離子體處理期間產(chǎn)生的等離子體發(fā)射的測(cè)量)可以反射自真空室內(nèi)的基板表面或其它的已知材料?？梢詫?duì)準(zhǔn)該光纖傳感器以便該信號(hào)與基板的表面垂直。而且還提供了一種控制系統(tǒng)，其與光纖傳感器以及在真空室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的電源電通信，以響應(yīng)于通過(guò)光纖傳感器接收的讀數(shù)(測(cè)量結(jié)果)終止和/或調(diào)節(jié)等離子體工藝?？梢曰趶幕灞砻鏈y(cè)量的等離子體發(fā)射來(lái)計(jì)算膜性質(zhì)。該膜性質(zhì)可以是膜沉積速率、折射率、膜厚度等?？梢栽?00至400納米的波長(zhǎng)上測(cè)量來(lái)自基板的等離子體處理的等離子體發(fā)射?；跍y(cè)量的膜性質(zhì)，可以調(diào)節(jié)和/或終止基板的等離子體處理?；宓牡入x子體處理可以是蝕刻和/或沉積工藝。在基板的等離子體處理期間可以引入含氮?dú)怏w。另外，提供位于上電極組件中的窗口，用于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的噴淋頭孔觀察等離子體發(fā)射。前面概略地，而非廣泛地，說(shuō)明了本發(fā)明的更主要的和重要的特征，以便可以更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細(xì)描述，以使得可以更全面地認(rèn)識(shí)對(duì)本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。在下文將描述本發(fā)明另外的特征，其形成了本發(fā)明權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可容易地利用公開(kāi)的原理和具體實(shí)施例來(lái)作為修改或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行與本發(fā)明相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)明白，這樣的等效構(gòu)造沒(méi)有脫離在所附權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的精神和范圍。圖1是典型的現(xiàn)有技術(shù)的平行板PECVD系統(tǒng)的示意圖；圖2是利用本發(fā)明的光纖傳感器布置的等離子體系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭組件的放大(blownup)示意圖；圖3是利用本發(fā)明的光纖傳感器布置的等離子體系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔的放大示意圖；圖4是示出經(jīng)由電極主體的進(jìn)氣口的標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)隔板的放大圖；圖5示出了當(dāng)使用典型的二氧化硅沉積工藝時(shí)通過(guò)噴淋頭孔觀察的光譜圖；圖6是等離子體發(fā)射強(qiáng)度隨著時(shí)間變化的圖；圖7是膜厚度隨著時(shí)間變化的圖；圖8是逐次運(yùn)行(runtorun)的沉積速率變化的圖；和圖9是逐次運(yùn)行(runtorun)的膜厚度變化的圖。貫穿幾幅附圖，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。具體實(shí)施方式公開(kāi)了這樣一種裝置將窗口裝配到平行板PECVD系統(tǒng)的上部的RF供電的電極中，該電極用作噴淋頭氣體分布裝置，并且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔觀看從基板反射的等離子體發(fā)射。圖1示出了典型的PECVD系統(tǒng)的示意截面圖。真空室包含用作基板支撐的下加熱的電極。在與上電極相同的頻率或更高或更低的頻率，該電極通常是RF接地的，但可選地可以是RF供電的。上加熱的電極具有由阻抗匹配網(wǎng)(未示出)施加的RF功率，并且在兩個(gè)電極之間的區(qū)域中產(chǎn)生了等離子體。如果下電極是RF供電的，則上電極可選地可以是RF接地的。處理氣體通過(guò)上電極被引入該室中且通過(guò)電極內(nèi)的眾多小孔均勻地分散在基板上方，這構(gòu)成了通常所說(shuō)的"噴淋頭"。噴淋頭孔的實(shí)際尺寸和分布取決于沉積所使用的具體工藝參數(shù)，但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的噴淋頭常常使用在0.010〃至0.050"范圍內(nèi)的孔直徑。這樣的設(shè)計(jì)在本領(lǐng)域中是眾所周知的且還可以包含利用中間氣體分布"隔板"(圖2、4)。利用結(jié)合有允許控制處理壓力的節(jié)流閥的適當(dāng)泵浦系統(tǒng)(未示出)從該室中泵浦處理氣體。對(duì)于PECVD，通常處理壓力在1Torr至幾Torr范圍內(nèi)。為了在這些壓力下保持穩(wěn)定均勻的等離子體，電極間隔為幾厘米至幾毫米的數(shù)量級(jí)。當(dāng)希望近的電極間隔時(shí)，在蝕刻應(yīng)用中也可使用類似的結(jié)構(gòu)。利用這種小的電極間隔，不能夠利用常規(guī)的觀察口來(lái)監(jiān)測(cè)等離子體，因?yàn)樵撚^察口的存在會(huì)擾亂等離子體。圖2示出了結(jié)合有定位在電極主體20中的光學(xué)部件的本發(fā)明的實(shí)例，該部件允許通過(guò)噴淋頭50的標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔40監(jiān)測(cè)等離子體發(fā)射30。等離子體發(fā)射30穿過(guò)噴淋頭孔40、穿過(guò)隔板70中的孔60、穿過(guò)透明窗口80，并被位于觀察口10內(nèi)的光纖90收集。發(fā)射也可通過(guò)光纖90直接收集而不需要窗口80，但這是次優(yōu)解決方案，因?yàn)檫@需要光纖也必須真空密封入電極主體20中?？蛇x地，透鏡100定位在隔板70中以增加到達(dá)光纖90的光的量。光纖90—般對(duì)于30度數(shù)量級(jí)的輻射具有受光角(acceptanceangle)。因此，不必使光纖卯與觀察口嚴(yán)格地對(duì)準(zhǔn)，以確保從等離子體30發(fā)射的光的有效傳送。光纖卯使等離子體發(fā)射30耦合至合適的輻射檢測(cè)器(未示出)。這還可包括濾光器或一系列濾光器，或者波長(zhǎng)分散部件(棱鏡或光柵)，以便可以測(cè)量不同波長(zhǎng)的輻射。方便地，檢測(cè)器包括允許200nm至850nm波長(zhǎng)范圍上的同時(shí)檢測(cè)的多通道光譜儀(例如由OceanOptics制造的型號(hào)S2000)。在正常操作下，噴淋頭50后面的容積填充有處理氣體，該處理氣體通過(guò)隔板70中的氣體通道65和孔60引入，并通過(guò)噴淋頭50中的孔40離開(kāi)進(jìn)入等離子體區(qū)域。沒(méi)有等離子體存在于該容積內(nèi)，因此窗口80(以及透鏡100，如果存在的話)僅暴露到未反應(yīng)的氣體，并且不會(huì)遇到由于等離子體副產(chǎn)物的侵蝕或沉積引起的任何退化。不需要通過(guò)額外的屏蔽或氣體清洗來(lái)提供窗口80的特殊保護(hù)。由正常處理氣體流產(chǎn)生的保護(hù)確保窗口SO僅暴露于潔凈的環(huán)境，所述處理氣體流包括所有的處理氣體(0.1-10升/min的量級(jí))。同樣，不需要修改用于監(jiān)測(cè)等離子體發(fā)射30的具體噴淋頭孔40。噴淋頭孔40是標(biāo)準(zhǔn)的噴淋頭孔，可選地其與其它相鄰的噴淋頭孔一致。由此，在氣體分布上沒(méi)有局部變化，以及不存在工藝的擾亂。沒(méi)有用于觀察等離子體發(fā)射30的噴淋頭孔40的修改或用于保護(hù)窗口80的額外硬件，意味著本發(fā)明容易被結(jié)合到復(fù)雜的固定裝置中(在該情況下，結(jié)合到高溫和RF供電的電極中)，并且它的存在不會(huì)干擾等離子體，因此也不會(huì)以任何方式干擾該處理。圖3示出了標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔40的放大圖，并示出了兩個(gè)直接的等離子體發(fā)射30以及從基板110(位于基板基座120上)反射的等離子體發(fā)射30穿過(guò)噴淋頭孔40并被光纖90和檢測(cè)器接收。圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)隔板的放大圖，其示出經(jīng)由電極主體的進(jìn)氣□。圖5示出了在使用典型的二氧化硅沉積工藝時(shí)通過(guò)噴淋頭孔觀察的頻譜。盡管孔尺度小和穿過(guò)孔的輻射量有限，但該結(jié)構(gòu)足夠敏感來(lái)為進(jìn)一步的分析提供足夠的信號(hào)。圖5的頻譜主要是N2的頻譜，其是所使用的沉積工藝的主要組成。觀察了300nm至400nm區(qū)域中的多個(gè)主要分子發(fā)射頻帶，并將它們標(biāo)記為a、b、c、d。因?yàn)樗鶛z測(cè)的頻譜的部分是從基板表面反射的，所以由于薄膜表面處的反射而出現(xiàn)信號(hào)干擾。不管基板具有簡(jiǎn)單的反射表面(例如硅或GaAs晶片)或由于因先前的圖案化操作而存在的拓?fù)涠哂袕?fù)雜的反射，都是如此。因此，在二氧化膜的沉積期間，這些頻帶的強(qiáng)度隨著膜厚度生長(zhǎng)以循環(huán)方式隨著時(shí)間變化。這示于圖6中。表1中示出了以上論述的發(fā)射頻帶的波長(zhǎng)以及對(duì)應(yīng)于反射強(qiáng)度中的一個(gè)循環(huán)的計(jì)算的厚度。表l:二氧化硅膜(nf=1.46)的千涉周期<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>該厚度是基于預(yù)測(cè)量或預(yù)指定的膜的折射率，'其在所給出的實(shí)例中對(duì)于二氧化硅膜中是1.46。得到這個(gè)值，從圖6的數(shù)據(jù)直接確定膜厚度。對(duì)于發(fā)射頻帶"b"(波長(zhǎng)-337.1nm)，在圖6中將循環(huán)標(biāo)記為卜6，并將對(duì)應(yīng)于每個(gè)循環(huán)的膜厚度列于表2中。表2:在337.1nm的膜厚度<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>同樣，可以確定與半循環(huán)對(duì)應(yīng)的膜厚度。工藝中出現(xiàn)這些點(diǎn)的時(shí)間可以通過(guò)例如通過(guò)檢測(cè)信號(hào)的微分為零的時(shí)間來(lái)檢測(cè)信號(hào)的局部極大或極小來(lái)確定，但也可采用其它眾所周知的峰值檢測(cè)算法。于是能夠原位(insitu)確定隨著處理進(jìn)行膜厚度與時(shí)間的關(guān)系，如圖7所示，并由此確定沉積速率。對(duì)于最后一個(gè)循環(huán)(或半循環(huán))得知時(shí)間t和厚度d，則沉積速率Rd簡(jiǎn)單地等于d/t。Rd的更精確的確定可以通過(guò)對(duì)時(shí)間/厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析來(lái)進(jìn)行?？梢悦慨?dāng)檢測(cè)半循環(huán)時(shí)更新這個(gè)值。在工藝中的任何時(shí)間tp^^，膜厚度T則為T—RdXtprocess對(duì)于非常厚的膜，由于沉積的膜影響等離子體的特性，Rd隨著時(shí)間變化，而在這種情況下多項(xiàng)式分析是更合適的。可使用其它手段從干涉信號(hào)提取膜厚度數(shù)據(jù)。峰之間的峰值計(jì)算和內(nèi)插/外插是眾所周知的。還可以使用將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域以及對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行例如傅立葉變換來(lái)確定該信號(hào)的頻率(因此確定循環(huán)時(shí)間)。從該循環(huán)時(shí)間，如以上略述的，簡(jiǎn)單地計(jì)算在任何時(shí)間的沉積速率和膜厚度。'測(cè)量并不限于單一波長(zhǎng)，而是可以同時(shí)監(jiān)測(cè)和分析多個(gè)波長(zhǎng)(當(dāng)前實(shí)例中的a、b、C和d)。這提供了更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)和沉積速率的更精確的確定。另外，具有在許多波長(zhǎng)上的數(shù)據(jù)可以允許確定膜的其它性質(zhì)，例如折射率或膜吸收(n和k值)。還可通過(guò)兩個(gè)以上的噴淋頭孔觀察該發(fā)射。如果這種孔位于基板上方的不同點(diǎn)處，則可以測(cè)量的局部的沉積速率，并從該測(cè)量可以確定工藝均勻性。如果至少一個(gè)孔定位得遠(yuǎn)離基板，則通過(guò)那個(gè)孔傳輸?shù)陌l(fā)射僅具有直接等離子體發(fā)射分量而沒(méi)有來(lái)自基板的反射的貢獻(xiàn)(圖3)。該直接分量可以用作"背景"信號(hào)并且被從直接信號(hào)加上從基板上接收的反射信號(hào)中減去。這允許僅反射的信號(hào)被直接測(cè)量。多個(gè)點(diǎn)處的測(cè)量可以利用多檢測(cè)器進(jìn)行，或通過(guò)利用單個(gè)檢測(cè)器進(jìn)行，該單個(gè)檢測(cè)器交替地取樣由分離的光纖傳輸?shù)陌l(fā)射。盡管以上實(shí)例是對(duì)于二氧化硅膜給出，監(jiān)測(cè)N2頻帶，但該技術(shù)可同等地應(yīng)用到其它膜，例如氮化硅、氮氧化硅非晶硅、類金剛石碳(DLC)或其它有機(jī)聚合物膜，以及應(yīng)用到其它波長(zhǎng)，這由所使用的具體工藝來(lái)確定。盡管給出的實(shí)例基于監(jiān)測(cè)沉積工藝，但該技術(shù)同等地適合于監(jiān)測(cè)在包括RIE、PE、ICP或其它眾所周知的蝕刻技術(shù)的蝕刻工藝中、或者甚至在采用交替的蝕刻和沉積步驟的工藝(例如，"Bosch"或時(shí)分多路復(fù)用(TDM)工藝)中的厚度變化。實(shí)例實(shí)時(shí)的膜厚度的精確測(cè)量允許在獲得了預(yù)定的膜厚度時(shí)終止工藝。這示出于圖7中，其中在實(shí)現(xiàn)了7500A的目標(biāo)膜厚時(shí)終止工藝。利用線性回歸分析確定498.8A/min的沉積速率。基于該技術(shù)終止工藝相對(duì)于通過(guò)時(shí)間終止的常規(guī)方法的優(yōu)點(diǎn)在于，獲得了更好的逐次運(yùn)行可重復(fù)性，導(dǎo)致具有更一致性能的器件。從一次到另一次運(yùn)行時(shí)，沉積速率由于膜積累正常將略微變化，其將改變反應(yīng)器特性。在固定時(shí)間終止工藝不可避免地會(huì)導(dǎo)致膜厚度，其還會(huì)逐次運(yùn)行而改變。另外，必須利用等離子體清洗工藝周期性地清洗系統(tǒng)以去除積累的膜。在該工序之后，因?yàn)樽鳛榍逑囱h(huán)的結(jié)果觀察到了工藝中的偏移，所以通常必須重新限定沉積速率。這導(dǎo)致對(duì)于該設(shè)備的非生產(chǎn)性的停工時(shí)間。為了證實(shí)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，沉積一系列五個(gè)一微米厚的膜，之后是清洗工序，然后沉積第二系列的五個(gè)一微米厚的膜。在所有情況下，在觀察了在337.1nm的發(fā)射的九個(gè)千涉循環(huán)之后終止工藝(計(jì)算的目標(biāo)膜厚度=1.038微米)。記錄了每次運(yùn)行都變化的實(shí)現(xiàn)該厚度需要的時(shí)間。從該數(shù)據(jù)，計(jì)算對(duì)于每次運(yùn)行的沉積速率。每次運(yùn)行沉積速率的變化示于圖8中。當(dāng)膜在該系統(tǒng)中積累時(shí)該速率逐漸漂移，在清洗該室時(shí)"復(fù)位"且然后繼續(xù)再次漂移。如果基于固定時(shí)間終止該工藝，則膜厚度將準(zhǔn)確地跟隨著同一趨勢(shì)。逐次運(yùn)行的變化為+/-0.75%。僅用五個(gè)運(yùn)行可以清楚地看到該效應(yīng)；逐次運(yùn)行的變化幅度會(huì)隨著運(yùn)行次數(shù)的增加而增加。圖9示出了測(cè)量的實(shí)際膜厚度，其中很清楚沒(méi)有隨著時(shí)間的漂移，并且特別是在腔室清洗后沒(méi)有變化。逐次運(yùn)行的變化為+/-0.32%，相對(duì)于基于固定時(shí)間工藝的方法具有顯著提高。希望逐次運(yùn)行變化的提高隨著運(yùn)行數(shù)目增加而更好。除了工藝終止之外，本發(fā)明的另一應(yīng)用是用于工藝控制。如上所述，在沉積厚膜期間，沉積速率可隨著時(shí)間而變化。利用OEI來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量沉積速率允許將該信息反饋以修改該工藝(例如改變RF功率水平或氣體流速)并補(bǔ)償這樣的變化。同樣，在多個(gè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)沉積速率允許確定處理均勻性，然后可以調(diào)節(jié)該工藝以控制工藝均勻性。如果監(jiān)測(cè)多個(gè)波長(zhǎng)，則可確定其它的膜性質(zhì)并且反饋該信息以補(bǔ)償膜性質(zhì)的任何變化。通過(guò)在多個(gè)點(diǎn)，其至少一個(gè)點(diǎn)遠(yuǎn)離基板定位，來(lái)監(jiān)測(cè)等離子體，改善該方法。這允許確定在不同波長(zhǎng)來(lái)自基板的實(shí)際反射，如上所述，這對(duì)于精確地確定一些膜性質(zhì)是必要的。本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)是噴淋頭內(nèi)的非退化的窗口的布置允許常規(guī)的OES也被執(zhí)行。在等離子體清洗期間，一般從該室移除任何基板，因此穿過(guò)噴淋頭孔并被檢測(cè)器接收的光幾乎都不是反射光；相反它是從等離子體直接發(fā)出的光(如圖3所示)。然后利用公知的用于端點(diǎn)檢測(cè)的技術(shù)直接處理由檢測(cè)器接收的光。作為實(shí)例，當(dāng)利用氟基工藝(例如，利用CF4、SF6或NF3)清洗該室時(shí)，可以監(jiān)測(cè)到在703.7nm的原子氟發(fā)射；隨著該室被清洗該發(fā)射強(qiáng)度將升高，并且可以使用監(jiān)測(cè)該升高的算法來(lái)自動(dòng)地終止該工藝。本公開(kāi)包括包含在所附的權(quán)利要求以及前述的說(shuō)明中的內(nèi)容。盡管以具有一定程度特定性的優(yōu)選形式描述了該發(fā)明，但要明白，本公開(kāi)的優(yōu)選形式僅是示例性的，且可采取結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)以及部分的組合和布置的眾多變化，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。以上描述了本發(fā)明。權(quán)利要求1.一種用于處理基板的等離子體設(shè)備，包括真空室；至少一個(gè)電源，其用于在所述真空室中產(chǎn)生等離子體；基板基座，其用于支撐基板；上電極組件，其具有擁有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔的氣體分布系統(tǒng)；檢測(cè)器，其與所述標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔中的至少一個(gè)光學(xué)連通，所述檢測(cè)器測(cè)量穿過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔傳送的等離子體發(fā)射；和控制系統(tǒng)，其與所述檢測(cè)器和所述電源電通信。2.根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，進(jìn)一步包括布置在所述上電極組件中的窗口，用來(lái)觀察穿過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔的等離子體發(fā)射。3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，反射的等離子體發(fā)射。5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述窗口沒(méi)有暴露于等離子體。其中定位所述窗口以傳輸從基板垂直其中所述窗口遠(yuǎn)離基板定位。6.根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中所述上電極是RF接地的。7.根據(jù)權(quán)利要求i的設(shè)備，其中所述上電極是RF供電的。8.根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中所述基板基座是RF接地的。9.根據(jù)權(quán)利要求l的設(shè)備，其中所述基板基座是RF供電的。10.—種用于監(jiān)測(cè)基板的等離子體處理的方法，該方法包括步驟.-將基板定位在真空室內(nèi)的基板基座上；通過(guò)上電極組件的氣體分布系統(tǒng)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔引入氣體；在所述真空室內(nèi)從所述氣體產(chǎn)生等離子體；在基板的等離子體處理期間監(jiān)測(cè)所述等離子體，通過(guò)利用位于所述上電極組件的所述氣體分布系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)部件，來(lái)收集和測(cè)量穿過(guò)至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔傳送的等離子體發(fā)射，進(jìn)行所述監(jiān)測(cè)；以及基于所述監(jiān)測(cè)步驟終止所述等離子體。11.根據(jù)權(quán)利要求IO的方法，12.根據(jù)權(quán)利要求IO的方法,13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，射的。14.根據(jù)權(quán)利要求IO的方法，離子體處理的基板的表面反射的。15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，離子體發(fā)射來(lái)計(jì)算膜性質(zhì)。其中所述噴淋頭是接地的。其中所述噴淋頭是RF供電的。其中所述等離子體發(fā)射是從表面反其中所述等離子體發(fā)射是從將被等其中基于測(cè)量的來(lái)自基板表面的等16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中基于測(cè)量從將被等離子體處理的基板垂直反射的等離子體發(fā)射來(lái)計(jì)算所述膜性質(zhì)。17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述膜性質(zhì)是膜沉積速率。18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述膜性質(zhì)是折射率。19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述膜性質(zhì)是膜厚度。20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中基于所述膜性質(zhì)調(diào)節(jié)基板的等離子體處理。21.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中基于所述膜性質(zhì)終止基板的等離子體處理。22.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述基板的等離子體處理是蝕刻工藝。23.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述基板的等離子體處理是沉積工藝。24.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述基板的等離子體處理進(jìn)一步包括從含氮?dú)怏w產(chǎn)生等離子體。25.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在一定波長(zhǎng)上測(cè)量所述等離子體發(fā)射。26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在300至400納米范圍內(nèi)測(cè)量所述等離子體發(fā)射。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于在基板的等離子體處理期間通過(guò)使用放置在位于等離子體系統(tǒng)的上電極中的標(biāo)準(zhǔn)氣體噴淋頭的標(biāo)準(zhǔn)噴淋頭孔內(nèi)的光纖傳感器來(lái)提高等離子體工藝的光學(xué)檢測(cè)的方法和設(shè)備?？梢曰跍y(cè)量的來(lái)自基板表面的等離子體發(fā)射來(lái)計(jì)算膜性質(zhì)。該膜性質(zhì)可以是膜沉積速率、折射率、膜厚度等?；跍y(cè)量的膜性質(zhì)，可以調(diào)節(jié)和/或終止基板的等離子體處理。另外，提供位于上電極組件中的窗口，用于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的噴淋頭孔觀察等離子體發(fā)射。文檔編號(hào)C23C16/505GK101243535SQ200680030052公開(kāi)日2008年8月13日申請(qǐng)日期2006年8月15日優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日發(fā)明者大衛(wèi)·約翰遜申請(qǐng)人:奧立孔美國(guó)公司