利用气体注入孔的ＰＥＣＶＤ的光发射干涉测量制造技术

本发明专利技术提供了一种用于在基板的等离子体处理期间通过使用放置在位于等离子体系统的上电极中的标准气体喷淋头的标准喷淋头孔内的光纤传感器来提高等离子体工艺的光学检测的方法和设备。可以基于测量的来自基板表面的等离子体发射来计算膜性质。该膜性质可以是膜沉积速率、折射率、膜厚度等。基于测量的膜性质，可以调节和／或终止基板的等离子体处理。另外，提供位于上电极组件中的窗口，用于通过标准的喷淋头孔观察等离子体发射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及等离子体处理设备，更具体地，涉及具有用于监测和 控制等离子体处理的光学监测和控制系统的等离子体反应器系统。
技术介绍
等离子体处理在半导体器件和硅基微型电路的制造中广泛使用。 它们也应用在例如波导和光学器件制造的其它非半导体设备和许多非 硅基器件(基于例如GaAs的m-V族材料的器件)中。等离子体处理通常分为两种，即蚀刻和沉积。在等离子体蚀刻技 术中，将基板暴露给反应气体等离子体，并通过形成挥发副产物从该 表面去除材料。通过利用不受腐蚀的掩模使基板图案化，可以将图案 有效地转移到基板表面层。在等离子体沉积(等离子体增强化学气相 沉积(PECVD))中，将气态的前体引入到低压等离子体中，其中进 行反应产生沉积在基板上作为薄膜的固态副产物。例如，SiH4和N20一般用于制造Si02膜。对于这两种技术，重要的是在适当的时间或终点终止该工艺。 对于蚀刻工艺，这可以是去除特定层的点，而对于沉积工艺其可以是 沉积了所希望膜厚度的点。描述了基于光学技术的许多终点方法。光发射光谱术(OES)依靠监测由等离子体发射的辐射并且使在 特定波长的发射变化与等离子体变化相关联。当膜被蚀刻和去除时会 出现这种变化，因为这会产生等离子体组成上的变化。该技术可应用 于监测蚀刻终点，但由于在沉积膜时不会出现这样的变化，所以这对 于在沉积工艺中确定膜厚度是没用的。通过测量由于从膜的上下表面反射的光的干涉而引起的反射光的 幅度变化，干涉测量可以用于测量膜的厚度。当膜厚度变化时(在蚀 刻工艺的情况下降低，或在沉积工艺中增加)，反射光的强度随厚度d 以循环的方式变化，对应于l个周期，给出如下d=入/2n 其中入是反射光的波长；和 n是在特定波长的膜的折射率。一般从外部提供反射的光的源(例如激光器或连续源)。然而， 等离子体本身可以用作该源，在这种情况该技术称为光发射干涉测量(OEI)。原则上，该技术对于蚀刻和沉积工艺将都可用。对于所有光学技术共同的是，需要提供监测发射或反射辐射所需 的光学透明且真空密闭的窗口。对于OEI，理想地定位该窗口以便观察 一般从基板表面反射的等离子体发射。然而，为了有效，该窗口的存 在不应使该等离子体局部混乱，因为这会影响被监测的基板区域。这 在采用近的电极间隔以保持良好膜质量的平行板PECVD系统中尤其 是如此。而且，对于随着长时间正确运行的技术，在存在反应性等离 子体和工艺副产物时该窗口必须保持光学清晰。Curtis (US专利No.4，328，068)描述了在蚀刻工艺中使用OEI作 为终点技术。将用于收集等离子体发射的光管塞进等离子体中并因此扰乱等离子体。而且，没有提供任何措施防止光学部件由于蚀刻工艺 随着时间的退化。同样，Auda等(US专利No. 5,223,914)描述了在蚀刻工艺期间 利用干涉测量模式的光谱仪测量膜厚度。通过石英窗口观察等离子体, 该石英窗口没有提供保护以不受等离子体环境影响。Curtis或Auda等 考虑到了监测沉积工艺。Sawin等(US专利No. 5，450，205)使用OEI来利用电荷耦合器件 (CCD)检测器阵列监测横跨处理晶片表面的多个点。这使大的窗口 (50mm)成为必要，其对于所论述的蚀刻应用来说是可接受的，但对于平行板PECVD应用来说是不可接受的。通过没有提供保护以不受等离子体环境影响的窗口观察该等离子体。Pirkle等(US专利No. 5,846,373)描述了使用OEI来测量沉积工 艺中的膜厚度。通过装配在腔室壁中的窗口观察该等离子体，但没有 提供任何措施来保护窗口不受沉积的影响。Chen等(US专利No. 6,071,375)论述了借助通过位于等离子体 和窗口之间的预腔室的清洗气流保护安装窗口的壁。Chen等没有教导 将窗口放置在电极内并且该结构不可应用于平行板PECVD系统。Ookawa等(US专利No. 6,758,941)描述了一种位于喷淋头气体 分布电极中的窗口。借助位于电极中的高纵横比的孔保护该窗口不受 等离子体环境的影响。在近电极间隔的结构，例如平行板PECVD中， 这些特征会局部扰乱等离子体。需要将窗口装配到平行板PECVD系统中的装置，以便该窗口不 扰乱等离子体并且其允许与晶片垂直地观察等离子体，准许利用OEI的膜厚度测量。 '因此，需要提高等离子体蚀刻工艺的处理状态功能的最佳化。 在现有技术中没有提供本专利技术所带来的好处。因此，本专利技术的目的是提供一种改进，其克服了现有技术器件的 不足，且其构成对半导体处理技术进步的显著贡献。本专利技术的另一目的是提供一种用于处理基板的等离子体设备，包 括真空室；用于在所述真空室中产生等离子体的至少一个电源；用 于支撑基板的基板基座；具有拥有多个标准喷淋头孔的气体分布系统 的上电极组件；与所述标准喷淋头孔的至少一个光通信的检测器，所 述检测器测量穿过所述标准喷淋头孔发射的等离子体发射；与所述检 测器和所述电源电通信的控制系统；以及布置在所述上电极组件中的 光学部件，用于观察穿过所述喷淋头孔的等离子体发射。本专利技术的另一目的是提供一种用于监测基板的等离子体处理的方 法，该方法包括如下步骤在真空室内的基板基座上定位该基板；通 过上电极组件的气体分布系统的多个标准喷淋头孔引入气体；从所述 真空室内的所述气体产生等离子体；在基板的等离子体处理期间监测 所述等离子体，利用位于所述上电极组件的所述气体分布系统内的光学部件，通过收集和测量^过至少一个标准喷淋头孔发出的等离子体 发射进行所述的监测；以及基于所述监测步骤终止所述的等离子体。前面己略述了本专利技术的一些相关目的。这些目的应解释为仅仅是 对所构思的专利技术的更多主要特征和应用中的一些的说明。可以通过以 不同的方式应用所公开的专利技术或者在该公开的范围内修改本专利技术来获 得许多其它的有益结果。因此，本专利技术的其它目的和更充分的理解， 除了结合附图由权利要求定义的本专利技术的范围之外，还可通过参考发 明内容和具体实施方式来实现。
技术实现思路
为了概述本专利技术，本专利技术包括一种用于在基板的等离子体处理期 间通过位于等离子体系统的上电极中的标准气体喷淋头的标准喷淋头 孔提高等离子体工艺的光学检测的方法和设备。本专利技术的特征在于提供一种用于处理基板的等离子体设备，该设 备包括真空室和用于在真空室中产生等离子体的至少一个电源。该真 空室具有用于支撑基板的基板基座和上电极组件。基板基座和上电极组件可以是RF供电的和/或RF接地的。具有多个标准喷淋头孔的标准气体分布系统提供在上电极组件中。至少一个光纤传感器定位在标准 气体分布系统的至少一个标准喷淋头孔内。由光纤传感器接收的信号 (在基板的等离子体处理期间产生的等离子体发射的测量)可以反射 自真空室内的基板表面或其它的已知材料。可以对准该光纤传感器以 便接收的信号垂直于基板的表面。而且还提供了一种控制系统，其与 光纤传感器以及在真空室内产生等离子体的电源电通信，以响应于通 过光纤传感器接收的读数(测量结果)终止和/或调节等离子体工艺。 另外，提供位于上电极组件中的窗口，用于通过标准的喷淋头孔观察 等离子体发射。本专利技术的另一特征在于提供一种用于监测基板的等离子体处理的 方法。该方法包括将基板定位在真空室内的基板基座上的步骤。通过 上电极组件的气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理基板的等离子体设备，包括：真空室；至少一个电源，其用于在所述真空室中产生等离子体；基板基座，其用于支撑基板；上电极组件，其具有拥有多个标准喷淋头孔的气体分布系统；检测器，其与所述标准喷淋头孔中的至少一个光学连通，所述检测器测量穿过所述标准喷淋头孔传送的等离子体发射；和控制系统，其与所述检测器和所述电源电通信。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-8-18 60/709,469;US 2006-8-10 11/502,5851.一种用于处理基板的等离子体设备，包括真空室；至少一个电源，其用于在所述真空室中产生等离子体；基板基座，其用于支撑基板；上电极组件，其具有拥有多个标准喷淋头孔的气体分布系统；检测器，其与所述标准喷淋头孔中的至少一个光学连通，所述检测器测量穿过所述标准喷淋头孔传送的等离子体发射；和控制系统，其与所述检测器和所述电源电通信。2. 根据权利要求l的设备，进一步包括布置在所述上电极组件中 的窗口，用来观察穿过所述标准喷淋头孔的等离子体发射。3. 根据权利要求1的设备，4. 根据权利要求1的设备， 反射的等离子体发射。5. 根据权利要求1的设备，其中所述窗口没有暴露于等离子体。 其中定位所述窗口以传输从基板垂直其中所述窗口远离基板定位。6. 根据权利要求l的设备，其中所述上电极是RF接地的。7. 根据权利要求i的设备，其中所述上电极是RF供电的。8. 根据权利要求l的设备，其中所述基板基座是RF接地的。9. 根据权利要求l的设备，其中所述基板基座是RF供电的。10. —种用于监测基板的等离子体处理的方法，该方法包括步骤.-将基板定位在真空室内的基板基座上；通过上电极组件的气体分布系统的多个标准喷淋头孔引入气体； 在所述真空室内从所述气体产生等离子体；在基板的等离子体处理期间监测所述等离子体，通过利用位于所 述上电极组件的所述气体分...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫约翰逊，
申请(专利权)人：奥立孔美国公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]