用于壁膜监测的方法与设备技术

一种壁膜监视系统，包括在一个等离子体处理室内的第一和第二微波反射镜，各反射镜具有一个凹面。第二反射镜的凹面正对着第一反射镜的凹面。一个电源耦合到第一反射镜并且产生一个微波信号。一个检测器连接到第一和第二反射镜中的至少一个，并且被配置为测量微波信号的真空谐振电压。一个控制系统连接到检测器，其比较第一测量电压和第二测量电压并确定第二电压是否超过一个阈值。一种在等离子体室内监测壁膜的方法，包括把一个晶片装入室内，设置微波信号输出的频率为一个谐振频率，并测量微波信号的第一真空谐振电压。该方法包括处理所述晶片，测量微波信号的第二真空谐振电压，并使用第一测量电压作为参考电压来确定第二测量电压是否超过一个阈值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及半导体工业中集成电路的制造。
技术介绍
半导体工业中集成电路(IC)的制造通常在等离子处理室内使用等离子体来产生或辅助表面化学反应，这种化学反应是从衬底去除物质以及向衬底沉积物质所必须的。通常，等离子体是在处理室中的真空条件下通过将电子加热到足以维持与处理气体进行电离碰撞的能量而产生的。另外，经过加热的电子可能具有足以维持分离碰撞的能量，因此要选择预定条件下(比如室压、气体流速等等)的一组特定气体来产生带电核素以及能够进行化学反应的核素，这些核素应该适用于处理室内所进行的具体处理过程(例如将物质从衬底上去除的蚀刻工艺，或是将物质添加到衬底上的沉积工艺)。半导体工业不断致力于生产更小的IC并提高合格IC的产量。因此，用来处理IC的材料处理设备必须满足蚀刻及沉积工艺日益严格的性能要求(例如速度、选择性、关键尺寸，等等)。
技术实现思路
本专利技术涉及用来在等离子体处理室内监测壁膜的方法与设备。本专利技术有利地提供了一种方法与设备，它们使得半导体制造商能够满足对半导体工业中所使用的材料处理设备更严格的性能要求。本专利技术有利地提供了一种等离子体处理系统，该系统中主要包括一个等离子体室和一个使用在等离子体室内的监测系统。本专利技术的监测系统中包括一个第一微波反射镜和一个第二微波反射镜，它们各有一个凹面。第一微波反射镜与第二微波反射镜被安装在等离子体室内，并使得第二微波反射镜的凹面正对着第一微波反射镜的凹面。本专利技术还包括一个与第一微波反射镜相连的电源。该电源被设置来产生一个微波信号。本专利技术包括一个检测器，它至少与第一微波反射镜及第二微波反射镜中的一个相连，该检测器被设置来测量等离子体室内微波信号的真空谐振电压。本专利技术还包括一个与检测器相连的控制系统，该系统被设置来比较第一测量真空谐振电压与第二测量真空谐振电压。所述的控制系统被设置来判定第二测量真空谐振电压是否超过了一个门限值。本专利技术还有利地提供了一种在等离子体室内监测壁膜的方法。该等离子室包括一个带有凹面的第一微波反射镜、一个带有凹面且凹面正对着第一微波反射镜的凹面的第二微波反射镜、一个与第一微波反射镜相连且被设置来产生微波信号的电源以及一个与第一微波反射镜和第二微波反射镜中的至少一个相连的检测器。本专利技术的方法所包括的步骤有向等离子体室内装入晶片、将电源输出的微波信号的频率设置为一个谐振频率，以及测量等离子体室中微波信号的第一真空谐振电压。该方法还包括的步骤有对晶片进行处理、测量等离子体室内微波信号的第二真空谐振电压以及利用第一测量真空谐振电压为参考值来判断第二测量真空谐振电压是否超过某个门限值。附图说明参照以下的详细说明、特别是结合附图考虑时，将能更全面地了解本专利技术，并且本专利技术的附带优势也会变得更为明显，在以下附图中 图1A根据本专利技术的一个实施例示出了一种用于等离子体处理室的壁膜监测系统的示意图；图1B根据本专利技术的一个实施例示出了一个微波反射镜经过放大分解的剖面图，该微波反射镜上带有一个开孔、一个微波窗以及相关的支架结构；图2示出了一种范例性空腔传输函数的图形表示，该图展示了若干纵向谐振以及各自的自由频谱范围；图3示出了直流偏置电压随平均薄膜厚度或晶片数量的示范性变化的图形表示；图4根据本专利技术的一个实施例示出了一种在等离子体处理室中监测壁膜厚度的方法的流程图；以及图5根据本专利技术的一种替代实施例示出了一种用于等离子体处理室中的壁膜监测系统的示意图。具体实施例方式本专利技术主要涉及半导体工业中集成电路的制造。本专利技术有利地提供了一种方法与设备，它们使得半导体制造商能够满足对半导体工业中所使用的材料处理设备更严格的性能要求。改善材料处理设备性能的一种方法是在制造过程中监测并控制处理室内等离子体电子浓度。理想情况下，等离子体电子浓度被维持在使得正在进行的处理均匀地作用在接受处理的衬底的整个表面上。用来测量等离子体电子浓度的范例设备是一种微波系统，该系统具有超过等离子体电子频率的合适高频。该设备中包括一对浸入等离子体中的反射镜。微波电源被接入第一反射镜上的第一微波端口，并且利用一个检测器来监测微波功率通过谐振腔的传输，该谐振腔由正对着的反射镜构成。所述的检测器与第一反射镜上的第二端口相连或是与第二反射镜上的第二端口相连。对于一束高斯射束来说，空腔传输发生在离散的频率上。所述的离散频率对应于各反射镜最高点之间的半波长的整数倍，如下式所示 vm,n,q=v0,0,q=c2nd(q+12)---(1)]]>其中v0，0，q是模式阶次q的谐振频率(假使只有纵向模式，即m＝n＝0)，c是真空中的光速，n是反射镜之间所包含的介质的折射率，而d则是反射镜间距(最高点至最高点)。在真空中n＝1，但是等离子体的存在或者更具体地说是一群自由电子的存在导致了折射率的下降或是空腔谐振频率v0，0，q的明显提高(平移)。对于给定的模式q，频率的平移可能与折射率n有关，随后的(集成)电子密度<ne>可由下列方程表示⟨ne⟩≅8π2ϵ0e2v0Δv---(2)]]>对于v0＞＞ωpe/2π成立。要了解更多的细节，使用上述系统来测量等离子体电子密度在国际(专利)申请PCT/US00/19539(根据美国专利60/144880)、国际(专利)申请PCT/US00/19536(根据美国专利60/144883)、国际(专利)申请PCT/US00/19535(根据美国专利60/144878)、国际(专利)申请PCT/US00/19540(根据美国专利60/166418)中有所说明，上述专利在此都通过引用被包含进来。除了监测等离子体电子密度以外，监测处理室内的等离子体化学特性也是很有好处的。特别地，监测处理室壁上聚合薄膜的形成是很有好处的，聚合薄膜的形成是吸收了等离子体化学物质、包括蚀刻产物的衬底表面化学物质、光致抗蚀剂(衬底掩膜材料)化学物质以及壁化学物质之间复杂的化学反应的产物而引起的。当室内的薄膜生长过量时，薄膜的内应力就会变得巨大从而导致剥落。室内的薄膜剥落会在处理过程中造成特定的产物，这些产物会对经过处理的衬底上的器件造成毁灭性的影响。为了对抗这个问题，要对材料处理设备进行周期性的停机与清理。需要一种精确的方法和设备来监测薄膜生长，以避免有价值的衬底被破坏或是“工具故障”导致过高的运行成本。本专利技术提供了一种诊断工具，该工具被用来精确地监测等离子体处理室内的薄膜生长，从而使得在处理室内以高效的方式处理的器件具有可重复的质量。在图1A中示出了符合本专利技术的等离子体处理系统10的一种实施例。等离子体处理系统10中包括一个等离子体室20以及一个用在等离子体室内的监测系统30。所述的监测系统中主要包括至少一个多模谐振腔35、电源60、检测器70以及控制系统80。多模谐振腔35最好包括一个开放式的谐振腔，该谐振腔带有至少一个反射面，并且所述的反射面可以具有平面与/或非平面的几何形状。在一种优选实施例中，在等离子体室20内提供了所述的反射面。或者也可以在等离子体室20之外提供至少一个反射面。等离子体室20主要包括一面基壁22、一面顶壁24以及包括第一侧壁26和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用在等离子体室中的壁膜监测器，所述的壁膜监测器包括：　　　　至少一个多模谐振腔；　　　　与所述的至少一个多模谐振腔相连的电源，所述的电源被设置来产生一个激励信号，该激励信号对应于所述多模谐振腔的至少一种模式；　　　　与所述的至少一个多模谐振腔相连的检测器，所述的检测器被设置来测量所述的激励信号；以及　　　　与所述的检测器相连的一个控制系统，该控制系统被设置来将至少一个测量信号与一个对应于壁膜厚度的门限信号做比较。

【技术特征摘要】
US 2001-10-24 60/330,518;US 2001-10-24 60/330,5551.一种使用在等离子体室中的壁膜监测器，所述的壁膜监测器包括至少一个多模谐振腔；与所述的至少一个多模谐振腔相连的电源，所述的电源被设置来产生一个激励信号，该激励信号对应于所述多模谐振腔的至少一种模式；与所述的至少一个多模谐振腔相连的检测器，所述的检测器被设置来测量所述的激励信号；以及与所述的检测器相连的一个控制系统，该控制系统被设置来将至少一个测量信号与一个对应于壁膜厚度的门限信号做比较。2.根据权利要求1所述的壁膜监测器，其中所述的至少一个多模谐振腔中包括至少一个反射面，该反射面适用于被提供在等离子体室内。3.根据权利要求1所述的壁膜监测器，其中所述的至少一个多模谐振腔中包括至少一个反射面，该反射面适用于被提供在等离子体室外。4.根据权利要求2所述的壁膜监测器，其中所述的第二反射镜的所述凹面与所述第一镜的所述凹面相对。5.根据权利要求1所述的壁膜监测器，其中所述的电源被设置来产生多个微波信号。6.根据权利要求5所述的壁膜监测器，其中所述的至少一个多模谐振腔包括至少一个反射镜，该反射镜具有适用于反射所述微波信号的表面。7.根据权利要求6所述的壁膜监测器，其中所述的至少一个反射镜还包括具有凹面、平面及凸面中的至少一种的反射镜。8.根据权利要求7所述的壁膜监测器，其中所述的至少一个反射镜还包括具有凹面且适用于安装在等离子体室内的第一反射镜；具有凹面且适用于安装在等离子体室内的第二反射镜，所述第二反射镜的所述凹面与所述第一反射镜的第一凹面相对。9.根据权利要求6所述的壁膜监测器，其中所述的检测器被设置来测量至少一个反射微波信号，并提供反射信号测量数据。10.根据权利要求5所述的壁膜监测器，其中所述的至少一个多模谐振腔中包括至少一面带有开孔的反射镜，该开孔适合于发射所述的微波信号。11.根据权利要求10所述的壁膜监测器，其中所述的检测器被设置来测量至少一个发射微波信号并提供发射信号测量数据。12.根据权利要求11所述的壁膜监测器，其中所述的发射信号测量数据包括下列项目中的至少一项幅度数据、频率数据、相位数据以及定时数据。13.根据权利要求12所述的壁膜监测器，其中所述的控制系统将发射信号测量数据与所述的对应于壁膜厚度的门限信号进行比较。14.根据权利要求12所述的壁膜监测器，其中所述的发射信号测量数据中包括至少一个真空谐振电压。15.根据权利要求8所述的壁膜监测器，其中所述的反射信号测量数据中包括下列项目中的至少一项幅度数据、频率数据、相位数据以及定时数据。16.根据权利要求15所述的壁膜监测器，其中所述的控制系统将反射信号测量数据与所述的对应于壁膜厚度的门限信号进行比较。17.根据权利要求16所述的壁膜监测器，其中所述的反射信号测量数据中包括至少一个真空谐振电压。18.根据权利要求17所述的壁膜监测器，其中所述的控制系统被设置来判断一个测量真空谐振电压是否超过了对应于壁膜厚度的所述门限信号。19.根据权利要求1所述的壁膜监测器，其中所述的电源通过所述等离子体室壁上的开孔耦合到所述的至少一个多模谐振腔中。20.根据权利要求1所述的壁膜监测器，还包括第一微波窗与第二微波窗中的至少一个，第一微波窗安装在所述的电源与所述的至少一个多模谐振腔之间，第二微波窗则安装在所述的检测器与所述的至少一个多模谐振腔之间。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克J斯特朗，理查德帕森斯，
申请(专利权)人：东京电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]