專利名稱：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用包括一個(gè)質(zhì)譜儀的殘留氣體分析儀-四極質(zhì)譜儀(RGA-QMS)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，和使用包括一個(gè)質(zhì)譜儀的RGA-QMS現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視在等離子體腐蝕室內(nèi)進(jìn)行的多晶硅腐蝕工藝和腐蝕室內(nèi)的清潔工藝的方法。此外，本發(fā)明涉及通過(guò)使用RGA-QMS去除等離子體腐蝕室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，通過(guò)監(jiān)視其內(nèi)的氣體反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化腐蝕室內(nèi)的清潔工藝。
一般來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體器件制造工藝在工藝室內(nèi)進(jìn)行，其中預(yù)先設(shè)定了具體的工藝條件并建立了工藝環(huán)境。具體地，等離子體腐蝕工藝和等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)工藝與氣體或光刻膠等反應(yīng)產(chǎn)生了許多副產(chǎn)物從而形成了聚合材料。由于等離子態(tài)工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)物附著在晶片表面上和工藝室的內(nèi)表面，由此工藝參數(shù)改變并產(chǎn)生顆粒，形成導(dǎo)致生產(chǎn)率下降的晶片缺陷的原因。
為了減少缺陷，工藝室的防護(hù)性維修(PM)需要一段時(shí)間，設(shè)備的停止操作降低了生產(chǎn)率。


圖1示出了用于常規(guī)工藝室的PM工藝。進(jìn)行PM工藝，即進(jìn)行半導(dǎo)體晶片的特殊處理，系統(tǒng)電源關(guān)閉，系統(tǒng)停止操作，之后系統(tǒng)冷卻。如果工藝室已充分冷卻，將工藝室的部件拆卸，濕腐蝕每個(gè)拆卸部件的表面，除掉等離子體的副產(chǎn)物。濕腐蝕通常使用HF系列的化學(xué)物以便除去多晶硅膜或氮化硅膜。然后，組裝拆卸的部件后，真空泵重新工作，并開(kāi)始抽氣以便將工藝室維持在某個(gè)氣壓。要試驗(yàn)的晶片放入到工藝室內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行老化工藝。重新進(jìn)行工藝鑒定以檢查工藝室是否已準(zhǔn)備好進(jìn)行工藝操作。
然而，PM方法存在消耗大量的費(fèi)用和電力的問(wèn)題，并且它需要24小時(shí)以上的時(shí)間。為了克服這些問(wèn)題，使用NF3、CF4代替濕腐蝕進(jìn)行等離子體腐蝕，或進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)以借助熱應(yīng)力除去形成在室內(nèi)的膜。或者使用ClF3、BrF5進(jìn)行干腐蝕。
然而，即使采用以上的方法，仍然需要除去或組裝/拆卸，由此導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)電力。
引入使用干腐蝕氣體用于工藝室的現(xiàn)場(chǎng)清潔，但很難發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確的反應(yīng)過(guò)程以檢測(cè)清潔效率。
本發(fā)明致力于提供一種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其具有清潔氣體提供裝置、采樣管和用于現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝室的氣體分析儀，基本上避免了由于相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)引起的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于在半導(dǎo)體晶片上形成多晶硅存儲(chǔ)電極的腐蝕工藝的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，和腐蝕工藝之后工藝室內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝。
本發(fā)明的再一目的是提供一種優(yōu)化的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，使用殘留氣體分析儀-四極質(zhì)譜儀(RGA-QMS)除去留在等離子體工藝室上的殘留物。
要達(dá)到這些和其他優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，按具體地和概括地介紹，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置包括工藝室，使用等離子體在其中進(jìn)行腐蝕工藝；工藝氣體提供裝置，將工藝氣體提供到工藝室內(nèi)；廢氣排氣裝置，工藝室完成工藝后使用泵裝置除去廢氣；采樣管，連接到工藝室使用壓力差采樣工藝室內(nèi)的氣體；和氣體分析儀，用于分析來(lái)自采樣管的采樣氣體。
工藝室為使用等離子體進(jìn)行腐蝕工藝形成半導(dǎo)體電容的存儲(chǔ)多晶硅電極的室。通過(guò)工藝氣體提供裝置提供包括SF6和Cl2氣體的工藝氣體。如N2氣體等的補(bǔ)充氣體或攜帶氣體進(jìn)一步提供到工藝室和采樣管內(nèi)。
將發(fā)射光譜分光鏡(OES)安裝在工藝室內(nèi)監(jiān)視具體氣體的波長(zhǎng)變化。
工藝室連接到負(fù)載鎖定室，將腐蝕物保持在高真空狀態(tài)下，工藝室和負(fù)載鎖定室具有示波器分別監(jiān)視壓力變化。
臨界孔(critical orifice)安裝在采樣管內(nèi)將采樣管的內(nèi)部壓力維持在與工藝室相同。
采樣管包括第一空氣閥、第二空氣閥、第一隔離閥、第二隔離閥、第三隔離閥和門閥，它們由連接器以串聯(lián)的順序與工藝室安裝。攜帶氣提供到采樣管，用于凈化，攜帶氣體供給管線由攜帶氣體供給源分別連接到第一空氣閥和第二空氣閥，在連接到第一空氣閥和第二空氣閥的管線上，分別安裝第三空氣閥和第四空氣閥。
進(jìn)一步在采樣管的第一隔離閥和第二隔離閥之間安裝電容壓力計(jì)(CM)和具有控制壓力的泵的壓力控制排氣管線。
進(jìn)一步安裝凈氣器，借助廢氣排放裝置凈化通過(guò)抽氣裝置的廢氣，經(jīng)過(guò)氣體分析儀的氣體通過(guò)凈氣器被排出。
氣體分析儀為RGA-QMS(殘留氣體分析儀-四極質(zhì)譜儀)，具有一個(gè)質(zhì)譜儀、一個(gè)渦輪泵和烘焙泵。
在本發(fā)明的另一方案中，提供一種使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，所述等離子體腐蝕裝置包括工藝室，使用等離子體進(jìn)行腐蝕工藝；工藝氣體提供裝置，將工藝氣體提供到工藝室內(nèi)；廢氣排氣裝置，工藝室完成工藝后使用抽氣裝置除去廢氣；采樣管，連接到工藝室使用壓力差采樣工藝室內(nèi)的氣體；和氣體分析儀，用于采樣來(lái)自采樣管的采樣氣體，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法包括步驟a)使用采樣管取樣工藝室內(nèi)的氣體；b)烘焙氣體以將氣體分析儀內(nèi)的初始本體值減少到某個(gè)值以下，并進(jìn)行脫氣；c)進(jìn)行腐蝕工藝形成工藝室中半導(dǎo)體晶片內(nèi)的多晶硅存儲(chǔ)電極，并監(jiān)視工藝氣體的反應(yīng)過(guò)程；d)腐蝕工藝完成后取下晶片，將廢氣排出工藝室；以及e)立即將清洗氣體提供到工藝室內(nèi)，并監(jiān)視工藝室內(nèi)清洗氣體的反應(yīng)過(guò)程。
多晶硅腐蝕工藝的腐蝕氣體為Cl2，氣體分析儀為具有一個(gè)質(zhì)譜儀的RGA-QMS。進(jìn)一步將OES(發(fā)射光譜分光鏡)安裝在工藝室內(nèi)，在工藝腐蝕期間進(jìn)一步監(jiān)視SiClx的波長(zhǎng)變化。
多晶硅腐蝕工藝的腐蝕氣體為SF6+Cl2氣體，氣體分析儀為具有一個(gè)質(zhì)譜儀的RGA-QMS。
進(jìn)一步將OES(發(fā)射光譜分光鏡)安裝在工藝室內(nèi)，在工藝腐蝕期間進(jìn)一步監(jiān)視SiFx的波長(zhǎng)變化。
多晶硅腐蝕工藝的清洗氣體為Cl2+SF6氣體，氣體分析儀為具有一個(gè)質(zhì)譜儀的RGA-QMS。
進(jìn)一步將OES(發(fā)射光譜分光鏡)安裝在工藝室內(nèi)，在工藝腐蝕期間進(jìn)一步監(jiān)視SiFx的波長(zhǎng)變化。
工藝室連接到處于真空狀態(tài)的負(fù)載鎖定室，示波器分別安裝在工藝室和負(fù)載鎖定室內(nèi)，用于監(jiān)視壓力的變化，進(jìn)行腐蝕工藝后取下晶片，同時(shí)監(jiān)視工藝室和負(fù)載鎖定室內(nèi)壓力的變化。用清洗氣連續(xù)地清洗采樣管和氣體分析儀，同時(shí)由采樣管停止采樣操作，由此提高了分析的可靠性。
此外，優(yōu)選在采樣管開(kāi)始新的采樣操作之前，烘焙并脫氣氣體分析儀內(nèi)存在的氣體，以將本體值減少到某個(gè)值以下，由此同樣提高了分析的可靠性。
在本發(fā)明又一方案中，提供了一種除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，在該方法中腐蝕工藝使用等離子體形成半導(dǎo)體電容的多晶硅存儲(chǔ)電極，現(xiàn)場(chǎng)清潔方法包括步驟a)腐蝕工藝后將半導(dǎo)體晶片從工藝室中取出；b)將SF6+Cl2氣體提供到工藝室內(nèi)并清潔工藝室內(nèi)的腐蝕殘留物；以及c)抽出并除去工藝室內(nèi)的殘留物。
本發(fā)明還包括取出晶片并排出工藝室內(nèi)廢氣的步驟。
采樣管安裝在工藝室內(nèi)，通過(guò)使用壓力差采樣工藝室內(nèi)的氣體，工藝室具有RGA-QMS，用于分析采樣管采樣的氣體，并監(jiān)視腐蝕殘留物的清潔工藝步驟期間氣體的反應(yīng)過(guò)程。
此外，特性上，通過(guò)分析RGA-QMS的監(jiān)視結(jié)果檢測(cè)清潔工藝的終點(diǎn)。優(yōu)選通過(guò)分析RGA-QMS的監(jiān)視結(jié)果同時(shí)改變工藝室內(nèi)的壓力和溫度條件優(yōu)化清潔工藝中的腐蝕終點(diǎn)。
此外，還在除去工藝室中的殘留物的清潔步驟和抽氣步驟之間進(jìn)行老化的步驟。
通過(guò)停止向工藝室內(nèi)提供SF6氣體并向其中提供Cl2氣進(jìn)行老化步驟，在老化步驟中進(jìn)一步將N2氣提供到工藝室內(nèi)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，使用采樣管和氣體分析儀進(jìn)行形成半導(dǎo)體電容的多晶硅存儲(chǔ)電極的等離子體腐蝕工藝，現(xiàn)場(chǎng)工藝室內(nèi)清潔工藝期間的氣體反應(yīng)過(guò)程可以精確地監(jiān)視，由此優(yōu)化清潔工藝的方法(recipe)，并提高工藝的簡(jiǎn)化程度和效率。
在附圖中圖1示出了除去工藝室內(nèi)殘留物的常規(guī)清潔工藝的工藝順序；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置周圍結(jié)構(gòu)的示意性標(biāo)識(shí)；圖3示出了圖2的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視裝置的詳細(xì)標(biāo)識(shí)；圖4示出了腐蝕工藝分析和清潔工藝的工藝順序的示意性標(biāo)識(shí)；圖5示出了存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝中使用的主要?dú)怏w的RGA-QMS幅值趨勢(shì)的分析結(jié)果；圖6示出了在圖5的主要腐蝕步驟的233掃描的光譜；圖7示出了通過(guò)腐蝕方法1存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝的OES分析結(jié)果；圖8示出了通過(guò)方法2存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝中使用的主要?dú)怏w的RGA-QMS幅值趨勢(shì)的分析結(jié)果；圖9示出了在圖8的主要腐蝕步驟的172掃描的光譜；圖10示出了通過(guò)腐蝕方法2存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝的OES分析結(jié)果；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝在工藝室中借助RGA-QMS主要?dú)怏w的幅值趨勢(shì)；圖12示出了現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝在工藝室中借助RGA-QMS主要?dú)怏w的分析趨勢(shì)，其中主要腐蝕的時(shí)間比圖11中的長(zhǎng)；以及圖13示出了在工藝室中優(yōu)化的現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝期間借助RGA-QMS主要?dú)怏w的分析趨勢(shì)。
現(xiàn)在根據(jù)附圖中示出的例子詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖2示意性地說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置周圍結(jié)構(gòu)，圖3示出了圖2的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視裝置的詳細(xì)說(shuō)明。
常規(guī)的干法腐蝕裝置有多個(gè)工藝室10；負(fù)載鎖定室14，其具有一個(gè)傳遞機(jī)械手(未顯示)設(shè)置在工藝室10和盒(cassette)傳遞機(jī)構(gòu)部分16之間，用于將放置在盒上的晶片提供到負(fù)載鎖定室14；以及對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)部分12，用于對(duì)準(zhǔn)晶片的平坦邊緣，以便在將晶片提供到工藝室10之前使其對(duì)位。
在工藝室10內(nèi)進(jìn)行使用等離子體的腐蝕工藝。腐蝕氣體由腐蝕氣體提供源20通過(guò)氣體提供部分22提供到工藝室10，清潔后通過(guò)真空泵30和凈氣器40穿過(guò)排氣管將腐蝕工藝產(chǎn)生的廢氣排出。
同時(shí)，安裝采樣管50從工藝室10采樣氣體以檢查氣體變化。穿過(guò)采樣管50的采樣氣體由氣體分析儀80現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視。采樣真空泵100設(shè)置在氣體分析儀80之后用于連續(xù)采樣和氣體分析。廢氣在凈氣器40內(nèi)清潔并排出。
同時(shí)，可以進(jìn)一步將發(fā)射光譜分光鏡(OES)安裝在工藝室10內(nèi)。OES為測(cè)量等離子體干法腐蝕工藝或CVD工藝等使用的晶片和氣體的反應(yīng)材料發(fā)出的光特定的波長(zhǎng)強(qiáng)度變化的裝置。由于光的顏色和波長(zhǎng)根據(jù)氣體的種類和半導(dǎo)體襯底上腐蝕層而不同，檢測(cè)光波長(zhǎng)的強(qiáng)度并通過(guò)結(jié)果曲線發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)突然改變的點(diǎn)。由此，通過(guò)檢測(cè)要腐蝕的層和它的下層之間界面點(diǎn)處腐蝕工藝的終點(diǎn)確定要腐蝕的某層的腐蝕時(shí)間。
同時(shí)，晶片放入/取出工藝室10期間，工藝室10內(nèi)的顆粒引入到負(fù)載鎖定室14并污染了其它相鄰的工藝室10，由此將壓力傳感器安裝在工藝室和負(fù)載鎖定室14之間，將OES連接到壓力傳感器分析每個(gè)工藝步驟中的壓力變化。
參考圖3介紹氣體采樣和分析管線，采樣口56安裝在工藝室10的外壁，采樣口56通過(guò)彈性材料的連接器52連接到采樣管50。直徑為3/8英寸的采樣管50的采樣管線54由不銹鋼制成并進(jìn)行電拋光處理。沿采樣管線54，以串聯(lián)的順序連接第一空氣閥62、第二空氣閥66、第一隔離閥68、第二隔離閥70、第三隔離閥72和門閥74。第一空氣閥62和第二空氣閥66分別為100微米的孔，并在第三隔離閥72內(nèi)形成250微米的孔。
同時(shí)，來(lái)自攜帶氣體提供源24的N2分別通過(guò)分支裝置58提供到第一空氣閥62和第二空氣閥66，由此即使在不采樣操作期間，清潔氣體也總是提供到采樣管50。此外，將電容壓力計(jì)(CM)76安裝在第一隔離閥68和第二隔離閥70之間，采樣管線54在它們之間分叉，穿過(guò)提供在氣體分析儀80內(nèi)的采樣泵90連接到凈氣器40。
同時(shí)，氣體分析儀80連接到具有門閥74的采樣管線54的端側(cè)。氣體分析儀使用包括一個(gè)質(zhì)譜儀的市售的殘留氣體分析儀-四極質(zhì)譜儀(RGA-QMS)，并通過(guò)渦輪泵86、烘焙泵88和采樣泵90連接到凈氣器40。質(zhì)譜儀84有一個(gè)離子計(jì)82。
同時(shí)，用做氣體分析儀80的RGA-QMS已商品化，使用以下步驟獲取的質(zhì)量光譜進(jìn)行氣體分析采樣使用或留在工藝室10內(nèi)的氣體；使它與70ev的電勢(shì)差加速的電子碰撞以電離它；以及使電離的氣體穿過(guò)一直保持直流和交流的RGA-QMS，僅讓具有特定質(zhì)量與電子比值的離子穿過(guò)。由此，可以檢查碰撞后產(chǎn)生離子的氣體過(guò)程。本發(fā)明中使用的RGA-QMS由可移動(dòng)系統(tǒng)組成，其中與通常的濺射工藝中使用的開(kāi)放離子源(OIS)不同，離子源為封閉的離子源(CIS)，所以可以分析工藝氣體和本體氣體。
使用100/250微米的臨界孔將采樣管50內(nèi)的采樣壓力控制維持到工藝室的壓力以下。
圖4示出了圖2的工藝室內(nèi)腐蝕工藝分析和現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝的工藝順序示意標(biāo)識(shí)。首先，進(jìn)行RGA-QMS應(yīng)用的試驗(yàn)。即，氣體分析儀80連接到采樣管50，將氮?dú)馓峁┑絉GA-QMS內(nèi)，同時(shí)關(guān)閉第一空氣閥62和第三空氣閥60，并打開(kāi)第二空氣閥66和第四空氣閥64。然后，關(guān)閉第四空氣閥64，并打開(kāi)第一空氣閥62，開(kāi)始工藝室10的氣體采樣。在電容壓力CM計(jì)(電容壓力計(jì))顯示的壓力基礎(chǔ)上根據(jù)需要操作采樣泵90，控制工藝室10和采樣管線54內(nèi)的壓力。
然后，進(jìn)行RGA-QMS烘焙試驗(yàn)。即，在RGA-QMS室(未顯示)內(nèi)安裝四極質(zhì)譜儀后，進(jìn)行烘焙以減少本體值。由于RGA-QMS為對(duì)分析系統(tǒng)自身污染敏感的設(shè)備，每次分析本體光譜時(shí)，應(yīng)該檢查濕氣和氧氣元素的污染狀態(tài)。由此，當(dāng)污染級(jí)別很高時(shí)，在250℃左右的溫度烘焙工藝室，并在150℃左右烘焙采樣管以減小和控制污染。即，監(jiān)視作為雜質(zhì)的分子污染物(H2O、H2、O2、Ar、CO2)，借助烘焙加速污染物的脫氣，以便分析RGA-QMS的初始本體值。
然后，進(jìn)行半導(dǎo)體晶片的具體工藝，之后再次進(jìn)行采樣，分析工藝的結(jié)果。即，例如，由聯(lián)機(jī)監(jiān)視如形成DRAM工藝的存儲(chǔ)多晶硅電極的腐蝕工藝的重要步驟的主腐蝕和過(guò)腐蝕等的腐蝕氣體的反應(yīng)過(guò)程。
然后，將經(jīng)歷多晶硅腐蝕工藝的晶片從工藝室中取出，并將清潔氣體提供到工藝室內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工藝室的清潔。在進(jìn)行清潔工藝的同時(shí)，繼續(xù)采樣腐蝕氣體，借助RGA-QMS分析清潔工藝期間的氣體反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)清潔工藝之前/之后分析氣體，或分析顆粒的污染等，可以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝的效果，最后優(yōu)化清潔工藝的時(shí)間、壓力、溫度的方法。
在本發(fā)明中，在采樣管中使用250微米的臨界孔，分析在較低壓力下進(jìn)行的腐蝕工藝。RGA-QMS提供了6.7秒內(nèi)范圍從1到200amu的光譜。每次分析時(shí)，在采樣之前/之后，證實(shí)采樣管的RGA-QMS和本體光譜以確保分析結(jié)果的可靠性。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在兩種腐蝕方法下進(jìn)行存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝。
腐蝕方法1使用Cl2氣體作為存儲(chǔ)多晶硅腐蝕氣體，圖5示出了存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝中使用的主要?dú)怏w的RGA-QMS幅值趨勢(shì)的分析結(jié)果，圖6示出了圖5的主要腐蝕步驟233掃描(scan)的光譜。圖7示出了通過(guò)腐蝕方法1存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝的OES分析結(jié)果。
在圖5和6中，通過(guò)將腐蝕劑Cl2變?yōu)槿鏢iClx(SiCl+,SiCl3+)的氣體腐蝕多晶硅，RGA-QMS上的SiCl3+的圖形形狀與圖7中405nm的終點(diǎn)檢測(cè)(EPD)光譜的結(jié)果相符。
接下來(lái)，腐蝕方法2使用SF6+Cl2氣體作為存儲(chǔ)多晶硅的腐蝕氣體。
圖8示出了通過(guò)方法2存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝中使用的主要?dú)怏w的RGA-QMS幅值趨勢(shì)的分析結(jié)果，圖9示出了圖8的主要腐蝕步驟172掃描的光譜。圖10示出了通過(guò)腐蝕方法2存儲(chǔ)多晶硅腐蝕工藝的OES分析結(jié)果。
通過(guò)腐蝕方法2，使用SF6+Cl2氣體進(jìn)行多晶硅的主要腐蝕后，使用Cl2氣體進(jìn)行過(guò)腐蝕。SF6為惰性氣體，但它在RF電場(chǎng)中形成活性氟離子，它可和Cl2氣體用在多晶硅腐蝕中。
在圖5和6的分析結(jié)果中，當(dāng)SF6和Cl2氣體用為腐蝕劑時(shí)，主要的副產(chǎn)品為SiFx(SiF+,SiF2+,SiF3+)氣體，將多晶硅腐蝕為如SiClxFx(SiCl+,SiClF2+,SiCl2F2+,SiCl2F3+)氣體。通過(guò)RGA-QMS的氣體分析顯示出類似于圖10的終點(diǎn)檢測(cè)(EPD)光譜的結(jié)果。在圖10中，接通RF電源第三步驟后進(jìn)行主腐蝕，在第四步驟關(guān)閉電源。然后，當(dāng)RF電源接通時(shí)第五步驟后進(jìn)行過(guò)腐蝕。
在本發(fā)明的實(shí)施例中工藝室內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝由三個(gè)步驟組成。即，使用SF6+Cl2作為腐蝕劑的腐蝕步驟，使用Cl2的老化步驟，抽廢氣的抽氣步驟。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝的工藝室內(nèi)借助RGA-QMS的主要?dú)怏w的分析趨勢(shì)(腐蝕時(shí)間60秒)。氟(F)元素起工藝室內(nèi)活性腐蝕劑的作用，并將工藝室內(nèi)的聚合物腐蝕為SiFx。此外，產(chǎn)生如SOF+、SO2+等的副產(chǎn)品。
在圖11中，腐蝕(清潔)的主要副產(chǎn)品SiF3+在腐蝕后快速增加，然后逐漸減少，腐蝕后消失，由此不能檢測(cè)出腐蝕終點(diǎn)。
圖12示出了現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝的工藝室內(nèi)借助RGA-QMS的主要?dú)怏w的分析趨勢(shì)，其中它的腐蝕時(shí)間擴(kuò)展到120秒。在圖12中，約74秒時(shí)完成腐蝕。
圖13示出了通過(guò)改變以上腐蝕時(shí)間優(yōu)化工藝室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝期間借助RGA-QMS的主要?dú)怏w的分析趨勢(shì)。即，在15mt的壓力RF電源400W使用SF6和Cl2氣體進(jìn)行100秒的腐蝕工藝步驟，在20mt的壓力RF電源400W使用Cl2氣體進(jìn)行30秒的老化工藝步驟。關(guān)閉RF電源后，進(jìn)行300秒的抽起步驟。
為了檢查根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝的效果，當(dāng)使用sufscan分析鏡片的硅氧化物表面上的顆粒，可以證實(shí)現(xiàn)場(chǎng)清潔工藝后顆粒減少。
同時(shí)，清潔步驟之前或之后，使用全反射X射線熒光(TXRF)/高性能的離子色譜分離(HPIC)檢查和測(cè)量工藝室內(nèi)如Fe、Cr、Ni、Zn、Ti、S、Cl、F、NH4等的金屬和離子雜質(zhì)，由此分析清潔工藝步驟的結(jié)果。
由此，根據(jù)本發(fā)明，在腐蝕工藝步驟和清潔工藝步驟期間，使用RGA-QMS和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視工藝室分析氣體的反應(yīng)過(guò)程。根據(jù)結(jié)果，證實(shí)多晶硅腐蝕期間活性腐蝕劑和反應(yīng)副產(chǎn)品，并且可以確切地檢測(cè)腐蝕工藝的終點(diǎn)，由此優(yōu)化了清潔工藝期間的腐蝕時(shí)間，減少清潔工藝消耗的時(shí)間。此外，抑制了顆粒的產(chǎn)生，提高了設(shè)備的操作效率。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然可以做出不同的修改和變形且不脫離本發(fā)明的精神或范圍。由此，本發(fā)明意在覆蓋落入覆蓋的權(quán)利要求書和及其等同物的氛圍內(nèi)本發(fā)明的修改和變形。
權(quán)利要求
1．一種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置包括工藝室，使用等離子體在其中進(jìn)行腐蝕工藝；工藝氣體提供裝置，將工藝氣體提供到工藝室內(nèi)；廢氣排氣裝置，工藝室完成工藝后使用泵裝置除去廢氣；采樣管，連接到工藝室使用壓力差采樣工藝室內(nèi)的氣體；以及氣體分析儀，用于分析來(lái)自采樣管的采樣氣體。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中工藝室為一個(gè)室，其中使用等離子體進(jìn)行腐蝕工藝形成半導(dǎo)體電容的存儲(chǔ)多晶硅電極。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中通過(guò)工藝氣體提供裝置提供包括SF6和Cl2氣體的工藝氣體。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中攜帶氣體進(jìn)一步提供到工藝室和采樣管內(nèi)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中將發(fā)射光譜分光鏡(OES)安裝在工藝室內(nèi)監(jiān)視具體氣體的波長(zhǎng)變化。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中工藝室連接到負(fù)載鎖定室，將處理對(duì)象保持在高真空狀態(tài)下，工藝室和負(fù)載鎖定室具有示波器分別監(jiān)視壓力變化。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中臨界孔安裝在采樣管內(nèi)將采樣管的內(nèi)部壓力維持在與工藝室相同的級(jí)別。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中采樣管包括第一空氣閥、第二空氣閥、第一隔離閥、第二隔離閥、第三隔離閥和門閥，它們由連接器以串聯(lián)的順序與工藝室安裝。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中攜帶氣提供到采樣管，用于凈化，攜帶氣體供給管線由攜帶氣體供給源分別連接到第一空氣閥和第二空氣閥，在連接到第一空氣閥和第二空氣閥的管線上，分別安裝有第三空氣閥和第四空氣閥。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中進(jìn)一步在采樣管的第一隔離閥和第二隔離閥之間安裝電容壓力計(jì)(CM)和具有控制壓力的泵的壓力控制排氣管線。
11．根據(jù)權(quán)利要求8的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中采樣管的第一隔離閥、第二隔離閥和第三隔離閥的孔分別為100微米、100微米和250微米。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中進(jìn)一步安裝凈氣器，借助廢氣排放裝置凈化通過(guò)抽氣裝置的廢氣，經(jīng)過(guò)氣體分析儀的氣體通過(guò)凈氣器被排出。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中氣體分析儀為RGA-QMS(殘留氣體分析儀-四極質(zhì)譜儀)，具有一個(gè)質(zhì)譜儀、一個(gè)渦輪泵和烘焙泵。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置，其中采樣管使用的管線由電拋光處理的不銹鋼制成。
15．一種使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，所述等離子體腐蝕裝置包括工藝室，使用等離子體進(jìn)行腐蝕工藝；工藝氣體提供裝置，將工藝氣體提供到工藝室內(nèi)；廢氣排氣裝置，工藝室完成工藝后使用抽氣裝置除去廢氣；采樣管，連接到工藝室使用壓力差采樣工藝室內(nèi)的氣體；和氣體分析儀，用于采樣來(lái)自采樣管的采樣氣體，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法包括步驟a)使用采樣管對(duì)工藝室內(nèi)的氣體采樣；b)烘焙氣體以將氣體分析儀內(nèi)的初始本體值減少到某個(gè)值以下，并進(jìn)行脫氣；c)在工藝室中進(jìn)行腐蝕工藝形成半導(dǎo)體晶片的多晶硅存儲(chǔ)電極，并監(jiān)視工藝氣體的反應(yīng)過(guò)程；d)腐蝕工藝完成后取下晶片，將廢氣排出工藝室；以及e)原樣地將清洗氣體提供到工藝室內(nèi)，并監(jiān)視工藝室內(nèi)清洗氣體的反應(yīng)過(guò)程。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中多晶硅腐蝕工藝的腐蝕氣體為Cl2，氣體分析儀為具有一個(gè)質(zhì)譜儀的RGA-QMS。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中進(jìn)一步將OES(發(fā)射光譜分光鏡)安裝在工藝室內(nèi)，在工藝腐蝕期間進(jìn)一步監(jiān)視SiClx的波長(zhǎng)變化。
18．根據(jù)權(quán)利要求15的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中多晶硅腐蝕工藝的腐蝕氣體為SF6+Cl2氣體，氣體分析儀為具有一個(gè)質(zhì)譜儀的RGA-QMS。
19．根據(jù)權(quán)利要求15的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中進(jìn)一步將OES(發(fā)射光譜分光鏡)安裝在工藝室內(nèi)，在工藝腐蝕期間進(jìn)一步監(jiān)視SiFx的波長(zhǎng)變化。
20．根據(jù)權(quán)利要求15的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中多晶硅腐蝕工藝的清潔氣體為Cl2+SF6氣體，氣體分析儀為具有一個(gè)質(zhì)譜儀的RGA-QMS。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中進(jìn)一步將OES(發(fā)射光譜分光鏡)安裝在工藝室內(nèi)，在工藝腐蝕期間進(jìn)一步監(jiān)視SiFx的波長(zhǎng)變化。
22．根據(jù)權(quán)利要求15的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中工藝室連接到處于真空狀態(tài)的負(fù)載鎖定室，示波器分別安裝在工藝室和負(fù)載鎖定室內(nèi)，用于監(jiān)視壓力的變化，進(jìn)行腐蝕工藝后取下晶片，同時(shí)監(jiān)視工藝室和負(fù)載鎖定室內(nèi)壓力的變化。
23．根據(jù)權(quán)利要求15的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中用清洗氣連續(xù)地清洗采樣管和氣體分析儀，同時(shí)采樣管停止采樣操作。
24．根據(jù)權(quán)利要求15的使用等離子體腐蝕裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方法，其中在采樣管開(kāi)始新的采樣操作之前，烘焙并脫氣氣體分析儀內(nèi)存在的氣體，以將本體值減少到某個(gè)值以下。
25．一種除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，其中腐蝕工藝使用等離子體形成半導(dǎo)體電容的多晶硅存儲(chǔ)電極，現(xiàn)場(chǎng)清潔方法包括步驟a)腐蝕工藝后將半導(dǎo)體晶片從工藝室中取出；b)將SF6+Cl2氣體提供到工藝室內(nèi)并清潔工藝室內(nèi)的腐蝕殘留物；以及c)抽出并除去工藝室內(nèi)的殘留物。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，其中還包括取出晶片并排出工藝室內(nèi)廢氣的步驟。
27．根據(jù)權(quán)利要求25的除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，其中采樣管安裝在工藝室內(nèi)，通過(guò)使用壓力差采樣工藝室內(nèi)的氣體，工藝室具有RGA-QMS，用于分析采樣管采樣的氣體，并監(jiān)視腐蝕殘留物的清潔工藝步驟期間氣體的反應(yīng)過(guò)程。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，特征在于通過(guò)分析RGA-QMS的監(jiān)視結(jié)果檢測(cè)清潔工藝的終點(diǎn)。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，其中通過(guò)分析RGA-QMS的監(jiān)視結(jié)果同時(shí)改變工藝室內(nèi)的壓力和溫度條件優(yōu)化清潔工藝中的腐蝕終點(diǎn)。
30．根據(jù)權(quán)利要求25的除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，其中還包括在除去工藝室中的殘留物的清潔步驟和抽氣步驟之間進(jìn)行老化的步驟。
31．根據(jù)權(quán)利要求29的除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，其中通過(guò)停止向工藝室內(nèi)提供SF6氣體并向其中提供Cl2氣進(jìn)行老化步驟。
32．根據(jù)權(quán)利要求31的除去等離子體工藝室內(nèi)殘留物的現(xiàn)場(chǎng)清潔方法，其中在老化步驟中進(jìn)一步將N2氣提供到工藝室內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等離子體腐蝕裝置包括:工藝室,使用等離子體在其中進(jìn)行腐蝕工藝;工藝氣體提供裝置,將工藝氣體提供到工藝室內(nèi);廢氣排氣裝置,工藝室完成工藝后使用泵裝置除去廢氣;采樣管,連接到工藝室使用壓力差采樣工藝室內(nèi)的氣體;和氣體分析儀,用于分析來(lái)自采樣管的采樣氣體。工藝氣體為從采樣管連接采樣的,并檢測(cè)腐蝕和清潔工藝的優(yōu)化工藝方法。
文檔編號(hào)C23F4/00GK1221807SQ98120050
公開(kāi)日1999年7月7日 申請(qǐng)日期1998年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月30日
發(fā)明者趙圣範(fàn), 金學(xué)弼, 辛銀姬, 崔百洵 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社