專利名稱：一種反應(yīng)腔漏氣檢測方法及真空反應(yīng)器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子處理設(shè)備的氣體泄漏檢測方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代半導(dǎo)體加工設(shè)備經(jīng)常用到等離子體對基片進行加工，通常要將設(shè)備內(nèi)的反應(yīng)腔抽成真空或者在極低氣壓下通入反應(yīng)氣體，再對半導(dǎo)體或其它材料構(gòu)成的基片進行加工。半導(dǎo)體加工設(shè)備包括化學(xué)氣相沉積(CVD)，刻蝕，等離子輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)等。 在這些處理過程中需要保證反應(yīng)過程精確的控制，因為任何不可控因素的引入都會導(dǎo)致處理得到的基片產(chǎn)生缺陷，甚至重大的缺陷。半導(dǎo)體加工設(shè)備的反應(yīng)腔漏氣就是需要嚴(yán)格防止的情況之一，因為空氣中的N2，02，水汽及其它氣體泄漏到反應(yīng)腔內(nèi)都會對反應(yīng)腔的反應(yīng)過程和氛圍造成重大影響。最終造成加工基片的缺陷。所以需要在基片處理流程上對空氣泄漏故障進行檢測和處理。一般的真空反應(yīng)腔檢漏方法需要先將反應(yīng)腔抽至低氣壓，然后用壓強計 (manometer)測量壓強隨時間變化而計算出漏率。這種方法需要占用很長的時間，從而影響產(chǎn)能，另外這種方法不能在生產(chǎn)過程中實時的監(jiān)控有無泄漏發(fā)生?，F(xiàn)有技術(shù)如US57897M揭露了利用在反應(yīng)腔中點燃等離子體，然后利用光學(xué)感應(yīng)器來檢測等離子體中的光譜，發(fā)現(xiàn)光譜中有代表空氣的成分如氧氣的對應(yīng)光譜而且該頻率發(fā)光強度大于設(shè)定值時就判斷得出該反應(yīng)腔已經(jīng)漏氣?，F(xiàn)有技術(shù)US2005/00037500揭露了在反應(yīng)腔內(nèi)通入氟碳化合物或碳氫化合物來產(chǎn)生等離子體，然后再檢測碳與空氣中的氮形成的CN化合物的對應(yīng)光譜來判斷反應(yīng)腔是否有漏氣。其它現(xiàn)有技術(shù)也有用氬氣(Argon)來點燃等離子再檢測代表空氣成分的對應(yīng)光譜來檢測漏氣的。這些現(xiàn)有技術(shù)都用到點燃等離子來檢測有沒有代表空氣成分的光譜來判斷有沒有漏氣。但是這些現(xiàn)有技術(shù)在點燃等離子的方法上存在弊病，在對基板進行處理過程中本身需要點燃等離子，但是此時進行檢測在應(yīng)用場合上受到很大限制反應(yīng)氣體和待處理基片不能含有任何與空氣中的特征氣體相同的原子比如氧、氮、碳。否則本身反應(yīng)氣體或待處理基片如Si02、SiN中的原子也會發(fā)出對應(yīng)波長的光就無法判斷反應(yīng)腔是否漏氣了。甚至反應(yīng)腔本身部件也會含有氧成分(如A1203或Y203)所以在反應(yīng)過程中檢測會有很大的局限。如果把漏氣檢測做為額外步驟添加到加工處理步驟之后雖然可以避免上述問題，但是額外的時間會對整個處理系統(tǒng)的產(chǎn)能造成影響。而且漏氣檢測需要實時進行，所以如果要用額外的檢測步驟的話就需要在基片加工處理完成后頻繁進行，這樣一來為了檢測漏氣就會極大的降低了半導(dǎo)體加工設(shè)備實際加工的時間，降低了產(chǎn)能。所以工業(yè)界需要改進現(xiàn)有漏氣檢測方法，在提高漏氣檢測應(yīng)用范圍的同時不會對整個系統(tǒng)的產(chǎn)能造成影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)腔氣體泄漏檢測方法，其不僅能夠提供較好的形貌控制，而且可以實現(xiàn)高精度、快速高效、無反應(yīng)腔污染的刻蝕。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方法實現(xiàn)的一種反應(yīng)腔漏氣檢測方法，包括基片加工步驟，在反應(yīng)腔里對工件進行加工；等離子清洗步驟，通入氧并點燃等離子，檢測氧等離子體中的光譜，檢測到代表氮氣的光譜大于參考值時判斷反應(yīng)腔漏氣。其中基片加工步驟包括刻蝕或化學(xué)氣相沉積。所述等離子清洗步驟包括第一等離子清洗段和接下來的第二等離子清洗段，第二等離子清洗段開始檢測等離子體光譜成分。 當(dāng)?shù)诙入x子清洗段檢測到并判斷發(fā)生反應(yīng)腔漏氣時繼續(xù)該第二等離子清洗段，直到等離子清洗步驟結(jié)束；判斷反應(yīng)腔沒有漏氣時立即終止等離子清洗步驟，進入下一個基片加工步驟。其中在第二清洗段檢測等離子光譜成分是用反應(yīng)終點檢測系統(tǒng)來實現(xiàn)的。該等離子清洗步驟第一等離子清洗階段時間長度大于20秒，第二清洗段的時間小于5秒。本發(fā)明反應(yīng)腔漏氣檢測方法，其特征在于，所述代表氮氣的光譜波長為 316，337，355nm 之一。本發(fā)明也提供一種真空反應(yīng)器控制方法，該控制方法包括加工步驟，通入反應(yīng)氣體到反應(yīng)腔內(nèi)對工件進行加工；等離子清洗步驟，通入氧并點燃等離子，清洗真空反應(yīng)器內(nèi)腔；多個加工步驟和等離子清洗步驟交替循環(huán)，其中該等離子清洗步驟包括第一清洗段和第二清洗段，第一清洗段在第一預(yù)定時間內(nèi)完成對真空反應(yīng)器內(nèi)腔的清洗，第二清洗段在第二預(yù)定時間內(nèi)檢測氧等離子中的光譜，檢測到代表氮氣的光譜大于設(shè)定參考值時判斷反應(yīng)腔漏氣，停止真空反應(yīng)器運行；沒有檢測到代表氮氣的光譜大于設(shè)定參考值時進入下一步的加工步驟。其中所述第一預(yù)定時間可以長于20秒，第二預(yù)定時間小于5秒。所述第二清洗段內(nèi)判斷反應(yīng)腔漏氣后直到第二預(yù)定時間結(jié)束再停止真空反應(yīng)器運行。


圖1示出了運用本發(fā)明一個具體實施例的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)2為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的反應(yīng)腔內(nèi)光譜分布示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明判斷氣體泄漏和反應(yīng)腔運行的流程。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種真空反應(yīng)腔的氣體泄漏檢測方法。真空反應(yīng)腔可以是廣泛應(yīng)用的等離子刻蝕或化學(xué)沉積反應(yīng)腔，也可以是其它需要真空狀態(tài)的反應(yīng)腔。圖1是一個典型的等離子刻蝕反應(yīng)腔.該反應(yīng)腔包括外腔體壁1，腔體頂部有氣體分布裝置如噴淋頭11，噴淋頭接受來自氣源110的反應(yīng)氣體并均勻分布到反應(yīng)腔內(nèi)，同時該氣體分布裝置11也作為等離子產(chǎn)生的上電極。反應(yīng)腔下部包括一基座22，基座上設(shè)置有處理基片固定裝置21，基片固定裝置21可以是靜電夾盤(ESC)也可以是其它如機械固定裝置?；?0放置在基片固定裝置21上。邊緣環(huán)23放置在基片外圍以改進基片邊緣區(qū)域的處理效果。一個射頻電源施加到基座22中的下電極使得上下電極間產(chǎn)生高頻電場點燃等離子。本發(fā)明除了適用于圖1所示的可以用于電容耦合型(CCP)等離子反應(yīng)腔也可以用于電感耦合型(ICP)反應(yīng)腔。也可以用在其它進行真空狀態(tài)處理并且包括等離子點燃裝置的反應(yīng)腔上。半導(dǎo)體基片處理過程中通常會在加工完基片后移除加工完的基片，并對反應(yīng)腔進行清潔，以去除反應(yīng)過程中殘留在反應(yīng)腔內(nèi)壁或其它部件上的聚合物或其它殘留物。這種生產(chǎn)過程中的(wafer-less clean WLC)步驟通常要向反應(yīng)腔中通入純氧，點燃等離子，然后利用等離子體的氧清除殘留物。在清潔步驟完成后就可進行下一步的基片處理了。本發(fā)明在等離子清潔步驟中利用圖1所示的光學(xué)探測儀器30提取反應(yīng)腔中的等離子發(fā)出的光線，光信號傳輸給光譜儀并提取等離子光信號的頻譜分布(如圖2所示)，最后通過處理器如PC的計算比較來判斷是否反應(yīng)腔發(fā)生了空氣泄漏。其中光學(xué)探測儀器30和光譜儀、PC 可以與反應(yīng)腔的反應(yīng)終點探測系統(tǒng)共用也可以是為漏氣探測專門設(shè)計新的光學(xué)探測系統(tǒng)。 如圖2所示清潔過程中的氧產(chǎn)生典型物質(zhì)特征譜為λ = 777nm。空氣中 70%的成分為氮氣(N2)，N2的特征譜線為λ = 316，337，355nm。如果反應(yīng)腔有泄漏，空氣中的N2就會進入反應(yīng)腔，光譜中就會出現(xiàn)如圖2所示N2的特征譜線。N2特征譜線的強弱與反應(yīng)腔的漏率成正比。通過對光譜中的N2等離子譜線的實時檢測，即可對反應(yīng)腔的漏率進行實時檢測。使用本發(fā)明應(yīng)用到現(xiàn)有自動化生產(chǎn)線中可以采用特殊設(shè)計的流程。將傳統(tǒng)清潔步驟的時間控制模式改為終點檢測模式的新清潔步驟，并將延遲時間設(shè)置為原始清潔步驟所需時間。例如原有清潔步驟要求點燃等離子25秒后結(jié)束清潔步驟，在本發(fā)明中可以將延遲時間設(shè)為25秒，其中延遲時間選擇可以根據(jù)真空反應(yīng)腔的形狀容積，和氧氣通入量等參數(shù)的不同選擇不同的時間長度，以保證能夠清潔整個反應(yīng)腔為宜，比如20秒的時間在氧氣通入量較高時就足以完成清潔任務(wù)。以下提及清潔步驟的均是指本發(fā)明特殊流程的清潔步驟 (第一等離子清洗段)。清潔步驟經(jīng)過足夠時間長度的等離子清潔以保證反應(yīng)腔內(nèi)壁清潔后再進入氣體泄漏檢測步驟(第二等離子清洗段)，本發(fā)明等離子清潔處理所需時間可設(shè)定為一個略長于原有清潔步驟所需時間的處理時間，如設(shè)定為30秒。在處理時間30秒內(nèi)先進行傳統(tǒng)的等離子清潔步驟25秒再利用終點判斷系統(tǒng)開始對氣體泄漏情況進行判斷。在氣體泄漏判檢測驟中可以用N2等離子譜線強度是否小于某一數(shù)值來進行，例如當(dāng)N2特征譜線λ =316nm的強度低于100時清潔步驟終止，處理流程準(zhǔn)備進入下一片基片的處理階段。其中參考的發(fā)光強度隨著腔體漏率要求的不同可以不同，比如當(dāng)腔體漏率為3. 6mtorr/ min時參考的316nm譜線強度為120。當(dāng)通過比對發(fā)現(xiàn)N2特征譜線λ = 316nm的強度大于100時則代表發(fā)生了氣體泄漏。在利用現(xiàn)有反應(yīng)終點探測系統(tǒng)來判斷氣體泄漏狀態(tài)時，由于現(xiàn)有反應(yīng)終點探測系統(tǒng)僅需在發(fā)現(xiàn)反應(yīng)終點對應(yīng)的光譜后直接結(jié)束當(dāng)前加工步驟，無需作進一步動作，所以通常該系統(tǒng)軟件沒有多余的判斷并跳轉(zhuǎn)模塊，應(yīng)用到本發(fā)明場合時用原有軟件就不能有效實現(xiàn)本發(fā)明的功能了。如果要修改現(xiàn)有反應(yīng)終點探測系統(tǒng)的軟件則需要投入大量的成本與時間進行調(diào)試。此時由于終點檢測系統(tǒng)中軟件環(huán)境的不同，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有氣體泄漏情況時可以有不同的選擇可以繼續(xù)執(zhí)行氣體泄漏檢測步驟直到預(yù)設(shè)的氣體泄漏檢測步驟時間(5S)結(jié)束，設(shè)備停止運行，排查故障；當(dāng)沒有檢測到氣體泄漏時直接進入下一步的半導(dǎo)體基片處理步驟。參考圖3所示的流程。這樣的邏輯設(shè)置可以使得在不增加額外時間的情況下檢測氣體泄漏情況，即使有檢測到發(fā)生氣體泄漏情況也僅需等待數(shù)秒鐘然后進入故障狀態(tài)。所以采用本發(fā)明上述圖3所示的流程可以實現(xiàn)完全用現(xiàn)有反應(yīng)終點探測系統(tǒng)的軟件，再利用一個簡單的計時器即可實現(xiàn)本發(fā)明的功能而不增加任何成本。當(dāng)然，只要現(xiàn)有反應(yīng)終點探測系統(tǒng)的軟件環(huán)境允許，也可以在發(fā)現(xiàn)漏氣時直接終止處理步驟停止設(shè)備運行，排查故障。本發(fā)明利用現(xiàn)有清潔步驟中的氧氣等離子實現(xiàn)了對泄漏氣體的光譜分析，由于在清潔過程中只有氧被通入反應(yīng)腔，反應(yīng)過程中的殘留物也在先前進行的清潔過程中被分解抽走，所以基本沒有雜質(zhì)原子對檢測結(jié)果造成影響。本發(fā)明可以用于任何真空反應(yīng)腔的漏氣檢測，具有很廣的適用性。同時清潔步驟本身就是處理流程的必要步驟所以本發(fā)明也沒有降低設(shè)備的運行效率保證了產(chǎn)能穩(wěn)定。本發(fā)明利用等離子光譜來檢測反應(yīng)腔泄露方法可以應(yīng)用于任何真空反應(yīng)腔，在第一步對基片處理處理完成后將基片移除，在后續(xù)的清潔步驟中通入清潔反應(yīng)腔內(nèi)壁的氣體并點燃等離子體，然后檢測是否有代表空氣成分的光譜如λ = 316nm的光譜，且該光譜的強度大于設(shè)定值來判斷反應(yīng)腔是否漏氣。其邏輯判斷和運行流程可以與圖3所示的相同。 本發(fā)明在每個處理步驟之間的清潔步驟都對反應(yīng)腔進行檢測可以實現(xiàn)對反應(yīng)腔的實時檢測。在檢測完成后如果沒有發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象則進入下一步等離子處理步驟，下一步處理步驟可以與檢測前的處理步驟不同也可以相同。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)腔漏氣檢測方法，包括基片加工步驟，在反應(yīng)腔里對工件進行加工；等離子清洗步驟，通入氧氣并點燃等離子，檢測氧等離子體中的光譜，檢測到代表氮氣的光譜大于參考值時判斷反應(yīng)腔漏氣。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)腔漏氣檢測方法，其特征在于，所述基片加工步驟包括刻蝕或化學(xué)氣相沉積。
3.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)腔漏氣檢測方法，其特征在于，所述等離子清洗步驟包括第一等離子清洗段和接下來的第二等離子清洗段，第二等離子清洗段開始檢測等離子體光譜成分。
4.如權(quán)利要求3所述的反應(yīng)腔漏氣檢測方法，其特征在于在第二等離子清洗段檢測到并判斷發(fā)生反應(yīng)腔漏氣時繼續(xù)該第二等離子清洗段，直到等離子清洗步驟結(jié)束；判斷反應(yīng)腔沒有漏氣時立即終止等離子清洗步驟，進入下一個基片加工步驟。
5.如權(quán)利要求3所述的反應(yīng)腔漏氣檢測方法，其特征在于，所述在第二清洗段檢測等離子光譜成分是用反應(yīng)終點檢測系統(tǒng)來實現(xiàn)的。
6.如權(quán)利要求3所述的反應(yīng)腔漏氣檢測方法，其特征在于，所述第一等離子清洗階段時間長度大于20秒，第二清洗段的時間小于5秒。
7.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)腔漏氣檢測方法，其特征在于，所述代表氮氣的光譜波長為 316，337，355nm 之一。
8.一種真空反應(yīng)器控制方法，包括加工步驟，通入反應(yīng)氣體到真空反應(yīng)器的反應(yīng)腔內(nèi)對工件進行加工；等離子清洗步驟，通入氧氣并點燃等離子，清洗真空反應(yīng)器內(nèi)腔；多個加工步驟和等離子清洗步驟交替循環(huán)，其中該等離子清洗步驟包括第一清洗段和第二清洗段，第一清洗段在第一預(yù)定時間內(nèi)完成對真空反應(yīng)器內(nèi)腔的清洗，第二清洗段在第二預(yù)定時間內(nèi)檢測氧等離子中的光譜， 檢測到代表氮氣的光譜大于設(shè)定參考值時判斷真空反應(yīng)器的反應(yīng)腔漏氣，停止真空反應(yīng)器運行；沒有檢測到代表氮氣的光譜大于設(shè)定參考值時進入下一步的加工步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器控制方法，其特征在于，所述第一預(yù)定時間長于20秒，第二預(yù)定時間小于5秒。
10.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器控制方法，其特征在于，所述第二清洗段內(nèi)判斷反應(yīng)腔漏氣后直到第二預(yù)定時間結(jié)束再停止真空反應(yīng)器運行。
全文摘要
一種反應(yīng)腔漏氣檢測方法及真空反應(yīng)器控制方法，為了實現(xiàn)對真空反應(yīng)器的反應(yīng)腔進行實時準(zhǔn)確的漏氣狀況檢測，同時保證檢測步驟不影響產(chǎn)能。本發(fā)明提出了新的檢測方法在反應(yīng)腔內(nèi)完成對待加工基片的加工后移除待加工基片，進入清洗流程。在清洗流程中通入氧氣點燃等離子，通過光學(xué)觀測器件來分析氧等離子產(chǎn)生的光譜中是否有代表氮氣的頻譜。如果有代表氮氣的頻譜強度大于設(shè)定值則判斷反應(yīng)腔存在泄露，停止真空反應(yīng)器運行；沒有檢測到代表氮氣的光譜大于設(shè)定參考值時進入下一步的加工步驟。通過本方法可以利用現(xiàn)有的加工流程和設(shè)備實現(xiàn)實時的漏氣檢測保證了產(chǎn)能。
文檔編號G01M3/00GK102403191SQ20101028015
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者任剛, 黃智林 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司