检测等离子体非约束的方法和装置.pdf

提供一种检测斜角边沿清洁操作过程中反应室内的等离子体非约束的方法。该方法开始于选定与斜角边沿清洁工艺的期望副产品有关的波长。该方法包括清洁基板的该斜角边沿区域，及在该清洁过程中，监视该选定的波长对一波长强度的偏离。如果对该波长强度的该偏离超过目标偏离，则终止该清洁过程。

1.  一种检测斜角边沿清洁操作过程中反应室内的等离子体非约束的方法，该方法包含：
选定与斜角边沿清洁工艺的期望副产品有关的波长；
清洁基板的该斜角边沿区域；
在该清洁过程中，监视该选定的波长对一波长强度的偏离；
如果对该波长强度的该偏离超过目标偏离，则终止该清洁。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中该副产品包括氟化硅和一氧化碳。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中通过该反应室的石英窗在外部监视该波长。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中清洁该斜角边沿区域包括激发紧邻该基板的外围边沿的等离子体。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中该等离子体是CF₄基等离子体。

6.  根据权利要求4所述的方法，其中惰性气体流经该反应室的中央区域并流向该斜角边沿。

7.  一种防止边沿清洁工艺过程中反应室内的等离子体非约束的方法，该方法包含：
在处理室中处理半导体基板，该处理在该基板的外围边沿沉积副产品；
执行边沿清洁工艺以去除该沉积的副产品，该边沿清洁工艺包括，
激发约束于该基板的该外围边沿区域的等离子体；
监视该等离子体约束于该外围边沿区域，该监视包括，
在该边沿清洁工艺中跟踪波长信号；及
根据跟踪到的波长信号的波动确定该等离子体是否保持约束。

8.  根据权利要求7所述的方法，其中该副产品包括氟化硅和一氧化碳。

9.  根据权利要求7所述的方法，其中通过集成在该反应室内的光谱仪传感器在该室内部监视该波长。

10.  根据权利要求7所述的方法，其中该工艺室是刻蚀室。

11.  根据权利要求7所述的方法，其中该等离子体是CF₄基等离子体。

12.  根据权利要求7所述的方法，其中在该边沿清洁工艺中，惰性气体流经该反应室的中央区域并流向该斜角边沿。

13.  根据权利要求7所述的方法，其中根据跟踪到的波长信号的波动确定该等离子体是否保持约束的步骤包括：
在一个时间段内跟踪该波长信号的偏离；
确定该时间段内的最大波长信号，最小波长信号和平均波长信号。

14.  根据权利要求13所述的方法，进一步包含：
用该最大波长信号减去该最小波长信号，并除去该平均波长信号并得到结果；及
将该除法的结果与阈值比较，以确定该等离子体在该时间段内是否约束。

15.  根据权利要求14所述的方法，其中如果该除法的该结果大于该阈值，则终止该边沿清洁工艺。

检测等离子体非约束的方法和装置
背景技术
[0001]随着特性尺寸变的越来越小，晶圆边沿区域的清洁变得更加困难。而且，随着在制造工艺中采用新的清洁技术来制造更小的特性尺寸，在这些技术中使用了不同的工艺化学品。这些工艺化学品中的一些可能对基板的活动区域是有腐蚀性的，活动区域比如说是晶圆上定义集成电路的区域。缩小的特性尺寸的另一个后果是边沿专有区域变得更小了。因此，对边沿的清洁必须对准边沿，从而使腐蚀性化学品不会影响到晶圆余下的部分。目前，正在研发新技术，以便于对边沿进行清洁，从而从对基板的处理中去除任何微粒和残留。然而，有清洁边沿，而不影响到晶圆的中央区域的需求。随着用于基板处理的新工艺的使用，尤其是随着腐蚀性工艺气体作为清洁化学品的使用，这种需求变的更加明显。
[0002]目前，当清洁晶圆或者晶圆的斜角边沿的时候，该清洁工艺是人工控制的。也就是说，通过工艺窗口对该工艺的视觉检测，当用于清洁该斜角边沿的等离子体变的不受约束，并可能影响该半导体基板上的实际的集成电路的时候，会向操作员报警。
[0003]鉴于上述情况，需要提供一种系统和方法，在清洁晶圆的斜角边沿的时候有效地监视该离子体的约束，以有效的监视该等离子体的约束。
发明内容
[0004]总体上说，通过提供一种改进的清洁技术和清洁溶液，本发明满足了这些需要。应当理解，本发明可以用多种方式实现，包括系统、装置和方法。下面描述本发明的几个创新性实施方式。
[0005]在一个实施方式中，提供一种检测斜角边沿清洁操作过程中反应室内的等离子体非约束的方法。该方法开始于选定与斜角边沿清洁工艺的期望副产品有关的波长。该方法包括清洁基板的该斜角边沿区域，及在该清洁过程中，监视该选定的波长对一波长强度的偏离。如果对该波长强度的该偏离超过目标偏离，则终止该清洁过程。
[0006]在另一个实施方式中，提供一种防止边沿清洁工艺过程中反应室内的等离子体非约束的方法。该方法开始于在处理室中处理半导体基板。该处理在该基板的外围边沿沉积副产品。该方法包括执行边沿清洁工艺以去除该沉积的副产品。该边沿清洁工艺包括激发约束于该基板的该外围边沿区域的等离子体，及监视该等离子体约束于该外围边沿区域。该监视包括在该边沿清洁工艺中跟踪波长信号，及根据跟踪到的波长信号的波动确定该等离子体是否保持约束。
[0007]根据下面的具体描述，并结合附图，通过本发明的实施例的方式，本发明的其他方面和优点将变的更加明显。
附图说明
[0008]通过下面的详细描述，结合附图，本发明可以很容易理解，其中同类的参考数字代表同类的结构元件。
[0009]图1是，根据本发明的一个实施方式，描绘工艺室的示例性横断面视图的简化示意图。
[0010]图2是，根据本发明的一个实施方式，描绘具有窗口的工艺室侧面视图的简化示意图，通过该窗口可以监视波长。
[0011]图3A和图3B是，根据本发明的一个实施方式，描绘在约束和非约束等离子体状态的强度波动的示例图示。
[0012]图4是，根据本发明的一个实施方式，描绘用以确定等离子体非约束的方法操作的示意简图。
具体实施方式
[0013]在下面的描述中，陈述了许多明确的细节，以提供对本发明的完全的理解。然而，显然，对本领域的技术人员来说，没有其中一些或全部细节，本发明仍然能够实现。在其他情况下，没有对熟知的工艺操作进行详细说明，以免毫无必要地模糊本发明的重点。
[0014]此处描述的实施方式提供了对用于清洁基板的斜角边沿的等离子体的约束进行监视的系统和方法。在一个实施方式中，发射光谱仪(OES)监视根据从该晶圆的斜角区域清洁的材料选定的波长。正如将要在下面的实施方式中描述的那样，在清洁过程中，只要等离子体保持约束，被监视的波长的强度会保持稳定。假定该等离子体脱离约束，那么被监视的波长的强度就会出现波动。
[0015]图1是，根据本发明的一个实施方式，描绘工艺室的示例性横断面视图的简化示意图。在一个实施方式中，此处所述的工艺室是斜角边沿刻蚀系统，其中气体从各种区域送入以刻蚀放置在该室内的基板或晶圆的边沿。对该边沿区域的刻蚀可清洁沉积在其上的副产品。斜角刻蚀室2包括穿过该室顶部的上电极组件10的中央区域的通道44，且可以接入基板处理所在的反应室。通道44的一端连接真空源/泵4。反应室2包括设置于下电极102的上方的顶部绝缘块100，该下电极102由射频(RF)产生器112提供能量。应当注意，下电极102还可以被称作接电的基板支架。气体供应110将来自处理气体供应6的气体供应至紧邻晶圆120边沿的区域。上接地电极108设置于晶圆120的外围边沿区域的上方，也就是，晶圆的斜角边沿区域的上方。下接地电极106设置于晶圆120的边沿区域的下方，对着上电极108。应当理解，在一个实施方式中，下电极106和上电极108是接地的。电介质104电性隔离下电极106和接电的基板支架102。当然，在另一个实施方式中，电极106和108是接电的。在区域122内，等离子体在电极108和106之间被激发。本领域的技术人员可以理解，在清洁该斜角边沿的过程中，通过应用真空源，或使用泵从通道44中抽出气体，反应室2内的气压坡度可以调整。
[0016]尽管图1描绘了该工艺气体从紧邻等离子体区域122的位置进入，然而，实施方式并不限于这种配置。也就是说，该工艺气体可以被引入电极108的内表面和通道44之间的任意位置。本领域的技术人员可以理解，改变该工艺气体穿过该室顶部的进入位置，基板所经历的气压分布可以控制。在一个备选实施方式中，将惰性气体穿过室2的中央供给/管道44泵入，同时工艺气体被传送到该室紧邻该晶圆的斜角边沿的外围或边沿区域。因此，当该刻蚀工艺气体在该外围区域附近流动，而惰性气体流入该中心区域时，等离子体在该边沿区域被激发。类似于这里描述的泵出步骤，中央区域中惰性气体的流速可以用来控制该晶圆经历的气压。通过此处所述的实施方式，典型的气压坡度被定义为，该晶圆的中央区域经历大约50托的气压，而该晶圆的外层边沿暴露于2托的气压中。当然，通过上述的实施方式，因为通道44可被用来供应增加压强的气体，或通道44也可被用来将该室内的气体泵出以降低气压，所以该范围可以反过来。本领域的技术人员可以理解，在一个实施方式中，从晶圆122的上表面到隔离块100的下表面的距离是约4mm，这就允许气压梯度的存在。关于斜角边沿刻蚀的气体分布的进一步信息可以在申请序列号为11/697,695的美国专利申请中找到，该申请通过引用纳入此处。
[0017]图2是根据本发明的一个实施方式，描绘具有窗口的工艺室侧面视图的简化示意图，通过该窗口可以监视波长。室2包括窗140，可以监视正在室2内处理的图1的区域122内的波长。区域122代表相应于本发明的一个实施方式的等离子体区域。OES信号监视器142可以位于室2的平台上，并被配置为通过窗140监视区域122内的波长强度。在一个实施方式中，窗140是石英窗。在另一个实施方式中，OES信号监视器142的传感器集成入室2，例如，嵌入侧壁中，并通过这种方式监视该工艺。至于用来刻蚀氧化硅晶圆的CF4基化学品，斜角清洁工艺产生的副产品，例如SiF和CO，可以选作监视用的波长信号。控制器141与OES信号监视器142和室2通信。因此，通过斜角刻蚀清洁工艺过程中对相应波长的监视，该控制器可以检测到等离子体的非约束状态，并结束该工艺，从而防止基板上定义的集成电路被损坏。
[0018]图3A和图3B是，根据本发明的一个实施方式，描绘在约束和非约束等离子体状态的强度波动的示例图像。关于图3A和图3B，应当理解，在图3A中描绘的等离子体约束情况下，信号稳定增加并在一定水平上达到饱和。相反，如图3B所述，当该等离子体变为非约束时，氟基化学品的信号会出现波动。图3A表示，氟化硅的读数有17％的变化(最大值减去最小值然后除去平均值[(6100-5100)/5600])，而一氧化碳的读数有8％的变化(最大值减去最小值然后除去平均值(2200-1950)/3050)。相反，图3中的非约束的例子中，氟化硅的波长强度产生了54％的变化，一氧化碳的波长强度产生了72％的变化。因此，可以随着时间跟踪强度的输出，以确定该[(最大值-最小值)/平均值]。将此结果与阈值水平相比较，以确定该工艺室内是否出现了非约束状态。应当理解，尽管图3A和图3B中用氟化硅和一氧化碳来指代氟基化学品，但是也可以监视其他与氟基或非氟基化学品有关的合适的副产品波长来确定此处所述的非约束状态。下面的表1列举了根据相应的被刻蚀材料和使用的刻蚀气体得到的其他可能的副产品。
表1