发明名称 半导体元件制程之监测方法及设备
摘要 一种使用电浆属性以监测处理状态之方法与设备。由电浆所发射之电磁发射系被收集,及一具有至少一频率分量之检测信号系基于所收集到之电磁发射强度而加以产生,或者,被传送至晶圆托架之RF功率系被监测并作为检测信号。至少检测信号之一频率分量之振幅系于时间上作监测。藉由于时间上,监测检测信号之至少一频率分量之振幅,而取得电浆处理之特征指纹。于特征指纹内之特性提供处理状态资讯,处理事件资讯及处理室资讯。一般而言,具有一随反应速率变化之属性的任一化学反应可以同样地加以监测。
申请公布号 TW460973 申请公布日期 2001.10.21
申请号 TW089103632 申请日期 2000.03.01
申请人 应用材料股份有限公司 发明人 吉德戴维道;马许沙芬提;迪姆崔斯P 林伯保罗斯
分类号 H01L21/3065;C23C16/52 主分类号 H01L21/3065
代理机构 代理人 蔡坤财 台北巿松江路一四八号十二楼
主权项 1.一种利用电浆以监视一处理之方法,该方法至少 包含步骤: 量测电浆宽频带光学电磁发射属性以外之属性,以 产生具有一相关振幅之至少一频率分量的检测信 号,及 于时间上监视该检测信号之至少一频率分量之振 幅。2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述 之量测电浆之属性以产生具有相关振幅之至少一 频率分量之检测信号包含步骤有量测电浆之属性, 以产生具有多数频率分量之一检测信号,每一频率 分量具有一相关振幅;及 其中于时间上监视该检测信号之至少一频率分量 之振幅包含步骤有于时间上监视该检测信号之多 数频率分量之振幅。3.如申请专利范围第1项所述 之方法,其中上述之于时间上监视检测信号之至少 一频率分量之振幅包含于时间上监视相关于电浆 处理化学反应速率之频率之检测信号之至少一频 率分量之振幅。4.如申请专利范围第1项所述之方 法,其中上述之于时间上监视检测信号之至少一频 率分量之振幅包含于时间上监视检测信号之至少 一频率分量之振幅,该检测信号具有较用以产生电 浆之RF频率为低之频率。5.如申请专利范围第4项 所述之方法,其中上述之于时间上监视检测信号之 至少一频率分量之振幅包含于时间上监视检测信 号之至少一频率分量之振幅,该检测信号具有较50 kHz为低之频率。6.如申请专利范围第1项所述之方 法,其中上述之量测电浆之属性以产生一检测信号 之步骤包含: 收集由电浆所产生之电磁发射,该电磁发射有一与 其相关之强度;及 基于所收集之电磁发射之强度,而产生一检测信号 ,该检测信号具有于其相关振幅之至少一频率分量 。7.如申请专利范围第6项所述之方法,其中上述之 收集由电浆所产生之电磁发射包含步骤: 提供一光二极体;及 经由该光二极体收集电磁发射。8.如申请专利范 围第6项所述之方法,其中上述之收集由电浆所产 生之电磁发射包含步骤: 提供一光滤色机制,适用以使来自电浆内之化学物 种之电磁发射通过;及 由光学滤色机制收集所迅过之电磁发射。9.如申 请专利范围第8项所述之方法,其中上述之光学滤 色机制包含由玻璃滤色器及单色仪光学滤色机制 所构成群组所选出之光学滤色机制。10.如申请专 利范围第8项所述之方法,其中上述之化学物种包 含由BCl,Al,AlCl,Ar,Cl及Si构成之群组选出之化学物种 。11.如申请专利范围第6项所述之方法,其中上述 之产生检测信号包含产生一检测器电流。12.如申 请专利范围第1项所述之方法,其中上述之量测电 浆之属性以产生一检测信号之步骤包含量测用于 该晶圆托架之一前向及反射RF功率之至少一个,以 产生具有与其相关之振幅之至少一频率分量之检 测信号。13.如申请专利范围第1项所述之方法,其 中上述之于时间上监视检测信号之至少一频率分 量之振幅包含步骤: 取样该检测信号; 将多数检测信号取样由时域取样转换为频域取样; 及 于时间上监视至少一频域取样。14.如申请专利范 围第13项所述之方法,其中上述之将多数检测信号 取样由时域取样转换成频域取样包含步骤有于时 域取样上执行一快速傅氏转换。15.一种用以检测 电浆处理终点之方法,至少包含步骤: (a)于电浆处理时,执行申请专利范围第1项所述之 方法; (b)基于检测信号之至少一监视频率分量,而产生用 于该电浆处理之特性指纹; (c)检测用于电浆处理之终点的至少一特性指示之 电浆处理之特性指纹;及 (d)将至少一特性之发生等化为电浆处理之终点。 16.如申请专利范围第15项所述之方法,更包含步骤: (e)于等化至少一特性之发生至电浆处理之终点后, 执行另一时间段之电浆处理。17.如申请专利范围 第15项所述之方法,其中上述之步骤(a)-(d)系于电浆 处理时被执行。18.如申请专利范围第15项所述之 方法,其中于电浆处理后,步骤(a)-(d)之至少一步骤 被执行。19.一种于电浆处理时检测穿透之方法,至 少包含步骤: 于电浆处理时,执行申请专利范围第1项所述之方 法; 基于该检测信号之至少一监视频率分量,来产生用 于该电浆处理之特性指纹; 检测电浆处理之特性指纹的至少一特性,用以于电 浆处理时,指示穿透;及 将至少一特性之发生等化至穿透。20.一种停止蚀 刻之方法,至少包含步骤: 于电浆处理时,执行如申请专利范围第19项所述之 方法;及 于将发生至少一特性等化至穿透后,停止该电浆处 理。21.一种于电浆处理时检测不当夹持之方法,至 少包含步骤: 于电浆处理时,执行如申请专利范围第1项所述之 方法: 基于检测信号之至少一监视频率分量,产生用于电 浆处理之特性指纹; 于电浆处理时,检测用于该电浆处理至少一特性之 特性指纹,该至少一特性表示不当夹持,及 于电浆处理时,将至少一特性之发生等化至不当夹 持。22.一种于可能故障之室中检测一故障之方法, 至少包含步骤: 于未故障室内之电浆处理时,执行如申请专利范围 第1项所述之方法; 基于检测信号之至少一监视频率分量,产生于该未 故障室内之电浆处理之特性指纹; 于电浆处理中,在该可能故障室内执行如申请专利 范围第1项所述之方法; 基于该检测信号之至少一监视频率分量,而产生一 特性指纹,用于该可能故障室内之电浆处理; 将于未故障室内之电浆处理之特性指纹与可能故 障室内之电浆处理之特性指纹相比;及 若未故障室之电浆处理之特性指纹不同于可能故 障室内之电浆处理之特性指纹超出一定量时,将该 可能故障室指定为故障。23.如申请专利范围第22 项所述之方法,其中上述之未故障室及可能故障室 为相同室。24.一种用以将一第一室匹配置第二室 之方法,至少包含步骤: 于第一室内电浆处理时,执行如申请专利范围第1 项所述之方法; 基于检测信号之至少一监视频率分量,产生用于第 一室内之电浆处理之特性指纹; 于电浆处理时,检测用于该电浆处理至少一特性之 特性指纹; 于第二室内电浆处理时,执行如申请专利范围第1 项所述之方法; 基于该检测信号之至少一监视频率分量,产生该第 二室内之电浆处理之特性指纹; 将第一室内之电浆处理之特性指纹与第二室之电 浆处理之特性指纹相比较;及 若第一室内之电浆处理之特性指纹不同于第二室 内之电浆处理之特性指纹少于一预定量时,指定第 一及第二室匹配。25.一种用以即时电浆处理控制 之方法,至少包含步骤: 于电浆处理时,执行如申请专利范围第1项所述之 方法;及 基于检测信号之至少一监视频率分量,而调整于电 浆处理时之电浆处理之处理参数。26.如申请专利 范围第25项所述之方法,其中上述之于电浆处理时, 调整处理参数包含调整由RF功率,晶圆温度,及蚀刻 速率构成之群组中所选出上调整处理参数。27.一 种使用一电浆以监视一处理之设备,至少包含: 一量测设备,适用以量测宽频带光学电磁发射属性 以外之电浆属性,并基于其上而产生一检测信号, 该检测信号具有一与之相关之振幅之至少一频率 分量;及 一处理机制,连接至该量测设备,该处理机制系适 用以接收该检测信号,并于时间上检视检测信号之 至少一频率分量之振幅。28.如申请专利范围第27 项所述之设备,其中上述之量测设备系适用以量测 电浆之一属性,并适用以基于如此而产生一检测信 号,该检测信号具有多数频率分量,每一频率分量 具有一与之相关之振幅;及 其中该处理机制系更适用以于时间上监视该检测 信号之多数频率分量之振幅。29.如申请专利范围 第27项所述之设备,其中上述之量测设备包含一检 测器,适用以检测示自电浆之电磁发射之强度,及 并基于此而产生一检测信号,该检测信号具有至少 一频率分量,其具有一与其相关之振幅。30.如申请 专利范围第29项所述之设备,其中上述之检测器包 含一发光二极体。31.如申请专利范围第30项所述 之设备,更包含一光纤连接至该光二极体,该光纤 系适用以收集来自电浆之电磁发射,并传送电磁发 射至光二极体。32.如申请专利范围第30项所述之 设备,更包含一光滤色器适用以收集来自电浆之电 磁发射,并将来自电浆内一化学物种之电磁发射传 送给光二极体。33.如申请专利范围第29项所述之 设备,其中该检测器包含一光电倍增管及更包含一 单色仪接近于该光电倍增管,该单色仪系适用以传 送示自电浆内之化学物种传送至光电倍增管。34. 如申请专利范围第27项所述之设备,其中上述之量 测设备包含一RF功率量测装置,适用以量测用于一 晶圆托架之前向及反射RF功率,并基于与其相关之 振幅之至少一频率分量,而产生一检测信号。35.如 申请专利范围第27项所述之设备,其中上述之处理 机制包含具有程式码储存于其中之电脑系统,用以 : 于时间上,监视检测信号之至少一频率分量之振幅 。36.如申请专利范围第35项所述之设备,其中上述 之电脑系统更包含程式码,用以: 取样该检测号; 将多数检测信号取样由时域取样转换为频域取样; 及 于时间上,监视至少一频域取样。37.如申请专利范 围第36项所述之设备,更包含一数位信号处理机,用 以连接至该电脑系统,并适用以将时域取样转换为 频域取样。38.如申请专利范围第35项所述之设备, 其中上述之电脑系统更包含程式码,用以: 基于检测信号之至少一监视频率分量,以产生用于 电浆处理之特性指纹; 检测该电浆处理之特性指纹之至少一特性,其指示 电浆处理之终点; 等化至少一特定之发生至电浆处理之终点;及 于等化至少一特性之发生至电浆处理之终点后,产 生一终点警告信号。39.如申请专利范围第35项所 述之设备,其中该电脑系统更包含程式码,用以: 基于该检测信号之至少一监视频率分量,而产生用 于电浆处理之特性指纹; 检测电浆处理之特性指纹之至少一特性,其系指示 于电浆处理时之穿透;及 等化至少一特性之发生至穿透。40.如申请专利范 围第39项所述之设备,其中上述之电脑系统更包含 程式码,用以: 于等化至少一特性之发生至穿透后,停止电浆处理 。41.如申请专利范围第35项所述之设备,其中上述 之电脑系统更包含程式码,用以: 基于该检测信号之至少一监视频率分量,而产生用 于电浆处理之特性指纹; 检测电浆处理之特性指纹之至少一特性,其系指示 于电浆处理时之不当夹持;及 于电浆处理时,等化至少一特性之发生至不当夹持 。42.如申请专利范围第41项所述之设备,其中上述 之电脑系统更包含程式码,用以: 于等化至少一特性之发生至不当夹持后,停止电浆 处理。43.如申请专利范围第35项所述之设备,其中 上述之电脑系统更包含程式码,用以: 基于该检测信号之至少一监视频率分量,而产生一 特性指纹,用于该内之电浆处理; 将该室内之电浆处理之特性指纹与非故障室内之 电浆处理之特性指纹相比;及 若非故障室之电浆处理之特性指纹不同于该室内 之电浆处理之特性指纹超出一定量时,将该室指定 为故障。44.如申请专利范围第35项所述之设备,其 中上述之电脑系统更包含程式码,用以: 基于该检测信号之至少一监视频率分量,而产生一 特性指纹,用于该可能故障室内之电浆处理; 将于该室内之电浆处理之特性指纹与可能故障室 内之电浆处理之特性指纹相比;及 若可能故障室之电浆处理之特性指纹不同于该室 内之电浆处理之特性指纹少于一定量时,将该室及 该可能故障室指定为匹配。45.如申请专利范围第 35项所述之设备,其中上述之电脑系统更包含程式 码,用以: 基于该检测信号之至少一监视频率分量,而产生一 于电浆处理时之用于电浆处理之特性指纹; 基于该检测信号之至少一监视频率分量,而调整于 电浆处理时之电浆处理之处理参数。46.一种自动 半导体装置制造工具,至少包含: 至少一真空隔绝室; 一晶圆操作室,连接至该真空隔绝室,该晶圆操作 室具有一晶圆操作器于其中; 多数处理室,连接至该晶圆操作器及晶圆操作室; 及 如申请专利范围第27项所述之设备,连接至多数处 理室之至少一室。47.一种使用电浆监视一处理之 方法,至少包含步骤: 量测电浆之一属性,以产生具有至少一频率分量之 检测信号,该等频率分量具有一相关振幅; 取样该检测信号; 将多数检测信号取样由时域取样转换为频域取样; 及 于时间上监视至少一频域取样。48.如申请专利范 围第47项所述之方法,其中上述之量测电浆之一属 性以产生检测信号包含步骤: 收集由电浆所产生之电磁发射,电磁发射具有一与 其相关之强度;及 基于所收集之电磁发射强度,而产生一检测信号, 该检测信号具有至少一频率分量,诸分量具有于其 相关之振幅。49.如申请专利范围第48项所述之方 法,其中上述之收集由电浆所产生之电磁发射包含 收集波长由200至1100奈米之电磁发射。50.如申请专 利范围第48项所述之方法,其中上述之收集由电浆 所产生之电磁发射包含: 提供一光二极体;及 经由该光二极体收集电磁发射。51.如申请专利范 围第48项所述之方法,其中上述收集由电浆所产生 之电磁发射包含: 提供一光滤色机制,适用以使来自电浆之化学物种 之电磁发射通过;及 收集通过光滤色机制之电磁发射。52.一种即时电 浆处理控制之方法,至少包含步骤: 于电浆处理时,执行如申请专利范围第47项所述之 方法;及 基于至少一监视频域取样,调整于电浆处理时之电 浆处理之处理参数。53.一种利用电浆以监视处理 之设备,至少包含: 一量测设备,适用以量测一电浆之属性,并基于此 产生一检测信号,该检测信号具有至少一频率分量 ,其具有与之相关之振幅;及 一处理机制,连接至量测设备,该处理机制适用以: 接收该检测信号; 取样该检测信号; 将多数检测信号取样由时域取样转换为频域取样; 及 于时间上监视至少一频域取样。54.如申请专利范 围第53项所述之设备,其中上述之量测设备包含一 检测器,适用以检测来自一电浆之电磁发射之强度 ,并基于此产生一检测信号,该检测信号具有至少 一频率分量,其具有一相关振幅。55.如申请专利范 围第54项所述之设备,其中上述之检测器包含一光 二极体。56.如申请专利范围第54项所述之设备,更 包含一光滤色器适用以收集来自电浆之电磁发射, 并将来自电浆内一化学物种之电磁发射传送给光 二极体。57.一种监视化学反应之方法,至少包含步 骤: 量测一宽频带光电浆电磁发射外之化学反应之属 性,以产生一检测信号,其具有至少一频率分量,其 具有一相关振幅;及 于时间上监视检测信号之至少一频率分量之振幅, 该至少一监视频率分量系相关于该化学反应之化 学反应速率。58.如申请专利范围第57项所述之方 法,其中量测化学反应之属性之步骤包含: 于电浆处理时,收集所产生之电磁发射,该电磁发 射具有一与其相关之强度;及 基于收集电磁发射之强度,而产生一检测信号,该 检测信号具有至少一频率分量,其具有与其相关之 振幅。59.如申请专利范围第57项所述之方法,其中 上述之量测化学反应之一属性包含量测用于一晶 圆托架之前向及反射RF功率之至少之一,以产生具 有至少一频率分量之检测信号,该等分量系具有一 与其相关之振幅。60.一种监视化学反应之方法,至 少包含步骤: 量测该化学反应之属性,以产生具有至少一频率分 量之检测信号,该等分量系具有一与其相关之振幅 ; 取样该检测信号; 将多数检测信号取样由时域取样转换为频域取样; 及 于时间上,监视至少一频域取样,该被监视之至少 一频域取样系相关于该化学反应之化学反应速率 。61.如申请专利范围第60项所述之方法,其中上述 之量测化学反应之属性的步射包含: 于电浆处理时,收集所产生之电磁发射,电磁发射 具有与之相关之强度;及 基于该收集之电磁发射之强度,而产生一检测信号 ,该检测信号具有至少一频率分量,其具有与之相 关之振幅。62.如申请专利范围第60项所述之方法, 其中上述之量测化学反应之属性之步骤包含量测 一晶圆托架之前向及反射RF功率之至少之一,以产 生具有至少一频率分量之检测信号,诸频率分量具 有一相关之振幅。图式简单说明: 第一图A-第一图C为利用依据本发明之发明处理监 测系统之电浆处理系统之示意图; 第二图为由第一图A之发明处理监测系统所产生之 光发射频谱信号之代表图; 第三图A为于铝蚀刻时,依据本发明所产生之光低 频发射(OLE)资料之轮廓图; 第三图B为一光发射频谱信号之图表,第三图A之OLE 资料系由该处产生; 第三图C为一多层半导体结构之剖面示意图,其系 被蚀刻以产生第三图B之光发射频率信号; 第四图A为于多晶矽蚀刻时,依据本发明所产生之 光低频发射(OLE)资讯之轮廓图; 第四图B为一光发射频谱信号之图表,第四图A之OLE 资料系由该处产生; 第四图C为一多晶矽堆叠结构之剖面图,其系被蚀 刻以产生第四图B之光发射频谱信号; 第五图为第一图A-第一图C之发明处理监测系统之 示意图,其中,使用一专用数位信号处理机(DSP); 第六图为第一图A-第一图C之电浆处理系统之示意 图,适用以监测于电浆处理时,之RF功率上下变动; 第七图A为于电浆蚀刻第三图C之多层半导体结构 时,所产生之前向RF功率检测信号导出之资料之轮 廓图; 第七图B为一前向RF功率检测信号之图表,第七图A 之资料系由该处产生;及 第八图为依据本发明之制造半导体元件之自动工 具之俯视图。
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