专利名称：终点检测器及颗粒监测器的制作方法
技术领域：
本发明实施例大致是关于一种化学气相沉积(CVD)制程，更特定是关于一种用以清洁一CVD制程室的方法及设备。
背景技术：
化学气相沉积法被广泛用于半导体产业中以沉积各种膜层于基材上，包括，例如内生型或有掺质的非晶硅(a-Si)、氧化硅(SixOy)、氮化硅(SirNs)、氧氮化硅等。现代半导体CVD制程通常是利用在真空室内将前驱物气体加以解离并反应以形成欲求的膜层。为了在低温下以较高速率沉积膜层，可在沉积过程中使前驱物气体形成等离子。这类等离子制程之一为等离子强化CVD(PECVD)，另一类则是HDP-CVD。
先进的CVD半导体制程室是由铝制成，且包括一基材支撑件及一用以让所需前驱物气体进出的埠。当使用一等离子时，气体入口和/或基材支撑件是被连接至一电源，例如无线电波射频(RF)电源。同时还连接一真空泵浦至制程室内，以控制室中的压力并用以移除沉积过程中所产生的各种气体及污染物。
在所有半导体处理中，都必须保持制程室中的污染物量在最小范围。在沉积过程，膜层不仅仅沉积在基材上，还会沉积在制程室壁及各种制程室组件上，例如，屏障、基材支撑件等等。在后续沉积制程中，沉积在制程室壁及各种制程室组件上的膜层可能会龟裂、脱落，掉落在基材上导致基材被污染。此将造成基材上特定组件被破坏，而此种被破坏的基材则必须被丢弃。
当在大型玻璃基材(例如370mm×470mm或更大型的基材)上形成薄膜用以作为计算机屏幕或类似应用使用时，将在一单一基材上形成超过百万个晶体管。因此，制程室中若存在有污染物，将变得非常棘手，因为计算机屏幕等将因颗粒物的存在而变成无法操作。在此种情况下，整片大型玻璃基材都面临需要被丢弃的命运。
因此，必须定期清洗CVD制程室以移除前一次沉积制程中残存的膜层或颗粒。一般来说，清洁是以通入蚀刻气体到制程室内来完成，特别是通入含氟气体，例如NF3。执行清洁制程的标准方法是通入恒定流量的NF3到制程室内。在含氟气体中启始一等离子，使其与前一次沉积在制程室壁或组件上的涂层物(例如，Si、SixOy、SirNs、SiON等膜层)以及其它材料反应。特别是，NF3可创造出自由的氟自由基「F*」，其可与含硅的残余物反应。
目前，一般是由尝试及过去的实验数据来决定清洁循环的循环期间及频率。举例来说，不论制程室状况如何，均可于一制程室处理完一预定数目的基材时清洗制程室一次。至于期间，在不考虑额外清洁时间是否会对制程室及其内组件造成破坏的情况下，每一清洁循环都会再额外增加20％至30％的清洁时间。
因此，急需一种用来控制一用来处理平板显示器基材的PECVD系统清洁循环的改良方法与系统。
发明内容
本发明的一或多个实施例是关于一种基材处理系统。该基材处理系统包括一真空沉积处理室，其具有一排气出口，用以在一沉积循环中排放一或多种颗粒及在一清洁循环中排放清洁气体反应物；及一原位颗粒监测器，其耦接至排气出口。原位颗粒监测器设置成可决定清洁循环的一起始点。等离子强化的化学气相沉积室更包括一红外光终点检测器组件，其耦接至排气出口。红外光终点检测器组件设置成可决定清洁循环的一终点。
本发明的一或多个实施例是关于一种用来控制一基材处理系统的一清洁循环的方法。该方法包括在一沉积循环期间，利用耦接至一真空沉积室的一排气出口的一原位颗粒监测器来决定清洁循环的一起始点；一旦决定了所述的起始点，即于真空沉积室内起始清洁循环；利用耦接至排气出口的一红外光终点检测组件来决定清洁循环的一终点；并在决定了所述的终点后，立即结束清洁循环。
图1标出一等离子强化的化学气相沉积系统实例的截面示意图；图2标出另一等离子强化的化学气相沉积系统实例的截面示意图；图3示出依据本发明一或多实施例的气体检测器的示意图；图4示出依据本发明一或多实施例用来控制等离子强化的化学气相沉积系统100的一清洁循环的流程图。
附图标记说明60排出通道61气体歧管100PECVD系统 106壁108底部 110盖组件121孔状区域 122气体分配板组件128孔 131具细长口形状的孔133真空沉积处理室 135基材支撑组件137支撑柱 141处理区域142开口 150排气室152排气出口 154真空关闭阀164上侧 166下侧170处理气体源 180出入口埠182清洁气体源 190颗粒监测器200终点检测组件 202气体检测器204辅助管线 206控制阀210盖组件 250控制器280阀 300气体检测器304座 306贯穿孔308、310凸缘 312、313窗314红外光源 316外光检测器410、420、430、440、450、460步骤具体实施方式
图1示出一例示的等离子强化的化学气相沉积(PECVD)系统100的截面简图，该系统可购自AKT公司(美商应用材料公司的一分公司)。所述的PECVD系统100可用于一从集处理系统中、一与其它系统连成一线的系统、一独立运作的系统等之中。所述的PECVD系统100包括一真空沉积处理室133。该处理室133具有可部分界定出一处理区141的多面壁106及一底部108。所述的壁106及底部108典型是由一单一块的铝或其它可与制程兼容的材料制成。壁106具有一用以传送平板显示器基材进出处理室133的开口142。平板显示器基材的例子包括玻璃基板、聚合物基板等。
一温控的基材支撑组件135被放置在处理室133中央。支撑组件135被设置成可在处理期间支撑一平板显示器基材。支撑组件135可具有一铝制主体其可包纳至少一包埋于其中的加热器(未示出)。位于支撑组件135上的加热器(例如电阻式组件)被耦接至一选择性安装的电源上并可控制式地加热支撑组件135及位于组件上的平板显示器基材至一预定温度。一般来说，在一CVD系统中，加热器维持平板显示器基材在一约150℃至约460℃间的均一温度上，视欲沉积材料的沉积制程参数而定。
一般来说，所述的支撑组件135具有一下方侧166及一上方侧164。该上方侧164设置成可支撑平板显示器基材。该下方侧166具有一柱137耦接于其上。该柱137可耦接支撑组件135至一举升系统(未示出)，举升系统可移动支撑组件135于一升高的处理位置及一下降的位置之间，以帮助传送基材进出处理室133。该柱137更可提供一通道，以在支撑组件135及系统100的其它组件间提供电及热耦合。
可在支撑组件135及处理室133的底部188间耦接一气室(未示出)。该气室可在处理区域141及处理室133外的大气压之间提供真空闭合效果，同时并帮助垂直移动该支撑组件135。
所述的支撑组件135可额外支撑一限制用阴影框(未示出)。一般来说，阴影框是用来防止材料沉积在平板显示器基材边缘及支撑组件135上，使得基材不致黏在支撑组件135上。支撑组件135具有多个贯穿孔128，其设置成可用来接收多个举升销(未示出)。这些举升销典型是由陶瓷或阳极化铝制成。这些举升销可以一选择性的举升板相对于举升组件来致动，而自支撑表面(未示出)伸出，借以将基材放置在一与支撑组件135相隔一段距离的位置处。
所述的处理室133还包括一盖组件110，其可为处理区域141提供一上方界线。盖组件110典型可被移除或打开以提供处理室133相关服务。盖组件110可由铝制成。盖组件110包括一排气室150，用以从处理区域141均一地将气体及制程副产物排离该处理室133。
所述的盖组件110典型包括一入口埠180，制程气体可经由此入口埠再流经气体歧管61而被引入至处理室133中。气体歧管61是耦接至处理气体源170及一清洁气体源182上。清洁气体源182典型提供一清洁剂，例如含氟自由基，其被引进至处理室133中以移除沉积在处理室硬件上的制程副产物。可使用NF3作为清洁剂来提供含氟自由基。也可使用其它已知的清洁剂，例如CF4、C2F6、SF6等来提供含氟自由基。清洁气体源182可以是一种远程等离子清洁源，用以产生一蚀刻物等离子。这类远程等离子清洁源典型是离处理室133很远且可以是一种高密度等离子源，例如微波等离子系统、超环面等离子产生器(toroidal plasma generator)或类似装置。
在一实施例中，在清洁气体源182与气体歧管61间有一阀280。阀280被设置成可专一性地容许或防止清洁气体，进入气体歧管61中。在清洁期间，阀280是可容许来自清洁气体源182的清洁气体能够通过气体歧管61，再被引导通过入口端口180进入处理区域141以蚀刻处理室内壁及其中的其它组件。在沉积期间，阀280可防止清洁气体通过气体歧管61中。如此，阀280可隔绝清洁气体使不致与处理气体混合。
所述的处理室133还包括一气体分配板组件122，其耦接至盖组件210的一内侧上。气体分配板组件122的表面积实质上等于平板显示器基材的表面积。气体分配板组件122包括一孔状区域121，处理气体及清洁气体可通过此区域而被传送至处理区域141中。气体分配板组件122的孔状区域121被设置成可提供均一的气体分布穿过气体分配板组件122而进入处理室133中。
操作时，处理气体穿过一气体歧管61及入口埠180而流入处理室133中。之后，气体再流过气体分配板组件122的孔状区域121而进入处理区域141中。可使用一RF电源来提供电力给气体分配板组件122及支撑组件135，以激发器体混合物而形成一等离子。等离子的组成互相反应以在位于支撑组件135上的基材表面上沉积一欲求膜层。一般选择可符合基材大小的RF电源，来驱动化学气相沉积。
处理气体可由一围绕着处理区域141的细长口形状的孔131(aslot-shaped orifice 131)排出而进入废气室150。气体再经由一真空关闭阀154的作用而从废气室150进入一排气口埠152，其包含一连接至一外部抽气泵浦(未示出)的排出通道60。
依据本发明一实施例，一红外光终点检测组件200架设在排气口埠152下方。红外光终点检测组件200被设置成可检测因废弃的清洁气体反应物(例如，SiF4)吸收光所导致的光强度变化。红外光终点检测组件200可与原位等离子或远程等离子任一者一同使用。
所述的红外光终点检测组件200可包括一气体检测器202，其是沿着排出通道60来设置。在一实施例中，气体检测器202是沿着一可接收来自排出通道60的一气体流样本的辅助管线204来设置，如图2所示。在此实例中，该辅助管线204可包括一控制阀206，其用于改变通过管线204的气体流量或是在沉积时完全停止沿着辅助管线204流动的气体量。
图3示出依据本发明一或多个实施例的一气体检测器300。如图3所示，气体检测器300包括一座304，其界定出一与排出通道60连通的贯穿孔306，以容许来自处理室133的气体及其它残余物通过。较佳是，一对凸缘308、310可连接座304至排出通道60。所述的座304的侧壁包括一对可容许远红外光穿过的红外光窗312、313。远红外光的波长从约10um开始。红外光窗312、313是间隔一段L的距离，且较佳是包含一种对远红外光实质上透明的材料，使窗312、313几乎完全不吸收任何光。此外，窗312、313的材料应为可与制程兼容、且不会与处理气体或清洁气体反应的材料，且材料也不会污染制程。在使用氟自由基作为清洁气体的实施例中，窗312、313完全不会与氟反应。窗312、313可由诸如锗、氟化钙或其类似物的材料制成。
检测器300还包括一耦接至座304上的红外光源314，以产生远红外光及传送光通过该窗312、313，使得光通过贯穿孔306。一耦接至座304的红外光检测器316，正好可接收并检测通过窗313的远红外光。远红外光源314可以是一种具有一光刻度滤波片的钨灯源。
当使用红外光终点检测组件200时，所述的清洁气体反应物(例如，SiF4)被导引沿着排出通道60及检测器300的贯穿孔306移动。远红外光源314发出远红外光，其穿过窗312、贯穿孔306及窗313，而由检测器316所接收。当光通过清洁气体SiF4反应物时，这些反应物(亦即，氧化硅)会吸收一部分的远红外光，而降低了检测器316所接收到的光强度。氟并不会吸收远红外光。因此，当所检测到的远红外光强度增加到一参考数值时，检测器316即会发送一信号至控制器250，表示通过排出通道60的SiF4浓度已实质下降或完全停止了，表示已经抵达清洁循环的终点。在此时间点，控制器250会送出一适当的信号至一处理器(未示出)，以关闭阀280，并防止进一步的蚀刻气体进入处理室内。在上述例示的清洁处理中，终点检测系统200是使用红外光源314来提供，使用检测器316来检测，可被清洁气体反应物(例如，SiF4)吸收的远红外光波长，SiF4可吸收一预定的波长，例如10um，且氟，可吸收约5-6um波长的光。在其它实施例中，此红外光源314及检测器316可提供不同波长的光，视清洁循环所使用的特定清洁气体的吸收特性而定。
举例来说，Io代表红外光的强度，当SiF4流入排出通道60且检测器316可接收来自红外光源314的完整强度。清洁时，随着SiF4流过贯穿孔306，红外光即被吸收且检测器316可接收到的光强度(I)也如下式而降低，I/Io＝exp(-X·L·C)其中X代表IR窗312、313或一滤波片(未示出)的焠熄常数，L是窗312、313间的距离，且C代表通过检测器300的SiF4浓度。随着I/Io趋近1，SiF4浓度也随之降低，表示已趋近清洁终点。红外光检测器组件200的详细说明可参照美国专利第5,879,574号的公开内容，其全文在此并入作为参考。虽然已参照一红外光终点检测组件说明本发明的一或多实施例，但其它可用来检测不要的清洁气体反应物的化学式检测器也属于本发明范畴。
依据本发明另一实施例，一原位颗粒监测器(In-situ Particle Monitor，ISPM)190被耦接至排气口埠152。该ISPM 190被设置成可监测通过排气口埠152的颗粒数目。ISPM 190可购自太平洋科学仪器公司(PacificScientific Instruments，Grants Pass，Oregon)。ISPM可沿着排出通道60设置在排气口埠152与真空泵浦之间，或是在真空泵浦下游位置处。
ISPM 190可包括一光源(例如一激光光源)，一检测器及一控制器。光源设置成可传输一光束通过排出通道60。当一颗粒从排气口埠152排出并通过ISPM 190时，颗粒会截断光束并造成散射。一部份的散射光会被检测器侦知，检测器将会把散射光与存在有一会中断光线的颗粒的事实连结在一起。检测器耦接至控制器，其设置成可计算通过ISPM 190的颗粒数目。在一实施例中，ISPM 190用来监测在沉积期间通过排气口埠152的总颗粒数目。当总颗粒数目到达一预定值时(例如，10,000个颗粒)，在完成当时的沉积制程时即会启动一清洁循环。在另一实施例中，ISPM 190用来监测在清洁期间通过排气口埠152的总颗粒数目。该总颗粒数目可告诉操作者(即，制程工程师)处理室133的清洁程度。ISPM 190的细节，可参考美国专利第5,271,264号的公开内容，其全文在此并入作为参考。
图4显示依据本发明一或多实施例用来控制等离子强化的化学气相沉积系统100的一清洁循环的流程图。在步骤410，监测沉积期间流过排气口埠152的总颗粒数目。在一实施例中，以耦接至排气口埠152的ISPM 190来监测流过排气口埠152的总颗粒数目。在步骤420中，决定出颗粒总数是否超过一预定数值。该预定数值可视沉积期间所使用的制程配方、气体种类及基材大小而有所改变。在一实施例中，预定数值可以是10,000个颗粒。如果所决定出来的数值尚未超过预定数值，则制程回到步骤410中。如果所决定出来的数值超过预定数值，则继续前进到步骤430中，并在完成沉积制程时启动一清洁循环。如此，可决定出等离子强化的化学气相沉积系统100的清洁频率。
在清洁循环期间，可监测流过排气口埠152的清洁气体反应物(例如，SiF4)的量或浓度(步骤440)。在一实施例中，以沿着排出通道60设置的红外光装点检测组件200来监测清洁气体反应物的量或浓度。在步骤450，决定出被排放离开排气口埠152的总气体中的清洁气体反应物的量或浓度是否有实质减少。在一实施例中，决定出流过排气口埠152的清洁气体反应物的量是否低于流过排气口埠152的气体总量的5％。如果答案是否定的，则制程回到步骤440中。如果答案是肯定的，则继续前进到步骤460中，并结束清洁循环。如此，可决定出等离子强化的化学气相沉积系统100的清洁循环的持续期间。本发明各实施例的优点包括降低(约5-30％)清洁期间所使用的NF3气体谅，并因增加系统使用频率而能提高产率。
虽然本发明已用实施例被明确地公开及说明，但熟悉此技术者将可了解的是上述在形式及细节上的其它形式与细节上的改变可在不偏离本发明的范围及精神下被达成。因此，本发明并不局限于所示及所说明的特定形式与细节，而是以权利要求书所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种基材处理系统，包含一真空沉积处理室，其具有一排气出口设置成可在一沉积循环期间排放一或多种颗粒及在一清洁循环期间排放一或多清洁气体反应物；一原位颗粒监测器，其耦接至排气出口，其中原位颗粒监测器设置成可决定该清洁循环的一起始点；及一红外光终点检测器组件，其耦接至排气出口，其中红外光终点检测器组件设置成可决定该清洁循环的一终点。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的原位颗粒监测器设置成可通过监测在沉积期间流过排气出口的颗粒总数来决定起始点。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的原位颗粒监测器设置成可通过以下动作来决定起始点监测在沉积期间流过排气出口的颗粒总数；及当颗粒总数超过一预定数值时，在该沉积循环完成后即启动该清洁循环。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的预定数值是约10,000个颗粒。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的红外光终点检测器组件设置成可通过监测沉积期间流过排气出口的总气体量中的一清洁气体反应物量来决定清洁循环的终点。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的红外光终点检测器组件设置成可通过监测在清洁期间流过排气出口的总气体量中的一清洁气体反应物量来决定终点；及在当流过该排气出口的清洁气体反应物量低于流过排气出口的总气体量的5％时，即结束清洁循环。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的基材处理系统是一用以处理一或多平板显示器基材的等离子强化的化学气相沉积系统。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的基材处理系统是一HDP化学气相沉积系统。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的红外光终点检测器包含一气体检测器，其用以检测是否有清洁气体反应物经由排气出口而被从处理室排出。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述的气体检测器包含一座，具有多个侧壁界定出一可供排出气体通过的贯穿孔，其中该侧壁包含多个红外光窗；一对凸缘，其是适以连接该座至排气出口；一红外光源，其耦接至该座；及一红外光检测器，其耦接至该座。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述的这些红外光窗包含一选自以下的材料锗、氟化钙或其组合。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的红外光源包含一钨灯。
13.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述的红外光源耦接至该座上，用以产生红外光并传送此光通过这些红外光窗使得红外光能穿过贯穿孔。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述的红外光检测器耦接至该座上，用以接收通过这些红外光窗的红外光。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述的红外光的波长至少为10um。
16.一种气体检测系统，包含一原位颗粒监测器，其耦接至一排气出口，所述的原位颗粒监测器设置成可决定一清洁循环的一起始点；及一红外光终点检测器组件，其耦接至排气出口，所述的红外光终点检测器组件设置成可决定清洁循环的一终点。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述的红外光终点检测器组件包含一座，具有多个侧壁界定出一可供排出气体通过的贯穿孔，其中该侧壁包含多个窗；一红外光源，其耦接至该座上用以产生一红外光并传送此红外光通过这些窗使得红外光能穿过贯穿孔；及一红外光检测器，其耦接至该座上，其中检测器的位置可接收通过这些窗的红外光。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述的原位颗粒监测器设置成可通过监测在一沉积期间流过排气出口的颗粒总数来决定起始点。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述的原位颗粒监测器在当颗粒总数超过一预定数值时，可于沉基循环完成时即启动清洁循环。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述的预定数值是约10,000个颗粒。
21.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述的红外光终点检测器组件设置成可通过监测沉积期间流过排气出口的总气体量中的一清洁气体反应物量来决定清洁循环的终点。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述的清洁气体反应物包含SiF4。
23.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述的红外光终点检测器组件设置成可通过监测因为光被排出的清洁气体反应物吸收所致的光强度变化来决定清洁循环的一终点。
24.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述的原位颗粒监测器包含一光源，用以传送一光束通过排气出口；一检测器，用以检测当一颗粒中断光束时所发出的散射光；及一控制器，用以监测通过排气出口的颗粒总数。
25.一种气体检测器，包含一座，具有多个侧壁界定出一可供排出气体通过的贯穿孔，其中该侧壁包含多个红外光窗；一对凸缘，其是适以连接该座至排气出口；一红外光源，其耦接至该座；及一红外光检测器，其耦接至该座。
26.如权利要求25所述的检测器，其特征在于，所述的这些红外光窗包含一选自以下的材料锗、氟化钙或其组合。
27.如权利要求26所述的检测器，其特征在于，所述的红外光源包含一钨灯。
28.一种用来控制一基材处理系统的一清洁循环的方法，包括在一沉积循环期间，利用耦接至一真空沉积室的一排气出口的一原位颗粒监测器来决定清洁循环的一起始点；一旦决定了起始点，即于真空沉积室内起始清洁循环；利用耦接至排气出口的一红外光终点检测组件来决定清洁循环的一终点；及在决定了清洁循环的终点后，立即结束清洁循环。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述的清洁循环的起点是通过监测在沉积循环期间通过排气出口的颗粒总数来决定。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述的清洁循环的起点是通过以下动作来决定监测在沉积期间流过排气出口的颗粒总数；及决定是否颗粒总数已超过一预定数值。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，启始清洁循环的步骤包含当决定出颗粒总数已超过一预定数值时，在完成沉积循环时，立即启动该清洁循环。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述的预定数值是约10,000个颗粒。
33.如权利要求28所述的方法，其特征在于，决定清洁循环的终点的步骤包含监测在清洁期间流过排气出口的总气体量中的一清洁气体反应物量。
34.如权利要求28所述的方法，其特征在于，决定清洁循环的终点的步骤包含监测在清洁期间流过排气出口的总气体量中的一清洁气体反应物量来决定终点；及决定流过排气出口的清洁气体反应物量是否低于流过排气出口的总气体量的5％。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，结束清洁循环的步骤包含当流过排气出口的清洁气体反应物量低于流过排气出口的总气体量的5％时，即结束该清洁循环。
全文摘要
一种基材处理系统，其包括一真空沉积处理室，该处理室具有一排气出口，用以在一沉积循环中排放一或多种颗粒及在一清洁循环中排放清洁气体反应物；及一原位颗粒监测器，其耦接至排气出口。原位颗粒监测器设置成可决定清洁循环的一起始点。等离子强化的化学气相沉积室更包括一红外光终点检测器组件，其耦接至排气出口。红外光终点检测器组件设置成可决定清洁循环的一终点。
文档编号C23C16/52GK1769518SQ20051011347
公开日2006年5月10日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月12日
发明者塞缪尔·梁 申请人:应用材料股份有限公司