使用质谱测定法监测自由基粒子浓度的制作方法

背景技术：

1、远程电浆源(remote plasma source,rps)已广泛用于半导体制程以产生自由基粒子。近来，自由基粒子已广泛应用于半导体装置制造，特别是在次20奈米(nm)制程节点中，因为它们具有在蚀刻及沉积制程中避免充电或溅镀损坏的优点。rps系统在半导体制程中实施时，可在相同的参数下一致地操作，包括气体流速、功率及压力。然而，即使在共同参数下，由于自由基粒子浓度的变化，沉积速率、蚀刻速率及清洁效率的性能在操作之间也会有显著差异。此变化可能在维护周期之后或在延长的操作周期期间发生。因此，半导体制程中的性能可能变得不可预测。

技术实现思路

1、示例实施例包括用于监测自由基粒子的系统，包括测试室、电离器(ionizer)及质谱测定仪。测试室可被配置为耦接至适合于传输气体的流动通道。测试室可界定出连接测试室与流动通道的孔径，并且孔径可被配置为允许气体的子集从流动通道进入测试室。电离器可位于测试室内且可被配置为从气体子集的自由基粒子产生自由基离子。质谱测定仪可被配置为测量自由基离子的量(quantity)。

2、质谱测定仪可以是残余气体分析仪(rga)。测试室可被配置为维持气体压力低于流动通道处的气体压力。测试室中的气体压力可小于1e-2托(torr)，流动通道中的气体压力可大于0.01torr。电离器可位于孔径的4英寸范围内。电离器可被配置为在低能状态(low-energy state)下操作以产生自由基离子并最小化非自由基离子的产生，低能状态系为低于与非自由基离子的产生相关的能量状态。电离器可被配置为在多个低能状态下操作，多个低能状态中的每一者对应于相应的自由基粒子。电离器可被配置为在高能状态(high-energy state)下操作以能够基于气体的子集的非自由基粒子取得参考讯号。孔径可具有小于1毫米的直径。孔径可允许自由基粒子与非自由基粒子的比率大于存在于流动通道内气体中的比率的0.1％，通过并往测试室。

3、测试室的突起可延伸到流动通道中并包围测试室的容积(volume)，孔径位于突起处。突起可呈现大致圆锥外形，孔径位于圆锥外形的一点处。电离器可定位在由圆锥外形界定的容积内以产生自由基离子。圆锥外形可被配置为电离器的静电组件。静电透镜可被配置为将作为离子束的自由基离子引导向质谱测定仪。

4、控制器可被配置为基于由质谱测定仪测量的自由基离子的量来控制自由基粒子源的操作。此控制可包括控制1)在给定时间内产生自由基粒子的量及2)产生自由基粒子的时段的至少一者。此控制还可包括控制自由基源的流动信道的润湿路径的功率、气流、气体压力及温度的至少一者。此控制还可包括控制工具制程。

5、止挡件(stopper)可被配置为选择性地密封孔径。包围孔径的表面可以是非金属的且针对自由基粒子呈现出的反应性(reactivity)及结合系数(recombinationcoefficient)低于金属表面的。或者，包围孔径的表面可以是金属的且针对自由基粒子呈现出低反应性。流动通道可以是从自由基源延伸到制程室的导管(conduit)、制程室中的反应区下游的区域、或制程室下游的导管。

6、进一步的实施例包括监测自由基粒子的方法。来自流动通道的气体的子集可经由连接测试室与流动通道的孔径被引导往测试室。电离器可从气体子集的自由基粒子产生自由基离子。然后可透过质谱测定仪测量自由基离子的量。

7、质谱测定仪可以是残余气体分析仪(rga)。可控制测试室维持低于流动通道处的气体压力的气体压力。测试室中的气体压力可小于1e-2torr，流动通道中的气体压力可大于0.01torr。电离器可位于孔径的4英寸范围内。电离器可在低能状态下操作以产生自由基离子并最小化非自由基离子的产生，低能状态系为低于与非自由基离子的产生相关的能量状态。电离器可在多个低能状态下操作，多个低能状态中的每一者对应于相应的自由基粒子。电离器可在高能状态下操作以能够取得基于气体的子集的非自由基粒子的参考讯号。孔径可具有小于1毫米的直径。透过该孔径，可允许自由基粒子与非自由基粒子的比率大于存在于流动通道内气体中的比率的0.1％，通过并往测试室。

8、测试室的突起可延伸到流动通道中并包围测试室的容积，孔径位于突起处。突起可呈现大致圆锥外形，孔径位于圆锥形状的一点处。电离器可在由圆锥外形界定的容积内产生自由基离子。圆锥外形可被配置为电离器的静电组件。经由静电透镜，自由基离子可作为离子束被导向质谱测定仪。

9、控制器可基于由质谱测定仪测量的自由基离子的量来控制自由基粒子源的操作。该控制可包括控制1)在给定时间内产生自由基粒子的量及2)产生自由基粒子的时段的至少一者。该控制还可包括控制自由基源的流动信道的润湿路径的功率、气流、气体压力及温度的至少一者。这种控制还可包括工具制程控制。

10、透过止挡件可选择性地密封孔径。包围孔径的表面可以是非金属的且针对自由基粒子呈现出的反应性及结合系数低于金属表面的。或者，包围孔径的表面可以是金属的且针对自由基粒子呈现出低反应性。流动通道可以是从自由基源延伸到制程室的导管、制程室中反应区下游的区域、或制程室下游的导管。

技术特征：

1.一种用于监测自由基粒子的系统，包括：

2.如权利要求1所述的系统，其中，该质谱测定仪为残余气体分析仪(rga)。

3.如权利要求1所述的系统，其中，该测试室被配置为维持气体压力低于该流动通道处的气体压力。

4.如权利要求3所述的系统，其中，该测试室中的该气体压力小于1e-2托(torr)，及该流动通道中的该气体压力大于0.01torr。

5.如权利要求1所述的系统，其中，该电离器位于该孔径的4英寸内。

6.如权利要求1所述的系统，其中，该电离器被配置为在低能状态下操作以产生该自由基离子并最小化非自由基离子的产生，该低能状态为低于与产生该非自由基离子相关联的能量状态。

7.如权利要求1所述的系统，其中，该电离器被配置为在多个低能状态下操作，该多个低能状态中的每一者对应于相应的自由基粒子。

8.如权利要求1所述的系统，其中，该电离器被配置为在高能状态下操作以能够基于该气体的该子集的非自由基粒子取得参考讯号。

9.如权利要求1所述的系统，其中，该孔径的直径小于1毫米。

10.如权利要求1所述的系统，其中，该孔径允许自由基粒子与非自由基粒子的比率大于存在该流动通道内的气体中的比率的0.1％，通过并往该测试室。

11.如权利要求1所述的系统，还包括该测试室的突起，该突起延伸到该流动通道中并包围该测试室的容积，该孔径位于该突起处。

12.如权利要求11所述的系统，其中，该突起呈现出大致圆锥外形，该孔径位于该圆锥外形的一点处。

13.如权利要求12所述的系统，其中，该电离器被定位成在由该圆锥外形界定的容积内产生自由基离子。

14.如权利要求13所述的系统，其中，该圆锥外形被配置为该电离器的静电组件。

15.如权利要求13所述的系统，还包括静电透镜，该静电透镜被配置为将该自由基离子作为离子束导向该质谱测定仪。

16.如权利要求1所述的系统，还包括控制器，该控制器被配置为基于由该质谱测定仪测量的该自由基离子的该量来控制自由基粒子源的操作。

17.如权利要求16所述的系统，其中，控制该自由基粒子源的该操作包括控制1)在给定时间内产生自由基粒子的量及2)产生该自由基粒子的时段的至少一者。

18.如权利要求16所述的系统，其中，控制该自由基粒子源的该操作包括控制该流动信道的润湿路径的功率、气流、气体压力及温度的至少一者。

19.如权利要求1所述的系统，还包括被配置为选择性地密封该孔径的止挡件。

20.如权利要求1所述的系统，其中，包围该孔径的表面为非金属的且针对该自由基粒子呈现出的反应性及结合系数低于金属表面的。

21.如权利要求1所述的系统，其中，包围该孔径的表面为金属的且针对该自由基粒子呈现出低反应性。

22.如权利要求1所述的系统，其中，该流动通道为从自由基源延伸到制程室的导管。

23.如权利要求1所述的系统，其中，该流动通道为制程室中反应区下游的区域。

24.如权利要求1所述的系统，其中，该流动通道为制程室下游的导管。

25.一种监测自由基粒子的方法，包括：

26.如权利要求25所述的方法，其中，该质谱测定仪为残余气体分析仪(rga)。

27.如权利要求25所述的方法，还包括维持该测试室处的气体压力低于该流动通道处的气体压力。

28.如权利要求27所述的方法，其中，该测试室中的该气体压力小于1e-2torr，该流动通道中的该气体压力大于0.01torr。

29.如权利要求25所述的方法，其中，该电离器位于该孔径的4英寸内。

30.如权利要求25所述的方法，还包括在低能状态下操作该电离器以产生该自由基离子并最小化非自由基离子的产生，该低能状态为低于与产生该非自由基离子相关的能量状态。

31.如权利要求25所述的方法，还包括在多个低能状态下操作该电离器，该多个低能状态中的每一者对应于相应的自由基粒子。

32.如权利要求25所述的方法，还包括在高能状态下操作该电离器以能够基于该气体的该子集的非自由基粒子取得参考讯号。

33.如权利要求25所述的方法，其中，该孔径的直径小于1毫米。

34.如权利要求25所述的方法，其中，该孔径允许自由基粒子与非自由基粒子的比率大于存在该流动通道内的气体中的比率的0.1％，通过并往该测试室。

35.如权利要求25所述的方法，其中，该测试室的突起延伸到该流动通道中并包围该测试室的容积，该孔径位于该突起处。

36.如权利要求35所述的方法，其中，该突起呈现出大致圆锥外形，该孔径位于该圆锥外形的一点处。

37.如权利要求36所述的方法，还包括操作该电离器以在由该圆锥外形界定的容积内产生自由基离子。

38.如权利要求37所述的方法，其中，该圆锥外形被配置为该电离器的静电组件。

39.如权利要求37所述的方法，还包括通过静电透镜将该自由基离子作为离子束导向该质谱测定仪。

40.如权利要求25所述的方法，还包括基于由该质谱测定仪测量的该自由基离子的该量来控制自由基粒子源的操作。

41.如权利要求40所述的方法，其中，控制该自由基粒子源的该操作包括控制1)在给定时间内产生自由基粒子的量及2)产生该自由基粒子的时段的至少一者。

42.如权利要求40所述的方法，其中，控制该自由基粒子源的该操作包括控制该流动信道的润湿路径的功率、气流、气体压力及温度的至少一者。

43.如权利要求25所述的方法，还包括透过止挡件选择性地密封该孔径。

44.如权利要求25所述的方法，其中，包围该孔径的表面为非金属的且针对该自由基粒子呈现出的反应性及结合系数低于金属表面的。

45.如权利要求25所述的方法，其中，包围该孔径的表面为金属的且针对该自由基粒子呈现出低反应性。

46.如权利要求25所述的方法，其中，该流动通道为从自由基源延伸到制程室的导管。

47.如权利要求25所述的方法，其中，该流动通道为制程室中反应区下游的区域。

48.如权利要求25所述的方法，其中，该流动通道为制程室下游的导管。

技术总结
监测系统检测及测量气体中的自由基粒子的量。测试室耦接至传输气体的流动通道。测试室界定出连接测试室与流动通道的孔径，且孔径允许气体的子集从流动通道进入测试室。电离器位于测试室内并从气体子集的自由基粒子产生自由基离子。质谱测定仪测量自由基离子的量，从而提供气体中自由基粒子的测量值。

技术研发人员：杨成隆,刘建敏,J·E·布莱辛
受保护的技术使用者：万机仪器公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14