[发明专利]监测蚀刻等离子体加工设备中等离子体状态的方法和装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种通过在这种蚀刻等离子体加工设备的下 游区域感测一种或者多种为了蚀刻的目的而被高能激活的高能活 性气体物质，如氟、氯、碘、溴、氧，及其衍生物或者自由基(radical) 来测定蚀刻等离子体加工设备中的等离子体状态的方法和系统。

在一个具体方面，本发明涉及一种感测氟或者卤素物质的设备 和方法，其具有监测半导体加工操作中含氟化合物和离子性物质的 用途。

背景技术

在半导体器件的生产中，硅(Si)和二氧化硅(SiO₂)的沉积， 和随后的蚀刻是非常重要的操作步骤，其目前包括8-10个步骤或 者是整个生产过程的约25％。为了确保膜性质的均匀和一致性，每 个沉积工具和蚀刻工具必须经受定期的清洗程序，有时和每一次运 行的频率一样。

为了达到蚀刻和化学气相沉积(CVD)清洗目的，等离子体蚀 刻已经被广泛的用于半导体工业中。该等离子体作为能量介质用来 通过从原料中分裂的气体分子产生高反应性物质，并且这样的高反 应性物质吹扫或者在晶片上或者室壁上的材料来形成可以被轻易 去除的挥发性反应产物。

目前在蚀刻操作中，当规定的时间量已经过去即达到了蚀刻终 点。过蚀刻(在清洗蚀刻已经完成后加工气体仍不断流入反应器腔 内)是普遍的并且导致加工周期延长、降低了工具的寿命，以及向 大气中不必要的释放了氟类物质或者其它使全球变暖的气体。

类似的问题出现在氮化硅、氧化钽(Ta₂O₃)、或者基于硅的低 介电常数材料(如掺杂C和/或者F的SiO₂)。

各种分析技术，如朗格缪尔探针、FTIR、光发射光谱，和离子 质谱，被用于监测蚀刻过程。

然而，这些技术都趋向于昂贵，并且由于它们的复杂性而需要 专业的操作者。而且，由于它们操作的限制，通常认为在线采用连 续性的监测是不切实际的。

需要一个简单低成本、可靠的选择性传感器，其可用于半导体 加工控制，以及可用于生命安全和室内监测装置、其他工业加工气 体感测应用。

因此，提供一种可靠的低成本的感测方法和装置将是本领域的 一个显著的进步，该方法和装置用于改进沉积和蚀刻含硅材料，包 括硅、氮化硅和二氧化硅所用的设备的生产能力和化学效率，并通 过减少和优化清洗和蚀刻时间来监测蚀刻和清洗程序，因此降低了 化学品的使用、延长了设备的使用寿命，并且减少了设备的停用时 间。

2004年4月22日公开的专利申请公开号20040074285在 “APPRAATUS AND PROCEDD FOR SENSING FLUORO SPECIED IN SEMICONDUCTOR PROCESSING SYSTEMS”披露了 一种采用在KF法兰上的金属封装柱(metal packaging post)或者 聚酰亚胺块周围编织的氟或者卤素反应性金属丝来感测固 态氟或者卤素的装置和方法。采用这种基于金属丝的传感器来检测 氟物质依赖于对由它们与含氟化合物反应所引起的金属丝中电阻 变化进行监测。为了确保这种基于金属线的传感器的可接受的灵敏 度和信噪比，通过使用金属封装柱或者聚酰亚胺块来控制 和优化金属丝的尺寸和位置，因此这种金属丝的绝对电阻对于终点 的检测是足够的。

然而，当与金属丝传感器联用时，该结构和/或者金属 封装柱会形成一种减少传感器元件信号强度的热沉(heat sink)。此 外，制造在KF法兰上包含金属丝、金属柱和/或聚酰亚胺 块的三维传感器封装件是相对劳动密集的。

已经被开发用于在微电子器件制造和其他工业操作中监测蚀 刻物质的传感器的一种类型是载体催化传感器(燃烧气体传感器， pellistor)催化气体检测器。在这个装置中，一个由合适的材料如铂 制成的小直径的线圈，被放置在一个在其上沉积催化性材料的耐火 材料的支撑物上。将得到的组件加热到升高的温度，例如，在大约 500℃数量级，并且受到监测的气体中的监测物质是通过支撑物上 的催化材料而催化氧化的。

在感测工作中，感兴趣物质的燃烧热传递给线圈和一个包含这 样线圈的测热传感器然后产生一个对感兴趣气体物质存在的测定， 或者相反的，当这样物质的催化氧化不再发生时，监测到其在气流 中不存在。