[发明专利]用于半导体工艺的腔衰荡光谱仪

说明书

技术领域

本发明的领域涉及半导体加工，特别涉及用于检测半导体加工环境 中的气体浓度的装置。

背景技术

控制半导体加工中的环境是非常重要的。典型地，半导体是在工艺 室中从晶片制造出来的。一个或多个扩散步骤之后(或之前)是掩蔽步 骤以在晶片上定义半导体制造位置。一旦制造位置得以定义，该工艺可 重复任意次数，这取决于所制造的器件的复杂度。

一旦半导体器件在所定义的位置得以建立，在所定义的位置可以形 成一组连接。连接可以通过任意数量的掩蔽、沉积和腐蚀步骤形成。

在制造工艺的每一步骤中，可以使用不同的反应材料。通常这些反 应材料是气体形式的。

为了提供一致性的半导体产品，通常必须通过精确控制反应气体可 靠地控制扩散、沉积和腐蚀工艺。典型地，这通过控制反应材料进入工 艺室的流量来完成。

在半导体薄膜加工中，知道工艺室中精确的气体组分是非常重要 的。常规地，这主要由流量控制来完成，但是仅仅是流量控制还不能识 别在反应室中存在的反应气体的比例，特别是当有其它气体，例如载气 或背景气体存在时。

因此，需要一种更好的测量气体含量，特别是在涉及多种气体的工 艺环境中测量气体含量的方法。

附图说明

图1是根据本发明的所示实施例的气体浓度测量系统的框图；和

图2是在存在预定气体和以预定气体的特征频率激励的情况下图1 的谐振器的衰荡轮廓。

具体实施方式

提供用于测量半导体薄膜工艺中的气体的装置。该装置包括置于薄 膜工艺环境内的光学谐振器、用于以气体的特征频率激励该光学谐振器 的可调谐激光器、用于检测谐振器内能量的检测器和基于所检测能量的 衰荡率来检测气体浓度的处理器。

现在来看附图，图1是气体检测系统10的框图，一般根据本发明 的所示实施例的应用在上下文示出。如图1所示，检测系统10可以用 于监视半导体薄膜工艺12中的气体浓度。尽管系统10如所示用于检测 出口气体流(气流)14中的气体浓度，应当理解系统10同样可以用于 检测进入工艺12的进口气体流。

检测系统10可以包括光学谐振器16、光学检测器20、可调谐激光 器22和中央处理单元(CPU)24。可调谐激光器可在某一合适的光学波 长范围(例如，1-12微米)调谐。

光学谐振器16可以被直接放置在出口气体流14中或偏离气流设置 在“T”连接26中，如图1所示。正如本领域技术人员所知道的，工艺 12的输入和输出气体流可以包括多种非常腐蚀性的气体。由于光学谐振 器16置于该气体流中，所以光学谐振器16可以使用抗所述气体腐蚀的 材料制作。当具有适合的保护下，可调谐激光器22和检测器20也可以 置于气流14中或可以通过光学透明窗18与谐振器16相互作用，该光 学透明窗18起将工艺环境与设备环境隔离的作用。

窗18可以使用合适的光学玻璃(例如，石英玻璃)制作。可替代 地，窗18可以使用蓝宝石制作。

光学谐振器16可以包括呈三角形形式布置的三个镜子28、30、32。 可调谐激光器22可以与三角形的第一边34共轴对齐。通过第一镜子28 进入谐振器16的光能量沿谐振器16的第一边34传播，并且由第二镜 子32反射。从第二镜子32反射的能量沿第二边36传播到第三镜子30 并且沿第三边38反射到第一镜子28。边34、36、38的总长度可以是谐 振频率的整数倍。

在第一镜子28处，绝大部分光能量沿第一边34反射并围绕三角形 重复循环。然而，至少一部分沿第三边38传播的能量穿过第一镜子28 并照射与到第三边38共轴对齐的检测器20。

一般地，气体检测系统10根据光谱学的原理起作用。正如所知， 气流14中的每种气体吸收为该气体的特征的波长的光能量。通过调谐 可调谐激光器22到预定气体的特征频率，系统10能够测量预定气体的 浓度，而与气流14中其它气体的存在或浓度无关。正如所知，预定气 体的浓度越大，对光能量的特征波长的吸收越多。

为了测量气体浓度，可调谐激光器22可被调谐到该气体的特征波 长。简单的机械随动装置31可以用于调整三个边34、36、38的总长度 到所选波长的整数倍。