CN101427123A - 室内粒子侦测系统 - Google Patents

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Abstract

室内粒子侦测系统。大体而言，本发明实施例提供一种改进的室内粒子源确认机制，从而满足了需求。该原位室内粒子源确认方法和设备可以极大的缩短用于确认室内粒子源的时间，能提高用于生产系统的处理室生产能力。该方法和设备也可以用于在工程研制阶段检测元件的粒子性能。在一个实施例中，一个用于半导体处理室的原位室内粒子监测组件包括至少一个激光光源。该至少一个激光光源可以在处理室的室处理体积内扫描激光光。该原位室内粒子监测组件还包括至少一个激光光收集器。该至少一个激光光收集器能够收集由该至少一个激光光源发出的激光光。该室内粒子监测组件还包括一个位于处理室外的分析器，用于分析代表由该至少一个激光光收集器收集的激光光的信号以提供室内粒子信息。

Description

室内粒子侦测系统
背景技术
在处理半导体基片如硅晶圆时，由于粒子附着于上述基片表面而导致的产量降低，从而使粒子性能成为关注的焦点。在基片处理过程中或者之后，处理室内落在该基片上的粒子能使产量降低。因此，控制处理室内的粒子量到最小限度以确保良好的产率是至关重要的。
在处理室内的粒子有很多来源。工艺气体和基片处理能够产生粒子。沉积在位于处理室内或室壁上的元件上、来自工艺气体或者工艺副产品的膜也能够产生粒子。粒子也能在由不同的机械装置进行处理室硬件维护的过程中引入到处理室内，例如当将元件放回室内时留在室内的清洗溶液残余物。如果闸阀被夹得过紧或者O型圈质量很差，处理室的闸阀上的O型圈也能够产生粒子。
传统上，处理室内的粒子性能是通过测量处理过的基片上的粒子尺寸或者数量而监测的。该粒子性能测量可以定期进行以监测处理室性能，或者在处理室硬件维护之后进行以使处理室合格。如果在基片上侦测到大量的粒子，就需要确认粒子源，该问题需要在基片能够进行进一步的处理之前或者在处理室合格之前得到解决。
传统上，粒子源确认是通过运行不同的处理室处理和/或硬件参数的实验设计来完成。测量用实验设计处理的基片的粒子性能以确定哪一项参数影响了粒子尺寸和数量。然而，这一粒子源确认过程非常耗费劳力且费时。
鉴于前述情况，需要提供改进的处理室粒子源确认机构，以减少用于确认该粒子源的时间和资源。该改进的处理室粒子源确认机构可以提高总体的处理室粒子性能和生产能力。
发明内容
大体而言，本发明实施例通过提供改进的处理室粒子源确认装置而满足了需求。该原位(in-situ)处理室粒子源确认方法和装置可以极大地缩短用于确认处理室粒子源所花费的时间，这可以提高用于生产系统的处理室的生产能力。该方法和装置也可以用于在处理室工程研制阶段检测元件的粒子性能。应当注意，本发明可以多种方式加以实现，包含工艺、设备或系统。以下将叙述本发明的多个创新性实施例。
在一个实施例中，用于半导体处理室的原位处理室粒子监测组件包括至少一个激光光源。该至少一个激光光源可以在处理室内的室处理体积内扫描激光光。该原位处理室粒子监测组件还包括至少一个激光光收集器。该至少一个激光光收集器可以收集由该至少一个激光光源发出的激光光。该处理室粒子监测组件还包括位于处理室外的分析器，用于分析代表由该至少一个激光光收集器收集的激光光的信号以提供室内粒子信息。
在另一实施例中，具有确认处理室粒子源的原位处理室粒子监测组件的处理室包括位于处理室内的基片支撑件。该处理室还包括位于该基片支撑件上方的处理室顶板。另外，该处理室包括至少一个激光光源，其中该至少一个激光光源可以在处理室内的室处理体积(chamber process volume)内扫描激光光，该室处理体积由该基片支撑件和该处理室顶板所限定。该处理室还包括至少一个激光光收集器，其中该至少一个激光光收集器可以收集由至少一个激光光源发出的激光光。另外，该处理室包括一个位于处理室外的分析器，用于分析由该至少一个激光光收集器收集的代表激光光的信号以提供室内粒子信息。
在又一实施例中，收集原位处理室粒子信息的方法包括在处理室内的处理体积内扫描由激光光源发出的激光光。该方法还包括由多个激光光收集器收集处理室内的激光光。另外，该方法包括分析该收集来的激光光以确定处理室粒子信息。
从下列的详细描述并且结合附图以本发明的原理示例的方式加以说明，本发明的其他方面和优点将更加清晰。
附图说明
通过下述结合相关附图地详细描述，本发明将更容易了解，相同的标号代表相同的元件。
图1A是本发明处理室内的原位粒子侦测系统的一个实施例的剖面示意图。
图1B是图1A中处理室内的原位粒子侦测系统的一个实施例的俯视图。
图1C是图1A中处理室内的原位粒子侦测系统的另一实施例的俯视图。
图2A是具有处理室衬垫的处理室内原位粒子侦测系统的一个实施例的剖面示意图。
图2B是图2A中处理室内原位粒子侦测系统的一个实施例的俯视图。
图3是处理室体积内的粒子侦测系统的示意图。
图4是确定处理室内的处理室粒子信息的流程图。
具体实施方式
现在将描述改进的更有效率的处理室粒子确认系统、方法和装置的几个示范性实施例。本领域技术人员应当了解：在未使用本文中所述的部分或者全部特定细节的情况下，仍可实行本发明。
如前所述，通过运行不同的处理室处理和/或硬件参数的实验设计来进行的传统的粒子源确认方法非常耗费时间和资源。迅速的粒子源确认对于减少处理室送回制造状态所花的时间是非常重要的。有效的原位处理室粒子确认方法和装置可以提供稳定的处理室内粒子的信息。通过检查该粒子信息，该信息包括粒子尺寸、数量和粒子位置，可以找到粒子源或者确认进一步研究的方向。例如，如果室内粒子大量位于靠近传送孔，可怀疑该传送孔引起了粒子问题。可以检查或者替换传送孔的元件，如O型圈，以得知该粒子问题是否可以解决。另外，也可以研究该传送孔的操作参数以检测他们对于粒子问题的影响。例如，可以降低作用于传送孔闸阀上的夹持力以检测粒子问题是否降低，因为传送孔闸阀被夹持的太紧会损坏该O型圈从而引起粒子问题。
该直接和瞬时的处理室粒子信息可以极大地缩短用于确认粒子源所花的时间，这可以提高用于制造系统的处理室生产能力。另外，该方法和装置也可以用于在处理室工程研制阶段检测元件的粒子性能，以缩短处理室研制时间。
本发明一个实施例由至少一个激光光源扫描激光光进入处理室内的处理体积。在一个实施例中，该处理体积是处理室内的基片支撑件上方和周围以及处理室顶板下方的区域。该处理室可以是任何形式的处理室，例如化学气相沉积处理室、等离子蚀刻室或者热气相沉积，只要该室是封闭的。被激光光源覆盖(或者扫描的)的区域中的粒子将反射激光光并影响所研究区域中的激光光图像。激光是优选的光源因为它的光是单一波长(因此它是单色光-对于粒子计数器通常是红光或红外光)。固体状的激光二极管因其尺寸小、重量轻和平均故障间隔时间(MTBF)而可被应用于实施例中。
该激光光可被装在处理室内的至少一个激光光侦测器(如光电侦测器或照相机)捕捉到。光电侦测器是对光敏感的电子装置。任何射到该光电侦测器的光都会使得该光电侦测器发出电脉冲。该电脉冲可以解析为与粒子数量、尺寸和位置有关。由于对光敏感也可以使用数码相机。该光侦测器能够连续地收集粒子数据以监测该室内粒子性能或者仅在故障探测期间收集粒子数据。
图1A是处理室100的一个实施例的剖面示意图，具有包括气体分配板(或喷头)120的处理室顶板110。在一个实施例中，该气体分配板120也可以是用于等离子处理室的上电极。处理室100还有一个可以支撑基片140的基片支撑件130。室壁150具有允许基片140转入或者迁出处理室100的基片传送孔160。室壁150可为一块的或者多块的(壁)。激光光源170安装在室壁150内。激光光源170由控制器175控制，其控制该激光器的扫描频率和方向。在一个实施例中，该激光光源170纵贯位于基片支撑件140上方和周围的区域180扫描。区域180如虚线185所示并且对应于该室处理体积。该基片140在粒子源确认过程中可以有也可以没有。该激光光由位于室壁150上的光线收集器190收集。由于处理室内的粒子会反射激光光并影响激光光图像，因此处理室内的粒子位置和数量能够被激光光收集器190所捕获。该激光光收集器190连接至分析器195，以分析收集到的信号(或脉冲)。
该被分析的脉冲可以与室内粒子的粒子数量、尺寸和微粒的位置有关。如果在处理室内只有一个光收集器190，从处理室收集到的粒子图像将会是二维的(2-D)。从收集到的粒子图像，可以得知粒子数量、粒子尺寸和粒子相对于该光收集器190所处的方位。为了获得处理室内粒子图像的三维(3-D)结构，需要多个光收集器190。该多个光收集器190应当被设置为没有光收集器共享公共轴线。
图1B是图1A中处理室100的实施例的俯视剖面示意图，该处理室100具有一个激光光源170和两个激光光收集器190I和190II。该激光光源170纵贯整个由虚线185说明其边界的处理室处理区域180扫描。该两个激光光收集器190I和190II收集从激光光源170发出的激光光。处理室处理区域180内的粒子数目、粒子尺寸和粒子的位置会影响被反射的激光光的数目和位置。因此，由该两个光收集器190收集的该激光光可以由该分析器195分析，以描述处理室100内的粒子的数量、尺寸和3-D位置。
在一个实施例中，可以有多于一个的激光光源以确保纵贯室100扫描的激光光更好地覆盖。图1C是具有3个激光光源170和3个激光光收集器190的处理室100的一个实施例。本领域技术人员应当了解，激光光源数量和激光光收集器数量的其他组合也是可能的。
除了将激光光源和激光光收集器设置在室壁上，该激光光源和该激光光收集器还可以设置在处理室衬垫(liner)上。在一些处理系统中，如等离子蚀刻系统，该处理室衬垫用于减少室壁上的内建膜。处理室衬垫可由整片材料组成，也可以由多片材料(衬垫)组成。处理室衬垫如何安装进等离子蚀刻室的细节已在本受让人所拥有的美国专利6,277,237中描述。
图2A显示了一个类似于图1A中的室100的处理室100′。室100′具有一个处理室衬垫155。至少一个激光光源170和至少一个激光光收集器190被安装在该衬垫155上。该激光光源170纵贯该处理室处理区域180′扫描，由于该处理室衬垫155的插入，该处理室处理区域180′稍小于图1A中的处理区域180。在该衬垫155上有基片传送孔165，其与室壁上的传送孔160相匹配。由于该衬垫是可替换的，当需要确认粒子源时，该激光光源和该激光光收集器可被设置进该处理室。一旦粒子问题被解决，该激光光源170和激光光收集器190可以连同处理室衬垫155一起移除，新的没有激光光源170和激光光收集器190的处理室衬垫155′可以设在该处理室内以继续该制造工艺。
图2B是具有安装在处理室衬垫155上的一个激光光源170′和两个激光光收集器190I′和190II′的室100的俯视剖面示意图。该两个激光光收集器190I′和190II′使得能够构造处理室100内的粒子的3-D图像，并且使得能够确定室100′的处理区域180′内的粒子的数量、尺寸和3-D位置。与室壁上的激光光源和激光光收集器类似，可以有多于一个激光光源以确保纵贯该处理室处理区域180扫描的激光光更好地覆盖。激光光源和激光光收集器的数量可有不同组合。
图3显示了由虚线边界185围绕的区域180的3-D示意图的举例。由图2B中的该激光光收集器190收集的该激光光图像显示大量的粒子靠近该处理室传送孔160。基于图3中所述的粒子信息，可以对传送孔160上的粒子进行进一步研究。辅助分析可得到下述结论：由于传送孔闸阀夹得过紧并导致O型圈损坏，传送孔O型圈释出了大量的粒子。通过观察与时间相关的该3-D处理室粒子图像，也可以发现粒子的来源和运动。该3-D图像对于加快处理室粒子源的确认是非常有用的。
图4显示了使用处理室粒子侦测系统以侦测处理室内的粒子的工艺流程。该工艺400始于步骤410：在处理室内扫描激光光。在一个实施例中，处理体积被限定于处理室顶板和基片支撑件之间，其中激光光由一个或者多个激光光源提供。该工艺接下来在步骤420使用至少一个激光光收集器来处理体积的收集处理室内的激光光。如果要收集三维的处理室粒子信息，需要至少两个激光光收集器。该至少两个激光光收集器应当彼此分开设置并且不要彼此正对。激光光被该激光光收集器收集后，在步骤430由分析器分析该信号以确定处理室粒子信息。
该处理室粒子信息包括粒子数量、粒子尺寸、粒子尺寸分布和粒子位置。通过检查分布在处理室内的粒子图像，可以发现粒子源或者确认进一步研究的方向。
虽然为了清楚了解本发明，前面已就某些细节进行了叙述，但应注意：在所附权利要求的范围内可对本发明实行某些改变及修正。因此，本实施例应当看作说明性而非限制性，且本发明并不应受限于上述细节，在权利要求的范围及等同方式内可对本发明进行变化。

Claims (24)

1.一种用于半导体处理室的原位室内粒子监测组件，包括：
至少一个激光光源，其中该至少一个激光光源可以在处理室内的室处理体积内扫描激光光；
至少一个激光光收集器，其中该至少一个激光光收集器可以收集由该至少一个激光光源发出的激光光；和
位于处理室外部的分析器，分析代表由该至少一个激光光收集器收集的激光光的信号以提供室内粒子信息。
2.根据权利要求1所述的原位室内粒子监测组件，其中该室内粒子信息包括粒子数量、粒子尺寸和粒子位置。
3.根据权利要求1所述的原位室内粒子监测组件，其中有多个激光光收集器，该多个激光光收集器被设置为没有激光光收集器共享公共轴线。
4.根据权利要求3所述的原位室内粒子监测组件，其中室内粒子信息包括代表室处理体积内的粒子分布的三维图像。
5.根据权利要求1所述的原位室内粒子监测组件，其中该至少一个激光光源和该至少一个激光光收集器两者的至少部分嵌在室壁内。
6.根据权利要求1所述的原位室内粒子监测组件，其中该至少一个激光光源和该至少一个激光光收集器两者的至少部分嵌在处理室衬垫内。
7.根据权利要求1所述的原位室内粒子监测组件，其中该室处理体积围绕限定在处理室内的基片支撑件上的平面。
8.一种具有原位室内粒子监测组件以确认室内粒子源的处理室，包括：
位于处理室内的基片支撑件；
设置于该基片支撑件上方的处理室顶板；
至少一个激光光源，其中该至少一个激光光源可以在处理室内的室处理体积内扫描激光光，该室处理体积被限定在该基片支撑件和该处理室顶板之间；
至少一个激光光收集器，其中该至少一个激光光收集器可以收集由至少一个激光光源发出的激光光；和
位于该处理室外部的分析器，分析代表由该至少一个激光光收集器收集的激光光的信号以提供室内粒子信息。
9.根据权利要求8所述的处理室，其中有多个激光光收集器，该多个激光光收集器被设置为没有激光光收集器共享公共轴线。
10.根据权利要求8所述的原位室内粒子监测组件，其中至少有两个激光光源，该至少两个激光光源彼此分开设置以向该处理室提供光源。
11.根据权利要求8所述的处理室，其中该至少一个激光光源和该至少一个激光光收集器两者的至少部分嵌在室壁内。
12.根据权利要求8所述的处理室，其中室壁限定在该基片支撑件周围，且在该室壁内设置衬垫。
13.根据权利要求12所述的处理室，其中该至少一个激光光源和该至少一个激光光收集器两者的至少部分嵌在该处理室衬垫内。
14.根据权利要求12所述的处理室，其中有多个处理室衬垫，该至少一个激光光和该至少一个激光光收集器两者的至少部分嵌在多个处理室衬垫内。
15.根据权利要求13所述的处理室，其中有3个激光光源和3个光源收集器。
16.一种原位收集室内粒子信息的方法，包括：
在处理室的处理体积内扫描由激光光源发出的激光光；
由多个激光光收集器收集该处理室内的激光光；和
分析该收集来的激光光以确定处理室内粒子信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该处理体积被限定在处理室顶板和基片支撑件之间。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
调整该多个激光光收集器的方位，使得没有激光光收集器共享公共轴线。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
将该激光光源和该多个激光光收集器嵌在室壁内。
20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括将该激光光源和该多个激光光收集器嵌在处理室衬垫内。
21.根据权利要求20所述的方法，其中具有该激光光源和多个激光光收集器的该处理室衬垫是可移除的。
22.根据权利要求16所述的方法，其中该室内粒子信息包括处理室内的粒子尺寸和分布以及粒子位置信息。
23.根据权利要求16所述的方法，其中分析该收集来的激光光包括产生代表处理室内粒子分布的3-D图像。
24.根据权利要求23所述的方法，其中该3-D图像包括粒子尺寸信息。
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