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TWI777291B - 用於檢測處理腔室狀況的方法和系統以及計算機可讀媒介 - Google Patents

用於檢測處理腔室狀況的方法和系統以及計算機可讀媒介 Download PDF

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TWI777291B
TWI777291B TW109139418A TW109139418A TWI777291B TW I777291 B TWI777291 B TW I777291B TW 109139418 A TW109139418 A TW 109139418A TW 109139418 A TW109139418 A TW 109139418A TW I777291 B TWI777291 B TW I777291B
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陳彥良
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本揭示內容提供了用於檢測處理腔室狀況的系統和方法的多個實施方式。實施方式包括在處理腔室中執行無晶圓處理步驟，以確定多個腔室壁的狀況。基於對來自無晶圓處理步驟產生的殘留氣體的分析，操作者或製程控制器可以確定這些腔室壁是否已劣化至要清潔的程度。

Description

用於檢測處理腔室狀況的方法和系統以及計算機可讀媒介
本揭示內容係關於半導體製造中的殘留氣體分析的系統和方法。
半導體製造利用各種處理步驟，包括在被遮蓋的晶圓上蝕刻和沉積多個膜(亦即多個層)，以產生溝槽、導孔、金屬線、被動和主動電路元件，例如電容器、電阻器、電感器、電晶體、天線，並且通常在具有半導體積體電路的晶片的生產中形成絕緣的和導電的多個結構。
一個處理步驟包括電漿蝕刻，執行電漿蝕刻經由施加電磁能(通常為射頻(RF))至包含化學反應性元素(例如氟或氯)的氣體。電漿釋放帶正電的離子其轟擊晶圓以移除(蝕刻)材料，以及釋放化學反應性自由基其與蝕刻後的材料反應以形成揮發性或非揮發性副產物。離子的電荷將離子垂直地導向晶圓。這產生幾乎垂直的蝕刻輪廓，這對於在當今密集封裝的晶片設計中的微小特徵至關重要。製程化學物取決於要蝕刻的膜的類型而異。在介電質蝕刻應用中使用的那些製程化學物通常是基於氟的。矽和金屬蝕刻 使用基於氯的化學物。在反應性離子蝕刻中，目標是優化物理性蝕刻和化學性蝕刻之間的平衡，使得物理性轟擊(蝕刻速率)足以移除必要移除的材料同時發生適當的化學反應以形成消耗的揮發性副產物。
其他的處理步驟包括非電漿蝕刻、化學氣相沉積(CVD)、和物理氣相沉積(PVD)。執行這些步驟，以及上述的電漿蝕刻步驟，使用了提供至持定晶圓的處理腔室的各種前驅物氣體(亦即，反應性氣體和/或反應性氣體混合物，並且在一些情況下，反應性氣體及其各自的惰性載流氣體)。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種用於檢測處理腔室狀況的方法，包含：在一處理腔室中執行一無晶圓處理步驟，其中無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室，所述一或多種前驅物氣體彼此互相反應和與在處理腔室的多個壁上累積的多種殘留化合物反應，此反應產生殘留氣體；分析殘留氣體中的多個離子種類；以及根據所述分析確定處理腔室的狀況。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種用於檢測處理腔室狀況的系統，包含：離子分析儀模組以及製程控制器。離子分析儀模組配置為耦合至一處理腔室，離子分析儀模組還配置為：接收來自處理腔室的殘留氣體，殘留氣體是在此處理腔室中執行的一無晶圓處理步驟的結果， 其中無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室，所述一或多種氣體彼此反應和與在處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物反應，所述反應導致殘留氣體；和分析殘留氣體中的多個離子種類。製程控制器配置為基於所述所分析而確定處理腔室的狀況。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種計算機可讀媒介，包含可由一處理器執行的多個指令，經由執行以下步驟來檢測處理腔室狀況：在處理腔室中執行無晶圓處理步驟，其中無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室，所述一或多種前驅物氣體彼此互相進行反應和與在處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物進行反應，所述反應導致殘留氣體；分析殘留氣體中的多個離子種類；以及基於所述分析而確定處理腔室的狀況。
100:系統
102:晶圓
104:離子分析儀模組
106:製程控制器
107:電子裝置
108:處理腔室
110:導管
112:端口
114:通信電纜
116:無線通信
118:處理氣體模組
120:通信連結
122:氣體導管
124:材料物質
125:清潔氣體模組
126:清潔氣體導管
128:壁
130:通信連結
200:方法流程圖
202:步驟
204:步驟
206:步驟
300:處理步驟
302:區段
304:溝槽
306:二氧化矽膜
308:光阻層
310:壁
400:清潔製程
由以下的詳細描述，並與所附圖式一起閱讀，會最佳地理解本揭示內容的各態樣。值得注意的是，根據業界的標準慣例，各個特徵並未按比例繪製。事實上，為了清楚地討論，各個特徵的尺寸可能任意地增加或減小。
第1圖為根據本揭示內容的一實施方式繪示用於檢測處理腔室狀況的系統；第2圖為根據本揭示內容的一實施方式的用於檢測處理腔室狀況的方法的流程圖； 第3圖為根據本揭示內容的一實施方式繪示在第1圖的處理腔室中在控制晶圓上所執行的處理步驟；以及第4圖為根據本揭示內容的一實施方式繪示在第1圖的處理腔室中在控制晶圓上所執行的清潔製程。
之後的揭示內容提供了許多不同的實施方式或實施例，以實現所提供的主題的不同特徵。以下描述組件和配置的具體實施例，以簡化本揭示內容。當然，這些僅是實施例，並不意圖限制。例如，在隨後的描述中，形成第一特徵在第二特徵上方或之上，可能包括第一和第二特徵以直接接觸而形成的實施方式，且也可能包括附加的特徵可能形成在介於第一和第二特徵之間，因此第一和第二特徵可能不是直接接觸的實施方式。此外，本揭示內容可在各個實施例中重複標示數字和/或字母。這樣的重複，是為了是簡化和清楚起見，重複本身並不是意指所討論的各個實施方式之間和/或配置之間的關係。
此外，為了便於描述一個元件或特徵與另一個元件或特徵之間，如圖式中所繪示的關係，在此可能使用空間上的相對用語，諸如「之下」、「低於」、「較低」、「高於」、「較高」、和類似用語。除了涵蓋圖式中所描繪的方向之外，空間上的相對用語旨在涵蓋裝置在使用中或操作中的不同方向。設備可能有其他方向(旋轉90度或其他方向)，並且此處所使用的空間上的相對用語也可相應地解 釋。
晶圓時常被分多個批次處理，稱為批量(lots)。取決於處理步驟，可能在一處理腔室中處理晶圓。處理腔室可能是溫度和壓力受控的，並且可能包括用於導入前驅物(亦即，反應性)氣體和導出處理步驟的副產物(例如，任何殘留氣體)的端口。處理腔室可能也包括電子設備，其用於產生被導入到腔室的氣體的電漿，為處理步驟中的部分。處理腔室和相關聯的組件在本領域中是已知的，因為將不作更詳細的描述。
處理腔室的多個壁暴露於各種副產物，各種副產物的產生來自於前驅物氣體與晶圓的反應或與在腔室中的其他材料物質反應，例如，在電漿濺射製程中所使用的材料物質，隨著時間劣化(亦即，衰減)。在本揭示內容的上下文中，腔室的劣化，特別是腔室的多個壁的劣化，指的是在多個腔室壁上的副產物的積累，從而降低了產生這種副產物的多個相應的處理步驟的效能。由於例如，為了克服在這些製造步驟的降低的效率，需要增加前驅物氣體的量和/或增加處理時間，因此知道多個腔室壁什麼時候需要清除這樣的污染物是有利的，使得將來的多個批次的晶圓將不會降低產率和/或將不會增加將來的多個製造步驟的成本。
第1圖為根據本揭示內容的一實施方式，繪示用於檢測處理腔室狀況的系統100。系統100包括離子分析儀模組104和製程控制器106。在一個實施方式中，一或 多個晶圓102可能位在處理腔室108中。一或多個晶圓102可能代表一批次的晶圓。在所揭示的系統100的其他的實施方式中，晶圓102沒有位在處理腔室108中。處理腔室108可能與本領域技術人員已知的多個半導體製造製程步驟結合使用。例如，處理腔室可能用在積體電路的製造中，經由在多個批次的半導體晶圓上(也稱為半導體基板)執行多個系列的處理步驟，例如經由化學氣相沉積和/或物理氣相沉積的各種層或膜的沉積、基於電漿或基於非電漿的蝕刻、離子佈植和退火。晶圓102可能由任何類型的基板材料形成，包括由矽或砷化鎵形成的半導體基板。
在一個實施方式中，處理腔室108處理一或多個批次的晶圓，例如此批次的晶圓102。一批次的晶圓可能在處理腔室108中經歷複數個製造處理步驟。在處理腔室108中處理一或多個批次的晶圓之後，操作員可能啟始一製程，以檢測處理腔室108的狀況，如以下進一步討論的內容。
在一實施方式中，離子分析儀模組104耦合到處理腔室108，例如，經由處理腔室108的導管110和端口112。離子分析儀模組104也通信地耦合到製程控制器106，經由例如通信電纜114的物理性連接、或者經由無線通信116任一者。在一替代的實施方式中(未示出)，離子分析儀模組104位於處理腔室108中，並且離子分析儀模組104以與之前描述的相同的方式(亦即，無線通信或經由通過處理腔室108的端口112的物理性連接)與製程 控制器106通信。在另一個實施方式中(未示出)，製程控制器106被包括作為離子分析儀模組104的一組件。在這個實施方式中，離子分析儀模組104包括電子裝置，例如處理器、記憶體、硬碟、輸入/輸出(I/O)等，其執行製程控制器106的功能，如以下進一步討論的內容。
在一個實施方式中，離子分析儀模組104是氣相色譜儀，其配置為分析氣體中的多個離子種類。氣體可能包括一或多個離子種類，例如氟離子、氯離子、和/或溴離子。例如，氣相色譜儀可能配置為測量在氣體中的多個離子種類的濃度。在另一個實施方式中，離子分析儀模組104包括氣相色譜儀和質譜儀，用於多個離子種類的確定和它們各自的濃度的測量。氣相色譜儀和質譜儀在本領域中是已知的，將不再進一步詳細討論。
在一實施方式中，離子分析儀模組104在一批次的晶圓的處理期間或者在一或多個無晶圓(wafer-less)處理步驟期間從處理腔室108接收殘留氣體。無晶圓處理步驟包括任何半導體處理步驟，例如在處理腔室108中執行的多個批次的晶圓的處理中所使用的多個生產處理步驟而在處理腔室108中沒有任何晶圓。殘留氣體可能包含一或多個離子種類，例如氟離子、氯離子、和/或溴離子，但是本揭示內容的範圍包括多個離子分析儀模組，其配置為分析殘留氣體中的多個離子物質(其由任何半導體製造處理步驟所產生)。
製程控制器106配置為接收(或取回)由離子分析 儀模組104所執行的氣體分析的結果。製程控制器106可能包括電子裝置107，例如微控制器、記憶體、硬碟、和/或輸入/輸出(亦即，小鍵盤和顯示器)等。在一個實施方式中，製程控制器106的顯示器(電子裝置107)將離子分析儀模組104的結果顯示給系統100的操作員。結果可能指示由離子分析儀模組104測量的各種離子種類的濃度，並且因此指示處理腔室108的狀況(亦即，處理腔室狀況衰減的程度)。例如，基於一或多個(預定的)離子種類的多個濃度大於一或多個(預定的)各自的基線數值，這些結果可能指示處理腔室108進行一清潔製程，以移除累積的副產物(其經由在一或多個批次的晶圓的處理中的先前的多個處理步驟而累積)。根據本揭示內容的一個實施方式，並且如以下結合第4圖所進一步討論的內容，清潔製程從腔室的多個內壁清除(亦即，移除和/或替換)多種副產物，為接收將來的多個批次的晶圓進行將來的製程做準備。
在一實施方式中，製程控制器106可選地經由通信連結120耦合到處理氣體模組118。處理氣體模組118經由一或多個氣體導管122耦合到處理腔室108。處理氣體模組118向處理腔室108提供一或多種前驅物氣體(亦即，可以彼此反應的多種氣體、與被處理的這些批次的晶圓反應的氣體、和/或與放置在處理腔室108中的其他的材料目標物質(例如，濺射材料)(例如，材料物質124)反應的氣體)、以及任何用於輔助前驅物氣體的傳輸的任何惰性載體氣體。這些反應性前驅物氣體可能用於蝕刻晶圓102 並在晶圓102上沉積不同的材料成分的多個層。在一個實施方式中，製程控制器106控制氣體(例如前驅物和/或惰性氣體)的流動，從處理氣體模組118到處理腔室108。製程控制器106可能控制氣體的流動，經由控制來自處理氣體模組118的氣體的釋放、比例、流速、和/或關閉。
在另一個實施方式中，製程控制器106可選地耦合到清潔氣體模組125。如以下進一步詳細討論的內容，清潔氣體模組125經由一或多個清潔氣體導管126提供一或多種清潔氣體到處理腔室108，以清潔處理腔室108，例如，多個腔室壁128。在一個實施方式中，經由通信連結130，製程控制器106控制從清潔氣體模組125到處理腔室108的清潔氣體的流動(亦即，釋放、比例、流速、和/或關閉)。
在一個實施方式中，清潔氣體模組125包括或可取用用於清潔處理腔室108的多種氣體，諸如CFx、C4F8、CO、CHxFy、SF6、C5F8、O2、N2、HeO2、C2F6、Ar。這些氣體可能也包括四氟化碳、氯氣、和/或諸如CH4、NF3和HBr的氣體。製程控制器106配置為啟始處理腔室的清潔製程，經由控制從清潔氣體模組125到處理腔室108的一或多種清潔氣體的流動。在另一個實施方式中，製程控制器106配置為控制在處理腔室108中執行的無晶圓處理步驟。例如，製程控制器106可能選擇一或多個處理步驟(也稱為無晶圓處理步驟)其將在處理腔室108中執行。此選擇可能基於在處理腔室108在多個批次的晶圓上 所執行的多個製造處理步驟的歷程。歷程可能被儲存在記憶體(電子裝置107)中。在一個實施方式中，選擇基於自從處理腔室108的前次清潔以來在處理腔室108中的多個批次的晶圓上所執行的多個製造處理步驟的歷程。在另一個實施方式中，經由製程控制器106，或在另一個實施方式中經由在清潔氣體模組125上的輸入控制件(未示出)，操作員選擇將要在處理腔室108中執行的一或多個無晶圓處理步驟。
在另一個實施方式中，處理氣體模組118包括或可取用例如製造處理氣體，像是三氟化氮、氯、溴化氫、六氟化矽、和四氟化碳、單獨地或任何組合，儘管本揭示內容的範圍包括在多個製造處理步驟中所使用的所有氣體和氣體的組合。在一個實施方式中，處理氣體模組118和清潔氣體模組125包括(或可取用)分隔的氣體的儲存罐，其中每個儲存罐包含一種單獨的製造處理氣體。
第2圖是根據本揭示內容的實施方式，用於檢測處理腔室狀況的方法流程圖200。
在步驟202中，在處理腔室108中執行一或多個半導體處理步驟。例如，在本揭示內容的一個實施方式中，製程控制器106可能選擇一或多個處理步驟(也稱為無晶圓處理步驟)和/或控制從處理氣體模組118到處理腔室108的一或多種氣體(例如，在所選擇的處理步驟中所使用的前驅物氣體和/或載體氣體)的流動。在一個實施方式中，無晶圓處理步驟可能基於一或多個批量(亦即，多個批次) 的晶圓的多個處理步驟的歷程。歷程可能包括在更多的晶圓或更多批次的晶圓上所執行的多個先前的處理步驟的數量、類型、和特性，例如所使用的多種前驅物氣體和處理腔室108的多個操作參數。在另一個實施方式中，基於離子分析儀模組104的結果，經由顯示器(電子裝置107)溝通至操作員，操作員可能將多個指令輸入到製程控制器106的輸入/輸出介面(電子裝置107)，或替代地，直接地輸入指令到處理氣體模組118的輸入/輸出介面(未示出)以選擇一或多個處理步驟(亦即，也稱為無晶圓處理步驟)和/或控制從處理氣體模組118到處理腔室108的一或多種前驅物氣體的釋放的控制。
一或多個無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室108。所述一或多種氣體可能彼此互相反應，與在處理腔室108的多個壁128反應，和/或與在處理腔室中的目標物質(例如，濺射材料或晶圓102)反應。一或多種氣體與累積在處理腔室108的多個壁128上的化合物的化學反應可能導致殘留氣體。這些化合物可能累積為多個製造處理步驟(其執行在處理腔室108中在一或多個批次的晶圓102上)的副產物。在一個實施方式中，在殘留氣體中的一或多個離子種類的濃度指示了處理腔室108的多個壁128的狀況。
第3圖為根據本揭示內容的一實施方式，繪示了在處理腔室108中執行在晶圓102上的處理步驟300。處理步驟300可能代表例如在處理腔室108之內執行在晶圓 102上的蝕刻製程、化學氣相沉積製程、或物理氣相沉積製程。為了便於說明，僅示出了處理腔室108的壁128的一小區段302，然而，處理腔室108的壁128將晶圓102完全地包封。取決於處理步驟，可能將處理腔室108控制在預定的溫度和/或壓力下，並且處理腔室108可能包括電子設備，例如用於產生電漿的電極(未示出)。
在處理步驟300中，將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室108。例如，如果處理步驟是基於電漿的乾式蝕刻處理步驟，前驅物氣體可能包括但不限於三氟化氮、溴化氫及氯、六氟化硫、氯、氯及六氟化硫、或四氟化碳。以下所討論的原則適用於其他的處理步驟，例如用於在晶圓上沉積多個層的化學氣相沉積和物理氣相沉積，和基於非電漿的乾式蝕刻其使用但不限於這樣的前驅物氣體，例如二氟化氙、三氟化溴、三氟化氯。
僅出於說明的目的，處理步驟300是基於電漿的乾式蝕刻處理步驟其使用三氟化氮作為前驅物處理氣體。如圖所繪示，將三氟化氮提供至處理腔室108，以蝕刻在晶圓102的二氧化矽膜306中的溝槽304。在這個實施方式中，晶圓102已用光阻層308圖案化。在處理腔室108中，使用RF功率施加到電極(未示出)來產生氟電漿，從而驅動三氟化氮前驅物氣體與晶圓102的未被光阻層308遮蓋的那些部分之間的化學反應。蝕刻製程的副產物是溝槽304的壁310上的四氟化矽，其是揮發性產物。然而，由電子e-表示的在處理腔室108中的電漿可以導致四氟化 矽解離成自由基，並且在氧O2的存在下這個解離的產物可以導致在被蝕刻的溝槽304的壁310上的矽氧氟化物(Si-O-F)化合物的層的積累、以及在處理腔室108的多個壁128的區段302上或處理腔室108的多個壁128上矽氧氟化物、矽氧化物、和/或矽二氧化物的層的積累。
在製造(亦即處理)週期期間，為了從一批次的晶圓提供功能性晶片(亦即，製造功能性晶片)的多個處理步驟執行在處理腔室108中的此批次的晶圓(例如，多個晶圓102)上。當在處理腔室108中經由一或多個製造週期來處理晶圓時，在處理腔室108的多個壁128上的例如矽氧氟化物化合物和/或其他化合物(例如矽氧化物)的層的厚度增加。當在處理腔室108中週期性地執行無晶圓處理步驟(例如無晶圓基於電漿的乾式蝕刻處理步驟300)時，在處理腔室108中沒有一批次的晶圓(或替代性的，有一批次的晶圓)，當處理腔室108的多個壁128上的矽氧氟化物化合物的層的厚度比較大時，在腔室中在殘留氣體中的氟離子的濃度(其是多種前驅物氣體與累積在多個壁128上的化合物之間的化學反應的結果)將會較大，這是由於關於電漿驅動的氧化/解離製程和/或關於電漿驅動的鍵斷製程(在其中高能電漿帶電物質打斷氟原子與累積在多個壁128上的化合物的多個鍵結)，有更多可獲得的氟。因此，在殘留氣體中的氟離子的濃度的測量值與在處理腔室108的多個壁128上累積的殘留化合物的厚度直接相關。也就是說，在殘留氣體中的氟離子的濃度越高，表示在處理腔 室108的多個壁128上累積的殘留化合物的層較厚。
再次參看第2圖，在步驟204中，分析殘留氣體中的多個離子種類。例如，在一個實施方式中，離子分析儀模組104確定在殘留氣體中存在的一或多個離子種類，包括它們各自的濃度。
在步驟206中，基於步驟204的分析確定處理腔室108的狀況。在一個實施方式中，由離子分析儀模組104執行分析，然而在另一個實施方式中，由製程控制器106基於從離子分析儀模組104接收的數據來執行分析。在又另一個實施方式中，如果分析指出一或多個離子種類的濃度大於一或多個各自的(預定的)基線數值，則製程控制器106確定處理腔室108需要清潔以移除累積在處理腔室108的多個壁128上的多層的處理步驟副產物(亦即，殘留化合物)。在另一個實施方式中，殘留氣體中預定的離子種類的存在的指示指出了處理腔室108要被清潔以移除累積在處理腔室108的多個壁上的多個層的處理步驟副產物。
在一個實施方式中，在確定處理腔室108需要清潔時，製程控制器106自動地控制從清潔氣體模組125到處理腔室108的清潔氣體的流動，以清潔多個腔室壁128。在另一個實施方式中，製程控制器106包括顯示器(或外部計算機或其他的處理裝置，包括顯示器、或外部顯示器，通信地耦合到系統100)，用於向操作員顯示分析的結果。在這個實施方式中，操作員基於這些結果決定是否清潔處 理腔室108，並且製程控制器106包括輸入/輸出介面(電子裝置107)，以供操作員用於將指令輸入到製程控制器106，以控制用於清潔處理腔室108的清潔氣體的流動。在另一個實施方式中，如果步驟202的處理步驟不是無晶圓處理步驟，而是在一批次的晶圓102在處理腔室108中時執行的，則製程控制器配置為自動地控制從處理氣體模組118到處理腔室108的前驅物氣體的流動，例如，經由切斷此流動並控制從清潔氣體模組125到處理腔室108的清潔氣體的流動，以清潔多個腔室壁128。
第4圖繪示根據本揭示內容的一實施方式，在處理腔室108中執行的清潔製程400。在清潔製程400的一個實施方式中，將一或多種清潔氣體引入到處理腔室108。僅出於提供說明性實施方式的目的，以下討論描繪了基於四氟化碳的清潔製程，其中將四氟化碳和氯氣引入到腔室。然而，本揭示內容的範圍涵蓋其他的清潔氣體或清潔氣體的組成物，用於移除和/或替換製多個造處理步驟的副產物，例如，從處理腔室108的多個壁128來自蝕刻、化學氣相沉積、和物理氣相沉積的副產物。儘管為了便於說明，在處理腔室108之內還示出了晶圓102，但是在本揭示內容的一個實施方式中，在處理腔室108中執行清潔製程400而在處理腔室108中不存在任何晶圓。
當施加RF功率至在處理腔室108中的電極(未示出)時，產生氟電漿，從而在氧氣的存在的情況下驅動清潔氣體與在處理腔室108的多個壁128的區段302上(或在 多個壁128上)累積的化合物(例如矽氧化物和/或矽二氧化物(亦即，多種矽氧化物化合物))之間的化學反應。化學反應導致在處理腔室108的壁128上的矽氧化物化合物(也稱為基於矽氧化物的鈍化膜)被一富碳層(C-F)替換，導致產生揮發性的矽氧氟化物氣體(Si-O-F)，其可以從處理腔室108移除。
在一些實施方式中，系統100可以採用人工智慧或機器學習技術，其可以在下個製造處理步驟之前或在製造處理步驟期間估計(例如，預期)殘留氣體中的一或多個離子種類的濃度是否大於一或多個各自的基線數值，基於例如殘留氣體分析歷程、製造處理歷程、處理腔室清潔歷程、和/或可能的將來製造處理步驟。可能的將來的製造處理步驟可能基於由系統100的操作員預先編程並儲存在記憶體中的製造處理步驟和/或基於製造處理歷程。
在一些實施方式中，一或多種人工智慧或機器學習技術可能至少部分地經由機器學習電路來實現。在一個實施方式中，製程控制器106的電子設備可能包括實現一或多種人工智慧或機器學習技術的機器學習電路。
在本文中，「人工智慧」用於廣泛地描述任何計算智慧系統和方法其可以根據數據歷程和/或訓練數據學習知識，並且例如利用這些學到的知識來調整其解決一個或多個問題的方法，例如，經由基於所接收到的輸入對處理腔室108的狀況進行推斷，所接收到的輸入例如：從離子分析儀模組104即時接收的氣體分析(例如，與所測量的 殘留氣體相對應的數據)、和/或氣體分析歷程、製造處理歷程、處理腔室清潔歷程、和/或從製程控制器106的記憶體檢索到的可能的將來的多個製造處理步驟。
機器學習通常是指人工智慧的一個子領域或類別，並且在本文中被用來廣義地描述在一或多個計算機系統或電路(例如製程控制器106的電路)中實現的任何算法、數學模習、統計模型、或類似者，並且基於樣本數據(或訓練數據)建立一或多個模型，以便做出預測或決定。
製程控制器106的機器學習電路可能採用例如神經網路、深度學習、卷積神經網路、貝葉斯程式學習(Bayesian program learning)、向量支持機器(support vector machines)、計算機視覺、和圖案辨識技術，以解決例如預測或確定處理腔室108的狀況。進一步地，機器學習電路可能實現以下計算的算法或技術中的任何一種或組合：分類、回歸、監督學習、無監督學習、特徵學習、叢集(Clustering)、決策樹、影像辨識、或類似者。
作為一個實施例，機器學習電路可以利用人工神經網路來開發、訓練、或更新一或多個機器學習模型，這些模型可以用於檢測或確定處理腔室108的狀況。示例人工神經網路可能包括複數個互相連接的「神經元」，其彼此之間交換信息。這些連接具有可以根據經驗進行調整的數字權重，並且因此神經網路可以適應多個輸入並具有學習能力。「神經元」可能被包括在彼此連接的多個分離的層 中，例如輸入層、隱藏層、和輸出層。可能經由向輸入層提供訓練數據(例如，指示處理腔室108的狀況的過去數據)來訓練神經網路。通過訓練，神經網絡可能產生和/或修改隱藏層，此隱藏層代表加權的連接，此加權的連接將在輸入層處提供的訓練數據映射到在輸出層處的已知的輸出信息(例如，氣體分析數據)。通過訓練過程形成的輸入層、隱藏層、和輸出層的多個神經元之間的關係可能包括多個權重連接關係，例如可能儲存為一或多個機器學習模型其在機器學習電路中或可存取機器學習電路。
機器學習電路可能在可存取多個指令的一個或多個處理器中實現，此指令可能儲存在任何計算機可讀的儲存媒介中，此指令可能由機器學習電路施行以執行本文所描述的任何操作或功能。
本揭示內容提供了一種系統和方法，用於在不損害在處理腔室中所製造的多個批次的晶圓的生產的情況下檢測處理腔室狀況。周期性地，由系統的操作員確定，或者例如通過減少在處理腔室中處理的多個批次晶圓的產率的減少來確定，或者經由使用離子分析儀模組來收集和分析在處理多個批次的晶圓期產所產生的殘留氣體，在處理腔室108中執行無晶圓處理步驟以確定腔室壁128的狀況。基於對由無晶圓處理步驟產生的殘留氣體的分析，操作員或製程控制器可以確定腔室壁128是否已劣化至要清潔的程度。經由使用離子分析儀模組和本揭示內容的上述實施方式來確定何時應當清潔腔室壁，可能維持將來的多個批 次的晶圓的產率的穩定性以及將來的腔室處理步驟的成本。
在一個實施方式中，一種用於檢測處理腔室狀況的方法包括在處理腔室中執行無晶圓處理步驟。無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理室。一或多種前驅物氣體彼此互相反應和與在處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物反應，從而產生殘留氣體。方法還包括分析殘留氣體中的多個離子種類並且基於此分析而確定處理腔室的狀況。
在另一個實施方式中，用於檢測處理腔室狀況的系統包括離子分析儀模組其配置為耦合到處理腔室。離子分析儀模組還配置為接收來自處理腔室的殘留氣體，其是在處理腔室中所執行的無晶圓處理步驟的結果。無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室。一或多種前驅物氣體彼此互相反應和與累積在處理腔室的多個壁上的殘留化合物反應，從而導致殘留氣體。離子分析儀模組還分析殘留氣體中的多個離子種類。系統還包括製程控制器其配置為基於此分析而確定處理腔室的狀況。
在又另一個實施方式中，一種計算機可讀媒介包括可由處理器執行的多個指令，經由執行在處理腔室中執行無晶圓處理步驟的步驟來檢測處理腔室狀況。無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室。一或多種前驅物氣體彼此互相反應和與在處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物反應，從而產生殘留氣體。計算機可讀媒 介還包括可由處理器執行的進一步的指令，用於經由執行分析殘留氣體中的多個離子種類的步驟來檢測處理腔室狀況，並基於此分析而確定處理腔室的狀況。
以上概述了數個實施方式，以便本領域技術人員可較佳地理解本揭示內容的各個方面。本領域的技術人員應理解，他們可能容易地使用本揭示內容，作為其他的製程和結構之設計和修改的基礎，以實現與在此介紹的實施方式之相同的目的，或是達到相同的優點。
例如，在本揭示內容的一個實施方式中，一種計算機可讀媒介包含可由處理器執行的多個指令，用於經由在一處理腔室中執行控制半導體處理處理步驟的多個步驟來確定製程腔室狀況，其中此處理步驟導致在腔室中殘留氣體的產生，分析殘留氣體中的多個離子種類，並基於此分析確定處理腔室的狀況。半導體處理步驟包括將一或多種氣體引入到處理腔室。一或多種氣體彼此互相反應和與在處理腔室的壁上累積的殘留化合物反應，從而產生殘留氣體。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種用於檢測處理腔室狀況的方法，包含：在處理腔室中執行無晶圓處理步驟，其中無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室，所述一或多種前驅物氣體彼此互相反應和與在處理腔室的多個壁上累積的多種殘留化合物反應，此反應產生殘留氣體；分析殘留氣體中的多個離子種類；以及根據所述分析確定處理腔室的狀況。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的方法中，無晶圓處理步驟包括蝕刻處理步驟、化學氣相沉積處理步驟、或物理氣相沉積處理步驟。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的方法中，一或多種前驅物氣體進一步在處理腔室中與目標物質反應，其中此目標物質是固體材料，並且其中無晶圓處理步驟是電漿濺射處理步驟。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的方法中，多個離子種類包括一種氟離子、一種氯離子、和一種溴離子中的一或多者。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的方法中，處理腔室的狀況是基於是否殘留氣體具有所述多個離子種類中的一或多個離子種類的一濃度，此濃度大於一或多個各自的基線數值。
在一些實施方式中，用於檢測處理腔室狀況的方法還包含：當所述一或多個離子種類的濃度大於所述一或多個各自的基線數值時，清潔處理腔室的多個壁。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的方法中，清潔處理腔室的多個壁包括將四氟化碳和氯氣引入到處理腔室。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的方法中，所述一或多個離子種類的濃度大於所述一或多個基線數值，代表在處理腔室的多個壁上一或多種殘留化合物的過量累積，並且其中四氟化氮和多種氯氣與所述一或多 種殘留化合物反應，導致所述一或多種殘留化合物中的一或多者被一富碳化合物取代。
在一些實施方式中，用於檢測處理腔室狀況的方法還包含在處理腔室中對一或多個批次的晶圓執行複數個處理步驟，其中執行所述複數個處理步驟先於執行無晶圓處理步驟、分析所述殘留氣體中的多個離子種類、和確定處理腔室的狀況；並且其中執行無晶圓處理步驟、分析所述殘留氣體中的多個離子種類、和確定處理腔室的狀況以周期性執行。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的方法中，一或多種前驅物氣體包括三氟化氮、溴化氫及氯、六氟化硫、氯、氯及六氟化硫、和四氟化碳中的一或多者。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種用於檢測處理腔室狀況的系統，包含：離子分析儀模組以及製程控制器。離子分析儀模組配置為耦合至處理腔室，離子分析儀模組還配置為：接收來自處理腔室的殘留氣體，殘留氣體是在此處理腔室中執行的無晶圓處理步驟的結果，其中無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室，所述一或多種氣體彼此反應和與在處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物反應，所述反應導致殘留氣體；和分析殘留氣體中的多個離子種類。製程控制器配置為基於所述所分析而確定處理腔室的狀況。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的系統中，無晶圓處理步驟包括一蝕刻處理步驟、一化學氣相 沉積處理步驟、或一物理氣相沉積處理步驟。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的系統中，多個離子種類包括一種氟離子、一種氯離子、和一種溴離子中的一或多者。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的系統中，處理腔室的狀況是基於是否所述殘留氣體具有所述多個離子種類中的一或多個離子種類的一濃度，此濃度大於一或多個各自的基線數值。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的系統中，製程控制器還配置為當所述一或多個離子種類的所述濃度大於所述一或多個各自的基線數值時，啟始多個腔室壁的清潔。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的系統中，處理腔室配置為經由控制進入處理腔室的多個清潔氣體的流動來啟始多個腔室壁的清潔。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的系統中，一或多種前驅物氣體包括三氟化氮、溴化氫及氯、六氟化硫、氯、氯及六氟化硫、和四氟化碳中的一或多者。
在一些實施方式中，在用於檢測處理腔室狀況的系統中，製程控制器還配置為控制在處理腔室中所執行的無晶圓處理步驟。
在一些實施方式中，用於檢測處理腔室狀況的系統還包含處理腔室。
本揭示內容的一些實施方式提供了一種計算機可 讀媒介，包含可由一處理器執行的多個指令，經由執行以下步驟來檢測處理腔室狀況：在處理腔室中執行無晶圓處理步驟，其中無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到處理腔室，所述一或多種前驅物氣體彼此互相進行反應和與在處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物進行反應，所述反應導致殘留氣體；分析殘留氣體中的多個離子種類；以及基於所述分析而確定處理腔室的狀況。
本領域技術人員亦會理解，與這些均等的建構不脫離本揭示內容的精神和範圍，並且他們可能進行各種改變、替換、和變更而不脫離本揭示內容的精神和範圍。
200:方法流程圖
202:步驟
204:步驟
206:步驟

Claims (10)

  1. 一種用於檢測處理腔室狀況的方法，包含：在一處理腔室中執行一無晶圓處理步驟，其中該無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到該處理腔室，所述一或多種前驅物氣體彼此互相反應和與在該處理腔室的多個壁上累積的多種殘留化合物反應，該反應產生一殘留氣體，其中該些殘留化合物包含矽氧氟化物，該殘留氣體包含一氟離子，該氟離子來自該矽氧氟化物與所述前驅物氣體之間的化學反應；分析該無晶圓處理步驟中該殘留氣體中的多個離子種類，該些離子種類包含該氟離子；根據所述分析確定該處理腔室的該些壁的一狀況，其中所述確定該處理腔室的該些壁的該狀況包含：採用人工智慧或機器學習技術，該處理腔室的該狀況是基於是否該殘留氣體具有該氟離子的一濃度，該濃度大於一基線數值；以及當該氟離子的該濃度大於所述基線數值時，啟始清潔該處理腔室的該些壁，其中清潔該處理腔室的該些壁包括將四氟化碳和氯氣引入到該處理腔室，並且其中所述四氟化氮和所述氯氣與所述一或多種殘留化合物反應，導致所述一或多種殘留化合物中的一或多者被一富碳化合物取代。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該無晶圓處理 步驟包括一蝕刻處理步驟、一化學氣相沉積處理步驟、或一物理氣相沉積處理步驟。
  3. 如請求項1所述之方法，其中所述一或多種前驅物氣體進一步在該處理腔室中與一目標物質反應，其中該目標物質是一固體材料，並且其中該無晶圓處理步驟是一電漿濺射處理步驟。
  4. 如請求項1所述之方法，其中所述一或多種前驅物氣體包括三氟化氮、溴化氫及氯、六氟化硫、氯、氯及六氟化硫、和四氟化碳中的一或多者。
  5. 如請求項1所述之方法，還包含：在該處理腔室中對一或多個批次的晶圓執行複數個處理步驟，其中執行所述複數個處理步驟先於執行該無晶圓處理步驟、分析所述殘留氣體中的多個離子種類、和確定該處理腔室的該狀況；並且其中執行該無晶圓處理步驟、分析所述殘留氣體中的多個離子種類、和確定該處理腔室的該狀況以周期性執行。
  6. 一種用於檢測處理腔室狀況的系統，包含：一離子分析儀模組，配置為耦合至一處理腔室，該離子分析儀模組還配置為：接收來自該處理腔室的一殘留氣體，該殘留氣體 是在該處理腔室中執行的一無晶圓處理步驟的結果，其中該無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到該處理腔室，所述一或多種氣體彼此反應和與在該處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物反應，所述反應導致該殘留氣體，其中所述殘留化合物包含矽氧氟化物，該殘留氣體包含一氟離子，該氟離子來自該矽氧氟化物與所述前驅物氣體之間的化學反應；和分析該無晶圓處理步驟中所述殘留氣體中的多個離子種類，該些離子種類包含該氟離子；以及一製程控制器，配置為基於所述所分析而確定該處理腔室的該些壁的一狀況，其中該製程控制器包括實現一或多種人工智慧或機器學習技術的機器學習電路，該處理腔室的該些壁的該狀況是基於是否所述殘留氣體具有該氟離子的一濃度，該濃度大於一基線數值，並且該製程控制器還配置為當該氟離子的所述濃度大於所述基線數值時，啟始該處理腔室的該些壁的一清潔，其中啟始該處理腔室的該些壁的該清潔包括將四氟化碳和氯氣引入到該處理腔室，並且其中所述四氟化氮和所述氯氣與所述殘留化合物反應，導致所述殘留化合物中的一或多者被一富碳化合物取代。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該處理腔室配置為經由控制進入該處理腔室的多個清潔氣體的流動來啟始該些壁的該清潔。
  8. 如請求項6所述之系統，其中所述一或多種前驅物氣體包括三氟化氮、溴化氫及氯、六氟化硫、氯、氯及六氟化硫、和四氟化碳中的一或多者。
  9. 如請求項6所述之系統，其中該製程控制器還配置為控制在該處理腔室中所執行的該無晶圓處理步驟。
  10. 一種計算機可讀媒介，包含可由一處理器執行的多個指令，經由執行以下步驟來檢測處理腔室狀況和操作該處理腔室：在一處理腔室中執行一無晶圓處理步驟，其中該無晶圓處理步驟包括將一或多種前驅物氣體引入到該處理腔室，所述一或多種前驅物氣體彼此互相進行反應和與在該處理腔室的多個壁上累積的殘留化合物進行反應，所述反應導致一殘留氣體，其中所述殘留化合物包含矽氧氟化物，該殘留氣體包含一氟離子，該氟離子來自該矽氧氟化物與所述前驅物氣體之間的化學反應；分析該無晶圓處理步驟中該殘留氣體中的多個離子種類，該些離子種類包含該氟離子；基於所述分析而確定該處理腔室的該些壁的一狀況，其中該處理腔室的該些壁的該狀況是基於是否所述殘留氣體具有該氟離子的一濃度，該濃度大於一基線數值；以及當該氟離子的所述濃度大於所述基線數值時，啟始該 理腔室的該些壁的一清潔，其中啟始該些壁的該清潔包括將四氟化碳和氯氣引入到該處理腔室，並且其中所述四氟化氮和所述氯氣與所述殘留化合物反應，導致所述殘留化合物中的一或多者被一富碳化合物取代；其中所述分析該殘留氣體中的該些離子種類和基於所述分析而確定該處理腔室的該些壁的該狀況為該處理器所執行並且由實現一或多種人工智慧或機器學習技術的機器學習電路所施行。
TW109139418A 2020-07-29 2020-11-12 用於檢測處理腔室狀況的方法和系統以及計算機可讀媒介 TWI777291B (zh)

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